KR20110047020A - 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템 - Google Patents

환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 탈질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요소수가 배기가스와 혼합되어 암모니아로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응챔버와, 상기 반응챔버에서 유입된 혼합가스에 포함되어 있는 질소산화물이 촉매와의 탈질반응을 통해 질소로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응기를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서, 상기 반응챔버는 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하는 다중혼합기를 포함하고, 상기 반응기는 촉매가 코팅되어 있으며 혼합가스가 통과할 수 있는 복수의 관통공의 측면격판이 물결모양형태로 형성되어 있는 촉매필터부를 포함하여, 환원제와 배기가스가 보다 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하여 반응챔버의 길이를 줄일 수 있고, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 관한 것이다.
탈질시스템, 다중혼합, 물결모양

Description

환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템{An Exhaust Gas Denitrifing System having Reducer-mixing and Noise-diminution Structure}
본 발명은 배기가스 탈질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요소수가 배기가스와 혼합되어 암모니아로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응챔버와, 상기 반응챔버에서 유입된 혼합가스에 포함되어 있는 질소산화물이 촉매와의 탈질반응을 통해 질소로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응기를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서, 상기 반응챔버는 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하는 다중혼합기를 포함하고, 상기 반응기는 촉매가 코팅되어 있으며 혼합가스가 통과할 수 있는 복수의 관통공의 측면격판이 물결모양형태로 형성되어 있는 촉매필터부를 포함하여, 환원제와 배기가스가 보다 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하여 반응챔버의 길이를 줄일 수 있고, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 관한 것이다.
화석연료를 연소하여 열원 및 동력을 얻는 과정을 통해 배출되는 배기가스 내에는 불가피하게 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 NOx성분이 포함되어 있어, 최근 이러한 NOx성분 배출규제에 대응하여 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.
종래 배기가스 중의 NOx를 탈질시키는 배기가스 탈질시스템은 저장탱크 속에 용해된 요소수를 반응챔버에 분사하고 반응챔버에서 요소수를 암모니아로 변화시키고, 반응기 내부의 촉매를 이용해 NOx성분을 탈질시켜 최적의 탈질효율을 얻고 NOx성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다.
그러나, 이러한 종래 배기가스 탈질시스템의 구조는 요소수를 암모니아로 변환시키기 위해 반응챔버 내에서 요소수를 배기가스와 혼합하기 위한 충분한 시간과 길이를 확보해야 함에 따라 반응챔버의 길이가 길어질 수밖에 없고, 이에 따라 시스템 전체의 설비가 대형화될 수밖에 없는 문제점이 있습니다.
또한, 종래 배기가스 탈질시스템은 반응기 내에 존재하는 촉매필터부의 관통공이 하니콤(honeycomb) 타입으로 형성되어 있고, 그에 따라 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스가 촉매필터부를 관통하면서 발생하는 압력강하(pressure drop)를 최소화하기 위해 촉매필터부를 폭은 넓고 길이가 짧은 형태로 형성하게 되어, 넓은 설비공간을 필요로 하고 소음이 많이 발생할 수밖에 없는 문제점이 있습니다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 종래의 배기가스탈질시스템에서 환원제 미세분사 후에 환원제와 배기가스를 혼합하기 위한 충분한 시간과 길이를 확보하기 위해 혼합공간, 즉 반응챔버의 길이를 길게 유지하여야 했던 점을 개선하여, 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하여 반응챔버의 길이를 줄일 수 있어 탈질시스템 전체의 설비면적을 효율적으로 유지할 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판이 반복적으로 배열되는 제1혼합기와 제2혼합기를 포함하여 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스가 잘 혼합될 수 있도록 와류를 형성하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각 제1혼합기와 제2혼합기가 연접하여 형성된 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈에서 상기 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 형성하고 있는 제1혼합기와 제2혼합기의 흐름유도판은 서로 대향되는 위치에 있는 상기 제1혼합기의 흐름유도판과 상기 제2혼합기의 흐름유도판의 경사지는 방향이 서로 반대방향으로 형성되어 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스가 보다 잘 혼합될 수 있도록 