KR100891724B1

KR100891724B1 - 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의가스온도조절장치

Info

Publication number: KR100891724B1
Application number: KR1020070114986A
Authority: KR
Inventors: 김혁주; 박화춘; 정대헌; 최재준
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-04-03
Also published as: EP2065640A3; EP2065640A2; US20090120077A1; US7993596B2

Abstract

본 발명은 엔진 열병합발전소의 내연기관에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위하여 중온가스부에 설치된 탈질촉매의 반응온도를 유지하기 위하여 설치한 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 엔진열병합발전소의 보일러 연소통의 고온가스부에 1차 열교환을 거친 중온가스부와 연결 통로를 만들고, 유량제어밸브를 설치하여 바이패스 연소가스의 양을 조절하는 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 고온가스부와 중온가스부와 연결 통로를 만들고 유량제어밸브로 바이패스 연소가스량을 조절하므로 보일러의 내부 물 온도가 정상운전상태에 도달하지 않았을 때도 연소가스의 온도를 쉽게 올릴 수 있어서 탈질촉매의 활성화 온도에 도달하는 시간을 크게 단축시키는 효과가 있다.

엔진 열병합발전소, 탈질촉매, 보일러, 가스온도조절장치, 바이패스

Description

엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치{The By-pass Apparatus for DeNOx Boiler in Engine Cogeneration Plant}

도 1은 본 발명의 실시예인 노통보일러 전면 사시도.

도 2는 도 2의 단면도

도 3은 바이패스 유량제어밸브 구조의 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명〉

20 : 보일러 몸체 30 : 촉매층

40 : 바이패스 유량조절밸브 41 : 수냉식플러그

45 : 바이패스 가스통로 46 : 냉각수 주입구

47 : 냉각수출구 48 : 콘트롤모터레버

본 발명은 엔진 열병합발전소의 내연기관에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위하여 설치된 탈질촉매의 반응온도를 유지하기 위하여 설치한 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 엔진열병합발전소의 보일러 연소통의 고온가스부와 1차 열교환을 거친 중온가스부에 연결 통로를 만들고, 유량제어밸브를 설치하여 바이패스 연소가스의 양을 조절하는 것이 특징이다.

일반적으로 내연기관이라 함은 실린더 속에 연료를 공급한 후, 연소 폭발시켜서 생긴 가스의 팽창력으로 피스톤을 움직이게 하는 원동기를 통칭한다. 보일러(boiler)라 함은 물을 가열하여 고온, 고압의 증기나 온수를 발생시키는 장치로서, 난방 시설이나 목욕탕, 터빈 구동 등에 주로 사용되는 기계장치이다.

본 발명과 관련되는 선행기술로 미국특허공보 제5,022,226호의 '질소산화물을 저감시키는 엔진 열병합발전소 시스템'에 의하면, 내연기관 엔진, 발전기, 후연소기, 보일러, 촉매층, 연료절감기, 굴뚝으로 구성되는 엔진 열병합발전소의 시스템을 공개하고 있다.

또, 등록특허공보 제0164291호"보일러의 질소산화물 감소를 위한 연소장치"에 의하면, 보일러의 연소실에 공급되는 연소용 공기량을 댐퍼로 조절하여 연소시 질소와 산소의 결합에 의해 생성되는 유해가스의 일종인 질소산화물(NOx)의 생성을 감소시켜 주기 위한 보일러의 질소산화물 감소를 위한 연소장치를 공개하고 있다. 또, 공개특허공보 제1998-051022호"바이패스 보조 촉매 변환장치"에 의하면, 배기 다기관에서 배출되는 가스의 일부를 주 촉매 변환장치로 바이패스할 수 있게 보조 촉매변환장치의 입구측 및 출구측에 배기관을 연결하는 기술이 공개되어 있다.

