JP2013528749A - 還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システム - Google Patents
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Abstract
【課題】残留還元剤の固形化によって発生する還元剤移動路及び噴射部の塞がりを防止することができる還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供する。
【解決手段】本発明は、還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムに係り、還元剤を選択供給部に供給する還元剤供給部と、水を選択供給部に供給する給水部と、前記還元剤供給部と給水部から供給された還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部と、前記選択供給部から供給された還元剤または水を噴射する噴射部とを含み、前記選択供給部は、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって塞がる前記噴射部に水を供給して前記噴射部の塞がりを防止することができることを特徴とする、還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供しようとする。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムに係り、還元剤を選択供給部に供給する還元剤供給部と、水を選択供給部に供給する給水部と、前記還元剤供給部と給水部から供給された還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部と、前記選択供給部から供給された還元剤または水を噴射する噴射部とを含み、前記選択供給部は、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって塞がる前記噴射部に水を供給して前記噴射部の塞がりを防止することができることを特徴とする、還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供しようとする。
【選択図】図２
Description
本発明は還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムに係り、より詳しくは、還元剤を選択供給部に供給する還元剤供給部と、水を選択供給部に供給する給水部と、前記還元剤供給部と給水部から供給された還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部と、前記選択供給部から供給された還元剤または水を噴射する噴射部とを含み、前記選択供給部は、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって塞がる前記噴射部に水を供給して前記噴射部の塞がりを防止することができる、還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムに関する。
化石燃料をエネルギー源として使用する火力発電所などが排出する排気ガスには多量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。前記窒素酸化物は酸性雨及び呼吸器疾患の原因物質として知られている。よって、排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去するための多様な技術が開発されている。
図１は、窒素酸化物の除去のために、最も広く使われる選択的還元触媒法（ＳＣＲ）を用いた従来の排気ガス脱窒システムの構成図である。図１を参照して従来の排気ガス脱窒システム１を説明すれば、尿素水を噴射部１２４を通じて反応チャンバー１３に噴射し、排気ガスの廃熱によって尿素水を気相のアンモニアに変換させ、排気ガスとアンモニア混合ガスを反応器１４に供給する。前記反応器１４に供給された前記混合ガスは触媒によって脱窒反応することにより、排気ガスから窒素酸化物が除去される。
しかし、前記噴射部１２４を通じて前記反応チャンバー１３に尿素水を継続的に噴射する過程で、前記噴射部１２４内に流入した尿素水はすべて反応チャンバー１３に排出されずに一部が噴射部１２４内に残留することができる。残留する尿素水は固形化して前記噴射部１２４を塞ぐことになる問題点があった。
また、尿素水が噴射部１２４に継続的に流入する過程で、前記尿素水は一定の粘度を持っているため、前記流量制御ポンプ１２２の出力端から噴射部１２４までの尿素水移動路１２３には前記尿素水が流れずに留まっている停滞領域（ｄｅａｄ
ｚｏｎｅ）が発生する。前記流れずに留まっている尿素水は固形化し、尿素水を継続的に噴射部に供給する過程で固形化が一層進み、尿素水移動路１２３は固形化した尿素によって塞がることに問題点があった。
ｚｏｎｅ）が発生する。前記流れずに留まっている尿素水は固形化し、尿素水を継続的に噴射部に供給する過程で固形化が一層進み、尿素水移動路１２３は固形化した尿素によって塞がることに問題点があった。
また、前記排気ガス脱窒システム１の一時的な障害によって作動を停止する場合、尿素水は尿素水移動路１２３や噴射部１２４内に残留して固形化して前記尿素水移動路１２３や噴射部１２４を塞ぐ問題点があった。
