KR102543303B1 - 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템에 관한 것으로서, 지면에 수직하게 설치되며, 연소설비에서 배출하는 배기가스가 하부에서 유입되어 상부로 배출되는 스택부; 상기 스택부 내부 하측에 마련되며, 암모니아 수용액 또는 요소수 수용액을 상기 스택부 내부에 액적으로 분무하는 약품분사부; 상기 약품분사부 상부에 복수의 경사진 형태로 마련되며, 상기 액적의 경로를 제어하여 상기 액적 분포를 더 균등하게 하는 믹서부; 상기 믹서부 상부에 복수의 층 형태로 마련되며, 상기 배기가스와 상기 액적이 촉매와 화학 반응이 이루어져 배출가스로 전환되는 SCR부; 및 상기 스택부의 상부에 마련되며, 상기 배출가스의 소음을 저감시키는 소음기부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 탈질 설비 시스템이 연소설비에서 발생하는 배기가스가 배출되는 스택의 일부에 일체화 내지 통합화됨으로써 기존 운영 중인 공간이 협소한 스택에도 불구하고 공간 활용도가 증가되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 기존 스택의 통풍력을 이용하여 배기가스를 배출할 수 있으므로 배기가스 유동에 따른 동력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 배기가스 중 특히 NOx의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

스택에 일체화된 탈질 설비 시스템{DENITRIFICATION DEVICE SYSTEM INTEGRATED STACK}
본 발명은 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연소설비에서 배출하는 배기가스 중 NOx를 제거할 수 있도록 스택과 탈질 설비를 일체화 내지 통합화하도록 구조를 개선한 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 소각로 및 연소로에서 연소되어 배출되는 배기가스에는 각종 유해물질 즉, NOx, SOx, HCl, 다이옥신, 비산재(Fly ash)가 발생된다.
상술한 유해물질을 포함된 배기가스는 대기로 방출되기 이전에 대기 오염 방지설비를 통하여 유해물질을 제거한 후 대기로 방출하게 되며, 이 과정에서 각종 유해물질을 제거하기 위하여 유해물질 종류에 따라서 유해물질 제거 설비인 대기오염 방지 설비들을 설치하게 된다.
이 중에서 NOx는 대기로 배출시 자외선과 반응해서 유해한 Oxidant를 형성하여 광화학 스모그 혹은 미세분진을 발생시킨다. NO는 무색의 기체로 인체에 흡입시 혈액중의 헤모글로빈과 결합하는 친화력이 매우 강하여 인체에 치명적인 영향을 미친다(95% 이상 대부분은 NOx 성분에 해당함). NO2는 적갈색의 기체로 물과 반응하여 질산을 형성하고 NO보다 독성이 강하다.
이러한 NOx는 발생 원인에 따라 Fuel NOx, Thermal NOx, Prompt NOx 등으로 구분된다.
Fuel NOx는 연료 중에 질소 성분이 유기적으로 결합된 것이 있으면 연료가 연소(산화)될 때 공기 중의 산소와 만나서 생성되는데 이것은 연료 중에 질소 결합력이 상당히 낮기 때문에 가능한 것이다.
일반적으로 석탄의 경우는 0.5 내지 2.0wt%, 중유는 0.1 내지 0.6wt%, LNG는 0.01 내지 0.02w%가 포함되는 형상을 보이는데 모든 연료중의 질소가 연소 전량 산화되어 NOx로 변하는 것은 아니다. 연소의 조건에 따라 원료 중 질소성분 중 10 내지 60% 정도 산화율을 보인다.
그러나 Fuel NOx 는 상대적으로 많은 비중을 차지하지 않으므로 탈질 설비 설계 시 Fuel NOx에 역점을 두지는 않는다.
Thermal NOx는 공기 중의 질소가 고온의 영역에서 일정한 시간이 경과 하면 발생하는 것으로 공기 중의 산소를 조연가스로 사용하는 연소의 형태에서는 모든 공정에서 발생된다.
주로 1000℃ 이상에서 발생하며 Coal을 연료로 하는 시멘트 공정과 같은 1400℃ 정도의 Kiln에서는 1400ppm 정도의 농도를 보이기도 한다.
반응식은 다음과 같다.
N2 + O = NO + N, N + O2 = NO + O
Prompt NOx는 Carbon과 수소가 있는 연료 중에 탄화수소는 N, CN, HCN 형태로 급속하게 변환되고 나서 NOx로 발생한다.
반응식은 아래와 같다.
