KR101561260B1 - 최소 면적 설치용 scr반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 최소 면적 설치용 SCR반응기는 보일러에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제 1통로와 상기 제 1통로로부터 수직하게 절곡형성된 제 2통로로 구성되어, 상기 배기가스를 운반하는 덕트부, 상기 덕트부의 일측에 삽입 설치되어, 일단은 상기 제 1통로의 내부와 연통하는 제 1유입구가 형성되고, 타단은 상기 배기가스를 외부로 유도하는 제 2유입구가 형성된 제 1프레임, 상기 제 1프레임의 타단으로부터 수직하게 형성되어, 상면은 개구되고 4개의 측면 중 하나의 측면이 상기 제 2유입구와 연통 형성된 제 2프레임, 상기 제 1프레임의 일단으로부터 수직하게 형성되어, 일단은 상기 제 2통로의 내부와 연통하는 제 3유출구가 형성되고, 타단은 상기 제 2프레임의 일측과 수직하게 형성되는 제 3프레임, 상기 제 2프레임의 상측에 삽입 설치되어, 하측에 상기 제 2프레임의 내부와 연통하는 제 1유출구가 형성되고, 상측에 상기 제 3프레임의 내부와 연통하는 제 2유출구가 형성되며, 상기 제 1유출구에 상기 배기가스의 유동제어를 위한 배플(baffle)이 구비되어, 상기 배플(baffle)을 통해 상기 배기가스가 지나면서 내부에 구비된 SCR촉매와 접촉하여 탈질반응을 일으키는 반응기본체를 포함하고, 상기 배기가스는 상기 제 1통로와 연통된 상기 제 1유입구를 통해 상기 제 1프레임의 내부로 유입되고 상기 제 1프레임의 길이방향을 따라 하강하여 상기 제 2유입구를 통해 외부로 배출되고, 상기 제 1유출구를 통해 상기 반응기본체의 내면을 따라 상승하여 상기 제 2유출구를 통해 상기 3프레임 내부로 유입되고 상기 제 3유출구를 통해 상기 제 2통로 배출되도록 하여 상기 배기가스의 내부 체류시간을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

Description

최소 면적 설치용 SCR반응기{SCR REACTOR FOR MINIUM AREA INSTALLATION}
본 발명은 최소 면적 설치용 SCR반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR탈질시스템에서 덕트 상에 삽입할 수 있는 형태로 기존 설비물의 이동이 불필요하고, 탈질 효율을 극대화시키기 위한 체류시간을 증가시킬 수 있는 최소 면적 설치용 SCR반응기에 관한 것이다.
국내외적으로 대기오염물질 배출을 저감하기 위한 노력의 일환으로 관련법령의 개정과 대기환경보전법의 시행규칙이 개정 보완되어 오염규제가 강화되고 있다.
이러한 법률개정조치들은 대기오염물질 배출규제에 매우 효과적이어서 주요 대기오염물질의 배출을 획기적으로 저감시키는 역할을 했다. 하지만 이런 오랜 시간 동안의 법적규제조치의 시행에도 불구하고 질소산화물에 대한 배출량 저감은 만족할만한 수준의 성과가 얻어지지 못한 부분으로 남아있다. 이러한 상황이 초래된 가장 큰 요인은 연소과정에서 발생되는 여러 가지 대기오염물 중 질소산화물의 제어가 기술적인 면에서 다른 오염물질에 비해 용이하지 않기 때문이다. 그러나 이러한 상황임에도 불구하고 질소산화물의 배출허용기준은 단계적으로 강화될 전망이며 대형 오염시설위주로 적용되었던 오염물질 배출규제가 선박, 중.소형 보일러, 자동차 등의 소형배출시설에 대해서 확대 적용되고 있다.
배기가스에 포함된 질소산화물을 처리하는 후처리 시설로는 SCR (selected catalytic reduction) 시스템, SNCR (selectivenon-catalytic reduction) 시스템이 대표적으로 채택되어 사용되고 있다.
