KR20120009342A - The nozzle for chemical injection in SNCR system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A reducing agent spraying nozzle for a selective non-catalytic reduction(SNCR)-based nitrogen oxide treating system is provided to optimize the spraying distance of a reducing agent regardless of the internal space size of a boiler. CONSTITUTION: A reducing agent spraying nozzle for a nitrogen oxide treating system is applied for an SNCR system for treating nitrogen oxides in exhaust gas from a boiler. The droplet size of a reducing agent is arbitrary adjusted by adjusting the supplying pressures of air and the reducing agent. The spraying nozzle includes a mixer, a nozzle tip, and a pressure adjustor. The mixer mixes the air and the reducing agent. The nozzle tip sprays the reducing agent in a droplet form. The pressure adjustor is respectively arranged at the supplying sides of the air and the reducing agent in the mixer.

Description

질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐{The nozzle for chemical injection in SNCR system}Reducing agent spray nozzle in nitrogen oxide treatment system {The nozzle for chemical injection in SNCR system}

본 발명은 보일러에서 발생하는 주요 대기 오염 물질의 하나인 질소 산화물(NOx)을 처리하는 질소산화물 처리 시스템에 적용되는 환원제 분무 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환원제 액적의 크기를 조절 할 수 있도록 구조가 개선된 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐에 관한 것이다.The present invention relates to a reducing agent spray nozzle applied to a nitrogen oxide treatment system for treating nitrogen oxide (NOx), which is one of the main air pollutants generated in a boiler, and more particularly, a structure for controlling the size of a reducing agent droplet. And a reducing agent spray nozzle of an improved nitrogen oxide treatment system.

본 발명의 기술적 사상은 발전소 보일러, 산업용 보일러, 소각장 보일러 등을 포함하여 다양한 보일러에 적용이 가능하다.The technical idea of the present invention is applicable to a variety of boilers, including power plant boilers, industrial boilers, incinerator boilers.

또한, 본 발명의 기술적 사상은 선택적 비촉매 환원법(SNCR : Selective Non-Catalytic Reduction)을 적용하는 시스템에 적용되거나, 또는 선택적 촉매 환원법(SCR : Selective Catalytic Reduction)을 함께 사용하는 하이브리드 시스템에 적용된다.
In addition, the technical idea of the present invention is applied to a system applying Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) or a hybrid system using Selective Catalytic Reduction (SCR) together.

일반적으로 발전소 보일러, 산업용 보일러, 소각장 보일러 등의 보일러에서 발생하는 주요 대기 오염 물질의 하나인 질소 산화물(NOx)을 처리하고자 할 때에는 현장 여건에 따라 선택적 비촉매 환원법(Selective Non-Catalytic Reduction : 이하 SNCR 이라 한다.) 또는 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction : 이하 SCR 이라 한다.)을 적용하거나 SNCR과 SCR을 함께 사용하는 하이브리드 시스템을 적용한다.In general, to treat nitrogen oxides (NOx), which is one of the main air pollutants generated in boilers such as power plant boilers, industrial boilers, and incinerator boilers, depending on the site conditions, Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) Or selective hybrid reduction (hereinafter referred to as SCR), or hybrid systems using both SNCR and SCR.

상기 SNCR은 질소산화물을 처리하는 한 가지 방법으로 촉매를 사용하지 않는 대신 반응 온도가 1,000℃ 정도의 높은 온도 영역에서 질소산화물과 환원제를 반응시키면 무해한 물과 질소가 생성되는 반응이 선택적으로 일어나는 원리를 이용하여 질소산화물을 처리하는 방법을 일컫는다.The SNCR is a method of treating nitrogen oxides. Instead of using a catalyst, when the reaction temperature of nitrogen oxide and a reducing agent is reacted at a high temperature range of about 1,000 ° C., harmless water and nitrogen are selectively generated. It refers to a method of treating nitrogen oxide using.

