KR101169831B1 - Ｓｏ３ 제어를 위한 표적화된 덕트 주입 - Google Patents
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Abstract
황 함유 탄소질 연료로부터의 NOx 및 SO3 배출물이 동시에 감소된다. NOx 및 SO2를 포함하는 연소 가스가, NOx의 환원을 위한 선택적인 촉매적 환원 촉매의 상류 지점에서 NOx 제어제와 혼합되어, 연소 가스 내로 도입된다. SCR 촉매, 또는 SO2를 SO3로 산화시킬 수 있는 기타 장치 이후에, 그리고 유입되는 연소 공기의 가열을 위해 공기 가열기와의 접촉 전에, 마그네슘 히드록사이드가, 유출물 내에서 나노 크기의 입자를 형성시키고 촉매 중에서 SO2의 산화에 의해 형성된 SO3를 감소시키기에 효과적인 양, 점적 크기 및 농도로 도입된다. 전산 유체 역학을 사용하여, 유속을 측정하고 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 점적 및/또는 시약 모멘텀을 선택한다.
Description
본 발명은, 경제성은 유지하면서 심각한 배출물 제어 문제를 해소하기 위해 효율적으로 제어된 시약이 도입되는 특수 처리를 제공함으로써, 입증된 NOx 및 SO3 저감 기술에 대한 제약을 제거하는 방법에 관한 것이다.
탄소질 연료의 연소는 대부분 불가피하게 오염을 발생시킨다. 연소원으로부터의 배출물의 품질을 규제하는 것은, 생존을 위해 요구되는 공기의 품질을 유지하는 데 있어서 필수적이다. 배출물을 처리하고 유해 가스의 발생을 감소시키는 기술은 청정 공기의 종종 반대되는 목표 및 합리적인 비용을 충족하는 방향으로 대단히 진보되어 왔다. 불운하게도, 일부 기술적인 해결책들은 서로에 대해 경쟁적인 것으로 입증되었다. 이러한 경우에서, 동시에 이들을 수행하는 것은 종종 매우 고가이거나 기술적으로 복잡하여, 노후된 플랜트나 불충분한 공간 이용성을 지닌 플랜트에 대해서는 조업중단되거나 생산량이 감소되는 결과를 가져왔다. 발전소 및 소각노의 경제적인 작동은 대중적인 관심 사항이며, 이러한 노력을 위해 신규 기술이 필요하다.
천연가스와 같은 연료의 선택은 일부 오염 문제를 감소시킬 수는 있으나, 이 문제를 제거할 수는 없다. 질소 산화물(NOx)은 연소 시에 불가피하게 생성되며, 이는 종종 선택적인 비촉매적 반응(selective non catalytic reactions: SNCR) 또는 선택적인 촉매적 반응(selective catalytic reactions: SCR)에 의해 처리된다. 다른 연료, 예컨대 No. 6 오일을 연소시키면 NOx가 생성될 것이며, 이는 보일러 작동기에 대해 다른 문제(고온 슬래깅/오염 및 관련된 공융(eutectic) 부식, 냉 말단 부식/오염, 및 탄소 미립자 및 산 미스트와 관련한 불투명도 문제를 포함)를 일으킬 수 있다. 연소 구역에서, 오일 중의 황(예를 들어, 1 내지 5%)은 황 삼산화물 (SO3)로 자가 촉매화되어, 후미 표면 상의 황산을 응축시키며 (이 경우 온도는 전형적으로 약 150℃ 미만으로 감소됨), 부식 및 산 플룸(plume)을 촉진시킬 수 있다. 뿐만 아니라, SO3는 SCR 촉매에 의해 산화로부터 생성될 수 있다.
