KR101555536B1 - 유동 제어 그리드 - Google Patents

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KR101555536B1
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Abstract

유동 제어 그리드는 서로 연결된 복수의 채널 조립체들을 포함한다. 각각의 채널 조립체들은 유동 직선화 섹션과 유동 선회 섹션을 형성한다. 유동 선회 섹션은 아치형 세그먼트와 제 1 실질적으로 평탄한 세그먼트를 가진다. 제 1 실질적으로 평탄한 세그먼트는 유동 직선화 섹션에 위치된다. 아치형 세그먼트는 유동 직선화 섹션으로부터 외부를 향해 연장한다.

Description

유동 제어 그리드{FLOW CONTROL GRID}
본 발명은 유동 제어 그리드에 관한 것이고, 특히 복수의 유동 채널 조립체들을 갖는 유동 직선화 섹션(flow straightening section), 및 유체 유동의 방향에서 변화를 유발하고 유동 제어 그리드의 출구를 가로질러 균일한 유동 속도 프로파일을 전개하도록 유동 직선화 섹션으로 연장하고 협력하는 복수의 선회 베인을 갖는 유동 선회 섹션(flow turning section)을 포함하는 유동 제어 그리드에 관한 것이다.
전세계에서 사용되는 에너지의 대부분은 석탄, 석유 및 천연 가스와 같은 탄소 및 수소 함유 연료의 연소로부터 파생된다. 탄소 및 수소에 부가하여, 이러한 연료들은 산소, 습기 및 오염물을 함유한다. 연료 가스는 연료 연소의 부산물이고, 재, 황(흔히 "SOx"로서 지칭되는 이산화황의 형태를 하는), 질소 화합물(흔히 "NOx"로서 지칭되는 이산화질소의 형태를 하는), 염소, 수은, 및 다른 미량 원소들을 함유할 수 있다. 연소 동안 방출되는 오염물의 해로운 효과에 관한 인식은 발전소, 정제 공장, 및 다른 산업 공정으로부터 방출에서의 한층 엄중한 제한의 집행을 유발한다. 거의 제로에 근접한 오염물 방출을 성취하도록 이러한 플랜트의 작업자에게 압력이 증가한다.
거의 제로에 근접한 오염물을 성취하고 싶은 바람에 응답하여 많은 공정 및 시스템이 개발되었다. 시스템과 공정들은 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템(selective catalytic reduction(SCR) system), 탈황 시스템(습식 연도 가스 탈황("WFGD") 및 건식 연도 가스 탈황("DFGD")으로서 공지된), 입자 필터(예를 들어, 백 하우스(bag houses), 집진기 등을 포함하는)뿐만 아니라 연도 가스로부터 오염물을 흡수하는 하나 이상의 흡착제를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상업적인 SCR 시스템의 고체 촉매 표면상에서 화학 반응은 NOx를 N2로 변환한다. 전형적으로, 고체 촉매는 연도 가스가 그리드를 통해 유동하고 촉매와 반응하는 것을 허용하도록 구성된 그리드에 형성된 기질 상에 침착된다. SCR 시스템이 가진 하나의 문제는 촉매의 활성도가 온도 및 연도 가스 구성 성분에 의존하고 시간이 흐르면서 악화된다는 것이다. 예를 들어, 촉매는 그리드의 부분을 통한 국부적인 고속도의 연도 가스에 의해 유발되는 부식으로 인하여 빠른 시기에 교체를 요구할 수 있다. 그러나, 그리드로 들어가는 연도 가스의 속도를 제어하는 것은, 전형적으로 연도 가스가 한 측면에서부터 대체로 수평으로 SCR로 들어가고 그리드의 입구에서 아래 방향으로 선회하여 변경하여야만 하기 때문에 어려울 수 있다. 연도 가스의 방향을 변경하고 그리드로 들어가는 연도 가스의 균일한 속도 프로파일을 확립하도록 시도하기 위한 장치는 전형적으로 크고 SCR의 높이를 상당히 증가시킨다. 이러한 장치는 무겁고, 설치가 어려우며, 증가된 SCR 높이는 비용의 증가를 초래한다.
