The aim of this study is to investigate the effect of SCR reactor on the exhaust emissions characteristics in order to develop a urea-SCR aftertreatment system for reducing $NO_x$ emissions. The experiments are conducted by using a flue tube LPG steam boiler with the urea-SCR aftertreatme...
The aim of this study is to investigate the effect of SCR reactor on the exhaust emissions characteristics in order to develop a urea-SCR aftertreatment system for reducing $NO_x$ emissions. The experiments are conducted by using a flue tube LPG steam boiler with the urea-SCR aftertreatment system. The urea-SCR aftertreatment system utilizes the ammonia converted from 17% aqueous urea solution injected in front of SCR catalyst as a reducing agent for reducing $NO_x$ emissions. The equivalence ratio, urea injection amount, ammonia slip and $NO_x$ conversion efficiency relative to boiler load are applied to discuss the experimental results. In this experiment, the average equivalence ratio is calculated by changing only the fuel consumption rate while the intake air amount is constantly fixed at $25,957.11cm^3/sec$. The average equivalence ratios are 1.38, 1.11, 0.81 and 0.57 when boiler loads are 100, 80, 60 and 40%. The $NO_x$ conversion efficiency is raised with increasing urea injection amount, and $NH_3$ slip is also boosted at the same time. Consequently, the $NO_x$ conversion efficiency relative to boiler load should be examined in combination with urea injection amount and $NH_3$ slip. The results are calculated by 89, 85, 77 and 79% for the boiler loads of 100, 80, 60 and 40%. The appropriate amount of urea injection for the respective boiler load can be not discussed by only $NO_x$ emissions, and should be determined by considering the $NO_x$ conversion efficiency, $NH_3$ slip and reactive activation temperature simultaneously. In this study, the urea amounts of 230, 235, 233 and 231 mg/min are injected at the boiler loads of 100, 80, 60 and 40%, and the final $NH_3$ slips are measured by 8.48, 5.58, 11.97 and 11.34 ppm at the same conditions. THC emission is affected by the SCR reactor under other experimental conditions except 100% engine load, and CO emission at only 40% engine load. The rest of exhaust emissions are not affected by the SCR reactor under all experimental conditions.
The aim of this study is to investigate the effect of SCR reactor on the exhaust emissions characteristics in order to develop a urea-SCR aftertreatment system for reducing $NO_x$ emissions. The experiments are conducted by using a flue tube LPG steam boiler with the urea-SCR aftertreatment system. The urea-SCR aftertreatment system utilizes the ammonia converted from 17% aqueous urea solution injected in front of SCR catalyst as a reducing agent for reducing $NO_x$ emissions. The equivalence ratio, urea injection amount, ammonia slip and $NO_x$ conversion efficiency relative to boiler load are applied to discuss the experimental results. In this experiment, the average equivalence ratio is calculated by changing only the fuel consumption rate while the intake air amount is constantly fixed at $25,957.11cm^3/sec$. The average equivalence ratios are 1.38, 1.11, 0.81 and 0.57 when boiler loads are 100, 80, 60 and 40%. The $NO_x$ conversion efficiency is raised with increasing urea injection amount, and $NH_3$ slip is also boosted at the same time. Consequently, the $NO_x$ conversion efficiency relative to boiler load should be examined in combination with urea injection amount and $NH_3$ slip. The results are calculated by 89, 85, 77 and 79% for the boiler loads of 100, 80, 60 and 40%. The appropriate amount of urea injection for the respective boiler load can be not discussed by only $NO_x$ emissions, and should be determined by considering the $NO_x$ conversion efficiency, $NH_3$ slip and reactive activation temperature simultaneously. In this study, the urea amounts of 230, 235, 233 and 231 mg/min are injected at the boiler loads of 100, 80, 60 and 40%, and the final $NH_3$ slips are measured by 8.48, 5.58, 11.97 and 11.34 ppm at the same conditions. THC emission is affected by the SCR reactor under other experimental conditions except 100% engine load, and CO emission at only 40% engine load. The rest of exhaust emissions are not affected by the SCR reactor under all experimental conditions.
