KR20120026755A - 그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 유입로 상에 그리드 유닛을 형성한 배연탈질 장치 및 방법으로서, 질소 산화물의 제거효율을 향상시키고 동시에 촉매의 수명을 개선할 수 있다.

Description

그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치 및 방법{Device and Method comprising Grid Units for Flue Gas Denitrogenization}
본 발명은 발전소 등에서 다양하게 활용 가능한 배연탈질 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전소에 설치된 배연탈질 공정의 운영방법은 촉매 수명이 다하면 촉매를 교체하거나 재생하여 사용한다. 그러나, 대부분 화력발전소에 설치된 배연탈질 촉매는 배기가스에 포함되어 있는 엄청난 양의 먼지 또는 석탄회 등에 의하여 심각한 마모가 발생된다. 또한, 석탄회에 들어 있는 알카리 금속 및 알카리 토금속이 촉매활성 사이트를 피독함으로써 질소 산화물 제거율을 크게 감소시킬 뿐 아니라 석탄회가 질소 산화물 환원제로 사용하고 있는 암모니아를 흡착함으로써 환원제 화학양론비(S.R)를 크게 증가시키고 있는 실정이다.
이로 인해, 촉매 교체 및 재생에 따른 비용이 수반되고, 환원제로 사용되고 있는 암모니아 소모량이 상승하는 등 SCR(Selective Catalytic Reduction) 탈질 설비를 운영하는 경상운영비가 지속적으로 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 배기가스 유입로 상에 그리드 유닛을 형성함으로써, 질소 산화물의 제거효율을 향상시키고 동시에 촉매의 수명을 개선할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치 및 배연탈질 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 배기가스 유입로 상에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치에 관한 것이다.
일실시예에서, 상기 배연탈질 장치는,
보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로; 및
상기 배기가스 유입로 상에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 그리드 유닛을 포함한다.
화력발전소 등에서 사용되는 보일러부터 배출되는 배기가스에는 입자상 성분과 가스상 성분이 혼합되어 있다. 본 발명에 따른 배연탈질 장치는, 그리드 유닛을 이용하여 입자상 성분을 제거한 후, 촉매 환원 반응을 통해 가스상 성분에 함유된 질소 산화물을 제거한다. 보다 구체적으로는, 입자상 성분과 가스상 성분이 혼합된 배기가스를 석탄회 분리형 그리드를 이용하여 가스상 성분만 배연탈질 촉매층을 통과시킨다. 석탄회와 같은 입자상 성분은 그리드 유닛에 축적되며, 이는 송풍기를 통하여 배연탈질 촉매 후단으로 보내게 된다. 이를 통해, 배연탈질 촉매 부위의 피독을 유발하는 알카리 및 알카리 토금속 성분을 근원적으로 차단함으로써 촉매 피독율이 크게 낮아지고, 석탄회와 같은 입자상 물질에 의한 촉매 활성금속 표면의 마모가 유발되지 않기 때문에 배연탈질 촉매 잔존 수명이 크게 연장될 뿐 아니라 질소 산화물 제거율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배연탈질 장치는, 그리드 유닛을 통해 석탄회와 같은 고형물을 포집함으로써, 환원제와 석탄회가 섞이지 않기 때문에 암모니아 슬립(ammonia slip)과 같은 현상을 근원적으로 줄일 수 있다.
배연탈질 장치에서 사용되는 촉매는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 산화 바나듐, 산화철, 산화구리, 산화망간, 산화니켈, 산화몰리브텐 및 산화텅스텐으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 촉매는 질소 산화물의 환원반응을 촉진하는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 배연탈질 장치는 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 별도의 환원제 주입장치를 포함할 수 있다. 상기 환원제 주입장치는, 예를 들어, 배기가스 유입로 상에 형성될 수 있다. 상기 환원제는 질소화합물을 환원시키는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 암모니아, 일산화탄소 및 탄화수소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
그리드 유닛은 배기가스 중의 입자상 성분을 걸러주기 위한 것이다. 예를 들어, 그리드 유닛은 환원제 주입장치 전단에 형성될 수 있다. 환원제 주입장치 전단에 그리드 유닛을 형성함으로써, 석탄회와 같은 입자상 성분이 환원제에 흡착되어 반응효율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
그리드 유닛은 내식성을 보강한 재질이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 스테인리스 스틸 재질일 수 있다. 상기 내식용 강은 철-크로뮴계의 페라이트 스테인리스 스틸 또는 철-니켈-크롬계의 오스테나이트 스테인리스 스틸일 수 있다.
