KR101277518B1

KR101277518B1 - 황연 및 질소산화물을 저감하기 위한 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비

Info

Publication number: KR101277518B1
Application number: KR1020130038695A
Authority: KR
Inventors: 김태인; 이경배; 한성신; 강해문; 정국형; 남인식; 김영진
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단; 블루버드환경 주식회사
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-06-21

Abstract

본 발명은 복합화력발전의 가스터빈에서 배출되는 배가스 중에서 황연과 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 선택적 촉매환원(Selective Catalytic Reduction: SCR)/선택적 무촉매환원(Selective Non-Catalytic Reduction: SNCR) 복합 탈질설비에 관한 것으로, 촉매부가 마련된 배기관에 암모니아계열 수용액을 환원제로 사용하여 촉매환원에 의해 질소산화물을 제거하는 SCR시스템과, 배기관 내에 비암모니아계열 수용액의 환원제를 무촉매에 의해 황연 및 질소산화물을 제거하는 SNCR시스템과, 가스터빈의 운전부하에 따라서 SCR시스템 또는 SNCR시스템을 선택적으로 운전이 이루어지도록 제어부가 마련되며, 제어부는 각종 검출수단으로부터 배가스의 이산화질소 및 일산화탄소 농도 등을 포함한 각종 검출 신호를 이용하여 최적의 조건에서 SCR시스템 또는 SNCR시스템을 운전하여 황연 및 질소산화물 모두를 효과적으로 제거하면서도 효율적인 운영 및 관리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

황연 및 질소산화물을 저감하기 위한 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비{SCR/SNCR combined De-NOx system for reducing yellow plume and NOx}

본 발명은 고정 배출원에서 배출되는 배가스 중에서 황연과 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 선택적 촉매환원(Selective Catalytic Reduction)(이하, "SCR"이라고도 약칭함)/선택적 무촉매환원(Selective Non-Catalytic Reduction)(이하, "SNCR"이라고도 약칭함) 복합 탈질설비에 관한 것이다.

질소산화물(NOx)은 이산화질소, 이산화질소 및 아산화질소 등으로 발전소, 각종 산업용 보일러 등과 같은 고정 배출원에서 연소 과정 중에 생성되어 대기 중으로 배출됨에 따라 광화학 스모그와 산성비를 유발하는 대표적인 대기오염물질이다.

질소산화물을 제거하는 기술 중에서 현재 가장 널리 상업화된 기술로는 암모니아를 환원제로 하여 촉매 상에서 질소산화물을 무해한 물과 질소로 환원시켜 제거하는 SCR방식과, 촉매를 사용하지 않고 고온 영역에서 환원제(대표적으로, 암모니아) 만을 사용하여 질소산화물을 질소와 수증기로 전환시켜 저감하는 SNCR방식이 있다.

SCR방식은 고정 배출원에서 배출되는 배가스에 암모니아 또는 탄화수소 류 환원제를 분사하여 배가스와 환원제를 혼합시킨 후에 촉매를 통과시켜서 질소산화물을 물과 산소로 환원시켜 질소산화물을 제거하게 되며, 이러한 SCR방식은 배가스 중에서 질소산화물 제거에 매우 효과적이지만, 적정 온도범위를 벗어난 운전 조건, 예를 들어 배가스의 온도가 낮은 저부하 운전에서는 탈질 효과가 매우 저하될 수 있다.

상업적으로 사용되고 있는 NH3-SCR방식은 반응온도 300 ~ 400℃에서 온도에 크게 의존적이며 반응온도 영역이 450℃ 이상의 고온영역에서는 암모니아가 산화되기 시작하여 저감률이 감소하고 200℃ 이하의 영역에서는 미반응된 암모니아와 배기가스 중의 질소산화물과 반응하여 질산염을 발생시켜 시스템의 부식문제를 발생시킨다.

예를 들어, 공개특허 특1999-0069935호(공개일자: 1999.09.06)에는 환원촉매공정에 의한 연소배가스의 처리방법을 제안하고 있으며, 환원제로써 암모니아가 아닌 에탄올과 같은 탄화수소계열의 환원제를 사용한 환원촉매공정을 이용하여 연소배가스 중의 황연과 질소산화물을 처리하는 방법을 개시하고 있다.

그러나 환원제로 에탄올만을 사용한 환원촉매공정은 다른 환원제인 암모니아, 요소 등과 같은 암모니아계열 환원제와 비교하여 비용 증가가 발생되는 문제점이 있다.

다른 예로써, 본 출원인의 등록특허 제10-0595844호(등록일자: 2006.06.23)는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거 방법을 개시하고 있으며, 암모니아를 사용하였을 때와 동일한 질소산화물 제거 효율을 보여주면서도 상대적으로 암모니아와 비교하여 취급이 용이하고 수송, 저장에서 안전한 질소산화물 제거방법을 제안하였다.

SNCR방식은 촉매를 사용하지 않고 연소 배가스에 암모니아를 환원제로 주입하여 질소산화물을 제거하게 되며, 촉매를 사용하지 않으므로 초기 투자비용과 설치 기간이 짧은 장점이 있으나 상대적으로 고온이면서도 좁은 활성온도(operating temperature)(930~980℃) 범위를 가지며, 따라서 정확한 양의 암모니아가 배가스 중에 분사되지 못하는 경우에는 저감효율이 낮으며, 특히 과량으로 주입되면 부반응에 의해 대기중으로 암모니아가 배출되는 암모니아 슬립(ammonia slip)이 발생되는 문제점을 갖는다.

한편, 발전소 운전 시에 운전조건 등을 최적화하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 배출허용기준 이하로 배출되도록 발전소를 운영하고는 있으나 운전 초기의 저부하 운전 시에 주로 발생되는 이산화질소(NO2)는 황연(Yellow Plume) 문제를 유발하게 되며, 이러한 황연 발생은 주역 주민들에게 심리적인 영향을 주어 청정연료로 알려진 천연가스를 연료로 하는 복합화력발전소의 건설 조차도 부지 선정에 많은 민원 문제를 발생시켜 필요한 전력 확보에 많은 난관이 있는 게 현실이다.

황연은 통상적으로 운전 기동, 정지 또는 저부하 운전 시 불완전연소로 발생되고 있으며, 이산화질소(NO2) 농도가 약 12ppm을 초과하는 경우에 발생되며, 배출 농도범위가 10ppm 이하로 유지되는 경우에는 육안으로 관찰되지 않는다.

