KR200310698Y1

KR200310698Y1 - 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050도 이상시 질소산화물제거가 가능한 시스템

Info

Publication number: KR200310698Y1
Application number: KR20-2002-0039271U
Authority: KR
Inventors: 이광우; 김병효
Original assignee: 유한회사 대련기계건설; 김병효
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2003-04-21

Abstract

본 고안은 무촉매 반응설비(SNCR:selective non-catalytic reduction) 시스템에 관한 것으로, 보일러, 소각로, 가열로 등의 연소로에서 발생되는 유해 가스중 질소산화물(NOX)을 처리하는 무촉매 반응설비중 연소로의 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물을 효과적으로 제거하도록 하는 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템에 관한 것이다.

본 고안은 그 목적달성을 위해 연소과정에서 발생되는 연소가스중 질소산화물을 효율적으로 제거하고 슬립환원 가스를 재 반응되도록 하여 슬립 환원 가스를 최소화하기 위하여 로 상부에 2유체 분사장치를 설치하되, 유체로는 물, 오수, 폐수, 침출수를 또 다른 유체는 에어,스팀 등이 공급되게 구성되며, 이 2유체 분사장치는 연소실 가스 통로의 전 단면적에 골고루 분사될 수 있도록 하는 한편 연소가스의 온도에 따라 무화 입자의 크기를 조절할 수 있도록 하였고, 무화 된 액체는 무화입도(입자무게)에 따라 연소실 하부로 하강하여 하부의 환원제 분사장치에서 분무되어 미반응 된 슬립 환원제가 하강하는 유체에 재흡수 되어지고 이 환원제가 흡수된 유체도 하강 과정에서 계속적인 연소가스의 온도에 의해 재증발하도록 하므로서 이루어지는 것으로, 유체에 의해 하강되어 연소가스와 접촉되며 슬립 환원제의 재흡수, 재반응을 유도하여 질소산화물을 처리하는 것이다.

Description

무촉매 반응설비중 로 온도가 1050도 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템{Removing NOX system - furnace′s temp over 1050degree - of no catalyst reaction process}

일반적으로 무촉매 반응설비는 환원제를 로 내부로 분사시키는 환원제 분사장치가 설치되어되어 있으며, 환원제 분사장치에서 요소수, 암모니아수 등의 환원제를 공기와 혼합하여 무화 액체 상태로 질소산화물 발생부위의 800~1050^oC 온도 영역에 분사하여 질소산화물을 제거하게 되어 있다.

그러나 상기된 환원제는 저온에서는 암모니아(NH₃)가 미반응 상태로 슬립(SLIP)이 일어나고, 고온에서는 산화하여 또 다른 질소 산화물을 생성하게 되므로 환원제가 작용하는 적정온도(870~1050^oC)를 유지하여야만 안정적으로 질소산화물을 제거 할 수 있는 것이었다.

도 2 는 일반적으로 사용되는 소각로의 환원설비 구성도를 보이고 있으며, 그 구성으로는 오수, 폐수, 침출수 저장 탱크(T1)에 저장된 오수,폐수, 침출수 등의 유체는 펌프(P-1), 스트레이너(ST), 유량계(FIT)를 거쳐 솔레노이드 밸브(S-2)로 공급되고, 공정수 탱크(T2)에 저장된 공정수는 펌프(P-2), 유량계(FIT)를 거쳐솔레노이드 밸브(S-2)로 공급되어 솔레노이드 밸브(S-2)에서 유체 분사장치(N-4)로 공급되게 구성되고, 환원제 탱크(T3)의 환원제는 펌프(P-3), 스트레이너(ST), 압력계(PG), 유량계(FIT)를 거쳐 라인믹서(M-2)로 공급되고, 라인믹서(M-2)의 다른 입력에는 공정수 탱크(T-2)의 공정수가 펌프(P-4), 유량계(FIT)를 거쳐 공급되어 라인믹서(M-2)에서 믹싱 된 후 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)로 공급되게 구성되며, 상기 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)와 유체 분사장치(N-4)에는 각각 에어공급기(10)로부터 에어가 공급되도록 구성된다.

