KR102166597B1 - 소결 배기가스 정화 장치 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes

Abstract

본 발명은 소결 배기가스 정화 장치에 관한 것으로, 소결로에서 나오는 소결 배기가스 중의 암모니아를 양(+)전하로 하전시켜서 분무하는 암모니아 정전 분무 주입 장치가 구비되는 정전 분무부와, 정전 분무부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 가속하는 가속 장치가 구비되는 가속부와, 가속부의 일측에 연결되어 소결 배기가스의 진행 방향을 전환하는 방향 전환부와, 방향 전환부의 일측에 연결되고, 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매가 구비되는 제1 반응부와, 제1 반응부의 일측에 연결되고, SCR 촉매가 구비되는 제2 반응부와, 제2 반응부의 일측에 연결되고, CO 산화촉매가 구비되는 제3 반응부와, 제3 반응부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소결 배기가스 정화 장치{APPARATUS FOR CLEANING OUTGAS OF SINTERING PROCESS IN THE DRY}
본 발명은 소결 배기가스 정화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전 분무 노즐을 통해 암모니아를 미세 크기로 분무하고, 가속기와 믹서를 통해 암모니아를 균일하게 분포시킴으로써, 암모니아의 증발 속도를 증가시키고, 촉매와의 반응률을 향상시킬 수 있는 소결 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.
소결 공정에서는 SOx, NOx 및 기타 할로겐 화합물 등의 유해 가스들이 대량으로 발생한다. 이러한 유해 가스들은 배기가스 정화 장치에 포함된 선택적 촉매 환원 설비(selective catalytic reduction, SCR)를 통해 정화된 뒤, 배출되며, 강화되는 환경오염 규제를 만족시키기 위해서는 유해 가스와 선택적 촉매 환원 설비에 사용되는 SCR 촉매의 반응률을 증가시킬 필요가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-0660234호(2006.12.14 등록, 발명의 명칭: 소결 배기가스의 건식 청정 시스템 및 건식 청정 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는 정전 분무 노즐을 통해 암모니아를 미세 크기로 분무하고, 가속기와 믹서를 통해 암모니아를 균일하게 분포시킴으로써, 암모니아의 증발 속도를 증가시키고, 촉매와의 반응률을 향상시킬 수 있는 소결 배기가스 정화 장치을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 소결 배기가스 정화 장치는: 소결로에서 나오는 소결 배기가스 중의 암모니아를 양(+)전하로 하전시켜서 분무하는 암모니아 정전 분무 주입 장치가 구비되는 정전 분무부와, 정전 분무부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 가속하는 가속 장치가 구비되는 가속부와, 가속부의 일측에 연결되어 소결 배기가스의 진행 방향을 전환하는 방향 전환부와, 방향 전환부의 일측에 연결되고, 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매가 구비되는 제1 반응부와, 제1 반응부의 일측에 연결되고, SCR 촉매가 구비되는 제2 반응부와, 제2 반응부의 일측에 연결되고, CO 산화촉매가 구비되는 제3 반응부와, 제3 반응부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 정전 분무 주입 장치는 암모니아를 양(+)전하로 하전시키는 고전압 발생장치와, 압축 공기를 이송하는 제1 배관부와, 제1 배관부의 내측에 동심원 형태로 배치되어 암모니아를 이송하는 제2 배관부와, 제1 배관부와 연결되고, 압축 공기를 분사하는 압축 공기 분사 노즐부와, 제2 배관부와 연결되고, 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 반응부에는 암모니아와 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 제1 반응부의 온도를 제1 반응부로 유입된 소결 배기가스의 온도보다 더 높은 온도로 상승시키는 제1 마이크로웨이브 장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 반응부에는 암모니아와 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 제2 반응부의 온도를 제2 반응부로 유입된 소결 배기가스의 온도보다 더 높은 온도로 상승시키는 제2 마이크로웨이브 장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배출부의 열을 방향 전환부로 회수시키는 열 회수부가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 가속부에는 가속 장치에 