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明は、還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部を含み、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって発生する還元剤移動路及び噴射部の塞がりを防止することができる還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供することにその目的がある。
また、本発明は、空気供給部から供給される空気を還元剤移動路に供給する空気迂回路を含み、水で還元剤移動路及び噴射部に残留する還元剤を除去してから空気を供給して確かに残留還元剤を除去することができ、前記空気によって還元剤移動路及び噴射部を乾燥させることができ、還元剤移動路が腐食するとかあるいは還元剤供給の際に再び還元剤の濃度が変わることを防ぐことができる還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供することにその目的がある。
また、本発明は、空気供給部から供給される空気を水移動路に供給する空気迂回管路を含み、水で還元剤移動路及び噴射部に残留する還元剤を除去した後、洗浄液移動路、還元剤移動路が水によって腐食することを防ぐことができる還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供することにその目的がある。
また、本発明は、選択供給部を小型パネル化して、前記選択供給部が占める体積を最少化させ、前記還元剤移動路の長さが２ｍ以内となるようにすることで、前記還元剤供給装置の継続的な使用または一時的な故障によって前記還元剤移動路に残存して固形化した還元剤を最少化することができる還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを提供することにその目的がある。
本発明は、前記のような本発明の目的を達成するために、次のような構成を持つ実施例によって具現される。
本発明の一実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置は、還元剤を選択供給部に供給する還元剤供給部と、水を選択供給部に供給する給水部と、前記還元剤供給部と給水部から供給された還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部と、前記選択供給部から供給された還元剤または水を噴射する噴射部とを含み、前記選択供給部は、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって塞がる前記噴射部に水を供給して前記噴射部の塞がりを防止することができることを特徴とする。
本発明の他の実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置において、前記選択供給部は、両入力端がそれぞれ還元剤供給部と給水部に連結され、還元剤または水が還元剤移動路に流入するように制御する流量制御バルブと、一端が前記流量制バルブの出力端に連結され、他端が噴射部に連結される還元剤移動路とを含むことを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置において、前記選択供給部は、前記還元剤移動路の一側に連結され、前記流量制御バルブの開閉状態によって還元剤または水を吸入する流量制御ポンプをさらに含むことを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置において、前記還元剤供給装置は、空気を前記選択供給部に供給する空気供給部をさらに含み、前記選択供給部は、一端が前記空気供給部に連結され、他端が前記噴射部に連結される空気移動路と、一端が前記空気移動路に連結され、他端が前記還元剤移動路に連結される空気迂回路と、前記空気移動路と空気迂回路が連結される部分に位置し、空気が空気移動路または空気迂回路に供給されるように制御する空気制御バルブと、前記空気迂回路と還元剤移動路が連結される部分に位置し、前記還元剤移動路に流入する還元剤または水が前記空気迂回路に流入することを防ぐ逆流防止バルブとをさらに含む。
本発明のさらに他の実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置において、前記還元剤供給装置は、空気を前記選択供給部に供給する空気供給部をさらに含み、前記選択供給部は、入力端が前記空気供給部に連結され、空気が空気移動路または空気迂回管路に供給されるように制御する空気調節バルブと；一端が前記空気調節バルブの一出力端に連結され、他端が前記噴射部に連結される空気移動路と；一端が前記空気調節バルブの他出力端に連結され、他端が水調節バルブの一入力端に連結される空気迂回管路と；両入力端のそれぞれが給水部と空気迂回管路の他端に連結され、水移動路に空気または水を選択的に供給するように制御する水調節バルブと；一端が水調節バルブの出力端に連結され、他端が還元剤調節バルブの一入力端に連結される水移動路と；両入力端のそれぞれが還元剤供給部と水移動路の他端に連結され、還元剤移動路への空気、水及び還元