KR100501420B1

KR100501420B1 - 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치

Info

Publication number: KR100501420B1
Application number: KR10-2002-0066838A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 김종진; 이현동; 김태형
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR20040037984A

Abstract

본 발명은 화석연료의 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하는 환원제 주입장치에 관한 것으로, 반응로(10)의 몸체상부면에 상하방향으로 다수개 설치되면서 그 몸체하단에 분사공(23)을 통해 분사되는 환원제의 분사각을 조절하는 노즐헤드(21)가 장착됨은 물론 그 둘레면에 연소가스 온도를 측정하는 온도검출봉(22)과 몸체 온도를 온도측정기(27)가 구비된 주입부(20)와; 주입부(20)의 둘레면에 장착된 랙기어(31)와 주입부(20)의 승강경로에 장착되어 랙기어(31)로 결합되는 피니언기어(32)가 구비된 승강부(30); 주입부(20)의 상단부에 연결되면서 그 몸체에 블로워(41)가 구비된 분사부(40) 및; 온도검출붕(22)과 온도측정기(27)의 신호를 입력받아 피니언기어(32)와 블로워(41)에 작동신호를 출력하는 제어부(50)로 이루어져, 환원제의 주입온도 변화에 따른 최소의 설비를 사용하여 최적의 주입위치가 유지되어 탈질효율이 극대화될 뿐만 아니라, 환원제의 체류시간이 증대되면서 골고루 연소가스에 비산되므로 반응시간이 절감됨은 물론 오염원의 발생이 최소화되게 한 것이다.

Description

질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치 {Device for ascenting and descenting a reduction agent injector for reducing NOx}

본 발명은 화석연료의 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하는 환원제 주입장치에 관한 것으로, 특히 환원제 주입장치의 위치를 환원반응이 일어나는 온도구역에 따라 자동으로 변경시킬 수 있도록 된 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화력발전소에서 연료로 사용되는 화석연료는 연소과정에서 다량의 배가스가 발생되는 바, 특히 화석연료의 배가스 중 질소산화물은 인체에 유해함은 물론 대기오염의 주요인이므로 배연탈질설비에 환원제를 주입하여 제거한 다음 대기중이나 재처리공정으로 배출시킨다.

그러나, 배연탈질설비에서 환원반응이 잘 이루어지는 온도구역(Temperature window)이 수시로 변화하게 되므로, 통상 환원제의 주입위치를 몇개의 구역으로 구분하여 온도구역의 변화에 따라 환원제의 주입위치를 변경하므로, 환원제의 주입작업이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

이는, 배연탈질설비의 초기 설계시 반응로에 대한 컴퓨터시뮬레이션과 부하변화에 따른 온도구역의 변화를 조사하여 반응로의 정해진 위치에 환원제주입구를 천공하여 사용하므로, 사용연도 등의 변화에 의한 온도구역 변화에 적극적인 대처기 미흡함을 의미하는 것이다.

따라서, 탈질환원설비에서 배가스와 환원제의 원활한 혼합을 위해서는 구역별로 다수개의 노즐을 천공하므로 반응로의 개조에 따른 작업하중과 작업공수 빙 개조비용이 증대될 뿐만 아니라, 이들 노즐들을 작동하기 위한 별도의 제어장치가 필수적으로 요구되는 것이다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환원제 주입장치의 위치를 환원반응이 일어나는 온도구역에 따라 수시로 변경하여 작업성능을 향상시킬 수 있도록 된 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화력발전소에서 화석연료의 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위한 수단으로, 배연탈질설비의 반응로에 설치되는 환원제주입기의 자동승강장치를 구성함에 있어서, 반응로의 몸체상부면에 상하방향으로 다수개 설치되면서 그 몸체하단에 환원제의 분사각을 조절하는 노즐헤드가 장착됨은 물론 그 둘레면에 연소가스의 온도를 측정하는 온도검출봉과 몸체의 온도를 온도측정기가 구비된 주입부와; 주입부의 둘레면에 장착된 랙기어와 주입부의 승강경로에 장착되어 랙기어로 결합되는 피니언기어가 구비된 승강부; 주입부의 상단부에 연결되면서 그 몸체에내 블로워가 구비된 분사부 및; 온도검출붕과 온도측정기의 신호를 입력받아 피니언기어와 블로워에 작동신호를 출력하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 환원제주입기의 설치상태도와 환원제주입기를 도시한 도면이며, 도 3은 질소산화물의 제거효율을 도시한 그래프도로서, 화력발전소에서 화석연료의 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위한 수단으로, 배연탈질설비의 반응로(10)에 설치되는 환원제주입기의 자동승강장치를 구성함에 있어서, 반응로(10)의 몸체상부면에 상하방향으로 다수개 설치되면서 그 몸체하단에 환원제의 분사각을 조절하는 노즐헤드(21)가 장착됨은 물론 그 둘레면에 연소가스의 온도를 측정하는 온도검출봉(22)과 몸체의 온도를 온도측정기(27)가 구비된 주입부(20)와; 주입부(20)의 둘레면에 장착된 랙기어(31)와 주입부(20)의 승강경로에 장착되어 랙기어(31)로 결합되는 피니언기어(32)가 구비된 승강부(30); 주입부(20)의 상단부에 연결되면서 그 몸체에 블로워(41)가 구비된 분사부(40) 및; 온도검출붕(22)과 온도측정기(27)의 신호를 입력받아 피니언기어(32)와 블로워(41)에 작동신호를 출력하는 제어부(50)로 이루어져 있다.

