SNCR의 NO_(x) 제거효율 향상을 위한 Hybrid SNCR/SCR 공정 응용

최상기,최성우 한국환경과학회 2003 한국환경과학회지 Vol.12 No.9

The objective of this research was to test whether, under controlled laboratory conditions, hybrid SNCR/SCR process improves NO_x removal efficiency in comparison with the SNCR only. The hybrid process is a combination of a redesigned existing SNCR with a new downstream SCR. NO_x reduction experiments using a hybrid SNCR/SCR process have been conducted in simple N0/NH₃/ O₂ gas mixtures. Total gas flow rate was kept constant 4 liter/min throughout the SNCR and SCR reactors, where initial NO_x concentration was 500 ppm in the presence of 5% or 15% O₂. Commercial catalysts, V₂O_(5)-WO₃-SO₄/TiO₂, were used for SCR NO_x reduction. The residence time and space velocity were around 1.67 seconds and 2,400 h^(-1) or 6000 h^(-1) in SNCR and SCR reactors, respectively. NO_x reduction of the hybrid system was always higher than could be achieved by SNCR alone at a given value of NH_(3SLIP). Optimization of the hybrid system performance requires maximizing NO_x removal in the SNCR process. An analysis based on the hybrid system performance in this lab-scale work indicates that a equipment with NO_(x1)=500 ppm will achieve a total NO_(x) removal of about 90 percent with NH_(3SLIP)≤ 5 ppm only if the SNCR NO_x reduction is at least 60 percent. A hybrid SNCR/SCR process has shown about 26~37% more NO_x reduction than a SNCR unit process in which a lower temperature of 850℃ turned out to be more effective.

미립자공학,유동층,고분자,재료 : 무기, 유기 ; 파일럿 규모 반응기에서 Hybrid SNCR-SCR 공정의 질소산화물 저감 특성

엄원현 ( Won Hyun Eom ),유경선 ( Kyung Seun Yoo ),김성준 ( Sung June Kim ) 한국화학공학회 2011 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.49 No.1

하이브리드 SNCR-SCR 공정의 질소산화물 저감특성을 파일럿 규모의 흐름반응기를 이용하여 고찰하였다. SNCR 공정의 질소산화물 저감효율은 970°C 에서 80% 수준이었으며 하이브리드 SNCR-SCR 공정은 NSR = 2.0, 940 °C에서 92%의 저감율을 보였다. SNCR 단일 공정과 비교할 때, 하이브리드 SNCR-SCR 공정은 940 °C보다 낮은 저온영역 에서 보다 효과적이었다. 암모니아 유출농도는 비교적 높은 공간속도조건에서 1ppm 이하로 유지되었으며 요구되는 촉매양은 SCR 단일공정과 비교할 때 2/3 수준으로 감소하였다. 질소산화물 저감을 위한 하이브리드 SNCR-SCR 공정 의 주요인자는 SNCR 공정에 분사되는 요소용액의 질소산화물에 대한 선택도와 생성되는 암모니아 농도로 조사되었다. DeNOx characteristics of hybrid SNCR-SCR process have been investigated in a pilot scale flow reactor. DeNOx efficiency of SNCR reaction was about 80% at 970 °C and hybrid SNCR-SCR process showed 92% at 940 °C with NSR = 2.0. Compared to SNCR process alone, hybrid SNCR-SCR process was more effective at cool side, which is lower than 940 °C. It should be also noted that ammonia slip from hybrid SNCR-SCR process was below 1ppm at the condition of higher space velocity and the required catalyst volume can be decreased to 2/3 of SCR process. Key factors for DeNOx efficiency of hybrid SNCR-SCR process were found to be NH) concentration and NOx selectivity of urea injected in SNCR process.

