KR100596736B1

KR100596736B1 - 배기로용 무촉매 탈질시스템

Info

Publication number: KR100596736B1
Application number: KR1020050115273A
Authority: KR
Inventors: 서삼남; 김학수; 정용우; 우동성; 김광하; 심은수
Original assignee: 한솔이엠이(주)
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-07-04

Abstract

환원제의 공급을 수두압력을 이용하여 행하므로 유량계가 안정적으로 유량을 측정할 수 있어 환원제의 공급량을 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량에 대응하여 자동으로 제어하는 것이 가능하도록, 공정수를 소정 압력으로 공급하는 공정수공급장치와, 공정수공급장치에 연결된 공정수공급관을 통하여 공정수의 교축작용에 의하여 환원제가 희석 혼합되는 라인믹서와, 라인믹서에 0.2∼2kgf/㎠ 범위의 수두압력으로 환원제를 공급하도록 라인믹서의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되는 보조탱크와, 환원제가 저장되고 보조탱크로 환원제를 공급하는 약품탱크와, 보조탱크와 라인믹서를 연결하는 약품공급관에 설치되는 유량제어밸브와, 유량제어밸브와 라인믹서 사이에 설치되어 약품공급관에 흐르는 환원제의 유량을 측정하는 유량계와, 희석액을 배기가스 중에 분사하는 분사노즐과, 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량을 측정하는 센서와, 센서로부터 측정된 환경오염물질 배출량의 변화에 대응하여 유량제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 배기로용 무촉매 탈질시스템을 제공한다.

배기가스, 질소산화물, 요소수용액, 라인믹서, 유량제어밸브, 무촉매 탈질장치

Description

배기로용 무촉매 탈질시스템 {Selective Non-Catalytic Reduction System for Exhaust}

도 1은 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 일실시예를 개략적으로 나타내는 배관도이다.

본 발명은 배기로용 무촉매 탈질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소각로 등에서 발생하는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원시키기 위한 환원제 투입량의 정량제어를 수두압력을 이용하여 행하는 배기로용 무촉매 탈질시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전국에 산재한 소각로(대략 2,000여개 정도)마다 배기가스를 측정하여 이를 온라인으로 상시 감시하는 원격 모니터링 시스템(TMS;Tele-Monitoring System)이 설치되어 운영되고 있다. 이 원격 모니터링 시스템은 소각로 등을 통하여 배출되는 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량을 실시간으로 모니터링하 고, 배출량이 규정치보다 높을 경우에 이를 소각로 관리자 쪽에 통보하여 환경오염사고의 발생을 예방할 수 있는 시스템이다.

그러나 원격 모니터링 시스템으로 환경오염사고의 발생을 예방하는 것은 가능하지만, 측정된 데이터를 이용하여 환경오염물질의 배출량을 감소시키도록 제어하는 것은 불가능하다.

또한 종래 소각로에 있어서는 배출가스 중에 포함된 질소산화물(NOx)을 제거하기 위하여 촉매를 사용하지 않고 요소수용액이나 암모니아 등의 환원제만을 사용하는 무촉매 탈질장치(SNCR;Selective Non-Catalytic Reduction)가 주로 설치 사용된다.

상기 무촉매 탈질장치는 환원제로 사용되는 약품을 다이어프램 펌프(diaphragm pump)를 이용하여 공급하며, 교축작용을 통하여 공정수로 약품을 희석 혼합시켜 공급하는 라인믹서(line mixer)를 사용하고, 라인믹서와 다이어프램 펌프 사이에 유량계를 설치하여 약품의 공급유량을 측정하도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래 무촉매 탈질장치의 경우에는 환원제를 공급하는 다이어프램 펌프의 특성상 맥동이 심하고, 이에 따라 유량계의 불안정(fluctuation)이 심하여 자동으로 약품의 공급량을 제어하는 것이 불가능하며, 실제 운영은 수작업으로 약품의 공급량을 제어하고 있다. 즉 질소산화물의 배출량이 증가할 경우 이에 대응하여 약품의 공급량을 증가시켜야 하지만, 유량계를 통하여 확인되는 약품의 공급량이 불안정하여 자동으로 제어하는 것이 불가능하고, 작업자가 직접 밸브의 개도를 조정하여야 한다.

