KR20050011367A - 피드 파이프형 배기가스 믹싱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러의 연소 중에 생성된 배기가스 중 유해성분인 염화수소 (HCI), 질산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등에 있어서, 특히 질산화물을 저감시키기 위한 보조장치로서, 연소된 가스가 흐르는 가스덕트와, 상기 가스덕트의 일면에 파이프 형태로 돌출되어 있으며 다수의 분출공을 가지고 있는 다수의 분배기와, 신기가 흡입되며 상기 분출공으로부터 배출되는 연소가스가 혼합되는 에어덕트로 구성되어 있다.

Description

피드 파이프형 배기가스 믹싱장치{The type feed pipe mixing device for exhaust gas}

본 발명은 보일러의 연소 중에 생성된 배기가스 중 유해성분인 염화수소 (HCI), 질산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등에 있어서, 특히 질산화물을 저감시키기 위한 보조장치이다.

보다 상세하게는, 연소 개선에 의한 질산화물 제어기술 중 배기가스 재순환은 질산화물 제어기술들 중의 하나로서 배기가스 재순환이란 연소로 내의 연소영역에 배기가스를 재순환시킴으로서 로내 가스의 유량증가에 따른 열용량 증가에 의해 로내 온도를 낮추고 연소영역의 산소농도를 희석시켜 질산화물의 생성을 억제하는 방법 중 하나로서, 상술한 방법을 이용하여 배기가스와 신기(fresh air)를 혼합한 혼합연소용 공기가 균등하게 보일러의 버너로 주입되게 하는 장치이다.

본 발명은 배기가스 재순환 시스템에 본 발명을 장착하여 보다 효과적으로 로내에 가스의 유량증가에 따른 열용량 증가에 의해 로내의 온도를 낮추고, 연소영역의 산소농도를 희석시켜 질산화물의 생성을 억제하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명으로서 신기와 연소가스의 혼합이 잘 이루어지도록 함과 동시에 맥동현상을 줄이는 데 또다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 구성도

도 2는 본 발명의 일부분 확대도

도 3은 본 발명의 실시 예시도

도 4는 본 발명을 보일러에 적용한 실험값표

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

A. 피드파이프형 배기가스 믹싱장치

1. 가스덕트 2. 에어덕트 3. 분배기

4. 분출공 5. 배기가스 6. 신기(fresh air)

7. 배기가스 흐름방향 8. 신기 흐름방향

9. FGR팬 10. 보일러 11. 증기

12. 급수 13. FGR밸브 14. 혼합가스

15. 배출구

일반적으로 기체상태의 연료를 사용하는 연소과정에 있어서 질산화물의 생성은 공기중 질소 분자의 산화에 의한 Thermal NOx 반응 경로와 연료중 탄화 수소기와 연소용 공기 중 질소분자의 결합에 의한 중간 생성물들이 NOx로 산화되는 Prompt NOx 반응 경로의 2가지로 나누어지며, 연소과정 중 질산화물의 생성에서 가장 중요한 2가지 원인은 화염온도와 이론 연료공기비에 대한 실제 연료공기비인 당량비이다.

당량비는

식으로 구할 수 있다.

이때 연료가 C₁₃H₂₈인 경우, 이론 공기량과 완전하게 연소하는 화학반응식은

여기서, 배기가스 재순환(FRG, Flue Gas Recirculation)을 실시한 경우에는 대기중의 신기와 재순환되는 배기가스가 혼합되어 흡입되기 때문에 연소 과정중의 당량비가 대기만을 흡입하는 경우와 달라짐은 당연하며, 디젤기관의 연소에 있어서 연료 C₁₃H₂₈을 사용하여 FRG를 적용하는 경우 당량비 φ일 때의 연소화학 반응식은

여기서 Nx와 Ax는 FGR을 적용한 경우에 각 생성물의 몰(mole)수 및 연소생성물을 나타내고, FGR_rate는 FGR률을 나타낸다.

FGR률은 정의에 의해 일반적으로 두 가지가 사용되고 있다.

첫 번째는 전체 연소실 흡입공기량에 대한 재순환되는 배기량 즉, 새로운 흡입공기량의 감소율로 구한다.

여기서 V₀는 FGR을 하지 않았을 경우의 흡입공기량(m³/h), V_a는 FGR을 했을 경우의 새로운 흡입공기량(m³/h)이다. 그러나, 재순환되는 배기와 혼합되는 새로운 흡입공기는 온도가 서로 다르고 밀도의 차이가 있기 때문에 질량의 개념으로 FGR률을 나타내기에는 오차가 발생할 수 있는데, 이 때 밀도가 일정하다고 가정하면 상기 식은

이 된다.

