소각로 내 SCR 유동 최적화 및 배출 가스 처리개선 연구 = SCR Flow Optimization and Flue Gas Treatment Improvement in Waste Incineration Systems

국문 초록 (Abstract)

도시화와 생활 수준의 향상에 따라 생활폐기물의 발생량과 구성 성분이 변화하고 있으며, 매립지 포화와 환경 규제 강화로 인해 환경 보호를 위한 최종 처리 공정으로 서 소각시설의 중요성이 지속적으로 증대되고 있다. 특히 국제적 환경 규제에 부합 하는 저오염·고효율 소각 기술의 필요성과 함께, 지속 가능한 발전을 목표로 한 환경 관리 수준의 고도화가 요구되고 있다. 본 연구에서는 부산 해운대구 생활폐기물을 대상으로 물리·화학적 특성을 분석하 고, 전산유체역학(CFD)을 활용하여 선택적 촉매환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 시스템 내부 유동 특성을 정량적으로 해석하였다. SCR 시스템을 세부 영역으 로 분할하여 암모니아(NH₃) 주입, 반응 및 열전달 특성을 모사하였으며, 나비에–스 토크스 방정식과 k-ε 난류 모델을 적용하여 촉매층 전단 유동 거동을 분석하였다. 또한 반응 가스와 촉매 표면의 접촉 균일성 및 혼합 특성 개선을 위해 다공판 (Perforated Plate)과 배플(Baffle)을 적용한 구조적 개선 효과를 비교·검토하였다. 해석 결과, 다공판과 배플 적용 시 유동 편차가 감소하고 암모니아와 연소가스의 혼 합 균일성이 향상되어 SCR 촉매층 전반의 NOx 제거 반응이 보다 안정적으로 유지 되는 것으로 나타났다. 또한 CFD 기반 설계 검증과 현장 자료 연계를 통해 SCR 시 스템의 유동 최적화가 실제 NOx 저감 성능 향상과 운전 안정성 확보에 실질적으로 기여함을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 폐기물 소각 공정의 안전성 확보, 에너지 회수 효율 향상, 장기 운전 비용 절감 등 실무적 측면에서도 중요한 기초 자료로 활 용될 수 있다. 향후 연구에서는 장기 내식성 평가와 다이옥신·퓨란 등 독성 유기물 및 고농도 염 소가스 제어 기술개발을 병행함으로써, 국내 소각시설의 기술 자립과 외국 기술 의 존도 완화에 더욱 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Key words : Selective Non Catalytic Reduction (SNCR), Selective Catalytic Reduction(SCR), Bag Filter(B/F), Dust, Nitrogen oxides(NOx)

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구를 위한 이론적 배경 검토 4
• 2.1. 해운대구+기장군 장래 발생량(생활폐기물+하수슬러지) 예측 7
• 2.2. SCR 공정의 유동 특성과 반응 성능에 관한 이론적 배경 16
• Ⅲ. 소각시설의 연소가스 특성 연구 19
• 3.1. 소각시설 연소 특성의 화학적 분석 19
• 3.2. 소각시설의 연소가스 특성· 22
• Ⅳ. 환경법 강화에 따른 연소가스처리시설 적용 26
• 4.1. 법ㆍ제도 변화와 배출기준 강화· 26
• 4.2. 법령 강화가 소각시설에 미치는 영향· 31
• 4.3. 소각로 특성(Stoker Type) 33
• 4.4. 질소산화물(NOx) 제거설비 37
• 4.5 SNCR–SCR 하이브리드 시스템의 효율 개선 효과 44
• 4.6. CFD 해석 방법· 45
• Ⅴ. 연구 방법 48
• 5.1. 질소산화물(NOx) 제거를 위한 SCR 유동 해석 48
• Ⅵ. 연구 결과 및 고찰 61
• 6.1. 연구 결과 61
• 6.2. 고찰 79
• Ⅶ. 결론 82
• Ⅷ. References 84
• Abstract 88
• 감사의 글 90