[논문]분진 및 질소산화물 동시처리를 위한 1톤 중유 보일러용 세라믹 필터 집진기의 성능실험

정완보; 조정식

doi:10.21289/ksic.2018.21.6.355

분진 및 질소산화물 동시처리를 위한 1톤 중유 보일러용 세라믹 필터 집진기의 성능실험
Performance Test of Ceramic Filter Collector for the heavy-oil boiler for Concurrent treatment Dust and Nitrogen Oxides 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.21 no.6, 2018년, pp.355 - 360

정완보 (Department of Mechatronics, Polytechnic, Inchon Campus) , 조정식 (TheEverone R&D Center)

Abstract ▼ AI-Helper

The product developed in this study is a ceramic catalyst filter for 1 ton heavy-oil boiler that can simultaneously process dust and nitrogen oxides. This has been developed for simultaneous processing of nitrogen oxides and dust at high efficiency of hot exhaust gas (approximately $300^{\circ}C$) generated after burning 1 ton heavy oil boiler. Ceramic catalytic filters for 1 tonne heavy-duty glass display are technologies that remove 90% of dust and 85% or more of nitrogen oxides. This is an improved new technology to integrate exhaust ventilation and desiccation devices into one, thereby reducing the production process and improving the economy. To this end, the performance test of the catalytic filter for heavy oil boilers was carried out, and the durability of the PLC circuit was constructed.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Performance test device of ceramic filters
표 Table 1. Regulation of nitrogen oxides on ships
표 Table 2. Regulation of sulfur oxides in the seas
그림 Fig. 2 Ceramic filter area measurement
그림 Fig. 3 Pressure loss experiment
그림 Fig. 4 Pressure Loss data of ceramic filter
그림 Fig. 5 Durable life test device
그림 Fig. 6 Durable life test data
그림 Fig. 8 Measurement at the rear of the baghouse(C1)
그림 Fig. 7 NOx reduction by temperature
그림 Fig. 9 Exhaust gas temperature
표 Table 3. Concentration of dust emission

AI 본문요약
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문제 정의

현재의 대기오염 제어 분야를 조망하여 보면 기존의 탈질, 탈황, 집진 기술들이 상용화, 보급되어 안정적으로 운전되고 있는 상황에서 새로운 공정으로 시장 진입을 하기 위해서는 특징정인 장점을 지녀야 하고 이러한 기술이 적용되었을 때 기존의 기술보다 비교우위를 가져야 한다. 따라서 본 연구에서는 중, 소규모의 선박용 보일러뿐 아니라 육상플랜트, 발전플랜트의 배기가스 등을 대상으로 적용할 수 있는 시스템을 개발하는 것을 목표로 하였다. 또한 선박에서 사용하는 최소의 사양인 1톤 보일러에 적용함으로서 본 연구에서 개발되는 기술이 그대로 적용되거나 약간의 Scale-up을 통하여 손쉽게 상용화 될 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 분진 및 질소산화물 동시처리를 위한 1톤 중유보일러용 세라믹 필터 집진기의 성능실험을 위하여 1톤 중유보일러 배출 가스 기준으로 세라믹 필터의 여과면적, 압력손실, 통기도, 내구수명, 분진 배출농도 7.5ppm이하, 질소산화물 85% 저감을 위한 세라믹 촉매 필터의 실용화제조 기술을 확보하는 것이다.

제안 방법

1. 20,000회의 내구수명 측정결과 세라믹 촉매 필터의 크랙이 발생하지 않아 상용화 기술을 확보 하였다.
본 연구에서는 분진 및 질소산화물 동시처리를 위한 1톤 중유보일러용 세라믹 필터 집진기의 성능실험을 위하여 1톤 중유보일러 배출 가스 기준으로 세라믹 필터의 내구수명, 분진 배출농도 7.5ppm이하, 질소산화물 85% 저감을 위한 세라믹 촉매 필터의 실용화 제조 기술을 확보하는 하는 성능실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
분진 배출농도를 실험하기 위해서 1톤 중유보일러를 가동한 뒤, 세라믹 촉매 필터를 거쳐 정화된 공기의 분진을 집진기 후단에 미세분진농도와 배기가스 온도를 측정하여 계산하였다. 실험방법은 미세분진 농도 및 온도를 1분 간격으로 5회씩 측정하였다.
세라믹 촉매 필터의 공간속도를 고려하여 절단 및 샘플링하여 시편을 만든 후 세라믹 촉매 필터의 방향성을 고려하여 반응기 튜브에 고정시킨 후 촉매 반응기에 고정한 후 활성 테스트를 각각 온도변화에 따라 180℃, 200℃, 220℃, 250℃, 300℃, 400℃, 500℃에서활성화 테스트를 실시하였다. 실험결과 Fig.