SO3의 제어를 위해서, 마그네슘 히드록사이드와 같은 알칼리 물질의 주입이 유용하다; 그러나, 이는 전형적으로 물질 특성, 장치 설계 및 주입 공정에서의 부적합성으로 인해 벽과 바닥을 따라 고형물을 축적시킨다. 고형물의 축적은 연소기 또는 공정의 정전을 야기할 수 있다. 고형물의 축적은 또한 시약의 비효율적인 사용을 초래한다. 심지어 SO3 제어용 시약을 연료 중에 사용하거나 연소 가스 내로 주입시켜도 SO3은 남아있으며; 냉각된 말단에 도달하는 유출물이 이의 산성 pH 및 지나치게 다량의 SO3의 존재로 인해 문제를 일으킬 수 있다. 낮은 pH는 플라이 애쉬(fly ash)의 처리 및 냉 말단 부식에 악영향을 미칠 수 있다.
SO3 증기는 연료 가스 중에서 수증기와 합쳐지는 경우에 황산 가스로 용이하게 전환된다. 가스 및 표면 온도가 시스템을 통해 냉각됨에 따라, SO3 증기는 황산의 미세 에어로졸 미스트를 형성시킨다. 이러한 산 에어로졸은 서브-마이크론 입자의 산을 함유하며, 상기 입자는 가스 세정 장치 내에서 분리되거나 포획되지 않고 스택을 빠져나올 수 있다. 심지어 상대적으로 적은 농도의 SO3가 스택을 빠져나온다 하더라도, 이는 현저한 광 산란을 야기시키고, 시각적으로 확인가능한 플룸 및 높은 불투명도의 판독을 쉽게 형성시킬 수 있다. 대체로, 매번 1 백만분율의 SO3가 1 내지 3%의 불투명도를 형성시킬 것이다. 따라서, 단지 10 내지 20 ppm의 SO3 배기 가스 농도도 불투명도 및 산 플룸 문제를 초래할 수 있다. 또한, 산의 응결점 미만에서 임의의 금속 표면 상에서 산이 침착되거나 형성되면, 유니트 내에서, 예컨대 공기 가열기, 덕트 배관(duct work) 및 스택 라이너에서 부식이 일어난다.
SCR 유니트의 존재는 SO2를 SO3로 산화시킴으로써 SO3의 문제를 더욱 악화시킬 수 있다. SCR 촉매를 가로질러 SO3 수준이 배(이상)로 증가되는 것은 일반적인 현상이다. 전형적인 SCR NOx 환원 시스템에서, NOx를 함유하는 유출물은, 암모니아(NH3), 요소 [(NH2)CO(NH2)] 등을 포함하는 시약에 의해 NOx를 질소(N2) 및 물(H2O)로 환원시키는 적합한 촉매 위를 지난다. 이러한 시약의 존재하에서 NOx를 환원시키는데 효과적인 촉매는 또한 SO2의 SO3로의 산화를 강력하게 촉진시킨다. 일부 경우에, SO2는 또한 기타 장치에 의해 SO3로 산화될 수도 있다. 확실히 NOx를 감소시켜야 하긴 하지만, SCR 또는 기타 산화 유니트에 의해 발생된 SO3가 또한 제어되어야 한다.
SCR 유니트는 크고 고가이다. 효과적이기 위해서, 이들은 상대적으로 낮은 온도에서 작동되어야 하며, 종종, 유입되는 연소 공기를 가열시키기 위해 유출물의 잔류 열 용량을 사용하는, 연소기와 공기 가열기 사이의 모든 이용가능한 공간을 채워야 한다. 전형적으로 낮은 온도에서의 조작 및 SCR 유니트에 따르는 상당히 높은 SO3 농도의 존재로 인해, 때때로, 부식, 플룸, 불투명도 및 관련된 문제를 방지하도록 유출물을 가열시켜야 한다. 이러한 방식으로의 가열은 비효율성의 추가 원인이 되므로, 이를 방지하기 위한 방법이 있다면 유익할 것이다.