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문제 정의
본 연구에서는 NOx 배출물의 저감대책인 요소‑SCR 후처리 시스템을 LPG 증기보일러에 적용하였을 경우, 보일러 부하에 따라 요소분사 전후의 배기 배출물 및 배기온도를 측정하고 보일러 부하에 따른 NOx․THC․CO․O2․CO2․매연․SO2 배출물의 영향을 분석하여 요소‑SCR 반응기 제어시스템을 개발하기 위한 기초자료로서 활용하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
LPG 연료소비율은 1분 동안 연소된 량을 디지털고중량 정밀 전자저울(GP-61KS, Weighing capacity 61 kg, Readability 0.1 g)에 의해 10회 계측하여 평균값으로 계산하였고, 흡입공기량은 정도 ± 0.3%의 디지털 마노미터식 층류 유량계를 사용하여 측정하였다.
배출물을 배기관으로부터 측정하였다. 또한, 촉매의 반응온도인 배기온도도 요소수를 분사하기 전후에 SCR 반응기의 전단과 후단에서 J 형 열전대를 사용하여 측정하였다. SCR 반응기 내에는 150×150×50 mm 크기의 100 cpsi 제오라이트(Zeolite) 촉매를 한 면에 2개씩 4층으로 적층하여 사용했다.
3%의 디지털 마노미터식 층류 유량계를 사용하여 측정하였다. 배기 배출물 중에서 CO, CO2, THC 배출 물은 NDIR센서 배기 분석계를, SO2, NOx, O2 배출 물은 전기화학식 센서 배기 분석계를, 매연은 광투 과식 디젤 매연측정기를 사용하여 측정하였다.
배기 중의 NOx 배출물을 저감시키기 위해 SCR 후처리 시스템을 배기관에 설치하였는데, 본 연구에서는 환원제로서 요소를 분사시켰다. SCR 반응기내의 촉매에 대해서는 저자들의 문헌을 참고하기 바란다.
보일러 부하에 따라 환원제로서 요소수를 SCR 반응기 내에 분사하였을 경우, 본 연구에서는 요소수를 분사하기 전후의 NOx․THC․CO․O2․CO2․매연․SO2 배출물을 배기관으로부터 측정하였다. 또한, 촉매의 반응온도인 배기온도도 요소수를 분사하기 전후에 SCR 반응기의 전단과 후단에서 J 형 열전대를 사용하여 측정하였다.
시동 및 부하 변동 시에는 1시간 이상 보일러를 충분히 가동시켜 안정된 연소상태에서 배기 배출물 및 배기온도를 측정하였으며, 요소분사의 경우에도 배기와 혼합되어 반응이 잘 이루어질 수 있도록 분사한 후 10분 정도 지난 후에 각 종 측정값이 거의 변화하지 않은 안정된 상태에서 계측하였다. 보일러의 연소상태를 점검하기 위하여 배기온도를 수시로 측정하면서 실험을 하였다.
본 연구에서는 NOx 배출물의 저감대책으로서 가장 효과적인 방법으로 알려진 요소‑SCR 후처리 시스템을 LPG 증기보일러에 적용하였을 경우, 보일러 부하에 따라 요소분사 전후의 NOx, THC, CO, O2, CO2, 매연 및 SO2 배출물을 측정하여 비교하였고, 당량비, 배기온도 및 SCR 반응기내의 촉매 반응여부가 배기 배출물에 미치는 영향을 고찰하여 다음과 같은 주요한 결과를 얻었다.
본 연구에서는 흡입공기량을 일정하게 고정하고 흡입연료량을 변화시켜 보일러 부하를 결정했다. 따라서 보일러 부하가 증가할수록 연료분사량이 많아지고 흡입산소량은 상대적으로 부족하여 보일러부하 40, 60, 80 및 100%의 순으로 O2 배출물이 감소되었다.
