KR102417746B1 - 모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템 - Google Patents

모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템 Download PDF

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reducing agent
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modular injection
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조한재
이승재
이용진
홍정호
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주식회사 이엠코
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Abstract

환원제를 균일하게 분사하여 배가스에 혼합할 수 있는 모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템이 제공된다. 모듈형 인젝션 그리드장치는, 배가스가 유동하는 유로 내 설치되어 유체상 환원제를 유로에 주입하는 모듈형 인젝션 그리드장치에 있어서, 일단부에 환원제 유입구가 형성되고 타단부는 폐쇄된 헤더파이프, 헤더파이프에서 분지되고 헤더파이프보다 직경이 작게 형성되어 환원제를 나누어 공급받는 복수 개의 그리드관, 그리드관의 외주부에 관통 형성되어 그리드관 내부로 공급된 환원제를 외부로 분사하는 복수 개의 노즐, 및 헤더파이프 내부로 돌출되어 헤더파이프 내부공간에 개재되는 저항부재를 포함하며, 헤더파이프의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되어 서로 다른 위치에서 저항부재로 유동저항을 발생시켜 헤더파이프로부터 그리드관으로 분배되는 환원제의 유량을 조절하는 복수 개의 배플구조체를 포함한다.

Description

모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템{Module type injection grid apparatus and reducing agent injection system comprising the same}
본 발명은 환원제 주입용 모듈형 인젝션 그리드장치와 그를 포함하는 환원제 주입시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 환원제를 균일하게 분사하여 배가스에 혼합할 수 있는 모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템에 관한 것이다.
화력발전소는 연료를 연소하여 터빈을 구동시키며 이때 연소되는 연료는 대부분 화석연료이다. 이로 인해 발전소 가동 시 배출되는 배가스에는 화석연료의 연소로 인해 생성된 각종 오염물질이 다량 함유된다.
배가스에 함유된 오염물질은 연료의 종류에 따라 일부 변동되지만 대부분의 화력발전소는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유독성 물질이 포함된 오염물질을 다량 발생시킨다. 따라서 이들을 처리할 수 있는 설비도 함께 갖추게 된다.
특히, 질소산화물과 같은 오염물질은 환원제가 참여하는 환원반응을 통해 질소 등으로 환원시켜 처리가 가능하다. 환원에 의한 처리방식은 건식 처리방법의 일종으로 스크러버 등을 이용하는 습식 처리방식에 비해 시설이 간소하고 처리효율이 높은 장점 등도 있어 자주 사용되고 있다(예, 대한민국 특허 10-1850128 등).
그러나 환원에 의한 처리방식을 화력발전소와 같은 대규모 시설에 원활히 적용하려면 지속적으로 배기되는 배가스 흐름 전체에 균일하게 환원제를 혼합해 주는 기술도 요구된다. 그러나 종래 그러한 문제를 적절히 해소할 수 있는 기술적 대안이 제공되지 못하여 개선이 필요하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1850128호, (2018. 04. 19), 명세서
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 환원제를 균일하게 분사하여 배가스에 혼합할 수 있는 모듈형 인젝션 그리드장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 그러한 모듈형 인젝션 그리드장치를 포함하는 환원제 주입시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 모듈형 인젝션 그리드장치는, 배가스가 유동하는 유로 내 설치되어 배가스 처리용 유체상(流體相) 환원제를 유로에 주입하는 모듈형 인젝션 그리드장치에 있어서, 일단부에 환원제 유입구가 형성되고 타단부는 폐쇄된 환원제분배용 헤더파이프; 상기 헤더파이프에서 분지(分枝)되고 상기 헤더파이프보다 직경이 작게 형성되어 상기 헤더파이프로 유입된 환원제를 나누어 공급받는 복수 개의 그리드관; 상기 그리드관의 외주부에 관통 형성되어 상기 그리드관 내부로 공급된 환원제를 압력에 의해 외부로 분사하는 복수 개의 노즐; 및 상기 헤더파이프 내부로 돌출되어 상기 헤더파이프 내부공간에 개재되는 저항부재를 포함하며, 상기 헤더파이프의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되어 서로 다른 위치에서 상기 저항부재로 상기 헤더파이프 내 유동저항을 발생시켜 상기 헤더파이프로부터 상기 그리드관으로 분배되는 환원제의 유량을 조절하는 복수 개의 배플구조체를 포함한다.
상기 배플구조체는, 상기 저항부재와 연결되어 상기 저항부재를 지지하며 상기 헤더파이프 외면에 밀착하여 결합되는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부재는 상기 헤더파이프와 맞닿는 면에 상기 헤더파이프의 외면과 대응되는 접속곡면을 포함하고, 상기 저항부재는 상기 접속곡면의 횡단면 상에서 상기 접속곡면과 교차되는 판체로 이루어질 수 있다.
상기 배플구조체는, 서로 다른 모서리가 상기 저항부재의 면과 상기 접속곡면의 면에 각각 접하여 상기 저항부재와 상기 접속곡면 사이에 개재되며, 상기 저항부재의 서로 반대편 면에 대칭되게 배치된 한 쌍의 지지블록을 더 포함할 수 있다.
상기 저항부재는 적어도 일부가 타공된 타공판으로 이루어질 수 있다.
상기 모듈형 인젝션 그리드장치는, 상기 헤더파이프의 외면에 상기 지지부재보다는 너비가 작되 상기 저항부재는 통과가 가능하게 개구된 삽입구멍을 더 포함할 수 있다.
상기 저항부재는 중앙이 개구된 고리형 오리피스 판으로 형성되고, 상기 배플구조체는, 상기 저항부재의 외측으로 확장된 원호형 확장부를 더 포함하며, 상기 헤더파이프 외면에 상기 저항부재는 통과시키되 상기 확장부와는 맞물려 차폐되는 삽입슬릿을 더 포함할 수 있다.
상기 모듈형 인젝션 그리드장치는, 상기 헤더파이프의 횡단면 면적A에 대한, 상기 헤더파이프의 횡단면 면적A와, 상기 저항부재가 상기 헤더파이프의 횡단면을 차폐하는 면적인 차폐면적B의 차이의 비 [(A-B)/A]×100로 정의되는 상기 헤더파이프의 개구율(open area ratio)이 46~83%의 범위에 있을 수 있다.
상기 모듈형 인젝션 그리드장치는, 상기 헤더파이프 내 상기 배플구조체의 개수 C를 상기 헤더파이프의 미터 단위로 측정된 길이D로 나눈 값으로 정의되는 상기 헤더파이프의 단위길이 당 상기 배플구조체의 개수밀도 C/D가 5/14~1의 범위에 있을 수 있다.
