KR20110138680A

KR20110138680A - 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템

Info

Publication number: KR20110138680A
Application number: KR1020100058708A
Authority: KR
Inventors: 이수태; 최원석; 강경우
Original assignee: 주식회사 파나시아
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-28
Also published as: CN102946975A; WO2011162513A2; EP2583740A2; EP2583740B1; WO2011162513A3; EP2583740A4; JP5508600B2; US20130101472A1; KR101238777B1; US9211501B2; JP2013528749A; CN102946975B

Abstract

본 발명은 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템에 대한 것으로, 환원제를 선택공급부에 공급하는 환원제공급부와, 물을 선택공급부에 공급하는 물공급부와, 상기 환원제공급부와 물공급부로부터 공급받은 환원제와 물 중 어느 하나를 선택적으로 분사부에 공급하는 선택공급부와, 상기 선택공급부로부터 공급받은 환원제 또는 물을 분사하는 분사부를 포함하여, 상기 선택공급부는 상기 분사부가 환원제를 계속적으로 분사하는 과정이나 장치의 일시적인 고장에 의해 잔류하는 환원제의 고형화로 인해 막히게 되는 상기 분사부에 물을 공급하여 상기 분사부 막힘을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 제공하고자 한다.

Description

환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템{Reducing agent supply device and exhaust gas denitriging system usig the same}

화석연료를 에너지원으로 사용하는 화력발전소 등이 배출하는 배기가스에는 다량의 질소산화물(NOx)이 포함되어 있는데, 상기 질소산화물은 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 알려져 있다. 따라서, 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.

도 1은 질소산화물 제거를 위해서 가장 널리 사용되는 선택적 환원촉매법(SCR)을 이용한 종래의 배기가스 탈질시스템의 구성도인데, 도 1을 참조하여 종래의 배기가스 탈질시스템(1)을 설명하면, 요소수를 분사부(124)를 통해 반응챔버(13)에 분사하여 배기가스의 폐열에 의해 요소수를 기상의 암모니아로 변환시켜, 배기가스와 암모니아 혼합가스를 반응기(14)에 공급한다. 상기 반응기(14)에 공급된 상기 혼합가스는 촉매에 의해 탈질반응이 일어나 배기가스에서 질소산화물이 제거되게 된다.

하지만, 상기 분사부(124)를 통해 상기 반응챔버(13)로 요소수를 계속적으로 분사하는 과정에서, 상기 분사부(124) 내로 유입된 요소수는 전부 반응챔버(13)로 배출되지 않고 일부가 분사부(124) 내에 잔류할 수 있는데, 잔류하는 요소수는 고형화되어 상기 분사부(124)를 막게되는 문제점이 있었다.

또한, 요소수가 분사부(124)에 계속적으로 유입되는 과정에서, 상기 요소수는 일정한 점도를 가지고 있어, 상기 유량제어펌프(122)의 출력단부터 분사부(124)까지의 요소수이동로(123)에는 상기 요소수가 흐르지 않고 고정되어 있는 정체영역(dead zone)이 발생한다. 상기 흐르지 않고 고정된 요소수는 고형화가 이루어지게 되며, 요소수를 계속적으로 분사부에 공급하는 과정에서 고형화는 더욱더 진행되어 요소수이동로(123)는 고형화된 요소에 의해 막히게 문제점이 있었다.