큰 와류를 형성할 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배 기가스 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 흐름유도판 중앙에 관통되어 형성되는 복수의 중공을 포함하여 상기 중공을 통해 직선방향으로 흐르는 층류가 형성될 수 있도록 함으로써, 흐름유도판을 통해 곡선방향으로 흐르는 와류와 상기 층류가 혼합되어 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 하니콤 타입의 촉매필터부의 형상을 관통공을 형성하는 측면격판이 물결모양형태로 형성되는 커류게이트(corrugate) 타입으로 형성함으로써, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템은 요소수가 배기가스와 혼합되어 암모니아로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응챔버와, 상기 반응챔버에서 유입된 혼합가스에 포함되어 있는 질소산화물이 촉매와의 탈질반응을 통해 질소로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응기를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서, 상기 반응챔버는 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하는 다중혼합기를 포함하며, 상 기 반응기는 촉매가 코팅되어 있으며 혼합가스가 통과할 수 있는 복수의 관통공이 형성되어 있는 촉매필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 다중혼합기는 각각 복수의 흐름유도판이 형성되어 있는 제1혼합기와 제2혼합기를 포함하며, 상기 복수의 흐름유도판은 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판이 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 다중혼합기는 각각 상기 제1혼합기와 제2혼합기가 연접하여 형성된 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 포함하며, 상기 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 형성하고 있는 제1혼합기와 제2혼합기의 흐름유도판은 서로 대향되는 위치에 있는 상기 제1혼합기의 흐름유도판과 상기 제2혼합기의 흐름유도판의 경사지는 방향이 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 흐름유도판은 복수의 중공을 포함하여 상기 중공을 통해 직선방향으로 흐르는 층류가 형성될 수 있도록 함으로써, 흐름유도판을 통해 곡선방향으로 흐르는 와류와 상기 층류가 혼합되어 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 있어서 상기 촉매필터부는 상기 관통공을 형성하는 측면격판이 물결모양형태로 형성됨으로써, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 종래의 배기가스탈질시스템에서 환원제 미세분사 후에 환원제와 배기가스를 혼합하기 위한 충분한 시간과 길이를 확보하기 위해 혼합공간, 즉 반응챔버의 길이를 길게 유지하여야 했던 점을 개선하여, 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하여 반응챔버의 길이를 줄일 수 있어 탈질시스템 전체의 설비면적을 효율적으로 유지할 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공한다.
본 발명은 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판이 반복적으로 배열되는 제1혼합기와 제2혼합기를 포함하여 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스가 잘 혼합될 수 있도록 와류를 형성하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공한다.
본 발명은 각각 제1혼합기와 제2혼합기가 연접하여 형성된 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈에서 상기 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 형성하고 있는 제1혼합기와 제2혼합기의 흐름유도판은 서로 대향되는 위치에 있는 상기 제1혼합기의 흐름유도판과 상기 제2혼합기의 흐름유도판의 경사지는 방향이 서로 반대방향으로 형성 되어 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스가 보다 잘 혼합될 수 있도록 큰 와류를 형성할 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공한다.
본 발명은 상기 흐름유도판 중앙에 관통되어 형성되는 복수의 중공을 포함하여 상기 중공을 통해 직선방향으로 흐르는 층류가 형성될 수 있도록 함으로써, 흐름유도판을 통해 곡선방향으로 흐르는 와류와 상기 층류가 혼합되어 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공한다.
본 발명은 종래 하니콤 타입의 촉매필터부의 형상을 관통공을 형성하는 측면격판이 물결모양형태로 형성되는 커류게이트(corrugate) 타입으로 형성함으로써, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있도록 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템을 제공한다.
이하에서는 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 배기가스 탈질시스템의 블럭도이고, 도 2는 배기가스 탈질시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 제1, 2혼합기의 사시도이고, 도 4는 본 발명 의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 촉매필터부의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 촉매필터부의 부분단면도이다.