먼저, 본 발명에 따른 구성요소 중 배연탈질설비의 반응로(10)는 배가스가 재처리되는 것으로서, 종래 기술과 기능상 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 다만 반응로(10)의 몸체상면에 상하방향을 따라 슬라이딩하는 다수개의 주입부(20)가 장착된 것에 차이점이 포함됨을 첨언한다.

그리고, 주입부(20)은, 반응로(10)의 몸체상부면에 상하방향으로 다수개 설치되어 반응로(10)의 연소가스를 향해 환원제를 분사하는 것으로서, 그 몸체가 원통형상으로 형성되어 상하방향을 따라 환원제가 공급되는 분사공(23)을 관통되게 형성하면서, 그 몸체측면에 이후에 설명하는 랙기어(31)가 장착되며, 그 몸체하단부에 분사공(23)을 통해 하부방향으로 향해 분사되는 환원제의 분사각을 조절하는 노즐헤드(21)가 장착되어 있다.

또한, 주입부(20)는, 그 몸체 둘레면에 연소가스의 온도를 측정하는 온도검출봉(22)과 몸체온도를 온도측정기(27)가 각각 구비되며, 그 몸체하부측에 환원제의 비산경로를 변경하여 비산시키는 가이드(26)가 장착되어 있다.

또한, 주입부(20)는, 분사공(23)의 둘레면에 즉, 주입부(20)의 몸체에 환원제를 향해 공기를 압송하는 제1공기통로(24)와, 주입부몸체로 냉각공기를 압송하는 제2공기통로(25)가 각각 형성되어 있다. 물론, 분사공(23)에 공급배관을 통해 환원제의 공급량을 조절하는 주입량조절부(60)가 연결됨은 당연하다.

그리고, 승강부(30)는, 주입부(20)를 승강시키는 것으로서, 주입부의 둘레면에 장착된 랙기어(31)와, 주입부(20)의 승강경로 즉, 반응로(10)의 상면에 장착된 랙기어(31)와 기어맞물림식으로 결합되는 피니언기어(32)가 구비된다.

그리고, 분사부(40)는, 주입부(20)에 공급관로(42)를 매개로 연결되어 주입부(20)를 향해 공기를 압송하는 것으로서, 그 몸체내에 제어부(50)의 출력신호에 따라 공기를 발생시키는 블로워(41)가 구비되어 있다.

그리고, 제어부(50)는, 주입부(20)와 분사부(40)에 전원선(51)을 통해 전기적으로 연결된 것으로서, 온도검출붕(22)과 온도측정기(27)의 신호를 입력받아 피니언기어(32)와 블로워(41)에 작동신호를 출력한다.

한편, 질소산화물의 저감의 영향을 도 3을 참고로하여 설명하면, 환원제로서 요소용액을 사용하는 경우 환원제에서 발생되는 NH3와 NHCO가 1:1의 비율로 열분해되는 것으로 알려져 있다. 또한, 요소에 발생된 NHCO는 OH와 반응하여 NCO를 형성하며, NCO는 반응온도에 따라 NO 또는 O와 반응한다.

이때, 반응온도가 800∼1100℃일 때는 NCO + NO →N2O + CO 의 반응이 일어나서 N2O와 CO를 생성하며 이 온도범위내에서도 반응온도가 950℃이상이면 N2O가 분해되어 N2가 생성된다. 또한. 반응온도가 1100℃ 이상일 때는 NCO가 O와 반응하여 NO를 생성하며, 반응온도가 800℃ 이하일 때는 반응속도가 늦어져서 N2O와 CO가 미반응 상태로 배출된다.