SNCR 시스템은 촉매층이 필요 없는 등 구성상의 단순성이 장점이다. 그러나 고온반응영역에서 환원제가 반응해야하는 특징이 있기 때문에 반응에 필요한 고온상태를 조성하기 어려운 연소로 밖에서는 현실적으로 적용이 불가능하다.
SCR 시스템 또한 초기 설비비용과 환원제 투입에 의한 운전비용이 많이 든다는 단점이 있으나 배기가스에 대해 안정적이면서 높은 저감효율로 시스템을 운영할 수 있다는 장점이 있어 널리 적용되고 있다.
SCR 시스템은 시설운영비용이 고가인 문제점 때문에 주로 대형배출시설에 적용이 되고 있는 실정이나 질소산화물 규제의 적용범위가 점차 소형배출시설로 확대되어가고 있기 때문에 소형배출시설에 적용 가능한 경제적이고 효율적인 SCR 시스템의 개발요구가 증대되고 있다.
종래의 보일러 배기가스 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 반응기 즉, SCR촉매를 내부에 포함하고 있는 반응기는 연료를 절약하기 위하여 보일러와 굴뚝의 중간, 연도의 중간에 많은 수관을 붙여서 폐기의 열을 이용하여 급수를 가열하는 장치인 이코노마이저(Economizer) 이하를 철거하여 작업자가 진입할 수 있는 공간을 확보한 다음, SCR촉매를 설치한 후, 다시 재설치해야 하므로, 공간의 제약뿐만 아니라 설치 및 해체 그리고 유지보수에 많은 어려움을 겪게 되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 배기가스의 유동제어가 적절히 이루어지지 않으면 환원제로 주입된 암모니아가 배기가스와 충분히 균일하게 혼합된 경우라도 촉매를 통과하는 동안 체류시간이 달라져 반응시간의 차이가 발생하여 촉매층의 효용성을 낮추게 되며 경우에 따라 암모니아 슬립(ammonia slip) 같은 문제가 발생한다. SCR 시스템의 성능은 촉매의 성능과 적절한 운전조건 유지에 따라 좌우되므로, 탈질 효율을 극대화시키기 위한 방안 중의 하나로 충분한 체류시간이 필요하다.
한국등록특허 제 10-1423578호
본 발명은 배기가스의 탈질을 위해 설치되는 SCR 탈질시스템의 반응기를 덕트 상에 분리 및 결합할 수 있는 구조로 적용하여 기존의 설비물의 이동이 불필요하고, 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 공간적 제약을 극복할 수 있는 최소 면적 설치용 SCR반응기를 제공한다.
또한, 반응기의 촉매층 내에서 암모니아 슬립(ammonia slip)을 제거하기 위한 격자 구조의 배플(baffle)을 설치하여 내부 촉매층에서 균일한 체류 속도 및 탈질 효율을 극대화시키기 위한 방안 중의 하나로 충분한 체류시간을 확보할 수 있는 최소 면적 설치용 SCR반응기를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기는 보일러에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제 1통로와 상기 제 1통로로부터 수직하게 절곡형성된 제 2통로로 구성되어, 상기 배기가스를 운반하는 덕트부, 상기 덕트부의 일측에 삽입 설치되어, 일단은 상기 제 1통로의 내부와 연통하는 제 1유입구가 형성되고, 타단은 상기 배기가스를 외부로 유도하는 제 2유입구가 형성된 제 1프레임, 상기 제 1프레임의 타단으로부터 수직하게 형성되어, 상면은 개구되고 4개의 측면 중 하나의 측면이 상기 제 2유입구와 연통 형성된 제 2프레임, 상기 제 1프레임의 일단으로부터 수직하게 형성되어, 일단은 상기 제 2통로의 내부와 연통하는 제 3유출구가 형성되고, 타단은 상기 제 2프레임의 일측과 수직하게 형성되는 제 3프레임, 상기 제 2프레임의 상측에 삽입 설치되어, 하측에 상기 제 2프레임의 내부와 연통하는 제 1유출구가 형성되고, 상측에 상기 제 3프레임의 내부와 연통하는 제 2유출구가 형성되며, 상기 제 1유출구에 상기 배기가스의 유동제어를 위한 배플(baffle)이 구비되어, 상기 배플(baffle)을 통해 상기 배기가스가 지나면서 내부에 구비된 SCR촉매와 접촉하여 탈질반응을 일으키는 반응기본체를 포함하고, 상기 배기가스는 상기 제 1통로와 연통된 상기 제 1유입구를 통해 상기 제 1프레임의 내부로 유입되고 상기 제 1프레임의 길이방향을 따라 하강하여 상기 제 2유입구를 통해 외부로 배출되고, 상기 제 1유출구를 통해 상기 반응기본체의 내면을 따라 상승하여 상기 제 2유출구를 통해 상기 3프레임 내부로 유입되고 상기 제 3유출구를 통해 상기 제 2통로 배출되도록 하여 상기 배기가스의 내부 체류시간을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기는 상기 제 1프레임, 