시동 및 부하 변동 시에는 1시간 이상 보일러를 충분히 가동시켜 안정된 연소상태에서 배기 배출물 및 배기온도를 측정하였으며, 요소분사의 경우에도 배기와 혼합되어 반응이 잘 이루어질 수 있도록 분사한 후 10분 정도 지난 후에 각 종 측정값이 거의 변화하지 않은 안정된 상태에서 계측하였다. 보일러의 연소상태를 점검하기 위하여 배기온도를 수시로 측정하면서 실험을 하였다.
본 실험에 적용한 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%에서 분사된 요소수량은 230, 235, 233 및 231 mg/min이었다. 시중에서 판매되고 있는 요소수는 32.5%이지만, 본 연구에서는 노즐의 분사구가 막혀 분사하는데 어려움이 발생하여 증류수를 희석하여 17%까지 낮추어 실험에 적용하였다.
3에 나타내고 있다. 여기서 당량비는 흡입공기량과 연료소비량 중에서 어느 것 하나만을 변화시키거나 둘 모두를 변화시키면 변화되지만, 본 연구에서는 흡입공기량을 고정시키고 연료소비량만을 변화시켜 당량비를 계산했다. 그림에서 보일러 부하 40, 60, 80 및 100%일 경우에 0.
SCR 반응기 내에는 150×150×50 mm 크기의 100 cpsi 제오라이트(Zeolite) 촉매를 한 면에 2개씩 4층으로 적층하여 사용했다. 요소분사 후에 반응되지 않고 배출되는 NH3 슬립량은 NH3 가스 분석기(Visual touch screen gas analyzer/monitor : Accuracy 0.01 ppm)에 의해 SCR 반응기 후단에서 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 사용연료가 프로판 주성분인 LPG이고, 대체적으로 흡입공기량도 부족하지 않을 뿐만 아니라, 보일러 연소의 특성상 연소가스 배출속도도 빠르지 않기 때문에 Fig. 14에서 볼 수 있는 것처럼 보일러 부하의 조건에 관계가 없이 매연은 0.1% 정도로 아주 적은 값만이 배출되었다.
본 연구의 실험에 사용된 보일러는 국내에서 생산되는 노통 연관식 증기 보일러로서 Fig. 1에 실험 장치의 구성도를 나타내고, Table 1은 실험 보일러의 주요 제원을 나타내고 있다. 가스전용버너는 보일러용량 81.
이론/모형
촉매작용에 의한 SO3 생성기구는 Harlow 등, Wickert 등에 의해 제안된 것으로 비산재, 연소장치․열교환기 등의 표면에 있는 V2O5, Fe2O3, Cr2O3 등에 의해 저온(400 ~ 700℃)에서도 빠른 속도와 높은 전화율로 SO2가 SO3로 산화한다.16)
성능/효과
1) 배기온도는 당량비와 일정한 관계가 있는데, 보일러 부하 실험조건 4개 중에 80%는 당량비가 1.11로서 배기온도가 가장 높게 나타났고, CO 배출물도 가장 낮게 나타났기 때문에 4개 조건 중 가장 연소효율이 높아 연소온도도 높게 나타나 NOx 배출물이 가장 높게 나타났다.
2에 보여주고 있는데, 사전에 적정 분사량을 실험으로 조사하여 컴퓨터 프로그램에 의해 자동으로 분사된 요소가 SCR 반응기 내에서 NOx 배출물을 환원시켰다.11) 적정 요소분사량은 실험조건에 따라 1시간 간격을 두고 1분간의 분사량을 전자저울(Mettler Toledo, Maximum capacity 1.01 kg, Readability 0.001 g)로 10번 계량하여 단위시간당 평균질량값으로 나타내었다.
13) 즉, 연소가스 온도가 낮거나, 연소가스 배출속도가 빠르거나, 공기(산소)량이 부족하면 매연 생성량이 증가된다. 그러나 어떤 조건이든지 적정한 값이 존재하는데, 특히 연소가스온도와의 관계는 종(bell)모양의 적정 생성온도가 존재한다.