여기서 m₀는 FGR을 하지 않았을 경우의 흡입공기량(kg/h), m_a는 FGR을 했을 경우의 새로운 흡입공기량(kg/h)이다.

두 번째는 흡기관 및 배기관에서 CO₂농도를 측정하여 다음과 같은 식에 의해 계산할 수 있다.

여기서, [CO₂]_FGR은 FGR시 흡기관내의 CO₂농도, [CO₂]_{w/o FGR}은 FGR을 하지 않았을 경우 흡기관 내의 CO₂농도, [CO₂]_EXH는 FGR시 배기관 내의 CO₂농도, K는 분석계의 수분 보정계수를 나타낸다.

본 발명은 상술한 식을 이용하여, 당량비와 FGRrate를 구해서 적용하는 것으로서, 이하 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성도로서, 연소된 가스가 흐르는 가스덕트(1)와, 상기 가스덕트(1)의 일면에 파이프 형태로 돌출되어 있으며 다수의 분출공(4)을 가지고 있는 다수의 분배기(3)와, 상기 분출공(4)으로부터 배출되는 배기가스(5)가 흡입되는 신기(6)와 혼합되는 에어덕트(2)로 구성되어 있다.

즉, 1차 연소된 연소가스는 가스덕트(1)를 통해 이송 중에 분배기(3)에 형성된 분출공(4)을 통해 배출되고, 상기 분출공(4)을 통해 배출된 배기가스(5)는 에어덕트(2)를 통해 흡입된 신기(6)와 혼합되어 로내로 재순환된다.

도 2는 본 발명의 일부분 확대도로서, 가스덕트(1) 상부에 형성된 분배기(3)의 분출공(4)은 신기의 흐름방향(8)에 직각방향으로 구성되어, 배기가스의 배출을 용이하게 함과 동시에 상기 신기(6)와 배기가스의 혼합이 잘 이루어지도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예시도로서, 폐기물을 소각하는 보일러(10)와, 상기 보일러(10)에서 연소된 배기가스가 배출되는 가스덕트(1)와, 상기 가스덕트(1)에 형성된 FGR팬(9)과, 신기(6)가 흡입되는 에어덕트(2)와, 상기 배기가스(5)와 신기(6)가 혼합되는 믹싱장치(A)와, 급수(12) 및 증기배관(11) 등으로 구성되어 있다.

보일러(10)에서 연소된 배기가스는 FGR팬(9)을 통해서 본 발명에 의한 믹싱장치(A)로 이송되고, 신기(6)는 에어덕트(2)를 통해 상기 믹싱장치(A)로 흡입되어 배기가스(5)와 신기(6)가 혼합된 혼합가스(14)가 보일러(10) 내로 재투입된다. 따라서, 배출구(15)를 통해서 배출되는 배기가스는 보일러의 로내에서 한 번 이상 연소된 가스이므로 NOx의 함유량이 적어진다.

도 4는 본 발명을 다양한 보일러에 적용한 실험값표로서, FGR팬을 가동 전ㆍ후에 NOx 값이 상당한 차이가 있음을 보여준다. 예로서, 팬아시아 82 T/H 보일러인 경우 FGR팬의 가동전에는 NOx 값이 260ppm 정도였으나 , FGR팬을 가동한 후에는 190ppm 정도가 발생되어 약 27% 정도의 높은 감소율을 보였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 피드파이프형 배기가스 믹싱장치는 신기의 흐름방향과 배기가스가 배출되는 배출공의 방향을 직각으로 구성함으로서 신기와 배기가스의 혼합이 잘 이루어지고 맥동현상을 줄이며, 폐기물 소각용 보일러에 본 장치를 부설함으로서 NOx 발생량을 효과적으로 상당량 절감할 수 있다.

Claims (2)

1. 보일러에서 연소된 가스가 흐르는 가스덕트와, 상기 가스덕트의 일면에 파이프 형태로 돌출되어 있으며 다수의 분출공을 가지고 있는 다수의 분배기와, 상기 분출공으로부터 배출되는 배기가스가 흡입되는 신기와 혼합되는 에어덕트로 구성되어 있는 것이 특징인 배기가스 믹싱장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 분배기의 분출공은 신기의 흐름 방향에 직각방향으로 구성되어, 연소가스의 배출을 용이하게 함과 동시에 상기 신기와 연소가스의 혼합이 잘 이루어지도록 구성되어 있는 것이 특징인 배기가스 믹싱장치