상기 제 2프레임 중 어느 일측에 암모니아 주입 노즐부가 복수개 이격 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기는 상기 제 1프레임, 상기 제 2프레임 중 어느 일측에 온도센서를 더 구비하여 내부 반응온도의 변화에 따라 암모니아의 주입량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기에서 상기 배플의 형상은 상기 반응기본체 내부 촉매층에서 균일한 체류 속도를 확보하기 위한 격자형태, 다공형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배기가스의 탈질을 위해 설치되는 SCR 탈질시스템의 반응기를 덕트 상에 분리 및 결합할 수 있는 구조로 적용하여 기존의 설비물의 이동이 불필요하고, 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 공간적 제약을 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반응기의 촉매층 내에서 암모니아 슬립(ammonia slip)을 제거하기 위한 격자 구조의 배플(baffle)을 설치하여 내부 촉매층에서 균일한 체류 속도 및 탈질 효율을 극대화시키기 위한 방안 중의 하나로 충분한 체류시간을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 SCR 시스템의 전체적인 구성을 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 구성을 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 프레임 구성을 도시한 분해사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 전체 구성을 도시한 분해사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 배기가스 흐름 구성을 도시한 평면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 배기가스 흐름 구성을 도시한 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 암모니아 주입 노즐부의 설치위치를 도시한 사시도
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 SCR 시스템의 전체적인 구성을 도시한 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 구성을 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 프레임 구성을 도시한 분해사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 전체 구성을 도시한 분해사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 배기가스 흐름 구성을 도시한 평면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 배기가스 흐름 구성을 도시한 사시도, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 최소 면적 설치용 SCR반응기의 암모니아 주입 노즐부의 설치위치를 도시한 사시도이다.
화석연료를 엔진에서 연소하여 열원 및 동력을 얻는 과정을 통해 배출되는 배기가스 내에는 불가피하게 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 질소산화물(NOx) 성분이 포함되어 있어 이로 인한 환경문제가 심각하게 지적되고 있다. 따라서, 최근 이러한 질소산화물 성분 배출규제가 강화되고 있으며, 이에 대응하여 여러 가지 배기가스에서의 질소산화물 제거 기술이 활용되고 있는데, 그 중 특히 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.
SCR 시스템의 성능은 촉매의 성능과 적절한 운전조건 유지에 따라 좌우된다. 시스템의 운전 변수에는 반응온도, 체류시간, 배기가스의 성분, 질소산화물과 환원제 간의 비율, 환원제의 농도분포 등이 있다.
SCR 시스템의 성능을 좌우하는 많은 운전 요소 중 배기가스의 유동을 조절하여 시스템 내 촉매층에서 균일한 체류 속도를 확보해야한다. 유동제어가 적절히 이루어지지 않으면 환원제로 주입된 암모니아가 배기가스와 충분히 균일하게 혼합된 경우라도 촉매를 통과하는 동안 체류시간이 달라져 반응시간의 차이가 발생하여 촉매층의 효용성을 낮추게 되며 경우에 따라 암모니아 슬립(ammonia slip)과 같은 문제가 발생한다.