CH + N2 = HCN + N, C + N2 = CN + N, N + O2 = NO + O
이렇게 화염 내부에서 반응이 일어나 빠르게 생성한다고 해서 Prompt NOx라고 한다. 주로 낮은 화염온도, 저연비, 빠른 연소공간에서 상대적으로 많이 생성된다. 그러나 Prompt NOx는 Thermal NOx에 비하여 생성량이 극히 미약하다.
연료 중에 함유된 질소(N) 성분과 연소용 공기 중의 질소(N2) 성분이 연소하는 과정에서 생성되는 NOx를 제거하기 위한 방법으로 SCR (Selective Catalystic Reduction) System과 SNCR(Selective Non-Catalystic Reduction) System이 있다.
SCR System은 소각로, 보일러를 포함하는 연소설비에서 발생하는 배기가스 중, 유해한 질소산화물(NOx)을 무해한 가스 성분으로 바꾸어 주는 대기오염 방지 설비이다. 본 system은 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction) 장치로 환원제인 암모니아수(Aqueous Ammonia) 혹은 요소수(Urea) 수용액을 사용하여 질소산화물을 무해한 성분인 수증기(H2O), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등으로 전환시킨다. 정밀한 약품 투입장치를 통한 가스와 약품과의 균일한 혼합에 의해서 배기가스 중 질소산화물을 환경 규제치는 물론이고 매우 낮은 값까지 제거 가능하다.
이러한 SCR 시스템은 연소설비의 배기가스가 배출되는 스택(stack, 연돌)의 일부에 포함되어 스택 일체형 내지 통합형으로 설치되어 공간 활용도를 높이는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연소설비에서 발생하는 배기가스 중 유독가스를 제거하는 탈질 시스템을 스택 일체형 내지 통합형으로 설치함으로써 공간 활용도가 증가되는 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 지면에 수직하게 설치되며, 연소설비에서 배출하는 배기가스가 하부에서 유입되어 상부로 배출되는 스택부; 상기 스택부 내부 하측에 마련되며, 암모니아 수용액 또는 요소수 수용액을 상기 스택부 내부에 액적으로 분무하는 약품분사부; 상기 약품분사부 상부에 복수의 경사진 형태로 마련되며, 상기 액적의 경로를 제어하여 상기 액적 분포를 더 균등하게 하는 믹서부; 상기 믹서부 상부에 복수의 층 형태로 마련되며, 상기 배기가스와 상기 액적이 촉매와 화학 반응이 이루어져 배출가스로 전환되는 SCR부; 및 상기 스택부의 상부에 마련되며, 상기 배출가스의 소음을 저감시키는 소음기부를 포함하는 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은, 상기 약품분사부 하부에 마련되며, 상기 배기가스 중 미연소된 연료를 연소시키는 애프터버너부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스택부의 외벽은, 고열의 배기가스로 인한 열변형이 방지되도록 워터재킷이 마련되는 이중벽구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 스택부 상부와 상기 소음기부 사이에 설치되며, 상기 배출가스의 온도를 감소시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 약품분사부는, 산화제를 추가로 분사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탈질 설비 시스템이 연소설비에서 발생하는 배기가스가 배출되는 스택의 일부에 일체화 내지 통합화됨으로써 기존 운영 중인 공간이 협소한 스택에도 불구하고 공간 활용도가 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존 스택의 통풍력을 이용하여 배기가스를 배출할 수 있으므로 배기가스 유동에 따른 동력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배기가스 중 특히 NOx의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템을 전체적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템의 SCR부 내부에 결합되는 촉매모듈의 사진이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템의 약품분사노즐모듈을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
그리고 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템을 전체적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템의 SCR부 내부에 결합되는 촉매모듈의 사진이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템의 약품분사노즐모듈을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)은 스택부(110)와 약품분사부(120)와 믹서부(130)와 SCR부(140)와 소음기부(150)와 애프터버너부(미도시)와 냉각부(170)와 프레임부(180)와 배기가스 공급부(190)를 포함한다.
스택부(110)는 연소설비에서 배출하는 배기가스가 하부에서 유입되어 상부로 배출되는 구성으로, 지면에 수직하게 설치된다. 여기서, 연소설비에는 보일러, 소각로 등이 포함될 수 있다. 또한, 스택부(110)는 바닥에 견고하게 고정된 구조물인 프레임부(180)에 지지될 수 있다.
