KR101740016B1 - Plasma evaporizer and exhaust gas removal system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 짧은 시간 내에 증발 대상 액체(예를 들면, 요소수 또는 암모니아수)를 증발시키는 플라즈마 증발기를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 증발기는, 플라즈마 아크를 발생시키는 아크 발생부, 상기 아크 발생부에서 좁아진 제1통로로 연결되어 발생된 아크를 집중시켜 아크 밀도를 높이는 고열밀도부, 상기 고열밀도부에서 확장되는 증발공간을 형성하는 증발 공간부, 상기 증발 공간부를 향하여 설치되어 상기 증발공간에서 확장되는 아크를 향하여 증발 대상 액체를 분사하는 분사 노즐, 및 상기 증발 공간부에 좁아지는 제2통로로 연결되어 상기 증발 공간부에서 증발된 증발 대상 액체의 증기를 배출하는 증기 배출부를 포함한다.An object of the present invention is to provide a plasma evaporator which evaporates a liquid (for example, urea water or ammonia water) to be evaporated in a short time. A plasma evaporator according to an embodiment of the present invention includes an arc generating part generating a plasma arc, a high heat density part increasing an arc density by concentrating an arc generated by a first passage narrowed by the arc generating part, An evaporation space portion for forming an evaporation space extending from the evaporation space, a jet nozzle for jetting the liquid to be evaporated toward the arc extending from the evaporation space toward the evaporation space, and a second passage And a vapor discharging unit connected to discharge the vapor of the evaporation target liquid evaporated in the evaporation space.

Figure R1020150052490
Figure R1020150052490

Description

플라즈마 증발기 및 이를 이용하는 배기가스 제거 시스템 {PLASMA EVAPORIZER AND EXHAUST GAS REMOVAL SYSTEM USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a plasma evaporator and an exhaust gas removing system using the plasma evaporator.

본 발명은 플라즈마 증발기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발 대상 액체(예를 들면, 요소수 또는 암모니아수)를 증발시키는 플라즈마 증발기 및 이를 이용하는 배기가스 제거 시스템 에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma evaporator, and more particularly, to a plasma evaporator for evaporating a liquid (for example, urea water or ammonia water) to be evaporated and an exhaust gas removing system using the evaporator.

가스 터빈을 이용하는 복합 화력 발전의 경우, 가스 터빈에서 배출되는 배기가스 내에 포함된 질소산화물(NOx)은 SCR(selective catalytic reduction) 촉매로 제거될 수 있다. 정상 운전시 가스 터빈에서 배출되는 배기가스의 온도는 200도씨 이상이므로 SCR 촉매의 운전에 별 무리가 없다. 그러나 초기 시동 시 가스 터빈의 부하(load)를 서서히 올리면서 운전하기 때문에 배기가스의 온도가 SCR 촉매가 작동될 만큼 충분히 높지 않다.In the case of a combined-cycle power plant using a gas turbine, the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine can be removed with a selective catalytic reduction (SCR) catalyst. The temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine during normal operation is more than 200 degrees Celsius, so there is no problem in operating the SCR catalyst. However, the exhaust gas temperature is not high enough for the SCR catalyst to operate because the gas turbine load is slowly increased during the initial start-up.

이와 같은 낮은 온도로 인해 SCR 촉매는 작동 온도에 이르지 못하게 되어, NOx를 환원시키지 못한 상태로 배기가스를 배출시키게 된다. 또한 낮은 온도 조건으로 인하여, NO2의 발생량이 많아지고 노란색 또는 옅은 갈색의 황연이 발생된다. 예를 들면, 200도씨 이하의 20~40분 정도의 시동 초기에 황연이 발생될 수 있다.Due to such a low temperature, the SCR catalyst does not reach the operating temperature, and exhaust gas is exhausted without reducing NOx. Also, due to the low temperature conditions, the amount of NO 2 produced increases and yellow or light brown brass is generated. For example, in the initial stage of 20 to 40 minutes or less of 200 degrees Celsius, chrome may be generated.

이와 같이 가스 터빈의 시동 초기에 비교적 낮은 온도에서 암모니아가 충분히 공급될 경우, NOx는 환원되지 않지만 암모늄염의 형태로 촉매 상에 부착되어 배기가스에 NOx가 포함되지 않을 수 있다. 이 후 가스 터빈의 정상 운전 상태가 되면, 고온 조건에서 촉매상의 암모늄 염은 분해되어 NOx 형태로 전환 되면서 SCR 촉매상에서 환원, 제거할 수 있다. 암모니아는 보관 및 이동 상의 위험성으로 인하여, 요소(Urea)수 또는 암모니아수의 형태로 공급된다. Thus, when ammonia is sufficiently supplied at a relatively low temperature in the early stage of starting the gas turbine, NOx is not reduced but may be attached to the catalyst in the form of ammonium salt, so that NOx may not be contained in the exhaust gas. After that, when the gas turbine is in a normal operating state, the ammonium salt on the catalyst at the high temperature condition can be decomposed and converted into the NOx form, which can be reduced and removed on the SCR catalyst. Ammonia is supplied in the form of Urea water or ammonia water due to the risk of storage and transportation.

