KR102130341B1 - 미세먼지 전구물질 농도 및 온도의 2차원 측정 및 이의 능동제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 미세먼지 전구물질 농도 및 온도의 2차원 측정 및 이의 능동제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 발전소 등의 대형 연소시스템의 배가스내에서 포함되어 있는 미세먼지 전구물질인 NO의 농도 및 온도를 2차원 TDLAS 방법을 사용하여 측정하고 이에 대응하여 암모니아를 분사하여 NO의 농도를 최소화하는 제어방법에 관한 것이다.
Description
본원 발명은 미세먼지 전구물질 농도 및 온도의 2차원 측정 및 이의 능동제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 발전소 등의 대형 연소시스템의 배가스내에서 포함되어 있는 미세먼지 전구물질인 NO의 농도 및 온도를 2차원 TDLAS 방법을 사용하여 측정하고 이에 대응하여 암모니아를 분사하여 NO의 농도를 최소화하는 제어방법에 관한 것이다.
WHO 기준으로 미세먼지와 초미세먼지는 각각 입자의 직경이 2.5㎛, 1.0㎛인 입자상 물질을 의미하며 우리나라에서는 각각 10㎛, 2.5㎛ 로 정의하고 있다.
현재 국내 미세먼지의 원인 중 하나로 화력 발전소에서의 연소에 의한 것을 들 수 있는데 화력 발전소에서의 연소에 의해 생기는 미세먼지는 국내 미세 먼지 생산량의 20~30%를 차지하고 있는 것으로 파악된다.
미세먼지 전구물질 중의 하나인 NO를 제거하기 위해서 배출단에서 암모니아를 분사하고 있다. 이론상으로 암모니아를 NO농도에 맞추어 분사하여 NO와 암모니아가 반응하여 NO가 모두 전환되어야 한다. 단면적이 넓은 배출단의 특성상 NO와 암모니아가 균일하게 혼합되지 않고, 농도의 구배에 따른 반응속도의 차이로 균일한 반응물이 생성되지 않는다. 통상적으로는 반응하지 않고 배출되는 암모니아가 없도록 NO의 최소량을 예측하여 암모니아를 분사하고 있으나, 그럼에도 불구하고 종종 미반응 암모니아가 배출되는 암모니아 슬립(Ammonia Slip) 현상이 발생한다.
미반응 암모니아는 후단 설비, 특히 배기가스와 연소공기 사이의 간접식 열교환 방식으로 작동되는 공기 건조기에 나쁜 영향을 미친다. 암모니아는 반응성이 좋기 때문에 공기 건조기 내에서 SOx, NOx, 애쉬(ash) 등과 만나 증착하고 유로를 막거나 부식을 일으키는 등 다양한 문제를 발생시킨다.
암모니아 슬립이 발생하는 가장 큰 원인은 배가스내 NO의 불균일 분포에 있다는 점과 이에 맞추어 암모니아를 조절하여 분사하지 못한다는 점이다. 단면적이 넓은 배출단의 특성상 주변부의 유속이 낮고 혼합이 잘 일어나지 않아서, 주변부에서 NO의 농도가 높고 중심부는 NO의 농도가 낮다.
CO, CO2, NOx, SOx 등 다양한 가스들의 농도를 계측하는데 있어 측정 대상의 가스를 샘플링 하지 않고, 실시간 계측이 가능한 레이저를 이용한 계측 방법이 크게 각광받고 있다. 대기환경에 영향을 미치는 가스 종들은 주로 적외선 영역에서 흡수가 이루어지는데, 여기서 적외선 영역은 근적외선(Near-infrared ray, 0.8㎛ - 1.5㎛), 중적외선(Mid-infrared ray, 1.5㎛ - 5.6㎛), 원적외선(Far-infrared ray, 5.6㎛ - 1000㎛)으로 나눌 수 있다. 중적외선에서는 분자의 흡수를 일으키는 분자의 진동이나 회전운동 모드들이 집중되어 있어, 빛의 파장을 흡수하는 분자의 특성을 이용한 DAS(Direct Absorption Spectroscopy) 계측 기법에 적용되어 측정 대상 가스의 농도나 온도를 계측하는 방법에 탁월한 효과를 나타내고 있다.
파장가변형 다이오드레이저 흡수분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 이하 'TDLAS')는 광원으로 파장가변형 레이저를 사용하는데, 계측 영역을 투과하기 전의 초기 레이저 강도(I0)와 계측 영역을 지나 흡수가 일어난 후의 레이저 강도(I)의 비를 비교하여 농도와 온도를 구하는 방법이다. 이는 Beer-Lambert 법칙을 근거로 한다.
