KR101074050B1

KR101074050B1 - 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치

Info

Publication number: KR101074050B1
Application number: KR1020100005110A
Authority: KR
Inventors: 이수태; 최원석; 홍성호; 강경우; 신창훈
Original assignee: 한국전력기술 주식회사; 주식회사 파나시아
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-10-17
Also published as: WO2011090258A2; WO2011090258A3; CN102844095A; EP2527028B1; US20120299205A1; EP2527028A4; EP2527028A2; US9089817B2; KR20110085362A

Abstract

본 발명은 배기가스 탈질시스템에 대한 것으로, 반응챔버로 요소수와 공기를 공급하는 요소수분사부를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서, 상기 요소수분사부는 외부의 공기를 공기유입로를 통해 분사부에 공급하는 공기공급부와; 요소수를 요소수유입로를 통해 분사부에 공급하는 요소수공급부와; 상기 요소수유입로 일측에 연결된 물유입로를 통해 물을 분사부에 공급하는 물공급부와; 상기 요소수유입로에 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브와; 상기 공기공급부와 상기 요소수공급부에 각각 연결되어 분사노즐을 통해 공기, 요소수, 물을 선택적으로 반응챔버에 배출하는 분사부;를 포함하여, 반응챔버로 요소수와 공기를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로에 물을 공급하여 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치에 관한 것이다.

Description

요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치{An exhaust gas denitriging system to prevent clopping nozzle and ureawater pipe and Ureawater supply device to prevent ureawater solidification}

화석연료를 연소시키는 과정에서 배출되는 배기가스에는 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 NOx성분이 포함되어 있어, 배출가스에서 NOx성분을 제거하기 위해 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Seelective Catalytic Reduction, 선택적 환원 촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.

도 1은 종래의 배기가스 탈질시스템이다.

도 1을 참조하여 종래의 배기가스 탈질시스템을 설명하면, 요소수와 공기를 분사부(34)를 통해 반응챔버(4)에 분사하여 요소수를 암모니아로 변화시키고, 반응기(5) 내부의 촉매를 이용해 NOx성분을 탈질시켜 최적의 탈질효율을 얻고 NOx성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다. 하지만, 상기 분사부(34)의 분사노즐(34)을 통해 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서, 상기 공기공급부(31)를 통해 분사부(34)에 유입되는 공기는 반응챔버(4) 내의 고온의 배출가스에 의해 데워져 높은 온도를 가져 분사부(34)에 유입되는 요소수를 증발시킨다. 요소수가 증발됨에 따라 요소수는 고형화되어 상기 분사노즐(341)의 막는다. 또한 요소수공급부(32)에 의해 요소수가 분사부(34)에 유입되는 과정에서, 상기 요소수는 일정한 점도를 가지고 있어서 상기 유량제어펌프(325)의 출력단부터 분사부(34)까지의 요소수유입로(321)에는 요소수가 흐르지 않고 고정되어 있는 dead zone이 발생한다. 상기 흐르지 않고 고정된 요소수는 고형화가 이루어지게 되며, 요소수를 계속적으로 분사부에 공급하는 과정에서 고형화는 더욱더 진행되어 요소수유입로(321)는 고형화된 요소에 의해 막히게 문제점이 있습니다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 요소수유입로의 측면에 연결된 물공급부와 요소수유입로와 물유입로가 연결된 지점에 설치되어 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브를 포함하여, 반응챔버로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로를 용이하게 세척할 수 있는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 유량제어펌프 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와 상기 우회관로와 공기유입로가 연결지점에 설치되는 공기량제어밸브를 포함하여, 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 다시 요소수를 공급할 시에 요소수의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있고 요소수유입로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기유입로와 물유입로를 연결하는 공기우회관로와 공기유입로와 상기 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와 상기 물유입로와 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 포함하여, 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 물유입로와 요소수유입로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템과 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템은 반응챔버로 요소수와 공기를 공급하는 요소수분사부를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서, 상기 요소수분사부는 외부의 공기를 공기유입로를 통해 분사부에 공급하는 공기공급부와; 요소수를 요소수유입로를 통해 분사부에 공급하는 요소수공급부와; 상기 요소수유입로 일측에 연결된 물유입로를 통해 물을 분사부에 공급하는 물공급부와; 상기 요소수유입로에 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브와; 상기 공기공급부와 상기 요소수공급부에 각각 연결되어 분사노즐을 통해 공기, 요소수, 물을 선택적으로 반응챔버에 배출하는 분사부;를 포함하여, 반응챔버로 요소수와 공기를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로에 물을 공급하여 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 요소수공급부는 상기 유량제어밸브 출력단에 연결되어 상기 유량제어밸브의 계폐방향에 따라 요소수 또는 물을 분사부에 공급하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 요소수분사부는 상기 유량제어펌프의 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로를 통해 분사부로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 요소수분사부는

