KR102586253B1 - spray device comprising porous structure for providing precise controllable concentration of diluted urea-water solution inserted inside - Google Patents

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Abstract

본 발명은 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응 및 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나는 SNCR 반응기; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 기화기; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 포함하는 질소산화물(NOx)의 저감시스템; 상기 질소산화물의 저감시스템에서, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하여 NOx 함유 연소가스를 처리하는 방법 에 관한 것이다.The present invention provides a porous structure-inserted diluted urea spray device capable of precisely controlling concentration; An SNCR reactor in which a diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration is installed inside, and a urea decomposition reaction of the urea water sprayed from the spray device and a NOx reduction reaction occur simultaneously by selective non-catalytic reduction (SNCR); A vaporizer that installs a diluted urea water spraying device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration therein, and causes a urea decomposition reaction of the urea water sprayed from the spraying device to form ammonia; A nitrogen oxide (NOx) reduction system including a diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration; In the nitrogen oxide reduction system, ammonia is generated by performing a urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device, and a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas is performed by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water. This relates to a method of treating NOx-containing combustion gas.

Description

농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치 {spray device comprising porous structure for providing precise controllable concentration of diluted urea-water solution inserted inside}{spray device comprising porous structure for providing precise controllable concentration of diluted urea-water solution inserted inside}

본 발명은 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응 및 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나는 SNCR 반응기; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 기화기; 상기 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 포함하는 질소산화물(NOx)의 저감시스템; 상기 질소산화물의 저감시스템에서, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하여 NOx 함유 연소가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a porous structure-inserted diluted urea spray device capable of precisely controlling concentration; An SNCR reactor in which a diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration is installed inside, and a urea decomposition reaction of the urea water sprayed from the spray device and a NOx reduction reaction occur simultaneously by selective non-catalytic reduction (SNCR); A vaporizer that installs a diluted urea water spraying device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration therein, and causes a urea decomposition reaction of the urea water sprayed from the spraying device to form ammonia; A nitrogen oxide (NOx) reduction system including a diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration; In the nitrogen oxide reduction system, ammonia is generated by performing a urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device, and a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas is performed by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water. This relates to a method of treating NOx-containing combustion gas.

고온의 소각로, 가열로, 보일러, 내연기관은 내부로 연료와 산화제를 공급하면서 착화시켜 연료를 태우고 연료 자체의 연소열로 고온을 유지하는 장치이다. 연소반응의 산화제로 공기가 사용되는 경우, 공기 중의 질소가 연소반응을 거치면서 NO, NO2, NO3, N2O3, N2O, N2O4, N2O5 등과 같은 질소산화물(NOx)을 생성한다.High-temperature incinerators, heating furnaces, boilers, and internal combustion engines are devices that supply fuel and oxidizer to the inside, ignite the fuel, burn the fuel, and maintain a high temperature with the combustion heat of the fuel itself. When air is used as an oxidizing agent in a combustion reaction, nitrogen in the air undergoes a combustion reaction to produce nitrogen oxides such as NO, NO 2 , NO 3 , N 2 O 3 , N 2 O, N 2 O 4 , N 2 O 5 , etc. (NOx) is generated.

특히, 화석연료를 사용하는 석탄 화력발전소, 산업용보일러, 내연기관인 디젤엔진 등의 연소과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)는 일차오염물질로 대기 중으로 배출되어 초미세먼지로 전환되고 산성비, 광화학 스모그 등 환경문제를 유발한다.In particular, nitrogen oxides (NOx) generated during the combustion process of fossil fuel-using coal-fired power plants, industrial boilers, and internal combustion engines (diesel engines) are discharged into the air as a primary pollutant and converted into ultrafine dust, causing acid rain, photochemical smog, etc. It causes environmental problems.

질소산화물을 제거하는 기술은 저NOx 버너, 다단 연소, 배가스 재순환과 같은 연소기술 개선방법과 연소 후 배가스 처리기술로 구분된다. 연소기술 개선의 경우 저감효율이 높지 않아 배출허용기준 준수를 위하여 선택적 촉매환원법(SCR)과 선택적 무촉매환원법(SNCR)과 같은 배가스 처리 기술을 주로 사용하고 있다.Technologies for removing nitrogen oxides are divided into combustion technology improvement methods such as low NOx burners, multi-stage combustion, and exhaust gas recirculation, and post-combustion exhaust gas treatment technologies. In the case of improved combustion technology, the reduction efficiency is not high, so exhaust gas treatment technologies such as selective catalytic reduction (SCR) and selective non-catalytic reduction (SNCR) are mainly used to comply with emission standards.

SCR공정은 Pt-V2O5/TiO2 촉매 활용시 300 ~ 450℃ 온도구간에서 90% 이상의 제거효율을 얻을 수 있다. 그러나, 촉매의 비용이 높고 반응조건에 따른 비활성화 문제로 질소산화물의 저감원단위는 비교적 높다. The SCR process can achieve a removal efficiency of over 90% in the temperature range of 300 to 450°C when using a Pt-V 2 O 5 /TiO 2 catalyst. However, the reduction intensity of nitrogen oxides is relatively high due to the high cost of the catalyst and the problem of deactivation depending on reaction conditions.

SNCR 공정은 SCR공정에 비하여 초기 설치비가 저렴하고 별도의 설치부지가 필요 없어 적용성은 우수하지만 효율이 높지 않다는 단점이 존재한다. 반응온도 850 ~ 1100℃ 범위에서 40-70% 수준의 탈질효율을 나타낸다. SNCR공정은 좁은 반응온도 구간 이상의 온도영역에서는 투입된 환원제(요소수, 암모니아수)의 산화반응으로 NOx 생성이 증가하며 낮은 온도구간에서는 환원제가 효율적으로 반응하지 못하고 암모니아 유출이 발생하게 된다. The SNCR process has lower initial installation costs than the SCR process and does not require a separate installation site, so it has excellent applicability, but has the disadvantage of not being highly efficient. It shows a denitrification efficiency of 40-70% in the reaction temperature range of 850 ~ 1100℃. In the SNCR process, NOx production increases due to the oxidation reaction of the introduced reducing agent (urea solution, ammonia solution) in the temperature range above the narrow reaction temperature range, and in the low temperature range, the reducing agent does not react efficiently and ammonia leakage occurs.

NO에 대한 선택도가 다른 종류의 환원제(탄화수소, 일산화탄소)에 비해서 우수하기 때문에 현재 상용화된 촉매 환원 공정(SCR)에 주로 사용되는 환원제는 암모니아(NH3)이다. 그러나, NH3는 독성이 매우 강하고 각종 설비를 부식시킬 뿐 아니라 저장 및 수송에 많은 비용이 든다는 단점이 있다. 또한 현재 발전 및 소각시설의 SCR 설비를 충당하기 위해서는 많은 양의 NH3를 필요로 하게 된다. Because the selectivity for NO is superior to other types of reducing agents (hydrocarbons, carbon monoxide), the reducing agent mainly used in the currently commercialized catalytic reduction process (SCR) is ammonia (NH 3 ). However, NH 3 has the disadvantage of being very toxic and corroding various facilities, as well as requiring a lot of costs to store and transport. In addition, a large amount of NH 3 is required to cover the SCR equipment of current power generation and incineration facilities.

요소(Urea, (NH2)2CO)는 다음과 같이 쉽게 암모니아로 분해된다.Urea ((NH 2 ) 2 CO) is easily decomposed into ammonia as follows.

Urea → Biuret + Ammonia (1)Urea → Biuret + Ammonia (1)

Urea → Cyanuric acid + Ammonia (2) Urea → Cyanuric acid + Ammonia (2)

Biuret → Cyanuric acid + Ammonia (3)Biuret → Cyanuric acid + Ammonia (3)

Biuret → Cyanuric acid + Amminia (4)Biuret → Cyanuric acid + Amminia (4)

요소(Urea)의 DeNOx 반응은 하기 화학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The DeNOx reaction of urea can be expressed as Formula 1 below.

이와 같이 상온에서 고체로 존재하고 비교적 낮은 온도에서 분해되어 암모니아를 생성하는 요소(Urea)는 독성이 거의 없어 저장이 용이하고, DeNOx 반응에서 암모니아를 요소(Urea)로 대체할 경우 미반응 암모니아에 의한 부차적인 오염을 줄일 수 있다. 또한, 요소(Urea)는 무색 무취의 결정으로 물에 잘 녹는다. 따라서, 독성이 강한 NH3를 대신하는 환원제로서 요소수를 이용할 수 있다.In this way, urea, which exists as a solid at room temperature and decomposes at a relatively low temperature to produce ammonia, has little toxicity and is therefore easy to store. When ammonia is replaced with urea in the DeNOx reaction, unreacted ammonia is removed. Secondary pollution can be reduced. Additionally, urea is a colorless, odorless crystal that is highly soluble in water. Therefore, urea water can be used as a reducing agent instead of highly toxic NH 3 .

Lugt et al.은 lean burn engine의 배가스를 처리하기 위해 air-blast-nozzle을 이용하여 우레아(NSR=2)를 반응기 상부에서 주입하고 static mixer를 통하여 배가스와 잘 혼합되도록 하여 V2O5/TiO2/W2O3 monolith 촉매 상에서 325℃에서 반응시켜 90%이상의 NOx 전환율을 얻었다. Kobel et al.은 TiO3-W2O3-V2O5상에서 우레아 용액(40%)을 통한 NOx 환원반응과 반응 후 환원제와 NOx의 몰비 α(Nreducing agent:NNOx의 몰비, α=1 은 우레아와 NO의 양론비 0.5에 해당)에 따른 NOx 전환율과 암모니아 slip에 대하여 살펴본 결과, 넓은 온도(230~455℃) 영역에서 80%이상의 전환율을 나타내었고 암모니아 slip이 보통의 암모니아 SCR 공정보다 낮으며 부차적인 NOx, N2O, HNCO, HCN은 검출되지 않았다. Lugt et al. used an air-blast-nozzle to treat the exhaust gas of a lean burn engine by injecting urea (NSR=2) from the top of the reactor and mixing it well with the exhaust gas through a static mixer to form V 2 O 5 /TiO. A NOx conversion rate of over 90% was obtained by reacting at 325°C on a 2 /W 2 O 3 monolith catalyst. Kobel et al. reported the NOx reduction reaction through a urea solution (40%) on TiO 3 -W 2 O 3 -V 2 O 5 and the molar ratio between reducing agent and NOx after the reaction, α (molar ratio of N reducing agent :N NOx , α= As a result of examining the NOx conversion rate and ammonia slip according to the stoichiometric ratio of urea and NO (1 corresponds to 0.5 stoichiometric ratio of urea and NO), the conversion rate was over 80% in a wide temperature range (230~455℃), and the ammonia slip was higher than that of the normal ammonia SCR process. Low and secondary NOx, N 2 O, HNCO, and HCN were not detected.