예를 들어, 등록특허 제10-0553838호(등록일자: 2006.02.14), 등록특허공보 제10-0597961호(등록일자: 2006.06.30) 및 등록특허 제10-0953939호(등록일자: 2010.04.13)는 고정원에서 발생되는 이산화질소 가시매연 저감장치 또는 방법을 개시하고 있으며, 무촉매 방식으로 환원제를 분사하여 질소산화물 중에서 이산화질소를 일산화질소 또는 질소로 전환시켜 황연을 저감시키는 것을 제안하고 있으나, 무촉매 방식 만으로 허용 기준 농도 이하로 황연과 질소화합물 모두를 처리하기에는 제한이 있다.

다음으로, 등록특허공보 제10-1199267호(등록일자: 2012.11.02)는 황연 저감용 선택적 무촉매 환원 설비 및 일산화질소 제거용 선택적 촉매 환원 설비를 포함하는 하이브리드 질소 화합물 저감 설비를 제안하고 있으나, 단순히 배가스의 온도만을 고려하여 일률적으로 환원제를 분사하여 황연 또는 질소화합물 저감에 한계가 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 천연가스(LNG) 복합화력발전 플랜트에서 배출되는 배가스 중에서 황연과 질소산화물을 모두 경제적이면서 효율적으로 제거할 수 있는 SCR/SNCR 복합 탈질설비를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR/SNCR 복합 탈질설비는, 가스 터빈에서 연소되어 발생된 배가스를 연돌로 배출하게 되는 배기계통 중에 환원촉매에 의해 질소산화물을 제거하게 되는 촉매부가 마련된 배기관을 따라서 상기 촉매부의 전단부에 위치하여 2열 이상 마련된 노즐부로 구성된 제1노즐 유니트와; 상기 촉매부와 제1노즐 유니트 사이에 위치하여 상기 배기관에 마련되는 노즐부를 갖는 제2노즐 유니트와; 비암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제1저장탱크와, 암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제2저장탱크와 각각 연결되어 제1 또는 제2저장탱크로부터 공급된 환원제를 기화시키는 기화부와; 상기 제1 및 제2노즐 유니트와, 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 상기 제1 및 제2노즐 유니트의 각 노즐부와 일대일 대응되어 각 노즐부를 개폐 제어하기 위한 다수의 제어밸브들로 이루어진 밸브 유니트와; 상기 제1저장탱크와 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 토출량 제어가 가능한 제1펌프와; 상기 제2저장탱크와 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 토출량 제어가 가능한 제2펌프와; 상기 배기관과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하기 위한 블로어 유니트와; 상기 가스 터빈의 부하를 검출하는 부하 검출부와; 상기 제1노즐 유니트의 전단부에서 상기 배가스 중의 일산화탄소의 농도를 검출하기 위한 CO농도검출부와; 상기 제1노즐 유니트의 전단부에서 상기 배가스 중의 이산화질소의 농도를 검출하기 위한 이산화질소 검출부와; 상기 제1노즐 유니트의 각 노즐부의 위치에서 배가스의 온도를 검출하기 위한 제1온도검출부와; 상기 제1펌프와 제2펌프의 토출단에 각각 마련되어 상기 기화부로 전달되는 환원제의 유량을 검출하는 제1 및 제2유량검출부와; 상기 기화부의 토출단에 마련되어 기화되어 토출되는 환원제의 온도를 검출하기 위한 제2온도검출부와; 각종 검출수단으로부터 검출 신호를 수신하여 검출 신호를 비교 판정하여 조작기구를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 부하 검출부로부터 전달된 부하를 기준 부하와 비교하여 기준 부하 이하에서는 상기 제1펌프를 구동하며, 상기 제1온도검출부로부터 검출된 온도 정보를 이용하여 분사되는 비암모니아계열의 환원제에 따라서 설정된 온도 범위를 갖는 상기 제1밸브 유니트의 해당 제어밸브만을 개방하여 비암모니아계열의 환원제 분사가 이루어지되, 상기 CO농도검출부에서 검출된 CO농도와 상기 이산화질소 검출부에서 검출된 이산화질소 농도에 따라서 환원제의 분사량 보정이 이루어지는 SNCR운전모드와; 상기 부하 검출부로부터 전달된 부하가 기준 부하 이상인 경우에는 상기 제2펌프를 구동하며, 상기 제2밸브 유니트를 개방하여 암모니아계열의 환원제 분사가 이루어지는 SCR운전모드를 포함하며, 상기 제1유량검출부 또는 상기 제2유량검출부에서 검출된 유량과, 상기 제2온도검출부에서 검출된 온도에 따라서 설정 유량과 설정 온도 범위 내에서 분사될 해당 환원제가 상기 기화부 내에서 기화가 이루어질 수 있도록 상기 제1펌프 또는 제2펌프, 또는 상기 블로어 유니트의 토출량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 전단과 상기 블로어 유니트를 연결되는 배관에 마련되어 고온 배가스의 공급량을 조절하는 고온 배가스 조절밸브와; 상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 후단과 상기 블로어 유니트를 연결하는 배관에 마련되어 저온 배가스의 공급량을 조절하는 저온 배가스 조절밸브를 더 포함한다.

