KR102153089B1 - 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법 - Google Patents

반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법 Download PDF

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Abstract

반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법에서, 상기 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터는, 유체가 이동하는 반응로에 삽입되어 상기 반응로 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 공급하는 인젝터에 있어서, 상기 압축공기 및 상기 반응제를 이송하는 내부배관 및 상기 내부배관이 내부에 삽입되며 상기 냉각공기를 이송하는 외부배관을 포함한다.

Description

반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법{INJECTOR FOR SUPPLYING REACTANT OF HIGH TEMPERATURE AND SPRAYING IN A FURNACE AND METHOD FOR SUPPLYING REACTANT OF HIGH TEMPERATURE AND SPRAYING IN A FURNACE USING THE SAME}
본 발명은 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응로 내로 반응제를 균일하게 분산시켜 반응로 내의 유해산성가스를 제거할 수 있는 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터 및 이를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법에 관한 것이다.
공장, 소각장, 보일러 등에서 발생되는 배기가스에는 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등의 다양한 오염물질이 함유되며, 배기가스 중에 함유된 오염물질은 산업발전의 영향으로 그 발생량이 증가하고 있다.
특히, 배기가스 중에 함유된 황산화물(SOx)은 질산화물(NOx)과 더불어 산성비의 주요 원인일 뿐만 아니라 광학 스모그를 유발시키는 주요 대기오염물질이므로 배기가스에서 이러한 오염물질을 제거한 후 대기로 배출하여야 한다.
이러한 황산화물 및 질산화물을 저감하기 위한 기술로는 크게 촉매를 사용하는 경우와 촉매를 사용하지 않고 처리하는 경우로 나누어지며, 복합화력발전의 폐열회수 보일러(Heat recovery steam generator, HRSG)의 경우, 연소시 발생하는 황산화물 및 질산화물을 제거하기 위해 폐열회수 보일러 내부로 분사장치를 통해 촉매를 분사한다.
그러나, 현재까지 개발되고 있는 황산화물 및 질소산화물 제거기술의 경우, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0093209호, 대한민국 등록특허공보 제10-0780609호 등에서와 같이, 분사장치가 단순히 고온의 촉매만을 분사함에 따라, 반응로 내에 촉매를 분사하는 과정에서 고온의 촉매에 의해 분사장치가 손상되는 단점이 있으며, 반응제가 반응로 내에서 불균일하게 분산되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0093209호 대한민국 등록특허공보 제10-0780609호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 반응로 내로 반응제를 균일하게 분산시켜 반응로 내의 유해산성가스를 제거할 수 있는 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터에 관한 것이다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 상기 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터는, 유체가 이동하는 반응로에 삽입되어 상기 반응로 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 공급하는 인젝터에 있어서, 상기 압축공기 및 상기 반응제를 이송하는 내부배관 및 상기 내부배관이 내부에 삽입되며 상기 냉각공기를 이송하는 외부배관을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 내부배관은 내부에 상기 압축공기 및 상기 반응제가 유동되는 제1 유동공간이 형성되고, 상기 외부배관은 내부에 상기 내부배관이 관통되는 중공부 및 상기 중공부의 외측에 상기 냉각공기가 유동되는 제2 유동공간을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 내부배관은 상기 압축공기 및 상기 반응제가 동시에 분사되는 복수의 제1 배출공들을 포함하고, 상기 외부배관은 상기 냉각공기가 분사되는 복수의 제2 배출공들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배출공들 각각과, 상기 제2 배출공들 각각은 서로 간극을 형성하며 중첩될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 배출공들 각각은 상기 제1 배출공들 각각보다 큰 크기를 가지며 상기 제1 배출공들 각각을 커버할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배출공들은 상기 반응로를 향하는 방향으로 일정한 직경을 유지하며 연장되고, 상기 제2 배출공들은 상기 반응로를 향하는 방향으로 내경이 작아지며 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 배출공들은, 유체의 이동방향과 동일한 방향을 향하여 개구되거나, 유체의 이동방향과 반대 방향을 향하여 개구될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 냉각공기는 상기 압축공기 및 상기 반응제가 상기 제1 배출공들을 통과하는 경우, 상기 제1 배출공들을 냉각시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 냉각공기는 상기 반응로로 공급되어 상기 유체에 포함된 배기가스를 연소시키고, 상기 압축공기 및 상기 반응제는 상기 반응로로 공급되어 상기 유체와 혼합되면서 상기 유체에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상기 반응로 내 반응제 공급 및 분사용 다관 입자 인젝터를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법에서, 반응로에 다관 입자 인젝터를 삽입한다. 외부배관으로 냉각공기를 공급한다. 상기 냉각공기가 상기 반응로 내부로 공급되어 유체에 포함된 배기가스를 연소시킨다. 내부배관으로 압축공기 및 반응제를 공급한다. 상기 압축공기 및 상기 반응제가 상기 반응로 내부로 공급되어 유체에 포함된 오염물질을 제거한다.
