KR101456398B1 - 배연 탈질 장치 - Google Patents

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Abstract

촉매 유닛(2)이 편입된 촉매 블록(1)을 복수개 마련하고, 인접하는 촉매 블록(1,1,1)의 간극에 슬라이드 가능한 제1 재 퇴적방지판(9)과 제2 재 퇴적방지판(10)을 마련한, 연소장치로부터 배출하여 수직류 다운플로우로 되는 배기가스를 처리하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치이며, 그 탈질 장치는, 상기 재 퇴적 방지판(9,10)에 의해 촉매 블록(1,1)간의 간극에 재 등이 퇴적되는 일이 없고, 온도변화가 발생하는 운전상태하에 있어서도, 상기 방지판(9,10)의 열 팽창을 흡수할 수 있으며, 또 상기 방지판(9,10)을 현지 용접 작업을 하지 않고, 촉매 블록(1)내의 촉매 충전과 촉매 교환을 할 수 있는 간편한 구조로 이루어진다.

Description

배연 탈질 장치{FLUE GAS DENITRIFICATION SYSTEM}
본 발명은, 석탄 연소 보일러 플랜트 등에 설치되는 배연 탈질 장치에 관한 것으로, 특히 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치에 이용되는 배기가스에 포함되는 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 촉매 블록의 간극에 설치하는 재(灰:ash)퇴적 방지판에 관한 것이다.
발전소, 자동차 등에서 배출되는 배연(排煙) 중의 질소산화물(NOx)은 광화학 스모그나 산성비의 원인으로 되는 물질이다. 배연 중의 NOx를 무해한 질소(N2)와 물 (H2O)로 분해하는 기술로 가장 실용화가 진행되고 있는 선택적 접촉 환원법은 암모니아(NH3)를 환원제로서 사용하고, 탈질 촉매의 존재하에서 상기 NH3과 배기가스중의 NOx를 반응시키는 것이다.
화력발전용 보일러에 설치되는 배연 탈질 장치(3)(도 9 참조)에 필요하게 되는 탈질율은 다음의 계산식에 기초하여 산출된다.
탈질율＝((입구 NOx 농도―출구 NOx 농도)/입구 NOx 농도)×100％
상기 계산식으로 산출된 탈질율을 달성하기 위해 배연 탈질 장치(3)에는 최소단위인 촉매 유닛(2)을 복수개 편입한 촉매 블록(1)을 충전하고 있으며, 촉매 블록(1)은 탈질 장치(3)(반응기)내의 서포트 빔(support beams:14)에 의해 지지시키고 있다. 한편 촉매 유닛(2)은 촉매를 기판 표면에 피복한 촉매체를 일정한 간격을 형성하여 적층하고, 틀내에 격납한 것이다.
일반적으로, 배연 탈질 장치의 배기가스 온도는 약 300∼400℃로 고온이며, 또 약 10∼20g/㎥N의 대량의 매진(煤塵)을 포함하고 있다. NOx를 포함한 배기가스는 보일러 출구로부터 탈질 장치(3)내로 흐르고, 촉매 블록(1)을 통과할 때에, 암모니아의 존재하에서 탈질 반응에 의해서 정화 처리되지만, 촉매 블록(1)상에 재 등이 퇴적된 경우에는 촉매 폐색에 의해 탈질 성능이 크게 저하된다. 따라서, 도 10에 나타내는 틀체(13)내에 다수의 촉매 블록(1)을 배치하고, 인접하는 촉매 블록 (1,1)의 간극에 산형강(山型鋼:angle steel)(18)(환틀(circular frame:S1)의 확대도인 도 11에 나타낸다)이나 환강(round steel:19)(환틀(S2)의 확대도인 도 12에 나타낸다)을 배치하고, 그 산형강(18)이나 환강(19)을 틀체(13)에 배연 탈질 장치 (3)가 설치되는 현지에서 용접하여 고정하고, 재의 퇴적 방지를 도모하고 있었다.
