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문제 정의
- 본 연구에서는 SCR 시스템 운전에 있어 촉매층에 균일화된 유체를 전달하여 SCR 시스템 성능을 극대화하기 위한 방안으로 배플의 형상을 변화시켜 유동 균일도를 조절하는 연구를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
- 본 연구에서는 소형배출시설에 연결되어 운영되는 SCR 시스템 내에 장착된 촉매층을 통과하는 배기가스 유동이 촉매층 내에서 동일한 체류시간을 가지도록 하기 위해 필요한 유동제어에 관한 연구를 시행하고자 한다. 유동제어가 적절히 이루어지지 않으면 환원제로 주입된 암모니아가 배기가스와 충분히 균일하게 혼합된 경우라도 촉매를 통과하는 동안 체류시간이 달라져 반응시간의 차이가 발생하여 촉매층의 효용성을 낮추게 되며 경우에 따라 암모니아 슬립(ammonia slip) 같은 문제가 발생한다.
- 본 연구에서는 육상용 소형보일러의 배기관에 장착되는 것을 전제로 구성되는 SCR 시스템을 대상으로 시스템의 성능에 영향을 주는 내부 가스유동을 최적화하기 위한 설계점을 찾는 것을 연구목적으로 한다. 본 연구에서 유동제어를 위해 선택된 배플에 대하여 배플의 기하학적 형상, 배플 사이의 각도, 배플의 두께를 서로 달리 설계하여 유동에 주는 영향을 비교, 분석하였다.
- 배플의 형상에 따른 유동해석 시 배플의 두께는 0 mm로 하였다. 본 해석의 목적은 배플 사이의 각도나 간격이 주어진 상태에서 제안된 세 가지 형상 중 어느 것이 가장 유리한 유동특성을 조성시킬 수 있는가를 판단하는 것이다. 배플 형상에 따른 유동특성변화를 비교할 때 추가로 파악한 부분은 배플의 각도나 간격이 다르게 주어졌을 경우 배플 형상에 따른 성능의 상대적 우위가 달라질 수 있기 때문에 Fig.
가설 설정
- 각 AIG의 분사구는 mass flow inlet으로 설정하였으며 본 연구의 주된 목적은 배플에 따른 유동 특성을 알아보고자 함이므로 시스템 내 유입되는 배기가스와 AIG 분사구에서 분사되는 가스를 전량 공기로 가정하고 해석하였다. SCR 시스템내의 촉매층은 다공성 물질로 촉매에서의 유동 해석을 위해 porous media를 적용하여 투과율, 관성저항 등의 특성 값을 갖는 것으로 가정하여 해석하였다.7,11) 각 경계에 설정된 조건을 Table 1에 나타내었다.
- 배기가스가 SCR 시스템의 덕트 입구를 통해 유입될 때 조건을 velocity-inlet으로 설정하여 입구에서 유입될 때 속도를 동일하게 설정하였고 덕트의 출구 부분은 pressure-outlet으로 설정하여 일정 압력이 존재하는 조건에서 배기가스를 배출시켰다. 각 AIG의 분사구는 mass flow inlet으로 설정하였으며 본 연구의 주된 목적은 배플에 따른 유동 특성을 알아보고자 함이므로 시스템 내 유입되는 배기가스와 AIG 분사구에서 분사되는 가스를 전량 공기로 가정하고 해석하였다. SCR 시스템내의 촉매층은 다공성 물질로 촉매에서의 유동 해석을 위해 porous media를 적용하여 투과율, 관성저항 등의 특성 값을 갖는 것으로 가정하여 해석하였다.
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