KR101564147B1

KR101564147B1 - 질소산화물 제거 장치

Info

Publication number: KR101564147B1
Application number: KR1020130145274A
Authority: KR
Inventors: 김현수; 양희성; 이상억; 성삼경
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-10-28
Also published as: KR20150061311A

Abstract

본 발명은 SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기와 연결되고, 상기 SCR 반응기를 통과하는 고온의 배기가스가 인입되어 내부에서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환부와 상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부로 환원제 분말을 배출하는 환원제 분말 저장부 및 상기 SCR 반응기 내부에 설치되어 상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부 내부에서 상기 환원제 분말의 열분해로 생성된 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기로 분사되도록 하는 암모니아 가스 분사장치를 포함한다.

Description

질소산화물 제거 장치{Nox removing apparatus}

본 발명은 질소산화물 제거 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환원제 분말을 사용하여 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 제거하도록 하는 질소산화물 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연소설비에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템에서는 질소산화물을 환원시키기 위한 화학물질로 암모니아 가스를 사용하거나 사용과 보관의 안정성과 편리성으로 인해 우레아 용액을 배기관에 공급하여 배기가스의 열을 이용해 우레아를 암모니아로 전환시켜 질소산화물 제거에 이용하고 있다.

여기서, 상기 증발기에 유입된 우레아 용액이 효과적으로 암모니아로 전환될 수 있도록 하고, 이를 위한 장치의 부피를 줄이기 위하여 벌크 타입의 열교환기를 SCR 반응기에 설치하도록 하였다.

하지만, 상기 벌크 타입의 열교환기는 발열을 위한 별도의 다른 열교환기가 필요할 뿐만 아니라 발열이 효과적으로 이루어지지 않기 때문에, 부피는 최소화하면서 암모니아를 용이하게 생성할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2010-0112958 호(공개일 : 2010.10.20)가 있으며, 상기 선행문헌에는 우레아 분사장치에 대한 기술이 게시되어 있다.

본 발명의 목적은, 환원제 분말을 사용하여 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 제거하도록 하는 질소산화물 제거 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기와 연결되고, 상기 SCR 반응기를 통과하는 고온의 배기가스가 인입되어 내부에서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환부와 상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부로 환원제 분말을 배출하는 환원제 분말 저장부 및 상기 SCR 반응기 내부에 설치되어 상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부 내부에서 상기 환원제 분말의 열분해로 생성된 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기로 분사되도록 하는 암모니아 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열교환부는 상기 환원제 분말 저장부에서 배출된 환원제 분말이 적재되는 열교환 용기 및 상기 열교환 용기 내부에 설치되고, 상기 SCR 반응기를 통과하는 고온의 배기가스가 상기 열교환기 용기를 통과하여 상기 적재된 환원제 분말이 열분해 되도록 형성되는 열교환 파이프를 구비한다.

이때, 상기 열교환 파이프는 상기 열교환 용기 내부에서 열분해 반응 구간을 형성하고, 상기 열분해 반응 구간이 길어지도록 상기 열교환 용기 내부의 일단부에서 타단부를 향하도록 원형으로 말아져 형성된다.

그리고, 상기 환원제 분말 저장부는 상기 환원제 분말이 이동하는 통로가 형성되는 환원제 분말 이동통로 및 상기 환원제 분말 이동통로 내부에 설치되고, 모터의 구동에 따라 회전하여 상기 환원제 분말을 상기 열교환부로 이동시키는 환원제 분말 이동 스크류를 구비한다.

또한, 상기 암모니아 가스 분사부는 상기 SCR 반응기의 내부에 설치되고, 고온의 배기가스가 통과되는 입측의 면적이 타측의 면적 보다 넓게 형성되도록 원뿔 형상으로 구비되는 배기가스 통과부재 및 상기 배기가스 통과부재와 상기 열교환부에 함께 연결되고, 압력차에 의해 상기 열교환부의 내부에서 생성된 암모니아 가스를 상기 SCR 반응기로 배출시키는 암모니아 가스 분사부재를 구비한다.

한편, 상기 질소산화물 제거 장치는 상기 열교환부 내부에 설치되고, 상기 환원제 분말 저장부로부터 배출된 환원제 분말에 고온의 열을 전달하여 상기 환원제 분말에 대한 열분해가 이루어지도록 하는 발열부를 더 구비한다.

