KR20090084055A - 선택적 촉매 환원 공정과 선택적 무촉매 환원 공정의 혼화시스템에서 암모니아 생성량을 증가시키는 환원제 분사시스템 - Google Patents

선택적 촉매 환원 공정과 선택적 무촉매 환원 공정의 혼화시스템에서 암모니아 생성량을 증가시키는 환원제 분사시스템 Download PDF

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KR20090084055A
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유경선
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 질소산화물 저감을 위한 Hybrid SNCR-SCR 공정에서 1차 NOx 제거공정인 SNCR 공정에서 2차 NOx 제거 공정인 SCR공정으로 유입되는 미반응 암모니아 양을 늘리기 위한 방법이다. 더욱 상세하게는 Hybrid SNCR-SCR 공정에서 질소산화물 제거효율을 높이기 위해 1차 NOx 제거공정인 SNCR공정에서의 NOx제거효율을 일정 수준 유지하면서 이때 발생하는 미반응 NH3의 양을 최대화하여 2차 NOx 제거공정인 SCR공정에서의 NOx 제거효율을 높여 총괄 NOx 제거효율을 높일 수 있게 하는 공정이다
Figure 112008008120946-PAT00001
Hybrid SNCR-SCR, 선택적 무촉매 환원, 선택적 촉매 환원, NH3 slip