도 1 내지 2를 참조하여 배기가스 탈질시스템에 대해 살펴보면, 고온 배기가스 탈질시스템은 고온의 배기가스가 배출되는 배출부(1)와 열교환기(7) 사이에 출력센서(2), 요소수공급부(3), 분사부(4), 반응챔버(5), 반응기(6) 등의 구성을 포함하게 된다.
상기 배출부(1)는 탈질이 필요한 가스 또는 유체를 배출하는 중소형 열병합발전용 LNG가스배출부나 화력발전을 위한 엔진 등이 사용될 수 있고, 기타 질소산화물을 포함한 가스 또는 유체를 배출하는 다양한 처리가스발생원이 활용될 수 있다.
상기 출력센서(2)는 배기가스발생원인 상기 배출부(1)의 부하량에 관한 정보를 센싱하여 하기에 설명할 제어부(8)로 전송하기 위한 수단이다. 이는 상기 배출 부(1)의 부하량에 따라 배출되는 가스 또는 유체에 포함되는 질소산화물량이 정하여지므로, 상기 배출부(1)의 부하량을 판단할 수 있는 RPM, 전류량, 출구온도 등의 정보를 상기 제어부(8)로 송신하여, 배출가스에 포함된 질소산화물량을 탈질시키기에 적합한 요소수량을 상기 반응챔버(5)에서 공급할 수 있도록 상기 제어부(8)가 제어할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 출력센서(2)에 의해 배기가스에 포함된 질소산화물량을 판단할 수 있어 질소산화물 및 암모니아 분석기의 구성을 생략하여 경쟁력 있는 설비를 구축할 수 있게 된다.
상기 요소수공급부(3)는 요소수를 반응챔버(5)에 공급하기 위한 구성으로, 저장탱크, 유량측정기, 유량제어펌프 등을 포함한다. 상기 저장탱크는 요소수를 저장하는 탱크로서, 암모니아를 저장하는 저장탱크와 같이 고압가스압력용기가 아니어도 무방하며, 일측이 상기 유량측정기와 연결된다. 일반적으로, 저장탱크는 원통형, 장방형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, SUS304 또는 SPV300과 같은 다양한 재질과 다양한 크기와 용량으로 형성될 수 있다. 상기 유량측정기는 일측이 상기 저장탱크의 출구단에 연결되고 타측이 유량제어펌프에 연결되며, 상기 저장탱크에서 유출되는 요소수의 유량을 측정하는 장치이다. 상기 유량측정기는 시중에 많이 시판되는 기성제품을 활용할 수 있으며, 예컨대 유량범위 5.7 ~ 85 liter/min이고 터빈타입(TURBINE Type)인 대림종합계기의 "FM4-8N3CFA3G"모델 등이 사용될 수 있다. 상기 유량제어펌프는 일측이 상기 유량측정기와 연결되어 요소수를 공급받아 상기 제어부(8)의 신호를 받아서 분사부(4)에 공급하는 요소수의 공급량을 조절하는 장치이다. 예컨대, 유량범위 5.7 ~ 85 liter/min이고 SCS13(Body), SUS316(TRIM) 재질로 제작된 대림종합유량계의 "YAD-12211(1/2")"모델 등이 사용될 수 있다.
상기 분사부(4)는 상기 요소수공급부(3)의 유량제어펌프의 출력단에 연결되고, 분사노즐을 포함하여 요소수를 반응챔버(5) 내부에 분사하는 기능을 수행하는 구성이다. 상기 분사노즐은 상기 요소수공급부(3)에서 유입되는 요소수를 상기 반응챔버(5)에 분사하는 것으로, 예컨대 분사량 33 liter/hr, 재질 SUS304로 이루어진 스프레잉시스템코리아사(Spraying Systems Co. Korea)의 "광각원형분사(setup번호 : 26)"모델 등이 사용될 수 있다.
