KR100477433B1 - 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치에 관한 것으로서,

배기가스 덕트(1) 내부에 설치되어 배기가스에 함유된 질소산화물의 제거효율을 높이기 위해 암모니아와 배기가스를 혼합하는 장치에 있어서, 상기 배기가스 덕트(1)의 내벽에 설치된 교차하는 형태의 지지대(4)에 4개의 원판(3)이 배기가스의 유동방향에 대해 경사지게 설치된 것을 특징으로 하므로,

암모니아 가스와 배기가스의 혼합효과가 크게 증가한다는 이점이 있으며,

또한, 원판의 총면적과 경사각이 동일할 경우, 4개로 분할된 원판은 1개의 원판으로 된 것에 비하여 압력손실이 70∼80% 정도 줄어들고, 유동방향의 혼합장치의 길이도 줄어들어 전체 덕트길이를 크게 줄일 수 있다는 이점도 있다.

Description

배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치{Ammonia Mixing Device in Exhaust Gas Duct}

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물의 제거를 위해 배기가스에 주입된 암모니아와 배기가스를 혼합시키는 수단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와류를 형성시켜 암모니아와 배기가스의 혼합이 잘 이루어질 수 있도록 한 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로 석탄이나 그 밖의 다른 가연물질이 연소될 때 나오는 배기가스에는 질소산화물(NOx)이 포함되어 있는데, 이것은 인체에 해로울 뿐만 아니라 환경오염을 일으키는 원인이 된다. 따라서, 이러한 각종 피해들을 방지하기 위해서 배기가스로부터 질소산화물의 제거가 필수적으로 요구되어진다.

배기가스에서 질소산화물을 제거하는 방법으로는, 선택적 촉매 환원법(SCR System ; Selective Catalytic Reduction System)이 많이 사용되는데 이 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보일러, 가스터빈, 소각로 등과 같은 배기가스 발생원과 반응기를 연결하는 배기가스 덕트 내부에 암모니아 주입장치를 설치하여, 300 - 420°C의 온도에서 배기가스에 암모니아를 주입한다. 그러면, 암모니아와 배기가스가 혼합물을 이루게 되고, 이 혼합물이 촉매를 통과하게 되면 암모니아가 환원제로 작용해서 화학반응을 하게 된다. 이러한 반응을 통해 질소산화물은 인체에 무해한 질소와 수증기로 전환되고, 그 밖에 어떠한 2차 오염물도 생성되지 않는다. 이렇게 해서 배기가스에서 질소산화물이 제거되어지는 것이다.

이러한 과정에서, 촉매의 수명단축을 방지하고 질소산화물의 효과적인 제거를 위해서 배기가스와 암모니아의 혼합효율을 높여야 하는데, 이를 위하여 암모니아 주입장치의 하부에 혼합장치를 설치한다.

도 7∼도 8에 종래 혼합장치의 일예가 도시되어 있다. 이는, 원판형의 혼합장치(11)가 배기가스 덕트(1)에 고정되어 있는 형태로서, 상기 원판형 혼합장치(11)는 배기가스의 진행방향에 대하여 어느 정도 경사져 있기 때문에, 정면에서 볼 때 타원형으로 보여지고 있다. 원형 이외에도, 타원형, 삼각형, 사다리형 등과 같은 판형으로 구성되어 배기가스의 유동방향에 대하여 일정각도를 유지하는 구성도 공지되어 있다.

그런데, 이와 같은 구성의 혼합장치를 사용하면, 커다란 혼합효과를 얻을 수는 있으나, 압력손실이 다소 큰 편이며, 덕트 벽(1)에 인접한 부분에서는 혼합도가 떨어지는 단점이 있다.

도 9(a),(b)에는, 배기가스 덕트의 내면에 경사진 평판(혼합 편향요소(13,14)이 설치된 종래의 혼합장치의 다른 예가 도시되어 있으며, 도 9(c)에는, 덕트 내부 전체에 걸쳐서 도 9(a) 또는 도 9(b)와 같은 구조를 조립한 구성이 도시되어 있다. 여기서, 참조번호 12, 15는 혼합장치의 격자벽이다.

그런데, 이와 같이 하면, 덕트 전체에 와류를 발생시킬 수는 있지만, 혼합도가 다소 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 암모니아와 배기가스의 혼합도를 높이면서 압력손실을 최소화하여, 배기가스 발생원과 탈질반응기 사이의 덕트의 길이를 단축할 수 있도록 하고, 전체적인 탈질효율을 증가시킬 수 있는 혼합장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치는,

배기가스 덕트 내벽에 설치된 교차하는 형태의 지지대에 4개의 원판이 각각 배기가스의 유동방향에 대해 경사지게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 원판의 배기가스 유동방향에 대한 경사각은, 위로 30∼60°인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 원판의 지름은 상기 배기가스 덕트의 단면의 길이 중 짧은 변을 기준으로 25~50％로 하는 것이 바람직하다.

상기 지지대의 횡단면은 "∧"자 형태로 하여 상기 원판의 부착을 용이하게 하는 것이 좋다.

또한, 상기 원판에는 필요에 따라서 여러 형태의 구멍을 형성할 수 있다.

또한, 상기 원판의 표면 또는 지지대에는 필요에 따라 돌출편을 형성할 수도 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 암모니아 혼합장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1∼도 6에 본 발명에 따른 암모니아 혼합장치가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 암모니아 혼합장치는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(4)와 원판(3)으로 이루어져 있으며, 배기가스 덕트(1)의 내부에 부착되어 있다. 고정되는 지지대(4)는 십자형 등 서로 교차하는 형상으로 되어 있고, 교차하는 지지대(4)가 이루는 가상의 면(B)은 배기가스 덕트(1)의 측면에 수직으로 설치되어 있다(도 4 참조). 또한, 상기 지지대(4)의 단면 형상은 "∧"자 등의 앵글식으로 되어 있어 원판(3)을 부착하기 용이하게 되어 있다.

