우리나라에서는 1980년대 초반부터 비점오염원 원단위를 산정하기 시작하였으나 모두 단일강우 또는 제한된 수의 실측자료만을 이용하였다. 각 토지이용에 따른 비점오염의 유출특성을 충분하게 반영하지 못하였기 때문에 강우량의 변화가 큰 지역의 경우, 강우 특성에 따라 특정 기간에 과도하게 오염부하가 산정될 수 있다. 최근 수질오염의 특징은 과거의 대량 발생원인 점오염에 의한 수질오염에서 도시 강우 유출수나 농경지 등으로부터 대량의 비점오염에 의한 수질오염으로 변화하고 있다. 그러나 비점오염은 점오염과 같이 일정한 출구를 통해 유출되지 않으므로 집중처리에 의한 조절 방법의 적용이 곤란한 형편이다. 본 연구에서는 광산(저탄장) 지역의 모니터링을 실시하여 계절별 비점오염부하 유출특성에 대하여 조사하였고, 오염부하와 EMC 농도를 산정하여 분석하였다. 본 연구는 장기적인 모니터링 과제로 향후 지속적인 모니터링을 실시하여 수질분석과 유량을 측정한다면 광산(저탄장) 지역의 비점오염부하 산정 시 유용한 자료로 활용될 것으로 판단된다.
대기환경보전법이 강화되면서 야외저탄장을 옥내화 함으로써 외부로 날리는 비산먼지는 감소했지만, 저탄장에서 발생하는 석탄 비산먼지와 유해물질들을 단순히 격리함으로서 이러한 물질들이 내부에 축적되어 또 다른 문제를 야기할 수 있다. 본 연구는 이를 해결하기 위해 운영 중인 옥내 저탄장을 선정하여 내부 기류 흐름 양상과 환기량을 분석하였다. 옥내저탄장 내부 기류는 전반적으로 지형적으로 산 쪽에 접한 남서쪽으로 이동하는 경향을 보였다. 그리고 바다와 접한 북쪽 루버에서는 해풍에 의한 기류가 유입되고 있었다. 옥내저탄장 내부로 유입되는 총 유량은 918,691m3/h, 시간당 자연환기 횟수는 0.6회로 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 내부 기류가 집중되는 위치에 강제 환기장치를 설치하는 것을 제안한다.
석탄을 야적해두는 저탄장에서 석탄의 자연발화 현상은 안전 문제와 더불어 심각한 경제적 손해를 야기한다. 저탄장에서의 자연발화는 석탄의 산화반응으로 방출되는 열량이 주위로 손실되는 열량보다 클 때 발생한다. 본 연구에서는 2차원 비정상 상태 수치해석을 통해 자연발화 현상을 모사하였고, 수치해석 결과의 타당성을 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 수치해석을 통해 구한 시간에 따른 저탄 내부 온도의 변화 곡선은 실험을 통해 측정한 데이터와 잘 일치하였다. 자연발화 인자인 공극률에 따라 저탄장 내부온도 변화 및 압력, 산소 질량 분율의 변화 양상을 분석하였다. 계산 결과를 토대로, 저탄형태의 변화에 따라 저탄장 내부에서의 시간에 따른 온도 변화를 비교 검토하였다. 열점의 형성과 자연발화 메커니즘을 분석하여 제시하였다.
자연발화의 문제는 심각한 경제적 손해뿐만 아니라 화재 시 발생하는 유해가스로 인해 환경오염을 발생시키는 대표적인 발전소 피해이다. 저탄장 자연발화 예방 및 조치하기 위해 드론을 이용하는 방법이 제시되었으나 외부의 측풍과 외란으로 인한 2차 사고의 발생위험이 존재하는 상황이다. 자연발화의 원인과 영향 인자는 매우 복잡하기 때문에 사전에 예방하기가 쉽지 않으며 일단 발생하면 소화하기도 어렵다. 따라서 저탄장 내부에서 직접적으로 온도 및 상태를 측정하고 자연발화 지점에 직접적으로 냉각 가스를 분출하여 소화하는 장치가 필요하다. 본 연구는 저탄장의 자연발화를 예방하기 위한 냉각볼 장치의 내부 압력과 외부 압력에 대하여 구조해석을 실시하고 구조적 안전성에 대하여 연구한다.