여기서 유체 분사장치(N-4)는 소각로(20)의 저면에서 소각물을 향하게 설치되어 유체 분사장치(N-4)에서 분사된 오수,폐수, 침출수,공정수 등의 유체는 도 4 에 도시된 바와 같이 소각물에 직접 닿게 되어 소각온도가 상승될 경우 소각로(20)의 온도를 낮추어 질소산화물의 제거에 적합한 온도를 만들어 주게 되나, 소각물의 소각을 방해하는 소화역할을 하게 되는 문제가 있는 것이었다.

또한 상기된 분사설비는 소각로(20)내의 연료의 부하변동이 심할 경우 또는 소각물의 발열량 변화가 심할 경우 질소산화물 발생량의 변화가 심하게 되고, 이의 처리에 곤란한 문제점을 안고 있는 것이었다.

본 고안은 상기와 같은 안정적 운전은 열부하 변동이 심한 소각로, 고온의 가열로, 보일러에서 발생하는 가스중 유해 가스인 질소산화물을 보다 효율적으로 제거함과 동시에 미 반응된 슬립 환원 가스를 로 내에서 재반응시켜 질소산화물을 처리하도록 하는 것이다.

본 고안은 그 목적달성을 위해 연소과정에서 발생되는 연소가스중 질소산화물을 효율적으로 제거하고 슬립환원 가스를 재 반응되도록 하여 슬립 환원 가스를 최소화하기 위하여 로 상부에 2유체 분사장치를 설치하되, 유체로는 물, 오수, 폐수, 침출수를 또 다른 유체는 에어,스팀 등이 공급되게 구성되며, 이 2유체 분사장치는 연소실 가스 통로의 전 단면적에 골고루 분사될 수 있도록 하는 한편 연소가스의 온도에 따라 무화 입자의크기와 분사량를 조절할 수 있도록 하였고, 무화 된 액체는 무화입도(입자무게)에 따라 연소실 하부로 하강하여 하부의 환원제 분사장치에서 분무되어 미반응 된 슬립 환원제가 하강하는 유체에 재흡수 되어지고 이 환원제가 흡수된 유체도 하강 과정에서 계속적인 연소가스의 온도에 의해 재증발하도록 하므로서 이루어지는 것으로, 유체에 의해 하강되어 연소가스와 접촉되며 슬립 환원제의 재흡수, 재반응을 유도하여 질소산화물을 처리하는 것이다.

도 1 은 본 고안의 무촉매 환원설비(SNCR) 시스템 구성도

도 2 는 일반적인 무촉매 환원설비 시스템의 유체 분사 소각 시스템 구성도

도 3 은 본 고안의 무촉매 환원설비의 유체 궤적 설명도

도 4 는 일반적인 무촉매 환원설비의 유체 궤적 설명도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

T1 : 오수,폐수,침출수 저장탱크 T2 : 공정수 탱크

T3 : 환원제 탱크 M-2 : 라인믹서

N-1,N-2,N-3 : 환원제 분사장치 N-4 : 유체 분사장치(2유체)

P-1,P-2,P-3 : 펌프

CV-1,CV-2,CV,3 : 유량조절 콘트롤 밸브

CV-5,CV-6 : 분무입자 조절용 콘트롤 밸브

10 : 에어 공급기 20 : 소각로

도 1 은 본 고안에 따라 보일러, 소각로, 연소로 등의 유해가스 처리설비인 무촉매 반응 설비(SNCR)와 NOX(질소산화물)제거에 필요한 시스템을 도시한 것으로, 로 내부로 환원제를 분사하여 질소산화물을 제거하는 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)가 설치된 소각로(20)에 있어서, 상기 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)의 상측으로 2유체 분사장치(N-4)를 설치하되 상기 2유체 분사장치(N-4)에는 분무입자 조절용 콘트롤 밸브(CV-5)(CV-6)를 통하여 유체 및 에어가 유입되어 유체를 로 내부에 무화입자 상태로 분무시키도록 구성한 것이다.

여기서 2유체 분사장치(N-4)는 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)에서 분사된환원제에 의해 미반응된 질소산화물을 재반응시켜 제거해 주기 위하여 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)보다 상측에 설치한다.