비교적 많은 양의 암모니아를 시동 초기에 빠르게 공급하기 위하여, 요소수 또는 암모니아수를 초기 시동 시 비교적 낮은 배경 온도에서 급속히 증발시킬 필요가 있다. 그러나 전기 히터나 고온 증기를 이용하는 경우, 장치의 기동 시간이 길어지고, 장치의 구조가 복잡해진다.In order to provide a relatively large amount of ammonia rapidly at the beginning of the start-up, it is necessary to rapidly evaporate urea or ammonia water at a relatively low background temperature at the initial start-up. However, when an electric heater or high-temperature steam is used, the start-up time of the apparatus becomes longer and the structure of the apparatus becomes complicated.

본 발명의 목적은 짧은 시간 내에 증발 대상 액체(예를 들면, 요소수 또는 암모니아수)를 증발시키는 플라즈마 증발기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 플라즈마 증발기를 이용하는 배기가스 제거 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a plasma evaporator which evaporates a liquid (for example, urea water or ammonia water) to be evaporated in a short time. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas removing system using the plasma evaporator.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 증발기는, 플라즈마 아크를 발생시키는 아크 발생부, 상기 아크 발생부에서 좁아진 제1통로로 연결되어 발생된 아크를 집중시켜 아크 밀도를 높이는 고열밀도부, 상기 고열밀도부에서 확장되는 증발공간을 형성하는 증발 공간부, 상기 증발 공간부에 설치되어 상기 증발공간에서 확장되는 아크를 향하여 증발 대상 액체를 분사하는 분사 노즐, 및 상기 증발 공간부에 좁아지는 제2통로로 연결되어 상기 증발 공간부에서 증발된 증발 대상 액체의 증기를 배출하는 증기 배출부를 포함한다.A plasma evaporator according to an embodiment of the present invention includes an arc generating part generating a plasma arc, a high heat density part increasing an arc density by concentrating an arc generated by a first passage narrowed by the arc generating part, An evaporation space forming an evaporation space extending from the evaporation space, an injection nozzle installed in the evaporation space and jetting a liquid to be evaporated toward an arc extending in the evaporation space, and a second passage And a vapor discharging unit connected to discharge the vapor of the evaporation target liquid evaporated in the evaporation space.

상기 아크 발생부는 방전 기체를 공급하고 전기적으로 접지되는 제1하우징, 상기 제1하우징에 좁아지는 제1경사면으로 연결되어 상기 제1통로를 형성하는 제2하우징, 및 상기 제1하우징에 내장되어 상기 제1경사면 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되는 구동 전극을 포함할 수 있다.The arc generator includes a first housing which supplies a discharge gas and is electrically grounded, a second housing which is connected to a first inclined surface narrowed to the first housing to form the first passage, And a driving electrode to which a driving voltage is applied, forming a discharge gap between the first inclined surfaces.

상기 제2하우징은 상기 제1경사면의 반대측에 확장되는 제2경사면을 더 구비하며, 상기 고열밀도부는 상기 제1통로로 설정될 수 있다.The second housing may further include a second inclined surface extending on the opposite side of the first inclined surface, and the high thermal density portion may be set as the first passage.

상기 증발 공간부는 상기 제2경사면, 상기 제2경사면의 확장된 단부에 연결되어 증발공간을 설정하는 제3하우징, 및 상기 제3하우징에 연결되는 상기 증기 배출부의 제4하우징의 좁아지는 제3경사면으로 설정될 수 있다.Wherein the evaporation space has a third inclined surface, a third housing connected to an extended end of the second inclined surface to set an evaporation space, and a third inclined surface of the fourth housing of the vapor discharge portion connected to the third housing, Lt; / RTI >

상기 제2하우징은 외주에 배치되어 상기 제2하우징과의 사이에 열교환하는 열교환 챔버를 형성하는 열교환 하우징을 더 포함할 수 있다.The second housing may further include a heat exchange housing disposed on the outer circumference to form a heat exchange chamber for heat exchange with the second housing.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 증발기는 상기 분사 노즐과 연통되는 상기 열교환 챔버에 연결되어 저온의 증발 대상 액체를 공급하는 공급 포트, 상기 열교환 챔버에 연결되어 고온의 증발 대상 액체를 배출하는 배출 포트, 및 상기 열교환 챔버 내의 기상 공간 또는 버블 생성을 방지하고 증발 대상 액체의 압력을 유지하는 안전변을 더 포함할 수 있다.The plasma evaporator according to an embodiment of the present invention includes a supply port connected to the heat exchange chamber communicating with the injection nozzle to supply a low temperature liquid to be evaporated, a discharge port connected to the heat exchange chamber to discharge a high temperature liquid to be evaporated, And a safety valve for preventing gas phase space or bubble generation in the heat exchange chamber and maintaining the pressure of the liquid to be vaporized.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 증발기는 상기 제2경사면에 구비되어 미증발 액적을 증발시키는 전열판을 더 포함할 수 있다.The plasma evaporator according to an embodiment of the present invention may further include a heat transfer plate provided on the second inclined surface to evaporate the non-evaporated droplet.