또한, 상기 배기가스 탈질시스템(1)의 일시적인 장애로 인해 작동정지하는 경우, 요소수는 요소수이동로(123)나 분사부(124) 내에 잔류하여 고형화되어 상기 요소수이동로(123)나 분사부(124)를 막는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 환원제와 물 중 어느 하나를 선택적으로 분사부에 공급하는 선택공급부를 포함하여, 상기 분사부가 환원제를 계속적으로 분사하는 과정이나 장치의 일시적인 고장에 의해 잔류하는 환원제의 고형화로 인해 생기는 환원제이동로와 분사부의 막힘을 방지할 수 있는 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기공급부에서 공급되는 공기를 환원제이동로에 공급할 수 있도록 하는 공기우회로를 포함하여, 물로 환원제이동로와 분사부에 잔류하는 환원제를 제거한 후 공기를 공급하여 확실하게 잔류 환원제를 제거할 수 있고, 상기 공기에 의해 환원제이동로와 분사부를 건조시킬 수 있어 환원제이동로가 부식되거나 다시 환원제 공급시에 환원제의 농도가 변하는 것을 막을 수 있는 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기공급부에서 공급되는 공기를 물이동로에 공급할 수 있도록 하는 공기우회관로를 포함하여, 물로 환원제이동로와 분사부에 잔류하는 환원제를 제거한 후에 세척액이동로, 환원제이동로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 선택공급부를 소형 판넬화하여 상기 선택공급부가 차지하는 부피를 최소화시키고 상기 환원제이동로의 길이가 2m 이내가 되도록 하여, 상기 환원제 공급장치의 계속적인 사용에 의해서나 일시적인 고장에 의해서 상기 환원제이동로에 잔존하여 고형화된 환원제를 최소화할 수 있는 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치는 환원제를 선택공급부에 공급하는 환원제공급부와, 물을 선택공급부에 공급하는 물공급부와, 상기 환원제공급부와 선택공급부로부터 공급받은 환원제와 물 중 어느 하나를 선택적으로 분사부에 공급하는 선택공급부와, 상기 선택공급부로부터 공급받은 환원제 또는 물을 분사하는 분사부를 포함하여, 상기 분사부가 환원제를 계속적으로 분사하는 과정이나 장치의 일시적인 고장에 의해 잔류하는 환원제의 고형화로 인해 막히게 되는 상기 분사부에 물을 공급하여 상기 분사부 막힘을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치에 있어서 상기 선택공급부는 양 입력단이 각각 환원제공급부와 물공급부에 연결되어 환원제 또는 물이 환원제이동로에 유입될 수 있도록 제어하는 유량제어밸브와, 일단이 상기 유량제밸브의 출력단에 연결되고 타단이 분사부에 연결되는 환원제이동로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치에 있어서 상기 선택공급부는 상기 환원제이동로 일측에 연결되어, 상기 유량제어밸브의 개폐상태에 따라 환원제 또는 물을 흡입하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치에 있어서 상기 환원제 공급장치는 공기를 상기 선택공급부에 공급하는 공기공급부를 추가로 포함하며, 상기 선택공급부는 일단이 상기 공기공급부에 연결되고 타단이 상기 분사부에 연결되는 공기이동로와, 일단이 상기 공기이동로에 연결되고 타단이 상기 환원제이동로에 연결되는 공기우회로와, 상기 공기이동로와 공기우회로가 연결되는 부분에 위치하여 공기가 공기이동로 또는 공기우회로에 공급되도록 제어하는 공기제어밸브와, 상기 공기우회로와 환원제이동로가 연결되는 부분에 위치하여 상기 환원제이동로로 유입되는 환원제 또는 물이 상기 공기우회로로 유입되는 것을 막는 역류방지밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치에 있어서 상기 환원제 공급장치는 공기를 상기 선택공급부에 공급하는 공기공급부를 추가로 포함하며, 상기 선택공급부는 입력단이 상기 공기공급부에 연결되어, 공기가 공기이동로또는 공기우회관로에 공급되도록 제어하는 공기조절밸브와; 일단이 상기 공기조절밸브의 일 출력단에 연결되고, 타단이 상기 분사부에 연결되는 공기이동로와; 일단은 상기 공기조절밸브의 타 출력단에 연결되고, 타단은 물조절밸브의 일 입력단에 연결되는 공기우회관로와; 양 입력단의 각각은 물공급부와 공기우회관로의 타단에 연결되어, 물이동로에 공기 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 제어하는 물조절밸브와; 일단이 물조절밸브의 출력단에 연결되고, 타단이 환원제조절밸브의 일 입력단에 연결되는 물이동로와; 양 입력단의 각각은 환원제공급부와 물이동로의 타단에 연결되어 환원제이동로에 공기, 물 및 환원제의 공급을 제어하는 환원제조절밸브와; 일단이 상기 환원제조절밸브의 출력단에 연결되고' 타단이 상기 분사부에 연결되는 환원제이동로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세척기능을 가진 환원제 공급장치에 있어서 상기 환원제이동로는 2m이내의 길이를 가지도록 하여 상기 환원제이동로에 잔류하는 환원제량을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 배기가스 탈질장치는 반응챔버 내에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치와, 유입된 배기가스와 상기 환원제 공급장치로부터 공급된 환원제를 혼합하여 혼합기체를 형성하여 반응기에 공급하는 반응챔버와, 상기 반응챔버로부터 공급된 혼합기체를 탈질시키는 반응기를 포함하며, 상기 환원제 공급장치는 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서의 세척기능을 가진 환원제 공급장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 환원제와 물 중 어느 하나를 선택적으로 분사부에 공급하는 선택공급부를 포함하여, 상기 분사부가 환원제를 계속적으로 분사하는 과정이나 장치의 일시적인 고장에 의해 잔류하는 환원제의 고형화로 인해 생기는 환원제이동로와 분사부의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공기공급부에서 공급되는 공기를 환원제이동로에 공급할 수 있도록 하는 공기우회로를 포함하여, 물로 환원제이동로와 분사부에 잔류하는 환원제를 제거한 후 공기를 공급하여 확실하게 잔류 환원제를 제거할 수 있고, 상기 공기에 의해 환원제이동로와 분사부를 건조시킬 수 있어 환원제이동로가 부식되거나 다시 환원제 공급시에 환원제의 농도가 변하는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공기공급부에서 공급되는 공기를 물이동로에 공급할 수 있도록 하는 공기우회관로를 포함하여, 물로 환원제이동로와 분사부에 잔류하는 환원제를 제거한 후에 물이동로, 환원제이동로가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 선택공급부를 소형 판넬화하여 상기 선택공급부가 차지하는 부피를 최소화시키고 상기 환원제이동로의 길이가 2m 이내가 되도록 하여, 상기 환원제 공급장치의 계속적인 사용에 의해서나 일시적인 고장에 의해서 상기 환원제이동로에 잔존하여 고형화된 환원제를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 배기가스 탈질시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 탈질시스템의 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도.