본 발명은, 환원제 분말을 승화시켜 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 제거를 위한 암모니아 가스를 생성함으로써, 우레아 수용액의 분해 반응을 위한 별도의 증발기를 없앨 수 있는 효과를 갖는다.

그에 따라, 본 발명은 장치의 소형화를 이룰 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 암모니아 가스 생성을 위하여 환원제 분말을 사용함으로써, 고온의 배기가스와 상기 환원제 분말의 접촉면적을 증가시켜 암모니아 가스 생성을 위한 열분해 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 열교환부를 보여주는 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 환원제 분말 저장부를 보여주는 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 암모니아 가스 분사부를 보여주는 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 실시예를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 질소산화물 제거 장치는 열교환부(100), 환원제 분말 저장부(200) 및 암모니아 가스 분사부(300)를 포함한다.

먼저, 상기 열교환부(100)는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기(1)와 연결된다.

즉, 상기 열교환부(100)는 선박의 내연기관에서 연료의 연소 시 발생하는 고온의 배기가스가 통과하는 상기 SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기(1)의 일측에 연결되고, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 제거하기 위하여 열분해를 통해 암모니아를 생성한다.

여기서, 상기 열교환부(100)는 열분해를 통해 내부에서 암모니아가 생성되도록 후술 될 환원제 분말 저장부(200)와 연결된다.

상기 환원제 분말 저장부(200)는, 상기 열교환부(100)로 환원제 분말을 배출하도록 형성된다.

상기 환원제 분말 저장부(200)는, 챔버 형상으로 형성되고, 내부에 상기 환원제 분말이 저장되며, 상기 열교환부(100) 측으로 상기 환원제 분말이 이동되도록 한다.

한편, 암모니아 가스 분사부(300)는 SCR 반응기(1) 내부에 설치되어 상기 열교환부(100)와 연결된다.

상기 암모니아 가스 분사부(300)는, 상기 열교환부(100) 내부에서 환원제 분말의 열분해로 생성된 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기(1)로 분사되도록 한다.

즉, 상기 암모니아 가스 분사부(300)는 고온의 배기가스의 열에 의한 상기 환원제 분말의 열분해를 통해 상기 열교환부(100) 내부에 생성된 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기(1)로 분사되도록 함으로써, 상기 SCR 반응기(1)를 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거할 수 있다.

종래에는, 질소산화물 제거를 위한 암모니아를 생성하기 위하여 소정의 길이를 갖는 증발기(미도시)를 구비하고, 상기 증발기(미도시) 내부에서 우레아 용액의 열분해가 이루어지도록 하였다.

하지만, 우레아 용액에 대한 반응 시간을 확보하기 위하여 상기 증발기(미도시)의 길이를 길게 설계하여야 하고, 그에 따라 장치의 부피가 커지는 문제가 발생하였다.

따라서, 질소산화물 제거 장치는 암모니아 생성을 위한 별도의 증발기(미도시)를 제거하고, 소정의 크기를 갖는 열교환부(100)를 통해 SCR 반응기(1)로 암모니아가 분사되도록 함으로써, 장치의 소형화를 이룰 수 있다.

또한, 상기 질소산화물 제거 장치는 암모니아 가스 생성을 위하여 환원제 분말을 사용함으로써, 상기 열교환부(100) 내부에서 고온의 배기가스와 상기 환원제 분말의 접촉면적을 증가시켜 암모니아 가스 생성을 위한 열분해 시간을 단축시킬 수 있다.

이하, 도 2 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 열교환부를 보여주는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 열교환부(100)는 SCR 반응기(1)를 통과하는 고온의 배기가스가 인입되고, 상기 배기가스의 열을 통해 내부에서 열교환이 이루어지도록 한다.

이를 위해, 상기 열교환부(100)는 열교환 용기(110) 및 열교환 파이프(120)를 구비한다.

먼저, 상기 열교환 용기(110)는 환원제 분말 저장부(200)에서 배출된 환원제 분말이 적재되도록 내부 공간이 형성된다.

여기서, 상기 열교환 용기(110)의 내부에는 후술 될 열교환 파이프(120)이 설치된다.

상기 열교환 파이프(120)는, SCR 반응기(1)를 통과하는 고온의 배기가스가 상기 열교환 용기(110)를 통과하여 상기 열교환 용기(100)에 적재된 환원제 분말이 열분해 되도록 형성된다.