여기서, 스택부(110)는 지면을 포함하는 바닥에 지지되는 스택부 바닥(111)과, 스택부 바닥(111)과 후술하는 SCR부(140) 사이의 유입모듈(114)을 포함하는 스택부 하부(112)와, 배기가스가 배출되는 최상층부의 배출모듈(115)을 포함하는 스택부 상부(113)를 포함한다. 여기서 스택부 상부(113)는 스택부(110) 내부로 빗물 등이 유입되지 않도록 단부가 절곡된 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 스택부(110)는 내부에 SCR부(140)가 마련되므로 SCR부(140)가 없는 경우보다 높이가 더 높아져 배기가스 및 배출가스가 배출되는 통풍력을 증가시킬 수 있다. 이러한 통풍력의 증가는 배기가스 및 배출가스가 배출되도록 가압하는데 필요한 동력을 제공하는 배기가스 송풍기(191)의 동력을 감소시킬 수 있어 전력 소모량 감소의 효과가 있다.
또한, 일반적인 스택부(110)는 일체형으로 마련되지 않고 복수의 모듈들의 용접으로 마련된다. 그러나 용접부위는 열에 취약하므로 용접된 스택부(110)가 고열의 배기가스에 장시간 노출되는 경우 용접부위의 변형 또는 스택부(110) 자체의 열변형이 발생한다. 스택부(110)에 열변형이 일어나 크랙이 발생하면 크랙부위에서 배기가스의 누출이 발생하는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)의 스택부(110)는 내측벽과 외측벽을 포함하는 이중벽구조로 마련되며, 저온의 냉각수가 상술한 내측벽과 외측벽 사이로 유입되어 스택부(110)를 냉각시키고, 외부로 배출될 수 있다. 이러한 워터재킷이 마련되는 이중벽구조의 스택부(110)에 따르면, 스택부(110)의 가열을 방지하여 스택부(110)의 열변형 및 열손상을 방지할 수 있다.
또한, 스택부(110)의 내측벽에는 온도센서가 마련되어 상술한 스택부(110)의 내측벽의 온도를 측정할 수 있고, 측정된 온도가 기설정된 온도 이상으로 상승하는 경우 냉각수를 상술한 이중벽구조 내부로 유입시킬 수 있도록 냉각수의 유입을 제어하는 스택냉각제어부가 마련될 수 있다.
또한, 상술한 냉각수가 상술한 스택부(110)의 내측벽을 냉각시키는 과정에서 과도한 열교환으로 인하여 기화되는 것을 방지하도록 상술한 스택냉각제어부는 냉각수 유출부에 마련되는 온도센서의 온도가 기설정된 온도 범위 내가 되도록 냉각수의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 기설정된 냉각수 유출부에 마련되는 온도센서의 온도 범위가 60℃ 내지 90℃일 때, 냉각수의 유출 온도가 60℃ 이하로 측정되는 경우 스택부(110)의 내측벽과 냉각수의 열교환을 증가시키도록 스택냉각제어부는 냉각수의 유량을 줄이도록 제어할 수 있으며, 냉각수의 유출 온도가 90℃ 이상으로 측정되는 경우 스택부(110)의 내측벽과 냉각수의 열교환을 감소시키도록 스택냉각제어부는 냉각수의 유량을 증가시키도록 제어할 수 있다.
이러한 스택부(110)에 따르면, 스택부(110) 내부에 후술하는 SCR부(140)와 후술하는 약품분사노즐모듈(121) 등을 설치함으로써 수직 방향으로 설치된 기존의 스택 공간을 최대한 유지하면서 기존 스택의 기능과 탈질 기능도 수행할 수 있다.
최근에 NOx의 규체치는 강화되고 있는데 기존의 스택부(110)에서 배출되는 배기가스 중의 NOx를 제거하기 위한 탈질설비를 설치할 공간이 없는 경우 기존의 스택부(110)와 스택부(110)가 설치된 공간을 활용하여 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)을 적용할 수 있어 매우 유용하다. 아울러 새로운 탈질설비를 설치하는 경우에도 필수적인 스택부(110)를 활용하여 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)이 적용될 수 있어 공간 활용도가 향상되며, 이로 인하여 경제성 또한 향상시킬 수 있다.
약품분사부(120)는 후술하는 촉매모듈(141)의 촉매와 반응을 일으킬 수 있는 반응물질인 약품을 스택부(110) 내부로 공급하는 구성으로 상술한 스택부 하부(112) 내부에 설치된다. 여기서 상술한 약품은 암모니아 수용액 또는 요소수 수용액으로 마련될 수 있다. 또한, 약품분사부(120)는 상술한 약품을 액적의 형태로 상술한 스택부(110) 내부로 분사할 수 있다. 또한, 약품분사부(120)는 상술한 약품 이외에 산화제를 추가로 분사할 수 있다. 여기서 산화제는 고압의 압축 공기로 마련될 수 있다.
