A Study on the Thermal Decomposition and Injection Direction of Urea Solution Used in DeNOx Process

In this study, thermo-gravimetric analysis(TGA) was used to investigate the effect of urea concentration and heating rate on the ammonia($NH_3$) formation process from urea solution. A newly designed pipe nozzle was inserted through a 1,000 N${\ss}$(C)/h oil firing boiler to compare the DeNOx efficiencies between the upward and downward nozzle. This experiment reveals the effect of path which an urea droplet goes through. Urea solution showed the same TGA graph without regard to the presence of oxygen. Heating rate had a great influence on the weight loss trend. But the concentration of urea solution between 10% and 40% did not affect so much the thermal decomposition temperature. Therefore, heating rate is more important factor on the thermal decomposition of urea than the concentration of urea solution. Three nozzles located at different positions showed similar DeNOx efficiencies such as 68.1%, 71.8%, 70.8% at the same temperature. Even though urea solution was injected for the same zone, the injection direction made much difference in DeNOx efficiency. A upward nozzle showed 68.1% and downward nozzle 9.5%. This results illustrate the importance of heating rate.

탈질공정에 사용되는 우레아 수용액의 열분해와 분사방향에 관한 연구

본 연구에서는 열중량분석법(Thermo-Gravimetric Analysis, TGA)을 이용하여 우레아 수용액의 농도와 열전달 속도가 우레아 수용액으로부터 암모니아가 생성되는 과정에 미치는 영향을 관찰하였다. 또한 1,000 $Nm^3$/h 규모의 유류 연소 보일러에 도입된 관통형 노즐을 사용하여 우레아의 분사방향을 상방과 하방으로 하였을 때를 비교함으로써 분사된 우레아가 지나는 경로에서 주위온도가 미치는 영향을 검토하였다. 질소 또는 공기 분위기에서 수행된 열중량분석 실험에서, 우레아는 산소의 존재유무에 관계없이 동일한 열분해 과정을 거쳤으며, 우레아 수용액은 가열속도에 따라 매우 다른 무게 감량 경향을 보여 가열속도가 우레아의 분해에 중요한 인자임을 나타내었다. 농도가 10%~40%인 우레아 수용액에서 우레아 열분해 시작 온도는 큰 차이를 보이지 않으므로, 농도의 영향은 그리 크지 않았다. 위치가 다른 세 곳에서 온도를 동일하게 유지하였을 때 상부 분사인 경우 탈질 효율은 각각 68.1%, 71.8%, 70.8%로 나타나 크게 차이가 나지 않았다. 동일 지역을 향하여 하부에서 분사한 경우와 상부에서 분사한 경우의 탈질 효율을 비교하면 각각 68.1%와 9.5%를 보여 동일한 지역에 분사된 우레아일지라도 분사방향에 따라 탈질 효율에는 큰 차이를 보였다.