과거에, SO3은 덕트 배관 내의 적당한 위치에서 마그네슘 히드록사이드와 같은 SO3 처리제를 도입시킴으로써 저감 처리되었다. SO3가 SCR 반응을 위해 사용된 수증기와 암모니아와 또한 반응하여 암모늄 설페이트 및 암모늄 비설페이트를 형성시키기 때문에, 모든 알칼리성 처리제가 유용한 것은 아닐 것이다. 상기 둘 모두의 암모니아 염은 모두 시스템 내에서 오염 및 부식 문제를 일으킬 수 있다. 암모늄 비설페이트는 300°F 미만의 융점을 지니고 암모늄 설페이트는 단지 450°F 초과의 융점을 지니는 데, 이로써 이들은 전형적인 SCR 및 공기 가열기의 작동 온도에서 용융되거나 점성을 지니게 되어, 이들은 공기 가열기를 코팅, 오염 및 부식시킬 수 있게 된다. 석회는 반응하여 석고를 형성시키고 이 석고는 또한 오염 문제를 일으킬 수도 있기 때문에, SO3을 제거하는 데 실제적으로 사용될 수 없다. 석고는, 단단하며 부서지기 어렵고 제거가 곤란한 매우 낮은 용해도의 침착물을 형성한다. 마그네슘 히드록사이드는 이러한 측면에서는 더 양호할 수 있으나, 입자 크기 및 분산 문제로 인해 촉매의 하류에 효율적으로 도입될 수 없었다.
황 함유 연료에 대한 SCR 처리의 상용성을 개선시킬 수 있고 후미의 SO3 부식을 더욱 효과적으로 다룰 수 있는 개선된 방법이 필요하다.
발명의 개시
본 발명의 과제는, SO3을 생성시키는 경향이 있는 연료를 사용하는 연소기에서 SCR NOx의 환원을 위한 개선된 기술을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 과제는, SCR NOx 환원 동안에 발생된 SO3을 감소시킴으로써 배출물 제어를 개선시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 과제는, SO3 응축 및/또는 비설페이트의 생성에 대한 걱정 없이 공기 예비가열기의 작동을 허용하도록 후미에서의 SO3를 감소시킴으로써 공정 효율성을 개선시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 실제적으로 SO3 감소를 향상시키기 위해 공기 가열기를 사용함으로써 SO3의 발생이 문제되는 연소기의 후미에서 SO3를 감소시켜 공정 효율성을 개선시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 과제는, SCR NOx 환원용 유니트와 공기 예비가열기 사이에 위치한 작은 반응 공간에서 SO3를 감소시키기 위한 화학적 이용을 개선시키기 위한 것이다.
추가의 더욱 구체적인 과제는, 화학물질의 소비는 최소화시키면서 SO3의 감소를 최대화시키기 위해, 나노크기 입자의 SO3 시약과 CFD를 효과적으로 활용하는 것이다.
본 발명의 더욱 구체적인 과제는 시약 이용의 효율성 및 연소기 효율성을 동시에 개선시키면서 상기한 과제들을 성취하기 위한 것이다.
이러한 과제 및 기타 과제들은, 암모니아 또는 유사 화학물질을 사용하는 SCR NOx 환원 유니트에 따라 SO3를 감소시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 본 발명에 의해 성취된다.
일 양태에서, 본 발명은, 연소기의 연소 구역 내에서 황 함유 탄소질 연료의 연소로부터 NOx 및 SO3 배출물을 감소시키는 방법으로서, 황 함유 탄소질 연료를 대체로 과량의 산소로 연소시켜, NOx 및 SO2를 포함하는 연소 가스를 형성시키는 단계; 질소 함유 NOx 제어제를, NOx 환원을 위한 선택적인 촉매적 환원 촉매의 상류 지점에서 연소 가스 내로 도입시키는 단계; 및 상기 촉매 다음에, 그리고 유입되는 연소 공기의 가열을 위해 공기 가열기와의 접촉 전에, 유출물 내에서 나노 크기의 입자를 형성시키고 촉매 중에서 SO2의 산화에 의해 발생된 SO3를 감소시키기에 효과적인 양, 점적 크기 및 농도의 마그네슘 히드록사이드를 도입시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 연소기의 연소 구역 내에서 황 함유 탄소질 연료의 연소로부터 발생되는 SO3 배출물을 감소시키는 방법으로서, 황 함유 탄소질 연료를 대체로 과량의 산소로 연소시켜, SO2를 포함하는 연소 가스를 형성시키는 단계; 생성되는 연소 가스를, SO2를 SO3로 산화시키는 조건 하에서 열 교환 장치를 통해 이동시키는 단계; 및 유입되는 연소 공기의 가열을 위해 공기 가열기와의 접촉 전에, 유출물 내에서 나노 크기의 입자를 형성시키고 SO2의 산화에 의해 발생된 SO3를 감소시키기에 효과적인 양, 점적 크기 및 농도의 마그네슘 히드록사이드를 도입시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
바람직한 일 양태에서, 유속을 측정하고, 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약의 점적 크기 및/또는 시약 모멘텀을 선택하는데 전산 유체 역학이 사용된다.