일 실시예에서, 상기 압축공기 및 반응제를 공급하는 단계와 같이 또는 이후에, 상기 외부배관으로 냉각공기를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 반응로의 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 함께 공급 및 분사함에 따라 압축공기, 반응제 및 냉각공기가 모두 반응로 내부의 유체와 반응함으로써 유체에 포함된 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있다.
또한, 제1 배출공들과, 제2 배출공들이 서로 간극을 가지며 중첩되도록 위치함에 따라, 압축공기, 반응제 및 냉각공기가 동일한 방향으로 상기 반응로 내부로 균일하게 공급 및 분산될 수 있다.
또한, 제2 배출공들이 제1 배출공들을 커버하는 형태로 형성됨에 따라, 제2 배출공들을 통해 배출되는 냉각공기는 제1 배출공들을 냉각시킬 수 있어, 고온의 반응제가 제1 배출공들을 통해 배출되는 경우 고온의 반응제에 의한 제1 배출공들의 열변형 및 손상을 최소화할 수 있다.
특히, 제2 배출공들이 제1 배출공들을 커버하면서도 반응로를 향하는 방향으로 갈수록 좁아지는 형태로 형성됨에 따라, 제2 배출공들을 통해 배출되는 냉각공기가 제1 배출공들을 통해 배출되는 압축공기 및 반응제와 동일한 방향으로 배출됨으로써 반응로 내에서 효과적으로 혼합되며 이에 따라 유체의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 내부배관에 연결되어 압축공기 및 반응제를 내부배관으로 공급하는 투입유닛이 투입조절부를 포함함에 따라, 압축공기 및 반응제의 공급 및 공급량을 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다관 입자 인젝터를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 다관 입자 인젝터의 내부 배관을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1의 다관 입자 인젝터의 외부 배관을 도시한 모식도이다.
도 4는 도 1의 다관 입자 인젝터를 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1의 다관 입자 인젝터가 반응로 내에 삽입된 상태를 도시한 모식도이다.
도 6은 도 5의 반응로 내로 냉각 공기 및 반응제가 투입되는 상태를 도시한 모식도이다.
도 7a는 도 5의 반응로의 전체 내부에서의 속도 분포(velocity distribution)를 도시한 이미지이다.
도 7b는 도 5의 반응로의 내부 단면에서의 속도 분포(velocity distribution)를 도시한 이미지이다.
도 8은 도 1의 다관 입자 인젝터를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 8의 반응제 공급 및 분사 방법에서 냉각공기가 투입되는 단계를 도시한 모식도이다.
도 10은 도 8의 반응제 공급 및 분사 방법에서 냉각공기 및 반응제가 동시 투입되는 단계를 도시한 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다관 입자 인젝터를 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 다관 입자 인젝터의 내부 배관을 도시한 모식도이다. 도 3은 도 1의 다관 입자 인젝터의 외부 배관을 도시한 모식도이다. 도 4는 도 1의 다관 입자 인젝터를 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
본 실시예에 의한 다관 입자 인젝터(10)는 반응로에 삽입되며, 상기 반응로의 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 공급한다. 여기서, 상기 압축공기, 반응제 및 냉각공기는 상기 반응로 내부에서 이동하는 유체와 반응하여 상기 유체의 배기가스, 오염물질 등을 감소시킨다.