상기 증발 대상 액체는 요소수 또는 암모니아수 일 수 있다.The liquid to be evaporated may be urea water or ammonia water.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 제거 시스템은 가스 터빈에 연결되는 배기가스 관로, 상기 배기가스 관로에 설치되는 SCR(selective catalytic reduction) 촉매, 및 상기 가스 터빈과 상기 SCR 촉매 사이에서 상기 배기가스 관로에 설치되어 요소수 또는 암모니아수를 증발시켜 상기 배기가스 관로로 공급하는 플라즈마 증발기를 포함한다.An exhaust gas purifying system according to an embodiment of the present invention includes an exhaust gas pipe connected to a gas turbine, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst installed in the exhaust gas pipe, and an exhaust gas purifying catalyst disposed between the gas turbine and the SCR catalyst, And a plasma evaporator installed in the pipe to evaporate urea water or ammonia water and supply the evaporated water to the exhaust gas pipe.

상기 배기가스 관로는 상기 플라즈마 증발기가 설치되는 증발기 챔버를 더 구비하고 상기 증발기 챔버의 하측으로 배기가스를 공급하여 상측으로 배출하도록 연결되며, 상기 플라즈마 증발기는 상기 증발기 챔버의 하측에서 배기가스의 유입 방향을 향하여 증기를 분사하도록 배치될 수 있다.Wherein the exhaust gas conduit further includes an evaporator chamber in which the plasma evaporator is installed and connected to exhaust the exhaust gas to a lower side of the evaporator chamber to discharge the exhaust gas upward, As shown in FIG.

이와 같이 일 실시예의 플라즈마 증발기는, 아크 발생부에서 발생한 플라즈마 아크를 고열밀도부에서 아크를 집중시키고, 증발 공간부에서 아크를 확장시키며, 이 상태에 분사 노즐로 증발 대상 액체(예를 들면, 요소수 또는 암모니아수)를 분사하므로 증기 배출부로 증발된 고온의 증발 대상 액체(요소수 또는 암모니아수) 증기를 신속하게 배출할 수 있다.Thus, the plasma evaporator according to the embodiment concentrates an arc in the high-density portion of the plasma arc generated in the arc generating portion, expands the arc in the evaporating space portion, and the evaporation target liquid (for example, Water or ammonia water) is sprayed, it is possible to rapidly discharge the vapor of the high-temperature evaporation target liquid (urea water or ammonia water) vaporized by the vapor discharge portion.

또한 일 실시예의 배기가스 제거 시스템은, SCR 촉매에서 NOx를 제거할 만큼 배기가스의 온도가 충분이 높지 않은 상태에도(예, 가스 터빈의 시동 초기), 플라즈마 증발기에서 플라즈마 아크로 증발 대상 액체(요소수 또는 암모니아수)를 증발시켜 증발 대상 액체(요소수 또는 암모니아수) 증기를 배기가스에 공급함으로써, 배기가스에 포함된 NOx를 암모늄염 형태로 제거할 수 있다.In addition, the exhaust gas removing system of one embodiment is a system in which even when the temperature of the exhaust gas is not sufficiently high enough to remove NOx from the SCR catalyst (for example, in the early stage of starting the gas turbine) Or ammonia water) is evaporated to supply the evaporation target liquid (urea water or ammonia water) vapor to the exhaust gas, so that NOx contained in the exhaust gas can be removed in an ammonium salt form.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 증발기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 증발기의 단면도이다.
도 4는 가스 터빈의 배기가스 관로에 제1실시예의 플라즈마 증발기를 설치한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 제거 시스템의 구성도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma evaporator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view of a plasma evaporator according to a second embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of an exhaust gas removing system according to an embodiment of the present invention in which the plasma evaporator of the first embodiment is installed in an exhaust gas duct of a gas turbine.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 증발기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예의 플라즈마 증발기(1)는 플라즈마 아크를 발생시키는 아크 발생부(10), 고열밀도부(20), 증발 공간부(30), 분사 노즐(40) 및 증기 배출부(50)를 포함한다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a plasma evaporator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1 and 2, the plasma evaporator 1 of the first embodiment includes an arc generating part 10 for generating a plasma arc, a high thermal density part 20, an evaporation space part 30, a spray nozzle 40, And a steam discharging portion (50).