이하에서는 본 발명에 따른 환원제 공급장치 및 이를 이용한 배기가스 탈질시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 탈질시스템의 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제 공급장치를 상세하게 설명하기 위한 확대구성도이다.

도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 탈질시스템(2)은 유입부(21), 환원제 공급장치(22), 반응챔버(23), 반응기(24), 제어부(25), 배출부(26) 등을 포함한다.

상기 유입부(21)는 중소형 열병합발전용 LNG가스배출부나 화력발전을 위한 엔진 등에서 배출되는 질소산화물을 포함한 가스 또는 유체(이하, '배기가스'라 함)가 유입되는 구성으로, 출력센서(211) 등을 포함한다.

상기 출력센서(211)는 상기 유입부(21)의 일측에 연결되어 상기 유입부(21)에 유입되는 배기가스의 부하량에 관한 정보를 센싱하여 하기에 설명할 제어부(25)로 전송하기 위한 수단이다. 이는 상기 유입부(21)에 유입되는 배기가스의 부하량에 따라 배기가스에 포함되는 질소산화물량이 정하여지므로, 상기 배기가스의 부하량을 판단할 수 있는 RPM, 전류량, 출구온도 등의 정보를 상기 제어부(25)로 송신하여, 배출가스에 포함된 질소산화물을 탈질시키기에 적합한 환원제량을 상기 반응챔버(23)에서 공급할 수 있도록 상기 제어부(25)가 제어할 수 있도록 한다.

상기 환원제 공급장치(22)를 도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 상기 환원제 공급장치(22)는 후술할 반응챔버(23) 내에 환원제를 공급하는 구성으로, 상기 환원제 공급장치(22)는 공기공급부(221), 환원제공급부(222), 물공급부(223), 선택공급부(224), 분사부(225) 등을 포함한다.

상기 공기공급부(221)는 외부의 공기를 상기 선택공급부(224)에 제공하는 구성으로, 상기 제어부(25)에 의해서 제어된다. 상기 공기공급부(221)는 공기가압부(2211) 등을 포함한다.

상기 공기가압부(2211)는 외부공기가 상기 선택공급부(224)에 공급될 수 있도록 공기 유동을 일으키는 구성으로, 예컨대, 상기 공기가압부(2211)는 송풍기, 컴프레셔 등이 사용될 수 있다.

상기 환원제공급부(222)는 환원제를 상기 선택공급부(224)에 제공하는 구성으로, 상기 제어부(25)에 의해서 제어된다. 상기 환원제공급부(222)는 환원제저장탱크(2221) 등을 포함한다. 상기 환원제는 암모니아수 또는 요소수 등이 사용될 수 있다.

상기 환원제저장탱크(2221)는 환원제를 저장하는 구성으로, 예컨대, 상기 환원제저장탱크(2221)는 원통형, 장방형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, SUS304 또는 SPV300과 같은 다양한 재질과 다양한 크기와 용량으로 형성될 수 있다.

상기 물공급부(223)는 물을 상기 선택공급부(224)에 공급하기 위한 구성으로, 물저장탱크(2231) 등을 포함한다.

상기 물저장탱크(2231)는 물을 저장하는 구성으로, 예컨대, 물저장탱크(2231)는 원통형, 장방형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 부식이 일어나지 않도록 플라스틱 수지 등과 같은 다양한 재질과 다양한 크기와 용량으로 형성될 수 있다.

상기 선택공급부(224)는 상기 공기공급부(221), 환원제공급부(222) 및 물공급부(223)로부터 각각 공기, 환원제 및 물을 공급받아, 상기 공기, 환원제 및 물 중 어느 하나 이상을 상기 분사부(225)에 선택적으로 공급하는 구성이다. 상기 선택공급부(224)는 공기량제어밸브(2241), 공기이동로(2242), 유량제어밸브(2243), 환원제이동로(2244) 등을 포함한다.

