[논문]화력발전소 배출가스 중 질소산화물의 확산에 관한 연구

박미정; 조영민; 성두용; 김미정; 박영구

doi:10.12925/jkocs.2013.30.3.540

화력발전소 배출가스 중 질소산화물의 확산에 관한 연구
Simulation Study of NOx Dispersion from Power Plant Stack Gas 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.30 no.3, 2013년, pp.540 - 550

박미정 (경희대학교 환경응용과학과) , 조영민 (경희대학교 환경응용과학과) , 성두용 ((주)수국) , 김미정 (강원대학교 환경공학과) , 박영구 (강원대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Various efforts have been explored to save the cost in many industrial fields. In order to recover the residual thermal energy from the flue gas, an extreme high efficiency heat exchanger is planning to install at a power plant. The gas temperature will be reduced to $40^{\circ}C$ from $115^{\circ}C$. Thus gas buoyancy decreases, and dispersion of nitrogen oxides is expected to deteriorate as increasing relative humidity. In this study, the conversion of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide and dispersion regime are investigated through computational modeling. Nitrogen dioxide which indicates 0.1 ppm at 85 m from the ground could be propagated to 620 m at $115^{\circ}C$ of the flue gas, whilst when cooled down to $40^{\circ}C$, it expands up to 750 m. The ground level influence area showed more expansion of dispersion, approximately to 930 m.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 몇몇의 논문에서 대기로 방출되는 plume을 설명하지 않고 있어 본 연구에서는 이에 대한 고찰을 실시하고자 한다. 따라서 본 연구는 일산 열병합발전소를 대상으로 현재 115 ℃로 배출되는 배기가스의 온도를 40 ℃까지 낮추는 열 회수 시스템을 실제로 적용하기 전에 인근 지역에 대한 공기질 변화를 수치해석적으로 사전 예측하였다.

제안 방법

경기도 일산에 설치된 열병합발전소의 높이 80 m, 내경 5 m인 굴뚝에 대하여 열회수에 의해 배기가스 온도가 115 ℃에서 40 ℃로 낮아지면, 지표 환경에 영향을 미칠 것을 예상하여 이에대한 수치해석을 실시하였다. 질소산화물의 반응속도는 온도와 반비례하기 때문에 보다 많은 양의 이산화질소가 생성될 것으로 추정하였으며, 낮은 온도는 분자의 움직임을 더디게 하여 보다 큰 NO₂의 plume을 생성한다.

대상 데이터

본 연구는 일산에 설치된 높이 80 m, 내경 5 m인 열병합발전소 굴뚝을 대상으로 수행하였다. 열 회수를 위한 고효율 열교환기를 설치하기 전에 시뮬레이션 계산을 통해 배기가스의 온도를 40 ℃로 낮추었을 경우에 대한 대기질 변화를 고찰하고자 하였다.

성능/효과

1. 배출가스가 직접적인 영향을 미치는 영역은 115 ℃일 때, 굴뚝에서부터 최대 지상의 470 m 까지이며, 배출가스의 온도가 40 ℃ 로 낮아지고, 3 m/s 의 풍속 조건이 되면 560 m 이상 영향을 준다.
2. NO₂ 의 공간농도분포를 관찰한 결과, 굴뚝으로부터의 수평 이격거리의 어느 한 점에서 고도에 따른 농도값이 교차하였으며, 미풍인 상태에서 굴뚝 근처에서 오염물질의 농축이 예상되었다.
3. NO₂ 는 습한 공기의 산성 미스트와 반응하여 굴뚝 내벽의 상부에서 최고 산 농도 4 ppm 까지 도달하였다.

후속연구

길이 120 m 인 타원형의 plume 은 열회수후 170 m 까지 증가하였으며, 저온의 가스는 직접적으로 대기와 거주자에게 영향을 준다고 추측할 수 있다. 따라서 질소산화물의 농도 또는 습기에 추가적인 조치가 열 교환기를 적용하기 전에 실시하여야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전소에서 NO2의 배출과 주변 확산 과정을 추정할 필요가 있는 이유는?	대기 중의 스모그를 생성시키는 광화학 물질인 NO2의 배출 예방은 중요하다[1]. 세계적인 에너지 문제에 관해서, 우리나라 역시 에너지원의 효과적인 사용과 관리에 대한 관심을 가지고 있으며, 도시의 발전소 굴뚝을 통해 배출되는 가스로부터도 열에너지를 회수하려고 노력하고 있다. 그러나, 극단적인 배기가스의 열회수는 큰 plume과 오염물질의 확산 저해를 유발시킴으로써 지역 대기질을 악화시킬 수 있다. 따라서, 발전소에서 NO2의 배출과 주변 확산 과정을 추정 할 필요가 있다.
	NO2은 어떤 문제를 야기하는가?	대기오염 물질의 대표적인 질소산화물의 주된 배출원은 화력발전소이다. NO2는 대류권 오존을 생성하는 주된 요소이며, 인간과 식물에 해를 끼치는 산성비 생성에 기여를 하기도 한다. 대기 중의 스모그를 생성시키는 광화학 물질인 NO2의 배출 예방은 중요하다[1].
	질소산화물의 주된 배출원은?	공장 굴뚝에서 배출되는 배출가스는 전세계적으로 널리 주목하고 있으며, 세계 10대 문제 중 2가지가 환경오염과 에너지 소비이다. 대기오염 물질의 대표적인 질소산화물의 주된 배출원은 화력발전소이다. NO2는 대류권 오존을 생성하는 주된 요소이며, 인간과 식물에 해를 끼치는 산성비 생성에 기여를 하기도 한다.