여기서 약품분사부(120)는 상술한 반응물질을 분사하는 약품분사노즐모듈(121)과, 상술한 반응물질을 저장하는 약품 저장탱크(122)와, 약품 저장탱크(122)에 저장된 상술한 반응물질을 정략적으로 약품분사노즐모듈(121)로 공급하는 약품 공급펌프(123)와, 상술한 반응물질을 약품 저장탱크(122)에서 약품분사노즐모듈(121)로 안내하는 약품 공급라인(124)과, 공급되는 약품의 양을 감지하고 측정하며 유량을 제어할 수 있는 약품 유량계(125)로 이루어져 있다. 또한, 약품분사부(120)에는 일정하고 기설정된 유량의 반응물질을 정량으로 공급할 수 있는 약품 정량 공급밸브가 더 포함될 수 있다.
또한, 약품분사노즐모듈(121)은 약품의 균질한 분포를 위해 동축형 스월분사기로 마련될 수 있다. 또한, 약품분사노즐모듈(121)은 약품의 양을 효율적으로 조절할 수 있도록 핀틀분사기로 마련될 수 있다.
스택부(110)의 내부에서 약품과 배기가스의 혼합이 균일하게 이루어지려면 최적화된 기설정된 노즐의 숫자와 적정 압력의 압축공기가 함께 공급되어야 하며, 액적의 크기도 최소화된 크기로 분사되어야 한다. 여기서 고압의 압축 공기와 함께 약품을 분사하는 경우 약품의 공급 압력이 낮은 경우에도 압축 공기와 약품 상호간의 마찰에 의해 약품 액적의 직경이 더 감소할 수 있으며, 액적을 더 균등하게 분사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같은 약품분사노즐모듈(121)을 사용하며, 고압의 압축공기(약 3.5기압)가 약품과 함께 약품분사노즐모듈(121)로 공급되어 약품과 압축공기가 혼합되어 분무되며, 분무되는 액적의 평균 직경은 약 100미크론으로 마련될 수 있다.
믹서부(130)는 상술한 약품분사부(120)에서 분무된 액적이 촉매모듈(141)로 균등하게 확산 가능하도록 하는 구성으로 상술한 스택부(110) 내부에 설치된다. 또한, 믹서부(130)는 상술한 약품분사부(120) 상부에 마련될 수 있다.
여기서 믹서부(130)는 스택부(110) 내부에 복수의 경사진 형태로 마련되어 상술한 액적의 경로를 제어함으로써 액적 분포를 더 균등하게 할 수 있다. 여기서 믹서부(130)는 배플 타입으로 결합될 수도 있고, 경사지면서 비틀린 판 형상으로 구비될 수도 있다.
SCR부(140)는 스택부(110) 내부에 설치되는 구성으로 스택부(110)의 유입모듈(114)과 배출모듈(115) 사이의 대부분 영역을 차지한다. 또한, SCR부(140)는 상술한 믹서부(130)의 상부에 설치되며 복수의 층 형태로 마련되는 촉매모듈(141)을 포함할 수 있다. 여기서 SCR부(140)는 상술한 배기가스를 상술한 약품의 액적 및 촉매와 화학 반응하여 배출가스로 전환한다.
SCR부(140)는 철제로 만들어질 수 있으며, 외부는 보온 또는 단열처리될 수 있다. 또한, SCR부(140)의 내부에는 허니콤 타입(Honeycomb Type)의 촉매모듈(141)이 복수의 층으로 장착될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 층에 4개의 촉매모듈(141)이 구비되고, 각 촉매모듈(141) 사이에는 고온에 견딜 수 있는 패킹재(예를 들어, 세라믹 울 등)를 채워 넣어 미처리된 배기가스가 새어 나가는 것을 방지한다.
SCR부(140)의 측면부에는 촉매모듈(141)의 교체와 보수를 위하여 도어가 마련될 수 있다.
또한, SCR부(140)는 높은 온도에 따른 열팽찰을 감안하여 설계됨으로써 온도에 따른 몸체의 변형을 예방할 수 있으며, 가스의 기밀 유지가 가능하다.