상기 SNCR은 연소 가스에 직접 암모니아수나 요소수 같은 환원제를 분사하여 질소산화물을 환원시키므로 설비가 간단하고 설치가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 촉매를 사용하지 않으므로 1,000℃ 정도의 높은 반응 온도가 요구되기 때문에 연도의 앞부분에 환원제 분무 노즐을 설치하며 반응 온도, 혼합 상태, 체류 시간에 따라 SNCR의 질소 산화물(NOx) 처리 효율은 영향을 받는데 보통 40% 내지 80% 범위에서 운영된다.The SNCR has the advantage that the equipment is simple and easy to install because it reduces nitrogen oxides by directly injecting a reducing agent such as ammonia water or urea water into the combustion gas. In addition, since a high reaction temperature of about 1,000 ° C is required because no catalyst is used, a reducing agent spray nozzle is installed at the beginning of the year, and the nitrogen oxide (NOx) treatment efficiency of SNCR is affected by the reaction temperature, mixing state, and residence time. It is usually operated in the range of 40% to 80%.

SNCR 시스템 운영에서는 질소산화물과 반응하여 질소산화물을 무해한 질소(N2)와 물(H2O)로 바꾸어주기 위해 요소수, 암모니아수 같은 환원제를 보일러 공간 내의 가스 흐름에 분사시켜 주는 환원제 분무 노즐을 설치한다. 상기 분무 노즐은 분사 위치, 분사 각도, 분사 거리, 분사되는 액적(droplet) 의 크기 등을 면밀히 검토하여 설계하여야 하며 이들 인자가 최적으로 설계될 때 질소산화물의 처리 효율을 극대화할 수 있다. In the SNCR system operation, a reducing agent spray nozzle is installed to inject a reducing agent such as urea water and ammonia water into the gas stream in the boiler space to react with the nitrogen oxides and convert the nitrogen oxides into harmless nitrogen (N 2) and water (H 2 O). The spray nozzle should be designed by carefully examining the spray position, the spray angle, the spray distance, the size of the sprayed droplets, etc., and when these factors are optimally designed, the treatment efficiency of the nitrogen oxide can be maximized.

특히, 발전 시설의 보일러와 같이 300MW 이상 규모의 대형 보일러에서는 환원제의 분사 거리가 질소산화물의 처리 효율에 지대한 영향을 미친다. 환원제의 분사 거리는 액적의 크기에 따라 결정되는데 종래의 분무 노즐은 분무 노즐에서 분무되는 액적의 크기를 임의로 조정하기가 어려워 보일러 내부 공간의 크기에 따라 분사 거리를 최적화하기가 어려웠다.
In particular, in large boilers larger than 300MW, such as boilers in power plants, the injection distance of the reducing agent has a great influence on the treatment efficiency of nitrogen oxides. The spraying distance of the reducing agent is determined according to the size of the droplets. In the conventional spraying nozzles, it is difficult to arbitrarily adjust the size of the droplets sprayed from the spraying nozzle.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 SNCR 시스템에서 공기(기체)와 환원제(액체) 두 흐름의 압력을 조정하여 환원제 액적의 크기를 임의로 조절할 수 있게 설계된 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above disadvantages and problems of the prior art, the purpose of which is to adjust the size of the reducing agent droplets arbitrarily by adjusting the pressure of the air (gas) and reducing agent (liquid) two flows in the SNCR system It is to provide a reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system designed to be able to.