참고문헌 (20)

Finlayson, J.B., Pitts, N.J. (2000). Chemistry of the upper and lower atmosphere. Academic press, a Harcourt Science and Technology Company, p. 264, 268-272.
Baulch, D.L., Drysdale, D.D., and Horne, D.G. (1973).Evaluated Kinetic Data for High Temperature Reactions, Vol.2, Homogeneous Gas Phase Reactions of the $H_2-N_2-O_2$ System, London, p. 285-300.
Tsukahara, H., Ishida, T., and Mayumi, M. (1999). Gas-phase Oxidation of Nitric Oxide: Chemical Kinetics and Rate Constant. Biol.Chem. 3: 191-198.
Yousif, S.A., Salem, A.A., Nassar, Y.F. and Bader, I.F. (2006) Investigation of pollutants dispersion from power stations. Int. J. Energy Res. 30: 1352-1362.

상세보기
Freddy, W.L., Sentian, J., Radojevic, M., Tan, C.L. and Halipah, S. (2007). Computer simulated versus observed $NO_2$ and $SO_2$ emitted from elevated point source complex. Int. J. Environ. Sci. Tech. 4: 215-222.

상세보기
Konig, C.S., Mokhtarzadeh-Dehghan, M.R. (2002).Numerical Study of Buoyant Plumes from a Multi-flue Chimney Released into an Atmospheric Boundary Layer. Atmos. Environ. 36: 3951-3962.

상세보기
Versteeg, H.K., Malalasekera, W. (2007). An Introduction to Computational Fluid Dynamics, the Finite Volume Method (Second Edition). Longman, New York, p. 1-38.
Patankar, S.V., Spalding, D.B. (1972). A Calculation Procedure for Heat, Mass and Momentum Transfer in Three-dimensional Parabolic Flows. Int. J. Heat Mass Transfer 15: 1787-1806.

상세보기
Morrion, M.E., Rinker, R.G., and Corcoran, W.H. (1996). Rate and Mechanism of Gas-phase Oxidation of Parts-per-million Concentrations of Nitric Oxide. Ind. Eng. Chem. Fundam. 5: 175-181
Atkinson, R., Baulch, D.L. (1992). Evaluated Kinetic and Photochemical Data for Atmospheric Chemistry, Supplement IV: IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation for Atmospheric Chemistry. J. Phys. Chem. Ref. Data 21: 1125-1568.

상세보기
England, C., Corcoran, H.W. (1974). Kinetics and mechanisms of the gas-phase reaction of water vapor and nitrogen dioxide. Ind. Eng. Chem., Fundam., Vol. 13, No. 4, 373-384.

상세보기
Bird, R. B., Stewart, W. E., and Lightfoot, E. N. (2002).Transport phenomena, John Wiley & Sons, Inc., second edition.
Poling, B.E., Prausnitz, J.M., and O'connell, J.P. (2007).The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill, International Edition, 5th Edition.
Peterson, E.W., Hennesse, J.P. (1977). On the Use of Power Laws for Estimates of Wind Power Potential, J. Appl. Mete. 17: 390-395.
Irwin, J.S. (1979). Estimating Plume Dispersion-A Recommended Generalized Scheme, in Preprints of Fourth Symposium on Turbulence, Diffusion and Air Pollution, American Meteorological Society, 62-69.
Toncu, D.C., Bogoi, A., Stanciu, V. and Danaila, S. (2011). Solving SO2 dispersion from combustion flue gas using plume reflection on the ground for continuous point source model. U.P.B. Sci. Bull., Series D. 73: 71-84.
Contini, D., Robins, A. (2004). Experiments on the rise and mixing in neutral crossflow of plumes from two identical sources for different wind directions. Atmos. Environ. 38: 3573-3583.

상세보기
Spillane, K.T., Elsum, C.C. (1982). Prediction of cloud effects in chimney plumes. Atmos. Environ. 17: 983-990.
VanReken, T.M., Nenes, A. (2009). Cloud formation in the plumes of solar chimney power generation facilities: A modeling study. J. Sol. En. Eng. 131: 1-10.
Brown, J., Fletcher, D.F. (2005). CFD Prediction of Odour Dispersion and Plume Visibility for Alumina Refinery Calciner Stacks. Process Saf. Environ. 83(B3): 231-241.

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