상기 공기유입로와 상기 물유입로를 연결하는 공기우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와, 상기 물유입로와 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 공기공급부는 공기유입로가 시작되는 일단에 설치되는 공기를 유동시키는 공기가압부를 포함하며, 상기 요소수공급부는 요소수유입로가 시작되는 일단에 설치되어 요소수를 저장하는 저장탱크를 포함하며, 상기 물공급부는 물유입로가 시작되는 일단에 설치되어 물을 저장하는 물저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 요소수공급부는 일측이 상기 저장탱크의 출구와 연결되고 타측이 상기 유량제어밸브와 연결되는 유량제어펌프를 추가로 포함하며, 상기 물공급부는 일측이 상기 물저장탱크의 출구와 연결되고 타측이 상기 물제어밸브와 연결되는 물제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는 외부의 공기를 공기유입로를 통해 분사부에 공급하는 공기공급부와; 요소수를 요소수유입로를 통해 분사부에 공급하는 요소수공급부와;상기 요소수유입로 일측에 연결된 물유입로를 통해 물을 분사부에 공급하는 물공급부와; 상기 요소수유입로에 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브와; 상기 공기공급부와 상기 요소수공급부에 각각 연결되어 분사노즐을 통해 공기, 요소수, 물을 선택적으로 반응챔버에 배출하는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는 상기 유량제어밸브 출력단에 연결되어 상기 유량제어밸브의 계폐방향에 따라 요소수 또는 물을 분사부에 공급하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는 상기 유량제어펌프의 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로를 통해 분사부로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는 상기 공기유입로와 상기 물유입로를 연결하는 공기우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와, 상기 물유입로와 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 요소수유입로의 측면에 연결된 물공급부와 요소수유입로와 물유입로가 연결된 지점에 설치되어 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브를 포함하여, 반응챔버로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로를 용이하게 세척할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유량제어펌프 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와 상기 우회관로와 공기유입로가 연결지점에 설치되는 공기량제어밸브를 포함하여, 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 다시 요소수를 공급할 시에 요소수의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있고 요소수유입로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공기유입로와 물유입로를 연결하는 공기우회관로와 공기유입로와 상기 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와 상기 물유입로와 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 포함하여, 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 물유입로와 요소수유입로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 배기가스 탈질시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템의 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.

이하에서는 본 발명에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템의 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 요소수분사부를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이다 .

도 2 내지 3을 참조하면, 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템은 배출부(1), 출력센서(2), 요소수분사부(3), 반응챔버(4), 반응기(5), 열교환기(6), 제어부(7)를 포함한다.

상기 배출부(1)는 탈질이 필요한 가스 또는 유체를 배출하는 중소형 열병합발전용 LNG가스배출부나 화력발전을 위한 엔진 등이 사용될 수 있고, 기타 질소산화물을 포함한 가스 또는 유체를 배출하는 다양한 처리가스발생원이 활용될 수 있다.