상기 블로어 유니트는, 상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 전단과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 고온 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하되, 토출량 제어가 가능한 제1블로어와; 상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 후단과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 저온 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하되, 토출량 제어가 가능한 제2블로어를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 배기관에 마련되는 촉매부를 통과하는 배가스의 차압을 검출하기 위한 차압검출부를 더 포함하여, 상기 제어부는 상기 차압검출부에서 검출된 차압이 기준 차압 이상인 경우에 상기 제1펌프 또는 제2펌프의 토출량을 저감하거나 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 제1저장탱크와 제2저장탱크는 각각 환원제의 저장량을 검출하는 저장용량 검출부를 더 포함하여, 상기 제어부는 각 저장탱크에 저장된 환원제의 저장량이 설정된 수준 이하인 경우에 상기 제1펌프 또는 제2펌프를 제어하여 해당 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 배기관 후단 또는 연돌에는 미반응 환원제를 검출하는 미반응 환원제 검출부를 더 포함하여, 상기 제어부는 미반응 환원제 검출부에서 검출된 미반응 환원제의 검출 농도가 설정된 농도 이상인 경우에는 상기 제1펌프 또는 제2펌프의 토출량을 저감하거나 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 배기관 후단 또는 연돌에는 미처리된 질소산화물을 검출하는 질소산화물 검출부와; 상기 제1펌프 및 제2펌프 각각은, 기화부와 연결되는 배관에 각각 배관의 유로를 가변적으로 제어가 가능한 제1, 및 제2가변제어밸브를 더 포함하여, 상기 제어부는 상기 질소산화물 검출부에서 검출된 질소산화물이 기준 농도 이상인 경우에 상기 제1가변제어밸브 또는 제2가변제어밸브를 제어하여 상기 기화부로 전달되는 환원제의 공급을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합화력발전의 가스터빈에서 배출되는 배가스 중에서 황연과 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 SCR/SNCR 복합 탈질설비는, 배기관 내에 비암모니아계열 수용액의 환원제를 무촉매에 의해 황연을 제거하는 SNCR시스템과, 촉매부가 마련된 배기관에 암모니아계열 수용액을 환원제로 사용하여 촉매환원에 의해 질소산화물을 제거하는 SCR시스템과, 가스터빈의 운전부하에 따라서 SCR시스템 또는 SNCR시스템을 선택적으로 운전이 이루어지도록 제어부가 마련되며, 제어부는 각종 검출수단으로부터 검출 신호를 검출하여 최적의 조건에서 SCR시스템 또는 SNCR시스템을 운전하여 황연 및 질소산화물을 효과적으로 제거하면서도 효율적인 운영 및 관리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 배기관의 고온 및 저온 영역의 배가스를 이용하여 적정 온도 조건에서 환원제를 기화시켜 분사가 이루어질 수 있음으로써 최적화된 기화 조건의 환원제의 분사에 의해 효과적인 질소산화물의 제거가 이루어질 수 있다.

다음으로, 본 발명은 다수의 검출수단을 포함하여 탈질설비의 효율적인 운전이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 SCR/SNCR 복합 탈질설비의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 SCR/SNCR 복합 탈질설비의 전체 구성도,
도 3은 에탄올이 주입되지 않은 조건에서 CO의 농도에 따른 NO의 산화 활성을 보여주는 그래프,
도 4는 에탄올이 주입된 조건(에탄올: 50 ppm)에서 CO의 농도에 따른 NO2 전환 활성을 보여주는 그래프,
도 5는 에탄올이 주입된 조건(에탄올: 150 ppm)에서 CO의 농도에 따른 NO2 전환 활성을 보여주는 그래프,
도 6은 에탄올이 주입된 조건(에탄올: 250 ppm)에서 CO의 농도에 따른 NO2 전환 활성을 보여주는 그래프.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1실시예

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 탈질 설비는, 가스 터빈(GT)에서 연소되어 배출되는 배가스를 연돌(20)로 배출하게 되는 배기관(10)을 따라서 촉매부(110)가 마련되며, 이 촉매부(110)의 전단부에 차례로 2열 이상 마련된 다수의 노즐부(121)(122)(123)로 구성된 제1노즐 유니트(120)와, 제2노즐 유니트(130)를 포함한다.

본 실시예에서 배기관(10)은 복합화력발전에서의 배열회수보일러(HRSG; heat recovery steam generator)를 예시하고 있으며, 도면부호 11, 12는 배열회수보일러 내에 설치되어 배열회수와 관련된 배열회수용 모듈을 나타낸 것이다.

제1노즐 유니트(120)는 최소한 2열 이상의 노즐부(121)(122)(123)로 구성되며, 바람직하게는, 배기관(10)의 온도구배에 따라서 최적의 온도조건에서 비암모니아계열의 환원제 분사가 이루어질 수 있도록 적절히 배기관(10)을 따라서 분산되어 배치됨이 바람직할 것이다. 예를 들어, 배기관(10)을 따라서 연소 배가스의 온도구배가 큰 조건을 갖는 배기관에서 제1노즐 유니트는 다수의 노즐부가 조밀하게 배치될 수 있으며, 온도구배가 작은 조건을 갖는 배기관에서는 보다 적은 수의 노즐부들이 넓은 간격으로 배치될 수가 있을 것이다.

본 실시예에서 제1노즐 유니트(120)는 3개의 노즐부(121)(122)(123)로 구성된 것으로 예시하고 있으나, 노즐부의 숫자는 배기관의 구조, 온도구배 조건 등을 고려하여 증감될 수 있음은 당연할 것이다.

제1노즐 유니트(120)를 구성하는 각 노즐부는 배기관(10)의 수직 방향으로 설치된 노즐배관에 길이 방향으로 환원제를 액적(droplet) 형태로 분사하기 위해 마련된 다수의 노즐에 의해 제공될 수 있으며, 배기관(10)을 따라 배출되는 연소 배가스에 균일하게 환원제를 분사할 수 있는 범위 내에서 구조나 형태는 특별히 제한될 필요가 없을 것이다.

제2노즐 유니트(130)는 촉매부(110)와 제1노즐 유니트(120) 사이에 위치하도록 배기관(10)에 마련되며, 촉매부(110)와 함께 선택적 촉매환원이 이루어지도록 환원제를 배가스 중에 분사하기 위한 것으로, 그 구조는 제1노즐 유니트(120)의 노즐부와 실질적으로 동일하게 제공될 수 있을 것이다.

본 발명의 탈질설비는 비암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제1저장탱크(140), 암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제2저장탱크(150), 제1저장탱크(140) 및 제2저장탱크(150)와 각각 연결되어 환원제 수용액을 기화시켜 제1노즐 유니트(120) 또는 제2노즐 유니트(130)로 공급하게 되는 기화부(160)를 포함한다.

본 발명에서는 운전조건(가스터빈의 부하)에 따라서 암모니아계열 환원제와 비암모니아계열 환원제를 선택적으로 사용하는 것을 주요 기술상의 특징 중에 하나로 하는 것으로, 일정 수준의 최저부하 조건(예를 들어, 40% 이하)에서는 비암모니아계열 환원제, 바람직하게는, 에탄올, 아세톤 등의 탄화수소계열의 환원제를 사용하여 SNCR방식을 이용하여 황연 저감이 이루어지며, 일정 수준의 저부하 조건(예를 들어, 40% 이상) 이상에서는 암모니아, 요소 등의 암모니아계열 환원제 수용액을 이용한 SCR방식에 의해 질소산화물과 황연을 저감하게 된다.

이와 같이 2종의 환원제는 각각 제1저장탱크(140)와, 제2저장탱크(150)에 저장되며, 본 실시예에서는 제1저장탱크(140)에 암모니아 수용액(25%)이 저장되며, 제2저장탱크(150)에 에탄올 수용액(95%)이 저장되어 환원제가 사용됨을 예시하고 있다.