이 경우, 상기 반응제는 상대적으로 높은 온도의 반응제일 수 있으나, 반드시 고온 반응제로 한정되지는 않으며, 저온, 중온 및 고온의 반응제가 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 반응로 내부에서 상기 유체가 유동하는 영역은 저온 영역, 중온 영역 또는 고온 영역을 나타낼 수 있으며, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 저온 영역, 중온 영역 및 고온 영역의 반응로에 모두 설치가 가능하고, 상기 반응로 내부로 저온, 중온 또는 고온의 유체와 혼합되는 물질들을 공급함으로써 상기 유체에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
나아가, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 소각이나 발전 공정에서 발생하는 가스를 제거하기 위한 건식 또는 반건식 반응 장치에도 적용이 가능하여, 상기 건식 또는 반건식 반응 장치에서 미세먼지, 질소산화물 등을 제거하여 배기되도록 할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 내부배관(100), 외부배관(200) 및 투입유닛(300)을 포함한다.
상기 내부배관(100)은 원통형의 중공 형상으로 형성되며, 내부에 압축공기 및 반응제가 유동되는 제1 유동공간(110)을 구비한다. 또한, 상기 내부배관(100)은 상기 외부배관(200) 보다 작은 직경을 가지며 상기 외부배관(200)의 내측에 삽입 형성된다.
상기 외부배관(200)은 상기 내부배관(100) 보다 큰 직경을 가지며 내부에 상기 내부배관(100)을 수용한다. 이 경우, 상기 외부배관(200)은 상기 내부배관(100)이 관통되는 중공부(121)와 상기 중공부(121)의 외측에 냉각공기가 유동되는 제2 유동공간(122)을 포함한다.
상기 투입유닛(300)은 상기 내부배관(100)과 결합되어 상기 내부배관(100)으로 압축공기 및 반응제를 공급하는 역할을 하는 것으로, 연결관(310), 투입부(320), 투입조절부(330) 및 펌프부(미도시)를 포함한다.
상기 연결관(310)은 중공 형상을 가지며, 상기 내부배관(100)과 연결되어 상기 내부배관(100)의 연장방향을 따라 연장된다.
상기 투입부(320)는 상기 연결관(310)의 상측에 형성되며, 하측으로 갈수록 단면적이 감소하여 전체적으로 콘(cone) 형상을 가진다. 또한, 상기 투입부(320)의 상단부 및 하단부는 개구된 형상을 가지며, 상기 압축공기 및 상기 반응제가 상기 개구된 상단부를 통해 투입되어 상기 개구된 하단부를 통해 배출된다. 이 경우, 도시하지 않았으나, 상기 연결관(310)의 상측에 관통공(미도시)이 형성되어 상기 하단부를 통해 배출되는 압축공기 및 반응제가 상기 연결관(310)으로 이동될 수 있다.
이와 같이 상기 연결관(310)으로 공급된 상기 압축공기 및 상기 반응제는 상기 연결관(310)을 경유하여 상기 내부배관(100)으로 공급되며, 상기 내부배관(100)의 내부에서 상기 투입유닛(300)과 멀어지는 방향인 제1 방향(X)을 따라 이동한다.
이 경우, 상기 펌프부(미도시)가 상기 연결관(310)의 내부에 설치되어 펌핑을 통해 상기 압축공기 및 상기 반응제가 효과적으로 상기 내부배관(100)으로 이동되도록 할 수 있다.
상기 투입조절부(330)는 바(bar) 형상을 가지며(도 6 참조) 상기 연결관(310)의 내부에 삽입되고, 상기 연결관(310)의 내부에서 제1 방향(X)으로 이동하여 상기 투입부(320)의 상기 개구된 하단부를 개방하거나 차단한다.