본 발명의 다른 목적은, 보일러 내부 공간의 크기에 구애받지 않고 최적 분사 거리를 제공할 수 있는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system capable of providing an optimum injection distance regardless of the size of a boiler internal space.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 보일러에서 발생되는 연소 가스 중의 질소산화물을 처리하는 선택적 비촉매 환원법(SNCR : Selective Non-Catalytic Reduction) 시스템에 적용되는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐에 있어서,According to a feature of the present invention for achieving the above object, a reducing agent spray of the nitrogen oxide treatment system applied to the selective non-catalytic reduction (SNCR) system for treating nitrogen oxides in the combustion gas generated in the boiler In the nozzle,

분사되는 환원제 액적의 크기를 공기와 환원제의 공급 압력을 조절해줌으로써 환원제 액적의 크기를 임의로 조정할 수 있는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐을 제공한다.Provided is a reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system capable of arbitrarily adjusting the size of reducing agent droplets by controlling the supply pressure of air and reducing agent by controlling the size of sprayed reducing agent droplets.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 환원제 분무 노즐은, 공기와 환원제를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합된 환원제를 액적의 형태로 분사하는 노즐팁(nozzle tip)과, 상기 혼합기의 공기 및 환원제의 공급측에 각각 압력제어기가 구비되어 공기의 공급압력 및 환원제의 공급압력을 조절하도록 구성되는 것이 바람직하다.
At this time, according to an additional feature of the present invention, the reducing agent spray nozzle, a mixer for mixing air and the reducing agent, a nozzle tip for injecting the reducing agent mixed in the mixer in the form of droplets, and the air of the mixer And a pressure controller on the supply side of the reducing agent, respectively, to adjust the supply pressure of the air and the supply pressure of the reducing agent.

본 발명에 의한 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐을 적용하면, 분무 노즐에서 분사되는 환원제 액적의 크기를 임의로 조정할 수 있기 때문에 보일러 내부 공간의 크기에 구애받지 않고 환원제의 분사 거리를 최적화할 수 있게 되는 효과가 있다.When the reducing agent spray nozzle of the nitrogen oxide treatment system according to the present invention is applied, the size of the reducing agent droplets injected from the spray nozzle can be arbitrarily adjusted, so that the spraying distance of the reducing agent can be optimized regardless of the size of the boiler internal space. It works.

또한, 환원제의 분사 거리를 최적화함에 따라서 최고의 질소산화물 처리 효율을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.
In addition, by optimizing the injection distance of the reducing agent has the effect of obtaining the highest nitrogen oxide treatment efficiency.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 하이브리드 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명에 의한 질소산화물 처리 시스템에서 환원제 분무 노즐의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a hybrid system to which the present invention can be applied,
2 is a view for explaining the configuration and operation of the reducing agent spray nozzle in the nitrogen oxide treatment system according to the present invention.

이하, 상기의 목적 달성을 위하여 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to achieve the above object.

그러나, 본 발명의 명세서에서 제시되는 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다.However, the scope of the present invention is not limited by the embodiments presented in the specification of the present invention, and the technical idea of the present invention and claims to be described below by those skilled in the art to which the present invention pertains. It is to be understood that various modifications and variations are possible within the scope of equivalents.

또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Further, in describing the embodiments, descriptions of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly communicate without obscure the subject matter of the present invention by omitting unnecessary description.

첨부도면 도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 하이브리드 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 질소산화물 처리 시스템에서 환원제 분무 노즐의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a hybrid system to which the present invention can be applied, and FIG. 2 is a view for explaining the configuration and operation of a reducing agent spray nozzle in a nitrogen oxide treatment system according to the present invention.

상기 첨부도면 도 1을 참조하여 질소산화물 처리 시스템의 구성을 개략적으로 살펴보면, 참조번호 1은 발전소 보일러, 산업용 보일러, 소각장 보일러 등을 포함하는 보일러를 나타내고, 2는 SNCR을 나타내며, 3은 SCR을 나타낸다.Referring to the configuration of the nitrogen oxide treatment system with reference to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a boiler including a power plant boiler, an industrial boiler, an incinerator boiler, etc., 2 denotes an SNCR, and 3 denotes an SCR. .

또한, 참조번호 4 및 6은 환원제 탱크를 나타내고, 5 및 7은 펌프를 나타내며, 8은 분무 노즐을 나타내고, 9는 자동 밸브를 나타낸다.Further, reference numerals 4 and 6 denote a reducing agent tank, 5 and 7 denote pumps, 8 denote spray nozzles, and 9 denote automatic valves.