이에 따라 종래 무촉매 탈질장치에 있어서는 배기가스에 포함된 질소산화물의 배출량이 변화하는 것에 즉각적으로 대응하지 못하고, 최적의 배기가스 상태를 유지하는 것이 불가능하다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환원제의 공급을 수두압력을 이용하여 행하므로 유량계가 안정적으로 유량을 측정할 수 있어 환원제의 공급량을 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량에 대응하여 자동으로 제어하는 것이 가능한 배기로용 무촉매 탈질시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 배기로용 무촉매 탈질시스템은 공정수를 소정 압력으로 공급하는 공정수공급장치와, 상기 공정수공급장치에 연결된 공정수공급관을 통하여 공정수의 교축작용에 의하여 환원제가 희석 혼합되는 라인믹서와, 상기 라인믹서에 0.2∼2kgf/㎠ 정도 범위의 수두압력으로 환원제를 공급하도록 상기 라인믹서의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되는 보조탱크와, 환원제가 저장되고 상기 보조탱크로 환원제를 공급하는 약품탱크와, 상기 보조탱크와 라인믹서를 연결하는 약품공급관에 설치되는 유량제어밸브와, 상기 유량제어밸브와 라인믹서 사이에 설치되어 약품공급관에 흐르는 환원제의 유량을 측정하는 유량계와, 상기 라인믹서에 연결되고 하나이상 분기하여 설치되는 희석액공급관의 끝부분에 설치되고 희석액을 배기가스 중에 분사하는 분사노즐과, 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량을 측정하는 센서와, 상기 센서로부터 측정된 환경오염물질 배출량의 변화에 대응하여 상기 유 량제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기에서 공정수공급관을 통하여 공급되는 공정수의 압력은 2.5kgf/㎠ 이상을 유지하도록 구성하는 것이 상기 라인믹서에서 충분한 교축작용이 이루어지고, 상기 분사노즐에서의 분사가 원활하게 이루어지므로 바람직하다.

상기 약품탱크 및 보조탱크에 저장되는 환원제로는 배기가스에 포함된 환경오염물질 중에서 제거하고자 하는 물질이 질소산화물(NOx)일 경우에는 요소수용액, 암모니아수용액 등이 사용된다.

다음으로 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 공정수를 공급하는 공정수공급장치(20)와, 공정수의 교축작용에 의하여 환원제가 희석 혼합되는 라인믹서(30)와, 환원제가 저장되는 보조탱크(10)와, 상기 보조탱크(10)와 라인믹서(30)를 연결하는 약품공급관(12)에 설치되는 유량제어밸브(40)와, 상기 유량제어밸브(40)와 라인믹서(30) 사이에 설치되어 약품공급관(12)에 흐르는 환원제의 유량을 측정하는 유량계(44)와, 희석액을 배기가스 중에 분사하는 분사노즐(60)과, 배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량을 측정하는 센서(70)와, 상기 센서(70)로부터 측정된 환경오염물질 배출량의 변화에 대응하여 상기 유량제어밸브(40)를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 공정수공급장치(20)는 펌프 등을 이용하여 이루어지고, 공급되는 공정수의 압력을 2.5kgf/㎠ 이상으로 유지하여야 상기 라인믹서(30)에서 충분한 교 축작용이 이루어진다.

또 상기 공정수공급장치(20)를 통하여 공급되는 공정수의 압력을 2.5kgf/㎠ 이상으로 유지하여야 상기 분사노즐(60)에서의 분사가 원활하게 이루어진다.

그리고 상기 공정수공급장치(20)를 통하여 공급되는 공정수의 압력을 10kgf/㎠ 이상을 유지하도록 구성하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 고압에 대한 안전문제 때문에 배관설비 등에 비용이 많이 소요되므로 비경제적이다.