상기 반응챔버(5)는 상기 배출부(1)를 통해 배출된 배기가스와 상기 분사부(4)를 통해 분사된 요소수가 혼합되어 요소수가 암모니아로 변환되어 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 생성되는 구성이다. 즉, 상기 분사부(4)를 통해 분사된 요소수는 고온의 배기가스와 혼합되어 배기가스를 통해 열(적정온도는 250~400℃)을 공급받아 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 암모니아로 변환되게 되고, 암모니아와 배기가스가 혼합된 혼합기체가 상기 반응기(6)에 공급되게 된다.
xH2O + 2CO(NH2)2 + O2 → 2NH3 + CO2 + (x-1)H2O
이때, 상기 반응챔버(5) 내부에는 상기 분사부(4)를 통해 분사된 요소수를 배기가스와 혼합시키기 위한 정적혼합기 등의 구성이 포함될 수 있는데, 이러한 종래의 정적혼합기는 요소수나 암모니아 즉, 환원제와 배기가스를 균일하게 혼합시키기 위해서 반드시 일정길이 이상의 공간과 시간을 필요로 하는바, 이에 따라 상기 반응챔버(5)의 크기가 커질 수밖에 없어 설비공간을 최적화하는데 문제점이 있었다. 이를 개선하기 위해 본원발명에서는 다중혼합기를 사용하고 있는바, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 반응기(6)는 내부에 촉매를 포함하고 있어 입구단으로 유입되는 암모니아와 배기가스의 혼합기체에서 질소산화물(NOx)을 무해한 성분으로 탈질시키는 것으로 (주)SK의 SCR제품 등이 사용될 수 있다. 즉, 입구단으로 유입되는 암모니아와 배기가스의 혼합기체 중 질소산화물(NOx)은 250~400℃의 적정온도에서 촉매의 작용에 의해 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 무해한 성분으로 변환되게 되고, 열교환기(7)를 거쳐 스택(9)을 통해 배출되게 된다.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
이때, 상기 촉매로는 다양한 제품이 사용될 수 있는데, V, Mo, W, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn, Sn 등의 산화물, 황산염, 희토류산화물, 귀금속 등을 촉매활성종으로 하고, Al203, Ti02, 활성탄, 제올라이트, 실리카 등을 촉매담체로 하는 제품이 사용될 수 있으며, 이들 중 현재 실용화되어 있는 것은 Ti02(titanium oxide)를 담체로 한 V205(vanadium pentoxide), Mo03(molybdenum troxide), W03(tungsten trioxide)계의 촉매이다. Al203을 담체로 한 촉매는 석탄 및 중유 연료의 배기가스와 같이 SOx가 존재하는 배기가스 중에서는 황산염화해서 比表面積(비표면적)의 저하로 劣化( 열화)가 일어나기 때문에 SOx가 없는 배기가스에만 적용할 수 있다.
상기 열교환기(7)는 산업체, 건물 등에 필요한 전기, 열에너지를 보일러가동 및 외부 전력회사의 수전에 의존하지 않고 자체 발전시설을 이용하여 일차적으로 전력을 생산한 후 배출되는 열을 회수하여 이용하기 위한 설비로, 상기 열교환기(7)에 냉각수를 공급하기 위한 유입로(71)와 열교환을 마친 냉각수가 배출되기 위한 배출로(72)를 포함한다.
상기 제어부(8)는 본 발명에 따른 배기가스 탈질시스템 전체를 제어하기 위한 구성으로, 앞서 설명한 바와 같이 상기 출력센서(2)에서 감지된 부하량에 따라 배출가스에 포함된 질소산화물량(NOx)에 따른 적정한 양의 요소수공급 여부를 판단하고 이에 따라 상기 요소수공급부(3)에서 공급되는 요소수의 양을 조절하는 등 시스템 전반을 제어/조절하는 기능을 수행한다.