한편, 선택적 비촉매환원법(Selective Noncatalytic NOx Reduction; SNCR)은 환원제를 노내의 연소가스의 온도가 900 ~ 1,000℃인 지점으로 주입하여 연소공정에서 발생된 NO를 질소와 수증기로 환원시키는 연소가스 탈질기술이다. SNCR공정은 촉매를 사용하는 연소가스 탈질기술인 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic NOx Reduction; SCR)에 비하여 탈질효율이 비교적 낮으며 탈질반응이 환원제의 주입온도에 매우 민감한 단점이 있으나, 장치가 간단하여 초기설치비가 다른 NOx저감기술에 비하여 저렴하고 설치공간을 적게 필요로 하며, 특히 연소로의 운전 중에도 장치를 설치할 수 있는 큰 장점이 있다. 따라서, 이 공정은 전세계적으로 발전용 보일러와 산업용 보일러에서 발생되는 연소가스의 탈질 뿐만 아니라 소각가스의 탈질에도 많이 사용되고 있다.Meanwhile, Selective Noncatalytic NO It's technology. The SNCR process has a relatively low denitrification efficiency compared to Selective Catalytic NO The installation cost is lower than that of other NO Therefore, this process is widely used around the world not only for denitrification of combustion gas generated from power generation boilers and industrial boilers, but also for denitrification of incineration gas.

SNCR 공정에서 사용되는 환원제로는 암모니아와 우레아가 대표적이다. SNCR공정에서 연소가스에 우레아를 환원제로 주입하면, 주입된 우레아는 도 1에서와 같이 NH3(Ammonia)와 HNCO(Isocyanic Acid)로 분해되며, NH3와 HNCO는 각각 별개의 반응경로를 따라 탈질반응을 하게 된다. 우레아와 NO 사이의 환원반응은 200 ~ 300 여개의 기본 라디칼반응으로 구성되어 있으며, 상기 화학식 1와 같은 단일 총괄반응식으로 표현될 수 있다. Ammonia and urea are representative reducing agents used in the SNCR process. When urea is injected as a reducing agent into combustion gas in the SNCR process, the injected urea is decomposed into NH 3 (Ammonia) and HNCO (Isocyanic Acid) as shown in Figure 1, and NH 3 and HNCO are denitrified along separate reaction paths. react. The reduction reaction between urea and NO consists of about 200 to 300 basic radical reactions, and can be expressed as a single general reaction equation such as Chemical Formula 1 above.

표 1은 환원제로 사용되는 암모니아와 요소의 물성적 특성을 비교한 것이다.Table 1 compares the physical properties of ammonia and urea used as a reducing agent.

구분division 암모니아(NHAmmonia (NH 33 )) 요소(Element( NHNH 22 CONHCONH 22 )) 분자량(Molecular Weight( M.WM.W. .).) 1717 6060 color 무색colorless 무색colorless 비중importance 0.8170.817 1.3351.335 녹는점(℃Melting point (℃) -77.7-77.7 -33.4-33.4 끓는점(℃Boiling point (℃ 132.7132.7 180180 형태(표준상태)Form (standard state) 기체(무수암모니아)Gas (anhydrous ammonia) 고체solid 저장형태(표준상태)Storage type (standard state) 200 Psig, 35℃이하200 Psig, below 35℃ 고체solid 표준상태라 함은 1atm의 대기압과 상온(20℃상태에서의 측정을 의미함Standard condition means measurement at 1 atm atmospheric pressure and room temperature (20°C).

요소는 상온에서는 무색, 무취, 무미로 수용액에서는 천천히 탄산암모늄 ((NH4)2CO3)으로 가수분해되고, 녹는점 이상에서 승화하여 암모니아(NH3)와 시아누르산(HNCO)으로 전환된다. 따라서, 요소는 암모니아와 비교하였을 때에 녹는점과 끓는점 및 용해도가 상당히 높기 때문에 요소의 보관 및 저장의 용이성과 운송의 안전성을 확보할 수 있다. Urea is colorless, odorless, and tasteless at room temperature, and slowly hydrolyzes into ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ) in aqueous solution, and sublimates above the melting point to convert into ammonia (NH 3 ) and cyanuric acid (HNCO). . Therefore, compared to ammonia, urea has a significantly higher melting point, boiling point, and solubility, making it possible to secure the ease of storage and storage of urea and the safety of transportation.

질소산화물의 저감시스템에서 환원제로 요소를 물에 용해된 요소수 상태로 사용하는 경우, 열적분해반응 뿐만 아니라 동시에 열적가수분해반응 또한 동반하여 일어나지만, 이 모든 반응들에 의해 암모니아로 변환되어 질소산화물과 반응가능하게 된다. 요소의 열적가수분해반응에 대한 화학반응식은 화학식 2이고, 열적분해반응의 화학반응식은 화학식 3이다.When urea is used as a reducing agent in the form of urea solution dissolved in water in a nitrogen oxide reduction system, not only thermal decomposition reaction but also thermal hydrolysis reaction occurs simultaneously, but all of these reactions are converted to ammonia and produce nitrogen oxide. It becomes possible to react with. The chemical equation for the thermal hydrolysis reaction of urea is Chemical Formula 2, and the chemical equation for the thermal decomposition reaction is Chemical Formula 3.

한편, 요소수 분무장치는 대기오염물질인 질소산화물(NOx)를 저감하기 위한 탈질장치인 SCR 또는 SNCR의 주요 부속장치로, 요소수를 열분해하여 암모니아를 생성하기 위한 용도로 사용되고 있다.Meanwhile, the urea water spray device is a main accessory device of SCR or SNCR, a denitrification device for reducing nitrogen oxides (NOx), an air pollutant, and is used to generate ammonia by thermally decomposing urea water.

SCR의 경우, 요소수 분무장치를 SCR 설비 외부의 기화기 내부에 설치하여 생성된 암모니아가 AIG(Ammonia injection grid)를 통해 SCR 설비 내부로 주입된다. In the case of SCR, a urea water spray device is installed inside the vaporizer outside the SCR facility, and the generated ammonia is injected into the SCR facility through the AIG (Ammonia injection grid).

SNCR의 경우, 요소수 분무장치를 통해 고온의 반응구간에 직접 분사하여 열분해에 의해 암모니아를 생성시키는 방식으로 운전되고 있다. In the case of SNCR, it is operated by spraying urea water directly into the high-temperature reaction section through a spray device to generate ammonia through thermal decomposition.

암모니아는 탈질설비로 유입되는 질소산화물의 농도에 따라 적정한 농도로 희석시킨 후 기화기로 유입되어 암모니아 가스상으로 전환시켜 탈질설비로 공급되어야 한다. 요소수의 경우 40%의 고농도로 생산 및 공급되고 있으므로, 탈질장치의 반응조건에 따라 외부 별도의 희석탱크에서 요소수를 일정 농도로 희석한 후 분무장치로 주입하고 있다. Ammonia must be diluted to an appropriate concentration according to the concentration of nitrogen oxides flowing into the denitrification facility, then flowed into the vaporizer, converted to ammonia gas, and supplied to the denitrification facility. Since urea water is produced and supplied at a high concentration of 40%, urea water is diluted to a certain concentration in a separate external dilution tank according to the reaction conditions of the denitrification device and then injected through a spray device.

기존의 탈질설비는 환원제의 양을 배출규제를 만족하는 수준으로만 수동제어하여 주입하는 방식으로, 최적 조건으로 운전하고 있지 않다. 이는 과잉으로 주입된 암모니아가 미반응할 경우 후단의 설비를 부식시키는 문제가 발생하기 때문에 법적 규제 내에서 운전이 가능한 수준으로 암모니아를 주입하고 있다.Existing denitrification facilities manually control and inject the amount of reducing agent only to a level that satisfies emission regulations, and are not operated under optimal conditions. This is because if the excessively injected ammonia does not react, there is a problem of corroding the downstream equipment, so ammonia is injected at a level that allows operation within legal regulations.

그러나, 최근 환경부는 미세먼지 관리 특별대책의 일환으로 대기환경보전법 시행령·시행규칙을 개정하여 18년 1월 28일 시행됨에 따라 영흥화력 3~6호기와 신규 석탄 화력발전소에 대한 배출허용기준을 강화하였다. 이에 신규 화력발전소 운영 시에는, 질소산화물의 배출기준을 대폭 낮춰 NOx 5ppm 수준으로 저감시키는 탈질기술 적용을 검토하고 있다. 강화된 NOx 배출기준을 만족하기 위해서는 탈질설비로 유입되는 NOx 농도의 계측값을 통하여 반응에 필요한 최적의 암모니아 분사량으로 탈질설비를 운전하여야 NH3 Slip 저감 및 최적 탈질효율을 얻을 수 있다.However, the Ministry of Environment recently revised the Enforcement Decree and Enforcement Rules of the Air Quality Conservation Act as part of special measures to manage fine dust, and took effect on January 28, 2018, strengthening the emission standards for Yeongheung Thermal Power Plant Units 3 to 6 and new coal-fired power plants. did. Accordingly, when operating a new thermal power plant, we are considering applying denitrification technology to significantly lower the nitrogen oxide emission standard and reduce NOx to 5ppm. In order to meet the strengthened NOx emission standards, the denitrification facility must be operated with the optimal ammonia injection amount required for the reaction through the measured value of the NOx concentration flowing into the denitrification facility to reduce NH 3 Slip and obtain optimal denitrification efficiency.

유입되는 NOx 농도의 변화에 따라 최적량으로 암모니아가 공급될 수 있도록 적정한 농도의 요소수가 기화기 내부 또는 탈질장치 내부에 적정량으로 분사할 수 있는 신규 분무시스템이 필요하다.A new spray system is needed that can spray an appropriate amount of urea into the vaporizer or denitrification device so that ammonia can be supplied in an optimal amount according to changes in the incoming NOx concentration.

본 발명은 탈질장치에 유입되는 NOx 농도의 변화에 따라 최적량으로 암모니아가 주입될 수 있도록 적정한 농도의 요소수가 기화기 내부 또는 탈질장치 내부에 적정량으로 분사할 수 있는 희석 요소수 분무장치를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a diluted urea water spray device that can spray an appropriate amount of urea water into the vaporizer or inside the denitrification device so that ammonia can be injected in an optimal amount according to changes in the NOx concentration flowing into the denitrification device. .

본 발명의 제1양태는 (a1) 요소수 압력과 희석수 압력을 조절하여 도입되는 각 유량을 변화시킴으로써, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 다양한 농도로 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공하는 액체 배관(pipe);The first aspect of the present invention is (a1) by changing each flow rate introduced by adjusting the urea water pressure and the dilution water pressure, as the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid flow, the urea water fluid diluted to various concentrations A liquid pipe provided to the nozzle cap for liquid;

(a2) 상기 액체 배관 내부 유체 경로 상에 삽입된 다공성 구조체로서, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 인접한 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합되어 희석된 요소수를 제공하는 다공성 구조체(porous structure); 및(a2) A porous structure inserted into the fluid path inside the liquid pipe, wherein the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid simultaneously pass through adjacent pores of the porous structure and are diluted with urea water through microvortices within the pores. A porous structure in which water is uniformly mixed to provide diluted urea water; and

(a3) 기체를 기체용 노즐 캡에 제공하는 기체 배관(a3) Gas pipe providing gas to the gas nozzle cap

을 구비한 노즐 몸체(a); 및 A nozzle body (a) provided with; and

노즐 몸체의 선단 부분에 부착되어 기체 및 희석된 요소수의 유량 조절 및 분사 형태 조절을 가능하게 하는 기체용 노즐 캡 및 액체용 노즐 캡이 구비된 노즐 팁(b)A nozzle tip (b) equipped with a nozzle cap for gas and a nozzle cap for liquid that is attached to the tip of the nozzle body and allows control of the flow rate and spray form of gas and diluted urea water.