SCR부(140)의 입구측과 출구측에는 각각 온도센서(142)가 설치될 수 있으며, 배기가스의 온도가 반응에 적절한 기설정된 온도 범위 내에 있을 때만 약품을 약품분사노즐모듈(121)을 통해 분사되도록 제어하는 제어부(미도시)가 마련될 수 있다. 여기서 SCR부(140)의 기설정된 적절한 온도범위는 200℃ 내지 400℃로 마련될 수 있다.
여기서, 후술하는 배기가스 공급부(190)에는 배기가스의 온도가 상술한 기설정된 적절한 온도범위 내에 속하도록 제어하는 배기가스온도제어부가 마련될 수 있다. 예를 들어, 상술한 기설정된 적절한 온도범위가 200℃ 내지 400℃일 때, 상술한 유입모듈(114)로부터 유입되는 배기가스의 온도가 200℃ 이하인 경우에 배기가스온도제어부는 배기가스가 200℃ 내지 400℃의 온도가 되도록 배기가스를 가열할 수 있고, 유입모듈(114)로부터 유입되는 배기가스의 온도가 400℃ 이상인 경우에 배기가스온도제어부는 배기가스가 200℃ 내지 400℃의 온도가 되도록 배기가스를 냉각할 수 있다.
또한, SCR부(140)에는 차압계가 설치되어 촉매모듈(141)에서의 압력 손실을 감지함으로써 촉매가 더스트 등에 오염된 정도를 간접적으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)의 SCR부(140)는 배기가스 량, 배기가스에서의 NOx 농도 등 설계의 기준에 따라 촉매모듈(141)의 크기, 층 수 등이 결정될 수 있다. 또한, 촉매모듈(141)의 타입은 허니콤 타입으로 TiO2(이산화티타늄), V2O5(오산화바나듐), WO3(산화 텅스텐) 등의 원료가 적절히 혼합된 상태에서 압출 성형된 것으로 마련될 수 있다.
공급되는 고온의 배기가스는 열분해 및 가수분해가 되어 암모니아(NH3)를 생성시킬 수 있다. 이러한 NH3는 환원제로 작용하여 NOx를 저감시킬 수 있다.
배기가스가 SCR부(140) 내부로 유입되면 환원 반응이 일어나게 되며, 이때 배기가스에 포함된 NOx와 암모니아는 촉매모듈(141)의 세공을 통과하는 동안 세공에 산재해 있는 촉매에 의해 반응이 일어나고, 그 생성물로서 질소(N2)와 수증기(H2O)가 생긴다. 이러한 반응은 ‘발명의 배경이 되는 기술’ 부분에서 언급한 바와 같으므로 이하에서 구체적인 설명은 생략한다.
소음기부(150)는 상술한 스택부 상부(113)에 마련되는 구성으로 배출모듈(115)로부터 배출되는 배출가스에 의한 소음을 감소시킨다. 고압의 배출가스는 배출모듈(115)로부터 고속으로 배출되는데 이때 큰 소음이 발생하게 된다. 소음기부(150)는 내부 공간이 공명기 역할을 함으로써 발생하는 소음과 상쇄간섭을 일으켜 소음을 줄일 수도 있고, 내부에 복수개의 격벽공간을 설치하여 배출가스가 한 번에 급격히 팽창하는 것이 아닌 복수번 팽창하도록 유도함으로써 배출가스의 에너지를 감소시켜 소음을 줄일 수도 있다. 그러나 소음기부(150)는 상술한 방식으로 반드시 제한되는 것은 아니며, 배출가스로부터 발생하는 소음을 줄일 수 있다면 어떠한 방식으로 마련되더라도 무방하다.
또한, 상술한 소음기부(150)가 복수개의 격벽공간으로 마련되는 경우, 각각의 격벽공간은 분리되도록 마련될 수 있다. 즉, 상술한 격벽공간 상호간은 나사결합 혹은 구조적인 결합 등을 통해 상호 결합될 수 있으며, 이에 따르면, 상술한 소음기부(150)의 격벽공간의 개수를 조절할 수 있다. 이러한 소음기부(150)에 따르면, 소음이 심하게 발생하는 경우에는 격벽공간의 개수를 증가시킴으로써 소음을 더욱 감소시킬 수 있고, 소음 발생이 적은 경우에는 격벽공간의 개수를 감소시켜 공간활용도를 증가시키고 소음기부(150) 설치 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 고열의 배출가스로 인해 상술한 소음기부(150)의 격벽공간에 손상이 발생하는 경우 손상된 격벽공간만을 교체함으로써 소음기부(150) 수리비용을 감소시킬 수 있다.