다른 바람직한 양태 및 이들의 이점이 하기 설명에서 제시된다.
하기한 구체적인 설명이 첨부되는 도면과 함께 숙지되는 경우에 본 발명이 더욱 잘 이해될 것이고 이의 이점이 더욱 자명해지게 될 것이며, 상기 도면에서,
도 1은 본 발명의 일 구체예의 개략도를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
먼저, 본 발명의 일 구체예에 대한 개략도인 도 1을 참조한다. 도 1은 전기 발전을 위한 스팀, 공정 스팀, 가열 또는 소각을 생성시키는 데 사용된 유형의 대규모 연소기(10)를 나타낸다. 연료(공급원으로부터 도시되지 않음)가 연소 구역(20) 내에서 공기로 연소된다. 연료는 가스, 오일, 석탄, 유기 폐물, 또는 연소기에 적합한 임의의 다른 연소성 물질을 포함하는 임의의 연소성 물질일 수 있다. 본 발명의 방법은 연료, 예컨대 황을, 예를 들어 500 ppm 이상, 및 특히 1% 내지 5%의 양으로 함유하는 석유 계열 생성물을 사용하는 경우에 특히 유리하다. 이들 중에는, 잔류하는 전형적으로는 고분자량 연료, 예를 들어 No. 4, 5 및 6 오일과 같은 잔류 연료가 있다. 이들 오일은 고점도, 즉 70°F에서 거의 부어지지 않거나 부을 수 없는 성질에 의해 특징되며, 이들은 상당량의 황 및 높은 수준의 응축된 방향족을 함유할 뿐만 아니라, 충분하고 깨끗하게 연소시키기 어려운 경향이 있다. 덕트(21)에 의해 공급된 공기는 바람직하게는 덕트(22)를 통해 도입되고, 연소기의 출구 말단에서 덕트(24)로부터의 열을 전달하는 가스 대 가스 열 교환기(23)에 의해 예비가열된다. 고온의 연소 가스가 상승하여 열 교환기(25)를 지나 유동하는 데, 상기 열 교환기(25)는 스팀의 형성을 위해 연소 가스로부터의 열을 물로 전달시킨다. 절약 장치(26)를 포함하는 다른 열 교환기가 또한 구체적인 보일러의 설계에 따라 제공될 수도 있다. 연소 가스는, 단독으로는 연소열에 의해 발생되거나 또는 연료 중 질소 함유 화합물의 존재로 인해 발생되는 NOx를 함유할 것이다. 이들은 또한 SOx, 주로 SO2를 함유할 것이다.
도 1에 대한 실시예에 있어서, 암모니아 및 수성 요소와 같은 적합한 질소 함유 NOx 제어제가 밸브(30)가 구비된 라인을 통해 적합한 공급원(28)으로부터 도입된다. 요소는, 덕트를 통해 SCR 촉매 유니트(32, 32' 및 32")로 이동하는 다른 가스상 NOx 환원 종 또는 잔류 암모니아와 함께, SNCR에 적합한 온도에서 도입될 수 있다. 특히 다양한 촉매와 함께 암모니아를 사용하는 SCR(예를 들어, 카토 (Kato) 등의 미국 특허 제 4,138,469호 및 헨케 (Henke)의 미국 특허 제 4,393,031호), SCR 및 SNCR의 하이브리드(예를 들어, 호프만(Hofmann) 등의 미국 특허 제 5,139,754호), 및 요소, 요소 또는 암모니아의 가수분해물, 또는 관련된 화학물질을 이용하는 다중-수준 SNCR 주입(예를 들어, 에펄리 등 (Epperly) 등의 미국 특허 제 4,777,024호)에 대한 기술이 개발되었으며, 상기 기술된 특허 문헌 모두의 내용은 본원에 참조로 포함된다.