의해 가속된 소결 배기가스 중의 암모니아가 균일하게 분산되도록 하는 망 형태의 믹싱 부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소결 배기가스 정화 장치는, 정전 분무 노즐을 통해 암모니아를 미세 크기로 분무하고, 가속기와 믹서를 통해 암모니아를 균일하게 분포시킴으로써, 암모니아의 증발 속도를 증가시키고, 촉매와의 반응률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 암모니아 정전 분무 주입 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 암모니아 정전 분무 주입 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 가속 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소결 배기가스 정화 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 암모니아 정전 분무 주입 장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 암모니아 정전 분무 주입 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치에 적용된 가속 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치는 소결로(미도시)에서 나오는 소결 배기가스 중의 암모니아를 양(+)전하로 하전시켜서 분무하는 암모니아 정전 분무 주입 장치(110)가 구비되는 정전 분무부(100)와, 정전 분무부(100)의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 가속하는 가속 장치(210)가 구비되는 가속부(200)와, 가속부(200)의 일측에 연결되어 소결 배기가스의 진행 방향을 전환하는 방향 전환부(300)와, 방향 전환부(300)의 일측에 연결되고, 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매가 구비되는 제1 반응부(400)와, 제1 반응부(400)의 일측에 연결되고, SCR 촉매가 구비되는 제2 반응부(500)와, 제2 반응부(500)의 일측에 연결되고, CO 산화촉매가 구비되는 제3 반응부(600)와, 제3 반응부(600)의 일측에 연결되고, 화살표(B) 방향으로 소결 배기가스를 배출하는 배출부(700)를 포함한다.
정전 분무부(100)에 구비되는 정전 분무 주입 장치(110)는 화살표(A) 방향으로 유입되는 소결 배기가스 중의 암모니아를 100 마이크로 미터 의하의 미세한 입자 크기로 분무하도록 구성되며, 암모니아를 양(+)전하로 하전시키는 고전압 발생장치(115)와, 압축 공기를 이송하는 제1 배관부(111)와, 제1 배관부(111)의 내측에 동심원 형태로 배치되어 암모니아를 이송하는 제2 배관부(112)와, 제1 배관부(111)와 연결되고, 압축 공기를 분사하는 압축 공기 분사 노즐부(113a)와, 제2 배관부(112)와 연결되고, 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 노즐부(114a)를 포함한다.
암모니아가 정전 분무 주입 장치(110)를 통해 마이크로 또는 나노 크기로 분무됨으로써, 암모니아의 증발 속도가 증가하고, 가수분해효율이 향상되어 SCR 촉매와의 반응률이 향상될 수 있다.
압축 공기는 압축 공기 분사 노즐부(113a)를 통해 화살표(D) 방향과 화살표(E) 방향을 따라 퍼지는 형태로 분사되며, 암모니아는 암모니아 분사 노즐부(114a)를 통해 화살표(C) 방향을 따라 분사된다.
제1 배관부(111)와 제2 배관부(112) 사이의 공간부(113)를 통해 압축 공기가 이송되고, 제2 배관부(112) 내측의 공간부(114)를 통해 암모니아가 이송된다.
고전압 발생장치(115)에는 고전압 발생장치(115)로부터 연장 형성되고, 암모니아 분사 노즐부(114a)에 연결되는 고전압 전달부(115a)가 구비된다.
암모니아는 암모니아 분사 노즐부(114a)를 통해 분사될 때, 고전압 전달부(115a)에 의해 양(+)전하로 하전된다.
가속부(200)에 구비되는 가속 장치(210)는 소결 배기가스를 가속하며, 도 4에 도시된 것처럼, 회전축(미도시)에 설치되는 원통형의 몸체부(221)와, 몸체부(221)의 외주면에 방사상으로 설치되는 다수개의 가속 블레이드(212)를 포함한다.
제1 반응부(400)에는 양(+)전하로 하전된 암모니아와 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 제1 반응부(400)의 온도를 제1 반응부(400)로 유입되는 소결 배기가스의 온도[제1 반응부(400)의 입구에 설치된 온도 센서(미도시)에 의해 측정되는 온도]보다 더 높은 온도로 상승시키는 제1 마이크로웨이브 장치(410)가 설치된다.
제1 마이크로웨이브 장치(410)는 수분을 매개체로 제1 반응부(400)를 가열하기 때문에, 적은 전압에도 약 250도 정도의 높은 온도 상승을 유도할 수 있고, 이러한 온도 상승은 SCR 촉매와 암모니아의 반응률을 향상시킨다.