즉, 상기 투입조절부(330)는 상기 연결관(310)의 내부에서 양의 제1 방향(+X)으로 이동하면서 상기 투입부(320)의 개구된 하단부를 차단하여, 상기 투입부(320)로 투입된 압축공기 및 반응제가 상기 연결관(310)으로 공급되지 못하도록 할 수 있으며, 이와 달리, 음의 제1 방향(-X)으로 이동하면서 상기 차단한 하단부가 개방되도록 하여 상기 압축공기 및 상기 반응제가 상기 연결관(310)으로 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이 상기 투입조절부(330)가 상기 제1 방향(X)으로 이동하며 상기 투입부(320)의 하단부를 개방 또는 차단함에 따라 상기 연결관(310)으로 공급되는 상기 압축공기 및 상기 반응제의 양을 조절하거나 상기 압축공기 및 상기 반응제의 공급을 제어할 수 있다.
한편, 상기 외부배관(200)의 일측에는 상기 외부배관(200)의 내부로 냉각공기를 공급하는 공급관(150)이 형성된다. 이 경우, 상기 공급관(150)은 상기 외부배관(200)의 하측에 설치되는 것으로 도시하였으나 상측, 측면부 등에도 설치될 수 있으며 이외에 다양한 위치에 설치될 수 있음은 자명하다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 내부배관(100)의 하단에는 개구된 복수의 제1 배출공들(101)이 형성되고, 상기 외부배관(200)의 하단에는 개구된 복수의 제2 배출공들(201)이 형성된다.
이 경우, 상기 제1 배출공들(101)은 도시된 바와 같이 복수의 한 쌍의 제1 배출공들(101)이 상기 내부배관(100)의 연장 방향을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
마찬가지로 상기 제2 배출공들(201)도 도시된 바와 같이 복수의 한 쌍의 제2 배출공들(201)이 상기 외부배관(200)의 연장 방향을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 배출공들(101)은 상기 내부배관(100)으로 이송되는 압축공기 및 반응제가 관통하며 배출되는 것으로서, 상기 제1 배출공들(101)의 배열 및 개수는 상기 압축공기의 배출량, 배출속도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 배출공들(201)의 경우, 상기 제2 배출공들(201)은 상기 외부배관(200)으로 이송되는 냉각공기가 관통하며 배출되는 것으로서, 상기 제2 배출공들(201)의 배열 및 개수는 상기 냉각공기의 배출량, 배출속도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 배출공들(101) 각각과 상기 제2 배출공들(201) 각각은 서로 중첩되며, 상기 제1 배출공들(101)은 상기 내부배관(100)에 형성되고, 상기 제2 배출공들(201)은 상기 외부배관(100)에 형성되므로, 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)은 서로 분리를 위한 간극이 형성된다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)의 개수 및 배열은 다양하게 변경될 수 있으나, 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)은 서로 중첩되도록 형성되어야 하며 이에 따라 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)의 개수 및 배열은 실질적으로 서로 동일하게 형성되어야 한다.
또한, 상기 제1 배출공들(101)은 반응로를 향하는 방향으로 일정한 직경을 유지하며 연장되고, 상기 제2 배출공들(201)은 반응로를 향하는 방향으로 내경이 점점 작아지는 형태로 연장되며 상기 제1 배출공들(101)의 주위를 둘러싸는 구조로 형성된다. 이에 따라, 도시된 바와 같이 상기 제2 배출공들(201)에서 냉각공기(3)가 분출되는 분출부(201)는 상기 제1 배출공들(101)에서 압축공기(1) 및 반응제(2)가 분출되는 분출부(102) 보다 작은 단면적을 가질 수 있다.이와 같이, 상기 제1 배출공들(101)의 분출부(102)가 상기 제2 배출공들(201)의 분출부(202) 보다 크게 형성되므로, 상기 제1 배출공들(101)의 분출부(102)를 통과하여 배출되는 상기 압축공기(1) 및 상기 반응제(2)의 양이 상기 제2 배출공들(201)의 분출부(202)를 통과하여 배출되는 상기 냉각공기(3) 보다 많을 수 있으며(화살표 도시), 상기 제1 배출공들(101) 및 상기 제2 배출공들(201)이 서로 동일한 방향으로 연장됨에 따라 배출되는 상기 압축공기(1), 상기 반응제(2) 및 상기 냉각공기(3)도 동일한 방향으로 배출될 수 있다.