상기 공기량제어밸브(2241)는 일단이 상기 공기가압부(2211)의 출력단에 연결되어 상기 공기이동로(2242)를 통해 분사부(225)에 공급되는 공기량을 제어하는 구성으로, 볼 밸브타입의 2way 밸브 등이 사용될 수 있다.

상기 공기이동로(2242)는 일단이 공기량제어밸브(2241)의 출력단과 연결되고, 타단이 분사부(225)에 연결되어, 상기 분사부(225)에 공기를 공급한다.

상기 유량제어밸브(2243)는 상기 환원제이동로(2244)에 환원제 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 환원제와 물의 공급량을 조절하는 구성으로, 상기 유량제어밸브(2243)는 3way 밸브가 사용되며, 상기 유량제어밸브(2243)의 양 입력단(A, B)에는 각각 환원제저장탱크(2221)의 출력단, 물저장탱크(2231)의 출력단이 연결되고 상기 유량제어밸브(2243)의 출력단(C)에는 상기 환원제이동로(2244)의 일단이 연결된다. 상기 유량제어밸브(2243)에 의해 상기 환원제이동로(2244)에 환원제와 물을 선택적으로 공급하는 작동원리는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 환원제이동로(2244)는 일단이 상기 유량제어밸브(2243)의 출력단에 연결되고, 타단이 상기 분사부(225)에 연결되어, 환원제 또는 물을 상기 분사부(225)에 공급한다.

상기 선택공급부(224)는 바람직하게는 소형 판넬화하여 상기 선택공급부(224)가 차지하는 부피를 최소화하고, 환원제이동로(2244)의 길이(h)가 2m이내가 되도록 하여, 상기 환원제 공급장치(22)의 계속적인 사용에 의해서나 일시적인 고장에 의해서 상기 환원제이동로에 잔존하여 고형화된 환원제를 최소화할 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 선택공급부(224)는 상기 환원제이동로(2244) 일측에 연결되어, 상기 유량제어밸브(2243)의 개폐상태에 따라 환원제 또는 물을 흡입하는 유량제어펌프(2245)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유량제어펌프(2245)는 출력의 강약을 조절하여 환원제 또는 물의 공급량을 조절할 수 있다. 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(225)는 상기 선택공급부(224)에 연결되어 제공받은 공기, 환원제 및 물 중 어느 하나 이상을 상기 반응챔버(23) 내에 분사하는 구성으로, 상기 분사부(225)는 상기 공기이동로(2242)의 일단과 환원제이동로(2244)의 일단에 각각 연결된다. 예컨대 분사량 33 liter/hr, 재질 SUS304로 이루어진 스프레잉시스템코리아사(Spraying Systems Co. Korea)의 "광각원형분사(setup번호: 26)"모델의 분사노즐 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성들을 포함하는 상기 환원제 공급장치(22)에 의해 환원제를 상기 반응챔버(23)에 공급하고, 상기 환원제이동로(2244)와 분사부(225)를 막힘을 방지하는 작동원리를 도 2 및 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저 환원제를 상기 분사부(225)를 통해 반응챔버(23)에 공급하는 작동원리를 살펴보면, 상기 출력센서(211)가 유입되는 질소산화물량을 센싱하여 제어부(25)에 전송하면, 상기 제어부(25)는 유량제어밸브(2243)를 A-C방향으로 열고 유량제어펌프(2245)를 가동시킨다. 상기 유량제어펌프(2245)가 작동함에 따라 저장탱크에 저장된 환원제는 유량제어밸브(2243), 환원제이동로(2244)를 차례로 거쳐 분사부(225)에 유입된다. 또한 상기 제어부(25)는 유량제어펌프(2245)를 가동시킴과 동시에 공기가압부(2211)를 가동시키므로 외부의 공기는 공기량제어밸브(2241), 공기이동로(2242)를 거쳐 분사부(225)에 유입된다. 상기 분사부(225)에 유입된 환원제는 분사부(225)에 유입된 공기에 의해 뿜어져 반응챔버(23)로 배출된다. 상기 분사부(225)를 통해 상기 반응챔버(23)로 환원제를 계속적으로 분사하는 과정에서, 상기 분사부(225) 내로 유입된 환원제는 전부 반응챔버(23)로 배출되지 않고 일부가 분사부(225) 내에 잔류할 수 있는데, 잔류하는 환원제는 고형화되어 상기 분사부(225)를 막게 된다. 또한, 환원제가 상기 분사부(225)에 계속적으로 유입되는 과정에서, 상기 환원제는 일정한 점도를 가지고 있어, 상기 환원제이동로(2244)에는 상기 환원제가 흐르지 않고 고정되어 있는 정체영역(dead zone)이 발생한다. 상기 흐르지 않고 고정된 환원제 고형화가 이루어지게 되며, 환원제를 계속적으로 상기 분사부(225)에 공급하는 과정에서 고형화는 더욱더 진행되어 환원제이동로(2244)는 고형화된 환원제에 의해 막히게 된다. 또한, 상기 배기가스 탈질시스템의 일시적인 장애로 인해 작동정지하는 경우, 환원제는 환원제이동로(2244)와 분사부(225) 내에 잔류하여 고형화되어 상기 환원제이동로(2244)나 분사부(225)를 막게된다.

