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선박 디젤기관 스크러버의 기초설계에 관한 수치적 연구
A Numerical Study on the Basic Design of Scrubber for Marine Diesel Engines 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.23 no.5, 2017년, pp.549 - 557  

이원주 (한국해양수산연수원) ,  김인수 (해양수산부 해사안전정책과) ,  최용석 (한국해양대학교 기관공학부) ,  최재혁 (한국해양대학교 기관시스템공학부)

초록
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본 연구에서는 강화되는 황산화물입자상물질의 배출규제를 만족시키기 위한 후처리장치인 스크러버(scrubber)에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저 수치 해석을 통하여 기존 스크러버의 문제점을 파악하고, 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 형태의 와류형 스크러버를 설계하여 분석하였다. 그 결과 와류형 스크러버에서 배기가스는 하부에서 와류를 형성하고 그 중 일부는 바닥면을 통과하여 가이드 베인을 따라 배출되는데, 이 때 수직 방향의 압력구배는 크지 않으나 배플의 내 외부에는 압력차가 발생하는 것으로 나타났다. 배기가스 유선의 형태를 확인한 결과, 물이 분사되지 않는 경우에는 물이 분사되는 경우에 비해 가이드 베인을 따라 출구까지 일정하게 유동하였으며, 유동의 형태에 가이드 베인과 노즐의 배열 및 수압 등이 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 와류형 스크러버의 경우 입 출구의 차압이 기존의 스크러버 대비 절반 이하로서 기관의 배압에 미치는 영향이 훨씬 적은 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Numerical studies have been carried out on scrubbers, which are after-treatment devices to satisfy strengthened emission regulations for sulfur dioxide and particulate matter. We investigated the problems with existing scrubbers through numerical analysis and designed and analyzed a new swirl-type s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 선박기인 대기오염물질 중 SOx, PM 등의 규제강화에 대응하기 위해 수치해석을 통하여 기존 스크러버의 문제점을 파악하였고, 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 형태의 와류형 스크러버에 대한 연구를 수행하였다. 그 결론은 다음과 같다.
  • 이에 본 연구에서는 선박기인 대기오염물질 규제강화에 대응하기 위한 기술의 하나로 IMO에서도 권장하고 있는 스크러버를 이용하는 방안을 연구하였으며, 이를 위해 수치해 석을 통하여 기존 스크러버의 문제점 등을 파악하였고, 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 형태의 와류형 스크러버에 대한 수치적 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 배기가스는 실제 조건과 유사하도록 질소 77 %, 이산화탄소 13 %, 산소 5 %, 수증기 5 %의 혼합가스로 가정하였으며, 물의 수증기로의 상변화를 고려하여 계산하였다. 가스의 입구 온도는 350 , 질량유량은 1.05 kg/s로 가정하였다. 그리고 기존의 일반적인 스크러버는 물이 분사되는 노즐 위쪽에 demister가 존재하는데 본 해석에서는 이 부분을 계산하기 위하여, 여기에 0.
  • 정상 상태 조건을 이용하였고, 난류 모델은 k-Epsilon 모델을 적용하였다. 배기가스는 실제 조건과 유사하도록 질소 77 %, 이산화탄소 13 %, 산소 5 %, 수증기 5 %의 혼합가스로 가정하였으며, 물의 수증기로의 상변화를 고려하여 계산하였다. 가스의 입구 온도는 350 , 질량유량은 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선박용 스크러버의 단점은 무엇인가? 앞서 설명한 바와 같이 스크러버는 여러 가지 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 선박으로의 적용에 있어서는 여러 가지 단점을 지니고 있다. 대표적으로 육상에 비해 공간이 제한적인 선박에서 적용에 있어 그 규모가 크다는 점과 그에 따라 가격이 비싸다는 것이다(Han et al., 2007).
선박용 스크러버는 무엇인가? 선박용 스크러버란 배기가스에 염기성 함유 매질(해수 또는 청수)을 분사하여 가스 중의 SOx, PM을 제거하는 장치를 의미한다. 즉, 스크러버로 인입 된 배기가스에 물(물+흡수제)을 분사시켜 충진물 표면에서 배기가스와 물이 접촉 반응하도록 하여 배기가스 중의 오염물질을 흡수, 제거한 후 비교적 깨끗한 배기가스를 대기 중으로 방출하도록 되어 있다.
스크러버의 이점은 무엇인가? , 2015). 스크러버는 SOx를 90 %까지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 PM도 최대 90 %까지 제거가 가능한 것으로 알려져 있다. 또한 IMO 보고에 의하면 스크러버에 의하여 선박기인 블랙카본(Black Carbon)도 40 % 정도 제거가 가능한 것으로 밝혀지는 등, SOx 뿐만이 아니라 PM 전체의 제어를 고려한다면 다른 대기오염물질 저감 기술보다 스크러버가 더 우수한 성능을 가진다는 것은 이미 많은 자료에 의해 알려져 있다(Son et al.
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참고문헌 (7)

  1. ANSYS CFX 13(accessed 17.06.28), http://www.ansys.kr/. 

  2. Han, B. W., H. J Kim, Y. J. Kim and K. S. Han(2007), Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol. 12, No. 6, pp. 345-346. 

  3. Jung, R. T.(2011), Recent International Development on the Technical and Operational Measures of IMO's $CO_2$ Emission Control from Ships, Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, Vol. 14, No. 1, pp. 65-71. 

  4. Kang, K. J., S. H. Kim and E. C. Kim(2004), A Study on the NOx Emission Status and Reduction Technologies of Domestic Marine Engine, Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, Vol. 7, No. 2, pp. 57-63. 

  5. Kim, I. C., C. G. Kim, S. J. Park, D. Y. Cho and Y. H. Lee(2015), Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 39, No. 7, pp. 773-778. 

  6. Son, K., J. Y. Lee and K. H. Park(2015), The effect of Spray Flow Rate, Aspect Ratio, and Filling Rate of Wet Scrubber on Smoke Reduction, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 39, No. 3, pp. 217-222. 

  7. Song, H. C., J. U. Lee and J. S. Choi(2003), A Study on the Estimation of Discharge Amount of NOx Emission from Ships in Port of Busan, Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, Vol. 14, No. 1, pp. 65-71. 

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