아크 발생부(10)는 공급되는 방전 기체로 플라즈마 아크를 발생시키도록 제1하우징(11), 제2하우징(12) 및 구동 전극(13)을 포함한다. 제1하우징(11)은 일례로써 원통으로 형성되고 전기적으로 접지되며, 일측에 구비되는 기체 포트(111)를 통하여 방전 기체를 제1하우징(11)의 내부로 공급한다. The arc generating portion 10 includes a first housing 11, a second housing 12, and a driving electrode 13 for generating a plasma arc with a supplied discharge gas. The first housing 11 is formed as a cylinder and electrically grounded, for example. The first housing 11 supplies the discharge gas to the inside of the first housing 11 through a gas port 111 provided at one side.

기체 포트(111)는 제1하우징(11)의 원주 방향에서 등각 간격으로 배치되어 방전기체를 구동 전극(13)의 주위에 균일한 분포로 유입하고, 제1하우징(11)의 내면에 접선 방향으로 형성되어 방전기체를 접선 방향으로 유입하므로 방전기체의 회전 유동을 유도할 수 있다.The gas ports 111 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction of the first housing 11 so that the discharge gas flows in a uniform distribution around the driving electrode 13 and is tangentially connected to the inner surface of the first housing 11 So that the discharge gas can flow in the tangential direction, thereby inducing the rotational flow of the discharge gas.

제2하우징(12)은 좁아지는 제1경사면(121)을 가지고 제1하우징(11)에 연결되며, 좁아진 제1경사면(121)의 중심에 제1통로(123)를 구비한다. 즉 제1경사면(121)은 최대 직경부로 제1하우징(11)에 연결되고 최소 직경부로 제1통로(123)를 형성하여, 방전기체 및 플라즈마 아크를 제1통로(123)로 유도한다. 아크는 제1통로(123) 내에서 높은 밀도를 형성하게 되며 안정된다.The second housing 12 has a first inclined face 121 that is narrowed and is connected to the first housing 11 and has a first passageway 123 at the center of the narrowed first inclined face 121. That is, the first inclined face 121 is connected to the first housing 11 with the largest diameter portion and forms the first passage 123 with the smallest diameter portion to guide the discharge gas and the plasma arc to the first passage 123. The arc forms a high density in the first passage 123 and is stabilized.

구동 전극(13)은 제1하우징(11)에 내장되어 제1하우징(11)의 내면과의 사이에 방전 기체 흐름 통로를 형성하고, 제2하우징(12)의 제1경사면(121)과의 사이에 방전갭(G)을 형성한다. 제1경사면(121)은 구동 전극(13)의 끝 부분을 수용하기 위하여, 구동 전극(13)의 끝 부분에 대응하는 구조인 점진적으로 좁아지는 공간을 형성한다.The driving electrode 13 is embedded in the first housing 11 to form a discharge gas flow path between the driving electrode 13 and the inner surface of the first housing 11 and is connected to the first inclined surface 121 of the second housing 12 A discharge gap G is formed. The first inclined surface 121 forms a gradually narrowed space having a structure corresponding to the end portion of the driving electrode 13 in order to accommodate the end portion of the driving electrode 13.

방전갭(G)으로 방전 기체가 공급되는 상태에서, 제1하우징(11)이 접지되고, 구동 전극(13)에 구동 전압(HV)이 인가되면, 방전갭(G)에서 방전기체를 매체로 하여 플라즈마 아크가 발생된다. 플라즈마 아크는 제1경사면(121)의 안내를 받아 밀도가 높아지면서 제1통로(123)로 진행된다.When the first housing 11 is grounded and the drive voltage HV is applied to the drive electrode 13 in a state where the discharge gas is supplied to the discharge gap G, A plasma arc is generated. The plasma arc is guided by the first inclined surface 121 and advances to the first passage 123 with a higher density.

고열밀도부(20)는 제1통로(123)로 설정된다. 즉 고열밀도부(20)는 아크 발생부(10)에서 좁아진 제1경사면(121)에 제1통로(123)로 연결되어, 방전갭(G)에서 발생된 플라즈마 아크를 제1통로(123)의 내부로 집중시켜 플라즈마 아크의 밀도를 높인다.The high-temperature-density portion 20 is set to the first passage 123. The high temperature density portion 20 is connected to the first inclined surface 121 which is narrowed by the arc generating portion 10 by the first passage 123 so that the plasma arc generated in the discharge gap G is passed through the first passage 123, Thereby increasing the density of the plasma arc.