Description

선택적 촉매 환원 공정과 선택적 무촉매 환원 공정의 혼화 시스템에서 암모니아 생성량을 증가시키는 환원제 분사 시스템 {The Reduction Agent Injection System for Increasing NH3 evolution in SNCR Process}
대기오염제어
배기가스에 함유된 질소산화물은 90% 이상의 일산화질소와 이산화질소 및 아산화질소로 구성되며 지구온난화와 대기오염을 유발하는 대표적인 환경오염물질이다. 질소산화물은 주로 고온의 연소장치에서 발생하며 대기중으로 배출되어 이산화질소로 전환되고 스모그와 오존생성의 원인으로 작용하게 된다.
질소산화물 저감 법은 많은 연구 개발이 이루어 졌지만 NOx 저감효율이 높은 선택적 무촉매 환원법과 선택적 촉매 환원법이 주로 사용되고 있다. 선택적 무촉매 환원법은 950 ~ 1000oC의 고온영역에 암모니아[미국특허 제 3,900,554호]나 요소 수용액[미국특허 제4,119,702호, 미국특허 제4,208,386호]을 직접 분사하여 라디칼 반응을 통하여 질소산화물을 무해한 질소와 수증기로 전환시켜 저감하는 기법이다. 촉매를 이용하는 선택적 촉매환원법은 촉매표면의 활성점에서 환원제와 질소산화물간의 반응을 유도하여 무해한 질소와 수증기로 전환시키는 방법으로 효율은 촉매를 사용하는 선택적 촉매환원법이 우수하지만 고가의 촉매를 사용하므로 경제적으로는 선택적 무촉매 환원법이 우수하다. 선택적 무촉매 환원 후에 선택적 촉매 환원이 이어지는 선택적 무촉매, 촉매 혼합 환원공정은[미국특허 제 5,853,683호, 미국특허 제 6,146,605호] 선택적 촉매 환원 보다 적은 비용으로 유사한 질소산화물 제거효율을 얻을 수 있다. 그러나 이 발명은 SNCR 공정과 SCR 공정에 각각 환원제를 주입하여 질소산화물을 제거하고 있다. 따라서 환원제를 주입하는 별도의 공정이 추가되어야하는 단점이 발생한다.
본 발명은 질소산화물을 제거하기 위한 Hybrid SNCR-SCR 공정에 관한 것이다. 최적의 Hybrid SNCR-SCR 공정을 운영하기 위해 연소로에 온도 센서를 장착하여 연소로 후단의 온도 분포를 예측하고 최적의 환원제 분사조건을 찾아냄과 동시에 환원제 분사노즐을 순차적으로 설치하여 일정량의 NOx 저감효율과 NH3 생성량을 동시에 확보하는 환원제 분사 시스템으로 온도센서와 환원제 분사노즐로 구성된다. 기존의 Hybrid SNCR-SCR 공정에서 1차 SNCR공정과 2차 SCR공정에 각각 환원제를 투입 하였던 것과는 달리 환원제 투입 노즐을 1차 SNCR공정만 설치하고 분사노즐을 가스 흐름방향으로 설치하여 각각의 환원제 분사노즐이 다른 온도조건에 환원제를 분사하게 된다. 930℃ 보다 낮은 온도에서 분사되는 환원제는 NOx 저감효율은 낮지만 NH3생성양을 늘리고 930℃이상에서 분사되는 환원제는 NOx 저감효율을 높이게 된다. 이로써 일정량의 NOx 저감효율과 NH3생성량을 유지할수 있고 1차 NOx 저감공정인 SNCR공정의 환원제 분사만으로 Hybrid SNCR-SCR공정을 운전할수 있다. (930℃ 이하의 온도조건을 확보하기 힘든 경우 연소로 후단에 이어있는 보일러나 열교환장치 내에 환원제 분사노즐을 설치할 필요가 있고 이때 환원제에 의한 설비의 부식이나 파손을 막기위해 보조장치를 설치해야 한다) 환원제 분사노즐을 가스 흐름방향으로 설치하게 되면 소각로와 같이 연소로 온도의 유동이 있는 경우 SNCR공정의 환원제 분사 온도창이 좁아 NOx 저감효율이 낮아지는 단점도 해결하게 된다. 모든 환원제가 1차 NOx 저감공정인 SNCR공정에 분사되면 2차 NOx 저감공정에 환원제를 분사할 때 발생되는 환원제와 NOx 가스와의 혼합문제도 해결될 것 이다. 또 기존의 SNCR 공정이 설치 되어있는 개소에 Hybrid SNCR-SCR 공정을 적용시킬 때 기존의 환원제 분사노즐의 분사 위치만 재설정함으로 후단에 설치되는 SCR 공정의 환원제 투입 문제가 해결되므로 설치비용을 줄일수 있다. 본 발명자들은 상기한 문제점들을 해결하고자, SCR 공정에 별도의 환원제 분무장치 및 환원제 저장소를 설치하지 않고 SNCR과 SCR의 혼합 공정을 가능하게 하고자 한다. 본 발명은 종래와 달리 노즐의 위치를 축방향으로 설정하여 연소로에서 발생되는 연소가스의 온도에 따라 분무위치를 제어하여 1차NOx 저감공정인 SNCR공정에서 일정량 이상의 NOx 저감효율과 NH3생성을 유도하여 최적의 Hybrid SNCR-SCR 공정을 구현하는데 목적이 있다. 상술한바와 같이 Hybrid SNCR-SCR 공정을 위한 SNCR 공정에서 NH3 생성량을 증가시키기 위한 환원제 분사 시스템은 SNCR공정의 환원제 분사 노즐위치의 재설정으로 기존 1,2차 NOx 저감공정에 각각 환원제를 투입하는 Hybrid SNCR-SCR공정의 복잡한 환원제 투입시스템을 1차 NOx 저감공정에서의 환원제 분사만으로 간소화 시킬수 있어 설치기간 단축과 비용의 절감효과를 발생시키고 2차 NOx 저감공정인 SCR공정으로 투입되는 환원제와 NOx gas와의 혼합을 효율을 높인다. 소각로와 같이 연소로의 연소온도가 안정되어있지 않은 경우 SNCR공정의 환원제분사 온도의 변화로인한 NOx 저감효율의 저하를 막을 수 있다.
도1과 도2를 보면 SNCR 공정에서 NH3 생성량을 늘리기 위해서는 930℃이하의 온도에서 환원제가 분사되어야 하지만 SNCR자체의 NOx 저감효율이 낮아서 촉매사용 량을 늘리게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 연소로의 온도를 측정하여 후단의 온도를 예상하고 예상온도가 930℃이하인 곳과 930℃ 이상인 곳으로 나누어서 환원제 분사노즐을 설치하여 SNCR의 NOx 저감효율도 일정효울 이상으로 유지하고 NH3 생성양도 증가시켜 Hybrid SNCR SCR공정의 총괄효율을 높이고 설치비용과 환원제 비용을 줄여 NOx 저감비용을 낮출 수 있다.
도 1 은 NO : 환원제(요소) = 1:0.5 일때 SNCR 공정과 Hybrid SNCR/SCR에서 반응온도(환원제 분사온도)에따른 NO 저감효율과 NH3생성량을 나타내었다.
도 2 는 NO : 환원제(요소) = 1:1 일때 SNCR 공정과 Hybrid SNCR/SCR에서 반응온도(환원제 분사온도)에따른 NO 저감효율과 NH3생성량을 나타내었다.

Claims (5)

  1. SNCR 공정의 단독 환원제 분사만으로 Hybrid SNCR-SCR공정을 운전하는 환원제 분사시스템
  2. SNCR 공정에서 환원제 분사노즐을 각각 다른 온도에 설치하여 일정한 NOx 저감효율과 NH3양을 유지하는 환원제 분사 시스템
  3. 보일러 내에 환원제 분사 노즐을 설치하는 SNCR 공정
  4. 보일러 내에 환원제 분사 노즐을 설치하는 Hybrid SNCR-SCR 공정
  5. SNCR의 원제 분사노즐을 930℃이상부분과 930℃이하의 부분으로 나누어 설치하는 방법
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8501131B2 (en) 2011-12-15 2013-08-06 General Electric Company Method and apparatus to inject reagent in SNCR/SCR emission system for boiler
KR20160009368A (ko) 2014-07-16 2016-01-26 현대중공업 주식회사 선택적 무촉매 환원 시스템
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KR102046121B1 (ko) * 2018-12-03 2019-11-18 주식회사 피티케이씨 복합형 질소산화물 저감시스템

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