상기 모듈형 인젝션 그리드장치는, 상기 헤더파이프의 내경이 75~100mm의 범위에 있을 수 있다.
상기 모듈형 인젝션 그리드장치는, 상기 환원제 유입구와 가장 인접한 상기 저항부재의 전후단에서 발생하는 차압이 200~500mmH2O의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명에 의한 환원제 주입시스템은, 상기 모듈형 인젝션 그리드장치를 포함하고, 상기 모듈형 인젝션 그리드장치는 복수개로 각각은 배가스가 유동하는 유로 내 병렬로 배치되며, 복수의 상기 모듈형 인젝션 그리드장치 각각에 연결된 복수 개의 환원제 수송관; 복수의 상기 환원제 수송관 각각에 설치된 복수 개의 유량제어모듈; 상기 유로 내 서로 다른 위치에 설치되어 상기 배가스의 유속 및 오염물질 농도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 복수 개의 측정센서; 및 상기 측정센서에서 전송된 측정데이터를 입력받고 상기 유량제어모듈의 동작을 제어하여 상기 모듈형 인젝션 그리드장치 각각으로 유입되는 환원제의 유량을 조절하는 제어모듈을 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 배가스가 유동하는 유로 내부로 질소산화물 등의 처리를 위한 환원제를 균등하게 공급할 수 있다. 유로 내부의 서로 다른 위치에서 균등한 유량으로 환원제를 공급하여 배가스에 혼합된 환원제의 혼합비 등이 전체를 통해 균등하게 유지되도록 할 수 있다. 특히 이러한 효과를 상대적으로 간결한 구조를 통해 구현할 수 있어 제작이 쉽고 복잡한 설비에도 손쉽게 적용할 수 있으며 경제적인 이점도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈형 인젝션 그리드장치의 구조도이다.
도 2는 도 1의 모듈형 인젝션 그리드장치의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타난 배플구조체와 헤더파이프의 결합구조를 보다 상세히 도시한 부분확대 사시도이다.
도 4는 도 3의 배플구조체와 헤더파이프의 결합방식 및 저항부재의 변형례를 예시한 사시도이다.
도 5는 배플구조체의 변형례를 도시한 부분확대 사시도이다.
도 6은 도 5의 배플구조체와 헤더파이프의 결합방식을 예시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 환원제 주입시스템의 구성도이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 모듈형 인젝션 그리드장치 및 그를 포함하는 환원제 주입시스템에 대해 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록, 먼저 도 1 내지 도 6을 참조하여 모듈형 인젝션 그리드장치에 대해 상세히 설명하고, 그를 바탕으로 도 7을 참조하여 환원제 주입시스템에 대해 상세히 설명한다. 이후 본 발명의 모듈형 인젝션 그리드장치에 대해 진행된 실험례에 대해서도 상세히 설명하도록 한다. '환원제 주입시스템'은 '환원제주입장치' 또는 '환원제주입기'로 지칭될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈형 인젝션 그리드장치의 구조도이고, 도 2는 도 1의 모듈형 인젝션 그리드장치의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 배플구조체의 확대도 중 실선은 헤더파이프 외부에 위치한 구조를, 점선은 헤더파이프 내부에 삽입되는 구조를 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 환원제를 분배하는 헤더파이프(100)와 헤더파이프(100)에 배치된 복수 개의 배플구조체(300)를 포함한다. 배플구조체(300)는 헤더파이프(100) 내부로 돌출되는 저항부재(310)와 이를 지지하는 지지부재(320)로 형성될 수 있으며 지지부재(320)를 통해 견고한 지지구조를 형성할 수 있다.
배플구조체(300)는 지지부재(320)를 통해 헤더파이프(100)에 손쉽게 결합하고 견고하게 고정되는 구조로 형성되며 저항부재(310)의 면적이나 형상 등을 조절하여 필요한 만큼의 유동저항을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 헤더파이프(100)로부터 헤더파이프(100)의 서로 다른 지점에 연결된 그리드관(200)으로 분배되는 환원제의 유량편차를 최소화할 수 있다.
특히 본 발명은 저항부재(310)가 헤더파이프(100)의 횡단면을 차폐하는 비율이나, 헤더파이프(100) 내 적용된 배플구조체(300)의 개수밀도, 헤더파이프(100)의 구경 등이 적합하게 조정됨으로써 헤더파이프(100)로부터 각 그리드관(200)으로 분배되는 환원제의 유량이 보다 균등하게 유지될 수 있다. 후술하는 구성으로 그러한 효과를 어렵지 않게 나타낼 수 있다.
이러한 본 발명의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)의 구성은 다음과 같다. 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는, 배가스가 유동하는 유로 내 설치되어 배가스 처리용 유체상(流體相) 환원제를 유로에 주입하는 모듈형 인젝션 그리드장치(10)에 있어서, 일단부에 환원제 유입구(110)가 형성되고 타단부는 폐쇄된 환원제분배용 헤더파이프(100), 헤더파이프(100)에서 분지(分枝)되고 헤더파이프(100)보다 직경이 작게 형성되어 헤더파이프(100)로 유입된 환원제를 나누어 공급받는 복수 개의 그리드관(200), 그리드관(200)의 외주부에 관통 형성되어 그리드관(200) 내부로 공급된 환원제를 압력에 의해 외부로 분사하는 복수 개의 노즐(210), 및 헤더파이프(100) 내부로 돌출되어 헤더파이프(100) 내부공간에 개재되는 저항부재(310)를 포함하며 헤더파이프(100)의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되어 서로 다른 위치에서 저항부재(310)로 헤더파이프(100) 내 유동저항을 발생시켜 헤더파이프(100)로부터 그리드관(200)으로 분배되는 환원제의 유량을 조절하는 복수 개의 배플구조체(300)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 배플구조체(300)는, 저항부재(310)와 연결되어 저항부재(310)를 지지하며 헤더파이프(100) 외면에 밀착하여 결합되는 지지부재(320)를 더 포함할 수 있다. 이하, 이러한 본 발명의 일 실시예를 기초로 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 좀더 상세히 설명한다.
모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 헤더파이프(100)로 유입된 환원제를 그리드관(200)으로 분배하여 배출하는 구조로 형성된다. 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 화력발전소의 배열회수설비(배열회수 보일러)나 연도와 같이 배가스가 유동하는 유로의 내부에 설치되어 배가스 처리용 유체상(流體相) 환원제를 유로에 주입한다.