剤の供給を制御する還元剤調節バルブと；一端が前記還元剤調節バルブの出力端に連結され、他端が前記噴射部に連結される還元剤移動路とを含むことを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例によれば、本発明による洗浄機能を有する還元剤供給装置において、前記還元剤移動路は２ｍ以内の長さを持ち、前記還元剤移動路に残留する還元剤量を最少化することができることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例によれば、本発明による排気ガス脱窒装置は、反応チャンバー内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、流入した排気ガスと前記還元剤供給装置から供給された還元剤を混合して混合気体を形成して反応器に供給する反応チャンバーと、前記反応チャンバーから供給された混合気体を脱窒させる反応器とを含み、前記還元剤供給装置は、請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の洗浄機能を有する還元剤供給装置であることを特徴とする。
本発明は、還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部を含み、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって発生する還元剤移動路及び噴射部の塞がりを防止することができる効果がある。
また、本発明は、空気供給部から供給される空気を還元剤移動路に供給する空気迂回路を含み、水で還元剤移動路及び噴射部に残留する還元剤を除去してから空気を供給して確かに残留還元剤を除去することができ、前記空気によって還元剤移動路及び噴射部を乾燥させることができ、還元剤移動路が腐食するとかまたは還元剤供給の際に再び還元剤の濃度が変わることを防ぐことができる効果がある。
また、本発明は、空気供給部から供給される空気を水移動路に供給する空気迂回管路を含み、水で還元剤移動路及び噴射部に残留する還元剤を除去した後、水移動路、還元剤移動路が水によって腐食することを防ぐことができる効果がある。
また、本発明は、選択供給部を小型パネル化して前記選択供給部が占める体積を最少化させ、前記還元剤移動路の長さが２ｍ以内となるようにして、前記還元剤供給装置の継続的な使用または一時的な故障によって前記還元剤移動路に残存して固形化した還元剤を最少化することができる効果がある。
以下、本発明による還元剤供給装置及びこれを用いた排気ガス脱窒システムを添付図面に基づいて詳細に説明する。図面において、同一の構成要素はできるだけどの所でも同一符号で示されていることに気をつけなければならない。また、本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができる公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。特別な定義がない限り、この明細書のすべての用語は本発明が属する技術分野の通常の知識を持った技術者が知っている用語の一般的意味と同一であるが、もしこの明細書に使用された用語の意味と衝突する場合にはこの明細書に使用された定義による。
図２は本発明の一実施例による排気ガス脱窒システムのブロック図、図３は本発明の一実施例による還元剤供給装置を詳細に説明するための拡大構成図、図４は本発明の他の実施例による還元剤供給装置を詳細に説明するための拡大構成図、図５は本発明のさらに他の実施例による還元剤供給装置を詳細に説明するための拡大構成図である。
図２〜図５を参照すれば、本発明の一実施例による排気ガス脱窒システム２は、流入部２１、還元剤供給装置２２、反応チャンバー２３、反応器２４、制御部２５、排出部２６などを含む。
前記流入部２１は、中小型熱併合発電用ＬＮＧガス排出部や火力発電のためのエンジンなどから排出される窒素酸化物を含むガスまたは流体（以下、‘排気ガス’という）が流入する構成のもので、出力センサー２１１などを含む。
前記出力センサー２１１は、前記流入部２１の一側に連結され、前記流入部２１に流入する排気ガスの負荷量に関する情報を検出して後述する制御部２５に伝送するための手段である。これは、前記流入部２１に流入する排気ガスの負荷量によって排気ガスに含まれる窒素酸化物量が決められるので、前記排気ガスの負荷量を判断することができるＲＰＭ、電流量、出口温度などの情報を前記制御部２５に送信して、排出ガスに含まれた窒素酸化物を脱窒させるのに適した還元剤量を前記反応チャンバー２３に供給するように前記制御部２５が制御するようにする。
前記還元剤供給装置２２を図２及び３を参照して説明すれば、前記還元剤供給装置２２は後述する反応チャンバー２３内に還元剤を供給する構成のもので、前記還元剤供給装置２２は、空気供給部２２１、還元剤供給部２２２、給水部２２３、選択供給部２２４、噴射部２２５などを含む。
前記空気供給部２２１は外部の空気を前記選択供給部２２４に提供する構成のもので、前記制御部２５によって制御される。前記空気供給部２２１は、空気加圧部２２１１などを含む。
前記空気加圧部２２１１は外部空気が前記選択供給部２２４に供給できるように空気の流動を引き起こす構成のものであり、例えば前記空気加圧部２２１１は、送風機、コンプレッサーなどが使用できる。