상기 공정수공급장치(20)로 공급되는 공정수의 압력이 보조탱크(10)로부터 수두압력에 의하여 공급되는 환원제의 압력보다 높아야 상기 라인믹서(30)에서 교축작용이 이루어지므로, 항상 공정수의 압력이 환원제의 압력보다 높도록 제어하는 것이 바람직하다.

상기 공정수공급장치(20)와 라인믹서(30)는 공정수공급관(22)을 통하여 서로 연결된다.

상기 공정수공급관(22)에는 필요에 따라 유량제어밸브(24)와 압력계(26) 등이 설치된다.

상기 라인믹서(30)는 교축작용이 이루어지도록 벤튜리관 또는 오리피스관 등을 이용하여 이루어지며, 공정수와 환원제가 고르게 혼합 희석시키는 혼합부(예를 들면 난류화장치 등)를 구성시키는 것이 바람직하다.

상기 보조탱크(10)에는 환원제가 환원제 수용액(8)의 형태로 저장된다.

상기 보조탱크(10)는 상기 라인믹서(30)에 연결되는 지점에서 공급되는 환원제 수용액(8)의 압력이 0.5∼2kgf/㎠ 정도 범위를 유지하도록, 상기 라인믹서(30) 와 일정한 높이차(H)를 두고 설치된다.

예를 들면 상기 라인믹서(30)의 설치 위치와 상기 보조탱크(10)의 설치 위치(환원제 수용액(8)이 배출되는 위치)와의 높이차(H)를 5∼20m 정도의 범위에서 설정하여 구성한다.

상기에서 보조탱크(10)의 설치위치가 너무 낮으면, 약품공급관(12)을 통하여 공급되는 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 압력이 낮아 공급이 원활하지 않게 된다.

또 상기 보조탱크(10)의 설치위치가 너무 높으면, 약품공급관(12)을 통하여 공급되는 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 압력이 지나치게 높아 상기 라인믹서(30)에서 공정수와의 교축작용이 원활하게 이루어지지 않으며, 보조탱크(10)에 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 저장에 어려움이 있고, 설비의 설치 및 유지관리에 어려움이 많다.

상기 보조탱크(10)에 저장되는 환원제로는 배기가스에 포함된 환경오염물질 중에서 제거하고자 하는 물질이 질소산화물(NOx)일 경우에는 요소수용액, 암모니아수용액 등이 사용된다.

상기 보조탱크(10)에는 도면에 나타내지 않았지만, 저장된 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 액면을 알 수 있도록 액면계 또는 센서 등을 설치하는 것이 바람직하고, 액면이 설정된 범위의 하한에 도달한 경우 환원제 또는 환원제 수용액(8)을 보충하도록 경보 등을 발생시키도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 환원제 또는 환원제 수용액(8)이 저장되고, 상기 보조탱크(10)에 환원제 또는 환원제 수용액(8)을 공급하는 약품탱크(16)를 더 포함한다.

상기 약품탱크(16)와 보조탱크(10)는 약품보충관(18)을 통하여 연결되고, 상기 약품보충관(18)에는 보충펌프(19)가 설치된다.

상기 보충펌프(19)는 상기 보조탱크(10)에 저장된 환원제 또는 환원제 수용액(8)이 설정된 하한에 도달한 경우에 작동하여 약품탱크(16)에 저장된 환원제 또는 환원제 수용액(8)을 약품보충관(18)을 통하여 보조탱크(10)로 보충하도록 구성된다.

또 상기 보충펌프(19)를 상기 보조탱크(10)에 저장되는 환원제 또는 환원제 수용액(8)이 일정한 액면을 유지하도록 작동시키는 것도 가능하다. 여기에서 상기 보조탱크(10)에 저장되는 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 액면을 일정하게 유지하게 되면, 상기 약품공급관(12)을 통하여 공급되는 환원제 수용액(8)의 압력이 일정하게 유지된다.

