초록 ▼

근대에 들어와 급속한 산업 발전은 불가피하게 환경을 훼손하여 왔으나, 인류는 모든 가치의 우선을 경제적 발전에 두고, 환경오염은 자연이 스스로 치유해 나갈 수 있다고 생각하며 환경의 훼손을 방치해 왔다. 그러나 환경오염이 점차 심각한 상태에 도달하여 이로 인한 문제점이 하나 둘 드러나기 시작하자 환경보전의 중요성을 깨닫게 되었고 이에 대한 규제가 강화되기 시작했다. 우리나라도 과거에는 환경이 다소 훼손되더라도 경쟁력 있는 제품을 생산하는 것이 국가적으로 더 중요하다고 판단하여 다소 형식적인 환경정책을 펴 왔으나, 이제는 공장의 가동

근대에 들어와 급속한 산업 발전은 불가피하게 환경을 훼손하여 왔으나, 인류는 모든 가치의 우선을 경제적 발전에 두고, 환경오염은 자연이 스스로 치유해 나갈 수 있다고 생각하며 환경의 훼손을 방치해 왔다. 그러나 환경오염이 점차 심각한 상태에 도달하여 이로 인한 문제점이 하나 둘 드러나기 시작하자 환경보전의 중요성을 깨닫게 되었고 이에 대한 규제가 강화되기 시작했다. 우리나라도 과거에는 환경이 다소 훼손되더라도 경쟁력 있는 제품을 생산하는 것이 국가적으로 더 중요하다고 판단하여 다소 형식적인 환경정책을 펴 왔으나, 이제는 공장의 가동을 중단하더라도 환경이 훼손되는 것을 방지해야 한다는 방향으로 의식이 전환되면서 환경에 대한 규제를 강화해 나가고 있다. 이러한 관점에서 아황산가스와 함께 가장 대표적인 대기오염물질로 알려져 있는 질소산화물은 대기 중으로 배출되어 도시의 광화학적 스모그의 원인이 되며 인간에게는 호흡기 질환을 유발하고 식물의 성장속도를 늦추거나 고사를 발생시키게 된다. 연소로와 같은 고정원에서 배출되는 질소산화물은 연료와 함께 공급된 공기 중의 질소와 산소가 열적으로 반응하여 만들어지는 thermal NOx, 연료내의 포함된 질소성분의 산화에 의하여 발생되는 fuel NO$_{x}$ 그리고 탄화수소의 연소 중에 생성되는 radical에 의하여 생성되는 prompt NO$_{x}$로 분류될 수 있다.
NOx로 표시되는 질소산화물은 일산화질소(NO), 이산화질소(NO$_{2}$) 외에 N$_{2}$O, N$_{2}$O$_{3}$, N$_{2}$O$_{4}$, N$_{2}$O$_{5}$, NO$_{3}$ 등이 있지만 대기오염물질로는 NO 와 NO$_{2}$ 만을 대상으로 규정하고 있다. 질소 및 질소화합물의 산화에 의해 생성되는 NOx 는 주로 자동차 배기가스, 보일러, 화력발전소, 소각로, 킬른 등에서 발생하며, 광화학반응에 관여하여 대기오염에 영향을 준다. 대기 중에 배출된 질소산화물이 태양광에 의해 분해되면 발생기산소가 생성되고 반응성이 강한 발생기 산소는 직접 또는 산소와 결합한 오존의 형태로서 탄화수소 또는 유황산화물과 반응하여 알데히드, PAN (peroxiacetyl-nitrate, RCO$_{3}$NO$_{2}$), 황산미스트 등의 광화학 옥시던트(photochemical oxidant)를 생성한다. 옥시던트는 사람의 눈이나 후두를 자극하고 식물을 고사시키며 재료의 열화를 일으키는 등 환경에 악영향을 준다. 따라서 질소산화물은 주요한 대기 오염물질로서 규제되고 있다.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 보고서 초록 ...5
• 목차 ...9
• 표차례 ...13
• 그림차례 ...17
• 제1장 서론 ...29
• 가. 연구개발의 중요성 및 필요성 ...29
• 나. 연구개발의 국내외 현황 ...30
• 1. Hybrid SNCR-SCR 공정개발 현황 ...30
• 2. 공정 모델링 및 모사기술 현황 ...31
• 3. 국내현황 ...31
• 다. 연구개발대상 기술의 차별성 ...33