도 1의 식에서 알 수 있듯이 흡수량은 광학적 측정거리(optical path length, L)에 비례하는 것을 알 수 있다. 미세먼지 전구물질을 측정하는 환경에서 각 계측 가스의 농도가 아주 미세하다고 가정하면 계측 향상을 위한 주요 변수 값은 측정거리(L)와 온도(T)가 된다.
특허문헌 1은 2차원 및 3차원적 가스 온도 분포 측정 방법에 관한 것으로서, 다이오드 레이저를 이용하여 1차원적으로만 측정하여 2차원 또는 3차원 측정이 불가능한 공간 내의 가스의 온도 및 농도 분포를 2차원 또는 3차원적으로 매핑하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법은 발광부에서 발생하는 레이저를 수광부에서 수집하여 이를 정해진 수식에 의해서 연산하여 2차원 또는 3차원적으로 계산된 값을 매핑하는 것이다. 제철소의 가열로와 같은 구조물에서 가스의 온도 및 농도 분포를 측정할 수 있는 방법이다.
특허문헌 2는 광학적 온도분포 정밀계측 장치 및 방법에 관한 것으로서 파장가변형 다이오드레이저 흡수분광법을 사용하여 농도를 측정할 경우 온도에 따른 흡수도의 변이를 고려한 것이다. 온도와 농도에 따른 흡수도를 동시에 측정하여 온도에 의한 영향을 보정함으로써 정밀한 농도를 측정하기 위한 것이다.
특허문헌 3은 이동식 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광기를 구비한 노 내 역-반사기에 관한 것으로서, 레이저가 보일러 내부 외측에 배치된 피치 집광 렌즈를 포함하는 피치 광학기구를 통해 투사된다. 피치 집광렌즈는 관통구를 통해 보일러 내부로 레이저를 투사한다. 피치 집광 렌즈에 의해 투사된 레이저는 적어도 하나의 노내 역-반사기에 의해 반사되고, 보일러 내부 외측에 배치된 피치 광학 기구와 실질적으로 동일한 캐치 광학기구에 의해 수신된다. 피치 집광 렌즈는 또한 적어도 하나의 노내 역-반사기들의 또 다른 반사기를 향하도록 조종될 수 있다. 연소 특성들은 각 역-반사기에 대해 또는 노 내에서 역-반사기 영역을 기초해서 산출될 수 있다.
특허문헌 4는 연소제어 및 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로서, 센싱장치는 각각 일정한 발진 주파수를 갖는 한 개 이상의 다이오드 레이저와, 다이오드 레이저의 출력과 광학적으로 연결되며, 또 발신측 광섬유에 광학적으로 연결되는 멀티플렉서로 구성된다. 다중화 레이저 빛은 발신측 광섬유를 통해 발신 광학부로 전송된다. 발신 광학부는 연소실 또는 석탄이나 가스 화력 발전소의 보일러 등과 같은 프로세스 실과 작용적으로 연결되어 있다. 또한, 수신 광학부는 상기 프로세스 실과 작용적으로 연결되며, 상기 발신 광학부와 광학적으로 연통되고, 상기 프로세스 실을 관통하여 발사된 다중화 레이저 출력을 수신한다. 수신 광학부는 광섬유에 광학적으로 연결되어 다중화 레이저 출력을 디멀티플렉서로 전송한다. 디멀티플렉서는 레이저 빛을 역다중화하며, 선택된 발진 주파수의 빛을 검출기에 광학적으로 연결한다. 검출기는 선택된 발진 주파수 중의 하나에 민감하다.
종래의 특허문헌 1 및 2는 농도 및 온도를 측정하거나, 이를 2차원 또는 3차원으로 매핑하여 측정만 하며, 특허문헌 3은 내부에 직접적으로 반사기를 배치하고 있으나, 반사기의 오염에 다른 문제를 해결할 수 있는 방안이 제시되지 않았고, 특허문헌 4는 가스흐름을 검출하고 암모니아를 분사하는 개념에 대해서 기재하고 있을 뿐 이에 대한 구체적인 수단이 결여되어 있다.
이와 같이 종래 기술은 암모니아 슬림이 발생하는 가장 큰 원인인 배가스내 NO의 불균일 분포와 이에 맞추어 암모니아를 조절하여 분사하지 못하는 문제에 대한 구체적인 해결책을 제시하지 못하고 있다.