따라서, 유체 유동의 방향을 변경하고 그리드의 출구에서 상당히 균일한 속도 프로파일을 생성할 수 있는 더욱 콤팩트하고 효과적인 유동 제어 그리드에 대한 필요성이 있다.
본 명세서에 예시된 양태들에 따라서, 서로 연결된 복수의 채널 조립체들을 포함하는 유동 제어 그리드가 제공된다. 각각의 복수의 채널 조립체는 유동 직선화 섹션과 유동 선회 섹션을 형성한다. 유동 선회 섹션은 아치형 세그먼트와 제 1 실질적으로 평탄한 세그먼트를 가진다. 제 1 실질적으로 평탄한 세그먼트는 유동 직선화 섹션에 위치된다. 아치형 세그먼트는 유동 직선화 섹션으로부터 외부를 향해 연장한다.
본 명세서에 개시된 다른 양태에 따라서, 후드 섹션과 유체 연통하는 입구 덕트를 포함하는, 유체 속도를 제어하기 위한 도관이 제공된다. 도관은 계단 구성으로 후드 섹션에서 가로질러 연장하는 유동 제어 그리드를 포함한다. 도관은 서로 연결된 복수의 채널 조립체들을 또한 포함한다. 각각의 복수의 채널 조립체는 유동 직선화 섹션과 유동 선회 섹션을 형성한다. 유동 선회 섹션은 아치형 세그먼트와 실질적으로 평탄한 세그먼트를 가진다. 실질적으로 평탄한 세그먼트는 유동 직선화 섹션에 위치되고, 아치형 세그먼트는 유동 직선화 섹션으로부터 외부를 향해 연장한다.
상기 및 다른 특징들은 다음의 도면 및 상세한 설명에 의해 예시화된다.
본 발명에 따른 유동 제어 그리드는 석탄과 같은 재 함유 연도가스를 보다 적은 범위로 방출하는 노 및 오일 연소로에서 사용하기 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 반응기에서 유용성을 가진다. 이러한 SCR에서, 유동 제어 그리드에서 생성된 균일한 각속도 프로파일은 SCR의 효율을 개선하고, 높은 국부화된 유동 속도에 의해 유발되는 부식을 감소시킨다. 본 발명의 이점은 재료 및 인건비를 상당히 절약하는 것과 함께 보다 적은 건설 자재 및 지지 강재를 유발하는 SCR 반응기 높이의 감소이다.
도 1은 선택적 촉매 환원(SCR) 반응기를 포함하는 발전 시스템의 개략도.
도 2는 유동 제어 그리드가 설치되는 SCR의 측면도.
도 3은 도 2의 단면 3-3을 취한, 도 2의 유동 제어 그리드의 일부의 평면도.
도 4는 도 3의 유동 제어 그리드의 일부의 확대도.
도 5는 그리드의 입구로부터 거리의 함수로서 유동 제어 그리드를 빠져나가는 유체 유동의 정격화된 속도의 속도 프로파일 그래프.
도 6은 입구로부터 그리드까지 거리의 함수로서 유동 제어 그리드를 빠져나가는 유체의 접근각의 그래프.
이제 도 1을 참조하여, 무연탄 화력 발전소와 같은 발전소가 도면부호 10으로 지시된다. 발전소(10)는 연소실(14)을 형성하는 노(12)와, 연소실의 하류측에 위치된 연도 가스 배기 섹션(16)을 포함한다. 연도 가스 배기 섹션(16)은 도관(20)에 의해 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 반응기(18)와 유체 연통하고 이에 결합된다. 도관(20)은 배기 섹션(16)의 출구(22)와 SCR 반응기(18)의 입구(24) 사이에 연결된다. SCR 반응기(18)는 공기 예열기(28)와 유체 연통하는 출구(26)를 형성한다. 전기 집진기(30)는 공기 예열기(28)와 유체 연통하고 그 하류측에 위치된다. 연도 가스 탈황 시스템(32, Flue Gas Desulfurization System, FGDS)은 전기 집진기(30)와 유체 연통하고 그 하류측에 위치된다. 스택(34)은 FGDS(32) 및 유도 통풍 팬(33)과 유체 연통하고 그 하류측에 위치된다.