상기 출력센서(2)는 배기가스발생원인 상기 배출부(1)의 부하량에 관한 정보를 센싱하여 하기에 설명할 제어부(7)로 전송하기 위한 수단이다. 이는 상기 배출부(1)의 부하량에 따라 배출되는 가스 또는 유체에 포함되는 질소산화물량이 정하여지므로, 상기 배출부(1)의 부하량을 판단할 수 있는 RPM, 전류량, 출구온도 등의 정보를 상기 제어부(7)로 송신하여, 배출가스에 포함된 질소산화물량을 탈질시키기에 적합한 요소수량을 상기 반응챔버(4)에서 공급할 수 있도록 상기 제어부(7)가 제어할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 출력센서(2)에 의해 배기가스에 포함된 질소산화물량을 판단할 수 있어 질소산화물 및 암모니아 분석기의 구성을 생략하여 경쟁력 있는 설비를 구축할 수 있게 된다.

상기 요소수분사부(3)는 후술할 반응챔버(4) 내에 요소수와 공기를 공급하는 구성으로, 상기 요소수분사부(3)는 공기공급부(31), 요소수공급부(32), 물공급부(33), 분사부(34)를 포함한다.

상기 공기공급부(31)는 외부의 공기가 공기유입로(311)를 통해 분사부(34)에서 배출될 수 있도록 하며, 공기가압부(312), 공기필터(313), 공기량제어밸브(314) 등을 포함한다.

상기 공기가압부(312)는 외부공기가 공기유입로(311)를 통해 분사부(34)에 유입되어 배출될 수 있도록 공기 유동을 일으키는 구성으로, 후술할 제어부(7)에 의해 작동이 제어된다. 예컨대, 상기 공기가압부는 송풍기, 컴프레셔 등이 사용될 수 있다.

상기 공기필터(313)는 일측이 상기 공기가압부(312)의 출구에 연결되어 공기 중에 함유되어 있는 이물질을 걸러낸다.

상기 공기량제어밸브(314)는 일단이 상기 공기필터(313)의 출구와 연결되어 공기량의 공급량을 조절하는 구성으로, 볼밸브타입의 2way 밸브 등이 사용될 수 있다.

상기 요소수공급부(32)는 요소수를 요소수유입로(321)를 통해 분사부(34)에서 배출될 수 있도록 하며, 저장탱크(322), 유량측정기(323), 유량제어밸브(324), 유량제어펌프(325)를 포함한다.

상기 저장탱크(322)는 요소수를 저장하는 구성으로, 암모니아를 저장하는 저장탱크(322)와 같이 고압가스압력용기가 아니어도 무방하며, 일측이 상기 유량측정기(323)와 연결된다. 일반적으로, 저장탱크(322)는 원통형, 장방형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, SUS304 또는 SPV300과 같은 다양한 재질과 다양한 크기와 용량으로 형성될 수 있다.

상기 유량측정기(323)는 일측이 상기 저장탱크(322)의 출구에 연결되고 타측이 유량제어밸브(324)에 연결되며, 상기 저장탱크(322)에서 유출되는 요소수의 유량을 측정하는 장치이다. 상기 유량측정기(323)는 시중에 많이 시판되는 기성제품을 활용할 수 있으며, 예컨대 유량범위 5.7 ~ 85 liter/min이고 터빈타입(TURBINE Type)인 대림종합계기의 "FM4-8N3CFA3G"모델 등이 사용될 수 있다.

상기 유량제어밸브(324)는 분사부(34)에 요소수와 물을 선택적으로 공급하고, 요소수와 물의 공급량을 조절하는 구성으로, 상기 유량제어밸브(324)는 3way 밸브가 사용되며 상기 유량제어밸브(324)의 양 입력단(A, B)에는 각각 유량측정기(323)의 출력단, 물유입로(331)가 연결되고 상기 유량제어밸브(324) 출력단(C)에는 유량제어펌프(325)와 연결된다. 상기 유량제어벨브에 의해 분사부(34)에 요소수와 물을 선택적으로 공급하는 작동원리는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 유량제어펌프(325)는 일측이 상기 유량제어밸브(324)의 출력단과 연결되어 상기 유량제어밸브(324)의 개폐상태에 따라 요소수 또는 물을 상기 분사부(34)에 공급하는 장치이다. 상기 유량제어펌프(325)는 출력의 강약을 조절하여 요소수 또는 물의 공급량을 조절할 수 있다. 예컨대, 유량범위 5.7 ~ 85 liter/min이고 SCS13(Body), SUS316(TRIM) 재질로 제작된 대림종합유량계의 "YAD-12211(1/2")"모델 등이 사용될 수 있다.

