본 연구에서는 균질기에 의해 혼합된 물과 벙커-A를 보일러로 연소하였을 때의 배기 배출물 특성에 대해 연구를 수행하였다. 그 결과로 균질기로 균질화 된 벙커-A의 경우, 순수 벙커-A에 비해 NOx 농도는 19 %, CO 농도는 54 % 감소를 나타냈다. 물-벙커A의 경우 물 혼합 비율이 증가할수록 NOx 농도분포가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 20 %물-80 %벙커-A의 경우 순수한 벙커-A 보다 배기가스 내 NOx 농도가 45 %까지 감소하였다. 그러나 20 %물-80 %벙커-A의 경우, CO농도 분포는 불규칙한 변화를 나타냈다. 이것은 일정량 이상의 물 혼합은 보일러의 연소 성능 저하 원인이 될 수 있다는 것을 의미한다. 이 결과로부터 본 연구에서 보일러의 정상 연소를 위한벙커A유 내 물의 한계 혼합율은 15 % 인 것을 알 수 있었다. 연돌 부근에서 채취한 매연 부착양은 물의 혼합율이 증가할수록 감소하였다.
본 연구에서는 균질기에 의해 혼합된 물과 벙커-A를 보일러로 연소하였을 때의 배기 배출물 특성에 대해 연구를 수행하였다. 그 결과로 균질기로 균질화 된 벙커-A의 경우, 순수 벙커-A에 비해 NOx 농도는 19 %, CO 농도는 54 % 감소를 나타냈다. 물-벙커A의 경우 물 혼합 비율이 증가할수록 NOx 농도분포가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 20 %물-80 %벙커-A의 경우 순수한 벙커-A 보다 배기가스 내 NOx 농도가 45 %까지 감소하였다. 그러나 20 %물-80 %벙커-A의 경우, CO농도 분포는 불규칙한 변화를 나타냈다. 이것은 일정량 이상의 물 혼합은 보일러의 연소 성능 저하 원인이 될 수 있다는 것을 의미한다. 이 결과로부터 본 연구에서 보일러의 정상 연소를 위한벙커A유 내 물의 한계 혼합율은 15 % 인 것을 알 수 있었다. 연돌 부근에서 채취한 매연 부착양은 물의 혼합율이 증가할수록 감소하였다.
In this study, we conducted a study on characteristics of exhaust gas emissions from boiler when water-bunker oil mixed by homogenizer was burned in boiler. The results showed that NOx concentration and CO concentration of the homogenized bunker oil was decreased by 19% and 54% compared to pure bunk...
In this study, we conducted a study on characteristics of exhaust gas emissions from boiler when water-bunker oil mixed by homogenizer was burned in boiler. The results showed that NOx concentration and CO concentration of the homogenized bunker oil was decreased by 19% and 54% compared to pure bunker oil pretreatment was not being performed. And, in the case of water-bunker A oil, the NOx concentration was decreased with increasing water mixing ratio in bunker A oil. In particular, the NOx concentration in exhaust gas of 20 %water-80 %bunker A oil decrease by 45 % compared with pure bunker-A. However, the CO concentration in exhaust gas of 20 %water-80 %bunker A oil shows irregular changes. This means that the mixing of water more than a certain amount can cause a decrease in combustion performance. From this result, it can be found that critical mixing ratio of water in bunker A oil for normal combustion is 15% in this study. Deposition amount of soot that is collected in the vicinity of the chimney was decreased with increasing water mixing ratio.
In this study, we conducted a study on characteristics of exhaust gas emissions from boiler when water-bunker oil mixed by homogenizer was burned in boiler. The results showed that NOx concentration and CO concentration of the homogenized bunker oil was decreased by 19% and 54% compared to pure bunker oil pretreatment was not being performed. And, in the case of water-bunker A oil, the NOx concentration was decreased with increasing water mixing ratio in bunker A oil. In particular, the NOx concentration in exhaust gas of 20 %water-80 %bunker A oil decrease by 45 % compared with pure bunker-A. However, the CO concentration in exhaust gas of 20 %water-80 %bunker A oil shows irregular changes. This means that the mixing of water more than a certain amount can cause a decrease in combustion performance. From this result, it can be found that critical mixing ratio of water in bunker A oil for normal combustion is 15% in this study. Deposition amount of soot that is collected in the vicinity of the chimney was decreased with increasing water mixing ratio.
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문제 정의
, 2012). 특히, 본 저자들에 의해 수행된 연구에서는 본 저자들에 의해 개발된 균질기를 직접 이용하여, 순수한 벙커유에 대하여 균질기의 간극 변화에 따른 연료유 입도의 균질화 및 미립화 정도에 관한 내용과 균질화된 연료유를 보일러에서 연소시켰을 때의 배출 특성에 대해 살펴보았다. 이 결과로 균질화와 미립화가 잘 이루어진 연료일수록 슬러지 배출량이 감소하고 이로 인해 연소할 때 공기와의 혼합 특성이 향상되어, CO의 배출이 감소한다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 이전 연구에서 다루지 못한, 순수한 벙커-A와 균질기에 의해 균질화된 물과 벙커-A의 혼합유에 대한 배기가스 배출 특성에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 본 실험에서는 유화제 없이 순수한 물과 벙커-A의 혼합을 통한 혼합유의 특성을 알아보는 것이 주목적이다.