제1 마이크로웨이브 장치(410)는 제1 마이크로웨이브 발생부(411)와, 제1 마이크로웨이브 발생부(411)에서 발생된 마이크로에이브를 제1 반응부(400) 내부로 방사하는 제1 마이크로웨이브 방사 플레이트(412)를 포함한다.
제1 마이크로웨이브 방사 플레이트(412)는 소결 배기가스가 통과할 수 있도록 망 형태로 이루어지며, 마이크로웨이브가 소결 배기가스의 흐름 방향으로만 방사되도록 소결 배기가스의 흐름 방향으로 뾰족하게 돌출된 복수개의 돌기부(미도시)를 포함한다.
제1 반응부(400)에는 SCR 촉매를 음(-)전하로 하전시키는 전극부(420)가 설치된다.
제1 반응부(400)의 SCR 촉매가 음(-)전하로 하전되고, 암모니아는 양(+)전하로 하전되기 때문에, 제1 반응부(400)에서 반응률이 향상될 수 있다.
제2 반응부(500)에는 암모니아와 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 제2 반응부(500)의 온도를 제2 반응부(500)로 유입되는 소결 배기가스의 온도[제2 반응부(500)의 입구에 설치된 온도 센서(미도시)에 의해 측정되는 온도]보다 더 높은 온도로 상승시키는 제2 마이크로웨이브 장치(510)가 설치된다.
제2 마이크로웨이브 장치(510)는 수분을 매개체로 제2 반응부(500)를 가열하기 때문에, 적은 전압에도 약 250도 정도의 높은 온도 상승을 유도할 수 있고, 이러한 온도 상승은 SCR 촉매와 암모니아의 반응률을 향상시킨다.
제2 마이크로웨이브 장치(510)는 제2 마이크로웨이브 발생부(511)와, 제2 마이크로웨이브 발생부(511)에서 발생된 마이크로에이브를 제2 반응부(500) 내부로 방사하는 제2 마이크로웨이브 방사 플레이트(512)를 포함한다.
제2 마이크로에이브 장치(510)는 마이크로웨이브가 제3 반응부(600)로 방사되는 것을 방지하는 마이크로웨이브 차단 플레이트(513)가 더 설치될 수 있다.
제2 마이크로웨이브 방사 플레이트(512)는 소결 배기가스가 통과할 수 있도록 망 형태로 이루어지며, 마이크로웨이브가 소결 배기가스의 흐름 방향으로만 방사되도록 소결 배기가스의 흐름 방향으로 뾰족하게 돌출된 복수개의 돌기부(미도시)를 구비한다.
제1 마이크로웨이브 장치(410)와 제2 마이크로웨이브 장치(510)를 사용함으로써, 종래의 코로나 방식에 비해 소결 배기가스를 필요 이상으로 가열하지 않고도 높은 농도의 이온화된 소결 배기가스를 얻을 수 있고, 전기적인 간섭이 적어 운영상 편리성이 증가할 수 있다.
또한, 제1 마이크로웨이브 장치(410)와 제2 마이크로웨이브 장치(510)를 사용함으로써, SCR 촉매의 최적 반응 운전 조건인 250도 이상의 고온 조건을 충족시킬 수 있게 됨으로써, 소결 배기가스가 제6 반응부(600)로 이동하기 전 수분을 선제거할 수 있고, 이를 통해 제6 반응부(600)에서의 산화반응을 증가시켜 산화열 발생을 촉진할 수 있고, 발생된 열을 회수하여 동력 비용을 절감할 수 있다.
제6 반응부(600)는 CO 산화촉매를 구비한다. CO 산화촉매는 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트, 망간 등으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 촉매를 포함할 수 있다. 제6 반응부(600)에서는 CO와 산소가 결합하여 산화가 되는 과정에서 산화열이 발생하게 되며, Off 가스 중에 CO가 1,000ppm 존재할 경우, CO의 완전 산화가 이루어지면 약 9도의 온도 상승이 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치는 배출부(700)의 열을 방향 전환부(310)로 회수시키는 열 회수부(800)가 더 설치될 수 있다.