상기와 같이 분사부(225)와 환원제이동로(2244)가 막히게 되면 더 이상 환원제를 반응챔버(23)에 공급할 수 없어 상기 분사부(225)와 환원제이동로(2244)에 잔류하는 환원제의 제거가 필요한데, 상기 분사부(225)와 환원제이동로(2244)의 막힘을 방지하는 작동원리를 살펴보면, 상기 반응챔버(23)에 더 이상 환원제가 공급되지 않으면 상기 유량제어펌프(2245)와 공기가압부(2211)가 작동하는 상태에서 제어부(25)가 유량제어밸브(2243)를 B-C방향으로 열어, 더 이상 환원제가 분사부(225)에 공급되지 않게 하고 물저장탱크(2231)에 저장된 물이 유량제어밸브(2243), 환원제이동로(2244)를 통과하게 한다. 상기 물은 환원제이동로(2244)와 분사부(225)를 통과하면서 잔류하는 환원제를 반응챔버(23)로 밀어내 배출한다. 또한 상기 물은 환원제이동로(2244)와 분사부(225)에 잔류하는 고형화된 환원제를 녹여 반응챔버(23)로 배출할 수 있다. 상기 환원제로 사용되는 암모니아나 요소 등은 극성이 강한 물질이어서 상기 물에 쉽게 녹음으로 상기 물의 공급을 통해서 환원제이동로(2244)와 분사부(225)의 막힘현상을 해결할 수 있는 것이다. 상기 물에 녹여져 상기 반응챔버(23)에 배출된 환원제는 농도가 변화하여 다시 사용할 수 없어 상기 배출부(26)를 통해 외부로 배출된다. 상기 물에 녹여져 배출되는 환원제는 고농도를 가지게 되어 많은 양을 배출부(26)를 통해 배출하는 경우에는 환경적이나 법률적으로 문제가 생길 수 있고, 상기 배출부(26)에 연결된 분석기용 흡입펌프, 분석기(261)를 손상시킬 수 있으므로, 환원제이동로(2244)의 길이(h)를 2m이내로 하여, 상기 환원제이동로(2244)에 잔존하여 고형화된 환원제를 최소화할 수 있도록 한다. 상기 환원제이동로(2244)와 분사부(225)의 막힘현상을 제거한 후에는 상기 유량제어밸브(2243)를 A-C방향으로 열어 다시 환원제가 상기 분사부(225)에 공급되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제공급장치를 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 환원제공급장치는 도 3을 참조하여 설명한 환원제공급장치(이하, '제1실시예'라 함)에서 상기 공기이동로(2242')와 환원제이동로(2244')에 각각 연결되는 공기우회로(2246')를 추가로 포함하고, 상기 공기량제어밸브(2241) 대신에 상기 공기이동로(2242')와 공기우회로(2246')가 연결되는 부분에 위치하여 공기가 공기이동로(2242')를 통해 분사부(225)에 공급되거나 공기우회로(2246')를 통해 환원제이동로(2244')에 공급되도록 제어하는 공기제어밸브(2247')를 포함하며, 상기 공기우회로(2246')와 상기 환원제이동로(2244')가 연결되는 부분에 위치하여 상기 환원제이동로(2244')에 유입되는 환원제 또는 물이 상기 공기우회로(2246')로 유입되는 것을 막는 역류방지밸브(2248')를 추가로 포함하는 것을 제외하고는 상기 제1실시예와 동일하다. 예컨대, 상기 공기제어밸브(2247') 및 역류방지밸브(2248')는 3way 타입의 밸브 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성들을 포함하는 상기 환원제 공급장치(22)에 의해 환원제를 상기 반응챔버(23)에 공급하고, 상기 환원제이동로(2244')와 분사부(225)의 막힘을 방지할 수 있는 작동원리를 도 2 및 4를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