환원제는 오염물질(예, 질소산화물)을 환원시킬 수 있는 것인 한 제한되지 않으나, 예를 들어, 탄화수소계환원제(예, 에탄올, 에틴렌글리콜, 글리세린, 설탕, 과당) 및/또는 암모니아계환원제(예, 암모니아, 요소 또는 그 전구체)일 수 있다. 모듈형 인젝션 그리드장치(10)를 통해 주입되는 환원제는 유체상으로, 유체상은 기상 및/또는 액상을 포함한다. 액상의 환원제는 요소수와 같은 수용액을 포함할 수 있다.
헤더파이프(100)와 그리드관(200)은 환원제를 배가스에 주입하여 혼합하기 위한 하나의 단위로 기능할 수 있고 이를 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 환원제를 제공 및 이송하는 다른 설비와 모듈형태로 결합될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 것처럼 배열회수설비에 배치된 복수의 환원제 수송관과 복수 개의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)를 결합하여 배열회수설비 내 유로의 다양한 지점에 환원제를 주입하는 환원제 주입시스템을 형성할 수 있다.
도면을 참조하여 모듈형 인젝션 그리드장치(10)의 구성을 좀더 상세히 설명한다. 먼저 도 1을 참조하면, 헤더파이프(100)는 일단부에 환원제 유입구(110)가 형성되고 타단부는 폐쇄된 배관으로 형성될 수 있다. 헤더파이프(100)는 일방향으로 길게 연장된 직선관으로 형성될 수 있다. 헤더파이프(100)는 금속재질로 이루어진 금속관으로 형성될 수 있으며 길이 및 내경 등은 적절히 변경될 수 있다.
예를 들어 헤더파이프(100)의 내경은, 바람직하게는 75~100mm의 범위에 있을 수 있고, 보다 바람직하게는 75~95mm의 범위에 있을 수 있다. 또한 헤더파이프(100)의 길이는 이로써 한정될 필요는 없으나, 예를 들면, 7~14m의 범위에 있을 수 있다. 배열회수보일러 등 모듈형 인젝션 그리드장치(10)가 적용되는 설비에 적합하게 길이는 조정될 수 있다.
그리드관(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개로 형성된다. 각각은 헤더파이프(100)의 서로 다른 지점에서 분지(分枝)된다. 그리드관(200)은 헤더파이프(100)보다는 직경이 작게 형성되어 헤더파이프(100)로 유입된 환원제를 서로 다른 위치에서 나누어 공급받을 수 있다. 헤더파이프(100)의 길이가 길어질수록 헤더파이프(100)의 양단에서 압력 차가 발생하기 쉬워지며 이로 인해 헤더파이프(100)를 유동하는 유체의 유속 및 유량이 적절히 조절되지 않는 경우, 서로 다른 그리드관(200)으로 분배되는 유체 유량이 달라지는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명은 특히 배플구조체(300)의 배치를 통해 이러한 문제를 해결하며, 헤더파이프(100)의 내경, 길이, 개구율 등의 여러 변수를 복합적으로 조정하여 보다 효과적으로 문제를 해결한다.
그리드관(200)은 복수 개가 서로 평행하게 배열될 수 있으며, 그로 인해 전체적으로 격자와 같은 배열 형태를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 그리드관(200)은 일단이 헤더파이프(100)의 외주면에 삽입되어 헤더파이프(100)와 연통 가능하게 형성될 수 있다. 그리드관(200)의 타단은 막혀있을 수 있다. 그리드관(200) 역시 금속관일 수 있다.
그리드관(200)의 외주부에는 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 노즐(210)이 외주부를 관통하여 형성된다. 따라서 그리드관(200) 내부로 공급된 환원제는 노즐(210)을 통해 압력에 의해 외부로 분사될 수 있다. 노즐(210) 외부로 분사될 때 환원제(R)는 압력 차에 의해 확산되며 그로 인해 배가스와 균등하게 혼합될 수 있다. 노즐(210)의 위치 및 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
배플구조체(300)는 복수로 형성된다. 복수 개의 배플구조체(300) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 헤더파이프(100) 내부로 돌출되어 헤더파이프(100) 내부공간에 개재되는 저항부재(310)를 포함한다. 따라서 저항부재(310)로 헤더파이프(100) 내 유동저항을 발생시킬 수 있고 이를 통해 헤더파이프(100)로부터 그리드관(200)으로 분배되는 환원제의 유량을 조절할 수 있다. 배플구조체(300)는 도시된 바와 같이 헤더파이프(100)의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되어 서로 다른 위치에서 유동저항을 발생시킬 수 있다.
배플구조체(300)들은 예를 들어, 서로 등간격으로 배치될 수 있으며 헤더파이프(100)의 길이에 따라 개수가 달라질 수 있다. 구체적으로 헤더파이프(100)의 길이에 대한 배플구조체(300)의 개수의 비를, 일종의 선밀도인 배플구조체(300)의 개수밀도로 정의하여 파악해 볼 수 있다.
바람직하게는, 헤더파이프(100) 내 배플구조체(300)의 개수 C를 헤더파이프(100)의 미터 단위로 측정된 길이D로 나눈 값으로 정의되는 헤더파이프(100)의 단위길이 당 배플구조체(300)의 개수밀도 C/D가, 5/14~1(단위는 개/m)의 범위에 있을 수 있다. 상기 개수밀도는 보다 바람직하게는, 5/14~6/14의 범위에 있을 수 있다. 따라서 예를 들어, 14m의 헤더파이프(100)인 경우 5~6개의 배플구조체(300)를 배치하는 것이 보다 바람직하다. 배플구조체(300)는 최대 헤더파이프(100)에 1m당 한 개씩 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 배플구조체를 배치함으로써, 보다 균일하게 환원제를 배가스에 공급할 수 있다. 한편, 헤더파이프의 길이는 그 내부에서 환원제유입구로부터 폐쇄된 타단부까지를 기준으로 측정될 수 있다.