을 포함하는 노즐을 1개 또는 2개 이상 구비하되,Provided with one or two or more nozzles containing,

희석된 요소수가 액체용 노즐 캡의 오리피스에서 물기둥 형태로 분사되고, 기체용 노즐 캡의 오리피스에서 분사되는 기체에 의해 물기둥이 분쇄되면서 분무되는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 제공한다.Diluted urea water is sprayed in the form of a water column from the orifice of the nozzle cap for liquid, and the water column is pulverized and sprayed by the gas sprayed from the orifice of the nozzle cap for gas. A porous structure insert type diluted urea water spray that allows precise concentration control. Provides a device.

본 발명의 제2양태는 제1양태의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응 및 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나는 것이 특징인, SNCR 반응기를 제공한다.The second aspect of the present invention is to install a diluted urea water spray device inside the porous structure capable of precisely controlling the concentration of the first mode, and to perform a urea decomposition reaction and selective non-catalytic reduction (SNCR) of the urea water sprayed from the spray device. An SNCR reactor is provided, which is characterized by simultaneous NOx reduction reaction.

본 발명의 제3양태는 제1양태의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 것이 특징인, 기화기를 제공한다.The third aspect of the present invention is characterized in that the diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration of the first mode is installed inside, and the urea water sprayed from the spray device undergoes a urea decomposition reaction to form ammonia. Provides a vaporizer.

본 발명의 제4양태는 제1양태의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 포함하는 질소산화물(NOx)의 저감시스템으로서,The fourth aspect of the present invention is a nitrogen oxide (NOx) reduction system including a diluted urea water spray device inserted into the porous structure capable of precisely controlling the concentration of the first aspect,

분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고,A urea decomposition reaction is performed on the urea water sprayed from the spray device to produce ammonia,

요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템을 제공한다.Provided is a nitrogen oxide reduction system characterized by performing a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas using ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water.

본 발명의 제5양태는 제4양태의 질소산화물의 저감시스템에서, The fifth aspect of the present invention is the nitrogen oxide reduction system of the fourth aspect,

분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하여 NOx 함유 연소가스를 처리하는 방법을 제공한다.A urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device is performed to produce ammonia, and the NOx-containing combustion gas is treated by performing a NOx reduction reaction of the NOx-containing combustion gas with the ammonia generated by the urea decomposition reaction. Provides a method.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

기존의 요소수 분무장치는 액체와 기체를 각각 내부 혹은 외부에서 혼합하여 압축 공기의 힘으로 액체를 분무하는 이류체 분무장치가 주로 사용되고 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 이류체 미세분무 노즐(Air Atomizing Nozzle)은 기체와 액체를 혼합함으로써 가장 미세한 분사 형태를 만들어 낸다.Existing urea water spraying devices are mainly used as two-fluid spraying devices that mix liquid and gas internally or externally and spray the liquid with the power of compressed air. An air atomizing nozzle as shown in Figure 2 creates the finest spray form by mixing gas and liquid.

본 발명에 따른 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치는 The porous structure insertion type diluted urea spray device capable of precise concentration control according to the present invention is

(a1) 요소수 압력과 희석수 압력을 조절하여 도입되는 각 유량을 변화시킴으로써, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 다양한 농도로 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공하는 액체 배관(pipe);(a1) By changing each flow rate introduced by adjusting the urea water pressure and the dilution water pressure, the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid flow and provide urea fluid diluted to various concentrations to the nozzle cap for liquid. liquid pipe;

(a2) 상기 액체 배관 내부 유체 경로 상에 삽입된 다공성 구조체로서, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 인접한 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합되어 희석된 요소수를 제공하는 다공성 구조체(porous structure); 및(a2) A porous structure inserted into the fluid path inside the liquid pipe, wherein the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid simultaneously pass through adjacent pores of the porous structure and are diluted with urea water through microvortices within the pores. A porous structure in which water is uniformly mixed to provide diluted urea water; and

(a3) 기체를 기체용 노즐 캡에 제공하는 기체 배관(a3) Gas pipe providing gas to the gas nozzle cap

을 구비한 노즐 몸체(a); 및 A nozzle body (a) provided with; and

노즐 몸체의 선단 부분에 부착되어 기체 및 희석된 요소수의 유량 조절 및 분사 형태 조절을 가능하게 하는 기체용 노즐 캡 및 액체용 노즐 캡이 구비된 노즐 팁(b)A nozzle tip (b) equipped with a nozzle cap for gas and a nozzle cap for liquid that is attached to the tip of the nozzle body and allows control of the flow rate and spray form of gas and diluted urea water.

을 포함하는 노즐을 1개 또는 2개 이상 구비한다.It is provided with one or two or more nozzles including.

이때, 희석된 요소수가 액체용 노즐 캡의 오리피스에서 물기둥 형태로 분사되고, 기체용 노즐 캡의 오리피스에서 분사되는 기체에 의해 물기둥이 분쇄되면서 분무된다. At this time, the diluted urea water is sprayed in the form of a water column from the orifice of the nozzle cap for liquid, and the water column is pulverized and sprayed by the gas sprayed from the orifice of the nozzle cap for gas.

액체 배관 내경은 통상 1/2인치 정도이다. 따라서, 노즐 내 액체 배관에는 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르는데, 농도에 따라 요소수 밀도가 달라지고 나아가 요소수의 밀도와 희석수의 밀도가 상이할 뿐만 아니라, 요소수 압력/유속과 희석수 압력/유속이 상이하므로, 고정된 길이의 액체 배관에서 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 균일하게 혼합 및 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공하는 것은 어렵다. 또한, 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화 및/또는 탈질장치의 반응조건에 대응하여 액체용 노즐 캡에 제공하는 희석된 요소수의 농도를 조절하기 위해 요소수 유체의 농도 및 유속뿐만아니라 희석수 유속이 변하게 되는데 고정된 길이의 액체 배관을 사용하여 다양한 조건의 요소수 유체 및 희석수 유체가 흐르면서 균일하게 혼합 및 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공하는 것은 더욱 어렵다.The internal diameter of the liquid pipe is usually about 1/2 inch. Therefore, the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid flow in the liquid pipe within the nozzle, and the urea water density varies depending on the concentration. Furthermore, not only are the densities of urea water and the density of dilution water different, but the urea water pressure/ Since the flow rate and dilution water pressure/flow rate are different, it is difficult to provide uniformly mixed and diluted urea fluid to the nozzle cap for liquid while the pressurized urea fluid and the pressurized dilution water fluid flow in a fixed length liquid pipe. . In addition, in order to adjust the concentration of diluted urea water provided to the liquid nozzle cap in response to changes in NOx concentration to be treated in the denitrification device and/or reaction conditions of the denitrification device, the concentration and flow rate of the urea fluid fluid as well as the dilution As the water flow rate changes, it is more difficult to provide uniformly mixed and diluted urea fluid to the liquid nozzle cap while flowing urea fluid and diluted water fluid under various conditions using a liquid pipe of a fixed length.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 노즐의 액체 배관 내부 유체 경로 상에 다공성 구조체(porous structure)를 삽입하여, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 인접한 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합되어 희석된 요소수를 액체용 노즐 캡에 제공하는 것이 특징이다.To solve this problem, the present invention inserts a porous structure into the fluid path inside the liquid pipe of the nozzle, so that the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid simultaneously continuously penetrate the adjacent pores of the porous structure. As it passes, urea water and diluted water are uniformly mixed through microvortices within the pores, and the diluted urea water is provided to the liquid nozzle cap.

본 발명에 따라 노즐의 액체 배관 내 액체용 노즐 캡 이전에 다공성 구조체(porous structure)를 삽입하면, 동일 또는 상이한 유속으로 도입되는 밀도가 다른 2개의 유체를 균일 혼합할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치는 액체 배관(liquid pipe) 내부에 다공체 구조체를 삽입하여 희석수와 고농도의 요소수를 원하는 비율로 희석하여 분무할 수 있고, 단시간에 적정 농도를 제어할 수 있으며, 특정량으로 분무량을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 노즐의 액체 배관 내 액체용 노즐 캡 이전에 삽입된 다공성 구조체(porous structure)는 기공 내 미세와류에 의한 요소수 희석 및/또는 발열을 통해 우레아염 생성을 방지할 수 있다.According to the present invention, by inserting a porous structure before the nozzle cap for the liquid in the liquid pipe of the nozzle, two fluids with different densities introduced at the same or different flow rates can be uniformly mixed. Therefore, according to the present invention, the porous structure-inserted diluted urea water spray device capable of precise concentration control can insert a porous structure inside a liquid pipe to dilute and spray diluted water and high-concentration urea water at a desired ratio, The appropriate concentration can be controlled in a short time, and the spray amount can be controlled to a specific amount. In addition, according to the present invention, the porous structure inserted before the nozzle cap for liquid in the liquid pipe of the nozzle can prevent the formation of urea salt through dilution of urea water and/or heat generation by microvortices within the pores.

액체배관 내부에 공급되는 요소수 농도/압력/유속과 희석수 압력/유속의 균형에 의해 요소수 및 희석수의 유량이 변하고 희석된 요소수의 농도가 변하는데, 요소수 농도/압력/유속 및/또는 희석수 압력/유속에 따라 가압된 요소수 유체와 가압된 희석수 유체의 균일 혼합을 위한 액체 배관(pipe)의 최소 길이가 달라지며, 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화 및/또는 탈질장치의 반응조건에 대응하여 다양하게 조절된 농도로 균일 혼합 및 희석된 요소수를 액체용 노즐 캡에 제공하기 위한 액체 배관의 다양한 최소 길이를 수용하기 위해서는 액체 배관의 길이가 길어야 한다. 이에 반해, 본 발명에 따라 노즐의 액체 배관 내부 유체 경로 상에 다공성 구조체(porous structure)를 삽입하면, 요소수 밀도/압력과 희석수 밀도/압력의 차가 크더라도 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 인접한 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합될 수 있으므로, 노즐의 액체 배관을 짧게 설계할 수 있다.The flow rates of urea water and diluted water change and the concentration of diluted urea water changes due to the balance between the concentration/pressure/flow rate of urea water and the pressure/flow rate of diluted water supplied inside the liquid pipe. /or depending on the dilution water pressure/flow rate, the minimum length of the liquid pipe for uniform mixing of the pressurized urea fluid and the pressurized dilution water fluid varies, and the NOx concentration that must be treated in the denitrification device changes and/or The length of the liquid pipe must be long in order to accommodate various minimum lengths of the liquid pipe to provide the liquid nozzle cap with uniformly mixed and diluted urea water at various adjusted concentrations in response to the reaction conditions of the denitrification device. On the other hand, when a porous structure is inserted into the fluid path inside the liquid pipe of the nozzle according to the present invention, the pressurized urea fluid and the pressurized dilution even if the difference between the urea water density/pressure and the dilution water density/pressure is large. Since the water fluid continuously passes through adjacent pores of the porous structure at the same time and the urea water and diluted water can be uniformly mixed through microvortices within the pores, the liquid pipe of the nozzle can be designed to be short.