2) 보일러 부하에 따른 적정 요소분사량은 단순히 NOx 배출물만을 가지고 고찰할 수는 없고, NOx 환원효율, 요소분사량, NH3 슬립량 및 촉매반응온도를 조합해서 검토하여야 한다. 본 연구에서는 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 적정 요소분사량을 230, 235, 233 및 231 mg/min으로 정하여 분사하였을 때, 최종 NH3 슬립량은 8.
3) 보일러 부하에 따른 NOx 환원효율은 요소분사량 및 NH3 슬립량을 동시에 검토하여야 하는데, 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 89, 85, 77, 79%로 나타났다.
4) THC 배출물은 보일러 부하가 증가할수록 상당히 많이 감소되어 부하 100%에서는 SCR 반응기로부터의 요소분사와 관계없이 나타나지 않았다. 연소효율이 낮은 40% 저부하에서는 THC 배출 물이 가장 많이 나타났지만, 제올라이트의 흡착제 역할에 의해 SCR 반응기 후단에서 상당히 많이 감소되었고, 보일러 부하 80 및 60%에서는 반응온도의 영향에 의해 흡착효율이 떨어져 SCR 반응기 후단에서 THC 배출물이 약간 증가되었다.
5) CO 배출물은 THC 배출물과 마찬가지로 부하가 증가할수록 이론당량비에 가까워 연소효율이 좋아졌기 때문에 상당히 많이 감소되었다. CO 배출물은 모든 부하에 걸쳐서 실험에 사용한 제올라이트 촉매의 산화활성도에 의해 SCR 반응기 후단에서 약간 감소되었다.
6) 보일러 부하가 증가할수록 연료분사량이 많아지고 흡입산소량은 상대적으로 부족하여 부하 40, 60, 80 및 100% 순으로 O2 배출물이 감소되 었지만, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
7) CO2 배출물은 배출산소농도와는 반대의 경향을 나타내어 연료분사량이 많은 고부하일수록 많이 나타났는데, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
8) 매연 배출물은 연료, 흡입공기량 및 연소가스 배출속도의 특성상 보일러 부하의 조건에 관계가 없이 0.1% 정도였고, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
9) SO2는 보일러 부하가 낮아질수록 많이 배출되었고, SO2 배출물은 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
산화촉매가 발견되고 있다. 각종 금속산화물에 의한 SO3로의 전화율을 측정한 결과, 백금이 가장 효과적이지만, V2O5, Fe2O3 등 일반적으로 보일러 노내에서 존재하는 산화물류도 강한 산화작용이 있는 것으로 확인되고 있다. 또한 나트륨(Na)을 첨가함에 따라 V2O5의 활성도를 크게 증가시킬 수 있다.
그림에서 알 수 있는 것처럼 4개의 실험조건 중에보일러 부하 80%의 배기온도가 가장 높게 나타났다. 그런데 뒤에서 고찰한 CO 배출물도 이 부하값에서 가장 낮게 나타난 것은 4개의 부하 조건 중 가장 연소효율이 높아 연소온도도 높게 나타나 NOx 배출물이 가장 높게 나타났다.
본 연구에서는 흡입공기량을 일정하게 고정하고 흡입연료량을 변화시켜 보일러 부하를 결정했다. 따라서 보일러 부하가 증가할수록 연료분사량이 많아지고 흡입산소량은 상대적으로 부족하여 보일러부하 40, 60, 80 및 100%의 순으로 O2 배출물이 감소되었다. 한편, O2 배출물은 요소의 분사와 관계가 없이 일정하게 배출되고 있음을 알 수 있다.