공지 문헌으로서는, 하기 특허 문헌 1, 2가 있다. 특히, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 배연 탈질 장치(3)의 내부에 배치한 촉매 유닛 케이스의 인접하는 케이스 상호간의 가스 상류측에 산형강의 더스트 부착 방지용 보호구를 장착하고, 각각 인접하는 촉매 유닛의 간극과 촉매 유닛과 탈질 장치(3)의 내벽과의 사이에 더스트 부착 방지용 보호구를 장착한 구성이 개시되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-219336호 특허 문헌 2 : 일본 특허공개공보 쇼와 58-143828호
특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 더스트 부착 방지용 보호구에 용접 구조를 이용하고 있으며, 열 팽창에 의한 깨짐(crack)은 고려되고 있지 않았다. 그러나, 보일러 등의 연소장치의 기동 정지시에 생기는 온도변화에 의해, 연소장치의 배기가스 출구에 비교적 가까운 개소에 배치되는 배연 탈질 장치내에서도 동일하게 온도분포가 생긴다. 또, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 더스트의 퇴적 방지를 위한 기술이지만, 촉매 유닛 케이스의 인접하는 케이스의 간극에 장착되는 가스 상류측에 마련하는 산형(山型)의 더스트 부착 방지용 보호구 등의 구체적인 장착 방법은 개시되고 있지 않다.
상기 도 10에 나타내는 종래 기술의 촉매 블록(1)의 인접하는 케이스 상호간에 장착되는 산형강(18)이나 환강(19) 등 더스트 부착 방지용 보호구의 장착 구조는, 상기 배연 탈질 장치(3)내에서의 온도분포에 따라 촉매 블록(1)의 배치 위치에 의해, 온도의 상위(相違)에 따른 신축 차이기 때문에 열응력이 발생하여 더스트 부착 방지용 보호구의 단속(斷續) 용접부에 깨짐이 생기거나, 또 상기 용접부가 배연 탈질 장치(3)의 운전시의 진동 등에 의한 깨짐이 생기는 경우가 있고, 상기 깨진 부분에서 배기가스와 함께 재나 암모니아 등의 빠져나감이 일어나서, 탈질 성능에 영향을 준다고 하는 문제가 있었다. 또, 상기 용접 깨짐이 발생하면 연소장치의 운전정지중에 보수할 필요가 있다.
게다가, 도 10에 나타내는 종래의 촉매 블록(1,1)의 간극에 배치하는 산형강 (18)(도 10의 환틀(S1)의 확대도인 도 11)의 경사부 주위나 환강(19)(도 10의 환틀 (S2)의 확대도인 도 12)의 R부나 틀체(13)에 마련하는 서스펜션 러그(17)(도 10의 환틀(S3)의 확대도인 도 13)로 재가 부착·퇴적하고, 시간과 함께 성장하는 경향이 있으며, 배연 탈질 장치(3)의 장기 운전시에 재의 퇴적물이 덩어리로 되어, 촉매 블록(1)내의 배기가스 유통공간을 폐색시킬 가능성도 있다.
게다가, 탈질 성능을 만족하는 필요량의 촉매 블록(1)을 배연 탈질 장치(3)내로 충전한 후, 인접하는 촉매 블록(1,1)간의 산형강(18)이나 환강(19) 등 더스트 부착 방지용 보호구의 현지 용접을 실시하기 때문에 현지 공수(工數)가 증대되므로 매우 큰 노력과 비용이 필요하게 된다. 또, 배연 탈질 장치(3)의 장기 운전의 후에는 촉매 열화에 의한 촉매 블록(1)의 교환을 필요로 하게 된 경우에는, 기존의 촉매 블록(1)을 반출하기 위해, 산형강(18)이나 환강(19)으로 이루어지는 더스트 부착 방지용 보호구를 절단하고, 분해할 필요가 있다.
그래서, 본 발명의 과제는 촉매 블록 사이의 간극에 재 등이 퇴적하지 않는 구조로 촉매 블록 표면의 더스트 퇴적을 최소로 하고, 온도변화가 발생하는 운전상태하에 있어서도, 열 팽창을 흡수할 수 있으며, 촉매 충전 및 교환시에 있어서 현지 용접 작업을 필요로 하지 않는 간편한 더스트 퇴적 방지판을 구비한 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 과제는 다음의 구성에 의해 해결된다.
청구항 1에 기재된 발명은, 촉매 유닛(2)이 편입된 촉매 블록(1)을 복수개 마련하고, 연소장치로부터 배출하여 수직류 다운플로우로 되는 배기가스를 처리하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치로서, 각 촉매 블록(1)은 틀체(13)에 수납되고, 인접하는 촉매 블록(1,1)의 틀체(13,13) 사이의 간극에 슬라이드 가능한 제1 재(灰) 퇴적방지판(first ash accumulation baffle plate:9)과 제2 재 퇴적방지판(10)을 설치하고, 상기 제1 재 퇴적방지판(9)의 상부는 산형(山型) 구조(angle structures)이고, 또한 제1 재 퇴적방지판(9)의 하단부는, 틀체(13) 상에 놓여짐과 동시에 그 상면에 촉매 블록(1,1)의 프로텍터(11)가 놓여지는 훅(hook:9a)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치이다.