이하에서는 도 3 내지 6을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기(10)의 상세한 구성과 기능에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템은 상기 반응챔버(5)가 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하는 다중혼합기(10)를 포함하며, 상기 다중혼합기(10)는 각각 복수의 흐름유도판(130)이 형성되어 있는 제1혼합기(110)와 제2혼합기(120)를 포함하며, 상기 복수의 흐름유도판(130)은 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판(131)과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판(132)이 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 다중혼합기(10)는 상기 분사부(4)에서 배출된 요소수 내지 요소수가 변환된 암모니아 즉, 환원제가 배기가스와 균일하게 혼합될 수 있도록 하여 요소수가 암모니아로 변환되는 반응이 짧은 시간 내에 이루어지며 균일하게 혼합된 혼합기체가 생성될 수 있도록 하는 구성이며, 앞서 설명한 바와 같이 제1혼합기(110)과 제2혼합기(120)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제1혼합기(110)는 상기 제2혼합기(120)과 함께 상기 반응챔버(5) 내에서 전,후로 병렬로 배열되어 환원제와 배기가스가 빠른 시간 내에 균일하게 혼합될 수 있도록 와류(a)를 형성하여 환원제와 배기가스를 혼합하는 구성으로, 도 3 내지 4에 도시된 바와 같이 상기 제1혼합기(110)는 외부 골격을 형성하는 외부틀 내에 복수의 흐름유도판(130)을 포함하고 있다.
상기 흐름유도판(130)은 환원제와 배기가스가 섞인 혼합기체나 유체의 흐름에 와류(a)를 형성하여 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 구성으로, 서로 반복적으로 배열되는 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판(131)과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판(132)으로 이루어질 수 있다.
상기 상향흐름유도판(131)은 도 3 내지 4에서 도시하고 있는 바와 같이 45˚내외의 각도로 우측 상향으로 경사를 이루는 판 형상의 부재로, 환원제와 배기가스가 섞인 혼합기체나 유체의 흐름을 우측 상향으로 유도하여 와류(a)가 형성될 수 있도록 한다.
상기 하향흐름유도판(132) 역시 도 3 내지 4에서 도시하고 있는 바와 같이 45˚내외의 각도로 우측 하향으로 경사를 이루는 판 형상의 부재로, 환원제와 배기가스가 섞인 혼합기체나 유체의 흐름을 우측 하향으로 유도하여 와류(a)가 형성될 수 있도록 하며, 상기 상향흐름유도판(131)과 서로 반복적으로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 제2혼합기(120)는 상기 제1혼합기와 동일한 구성으로, 상기 제1혼합기와 전후로 배열되어 다중으로 환원제와 배기가스가 섞인 혼합기체나 유체의 흐름에 와류(a)를 형성해 줌으로써 보다 짧은 시간 내에 균일하게 혼합될 수 있도록 한다. 상기 제2혼합기(120)에 포함되는 상향흐름유도판(131)과 하향흐름유도판(132) 역시 상기 제1혼합기(110)의 상향흐름유도판(131), 하향흐름유도판(132)과 동일한 구성이며, 바람직하게는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1혼합기(110)의 상향흐름유도판(131), 하향흐름유도판(132)의 대향되는 위치에 있는 상기 제2혼합기(120)의 상향흐름유도판(131), 하향흐름유도판(132)은 상기 제1혼합기(110)의 것과 서로 반대방향으로 경사지게 형성되어야 보다 효과적으로 와류(a)를 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 다중혼합기(10)는 각각 상기 제1혼합기(110)와 제2혼합기(120)가 연접하여 형성된 제1혼합기모듈(140)과 제2혼합기모듈(150)을 포함하며, 상기 제1혼합기모듈(140)과 제2혼합기모듈(150)을 형성하고 있는 제1혼합기와 제2혼합기의 흐름유도판(130)은 서로 대향되는 위치에 있 는 상기 제1혼합기(110)의 흐름유도판(130)과 상기 제2혼합기(120)의 흐름유도판(130)의 경사지는 방향이 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1혼합기모듈(140)은 상기 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상기 제1혼합기(110)와 제2혼합기(120)가 연접하여 형성되는 구성으로, 연접하여 형성되는 상기 제1혼합기(110)와 제2혼합기(120)의 흐름유도판(130)은 각각 서로 대향되는 위치에 있는 흐름유도판(130)끼리 경사지는 방향이 반대방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1혼합기(110)와 제2혼합기(120)가 전후로 연접하여 제1혼합기모듈(140)을 형성하는 경우 상기 제1혼합기(110)의 상향흐름유도판(131)의 대향되는 위치에는 상기 제2혼합기(120)의 하향흐름유도판(132)이, 상기 제1혼합기(110)의 하향흐름유도판(132)의 대향되는 위치에는 상기 제2혼합기(120)의 상향흐름유도판(131)이 각각 위치하게 됨으로써, 상기 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 제1혼합기모듈(140)을 통과하게 되는 혼합기체나 유체는 보다 크고 분명하게 형성되는 와류(a)의 흐름을 형성하게 된다.