또한, 다른 요소 중 하나로 질소산화물과 환원제의 반응에 필요한 시간으로 체류시간이 있다. 체류시간이 감소함에 따라 질소산화물의 저감율은 감소함으로 충분한 체류시간을 확보해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명인 최소 면적 설치용 SCR반응기는 배기가스를 운반하는 덕트부(10), 상기 덕트부(10)와 연통되며, 몸체 내부에 중공부를 형성하는 제 1프레임(21), 상기 제 1프레임(21)과 연통되는 제 2프레임(22), 일측이 상기 제 2프레임(22)과 연통되고, 타측이 상기 덕트부(10)와 연통되어 배기가스를 배출하는 제 3프레임(23), 내부에 SCR촉매와 접촉하여 탈질반응을 일으키는 반응기본체(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
덕트부(10)는 공기, 가스 등의 유체를 전달하기 위해 설치된 통로로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 덕트부(10)는 일단이 보일러와 연통되고, 타단은 이코노마이저(Economizer)의 전단에 연결 설치된다.
보일러에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제 1통로와 이코노마이저(Economizer)로 탈질된 배기가스를 전달하는 제 2통로(12)로 구성된다.
상기 제 2통로(12)는 상기 제 1통로(11)로부터 수직하게 절곡형성되며, 상기 제 1통로(11)와 상기 제 2통로(12) 내부 공간 사이에는 격벽이 형성되어 상기 제 1통로(11)에서 상기 제 2통로(12) 배기가스가 직접적으로 유입되는 것을 차단한다.
제 1프레임(21)은 상기 덕트부(10)의 일측에 삽입 설치된다. 내부에 중공부를 형성하는 직육면체 형상의 몸체 일단은 상기 제 1통로(11)의 내부와 연통하는 제 1유입구(21a)가 형성되어, 상기 제 1유입구(21a)를 통해 상기 제 1프레임(21) 내부로 배기가스가 유입된다.
그리고, 타단은 유입된 상기 배기가스를 외부로 유도하는 제 2유입구(21b)가 형성된다. 상기 제 1유입구(21a)를 통해 유입된 상기 배기가스는 상기 제 1프레임(21)의 길이방향을 따라 하강하고 상기 제 2유입구(21b)를 통해 아래에서 설명될 제 2프레임(22)으로 배출된다.
제 2프레임(22)은 상기 제 1프레임(21)의 타단으로부터 수직하게 형성된다. 내부에 중공부를 형성하는 직육면체 형상의 몸체 상면은 개구되고, 4개의 측면 중 하나의 측면이 상기 제 2유입구(21b)와 연통형성되며, 나머지 측면들은 차단되어 상기 배기가스의 유출이 방지된다.
상기 제 2프레임(22)은 아래에서 설명할 반응기본체(30)를 지지하는 역할을 하는 동시에 상기 제 2유입구(21b)를 통해 유입된 배기가스를 상기 반응기본체(30) 내부로 유도하는 역할을 한다.
제 3프레임(23)은 상기 제 1프레임(21)의 일단으로부터 수직하게 형성된다. 상기 제 3프레임(23)은 상기 제 1프레임(21)과 대응되는 형상으로 내부에 중공부를 형성하는 직육면체 형상의 몸체 일단에 상기 제 2통로(12)의 내부와 연통하는 제 3유출구(23c)가 형성된다.
그리고, 타단은 상기 제 2프레임(22)의 4개의 측면 중 하나의 측면과 결합하여 수직하게 형성된다.
반응기본체(30)는 상기 제 2프레임(22)의 상측에 선택적으로 삽입 설치된다. 상기 반응기본체(30) 내부에 SCR촉매가 구비되어, SCR 촉매층을 형성한다.
상기 반응기본체(30)의 하측에 상기 제 2프레임(22)의 상면과 연통하는 제 1유출구(23a)가 형성된다. 상기 제 1프레임(21)에서 배기가스와 환원제를 혼합시킨 혼합가스를 상기 제 1유출구(23a)를 통해 상기 반응기본체(30)에 유입시켜 상기 반응기본체(30) 내에서 상기 혼합가스가 상기 SCR촉매층(32)을 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물 성분을 탈질시켜 질소산화물 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 방지하는 역할을 한다.