NOx의 환원에 적합한 촉매 중에는, 제조업자에 의해 이러한 목적으로 광고된 것들이 있다. 유용한 SCR 촉매 중에는, 본원에서의 대표적인 참고 방법에 기술된 것들이 있다. NOx를 환원시키기 위한 선택적 촉매 환원 공정은 널리 공지되어 있으며, 이 공정에는 다양한 촉매제가 사용된다. 예를 들어, 에이크홀츠 및 베일러(Eichholtz and Weiler)의 유럽 특허 출원 제 EP 210,392호에는, 촉매로서 암모니아를 첨가하고 활성탄 또는 활성 코크를 사용한 질소 산화물의 촉매적 제거가 논의되어 있다. 카오 등의 미국 특허 제 4,138,469호 및 헨케의 미국 특허 제 4,393,031호에는 목적하는 촉매 환원을 달성하기 위해 암모니아를 첨가하면서, 플래티늄 그룹 금속 및/또는 다른 금속, 예컨대 티타늄, 구리, 몰리브데늄, 바나듐, 텅스텐 또는 이들의 산화물을 사용한 NOx의 촉매적 환원이 개시되어 있다. 일부 경우에, 하나의 촉매 섹션이 산화 촉매일 수 있다. NOx 환원용 촉매는, 암모니아 (NH3), 요소[(NH2)CO(NH2)] 등을 포함하는 시약에 의해 NOx를 질소(N2) 및 물(H2O)로 환원시키는 데 효과적이다. 공정의 이러한 파트에서, NOx 및 일부 SO2를 함유하는 유출물이, 이들 시약의 존재하에 NOx를 환원시키는데 효과적인 NOx 환원용 촉매 위를 지난다. 이는 또한 SO2의 SO3로의 산화를 강력하게 촉진시킨다. NOx가 제어될 수 있고, SCR 유니트 또는 다른 SO2 산화 공급원 또는 장치에 의해 형성된 SO3가 또한 제어된다는 것이 본원의 이점이다.
일반적인 조작에서, NOx 환원용 시약은 요소 또는 암모니아이며, 이들은 사용을 위해 수용액으로서, 예컨대 탱크(28) 중에 저장된다. 요소 용액은 사용을 위해 필요한 농도일 수 있거나, 사용 시에 희석을 위해 농축될 수도 있다. 이는 또한 무수 상태로 저장될 수 있고, 필요에 따라 목적하는 정도로 수화될 수 있다. 질소 함유 처리제는 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3.5의, 질소 산화물 수준에 대한 처리제 중의 질소의 비로 존재한다. 유리하게는, 질소 함유 처리제는 희석제(즉, 물)를 포함하여, 총 조성물의 약 3 내지 약 35중량%의 양으로 포함된다.
용액은 하나 이상의 주입장치, 예컨대 노즐(31)로 공급될 수 있다. 노즐은 용액을 분무시키기 위한 통상적인 설계일 수 있으며, 액체에 대해서만, 또는 액체 및 가스에 대해 설계될 수 있다. 액체 및 가스 유형의 노즐이 사용되는 경우에, 점적 크기의 균일성을 보장하기 위해 내부 혼합 노즐이 선호된다. 바람직한 조건 하에서 요소를 도입시키면, 도입 영역에서 NOx의 환원이 수행될 뿐만 아니라, 암모니아 및 기타 종이 생성된다.