상기 환원제를 상기 분사부(225)를 통해 반응챔버(23) 공급하는 작동원리는 상기 공기제어밸브(2247')와 역류방지밸브(2248')를 각각 D-F방향, G-I방향으로 열리도록 제어하는 것을 제외하고는 제1실시예의 작동원리와 동일하다. 상기 환원제 공급장치(22)의 계속적 사용 또는 고장발생시에 발생할 수 있는 환원제이동로(2244')와 분사부(225)의 막힘을 방지할 수 있는 작동원리를 살펴보면, 상기 유량제어밸브(2243')를 B-C방향으로 열리도록 제어하여 더 이상 환원제가 환원제이동로(2244')에 공급되지 않도록 하고, 물이 환원제이동로(2244')에 유입되게 하여 상기 환원제이동로(2244')와 분사부(225)를 잔류하는 환원제를 반응챔버로 배출한다. 그 후 유량제어펌프(2245')의 작동을 중단시켜 물의 공급을 중단하고, 상기 공기제어밸브(2247')와 역류방지밸브(2248')을 각각 D-E방향, H-I방향으로 열어 공기를 상기 유량제어펌프(2245') 출력단 이후의 상기 환원제이동로(2244')에 공급한다. 상기 유량제어펌프(2245') 출력단 이후의 상기 환원제이동로(2244')에 들어간 공기는 유량제어펌프(2245') 출력단 이후의 상기 환원제이동로(2244')에 잔류하는 물을 분사부(225)로 밀어내 환원제이동로(2244')에 물이 존재하는 것을 막아, 다시 환원제를 공급할 시에 환원제의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있고, 환원제이동로(2244')가 물에 의해 부식되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제 공급장치(22)를 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 환원제 공급장치(22)는 제1실시예와 마찬가지로 공기공급부(221), 환원제공급부(222), 물공급부(223), 선택공급부(224"), 분사부(225) 등을 포함하며, 각 구성요소는 제1실시예의 동일명칭의 구성요소와 동일한 역할을 수행하므로, 이하에서는 제1실시예와 세부구성에 있어 차이가 있는 환원제공급부(222), 물공급부(223), 선택공급부(224")에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 환원제공급부(222)는 환원제를 저장하는 환원제저장탱크(2221)와, 일단이 상기 환원제저장탱크(2221)의 출력단에 연결되어 환원제를 상기 선택공급부(224")에 공급하는 환원제공급펌프(2222) 등을 포함한다.

상기 물공급부(223)는 물을 저장하는 물저장탱크(2231)와, 일단이 상기 물저장탱크(2231)의 출력단에 연결되어 물을 상기 선택공급부(224")에 공급하는 물공급펌프(2232) 등을 포함한다.

상기 선택공급부(224")는 입력단(J)이 상기 공기가압부(2211)의 출력단에 연결되어 공기가 공기이동로(2242")나 공기우회관로(2243")에 공급되도록 제어하는 공기조절밸브(2241")와, 일단이 상기 공기조절밸브(2241")의 일 출력단(K)에 연결되어 상기 분사부(225)에 공기를 제공하는 공기이동로(2242")와, 일단은 상기 공기조절밸브(2241")의 타 출력단(L)에 연결되고 타단은 후술할 물조절밸브(2244")의 일 입력단(N)에 연결되는 공기우회관로(2243")와, 양 입력단(M, N)의 각각은 물공급펌프(2232)의 출력단과 공기우회관로(2243")의 타단에 연결되어 물이동로(2245")에 공기 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 제어하는 물조절밸브(2244")와, 일단이 물조절밸브(2244")의 출력단(O)에 연결되고 타단이 환원제조절밸브(2246")의 일 입력단(Q)에 연결되는 물이동로(2245")와, 양 입력단(P, Q)의 각각은 환원제공급펌프(2222)의 출력단과 물이동로(2245")의 타단에 연결되어 상기 환원제이동로(2247")에 공기, 물 및 환원제의 공급을 제어하는 환원제조절밸브(2246")와, 일단이 상기 환원제조절밸브(2246")의 출력단(R)에 연결되어 상기 분사부(225)에 공기, 물 및 환원제 중 어느 하나를 공급하는 환원제이동로(2247")를 포함한다. 상기 선택공급부(224")는 바람직하게는 소형 판넬화하여 상기 선택공급부(224")가 차지하는 부피를 최소화하고, 환원제이동로(2247")의 길이(h)가 2m이내가 되도록 하여, 상기 환원제 공급장치(22)의 계속적인 사용에 의해서나 일시적인 고장에 의해서 상기 환원제이동로에 잔존하여 고형화된 환원제를 최소화할 수 있도록 한다.

이하에서는 상기와 같은 구성들을 포함하는 상기 환원제 공급장치(22)에 의해 환원제를 상기 반응챔버(23)에 공급하고, 상기 환원제이동로(2247")와 분사부(225)의 막힘을 방지할 수 있는 작동원리를 도 2 및 5를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 환원제가 상기 반응챔버(23)에 공급되는 작동원리를 살펴보면, 상기 출력센서(211)가 상기 제어부(25)에 질소산화물량에 대한 정보를 송신하면, 상기 제어부(25)는 환원제조절밸브(2246")를 P-R방향으로 열고 환원제공급펌프(2222)를 작동시킨다. 상기 환원제공급펌프(2222)가 작동함에 따라 환원제저장탱크(2221)에 저장된 환원제는 환원제공급펌프(2222), 환원제조절밸브(2246"), 환원제이동로(2247")를 차례로 거쳐 분사부(225)에 유입된다. 또한 상기 제어부(25)는 상기 환원제 공급과 동시에 상기 공기조절밸브(2241")를 J-K방향으로 열고 공기가압기(2211)를 작동시켜 공기가 공기이동로(2242")를 통해 분사부(225)에 유입되도록 한다.