SCR 반응기(18)는 출구(26)에 인접하여 위치되고 이와 유체 연통하는 하부 하류측 단부를 갖는 본체 섹션(18A)을 형성한다. SCR 반응기(18)는 입구(24)에 인접하여 위치되고 이와 유체 연통하는 후드 섹션(18B)을 또한 형성한다. 2개의 촉매 그리드(36)들은 SCR 반응기(18)에 의해 형성된 내부 영역(18C)에 위치된다. 촉매 그리드(36)들은 그리드를 관통하여 연장하는 복수의 유동 경로(36A)를 가진다. 촉매 물질(36B)은 다른 그리드(46)로부터 주입된 암모니아와 함께 촉매 그리드(36)들을 통하여 유동하는 연도 가스가 촉매 물질에 노출되어 이와 반응하여 연도 가스로부터 NOx와 같은 오염물을 제거하도록 촉매 그리드(36)의 표면 상에 배치된다.
SCR 반응기(18)는 입구(24)의 하류측 및 촉매 그리드(36)의 상류측에서 그 위에 있는 후드 섹션(18B)에 위치된 유동 제어 그리드(40)를 또한 포함한다. 유동 제어 그리드(40)는 유동 제어 그리드(40)의 하부 세그먼트(예를 들어, 하류측)에 위치된 유동 직선화 섹션(42)을 형성한다. 유동 제어 그리드(40)는 또한 유동 선회 섹션(44)을 포함한다. 유동 선회 섹션(44)은 유동 직선화 섹션(42)으로부터 외부를 향해 연장하고 그 위에(예를 들어, 그 상류측) 위치된 제 1 세그먼트(44A)와, 직선화 섹션(42)에 위치되어 그 부분을 구성하는 제 2 세그먼트(44B)를 포함한다. 유동 제어 그리드(40)는 유체 유동의 방향으로 90°변경을 유발하고 유동 제어 그리드의 출구(40B)를 가로질러 균일한 유동 속도 프로파일을 전개하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2를 참조하여, 유체 유동의 방향은 도관(20)에서 X-축으로 지정된 축에 대체로 평행한 제 1 방향(F1)으로부터 유동 제어 그리드(40) 아래의 제 2 방향(F2)으로 변경된다. 유체는 도관(20)과 출구(40B) 사이의 화살표(F3)의 일반적인 방향으로 유동한다. 제 1 방향(F1)은 제 2 방향으로부터 90° 지향되고, 대체로 Z-축으로 지정된 축에 평행하다. 유동 제어 그리드(40)가 유동의 방향에서의 90°변경에 영향을 주도록 도시되고 기술되었지만, 유동 제어 그리드가 90°보다 크거나 또는 작은 크기를 갖는 것들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 크기의 유동 방향으로 변경을 위해 구성될 수 있기 때문에, 본 발명은 이에 관하여 한정되지 않는다.