또한, 이와 같이 배출되는 상기 냉각공기(3), 상기 압축공기(1) 및 상기 반응제(2)는 서로 혼합될 수 있다.
한편, 도 5는 도 1의 다관 입자 인젝터가 반응로 내에 삽입된 상태를 도시한 모식도이다. 도 6은 도 5의 반응로 내로 냉각 공기 및 반응제가 투입되는 상태를 도시한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기와 같은 구조로 형성되는 상기 다관 입자 인젝터(10)는 앞서 설명한 바와 같이 유체(5)가 이동되는 반응로(20)에 삽입되며, 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)을 통해 각각 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 상기 반응로(20) 내부로 공급하여 상기 유체(5)에 포함된 오염물질들을 제거되도록 한다.
상기 반응로(20)는 유체(5)가 이동하는 통로를 형성하며 이를 위해 내부는 비워진 공간으로 형성된다. 유체(5)는 처리가스, 반응가스, 처리물질, 또는 반응물질 등을 포함할 수 있으며, 상기 반응로(20)로 제공된 유체(5)는 상기 반응로(20)에서 소정의 반응이 유도된다.
도 6을 참조하면, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 상기 반응로(20)의 연장 방향과 수직한 방향으로 연장되도록 상기 반응로(20)에 삽입되며, 이 경우 서로 중첩된 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)은 상기 반응로(20) 내부에서 이동되는 상기 유체(5)와 서로 마주보도록, 즉 상기 유체(5)의 이동방향과 서로 마주보는 방향을 향하여 개구되도록 위치할 수 있다. 즉, 상기 제1 배출공들(101)의 분출부(102)와 상기 제2 배출공들(201)의 분출부(202)가 상기 반응로(20)를 향하도록 위치될 수 있다.
이와 같이 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)이 상기 유체(5)와 서로 마주보도록 위치함에 따라 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)을 통해 배출되는 압축공기(1), 반응제(2) 및 냉각공기(3)가 상기 유체(5)와 효과적으로 반응하여 상기 유체(5)에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
이 경우, 상기 압축공기(1) 및 상기 반응제(2)는 상기 유체(5)와 혼합되면서 상기 유체(5)에 함유된 황산화물(SOx)과 같은 오염물질을 제거할 수 있게 되며, 상기 냉각공기(3)는 상기 유체(5)에 포함된 배기가스의 연소과정을 촉진하여 상기 배기가스에 함유된 황산화물(SOx), 질산화물(NOx)과 같은 오염물질을 제거할 수 있게 된다.
또한, 상기 반응제(2)가 상기 제1 배출공들(101)을 통해 배출되는 경우, 고온 특성으로 인해 상기 제1 배출공들(101)을 손상시킬 수 있는데, 이 경우 앞서 설명한 바와 같이 상기 제2 배출공들(201)은 상기 제1 배출공들(101)을 커버하는 형태로 형성됨으로써, 상기 제2 배출공들(201)을 통해 배출되는 냉각공기(3)는 상기 제1 배출공들(101)을 냉각시킬 수 있어, 반응제(2)에 의한 상기 제1 배출공들(101)의 열 변형 및 손상을 최소화하며 효과적인 배출을 유도할 수 있다.
이와 달리, 도시하지 않았으나 서로 중첩된 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)은 상기 유체(5)의 이동방향과 동일한 방향을 향하여 개구되도록 위치할 수 있으며, 이 경우에는 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)을 통과한 압축공기(1), 반응제(2) 및 냉각공기(3)가 상기 유체(5)와 동일한 방향으로 흐르면서 상기 유체(5)와 반응하여 상기 유체(5)에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
나아가, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 상기 반응로(20)의 연장 방향과 평행한 방향 또는 경사지는 방향으로 연장되도록 상기 반응로(20)에 삽입될 수 있으며, 이외에도 상기 반응로(20) 내부의 다양한 위치에 설치될 수 있음은 자명하다.