상기 물공급부(33)는 물을 분사부(34)에 공급하기 위한 구성으로, 물유입로(331), 물저장탱크(332)를 포함한다.

상기 물유입로(331)는 후술할 물저장탱크(332)에 저장된 물을 분사부(34)에 공급하는 통로로, 상기 유량제어밸브(324)의 일 입력단(B)에 연결되어 상기 요소수유입로(321)와 연결된다.

상기 물저장탱크(332)는 물을 저장하는 구성으로, 상기 물유입로(331)를 통해 상기 유량제어밸브(324) 입력단(B)과 연결된다. 일반적으로, 물저장탱크는 원통형, 장방형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 부식이 일어나지 않도록 플라스틱 수지 등과 같은 다양한 재질과 다양한 크기와 용량으로 형성될 수 있다.

상기 분사부(34)는 상기 공기공급부(31)의 공기량제어밸브(314)의 출력단과 상기 요소수 공급부의 유량제어펌프(325)의 출력단에 연결되고, 분사노즐(341)을 통해 공기와 요소수 또는 물을 상기 반응챔버(4) 내부에 분사하는 기능을 수행하는 구성이다. 예컨대 분사량 33 liter/hr, 재질 SUS304로 이루어진 스프레잉시스템코리아사(Spraying Systems Co. Korea)의 "광각원형분사(setup번호 : 26)"모델 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성들이 배열된 상기 요소수분사부(3)에 의해 요소수를 상기 반응챔버(4)에 공급하고, 상기 요소수유입로(321)와 분사부(34)의 분사노즐(341)을 세척하는 작동원리를 자세히 설명하기로 한다.

먼저 요소수를 상기 분사부(34)를 통해 반응챔버(4)에 공급하는 작동원리를 살펴보면, 상기 출력센서(2)가 배기가스발생원인인 상기 배출부(1)의 부하량에 관한 정보를 센싱하여 제어부(7)에 전송하면, 상기 제어부(7)는 요소수공급부(32)의 유량제어밸브(324)를 A-C방향으로 열고 유량제어펌프(325)를 가동시킨다. 상기 유량제어펌프(325)가 작동함에 따라 저장탱크에 저장된 요소수는 유량측정기(323), 유량제어밸브(324), 유량제어펌프(325)를 차례로 거쳐 분사부(34)에 유입된다. 또한 상기 제어부(7)는 유량제어펌프(325)를 가동시킴과 동시에 공기공급부(31)의 공기가압부(312)를 가동시키므로 외부의 공기는 공기필터(313), 공기량 제어밸브를 거쳐 분사부(34)에 유입된다. 상기 분사부(34)에 유입된 요소수는 분사부(34)에 유입된 공기에 의해 뿜어져 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 배출된다. 상기 분사부(34)의 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서, 상기 공기공급부(31)를 통해 분사부(34)에 유입되는 공기는 반응챔버(4) 내의 고온의 배출가스에 의해 데워져 높은 온도를 가져 분사부(34)에 유입되는 요소수를 증발시킨다. 요소수가 증발됨에 따라 요소수는 고형화되어 상기 분사노즐(341)의 막아서 더 이상 반응챔버(4)로 요소수를 분사하지 못하게 한다. 또한 유량제어펌프(325)를 통해 요소수가 분사부(34)에 유입되는 과정에서 상기 요소수는 일정한 점도를 가지고 있어서 상기 유량제어펌프(325)의 출력단부터 분사부(34)까지의 요소수유입로(321)에는 요소수가 흐르지 않고 고정되어 있는 dead zone이 발생한다. 상기 흐르지 않고 고정된 요소수는 고형화가 이루어지게 되며, 상기 요소수를 계속적으로 분사부(34)에 공급하는 과정에서 고형화는 더욱더 진행되어 요소수유입로(321)는 고형화된 요소에 의해 점점 막혀 더 이상 반응챔버(4)로 요소수를 분사하지 못하게 된다.

