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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
초록보기 더보기
1. 제목 : 플라즈마 토치의 효율 및 수명 연장 평가 연구
2. 수행 기간 : 2006. 12. ~ 2007. 11.
3. 민·군겸용기술사업 요약
가. 개요
현재 개발완료 된 150KW급 비이송식 플라즈마 토치는 특수한 목적을 위해 개발된 것으로 상업적 용도로 바로 적용하기에는 효율 및 수명에 문제가 있어 다양한 산업분야에 적용하기 위한 플라즈마 토치를 개발하는데 목적이 있다.
상업용으로 사용하기 위해서는 장시간의 수명과 냉각효율이 우수하여 손실이 최소화된 안정적인 열원을 공급해야 한다. 플라즈마 토치의 성능분석 및 수명평가 연구를 통해 최적의 작동조건을 구해내고, 토치의 설계변경 및 평가실험을 통해 고효율, 고수명의 토치를 개발한다.
최근에 방사성폐기물, PCB, 병원 폐기물등 난분해성 폐기물 처리 분야가 사회적 이슈가 되고 있는 현실에서 초고온의 청정에너지인 안정적인 플라즈마 열원을 사용한다면 더욱 효과적으로 폐기물 처리를 수행 할 수 있다.
나. 연구개발 최종목표
플라즈마 토치의 효율 및 수명연장 평가연구를 통해 고효율, 고수명의 플라즈마 토치를 개발하여 플라즈마 코팅 및 용융장치, 신소재 개발 및 폐기물 처리에 적용 연구
다. 주요확보 목표기술
▶ 플라즈마 토치의 효율 평가 및 향상 기술
▶ 플라즈마 토치의 수명증대 기술 및 수명평가시험 기술
▶ 플라즈마 토치의 배가스 처리기술
라. 플라즈마 토치의 상용화
연구를 통해 완성된 플라즈마 토치를 사용하여 외국의 원자력발전소에서 사용되고 있는 수용성 작업용품을 국내에 적용하기 위한 수용성 작업용품 폐액의 분해처리를 플라즈마 열분해 처리기술을 통해서 적용가능성 여부를 결정하는 실증시험 하였고, 고리 4호기 증기발생기 2차측 전열관 지지대(TSP, tube support plate)에 퇴적된 슬러지 제거 시 발생된 약 222톤의 ASCA(Advanced Scale Conditioning Agents) 세정 폐액을 처리하는 사업을 안정적으로 수행하였다. ASCA세정폐액은 국내 원전의 경우 1990년 고리 1호기와 1991년 고리 2호기에서 증기발생기의 화학 세정을 수행한 바 있으나 화학 세정시 발생된 폐액에 대한 처리기술이 확보되어 있지 않아 수분 53%로 증발·농축 공정을 거친 후 발전소 내 폐기물 저장고에 10년 이상 장기 보관 중에 있으며, 최근 들어 규제기관(KINS)의 지적에 따라 이들 폐기물에 대한 처리 방안을 자체적으로 수립하여 원자력연구소에 Cerox 공정을 이용해 처리토록 위탁 계약이 체결되어 있는 상태이나 이 기술은 국내에 최초로 적용되는 기술로 실증 경험이 없어 계약체결 1년이 경과한 현재까지 장치가 정상가동 되고 있지 못한 상태였다. 이를 처리하기 위하여 진공 증발·농축기술과 고온 플라즈마 기술을 적용하여 단기간 내에 영구 처분 조건에 적합하게 감용 처리하였다.
이용현황보기
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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