기화부(160)는 SCR방식 및 SNCR방식에서 사용되는 환원제를 기화시키기 위한 것으로써, 제1저장탱크(140)와, 제2탱크(150)와 각각 연결되어 배출된 액체를 기화시켜 제1노즐 유니트(120) 또는 제2노즐 유니트(130)로 전달하며, 바람직하게는, 배기관(10)을 따라 배출되는 배가스의 고열을 이용하여 기화가 이루어질 수 있다.

바람직하게는 본 발명에서 기화부(160)는 환원제에 따라서 적정 온도의 열원 공급이 이루어질 수 있도록 배기관(10)을 따라서 발생된 배가스의 온도구배(temperature gradient)에 따라서 최소한 두 개소 이상의 위치(고온 구간, 저온 구간)에서 배가스의 열원을 이용하여 기화부(160)에 열원 공급이 이루어지는 것을 주요 기술상의 특징들 중의 하나로 한다.

통상적으로 가스 터빈의 운전 초기 시에 배기관(10)의 전단부(도 1에서 가스 터빈에서 발생된 배가스의 흐름에 따라서 배기관의 좌측을'전단부'로 지칭하며 우측을 '후단부'로 지칭함)에서의 배가스 온도는 400℃ ~ 500℃이며, 이때 배기관의 온도구배는 배기관의 사이즈에 따라서 다소 상이하나 후단부에서는 약 100℃ ~ 150℃ 정도가 된다.

한편, 가스 터빈이 정상 부하(40% 이상) 운전 조건에서는 전단부에서 배가스의 온도는 600℃ ~ 650℃이며, 후단부는 300℃ ~ 350℃ 정도가 된다.

이와 같이 가스 터빈의 운전 상태에 따라서 배기관의 각 구간에서 발생되는 온도 편차는 큰 반면에, 이러한 열원을 사용하게 되는 기화부(160)는 환원제의 종류에 따라서 적정 온도 범위를 유지하여야만 효율적인 기화가 가능하다.

예를 들어, 에탄올 수용액은 150 ℃ ~ 200 ℃가 적정 기화 온도 범위이며, 암모니아 수용액은 200 ℃ ~ 250 ℃가 적정한 기화 온도 범위이며, 요소 수용액에서는 280 ℃ ~ 300 ℃가 적정한 기화 온도 범위가 된다.

이와 같이 사용되는 환원제에 따라서 기회조건 온도 범위는 달라지며, 따라서 본 발명에서는 사용되는 환원제에 따라서 기화부(160)가 적정 온도 조건을 유지할 수 있도록 고온 영역의 열원과 저온 영역의 열원을 이용하여 적정 온도 범위의 열원이 기화부(160)에 공급될 수 있도록 하며, 이에 대한 구체적인 실시예는 다시 설명한다.

다음으로, 본 발명은 제1,2노즐 유니트(120)(130)에 분사되는 환원제의 공급을 제어하는 밸브 유니트(170), 및 탈질설비의 각종 검출수단으로부터 검출 신호를 수신하여 밸브류 또는 펌프, 블로어 유니트 등을 제어하게 되는 제어부(180)를 포함한다.

밸브 유니트(170)는 제1,2노즐 유니트(120)(130)의 각 노즐부와 일대일 대응되어 독립적으로 개폐 제어가 가능한 다수의 제어밸브(171)(172)(173)(174)들로 구성되어, 기화부(160)로부터 공급되는 환원제의 분사 제어가 이루어질 수 있다.

제어부(180)는 본 발명의 탈질설비에 마련된 각종 검출수단으로부터 검출 신호를 수신하게 되며, 검출 신호를 비교 판정하여 밸브류 또는 펌프, 블로어 유니트 등의 조작기구에 대한 전반적인 제어가 이루어지며, 이에 대한 구체적인 설명은 각 검출수단과 조작기구에 대한 설명에서 다시 설명될 것이다.

다음으로, 본 발명에서 제1저장탱크(140) 및 제2저장탱크(150) 각각은, 기화부(160)와 연결하는 배관에 마련되는 제1펌프(210) 및 제2펌프(220)를 포함하며, 배기관(10)과 기화부(160)를 연결하는 배관에 마련되어 배기관(10)의 배가스 일부를 기화부(160)로 전달하게 되는 블로어 유니트(230)를 포함한다.

바람직하게는, 블로어 유니트(230)에 의해 기화부(160)로 공급되는 열원은 배기관(10)을 따라 흐르는 고온 배가스와 저온 배가스가 활용됨에 따라서 기화부(160)는 환원제의 기화에 필요한 적정 온도 범위를 가질 수 있다.

구체적으로 도 1에 예시된 것과 같이, 상기 촉매부(110)를 기준으로 배기관(10)의 전단과 블로어 유니트(230)를 연결되는 배관에 마련되어 고온 배가스의 공급량을 조절하는 고온 배가스 조절밸브(251)와; 촉매부(110)를 기준으로 배기관(10)의 후단과 블로어 유니트(230)를 연결하는 배관에 마련되어 저온 배가스의 공급량을 조절하는 저온 배가스 조절밸브(252)가 사용되어 기화부(160)에서 요구되는 적정한 열원 공급이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 분사가 이루어질 환원제에 따라서 제어부(180)는 운전 초기에는 고온 배가스 조절밸브(251)를 개방하여 고온 배가스를 기화부(160)로 공급하여 환원제의 신속한 기화를 도모하며, 정상 부하의 운전 시에는 저온 영역에서도 기화에 필요한 온도 조건을 만족하게 되므로 저온 배가스 조절밸브(252)를 개방하여 저온 배가스를 기화부(140)로 공급하여 안정적으로 환원제의 기화가 이루어질 수 있다.

한편, 제어부(180)는 기화부(160)의 토출단에 마련되는 제2온도검출부(360)로부터 검출신호를 수신하고 기화부(160)에서 배출되는 환원제의 온도에 따라서 능동적으로 고온 배가스 조절밸브(251)와 저온 배가스 조절밸브(252)의 개폐 정도를 적절히 조절하여 안정적으로 환원제를 기화시켜 배기관(10)으로 공급할 수 있다.

제1,2펌프(210)(220)와 블로어 유니트(230) 각각은 전동모터(M)가 마련되어 제어부(180)에 의해 전동모터(M)의 제어가 이루어질 수 있으며, 따라서 제어부(180)의 제어신호에 따라서 가변적으로 운전속도의 제어가 가능하여 토출량 제어가 가능하게 마련된다.