CO는 과량의 산소에 의해 높은 온도에서 쉽게 산화될 수 있지만, Cu, Pb, Ti, V 등의 약알카리성 산화물, Hg, Pt 등의 귀금속 산화물, Cr, Mn 등의 약산성 산화물의 혼합산화물 촉매에 의해 낮은 온도에서도 산화된다. 따라서 본 실험에서 사용한 활성물질로 코팅된 제올라이트 촉매도 산화 활성도를 가지고 있기 때문에 CO가 CO2로 산화될 수 있어 CO 배출물이 약간 감소되었다고 예측된다. 본 연구에서는 4개 실험조건의 부하에서 요소를 분사한 경우가 분사하지 않았을 때보다 SCR 반응기 후단에서의 CO 배출물이 약간 감소되었는데, 연소온도가 가장 낮은 부하 40%의 CO 배출물 감소률이 약간 높게 나타났다.
한편, CO2 배출물은 배출산소농도와는 일반적으로 반대의 경향을 나타내어 연료 분사량이 많을수록 증가하고 있다. 따라서 연료분사량이 많은 고부하일수록 CO2가 많이 배출되고 있는데, 본 연구에서는 보일러 부하 100%와 80%의 경우에 CO2 배출물이 거의 같게 나타나고 있다. 이것은 부하 100%에서 흡입산소량에 비하여 연료분사량이 과다하여 탄소의 화합물인 CO2 배출물도 많이 발생되어야지만, 상대적으로 부족한 흡입산소량으로 인해 완전연소의 생성물인 CO2 배출물이 부하 80%와 거의 비슷하게 나타났고, 불완전연소 생성물인 CO 배출물은 부하 80%보다 더많이 발생되었기 때문이다.
슬립량이 가장 높게 나타났음에도 불구하고 NOx 환원효율은 가장 낮은 77%이다. 따라서 요소 SCR 반응기의 활성화 효율이 가장 나쁘게 나타났다.
보일러 부하 40%에서는 NOx 배출물이 24 ppm으로 80%일 경우의 1/3수준이지만, 요소분사량도 부하 100%일 경우보다 높았고, NH3 슬립량도 상당히 높음을 알 수 있다. 이것은 앞에서 고찰한 것처럼 반응온도가 너무 낮아 촉매반응 활성화가 아주 나빠졌기 때문이다.
보일러 부하 40%에서는 NOx 배출물이 가장 적었지만, Fig. 7로부터 알 수 있는 것처럼 요소분사량이 부하 100%보다 많았고, Fig. 6처럼 암모니아 슬립량도 부하 100 및 80%인 경우보다 많았다. 이것은 Fig.
그런데 보일러 부하 100%인 경우에는 계측한 값과 연료소비율이 동일한 값이지만, 보일러 부하 80, 60 및 40%에서는 밸브의 개도를 정확하게 맞출 수 없기 때문에, 정의한 값과 실제 연료소비율이 약간 다르다. 보일러 부하 80%에서는 실제 측정값의 연료소비율이 계산값보다 + 0.8% 정도 더 많았고, 보일러 부하 60%에서는 - 2.8% 정도 적었으며, 보일러 부하 40%에서는 + 3.2% 정도 더 많아 부하가 작아질수록 오차가 커짐을 알 수 있다.
본 실험의 보일러 부하 60%에서는 NOx 배출물이 53 ppm이지만, 요소분사량이 233 mg/min으로두 번째 많았고, NH3 슬립량이 가장 높게 나타났음에도 불구하고 NOx 환원효율은 가장 낮은 77%이다. 따라서 요소 SCR 반응기의 활성화 효율이 가장 나쁘게 나타났다.
따라서 본 실험에서 사용한 활성물질로 코팅된 제올라이트 촉매도 산화 활성도를 가지고 있기 때문에 CO가 CO2로 산화될 수 있어 CO 배출물이 약간 감소되었다고 예측된다. 본 연구에서는 4개 실험조건의 부하에서 요소를 분사한 경우가 분사하지 않았을 때보다 SCR 반응기 후단에서의 CO 배출물이 약간 감소되었는데, 연소온도가 가장 낮은 부하 40%의 CO 배출물 감소률이 약간 높게 나타났다.