前記還元剤供給部２２２は還元剤を前記選択供給部２２４に提供する構成のもので、前記制御部２５によって制御される。前記還元剤供給部２２２は、還元剤貯蔵タンク２２２１などを含む。前記還元剤はアンモニア水または尿素水などが使用できる。
前記還元剤貯蔵タンク２２２１は還元剤を保存する構成のものあり、例えば、前記還元剤貯蔵タンク２２２１は、円筒形、長方形などの多様な形状に形成でき、ＳＵＳ３０４またはＳＰＶ３００のような多様な材質と多様な大きさ及び容量に形成できる。
前記給水部２２３は水を前記選択供給部２２４に供給するための構成のもので、貯水タンク２２３１などを含む。
前記貯水タンク２２３１は水を保存する構成のものであり、例えば、貯水タンク２２３１は、円筒形、長方形などの多様な形状に形成でき、腐食が発生しないようにプラスチック樹脂などの多様な材質と多様な大きさ及び容量に形成できる。
前記選択供給部２２４は、前記空気供給部２２１、還元剤供給部２２２及び給水部２２３からそれぞれ空気、還元剤及び水を受け、前記空気、還元剤及び水のいずれか一つ以上を前記噴射部２２５に選択的に供給する構成のものである。前記選択供給部２２４は、空気量制御バルブ２２４１、空気移動路２２４２、流量制御バルブ２２４３、還元剤移動路２２４４などを含む。
前記空気量制御バルブ２２４１は一端が前記空気加圧部２２１１の出力端に連結されて、前記空気移動路２２４２を通じて噴射部２２５に供給される空気量を制御する構成のもので、ボールバルブタイプの二方バルブなどが使用できる。
前記空気移動路２２４２は、一端が空気量制御バルブ２２４１の出力端と連結され、他端が噴射部２２５に連結されることにより、前記噴射部２２５に空気を供給する。
前記流量制御バルブ２２４３は前記還元剤移動路２２４４に還元剤または水を選択的に供給するように還元剤と水の供給量を調節する構成のものであり、前記流量制御バルブ２２４３は三方バルブが使われ、前記流量制御バルブ２２４３の両入力端Ａ、Ｂにはそれぞれ還元剤貯蔵タンク２２２１の出力端、貯水タンク２２３１の出力端が連結され、前記流量制御バルブ２２４３の出力端Ｃには前記還元剤移動路２２４４の一端が連結される。前記流量制御バルブ２２４３によって前記還元剤移動路２２４４に還元剤と水を選択的に供給する作動原理は下記に詳細に説明する。
前記還元剤移動路２２４４は、一端が前記流量制御バルブ２２４３の出力端に連結され、他端が前記噴射部２２５に連結され、還元剤または水を前記噴射部２２５に供給する。
前記選択供給部２２４は、好ましくは小型パネル化して前記選択供給部２２４が占める体積を最少化し、還元剤移動路２２４４の長さ（ｈ）が２ｍ以内となるようにすることで、前記還元剤供給装置２２の継続的な使用または一時的な故障によって前記還元剤移動路に残存して固形化した還元剤を最少化することができるようにする。
本発明の他の実施例による前記選択供給部２２４は、前記還元剤移動路２２４４の一側に連結され、前記流量制御バルブ２２４３の開閉状態によって還元剤または水を吸入する流量制御ポンプ２２４５をさらに含むことができる。前記流量制御ポンプ２２４５は、出力の強弱を調節して還元剤または水の供給量を調節することができる。例えば、流量範囲は５．７〜８５リットル／ｍｉｎで、ＳＣＳ１３（Ｂｏｄｙ）、ＳＵＳ３１６（ＴＲＩＭ）材で製作された大林総合流量計の“ＹＡＤ−１２２１１（１／２”）”モデルなどが使用できる。
前記噴射部２２５は前記選択供給部２２４に連結され、提供された空気、還元剤及び水のいずれか一つ以上を前記反応チャンバー２３内に噴射する構成のものである。前記噴射部２２５は、前記空気移動路２２４２の一端と還元剤移動路２２４４の一端にそれぞれ連結される。例えば、噴射量３３リットル／ｈｒ、材質ＳＵＳ３０４でなった韓国のスプレイングシステム社（Spraying Systems Co. Korea）の“広角円形噴射（ｓｅｔｕｐ番号：２６）”モデルの噴射ノズルなどが使用できる。
以下では、前記のような構成を含む前記還元剤供給装置２２によって還元剤を前記反応チャンバー２３に供給し、前記還元剤移動路２２４４と噴射部２２５の塞がりを防止する作動原理を図２及び３に基づいて詳細に説明する。
まず、還元剤を前記噴射部２２５を通じて反応チャンバー２３に供給する作動原理を説明すると、前記出力センサー２１１が流入する窒素酸化物量を検出して制御部２５に伝送すれば、前記制御部２５は流量制御バルブ２２４３をＡ−Ｃ方向に開いて流量制御ポンプ２２４５を稼動させる。前記流量制御ポンプ２２４５が作動するにつれて、貯蔵タンクに保存された還元剤は、流量制御バルブ２２４３、還元剤移動路２２４４を順に通して噴射部２２５に流入する。また、前記制御部２５は流量制御ポンプ２２４５を稼動させるとともに空気加圧部２２１１を稼動させるので、外部の空気は空気量制御バルブ２２４１、空気移動路２２４２を通して噴射部２２５に流入する。前記噴射部２２５に流入した還元剤は噴射部２２５に流入した空気によって噴出されて反応チャンバー２３に排出される。前記噴射部２２５を通じて前記反応チャンバー２３に還元剤を継続的に噴射する過程で、前記噴射部２２５内に流入した還元剤は全部反応チャンバー２３に排出されなく、一部が噴射部２２５内に残留することができる。残留する還元剤は固形化して前記噴射部２２５を塞ぐことになる。また、還元剤が前記噴射部２２５に継続的に流入する過程で、前記還元剤は一定の粘度を持っているため、前記還元剤移動路２２４４には前記還元剤が流れずに留まっている停滞領域（ｄｅａｄ ｚｏｎｅ）が発生する。前記流れずに留まっている還元剤が固形化し、還元剤を継続的に前記噴射部２２５に供給する過程で固形化がさらに進んで、還元剤移動路２２４４は固形化した還元剤によって塞がる。また、前記排気ガス脱窒システムの一時的な障害によって作動が停止する場合、還元剤は還元剤移動路２２４４と噴射部２２５内に残留して固形化して前記還元剤移動路２２４４や噴射部２２５を塞ぐことになる。