바람직하게는, 제1펌프(210) 및 제2펌프(220) 각각은, 기화부(160)와 연결되는 배관에 각각 배관의 유로를 가변적으로 제어가 가능한 제1, 및 제2가변제어밸브(241)(242)가 마련되어 제어부(180)에 의해 제어가 이루어져 제1저장탱크(140) 및 제2저장탱크(150)에서 기화부(160)로 전달되는 환원제의 유량 제어가 이루어질 수 있다.

다음으로, 본 발명에서 검출수단으로는 가스 터빈(GT)의 부하를 검출하게 되는 부하 검출부(310)와, 제1노즐 유니트(120)의 전단부에서 배가스 중의 일산화탄소(CO)의 농도를 검출하게 되는 CO농도검출부(321)와, 제1노즐 유니트(120)의 전단부에서 배가스 중의 이산화질소의 농도를 검출하기 위한 이산화질소 검출부(322)와, 제1노즐 유니트(120)의 각 노즐부(121)(122)(123)의 위치에서 배가스의 온도를 검출하기 위한 제1온도검출부(331)(332)(333)와, 제1펌프(210) 및 제2펌프(220)의 토출단에 각각 마련되어 기화부(160)로 전달되는 환원제의 유량을 검출하는 제1 및 제2유량검출부(340)(350), 기화부(160)의 토출단에 마련되어 기화되어 토출되는 환원제의 온도를 검출하기 위한 제2온도검출부(360)를 포함한다.

따라서 제어부(180)는 부하 검출부(310)로부터 전달된 검출된 부하갑을 기준 부하와 비교하여 제1밸브 유니트(170) 또는 제2밸브 유니트(180)를 선택적으로 개폐 제어하게 되며, 따라서 본 발명의 탈질설비는 가스터빈(GT)의 운전 부하를 기준으로 선택적 촉매환원법(SCR) 또는 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 배가스 중의 질소산화물을 제거하게 되며, 특히 기동, 정지 또는 저부하 운전(40 % 이하) 시 에탄올, 아세톤 등의 탄화수소계열의 환원제를 사용하여 무촉매환원법에 의해 이산화질소(NO2)를 일산화질소(NO)로 전환시켜 황연(yellow plume) 발생을 효과적으로 저감할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에서 무촉매환원법에 의한 저부하 운전 시에는 환원제를 분사하게 되는 제1노즐 유니트(170) 중에서 설정된 온도 범위를 갖는 해당 노즐부만을 통해 환원제의 분사가 이루어진다.

예를 들어, 에탄올을 환원제로 하는 무촉매환원법에서는 배가스의 온도가 대략 400 ℃에서 분사가 이루어지는 것이 효과적이며, 따라서 초기 기동 시에 가스 터빈(GT)의 연소 온도가 낮은 경우에는 최적의 환원제 분사 온도 조건(상대적으로 높은 배가스 온도를 갖는)을 갖는 제1노즐부(121)에서만 환원제의 분사가 이루어지도록 하며, 연소 온도가 높아짐에 따라서 배기관(10)의 후단으로 최적의 환원제 분사 온도가 이동함에 따라서 제2노즐부(122) 또는 제3노즐부(123)에서 환원제의 분사가 이루어지도록 하여 이산화질소(NO2)의 일산화질소(N0) 전환율을 극대화하여 연돌(20)로 배출되는 이산화질소(NO2)의 검출 농도를 11 ppm 이하로 유지하여 황연발생 문제를 해소할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에서 무촉매환원법에 의한 황연 저감 운전에서 최적의 환원제 분사 온도조건만을 고려하는 것이 아니라, 배가스 중에 배출되는 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)의 검출농도를 검출함으로써 이산화질소(NO2)의 최적의 전환율에 요구되는 환원제 분사량 보정이 이루어질 수 있다.

본 출원인은 배가스 중에서 포함되어 있는 일산화탄소(CO)가 에탄올을 이용한 이산화질소(NO2)의 일산화질소(NO) 전환 반응활성에 영향을 미치는 것을 확인하였으며(도 2 참고), 에탄올이 주입되지 않은 조건에서 일산화탄소(CO)는 350℃ 이상의 반응온도 영역에서 일산화질소(NO) 일부가 이산화질소(NO2)로 산화되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 일산화탄소(NO) 산화 활성은 500 ℃ 이상의 반응온도에서 일산화탄소(CO)의 농도가 증가할수록 고온에서 활발히 이루어진다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 환원제로써 에탄올의 분사 농도가 증가하고 일산화탄소(CO) 농도가 증가할수록 이산화질소(NO2)의 전환율은 다소 낮아지는 경향이 있음을 확인할 수 있으며, 따라서 에탄올을 환원제로 분사하여 황연을 유발하게 되는 이산화질소(NO2) 배출을 기준 농도(10 ppm) 이하로 처리하기 위해서는 이산화탄소(CO)의 농도를 고려하여 에탄올을 추가하여 분사하는 분사량 보정이 이루어져야만 한다.

따라서, 본 발명에서는 가스 터빈(GT)에서 발생되는 배가스 중의 이산화질소(NO2)와 일산화탄소(CO)의 농도를 각각 검출하여 황연 저감을 위하여 비암모니아계열 수용액의 환원제 기본 분사량에 대해 보정량을 산출하여 최적 량의 환원제 분사가 이루어질 수 있음을 주요 기술상의 특징 중에 하나로 한다.

다시 도 1을 참고하면, 앞서도 설명된 것과 같이, 기화부(160)는 제1저장탱크(140) 또는 제2탱크(150)로부터 배출된 환원제를 기화시켜 제1노즐 유니트(120) 또는 제2노즐 유니트(130)로 전달하며, 바람직하게는, 배기관(10)을 따라 배출되는 배가스의 고열을 이용하여 기화가 이루어진다.

고온 배가스 조절밸브(251)와 저온 배가스 조절밸브(252)는 배기관(10)과 기화부(160)를 연결하는 배관에 마련되어 제어부(180)에 의해 각각 기화부(160)로 전달되는 고온과 저온 배가스의 공급량을 조절할 수 있으며, 또한 제어부(180)는 제1유량검출부(340) 또는 제2유량검출부(350)로부터 각각 제1저장탱크(140) 또는 제2저장탱크(150)로부터 기화부(160)로 공급되는 유량을 검출할 수 있으며, 검출된 유량을 근거하여 기화부(160)에서 환원제의 기화에 필요한 열량을 산출하여 고온 배가스 조절밸브(251) 및/또는 저온 배가스 조절밸브(252)를 능동 제어함으로써 기화부(160)에서는 환원제의 신속한 기화가 이루어질 수 있다.