그리고, 상기 반응기본체(30)의 상측에 상기 제 3프레임(23)의 내부와 연통하는 제 2유출구(23b)가 형성된다. 상기 반응기본체(30)의 SCR촉매층(32)을 통과한 배기가스는 상기 제 2유출구(23b)를 통해 상기 제 3프레임(23)으로 배출된다.
그리고 상기 제 3프레임(23)에 형성된 또 다른 상기 제 3유출구(23c)를 통해 상기 덕트부(10)의 제 2통로(12)로 유도된다.
상기 제 1유출구(23a)에는 배기가스의 유동제어를 위한 배플(31)이 구비된다.
대형시스템의 경우 환원제가 분사 투입되는 위치와 SCR촉매층(32) 사이의 거리가 상대적으로 멀기 때문에 배기가스가 흐름 방향으로 이동하는 동안 혼합이 충분히 이루어져 환원제의 혼합농도가 균일화되고 또 흐름의 단면에서 기체속도 분포의 균일도가 상대적으로 높다.
하지만 소형 SCR 시스템의 경우 시스템 내부용적이 작고 기하학적 구조가 복잡하기 때문에 유동의 불균일도가 높을 뿐만 아니라 유동제어 역시 쉽지 않다.
SCR 시스템에서 발생되는 유동의 불균일은 시스템의 전단에 연결된 상기 덕트부(10)를 통해 시스템으로 공급되는 배기가스 도입부의 확대영역에서 주로 발생되는데 이러한 유동의 불균일도를 최소화하기 위한 방법으로 유동 불균일이 발생하는 부분에 유동제어를 위한 배플(31)을 설치하는 것이 바람직하다.
배기가스는 SCR촉매층(32)에 될 수 있는 한 균일하게 유입돼야 하고, SCR촉매층(32)에 유입하는 배기가스의 흐름과 SCR촉매층(32)에서의 배기가스의 흐름이 될 수 있는 한 동일해야 한다.
즉, SCR촉매층(32)에 유입되기 직전의 배기가스의 유로 패턴과, SCR촉매층(32)에 형성된 배기가스에 대한 유로 패턴이 일치되는 것이 바람직하다. 이러한 요망 사항들은 이하의 이유에 기초한 것이다.
SCR촉매층(32)에의 배기가스 유입이 될 수 있는 한 균일하도록 요구되는 이유는, 배기가스가 SCR촉매층(32)의 촉매와 접촉하는 면적을 효율적으로 증가시키기 위한 것이다.
SCR촉매층(32)에의 배기가스의 유입이 불균일하면, SCR촉매층(32) 내의 SCR촉매의 특정한 부분이 대량의 배기가스와 접촉함에 따라, 촉매 성능이 전체적으로는 저하하게 된다. 또한, 대량의 배기가스와 접촉하는 촉매 부분은 현저하게 열화(劣化)되고, 따라서 촉매의 수명이 단축되는 문제가 있다.
이어서, SCR촉매층(32)에 유입하는 배기가스의 흐름이, SCR촉매층(32) 내의 배기가스의 흐름과 될 수 있는 한 일치할 필요가 있는 이유는, 예를 들면, 배기가스 중에 플라이 애시(fly ash) 및 미연소 물질 등의 먼지를 함유하는 경우에는, SCR촉매층(32)의 촉매(촉매 판) 사이에 형성된 배기가스 유로에 대하여 배기가스가 때때로 비스듬히 유입함에 따라, 먼지가 상기 촉매(촉매 판)에 직접 충돌해서 그 표면을 마모시키고, 또한, 먼지가 SCR촉매층(32)의 선단부에 부착 퇴적해서 유로에의 계속되는 배기가스의 유입을 방해하기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 유동제어를 목적으로 하는 배플(31)에 관한 설계변수로서는 배플(31)의 형상, 각도, 간격 등이 선택될 수 있는데 적절히 설계된 배플(31)에 의해 안정화된 유동은 SCR촉매층(32)의 운전성능을 크게 개선시킬 수 있다.