상기와 같이 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐(341)과 요소수유입로(321)를 세척하는 작동원리를 살펴보면, 상기 분사노즐(341)이 더 이상 요소수를 반응챔버(4)로 배출하지 못하면, 유량제어펌프(325)와 공기가압부(312)가 작동하는 상태에서 제어부(7)가 유량제어밸브(324)를 B-C방향으로 열어, 더 이상 요소수가 분사부(34)에 공급되지 않게 하고 물저장탱크(332)에 저장된 물이 유량제어밸브(324), 유량제어펌프(325)를 통과하게 한다. 상기 유량제어펌프(325)의 출력단으로 배출된 물은 고형화된 요소를 녹여가면서 분사부(34)에 이르고, 상기 공기공급부(31)를 통해 유입된 공기를 통해 뿜어져 분사노즐(341)에 고형화된 요소를 녹여 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 배출된다. 요소는 극성이 강한 물질이어서 물에 쉽게 녹음으로 상기 물의 공급을 통해서 요소수유입로(321)와 분사노즐(341)의 막힘현상을 해결할 수 있는 것이다. 상기 요소수유입로(321)와 분사노즐(341)의 막힘현상을 제거한 후에는 상기 유량제어밸브(324)를 A-C방향으로 열어 다시 요소수를 반응챔버(4)에 공급할 수 있다.

상기 반응챔버(4)는 상기 배출부(1)를 통해 배출된 배기가스와 상기 분사부(34)를 통해 분사된 요소수가 혼합되어 요소수가 암모니아로 변환되어 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 생성되는 구성이다. 즉, 상기 분사부(34)를 통해 분사된 요소수는 고온의 배기가스와 혼합되어 배기가스를 통해 열(적정온도는 250~400℃)을 공급받아 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 암모니아로 변환되게 되고, 암모니아와 배기가스가 혼합된 혼합기체가 상기 반응기(5)에 공급되게 된다.

xH₂O + 2CO(NH₂)₂ + O₂ → 2NH₃ + CO₂ + (x-1)H₂O

상기 반응기(5)는 내부에 촉매를 포함하고 있어 입구단으로 유입되는 암모니아와 배기가스의 혼합기체에서 질소산화물(NOx)을 무해한 성분으로 탈질시키는 것으로 (주)SK의 SCR제품 등이 사용될 수 있다. 즉, 입구단으로 유입되는 암모니아와 배기가스의 혼합기체 중 질소산화물(NOx)은 250~400℃의 적정온도에서 촉매의 작용에 의해 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 무해한 성분으로 변환되게 되고, 열교환기(6)를 거쳐 스택(8)을 통해 배출되게 된다.

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O

이때, 상기 촉매로는 다양한 제품이 사용될 수 있는데, V, Mo, W, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn, Sn 등의 산화물, 황산염, 희토류산화물, 귀금속 등을 촉매활성종으로 하고, Al₂0₃, Ti0₂, 활성탄, 제올라이트, 실리카 등을 촉매담체로 하는 제품이 사용될 수 있으며, 이들 중 현재 실용화되어 있는 것은 Ti0₂(titanium oxide)를 담체로 한 V₂0₅(vanadium pentoxide), Mo0₃(molybdenum troxide), W0₃(tungsten trioxide)계의 촉매이다. Al₂0₃을 담체로 한 촉매는 석탄 및 중유 연료의 배기가스와 같이 SOx가 존재하는 배기가스 중에서는 황산염화해서 比表面積(비표면적)의 저하로 劣化(열화)가 일어나기 때문에 SOx가 없는 배기가스에만 적용할 수 있다.

상기 열교환기(6)는 산업체, 건물 등에 필요한 전기, 열에너지를 보일러가동 및 외부 전력회사의 수전에 의존하지 않고 자체 발전시설을 이용하여 일차적으로 전력을 생산한 후 배출되는 열을 회수하여 이용하기 위한 설비로, 상기 열교환기(6)에 냉각수를 공급하기 위한 유입로와 열교환을 마친 냉각수가 배출되기 위한 배출로를 포함한다.