본 연구에서는 이전 연구에서 다루지 못한, 순수한 벙커-A와 균질기에 의해 균질화된 물과 벙커-A의 혼합유에 대한 배기가스 배출 특성에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 본 실험에서는 유화제 없이 순수한 물과 벙커-A의 혼합을 통한 혼합유의 특성을 알아보는 것이 주목적이다. 따라서 먼저, 순수 벙커-A와의 비교를 위해 균질기로 미립화한 벙커-A의 배기가스 특성을 살펴보았고, 다음으로 벙커-A에 유화제 없이 순수 물만을 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 혼합하여 혼합유를 균질기로 균질화한 후 보일러를 이용하여 연소시켜 배출되는 배기가스 내 NOx 및 CO 등의 농도를 측정하여 특성을 살펴보았다.
따라서 먼저, 순수 벙커-A와의 비교를 위해 균질기로 미립화한 벙커-A의 배기가스 특성을 살펴보았고, 다음으로 벙커-A에 유화제 없이 순수 물만을 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 혼합하여 혼합유를 균질기로 균질화한 후 보일러를 이용하여 연소시켜 배출되는 배기가스 내 NOx 및 CO 등의 농도를 측정하여 특성을 살펴보았다. 또한, 보일러 연돌 배출구에서의 매연 부착량에 대해서도 간단히 알아보았다.
본 연구에서는 순수한 벙커-A를 기준으로 균질화 된 벙커-A 와의 배기가스 배출 특성 및 물과 벙커-A를 일정 비율로 혼합한 혼합유에 대하여 균질기로 균질화한 후 보일러를 이용하여 연소시켜, 이들의 배출가스 배출량 특성에 대하여 살펴보았다.
본 연구에서는 물-벙커유 혼합유에 있어 매연의 부착 정도를 파악하기 위하여 연돌의 마지막 부근에 세라믹 재질의 매연 채취판을 부착하여 매연이 부착한 정도를 살펴보았다. 계측기를 사용한 정확한 매연의 생성을 나타내지는 못했지만 정성적인 매연의 생성 특성을 살펴보기에는 충분하다고 판단된다.
제안 방법
특히, 본 실험에서는 유화제 없이 순수한 물과 벙커-A의 혼합을 통한 혼합유의 특성을 알아보는 것이 주목적이다. 따라서 먼저, 순수 벙커-A와의 비교를 위해 균질기로 미립화한 벙커-A의 배기가스 특성을 살펴보았고, 다음으로 벙커-A에 유화제 없이 순수 물만을 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 혼합하여 혼합유를 균질기로 균질화한 후 보일러를 이용하여 연소시켜 배출되는 배기가스 내 NOx 및 CO 등의 농도를 측정하여 특성을 살펴보았다. 또한, 보일러 연돌 배출구에서의 매연 부착량에 대해서도 간단히 알아보았다.
실험 장치는 순수 벙커-A(연료유) 또는 물-벙커-A 혼합유를 저장하는 저장 탱크(Storage tank)에서 연료 펌프(F.O. pump)를 이용해 연료유 가열기(F.O Heater)에서 가열하고, 가열된 연료유는 미립화 및 균질화에 가장 효과적인 상태로 설정된 균질기에 공급되며, 전처리된 연료유는 저장 탱크로 이송, 순환되도록 구성하였다.
또한, 본 실험에서는 보일러에서 배출되는 배기가스를 실시간으로 측정하기 위해서 PG-250A(HORIBA, Japan)로 구성된 측정시스템을 사용하였다. PG-250A는 동시에 5가지 가스 분석이 가능하다.
아무런 전처리를 하지 않은 상태의 벙커-A를 Boil 로, 청정기만을 이용해 슬러지를 제거한 상태의 벙커-A를 Bpuri 로, 그리고 균질기만을 이용해 전처리한 상태의 벙커-A를 Bhom 으로 나타내었다. 각각에 대해 동일한 보일러 운전조건 상태를 설정해 연소실험을 진행하면서, 이때 발생한 배기가스를 보일러 연돌 중간 부분에 설치된 프로브(Probe)를 통해 분석 장비로 유입시켜 배기가스 내 성분별(NOx, CO, CO2, O2) 농도를 앞서 설명한 국제 공인 휴대용 배기가스 측정 장비로 측정하였다.
벙커-A에 순수한 물을 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 혼합한 혼합유를 균질기로 30분 정도 균질화한 후, 청정기를 거치지 않고 균질화된 혼합유를 그대로 보일러로 보내 연소시켜 배출되는 배기가스를 계측하였다. 그 결과들을 Fig.