또한, 본 발명에 따라 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치는 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화 및/또는 탈질장치의 반응조건에 대응하여 희석된 요소수의 농도를 조절하여 암모니아 공급량을 변화시킬 수 있고, 희석된 요소수 유체의 농도는 요소수 압력과 희석수 압력을 조절하여 액체배관에 도입되는 각 유량을 변화시켜 조절할 수 있다. 따라서, 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화 및/또는 탈질장치의 반응조건에 대응하여 노즐의 액체 배관 내부에서 다양한 농도로 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공할 수 있다. 그 결과, 탈질장치에 생성 또는 유입되는 NOx 농도의 계측값을 통하여 미반응 암모니아를 최소화하는, 탈질반응에 필요한 최적의 암모니아 공급량을 탈질장치에 제공하도록, 적정한 희석 농도의 요소수를 기화기 내부 또는 탈질장치 내부에 적정량으로 분사할 수 있다. In addition, according to the present invention, the porous structure insertable diluted urea spray device capable of precise concentration control adjusts the concentration of diluted urea water in response to changes in NOx concentration to be treated in the denitrification device and/or reaction conditions of the denitrification device to remove ammonia. The supply amount can be changed, and the concentration of the diluted urea fluid can be adjusted by changing each flow rate introduced into the liquid pipe by adjusting the urea water pressure and the dilution water pressure. Therefore, in response to changes in NOx concentration to be treated in the denitrification device and/or reaction conditions of the denitrification device, urea fluid diluted to various concentrations can be provided to the liquid nozzle cap inside the liquid pipe of the nozzle. As a result, through the measured value of NOx concentration generated or introduced into the denitrification device, urea water of an appropriate dilution concentration is supplied to the denitrification device or inside the vaporizer to provide the denitrification device with the optimal ammonia supply required for the denitrification reaction, minimizing unreacted ammonia. It can be sprayed in an appropriate amount inside the device.

본 발명에 따라 노즐의 액체 배관 내 액체용 노즐 캡 이전에 다공성 구조체(porous structure)를 삽입하면, 동일 또는 상이한 유속으로 도입되는 밀도가 다른 2개의 유체를 균일 혼합할 수 있으나, According to the present invention, if a porous structure is inserted before the nozzle cap for the liquid in the liquid pipe of the nozzle, two fluids with different densities introduced at the same or different flow rates can be uniformly mixed.

다양한 밀도/유속의 유체들의 신속하고 균일한 혼합 및 유체흐름 방향에 수직인 단면을 기준으로 유속 프로파일(등고선)을 조절하기 위해,For rapid and uniform mixing of fluids of various densities/flow velocities and to control the flow velocity profile (contour line) based on a cross section perpendicular to the direction of fluid flow,

가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 희석된 요소수 유체가 형성되는 유체흐름 방향을 기준으로 다공성 구조체의 기공 크기 구배가 있는 것일 수 있고/있거나, There may be a pore size gradient in the porous structure based on the fluid flow direction in which the diluted urea fluid is formed as the pressurized urea fluid and the pressurized dilution water fluid flow, and/or

가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 희석된 요소수 유체가 형성되는 유체흐름 방향에 수직인 단면을 기준으로 다공성 구조체의 기공 크기 구배가 있는 것일 수 있다.As the pressurized urea solution fluid and the pressurized dilution water fluid flow, there may be a pore size gradient in the porous structure based on the cross section perpendicular to the fluid flow direction in which the diluted urea solution fluid is formed.

예컨대, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 희석된 요소수 유체가 형성되는 유체흐름 방향에 수직인 단면을 기준으로 유속이 클수록 기공크기가 작게 하여 균일한 혼합을 유도할 수 있다.For example, as the pressurized urea solution fluid and the pressurized diluted water fluid flow, based on the cross section perpendicular to the fluid flow direction in which the diluted urea solution fluid is formed, the larger the flow rate, the smaller the pore size to induce uniform mixing.

이때, 다공성 구조체의 기공 크기 구배는 기공 하나의 크기를 조절할 수도 있으나, 동일 또는 상이한 기공의 밀도를 조절하여 구현할 수 있다.At this time, the pore size gradient of the porous structure can be achieved by controlling the size of a single pore, or by adjusting the density of the same or different pores.

또한, 다공성 구조체의 기공 크기 구배는 일정한 규칙의 패턴을 형성하는 한, 증가방향 또는 감소방향으로 한정되지 않는다.Additionally, the pore size gradient of the porous structure is not limited to an increasing or decreasing direction as long as it forms a regular pattern.

다공성 구조체는 두께 방향으로 1개의 통공이 있는 판상의 오리피스와 다른 것으로, 삽입되는 액체 배관의 내부 형상에 대응되는 표면 형상을 가지면서 두께/길이 방향으로 미세와류를 유도할 수 있는 적어도 2개의 기공이 연결되어 있는 것이다. 다공성 구조체는 폭(예, 직경) 보다 길이가 더 큰 것일 수 있다.The porous structure is different from a plate-shaped orifice with one hole in the thickness direction, and has a surface shape that corresponds to the internal shape of the inserted liquid pipe and has at least two pores that can induce microvortices in the thickness/length direction. It is connected. The porous structure may have a length greater than its width (e.g., diameter).

다공성 구조체의 재질은 액체 배관 또는 노즐의 다른 부품과 동일 또는 상이한 재질일 수 있고, 이의 비제한적인 예로 니켈을 도금한 황동제, 스테인레스강(SUS 303), 경질 고무제, 아크릴 수지제 등이 있다. The material of the porous structure may be the same or different from other parts of the liquid pipe or nozzle, and non-limiting examples include nickel-plated brass, stainless steel (SUS 303), hard rubber, and acrylic resin. .

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 이류체 미세분무 노즐은 약간 경사져 배치되어 있는 기체용 노즐 캡에서 기체가 분사되면서 노즐중심의 액체용 노즐 캡에서 분사되는 희석된 요소수 액체줄기를 분쇄시키면서 액체의 분무가 이루어진다. For example, as shown in FIG. 2, the air fine spray nozzle sprays gas from a gas nozzle cap disposed at a slight angle, pulverizing the diluted urea liquid stream sprayed from the liquid nozzle cap at the center of the nozzle, and spraying the liquid. spraying takes place.

기체 배관을 통해 기체용 노즐 캡에 제공되는 기체는 압축 기체일 수 있고, 바람직하게는 압축된 냉각 기체일 수 있다. 기체용 노즐 캡을 통해 분사되는 기체는 분무된 요소수의 운반기체로서 역할을 수행할 뿐만 아니라 기체 배관을 흐르는 냉각 기체는 노즐을 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.The gas provided to the nozzle cap for gas through the gas pipe may be compressed gas, and preferably may be compressed cooling gas. The gas sprayed through the gas nozzle cap not only serves as a carrier gas for the sprayed urea water, but the cooling gas flowing through the gas pipe can also perform the function of cooling the nozzle.

본 발명의 노즐은 기액 이류체 미세분무 노즐로서, 요소수 및/또는 희석수와 같은 액체 및/또는 압축공기와 같은 기체는 대부분 펌프 등으로 충분히 가압해서 각각 액체 배관 및 기체 배관에 공급할 수 있다. 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체는 펌프 압력에 의해 액체 배관 내 다공성 구조체를 관통하여 액체용 노즐 캡에 희석된 요소수 유체로 도달할 수 있다. The nozzle of the present invention is a gas-liquid two-fluid fine spray nozzle, and most liquids such as urea water and/or dilution water and/or gases such as compressed air can be sufficiently pressurized with a pump or the like and supplied to the liquid pipe and gas pipe, respectively. The pressurized urea fluid and the pressurized diluted water fluid may penetrate the porous structure in the liquid pipe by the pump pressure and reach the nozzle cap for the liquid as the diluted urea fluid.

노즐 몸체(a)의 선단 부분에는 기체용 노즐 캡 및 액체용 노즐 캡이 구비된 노즐 팁이 부착되어 기체 및 액체의 유량 조절 그리고 분사 형태의 조절이 가능하다. 액체 유량 및 기체 유량, 그리고 분사 형태는 최종적으로는 각종 기체용 노즐 캡과 액체용 노즐 캡의 조합에 의해 조절될 수 있다. 액체 유량 및 기체 유량은 각기 단독조절이 가능하다.A nozzle tip equipped with a nozzle cap for gas and a nozzle cap for liquid is attached to the tip of the nozzle body (a), making it possible to control the flow rate of gas and liquid and the spray form. Liquid flow rate, gas flow rate, and spray form can ultimately be adjusted by combining various gas nozzle caps and liquid nozzle caps. Liquid flow rate and gas flow rate can each be adjusted independently.

예컨대, 도 5에 예시된 바와 같은 노즐 캡(cap)의 디자인에 따라 미세 분무 스프레이, 미스트 또는 안개를 형성할 수 있으며, 다양한 스프레이 패턴이 가능하다. 또한, 다양한 기체 및 액체 혼합 유형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 기액 분무 노즐을 통해 희석된 요소수의 유속(flow rate), 액적 크기(drop size), 분무 분포(spray distribution) 및 적용 범위(coverage)를 미세 조정할 수 있다.For example, depending on the design of the nozzle cap as illustrated in FIG. 5, a fine spray, mist, or fog can be formed, and various spray patterns are possible. Additionally, various gas and liquid mixing types are possible. Therefore, the present invention can finely adjust the flow rate, drop size, spray distribution, and coverage of diluted urea water through a gas-liquid spray nozzle.

본 발명의 이류체 미세분무 노즐의 몸체에는 분사의 on-off가 노즐 내부에서 자동식으로 가능할 수 있다. In the body of the air fine spray nozzle of the present invention, spraying can be turned on and off automatically inside the nozzle.

본 발명의 희석 요소수 분무장치는 전술한 다공성 구조체 삽입형 노즐을 1개 또는 2개 이상 구비할 수 있다. 예컨대, SNCR공정에서 환원제와 연소 배가스의 혼합은 NOx 저감효율에 큰 영향을 미치므로 환원용액인 희석 요소수가 반응구간 전체에 고르게 분사될 수 있는 것이 바람직하고, 이를 위해 노즐의 개수는 많을수록 좋으나, 경제성을 고려하여 노즐 개수를 한정할 수 있다.The diluted urea water spray device of the present invention may be equipped with one or two or more nozzles inserted into the porous structure described above. For example, in the SNCR process, the mixing of the reducing agent and the combustion exhaust gas has a great influence on the NOx reduction efficiency, so it is desirable that the diluted urea solution, which is the reducing solution, be sprayed evenly throughout the reaction section. For this purpose, the greater the number of nozzles, the better, but it is not economical. The number of nozzles can be limited by taking this into account.

본 발명에 따른 질소산화물(NOx)의 저감시스템은 The nitrogen oxide (NOx) reduction system according to the present invention is

분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하며, Ammonia is generated by performing a urea decomposition reaction of urea water injected from the spray device, and a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas is performed by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water,

전술한 본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 포함하는 것이 특징이다. The present invention described above is characterized by including a porous structure insertion type diluted urea spray device capable of precisely controlling the concentration.

요소수의 요소 분해반응은 화학식 2로 표시되는 열적가수분해반응 및/또는 화학식 3으로 표시되는 열적분해반응을 포함할 수 있다.The urea decomposition reaction of urea water may include a thermal hydrolysis reaction represented by Formula 2 and/or a thermal decomposition reaction represented by Formula 3.

