A CFD Study on flow uniformity of SCR System in 500MW Coal-Fired Power Plants

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공학전문대학원 응용공학과, 2022.2. 황원태박창우.Since the Paris Climate Change Accord in 2015, the demand to reduce global greenhouse gas emissions has continued. It was closed in December. Starting with this, the coal-fired power generators are continuously shutting down as a policy of de-coal energy conversion to continuously reduce fine dust emissions from coal-fired power plants, such as environmental power supply and seasonal management system. In particular, 58 coal-fired power plants are in operation in Korea, and the gas turbine combined cycle power plant, which is an alternative to coal-fired power plants, is also required to develop facilities for nitrogen oxide (NOx) removal. On the other hand, there are 40 power plants with more than 10 years of life remaining, and efforts are being made to increase facility capacity to improve the performance of environmental facilities with the goal of complying with exhaust gas emission standards for the operation of coal-fired power plants. However, each unit costs a minimum of 100 billion won to a maximum of 300 billion won. Although this seems like a natural measure to satisfy the domestic carbon-neutral policy and respond to changes in the electric power market, it is a method that ignores economic aspects such as investment for facility expansion and securing of land from a company’s point of view. Environmental facilities for coal-fired power plants include selective catalytic reducing system (SCR), electrostatic precipitators, and desulfurization facilities. These facilities are reaction methods that remove Nox, Dust, and Sox through chemical and electrical reactions. A method of increasing the reaction efficiency includes a method of increasing the reaction area or maximizing the reaction time by passing an appropriate amount of gas through a predetermined area at an optimum speed. For this, efficiency can be improved by adjusting the guide vane and gas distributor so that the optimal amount of gas can pass through the reactant. That is, the reaction efficiency can be increased only by a method of uniform flow by minimizing gas drift. In a previous study on this, the efficiency could be improved by measuring the actual speed in the environmental equipment (electric dust collector) to improve the efficiency of the electrostatic precipitator, and then adjusting the gas distribution plate to obtain the RMS(Root Mean Square) value and make it uniform early. Therefore, in this study, 3D model modeling was carried out based on the Selective Catalytic Reduction (SCR) facility of the 7th and 8th Serise boilers among 500MW class coal-fired power plants in Korea, and the flow characteristics of exhaust gas were evaluated using computational fluid analysis (CFD). It was verified and proved that the gas flow can be uniformed through the improvement factors (Guide Vane, Mixing Pipe). In addition, through this study, an adjustable (motor power, etc.) guide vane model was proposed to secure the meaning of this study. In the future, it is expected that it will be able to establish itself as a new technological paradigm for flow analysis in the expansion of thermal power plant environmental facility improvement and research in related fields.2015년 파리기후협약(Paris Climate Change Accord) 이후 세계 온실가스 배출량 감축의 요구가 계속되고 있으며, 정부는 선제적 에너지 전환 및 탄소중립 정책을 추진하여 보령화력 1,2호기를 계획보다 2년 앞당겨 2019년 12월에 폐쇄하는 조치를 취했다. 이를 시작으로 석탄화력 미세먼지 배출량을 지속적으로 감축하기 위한 탈석탄 에너지전환 정책으로 환경급전, 계절관리제 등으로 석탄화력 발전기 Shut Down이 지속적으로 진행되고 있다. 특히 국내에는 석탄화력발전 58기가 운영중에 있고, 석탄화력발전소 대채 방안인 가스터빈 복합발전 또한 질소산화물(NOx) 제거를 위한 설비의 개발 요구가 계속되고 있다. 한편 10년 이상 수명이 남은 발전소는 약40기 이상으로 발전소 현장에서는 석탄화력발전소의 운영을 위해 배기오염물질 배출기준 준수를 목표로 환경설비 성능개선 대책으로 설비용량 증대의 노력을 하고 있다. 하지만 한 호기당 최소 천억에서 많게는 삼천억의 과대한 비용이 소요된다. 이는정부탄소중립정책을충족하고,전력시장변화에대응하기위한 당연한 조치로 보이지만 기업측면에서 볼때 설비증설을 위한 투자, 부지확보 등 경제성 측면을 무시한 방법이다.석탄화력발전소 환경설비로는 선택적 촉매환원제(SCR), 전기집진기,탈황설비등이있으며이설비들은화학적,전기적반응을통하여 NOx, Dust, SOx환원및제거하는반응법이다.이 반응 효율을 높이는 방법은 반응 면적을 넓히거나, 정해진 면적에 적절한 양의 가스를 최적의 속도로 통과시켜 반응시간을 최대화하는 방법이 있다. 이를 위해 반응체에 최적양의 가스가 통과할 수 있도록 안내깃(Guide Vane), 암모니아가스 혼합기(Mixing Pipe)의 조정 등을 통해 효율향상을 이룰 수 있다. 즉 가스편류를 최소화하여 유동을 균일화하는 방법만으로 반응 효율을 높일 수 있다. 이에 대한 선행 연구에서는 전기집진기 효율향상을 위해 환경설비(전기집진기)내 실제 속도를 측정하여 RMS을 값을 구하고 이른 균일하게 할수 있도록 가스 분포판 조정하여 효율을 향상 할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 국내 500MW급 석탄화력발전소 중 7,8호기시리즈의 보일러의 SCR(선택적촉매환원법)설비를 기반으로 3D모델링을 진행하고 전산유체역학해석(CFD)을 이용하여 배기가스의 유동 특성을 확인해 보고, 개선인자(Guide Vane, Mixing Pipe, Catalyst)의 변화를 통해 가스 유동이 균일화 될 수 있음을 증명 하였다. 또한 이 연구를 통해 조정가능한(adjustable: 모터동력 등) 가이드 베인 모델을 제안하여 본 연구의 의미를 확보할 수 있었으며, 향후 화력발전소 환경설비 개선 확대와 관련 분야 연구에 있어 유동해석의 새로운 기술 패러다임으로 자리 잡을 수 있을 것으로 예상된다.I. 서론 1.1 연구 배경 1.2 연구 내용 1.2.1 연구 목적 1.2.2 연구 필요성 1.3 이론적 배경 1.3.1 SCR(선택적 촉매환원법) 1.3.2 전산유체역학해석 1.4 연구 방법 1.5 연구 동향 II. 전산해석 2.1 실험 모델 2.2 격자 작업 2.3 해석 기법 2.3.1 경계조건 2.3.2 Porous Media 해석 2.3.3 설계판단기준 III. 해석결과 3.1 레퍼런스 해석 3.2 개선안 해석 3.2.1 Additional Guide Vane Cases 3.2.2 Mixing pipe 3.2.3 Additional Vanes + Mixing Pipe 3.2.4 Additional Vanes + Mixing Pipe + Catalyst IV. 결론 4.1 요약 4.2 후속연구 참고 문헌 Abstract석