NOx 제어제 함유 유출물은 가장 바람직하게는, 유출물의 온도가 적어도 100℃ 내지 약 600℃ 미만, 바람직하게는 적어도 250℃인 경우에, SCR 촉매 위를 지난다. 이러한 방식으로, 요소 용액의 도입으로 인한 연소 가스 중에 존재하는 암모니아 및 다른 활성의 가스상 종이 질소 산화물의 촉매적 환원을 가장 효과적으로 촉진시킨다. 유출물은 바람직하게는 과량의 산소, 예를 들어 약 1 내지 약 10부피%의 산소를 함유할 것이다. 촉매의 부가 층 또는 유니트가, NOx와 반응하여 NOx 환원 및 암모니아 슬립 제어를 제공함으로써 암모니아를 감소시키는 데 효과적이다. 높은 고형물 로딩(loading)을 얻고자 하는 경우에는, 전형적으로 증가된 피치 크기(pitch size)로 인해 추가의 촉매가 필요하다.
최종 촉매 섹션에 바로 후속하여, 유출물을 공기 가열기(23)로 안내한 다음 덕트(34)를 빠져나와 스택(36)으로 안내하는 상대적으로 짧은 덕트 섹션(24)이 전형적으로 존재한다. 촉매(32")를 함유하는 상기한 짧은 덕트 섹션(24)에서는, 노즐(40) 또는 일련의 상기한 노즐이 용기(42)로부터 마그네슘 히드록사이드 슬러리를 도입하기 위해 제공된다. 본 발명의 중요한 특징은, 슬러리 상태의 마그네슘 히드록사이드의 입자 크기가 8 마이크론 미만, 바람직하게는 5 마이크론 미만, 예를 들어 약 3 내지 약 4.5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖도록 주의깊게 제어되는 경우에, 덕트(24) 내 유출물에서 가용한 열이, 적긴 하지만, 슬러리로부터 물을 기화시키기에는 충분히 다량이며, 또한 마이크로 크기 입자의 활성 화학물질이, SO3의 암모늄 설페이트 및 비설페이트 조성물 형성 경향을 실제적으로 감소시키고 유출물의 pH를 증가시키고 공기 가열기를 부식시키거나 스택으로부터의 산 플룸(plume)을 발생시키는 유출물의 경향을 감소시키기에 충분하게 SO3와 반응하게 하는 데는 충분히 다량일 것임을 발견한 데 있다.
또한, 본 발명의 이점은, SO3 및/또는 MgO 반응물이 공기 가열기(23)의 열 전달 표면 상에서 어느 정도로 포획된 후에, 가스가 고체와 접촉할 기회를 증가시키도록 포획된 반응물을 보유하게 된다는 것이다. 말하자면, 열 전달 표면 상에서의 두 반응물 중 어느 하나의 포획은 가스/고체 반응물 접촉을 증가시킴으로써 반응의 겉보기 속도를 증가시킬 것이다. 공기 가열기(23)의 열 전달 표면에 대한 표면의 임의 구성이 사용될 수 있으나, MgO의 접착에 대해 허용되는 열 전달 표면으로 특징되는 것, 예컨대 환열식(recuperative) 공기 가열기로서 정스트롬 (Ljungstrom)으로부터 입수가능한 것들이 특히 효과적인 것으로 여겨진다. 공기 가열기(23)의 열 전달 표면에 대해 임의의 표면 재료가 사용될 수 있으나, 코팅되거나 코팅되지 않은 강철에 의해 특징되는 것들이 특히 효과적인 것으로 사료된다. 표면의 온도는 약 150 내지 약 350℃의 범위에서 최적으로 유지될 것으로 추정된다.