도 2를 참조하여, 제 1 기준선(R1)과 제 2 기준선(R2) 사이의 각도(S)에 의해 한정된 경사를 갖는 계단 구성으로 후드 섹션(18B)에 위치된 16개의 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)를 갖는 제어 그리드(40)가 도시된다. 한 실시예에서, 각도(S)는 약 8 내지 약 12°이다. 각각의 채널 조립체(52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)는 채널 조립체(52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)의 각각의 입구(24)측에 인접하고 입구측 상의 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64 및 65)의 각각으로부터 화살표(T)의 방향으로(예를 들어, 위를 향해) 편심된다. 예를 들어, 채널 조립체(52)는 거리(G)만큼 화살표(T)에 의해 지시된 방향으로 채널 조립체(51)로부터 편심된다. 제어 그리드(40)가 후드 섹션(18B)에 위치된 16개의 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)를 갖는 것으로서 도시되고 기술되었지만, 본 발명은 임의의 수의 채널 조립체들이 채택될 수 있으며 이에 관하여 한정되지 않는다. 각도(S)는 실제의 덕트 치수에 따라서 변할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유동 채널(51, 52, 53 및 54)들은 SCR 반응기(18)의 제 1 측부(18F)에 고정되어 이로부터 연장하여 SCR 반응기의 제 2 측부(18B)에서 종료하고 이에 고정된다. 유동 채널(51, 52, 53 및 54)에 대해 도 3에 도시된 것과 유사하게, 유동 채널(55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)들 또한 유동 채널 조립체(51, 52, 53 및 54)들에 대해 기술되고 도시된 것과 유사하게 SCR 반응기(18)의 제 1 측부(18F)에 고정되어 이로부터 연장하여 SCR 반응기의 제 2 측부(18B)에서 종료하고 이에 고정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)들은 입구(24)에 인접한 영역(40S)으로부터 시작하는 계단 구성으로 배열된다. 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)의 단부면(68)들은 화살표(U)의 일반적인 방향으로 후드 섹션(18B)의 제 1 측부(18F) 및 제 2 측부(18R)를 가로질러 후드 섹션(18B)의 모서리(40T)에 인접하여 종료하도록 대각으로 위치된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 플레이트(72)들은 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)를 가로질러 횡으로 연장하고 채널 조립체들을 지지한다. 각각의 플레이트(72)의 한쪽 가장자리(72E)는 후드 섹션(18B)에 의해 형성된 내부면(18T)에 고정된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 입구(24)에 인접한 유동 채널 조립체(51)는 선회 베인(51A)과, 서로 실질적으로 평행하게 위치되고 거리(W1)만큼 서로로부터 이격된 5개의 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F)들을 포함한다. 각각의 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F)는 실질적으로 평탄하고 높이(H)와 두께(W3)를 가진다. 선회 베인(51A)은, 1) 제 1 지점(77)과 제 2 지점(75) 사이에서 연장하는 제 1 실질적으로 직선인 섹션(51J); 2) 제 2 지점(75)과 제 3 지점(74) 사이에서 연장하고 곡률 반경(R5)을 갖는 아치형 세그먼트(51K); 및 3) 제 3 지점(74)으로부터 연장하고 제 4 지점(76, 즉 평탄 섹션(51L)의 원위 단부)에서 종료하는 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(51L)에 의해 형성된다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(51L)은 기준선(R3)에 대해 각도(A2)만큼 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F)로부터 멀리 기울어진다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(51L)과 아치형 세그먼트(51K)는 거리(W2)만큼 화살표(T2)에 의해 지시된 방향으로 입구(24)를 향해 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F) 위에서 연장한다. 한 실시예에 있어서, 거리(G)는 높이(H)의 약 1/3이다. 한 실시예에서, 거리(W2)는 거리(W1)의 5배에 두께(W3)의 약 5배를 더한 것과 거의 같다. 한 실시예에서, 각도(A2)는 약 10°이다. 한 실시예에서, 거리(W1)는 약 4인치이다. 각도(A2)가 약 10°인 것으로 기술되었지만, 본 발명은 각도(A2)가 10°보다 크거나 또는 작은 것을 포함하는 다른 크기가 될 수 있으며 이에 관하여 제한하되지 않는다. 비록 거리(W1)가 약 4인치로서 기술되었지만, 거리(W1)는 4인치보다 크거나 또는 작은 크기일 수 있다.
인접한 쌍의 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F)들은 그 사이에 유동 경로(70, 즉 직사각형 단면을 갖는 유동 경로)들을 형성한다. 제 1 실질적으로 직선인 섹션(51J)과 유동 플레이트(51B)는 그 사이에 또 다른 유동 경로(70)를 형성한다. 각각의 유동 경로(70)는 입구 평면(79)과 출구 평면(80) 사이에서 연장한다. 선회 영역(78)은 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(51L), 아치형 세그먼트(51K), 및 입구 평면(79) 사이에서 형성된다. 선회 영역(78)에서, 방향(F1)으로 유동하는 유체는 화살표(F3)에 의해 도시된 바와 같이 곧장 방향(F2)으로 90°선회된다.