본 연구에서는 NOx 환원효율이 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 89, 85, 77, 79%로서 상당히 높게 나타나고 있다. 부하 80%에서 NOx 배출물이 가장 많아 요소를 가장 많이 분사하였는데, 배기관내의 반응온도가 가장 높아 NOx 환원효율도 높게 나타났지만, Fig.
2) 보일러 부하에 따른 적정 요소분사량은 단순히 NOx 배출물만을 가지고 고찰할 수는 없고, NOx 환원효율, 요소분사량, NH3 슬립량 및 촉매반응온도를 조합해서 검토하여야 한다. 본 연구에서는 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 적정 요소분사량을 230, 235, 233 및 231 mg/min으로 정하여 분사하였을 때, 최종 NH3 슬립량은 8.48, 5.58, 11.97 및 11.34 ppm로 나타났다.
본 연구에서는 활성물질로 코팅된 제올라이트 촉매를 8개 사용하고 있는데, 제올라이트는 흡착제의 역할을 하기 때문에, 연소효율이 낮아 THC가 많이 배출되는 40%의 저부하에서는 THC 배출물이 요소분사 후에 상당히 많이 감소되고 있음을 알수 있다. 그러나 부하 80 및 60%에서는 요소를 분사한 후에 약간 증가되었는데, 이것은 반응온도의 영향에 의해 흡착효율이 떨어져 오히려 약간 증가 되는 경향을 보여주고 있다.
본 연구에서는 NOx 환원효율이 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 89, 85, 77, 79%로서 상당히 높게 나타나고 있다. 부하 80%에서 NOx 배출물이 가장 많아 요소를 가장 많이 분사하였는데, 배기관내의 반응온도가 가장 높아 NOx 환원효율도 높게 나타났지만, Fig. 6에서 NH3 슬립량은 가장 적음을 알 수 있다.
부하 80%에서는 연소효율이 높아 Fig. 9에서 알수 있는 것처럼 CO 배출물이 부하 100%에 비해 적게 나타났고, 완전연소 생성물인 CO2 배출물이 많이 나타났음을 알 수 있다. 한편, 부하 100%에서는 80%보다도 연료과잉이기 때문에 연료중의 탄소성분이 많아 CO2 및 CO 배출물이 부하 80%보다 많음을 알 수 있다.
4) THC 배출물은 보일러 부하가 증가할수록 상당히 많이 감소되어 부하 100%에서는 SCR 반응기로부터의 요소분사와 관계없이 나타나지 않았다. 연소효율이 낮은 40% 저부하에서는 THC 배출 물이 가장 많이 나타났지만, 제올라이트의 흡착제 역할에 의해 SCR 반응기 후단에서 상당히 많이 감소되었고, 보일러 부하 80 및 60%에서는 반응온도의 영향에 의해 흡착효율이 떨어져 SCR 반응기 후단에서 THC 배출물이 약간 증가되었다.
후속연구
한편, 보일러는 연소실 면적이 큰 저부하 연소이기 때문에 공기과잉률을 낮게 억제한 연소가 가능하고, 버너의 다단화, 공기의 분할공급 등 다양한 방법으로 오염물질 억제대책을 실시할 수 있다. 금후의 과제로서는 도심지에서 사용하는 보일러 등의 연소장치에서 배출되는 배기의 저감대책을 단계적으로 추진하여 장점을 최대한으로 살려 나아가는 것이다.1,2)
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
요소‑SCR 후처리 시스템을 LPG 증기보일러에 적용해 보일러 부하에 따라 요소분사 전후의 NOx, THC, CO, O2, CO2, 매연 및 SO2 배출물을 측정 비교하고, 당량비, 배기온도 및 SCR 반응기내의 촉매 반응여부가 배기 배출물에 미치는 영향을 고찰하여 본 연구는 어떤 결과를 얻을 수 있었는가?