애프터버너부는 상술한 약품분사부(120) 하부에 설치되는 것으로, 상술한 배기가스 중 미연소된 연료를 연소시킨다. 미연소된 연료가 그대로 분출되는 경우 스택부(110) 내부 또는 배출모듈(115)에서 재연소되어 화염이 형성될 수 있으며, 이로 인하여 스택부(110)의 손상이 발생할 수 있다. 또한, 미연소된 연료가 있는 경우 배기가스 내에는 불완전연소로 인하여 일산화탄소 등 유독가스가 포함되어 있다. 따라서 애프터버너부는 추가적인 연소를 통해 불완전연소로 인한 유독가스를 무독가스로 전환한다. 예를 들어, 일산화탄소는 애프터버너부의 추가 연소를 통해 이산화탄소로 변환된다.
여기서, 애프터버너부는 추가 연소를 위하여 산화제와 연료를 공급하고 점화시켜 화염을 형성할 수 있다.
또한, 후술하는 배기가스 공급라인(192)에 마련되는 배기가스 성분 분석센서에 의해 연료 또는 일산화탄소 등 불완전연소로 인한 유독가스가 기설정된 농도 이상으로 검출되는 경우 상술한 애프터버너부에 산화제 또는 연료를 공급하여 화염을 형성시키도록 제어하는 애프터버너제어부가 마련될 수 있다. 이러한 애프터버너제어부에 따르면, 유독가스가 기설정된 농도 이상으로 검출되어 불완전연소를 감지하는 경우에만 애프터버너부를 작동시킴으로써 애프터버너부 작동에 따른 비용 손실 및 온도 상승을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 애프터버너부의 후단에는 애프터버너부의 작동에 따라 상승한 배기가스의 온도를 감소시키는 애프터버너냉각부가 마련될 수 있다.
냉각부(170)는 상술한 스택부 상부(113)와 상술한 소음기부(150) 사이에 설치되는 것으로 상술한 배출가스의 온도를 감소시킨다. 고온의 배출가스는 부피가 팽창한 상태이기 때문에 더 큰 유속을 갖게 되어 소음의 세기도 증가한다. 따라서 냉각부(170)는 소음기부(150)에 배출가스가 유입되기 전 온도를 감소시킴으로써 소음을 더욱 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 소음기부(150)의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한, 고온의 배출가스가 외부 대기로 배출되는 경우 국지적으로 열공해를 발생시킬 수 있다. 냉각부(170)는 배출가스의 온도를 감소시킴으로써 열공해를 방지할 수 있는 효과가 있다.
프레임부(180)는 스택부(110)와 SCR부(140)를 견고하게 지지할 수 있는 구조물로 철로 마련될 수 있다. 또한, 필요에 따라 SCR부(140) 내부의 촉매모듈(141) 등을 교체하는 작업의 용이성을 위하여 작업대가 마련될 수 있다. 또한, 배출모듈(115)에서 배출되는 배출가스의 성분 검사 및 측정을 위한 작업대 등이 마련될 수 있다.
배기가스 공급부(190)는 연소설비에서 배출되는 배기가스가 공급되는 구성으로 통상적으로 이러한 배기가스는 집진기(194) 등을 통해 미세한 입자를 포함하는 오염원이 제거된 상태로 스택부(110)로 공급된다.
배기가스 공급부(190)는 배기가스를 스택의 유입모듈(114)까지 안내하는 배기가스 공급라인(192)과, 배기가스 공급라인(192)에 필요에 따라 배기가스를 가압하는 배기가스 송풍기(191)와, 배기가스 공급라인(192)이 스택의 유입모듈(114)로 도달하기 전에 필요에 따라 바로 스택의 배출모듈(115)측으로 배기가스를 안내하는 배기가스 바이패스(193)로 이루어진다.
공정용공기 공급라인(l1)은 약품분사노즐모듈(121)로 압축공기를 포함한 공정용공기를 공급하는 공정용공기 공급라인(l1)이며, 계장용공기 공급라인(l2)은 상술한 공정용공기보다 더 정화되고 제습과정 등을 거친 계장용공기가 공급되는 계장용공기 공급라인(l2)이다. 여기서, SCR부(140)로 공급되는 계장용공기는 고압의 깨끗한 공기로 촉매모듈(141)에 쌓인 먼지 등을 제거하는데 사용된다.