증발 공간부(30)는 고열밀도부(20)에서 확장되는 증발공간(S)을 형성한다. 이를 위하여, 제2하우징(12)은 제1경사면(121)의 반대측에 확장되는 제2경사면(122)을 더 구비한다. 즉 제2하우징(12)은 제1통로(123)의 전, 후방에 제1, 제2경사면(121, 122)을 구비한다. 제2경사면(122)은 증발 공간부(30)의 일측에서 점진적으로 넓어지는 공간을 형성한다.The evaporation space (30) forms an evaporation space (S) extending from the high temperature density portion (20). To this end, the second housing 12 further includes a second inclined surface 122 extending to the opposite side of the first inclined surface 121. That is, the second housing 12 has the first and second inclined surfaces 121, 122 on the front and rear of the first passage 123. The second inclined surface 122 forms a gradually widening space at one side of the evaporation space part 30. [

증발 공간부(30)는 제2경사면(122)과 제3하우징(33) 및 제4하우징(14)의 제3경사면(141)으로 설정된다. 제3하우징(33)은 제2경사면(122)의 확장된 단부에 연결되어 증발공간(S)의 원주 방향 경계를 설정한다. 제4하우징(14)은 제3하우징(33)에 연결되고, 증발 공간부(30)를 향하는 제3경사면(141)을 구비한다.The evaporation space portion 30 is set to the second inclined surface 122 and the third inclined surface 141 of the third housing 33 and the fourth housing 14. [ The third housing 33 is connected to the extended end of the second inclined surface 122 to set the circumferential boundary of the evaporation space S. [ The fourth housing 14 is connected to the third housing 33 and has a third inclined surface 141 facing the evaporation space 30. [

제3경사면(141)은 증발공간(S)의 제2경사면(122) 반대측을 설정하며, 증발공간(S)에서 멀어지는 방향으로 좁아지면서 제4하우징(14)의 일측을 형성한다. 제3경사면(141)은 증발공간(S)을 설정하며, 제2경사면(122)에 비하여 완만하게 좁아진다.The third inclined surface 141 defines the opposite side of the second inclined surface 122 of the evaporation space S and narrows in a direction away from the evaporation space S to form one side of the fourth housing 14. The third inclined surface 141 sets the evaporation space S and gradually becomes narrower than the second inclined surface 122.

또한 제2하우징(12)은 제2하우징(12)의 외주에 배치되어 제2하우징(12)과의 사이에 열교환 챔버(15)를 형성하고 분사 노즐(40)에 연통되는 열교환 하우징(21)을 더 포함한다. 공급 포트(151)는 열교환 챔버(15)의 일측인 열교환 하우징(21)에 구비되어 저온의 증발 대상 액체(일례로써, 요소수 또는 암모니아수)를 열교환 챔버(15)로 공급한다. 배출 포트(152)는 열교환 챔버(15)의 일측인 열교환 하우징(21)에 구비되어 고온의 증발 대상 액체를 배출한다. The second housing 12 is disposed on the outer circumference of the second housing 12 and forms a heat exchange chamber 15 between the second housing 12 and the second housing 12. The heat exchange housing 21 communicates with the injection nozzle 40, . The supply port 151 is provided in the heat exchange housing 21 which is one side of the heat exchange chamber 15 and supplies the low temperature liquid to be evaporated (for example, urea water or ammonia water) to the heat exchange chamber 15. The discharge port 152 is provided in the heat exchange housing 21, which is one side of the heat exchange chamber 15, to discharge a high temperature liquid to be vaporized.

안전변(153)는 열교환 챔버(15)를 형성하는 열교환 하우징(21)에 구비되어, 열교환 챔버(15) 내에 기상의 공간 또는 기체 버블이 형성되는 것을 방지하며, 증발 대상 액체의 압력을 설정된 값으로 유지한다.The safety valve 153 is provided in the heat exchange housing 21 forming the heat exchange chamber 15 to prevent the formation of gaseous space or gas bubbles in the heat exchange chamber 15, .

분사 노즐(40)은 증발 공간부(30)에 설치되어 증발공간(S)에서 확장되는 플라즈마 아크를 향하여 요소수 또는 암모니아수를 분사하도록 구성된다. 분사 노즐(40)은 증발 공간부(30)의 상, 하에 1쌍 또는 원주 방향에서 다수 개(일례로써 3개)의 등간격으로 배치되어, 제2경사면(122)의 기울기와 나란한 방향으로 분사 방향을 설정할 수 있다. The injection nozzle 40 is configured to inject urea water or ammonia water in the evaporation space 30 toward the plasma arc extending in the evaporation space S. The injection nozzles 40 are arranged at equal intervals on the upper and lower sides of the evaporation space portion 30 or on a plurality of (for example, three) circumferentially spaced equally spaced apart from each other in the direction parallel to the inclination of the second inclined surface 122, Direction can be set.

따라서 분사 노즐(40)에서 분사되는 요소수 또는 암모니아수는 제2경사면(122)의 내부에 설정되는 증발공간(S)의 중심으로 향하여 분사된다. 요소수 또는 암모니아수는 증발공간(S)에서 확장된 고온의 플라즈마 아크에 분사되어 암모니아 또는 요소가 포함된 증기로 변하게 된다.Therefore, the urea water or ammonia water injected from the injection nozzle 40 is injected toward the center of the evaporation space S set inside the second inclined surface 122. The urea water or ammonia water is injected into the expanded high temperature plasma arc in the evaporation space (S) to become ammonia or vapor containing urea.

