초록 ▼

연구목표
본 과제는 고온공정을 과정에서 배출되는 유독성 금속성 입자상 물질을 제어하는 효과적인 방법을 개발하는 것을 목표로 한다. 제어대상의 금속성 에어로졸은 크기나 물성 면에서 집진이 매우 어렵기 때문에 집진에 용이하도록 물리화학적으로 안정한 무기성의 흡착제에 선택 흡착시켜 미세입자의 형성을 억제시킨 다음 2차적으로 구성된 금속에어로졸 혼합체를 기존의 집진기에서 포집하는 전략을 구사하는 집진시스템을 구성하는 것이며 연구를 통해 이러한 시스템 구성에 필요한 기술적 자료를 제시하고자 한다.
연구내용
제1차년도의 연구기

연구목표
본 과제는 고온공정을 과정에서 배출되는 유독성 금속성 입자상 물질을 제어하는 효과적인 방법을 개발하는 것을 목표로 한다. 제어대상의 금속성 에어로졸은 크기나 물성 면에서 집진이 매우 어렵기 때문에 집진에 용이하도록 물리화학적으로 안정한 무기성의 흡착제에 선택 흡착시켜 미세입자의 형성을 억제시킨 다음 2차적으로 구성된 금속에어로졸 혼합체를 기존의 집진기에서 포집하는 전략을 구사하는 집진시스템을 구성하는 것이며 연구를 통해 이러한 시스템 구성에 필요한 기술적 자료를 제시하고자 한다.
연구내용
제1차년도의 연구기간 동안에는 금속성 물질을 효율적으로 흡착제어 하기위한 무기물질을 선택하는 작업이 시행되었다. 동기간에는 광범위한 문헌조사를 통해 선택 가능한 무기물질의 열역학적 기초 자료를 구축하였고 구축된 기초자료는 평형해석 도구를 사용하기 위한 입력자료로 활용되었으며 반응환경에 관한 제한적 시나리오 하에서 제어대상 물질인 금속성 물질과의 열역학적 평형과 화학적 평형해석이 수행되었다. 제2차년도의 연구주제는 휘발성 금속물질의 효율적 흡수/흡착을 위한 슬러리 액적의 운전변수를 도출하기 위한 실험적 연구가 수행되었으며 이론적 연구를 통해 선택된 흡착제를 여러 열적조건에서 주입하여 제어대상 물질과의 화학적 반응성과 에어로졸의 동역학적 영향을 평가하였다. 제3차년도의 연구기간 동안에는 전년도에 수행된 연구결과를 바탕으로 여러 가지 열적조건에서 이루어지는 무기물질의 슬러리 액적의 흡착성능 및 액적의 수명에 관한 모델예측 연구를 수행하였으며 구성된 기초적 모델의 타당성을 평가하는 작업을 수행하였다.
연구성과
소각이나 석탄 연소과정에서 모재에 미량 함유되어 빈번하게 투입되는 휘발성 금속성분을 원인 인자로 하여 배연과정에서 구성되는 미세 크기의 유해성 금속 에어로졸을 처리하기 위해, 기술적으로 선택된 무기성 물질을 배연과정에 주입하여 목표 물질을 간접적으로 제거 처리하는 방법이 제안되었다. 이 처리방법은 기존의 환경처리 기초시설을 그대로 이용하는 개념이므로 기술 적용시 장치의 신설투자 손실이 발생하지 않고 최소한의 개선비용으로 목표하는 대기오염 물질을 경제적 처리하는 방법으로 선택될 수 있다. 본 연구과정에서는 제안된 방법의 적용에 필요한 관련 기술 자료와 방법을 제공하였다. 연구를 통해 얻어진 구체적인 연구성과는 1) 제어대상 금속성 에어로졸을 제어하기위해 적용 가능한 무기성 흡착물질을 열역학적으로 선택하는 방법과 물질의 범위를 결정하는 이론적 방법을 개발하였으며 납 계통의 물질을 제어대상물질로 선택하여 제안된 방법을 평가하였다. 그리고 2) 선택된 무기물질을 사용하여 금속성 에어로졸을 제어할 때 무기물질의 주입 특성에 따른 동역학적인 특성변화에 따른 효과를 실험적 방법으로 검토 제시하였다. 이러한 실험적 연구는 이론적으로 미리 결정된 무기성 물질의 처리효과가 복합적인 환경의 동역학적인 조건변화에 따라 다르게 나타나는 원인을 규명하는 역할을 하였다. 끝으로 3) 실험실적 조건의 제한된 상황에서 수행된 연구의 결과는 실제 적용 시 연구환경과 다른 조건에 놓이게 되므로 다른 조건에서 일어날 상황을 주요 변수변화에 대한 감도평가로서 예측 평가하는 모델을 제시하였으며 제시된 모델은 사전에 실험적으로 평가할 수 없는 복잡한 환경에서 일어날 상황에 대해 모사평가하는 데 사용될 수 있다.

Abstract ▼

Purpose of Research
The study was done to develop the novel method to control the toxic metallic aerosol emission from the various combustor. In the proposed control method, the target metallic aerosol that is difficult to control due to its undesirable fine size and composition is suppressed and

Purpose of Research
The study was done to develop the novel method to control the toxic metallic aerosol emission from the various combustor. In the proposed control method, the target metallic aerosol that is difficult to control due to its undesirable fine size and composition is suppressed and selectively removed by applying the chemically stable sorbent in the flow, and the combined products are captured in the conventional particle collection. The system variables for the design of the control system are reduced through the research.
Contents of Research
In the first research year, the selection of inorganic material that can be used as the sorbent for capturing the metallic aerosol was done. The thermodynamic library was prepared by browsing the references and used for the input data for the chemical equilibrium calculation under the various thermodynamic conditions. In the second research year, the experimental works were done to find the operational variables for capturing the target materials by applying the inorganic slurry injection under the various thermodynamic conditions. The selected materials from the previous theoretical calculation was evaluated in its characteristics under the different aerosol behavior and chemical reaction conditions. In the third and final research year, the theoretical model for predicting the performance of the injected inorganic materials for capturing the target materials was prepared and evaluated.
Effectiveness of Research
A novel control method for capturing the metallic fine aerosol particles that are caused by the evaporation of the volatile metallic materials in the high temperature conditions such as in incinerator or coal combustor is proposed, where the target metallic aerosol is combined with the injected inorganic materials and scavenged from the flue gas by the conventional particulate control devices. The method does not need no further investment for controlling the target materials, hence the toxic target aerosol materials can be control with the minimal expenses. In the report, the basic technical data needed for designing the control devices are prepared. The results of the research are summarized as; 1) The theoretical selection method for finding the effective inorganic material that can be easily bound with the target metallic materials. Several inorganic materials was proposed, and the effectiveness was tested with the lead based material. 2) As an independent mechanism for scavenging the target metallic aerosol in the flue gas, the aerosol dynamic was studied experimentally. Under the combined thermal environment, the parametric involvement of the thermal and dynamic variables were clarified. The experimental result gives the additional information for the system performance. 3) The developed theoretical model extends the applicability of the method under the different thermal and dynamic conditions, and simulates the application in the real situation.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...8
• 3. 결과 및 고찰 ...17
• 4. 결론 ...34
• 5. 인용문헌 ...35