前記のように、噴射部２２５と還元剤移動路２２４４が塞がれば、それ以上還元剤を反応チャンバー２３に供給することができないため、前記噴射部２２５と還元剤移動路２２４４に残留する還元剤の除去が必要である。前記噴射部２２５と還元剤移動路２２４４の塞がりを防止する作動原理を説明すれば、前記反応チャンバー２３にそれ以上還元剤が供給されなければ、前記流量制御ポンプ２２４５と空気加圧部２２１１が作動する状態で制御部２５が流量制御バルブ２２４３をＢ−Ｃ方向に開くことで、それ以上還元剤が噴射部２２５に供給されないようにし、貯水タンク２２３１に保存された水が流量制御バルブ２２４３、還元剤移動路２２４４を通過するようにする。前記水は還元剤移動路２２４４と噴射部２２５を通過しながら残留した還元剤を反応チャンバー２３に押し出して排出させる。また、前記水は還元剤移動路２２４４と噴射部２２５に残留する固形化した還元剤をとかして反応チャンバー２３に排出することができる。前記還元剤として使われるアンモニアや尿素などは極性の強い物質なので、前記水に易しくとけることにより、前記水の供給によって還元剤移動路２２４４及び噴射部２２５の塞がり現象を解決することができるものである。前記水にとけて前記反応チャンバー２３に排出された還元剤は濃度が変化して再使用ができなくて前記排出部２６を通じて外部に排出される。前記水にとけて排出される還元剤は高濃度を持つことになるため、多量を排出部２６を通じて排出する場合には、環境的や法律的に問題が発生することができ、前記排出部２６に連結された分析器用吸入ポンプ、分析器２６１を損傷させることができるので、還元剤移動路２２４４の長さ（ｈ）を２ｍ以内にすることにより、前記還元剤移動路２２４４に残存して固形化した還元剤を最少化することができるようにする。前記還元剤移動路２２４４及び噴射部２２５の塞がり現象を除去した後には、前記流量制御バルブ２２４３をＡ−Ｃ方向に開くことで、再び還元剤が前記噴射部２２５に供給されるようにする。
本発明の他の実施例による還元剤供給装置を図４に基づいて説明すれば、前記還元剤供給装置は、図３に基づいて説明した還元剤供給装置（以下、‘第１実施例’という）において、前記空気移動路２２４２’と還元剤移動路２２４４’にそれぞれ連結される空気迂回路２２４６’をさらに含み、前記空気量制御バルブ２２４１の代わりに、前記空気移動路２２４２’と空気迂回路２２４６’が連結される部分に位置し、空気が空気移動路２２４２’を通じて噴射部２２５に供給されるとかあるいは空気迂回路２２４６’を通じて還元剤移動路２２４４’に供給されるように制御する空気制御バルブ２２４７’を含み、前記空気迂回路２２４６’と前記還元剤移動路２２４４’が連結される部分に位置し、前記還元剤移動路２２４４’に流入する還元剤または水が前記空気迂回路２２４６’に流入することを防ぐ逆流防止バルブ２２４８’をさらに含むことを除き、前記第１実施例と同様である。例えば、前記空気制御バルブ２２４７’及び逆流防止バルブ２２４８’は三方バルブなどが使用できる。
以下では、前記のような構成を含む前記還元剤供給装置２２によって還元剤を前記反応チャンバー２３に供給し、前記還元剤移動路２２４４’及び噴射部２２５の塞がりを防止することができる作動原理を図２及び４に基づいて詳細に説明する。
前記還元剤を前記噴射部２２５を通じて反応チャンバー２３に供給する作動原理は、前記空気制御バルブ２２４７’と逆流防止バルブ２２４８’をそれぞれＤ−Ｆ方向とＧ−Ｉ方向に開くように制御することを除き、第１実施例の作動原理と同様である。前記還元剤供給装置２２の継続的使用または故障発生の際に発生し得る還元剤移動路２２４４’及び噴射部２２５の塞がりを防止することができる作動原理を詳細に説明すれば、前記流量制御バルブ２２４３’をＢ−Ｃ方向に開くように制御して、それ以上還元剤が還元剤移動路２２４４’に供給されないようにし、水が還元剤移動路２２４４’に流入するようにして、前記還元剤移動路２２４４’と噴射部２２５を残留する還元剤を反応チャンバーに排出する。その後、流量制御ポンプ２２４５’の作動を中断して水の供給を中断し、前記空気制御バルブ２２４７’と逆流防止バルブ２２４８’をそれぞれＤ−Ｅ方向、Ｈ−Ｉ方向に開いて空気を前記流量制御ポンプ２２４５’の出力端後側の前記還元剤移動路２２４４’に供給する。前記流量制御ポンプ２２４５’の出力端後側の前記還元剤移動路２２４４’に流入した空気は流量制御ポンプ２２４５’の出力端後側の前記還元剤移動路２２４４’に残留する水を噴射部２２５に押し出して還元剤移動路２２４４’に水が存在することを防ぐことにより、再び還元剤を供給するときに還元剤の濃度が低くなることを防ぐことができ、還元剤移動路２２４４’が水によって腐食することを防ぐことができる。