한편, 상술한 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에는 배기가스에 포함되는 먼지 또는 고온의 배기가스에 의한 그을음(soot)이 발생할 수 있고, 이러한 먼지 또는 그을음이 상술한 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 누적되는 경우 유동장을 변화시키거나 면적을 차폐시킴으로써 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)의 효율을 감소시킬 수 있다. 또한, 먼지 또는 그을음이 고온의 배기가스에 의해 발화가 일어나는 경우 스택부(110) 또는 SRC부(140)의 손상을 발생시킨다. 따라서, 상술한 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 쌓인 먼지 또는 그을음을 제거할 필요성이 있다. 따라서, 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 물리적인 진동을 인가하여 먼지 또는 그을음을 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에서 제거하는 진동모듈이 포함될 수 있다. 진동모듈은 보다 상세하게는, 회전력을 생성하는 모터와, 캠(CAM) 형상으로 마련되어 모터의 회전력에 의해 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 주기적으로 접촉하는 것을 반복하여 스택부(110) 또는 SCR부(140)에 진동을 인가함으로써 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 쌓인 먼지 또는 그을음을 제거하는 캠부와, 상술한 모터의 작동을 제어하는 제어모듈을 포함할 수 있다. 상술한 진동모듈에 따르면, 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 쌓이는 먼지 또는 그을음이 효과적으로 제거될 수 있어 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)의 수명이 대폭적으로 향상될 수 있는 효과가 있다. 특히, 상술한 제어모듈은 SCR부(140)의 촉매모듈(141)에 설치되어 촉매모듈(141)에 쌓이는 먼지를 제거할 수 있다.
여기서, 제어모듈은 상술한 배기가스가 유입모듈(114) 또는 배기가스 공급라인(192)에 마련되는 유속계를 통해 배기가스의 공급 여부를 측정하고, 배기가스가 공급되는 경우에 상술한 모터가 작동되고, 배기가스의 공급이 중단되는 경우에는 상술한 모터의 작동을 중지 시킬 수 있다. 또한, 제어모듈은 상술한 SCR부(140)에 마련되는 차압계 및 배출모듈(115)에 마련되는 배출가스성분분석센서를 통해 탈질 효율을 측정하고, 상술한 탈질 효율이 기설정된 효율보다 낮은 경우에 상술한 모터가 작동되도록 할 수 있다.
또한, 배출가스가 상술한 배출모듈(115)을 통해 외부로 배출되는 과정에서 급격한 냉각으로 인하여 배출가스 내의 수증기가 응결되어 물방울이 형성된다. 특히, 워터재킷이 마련되는 이중벽구조의 스택부(110)의 내측벽은 냉각수에 의해 저온으로 냉각되므로 스택부(110)의 내측면에서 수증기의 응결이 쉽게 일어난다. 이러한 물방울이 상술한 스택부 상부(113) 또는 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 누적되어 무게가 증가하는 경우 물방울이 촉매모듈(141)에 유입 및 누적되어 촉매모듈(141)의 탈질 효율을 감소시킬 수 있다. 상술한 진동모듈에 의하면, 상술한 스택부 상부(113) 또는 스택부(110)의 내측면 또는 상술한 SCR부(140)에 물방울이 응결되는 경우 스택부(110) 또는 SCR부(140)에 주기적인 진동을 인가하여 스택부(110)의 내측면을 따라 물방울이 흐르거나 SCR부(140)에 누적되는 것을 방지함으로써 촉매모듈(141)로 상술한 물방울이 유입되거나 누적되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)의 작동 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명의 편의상 약품은 암모니아수를 사용한다고 가정한다.
먼저, 배기가스의 온도가 SCR부(140)의 입구측과 출구측에서 설정된 온도 범위인지를 확인하고 배기가스의 온도가 설정 온도에 도달한 경우 약품분사부(120)와 공정용공기 공급라인(l1)에서 각각 암모니아수와 압축공기를 공급하여 약품분사노즐모듈(121)에서 미세한 암모니아 입자가 스택부(110) 내부로 분무된다.
여기서, 스택부 상부(113)에는 NOx의 농도를 자동으로 측정하는 농도 측정기가 마련되어 배출가스의 농도를 측정할 수 있다.
미세하게 분무된 암모니아수는 믹서부(130)를 통과하면서 액적이 더욱 균일하게 분포하게 되고, 배기가스와 접촉하여 암모니아가 된다.
이렇게 생성된 암모니아는 각 층의 각 촉매모듈(141)을 통과하면서 NOx와 반응을 하는 촉매의 환원제 기능을 하여 NOx를 물과 수소로 변하게 하여 유해물질인 NOx의 농도를 현저하게 감소시킬 수 있다.