본원 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, NO을 제거하기 위해서 분사하는 암모니아에 의한 슬립을 제거하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본원 발명에 따른 양태는 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하기 위한 배관내 질소산화물 처리장치에 있어서, 배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영해 보았을 때 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기들을 포함하는 질소산화물 처리부; 상기 질소산화물 처리기들에 레이저를 주사하는 광원이 다수 배치된 광원부;를 포함하며, 상기 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기들 중 격자 형태의 첫번째 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들은 배출되는 유체의 흐름에 수직인 첫번째 평면에 배치되고, 상기 첫번째 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들과 평행으로 이격되어 배치된 각각의 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들은 상기 첫번째 평면과 평행으로 이격된 각각 다른 평면에 서로 겹치지 않게 배치되고, 상기 광원 중 각각 하나의 광원은 상기 하나의 평면에 배치된 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들에 레이저를 주사하며, 상기 각각의 질소산화물 처리기는 상기 광원이 주사하는 레이저를 반사하기 위한 반사기 및 질소산화물 제거액을 분사하기 위한 분사기를 포함하는 질소산화물 처리장치를 제공한다.
상기 연소 또는 엔진의 작동은 발전소 연소, 보일러 연소, 선박 엔진의 작동, 대형 육상 운송 장치 엔진의 작동 중 하나 일 수 있으며, 상기 질소산화물은 NO이며, 상기 질소산화물 제거액은 암모니아이다.
상기 첫번째 평면과 상기 각각 다른 평면 중 가장 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리는 상기 유체가 이동하는 배관 내의 전체 길이의 5% 이하, 바람직하게는 1% 이하이다.
상기 레이저는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser) 또는 분포 궤환형 레이저(Distributed Feedback laser)이며, 상기 광원에는 레이저를 조사하는 레이저부 외에 상기 조사된 레이저가 상기 반사기를 통해서 반사되어 올 때 이를 집광하는 광검출부; 상기 광검출부에서 검출된 레이저를 분석하는 프로세서부를를 추가로 포함한다.
상기 분사기는 상기 프로세서부에 의해 분석된 질소산화물의 농도에 대응하여 질소산화물 제거액의 분사를 조절하는 노즐형태이다.
상기 질소산화물 처리장치의 후단에 상기 배관내 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 추가측정부가 부가될 수 있으며, 상기 추가측정부는 상기 질소산화물 처리부에서 분사기를 제거한 형태의 제2처리부 및 상기 광원부와 동일한 형태의 제2광원부를 포함하며, 상기 추가측정부에서 측정된 값에 따라 상기 분사기에서 배출되는 질소산화물 제거액의 양을 조절할 수 있다.
본원 발명에 따른 또 다른 양태는 상기 질소산화물 처리장치를 이용하여 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하는 방법을 제공한다.
본원 발명은 배관내에 질소산화물의 농도를 직접 측정하고 이를 대응하여, 매우 정밀하게 암모니아를 분사함으로써, 종래와 달리 질소산화물을 거의 완벽하게 제거할 수 있으며, 특히 미반응 암모니아의 배출로 인한 암모니아 슬립이라는 문제를 원천적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
본원 발명에 따른 농도 측정 장치는 종래의 2차원 또는 3차원 온도/농도 측정 장치에 대비하여 장치의 구조가 간단하고, 직접적인 측정 방법에 의한 결과로서 종래의 2차원 또는 3차원 온도/농도 측정 장치에 대비하여 정확도가 높다.
아울러, 암모니아 분사를 위해서 이미 설치된 노즐에 단순 부착하기 때문에 추가의 비용이 발생하지 않는다.
도 1은 통상적인 발전소 등에 사용되는 배출단의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 2차원 온도 또는 농도 측정 방법의 개략도이다.
도 3은 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치의 개략도이다.
도 4는 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치를 배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영했을 때의 개략도이다.
도5는 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치를 배출되는 유체의 흐름 방향에서 투영했을 때의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 2차원 온도 또는 농도 측정 방법의 개략도이다.
도 3은 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치의 개략도이다.
도 4는 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치를 배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영했을 때의 개략도이다.
도5는 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치를 배출되는 유체의 흐름 방향에서 투영했을 때의 개략도이다.
본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치는 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 유체의 배기유로 등에서 NO의 농도를 직접 측정하여 실시간으로 질소산화물 제거액을 분사하는 질소산화물 처리장치에 관한 것이다. 종래의 장치는 배관의 벽면 근처의 농도만을 분석하거나, 내부 농도를 연산을 통해서 계산하고 있는바, 내부의 농도의 정확한 실시간 분석이 불가능하였다.