[화학식 2][Formula 2]

[화학식 3][Formula 3]

따라서, 분무장치로부터 요소수가 직접 분사되는 영역의 온도는 요소수를 열분해할 수 있는 온도 또는 그 이상인 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable that the temperature of the area where urea water is directly sprayed from the spray device is at or above the temperature at which urea water can be thermally decomposed.

한편, 본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키는 장치 및 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 장치는 일체형 장치이거나 배관을 통해 직간접적으로 연결된 별개의 장치일 수 있다.Meanwhile, a device for producing ammonia by performing a urea decomposition reaction of urea water sprayed from the porous structure insertable diluted urea water spray device capable of precisely controlling the concentration of the present invention, and NOx content by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water. The device that performs the NOx reduction reaction of combustion gas may be an integrated device or a separate device connected directly or indirectly through piping.

요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의한 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응은 선택적 무촉매환원법(SNCR) 또는 선택적 촉매 환원법(SCR)일 수 있다.The NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas with ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water may be selective non-catalytic reduction (SNCR) or selective catalytic reduction (SCR).

일체형 장치의 비제한적인 예로는 소각로, 가열로, 보일러 또는 내연기관과 같이 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로일 수 있다. 이 경우 분무장치로부터 요소수가 직접 분사되고 요소수를 열분해하는 고온 영역은 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로의 일부일 수 있다.A non-limiting example of an integrated device may be a combustion furnace in which NOx-containing combustion gas is generated through a combustion reaction, such as an incinerator, heating furnace, boiler, or internal combustion engine. In this case, urea water is directly sprayed from the spray device, and the high temperature area where urea water is pyrolyzed may be part of a combustion furnace where NOx-containing combustion gas is generated through a combustion reaction.

또한, 본 발명은 전술한 본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응 및 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나는 SNCR 반응기를 제공한다.In addition, the present invention installs the diluted urea water spraying device inside the porous structure capable of precisely controlling the concentration of the present invention described above, and NOx An SNCR reactor in which a reduction reaction occurs simultaneously is provided.

이때, 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나기 위해서, 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치로부터 분사된 요소수가 주입 또는 요소수의 요소 분해반응이 일어나는 영역의 온도는 850 ~ 1100℃, 바람직하게는 900 ~ 1000℃일 수 있다. 이때, 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 통해 요소수를 열분해할 수 있는 고온의 반응 영역에 직접 분사하여 요소수의 열분해에 의해 암모니아가 생성된다. At this time, in order for the NOx reduction reaction to occur simultaneously by selective non-catalytic reduction (SNCR), the temperature of the area where the urea water sprayed from the porous structure inserted diluted urea water spray device or the urea decomposition reaction occurs is 850 ~ 1100℃. , preferably 900 to 1000°C. At this time, ammonia is generated by thermal decomposition of urea water by directly spraying it into a high-temperature reaction area where urea water can be thermally decomposed through a diluted urea water spray device inserted into the porous structure.

SNCR 반응기는 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생 또는 공급되면서 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의한 NOx 환원반응이 일어날 수 있다.In the SNCR reactor, NOx-containing combustion gas is generated or supplied through a combustion reaction, and a NOx reduction reaction can occur by selective non-catalytic reduction (SNCR).

통상 SNCR 반응기는 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로와 NOx 환원제 분사노즐이 장착된 것이다(도 6). 따라서, 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로는 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의한 NOx 환원반응이 일어나는 SNCR 반응기일 수 있다. 연소로의 비제한적인 예로는 소각로, 가열로, 보일러 또는 내연기관이 있다.Typically, an SNCR reactor is equipped with a combustion furnace that generates NOx-containing combustion gas through a combustion reaction and a NOx reductant injection nozzle (FIG. 6). Therefore, a combustion furnace in which NOx-containing combustion gas is generated through a combustion reaction may be an SNCR reactor in which a NOx reduction reaction by selective non-catalytic reduction (SNCR) occurs. Non-limiting examples of combustion furnaces include incinerators, furnaces, boilers, or internal combustion engines.

본 발명의 질소산화물의 저감시스템에서, 본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키는 장치 및 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 장치가 배관을 통해 직간접적으로 연결된 별개의 장치인 경우,In the nitrogen oxide reduction system of the present invention, a device for producing ammonia by performing a urea decomposition reaction of urea water sprayed from the porous structure insertable diluted urea water spray device capable of precisely controlling the concentration of the present invention, and a urea decomposition reaction of urea water If the device that performs the NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas by ammonia generated by the device is a separate device connected directly or indirectly through piping,

본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키는 장치는 기화기, 즉 요소수 분해조일 수 있다. The device that generates ammonia by performing a urea decomposition reaction of urea water sprayed from the porous structure insertable diluted urea water spray device capable of precisely controlling the concentration of the present invention may be a vaporizer, that is, a urea decomposition tank.

이때, 분무장치로부터 분사된 요소수가 주입 또는 요소수의 요소 분해반응이 일어나는 영역의 온도는 200 ~ 500℃일 수 있다. 따라서, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 장치는 NOx 함유 연소가스가 공급되면서 선택적 촉매 환원법(SCR)에 의해 200 ~ 500℃에서 NOx 환원반응이 일어날 수 있는 SCR 반응기일 수 있다. At this time, the temperature of the area where the urea water sprayed from the spray device is injected or the urea decomposition reaction occurs may be 200 to 500°C. Therefore, the device that performs the NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water reduces NOx at 200 to 500°C by selective catalytic reduction (SCR) while supplying NOx-containing combustion gas. It may be an SCR reactor in which a reaction can occur.

따라서, 본 발명은 전술한 본 발명의 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 기화기를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a vaporizer in which the above-described porous structure-inserted diluted urea water spray device capable of precisely controlling the concentration of the present invention is installed therein, and the urea water sprayed from the spray device undergoes a urea decomposition reaction to form ammonia.

또한, 본 발명의 질소산화물의 저감시스템은, 도 7에 도시된 바와 같이, In addition, the nitrogen oxide reduction system of the present invention, as shown in FIG. 7,

농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 전술한 본 발명의 기화기; 및The vaporizer of the present invention described above, which installs a diluted urea water spray device inside a porous structure capable of precisely controlling concentration, and urea decomposition reaction of the urea water sprayed from the spray device to form ammonia; and

NOx 함유 연소가스 및 기화기로부터 공급된 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 포함한다.It includes an SCR reactor that performs selective catalytic reduction (SCR) on NOx-containing combustion gas and ammonia gas supplied from the vaporizer.

선택적 촉매 환원법으로 질소산화물을 저감하는데 사용되는 촉매로 산화바나듐(V205)과 산화티탄늄(TiO2)을 사용할 수 있다. 촉매 환원 공정(SCR)을 수행하는 SCR 반응기는 고정층 또는 유동층 촉매 반응기일 수 있다.Vanadium oxide (V 2 0 5 ) and titanium oxide (TiO 2 ) can be used as catalysts used to reduce nitrogen oxides by selective catalytic reduction. The SCR reactor performing the catalytic reduction process (SCR) may be a fixed bed or fluidized bed catalytic reactor.

이때, 기화기는 SCR 반응기 외부 또는 내부에 설치될 수 있다.At this time, the vaporizer may be installed outside or inside the SCR reactor.

농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 기화기가 SCR 반응기 외부에 설치된 경우, 기화기에서 형성된 암모니아를 AIG(Ammonia injection grid)를 통해 SCR 반응기에 공급할 수 있다. AIG(Ammonia injection grid)는 기화기에서 형성된 암모니아와 NOx 함유 연소가스를 혼합하여 SCR 반응기에 공급할 수 있다(도 7).If a vaporizer is installed outside the SCR reactor to form ammonia by causing a urea decomposition reaction of urea sprayed from an insertable diluted urea water spray device with a porous structure that allows precise concentration control, the ammonia formed in the vaporizer is sent to the SCR through the AIG (Ammonia injection grid). It can be supplied to the reactor. AIG (Ammonia injection grid) can mix ammonia and NOx-containing combustion gas formed in the vaporizer and supply it to the SCR reactor (Figure 7).

또한, 본 발명은 전술한 본 발명의 질소산화물의 저감시스템에서, In addition, the present invention in the nitrogen oxide reduction system of the present invention described above,

분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하여 NOx 함유 연소가스를 처리하는 방법을 제공한다.A urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device is performed to produce ammonia, and the NOx-containing combustion gas is treated by performing a NOx reduction reaction of the NOx-containing combustion gas with the ammonia generated by the urea decomposition reaction. Provides a method.

본 발명에 따라 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치는 액체 배관(liquid pipe) 내부에 다공체 구조체를 삽입하여 희석수와 고농도의 요소수를 원하는 비율로 균일하게 희석하여 분무할 수 있고, 단시간에 적정 농도를 제어할 수 있으며, 특정량으로 분무량을 제어할 수 있다.According to the present invention, the porous structure-inserted diluted urea water spray device capable of precise concentration control is capable of uniformly diluting and spraying diluted water and high-concentration urea water at a desired ratio by inserting a porous structure inside a liquid pipe, The appropriate concentration can be controlled in a short time, and the spray amount can be controlled to a specific amount.

따라서, 본 발명에 따라 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치는 탈질장치에 유입되는 NOx 농도의 변화에 따라 최적량으로 암모니아가 주입될 수 있도록 적정한 농도의 요소수가 기화기 내부 또는 탈질장치 내부에 적정량으로 분사할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the porous structure insertable dilution urea spray device capable of precise concentration control is designed to provide an appropriate concentration of urea water inside the vaporizer or inside the denitrification device so that ammonia can be injected in an optimal amount according to changes in the NOx concentration flowing into the denitrification device. It can be sprayed in an appropriate amount.

도 1은 환원제인 우레아(urea)의 NOx 환원반응을 도시한 것이다.
도 2는 이류체 미세분무 노즐(Air Atomizing Nozzle) 일례의 개념도이다.
도 3은 이류체 미세분무 노즐이 장착된 기존 희석 요소수 분무장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일구체예에 따라 다공성 구조체 삽입형 이류체 미세분무 노즐이 장착된 희석 요소수 분무장치의 개념도이다.
도 5는 시판중인 Air Atomizing Nozzles의 다양한 노즐 팁을 예시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일구체예에 따른 Bench 규모의 SNCR 공정을 보여주는 개념도이다.
도 7는 본 발명의 일구체예에 따른 선택적 촉매 환원법을 이용한 질소산화물의 저감시스템의 개략적인 공정도이다.
Figure 1 shows the NO x reduction reaction of urea, a reducing agent.
Figure 2 is a conceptual diagram of an example of an air atomizing nozzle.
Figure 3 is a conceptual diagram of an existing diluted urea water spray device equipped with an air fine spray nozzle.
Figure 4 is a conceptual diagram of a diluted urea water spraying device equipped with a porous structure-inserted airflow fine spray nozzle according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a photograph illustrating various nozzle tips of commercially available Air Atomizing Nozzles.
Figure 6 is a conceptual diagram showing a bench-scale SNCR process according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic process diagram of a nitrogen oxide reduction system using a selective catalytic reduction method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전형적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.A typical embodiment of the present invention is described with reference to the accompanying drawings. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

SNCR 공정을 보여주는 도 6를 참조하여, 환원제로 요소수를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 질소산화물의 저감시스템 및 NOx 함유 연소가스 처리방법을 설명한다. Referring to FIG. 6 showing the SNCR process, a nitrogen oxide reduction system and a NOx-containing combustion gas treatment method according to an embodiment of the present invention using urea water as a reducing agent will be described.