성능/효과
특히, 본 저자들에 의해 수행된 연구에서는 본 저자들에 의해 개발된 균질기를 직접 이용하여, 순수한 벙커유에 대하여 균질기의 간극 변화에 따른 연료유 입도의 균질화 및 미립화 정도에 관한 내용과 균질화된 연료유를 보일러에서 연소시켰을 때의 배출 특성에 대해 살펴보았다. 이 결과로 균질화와 미립화가 잘 이루어진 연료일수록 슬러지 배출량이 감소하고 이로 인해 연소할 때 공기와의 혼합 특성이 향상되어, CO의 배출이 감소한다는 것을 알 수 있었다.
9에 나타내었다. 결과에서 5 % 혼합한 상태의 혼합유를 Mix_Beml-5%, 10 % 혼합한 상태를 Mix_Beml-10%, 15 % 혼합한 상태를 Mix_Beml-15%, 20 % 혼합한 상태를 Mix_Beml-20%,로 나타내었다.
그러나 아쉽게도, CO농도는 아주 불규칙하게 나타나고 있다. 이러한 현상의 원인으로 여러 가지 가능성을 생각할 수 있겠지만, 본 연구에서 동일한 시간을 균질화하기 위해 균질기를 이용해 30분만 전처리 하였는데, Mix_Beml-20%의 경우에는 균질화 시간이 짧았다고 판단된다. 이 때문에 균질화 및 미립화가 제대로 이루어지지 않아 연료유내의 물 입자 덩어리가 다수 존재하여 보일러의 노즐을 통과하면서, 균질하게 혼합된 혼합유가 분무된 것이 아니라 물 입자 덩어리들이 별도 또는 섞여있는 상태의 혼합유가 분사되어 보일러 내에서 제대로 연소가 일어나지 않은 것으로 판단된다.
1. 균질기 및 청정기로 전처리 하지 않은 Boil 과 청정기로 슬러지를 제거한 Bpuri 및 균질기로 전처리한 Bhom의 NOx와 CO농도를 비교한 결과, Bpuri와 Bhom의 농도가 훨씬 낮았다. 특히, Bhom 경우가 Boil보다 NOx농도가 19 % 감소하였다.
2. 물과 벙커-A의 혼합유의 경우, 5 %에서 15 %까지 물 함량이 증가할수록 NOx와 CO농도분포가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이때, NOx의 경우 5 % 혼합유인 Mix_Beml-5% 에서 12 %, Mix_Beml-10%와 Mix_Beml-15%의 경우 약 18 %, Mix_Beml-20% 경우 45 % 이상 NOx농도가 감소하였다.
3. 보일러 연돌 부근에서의 매연 부착량은 물을 혼합한 비율만큼 연료유의 연소량이 감소해, 매연이 생성될 비율이 적어짐으로 물 혼합율이 한계 혼합율 이내에서 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있었다.
후속연구
더불어, 많은 양의 수분으로 인한 잠열과 벙커-A의 비율이 낮아져 열 발생량이 감소하였기 때문으로 생각된다. 보다 많은 경우의 연구가 필요하겠지만 Fig. 9의 결과만으로 판단한다면, 본 연구에서 사용된 보일러의 경우 순수 물만을 혼합할 경우 벙커-A에 20 %의 물 혼합이 제대로 연소가 이루어지기 위한 한계 함수율이라 생각된다. 다시 말해, 효율적인 연소가 일어나기 위한 적정 한계 혼합율은 순수 물 15 % 라고 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선박배출 배기가스 내 오염물질을 감소하기 위한 최선의 방법은 무엇인가?
대기오염물질들의 생성·배출은 선박의 주기관 및 보조기관, 보일러 등에서 사용되는 연료유에서 비롯된다. 따라서 선박배출 배기가스 내 오염물질들의 감소를 위해서는 연료유 사용량을 줄이는 것이 최선의 방법이다. 그러나 신속하게 많은 물량을 운송하기 위해서는 불가피하게 선박의 적정속도 또는 그 이상을 유지해야 하며, 이에 따른 연료유의 사용은 증가하게 된다.
선박배출 대기오염물질이 생성되는 원인은 무엇인가?
대기오염물질들의 생성·배출은 선박의 주기관 및 보조기관, 보일러 등에서 사용되는 연료유에서 비롯된다. 따라서 선박배출 배기가스 내 오염물질들의 감소를 위해서는 연료유 사용량을 줄이는 것이 최선의 방법이다.
국제해사기구에서는 선박배출 대기오염물질을 규제하기 위해 어떤 조치를 취하였는가?
이에, IMO에서는 선박배출 대기오염물질에 대한 심각성을 인지하고, 선박으로부터 배출되는 대기오염물질을 규제하기 위하여 황-함량(Sulphur Content)이 낮은 선박용 연료유사용 및 IMO에서 규정하는 NOx 배출 허용치를 만족하는 엔진 장착을 의무화하고 있는 실정이다.
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