상기 제2혼합기모듈(150)은 상기 제1혼합기모듈(140)과 동일한 구성이므로, 그에 대한 상세한 설명은 중복기재를 피하기 위해 생략하기로 하며, 상기 제2혼합기모듈(150)은 상기 제1혼합기모듈(140)과 전후로 일정간격 이격되어 배열됨으로써 상기 제1혼합기모듈(140)에 의해 형성된 와류(a)를 한번 더 크고 분명하게 연장시켜 형성시킴으로써 혼합기체나 유체를 보다 짧은 시간 내에 균일하게 혼합될 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 흐름유도판(130)은 복수의 중공(133)을 포함하여 상기 중공(133)을 통해 직선방향으로 흐르는 층류(b)가 형성될 수 있도록 함으로써, 흐름유도판(130)을 통해 곡선방향으로 흐르는 와류(a)와 상기 층류(b)가 혼합되어 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 중공(133)은 상기 흐름유도판(130) 즉, 상기 상향흐름유도판(131)과 하향흐름유도판(132)의 중앙 부위에 혼합기체나 유체가 통과하여 흐를 수 있도록 관통되어 형성되는 구멍으로, 상기 상향흐름유도판(131), 하향흐름유도판(132)의 길이방향을 따라 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 중공(133)이 형성됨으로 인해 도 6에 도시된 바와 같이 상기 흐름유도판(130)에 부딪히는 혼합기체나 유체의 일부는 상기 중공(133)을 관통하여 직선방향으로 흐르는 층류(b)를 형성할 수 있고, 상기 층류(b)가 상기 흐름유도판(130)에 의해 형성된 와류(a)와 교차됨으로써 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있게 된다.
이와 같이 반응챔버(5) 내에 다중혼합기(10)를 포함하는 본 발명에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템은 상기 다중혼합기(10)의 작용에 의해 환원제와 배기가스의 혼합이 보다 빠른 시간 내에 균일하게 이루어짐으로써 상기 반응챔버(5)의 길이를 줄일 수 있어 설비공간을 효율적으로 운영할 수 있어 시스템 전반의 설치나 유지관리에 있어서의 효율성을 도모할 수 있게 된다.
이하에서는 도 7 내지 8을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼 합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 촉매필터부(20)의 상세한 구성과 기능에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템은 상기 반응기(6)가 촉매가 코팅되어 있으며 혼합가스가 통과할 수 있는 복수의 관통공(210)이 형성되어 있는 촉매필터부(20)를 포함하고, 상기 촉매필터부(20)는 상기 관통공(210)을 형성하는 측면격판(220)이 물결모양형태로 형성됨으로써, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공(210)의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매필터부(20)는 상기 반응기(6)의 내부에서 상기 반응기(6)에 유입되는 환원제와 배기가스의 혼합기체나 유체가 촉매에 접촉하면서 반응하여 무해한 성분으로 변환되도록 하는 부분으로, 도 7 (1)에 도시된 바와 같이 종래의 촉매필터부는 사각형 형상의 관통공이 내부에 다수 형성되어 있는 하니콤(honeycomb) 타입의 구조를 채택하고 있는데, 이 경우 촉매필터부를 통과한 후 혼합기체나 유체의 압력이 떨어지는 압력강하(pressure drop)현상이 발생하기 때문에 이를 최소화하기 위해 촉매필터부의 길이(L)를 줄이는 대신 폭(W)을 넓게 하는 구조를 채택하게 된다. 다만, 촉매필터부의 길이(L)를 짧게 하는 경우 혼합기체나 유체가 촉매필터부의 표면에 코팅되거나 압출성형된 촉매와 접촉하는 길이 역시 짧아지기 때문에 소음을 감소시키는 효과가 반감되게 되어 소음이 많이 발생하거나 별도의 소음기를 장착하여야 하는 문제가 발생하게 된다. 이를 개선하기 위해 도 7 (2)에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 상기 촉매필터부(20)는 관통공(210)을 형성하는 부분 중 측면격판(220)이 물결무늬 형상으로 형성되기 때문에 동일한 접촉면적을 가지면서도 관통공(210)의 단면적은 넓힐 수 있어 그에 따라 상기 촉매필터부(20)의 길이(L)를 보다 길게 형성할 수 있게 되는데, 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.