제 4 지점(76)은 입구 평면에 대해 직각인 선을 따라서 측정된 거리(H2)만큼 화살표(T)에 의해 지시된 방향으로 입구 평면(79)으로부터 이격된다. 유동 채널 조립체(51)는 유동 플레이트(51B, 51C, 51D, 51E 및 51F)의 거리(H2)와 높이(H)의 합과 같은 전체 높이(H3)를 가진다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 유동 채널 조립체(51, 53)들 사이에 위치된 유동 채널 조립체(52)는 선회 베인(52A)과, 서로 실질적으로 평행하게 위치되고 거리(W1)만큼 서로로부터 이격된 8개의 유동 플레이트(52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H 및 52I)들을 포함한다. 각각의 유동 플레이트(52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H 및 52I)들은 실질적으로 평탄하고 높이(H)를 가진다. 선회 베인(52A)은 1) 제 1 지점(77)과 제 2 지점(75) 사이에서 연장하는 제 1 실질적으로 직선인 섹션(52J); 2) 제 2 지점(75)과 제 3 지점(74) 사이에서 연장하고 곡률 반경(R5)을 갖는 아치형 세그먼트(52K); 및 3) 제 3 지점(74)으로부터 연장하고 제 4 지점(76)에서 종료하는 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(52L)에 의해 형성된다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(52L)은 기준선(R3)에 대해 각도(A2)만큼 유동 플레이트(52B, 52C, 52D, 52E 및 52F)로부터 멀리 기울어진다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(52L)과 아치형 세그먼트(52K)는 거리(W2)만큼, 입구(24)를 향해 유동 플레이트(52B, 52C, 52D, 52E 및 52F) 위에서 연장한다.
인접한 쌍들의 유동플레이트(52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H 및 52I)들은 그 사이에 유동 경로(70)들을 형성한다. 제 1 실질적으로 직선인 섹션(52J)과 유동 플레이트(52B)는 그 사이에 또 다른 유동 경로(70)를 형성하고; 제 1 실질적으로 직선인 섹션(51J)과 유동 플레이트(52I)는 그 사이에 또 다른 유동 경로(70)를 형성한다. 각각의 유동 경로(70)는 입구 평면(79)과 출구 평면(80) 사이에서 연장한다. 선회 영역(78)은 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(52L), 아치형 세그먼트(52K), 및 입구 평면(79) 사이에서 형성된다. 선회 영역(78)에서, 방향(F1)으로 유동하는 유체는 방향(F2)으로 90°선회된다. 제 4 지점(76)은 입구 평면에 대해 직각인 선을 따라서 측정된 거리(H2)만큼 화살표(T)에 의해 지시된 방향으로 입구 평면(79)으로부터 이격된다. 유동 채널 조립체(52)는 유동 플레이트(52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H 및 52I)들의 거리(H2)와 높이(H)의 합과 같은 전체 높이(H3)를 가진다.
각각의 유동 채널 조립체(53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64 및 65)는 유동 채널 조립체(52)와 유사하게 구성된다. 유동 채널 조립체(66)는 유동 채널 조립체(51)와 유사하게 구성된다. 따라서, 동일한 구성 요소는 동일한 도면부호 및 문자가 할당된다. 예를 들어, 유동 채널 조립체(53)는 선회 베인(53A)과, 실질적으로 서로 평행하게 위치되고 거리(W1)만큼 서로로부터 이격된 8개의 유동 플레이트(53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H 및 53I)들을 포함한다. 각각의 유동 플레이트(53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H 및 53I)는 실질적으로 평탄하고 높이(H)를 가진다. 선회 베인(53A)은, 1) 제 1 지점(77)과 제 2 지점(75) 사이에서 연장하는 실질적으로 직선인 섹션(53J); 2) 제 2 지점(75)과 제 3 지점(74) 사이에서 연장하고 곡률 반경(R5)을 갖는 아치형 세그먼트(53K); 및 3) 제 3 지점(74)으로부터 연장하고 제 4 지점(76)에서 종료하는 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(53L)에 의해 형성된다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(53L)은 각도(A2)만큼 유동 플레이트(53B, 53C, 53D, 53E 및 53F)로부터 멀리 기울어진다. 제 2 실질적으로 평탄한 섹션(53L)과 아치형 세그먼트(53K)는 거리(W2)만큼, 입구(24)를 향하여 유동 플레이트(53B, 53C, 53D, 53E 및 53F) 위에서 연장한다. 유동 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)는 각각 거리(H2)와 높이(H)의 합과 같은 전체 높이(H3)를 가진다.