한편, 환원제로 암모니아용액을 사용하는 경우 반응로(10)의 연소가스로 분무되는 즉시 암모니아용액이 증발되어 NH3와 H2O가스가 방출되지만, 환원제로 요소를 사용하는 경우 요소에 함유된 물이 증발되어 요소가 포화상태에 이르러야만 요소가 NH3와 HNOC로 분해되면서 연소가스로 방출되어 암모니아용액 보다 높은 온도구역을 갖게 되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 작용을 첨부된 예시도면을 참고로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 승강장치를 작동하기 위해서는, 반응로(10)의 상부면에 각각의 승강부(30)와 주입부(20)를 설치한 다음, 주입부(20)의 온도검출봉(22)과 온도측정기(27) 및 승강부(30)의 랙기어(31)에 전기적으로 제어부(50)를 연결한 다음, 분사부(40)를 작동하는 과정이 선결되어야 한다.

이렇게 하면, 제어부(50)에서는 온도검출봉(22)에 의해 검출되는 연소가스의 온도에 따라 랙기어(31)의 회전속도를 제어하므로, 승강부(30)의 랙기어(31)에 피니언기어(32)를 통해 기어맞물림식으로 결합되어 있던 주입부(20)가 연소가스의 온도에 따라 승강하는 것이다.

또한, 제어부(50)에서는 온도측정기(27)에 의해 검출되는 주입부(20)의 온도에 따라 분사부(40)의 블로워(41)의 속도를 제어하므로, 주입부(20)가 과열되는 경우 제2공기통로(25)의 공기에 의해 냉각되는 것이다.

이때, 주입부(20)에 의해 공급되는 환원제는, 분사공(23)에 의해 연소가스로 분사되는 과정에서 제1공기통로(24)의 공기에 의해 비산되어 체류시간이 증대됨은 물론, 주입부(20)의 하부측에 장착되는 가이드(26)에 의해 비산경로가 변경되어 체류시간이 극대화되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치에 의하면, 환원제 주입부의 위치를 환원반응이 일어나는 온도구역에 따라 자동으로 변경하므로, 환원제의 주입온도 변화에 따른 최소의 설비를 사용하여 최적의 주입위치가 유지되어 탈질효율이 극대화될 뿐만 아니라, 환원제의 체류시간이 증대되면서 골고루 연소가스에 비산되므로 반응시간이 절감됨은 물론 오염원의 발생이 최소화되는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 환원제주입기의 설치상태를 도시한 개념도,

도 2는 본 발명에 따른 환원제주입기를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 질소산화물의 제거효율을 도시한 그래프도이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 반응로 20 : 주입부

21 : 노즐헤드 22 : 온도검출봉

23 : 분사공 24.25 : 제1.2공기통로

30 : 승강부 31 : 랙기어

40 : 분사부 41 : 블로워

50 : 제어부 60 : 주입량조절부

Claims

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화력발전소에서 화석연료의 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위한 수단으로, 배연탈질설비의 반응로(10)에 설치되어 연소가스를 향해 환원제를 분사하면서 그 둘레면에 연소가스온도를 측정하는 온도검출봉(22)과 몸체온도를 측정하는 온도측정기(27)가 장착된 다수개의 주입부(20)와, 이 주입부(20)의 승강경로에 장착되면서 상기 주입부(20)의 둘레면을 이루는 랙기어(31)에 피니언기어(32)를 매개로 결합되는 승강부(30)가, 제어부(50)의 신호에 따라 작동되는 환원제주입기의 자동승강장치에 있어서,

상기 주입부(20)는, 그 둘레면에 공기를 압송하여 환원제를 분산시키는 제1공기통로(24)와 주입부몸체로 냉각공기를 압송하는 제2공기통로(25)가 형성되면서, 그 하단부에 분사공(23)을 통해 분사되는 환원제의 분사각을 조절하는 노즐헤드(21)가 장착되는 한편, 상기 노즐헤드(21)의 하부측에 환원제의 비산경로를 변경시키는 가이드(26)가 장착되며,

상기 주입부(20)의 상단부에 공급관로(42)를 매개로 블로워(41)를 구비한 분사부(40)가 연결되어,

상기 제어부(50)에서 검출붕(22)과 온도측정기(27)의 신호를 입력받아 상기 블러워(41)와 피니언기어(32)에 작동신호를 출력하여 상기 제1,2공기통로(24,25)를 통해 공기를 압송시킴과 더불어 상기 주입부(20)를 승강시키는 것을 특징으로 하는 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치.
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