오늘 다뤄볼 주제는 구조물의 “유체흐름 개선”에 대한 것입니다. 화력플랜트 내 SCR 탈질 설비는 덕트를 이용하여 배기가스 내 질소산화물을 제거하는 역할을 합니다. 초고온의 배기가스에서 유동균일도나 유독성에 의해 관측이 어렵기 때문에 해석으로의 접근을 많이 하는 구조물 중 하나입니다.
SCR 탈질 설비덕트 외에도 주변에 다양한 전자기기나 설비들에서도 균일한 유체흐름이 요구하는 것이 매우 많습니다.
전체 설계를 변경하는 것보다는 유로를 개선하기 위한 가이드베인(Guide-Vane) 설치를 통해 간단하게 개선하는 것을 선호합니다.
SCR 탈질 설비덕트에서 유체해석은 왜 필요할까요?
이번 주제인 화력플랜트 탈질 설비덕트 구조물은 촉매반응을 통해 배기가스 내 질소산화물을 제거하는 구조물입니다. 화력플랜트 내에서 연소 후 발생하는 배기가스는 질소산화물로 구성되어 대기오염 및 인체나 동식물에 매우 큰 위험을 발생하므로 배출량을 감소시키기 위해 많은 노력을 하게 됩니다. 이때, 촉매에 균일하게 배기가스를 공급할수록 촉매반응의 효율이 높아지므로 유로설계에 대해 주요하게 검토합니다.
배기가스가 눈에 보이지 않는 것은 물론 구조물의 규모나 위험성으로 인하여 실제 구조물에서의 확인이 매우 어렵기 때문에 일반적으로 CFD(Computational Fluid Dynamics) 를 활용하여 가시화된 결과로 내부 유체흐름도를 검토하여 개선하는 방향을 설계를 진행합니다. 설비덕트 형상에 따라 유체가 흘러가는 양상은 물론 유동 박리구간 및 고속 구간등을 관측하여 제거하기 위한 다양한 유로설계를 가상공간에서 진행합니다.
가이드베인을 이용한 유로개선 및 최적 설계는 무엇인가?
가이드베인은 우리 주변에서 유로개선을 위해 보편적으로 사용되는 방식 중에 하나입니다. 수도꼭지에 물이 흐를 때 손을 가져다 대면 갈라져서 흐르는 것처럼 특정한 방해물을 설치함으로써 문제가 되는 유체의 흐름을 개선하는 것입니다. 셋업 박스, 컴퓨터, 전자장비, 산업설비 등에서 박판을 이용하여 특정 방향으로 흐름을 유도하거나 막는 경우에 흔히 사용하게 되며, 전체 구조물을 변경하는 것보다 훨씬 경제적으로 접근이 가능합니다. 유로개선은 물론 구조물 보강의 효과도 가질 수 있는 장점이 있습니다.
이번 주제인 SCR 탈질 설비의 경우 구조스케일이 사람의 수십배의 달하는 크기에 해당하므로 작은 보강만으로 접근하는 것이 매우 효율적입니다. 그렇다면, CFD 해석을 통해 SCR 탈질 설비덕트에 대하여 유로검토 하는 방법과 문제가 되는 유체흐름이 무엇인지, 가이드베인 개선 전/후 유체의 흐름이 어떻게 변화하는지 등에 대하여 이번 예제를 통해 알아보도록 하겠습니다.
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