상기 약품탱크(16)에는 도면에 나타내지 않았지만, 필요에 따라 저장되는 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터 등을 설치하는 것도 가능하다.

또 상기 약품탱크(16)에는 도면에 나타내지 않았지만, 저장된 환원제 또는 환원제 수용액(8)의 액면을 알 수 있도록 액면계 또는 센서 등을 설치하는 것이 바람직하고, 액면이 설정된 범위의 하한에 도달한 경우 환원제 또는 환원제 수용액(8)을 보충하도록 경보 등을 발생시키도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 보조탱크(10)와 약품탱크(16) 사이에는 보조탱크(10)의 일정 수위 이상으로 환원제 수용액(8)이 공급되는 경우 이를 다시 약품탱크(16)쪽으로 회수하기 위한 회수관(17)을 설치하는 것도 가능하다.

상기 보조탱크(10)와 라인믹서(30)는 약품공급관(12)을 통하여 연결되고, 약품공급관(12)을 통하여 환원제 수용액(8)이 라인믹서(30)로 공급된다.

상기 약품공급관(12)은 상기 보조탱크(10)의 저면 또는 저면에 근접한 부분에 설치하는 것이 수두압력을 가장 효과적으로 사용할 수 있으므로 바람직하다.

상기 유량제어밸브(40)는 약품공급관(12)에 설치되어 약품공급관(12)을 통하여 공급되는 환원제 수용액(8)의 유량을 제어하도록 구성된다.

상기 유량계(44)는 상기 약품공급관(12)에 설치되어 약품공급관(12)을 통하여 공급되는 환원제 수용액(8)의 유량을 측정하도록 구성된다.

상기 분사노즐(60)은 배기가스가 배출되는 통로인 배기로(2)의 적정한 위치에 배열되어 설치되고, 배기로(2)를 횡단면으로 자른 경우에 분사되는 환원제 수용액의 희석액이 전체적으로 고르게 위치하도록 설치 위치가 설정된다.

상기 분사노즐(60)은 다수개가 설치되며, 상기 라인믹서(30)에 연결되는 희석액공급관(32)으로부터 분기되는 다수의 분기관의 끝부분에 각각 설치된다.

상기 분사노즐(60)에는 희석액의 분사를 보다 원활하게 행할 수 있도록 압축공기를 공급하는 압축공기관(82)이 연결 설치된다. 상기 압축공기관(82)은 에어컴퓨레서 등으로 이루어지는 공기압축장치(80)에 연결된다.

또 상기 분사노즐(60)에는 냉각을 위한 냉각수 및 냉각공기가 공급되는 냉각 관(92)이 연결 설치된다. 상기 냉각관(92)에는 냉각송풍기(90) 또는 냉각수공급장치(도면에 나타내지 않음) 등이 연결된다.

상기 센서(70)는 배기로(2)에 설치되고, 상기 분사노즐(60)이 설치되기 전에 설치하는 것도 가능하고, 상기 분사노즐(60)이 설치된 다음에 설치하는 것도 가능하다. 즉 상기 센서(70)는 배기가스 중에 포함된 환경오염물질이 제거되기 전에 배출량을 측정하도록 구성하는 것도 가능하고, 배기가스 중에 포함된 환경오염물질이 제거된 다음에 배출량을 측정하도록 구성하는 것도 가능하다.

또 상기 센서(70)는 배기가스 중에 포함된 환경오염물질이 제거되기 전과 제거된 다음의 배출량을 비교할 수 있도록 구성하는 것도 가능하고, 배기가스가 대기중으로 배출되는 지점에 설치하여 실제 환경오염에 대응하도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고 상기 센서(70)를 종래 소각로에 설치되는 원격 모니터링 시스템(TMS)의 센서로 구성하여, 원격 모니터링 시스템(TMS)의 센서에서 측정한 데이터를 제어부(50)에서 입력받아 사용하도록 구성하는 것도 가능하다.