상기와 같은 시스템의 동작을 간략히 설명하면, 보일러(1)에 연료의 공급이 이루어지고 버너에 의해 연료의 연소가 진행되는 동안 질소산화물이 발생된다. 이때 발생되는 질소산화물을 처리하기 위해 SNCR(2) 반응 영역으로 환원제를 주입하여야 한다.Briefly describing the operation of the system, nitrogen oxide is generated while fuel is supplied to the boiler 1 and combustion of the fuel is performed by the burner. In order to process the nitrogen oxides generated at this time, a reducing agent must be injected into the SNCR (2) reaction zone.

환원제는 평소 환원제 탱크(4)에 저장되어 있으며 SNCR(2) 시스템을 가동하기 위하여는 환원제 펌프(5)를 가동하여 자동 밸브(9)로 유량을 제어하면서 분무 노즐(8)을 통해 보일러(1) 내부 공간으로 환원제를 분사한다. 이때, 환원제의 분사 거리는 환원제와 연소 가스가 잘 혼합되어 반응이 잘 진행 되도록 보일러(1) 내부 공간의 크기를 고려하여 알맞게 조절되어야 된다. 분사 거리는 분사되는 환원제 액적의 크기에 영향을 받는다. 액적이 크면 분사 거리가 길어지고 액적이 작으면 분사 거리가 짧아진다.The reducing agent is usually stored in the reducing agent tank (4). In order to operate the SNCR (2) system, the reducing agent pump (5) is operated to control the flow rate with the automatic valve (9) while the boiler (1) ) Spray the reducing agent into the inner space. At this time, the injection distance of the reducing agent should be appropriately adjusted in consideration of the size of the internal space of the boiler 1 so that the reaction is well mixed with the reducing agent and the combustion gas. The injection distance is influenced by the size of the reducing agent droplets injected. The larger the droplet, the longer the jetting distance, and the smaller the droplet, the shorter the jetting distance.

첨부도면 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 환원제 분무 노즐의 구성을 설명하면, 공기와 환원제를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합된 환원제를 액적의 형태로 분사하는 노즐팁(nozzle tip)으로 구성된다. 이때, 상기 혼합기에는 공기 및 환원제의 공급측에 각각 압력제어기가 구비되어 공기의 공급압력 및 환원제의 공급압력을 조절하게 된다.Referring to the accompanying drawings, the configuration of the reducing agent spray nozzle according to the present invention will be described, comprising a mixer for mixing air and a reducing agent, and a nozzle tip for injecting the reducing agent mixed in the mixer in the form of droplets do. At this time, the mixer is provided with a pressure controller on the supply side of the air and the reducing agent, respectively, to adjust the supply pressure of the air and the supply pressure of the reducing agent.

본 출원인이 실험해 본 결과, 분무 노즐에서 분사되는 액적의 크기는 공기(기체)와 환원제(액체)의 압력 조절에 따라 달라지는데 공기의 압력이 높을수록 액적의 크기는 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명을 위해 공기와 환원제의 압력 조절이 액적의 크기에 어떻게 영향을 미치는지 실험을 수행하였으며 그 결과를 다음의 표 1로 설명한다.As a result of the applicant's experiment, the size of the droplets sprayed from the spray nozzle depends on the pressure control of the air (gas) and the reducing agent (liquid). As the air pressure increases, the droplet size decreases. For the present invention, the experiment was performed how the pressure control of the air and the reducing agent affects the droplet size, and the results are described in Table 1 below.