A CFD Study on flow uniformity of SCR System in 500MW Coal-Fired Power Plants

Since the Paris Climate Change Accord in 2015, the demand to reduce global greenhouse gas emissions has continued. It was closed in December. Starting with this, the coal-fired power generators are continuously shutting down as a policy of de-coal energy conversion to continuously reduce fine dust emissions from coal-fired power plants, such as environmental power supply and seasonal management system. In particular, 58 coal-fired power plants are in operation in Korea, and the gas turbine combined cycle power plant, which is an alternative to coal-fired power plants, is also required to develop facilities for nitrogen oxide (NOx) removal. On the other hand, there are 40 power plants with more than 10 years of life remaining, and efforts are being made to increase facility capacity to improve the performance of environmental facilities with the goal of complying with exhaust gas emission standards for the operation of coal-fired power plants. However, each unit costs a minimum of 100 billion won to a maximum of 300 billion won. Although this seems like a natural measure to satisfy the domestic carbon-neutral policy and respond to changes in the electric power market, it is a method that ignores economic aspects such as investment for facility expansion and securing of land from a company’s point of view. Environmental facilities for coal-fired power plants include selective catalytic reducing system (SCR), electrostatic precipitators, and desulfurization facilities. These facilities are reaction methods that remove Nox, Dust, and Sox through chemical and electrical reactions. A method of increasing the reaction efficiency includes a method of increasing the reaction area or maximizing the reaction time by passing an appropriate amount of gas through a predetermined area at an optimum speed. For this, efficiency can be improved by adjusting the guide vane and gas distributor so that the optimal amount of gas can pass through the reactant. That is, the reaction efficiency can be increased only by a method of uniform flow by minimizing gas drift. In a previous study on this, the efficiency could be improved by measuring the actual speed in the environmental equipment (electric dust collector) to improve the efficiency of the electrostatic precipitator, and then adjusting the gas distribution plate to obtain the RMS(Root Mean Square) value and make it uniform early. Therefore, in this study, 3D model modeling was carried out based on the Selective Catalytic Reduction (SCR) facility of the 7th and 8th Serise boilers among 500MW class coal-fired power plants in Korea, and the flow characteristics of exhaust gas were evaluated using computational fluid analysis (CFD). It was verified and proved that the gas flow can be uniformed through the improvement factors (Guide Vane, Mixing Pipe). In addition, through this study, an adjustable (motor power, etc.) guide vane model was proposed to secure the meaning of this study. In the future, it is expected that it will be able to establish itself as a new technological paradigm for flow analysis in the expansion of thermal power plant environmental facility improvement and research in related fields.2015년 파리기후협약(Paris Climate Change Accord) 이후 세계 온실가스 배출량 감축의 요구가 계속되고 있으며, 정부는 선제적 에너지 전환 및 탄소중립 정책을 추진하여 보령화력 1,2호기를 계획보다 2년 앞당겨 2019년 12월에 폐쇄하는 조치를 취했다. 이를 시작으로 석탄화력 미세먼지 배출량을 지속적으로 감축하기 위한 탈석탄 에너지전환 정책으로 환경급전, 계절관리제 등으로 석탄화력 발전기 Shut Down이 지속적으로 진행되고 있다. 특히 국내에는 석탄화력발전 58기가 운영중에 있고, 석탄화력발전소 대채 방안인 가스터빈 복합발전 또한 질소산화물(NOx) 제거를 위한 설비의 개발 요구가 계속되고 있다. 한편 10년 이상 수명이 남은 발전소는 약40기 이상으로 발전소 현장에서는 석탄화력발전소의 운영을 위해 배기오염물질 배출기준 준수를 목표로 환경설비 성능개선 대책으로 설비용량 증대의 노력을 하고 있다. 하지만 한 호기당 최소 천억에서 많게는 삼천억의 과대한 비용이 소요된다. 이는정부탄소중립정책을충족하고,전력시장변화에대응하기위한 당연한 조치로 보이지만 기업측면에서 볼때 설비증설을 위한 투자, 부지확보 등 경제성 측면을 무시한 방법이다.석탄화력발전소 환경설비로는 선택적 촉매환원제(SCR), 전기집진기,탈황설비등이있으며이설비들은화학적,전기적반응을통하여 NOx, Dust, SOx환원및제거하는반응법이다.이 반응 효율을 높이는 방법은 반응 면적을 넓히거나, 정해진 면적에 적절한 양의 가스를 최적의 속도로 통과시켜 반응시간을 최대화하는 방법이 있다. 이를 위해 반응체에 최적양의 가스가 통과할 수 있도록 안내깃(Guide Vane), 암모니아가스 혼합기(Mixing Pipe)의 조정 등을 통해 효율향상을 이룰 수 있다. 즉 가스편류를 최소화하여 유동을 균일화하는 방법만으로 반응 효율을 높일 수 있다. 이에 대한 선행 연구에서는 전기집진기 효율향상을 위해 환경설비(전기집진기)내 실제 속도를 측정하여 RMS을 값을 구하고 이른 균일하게 할수 있도록 가스 분포판 조정하여 효율을 향상 할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 국내 500MW급 석탄화력발전소 중 7,8호기시리즈의 보일러의 SCR(선택적촉매환원법)설비를 기반으로 3D모델링을 진행하고 전산유체역학해석(CFD)을 이용하여 배기가스의 유동 특성을 확인해 보고, 개선인자(Guide Vane, Mixing Pipe, Catalyst)의 변화를 통해 가스 유동이 균일화 될 수 있음을 증명 하였다. 또한 이 연구를 통해 조정가능한(adjustable: 모터동력 등) 가이드 베인 모델을 제안하여 본 연구의 의미를 확보할 수 있었으며, 향후 화력발전소 환경설비 개선 확대와 관련 분야 연구에 있어 유동해석의 새로운 기술 패러다임으로 자리 잡을 수 있을 것으로 예상된다.I. 서론 1.1 연구 배경 1.2 연구 내용 1.2.1 연구 목적 1.2.2 연구 필요성 1.3 이론적 배경 1.3.1 SCR(선택적 촉매환원법) 1.3.2 전산유체역학해석 1.4 연구 방법 1.5 연구 동향 II. 전산해석 2.1 실험 모델 2.2 격자 작업 2.3 해석 기법 2.3.1 경계조건 2.3.2 Porous Media 해석 2.3.3 설계판단기준 III. 해석결과 3.1 레퍼런스 해석 3.2 개선안 해석 3.2.1 Additional Guide Vane Cases 3.2.2 Mixing pipe 3.2.3 Additional Vanes + Mixing Pipe 3.2.4 Additional Vanes + Mixing Pipe + Catalyst IV. 결론 4.1 요약 4.2 후속연구 참고 문헌 Abstract석

A study on "Suunjeongbihoeyurok" reflected Jeolla dialect in the early period of 19th Century