상기 제어부(7)는 본 발명에 따른 배기가스 탈질시스템 전체를 제어하기 위한 구성으로, 앞서 설명한 바와 같이 상기 출력센서(2)에서 감지된 부하량에 따라 배출가스에 포함된 질소산화물량(NOx)에 따른 적정한 양의 요소수공급 여부를 판단하여 상기 요소수공급부(32)에서 공급되는 요소수의 양을 조절하고, 상기 분사노즐(341)이나 요소수유입로(321)에 막힘 현상이 발생하는 경우에 상기 물공급부(33)를 제어하여 상기 분사노즐(341)과 요소수유입로(321)를 세척하는 등 시스템 전반을 제어/조절하는 기능을 수행한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유량제어펌프(325)의 출력단 이후의 요소수유입로(321)와 공기유입로(311)를 연결하는 우회관로(35)를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 우회관로(35)와 공기유입로(311)가 연결되는 부분에는 3way 밸브로 된 공기량제어밸브(314')가 설치된다.

요소수를 상기 분사부(34)를 통해 반응챔버(4)에 공급하는 작동원리는 상기 공기량제어밸브(314')를 D-F방향으로 열리도록 제어하는 것을 제외하고, 도 3에 도시된 발명과 동일하다. 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로를 세척하는 작동원리는 도 3에 도시된 발명과 동일하게 물을 통해 요소수유입로(321)와 분사노즐(341)을 막은 고형화된 요소를 제거한 후, 유량제어펌프(325)의 작동을 중단시켜 물의 공급을 중단한다. 이 후 상기 공기량제어밸브(314')를 D-E방향으로 열어 공기를 요소수유입로(321)에 공급한다. 상기 요소수요입로(321)에 들어간 공기는 요소수유입로(321)에 잔류하는 물을 분사부(34)로 밀어내 요소수유입로(321)에 물이 존재하는 것을 막아, 다시 요소수를 공급할 시에 요소수의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있고 요소수유입로(321)가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템을 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5에 도시된 발명은 도 2 내지 4에 도시된 발명과 공기공급부, 요소수공급부, 물공급부의 배치에 있어 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 동일하다.

공기공급부(31)는 공기를 유동시켜 외부공기를 공기유입로(311)를 통해 분사부(34)에 유입시키는 공기가압부(312)와 공기가압부(312)의 출구에 연결되는 공기필터(313)와 상기 공기필터(313)의 출구에 연결되는 3way 타입의 공기량제어밸브(314')를 포함한다. 요소수공급부(32)는 요소수의 이동통로가 되는 요소수유입로(321)와 요소수를 저장하는 저장탱크(322)와 상기 저장탱크(322)의 출구에 연결되는 유량측정기(323)와 상기 유량측정기(323) 출력단에 연결되는 유량제어펌프(325)와 상기 유량제어펌프(325)의 출력단에 연결되는 3way 타입의 유량제어밸브(324)를 포함한다. 상기 물공급부(33)는 물을 저장하는 물저장탱크(332)와 상기 물저장탱크(332)의 출구에 연결되는 물제어펌프(333)와 상기 물제어펌프(333)의 출력단에 연결되는 물제어밸브(334)를 포함하며, 물유입로(331)의 끝단은 상기 요소수공급부의 유량제어밸브(324)의 일 입력단(B)에 연결되어 요소수유입로(321)와 연결된다. 상기 공기유입로(311)와 상기 물유입로(331) 사이에는 공기의 상기 물유입로(331)의 이동통로가 되는 공기우회관로(36)가 추가로 포함될 수 있으며, 상기 공기우회관로(36)의 일단은 상기 공기공급부(31)의 공기량제어밸브(314')의 일 출력단(E)과 타단은 상기 물공급부(33)의 물제어밸브(334)의 일 입력단(H)과 연결된다.