본 발명의 일구체예에 따른 질소산화물의 저감시스템에서 연소가스는 LPG를 연소시켜 발생시키며, 연소가스는 장치의 후단에 설치된 터보 송풍기를 사용하여 이송한다. 연소가스의 유량(Nm3/min)을 일정하게 유지하고, 발생된 연소가스에 함유된 NOx 농도를 계측한다. 발생된 연소가스 내 NOx 농도의 변화에 따라 최적량으로 암모니아가 공급될 수 있도록 적정한 농도의 요소수를, 도 4에 도시된 바와 같이 다공성 구조체 삽입형 이류체 미세분무 노즐이 장착된 희석 요소수 분무장치를 사용하여, 연소가스가 흐르는 덕트로 직접 분무한다. 다공성 구조체 삽입형 이류체 미세분무 노즐을 통해 희석된 요소수 제조 및 주입시, 희석된 요소수의 분무량은 일정하게 유지하고, 희석된 요소수의 요소(Urea) 농도를 변화시킴으로써 요소(Urea)의 화학적 표준양론비를 예컨대 1 ~ 2 사이에서 변화시킬 수 있다. 희석된 요소수의 분무량을 일정하게 유지함으로써, 분무되는 요소수의 액적 크기, 분무거리, 분무각도 등을 일정하게 유지하여 탈질반응에 미치는 유체역학적 영향을 일정하게 유지할 수 있다. 덕트 외부에 내열 및 단열 Castable을 설치할 수 있다. 덕트의 길이 방향으로 연소가스의 온도측정을 위한 K-Type 열전대와 연소가스의 NO, CO, O2, NH3 농도를 측정하기 위한 Sampling Port를 50~100 cm 마다 설치할 수 있다. NO, CO, O2의 농도는 NDIR방식, NH3농도는 H3BO3를 흡수액으로 사용하는 중화적정법에 의해서 측정할 수 있다. In the nitrogen oxide reduction system according to one embodiment of the present invention, combustion gas is generated by burning LPG, and the combustion gas is transported using a turbo blower installed at the rear of the device. Maintain the combustion gas flow rate (Nm 3 /min) constant and measure the NOx concentration contained in the generated combustion gas. A diluted urea water spraying device equipped with a porous structure-inserted two-fluid fine spray nozzle, as shown in Figure 4, to provide urea water of an appropriate concentration so that ammonia can be supplied in an optimal amount according to the change in NOx concentration in the generated combustion gas. Using , spray directly into the duct through which combustion gas flows. When manufacturing and injecting diluted urea water through a porous structure-inserted air fine spray nozzle, the spray amount of diluted urea water is kept constant, and the urea concentration of the diluted urea water is changed to change the chemical properties of urea. The standard stoichiometric ratio can be changed, for example, between 1 and 2. By keeping the spray amount of diluted urea water constant, the droplet size, spray distance, spray angle, etc. of the sprayed urea water can be kept constant, thereby keeping the hydrodynamic influence on the denitrification reaction constant. Heat-resistant and insulating castables can be installed outside the duct. In the longitudinal direction of the duct, a K-Type thermocouple to measure the temperature of combustion gas and a sampling port to measure NO, CO, O 2 , and NH 3 concentrations of combustion gas can be installed every 50 to 100 cm. The concentrations of NO, CO, and O 2 can be measured by the NDIR method, and the NH 3 concentration can be measured by the neutralization titration method using H 3 BO 3 as an absorbent solution.

도 6의 질소산화물의 저감시스템에서 NO제거반응은 분무된 요소수의 체류시간이 0.5초에 도달하기 이전에 거의 완결되며 체류시간이 0.5초 이상으로 증가하여도 NO저감효율은 거의 일정하게 유지될 수 있다.In the nitrogen oxide reduction system of Figure 6, the NO removal reaction is almost completed before the residence time of the sprayed urea solution reaches 0.5 seconds, and even if the residence time increases to 0.5 seconds or more, the NO reduction efficiency will remain almost constant. You can.

예컨대, NO저감효율은 환원제인 분무된 요소수의 주입온도가 840oC로부터 증가함에 따라 증가하여 960~980℃부근에서 최대값에 도달하고 환원제 주입온도가 더이상 증가하면 오히려 감소하는 SNCR 반응의 온도 의존성이 나타난다. SNCR 반응의 이러한 온도의존성은 분무된 요소수의 주입온도가 낮을 때는 요소수의 열분해로 생성된 환원제 암모니아의 NO제거 반응속도가 느려서 암모니아가 미반응상태로 배출되나, 분무된 요소수의 최적 주입온도에서는 요소수의 열분해로 생성된 환원제 암모니아와 NO의 환원반응이 빠른 속도로 일어나서 NO가 N2로 환원되어 최대 NO저감효율에 도달하며, 그 이상의 고온에서는 암모니아(NH3)가 O2와 산화반응하여 NO로 산화되어 NO저감효율이 낮기 때문이다. For example, the NO reduction efficiency increases as the injection temperature of the sprayed urea solution, which is a reducing agent, increases from 840 o C, reaching a maximum value around 960 to 980 ° C, and the temperature of the SNCR reaction decreases when the reducing agent injection temperature increases further. Dependency appears. This temperature dependence of the SNCR reaction is such that when the injection temperature of the sprayed urea water is low, the NO removal reaction rate of the reducing agent ammonia produced by thermal decomposition of urea water is slow, and ammonia is discharged in an unreacted state, but the optimal injection temperature of the sprayed urea water is In this case, the reduction reaction between ammonia, a reducing agent produced by thermal decomposition of urea water, and NO occurs at a rapid rate, and NO is reduced to N 2 to reach the maximum NO reduction efficiency. At higher temperatures, ammonia (NH 3 ) undergoes an oxidation reaction with O 2 This is because it is oxidized to NO and the NO reduction efficiency is low.

요소수가 환원제로 사용하는 질소산화물의 저감시스템에서는 환원제 주입온도, 환원제의 화학적 표준양론비(Normalized Stoichiometric Ratio ; NSR), 연소가스 체류시간과 같은 주요 공정변수가 NO저감효율에 영향을 미친다.In a nitrogen oxide reduction system using urea as a reducing agent, key process variables such as reducing agent injection temperature, reducing agent normalized stoichiometric ratio (NSR), and combustion gas residence time affect NO reduction efficiency.

하기에서는 SCR 공정을 보여주는 도 7을 참조하여, 환원제로 요소수를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 질소산화물의 저감시스템 및 NOx 함유 연소가스 처리방법을 설명한다. Below, with reference to FIG. 7 showing the SCR process, a nitrogen oxide reduction system and a NOx-containing combustion gas treatment method according to an embodiment of the present invention using urea solution as a reducing agent will be described.

도 7은 본 발명의 일구체예에 따라 분무된 희석 요소수를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법(SCR)을 통한 질소산화물의 저감시스템(11)의 개략적인 공정도로서, 요소수를 저장하는 저장조(1)와, 이 저장조(1)로부터 유입된 요소수를 적당량만큼 조절하여 공급할 수 있는 개량공급모듈(2;chemical metering pumps module), 도 4에 도시된 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치가 내부에 장착되어 개량(改量)된 소정량으로 분무된 희석 요소수를 화학적으로 분해하는 공간을 갖춘 기화기/분해조(3), 이송관 (참조번호 없음)을 따라 이동한 배기가스를 집진하는 집진기(10), 기화기/분해조(3)로부터 배출된 희박한 암모니아증기가 배기가스에 함유된 질소산화물과 접촉되는 것을 촉진시키는 AIG(6), 촉매반응탑(7) 및, 예열기(8)를 구비한다. 질소산화물의 저감시스템(11)은 요소수의 열적분해를 기초로 한 것으로서, 선택적 촉매 환원법의 환원제로 요소수를 사용하여 대기환경에 영향을 미치지 않는 정도로 질소산화물을 저감시킬 수 있도록 설계될 수 있다.Figure 7 is a schematic process diagram of a nitrogen oxide reduction system 11 through selective catalytic reduction (SCR) using sprayed diluted urea water as a reducing agent according to an embodiment of the present invention, which includes a storage tank ( 1), an improved supply module (2; chemical metering pumps module) capable of supplying the urea water flowing in from the storage tank 1 by adjusting an appropriate amount, and a porous structure insertion-type diluted urea water spray capable of precisely controlling the concentration shown in FIG. 4. A vaporizer/decomposition tank (3) equipped with a space for chemically decomposing the diluted urea water sprayed in a predetermined amount with an improved device installed inside, exhaust gas moving along the transfer pipe (no reference number) A dust collector (10) that collects dust, an AIG (6) that promotes the contact of diluted ammonia vapor discharged from the vaporizer/decomposition tank (3) with nitrogen oxides contained in the exhaust gas, a catalytic reaction tower (7), and a preheater (8) ) is provided. The nitrogen oxide reduction system 11 is based on the thermal decomposition of urea water and can be designed to reduce nitrogen oxides to a level that does not affect the atmospheric environment by using urea water as a reducing agent in the selective catalytic reduction method. .

도 7에 도시된 바와 같이, 질소산화물의 저감시스템(11)의 저장조(1)는 환원제의 유동이 쉽도록 요소를 액상으로 보관하는데, 질소산화물의 배출량에 근거하여 개량공급모듈(2)이 저장조(1)로부터 소정량의 요소수를 다음 단계로 제공한다. 개량공급모듈(2)은 촉매반응탑(7)에서 요구하는 유량속도를 결정하는데, 연소장치(5)에서 발생하는 배기가스에 함유된 질소산화물의 배출량과 이에 필요한 요소량을 당량비에 따라 계산하여 개량공급모듈(2)로 공급되어진다. 그리고, 요소수의 공급량을 제어하는 개량공급모듈(2)을 통해 요소수는 기화기/분해조(3)로 보내진다.As shown in FIG. 7, the storage tank 1 of the nitrogen oxide reduction system 11 stores urea in liquid form to facilitate the flow of the reducing agent, and the improved supply module 2 is stored in the storage tank based on the amount of nitrogen oxides discharged. From (1), a predetermined number of elements is provided in the next step. The improved supply module (2) determines the flow rate required by the catalytic reaction tower (7) by calculating the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas generated from the combustion device (5) and the amount of elements required for this according to the equivalence ratio. It is supplied as an improved supply module (2). Then, the urea water is sent to the vaporizer/digestion tank (3) through the improved supply module (2) that controls the supply amount of urea water.