그러나, 종래 기술은 보일러의 물의 온도를 정상 상태로 올리는데 2시간 정 도 소요됨에 따라서 그 시간 동안 탈질 촉매층에 연소가스의 온도가 낮은 상태로 유입됨으로써 탈질촉매가 활성화되지 못하여 질소산화물을 분해시키지 못하기 때문에 엔진에서 배출되는 고농도의 질소산화물을 그대로 배출시킴으로써 대기공해를 유발시킬 뿐만 아니라 이로 인해서 설비의 가동을 불가능하게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 열병합발전소의 내연기관에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위하여 중온가스부에 설치된 탈질촉매의 반응온도를 유지하기 위하여 고온가스부와 중온가스부에 연결 통로를 만들고, 유량제어밸브를 설치하여 바이패스 연소가스의 양을 조절하여 중온가스부에 설치된 탈질촉매의 활성온도까지 쉽게 올릴 수 있는 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 보일러 몸체 내부에 연소통을 중심으로 하단부에 설치된 1차연관과 상단부에 설치된 2차연관을 포함하는 엔진 열병합발전시스템의 보일러에 있어서, 상기 연소통의 양쪽 하단부에 연소통의 고온가스부에 연결된 한쌍의 바이패스 가스유로가 설치되고, 상기 바이패스 가스유로의 바이패스통로에 연소가스의 유량을 조절할 수 있는 바이패스 유량제어밸브를 내장하고, 상기 바이패스 유량제어 밸브는 촉매층에 유입되는 연소가스 온도의 변화에 따라서 직선으로 이동하면서 바이패스 통로를 오픈 또는 클로스 하면서 개도를 변화시켜서 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치이다.

또, 상기 바이패스 유량제어 밸브는 밸브플러그지지베어링위에 수냉식플러그가 미끄럼 이동되도록 설치되고, 상기 수냉식플러그의 한쪽단은 바이패스 가스통로를 열거나 닫는 밸브플러그가 부착되고, 다른 쪽 끝에는 고온 연소가스의 열을 냉각할 수 있게 냉각수 주입구와 냉각수출구가 형성되고, 상기 수냉식플러그가 왕복 운동할 수 있게 힌지레버를 중심으로 콘코트롤모터레버가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 보일러 몸체 내부에 위치하고, 1차연관과 2차연관 사이에 탈질촉매층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 근거로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예인 노통보일러 전면 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다. 도 3은 바이패스 유량제어밸브의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예로 노통보일러를 예를 들어 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치를 설명한다.

도 1과 도 2에서 노통보일러는 보일러 몸체(20)의 내부에 연소통(2)을 중심으로 하단부에는 1차연관(23)이 설치되고, 상단부에는 2차연관(24)이 설치된다. 상기 1차연관(23)과 2차연관(24)사이에는 탈질촉매층(30)이 형성된다.

삭제

상기 1차연관(23)과 2차연관(24)의 앞쪽으로는 전연실카버(26)가 설치되고, 상단부 중앙에 커버고정판(27)이 결합된다. 상기 연소통(22)의 양쪽 하단부에 고온가스부와 중온가스부 사이에 한 쌍의 바이패스 가스유로(28,29)가 설치되고, 상기 바이패스 가스유로(28,29)의 바이패스통로(25)에 연소가스의 유량을 조절할 수 있는 바이패스 유량제어밸브(40)를 내장하고, 상기 바이패스 유량제어 밸브(40)는 촉매층에 유입되는 연소가스 온도의 변화에 따라서 직선으로 이동하면서 바이패스통로(25)를 열거나 닫음으로써 유량을 조절한다.

1차연관(23)을 통과해서 나오는 연소가스의 온도는 보일러 내부의 물에 열을 빼앗겼기 때문에 탈질 촉매층(30)에서 요구하는 것보다 낮은 경우가 발생한다. 특히 보일러가 처음 기동될 때에는 열전달이 많이 되기 때문에 탈질촉매의 활성화 온도 450 ~ 550도섭씨에 비해서 매우 낮다. 따라서 설비의 가동 초기나 엔진부하가 줄어들었을 때에는 탈질촉매의 활성화에 필요한 온도를 유지하게 해주는 대책으로서 본 출원과 같은 연소가스 바이패스유로 및 바이패스 유량제어 수단이 필요하다. 이처럼 연소가스의 온도가 탈질촉매의 활성온도에 이르지 않으면 촉매가 제 기능을 발휘하지 않기 때문에 엔진배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 분해되지 않고, 많은 양이 굴뚝을 통해 그대로 배출됨으로써 심각한 대기공해를 유발하게 된다.