증기 배출부(50)는 증발 공간부(30)에 좁아진 중심의 제2통로(143)로 연결되어 증발 공간부(30)에서 증발된 암모니아 증기를 배출한다. 따라서 증기 배출부(50)는 제4하우징(14)에서 제3경사면(141)의 중심에 구비되는 제2통로(143)로 설정된다. 제2통로(143)는 고온 고압의 증발공간(S)으로부터 고온의 암모니아 증기를 분출할 수 있다.The steam discharging part 50 is connected to a second passage 143 having a narrowed center in the evaporating space part 30 to discharge the vaporized ammonia vapor in the evaporating space part 30. The steam outlet 50 is set to the second passage 143 provided at the center of the third inclined surface 141 in the fourth housing 14. [ The second passage 143 can discharge the high-temperature ammonia vapor from the evaporation space S at high temperature and high pressure.

이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 비교하여 동일한 구성을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.A second embodiment of the present invention will be described below. The same configuration as that of the first embodiment will be omitted and different configurations will be described.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 증발기의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제2실시예의 플라즈마 증발기(2)는 제2경사면(122)에 전열판(61)을 더 구비한다.3 is a cross-sectional view of a plasma evaporator according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the plasma evaporator 2 of the second embodiment further includes a heat transfer plate 61 on the second inclined surface 122.

전열판(61)은 제1통로(123)을 경유하여 증발공간(S)에서 증발되지 않은 요소수 또는 암모니아수의 미증발 액적을 추가로 증발시킨다. 따라서 전열판(61)은 제2경사면(122)에 퇴적될 미증발 액적을 제거하여, 분사된 요소수 또는 암모니아수의 증기를 증발공간(S)에 더 증가시켜 증기 배출부(50)로 배출할 수 있게 한다. 전열판(61)은 전력을 크게 소비 하지 않으면서 증발공간(S)에 퇴적되는 미증발 액적을 효과적으로 증발시킬 수 있다.The heat transfer plate 61 further evaporates undoped droplets of urea water or ammonia water not evaporated in the evaporation space S via the first passage 123. Therefore, the heat transfer plate 61 removes the undrawn droplets to be deposited on the second inclined surface 122, and further increases the vapor of the injected urea water or ammonia water into the evaporation space S and discharges it to the vapor discharge unit 50 Let's do it. The heat transfer plate 61 can effectively evaporate the non-evaporated droplets deposited in the evaporation space S without consuming a large amount of electric power.

도 4는 가스 터빈의 배기가스 관로에 제1실시예의 플라즈마 증발기를 설치한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 제거 시스템의 구성도이다.4 is a configuration diagram of an exhaust gas removing system according to an embodiment of the present invention in which the plasma evaporator of the first embodiment is installed in an exhaust gas duct of a gas turbine.

도 4를 참조하면, 일 실시예의 배기가스 제거 시스템은 가스 터빈(71)에 연결되는 배기가스 관로(72), 배기가스 관로(72)에 설치되는 SCR(selective catalytic reduction) 촉매(73), 및 플라즈마 증발기(1)를 포함한다. 편의상 제1실시예의 플라즈마 증발기(1)를 적용한다.4, the exhaust gas removal system of one embodiment includes an exhaust gas duct 72 connected to a gas turbine 71, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst 73 installed in the exhaust gas duct 72, And a plasma evaporator (1). For convenience, the plasma evaporator 1 of the first embodiment is applied.

배기가스 관로(72)는 가스 터빈(71)의 배기가스를 배출시키도록 가스 터빈(71)과 SCR 촉매(73)를 연결한다 플라즈마 증발기(1)는 배기가스 관로(72)에 설치되어, 요소수 또는 암모니아수를 증발시켜 배기가스 관로(72)로 공급한다.The exhaust gas pipeline 72 connects the gas turbine 71 and the SCR catalyst 73 so as to discharge the exhaust gas of the gas turbine 71. The plasma evaporator 1 is installed in the exhaust gas pipeline 72, Water or ammonia water is evaporated and supplied to the exhaust gas pipeline 72.

일례를 들면, 배기가스 관로(72)는 증발기 챔버(74)를 더 구비하며, 배기가스는 증발기 챔버(74)의 하측으로 공급되어 상측으로 배출된다. 플라즈마 증발기(1)는 증발기 챔버(74)에 설치된다.For example, the exhaust gas conduit 72 further includes an evaporator chamber 74, and the exhaust gas is supplied to the lower side of the evaporator chamber 74 and is discharged upward. A plasma evaporator (1) is installed in the evaporator chamber (74).

플라즈마 증발기(1)는 증발기 챔버(74)의 하측에서 배기가스의 유입 방향을 향하여 암모니아 증기를 분사하도록 배치된다. 따라서 플라즈마 증발기(1)에서 분사되는 암모니아수의 증기는 증발기 챔버(74) 내의 배기가스에 분사된다.The plasma evaporator 1 is disposed below the evaporator chamber 74 so as to inject ammonia vapor toward the inflow direction of the exhaust gas. Therefore, the vapor of the ammonia water injected from the plasma evaporator 1 is injected into the exhaust gas in the evaporator chamber 74.