마그네슘 히드록사이드 시약은 바람직하게는, 대개 지하 염수 풀 또는 해수로부터의, 칼슘 및 기타 염 함유 염수로부터 제조된다. 돌로마이트 석회가 이들 염수와 혼합되어 칼슘 클로라이드 용액 및 마그네슘 히드록사이드를 형성시키는 데, 이는 침전되어 용액으로부터 여과되어 나온다. 이러한 형태의 마그네슘 히드록사이드는, 안정화제를 사용하거나 사용하지 않고 저장 및 취급에 적합한 농도, 예를 들어 25 내지 65 중량% 고형물의 농도로 물과 혼합될 수 있다. 이러한 공정에 사용하기 위해, 마그네슘 히드록사이드는, 전산 유체 역학(computational fluid dynamics : CFD)으로 측정하였을 때 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 10중량%, 더욱 좁게는 1 내지 5중량%의 범위 내로 희석된다. 상기 마그네슘 히드록사이드가 촉매와 공기 가열기 사이의 좁은 공간에서 유출물과 접촉하게 되면, 이것은 200 나노미터 미만, 바람직하게는 약 100 나노미터 미만의 나노 크기 입자로 줄어든다. 중위 입자 크기 50 내지 약 150 나노미터가 본 발명의 방법에 유용한 범위이다. 다른 형태의 MgO가 또한 필요에 따라 사용될 수 있으며, 목적하는 입자 크기 범위 내에서 이용가능한 경우에, 예를 들어 "라이트 번(light burn) 또는 부식제가 사용될 수 있다.
다른 대안적인 형태에서, 적합한 화학물질이 상술된 마그네슘 옥사이드/히드록사이드를 대체할 수 있다. 일반적으로, 상기 화학물질은 미세 점적 형태로 분무 되고, 가용되는 덕트 배관 내에서 활성 분말로 건조되어, 유출물 내의 SO2 및/또는 SO3와 반응할 수 있어야 한다. 적합한 대안적인 화학물질 중에는, 칼슘, 칼륨, 나트륨 및/또는 다른 알칼리 및 알칼리 토금속의 옥사이드 또는 히드록사이드가 있다.
이 효과를 최선으로 얻기 위해서, 본 발명은 바람직하게는, 유속을 설계하고 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 점적 크기 및 시약 모멘텀을 선택하기 위해 CFD를 활용할 것이다. CFD는 널리 공지되어 있는 기술이나, 이는 공간 제한이 그렇게 큰, 본원의 경우에서와 같이 유리할 수 있을 경우에 항상 사용되는 것은 아니다. SCR 유니트에 후속하는 짧은(예를 들어, 종종 25 피트 미만, 및 예를 들어 10 내지 20 피트) 덕트(24)에서 효과를 나타내나 오염 없이 화학적인 환원제를 첨가시킬 수 있도록, 적절한 형태의 마그네슘 히드록사이드에 대해 정확한 농도, 속도 및 도입 속도를 얻는 것이 중요하다. 본 발명에 대한 CFD의 수행은 미국 특허 출원 제 10/754072호에 설명된 바에 따라 실시될 수 있다. 미립자 제거 장치(도시되지 않음)는, 유출물이 스택 위로 통과하기 전에 미립자를 제거시키는 데 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, SCR 촉매 이외의 장치 또는 하류 조건이 SO2를 SO3로 산화시킬 수 있는, 연소기의 연소 구역에서 황 함유 탄소질 연료의 연소로부터 발생되는 SO3 배출물을 감소시키는 방법을 제공한다. 여기서, 황 함유 탄소질 연료는 대체로 과량의 산소로 연소되어, SO2를 포함하는 연소 가스를 형성시키는 데, 이는 SO2를 SO3로 산화시키는 조건 하에서 열 교환 장치를 통해 이동하고; 유입되는 연소 공기의 가열을 위해 공기 가열기와의 접촉 전에, 유출물 내에서 나노 크기의 입자를 형성시키고 SO2의 산화에 의해 발생된 SO3를 감소시키는 데 효과적인 양, 점적 크기 및 농도의 마그네슘 히드록사이드가 도입된다. 여기서, 도 1의 개략도가 동일하게 적용가능하나, 촉매(32)는 임의적이다.
