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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 9
제1절 과제 개요 10
제2절 연구개발 필요성 11
제3절 국내외 기술개발 현황 12
제4절 이전기술 및 목표기술 14
제2장 연구개발 내용 및 결과 15
제1절 플라즈마 토치의 이론적 배경 16
제2절 150㎾급 비 이송식 플라즈마 토치설계 25
제3절 플라즈마 진단시스템 구축 32
제4절 플라즈마 토치의 특성분석 35
제5절 기술이전 토치의 시험 및 분석 53
제6절 플라즈마 토치의 배가스 처리 실험 61
제7절 상용화 적용시험 80
제3장 연구개발 목표달성도 및 시험 평가결과 115
제1절 연구개발 목표달성도 116
제2절 시험평가 결과 118
제3절 평가기준 검증 119
제4장 연구성과 및 활용계획 120
제1절 연구성과 121
제2절 활용계획 122
제3절 기대 효과 122
부록[개인신상정보 삭제] 123
〈표 1〉 질소산화물이 인체에 미치는 영향 63
〈표 2〉 NO 반응에 관련된 화학평형상수 64
〈표 3〉 NO에서 NO2로 전이되는 반응에 관련된 화학평형상수 64
〈표 4〉 시험에 사용된 시약 66
〈표 5〉 분석기의 사양 및 제원 67
〈표 6〉 시험조건 67
〈표 7〉 NOx 제거시험 결과 70
〈표 8〉 플라즈마토치에서 발생된 NOx의 예측 농도 78
〈표 9〉 배가스 처리시설의 NOx 제거시험 결과 78
〈표 1〉 150㎾급 SG 세정폐액 처리 시스템 제원 80
〈표 2〉 플라즈마 설비 운전 용량 및 특징 82
〈표 3〉 PVA 농도에 따른 폐액처리 특성 비교 82
〈표 4〉 배기체 및 처리수의 환경 배출 기준 83
〈표 5〉 플라즈마 반응로의 체류시간 평가 85
〈표 6〉 배기체 및 액상시료 분석항목 및 분석방법 87
〈표 7〉 5wt% PVA 용액 처리 후 수질 분석 결과 88
〈표 8〉 5wt% PVA 용액의 고온 플라즈마 처리시 배출되는 유해가스 분석결과 90
〈표 9〉 20wt% PVA 용액 처리 후 수질 분석 결과(예비실험) 91
〈표 10〉 20wt% PVA 용액의 고온 플라즈마 처리시 배출되는 유해가스 분석결과 93
〈표 11〉 20wt% PVA 용액 처리후 발생된 응축수질 분석(본실험) 95
〈표 12〉 중금속/탄소/무기물에 대한 물질 수지 97
〈표 13〉 반응로 체류시간에 따른 응축수 중 유기물 및 배기체 농도 변화 98
표 1. 원수 농축시 발생된 응축수 수질 분석 결과 108
표 2. 플라즈마 열분해・산화처리 후 발생된 응축수 수질 분석 결과 109
표 3. 배기가스 분석 결과 109
표 4. ASCA 세정폐액 및 처리 고형물에 대한 성분 분석 결과 110
표 5. 고체 폐기물 성분 분석 111
그림 1-1. 물질의 상태 16
그림 1-2. 플라즈마의 발생 원리 16
그림 1-3. 플라즈마의 종류 17
그림 1-4. 이송식 플라즈마 토치 21
그림 1-5. 비이송식 플라즈마 토치 21
그림 1-6. 혼합형 플라즈마 토치 22
그림 1-7. 전극의 구조 23
그림 1-8. 전원 공급부 diagram 24
그림 1-9. 냉각수 공급계통 25
그림 1-10. 압축공기 공급계통도 25
그림 2-1. 플라즈마 토치 단면도 28
그림 2-2. 플라즈마 토치 3D 단면도 31
그림 3-1. 시스템 구성도 32
그림 3-2. 시스템 화면구성 33
그림 3-3. 시스템 경보 화면 33
그림 3-4. 경향도 화면 34
그림 3-5. 디테일 화면 34
그림 3-6. 시스템 데이터 흐름도 35
그림 4-1. 수냉식 Heat Flux Gauge 구조도 37
그림 4-2. 물로 냉각되지 않는 rod-type calorimeter 구조도 39
그림 4-3. 물로 냉각되지 않는 rod-type calorimeter 상세도 40
그림 4-4. 물로 냉각되지 않는 Tablet-type calorimeter 상세도 41
그림 4-5. Enthalpymeter 구조도 44
그림 4-6. 진단 시스템 운영 47