암모니아 증기는 가스 터빈(71)의 시동 초기에, 배기가스에 포함된 NOx와 반응하여 암모늄염을 생성한다. 암모늄염은 SCR 촉매(73) 상에 부착된다. 따라서 가스 터빈(71)이 저온 구동하는 시동 초기에도 배기가스 관로(72)를 통하여 NOx가 배출되지 않는다.The ammonia vapor reacts with the NOx contained in the exhaust gas at the beginning of the start of the gas turbine 71 to produce ammonium salt. The ammonium salt is deposited on the SCR catalyst 73. Therefore, NOx is not discharged through the exhaust gas pipeline 72 even at the initial stage of starting the gas turbine 71 at a low temperature.

가스 터빈(71)이 정상 운전되면, 고온 조건에 의하여 SCR 촉매(73) 상의 암모늄염은 분해되어 NOx 형태로 전환되면서 SCR 촉매(73) 상에서 환원, 제거될 수 있다.When the gas turbine 71 is operated normally, the ammonium salt on the SCR catalyst 73 can be decomposed and converted to the NOx form by the high-temperature condition, and can be reduced and removed on the SCR catalyst 73.

한편, 도시하지 않았으나 플라즈마 증발기는 촉매로 작용하는 금속 성분이 포함된 금속 수용액(metal solution)을 증발시켜 증기 배출부로 배출시킬 수 있다. 이때, 금속 수용액에서 증발된 금속 증기는 촉매 코팅의 대상이 되는 파우더(powder)에 분사될 수 있고, 이 경우 파우더 표면에 금속 성분을 코팅할 수 있다.Meanwhile, although not shown, a plasma evaporator can evaporate a metal solution containing a metal component serving as a catalyst and discharge the vapor to a vapor discharge portion. At this time, the metal vapor evaporated in the metal aqueous solution can be sprayed onto the powder to be coated with the catalyst, and in this case, the powder surface can be coated with the metal component.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

1, 2: 플라즈마 증발기 10: 아크 발생부
11: 제1하우징 12: 제2하우징
13: 구동 전극 14: 제4하우징
15: 열교환 챔버 20: 고열밀도부
21: 열교환 하우징 30: 증발 공간부
33: 제3하우징 40: 분사 노즐
50: 증기 배출부 61: 전열판
71: 가스 터빈 72: 배기가스 관로
73: SCR 촉매 74: 증발기 챔버
111: 기체 포트 121: 제1경사면
122: 제2경사면 123: 제1통로
141: 제3경사면 143: 제2통로
151: 공급 포트 152: 배출 포트
153: 안전변 G: 방전갭
HV: 구동 전압 S: 증발공간1, 2: plasma evaporator 10: arc generator
11: first housing 12: second housing
13: driving electrode 14: fourth housing
15: heat exchange chamber 20: high heat density part
21: heat exchange housing 30: evaporation space part
33: third housing 40: injection nozzle
50: steam discharging portion 61:
71: gas turbine 72: exhaust gas duct
73: SCR catalyst 74: Evaporator chamber
111: gas port 121: first inclined surface
122: second inclined plane 123: first passage
141: third inclined surface 143: second passage
151: supply port 152: exhaust port
153: Safety G: Discharge gap
HV: driving voltage S: evaporation space

Claims (10)