열 회수부(800)를 통해 열이 회수되어 방향 전환부(310)로 공급되기 때문에, 방향 전환부(310)와 연결되는 제1 반응부(400)의 온도가 추가적으로 상승할 수 있게 되며, 이를 통해, 제1 반응부(400)에 설치된 제1 마이크로웨이브 장치(410)의 전압을 낮게 유지하여 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치의 가속부(200)에는 가속 장치(210)에 의해 가속된 소결 배기가스 중의 암모니아가 균일하게 분산되도록 하는 망 형태의 믹싱 부재(250)가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치의 방향 전환부(310)에는 소결 배기가스의 흐름을 가이드하는 가이드 베인(310)이 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 배기가스 정화 장치를 적용하는 경우, 소결 공정 보수시 SCR 촉매 효율을 저하시킨 암모늄염을 제1 마이크로웨이브 장치(410)와 제2 마이크로웨이브 장치(510)를 사용하여 350도 ~ 500도로 승온함으로써, 제거할 수 있고, 암모늄염의 제거를 통해 SCR 촉매의 수명을 연장할 수 있고, 공정 안정성을 확보할 수 있으며, 공사 비용을 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 정전 분무 노즐을 통해 암모니아를 미세 크기로 분무하고, 가속기와 믹서를 통해 암모니아를 균일하게 분포시킴으로써, 암모니아의 증발 속도를 증가시키고, 촉매와의 반응률을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 정전 분무부 110: 정전 분무 주입 장치
111: 제1 배관부 112: 제2 배관부
115: 고전압 발생 장치 113a: 압축 공기 분사 노즐
114a: 암모니아 분사 노즐 200: 가속부
210: 가속 장치 250: 믹싱 부재
300: 방향 전환부 310: 가이드 베인
400: 제1 반응부 410: 제1 마이크로웨이브 장치
500: 제2 반응부 510: 제2 마이크로웨이브 장치
600: 제3 반응부 700: 배출부
800: 열 회수부

Claims (6)

  1. 소결로에서 나오는 소결 배기가스 중의 암모니아를 양(+)전하로 하전시켜서 분무하는 암모니아 정전 분무 주입 장치가 구비되는 정전 분무부;
    상기 정전 분무부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 가속하는 가속 장치가 구비되는 가속부;
    상기 가속부의 일측에 연결되어 상기 소결 배기가스의 진행 방향을 전환하는 방향 전환부;
    상기 방향 전환부의 일측에 연결되고, 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매가 구비되는 제1 반응부;
    상기 제1 반응부의 일측에 연결되고, SCR 촉매가 구비되는 제2 반응부;
    상기 제2 반응부의 일측에 연결되고, CO 산화촉매가 구비되는 제3 반응부; 및
    상기 제3 반응부의 일측에 연결되고, 소결 배기가스를 배출하는 배출부;를 포함하며,
    상기 정전 분무 주입 장치는,
    상기 암모니아를 양(+)전하로 하전시키는 고전압 발생장치;
    압축 공기를 이송하는 제1 배관부;
    상기 제1 배관부의 내측에 동심원 형태로 배치되어 상기 암모니아를 이송하는 제2 배관부;
    상기 제1 배관부와 연결되고, 상기 압축 공기를 분사하는 압축 공기 분사 노즐부; 및
    상기 제2 배관부와 연결되고, 상기 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 노즐부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반응부에는 상기 암모니아와 상기 음(-)전하로 하전된 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 상기 제1 반응부의 온도를 상기 제1 반응부로 유입된 상기 소결 배기가스의 온도보다 더 높은 온도로 상승시키는 제1 마이크로웨이브 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반응부에는 상기 암모니아와 상기 SCR 촉매의 반응률이 상승하도록, 상기 제2 반응부의 온도를 상기 제2 반응부로 유입된 상기 소결 배기가스의 온도보다 더 높은 온도로 상승시키는 제2 마이크로웨이브 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 배출부의 열을 상기 방향 전환부로 회수시키는 열 회수부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화 장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가속부에는 상기 가속 장치에 의해 가속된 소결 배기가스 중의 상기 암모니아가 균일하게 분산되도록 하는 망 형태의 믹싱 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화 장치.
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