그림 4-7. 측정 데이터 48
그림 4-8. 고속도카메라 촬영사진 48
그림 4-9. 전극내부촬영 48
그림 4-10. 실험촬영 48
그림 4-11. 자기장 위치 이동 49
그림 5-1. 플라즈마 토치 설계도 53
그림 5-2. 플라즈마 토치 설계변경 57
그림 5-3. 상용화 토치 성능시험 58
그림 5-4. 온도측정 시험 58
그림 5-5. 사용 전 전극 59
그림 5-6. 사용 후 전극 59
그림 5-7. 20시간 사용 전극 절단 60
그림 5-8. 40시간 사용 전극 절단 60
그림 5-9. 전극 수명 분석 60
그림 6-1. 시험조건에 따른 배가스 온도변화 71
그림 6-2. Urea를 환원제로 사용할 경우의 De-NOx 반응경로(Braun et al, 1991) 71
그림 6-3. NH3의 De-NOx 반응경로( Dean et al, 1989) 72
그림 6-4. 물 분사시의 배가스 NOx 농도변화 예측 (Test# 5, 분석기1) 72
그림 6-5. 시험조건에 따른 배가스 중 NOx 농도변화(분석기1) 73
그림 6-6. 시험조건에 따른 배가스 중 NOx 농도변화(분석기2) 73
그림 6-7. 시험조건에 따른 배가스 중 CO 농도변화(분석기1) 74
그림 6-8. 배가스의 농도변화 (Test#10, 분석기1) 74
그림 6-9. 굴뚝에 배출되는 NOx의 농도 변화 79
그림 7-1. 고농도 유기 폐액처리용 고온 플라즈마 설비 구성도 81
그림 7-2. 150㎾h 급 플라즈마 반응기를 이용한 PVA 폐액 1차 예비 실험 84
그림 7-3. 2단 연소로가 추가된 플라즈마 폐액처리 시스템 86
그림 7-4. 촉매 반응로에 유입되는 온도 측정부 및 각 측정부위 명칭 88
그림 7-5. 장치 운전시간에 따른 촉매 반응기 온도 변화 89
그림 7-6. 장치 운전 시간에 따른 SOx, CO, O2 및 폐액처리 공급량 변화량 89
그림 7-7. 장치 운전시간에 따른 NOx 농도 변화 및 NH3 주입량 90
그림 7-8. 장치 운전시간에 따른 촉매 반응기 온도 변화 91
그림 7-9. 장치 운전시간에 따른 O2, CO, SOx 농도 92
그림 7-10. 장치 운전시간에 따른 NH3 투입량 및 NOx 배출농도 변화 92
그림 7-11. 장치 운전시간에 플라즈마 토치 운전 특성/공기・폐액 투입량 93
그림 7-12. 장치 운전시간에 따른 Plasma Chember 온도 변화 94
그림 7-13. 장치 운전시간에 따른 촉매 반응기 온도 변화 94
그림 7-14. 장치 운전시간에 따른 NOx 농도 변화 95
그림 7-15. 장치 운전시간에 다른 CO, CO2 및 O2 농도 변화 96
그림 8-1. 세정폐액 처리설비 전체 배치도 99
그림 8-2. 증발농축설비 및 기타 부대설비 배치도 100
그림 8-3. 증발농축설비 및 기타 부대설비 설치 전경 100
그림 8-4. 플라즈마 열분해・산화설비 및 기타 부대설비 배치도 101
그림 8-5. 플라즈마 열분해・산화설비 및 기타 부대설비 설치 전경 101
그림 8-6. ASCA 세정폐액 이송라인 구축 전경 102
그림 8-7. 증발・농축설비 및 부대설비 전경 103
그림 8-8. 플라즈마 열분해・산화설비 설치 전경 104
그림 8-9. 플라즈마 반응로 설치 전경 105
그림 8-10. 2단 반응로 하부에 설치된 고형물 포집 호퍼 105
그림 8-11. 고형물 호퍼에 포집된 Bottom Ash 106
그림 8-12. Drum 처리된 Bottom Ash 106
그림 8-13. 침전조 상부에 설치된 열교환기 전경 107
그림 8-14. 증발건조설비 전경 107
그림 8-15. 플라즈마 열분해・산화 처리 후 발생된 고체 폐기물 성상 분석 112
그림 8-16. 세정폐액 중 존재하는 방사성 물질의 이동 경로 113
〈그림 1〉 플라즈마 토치의 구성도 124
〈그림 2〉 플라즈마 토치 전원공급장치 계통도 125
〈그림 3〉 운전중인 150㎾급 플라즈마 토치 125
〈그림 4〉 Initiation 출력 전압 125
〈그림 5〉 아크 전압, 전류 125
〈그림 6〉 작동 기체에 따른 전류-전압의 관계 125