본 고안의 2유체 분사장치(N-4)에는 2개의 유체입구 포트가 있는데 1개의 포트에는 에어공급기(10)의 에어 또는 스팀이 콘트롤 밸브(CV-6)를 통하여 공급되게 하고, 또 다른 1개의 포트에는 공정수 또는 오수, 폐수, 침출수 등이 콘트롤 밸브(CV-5)를 통하여 공급되게 하며, 상기 콘트롤 밸브(CV-5)(CV-6)는 로 온도계(TE-1)에 의해 열리고 닫힘 정도가 자동으로 조절되어 분무입자가 로 온도에 따라 조절되도록 한다.

상기 콘트롤 밸브(CV-5)(CV-6)의 열리고 닫힘에 따라 유체 분사장치(N-4)에서 분사되는 무화 입자의 입도가 조절되게 되며, 상기 유체 분사장치(N-4)에서 소각로(20)내부로 유체를 분무시키면 소각로(20) 내부의 가스속도 및 온도에 따라 증발되게 되는 것으로, 이때 무화 입자의 입도가 너무 크게 조절될 경우는 무화입자가 소각로(20)의 하부로 떨어져 내화물에 충격을 주게 되므로, 무화입자가 소각로(20)의 하부까지 도달하기 이전에 재 증발하도록 유체 분사장치(N-4)의 무화입자 입도를 조절해 주어야 한다.

즉 오수, 폐수, 침출수 탱크(T1)에서 공급되는 유체는 압력조절용 콘트롤 밸브(CV-1)이 연결된 펌프(P-1), 스트레이너(ST), 유량계(FIT)를 통하여 공급되어지고, 오수, 폐수, 침출수 등의 배관내 막힘장치 및 제거의 원활을 기하고자 또 다른 공정수 탱크(T2)에서 공정수가 압력조절용 콘트롤밸브(CV-2)가 연결된 펌프(P-2), 유량계(FIT)를 통하여 공급되어지는 것으로, 상기 오수, 폐수, 침출수 등과 공정수는 필요에 따라 각기 펌프(P-1)또는(P-2)의 가동으로 공급되어지며, 소각로(20) 상부 온도의 상승시 솔레노이드 밸브(S-2)의 열림, 일정온도 1050℃이하에서 닫힘으로 콘트롤 밸브(CV-5)를 통하여 2유체 분사장치(N-4)에 공급되어지고, 유체 분사장치(N-4)에서 분사되는 무화입도의 크기는 콘트롤 밸브(CV-6)에 의해 결정되며, 공급여부는 솔레노이드 밸브(S-1)에 의해 제어된다.

본 고안의 환원재 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)는 소각로(20)의 규격, 온도, 가스유속 등에 따라 그 단수 및 수량을 설계함에 따라 설치 개수가 조절될 것이며, 일반적인 SNCR 설비와 동일하다.

그 구성은 환원제 탱크(T3)에서 펌프(P-3)를 통하여 배관상 스트레이너(ST), 압력계(PG), 유량계(FIT)를 거쳐 라인믹서(M-2)의 2개의 포트중 1개소에 입력되고, 상기 라인믹서(M-2)의 또 다른 포트에는 공정수 펌프(P-4), 유량계(FIT), 압력제거용 콘트롤 밸브(CV-4)를 통하여 공정수가 입력되어 라인믹서(M-2)에서 믹싱 된 후 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)에 인가되어 온도계(TE-1) 또는 배기가스 계측장비의 질소 산화물 배출량에 따라 환원제를 분무시키게 된다.

기존의 무촉매 환원설비 시스템은 도 4 에 도시된 바와 같아 환원제 분사장치(N-2)에서 환원제를 분사시킬 때 상기 환원제의 반응은 온도영역 870℃∼1050℃ 에서 최적의 상태가 되는 것으로, 도면상 온도범위(NA-1)는 1050℃, (NA-2)는 870℃ 영역을 표시하여 주고 있으며, 환원제는 상기된 온도영역에서 작용하여야만 질소산화물을 제거하는데 문제가 없게 된다.

그러나 상기된 환원제의 반응 영역인 870℃∼1050℃를 벗어나게 될 경우 특히 소각로(20)의 연소가스 온도가 상승되어 질소산화물을 제거해주지 못할 경우 기존에는 2유체 분사장치(N-4)에서 유체를 분사시켜 소각로(20)의 가스온도 상승을 방지하여 최적의 온도조건에서 질소산화물의 환원이 이루어지게 하고 있으나, 2유체 분사장치(N-4)에서 소각로(20)내부 온도를 낮추어주는 목적 이외에 소각로(20)의 소각물을 소화시키는 역할을 하게 되는 것으로 그 이유는 연소 가스의 냉각에 필요한 공간을 확보하지 못한 이유와 함께 분사시 입자의 입도를 고려하지 못하기 때문이다.