상기 관통공(210)은 상기 촉매필터부(20)의 내부에서 상하부격판(230)과 측면격판(220)에 의해 분할되어 형성되어 환원제와 배기가스의 혼합기체나 유체가 관통하여 통과할 수 있게 하는 부분으로, 상기 관통공(210)의 표면에는 앞서 설명한 촉매가 코팅되어 있거나 압출성형되어 있기 때문에 혼합기체나 유체가 상기 관통공(210)을 통과하면서 촉매와 접촉할 수 있게 된다.
상기 측면격판(220)은 상하부격판(230)과 함께 상기 관통공(210)을 형성하는 부분으로 앞서 설명한 바와 같이 종래의 촉매필터부의 관통공은 측면격판이 수직으로형성되는 하니콤(honeycomb) 타입이나, 본원발명의 경우는 상기 측면격판(220)이 물결무늬 형태로 형성되면서 상기 관통공(210)을 형성하게 된다. 그에 따른 효과상의 차이점은 이하에서 상술한다.
이하에서는 본원발명에 사용되는 상기 촉매필터부(20)의 구조에 따른 작용효과에 대해 보다 상세히 살펴보도록 한다.
도 7 내지 8을 참조하여 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이 본원발명의 상기 촉매필터부(20)는 상기 측면격판(220)이 물결무늬 형태로 형성되며 상기 관통공(210)을 형성하기 때문에 동일한 접촉면적을 확보하면서도 상기 관통공(210)의 단면적을 넓힐 수 있는데, 이에 대해 보다 자세히 살펴보면, 도 8 (1)에 도시된 바와 같이 단면상에서 종래의 하니콤(honeycomb) 타입의 관통공은 혼합기체나 유체와 접촉할 수 있는 접촉면적이 상하부격판(230)과 측면격판(220)의 길이를 합한 것과 같고, 여기서 상하부격판(230)이 길이는 본원발명의 촉매필터부(20)와 동일하기 때문에 제외하고 측면격판(220)의 길이만을 상정해서 보면 '①+②+③+④'를 합친 길이만큼 접촉면적이 된다. 이에 반해, 도 8 (2)의 위쪽에 도시된 바와 같이 단면상에서 본원발명의 물결무늬 타입의 관통공(210)은 혼합기체나 유체와 접촉할 수 있는 접촉면적이 상하부격판(230)과 측면격판(220)의 길이를 합한 것과 같고, 여기서 상하부격판(230)이 길이는 종래 하니콤(honeycomb) 타입의 촉매필터부(20)와 동일하기 때문에 제외하고 측면격판(220)의 길이만을 상정해서 보면 '㉠+㉡+㉢+㉣'을 합친 길이만큼이 접촉면적이 되게 된다. 따라서, 본원발명에 따른 촉매필터부(20)의 관통공(210)의 접촉면적이 더 넓다는 것을 확인할 수 있고, 이에 따라 본원발명의 상기 촉매필터부(20)는 도 8 (2)의 아래쪽에 도시된 바와 같이 상기 측면격판(220)을 ㉮, ㉯방향으로 이동하여 상기 관통공(210)의 단면적을 넓히더라도 종래 하니콤(honeycomb) 타입의 촉매필터부(20)와 동일한 접촉면적은 유지할 수 있게 된다. 따라서 본원발명에 따른 상기 촉매필터부(20)는 상기 관통공(210)의 단면적이 넓어진 만큼 상기 관통공(210)을 통과하는 혼합기체나 유체의 압력강하가 줄어들기 때문에 상기 촉매필터부(20)의 길이(L)를 늘리더라도 압력강하를 최소화할 수 있게 되고, 상기 촉매필터부(20)의 길이(L)가 늘어남에 따라 상기 촉매필터 부(20)에 코팅된 촉매와 혼합기체나 유체의 접촉이 늘어나게 되고 그에 따라 코팅된 촉매의 기공을 지나면서 소음이 더 많이 흡수되기 때문에 상기 촉매필터부(20)의 길이가 늘어나는 만큼 비례해서 소음감소효과 및 탈질효과는 배가되게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 배기가스 탈질시스템의 블럭도