SCR 공정의 효율적 운전을 위한 SNCR/SCR 복합공정의 응용

최성우,최상기 한국환경과학회 2003 한국환경과학회지 Vol.12 No.1

This paper have examined the optimum combination of SNCR and SCR by varying SNCR injection temperature and NSR ratio along with SCR space velocity. NO_χ reduction experiments using a SNCR/SCR combined process have been conducted in simple NO/NH_3/O_2 gas mixture. Total gas flow rate was kept constant 4 liter/min throughout the SNCR and SCR reactors, where initial NO_Χ concentration was 500 ppm in the presence of 5% O_2 Commercial catalyst, sulfated V_2O_5-WO_3/TiO_2, was used for SCR NO_Χ reduction. The residence time and space velocity were around 1.67 sec, 2,400 h^1 and 6,000 h^1 in the SNCR reactors, respectively. SNCR NO_Χ reduction effectively occurred in a temperature widow of 900~950℃. About 88% NO_Χ reduction was achieved with an optimum temperature of 950℃.and NSR=1.5 SCR NO_Χ reduction using commercial V_2O_5WO_3SO_4/TiO_2 catalyst occurred in a temperature widow of 200~450℃.80~98% NO_Χ reduction was possible with SV=2400 h^1 and a molar ratio of 1.0~2.0. A SNCR/SCR(SV=6000 h^1)combined process has shown same NO_Χ reduction compared with a stand-alone SCR(SV=2400 h^1) unit process of 98% NO_Χ reduction. The NH_3-based chemical could routinely achieve SNCR/SCR combined process total NO_Χ reductions of 98% with less than 5ppm NH_3 slip at NSR ranging from about 1.5 to 2.0, SNCR temperature of 900℃~950℃, and SCR space velocity of 6000h^1. Particularly, more than 98% NO_Χ reduction was possible using the combined process under the conditions of T_sncr=950℃, T_scr=350℃, 5% O_2, SV=6000 h^1 and NH_3/NO_Χ=1.5. A catalyst volume was about three times reduced by SNCR/SCR combined process compared with SCR process under same controlled conditions.

SNCR-SCR 하이브리드 시스템의 질소산화물 제거 특성

차진선 ( Jin Sun Cha ),박성훈 ( Sung Hoon Park ),전종기 ( Jong Ki Jeon ),박영권 ( Young Kwon Park ) 한국공업화학회 2011 공업화학 Vol.22 No.6

SNCR-SCR hybrid system은 SNCR에서 NOx를 제거한 뒤, SCR로 NOx를 추가 제거하는 시스템으로 NOx 제거 효율을 향상시키는 경제적인 시스템이다. 본 연구에서는 SNCR-SCR hybrid system에서 운전 변수가 질소산화물 저감 효율에 미치는 영향을 고찰하였다. SNCR을 optimum temperature (900~950 ℃)보다 낮은 온도에서 운전할 경우, 추가적인 암모니아 주입 없이도 NH3 slip을 이용한 NO의 추가적인 제거의 효과가 있었으나 NH3 slip이 높은 것으로 나타났다. 그러나 그 이상의 온도에서는 고온에 의한 암모니아의 분해로 SCR에 의한 추가 제거의 효과를 얻지 못했다. 따라서 SNCR 공정을 optimum temperature에서 운전하는 것이 NO 제거 효율과 NH3 slip 농도를 고찰하였을 때 가장 적절하였으며, SRRES가 적정 수준으로 유지되도록 NSR을 조절하는 것이 중요한 운전 변수인 것으로 나타났다. The SNCR-SCR (selective non-catalytic reduction-selective catalytic reduction) hybrid system is an economical NOx removal system. In this study, the effect of the operating parameters of the SNCR-SCR hybrid system on NOx removal efficiency was investigated. When the SNCR reactor was operated at a temperature lower than the optimum temperature (900~950 ℃), an additional NO removal is obtained basesd on the utilization of NH3 slip. On the other hand, the SNCR reactor operated above the temperature resulted in no additional NO removal of SCR due to decomposition of NH3. Therefore, the SNCR process should be operated at optimum temperature to obtain high NO removal efficiency and low NH3 slip. Thus, it is important to adjust NSR (normalized stoichiometric ratio) so that SRRES can be maintained at an appropriate level.