배플구조체(300)는 저항부재(310)와 연결된 지지부재(320)를 포함하며 지지부재(320)는 헤더파이프(100)의 외면에 밀착될 수 있다. 즉 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 배플구조체(300)는 헤더파이프(100) 외면에 밀착하여 결합된 상태로 헤더파이프(100) 내측의 저항부재(310)를 지지하는 지지부재(320)를 포함한다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 배플구조체(300)의 구조적 특징을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 도 2에 나타난 배플구조체와 헤더파이프의 결합구조를 보다 상세히 도시한 부분확대 사시도이고, 도 4는 도 3의 배플구조체와 헤더파이프의 결합방식 및 저항부재의 변형례를 예시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 배플구조체(300)에는 저항부재(310)가 헤더파이프(100) 안쪽에 배치되고, 지지부재(320)는 헤더파이프(100) 외측에 배치된다. 저항부재(310)와 지지부재(320)는 서로 연결되어 있지만, 지지부재(320)는 헤더파이프(100) 외측에 밀착된 상태로 저항부재를 지지한다. 이로 인해 지지부재(320)의 면적을 자유롭게 확대할 수 있으며 따라서 헤더파이프(100)와 접촉하는 면적을 증대시켜 보다 견고한 지지구조를 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 지지부재(320)는 헤더파이프(100)와 맞닿는 면에 헤더파이프(100)의 외면과 대응되는 접속곡면(321)을 포함하고, 저항부재(310)는 접속곡면(321)의 횡단면 상에서 접속곡면(321)과 교차되는 판체로 이루어질 수 있다. 접속곡면(321)은 원통형상인 헤더파이프(100)와 대응되는 원통의 전부 또는 일부인 곡면 형상으로 형성되어 헤더파이프(100) 외면에 완전하게 밀착된다. 이 때, 접속곡면(321)의 횡단면은 헤더파이프(100)의 횡단면과 평행하게 되므로 저항부재(310)는 헤더파이프(100)의 횡단면 상에 놓이는 판체로 보아도 무방하다.
저항부재(310)는 금속판 등을 다양한 형태로 가공하여 형성할 수 있다. 따라서 형상이 도시된 바와 같이 한정될 필요는 없다. 저항부재(310)은 원형판 등으로 형성될 수도 있다. 저항부재(310)의 형상과 크기 등을 변경하여 저항부재가 유동저항을 발생시키는 유효면적을 원하는 대로 조절할 수 있다. 저항부재(310)가 판체로 형성되는 경우 판체의 일 면에 가해지는 압력은 한 쌍의 지지블록(330)을 이용하여 보다 효과적으로 해소시킬 수 있다.
지지블록(330)은 서로 다른 모서리(331, 332)가 저항부재(310)의 면과 접속곡면(321)의 면에 각각 접하는 형태로 저항부재(310)와 접속곡면(321) 사이에 개재된다. 지지블록(330)은 그와 같이 접하는 모서리(331, 332)를 적어도 2개 포함하는 블록 형태로 형성될 수 있다. 지지블록(330)은 저항부재(310)와 지지부재(320) 사이의 공간에 삽입되어 저항부재(310)를 고정하는 일종의 쐐기처럼 기능할 수 있다. 이러한 지지블록(330)은 저항부재(310)의 서로 반대편 면에 대칭되게 한 쌍이 배치되므로(도 2참조), 저항부재(310)의 양 면을 매우 견고하게 지지할 수 있다.
저항부재(310)의 형상은 예시된 형상을 포함하는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 저항부재(310)는 적어도 일부가 타공된 타공판으로 이루어질 수 있다. 그러한 경우 저항부재(310)의 면에 복수의 통공(311)을 배치할 수 있다. 따라서 통공(311)을 이용하여 유동저항을 조절할 수도 있다. 그 밖에도 또 다른 형태로 필요에 따라 저항부재(310)를 변형할 수 있다.
도 4를 참조하면, 배플구조체는 필요에 따라 서로 다른 형태의 저항부재(310)가 적용된 것을 사용할 수 있으며, 이를 헤더파이프(100)에 착탈 방식으로 결합하는 것도 가능하다. 예를 들어, 헤더파이프(100) 내 유동저항을 변경하기 위해 저항부재(310)의 형상을 변경하여 헤더파이프(100)에 재결합하는 것도 가능하다. 헤더파이프(100)는 외면에 삽입구멍(120)을 포함하여, 저항부재(310)를 내측에 용이하게 수용할 수 있다.
삽입구멍(120)은 헤더파이프(100)의 외면에 지지부재(320)보다는 너비가 작되 저항부재(310)는 통과가 가능하게 개구된다. 삽입구멍(120)은 그러한 한도 내에서 형상이 다양하게 바뀔 수 있으므로 도시된 형상으로 한정될 필요는 없다. 저항부재(310)가 지지블록(330)에 연결되어 있는 경우, 삽입구멍(120)은 지지블록(330)까지 통과시킬 수 있도록 적어도 부분적으로 확장될 수 있다. 다만, 삽입구멍(120)은 지지부재(320)보다는 너비가 작으므로, 지지부재(320)는 삽입구멍(120)을 통과하지 못하고 헤더파이프(100) 외면에 밀착된 상태로 결합된다(도 3참조).
지지부재(320)와 헤더파이프(100)는 서로 밀착된 상태로 고정될 수 있으며, 고정 시 용접방식을 사용할 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 나사 등 다른 결합부재를 이용하여 결합하는 것도 가능하다. 필요한 경우, 지지부재(320)와 헤더파이프(100) 사이에 개스킷 등을 삽입해 줄 수도 있다. 이와 같은 방식으로 배플구조체(300)를 헤더파이프(100)에 배치할 수 있다.
배플구조체(300)가 발생시키는 유동저항은 저항부재(310)가 헤더파이프(100) 횡단면을 차폐하는 면적의 크기에 따라 바뀔 수 있다. 이를 다음과 같은 헤더파이프(100)의 개구율을 정의하여 파악해 볼 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 헤더파이프(100)의 횡단면 면적A(도 4의 A참조)에 대한, 헤더파이프(100)의 횡단면 면적A와, 저항부재(310)가 헤더파이프의 횡단면를 차폐하는 면적인 차폐면적B(도 4의 B참조)의 차이의 비[(A-B)/A]×100로 정의되는 헤더파이프(100)의 개구율(open area ratio)이 46~83%의 범위에 있을 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 개구율은 46~75%의 범위에 있을 수 있다.
헤더파이프(100)의 횡단면 면적(도 4의 A참조)은 헤더파이프(100)의 내경을 이용하여 계산된 것일 수 있으며, 저항부재(310)의 차폐면적(도 4의 B참조)은 저항부재(310)가 헤더파이프(100)의 횡단면과 중첩되는 면적으로 계산된 것일 수 있다. 전술한 변형례처럼 저항부재(310)에 통공(311)이 형성되는 경우 통공(311) 전체의 면적은 차폐면적에 해당되지 않을 수 있다. 이러한 방식으로 헤더파이프(100)의 개구율을 계산하여 배플구조체(300)가 설치된 지점에서 발생하는 유동저항의 크기를 예상할 수 있다. 헤더파이프(100)의 개구율과 유동저항은 서로 반비례 관계에 있을 수 있다.