상기 배플(31)의 형상은 격자형태, 다공형태, 원뿔대형태, 믹서형태 등으로 구성될 수 있으나, 격자형태, 다공형태 중 어느 하나로 구성되는 것이 상기 반응기본체(30) 내부 SCR촉매층(32)에서 균일한 체류 속도를 확보하고 유동 제어의 효율을 최적화할 수 있는 설계이다.
그리고, 상기 제 1프레임(21), 상기 제 2프레임(22) 중 어느 일측에 암모니아 주입 노즐부(24)가 복수개 이격되어 구비된다.
도 7에 도시된 바와 같이 구체적으로 상기 제 1프레임(21)의 일측에 설치될 경우, 상기 암모니아 주입 노즐부(24)는 외부에서 상기 제 1프레임(21)의 내부로 관통 설치되어야 한다. 따라서, 육면체 형상의 상기 제 1프레임(21)의 각 면들 중에서 외부로부터 상기 암모니아 주입 노즐부(24)의 진입이 자유로운 정면부(a), 배면부(b), 좌측면부(c)에 각각 선택적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2프레임(22)의 일측에 설치될 경우, 육면체 형상의 상기 제 2프레임(21)의 각 면들 중에서 외부로부터 상기 암모니아 주입 노즐부(24)의 진입이 자유로운 정면부(d), 우측면부(e)에 각각 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 암모니아 주입 노즐부(24)는 보일러로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 탈질시키기 위해 사용되는 환원제, 즉 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐을 통해 상기 제 1프레임(21) 또는 상기 제 2프레임(22) 내에 분사시켜 배기가스와 혼합된다.
사용되는 환원제로서, 요소, 암모니아수 등이 사용가능하다. 또한, 첨가제로 수소, 탄화수소 등을 사용하여 반응온도 범위를 넓히고 암모니아 슬립을 줄이고 부식을 막을 수 있다.
또한, 상기 제 1프레임(21), 상기 제 2프레임(22) 중 어느 일측에는 온도센서(25)가 더 구비된다. SCR 시스템에서는 보일러 내부의 온도분포를 파악하여 SCR 최적 온도범위의 위치에서 환원제를 분사시키는 것이 무엇보다 중요하다.
반응온도가 낮아짐에 따라 질소산화물의 저감율은 감소하며 암모니아 슬립양은 증가하게 된다. 그리고, 보일러 부하가 바뀌는 경우는 보일러 내부의 온도변화를 야기하므로 환원제 주입 위치를 여러 곳에 설치해야 반응온도 변화에 의한 성능저하를 최소한으로 줄일 수 있다.
따라서, 상기 제 1프레임(21)과 상기 제 2프레임(22)에 각각 상기 암모니아 주입 노즐부(24)를 복수개 설치하고, 내부 반응온도의 변화에 따라 상기 암모니아 주입 노즐부(24)의 주입량을 제어하도록 별도의 제어부를 더 구비할 수 있다.
상기 구성을 가지는 최소 면적 설치용 SCR반응기의 작용에 대해서 설명하면, 이하와 같다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 보일러로부터 배출되는 배기가스는 덕트부(10)의 제 1통로(11)를 따라 제 1프레임(21)의 상단에 형성된 제 1유입구(21a)를 통해 상기 제 1프레임(21) 내로 유입된다.
이때, 상기 배기가스는 상기 제 1프레임(21)의 길이방향을 따라 하강한다. 상기 제 1프레임(21) 내부로 하강한 배기가스 중의 질소산화물을 탈질하기 위해 상기 제 1프레임(21) 내에 구비된 암모니아 주입 노즐부(24)로부터 환원제가 분사되고, 상기 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스는 상기 제 1프레임(21)의 하단에 형성된 제 2유입구(21b)를 통해 상기 제 2프레임(22)으로 유입되게 된다.
상기 제 2프레임(22)의 상측에는 반응기본체(30)가 선택적으로 삽입설치되고, 상기 반응기본체(30)의 하단에는 상면이 개구된 상기 제 2프레임(22)과 연통하는 제 1유출구(23a)가 형성된다.