본 발명의 다른 대안적인 형태에서, 연소 촉매 및/또는 유출물 처리 화학물질이 연료, 연소 구역, 또는 예를 들어 미국 특허 출원 제 10/754072호(출원일: 2004년 1월 8일)에 기술된 다른 것들에 첨가될 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 마그네슘 히드록사이드와 같은 적합한 시약이 라인(52) 및 노즐(54)을 통해 용기(50)로부터 도입된다. 상기 언급된 미국 특허 출원 제 10/754072호의 전체 개시 내용은 본원에 참조로 포함된다.
상기 설명은 본 발명을 실시하는 방법을 당업자에게 교시하기 위해 제공된 것이다. 본 명세서를 숙지한 당업자에게는 자명하게 될 기타 명백한 변경 및 변형 모두에 대해서는 상술하지 않을 것이다. 그러나, 그러한 모든 명백한 변경 및 변형은, 하기 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다. 청구범위는, 문맥이 구체적으로 반대되는 것을 명시하지 않는 한, 청구된 성분 및 단계를, 여기에 포함된 과제를 충족시키기에 효과적인 임의의 순서로 포함하도록 의도된다.
Claims (8)
- 연소기의 연소 구역 내에서 황 함유 탄소질 연료의 연소로부터 NOx 및 SO3 배출물을 감소시키는 방법으로서, 상기 방법이황 함유 탄소질 연료를 1 내지 10부피%의 과량의 산소로 연소시켜, NOx, SO2 및 SO3를 포함하는 연소 가스를 형성시키는 단계;질소 함유 NOx 제어제를, NOx 환원을 위한 선택적인 촉매적 환원 촉매의 상류 지점에서 연소 가스 내로 도입시키는 단계; 및상기 촉매 다음에, 그리고 유입되는 연소 공기의 가열을 위한 공기 가열기와의 접촉 전에, 평균 직경 8 마이크론 미만의 슬러리로 마그네슘 히드록사이드 입자 크기를 갖고 0.1 내지 20중량% 범위 내의 마그네슘 히드록사이드 농도를 갖는 액적(droplet)으로서의 마그네슘 히드록사이드 슬러리를 도입시킴으로써 유출물 내에서 200나노미터 미만의 나노-크기의 입자를 형성시켜 SO2의 산화에 의해 형성된 SO3를 감소시키는 단계로서, 상기 공기 가열기가 150 내지 350℃ 범위 내의 표면 온도를 갖는 단계를 포함하는, 배출물 감소 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 연소 촉매, 유출물 처리제, 또는 이둘 모두가 연소기의 연소 구역 내로 도입되는, 배출물 감소 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 마그네슘 히드록사이드가 1 내지 10중량%의 범위 내로 희석되는, 배출물 감소 방법.
- 제 6항에 있어서, 촉매와 공기 가열기 사이 공간에서의 유출물이 마그네슘 히드록사이드 슬러리와 접촉하여, 이 슬러리를 200 나노미터 미만의 나노 크기 입자로 감소시키는, 배출물 감소 방법.
- 연소기의 연소 구역 내에서 황 함유 탄소질 연료의 연소로부터 발생되는 SO3 배출물을 감소시키는 방법으로서,황 함유 탄소질 연료를 과량의 산소로 연소시켜, SO2 및 SO3를 포함하는 연소 가스를 형성시키는 단계;생성되는 연소 가스를, SO2를 SO3로 산화시키는 조건 하에서 열 교환 장치를 통해 이동시키는 단계; 및유입되는 연소 공기의 가열을 위해 공기 가열기와의 접촉 전에, 평균 직경 8 마이크론 미만의 슬러리로 마그네슘 히드록사이드 입자 크기를 갖고 0.1 내지 20중량% 범위 내의 마그네슘 히드록사이드 농도를 갖는 점적 크기로서의 마그네슘 히드록사이드 슬러리를 도입시킴으로써 유출물 내에서 200나노미터 미만의 나노-크기의 입자를 형성시켜 SO2의 산화에 의해 형성된 SO3를 감소시키는 단계로서, 상기 공기 가열기가 150 내지 350℃ 범위 내의 표면 온도를 갖는 단계를 포함하는, 배출물 감소 방법.
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