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청구항 2에 기재된 발명은, 상기 제2 재 퇴적방지판(10)은 측면에 관통구멍(10a)를 가지고, 긴 구멍(4a)을 가지는 서스펜션 러그(suspension rug:4)가, 인접하는 촉매 블록(1,1)의 간극에 있는 틀체(13)에 지지되며, 상기 제2 재 퇴적방지판(10)의 관통구멍(10a) 및 서스펜션 러그(4)의 긴 구멍(4a)에 걸어멈춤부재(5,6,7)를 관통시켜 제2 재 퇴적방지판(10)을 탈착이 자유롭게 지지한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치이다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 보일러 등의 연소장치가 설치되는 현지에 있어서 용접 작업이 불필요한 제1 재 퇴적방지판(9)을 슬라이드 가능하게 배연 탈질 장치(3)에 부착했기 때문에, 탈질 장치(3)내에서의 온도변화에 의해 생기는 신축차로 발생하는 열응력에 의한 용접부의 깨짐, 운전시의 진동 등에서의 용접부의 깨짐 등이나 촉매 블록(1)의 설치시에 있어서의 부재간의 공차(公差)의 문제에도 대처할 수 있게 되었다.
또한, 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 제1 재 퇴적방지판(9)에 마련한 훅(9a)을 촉매 블록(1)의 프로텍터(11)의 하부와 촉매 블록(1)의 상부의 사이에 삽입한다고 하는 간편한 방법으로 제1 재 퇴적방지판(9)을 배연 탈질 장치(3)에 부착하는 것으로, 프로텍터(11)의 자중(自重)에 의해 떠오름을 방지하고, 동시에 진동 등에 의해 벗겨지지 않는 제1 재 퇴적방지판(9)을 설치 가능하게 되기 때문에 촉매 블록(1,1)간의 재 퇴적을 최소로 할 수 있으며, 촉매 표면으로의 재 덩어리의 낙하 및 퇴적이 저감되고, 탈질 성능을 올릴 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 더하여, 촉매 블록(1)을 매달기 위한 서스펜션 러그(4)에 긴 구멍(4a)을 형성하고 있기 때문에, 제2 재 퇴적방지판(10)을 서스펜션 러그(4)의 긴 구멍(4a)에 관통시킨 걸어멈춤부재(5∼7)에 의해 탈착이 자유롭게 지지할 수 있으며, 서스펜션 러그(4)를 틀체(13) 등에 용접하는 것이 불필요하게 되고, 또 서스펜션 러그(4)를 용이하게 떼어낼 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예의 재 퇴적방지판을 촉매 블록 사이에 설치한 배연 탈질 장치의 일부 사시도이다.
도 2는, 도 1의 제1 재 퇴적방지판의 사시도이다.
도 3은, 도 1의 환틀(S1) 부분의 확대도이다.
도 4는, 도 3의 A-A선에서 본 도면이다.
도 5는, 도 1의 환틀(S2) 부분의 확대도이다.
도 6은, 도 5의 B-B선에서 본 도면이다.
도 7은, 도 1의 환틀(S3)의 확대도이다.
도 8은, 도 7의 C-C선에서 본 도면이다.
도 9는, 본 발명의 실시예의 배연 탈질 장치의 측면도이다.
도 10은, 종래의 재 퇴적방지판을 촉매 블록 사이에 설치한 배연 탈질 장치의 사시도와 그 부분 확대도이다.
도 11은, 도 10의 환틀(S1) 부분의 확대도이다.
도 12는, 도 10의 환틀(S2) 부분의 확대도이다.
도 13은, 도 10의 환틀(S3) 부분의 확대도이다.
이하에 본 발명의 실시예에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1에는 도 9의 배연 탈질 장치에 적용되는 본 실시예의 재 퇴적방지판을 구비한 복수의 촉매 블록(1)을 틀체(13)내에 수납한 경우의 사시도를 나타낸다.