도 2는 배기가스 탈질시스템의 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 제1, 2혼합기의 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 다중혼합기의 구성도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 촉매필터부의 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템에 사용되는 촉매필터부의 부분단면도
*도면에 사용된 주요부호에 대한 설명
1: 배출부 2: 출력센서 3: 요소수공급부 4: 분사부
5: 반응챔버 6: 반응기 7: 열교환기 8: 제어부 9: 스택
10: 다중혼합기 20: 촉매필터부
110: 제1혼합기 120: 제2혼합기 130: 흐름유도판 131: 상향흐름유도판
132: 하향흐름유도판 133: 중공 140: 제1혼합기모듈 150: 제2혼합기모듈
210: 관통공 220: 측면격판 230: 상하부격판
71: 유입로 72: 배출로
a: 와류 b: 층류
L: 길이 W: 폭

Claims (5)

  1. 요소수가 배기가스와 혼합되어 암모니아로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응챔버와, 상기 반응챔버에서 유입된 혼합가스에 포함되어 있는 질소산화물이 촉매와의 탈질반응을 통해 질소로 변환되는 화학반응이 일어나는 반응기를 포함하는 배기가스 탈질시스템에 있어서,
    상기 반응챔버는 환원제와 배기가스가 짧은 시간 내에 혼합될 수 있도록 하는 다중혼합기를 포함하며,
    상기 반응기는 촉매가 코팅되어 있으며 혼합가스가 통과할 수 있는 복수의 관통공이 형성되어 있는 촉매필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다중혼합기는
    각각 복수의 흐름유도판이 형성되어 있는 제1혼합기와 제2혼합기를 포함하며,
    상기 복수의 흐름유도판은 상향 경사지게 형성되는 상향흐름유도판과 하향 경사지게 형성되는 하향흐름유도판이 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다중혼합기는
    각각 상기 제1혼합기와 제2혼합기가 연접하여 형성된 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 포함하며,
    상기 제1혼합기모듈과 제2혼합기모듈을 형성하고 있는 제1혼합기와 제2혼합기의 흐름유도판은 서로 대향되는 위치에 있는 상기 제1혼합기의 흐름유도판과 상기 제2혼합기의 흐름유도판의 경사지는 방향이 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흐름유도판은
    복수의 중공을 포함하여 상기 중공을 통해 직선방향으로 흐르는 층류가 형성될 수 있도록 함으로써, 흐름유도판을 통해 곡선방향으로 흐르는 와류와 상기 층류가 혼합되어 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 촉매필터부는
    상기 관통공을 형성하는 측면격판이 물결모양형태로 형성됨으로써, 혼합가스와 촉매의 접촉면적은 유지하면서 관통공의 공간을 크게 확보할 수 있어 차압은 최소화하면서도 소음감쇄효과는 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제혼합 및 소음감쇄 구조를 갖는 배기가스 탈질시스템.
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