국어사자료에서 빙언을 반영한 자료는그리 많지 않다. 특히 해당지역 방언을 적극적으로 반영하고 있는 자료는 더욱 드물다. 전라 빙언의 경우는 다행히 완판본 판소리계 소설들이 당대의 전라 빙언을 비교적 잘 반영하고 있다. 이 문헌들에 반영된 전라 빙언의 음운 변화와 그 특성은 최전승(1986)에서 심층적으로 분석되었다. 그런데 완판본 판소리계 소설 자료들은 모두 19세기 후기 내지는 20세기 초기에 간행된 것들이다. 19세기 초기의 전라 빙언의 모습을 알려 주는 자료는 극히 드물다. 필자가 이 논문에서 연구하고자 하는 『수운정비 회유록(睡雲亨悲懷遺錄)』은 1826년에 작성된 문서로서， 18세기 말에서 19세기 초기 간의 전라방언을 반영한 필사본 자료이다. 이 책의 저술자는 경주 김씨 계렴군파의 후손으로 전라도 임실에 살았던 김낙현(金樂顯)이다. 睡雲亨은 그의 당호(훨염)이다. 김낙현은 1759년 11월 17(영조 35년, 기묘년)에 태어나서 1830년(순조 30년, 경인년) 8월 11일에 돌아가셨으며 향년 72세였다. The present study aims at analyzing Korean language historical features of 『Suunjeongbihoeyurok』 written by Kim Nak-hyeon in 1826. 『Suunjeongbihoeyurok』 is a Hangeul manuscript which reflected Jeolla dialect (limited Jeonbuk Imsil dialect) in the early period of 19th century and was written by Kim Nak-hyeon. Nak-hyeon in his post that he built by hand to engage in conservation and management of Suunjeong defined three servants while assigned to the fields, a few asked That"s not to say this is self-created. Five pages in the first half of this is in Chinese character; later in ten pages were written in Hangul. For two kinds of documents written in letters are not identical to each other. Hangul sentences of the second half of the Chinese character is not eonhae(諺解). In other words, it is not translation of the Chinese for the Korean sentences of the second part. The present study analyzed linguistic consciousness of Kim Nak-hyeon reflected Korean sentence. The results show that there are 3 kinds of hypercorrection related to t-palatalization and which means that he recognized t-palatalization as a noticeable indication of Jeolla dialect. Also, the results indicated that there are unique figures of speech in Korean sentence written by Kim Nak-hyeon.이 논문은 2009년도 경북대학교 학술연구비에 의하여 연구되었음

A Study on the Record period of the culinary book JUBANGMUN(酒方文) ; From the viewpoint of phonological changes

이 논문은 2009년 1월 30일에 이화여대에서 개최된 국어사학회 겨울연구회에서 발표한 논문을 깁고 고친 것임In Jubangmun(酒方文), the letter ᄨ was used as shown in the word like . An examination of the historical Korean literature shows that this letter only began to appear in the mid of the 18th century, and this gives us an initial hint as to the writing period of Jubangmun. In Jubangmun, the palatalization process of t＞ʧ(ㄷ＞ㅈ) amounts to 23.8%, totalling its presence in the word-initial and non-initial positions. Comparing this ratio to that of Seouls literature published in the 18th century, we confirm that the record era of Jubangmun was around the mid of the eighteenth century. The change of sk＞kk(ㅺ＞ㄲ) at the final consonant clusters in a declinable word also confirms this, since such a changing process has occurred more widely in Jubangmun than in Eumsikdimibang, [which was written in the early eighteenth century.] The vowel change ʌ＞ɨ(·＞ㅡ) has been detected to occur in Jubangmun. However, the vowel change ʌ＞a(·＞k) has not. This indicates that the vowel ʌ(·) was still a distinctive sound in the vowel system in the period when Jubangmun was written. This again shows its record status not being in the very last period of the 18th century. In Jubangmun a change like ani>ai(아니-＜아이-), in which the nasal n was deleted in front of the vowel i in the non-initial word, is detected. n-deletion of this sort began to appear in the early 18th century Yeongnam literature and Gaesucheophaesineo(改修捷解新語), a Seoul literature published in 1748. Based on the above observations, I conclude that the record period of Jubangmun dates as back as to early eighteenth century(about 1700-1735). This conclusion should be invariable irrespective of the dialectal backgrounds of Jugangmun whether it is Gyeongang- or other dialects in southern area of Korea. The crucial piece of evidence for this conclusion comes from the presence of 아이-[ai](presumably with a slightly nasalized vowel i) in Jubangmun, the original form of which had been 아니-[ani]

Study of formation and characteristics of ion deposited silicon oxide/ nitride films at room temperature

Docto