요소수를 이용하는 SNCR과 SCR의 탈질 특성 비교 연구

최경구(Gyung-Goo Choi),길상인(Sang-In Keel),이정규(Jung-Kyu Lee),허필우(Pil-Woo Heo),윤진한(Jin-Han Yun) 한국에너지기후변화학회 2018 에너지기후변화학회지 Vol.13 No.2

This research examined the reduction of NO by applying SCR(selective catalytic reduction) and SNCR(selective non-catalytic reduction) methods in oxy-fuel circulating fluidized bed combustion. The SO₂ reduction was also investigated by applying the FGC(flue gas condenser) for the dry flue gas recirculation. Especially, the effects of furnace (~803–951°C) and SCR reactor (~250–351°C) temperatures on the NO reduction were observed. The SNCR method could reduce the NO concentration in flue gas from ~168–172 to ~18–51 ppm, and the optimal combustion temperature was ~854°C. As the combustion temperature was ~803°C, the NH₃ slip was occured to the SCR reactor and further reduction of NO in SCR reactor was appeared. Through this phenomenon, the possibility was confirmed that the induced NH₃ slip at SNCR method can be used in SCR reactor for NO reduction. So, the simultaneous application of the SNCR and SCR method can accomplish the reduction agent saving for NO<SUB>x</SUB> reduction. On the other hand, the FGC using only water showed excellent performance for SO₂ reduction. It could reduce the SO₂ concentration in flue gas from ~253–276 to ~0 ppm. The SCR method was able to reduce the NO concentration in flue gas from ~169–174 to ~25–38 ppm and the optimal SCR reactor temperature was ~302°C. The SCR method achived better NO reduction performance than SNCR method. At the condition that urea solution injected as NH₃/NO ratio of ~2, NO reduction effieicy of SCR method was calculated to ~20% better than SNCR method.

산업폐기물 소각로에서 SNCR공정에 의한 NOx 제거효율에 관한 연구

류해열,김민철,정종현,이강우,정진도,Ryu Hae-Yeol,Kim Min-Choul,Jung Jong-Hyeon,Lee Gang-Woo,Chung Jin-Do 한국환경보건학회 2005 한국환경보건학회지 Vol.31 No.4

The environmental regulations in the world has been reinforced and many nations has devoted themselves to the development of cost-effective technology. Selective catalyst reduction(SCR) and selective non-catalyst reduction (SNCR) processes are mainly used to treat nitrogen oxidants generated from fossil-fuel combustion. One of these typical technologies for reduction of do-NOx is SNCR process has increased continuously because of the low cost for building and maintenance. Nevertheless the researches on the application to real scale plant by the reductant like Urea are rarely studied. In this paper, an experimental investigations were performed on the SNCR process in the industrial waste incineration plant. With no reducing agent, the concentration of NOx stayed in around 180 ppm $(O_2\;12\%)$ with the exhausting temperature of $950^{\circ}C$ and changed within the range of 20 ppm to remain relatively consistent. When $10\;wt\%)$ of a solution was added, the efficiency of denitrification reached above $61.4\%$ with the NSR of 2.0 and the exhausting temperature of $950^{\circ}C.$ When the concentration of the urea solution was set to $10\;wt\%$ and the sprinkling to four nozzles, the reaction temperature was reduced to about $50~100^{\circ}C$ with a mixture of $10\;wt\%\;CH_3OH\;and\;5wt\%\;Na_2CO_3$ in $40\;wt\%$ of the solution. The NOx removal efficiency increased to $78.4\%,$ achieving a broader and expansive range of reaction temperatures than the addition of an unmixed pure solution.