本発明のさらに他の実施例による還元剤供給装置２２を図５に基づいて説明すれば、前記還元剤供給装置２２は、第１実施例と同様に、空気供給部２２１、還元剤供給部２２２、給水部２２３、選択供給部２２４”、噴射部２２５などを含み、各構成要素は第１実施例と同一名称の構成要素と同一役目を果たすので、以下では第１実施例と詳細構成において違いがある還元剤供給部２２２、給水部２２３、選択供給部２２４”についてだけ説明する。
前記還元剤供給部２２２は、還元剤を保存する還元剤貯蔵タンク２２２１と、一端が前記還元剤貯蔵タンク２２２１の出力端に連結され、還元剤を前記選択供給部２２４”に供給する還元剤供給ポンプ２２２２などを含む。
前記給水部２２３は、水を保存する貯水タンク２２３１と、一端が前記貯水タンク２２３１の出力端に連結され、水を前記選択供給部２２４”に供給する給水ポンプ２２３２などを含む。
前記選択供給部２２４”は、入力端Ｊが前記空気加圧部２２１１の出力端に連結され、空気が空気移動路２２４２”や空気迂回管路２２４３”に供給されるように制御する空気調節バルブ２２４１”と、一端が前記空気調節バルブ２２４１”の一出力端Ｋに連結され、前記噴射部２２５に空気を提供する空気移動路２２４２”と、一端が前記空気調節バルブ２２４１”の他出力端Ｌに連結され、他端は後述する水調節バルブ２２４４”の一入力端Ｎに連結される空気迂回管路２２４３”と、両入力端Ｍ、Ｎのそれぞれが給水ポンプ２２３２の出力端と空気迂回管路２２４３”の他端に連結され、水移動路２２４５”に空気または水を選択的に供給するように制御する水調節バルブ２２４４”と、一端が水調節バルブ２２４４”の出力端Ｏに連結され、他端が還元剤調節バルブ２２４６”の一入力端Ｑに連結される水移動路２２４５”と、両入力端Ｐ、Ｑのそれぞれは還元剤供給ポンプ２２２２の出力端と水移動路２２４５”の他端に連結され、前記還元剤移動路２２４７”への空気、水及び還元剤の供給を制御する還元剤調節バルブ２２４６”と、一端が前記還元剤調節バルブ２２４６”の出力端Ｒに連結され、前記噴射部２２５に空気、水及び還元剤のいずれか一つを供給する還元剤移動路２２４７”とを含む。前記選択供給部２２４”は、好ましくは小型パネル化して、前記選択供給部２２４”が占める体積を最少化し、還元剤移動路２２４７”の長さ（ｈ）が２ｍ以内となるようにして、前記還元剤供給装置２２の継続的な使用または一時的な故障によって前記還元剤移動路に残存して固形化した還元剤を最少化することができるようにする。
以下では、前記のような構成を含む前記還元剤供給装置２２によって還元剤を前記反応チャンバー２３に供給し、前記還元剤移動路２２４７”と噴射部２２５の塞がりを防止することができる作動原理を図２及び５に基づいて詳細に説明する。
まず、還元剤が前記反応チャンバー２３に供給される作動原理を説明すれば、前記出力センサー２１１が前記制御部２５に窒素酸化物量に対する情報を送信すれば、前記制御部２５は還元剤調節バルブ２２４６”をＰ−Ｒ方向に開き、還元剤供給ポンプ２２２２を作動させる。前記還元剤供給ポンプ２２２２が作動するにつれて、還元剤貯蔵タンク２２２１に保存された還元剤は還元剤供給ポンプ２２２２、還元剤調節バルブ２２４６”、還元剤移動路２２４７”を順に通して噴射部２２５に流入する。また、前記制御部２５は、前記還元剤の供給と同時に前記空気調節バルブ２２４１”をＪ−Ｋ方向に開き、空気加圧期２２１１を作動させることで、空気が空気移動路２２４２”を通じて噴射部２２５に流入するようにする。
前記還元剤供給装置２２の継続的使用または故障発生の際に発生し得る還元剤移動路２２４７”と噴射部２２５の塞がりを防止することができる作動原理を説明すれば、前記噴射部２２５がそれ以上還元剤を前記反応チャンバー２３に供給することができない場合、還元剤供給ポンプ２２２２の稼動を中断し、還元剤調節バルブ２２４６”と水調節バルブ２２４４”をそれぞれＱ−Ｒ方向とＭ−Ｏ方向に開いた状態で水供給ポンプ２２３２を作動させれば、前記貯水タンク２２３１に保存された水は給水ポンプ２２３２、水調節バルブ２２４４”、水移動路２２４５”、還元剤調節バルブ２２４６”を順に通過するようになる。前記還元剤調節バルブ２２４６”の出力端に排出された水は還元剤移動路２２４７”と噴射部２２５を通過しながら、固形化した還元剤をとかして反応チャンバー２３に排出させる。前記還元剤移動路２２４７”及び噴射部２２５の塞がり現象を解決した後には、給水ポンプ２２３２の稼動を中断させ、前記空気調節バルブ２２４１”と前記水調節バルブ２２４４”をそれぞれＪ−Ｌ方向とＮ−Ｏ方向に開くことで、空気が空気迂回管路２２４３”、水移動路２２４５”、還元剤移動路２２４７”を順に通過するようにし、前記水移動路２２４５”と前記還元剤移動路２２４７”に残留する水を噴射部２２５に押し出して反応チャンバー２３に排出させる。前記水移動路２２４５”と還元剤移動路２２４７”にはそれ以上水が残留しなくて水によって前記水移動路２２４５”と還元剤移動路２２４７”が腐食することを防ぐことができ、さらに還元剤を供給するときに還元剤の濃度が低くなることを防ぐことができる。
前記反応チャンバー２３は、前記流入部２１を通じて流入した排気ガスと前記噴射部２２５を通じて噴射された液相の還元剤が混合し、液相の還元剤が気相のアンモニアに変換して気相のアンモニアと排気ガスの混合気体が生成する構成のものである。例えば、還元剤として尿素水を使った場合、前記噴射部２２５を通じて噴射された尿素水が高温の排気ガスと混合し、排気ガスから熱を受けて下記の化学反応式のような反応によって気相のアンモニアに変換し、アンモニアと排気ガスが混合した混合気体が前記反応器２４に供給されるようになる。