도 2 및 도 4를 참조하여, 유동 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)는 거리(W1)에 의해 나누어진 높이(H)와 같은 제 1 종횡비(A1, aspect ratio)를 각각 형성한다. 한 실시예에서, 제 1 종횡비(A1)는 약 3 내지 약 4.5와 같다. 제 1 종횡비(A1)가 약 3 내지 약 4.5와 같은 것으로서 기술되지만, 본 발명은 제 1 종횡비가 다음의 범위 2 내지 9를 포함하지만 이를 제한하지 않고 다른 크기가 될 수 있다.
실질적인 컴퓨터 유체 역학 분석이 본 발명자들에 의해 수행되었으며, 종래의 로직에 반하여, 약 3 내지 약 4.5의 제 1 종횡비(A1)를 갖는 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66)가 보다 높은 종횡비를 갖는 그리드와 비교하여 보다 균일한 유동 속도 프로파일과 유동 각도를 초래한다는 것을 확인하였다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 제 1 유동 분배 어레이(82)는 도관(20)과 후드 섹션(18B)에 위치되며; 제 2 유동 분배 어레이(84)는 입구(24)의 상류측에 있는 도관(20)에 위치된다. 제 1 유동 분배 어레이(82)는 각각 지름(D9)을 갖는 튜브(86)와 같지만 이에 한정되지 않는 실질적으로 원통형인 부재 12개가 놓인 제 1 열(82A)과, 각각 지름(D10)을 갖는 튜브(86)와 같지만 이에 한정되지 않는 실질적으로 원통형인 부재 13개가 놓인 제 2 열(82B)에 의해 형성된다. 튜브(86)들 중 하나는 후드 섹션(18B)에 위치된다. 열(82A, 82B)들은 거리(W5)만큼 서로로부터 이격되고 기준선(R9)에 대해 각도(S9)만큼 경사진다. 한 실시예에서, 지름(D9)은 약 2인치이며, 공간(W5)은 약 6인치이며 각도(S9)는 약 45°이다. 제 2 유동 분배 어레이(84)는 지름(D10)을 갖는 튜브(85)들과 같지만 이에 한정되지 않는 4개의 실질적으로 원통형인 부재들에 의해 형성된다. 튜브(85)들은 2개의 열(84A, 84B)들로 배열되고, 열(84A)에 있는 튜브(85)들 중 2개는 열(84B)에 있는 튜브(85)들 위에 위치된다. 튜브(86 및 85)들은 도관(20)의 제 1 측부(20F)와 제 2 측부(20R) 사이에서 연장하고 이 측부들에 고정된다. 튜브(86)들 중 하나는 후드 섹션(18B)의 제 1 측부(18F)와 제 2 측부(18R) 사이에 위치되고 이 측부들에 고정된다. 제 1 유동 분배 어레이(82)와 제 2 유동 분배 어레이(84)는 입구(24)에 인접한 유동 채널 조립체(51)에 들어가는 속도를 감소시키는데 유용성을 가진다. 튜브(86)들 중 하나가 후드 섹션(18B)에 위치되는 것으로서 기술되고 도시되었지만, 본 발명은 임의의 수의 튜브들이 후드 섹션 및/또는 도관(20)에 위치될 수 있으며 이에 관하여 제한하지 않는다.