1) 배기온도는 당량비와 일정한 관계가 있는데, 보일러 부하 실험조건 4개 중에 80%는 당량비가 1.11로서 배기온도가 가장 높게 나타났고, CO 배출물도 가장 낮게 나타났기 때문에 4개 조건 중 가장 연소효율이 높아 연소온도도 높게 나타나 NOx 배출물이 가장 높게 나타났다.
2) 보일러 부하에 따른 적정 요소분사량은 단순히 NOx 배출물만을 가지고 고찰할 수는 없고, NOx 환원효율, 요소분사량, NH3 슬립량 및 촉매반응온도를 조합해서 검토하여야 한다. 본 연구에서는 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 적정 요소분사량을 230, 235, 233 및 231 mg/min으로 정하여 분사하였을 때, 최종 NH3 슬립량은 8.48, 5.58, 11.97 및 11.34 ppm로 나타났다.
3) 보일러 부하에 따른 NOx 환원효율은 요소분사량 및 NH3 슬립량을 동시에 검토하여야 하는데, 보일러 부하 100, 80, 60 및 40%일 경우에 89, 85, 77, 79%로 나타났다.
4) THC 배출물은 보일러 부하가 증가할수록 상당히 많이 감소되어 부하 100%에서는 SCR 반응기로부터의 요소분사와 관계없이 나타나지 않았다. 연소효율이 낮은 40% 저부하에서는 THC 배출 물이 가장 많이 나타났지만, 제올라이트의 흡착제 역할에 의해 SCR 반응기 후단에서 상당히 많이 감소되었고, 보일러 부하 80 및 60%에서는 반응온도의 영향에 의해 흡착효율이 떨어져 SCR 반응기 후단에서 THC 배출물이 약간 증가되었다.
5) CO 배출물은 THC 배출물과 마찬가지로 부하가 증가할수록 이론당량비에 가까워 연소효율이 좋아졌기 때문에 상당히 많이 감소되었다. CO 배출물은 모든 부하에 걸쳐서 실험에 사용한 제올라이트 촉매의 산화활성도에 의해 SCR 반응기 후단에서 약간 감소되었다.
6) 보일러 부하가 증가할수록 연료분사량이 많아지고 흡입산소량은 상대적으로 부족하여 부하 40, 60, 80 및 100% 순으로 O2 배출물이 감소되 었지만, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
7) CO2 배출물은 배출산소농도와는 반대의 경향을 나타내어 연료분사량이 많은 고부하일수록 많이 나타났는데, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
8) 매연 배출물은 연료, 흡입공기량 및 연소가스 배출속도의 특성상 보일러 부하의 조건에 관계가 없이 0.1% 정도였고, 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
9) SO2는 보일러 부하가 낮아질수록 많이 배출되었고, SO2 배출물은 요소분사 및 SCR 촉매의 영향은 나타나지 않았다.
LNG선에서 보일러를 사용하는 목적은 무엇인가?
보일러는 N2 성분을 많이 포함한 비교적 중질유 액체연료를 사용하는 경우가 많지만, LNG선에서는 BOG 처리를 위해 보일러를 사용하기도 한다. 최근에는 환경오염의 문제가 심각해 보일러에 가스연료를 사용하는 경우가 늘어가고 있다.
SCR의 장점은 무엇인가?
보일러 연소에서 미연탄화수소(THC)의 증가를 억제시키면서 저NOx 배출물을 달성시키는 기술로서는 저과잉공기연소, 농담연소, 이단연소, 노내탈질, 배기 재순환, 저NOx버너, 저NOx 연소용 분무기 (Atomizer), 물분사, SCR 등을 포함하여 다양한 연소과정 처리, 후처리 등의 방법이 있는데, 이 들중, SCR(Selective Catalytic Reduction)은 환원제로서 요소, 암모니아 등을 사용하여 NOx 배출물을 대폭적으로 저감시킬 수 있고, 연비악화를 수반하지 않기 때문에 가장 효과적인 방법 중의 하나로 알려져 왔다.3-9)
참고문헌 (19)
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