또한, 상기 각각의 원판(3)은, 도 5에서와 같이, 배기가스의 유동방향(9, 10)에 대해 경사지게 설치되어 있다. 상기 원판(3)의 경사각은 배기가스의 유동방향에 대해 위로 30~60°정도로 하면 효과적이며, 가장 바람직한 범위는 40~50°정도이다. 경사각이 60°이상이면, 암모니아와 배기가스의 혼합효과는 크게 좋아지지 않으면서 배기가스 덕트(1) 내의 압력손실만 커지게 된다. 또한, 경사각이 30°이하이면, 압력손실은 적으나 혼합효과가 떨어지게 된다.

상기 경사각을 유지한 채로, 상기 지지대(4)의 대각선 방향으로 부착되는 2개의 원판(3)은 서로 반대의 경사각을 갖도록 설치하는 것이 좋다.

상기 원판(3)의 경사각으로 인하여, 대각선(화살표 A)에서 바라본 원판(3)의 구성은 도 3에서와 같다. 여기서, 각각의 원판(3) 지름을 종래에 비해 작게 할 수 있기 때문에, 배기가스 덕트(1)의 측면에서 바라본 원판(3)이 차지하는 길이도 매우 작게 할 수 있다.

한편, 원판(3)의 지름은, 배기가스 덕트(1)의 단면의 길이 중 짧은 변을 기준으로 25~50％ 정도로 하는 것이 좋으며, 가장 바람직한 범위로는 30~40％ 정도이다. 원판(3)의 지름이 50％ 이상이면, 암모니아와 배기가스의 혼합효과는 크게 좋아지지 않으면서 배기가스 덕트(1) 내의 압력손실만 커지게 된다. 또한, 지름이 25％ 이하이면, 압력손실은 적으나 혼합효과가 떨어지게 된다.

이와 같이, 덕트(1) 내부의 중앙을 기준으로 같은 거리상에 설치되어 있는 4개의 원판(3)은 유동에 대한 안내깃의 역할을 담당하여, 덕트 내부 전체에 와류(5)가 형성되어 혼합효과가 증대하게 된다.

도 6에는 본 발명에 따른 혼합장치를 덕트(1) 내부에 병렬로 다수 설치한 구성을 나타내고 있다. 이 때, 이웃하는 혼합장치에서 발생되는 와류의 회전방향은 서로 반대로 설치될 수도 있지만, 혼합효과에 있어서는 큰 차이가 없다.

더욱이, 난류의 형성을 촉진하기 위해, 필요에 따라서 상기 원판(3)에 여러가지 형태의 구멍(미도시)을 형성할 수 있다.

또한, 필요에 따라서 상기 원판(3)이나 지지대(4)에 돌출편(미도시)을 설치할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 암모니아 가스와 배기가스의 혼합효과가 크게 증가하여 탈질효과가 높아진다는 이점이 있다.

또한, 원판의 총면적과 경사각이 동일할 경우, 4개로 분할된 원판은 1개의 원판으로 된 것에 비하여 압력손실이 70∼80% 정도 줄어들고, 유동방향의 혼합장치 의 길이도 줄어들어 전체 덕트길이를 크게 줄일 수 있다는 이점도 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 암모니아 혼합장치의 정면도이다.

도 2는, 도 1에서 원판과 지지대의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 3은, 도 1의 화살표 A에서 바라본 원판의 구조를 나타내는 도면이다.

도 4는, 본 발명에 따른 암모니아 혼합장치가 덕트에 설치된 구성을 나타내는 사시도이다.

도 5는, 본 발명에 따른 원판의 설치각도를 나타내는 측면도이다.

도 6은, 본 발명에 따른 암모니아 혼합장치를 병렬로 복수개 설치한 구성을 나타내는 정면이다.

도 7은, 종래 원판형 혼합장치의 정면도이다.

도 8은, 도 7의 혼합장치가 병렬로 복수개 설치된 구성을 나타내는 정면이다.

도 9는, 종래 혼합장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도로서, (a)는 "∧"자 형태의 경사진 평판이 설치된 구성을 나타내고, (b)는 경사진 평판이 교대로 설치된 구성을, (c)는 상기 (b)의 구성을 상호 조립한 구성을 나타내는 도면이다.

※주요 도면부호의 설명

1... 배기가스 덕트

2... 덕트 내 배기가스 유로

3... 원판

4... 지지대

5... 와류의 생성방향

6... 유동방향의 원판 지름

8... 원판의 경사각도

9... 유동방향축

10... 유동

11... 종래 원판형 혼합장치

12, 15... 종래 혼합장치의 격자벽

13, 14... 혼합 편향요소

Claims (6)

1. 배기가스 덕트(1) 내부에 설치되어 배기가스에 함유된 질소산화물의 제거효율을 높이기 위해 암모니아와 배기가스를 혼합하는 장치에 있어서,

   상기 배기가스 덕트(1) 내벽에 설치된 교차하는 형태의 지지대(4)에 4개의 원판(3)이 각각 배기가스의 유동방향에 대해 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.
2. 제1항에 있어서,

   배기가스 유동방향(10)에 대한 상기 각각의 원판(3)의 경사각은, 30∼60°인 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 원판(3)의 지름은, 상기 배기가스 덕트(1)의 단면의 길이 중 짧은 변을 기준으로 25~50％가 되는 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 지지대(4)의 횡단면은 "∧"형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 원판(3)에는 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 원판(3)의 표면 또는 지지대(4)에는 돌출편이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 덕트의 암모니아 혼합장치.