도 1은 통상적인 발전소 등에 사용되는 배출단의 개략도이다. 배출단(100)은 연소부(110)에서 연소된 유체가 배관을 따라서 외부로 배출되면서 유체에 포함된 질소산화물 등을 처리한다. 도 1에서 점선은 배출되는 유체의 흐름을 가상적으로 나타낸 것으로서 특허문헌 1에서는 도 1의 질소산화물 처리부(120)에서 레이저를 조사하여 내부 온도 또는 농도의 구배를 측정하였다. 도 2를 참조하면 통상적으로 단면이 사각형인 배관의 외주면을 따라 레이저 광원 또는 검출부를 배치하여 레이저 내부 배관을 통과한 레이저를 검출하였고 각각의 2차원에 교차 검출되는 레이저 흡수 정도를 연산을 통해서 온도와 농도의 구배를 도2와 같이 도출하였다. 특허문헌 4는 측정과 암모니아 분사에 대한 개념을 제시하고 있으나, 구체적인 해결책은 제시를 하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 내부의 농도를 직접적으로 측정할 수 없다는 단점이 있으며, 내부 농도를 측정하더라도 이를 직접적으로 제어할 수 있는 수단이 결여되어 있다. 한편 특허문헌 2의 방법을 사용하여 농도를 측정할 경우 각 레이저의 교점에 암모니아 분사 수단을 마련할 경우 레이저의 조사 궤도에 간섭을 일으켜 적절할 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
이하 도 3 내지 도 5와 함께 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치의 구체적인 일 실시예를 설명한다. 본원 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치(300)는 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하기 위한 배관내 질소산화물 처리장치에 있어서, 배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영해 보았을 때 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기(320)들을 포함하는(도 4 참조) 질소산화물 처리부(도면 미도시); 상기 질소산화물 처리기(320)들에 레이저를 주사하는 광원(310)이 다수 배치된 광원부(도면 미도시);를 포함하며, 상기 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기(320)들 중 격자 형태의 첫번째 직선(340)에 해당하는 질소산화물 처리기들은 배출되는 유체의 흐름에 수직인 첫번째 평면(345)에 배치되고, 상기 첫번째 직선(340)에 해당하는 질소산화물 처리기들과 평행으로 이격되어 배치된 각각의 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들은 상기 첫번째 평면(345)과 평행으로 이격된 각각 다른 평면에 서로 겹치지 않게 배치되고, 상기 광원 중 각각 하나의 광원은 상기 하나의 평면에 배치된 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들에 레이저를 주사(380)하며, 상기 각각의 질소산화물 처리기는 상기 광원이 주사하는 레이저를 반사하기 위한 반사기(321) 및 질소산화물 제거액을 분사하기 위한 분사기(322)를 포함하는 질소산화물 처리장치를 제공한다.
상기 연소 또는 엔진의 작동은 발전소 연소, 보일러 연소, 선박 엔진의 작동, 대형 육상 운송 장치 엔진의 작동 중 하나 일 수 있으며, 상기 질소산화물은 NO이며, 상기 질소산화물 제거액은 암모니아이다. 본원 발명에 따른 질소산화물은 NO 또는 NO2가 될 수 있으며, 질소산화물의 종류에 따라서 비선택적 또는 선택적 환원반응에 의해서 질소산화물이 제거될 수 있다.
반응식 1 및 반응식 2가 동시에 진행되는 비선택적 환원반응에 의해서 질소산화물을 제거할 수도 있고, 하기 반응식 1에 의해서만 진행되는 선택적 환원반응에 의해서 질소산화물을 제거할 수 있다.
NH3 + NO + O2 ↔ N2 + H2O (1)
N2O + CH4 + NH3 + O2 ↔ CO2 + N2 + H2O (2)
비선택적 환원반응은 상기 환원제(암모니아), LNG(액화천연기체), 청정 건조 공기(CDA)가 질소산화물과 반응하여 질소산화물을 분해하는 과정이며, 선택적 환원반응은 상기 환원제가 질소산화물과 반응하여 질소산화물을 분해하는 과정이다.