상기 환원제 공급장치(22)의 계속적 사용 또는 고장발생시에 발생할 수 있는 환원제이동로(2247")와 분사부(225)이 막힘을 방지할 수 있는 작동원리를 살펴보면, 상기 분사부(225)가 더 이상 환원제를 상기 반응챔버(23)에 공급하지 못하는 경우, 환원제공급펌프(2222)의 가동을 중단하고 환원제조절밸브(2246")와 물조절밸브(2244")를 각각 Q-R방향, M-O방향으로 연 상태에서 물 공급펌프(2232)를 작동시키면, 상기 물저장탱크(2231)에 저장된 물은 물공급펌프(2232), 물조절밸브(2244"), 물이동로(2245"), 환원제조절밸브(2246")를 차례로 통과하게 된다. 상기 환원제조절밸브(2246")의 출력단으로 배출된 물은 환원제이동로(2247")와 분사부(225)를 통과하면서 고형화된 환원제를 녹여 반응챔버(23)로 배출한다. 상기 환원제이동로(2247")와 분사부(225)의 막힘현상을 해결한 후에는 물공급펌프(2232)의 가동을 중단시키고, 상기 공기조절밸브(2241")와 상기 물조절밸브(2244")를 각각 J-L방향, N-O방향으로 열어 공기가 공기우회관로(2243"), 물이동로(2245"), 환원제이동로(2247")를 차례로 통과하도록 하여, 상기 물이동로(2245")와 상기 환원제이동로(2247")를 잔류하는 물을 분사부(225)로 밀어내 반응챔버(23)에 배출되게 한다. 상기 물이동로(2245")와 환원제이동로(2247")에는 더 이상 물이 잔류하지 않아 물에 의해 상기 물이동로(2245")와 환원제이동로(2247")가 부식되는 것을 막을 수 있고, 다시 환원제를 공급할 시에 환원제의 농도가 낮아지는 것을 막을 수 있다.

상기 반응챔버(23)는 상기 유입부(21)를 통해 유입된 배기가스와 상기 분사부(225)를 통해 분사된 액상의 환원제가 혼합되어 액상의 환원제가 기상의 암모니아로 변환되어 기상의 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 생성되는 구성이다. 예컨대, 환원제로 요소수를 사용한 경우, 상기 분사부(225)를 통해 분사된 요소수가 고온의 배기가스와 혼합되어 배기가스를 통해 열을 공급받아 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 기상의 암모니아로 변환되게 되고, 암모니아와 배기가스가 혼합된 혼합기체가 상기 반응기(24)에 공급되게 된다.

xH₂O + CO(NH₂)₂ → 2NH₃ + CO₂ + (x-1)H₂O

상기 반응기(24)는 내부에 촉매를 포함하고 있어 암모니아와 배기가스의 혼합기체에서 질소산화물(NOx)을 무해한 성분으로 탈질시키는 것으로 (주)SK의 SCR제품 등이 사용될 수 있다. 즉, 유입되는 암모니아와 배기가스의 혼합기체 중 질소산화물(NOx)은 촉매의 작용에 의해 아래의 화학반응식과 같은 반응을 통해 무해한 성분으로 변환되게 되고, 배출부(26)를 통해 외부로 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 제어부(25)는 본 발명에 따른 배기가스 탈질시스템 전체를 제어하기 위한 구성으로, 앞서 설명한 바와 같이 상기 출력센서(211)에서 측정된 질소산화물에 따라 적정한 양의 환원제량을 판단하여 상기 반응챔버(23)에 공급되는 환원제의 양을 조절하고, 상기 환원제이동로나 분사부가 잔류하는 환원제를 제거할 수 있도록 상기 환원제 공급장치(22)를 제어하여 상기 환원제이동와 분사부를 막힘을 방지하는 등 시스템 전반을 제어/조절하는 기능을 수행한다.

상기 배출부(26)는 탈질처리된 배기가스가 배출되는 구성으로, 분석기(261) 등을 포함한다.

상기 분석기(261)는 상기 배출부(26)를 통해 배출되는 탈질처리된 배기가스에 존재하는 질소산화물을 센싱하여 제어부(25)에 전송한다. 상기 제어부(25)는 분석기(261)가 전송한 정보를 분석하여 상기 배기가스 탈질시스템이 정해진 기준에서 배기가스가 탈질되고 있는지를 판단한다. 상기 분석기(261)와 상기 배출부(26)의 사이에는 분석기용 흡입펌프(미도시)가 설치되어 상기 배출부(26)에서 배출되는 배기가스를 상기 분석기(261)에 공급한다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 속하는 것으로 해석되어야 한다.