이때, 상기 열교환 파이프(120)의 입측은 상기 SCR 반응기(1) 내부에 위치되어 상기 SCR 반응기(1)를 통과하는 배기가스가 인입되도록 한다.

또한, 상기 열교환 파이프(120)의 입측으로 인입된 고온의 배기가스는 열교환 용기(110) 내부를 통과하여 환원제 분말에 대한 열분해가 이루어지도록 한 후, 다시 상기 SCR 반응기(1) 내부로 배출된다.

여기서, 상기 열교환 파이프(120)는 상기 열교환 용기(110) 내부에서 열분해 반응 구간을 형성한다.

다시 말해, 상기 열교환 파이프(120)는 상기 열교환 용기(110) 내부에 적재된 환원제 분말에 대한 열분해 반응 구간이 길어지도록 상기 열교환 용기(110) 내부의 일단부에서 타단부를 향하도록 원형으로 말아져 형성된다.

이때, 상기 열교환 파이프(120)의 형상은 원형을 말아져 형성되는 것이 바람직하나, 열분해 반응 구간이 길어지도록 하는 다른 형상을 가지며 형성될 수도 있다.

결과적으로, 질소산화물 제거 장치는 암모니아 가스 생성을 위한 상기 환원제 분말의 열분해 반응 구간을 상기 열교환 파이프(120)의 형상을 통해 늘어나도록 함으로써, 공간 확보를 용이하게 하면서 환원제 분말이 효과적으로 암모니아 가스로 열분해 되도록 한다.

이하, 도 3 은 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 환원제 분말 저장부를 보여주는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 환원제 분말 저장부(200)는 열교환부(100)와 연결되고, 상기 열교환부(100)로 환원제 분말을 배출한다.

이를 위해, 상기 환원제 분말 저장부(200)는 환원제 분말 이동통로(210) 및 환원제 분말 이동 스크류(220)를 구비한다.

먼저, 상기 환원제 분말 이동통로(210)는 환원제 분말이 저장된 상기 환원제 분말 저장부(200)의 일단부에 소정의 길이를 가지며 형성되고, 단부가 열교환부(100)와 연결된다.

이때, 상기 환원제 분말 이동통로(210)의 내부에는 후술 될 환원제 분말 이동 스크류(220)가 설치된다.

상기 환원제 분말 이동 스크류(220)는, 일단부에 설치되 모터(230)의 구동을 통해 회전하여 환원제 분말을 열교환부(100)로 이동시킨다.

즉, 상기 환원제 분말 이동 스크류(220)는 스크류 허브(221)의 외주면으로 나선형의 스크류 날개(222)가 배치되고, 상기 모터(230)를 통해 상기 스크류 허브(221)을 회전시켜 환원제 분말 이동통로(210)에 위치된 환원제 분말을 상기 열교환부(100)로 이동시킨다.

여기서, 상기 환원제 분말 이동통로(210) 상에는 외부로부터 고압 공기노즐(240)이 연결될 수 있다.

다시 말해, 상기 고압 공기노즐(240)은 상기 환원제 분말 이동통로(210)로 고압의 공기를 분사하여 상기 환원제 분말 이동통로(210) 상의 환원제 분말을 효과적으로 열교환부(100)로 이동시킬 뿐만 아니라, 환원제 분말의 고착에 따른 이동통로(210) 막힘을 제거하기 위하여 사용될 수 있다.

결과적으로, 질소산화물 제거 장치는 암모니아 가스 생성을 위하여 환원제 분말 저장부(200)에 저장된 환원제 분말을 사용함으로써, 고온의 배기가스와 상기 환원제 분말의 접촉면적을 증가시켜 암모니아 가스 생성을 위한 열분해 시간을 단축시킬 수 있다.

이하, 도 4 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 암모니아 가스 분사부를 보여주는 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 암모니아 가스 분사부(300)는 열교환부(100) 내부에서 환원제 분말의 열분해로 생성된 암모니아 가스가 SCR 반응기(1)로 분사되도록 한다.

이를 위해, 상기 암모니아 가스 분사부(300)는 배기가스 통과부재(310) 및 암모니아 가스 분사부재(320)를 구비한다.

먼저, 상기 배기가스 통과부재(310)는 SCR 반응기(1)의 내부에 설치되고, 고온의 배기가스가 통과되는 입측의 면적이 타측의 면적 보다 넓게 형성되도록 원뿔 형상으로 구비된다.