SCR 반응기(18)의 동작 동안, 연도 가스는 배기 섹션(16)으로부터 화살표(F1)의 일반적인 방향으로 도관(20) 내로 유동한다. 연도 가스는 후드 섹션(18B)을 통해 화살표(F3)의 일반적인 방향으로 유동 제어 그리드 내로 진행한다. 유동 분배 어레이(82, 84)들은 각각의 유동 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66) 내로 실질적으로 균일하게 유동을 분배한다. 연도 가스의 유동 방향은 선회 영역(78)들에서 90°까지 변경되고, 그런 다음 유동 경로(70)들을 통해 유동한다. 연도 가스는 화살표(F2)의 일반적인 방향으로 유동 경로(70)들을 빠져나간다. 유동 채널 조립체(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66) 및/또는 유동 분배 어레이(82 및 84)들은 촉매 그리드(36)로의 입장을 위하여 지점(40V)으로부터 또 다른 지점(40W)으로 유동 채널 조립체들의 하류측에서 실질적으로 균일한 유동 속도 프로파일을 생성하도록 협력한다. 균일한 유동 속도 프로파일은 각각의 유동 경로(70)를 빠져나가는 연도 가스의 정격화된 속도에 관해 본 명세서에서 기술된다. 정격화된 속도는 지점(40V)과 지점(40W) 사이의 복수의 지점에서 유체 유동의 속도의 평균에 의해 나누어진 특정 지점에서의 속도로서 본 명세서에서 정의된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 정격화된 속도는 V-축 상에 도시되고, 지점(40V)으로부터 지점(40W)까지의 거리의 백분율은 X-축 상에 도시된다. 한 실시예에서, 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 정격화된 속도는 약 0.85 내지 약 1.35이다. 특히, 지점(40V)으로부터, 지점(40V)으로부터 지점(40W)까지의 거리(X1)의 약 17%의 거리에 위치된 지점(40X)까지, 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 정격화된 속도는 약 0.85 내지 약 1.35이며; 지점(40X)로부터 지점(40W)까지, 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 정격화된 속도는 약 0.85 내지 약 1.1 또는 약 0.09 내지 약 1.1이다.
도 2, 도 4 및 도 6을 참조하여, 한 실시예에서, 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 속도는 Z-축에 대해 각도(θ)만큼이다. 각도(θ)는 음의 X 성분 Vx(-) 및 Vz 성분을 갖는 유체 벡터에 대해 음(negative)이다. 각도(θ)는 양의 성분 Vx(+) 및 Vz 성분을 갖는 유체 벡터에 대해 양이다. 도 6은 θ-축 상에 도시된 각도(θ)와 X-축 상에 지점(40V)으로부터 지점(40W)까지의 거리의 백분율이 도시된 그래프이다. 한 실시예에서, 복수의 지점들과의 출구 평면(80)에 근접하여 유동 경로(70)들을 빠져나가는 연도 가스의 각도(θ)는 기준선(Vz) Z-축(예를 들어 수직)의 +/- 15°내에 있다.
유동 제어 그리드는 그 출구에서 실질적으로 균일한 속도 프로파일에 영향을 주도록 동작 가능하다. 한 실시예에서, 실질적으로 균일한 속도 프로파일은 약 0.85과 1.1 사이의 복수의 값을 갖는 정격화된 속도의 최대 편차에 의해 정의된다. 한 실시예에서, 출구(42)에서 균일한 속도 프로파일은 기준선(Vz)으로부터 약 +/- 15°의 범위 내에 있는 방향을 갖는 각속도 벡터에 의해 정의된다. 유동 제어 그리드는 석탄과 같은 재 함유 연도가스를 보다 적은 범위로 방출하는 노 및 오일 연소로에서 사용하기 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 반응기에서 유용성을 가진다. 이러한 SCR에서, 유동 제어 그리드에서 생성된 균일한 각속도 프로파일은 SCR의 효율을 개선하고, 높은 국부적인 유동 속도에 의해 유발되는 부식을 감소시킨다. 본 발명의 이점은 재료 및 인건비를 상당히 절약하는 것과 함께 보다 적은 건설 자재 및 지지 강재를 유발하는 SCR 반응기 높이의 감소이다.
용어 "제 1", "제 2" 등은 임의의 순서, 품질, 또는 중요도를 인용하지 않고, 오히려 하나의 요소를 다른 요소와 구별하도록 사용된다. "단수 표현"은 양의 제한을 인용하지 않고, 오히려 참조된 물품 중 적어도 하나의 존재를 인용한다.