21: 유입부 22: 환원제 공급장치 23: 반응챔버
24: 반응기 25: 제어부 26: 배출부
211: 출력센서 221: 공기공급부 222: 환원제공급부
223: 물공급부 224, 224', 224":선택공급부 225: 분사부
261: 분석기 2211: 공기가압부 2221: 환원제저장탱크
2222: 환원제공급펌프 2231: 물저장탱크 2232: 물공급펌프
2241: 공기량제어밸브 2242, 2242': 공기이동로
2243,2243': 유량제어밸브 2244,2244': 환원제이동로
2245, 2245': 유량제어펌프 2246': 공기우회로 2247': 공기제어밸브
2248': 역류방지밸브 2241": 공기조절밸브 2242": 공기이동로
2243": 공기우회관로 2244": 물조절밸브 2245": 물이동로
2246": 환원제조절밸브 2247": 환원제이동로

Claims

환원제를 선택공급부에 공급하는 환원제공급부와, 물을 선택공급부에 공급하는 물공급부와, 상기 환원제공급부와 물공급부로부터 공급받은 환원제와 물 중 어느 하나를 선택적으로 분사부에 공급하는 선택공급부와, 상기 선택공급부로부터 공급받은 환원제 또는 물을 분사하는 분사부를 포함하며,
상기 선택공급부는 상기 분사부가 환원제를 계속적으로 분사하는 과정이나 장치의 일시적인 고장에 의해 잔류하는 환원제의 고형화로 인해 막히게 되는 상기 분사부에 물을 공급하여 상기 분사부 막힘을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 1 항에 있어서, 상기 환원제 공급장치는
공기를 상기 선택공급부에 공급하는 공기공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 2 항에 있어서, 상기 선택공급부는
양 입력단이 각각 환원제공급부와 물공급부에 연결되어 환원제 또는 물이 환원제이동로에 유입될 수 있도록 제어하는 유량제어밸브와, 일단이 상기 유량제밸브의 출력단에 연결되고 타단이 분사부에 연결되는 환원제이동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 3 항에 있어서, 상기 선택공급부는
상기 환원제이동로 일측에 연결되어, 상기 유량제어밸브의 개폐상태에 따라 환원제 또는 물을 흡입하는 유량제어펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 3 항에 있어서, 상기 선택공급부는
일단이 상기 공기공급부에 연결되고 타단이 상기 분사부에 연결되는 공기이동로와, 일단이 상기 공기이동로에 연결되고 타단이 상기 환원제이동로에 연결되는 공기우회로와, 상기 공기이동로와 공기우회로가 연결되는 부분에 위치하여 공기가 공기이동로 또는 공기우회로에 공급되도록 제어하는 공기제어밸브와, 상기 공기우회로와 환원제이동로가 연결되는 부분에 위치하여 상기 환원제이동로로 유입되는 환원제 또는 물이 상기 공기우회로로 유입되는 것을 막는 역류방지밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 2 항에 있어서, 상기 선택공급부는
입력단이 상기 공기공급부에 연결되어, 공기가 공기이동로 또는 공기우회관로에 공급되도록 제어하는 공기조절밸브와;
일단이 상기 공기조절밸브의 일 출력단에 연결되고, 타단이 상기 분사부에 연결되는 공기이동로와;
일단은 상기 공기조절밸브의 타 출력단에 연결되고, 타단은 물조절밸브의 일 입력단에 연결되는 공기우회관로와;
양 입력단의 각각은 물공급부와 공기우회관로의 타단에 연결되어, 물이동로에 공기 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 제어하는 물조절밸브와;
일단이 물조절밸브의 출력단에 연결되고, 타단이 환원제조절밸브의 일 입력단에 연결되는 물이동로와;
양 입력단의 각각은 환원제공급부와 물이동로의 타단에 연결되어 환원제이동로에 공기, 물 및 환원제의 공급을 제어하는 환원제조절밸브와;
일단이 상기 환원제조절밸브의 출력단에 연결되고, 타단이 상기 분사부에 연결되는 환원제이동로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제이동로는
2m이내의 길이를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
반응챔버 내에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치와, 유입된 배기가스와 상기 환원제 공급장치로부터 공급된 환원제를 혼합하여 혼합기체를 형성하여 반응기에 공급하는 반응챔버와, 상기 반응챔버로부터 공급된 혼합기체를 탈질시키는 반응기를 포함하며,
상기 환원제 공급장치는 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서의 환원제 공급장치인 것을 특징으로 하는 배기가스 탈질시스템.