즉, 상기 배기가스 통과부재(310)는 상기 SCR 반응기(1)를 통과하는 고온의 배기가스가 인입되면, 상대적으로 작은 면적을 가지는 타측으로 이동하면서 흐름의 속도가 빨라지게 되고, 그에 따라 타측의 압력이 낮아지게 된다.

따라서, 상기 배기가스 통과부재(310)는 후술 될 암모니아 가스 분사부재(320)에 의해 열교환부(100)에 저장된 암모니아 가스를 상기 SCR 반응기(1)로 배출되도록 한다.

다시 말해, 상기 암모니아 가스 분사부재(320)는 상기 배기가스 통과부재(310)와 상기 열교환부(100)에 함께 연결되고, 상기 열교환부(100) 내부의 압력과 상기 배기가스 통과부재(310)의 타측과의 압력차에 의해 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기(1)로 배출되도록 한다.

이하, 도 5 는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 장치의 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 질소산화물 제거 장치는 발열부(400)를 더 포함한다.

상기 발열부(400)는, 열교환부(100) 내부에 설치되고, 환원제 분말 저장부(200)로부터 배출된 환원제 분말에 고온의 열을 전달하여 환원제 분말에 대한 열분해가 효과적으로 이루어지도록 한다.

여기서, 상기 발열부는(400) 외부로부터 인가된 전원에 의해 가열되어 상기 열교환부(100) 내부에서 용이하게 발열이 이루어지도록 함으로써, 상기 환원제 분말에 대한 열분해 시간을 단축시킬 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

1 : SCR 반응기 100 : 열교환부
110 : 열교환 용기 120 : 열교환 파이프
200 : 환원제 분말 저장부 210 : 환원제 분말 이동통로
220 : 환원제 분말 이동 스크류 221 : 스크류 허브
222 : 스크류 날개 230 : 모터
240 : 고압 공기노즐 300 : 암모니아 가스 분사부
310 : 배기가스 통과부재 320 : 암모니아 가스 분사부재
400 : 발열부

Claims

SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기와 연결되고, 상기 SCR 반응기를 통과하는 고온의 배기가스가 인입되어 내부에서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환부;
상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부로 환원제 분말을 배출하는 환원제 분말 저장부; 및
상기 SCR 반응기 내부에 설치되어 상기 열교환부와 연결되고, 상기 열교환부 내부에서 상기 환원제 분말의 열분해로 생성된 암모니아 가스가 상기 SCR 반응기로 분사되도록 하는 암모니아 가스 분사부;를 포함하며,
상기 암모니아 가스 분사부는,
상기 SCR 반응기의 내부에 설치되고, 고온의 배기가스가 통과되는 입측의 면적이 출측의 면적 보다 넓게 형성되도록 원뿔 형상으로 구비되는 배기가스 통과부재; 및
상기 배기가스 통과부재의 출측에 연결되고, 압력차에 의해 상기 열교환부의 내부에서 생성된 암모니아 가스를 상기 SCR 반응기로 배출시키는 암모니아 가스 분사부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환부는,
상기 환원제 분말 저장부에서 배출된 환원제 분말이 적재되는 열교환 용기; 및
상기 열교환 용기 내부에 설치되고, 상기 SCR 반응기를 통과하는 고온의 배기가스가 상기 열교환 용기를 통과하여 상기 적재된 환원제 분말이 열분해 되도록 형성되는 열교환 파이프;를 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 장치.
제2항에 있어서,
상기 열교환 파이프는,
상기 열교환 용기 내부에서 열분해 반응 구간을 형성하고, 상기 열분해 반응 구간이 길어지도록 상기 열교환 용기 내부의 일단부에서 타단부를 향하도록 원형으로 말아져 형성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 환원제 분말 저장부는,
상기 환원제 분말이 이동하는 통로가 형성되는 환원제 분말 이동통로; 및
상기 환원제 분말 이동통로 내부에 설치되고, 모터의 구동에 따라 회전하여 상기 환원제 분말을 상기 열교환부로 이동시키는 환원제 분말 이동 스크류;를 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 질소산화물 제거 장치는,
상기 열교환부 내부에 설치되고, 상기 환원제 분말 저장부로부터 배출된 환원제 분말에 고온의 열을 전달하여 상기 환원제 분말에 대한 열분해가 이루어지도록 하는 발열부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 장치.