ｘＨ２Ｏ＋ＣＯ（ＮＨ２）２→２ＮＨ３＋ＣＯ２＋（ｘ−１）Ｈ２Ｏ
前記反応器２４は、内部に触媒を含んでおり、アンモニアと排気ガスの混合気体中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害な成分に脱窒させるもので、（株）ＳＫ社製のＳＣＲ製品などが使用可能である。すなわち、流入するアンモニアと排気ガスの混合気体中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は触媒の作用によって下記の化学反応式のような反応によって無害な成分に変換され、排出部２６を通じて外部に排出される。
前記反応器２４は、内部に触媒を含んでおり、アンモニアと排気ガスの混合気体中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害な成分に脱窒させるもので、（株）ＳＫ社製のＳＣＲ製品などが使用可能である。すなわち、流入するアンモニアと排気ガスの混合気体中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は触媒の作用によって下記の化学反応式のような反応によって無害な成分に変換され、排出部２６を通じて外部に排出される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
この際、前記触媒としては多様な製品が使用できる。Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｎなどの酸化物、硫酸塩、希土類酸化物、貴金属などを触媒活性種とし、Ａｌ２０３、Ｔｉ０２、活性炭、ゼオライト、シリカなどを触媒担体とする製品が使用できる。これらの中で現在実用化されているものはＴｉ０２（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）を担体とするＶ２０５（ｖａｎａｄｉｕｍ
ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ）、Ｍｏ０３（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｔｒｉｏｘｉｄｅ）、Ｗ０３（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｔｒｉｏｘｉｄｅ）系の触媒である。Ａｌ２０３を担体とする触媒は、石炭及び重油燃料の排気ガスのようにＳＯｘが存在する排気ガス中では硫酸塩化して比表面積の低下によって劣化が発生するため、ＳＯｘのない排気ガスにだけ適用することができる。
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
この際、前記触媒としては多様な製品が使用できる。Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｎなどの酸化物、硫酸塩、希土類酸化物、貴金属などを触媒活性種とし、Ａｌ２０３、Ｔｉ０２、活性炭、ゼオライト、シリカなどを触媒担体とする製品が使用できる。これらの中で現在実用化されているものはＴｉ０２（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）を担体とするＶ２０５（ｖａｎａｄｉｕｍ
ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ）、Ｍｏ０３（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｔｒｉｏｘｉｄｅ）、Ｗ０３（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｔｒｉｏｘｉｄｅ）系の触媒である。Ａｌ２０３を担体とする触媒は、石炭及び重油燃料の排気ガスのようにＳＯｘが存在する排気ガス中では硫酸塩化して比表面積の低下によって劣化が発生するため、ＳＯｘのない排気ガスにだけ適用することができる。
前記制御部２５は本発明による排気ガス脱窒システム全体を制御するための構成のもので、前述したように、前記出力センサー２１１で測定された窒素酸化物によって適量の還元剤量を判断し、前記反応チャンバー２３に供給される還元剤の量を調節し、前記還元剤移動路や噴射部に残留する還元剤を除去するように、前記還元剤供給装置２２を制御して前記還元剤の移動と噴射部の塞がりを防止するなど、システム全般を制御／調節する機能をする。
前記排出部２６は脱窒処理された排気ガスを排出する構成のもので、分析器２６１などを含む。
前記分析器２６１は、前記排出部２６を通じて排出される脱窒処理された排気ガスに存在する窒素酸化物を検出して制御部２５に伝送する。前記制御部２５は、分析器２６１が伝送した情報を分析して、前記排気ガス脱窒システムが所定の基準によって排気ガスが脱窒されているかどうかを判断する。前記分析器２６１と前記排出部２６の間には分析器用吸入ポンプ（図示せず）が取り付けられ、前記排出部２６から排出される排気ガスを前記分析器２６１に供給する。
以上、出願人は本発明の好適な実施例を説明したが、このような実施例は本発明の技術的思想を具現する一実施例であるばかりで、本発明に属するものに解釈されなければならない。
２１ 流入部
２２ 還元剤供給装置
２３ 反応チャンバー
２４ 反応器
２５ 制御部