상기 제 1유출구(23a)에 형성된 배플(31)을 통해 SCR촉매를 포함하고 있는 상기 반응기본체(30) 내부로 다시 상승하도록 하여 상기 혼합가스가 SCR촉매층(32)을 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물 성분을 탈질시킨다.
그리고 상기 반응기본체(30) 상단에 형성된 제 2유출구(23b) 통해 제 3프레임(23) 내부로 탈질처리된 배기가스를 공급하고, 다시 제 3유출구(23c)를 통해 상기 덕트부(10)의 제 2통로(12)로 유입되도록 구성된다.
이와 같이 본 발명의 최소 면적 설치용 SCR반응기의 구조는 격자형태 또는 다공형태의 배플(31)을 설치하여 내부 촉매층에서 균일한 체류 속도를 유지할 수 있고 배기가스의 내부 체류시간을 증가시켜 질소산화물의 탈질효율을 증가시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10. 덕트부 11. 제 1통로
12. 제 2통로 21. 제 1프레임
21a. 제 1유입구 21b. 제 2유입구
22. 제 2프레임 23. 제 3프레임
23a. 제 1유출구 23b. 제 2유출구
23c. 제 3유출구 30. 반응기본체
31. 배플 32. SCR촉매층

Claims (4)

  1. 보일러에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제 1통로와 상기 제 1통로로부터 수직하게 절곡형성된 제 2통로로 구성되어, 상기 배기가스를 운반하는 덕트부;
    상기 덕트부의 일측에 삽입 설치되어, 일단은 상기 제 1통로의 내부와 연통하는 제 1유입구가 형성되고, 타단은 상기 배기가스를 외부로 유도하는 제 2유입구가 형성된 제 1프레임;
    상기 제 1프레임의 타단으로부터 수직하게 형성되어, 상면은 개구되고 4개의 측면 중 하나의 측면이 상기 제 2유입구와 연통 형성된 제 2프레임;
    상기 제 1프레임의 일단으로부터 수직하게 형성되어, 일단은 상기 제 2통로의 내부와 연통하는 제 3유출구가 형성되고, 타단은 상기 제 2프레임의 일측과 수직하게 형성되는 제 3프레임;
    상기 제 2프레임의 상측에 삽입 설치되어, 하측에 상기 제 2프레임의 내부와 연통하는 제 1유출구가 형성되고, 상측에 상기 제 3프레임의 내부와 연통하는 제 2유출구가 형성되며, 상기 제 1유출구에 상기 배기가스의 유동제어를 위한 배플(baffle)이 구비되어, 상기 배플(baffle)을 통해 상기 배기가스가 지나면서 내부에 구비된 SCR촉매와 접촉하여 탈질반응을 일으키는 반응기본체;
    를 포함하고,
    상기 배기가스는,
    상기 제 1통로와 연통된 상기 제 1유입구를 통해 상기 제 1프레임의 내부로 유입되고 상기 제 1프레임의 길이방향을 따라 하강하여 상기 제 2유입구를 통해 외부로 배출되고, 상기 제 1유출구를 통해 상기 반응기본체의 내면을 따라 상승하여 상기 제 2유출구를 통해 상기 3프레임 내부로 유입되고 상기 제 3유출구를 통해 상기 제 2통로 배출되도록 하여 상기 배기가스의 내부 체류시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 최소 면적 설치용 SCR반응기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1프레임, 상기 제 2프레임 중 어느 일측에 암모니아 주입 노즐부가 복수개 이격 설치되는 것을 특징으로 하는 최소 면적 설치용 SCR반응기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1프레임, 상기 제 2프레임 중 어느 일측에 온도센서를 더 구비하여 내부 반응온도의 변화에 따라 암모니아의 주입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 최소 면적 설치용 SCR반응기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배플의 형상은 상기 반응기본체 내부 촉매층에서 균일한 체류 속도를 확보하기 위한 격자형태, 다공형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 최소 면적 설치용 SCR반응기.

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KR101334826B1 (ko) 2012-08-02 2013-11-29 현대머티리얼 주식회사 사이클론 시스템을 이용한 선박의 선택적 촉매환원장치

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