예를 들어, 선택 촉매환원법에서 요소수를 환원제로 사용하는 경우에는 암모니아수에 비하여 무해하고, 취급이 용이한 반면에 기화가 용이하지 않은 단점이 있었으나, 본 발명에서는 배기관(10)에서의 고온 열원을 이용하여 기화부(160)에서 기화가 이루어짐으로써, 기화가 용이하지 않은 요소수를 환원제로 사용하는 경우에는 신속한 기화속도를 얻을 수 있다.

제2온도 검출부(360)는 기화부(160)에서 제1노즐 유니트(120) 또는 제2노즐 유니트(130)로 전달되는 환원제의 온도를 검출하여 제어부(180)로 전달하며, 제어부(180)는 설정된 온도가 유지될 수 있도록 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)를 통해 공급되는 환원제의 공급량을 제어하게 된다.

예를 들어, 기화부(160)에서 배출되는 환원제의 온도가 낮은 경우에는 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)를 통해 토출되는 환원제의 공급량을 줄이거나 중단할 수 있으며, 또는 고온 배가스 조절밸브(251)의 개도량을 크게 하고 저온 배가스 조절밸브(252)의 개도량을 작게 하여 기화부(160)로 공급되는 고온과 저온 배가스 량을 조절하여 적정 온도 범위 내에서 환원제의 기화가 이루어질 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명에 다른 검출수단으로써, 배기관(10)에 마련된 촉매부(110)를 통과하는 배가스의 차압을 검출하기 위한 차압검출부(370)와, 제1,2저장탱크(140)(150)에 저장된 환원제의 저장량을 검출하는 제1,2저장용량 검출부(381)(382)와, 연돌(20)에 설치되어 미반응되어 배출되는 미반응 환원제 검출부(391)와, 연돌(20)에 설치되어 미처리되어 배출되는 질소산화물 검출부(392)를 더 포함할 수 있다.

차압검출부(370)는 탈질 처리 과정에서 배기관(10)의 촉매부(110) 사이를 통과하는 배가스의 차압을 검출하여 제어부(180)로 전달하며, 제어부(180)는 검출 차압이 기준 차압 이상인 경우에는 탈질 설비의 이상동작으로 판단하여 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)에서 토출되는 환원제의 공급을 중단 또는 저감하여 촉매부(110)에서 발생될 수 있는 이상 동작에 의해 환원제가 불필요하게 공급되는 것을 예방할 수 있다.

다음으로, 제1,2저장용량 검출부(381)(382)는 각각 저장된 환원제의 저장량(또는 수위)을 검출하여 제어부(180)로 전달하며, 제어부(180)는 각 저장탱크 내에 설정된 환원제의 저장량 이하인 경우에 해당되는 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)에서 토출되는 환원제의 공급을 중단하여 환원제의 저장량 부족임에도 탈질 처리가 진행되는 것을 방지할 수 있다. 저장탱크 내에 환원제가 설정 기준 이하로 부족한 경우에는 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)의 운전 제어와 함께 경고신호를 출력하여 환원제의 보충이 이루어지도록 경고신호를 발생시킬 수 있다.

다음으로, 연돌(20)에는 미반응되어 배출되는 환원제를 검출할 수 있는 미반응 환원제 검출부(391)가 마련될 수 있으며, 본 실시예에서 미반응 환원제 검출부(391)는 연돌(20)에 설치되는 것으로 예시하고 있으나, 배기관(10)에서 질소산화물(또는 황연)에 대한 처리가 완료되는 지점에서의 배기관(10) 후단에 설치될 수도 있음을 이해하여야 한다.

미반응 환원제 검출부(391)는 미반응되어 배출되는 환원제 농도를 검출하여 제어부(180)로 전달하며, 제어부(180)는 허용치 이상의 환원제가 검출되는 경우에는 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)의 운전속도를 제어하여 환원제의 토출량을 저감하거나 공급을 중단하여 과잉 환원제가 대기 중으로 방출되는 것을 예방할 수 있다.

질소산화물 검출부(392)는 연돌(20)에서 배출되는 배가스 중에서 미처리된 질소산화물(NOx)의 농도를 검출하여 제어부(180)로 전달하며, 제어부(180)는 질소산화물 검출부(392)에서 검출 신호로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물이 허용 수준 이상인 경우에는 각 펌프(210)(220)로부터 기화부(160)로 환원제를 공급하도록 마련된 배관에 구비된 제1가변제어밸브(241) 또는 제2가변제어밸브(242)를 제어하여 환원제의 공급량을 증가시킴으로써 적정 범위에서의 환원제 공급이 이루어질 수 있도록 유로 제어가 이루어질 수 있다.

참고로, 본 실시예에서 배기관(10)의 전단부에는 가스 터빈(GT)에서 발생된 배가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 검출하기 위한 질소산화물 농도 검출부가 마련되며, 이 질소산화물 농도 검출부는 제어부(180)로 전달되어 검출된 배가스 중의 질소산화물 농도에 따라서 제1노즐 유니트(120) 또는 제2노즐 유니트(130)를 통해 분사될 환원제의 기본 분사량을 결정하게 되며, 이는 제1펌프(210) 또는 제2펌프(220)를 제어하여 환원제 공급량을 조절하게 되는 기본 환원제 분사량 제어에 해당되며, 앞서 본 실시예에서 설명된 각종 검출수단을 이용한 환원제의 공급량 제어는 기본 환원제 분사량에 대한 보정 값으로 제어가 이루어지는 것으로 이해하여야 할 것이다.

제2실시예

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 SCR/SNCR 복합 탈질설비의 전체 구성도이다.

본 발명의 제2실시는 기화부에 고온부와 저온부로부터 기화에 필요한 열원을 공급하기 위한 수단을 제외하고는 제1실시예와 실질적으로 동일하며, 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 중복되는 설명에 대해서는 생략한다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에서 블로어 유니트는, 촉매부(110)를 기준으로 배기관(10)의 전단과 기화부(160)를 연결하는 배관에 마련되어 배기관(10)의 고온 배가스 일부를 기화부(160)로 전달하는 제1블로어(431)와, 촉매부(110)를 기준으로 배기관(10)의 후단과 기화부(160)를 연결하는 배관에 마련되어 배기관(10)의 저온 배가스 일부를 기화부(160)로 전달하는 제2블로어(432)에 의해 제공될 수 있다.