• 1. 차별성 ...33
• 2. 관련기술 보유현황 ...34
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ...35
• 가. 연구의 최종목표 ...35
• 나. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ...35
• 다. 연도별 추진체계 ...36
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ...37
• 가. 연구개발 결과 및 토의 ...37
• 1. 이론적 고찰 ...37
• 가) 질소산화물 생성 매커니즘 ...37
• 나) 질소산화물 제거기술 ...40
• 2. 파일럿 규모의 선택적 무촉매 환원(SNCR) 공정 실험 ...53
• 가) 실험 장치 및 방법 ...54
• 나) 반응기 특성 ...62
• 다) 실험결과 및 고찰 ...67
• 3. 선택적 촉매 환원 공정(SCR) 공정 실험 ...130
• 가) 실험장치 및 방법 ...130
• 나) 실험결과 및 고찰 ...130
• 4. 파일럿 규모의 Hybrid SNCR-SCR 공정 실험 ...136
• 가) 실험결과 및 고찰 ...136
• 5. 파일럿 크기의 흐름반응 기에 Hybrid SNCR-SCR 공정 모델링 ...164
• 가) 요소용액을 이용한 SNCR 공정에 대한 반응속도식 모델링 ...165
• 나) 요소분해 반응 모델 ...170
• 다) 반응속도식과 탄성도 ...170
• 라) 반응속도모델실의 검증 ...173
• 마) 표준화된 민감도 분석(normalized sensitivity analysis) ...177
• 바) FLUENT를 이용한 공정모사 ...181
• 사) ChemKin 모델이 삽입된 FLUENT 모사 ...185
• 아) 요소용액을 이용한 SNCR-SCR 공정의 모델링 및 모사 현황 ...197
• 자) 요소용액을 이용한 Pilot-scale SNCR 공정에 대한 난류반응 CFD 모델 ...198
• 6. Hybrid SNCR-SCR 현장 적용 평가 및 모델링 결과 ...215
• 가) 논산 생활 폐기물 소각장 ...216
• 나) 2MWe급 CFBC 석탄 발전소 ...246
• 7. 2MWe급 CFBC 석탄발전소 내 Hybrid SNCR-SCR 현장설치 및 운전결과 ...266
• 가) SCR 설치 현황 ...266
• 나) SNCR 설계 ...268
• 다) 선택적 무촉매 환원(SNCR) 공정 실험 ...275
• 라) 선택적 촉매 환원(SCR) 공정 실험 ...276
• 마) Hybrid SNCR-SCR 공정 실험 ...277
• 8. Hybrid SNCR-SCR 공정 설계 패키지 개발 ...289
• 9. 경제성평가 ...290
• 가) 국내, 미국의 SCR, SNCR 설치비 및 운영비용 조사 ...290
• 나) CUECost를 이용한 NOx 저감기술별 제거효율 및 비용에 따른 경제성 평가 ...295
• 다) 개량 요소용액 적용에 따른 Hybrid system 최적화 조건 평가 ...302
• 나. 연구개발 결과 요약 ...304
• 1. 제목 ...304
• 2. 연구개발의 중요성 및 필요성 ...304
• 3. 연구개발의 내용 및 범위 ...305
• 4. 연구개발 결과 ...305
• 5. 연구개발결과의 활용계획 ...306
• 다. 연도별 연구개발목표의 달성도 ...307
• 라. 연도별 연구성과 (논문.특허 등) ...308
• 마. 관련분야의 기술발전 기여도 ...312
• 바. 연구개발 결과의 활용계획 ...312
• 제4장 참고문헌 ...313
• 부록 ...319
• I. 시험 성적서 ...319
• II. 설계 패키지 ...323