바람직하기로, 연소장치(5)에서 발생한 질소산화물의 배출량에 즉각적으로 대처가능하도록 요소수에서 암모니아로의 분해를 가급적 빠르게 진행시켜야 한다. 이를 위해서, 기화기/분해조(3)로 투입되는 요소수는 예컨대 80㎛ 이하의 크기로 분무시키는 것이 바람직하다. 기화기/분해조(3)에서는 요소가 물에 용해되어 있는 액상의 요소수를 분무하여 사용하므로, 도 1에 도시된 바와 같이 요소에 열적분해반응을 취하면서 열적가수분해반응을 동반하면서 요소수가 암모니아와 시아누르산으로, 그리고 카르바민산암모늄으로 전환되면서 순식간에 다시 암모니아로 전환되는 바, 이와 같은 반응들을 실행하기 위해서는 상당한 고열을 필요로 한다. 따라서, 연소장치(5)로부터 배출된 고온의 배기가스를 기화기/분해조(3)의 열원으로 재활용할 수 있다. 효율적으로 배기가스가 갖는 고온의 열과 분무된 요소수의 접촉을 통해 요소수가 암모니아로 분해반응을 일으킬 수 있으며, 기화기/분해조(3)를 적어도 하나 이상, 바람직하게는 2단 이상으로 설치시켜 전술된 분해반응을 도울 수 있다. 고온의 배기가스로 가열된 기화기/분해조(3) 내에서 요소수로부터 암모니아로의 분해는 대략 1 내지 3초의 빠른 응답속도로써 진행된다. 연소장치(5)로부터 AIG(6)로 연결되어 질소산화물을 함유한 배기가스를 이송하는 이송관에서 일부 우회된 고온의 배기가스(350℃ 정도)는 기화기/분해조(3)에서 요소수의 열적반응을 도울 수 있다. 이송관을 따라 이동하는 배기가스에 함유된 다수의 분진들을 집진하기 위해서 집진기(10)를 구비한다. 정화된 고온의 가스만이 기화기/분해조(3)로 전달되어 열원으로서 사용되고 나머지 분진들은 집진기(10)로 포진되되, 이와 같은 공정을 통해 분진함량이 적은 청정한 배기가스가 기화기/분해조(3) 및/또는 AIG(6)로 전달될 수 있다. 상기 집진기(10)는 배기가스를 충분히 정화시켜 요소와의 불필요한 부반응을 억제시키고 요소에서 암모니아로의 분해반응을 효과적으로 성취시킬 수 있다. 본 발명의 일구체예에 따른 질소산화물의 저감시스템(11)의 기화기/분해조(3)에서 가열분해 및 가수분해되어 생성된 암모니아증기는 AIG(6)로 유입되고, 연소장치(5)로부터 이송관을 따라 이동한 배기가스와 혼합접촉될 수 있다. 충분히 혼합된 혼합가스들은 촉매반응탑(7)으로 유입되어, 분해된 암모니아는 선택적 촉매 환원법(SCR)을 통해 질소산화물을 저감시킬 수 있다. 또한, 촉매반응탑(7)에서 반응된 후에 생성된 질소와 수소는 굴뚝(9)을 통하여 대기중으로 방출가능하다. 촉매반응탑(7)에서 나오는 고온의 증기는 예열기(8)로 전달되고 연소장치(5)에 사용될 연소공기를 미리 예열시켜 에너지 재활용률을 증대시킬 수 있다. 선택적으로는, 기화기/분해조(3)는 초기 공정시스템의 조업(start-up), 시스템의 건조를 위해서 혹은 촉매층의 보호를 목적으로 별도의 가열장치 (버너 등)를 장착할 수도 있다. Preferably, the decomposition of urea into ammonia should proceed as quickly as possible to immediately respond to the emissions of nitrogen oxides generated from the combustion device 5. For this purpose, it is preferable that the urea water introduced into the vaporizer/digestion tank 3 is sprayed to a size of, for example, 80 μm or less. In the vaporizer/decomposition tank (3), liquid urea water in which urea is dissolved in water is sprayed and used, so as shown in Figure 1, urea undergoes a thermal decomposition reaction, and along with the thermal hydrolysis reaction, urea water becomes ammonia. It is converted to cyanuric acid, and then to ammonium carbamate, which is then instantly converted back to ammonia. In order to carry out these reactions, a considerable amount of heat is required. Therefore, the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion device 5 can be recycled as a heat source for the vaporizer/decomposition tank 3. Efficiently, the decomposition reaction of urea water into ammonia can occur through contact with the high temperature heat of the exhaust gas and the sprayed urea water, and the vaporizer/decomposition tank (3) is installed in at least one stage, preferably in two stages or more. It can help with the decomposition reaction. In the vaporizer/decomposition tank 3 heated with high-temperature exhaust gas, decomposition of urea into ammonia proceeds with a fast response speed of approximately 1 to 3 seconds. The high-temperature exhaust gas (about 350°C), which is partially bypassed in the transfer pipe connecting the combustion device (5) to the AIG (6) and transporting the exhaust gas containing nitrogen oxides, is converted into urea water in the vaporizer/decomposition tank (3). It can help with thermal reactions. A dust collector 10 is provided to collect a large number of dusts contained in the exhaust gas moving along the transfer pipe. Only the purified high-temperature gas is delivered to the vaporizer/decomposer (3) and used as a heat source, and the remaining dust is collected in the dust collector (10). Through this process, clean exhaust gas with low dust content is transferred to the vaporizer/decomposer (3). ) and/or may be delivered to AIG (6). The dust collector 10 can sufficiently purify the exhaust gas, suppress unnecessary side reactions with urea, and effectively achieve the decomposition reaction of urea into ammonia. Ammonia vapor generated by thermal decomposition and hydrolysis in the vaporizer/decomposition tank (3) of the nitrogen oxide reduction system (11) according to an embodiment of the present invention flows into the AIG (6) and from the combustion device (5). It may come into mixed contact with exhaust gas moving along the transfer pipe. Sufficiently mixed mixed gases are introduced into the catalytic reaction tower (7), and the decomposed ammonia can reduce nitrogen oxides through selective catalytic reduction (SCR). Additionally, nitrogen and hydrogen generated after reaction in the catalytic reaction tower (7) can be released into the atmosphere through the chimney (9). The high-temperature steam coming out of the catalytic reaction tower (7) is transferred to the preheater (8), and the energy recycling rate can be increased by preheating the combustion air to be used in the combustion device (5). Optionally, the vaporizer/digestion tank 3 may be equipped with a separate heating device (burner, etc.) for initial process system start-up, drying of the system, or protection of the catalyst layer.

한편, Urea-SCR 시스템은 엔진출력을 유지하면서 90% 이상의 NOx 저감율을 달성할 수 있는 장점으로 인해 완성차업체에서 최근에 개발되는 차량의 대부분에 Urea-SCR 방식을 채택하고 있다. Meanwhile, due to the advantage of the Urea-SCR system being able to achieve a NOx reduction rate of more than 90% while maintaining engine output, automakers are adopting the Urea-SCR method for most of the recently developed vehicles.

Urea-SCR 시스템은 도 4에 도시된 바와 같은 요소수(urea-water solution) 분사 제어 장치를 통해 배기관내에 정밀하게 분사시키고 이렇게 분사된 요소수는 배기가스 열에 의해 열분해 되어 암모니아(NH3)로 변환되며, 생성된 암모니아는 후단에 장착된 SCR촉매에서 질소산화물(NOx)과 반응하여 인체에 무해한 물과 질소로 분해한다. Urea-SCR 시스템의 촉매 활용도를 높이고 암모니아 슬립을 방지하기 위해서는 촉매 전단에서 암모니아의 공간분포가 균일해야 한다. 이러한 암모니아의 공간 분포는 배기관 내로 분사된 요소수의 분무특성 및 배기가스와 혼합특성에 큰 영향을 받으며 대부분의 Urea-SCR 시스템에서는 요소수 분무와 배기가스의 혼합 촉진 및 요소수의 벽면 충돌을 피하기 위해 믹서(mixer)를 사용할 수 있으며, 믹서-하우징(mixer-housing assembly) 조립체가 배기관 내에 설치될 수 있다. The Urea-SCR system precisely injects urea-water solution into the exhaust pipe through an injection control device as shown in FIG. 4, and the injected urea solution is thermally decomposed by the heat of the exhaust gas into ammonia (NH 3 ). The converted ammonia reacts with nitrogen oxides (NOx) in the SCR catalyst mounted at the rear and decomposes into water and nitrogen, which are harmless to the human body. In order to increase catalyst utilization in the Urea-SCR system and prevent ammonia slip, the spatial distribution of ammonia must be uniform in front of the catalyst. The spatial distribution of ammonia is greatly affected by the spray characteristics of urea water sprayed into the exhaust pipe and the mixing characteristics with exhaust gas. In most Urea-SCR systems, it is necessary to promote mixing of urea water spray and exhaust gas and to avoid collision of urea water with the wall. A mixer may be used for this purpose, and a mixer-housing assembly may be installed within the exhaust pipe.

Claims (22)