제1,2블로어(431)(432) 각각은 전동모터(M)가 마련되어 구동이 이루어지며, 각 전동모터(M)는 제어부(180)에 의해 구동 제어가 이루어져 제어부(180)의 제어신호에 따라서 제1,2블로어(431)(432)는 가변적으로 운전속도의 제어가 가능하여 토출량 제어가 가능하게 마련된다.

이와 같이 구성된 제1블로어(431)와 제2블로어(432)는 각각 고온과 저온의 배가스를 기화부(160)에 전달하게 되며, 각 블로어에서 토출되는 배가스의 공급량은 제어부(180)에 의해 제어가 이루어져 환원제에 따라서 적정 온도의 배가스가 기화부(160)에 공급되어 환원제는 적정 온도 조건에서 환원제의 기화가 이루어질 수 있다.

실험예

에탄올을 환원제로 사용 시에 이산화질소(NO2)를 일산화질소(NO)로 전환할 수 있으며, 특히 반응가스의 흐름 내에 포함되어 있는 일산화탄소(CO)가 에탄올을 이용한 NO2의 NO전환 반응 활성에 미치는 영향을 확인하였다.

본 실험에서는 전환 활성 실험을 200-500℃의 반응온도 조건에서 2,000cc/min의 유량으로 1인치 반응기에서 수행하였으며, 반응기 주입 가스 조성은 50 ppm NO2, 50 ppm NO, 14% O2, 4% H2O, balance N2로 환원제로 사용된 에탄올은 NO2에 대한 당량비 1,3,5인 50, 150, 250 ppm을 반응기에 공급하였다.

이러한 반응 조건하에 500, 1000, 1500, 2000 ppm의 CO가 각각 주입되어 NO2의 전환 활성의 변화 거동을 확인해 보았다. 한편, 환원제를 주입하여 NO2의 NO 전환 반응 실험을 수행하기 전, 환원제가 없는 반응가스 중에서 역시 500, 1000, 1500, 2000 ppm의 CO를 주입하여 NO에서 NO2로의 산화반응 활성평가를 선 수행하였다. 모든 실험은 공기분위기로 500 ℃에서 2시간 동안 반응기를 세척한 후 수행되었으며, NO2 전환 활성은 NO2를 포함한 가스들의 농도가 1시간 이상 반응을 진행시켜 정상 상태(steady-state)에 도달한 후에 측정하였다. 본 실험에서 NO2 전환 활성은 다음의 [수학식 1]과 같이 계산되었다.

[수학식 1]

a. 에탄올이 주입되지 않은 조건 하에서 CO의 영향

에탄올이 주입되지 않을 때, 주입되는 CO의 농도에 따른, NO의 NO2로의 산화반응 활성을 도 3에서 확인할 수 있다. 반응 가스 내에 CO가 공급되지 않는 경우, 전 반응 온도 영역에서 NO 및 NO2의 농도 변화가 관찰되지 않는다. 이에 반해, CO가 주입되면 350 ℃이상의 반응 온도 영역에서 NO가 일부 NO2로 산화 되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 NO 산화 활성은 500 ℃의 반응 온도에서 500 ppm의 CO가 공급될 때 약 4%의 활성이, 2,000 ppm의 CO에 의해서는 약 9%의 활성이 보이는 등 주입되는 CO의 농도가 증가함에 따라 점차 높아지는 것이 관찰된다. 이러한, CO의 공급에 의한 NO 산화 활성 증진은 NO와 CO의 연쇄반응(chain reaction)에 기인한 것으로 이해될 수 있다.

b. 에탄올이 주입될 때 CO가 NO2 전환 활성에 미치는 영향

환원제인 에탄올이 반응 가스 흐름 내에 주입될 때, 공급되는 CO의 농도에 따른 NO2 전환 활성을 도 4 내지 도 6에서 확인할 수 있다. 반응 가스 내에 150 ppm의 에탄올이 환원제로 공급될 경우(도 5 참고), 400 ℃ 이상의 반응 온도 영역에서 CO에 의한 활성변화가 관찰된다. 이러한 NO2 전환 활성은, 450 ℃의 반응 온도에서 CO가 공급되지 않을 경우 약 90%를 보이다가 500 ppm의 CO가 공급될 때 약 87%, 2,000 ppm의 CO가 주입될 경우 약 80%의 활성을 보이는 등 CO의 농도가 증가함에 따라 활성이 점진적으로 감소하는 거동을 보인다. 반응 가스 내에 50 ppm(도 4 참고) 또는 250 ppm(도 6 참고)의 에탄올이 공급되는 경우도 이와 유사하게 350 ℃ 이하의 반응온도에서는 활성의 감소가 뚜렷이 나타나지 않으며, 그 이상의 온도에서 CO의 농도가 증가함에 따라 NO2 전환 활성이 점차 감소하는 현상을 확인할 수 있다. 이러한, CO에 의한 NO2 전환 활성의 저하는 CO에 의하여 일부 NO가 NO2로 산화되는 현상에 기인하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.

이와 같이 도 4 내지 도 6으로부터, 에탄올의 분사 농도가 증가하고 일산화탄소(CO) 농도가 증가할수록 이산화질소(NO2)의 전환율은 다소 낮아지는 경향이 있음을 확인할 수 있으며, 따라서 에탄올을 환원제로 분사하여 황연을 유발하게 되는 이산화질소(NO2) 배출을 기준 농도(10 ppm) 이하로 처리하기 위해서는 이산화탄소(CO)의 농도를 고려하여 에탄올을 추가로 분사하는 분사량 보정이 필요함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 가스 터빈에서 발생되는 배가스 중의 이산화질소(NO2)와 일산화탄소(CO)의 농도를 각각 검출하여 황연 저감을 위하여 에탄올의 기본 분사량에 대한 보정량을 산출하여 최적 량의 에탄올 분사가 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 배기관 20 : 연돌
110 : 촉매부 120 : 제1노즐 유니트
130 : 제2노즐 유니트 140 : 제1저장탱크
150 : 제2저장탱크 160 : 기화부
170 : 제1밸브 유니트 180 : 제어부
210 : 제1펌프 220 : 제2펌프
230 : 블로어 유니트 241 : 제1가변제어밸브
242 : 제2가변제어밸브 251 : 고온 배가스 조절밸브
252 : 저온 배가스 조절밸브 310 : 부하 검출부
321 : CO농도검출부 322 : 이산화질소 검출부
330 : 제1온도검출부 340 : 제1유량검출부
350 : 제2유량검출부 360 : 제2온도검출부
370 : 차압검출부 381 : 제1저장용량 검출부
382 : 제2저장용량 검출부 391 : 미반응 환원제 검출부
392 : 질소산화물 검출부 431 : 제1블로어
432 : 제2블로어