공기 압력Air pressure 환원제 압력Reducing agent pressure 액적 크기Droplet size NOx 제거율NOx removal rate 실시예1Example 1 3kg/cm2.G3kg / cm 2 .G 2kg/cm2.G2kg / cm 2 .G 보통 40㎛
최대 100㎛40㎛ usually
Up to 100㎛ 33%33% 실시예2Example 2 1kg/cm2.G1kg / cm 2 .G 2.5kg/cm2.G2.5kg / cm 2 .G 보통 200㎛
최대 300㎛200㎛
Up to 300 μm 38%38%

실시예1은 분무 노즐에 공급되는 공기 압력을 3kg/cm2.G, 환원제 압력을 2kg/cm2.G 로 제어할 때 액적의 크기와 NOx 제거율을 보여주고, 실시예2는 분무 노즐에 공급되는 공기 압력을 1kg/cm2.G, 환원제 압력을 2.5kg/cm2.G 로 제어할 때 액적의 크기와 NOx 제거율을 보여준다. Example 1 shows the droplet size and NOx removal rate when the air pressure supplied to the spray nozzle is controlled to 3 kg / cm2.G and the reducing agent pressure to 2 kg / cm2.G, and Example 2 shows the air supplied to the spray nozzle. When controlling the pressure to 1kg / cm2.G and reducing agent pressure to 2.5kg / cm2.G, the droplet size and NOx removal rate are shown.

결국, 환원제 액적의 크기는 공기 압력과 환원제 압력을 조절함으로써 조절된다. 공기의 압력을 높여 주고 환원제의 압력을 낮추어 주면 액적의 크기는 작아지고 분사 거리는 짧아진다. 이와 반대로 공기의 압력을 낮추어 주고 환원제의 압력을 높여주면 액적의 크기는 커지고 분사 거리는 길어진다.As a result, the size of the reducing agent droplets is controlled by adjusting the air pressure and the reducing agent pressure. Increasing the air pressure and reducing the pressure of the reducing agent results in a smaller droplet size and a shorter injection distance. On the contrary, when the air pressure is lowered and the pressure of the reducing agent is increased, the droplet size becomes larger and the injection distance becomes longer.

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 보일러 규모가 커서 액적의 크기가 큰 실시예2가 실시예1보다 질소산화물(NOx) 제거율이 좋음을 알 수 있다.
As shown in Table 1, it can be seen that Example 2, which has a large boiler size, has a higher NOx removal rate than that of Example 1.

1 : 보일러 2 : SNCR
3 : SCR 4 : 환원제 탱크
5 : 펌프 6 : 환원제 탱크
7 : 펌프 8 : 분무 노즐
9 : 자동 밸브1: boiler 2: SNCR
3: SCR 4: reducing agent tank
5: pump 6: reducing agent tank
7: pump 8: spray nozzle
9: automatic valve

Claims (2)

보일러에서 발생되는 연소 가스 중의 질소산화물을 처리하는 선택적 비촉매 환원법(SNCR : Selective Non-Catalytic Reduction) 시스템에 적용되는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐에 있어서,
분사되는 환원제 액적의 크기를 공기와 환원제의 공급 압력을 조절해줌으로써 환원제 액적의 크기를 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐.
In a reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system applied to a selective non-catalytic reduction (SNCR) system for treating nitrogen oxides in a combustion gas generated in a boiler,
A reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system, characterized in that the size of the reducing agent droplets can be arbitrarily adjusted by controlling the supply pressure of air and reducing agent to be injected.
제 1 항에 있어서,
환원제 분무 노즐은,
공기와 환원제를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합된 환원제를 액적의 형태로 분사하는 노즐팁(nozzle tip)과, 상기 혼합기의 공기 및 환원제의 공급측에 각각 압력제어기가 구비되어 공기의 공급압력 및 환원제의 공급압력을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 질소산화물 처리 시스템의 환원제 분무 노즐.The method of claim 1,
Reducing agent spray nozzle,
A mixer for mixing air and a reducing agent, a nozzle tip for injecting the reducing agent mixed in the mixer in the form of droplets, and a pressure controller at a supply side of the air and the reducing agent of the mixer, respectively, to supply air pressure and Reducing agent spray nozzle of a nitrogen oxide treatment system, characterized in that configured to adjust the supply pressure of the reducing agent.
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