본 발명이 다양한 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 다양한 변형이 만들어질 수 있고 등가물이 그 요소를 대체할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 부가하여, 많은 변경들이 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 교시에 특정 상황 및 재료를 적응하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 한정되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 놓이는 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
10 : 발전소 12 : 노
14 : 연소실 16 : 연도 가스 배기 섹션
18 : 선택적 촉매 환원 반응기 20 : 도관
28 : 공기 예열기 30 : 전기 집진기
32 : 노 가스 탈황 시스템 33 : 유도 통풍 팬
36 : 촉매 그리드 40 : 유동 제어 그리드
42 : 유동 직선화 섹션 44 : 유동 선회 섹션
51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 및 66 :
채널 조립체
70: 유동 경로

Claims (19)

  1. 유체 유동의 방향을 변경하며 균일한 유동 속도를 전개하기 위한 유동 제어 시스템으로서,
    상기 유동 제어 시스템은, 계단 구성으로 배치된 복수의 채널 조립체들을 포함하며;
    상기 유체 유동의 일부분을 받기 위한 각각의 채널 조립체는, 복수의 유동 플레이트를 포함한 유동 직선화 섹션과, 상기 유동 직선화 섹션의 상류에 배치된 유동 선회 섹션을 포함하고;
    상기 유동 플레이트들은 서로에 대해 평행하게 이격되어 위치하며, 이격된 유동 플레이트들 사이에 각자의 유동 경로를 형성하고;
    상기 유동 선회 섹션은 상기 유체 유동의 각각의 일부분을 상기 유동 직선화 섹션으로 지향하기 위한 선회 베인을 포함하고, 상기 선회 베인은 상기 유동 직선화 섹션으로부터 상류로 외부를 향해 연장하는 아치형 세그먼트를 갖는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 입구 도관이 후드 섹션과 유체 연통하고,
    상기 복수의 채널 조립체들은 상기 후드 섹션을 가로질러 연장하고,
    상기 채널 조립체들은 8 내지 12도의 각도로 형성된 기울기를 갖는 계단 구성으로 배열되거나,
    계단 구성으로 배열된 상기 채널 조립체들은 각각 인접한 채널 조립체로부터 유동 플레이트의 높이의 1/3 거리만큼 각각 편심되는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 각각의 선회 베인은 각자의 유동 직선화 섹션과 접촉하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 베인은 상기 아치형 세그먼트의 하류측에 배치되고 상기 유동 직선화 섹션에 배치되는 제1 평탄한 세그먼트를 포함하여, 상기 선회 베인의 제1 평탄한 세그먼트가 상기 유동 직선화 섹션에서 유동 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 직선화 섹션은 제 1 높이를 가지며, 상기 유동 플레이트들은 제 1 폭만큼 서로로부터 이격되고, 제 1 높이 나누기 제 1 폭은 종횡비를 형성하고, 상기 종횡비는 3 내지 4.5의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 선회 섹션은 상기 아치형 세그먼트로부터 상류로 연장하는 제 2 평탄한 섹션을 형성하고, 각각의 유동 선회 베인의 상기 제 2 평탄한 섹션은 각자의 유동 직선화 섹션의 폭의 일부분만을 위로 연장하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 베인은 상기 선회 베인을 통하여 흐르는 유체의 방향을 90°만큼 변경하도록 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 조립체들의 상류측에 위치된 적어도 하나의 유동 분배 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 분배 어레이는 도관을 가로질러 연장하는 적어도 하나의 원통형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택적 촉매 환원 반응기에 배치되어 있는 유동 제어 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 직선화 섹션은 제 1 높이를 가지며, 상기 유동 플레이트들은 제 1 폭만큼 서로로부터 이격되고, 상기 제 1 높이 나누기 제 1 폭은 종횡비를 형성하고, 상기 종횡비는 2 내지 9의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 플레이트들은 수직방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유동 분배 어레이는 도관 또는 후드 섹션, 또는 도관 및 후드 섹션 내에 배치되고, 그리고 경사진 형태로 도관을 가로질러 연장하는 복수의 이격된 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 제2 유동 분배 어레이는 상기 제1 유동 분배 어레이의 하류측에 배치된 복수의 이격된 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 시스템.
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