또한, 배플구조체(300)는 복수로 배치되므로 유체가 환원제 유입구(도 1의 110참조)를 통과하여 처음 만나는 저항부재(310)의 전후단에서 상대적으로 큰 차압이 발생할 수 있다. 그와 같이 환원제 유입구(110)와 가장 인접한 저항부재(310)의 전후단에서 발생하는 차압이 적정수준 미만인 경우에는 유체압력이 낮아 원활한 분사가 곤란할 수 있고, 차압이 과도한 경우에는 유체 교란 등으로 원활한 유량조절이 어려울 수 있다. 환원제 유입구(110)와 가장 인접한 저항부재(310)의 전후단에서 발생하는 차압은 200~500mmH2O의 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 배플구조체(300)가 헤더파이프(100) 상에 복수 개 배치됨으로써 헤더파이프(100) 내부를 유동하는 환원제의 유량 및 유속이 헤더파이프(100)의 길이방향을 따라 상대적으로 균일하게 유지되는 효과를 얻을 수 있으며, 따라서 헤더파이프(100)의 환원제 유입구(도 1의 110참조)로부터 반대편의 타단부까지 차례로 배치된 복수 개의 그리드관(도 1의 200참조)각각으로 분배되는 환원제 유량도 균등하게 유지할 수 있다. 따라서 각 그리드관(200)의 노즐(도 2의 210참조)들을 통해서 서로 다른 위치에서 균등한 양의 환원제를 분사하여 배가스에 혼합할 수 있다. 배플구조체(300)가 포함된 모듈형 인젝션 그리드장치의 유량조절 효과 등에 대해서는 후술하는 실험례를 통해 좀더 상세히 설명한다.
도 5는 배플구조체의 변형례를 도시한 부분확대 사시도이고, 도 6은 도 5의 배플구조체와 헤더파이프의 결합방식을 예시한 사시도이다.
한편 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 배플구조체(300-1)는 전체를 다른 형태로 변형하여 적용할 수도 있다. 예를 들어 배플구조체(300-1)는 저항부재(310)가 중앙이 개구된 고리형 오리피스 판으로 형성되고, 저항부재(310)의 외측으로 확장된 원호형 확장부(340)를 포함할 수 있다. 헤더파이프(100) 외면에는 저항부재(310)는 통과시키되 확장부(340)와는 맞물려 차폐되는 삽입슬릿(도 6의 120-1참조)이 형성될 수 있다.
저항부재(310)의 형상이 고리형상으로 변형되어도 고리의 두께 등을 조절하면 저항부재(310)가 헤더파이프(100) 내측으로 돌출된 정도가 바뀌므로, 저항부재(310)가 헤더파이프(100) 횡단면을 차폐하는 차폐면적(도 6의 B참조)을 얼마든지 조절할 수 있다. 따라서 이러한 변형례에 대해서도, 전술한 개구율에 대한 사항이나 차압에 관한 사항 등 저항부재(310)에 대해 언급된 사항은 그대로 적용된다.
고리형상의 저항부재(310)는 헤더파이프(100) 외면에 형성된 삽입슬릿(120-1)을 통해 헤더파이프(100)안에 삽입될 수 있다. 도 6을 참조하면, 삽입슬릿(120-1)은 헤더파이프(100) 외면에 원호형상으로 절개되어 형성될 수 있고 바람직하게는, 반원형상일 수 있다. 삽입슬릿(120-1)이 형성하는 틈은 저항부재(310)의 두께와 대략 동일하거나 그보다 약간 클 수 있다.
확장부(340) 역시 도 6과 같이 원호형상으로 형성될 수 있으며 바람직하게는, 반원형상으로 형성될 수 있다. 확장부(340)는 고리형상 판체인 저항부재(310)의 외측으로 반원형상으로 확장된 구조물일 수 있다. 확장부(340)의 두께는 저항부재(310)와 동일하거나 그보다 약간 클 수도 있다.
도 6과 같이 삽입슬릿(120-1)을 통해 저항부재(310)를 헤더파이프(100) 내측에 삽입하면 확장부(340)는 삽입슬릿(120-1)을 차폐하여 도 5와 같은 형태로 고정된다. 확장부(340)와 삽입슬릿(120-1)이 대칭구조로 되어 있으므로(도 6참조) 확장부(340)의 말단은 삽입슬릿(120-1)의 말단에 걸려 고정되며 확장부(340)는 끼움결합 형태로 삽입슬릿(120-1) 내부에 개재되어 삽입슬릿(120-1)을 완전히 차폐한다.
이와 같은 형태의 배플구조체(300-1) 역시 저항부재(310)의 형상 등을 바꾸어 줄 수 있다. 예를 들어 저항부재(310)의 고리 두께 등을 바꾸어 차폐면적(도 6의 B참조)이 다른 저항부재(310)를 형성하고 이를 선택적으로 적용하여 개구율 등을 바꿀 수 있다. 배플구조체(300-1)를 헤더파이프(100)와 결합한 후에는 용접방식 등으로 결합부위를 밀봉할 수 있다. 이러한 방식으로 모듈형 인젝션 그리드장치에 변형된 배플구조체(300-1)를 적용하는 것도 얼마든지 가능하다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 환원제 주입시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 환원제 주입시스템은 전술한 모듈형 인젝션 그리드장치를 포함하는 것으로 환원제 주입시스템에 포함된 모듈형 인젝션 그리드장치는 실질적으로 전술한 실시예의 것과 동일하다. 따라서 그와 관련된 설명은 모두 전술한 설명으로 대신하고 차이 나는 부분에 대해 중점적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 환원제 주입시스템의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 환원제 주입시스템(1)은, 전술한 모듈형 인젝션 그리드장치(10)를 포함하고 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 복수 개로 각각은 배가스가 유동하는 유로 내 병렬로 배치되며, 복수의 모듈형 인젝션 그리드장치(10) 각각에 연결된 복수 개의 환원제 수송관(20), 복수의 환원제 수송관(20) 각각에 설치된 복수 개의 유량제어모듈(30), 유로 내 서로 다른 위치에 설치되어 배가스의 유속 및 오염물질 농도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 복수 개의 측정센서(40), 및 측정센서(40)에서 전송된 측정데이터를 입력받고 유량제어모듈(30)의 동작을 제어하여 모듈형 인젝션 그리드장치(10) 각각으로 유입되는 환원제의 유량을 조절하는 제어모듈(50)을 더 포함한다.
