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CFD를 활용한 비상발전기용 PM/NOX 동시저감장치의 유동특성 연구
방효원(Hyowon Bang),박기영(Giyoung Park),유준상(Junsang Yoo),이성욱(Seangwock Lee) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
비상발전기용 디젤엔진은 소방기술기준규칙에 따라 7층 이상, 연면적 2천m² 이상의 건물에 설치하며 주 1회, 무부하 상태에서 30분 이상 운전점검을 수행해야 하는데, 이 과정에서 NO<sub>X</sub>, PM 등의 유해배출물이 다량 발생한다. 산업부 자료에 따르면 비상발전기의 PM 배출량은 1년에 770톤이며, 자동차 배출량의 80%에 이른다고 보고되었다. 현재 도로용 디젤엔진에 사용되는 DOC, DPF, SCR, AOC 등의 배기가스 후처리 시스템을 비상발전기용 엔진에 적용하여 유해배출물을 저감하고 있으나, 운전방식과 상태가 상이하여 비상발전기에 맞는 후처리 시스템 기술개발이 시급하다. 미국 환경청은 비도로용 엔진 배기가스 규제인 EPA 배출가스규제에서 비상발전기의 배출가스를 포함하고 있다. 하지만 비상발전기에 대한 환경규제가 없는 우리나라는 560kW급 이상 대형 비상발전기용 엔진에 대해서는 EPA의 최신 규제 단계인 Tier-4를 만족하는 PM/NO<SUB>X</SUB> 동시저감장치 기술이 없는 실정이다. 규제를 충족하기 위해서는 무부하 상태에서 후처리 시스템의 PM/NO<SUB>X</SUB> 저감 효율과 배압손실을 최적화해야 한다. 본 연구에서는 Tier-4 규제를 만족하는 560kW급 비상발전기용 후처리 시스템 연구를 진행하며, PM/NO<SUB>X</SUB> 동시저감장치는 SCR 전단에서 유동과 암모니아 균일도 확보를 중점으로 하였다. SCR 전단 유동균일도 분석은 CFD 해석법을 이용하여 후처리시스템의 NO<SUB>X</SUB> 저감방법에 대해 연구하였으며, 동시저감장치의 단면 형상, Urea 분사 방향, 믹서 Blade의 배치에 따른 균일도 변화를 분석하였다.