도 7a는 도 5의 반응로(20)의 전체 내부에서의 속도 분포(velocity distribution)를 도시한 이미지이다. 도 7b는 도 5의 반응로(20)의 내부 단면에서의 속도 분포(velocity distribution)를 도시한 이미지이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 다관 입자 인젝터(10)가 상기 반응로(20)의 내부에 배치됨에 따라, 상기 다관 입자 인젝터(10)로부터 공급되는 압축공기, 반응제 및 냉각공기가 상기 반응로(20)를 통과하는 상기 유체(5)에 포함된 오염물질과 반응함으로써 상기 유체(5)의 속도가 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
이하에서는, 도면들을 참조하면 상기 다관 입자 인젝터(10)의 동작을 설명한다.
도 8은 도 1의 다관 입자 인젝터(10)를 이용한 반응제 공급 및 분사 방법을 도시한 흐름도이다. 도 9는 도 8의 반응제 공급 및 분사 방법에서 냉각공기가 투입되는 단계를 도시한 모식도이다. 도 10은 도 8의 반응제 공급 및 분사 방법에서 냉각공기 및 반응제가 동시 투입되는 단계를 도시한 모식도이다.
먼저, 상기 반응로(20)에 상기 다관 입자 인젝터(10)를 삽입한다(단계 S100). 이 경우, 상기 다관 입자 인젝터(10)는 상기 반응로(20)를 관통하여 상기 반응로(20)의 연장 방향과 수직한 방향으로 연장되도록 삽입될 수 있다.
그 다음, 상기 다관 입자 인젝터(10)의 상기 외부배관(200)으로 냉각공기(3)를 공급하면(단계 S200), 상기 공급된 냉각공기(3)가 상기 외부배관(200)의 상기 제2 배출공을 통해 배출되어 상기 반응로(20) 내부로 공급된다(단계 S300).
이 경우, 상기 냉각공기(3)가 상기 외부배관(200)에 형성된 상기 제2 배출공들(201)을 통해 상기 반응로(20) 내부로 분사될 수 있으며, 상기 분사된 냉각공기(3)는 상기 반응로(20)를 통과하는 유체(5)에 포함된 배기가스와 반응하여 상기 배기가스가 연소되는 것을 촉진하면서 상기 배기가스에 함유된 오염물질을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 다관 입자 인젝터(10)의 상기 내부배관(100)으로 압축공기(1) 및 반응제(2)를 공급한 후(단계 S400), 상기 외부배관(200)으로 냉각공기(3)를 추가로 공급한다(단계 S500).
이에 따라 상기 추가로 공급된 냉각공기(3)는 상기 내부배관(100)에 수용된 압축공기(1) 및 반응제(2)가 상기 제1 배출공들(101)을 통해 배출되는 경우, 상기 제1 배출공들(101)을 냉각시켜 상기 반응제(2)에 의한 상기 제1 배출공들(101)의 열 변형 및 손상을 최소화할 수 있다.
마지막으로, 상기 내부배관(100)에 수용된 상기 압축공기(1) 및 상기 반응제(2)가 상기 제1 및 제2 배출공들(101, 201)을 통해 배출되어 상기 반응로(20) 내부로 공급된다(단계 S600).
이 경우, 상기 압축공기(1) 및 상기 반응제(2)가 상기 외부배관(200)에 형성된 상기 분사수단들(170)을 통해 상기 반응로(20) 내부로 분사될 수 있으며, 상기 분사된 압축공기(1) 및 반응제(2)는 상기 반응로(20) 내부의 유체(5)와 혼합되며 반응하여 상기 유체(5)에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 반응로의 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 함께 공급 및 분사함에 따라 압축공기, 반응제 및 냉각공기가 모두 반응로 내부의 유체와 반응함으로써 유체에 포함된 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있다.