즉 모듈형 인젝션 그리드장치(10)를 복수로 배치하여 배가스 유로 등에 적용함으로써 환원제 주입시스템(1)을 구성할 수 있다. 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 전술한 바와 같이 배플구조체(300)를 이용하여 각 그리드관(200)을 통해 분사되는 환원제의 양을 일정하게 조절할 수 있다. 따라서 헤더파이프(100)로 유입되는 환원제 유량이 동일하다면, 서로 다른 모듈형 인젝션 그리드장치(10)가 각각의 위치에서 균등하게 환원제를 분사하여 배가스에 주입할 수 있다.
나아가 본 발명은, 제어모듈(50)을 이용한 제어를 통해, 각 모듈형 인젝션 그리드장치(10)의 헤더파이프(100)로 유입되는 환원제 유량을 변경함으로써 배가스가 유동하는 유로 내 배가스 농도나 유량 등이 구역별로 차이 나는 경우에도 효과적으로 대응할 수 있다. 이하, 이러한 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 좀더 상세히 설명한다.
배가스가 유동하는 유로는 다양하나 예시적으로, 화력발전소의 배열회수설비(배열회수보일러)에 적용된 예를 설명한다. 배열회수설비는 화력발전소의 연돌 전단에 형성될 수 있으며 연돌과 배가스 유로를 공유하는 형태로 형성될 수 있다. 따라서 배열회수설비 내 도 7과 같이 환원제 주입시스템(1)을 구성하고 설비를 통과하는 배가스 내 오염물질(질소산화물 등)을 환원시켜 처리할 수 있다. 환원제는 반응시 촉매가 필요한 것일 수도 있으나 촉매 없이 반응하는 것일 수도 있다.
본 실시예에서 예시된 유로는 배열회수설비 외벽(70)으로 둘러싸인 내부공간에 해당한다. 화력발전소의 배열회수설비는 대규모 설비로 넓은 공간을 차지하므로, 유로 내부에도 구역별로 배가스 농도, 유속, 유량 등이 부분적으로 변동될 수 있다. 전술한 모듈형 인젝션 그리드장치(10)는 복수 개가 유로 내 병렬로 배치되며 따라서 유로 내 서로 다른 구역에서 그러한 변화에 대응할 수 있다.
환원제 수송관(20)은 복수 개가 모듈형 인젝션 그리드장치(10) 각각에 연결된다. 예를 들어 유로 외측에 환원제(R)를 공급받아 분배하는 분배기(60)를 배치할 수 있으며 분배기(60)와 복수 개의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)를 각각 환원제 수송관(20)으로 연결할 수 있다. 도면이 너무 복잡하지 않도록, 도면 상에는 환원제 수송관(20)이 일부만 대표로 도시되었고 나머지는 생략되었다. 생략된 부분은 점선 화살표를 이용하여 환원제의 공급경로만 간략히 도시하였으나, 해당 부분에도 동등하게 환원제 수송관(20) 및 유량제어모듈(30)이 설치된 것으로 이해되어야 한다.
유량제어모듈(30)은 복수 개가 환원제 수송관(20) 각각에 설치된다. 유량제어모듈(30)은 유체 유량을 조절할 수 있는 밸브장치 등으로 형성될 수 있으며 전자제어가 가능하게 형성될 수 있다. 각각의 유량제어모듈(30)은 예를 들어 환원제 수송관(20)과 모듈형 인젝션 그리드장치(10)의 헤더파이프(100)가 연결되는 연결지점에 배치될 수 있다. 유량제어모듈(30) 역시 일부만 대표로 도시되었고 나머지는 환원제 수송관(20)과 함께 생략되었음은 전술한 바와 같다.
유로 내부에는 서로 다른 위치에 배가스의 유속 및 오염물질 농도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 복수 개의 측정센서(40)가 설치된다. 측정센서(40)는 유로[즉 도면의 외벽(70) 내부공간] 내 분산 배치되어 서로 다른 지점에서 배가스의 유속 및/또는 오염물질 농도를 측정할 수 있다. 측정센서(40)는 그러한 측정이 가능한 다양한 측정기기를 이용하여 구성할 수 있다.
제어모듈(50)은 측정센서(40)에서 전송된 측정데이터를 입력 받고 유량제어모듈(30)의 동작을 제어하여 모듈형 인젝션 그리드장치(10) 각각으로 유입되는 환원제의 유량을 조절한다. 제어모듈(50)은 일종의 컴퓨터장치일 수 있으며, 제어 프로그램을 로딩하여 자동으로 제어하는 것일 수 있다. 그러한 컴퓨터장치는 PLC(programmable logic controller) 등을 포함하는 것일 수 있다. 그러나 필요한 경우 제어모듈(50)은 수동조작도 가능하며 관리자 등의 제어에 따라 조작될 수도 있다.
이러한 구성을 통해 유로 내 다음과 같이 환원제를 주입할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 측정센서(40) 중 어느 하나로부터 전송된 측정데이터에서 배가스 유속 및/또는 오염물질 농도가 감소된 것으로 나타나는 경우, 제어모듈(50)은 해당 측정센서(40)가 위치한 지점 주위의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)로 유입되는 환원제 유량은 감소시키는 제어를 할 수 있다. 이는 제어모듈(50)이 해당 모듈형 인젝션 그리드장치(10)와 연결된 환원제 수송관(20)의 유량제어모듈(30)을 원격으로 제어함으로써 가능하다.
또한, 복수 개의 측정센서(40) 중 어느 하나로부터 전송된 측정데이터에서 배가스 유속 및/또는 오염물질 농도가 증가된 것으로 나타나는 경우에는, 제어모듈(50)이 해당 측정센서(40)가 위치한 지점 주위의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)로 유입되는 환원제 유량을 증가시키는 제어를 할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 측정센서(40)에서 서로 다른 측정데이터가 전송되는 경우, 각 측정센서(40) 주변의 모듈형 인젝션 그리드장치(10)에 서로 다른 양의 환원제가 유입되도록 제어할 수 있다. 따라서 환원제의 낭비 없이 매우 적합하게 정량의 환원제를 구역별로 분사하여 유로 내 배가스를 처리할 수 있다.
이하, 본 발명의 모듈형 인젝션 그리드장치에 대해 수행된 몇 가지 실험예를 통해서 본 발명의 효과를 좀더 구체적으로 설명한다.