Claims

가스 터빈에서 연소되어 발생된 배가스를 연돌로 배출하게 되는 배기계통 중에 환원촉매에 의해 질소산화물을 제거하게 되는 촉매부가 마련된 배기관을 따라서 상기 촉매부의 전단부에 위치하여 2열 이상 마련된 노즐부로 구성된 제1노즐 유니트와;
상기 촉매부와 제1노즐 유니트 사이에 위치하여 상기 배기관에 마련되는 노즐부를 갖는 제2노즐 유니트와;
비암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제1저장탱크와, 암모니아계열 수용액의 환원제가 저장된 제2저장탱크와 각각 연결되어 제1 또는 제2저장탱크로부터 공급된 환원제를 기화시키는 기화부와;
상기 제1 및 제2노즐 유니트와, 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 상기 제1 및 제2노즐 유니트의 각 노즐부와 일대일 대응되어 각 노즐부를 개폐 제어하기 위한 다수의 제어밸브들로 이루어진 밸브 유니트와;
상기 제1저장탱크와 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 토출량 제어가 가능한 제1펌프와;
상기 제2저장탱크와 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 토출량 제어가 가능한 제2펌프와;
상기 배기관과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하기 위한 블로어 유니트와;
상기 가스 터빈의 부하를 검출하는 부하 검출부와;
상기 제1노즐 유니트의 전단부에서 상기 배가스 중의 일산화탄소의 농도를 검출하기 위한 CO농도검출부와;
상기 제1노즐 유니트의 전단부에서 상기 배가스 중의 이산화질소의 농도를 검출하기 위한 이산화질소 검출부와;
상기 제1노즐 유니트의 각 노즐부의 위치에서 배가스의 온도를 검출하기 위한 제1온도검출부와;
상기 제1펌프와 제2펌프의 토출단에 각각 마련되어 상기 기화부로 전달되는 환원제의 유량을 검출하는 제1 및 제2유량검출부와;
상기 기화부의 토출단에 마련되어 기화되어 토출되는 환원제의 온도를 검출하기 위한 제2온도검출부와;
각종 검출수단으로부터 검출 신호를 수신하여 검출 신호를 비교 판정하여 조작기구를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 부하 검출부로부터 전달된 부하를 기준 부하와 비교하여 기준 부하 이하에서는 상기 제1펌프를 구동하며, 상기 제1온도검출부로부터 검출된 온도 정보를 이용하여 분사되는 비암모니아계열의 환원제에 따라서 설정된 온도 범위를 갖는 상기 제1밸브 유니트의 해당 제어밸브만을 개방하여 비암모니아계열의 환원제 분사가 이루어지되, 상기 CO농도검출부에서 검출된 CO농도와 상기 이산화질소 검출부에서 검출된 이산화질소 농도에 따라서 환원제의 분사량 보정이 이루어지는 SNCR(선택적 무촉매환원)운전모드와;
상기 부하 검출부로부터 전달된 부하가 기준 부하 이상인 경우에는 상기 제2펌프를 구동하며, 상기 제2밸브 유니트를 개방하여 암모니아계열의 환원제 분사가 이루어지는 SCR(선택적 촉매환원)운전모드를 포함하며,
상기 제1유량검출부 또는 상기 제2유량검출부에서 검출된 유량과, 상기 제2온도검출부에서 검출된 온도에 따라서 설정 유량과 설정 온도 범위 내에서 분사될 해당 환원제가 상기 기화부 내에서 기화가 이루어질 수 있도록 상기 제1펌프 또는 제2펌프, 또는 상기 블로어 유니트의 토출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 전단과 상기 블로어 유니트를 연결되는 배관에 마련되어 고온 배가스의 공급량을 조절하는 고온 배가스 조절밸브와;
상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 후단과 상기 블로어 유니트를 연결하는 배관에 마련되어 저온 배가스의 공급량을 조절하는 저온 배가스 조절밸브를 더 포함하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 상기 블로어 유니트는,
상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 전단과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 고온 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하되, 토출량 제어가 가능한 제1블로어와;
상기 촉매부를 기준으로 상기 배기관의 후단과 상기 기화부를 연결하는 배관에 마련되어 배기관의 저온 배가스 일부를 상기 기화부로 공급하되, 토출량 제어가 가능한 제2블로어를 포함하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 상기 배기관에 마련되는 촉매부를 통과하는 배가스의 차압을 검출하기 위한 차압검출부를 더 포함하여,
상기 제어부는 상기 차압검출부에서 검출된 차압이 기준 차압 이상인 경우에 상기 제1펌프 또는 제2펌프의 토출량을 저감하거나 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 제1저장탱크와 제2저장탱크는 각각 환원제의 저장량을 검출하는 저장용량 검출부를 더 포함하여,
상기 제어부는 각 저장탱크에 저장된 환원제의 저장량이 설정된 수준 이하인 경우에 상기 제1펌프 또는 제2펌프를 제어하여 해당 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 배기관 후단 또는 연돌에는 미반응 환원제를 검출하는 미반응 환원제 검출부를 더 포함하여,
상기 제어부는 미반응 환원제 검출부에서 검출된 미반응 환원제의 검출 농도가 설정된 농도 이상인 경우에는 상기 제1펌프 또는 제2펌프의 토출량을 저감하거나 환원제의 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.
제1항에 있어서, 배기관 후단 또는 연돌에는 미처리된 질소산화물을 검출하는 질소산화물 검출부와;
상기 제1펌프 및 제2펌프 각각은, 기화부와 연결되는 배관에 각각 배관의 유로를 가변적으로 제어가 가능한 제1, 및 제2가변제어밸브를 더 포함하여,
상기 제어부는 상기 질소산화물 검출부에서 검출된 질소산화물이 기준 농도 이상인 경우에 상기 제1가변제어밸브 또는 제2가변제어밸브를 제어하여 상기 기화부로 전달되는 환원제의 공급을 증가시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매환원/선택적 무촉매환원 복합 탈질설비.