상기와 같은 구성들이 배열된 상기 요소수분사부에 의해 요소수를 상기 반응챔버에 공급하는 작동원리를 살펴보면, 상기 출력센서(2)가 배기가스발생원인인 상기 배출부(1)의 부하량에 관한 정보를 센싱하여 제어부(7)에 전송하면, 상기 제어부(7)는 요소수공급부의 유량제어밸브(324)를 A-C방향으로 열고 유량제어펌프(325)를 가동시킨다. 상기 유량제어펌프(325)가 작동함에 따라 저장탱크에 저장된 요소수는 유량측정기(323), 유량제어펌프(325), 유량제어밸브(324)를 차례로 거쳐 분사부(34)에 유입된다. 또한 상기 제어부(7)는 유량제어펌프(325)를 가동시킴과 동시에 공기공급부(31)의 공기량제어밸브(314)를 D-F방향으로 열고 공기가압부(312)를 작동시키므로 외부의 공기는 공기필터(313), 공기량제어밸브(314')를 거쳐 분사부(34)에 유입된다. 상기 분사부(34)에 유입된 요소수는 분사부(34)에 유입된 공기에 의해 뿜어져 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 배출된다. 도 2, 3에 도시된 발명에서 설명한 바와 같이, 상기 분사부(34)의 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서, 분사노즐(341)과 유량제어펌프(325)의 출력단 이후의 요소수유입로(321)가 막히게 된다.

상기와 같이 반응챔버(4)로 요소수를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐(341)과 요소수유입로(321)를 세척하는 작동원리를 살펴보면, 상기 분사노즐(341)이 더 이상 요소수를 반응챔버(4)로 배출하지 못하가나 세척이 필요한 경우가 되면, 유량제어펌프(325)의 가동을 중단하고 물제어밸브(334)를 G-I방향으로 열고 유량제어밸브(324)를 B-C방향으로 연 상태에서 물제어펌프(333)를 작동시키면 물저장탱크(322)에 저장된 물이 물제어펌프(333), 물제어밸브(334), 유량제어밸브(324)를 통과하게 한다. 상기 유량제어밸브(324)의 출력단으로 배출된 물은 고형화된 요소를 녹여가면서 분사부(34)에 이르고, 상기 공기공급부(31)를 통해 유입된 공기를 통해 뿜어져 분사노즐(341)에 고형화된 요소를 녹여 분사노즐(341)을 통해 반응챔버(4)로 배출된다. 상기 요소수유입로(321)와 분사노즐(341)의 막힘현상을 해결한 후에는 물제어펌프(333)의 가동을 중단시키고 공기량제어밸브(314')를 D-E방향으로 열고, 물제어밸브(334)를 H-I방향으로 열어 공기가 공기우회관로(36)를 통해 물유입로(331)와 요소수유입로(321)에 잔류하는 물을 분사부(34)로 밀어내도록 하여, 상기 물유입로(331)와 요소수유입로(321)에 물이 존재하는 것을 막는다. 따라서 다시 요소수를 공급할 시에 요소수의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있고, 물제어밸브 출력단 이후의 물유입로와 요소수유입로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는 공기공급부, 요소수공급부, 물공급부, 및 분사부를 포함한다. 상기 공기공급부, 요소수공급부, 물공급부, 분사부는 도 3 내지 도 5에 도시된 공기공급부와 요소수공급부와 물공급부와 분사부와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 배출부 2: 출력센서 3: 요소수분사부
4: 반응챔버 5: 반응기 6: 열교환기
7: 제어부 31: 공기공급부 32: 요소수공급부
33: 물공급부 34: 분사부 35: 우회관로
36: 공기우회관로 311: 공기유입로 312: 공기가압부
313: 공기필터 314, 314': 공기량제어밸브
321: 요소수유입로 322: 저장탱크 323: 유량측정기
324: 유량제어밸브 325: 유량제어펌프 331: 물유입로
332: 물저장탱크 333: 물제어펌프 334: 물제어밸브
341: 분사노즐