연소가스는 노통연관 보일러의 연소실을 지나 뒤로 돌아 1차연관(23)으로 나오고, 탈질 촉매층(30)을 통과한 후 2차연관(24)에서 연소가스가 갖는 열을 보일러수에 전달시키고 온도가 더욱 낮아져서 다음 처리과정을 거쳐서 굴뚝으로 배출된다.

도 3은 바이패스 유량제어밸브(40)의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 상기 바이패스 가스유로(28,29)의 바이패스 가스통로(25)에 내장된 바이패스 유량제어밸브(40)의 구조를 나타낸다. 바이패스 유량제어밸브(40)는 밸브플러그지지베어링(43,44)위에 수냉식플러그(41)가 고정 설치되고, 상기 수냉식플러그(41)의 한쪽단은 바이패스 가스통로(45)를 열거나 닫을 수 있는 밸브플러그(42)가 부착되고, 다른 쪽 끝에는 고온 연소가스에 의해서 밸브플러그가 손상되는 것을 방지하기 위하여 밸브플러그를 냉각할 수 있게 냉각수 주입구(46)와 냉각수출구(47)가 형성되고, 상기 수냉식플러그(41)가 직선운동할 수 있게 힌지레버(49)를 중심으로 콘트롤모터레버(48)가 부착되어 있다. 상기 콘트롤모터레버(48)가 움직이면서 수냉식플러그(41)가 왕복운동할 수 있게 된다. 이 콘트롤모터는 탈질촉매층으로 유입되는 연소가스의 온도를 측정하여 자동으로 개폐여부 및 개도를 설정할 수 있게 구성된다. 상기 냉각수 구입구(46)에 냉각수가 주입된 후 도 3에 표시된 화살표 방향으로 냉각수가 순환을 한 후 냉각수출구(47)로 흘러나오면서, 고온 연소가스의 열이 냉각된다.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 의하면, 고온의 연소가스를 바이패스 유로를 통해서 중온부의 탈질 촉매층에 보냄으로서 보일러 기동 시에 내부의 물의 온도가 정상상태에 도달하지 않거나 엔진 부하가 줄어들어서 탈질촉매 활성화 온도에 이르지 못하여 엔진배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 그대로 배출되는 것을 최소화시킬 수 있다. 따라서 보일러의 기동에 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수가 있고, 또한 연소배가스의 온도를 일정하게 유지함으로서 고가의 탈질촉매의 수명을 길게 하는 등 그 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

보일러 몸체 내부에 연소통을 중심으로 하단부에 설치된 1차연관과 상단부에 설치된 2차연관을 포함하는 엔진 열병합발전시스템의 보일러에 있어서, 상기 연소통의 양쪽 하단부에 연소통의 고온가스부에 연결된 한쌍의 바이패스 가스유로가 설치되고, 상기 바이패스 가스유로의 바이패스통로에 연소가스의 유량을 조절할 수 있는 바이패스 유량제어밸브를 내장하고, 상기 바이패스 유량제어 밸브는 촉매층 유입연소가스 온도의 변화에 따라서 직선으로 이동하면서 바이패스 통로를 오픈 또는 클로스 하면서 개도를 변화시켜서 고온연소가스 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치.
제1항에 있어서, 보일러 몸체 내부에 위치하고 상기 1차연관과 2차연관 사이에 탈질촉매층을 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치.
제1항에 있어서, 상기 바이패스 유량제어 밸브는 밸브플러그지지베어링위에 수냉식플러그가 고정 설치되고, 상기 수냉식플러그의 한쪽단은 바이패스 가스통로를 오픈 하거나 클로스 하는 헤드가 부착되고, 다른 쪽 끝에는 고온 연소가스의 열 을 냉각할 수 있게 냉각수 입구와 냉각수출구가 형성되고, 상기 수냉식플러그가 왕복 운동할 수 있게 힌지레버를 중심으로 콘트롤모터레버가 부착되는 것을 특징으로 하는 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의 가스온도조절장치.