도 1에 나타내는 예에서는 틀체(13)내에 촉매 유닛(2)이 상하 2단 편입되고, 6개의 촉매 유닛으로 1개의 촉매 블록(1)을 구성하고, 1개의 촉매 블록(1)이 틀체 (13)내에 마련된 복수의 구획내에 각각 병렬 배치되고 있다. 도 1에는 12개의 촉매 블록(1)이 틀체(13)내에 배치된 예를 나타내고 있으며, 12개의 촉매 블록(1)을 수납한 틀체(13)가 수직류 다운플로우로 되는 배기가스 더스트(16)를 횡단하는 방향으로 배치되고 있다.
도 9에 배연 탈질 장치의 측면도를 나타내도록 상기 12개의 촉매 블록(1)이, 배기가스 수직류 다운플로우가 흐르는 배기가스 더스트(16)내에 상하에 걸쳐 복수단 배치되고, 서포트 빔(14)에 지지된 틀체(13)내에 수용되어 배연 탈질 장치를 구성하고 있다.
배연 탈질 장치의 재 퇴적방지판의 구조는 서스펜션 러그(4)의 유무에 따라 다르다. 도 2∼도 4에는 서스펜션 러그(4)가 없는 제1 재 퇴적방지판(9)을 나타낸다. 도 2에는 도 1의 제1 재 퇴적방지판(9)의 사시도를 나타내고, 도 3에 도 1의 환틀(S1) 부분의 확대도를 나타내고, 도 4에는 도 3의 A-A선에서 본 도면을 나타낸다.
도 2와 도 4에 도시하는 바와 같이 제1 재 퇴적방지판(9)은 박판재(판두께 1.6㎜)로 이루어지며, 그 길이방향의 상부에는 산형의 정상부(頂上部:top portion)를 굽힘 가공에 의해 형성하고, 산형 정상부로부터 양측 벽부가 연직 방향 하부를 향해 마련되고, 그 양측벽의 하단부의 양단부에 수평방향으로 뻗은 훅(9a)을 구비한 부재이며, 인접하는 촉매 블록(1,1)의 간극을 메우는 위치에 복수개 배치되고 있다. 또, 도 3에 도시하는 바와 같이 촉매 블록(1)의 상부에는 프로텍터(11)가 배치되어 있다.
그리고, 그 프로텍터(11)의 하측과 촉매 블록(1)의 상부의 사이에 제1 재 퇴적방지판(9)의 훅(9a)을 찔러넣는 것만으로 제1 재 퇴적방지판(9)을 촉매 블록 (1,1)의 간극을 막을 수 있다. 프로텍터(11)와 촉매 블록(1)의 틀체(13)와의 사이에는 약 10㎜의 간극이 있고, 용이하게 삽입 가능하고 촉매 블록(1)의 프로텍터 (11)는 경량이기 때문에, 프로텍터(11)를 들어올려서 프로텍터(11)의 하측과 촉매 블록(1)의 상부의 사이에 제1 재 퇴적방지판(9)의 훅(9a)을 용이하게 삽입하여 설치할 수 있다. 훅(9a)은 고정되지 않고 프리한 것이기 때문에 제1 재 퇴적방지판 (9)의 설치 오차 및 열 팽창을 흡수하는 구조로 할 수 있다. 그 때문에 제1 재 퇴적방지판(9)을 현지에서 용이하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 보수시 또는 교환시에 용이하게 떼어낼 수 있다.
또, 도 5에는 도 1의 환틀(S2) 부분의 확대도를 나타내고, 도 6에는 도 5의 B-B선에서 본 도면을 나타낸다. 도 5는 2개의 제1 재 퇴적방지판(9)의 접속부분의 사시도이지만, 2개의 제1 재 퇴적방지판(9,9)의 맞대기부를 커버(12)로 덮고, 또 제1 재 퇴적방지판(9)이 설치되는 촉매 블록(1,1)의 간극과는 90도 어긋난 위치에 있는 촉매 블록(1,1)의 간극에 'ㄷ'자형의 박판재로 이루어지는 제2 재 퇴적방지판 (10)을 설치한다.
제2 재 퇴적방지판(10)은 도 1의 환틀(S3)의 확대도인 도 7(제2 재 퇴적방지판(10)은 도시하지 않는다)과 도 7의 C-C선에서 본 도면인 도 8에 도시하는 바와 같이 인접하는 2개의 촉매 블록(1,1)의 간극에 있는 틀체(13)에 지지된 서스펜션 러그(4)를 덮고, 동일하게 틀체(13)에 하단부가 서로 마주보는 지지된 'ㄷ'자형의 박판재로 이루어지며, 그 'ㄷ'자형의 박판재의 양측면과 형성된 관통구멍(10a)과 서스펜션 러그(4)의 구멍(4a)에 볼트(5)를 삽입하여 너트(6) 및 와셔(7,7,7)로 제2 재 퇴적방지판(10)이 걸어멈춰진다.