대상 데이터

미국 DOE 지원으로 North Dakota 대학, Owens-Corning Fibergalss사(OCF), Raytheon 엔지니어링사가 공동으로 분진 및 질소산화물을 동시에 제거하는 연구를 수행하였고, 국내에서는 세라믹 필터 담체에 CuO 촉매를 이용한 SOx, NOx, 먼지 동시 제거에 관하여 A대학교에서 연구를 진행하였으나 CuO 촉매가 SOx와 반응하며 생성된 CuSO₄가 NOx에 대한 전환율이 감소하는 문제가 발생하는 단점을 가지고 있다.
본 연구에서 개발한 제품은 분진 및 질소산화물의 동시 처리가 가능한 1톤 중유 보일러용 세라믹 촉매필터이다. 이것은 1톤 중유 보일러 연소 후 발생되는 고온 배기가스(약 300℃)의 질소산화물과 분진을 높은 효율로 동시 처리 가능하도록 개발되었다.
5초 마다 분사하도록 PLC로 세팅하였다. 측정횟수는 총 20,000회를 시험하여 세라믹 촉매 필터의 크랙이 발생하였는지 육안으로 확인하였다. 확인결과 Fig.

성능/효과

2. 온도변화에 따른 활성화 테스트를 실시한 결과 NOx 저감율이 95.5%로 나타나고, NOx 배출농도(300도 기준)는 22.5ppm으로 나타나는 것을 알 수 있었다.
3, 보일러에서 배출되는 배기 가스의 온도 및 미세먼지의 분진 배출 농도는 0.91ppm으로 나타났다.
따라서 본 연구에서는 중, 소규모의 선박용 보일러뿐 아니라 육상플랜트, 발전플랜트의 배기가스 등을 대상으로 적용할 수 있는 시스템을 개발하는 것을 목표로 하였다. 또한 선박에서 사용하는 최소의 사양인 1톤 보일러에 적용함으로서 본 연구에서 개발되는 기술이 그대로 적용되거나 약간의 Scale-up을 통하여 손쉽게 상용화 될 수 있도록 하였다.

후속연구

따라서 본 연구는 세라믹 촉매 필터의 개발뿐만 아니라 모듈 제작을 통하여 운전, 유지, 보수 등을 고려한 제품으로 실용화가 가능한 기술이다. 이로 인한 연구 개발을 통해 보일러, 소각로, 발전시설, 철강제조시설 등 연소 배기가스를 배출하는 모든 산업에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
따라서 본 연구는 세라믹 촉매 필터의 개발뿐만 아니라 모듈 제작을 통하여 운전, 유지, 보수 등을 고려한 제품으로 실용화가 가능한 기술이다. 이로 인한 연구 개발을 통해 보일러, 소각로, 발전시설, 철강제조시설 등 연소 배기가스를 배출하는 모든 산업에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국제해상기구에서는 선박 메인 엔진의 질소산화물의 규제를 어느 수준으로 권고하는가?	국제해상기구(IMO)에서는 선박 메인 엔진의 질소산화물의 규제를 2016년 1월부터 매우 높은 수준의 규제(약 90%저감)를 만족시켜야 선박의 운행이 가능도록 권고하고 있다. 이에 따라 선박용 보일러의 규제를 대비하여 선박용 보일러에 질소산화물 저감할 수 있는 기술을 연구하여 IMO 규제에 대비하고자 한다.
	세라믹 촉매 필터의 모듈 제작시 어떤 산업에 적용이 가능한가?	따라서 본 연구는 세라믹 촉매 필터의 개발뿐만 아니라 모듈 제작을 통하여 운전, 유지, 보수 등을 고려한 제품으로 실용화가 가능한 기술이다. 이로 인한 연구 개발을 통해 보일러, 소각로, 발전시설, 철강제조시설 등 연소 배기가스를 배출하는 모든 산업에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
	국내의 분진 및 질소산화물을 동시에 제거하는 연구현황은 어떤 상황인가?	미국 DOE 지원으로 North Dakota 대학, Owens-Corning Fibergalss사(OCF), Raytheon 엔지니어링사가 공동으로 분진 및 질소산화물을 동시에 제거하는 연구를 수행하였고, 국내에서는 세라믹 필터 담체에 CuO 촉매를 이용한 SOx, NOx, 먼지 동시 제거에 관하여 A대학교에서 연구를 진행하였으나 CuO 촉매가 SOx와 반응하며 생성된 CuSO4가 NOx에 대한 전환율이 감소하는 문제가 발생하는 단점을 가지고 있다.

참고문헌 (6)

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원문보기 상세보기
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상세보기
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Sung-Cheol Jang, Jung-Sick Cho, 2018, "A Basic Study on the Portable Collector of Ship Gausing", KSPSE Spring Conference, pp.139-141.
Sung-Cheol Jang, Dae-Young Jung, Jung-Sick Cho, 2018, "Flow Analysis of Cyclone-Cartridge Filter Gausing Collector", KSIC, Vol. 21, No. 3 pp. 133-140.
Test report, KIST, R0004290.

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