상기 첫번째 평면(345)과 상기 각각 다른 평면중 가장 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리(360)는 상기 유체가 이동하는 배관 내의 전체 길이의 5% 이하, 바람직하게는 1% 이하이다. 도 3 내지 5의 예제 경우 5개의 층으로 질소산화물 처리기가 구성되어 있으나, 각 질소산화물 처리기가 속해 있는 평면간의 거리(350)과 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리(360)이 전체 배관 내의 길이에 비해서 작기 때문에 추후에 농도를 계산할 때 모두 하나의 평면에 위치하는 것으로 가정을 해서 각 질소산화물 처리기가 위치해 있는 부분의 농도를 쉽게 계산할 수 있다.
상기 레이저는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser) 또는 분포 궤환형 레이저(Distributed Feedback laser)이며, 상기 광원(310)에는 레이저를 조사하는 레이저부 외에 상기 조사된 레이저가 상기 반사기를 통해서 반사되어 올 때 이를 집광하는 광검출부(도면 미도시); 상기 광검출부에서 검출된 레이저를 분석하는 프로세서부(도면 미도시)를 추가로 포함한다.
TDLAS는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser)를 이용한 계측시스템으로서 최근 들어서 실시간 계측 시스템 중 많은 관심을 받고 있다. TDLAS 관련 구성 및 TDLAS 자체에 대한 기술적 사항은 특허문헌 1 및 2에 기재된 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 분사기(322)는 상기 프로세서부에 의해 분석된 질소산화물의 농도에 대응하여 질소산화물 제거액의 분사를 조절하는 노즐형태이다.
도 4에서 지지부(330)는 질소산화물 처리기(320)를 지지하는 역할도 하지만 분사기(322)인 노즐에 처리액인 암모니아를 동시에 공급할 수도 있다. 배관(370)내의 단면 전체에 암모니아를 선택적으로 분사하기 위해서는 미리 암모니아를 공급할 수 있는 관이 설치가 되어야하으로 이를 질소산화물 처리기(320)의 위치에 적합하도록 격자형태로 배치하는 것이 바람직하다. 격자형태는 배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영해 보았을 때는 격자 형태이지만(도 4 참조), 유체의 흐름에 따른 면에서 관측하면 각 지지부(330) 사이에는 높이의 차이가 있다(도 5 참조). 각 해당 높이에는 광원이 배치되어 있다. 해당 높이에 위치하는 하나의 광원(310)은 회전운동을 통해서 해당 높이에 배치되어 있는 질소산화물 처리기(320)의 반사기(321)에 빛을 조사하고 반사기(321)는 광원의 회전운동에 따른 각도에 대응하도록 경사지게 구성되어 있다(도 4의 반사기 각도 변화 참조).
상기 질소산화물 처리장치의 후단에 상기 배관 내 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 추가측정부가 부가될 수 있으며, 상기 추가측정부는 상기 질소산화물 처리부에서 분사기를 제거한 형태의 제2처리부 및 상기 광원부와 동일한 형태의 제2광원부(도 1의 130 참조)를 포함하며, 상기 추가측정부에서 측정된 값에 따라 상기 분사기에서 배출되는 질소산화물 제거액의 양을 조절할 수 있다. 이는 피드백 제어 방식으로서 질소산화물 처리기의 레이저를 통해서 측정한 값에 일정한 오류가 있을 경우 이를 보정하는 방식이다.
도 3 및 4를 참조하면, 첫번째 직선(340)에는 5개의 질소산화물 처리기가 부착되어 있다. 각 질소산화물 처리기의 반사기에서 반사되는 빛의 흡수량은 각각 반사기까지 왕복하는 레이저의 궤적(380)에 따른 흡수량이다. 예를 들어 첫번째 직선의 가장 위쪽에 위치한 질소산화물 처리기까지 흡수 궤적은 2개의 격자를 지나고 있으며, 그 아래에 위치한 질소산화물 처리기까지의 흡수 궤적은 1개의 격자를 지나고 있다. 이를 격자의 값으로 평균하여 농도를 산출할 수 있다. 중간부(위에서 3번째에 위치한 질소산화물 처리기)는 중간부 격자를 추가로 정의하여 정밀도를 높일 수 있다. 도 4의 가장 오른쪽에 있는 처리까지 왕복하는 레이저에 의한 흡수정도는 그 앞 모든 격자의 흡수정도에 최종 마지막 흡수량을 더한 값이 되므로, 이를 통해서 전체 격자의 농도구배를 완성할 수 있다. 통상적으로 흡수에 따른 스펙트럼은 온도에 영향을 받기 때문에 온도에 따른 온도구배를 동시에 측정하여 온도에 따른 변화값을 보정하는 것이 바람직하다. 본원 발명에 각 질소산화물 처리기마다 층을 둔 것은 레이저를 조사할 경우 모두 한 평면에 있게 되면 질소산화물 처리기에 부착된 노즐과 지지부에 의해서 레이저의 산란되거나 제대로 전달이 되지 않기 때문에 이를 방지하기 위해서 각 지지부마다 높이의 차이를 둔 것이다. 이는 본원 발명과 같이 노즐을 통해서 측정과 동시에 암모니아를 분사할 경우에 측정에 대한 오차를 해결함과 동시에 암모니아를 정밀하게 분사할 수 있는 장점이 있다.