<실험예 1> 배플구조체 유무에 따른 헤더파이프의 유량조절 효과 비교실험 1
1)배플구조체를 적용한 헤더파이프의 제작
길이는 7m로 동일하고, 내경이 각각 100, 90, 80, 75, 65mm로 서로 다른 헤더파이프를 준비하고, 각 헤더파이프에 전술한 배플구조체를 모두 3개소(아래와 같이 헤더파이프 외주부 한쪽에 일렬로 타공된 27개의 홀을 기준으로 각 홀에 순차적으로 번호를 매겼을 때 홀번호 8번과 9번 사이, 16번과 17번 사이, 및 24번과 25번 사이)씩 배치하였다. 각 헤더파이프의 외주부를 타공하여 일렬로 내경 16mm의 홀을 동일 간격(예, 23cm)으로 형성하되 각 헤더파이프마다 외주부의 서로 맞은 편에 각각 27개씩 총 54개의 홀을 타공하여 배플구조체가 적용된 헤더파이프를 여러 개 제작하였다.
2)배플구조체가 적용되지 않은 헤더파이프의 제작
비교를 위해, 길이 7m, 내경 110mm인 헤더파이프를 준비하고, 외주부를 타공하여 일렬로 내경 16mm의 홀을 동일 간격(예, 23cm)으로 형성하되 외주부의 서로 맞은 편에 각각 27개씩 총 54개의 홀을 타공하여 배플구조체가 적용되지 않은 헤더파이프를 제작하였다.
3)유체주입 및 각 홀로 토출되는 유체유량의 측정
상기한 각 헤더파이프에 주입유량 8.0±0.5m3/min, 주입압력 150~300mmH2O, 온도 20±3℃인 조건으로 공기를 주입하고, 피토관(pitot tube)을 각 홀에 배치하여 측정한 유속을 홀의 내경을 이용하여 각 홀의 유량으로 환산하였다.
4)실험결과
그 결과를 표 1에 나타내었다.
<표 1>
Figure 112022019098690-pat00001
상기 표에 나타난 것처럼, 배플구조체가 없는 헤더파이프에 비해 배플구조체가 있는 헤더파이프에서 홀마다 배출되는 유량의 차이(표준편차)가 대부분 적게 나타났다. 다만, 내경이 75mm미만인 경우 홀마다 배출되는 유량의 차이가 증가하는 결과나 나타나므로, 7m길이 헤더파이프에 3개소의 배플구조체가 배치된 헤더파이프의 내경은 75~100mm의 범위가 적합함이 확인된다. 특히, 해당범위 내에서 RMS값(평균에 대한 표준편차의 비율)이 모두 15%아래에 있어 적합성기준을 만족하는 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 배플구조체 유무에 따른 헤더파이프의 유량조절 효과 비교실험 2
1)배플구조체를 적용한 헤더파이프의 제작
길이는 14m로 동일하고, 내경이 각각 100, 95, 90, 80, 75, 70mm로 서로 다른 헤더파이프를 준비하고, 각 헤더파이프에 전술한 배플구조체를 모두 5개소씩 배치하였다(아래와 같이 헤더파이프 외주부 한쪽에 일렬로 타공된 54개의 홀을 기준으로 각 홀에 순차적으로 번호를 매겼을 때 홀번호 9번과 10번 사이, 18번과 19번 사이, 27번과 28번 사이, 36번과 37번 사이, 및 45번과 46번 사이). 각 헤더파이프의 외주부를 타공하여 일렬로 내경 16mm의 홀을 동일 간격(예, 23cm)으로 형성하되 각 헤더파이프마다 외주부의 서로 맞은 편에 각각 54개씩 총 108개의 홀을 타공하여 배플구조체가 적용된 헤더파이프를 여러 개 제작하였다.
2)배플구조체가 적용되지 않은 헤더파이프의 제작
비교를 위해, 길이 14m, 내경 110mm인 헤더파이프를 준비하고, 외주부를 타공하여 일렬로 내경 16mm의 홀을 동일 간격(예, 23cm)으로 형성하되 외주부의 서로 맞은 편에 각각 54개씩 총 108개의 홀을 타공하여 배플구조체가 적용되지 않은 헤더파이프를 제작하였다.
3)유체주입 및 각 홀로 토출되는 유체유량의 측정
상기한 각 헤더파이프에 주입유량 11.0±0.5m3/min, 주입압력 150~300mmH2O, 온도 20±3℃인 조건으로 공기를 주입하고, 피토관(pitot tube)을 각 홀에 배치하여 측정한 유속을 홀의 내경을 이용하여 각 홀의 유량으로 환산하였다.
4)실험결과
그 결과를 표 2에 나타내었다.
<표 2>
Figure 112022019098690-pat00002
상기 표 2에 나타난 것처럼, 이번에도 배플구조체가 없는 헤더파이프에 비해 배플구조체가 있는 헤더파이프에서 홀마다 배출되는 유량의 차이(표준편차)가 대부분 적게 나타났다. 다만, 내경이 95mm초과, 75mm미만인 경우에는 홀마다 배출되는 유량의 차이가 증가하는 결과가 나타나므로, 14m길이 헤더파이프에 5개소의 배플구조체가 배치된 헤더파이프의 내경은 75~95mm의 범위가 적합함이 확인된다. 특히, 해당범위 내에서 RMS값(평균에 대한 표준편차의 비율)이 모두 15%아래에 있어 적합성기준을 만족하는 것을 알 수 있다.
<실험례 3> 개구율 변화에 따른 헤더파이프의 유량조절 효과 비교실험
1) 실험방법
실험례 1 및 2와 동일하게, 7m 및 14m 길이의 헤더파이프에 배플구조체를 적용한 것과 적용하지 않은 것을 서로 다른 내경 별로 제작하고, 유체를 주입하여 각 헤더파이프의 홀로 배출되는 유량을 측정하였다. 다만, 각 헤더파이프의 내경에 맞추어 배플구조체의 저항부재 차폐면적을 조정하여, 전술한 헤더파이프의 개구율을 각 헤더파이프마다 다르게 변화시키며 각 헤더파이프의 RMS값을 산출하여 비교하였다. 배플구조체가 적용되지 않은 헤더파이프는 개구율 100%이며, 배플구조체가 적용된 나머지 헤더파이프들은 그보다 작은 개구율을 갖도록 각 헤더파이프의 내경에 맞추어 배플구조체의 저항부재 차폐면적을 조정하며 실험하였다.
2)실험결과
그 결과를 표 3에 나타내었다.