극한조건에서의 NOx 저감특성에 대한 실험적 연구

김민수 ( Min-su Kim ),전민규 ( Min-kyu Jeon ),이정규 ( Young-kon Choi ),길상인 ( Chung-kyu Lee ),윤진한 ( Sang-in Keel ),( Jin-han Yun ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

질소산화물은 2차 미세먼지를 발생시키는 유발물질로 폐기물 소각장, 화력발전 등의 분야에서 질소산화물 저감을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 질소산화물을 저감시키는 탈질기술은 연료 다단법(fuel-staging), 공기다단법(air-staging), 저 NOx 버너(low-NOx burner) 등과 같이 연소로의 운전 변수를 조작하여 NOx 생성을 억제하는 1차 저감법과 선택적 비촉매 환원법(SNCR; selective non-catalytic reduction)과 선택적 촉매 환원법(SCR; selective catalytic reduction)과 같이 공정 내 연소가스의 흐름에 특정 기술을 적용하여 NOx를 전환하거나 포집하는 2차 저감법이 있다. 2차 저감법은 별도의 장치나 첨가제를 필요로 하여 1차 저감법에 비해 비용적 측면에서 불리하지만, NOx 저감 성능은 우수하기 때문에 NOx 저감을 최대화하고 비용적 측면을 최소화하기 위해 1차 저감법과 2차 저감법을 함께 사용하는 것이 유리하다. 그로 인해, 1차 저감을 통해 생성이 억제된 낮은 농도의 질소산화물 조건에서 SNCR 및 SCR을 사용할 시, 저감 효율 및 특성을 분석하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 다양한 농도의 질소산화물을 대상으로 SCR 및 SNCR의 특성에 대해 파악하였다. 첨가제는 1요소수를 사용하였고, 질소산화물은 10, 25, 50, 100, 200 ppm의 조건으로 반응기 온도 및 첨가제 양에 따른 질소산화물 저감특성을 비교 분석하였다. SNCR NOx 저감 실험은 반응기 온도 800-950℃의 조건으로 진행되었고, 요소수는 10 wt.%, 40 wt. %를 사용하였다. 요소수의 NSR은 3.0으로 고정하였고, 프리히터를 통해 예열된 CO₂ 가스를 통해 요소수를 가스 상태로 투입하였다. SCR NOx 저감 실험은 반응기 온도 200-300℃의 조건으로 진행하였고, 첨가제 및 실험조건은 SNCR 실험과 동일하게 진행하였다. 실험결과 SNCR의 경우 800℃의 온도조건에서는 NOx 저감 효율이 약 65 %로 NOx 농도에 큰 영향을 받지 않았다. 하지만, 900℃의 조건에서는 NOx 농도가 낮아질수록 저감효율이 약간 감소하는 경향을 보였다. SCR 실험은 200℃와 300℃의 반응기 조건에서 모두 NOx 농도가 낮아질수록 저감 효율이 감소했지만, 출구에서의 NOx 농도는 1-5 ppm 으로 거의 모든 NOx가 제거되는 결과를 보였다.

운영중인 무연탄 순환유동층 보일러에서 SNCR 환원제 최적 주입 위치 선정에 관한 연구

정복화(Bok-Hoa Jeong),정진도(Jin-Do Chung) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