특히 본 발명의 실시예를 소각로에 설치하는 경우에는 필수적으로 설치되는 원격 모니터링 시스템(TMS)의 센서를 사용하는 것에 의하여 새로운 센서의 설치에 따른 비용이 절감하는 것이 가능하다.

상기 제어부(50)는 상기 센서(70)(또는 기존 소각로에 설치된 원격 모니터링 시스템(TMS)의 센서)로부터 측정된 환경오염물질 배출량을 실시간으로 분석하여 배출량이 증가하는 경우에는 상기 유량제어밸브(40)의 개도를 높여 환원제의 공급량 을 증가시키고, 환경오염물질의 배출량이 감소하는 경우에는 상기 유량제어밸브(40) 개도를 줄여 환원제의 공급량을 감소시키도록 이루어진다.

본 발명의 실시예에서는 자연적인 수두압력에 의하여 약품공급관(12)으로 공급되는 환원제 수용액(8)의 유량이 맥동이 없이 유지되므로, 유량계(44)에 의하여 측정되는 유량이 안정되게 유지되어, 유량제어밸브(40)를 자동으로 제어하는 것이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 실시예는 쓰레기 등을 소각하는 소각로에 적용하는 것도 가능하고, 화력발전소나 대형 보일러, 용광로, 열분해로, 열용융로 등의 소각로나 배기로 등에 적용하는 것도 가능하다.

또 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템은 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위한 탈질장치에 적용하는 것도 가능하고, 배기가스에 포함된 다른 환경오염물질을 제거하기 위한 장치에도 적용하는 것이 가능하다. 즉 본 발명은 상기 약품탱크에 제거하고자 하는 환경오염물질에 대응하여 적정한 환원제를 저장하여 공급하는 것에 의하여 다양하게 적용하는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템에 의하면, 수두압력을 이용하여 환원제를 공급하므로 공급되는 환원제의 유량이 맥동이 없이 일정하게 유지되어, 배기가스에 포함된 환경오염물질의 변화에 대응하여 적정하게 환원제의 공급량을 자동으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서 최적 상태로 배기가스를 제어하는 것이 가능하고, 환경오염사고의 발생을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 배기로용 무촉매 탈질시스템에 의하면, 높은 위치에 보조탱크를 설치하여 수두압력을 유지하고, 약품탱크는 낮은 위치에 설치하는 것이 가능하므로, 차량(탱크로리) 등을 통한 환원제 또는 환원제 수용액의 보충이 용이하게 이루어진다.

Claims

공정수를 소정 압력으로 공급하는 공정수공급장치와,

상기 공정수공급장치에 연결된 공정수공급관을 통하여 공정수의 교축작용에 의하여 환원제가 희석 혼합되는 라인믹서와,

상기 라인믹서에 0.2∼2kgf/㎠ 정도 범위의 수두압력으로 환원제를 공급하도록 상기 라인믹서의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되는 보조탱크와,

환원제가 저장되고 상기 보조탱크로 환원제를 공급하는 약품탱크와,

상기 보조탱크와 라인믹서를 연결하는 약품공급관에 설치되는 유량제어밸브와,

상기 유량제어밸브와 라인믹서 사이에 설치되어 약품공급관에 흐르는 환원제의 유량을 측정하는 유량계와,

상기 라인믹서에 연결되고 하나이상 분기하여 설치되는 희석액공급관의 끝부분에 설치되고 희석액을 배기가스 중에 분사하는 분사노즐과,

배기가스에 포함된 환경오염물질의 배출량을 측정하는 센서와,

상기 센서로부터 측정된 환경오염물질 배출량의 변화에 대응하여 상기 유량제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 배기로용 무촉매 탈질시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 공정수공급관을 통하여 공급되는 공정수의 압력은 2.5kgf/㎠ 이상을 유 지하는 배기로용 무촉매 탈질시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 라인믹서의 설치 위치와 상기 보조탱크의 설치 위치와의 높이차(H)는 5∼20m의 범위에서 설정하는 배기로용 무촉매 탈질시스템.