This study reports numerically the characteristics of dust scattering around the coal storage pile yards, substantially affected by the windbreak wall height. The dust scattering is closely associated with the frictional effect of wind flows as well as the pressure variation that consequently affect the dust particle behavior. In the present study, with the use of the commercial code of FLUENT, the distribution of wind velocity and pressure are predicted around coal storage pile yard for four different heights of the wind break wall. From the results, it was found that for the case 1 with the outer windbreak wall height of 3 m and inner windbreak wall height of 6 m, the amount of scattering dust for a year was estimated to be 1451 kg, whereas for the case 4 where a height of outer windbreak wall is 10 m and a height of inner windbreak wall is 16 m, the amount of scattering dust for a year was 358 kg. It shows that the dust scattering can be reduced by 75%, indicating important role of windbreak wall height on particle scattering. The numerical results would be useful in decision of the appropriate height of windbreak wall for decreasing the amount of scattering dust under various environmental conditions.
Power plants that produce electricity through thermal power plants mainly store coal in outdoor storage yards. In particular, coal is directly exposed to rainwater during rainfall, including torrential rain. There is no separate drainage facility in the outdoor coal yard, and coal is simply stored on the ground. Accordingly, during rainfall, coal dust flows down by rainwater, and a large amount of rainwater that is not drained overflows the outdoor coal yard, overflowing the surrounding facilities and causing environmental pollution. Therefore, in this study, a drainage system was developed for the rapid drainage of an outdoor coal mine, and the quality of the water was evaluated when rainwater mixed with drainage characteristics and coal dust was discharged through the drainage system.
화력발전소의 옥외 저탄장은 주변 지역의 환경오염 문제로 인하여 국내외적으로 옥내 저탄장으로 전환되고 있는 추세이다. 하지만 옥내 저탄장의 경우 실내의 석탄 비산과 유해가스의 발생이 문제가 되고 있다. 본 연구는 옥내 저탄장 내부를 외기의 풍속 및 풍향에 따른 내부 유동장 특성과 환기량을 분석하여 환기 방안을 제시하고자 한다. 옥내 저탄장 내부에서의 실제 유동 측정 정보를 기반으로 하여 CFD 해석을 수행하였다. 외기 풍향이 동풍일 때 풍속이 6 m/s인 경우와 2 m/s인 경우를 비교해본 결과는 6 m/s일 때 Monitor louver로 배출되는 유속이 2 m/s일 때보다 빠르며 재순환 영역이 뚜렷하게 나타났다. 또한 외기 풍향이 서풍일 경우에도 동풍과 경향이 비슷함을 확인하였다. 풍속에 따른 환기량을 확인한 결과는 풍속이 6 m/s인 경우에는 환기 횟수는 13.1회, 2 m/s인 경우에는 4.4회의 환기가 가능하다. 풍속이 2 m/s인 경우에 일반 공장의 시간당 필요 환기 횟수에 미치지 못하여 다소 개선이 필요한 실정이다.
본 논문에서는 저탄장 석탄더미 표면부에 자연발화 차단제를 도포하였을 경우 자연발화 현상에 미치는 영향을 수치해석적인 방법을 통해 살펴보았다. 먼저 자연발화 차단제를 도포하지 않은 경우를 해석하여 선행연구 결과와 비교하여 본 연구의 수치해석방법을 검증한 후 다양한 자연발화 차단제 도포영역 및 위치에 따른 자연발화 방지효과를 분석하였다. 그 결과, 자연발화 차단제의 도포영역이 넓을수록 석탄더미 내부로의 산소유입이 차단되어 발화방지 효과가 컸으며, 자연발화 차단제를 석탄더미 바닥에서부터 도포하여야 발화방지 효과가 더욱 큰 것으로 나타났다. 자연발화 차단제의 제조비용 등의 경제적인 측면을 고려하여 효과적으로 도포하여야 한다.
본 논문에서 연구하는 방안은 석탄 화력발전소의 옥내 저탄장 석탄의 자연발화를 예방하기 위한 방법으로, 석탄의 자연발화를 사전에 감지하여 발화 장소의 위치를 알람서비스를 할 수 있게 하기 위한 위치 확인 방안으로 사물인터넷기술(IoT)과 센서기술을 접목하여 석탄의 저장소의 온도를 24시간 모니터링을 통해 전체 저장된 석탄의 온도변화를 감지하는 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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