２６ 排出部
２１１ 出力センサー
２２１ 空気供給部
２２２ 還元剤供給部
２２３ 給水部
２２４，２２４’，２２４” 選択供給部
２２５ 噴射部
２６１ 分析器
２２１１ 空気加圧部
２２２１ 還元剤貯蔵タンク
２２２２ 還元剤供給ポンプ
２２３１ 貯水タンク
２２３２ 給水ポンプ
２２４１ 空気量制御バルブ
２２４２，２２４２’ 空気移動路
２２４３，２２４３’ 流量制御バルブ
２２４４，２２４４’ 還元剤移動路
２２４５，２２４５’ 流量制御ポンプ
２２４６’ 空気迂回路
２２４７’ 空気制御バルブ
２２４８’ 逆流防止バルブ
２２４１” 空気調節バルブ
２２４２” 空気移動路
２２４３” 空気迂回管路
２２４４” 水調節バルブ
２２４５” 水移動路
２２４６” 還元剤調節バルブ
２２４７” 還元剤移動路
２２ 還元剤供給装置
２３ 反応チャンバー
２４ 反応器
２５ 制御部
２６ 排出部
２１１ 出力センサー
２２１ 空気供給部
２２２ 還元剤供給部
２２３ 給水部
２２４，２２４’，２２４” 選択供給部
２２５ 噴射部
２６１ 分析器
２２１１ 空気加圧部
２２２１ 還元剤貯蔵タンク
２２２２ 還元剤供給ポンプ
２２３１ 貯水タンク
２２３２ 給水ポンプ
２２４１ 空気量制御バルブ
２２４２，２２４２’ 空気移動路
２２４３，２２４３’ 流量制御バルブ
２２４４，２２４４’ 還元剤移動路
２２４５，２２４５’ 流量制御ポンプ
２２４６’ 空気迂回路
２２４７’ 空気制御バルブ
２２４８’ 逆流防止バルブ
２２４１” 空気調節バルブ
２２４２” 空気移動路
２２４３” 空気迂回管路
２２４４” 水調節バルブ
２２４５” 水移動路
２２４６” 還元剤調節バルブ
２２４７” 還元剤移動路
Claims (8)
- 還元剤を選択供給部に供給する還元剤供給部と、水を選択供給部に供給する給水部と、前記還元剤供給部と給水部から供給された還元剤及び水のいずれか一つを選択的に噴射部に供給する選択供給部と、前記選択供給部から供給された還元剤または水を噴射する噴射部とを含み、
前記選択供給部は、前記噴射部が還元剤を継続的に噴射する過程で、あるいは装置の一時的な故障によって残留する還元剤の固形化によって塞がる前記噴射部に水を供給して前記噴射部の塞がりを防止することができることを特徴とする、
還元剤供給装置。 - 前記還元剤供給装置は、
空気を前記選択供給部に供給する空気供給部をさらに含むことを特徴とする、
請求項１に記載の還元剤供給装置。 - 前記選択供給部は、
両入力端がそれぞれ還元剤供給部と給水部に連結され、還元剤または水が還元剤移動路に流入するように制御する流量制御バルブと、一端が前記流量制バルブの出力端に連結され、他端が噴射部に連結される還元剤移動路とを含むことを特徴とする、
請求項２に記載の還元剤供給装置。 - 前記選択供給部は、
前記還元剤移動路の一側に連結され、前記流量制御バルブの開閉状態によって還元剤または水を吸入する流量制御ポンプをさらに含むことを特徴とする、
請求項３に記載の還元剤供給装置。 - 前記選択供給部は、
一端が前記空気供給部に連結され、他端が前記噴射部に連結される空気移動路と、一端が前記空気移動路に連結され、他端が前記還元剤移動路に連結される空気迂回路と、前記空気移動路と空気迂回路が連結される部分に位置し、空気が空気移動路または空気迂回路に供給されるように制御する空気制御バルブと、前記空気迂回路と還元剤移動路が連結される部分に位置し、前記還元剤移動路に流入する還元剤または水が前記空気迂回路に流入することを防ぐ逆流防止バルブとをさらに含むことを特徴とする、
請求項３に記載の還元剤供給装置。 - 前記選択供給部は、
入力端が前記空気供給部に連結され、空気が空気移動路または空気迂回管路に供給されるように制御する空気調節バルブと；
一端が前記空気調節バルブの一出力端に連結され、他端が前記噴射部に連結される空気移動路と；
一端が前記空気調節バルブの他出力端に連結され、他端が水調節バルブの一入力端に連結される空気迂回管路と；
両入力端のそれぞれが給水部と空気迂回管路の他端に連結され、水移動路に空気または水を選択的に供給するように制御する水調節バルブと；
一端が水調節バルブの出力端に連結され、他端が還元剤調節バルブの一入力端に連結される水移動路と；
両入力端のそれぞれは還元剤供給部と水移動路の他端に連結され、還元剤移動路への空気、水及び還元剤の供給を制御する還元剤調節バルブと；
一端が前記還元剤調節バルブの出力端に連結され、他端が前記噴射部に連結される還元剤移動路と；を含むことを特徴とする、
請求項２に記載の還元剤供給装置。 - 前記還元剤移動路は、
２ｍ以内の長さを持つことを特徴とする、
請求項３〜６のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。 - 反応チャンバー内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、流入した排気ガスと前記還元剤供給装置から供給された還元剤を混合して混合気体を形成して反応器に供給する反応チャンバーと、前記反応チャンバーから供給された混合気体を脱窒させる反応器とを含み、
前記還元剤供給装置は、請求項１〜６のいずれか一項の還元剤供給装置であることを特徴とする、
排気ガス脱窒システム。
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