<표 3>
Figure 112022019098690-pat00003
상기 표 3에 나타난 것처럼, 개구율 100%인 경우(배플구조체가 없는 경우)보다 배플구조체가 적용된 대부분의 경우 RMS값이 15%의 아래에 있는 것으로 확인되었다. 이 때, 3개소의 배플구조체가 설치된 7m헤더파이프인 경우에는 개구율 46~83%의 범위에서 RMS값이 15%아래에 있으며, 5개소의 배플구조체가 설치된 14m헤더파이프인 경우에는 개구율 46~75%의 범위에서 RMS값이 15%아래에 있어 적합성 기준을 만족하는 것으로 확인되었다.
<종합>
이상의 실험결과들을 종합해 보면, 배플구조체가 적용된 헤더파이프의 내경은 바람직하게는 75~100mm, 보다 바람직하게는 75~95mm의 범위가 적합하고, 그러한 범위 내에서 헤더파이프의 개구율은 바람직하게는 46~83%, 보다 바람직하게는 46~75%의 범위가 적합함을 알 수 있다. 또한 해당 범위에서 배플구조체의 개수는 7m헤더파이프에 3개소, 14m 헤더파이프에 5개소가 효과적이므로, 전술한 헤더파이프의 단위길이 당 배플구조체의 개수밀도는 5/14~6/14(=3/7)의 범위가 보다 바람직함을 알 수 있다. 이러한 범위 내에서 헤더파이프는 외주부에 배치된 각 홀(전술한 그리드관에 대응됨)로 매우 균일하게 유체를 분사하는바 모듈형 인젝션 그리드장치에 의한 환원제의 균일 분사 효과가 뛰어남을 확인할 수 있다.
이와 같은 균일 분사에 의해, 탈질촉매를 이용하여 질소산화물을 환원시켜 처리하는 경우 질소산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있으며, 암모니아 슬립은 최소화시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히, 탈질촉매 적용시 RMS 15%를 만족할 필요가 있기 때문이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 환원제 주입시스템 10: 모듈형 인젝션 그리드장치
20: 환원제 수송관 30: 유량제어모듈
40: 측정센서 50: 제어모듈
60: 분배기 70: 배열회수시설 외벽
100: 헤더파이프 110: 환원제 유입구
120: 삽입구멍 120-1: 삽입슬릿
200: 그리드관 210: 노즐
300, 300-1: 배플구조체 310: 저항부재
311: 통공 320: 지지부재
321: 접속곡면 330: 지지블록
331, 332: 모서리 340: 확장부
R: 환원제

Claims (12)

  1. 배가스가 유동하는 유로 내 설치되어 배가스 처리용 유체상(流體相) 환원제를 유로에 주입하는 모듈형 인젝션 그리드장치에 있어서,
    일단부에 환원제 유입구가 형성되고 타단부는 폐쇄된 환원제분배용 헤더파이프;
    상기 헤더파이프에서 분지(分枝)되고 상기 헤더파이프보다 직경이 작게 형성되어 상기 헤더파이프로 유입된 환원제를 나누어 공급받는 복수 개의 그리드관;
    상기 그리드관의 외주부에 관통 형성되어 상기 그리드관 내부로 공급된 환원제를 압력에 의해 외부로 분사하는 복수 개의 노즐; 및
    상기 헤더파이프 내부로 돌출되어 상기 헤더파이프 내부공간에 개재되는 저항부재를 포함하며, 상기 헤더파이프의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되어 서로 다른 위치에서 상기 저항부재로 상기 헤더파이프 내 유동저항을 발생시켜 상기 헤더파이프로부터 상기 그리드관으로 분배되는 환원제의 유량을 조절하는 복수 개의 배플구조체를 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배플구조체는, 상기 저항부재와 연결되어 상기 저항부재를 지지하며 상기 헤더파이프 외면에 밀착하여 결합되는 지지부재를 더 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 헤더파이프와 맞닿는 면에 상기 헤더파이프의 외면과 대응되는 원통형상의 접속곡면을 포함하고, 상기 저항부재는 상기 접속곡면의 횡단면 상에서 상기 접속곡면과 교차되는 판체로 이루어지는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배플구조체는, 서로 다른 모서리가 상기 저항부재의 면과 상기 접속곡면의 면에 각각 접하여 상기 저항부재와 상기 접속곡면 사이에 개재되며, 상기 저항부재의 서로 반대편 면에 대칭되게 배치된 한 쌍의 지지블록을 더 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 저항부재는 적어도 일부가 타공된 타공판으로 이루어지는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 헤더파이프의 외면에 상기 지지부재보다는 너비가 작되 상기 저항부재는 통과가 가능하게 개구된 삽입구멍을 더 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저항부재는 중앙이 개구된 고리형 오리피스 판으로 형성되고,
    상기 배플구조체는, 상기 저항부재의 외측으로 확장된 원호형 확장부를 더 포함하며, 상기 헤더파이프 외면에 상기 저항부재는 통과시키되 상기 확장부와는 맞물려 차폐되는 삽입슬릿을 더 포함하는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 헤더파이프의 횡단면 면적A에 대한, 상기 헤더파이프의 횡단면 면적A와, 상기 저항부재가 상기 헤더파이프의 횡단면을 차폐하는 면적인 차폐면적B의 차이의 비 [(A-B)/A]×100로 정의되는 상기 헤더파이프의 개구율(open area ratio)이 46~83%의 범위에 있는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 헤더파이프 내 상기 배플구조체의 개수 C를 상기 헤더파이프의 미터 단위로 측정된 길이D로 나눈 값으로 정의되는 상기 헤더파이프의 단위길이 당 상기 배플구조체의 개수밀도 C/D가 5/14~1의 범위에 있는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 헤더파이프의 내경이 75~100mm의 범위에 있는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 환원제 유입구와 가장 인접한 상기 저항부재의 전후단에서 발생하는 차압이 200~500mmH2O의 범위 내에 있는 모듈형 인젝션 그리드장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 모듈형 인젝션 그리드장치를 포함하고, 상기 모듈형 인젝션 그리드장치는 복수개로 각각은 배가스가 유동하는 유로 내 병렬로 배치되며,
    복수의 상기 모듈형 인젝션 그리드장치 각각에 연결된 복수 개의 환원제 수송관;
    복수의 상기 환원제 수송관 각각에 설치된 복수 개의 유량제어모듈;
    상기 유로 내 서로 다른 위치에 설치되어 상기 배가스의 유속 및 오염물질 농도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 복수 개의 측정센서; 및
    상기 측정센서에서 전송된 측정데이터를 입력받고 상기 유량제어모듈의 동작을 제어하여 상기 모듈형 인젝션 그리드장치 각각으로 유입되는 환원제의 유량을 조절하는 제어모듈을 더 포함하는 환원제 주입시스템.
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