또한, 제1 배출공들과, 제2 배출공들이 서로 간극을 가지며 중첩되도록 위치함에 따라, 압축공기, 반응제 및 냉각공기가 동일한 방향으로 상기 반응로 내부로 균일하게 공급 및 분산될 수 있다.
또한, 제2 배출공들이 제1 배출공들을 커버하는 형태로 형성됨에 따라, 제2 배출공들을 통해 배출되는 냉각공기는 제1 배출공들을 냉각시킬 수 있어, 고온의 반응제가 제1 배출공들을 통해 배출되는 경우 고온의 반응제에 의한 제1 배출공들의 열변형 및 손상을 최소화할 수 있다.
특히, 제2 배출공들이 제1 배출공들을 커버하면서도 반응로를 향하는 방향으로 갈수록 좁아지는 형태로 형성됨에 따라, 제2 배출공들을 통해 배출되는 냉각공기가 제1 배출공들을 통해 배출되는 압축공기 및 반응제와 동일한 방향으로 배출됨으로써 반응로 내에서 효과적으로 혼합되며 이에 따라 유체의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 내부배관에 연결되어 압축공기 및 반응제를 내부배관으로 공급하는 투입유닛이 투입조절부를 포함함에 따라, 압축공기 및 반응제의 공급 및 공급량을 제어할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 다관 입자 인젝터 20 : 반응로
100 : 내부배관 101 : 제1 배출공들
102 : 분출부 110 : 제1 유동공간
121 : 중공부 122 : 제2 유동공간
150 : 공급관
200 : 외부배관 201 : 제2 배출공들
202 : 분출부
300 : 투입유닛 310 : 연결관
320 : 투입부 330 : 투입조절부

Claims (11)

  1. 유체가 이동하는 반응로에 삽입되어 상기 반응로 내부로 압축공기, 반응제 및 냉각공기를 공급하는 인젝터에 있어서,
    상기 압축공기 및 상기 반응제를 이송하는 내부배관; 및
    상기 내부배관이 내부에 삽입되며 상기 냉각공기를 이송하는 외부배관을 포함하고,
    상기 내부배관은, 상기 내부배관의 연장 방향에 수직인 방향으로 형성되며, 상기 압축공기 및 상기 반응제가 동시에 분사되는 복수의 제1 배출공들을 포함하고,
    상기 외부배관은, 상기 외부배관의 연장 방향에 수직인 방향으로 형성되며, 상기 냉각공기가 분사되는 복수의 제2 배출공들을 포함하고,
    상기 제2 배출공들 각각은 상기 제1 배출공들 각각보다 큰 크기를 가지며 상기 제1 배출공들 각각을 커버하도록 중첩되고,
    상기 제1 배출공들은 상기 반응로를 향하는 방향으로 일정한 직경을 유지하며 연장되고,
    상기 제2 배출공들은 상기 반응로를 향하는 방향으로 내경이 작아지며 연장되는 것을 특징으로 하는 다관 입자 인젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부배관은 내부에 상기 압축공기 및 상기 반응제가 유동되는 제1 유동공간이 형성되고,
    상기 외부배관은 내부에 상기 내부배관이 관통되는 중공부 및 상기 중공부의 외측에 상기 냉각공기가 유동되는 제2 유동공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관 입자 인젝터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출공들 각각과, 상기 제2 배출공들 각각은 서로 간극을 형성하며 중첩되는 것을 특징으로 하는 다관 입자 인젝터.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 배출공들은,
    유체의 이동방향과 동일한 방향을 향하여 개구되거나,
    유체의 이동방향과 반대 방향을 향하여 개구되는 것을 특징으로 하는 다관 입자 인젝터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 냉각공기는,
    상기 압축공기 및 상기 반응제가 상기 제1 배출공들을 통과하는 경우, 상기 제1 배출공들을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 다관 입자 인젝터.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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