최근 정부는 미세먼지 문제의 해결을 위한 범국가적 대책과 주변 국가와의 협력 증진 방안을 마련하기 위해 대통령 소속으로 국가기후환경회의를 설치하고, 구성 및 운영에 필요한 사항을 규정하는 내용의 안건을 지난 4월 24일 국무회의에서 의결하였다. 일반적으로 미세먼지(Particulate Matter)는 입경 10㎛ 이하인 PM10과 , 입경 2.5㎛ 이하인 PM2.5로 분류한다. 특히 2013년 세계보건기구(WHO)에서 1급 발암물질로 알려지면서 국내에서 큰 파장을 불러왔다. 국내에서 미세먼지 문제는 이제 어떤 환경이슈보다 중요한 관심사가 되었고 특히, 화석연료를 많이 사용하고 있는 발전산업 부분에서 미세먼지 전구물질로 알려진 질소산화물의 저감 필요성에 따라 각 발전사에서는 기존 석탄화력 발전소의 질소산화물 저감방안을 수립하여 시행하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 유일의 무연탄을 사용하는 순환유동층 보일러인 동해화력발전소에서 질소산화물 저감을 위해 설치한 선택적비촉매환원법(SNCR: Selective NonCatalytic Reduction)을 적용하면서 환원제로 사용한 요소수의 주입 위치에 따른 탈질효율을 비교 시험하였다. 일반적으로 SNCR에서 탈질성능에 영향을 미치는 중요한 인자는 환원제로 주입된 암모니아가 질소산화물과 반응하는 적정 온도, 반응 영역에서 충분한 체류시간, 환원제와 배기가스의 충분한 혼합 여부 등이다. 미분탄 보일러의 경우 보일러에서 연소된 후 back pass의 열교환기를 통과하여 굴뚝으로 배출되지만 순환유동층 보일러에서는 보일러 출구에 사이클론이 설치되어 있어 연소중인 연료와 배가스, 유동매체를 순환시키며, 보일러 하부에서 공급되는 유동공기에 의해 연소와 동시에 사이클론으로 유입되며, 사이클론 설계치 보다 가벼운 입자는 사이클론 중심부를 통해 상승하여 back pass로 빠져나가지만 연소중인 연료와 유동매체(Bed Material)는 보일러로 순환되면서 연소 및 열전달 과정을 거친다. 보일러 배가스에서 질소산화물 저감을 위해 SNCR을 채택하는 경우 사이클론 입구에 요소수를 주입하는 것이 반응에 필요한 충분한 체류시간과 혼합에 용이하다. 그러나 무연탄은 휘발분이 낮고 고정탄소가 높아 연소속도가 상대적으로 느리기 때문에 순환유동층의 경우 사이클론내에서도 연소가 지속됨에 따라 사이클론 출구 온도가 입구 온도보다 높게 유지되는 현상이 발생했다. 무연탄 사용에 따라 지연연소가 발생하는 순환유동층 보일러에서 사이클론 입구에 환원제를 주입할 경우 초기에는 환원제 사용량 증가에 따라 질소산화물 배출농도가 감소하지만 일정 수준 이상에서는 주입량을 증가하여도 질소산화물 배출농도가 감소하지 않지만, 사이클론 출구에서 환원제 주입시에는 고온에 의한 암모니아 산화가 발생하지 않아 환원제 주입량이 증가함에 따라 탈질효율도 증가하는 것으로 나타났다.

Hybrid SNCR/SCR 탈질공정에서 SNCR의 관통노즐에 의한 NOx 저감 및 NH3 Slip 특성

현주수 ( Ju Soo Hyun ) 한국화학공학회 2009 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.47 No.1

NH₃-based SNCR of NO_x : Experimental and Simulation

차진선,박성훈,전종기,박영권,Cha, Jin Sun,Park, Sung Hoon,Jeon, Jong-Ki,Park, Young-Kwon The Korean Society of Industrial and Engineering C 2011 공업화학 Vol.22 No.4

In this study, effects of temperature, NSR, and oxygen concentration on the $NO_x$ removal efficiency of an SNCR process were investigated experimentally as well as numerically using CHEMKIN-II program. The NO removal efficiency increased with the reactor temperature under oxygen-free condition, whereas when the oxygen concentration was 4%, the NO removal efficiency showed a maximum value at $900{\sim}950^{\circ}C$. The pressure of oxygen was shown to enhance the NO removal at low temperature. Regardless of the oxygen concentration, the NO removal efficiency increased with NSR. The temperature and NSR-dependencies of the NO removal efficiency predicted by CHEMKIN-II simulations were similar to that of the experimental results. 본 연구에서는 SNCR 공정에서 온도, NSR, 산소 농도가 질소산화물 제거 효율에 미치는 영향을 실험과 CHEMKIN-II 프로그램을 사용하여 수치적으로 조사하였다. 산소가 없는 조건에서 NO 제거 효율은 반응기 온도에 따라 증가하였다. 반면 산소농도가 4%일 때, NO 제거 효율은 $900{\sim}950^{\circ}C$에서 최대를 나타내었다. 산소의 존재는 저온에서 NO 제거를 증가시키는 것으로 나타났다. 산소농도와 무관하게 NO 제거 효율은 NSR에 따라 증가하였다. CHEMKIN-II에 의해 예측된 NO 제거 효율의 온도와 NSR-의존성은 실험결과와 유사하였다.