배기가스는 SCR부(140)를 통과하면서 유해물질이 줄어든 배출가스로 변하게 되고, 냉각부(170)와 소음기부(150)를 거쳐 배출모듈(115)을 통해 외부로 배출된다.
상술한 바와 같은 스택부(110), 약품분사부(120), 믹서부(130), SCR부(140), 소음기부(150), 애프터버너부, 냉각부(170), 프레임부(180), 배기가스 공급부(190)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템(100)에 따르면, 탈질 설비 시스템이 연소설비에서 발생하는 배기가스가 배출되는 스택의 일부에 일체화 내지 통합화됨으로써 기존 운영 중인 공간이 협소한 스택에도 불구하고 공간 활용도가 증가되는 효과가 있다. 또한, 기존 스택의 통풍력을 이용하여 배기가스를 배출할 수 있으므로 배기가스 유동에 따른 동력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 배기가스 중 특히 NOx의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 본 발명의 일실시예에 따른 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템
110 : 스택부
111 : 스택부 바닥
112 : 스택부 하부
113 : 스택부 상부
114 : 유입모듈
115 : 배출모듈
120 : 약품분사부
121 : 약품분사노즐모듈
122 : 약품 저장탱크
123 : 약품 공급펌프
124 : 약품 공급라인
125 : 약품 유량계
130 : 믹서부
140 : SCR부
141 : 촉매모듈
142 : 온도센서
150 : 소음기부
170 : 냉각부
180 : 프레임부
190 : 배기가스 공급부
191 : 배기가스 송풍기
192 : 배기가스 공급라인
193 : 배기가스 바이패스
194 : 집진기
l1 : 공정용공기 공급라인
l2 : 계장용공기 공급라인

Claims (5)

  1. 지면에 수직하게 설치되며, 연소설비에서 배출하는 배기가스가 하부에서 유입되어 상부로 배출되는 스택부;
    상기 스택부 내부 하측에 마련되며, 암모니아 수용액 또는 요소수 수용액을 상기 스택부 내부에 액적으로 분무하는 약품분사부;
    상기 약품분사부 상부에 복수의 경사진 형태로 마련되며, 상기 액적의 경로를 제어하여 상기 액적 분포를 더 균등하게 하는 믹서부;
    상기 믹서부 상부에 복수의 층 형태로 마련되며, 상기 배기가스와 상기 액적이 촉매와 화학 반응이 이루어져 배출가스로 전환되는 SCR부;
    상기 스택부의 상부에 마련되며, 상기 배출가스의 소음을 저감시키는 소음기부; 및
    상기 약품분사부 하부에 마련되며, 상기 배기가스 중 미연소된 연료를 연소시키는 애프터버너부를 포함하되,
    배기가스 공급라인을 통해 상기 배기가스를 상기 스택부로 공급하는 배기가스 공급부를 더 포함하며,
    상기 배기가스 공급부에는,
    상기 스택부로 공급되는 상기 배기가스를 가열 및 냉각하여 상기 배기가스의 온도가 기설정된 온도범위 내에 속하도록 제어하는 배기가스온도제어부가 마련되고,
    상기 스택부는 내측벽 및 외측벽을 포함하는 이중벽구조로 이루어지며,
    상기 내측벽 및 외측벽 사이에는 냉각수가 유입되어 상기 스택부가 냉각되고,
    상기 내측벽에는,
    상기 내측벽의 온도를 측정하는 온도센서; 및
    상기 온도센서에 의해 측정된 상기 내측벽의 온도가 기설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 냉각수가 상기 내측벽 및 상기 외측벽 사이로 유입되도록 제어하는 스택냉각제어부가 마련되고,
    상기 스택냉각제어부는,
    기설정된 온도 범위 내로 상기 온도센서가 측정한 온도가 유지되도록 상기 냉각수의 유량을 제어하며,
    상기 애프터버너부는,
    상기 배기가스 공급라인에 마련되는 배기가스 성분 분석센서에 의해 검출되는 유독가스가 기설정된 농도 이상으로 검출되는 경우, 상기 애프터버너부에 산화제 또는 연료를 공급하여 애프터버너부에 화염을 형성시키도록 제어하는 애프터버너제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택부 상부와 상기 소음기부 사이에 설치되며, 상기 배출가스의 온도를 감소시키는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 약품분사부는,
    산화제를 추가로 분사하는 것을 특징으로 하는 스택에 일체화된 탈질 설비 시스템.
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