본원 발명에 따른 또 다른 양태는 상기 질소산화물 처리장치를 이용하여 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하는 방법을 제공한다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 배출단
110 연소부
120 질소산화물 처리부 및 광원부
130 제2처리부 및 제2광원부
210 레이저 광원 또는 검출부
220 계산에 의한 농도 또는 온도 구배
300 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치
310 광원
320 질소산화물 처리기
321 반사기
322 분사기
330 지지부
340 첫번째 직선
345 첫번째 평면
350 하나의 평면간의 거리
360 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리
370 배관
380 레이저의 궤적
110 연소부
120 질소산화물 처리부 및 광원부
130 제2처리부 및 제2광원부
210 레이저 광원 또는 검출부
220 계산에 의한 농도 또는 온도 구배
300 본원 발명에 따른 질소산화물 처리장치
310 광원
320 질소산화물 처리기
321 반사기
322 분사기
330 지지부
340 첫번째 직선
345 첫번째 평면
350 하나의 평면간의 거리
360 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리
370 배관
380 레이저의 궤적
Claims (10)
- 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하기 위한 배관내 질소산화물 처리장치에 있어서,
배출되는 유체의 흐름에 수직인 면에 투영해 보았을 때 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기들을 포함하는 질소산화물 처리부;
상기 질소산화물 처리기들에 레이저를 주사하는 광원이 다수 배치된 광원부;를 포함하며,
상기 격자 형태로 다수 배치된 질소산화물 처리기들 중 격자 형태의 첫번째 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들은 배출되는 유체의 흐름에 수직인 첫번째 평면에 배치되고, 상기 첫번째 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들과 평행으로 이격되어 배치된 각각의 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들은 상기 첫번째 평면과 평행으로 이격된 각각 다른 평면에 서로 겹치지 않게 배치되고,
상기 광원 중 각각 하나의 광원은 상기 하나의 평면에 배치된 직선에 해당하는 질소산화물 처리기들에 레이저를 주사하며,
상기 각각의 질소산화물 처리기는 상기 광원이 주사하는 레이저를 반사하기 위한 반사기 및 질소산화물 제거액을 분사하기 위한 분사기를 포함하는 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 연소 또는 엔진의 작동은 발전소 연소, 보일러 연소, 선박 엔진의 작동, 대형 육상 운송 장치 엔진의 작동 중 하나 이상인 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 질소산화물은 NO이며, 상기 질소산화물 제거액은 암모니아인 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 첫번째 평면과 상기 각각 다른 평면중 가장 최외단에 위치하는 평면들 사이의 거리는 상기 유체가 이동하는 배관 내의 전체 길이의 5% 이하인 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 레이저는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser) 또는 분포 궤환형 레이저(Distributed Feedback laser)인 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원에는 레이저를 조사하는 레이저부 외에 상기 조사된 레이저가 상기 반사기를 통해서 반사되어 올 때 이를 집광하는 광검출부; 상기 광검출부에서 검출된 레이저를 분석하는 프로세서부를 추가로 포함하는 질소산화물 처리장치. - 제6항에 있어서,
상기 분사기는 상기 프로세서부에 의해 분석된 질소산화물의 농도에 대응하여 질소산화물 제거액의 분사를 조절하는 노즐형태인 질소산화물 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 질소산화물 처리장치의 후단에 상기 배관내 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 추가측정부가 부가된 질소산화물 처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 추가측정부는 상기 질소산화물 처리부에서 분사기를 제거한 형태의 제2처리부 및 상기 광원부와 동일한 형태의 제2광원부를 포함하며,
상기 추가측정부에서 측정된 값에 따라 상기 분사기에서 배출되는 질소산화물 제거액의 양을 조절하는 질소산화물 처리장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 질소산화물 처리장치를 이용하여 연소 또는 엔진의 작동에 의해서 배출되는 질소산화물을 제거하는 방법.
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