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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 류창국
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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가압 순산소연소 기술은 화력 발전 공정의 온실가스 포집 기술의 하나로서, 공기로부터 분리된 산소와 재순환된 배가스를 산화제로 사용하여 생성된 배가스 내 CO2의 농도를 높이고, 정제 및 배가스 내 수분의 제거 후 CO2를 압축/액화하게 된다. 이 때 가압 공정은 수분 제거를 위한 배가스 응축기(Flue Gas Condenser, FGC)에서 수분의 잠열 회수가 용이하여 전제 발전 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라, 가스의 용해도를 이용하여 공해물질인 NOx 및 SOx를 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이 연구는 가압 순산소연소 공정 적용을 위하여 실험실 규모의 직접 및 간접 열교환 방식의 두 FGC에 대해 NOx 및 SOx의 동시저감 특성을 분석하고 이로부터 FGC의 설계 개선 방안을 제시하기 위한 것이다.
먼저 배가스 내 NOx의 대부분을 차지하는 NO는 압력을 이용해 용해도가 높은 NO2로 전환하여 NOx의 저감효율을 증가시켰다. 간접접촉식 FGC에 대해 압력, 체류시간, 배가스의 온도를 변수로 하여 NO2의 저감효율을 측정한 결과, 8 lpm의 배가스를 20 bar로 가압했을 때 NOx의 저감율이 90% 이상 도달하였다.
직접접촉식 FGC에 대한 실험은 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 NOx 및 SOx의 저감 효율을 평가하였다. 단독 가스 실험결과 NOx는 상압에서 저감율이 약 20%이었으나 10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. NOx 및 SOx의 동시 제거 시 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는 혼합가스의 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다.
또한 Na2SO3, NaClO2, KMnO4 수용액을 제조하여 반응기 내부에 채운 물을 중화시켜 저감율을 증가하기 위한 실험을 진행하였으나 저감효율이 크게 증가하지 않았다. SO2는 높은 용해도로 인해 첨가제의 투입여부와 상관없이 저감효율이 높았다. 이를 통해 용해도가 낮은 가스를 용해하는 데는 압력의 영향이 절대적임을 파악하였다.
결론적으로 FGC는 배가스내 포함된 수분의 응축과 압력을 이용하여 효율적인 NOx, SOx의 동시 저감을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. FGC는 가스의 용해도 증가를 이용하기 때문에 기존의 공해물질 제거 방식과 달리 추가적인 열원 및 촉매가 필요하지 않아 경제적이며, 수분의 응축 방식 및 압력과 체류시간 등의 운전 조건을 최적화하는 경우 높은 동시 저감효율을 가질 수 있을 것으로 예상된다.
먼저 배가스 내 NOx의 대부분을 차지하는 NO는 압력을 이용해 용해도가 높은 NO2로 전환하여 NOx의 저감효율을 증가시켰다. 간접접촉식 FGC에 대해 압력, 체류시간, 배가스의 온도를 변수로 하여 NO2의 저감효율을 측정한 결과, 8 lpm의 배가스를 20 bar로 가압했을 때 NOx의 저감율이 90% 이상 도달하였다.
직접접촉식 FGC에 대한 실험은 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 NOx 및 SOx의 저감 효율을 평가하였다. 단독 가스 실험결과 NOx는 상압에서 저감율이 약 20%이었으나 10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. NOx 및 SOx의 동시 제거 시 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는 혼합가스의 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다.
또한 Na2SO3, NaClO2, KMnO4 수용액을 제조하여 반응기 내부에 채운 물을 중화시켜 저감율을 증가하기 위한 실험을 진행하였으나 저감효율이 크게 증가하지 않았다. SO2는 높은 용해도로 인해 첨가제의 투입여부와 상관없이 저감효율이 높았다. 이를 통해 용해도가 낮은 가스를 용해하는 데는 압력의 영향이 절대적임을 파악하였다.
결론적으로 FGC는 배가스내 포함된 수분의 응축과 압력을 이용하여 효율적인 NOx, SOx의 동시 저감을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. FGC는 가스의 용해도 증가를 이용하기 때문에 기존의 공해물질 제거 방식과 달리 추가적인 열원 및 촉매가 필요하지 않아 경제적이며, 수분의 응축 방식 및 압력과 체류시간 등의 운전 조건을 최적화하는 경우 높은 동시 저감효율을 가질 수 있을 것으로 예상된다.
목차
제1장 서론 11. 연구배경 12. NO2 전환 방법 7가. 플라즈마 전환 7나. 가압 전환 83. 가압 순산소연소 12가. 가압 순산소연소에서 배가스를 저감하는 방법 134. 배가스응축기 16가. 간접접촉식 응축기 18나. 직접접촉식 응축기 20다. 하이브리드형 응축기 225. 연구목적 24제2장 실험조건 및 실험방법 251. 실험조건 25가. 순산소연소 가스조성 25나. 간접접촉식 응축기 실험 조건 26다. 직접접촉식 응축기 실험 조건 262. 실험방법 27가. 기초용해도 실험방법 27나. 간접접촉식 응축기 실험 방법 28다. 직접접촉식 응축기 실험 방법 29라. 첨가제 실험방법 30제3장 실험결과 311. 기초용해도 실험 312. NO2 전환율 실험 343. 간접접촉식 응축기 실험 36가. 단독가스 361) NOx 36가) 압력에 의한 저감효과 36나) 체류시간에 의한 저감효과 39다) 배가스온도에 의한 저감효과 43나. 혼합가스 461) NOx, SOx 46가) 압력에 의한 저감효과 464. 직접접촉식 응축기 실험 48가. 단독가스 521) NOx 52가) 압력에 의한 저감효과 522) SO2 55가) 압력에 의한 저감효과 55나. 혼합가스 581) NOx, SOx 58가) 압력에 의한 저감효과 585. 첨가제 투입 실험 62가. 아황산나트륨 (Na2SO3) 62나. 과염소산나트륨 (NaClO2) 66다. 과망가니즈산칼륨 (KMnO4) 69라. 첨가제 종합 평균 저감율 72제4장 결론 79참고 문헌 81ABSTRACT 85
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