제2 재 퇴적방지판(10)의 관통구멍(10a)은 서스펜션 러그(4)의 구멍(4a)에 볼트(5)를 삽입한 후에, 와셔(7,7,7)로 막아지기 때문에 재가 빠져나갈 일은 없다. 그러나, 서스펜션 러그(4)의 구멍(4a)은 볼트(5)의 지름 보다 큰 지름을 갖는 긴 구멍이기 때문에, 볼트(5), 너트(6) 및 와셔(7)에 의한 걸어멈춤 위치는 용이하게 조정 가능할 뿐만 아니라, 제2 재 퇴적방지판(10)과 서스펜션 러그(4) 또는 촉매 블록(1,1)의 열 팽창율에 차이가 있어도, 그것을 흡수할 수 있다.
도 10에 나타내는 종래의 재 퇴적방지 구조에서는, 촉매 블록(1)의 서스펜션 러그(17)나 환강(19)의 R부나 산형강(18)의 경사부 회전은 장기 운전시, 덩어리로 되고 촉매 폐색에 의하여 탈질 성능을 저하시킬 가능성이 있는 재의 부착·퇴적이 확인되었다.
한편, 본 실시예의 산형 구조의 제1 재 퇴적방지판(9)이나 'ㄷ'자 형상의 제2 재 퇴적방지판(10)에서는, 온도변화 및 진동에 의한 깨짐이나 재 퇴적은 발견되지 않았다. 또, 배기가스 누설은 발견되지 않았다. 게다가, 촉매 블록(1)의 충전 및 교환시의 현지 용접 작업 및 철거 작업 등이 불필요하고 현지 공수가 저감될 수 있었다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명은 주로 화력발전용 보일러의 탈질 장치용으로 적용 가능하고 설치 요령이 간편하며 용접이 불필요하기 때문에 촉매량이 많고 단기간에서의 충전 작업 공사기간의 경우에도 유효하게 이용할 수 있다.
1 : 촉매 블록 2 : 촉매 유닛
3 : 배연 탈질 장치 4 : 촉매 블록 서스펜션 러그
4a : 긴 구멍 5 : 볼트
6 : 너트 7 : 와셔
9 : 제1 재 퇴적방지판 9a : 훅
10 : 제2 재 퇴적방지판 10a : 관통구멍
11 : 프로텍터 12 : 커버
13 : 틀체 14 : 서포트 빔
16 : 배기가스 더스트 17 : 서스펜션 러그(종래)
18 : 산형강(종래) 19 : 환강(종래)

Claims (3)

  1. 촉매 유닛(2)이 편입된 촉매 블록(1)을 복수개 마련하고, 연소장치로부터 배출하여 수직류 다운플로우로 되는 배기가스를 처리하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치로서,
    각 촉매 블록(1)은 틀체(13)에 수납되고,
    인접하는 촉매 블록(1,1)의 틀체(13,13) 사이의 간극에 슬라이드 가능한 제1 재(灰) 퇴적방지판(first ash accumulation baffle plate:9)과 제2 재 퇴적방지판(10)을 설치하고,
    상기 제1 재 퇴적방지판(9)의 상부는 산형(山型) 구조(angle structures)이고, 또한 제1 재 퇴적방지판(9)의 하단부는, 틀체(13) 상에 놓여짐과 동시에 그 상면에 촉매 블록(1,1)의 프로텍터(11)가 놓여지는 훅(hook:9a)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 재 퇴적방지판(10)은 측면에 관통구멍(10a)를 가지고,
    긴 구멍(4a)을 가지는 서스펜션 러그(suspension rug:4)가, 인접하는 촉매 블록(1,1)의 간극에 있는 틀체(13)에 지지되며,
    상기 제2 재 퇴적방지판(10)의 관통구멍(10a) 및 서스펜션 러그(4)의 긴 구멍(4a)에 걸어멈춤부재(5,6,7)를 관통시켜 제2 재 퇴적방지판(10)을 탈착이 자유롭게 지지한 것을 특징으로 하는 수직류 다운플로우형 배연 탈질 장치.
  3. 삭제
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