(a1) 요소수 압력과 희석수 압력을 조절하여 도입되는 각 유량을 변화시킴으로써, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 다양한 농도로 희석된 요소수 유체를 액체용 노즐 캡에 제공하는 액체 배관(pipe);
(a2) 상기 액체 배관 내부 유체 경로 상에 삽입된 다공성 구조체로서, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 인접한 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합되어 희석된 요소수를 제공하는 다공성 구조체(porous structure); 및
(a3) 기체를 기체용 노즐 캡에 제공하는 기체 배관
을 구비한 노즐 몸체(a); 및
노즐 몸체의 선단 부분에 부착되어 기체 및 희석된 요소수의 유량 조절 및 분사 형태 조절을 가능하게 하는 기체용 노즐 캡 및 액체용 노즐 캡이 구비된 노즐 팁(b)
을 포함하는 노즐을 1개 또는 2개 이상 구비하되,
다공성 구조체는 판상의 오리피스와 다른 것으로, 희석 요소수의 농도를 정밀제어할 수 있도록 액체 배관의 길이 방향으로 분자수준의 미세와류를 유도할 수 있는 기공들이 밀집되게 연결되어 있는 것으로, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 동시에 다공성 구조체의 밀집된 기공들을 연속적으로 통과하면서 기공 내 미세와류를 통해 요소수와 희석수가 균일하게 혼합되며,
희석된 요소수가 액체용 노즐 캡의 오리피스에서 물기둥 형태로 분사되고, 기체용 노즐 캡의 오리피스에서 분사되는 기체에 의해 물기둥이 분쇄되면서 분무되는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치.
(a1) By changing each flow rate introduced by adjusting the urea water pressure and the dilution water pressure, the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid flow and provide urea fluid diluted to various concentrations to the nozzle cap for liquid. liquid pipe;
(a2) A porous structure inserted into the fluid path inside the liquid pipe, wherein the pressurized urea water fluid and the pressurized dilution water fluid simultaneously pass through adjacent pores of the porous structure and are diluted with urea water through microvortices within the pores. A porous structure in which water is uniformly mixed to provide diluted urea water; and
(a3) Gas pipe providing gas to the gas nozzle cap
A nozzle body (a) provided with; and
A nozzle tip (b) equipped with a nozzle cap for gas and a nozzle cap for liquid that is attached to the tip of the nozzle body and allows control of the flow rate and spray form of gas and diluted urea water.
Provided with one or two or more nozzles containing,
The porous structure is different from a plate-shaped orifice, and is made up of densely connected pores that can induce molecular-level micro-vortices along the length of the liquid pipe to precisely control the concentration of diluted urea water. As the fluid and pressurized dilution water continuously pass through the dense pores of the porous structure, the urea water and dilution water are uniformly mixed through microvortices within the pores.
Diluted urea water is sprayed in the form of a water column from the orifice of the nozzle cap for liquid, and the water column is pulverized and sprayed by the gas sprayed from the orifice of the nozzle cap for gas. A porous structure insert type diluted urea water spray that allows precise concentration control. Device.
제1항에 있어서, 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화, 탈질장치의 반응조건 또는 둘다에 대응하여 희석된 요소수의 농도를 조절하여 암모니아 공급량을 변화시킬 수 있고, 희석된 요소수 유체의 농도는 요소수 압력과 희석수 압력을 조절하여 액체배관에 도입되는 각 유량을 변화시켜 조절하는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치.The method of claim 1, wherein the ammonia supply amount can be changed by adjusting the concentration of the diluted urea water in response to changes in the NOx concentration to be treated in the denitrification device, the reaction conditions of the denitrification device, or both, and the amount of ammonia supplied can be changed. A porous structure insertable diluted urea spray device capable of precise concentration control, characterized by controlling the concentration by changing each flow rate introduced into the liquid pipe by adjusting the urea water pressure and the dilution water pressure. 제1항에 있어서, 탈질장치에서 처리해야 하는 NOx 농도의 변화, 탈질장치의 반응조건 또는 둘다에 대응하여 희석 농도가 조절된 요소수가 기화기 내부 또는 탈질장치 내부에 분사할 수 있는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치.The concentration according to claim 1, wherein urea water whose dilution concentration is adjusted in response to changes in NOx concentration to be treated in the denitrification device, reaction conditions of the denitrification device, or both can be sprayed into the vaporizer or the inside of the denitrification device. A porous structure insertable diluted urea spray device that can be precisely controlled. 제1항에 있어서, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 희석된 요소수 유체가 형성되는 유체흐름 방향을 기준으로 다공성 구조체의 기공 크기 구배가 있는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치.The porosity of claim 1, wherein there is a pore size gradient in the porous structure based on the fluid flow direction in which the diluted urea fluid is formed as the pressurized urea fluid and the pressurized dilution water fluid flow. Porosity capable of precisely controlling concentration. Structure-inserted diluted urea spray device. 제1항에 있어서, 가압된 요소수 유체 및 가압된 희석수 유체가 흐르면서 희석된 요소수 유체가 형성되는 유체흐름 방향에 수직인 단면을 기준으로 다공성 구조체의 기공 크기 구배가 있는 것이 특징인, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치.The concentration of claim 1, wherein there is a pore size gradient of the porous structure based on a cross section perpendicular to the fluid flow direction in which the diluted urea fluid is formed as the pressurized urea fluid and the pressurized dilution water fluid flow. A porous structure insertable diluted urea spray device that can be precisely controlled. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응 및 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의해 NOx 환원반응이 동시에 일어나는 것이 특징인, SNCR 반응기.An insertable diluted urea water spray device is installed inside the porous structure capable of precisely controlling the concentration according to any one of claims 1 to 5, and the urea water sprayed from the spray device is subjected to urea decomposition reaction and selective non-catalytic reduction (SNCR). SNCR reactor is characterized by simultaneous NOx reduction reaction. 제6항에 있어서, SNCR 반응기 내 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생 또는 공급되면서 선택적 무촉매환원법(SNCR)에 의한 NOx 환원반응이 일어나는 것이 특징인, SNCR 반응기.The SNCR reactor according to claim 6, wherein NOx-containing combustion gas is generated or supplied through a combustion reaction within the SNCR reactor and a NOx reduction reaction occurs by selective non-catalytic reduction (SNCR). 제6항에 있어서, 분무장치로부터 분사된 요소수가 주입 또는 요소수의 요소 분해반응이 일어나는 영역의 온도는 850 ~ 1100℃인 것이 특징인, SNCR 반응기.The SNCR reactor according to claim 6, wherein the temperature of the area where the urea water sprayed from the spray device is injected or the urea decomposition reaction of the urea water occurs is 850 to 1100°C. 제6항에 있어서, SNCR 반응기는 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로인 것이 특징인, SNCR 반응기.The SNCR reactor according to claim 6, wherein the SNCR reactor is a combustion furnace in which NOx-containing combustion gas is generated through a combustion reaction. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 것이 특징인, 기화기.A porous structure capable of precisely controlling the concentration according to any one of claims 1 to 5 is installed inside an insert-type diluted urea water spray device, and the urea water sprayed from the spray device undergoes a urea decomposition reaction to form ammonia. Phosphorus, carburetor. 제10항에 있어서, 분무장치로부터 분사된 요소수가 주입 또는 요소수의 요소 분해반응이 일어나는 영역의 온도는 200 ~ 500℃인 것이 특징인, 기화기.The vaporizer according to claim 10, wherein the temperature of the area where the urea water sprayed from the spray device is injected or the urea decomposition reaction occurs is 200 to 500°C. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 포함하는 질소산화물(NOx)의 저감시스템으로서,
분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고,
요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.
A nitrogen oxide (NOx) reduction system comprising a diluted urea water spray device inserted into a porous structure capable of precisely controlling the concentration according to any one of claims 1 to 5,
A urea decomposition reaction is performed on the urea water sprayed from the spray device to produce ammonia,
A nitrogen oxide reduction system characterized by performing a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas using ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water.
제12항에 있어서, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키는 장치 및 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하는 장치는 일체형 장치이거나 배관을 통해 직간접적으로 연결된 별개의 장치인 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.The method of claim 12, which includes a device for producing ammonia by performing a urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device, and a NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water. A nitrogen oxide reduction system characterized in that the device is an integrated device or separate devices connected directly or indirectly through piping. 제12항에 있어서, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의한 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응은 선택적 무촉매환원법(SNCR) 또는 선택적 촉매 환원법(SCR) 인 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.The method of claim 12, wherein the NOx reduction reaction of NOx-containing combustion gas by ammonia generated by the urea decomposition reaction of urea water is characterized in that the selective non-catalytic reduction (SNCR) method or selective catalytic reduction (SCR) method is used to produce nitrogen oxides. Reduction system. 제12항에 있어서, 분무장치로부터 요소수가 직접 분사되는 영역의 온도는 요소수를 열분해할 수 있는 온도 또는 그 이상인 것이 특징인 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 12, wherein the temperature of the area where urea water is directly sprayed from the spray device is at or above the temperature at which urea water can be thermally decomposed. 제12항에 있어서, 분무장치로부터 요소수가 직접 분사되고 요소수를 열분해하는 고온 영역은 연소반응에 의해 NOx 함유 연소가스가 발생하는 연소로의 일부인 것이 특징인 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 12, wherein urea water is directly sprayed from the spray device and the high temperature area where urea water is pyrolyzed is a part of a combustion furnace in which NOx-containing combustion gas is generated through a combustion reaction. 제16항에 있어서, 연소로는 소각로, 가열로, 보일러 또는 내연기관인 것이 특징인 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 16, wherein the combustion furnace is an incinerator, heating furnace, boiler, or internal combustion engine. 제12항에 있어서, 농도 정밀제어 가능한 다공성 구조체 삽입형 희석 요소수 분무장치를 내부에 설치하고, 분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 제10항에 기재된 기화기; 및
NOx 함유 연소가스 및 기화기로부터 공급된 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 포함하는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.
The vaporizer according to claim 10, wherein a diluted urea water spray device inserted into a porous structure capable of precisely controlling concentration is installed therein, and the urea water sprayed from the spray device undergoes a urea decomposition reaction to form ammonia; and
A nitrogen oxide reduction system characterized by comprising an SCR reactor that performs selective catalytic reduction (SCR) on NOx-containing combustion gas and ammonia gas supplied from a vaporizer.
제18항에 있어서, 기화기는 SCR 반응기 외부 또는 내부에 설치되어 있는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 18, wherein the vaporizer is installed outside or inside the SCR reactor. 제18항에 있어서, 기화기에서 형성된 암모니아를 AIG(Ammonia injection grid)를 통해 SCR 반응기에 공급하는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 18, wherein the ammonia formed in the vaporizer is supplied to the SCR reactor through an AIG (Ammonia injection grid). 제20항에 있어서, AIG(Ammonia injection grid)에서 기화기에서 형성된 암모니아와 NOx 함유 연소가스를 혼합하여 SCR 반응기에 공급하는 것이 특징인, 질소산화물의 저감시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 20, wherein the ammonia and NOx-containing combustion gas formed in the vaporizer are mixed in the AIG (Ammonia injection grid) and supplied to the SCR reactor. 제12항의 질소산화물의 저감시스템에서,
분무장치로부터 분사된 요소수의 요소 분해반응을 수행하여 암모니아를 생성시키고, 요소수의 요소 분해반응에 의해 생성된 암모니아에 의해 NOx 함유 연소가스의 NOx 환원반응을 수행하여 NOx 함유 연소가스를 처리하는 방법.
In the nitrogen oxide reduction system of paragraph 12,
A urea decomposition reaction of urea water injected from a spray device is performed to produce ammonia, and the NOx-containing combustion gas is treated by performing a NOx reduction reaction of the NOx-containing combustion gas with the ammonia generated by the urea decomposition reaction. method.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112206941A (en) * 2020-10-26 2021-01-12 陕西秦渭绿邦环保科技有限公司 Efficient mixing spray gun and application
CN114570181A (en) * 2020-11-30 2022-06-03 陕西青朗万城环保科技有限公司 Desulfurization and denitrification method for waste gas and control system thereof
CN112705030A (en) * 2021-01-26 2021-04-27 山西远航环境科技股份有限公司 Denitration method of small-sized heat storage combustion furnace
CN113019109A (en) * 2021-04-14 2021-06-25 吉林省铸洁环保有限责任公司 Selective non-catalytic reduction desulfurization method
KR102634190B1 (en) * 2023-05-15 2024-02-05 경북환경에너지 주식회사 Method for improving NOx reducing efficiency using selective non-catalytic reduction system through improvement of spray method for reducing agent
KR102635313B1 (en) * 2023-09-19 2024-02-15 금화씨앤이(주) Selective catalyst reduction system and control method for simultaneous reduction of carbon monoxide and nitrogen oxides

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012196631A (en) * 2011-03-22 2012-10-18 Fujikin Inc Dispersion particle size estimation method and designing method for porous element type stationary distributor
KR101850120B1 (en) * 2017-01-26 2018-04-20 한국바이오플랜트 주식회사 Waste burning apparatus and waste treating system using thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08252429A (en) * 1995-03-20 1996-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Denitrification device using urea aqueous solution injection
DE59808917D1 (en) * 1998-09-23 2003-08-07 Alstom Process for denitrification of flue gases
KR20010047050A (en) * 1999-11-17 2001-06-15 안진횔 Nitrogen oxide purification apparatus of injecting liquid ammonia directly for waste gas purification system
KR100437875B1 (en) * 2003-09-16 2004-06-30 정재창 NOx reduction system by selective catalytic reduction available for urea as reducing agent
KR100638279B1 (en) * 2006-03-08 2006-10-31 주식회사 해림엔지니어링 A waste gas treatment apparatus
KR100794389B1 (en) * 2007-01-24 2008-01-15 한국에너지기술연구원 Combustor crossing triple annulus tube type reducing agent injector for nox reduction by selective non-catalytic reduction
JP5183372B2 (en) * 2008-08-29 2013-04-17 株式会社日立製作所 Oxyfuel combustion boiler system and combustion method
KR20140113044A (en) * 2013-03-15 2014-09-24 한국기계연구원 Static mixer homogenizer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012196631A (en) * 2011-03-22 2012-10-18 Fujikin Inc Dispersion particle size estimation method and designing method for porous element type stationary distributor
KR101850120B1 (en) * 2017-01-26 2018-04-20 한국바이오플랜트 주식회사 Waste burning apparatus and waste treating system using thereof

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