이러한 기존 시스템은 도 2 와 같은 소각로(20)의 온도가 1000^oC 이하의 경우 질소산화물(NOX)의 발생량은 30∼70PPM 이나, 1100℃ 이상의 온도를 갖는 소각로(20)의 경우 일반적으로 150∼200PPM의 질소산화물(NOX) 발생이 증가되는 것이었다.

본 고안은 상기된 문제를 해결하기 위하여 2유체 분사장치(N-4)를 소각로(20)의 상부에 설치하여 도 3 에 도시된 바와 같이 2유체 분사장치(N-4)를 통한 오수, 폐수, 침출수의 분사와 입자의 입도를 소각로(20)의 온도를 체크하는 온도계(TE-1)의 온도에 따라 자동 조절되도록 하므로서 유체 분사장치(N-4)에서 분무된 유체가 소각로(20)의 하층부로 이동하지 않고 연소가스에 재반응하여 증발하도록 하였다.

본 고안은 도 3 과 같이 환원제 분사장치(N-1)의 상부에 2유체 분사장치(N-4)를 위치시켜 유체의 분사시 입자의 하강 과정에서 충분한 연소가스와의 열 흡수공간을 확보해주도록 한 것으로, 도면에 표시된 온도영역(NA-1)은 1050℃, (NA-2)는 870℃, (NA-3)는 약 1150℃를 갖게 되나 상기된 온도 영역중 (NA-1)에서 (NA-3) 영역의 온도를 1050℃∼1150℃의 영역을 1050℃ 이하의 영역으로 확대하고, 환원제 반응시간을 확대하였으며, 2유체 분사장치(N-4)로부터 하강하는 입자들을 환원제 분사장치(N-1)에서 미 반응된 환원제를 재 흡수하여 환원제의 슬립을 방지하여 환경 오염을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 본 고안은 1000℃ 이하에서 질소산화물(NOX) 발생량은 20∼30PPM, 1150℃에서도 20∼30PPM을 유지할 수 있어 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.

본 고안의 질소 산화물 제거용 시스템은 각종 입형 로에 설치할 경우 기존의 SCR(촉매 반응 설비)에 버금가는 성능을 발휘하며, 설비, 설치비의 절감, 운영비의 절감, 기존 SNCR(무촉매 반응 설비)에 비해 질소 산화물 제거 능력을 소각로의 경우 30∼70PPM에서 20∼30PPM으로 제거 능력을 향상시켰으며, 유해가스 배출을 줄여 환경을 개선하고 환원제를 최소화하고, 다른 환경 물질인 오수, 폐수, 침출수 등의 안정적인 소각 방법의 확보 등에 기여할 수 있다.

Claims

환원제를 소각로(20) 내부로 분사시키는 환원제 분사장치(N-4)가 설치된 무촉매 반응설비에 있어서,

유체를 소각로(20) 내부에서 분무시키는 유체 분사장치(N-4)를 환원제 분사장치(N-1)(N-2)(N-3)보다 상부에 설치하여 유체 분사장치(N-4)에서 발생시킨 무화입자가 가스속도 및 온도에 따라 증발되게 구성한 것을 특징으로 하는 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템.
제1항에 있어서, 유체 분사장치(N-4)는 콘트롤 밸브(CV-5)를 통하여 오수, 폐수, 침출수, 공정수가 공급되는 한편 콘트롤 밸브(CV-6)를 통하여 에어 또는 스팀이 공급되어 유체를 분무시키는 것을 특징으로 하는 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템.
제2항에 있어서, 콘트롤 밸브(CV-5)(CV-6)는 소각로(20)에 설치된 온도계(TE-1)의 온도에 따라 개폐가 결정되어 무화입자의 입도를 조절하는 것을 특징으로 하는 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템.
제1항에 있어서, 유체 분사장치(N-4)는 소각로(20)의 내부에 수평으로 유체를 분무시키되 무화입자가 소각로(20)의 하부에 도달하지 않는 입도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 무촉매 반응설비중 로 온도가 1050^oC 이상시 질소산화물 제거가 가능한 시스템.