Claims

반응챔버로 요소수와 공기를 공급하는 요소수분사부를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서,
상기 요소수분사부는 외부의 공기를 공기유입로를 통해 분사부에 공급하는 공기공급부와;
요소수를 요소수유입로를 통해 분사부에 공급하는 요소수공급부와;
상기 요소수유입로 일측에 연결된 물유입로를 통해 물을 분사부에 공급하는 물공급부와;
상기 요소수유입로에 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브와;
상기 공기공급부와 상기 요소수공급부에 각각 연결되어 분사노즐을 통해 공기, 요소수, 물을 선택적으로 반응챔버에 배출하는 분사부;를 포함하여,
반응챔버로 요소수와 공기를 계속적으로 배출하는 과정에서 막히게 되는 분사노즐과 요소수유입로에 물을 공급하여 요소수유입로와 분사노즐의 막힘현상을 해결할 수 있는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 요소수공급부는
상기 유량제어밸브 출력단에 연결되어 상기 유량제어밸브의 계폐방향에 따라 요소수 또는 물을 분사부에 공급하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 요소수분사부는
상기 유량제어펌프의 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와, 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로를 통해 분사부로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 요소수분사부는
상기 공기유입로와 상기 물유입로를 연결하는 공기우회관로와, 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와, 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에서 있어서,
상기 공기공급부는 공기유입로가 시작되는 일단에 설치되는 공기를 유동시키는 공기가압부를 포함하며,
상기 요소수공급부는 요소수유입로가 시작되는 일단에 설치되어 요소수를 저장하는 저장탱크를 포함하며,
상기 물공급부는 물유입로가 시작되는 일단에 설치되어 물을 저장하는 물저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 4 항에 있어서
상기 공기공급부는 공기유입로가 시작되는 일단에 설치되는 공기를 유동시키는 공기가압부를 포함하며,
상기 요소수공급부는 요소수유입로가 시작되는 일단에 설치되어 요소수를 저장하는 저장탱크를 포함하며,
상기 물공급부는 물유입로가 시작되는 일단에 설치되어 물을 저장하는 물저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 요소수공급부는 일측이 상기 저장탱크의 출구와 연결되고 타측이 상기 유량제어밸브와 연결되는 유량제어펌프를 추가로 포함하며,
상기 물공급부는 일측이 상기 물저장탱크의 출구와 연결되고 타측이 상기 물제어밸브와 연결되는 물제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수유입로와 분사노즐의 막힘을 방지할 수 있는 배기가스 탈질시스템.
외부의 공기를 공기유입로를 통해 분사부에 공급하는 공기공급부와;
요소수를 요소수유입로를 통해 분사부에 공급하는 요소수공급부와;
상기 요소수유입로 일측에 연결된 물유입로를 통해 물을 분사부에 공급하는 물공급부와;
상기 요소수유입로에 물 또는 요소수를 선택적으로 분사부에 공급하는 유량제어밸브와;
상기 공기공급부와 상기 요소수공급부에 각각 연결되어 분사노즐을 통해 공기, 요소수, 물을 선택적으로 반응챔버에 배출하는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치.
제 8 항에 있어서, 상기 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는
상기 유량제어밸브 출력단에 연결되어 상기 유량제어밸브의 계폐방향에 따라 요소수 또는 물을 분사부에 공급하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치.
제 9 항에 있어서, 상기 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는
상기 유량제어펌프의 출력단 이후의 요소수유입로와 공기유입로를 연결하는 우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로를 통해 분사부로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치.
제 8 항에 있어서, 상기 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치는
상기 공기유입로와 상기 물유입로를 연결하는 공기우회관로와, 상기 공기유입로와 상기 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기를 공기유입로를 통해 분사부로 공급하거나 우회관로로 공급할 수 있도록 제어하는 공기량제어밸브와, 상기 물유입로와 공기우회관로가 연결된 지점에 설치되어 공기우회관로를 통해 공급된 공기 또는 물을 요소수유입로에 공급할 수 있도록 제어하는 물제어밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수 응고를 방지할 수 있는 요소수 공급장치.