플라즈마 아크를 발생시키는 아크 발생부;
상기 아크 발생부에서 좁아진 제1통로로 연결되어 발생된 아크를 집중시켜 아크 밀도를 높이는 고열밀도부;
상기 고열밀도부에서 확장되는 증발공간을 형성하는 증발 공간부;
상기 증발 공간부에 설치되어 상기 증발공간에서 확장되는 아크를 향하여 증발 대상 액체를 분사하는 분사 노즐; 및
상기 증발 공간부에 좁아지는 제2통로로 연결되어 상기 증발 공간부에서 증발된 증발 대상 액체의 증기를 배출하는 증기 배출부
를 포함하며,
상기 아크 발생부는
방전 기체를 공급하고 전기적으로 접지되는 제1하우징,
상기 제1하우징에 좁아지는 제1경사면으로 연결되어 상기 제1통로를 형성하는 제2하우징, 및
상기 제1하우징에 내장되어 상기 제1경사면 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되는 구동 전극
을 포함하고,
상기 제2하우징은
상기 제1경사면의 반대측에 확장되는 제2경사면, 및
상기 제1경사면과 상기 제2경사면의 외주에 열교환 챔버를 형성하는 열교환 하우징을 더 포함하며,
상기 분사 노즐은
상기 증발공간의 상기 제2경사면에 증발 대상 액체를 분사하고,
상기 열교환 챔버는
상기 분사 노즐과 연통되고 저온의 증발 대상 액체를 공급하는 공급 포트에 연결되고,
고온의 증발 대상 액체를 배출하는 배출 포트에 연결되는 플라즈마 증발기.An arc generating unit generating a plasma arc;
A high thermal density unit connected to the narrowed first passage to concentrate the generated arc to increase the arc density;
An evaporation space part forming an evaporation space extending from the high temperature density part;
A spray nozzle installed in the evaporation space and spraying a liquid to be evaporated toward an arc extending in the evaporation space; And
A vapor discharging portion connected to the evaporation space portion through a second passage narrowed to discharge the vapor of the evaporation target liquid evaporated in the evaporation space portion,
/ RTI >
The arc generator
A first housing which supplies a discharge gas and is electrically grounded,
A second housing connected to the first housing by a first inclined surface that narrows to form the first passage,
A driving electrode which is embedded in the first housing and forms a discharge gap between the first inclined surfaces,
/ RTI >
The second housing
A second inclined surface extending on the opposite side of the first inclined surface,
Further comprising a heat exchange housing for forming a heat exchange chamber on the outer periphery of the first inclined surface and the second inclined surface,
The injection nozzle
The liquid to be evaporated is sprayed on the second inclined surface of the evaporation space,
The heat exchange chamber
A supply port communicating with the injection nozzle and supplying a liquid to be evaporated at a low temperature,
And connected to a discharge port for discharging the high temperature liquid to be vaporized. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고열밀도부는
상기 제1통로로 설정되는 플라즈마 증발기.The method according to claim 1,
The high-
And the second passage is set to the first passage. 제3항에 있어서,
상기 증발 공간부는
상기 제2경사면,
상기 제2경사면의 확장된 단부에 연결되어 증발공간을 설정하는 제3하우징, 및
상기 제3하우징에 연결되는 상기 증기 배출부의 제4하우징의 좁아지는 제3경사면으로 설정되는 플라즈마 증발기.The method of claim 3,
The evaporation space
The second inclined surface,
A third housing connected to an extended end of the second inclined surface to set an evaporation space,
And a third inclined face which is narrowed in the fourth housing of the vapor discharge portion connected to the third housing. 제3항에 있어서,
상기 열교환 하우징은
상기 제2하우징의 외주에 배치되어 상기 제2하우징과의 사이에 열교환하는 상기 열교환 챔버를 형성하는 플라즈마 증발기.The method of claim 3,
The heat exchange housing
And the heat exchange chamber is disposed on the outer periphery of the second housing to exchange heat with the second housing. 제5항에 있어서,
상기 열교환 챔버는
상기 열교환 챔버 내의 기상 공간 또는 버블 생성을 방지하고 증발 대상 액체의 압력을 유지하는 안전변에 연결되는 플라즈마 증발기.6. The method of claim 5,
The heat exchange chamber
A vapor phase space in the heat exchange chamber or a safety valve for preventing the generation of bubbles and maintaining the pressure of the liquid to be evaporated. 제4항에 있어서,
상기 제2경사면에 구비되어 미증발 액적을 증발시키는 전열판을 더 포함하는 플라즈마 증발기.5. The method of claim 4,
And a heat transfer plate provided on the second inclined surface to evaporate the non-evaporated droplet. 제1항에 있어서,
상기 증발 대상 액체는
요소수 또는 암모니아수 인 플라즈마 증발기.The method according to claim 1,
The liquid to be evaporated
Urea water or ammonia water. 가스 터빈에 연결되는 배기가스 관로;
상기 배기가스 관로에 설치되는 SCR(selective catalytic reduction) 촉매; 및
상기 가스 터빈과 상기 SCR 촉매 사이에서 상기 배기가스 관로에 설치되어 요소수 또는 암모니아수를 증발시켜 상기 배기가스 관로로 공급하는 상기 제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 플라즈마 증발기
를 포함하는 배기가스 제거 시스템.An exhaust gas duct connected to the gas turbine;
A selective catalytic reduction (SCR) catalyst installed in the exhaust gas conduit; And
9. The plasma evaporator according to any one of claims 1 to 8, wherein the exhaust gas is supplied to the exhaust gas pipe between the gas turbine and the SCR catalyst to evaporate urea water or ammonia water,
And an exhaust system. 제9항에 있어서,
상기 배기가스 관로는
상기 플라즈마 증발기가 설치되는 증발기 챔버를 더 구비하고,
상기 증발기 챔버의 하측으로 배기가스를 공급하여 상측으로 배출하도록 연결되며
상기 플라즈마 증발기는
상기 증발기 챔버의 하측에서 배기가스의 유입 방향을 향하여 증기를 분사하도록 배치되는 배기가스 제거 시스템.10. The method of claim 9,
The exhaust gas conduit
Further comprising an evaporator chamber in which the plasma evaporator is installed,
And connected to discharge the exhaust gas to the lower side of the evaporator chamber to discharge the exhaust gas upward
The plasma evaporator
Wherein the evaporator chamber is arranged to inject steam at a lower side of the evaporator chamber toward the inflow direction of the exhaust gas.
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