또한, 그리드 유닛은 100 내지 400 메쉬의 통공을 가지는 구조일 수 있다. 상기 범위는 보일러에서 배출되는 배기가스 중의 입자상 성분을 효과적으로 필터링하기 위한 것으로, 100 미만인 경우에는 충분한 필터링이 이루어지지 못하고, 400 메쉬를 초과하는 경우에는 배기가스 유입로의 압력을 증가시켜 원활한 흐름을 방해하게 된다. 예를 들어, 석탄회의 입자 크기는 20 ~ 50 ㎛이며, 석탄회 입자가 300 메쉬의 그리드 유닛을 통과할 경우에는 일부 10 ㎛ 이하의 미세한 먼지와 대부분 가스상 물질만 배연탈질 촉매층으로 유입된다.
일실시예에서, 그리드 유닛은 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 100~250 메쉬, 250~280 메쉬 및 280~400 메쉬 범위의 각각의 그리드들을 통공의 크기에 따라 둘 또는 그 이상을 순차적으로 배치할 수 있다. 보다 구체적으로는, 200 메쉬, 275 메쉬 및 300 메쉬의 통공 크기로 제작된 3중의 그리드 유닛을 보일러 후단 및 촉매 전단의 위치하도록 설치할 수 있다. 일반적으로 화력발전소 보일러부터 연소된 배기가스에는 평균적으로 시간당, 1 ㎥당 8,000에서 10,000 mg의 석탄회가 존재하며, 석탄회의 평균입경은 20~40 ㎛ 범위에서 분포되어 있다. 따라서, 1 단의 200 메쉬 그리드 유닛에서는 100 ㎛ 이상의 아주 큰 석탄회 입자들이 걸리지고, 20 ㎛이하의 석탄회 입자만이 2 단의 275 메쉬 그리드 유닛을 통과하게 된다. 3 단의 325 메쉬 그리드 유닛에서는 10 ㎛ 미만의 입자상 성분 및 가스상 성분만이 통과된다.
본 발명은 또한, 그리드 유닛 전단과 선택적 촉매 환원 반응기 전단을 유체 연결하여 그리드 유닛을 바이-패스하는 배기가스 바이-패스 유로를 포함하는 배연탈질 장치를 제공한다.
일실시예에서, 상기 배연탈질 장치는, 보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
상기 배기가스 유입로 상에 형성되고, 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 주입장치;
상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로;
상기 배기가스 유입로 상의 환원제 주입 장치 전단에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 그리드 유닛;
상기 그리드 유닛 전단과 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전단을 유체 연결하여 그리드 유닛을 바이-패스하는 배기가스 바이-패스 유로를 포함한다.
상기 배기가스 바이-패스 유로는 그리드 유닛 전단; 및 환원제 주입 장치와 선택적 촉매 환원 반응기 사이를 유체 연결하게 된다. 예를 들어, 그리드 유닛 등에 입자상 성분들이 쌓이게 되면서, 유입로의 압력이 증가될 수 있다. 유입로의 압력 증가로 인해 배기가스의 흐름이 원활하지 못한 경우에는 바이-패스 유로를 통해 배기가스를 유동시켜 원활한 배기가스의 흐름을 유지할 수 있다. 또한, 그리드 유닛에 쌓인 석탄회 입자들을 제거하는 동안, 배기가스를 바이-패스 유로를 이용하여 배기가스를 배연탈질 촉매 전단부위로 보내게 된다.
또한, 그리드 유닛 전단과 탈질가스 배출로를 유체 연결하여 그리드 유닛 전단에 포집된 고형물을 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 고형물 이송라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고형물 이송 라인은 상기 포집된 고형물을 이송하기 위한 송풍기와 유체 연결되는 구조일 수 있다.
상기 배연탈질 장치의 그리드 유닛은 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그리드 유닛은 100~250 메쉬, 250~280 메쉬 및 280~400 메쉬 범위의 그리드들이 통공의 크기에 따라 둘 또는 그 이상이 순차적으로 배치된 구조일 수 있다. 보다 구체적으로는, 200 메쉬, 275 메쉬 및 300 메쉬의 통공 크기로 제작된 3 중 구조의 그리드 유닛이 보일러 후단과 촉매 전단 사이에 위치하는 구조일 수 있다. 화력발전소 보일러부터 연소된 배기가스에는 평균적으로 시간당, 1 ㎥당 8,000에서 10,000 mg의 석탄회가 존재하며, 석탄회의 평균입경은 20~40 ㎛ 범위에서 분포되어 있다. 따라서, 1 단의 200 메쉬 그리드에서는 100 ㎛ 이상의 아주 큰 석탄회 입자들이 걸리지고, 20 ㎛이하의 석탄회 입자만이 2 단의 275 메쉬 그리드을 통과하게 된다. 3 단의 325 메쉬 그리드에서는 10 ㎛ 미만의 입자상 성분 및 가스상 성분만이 통과된다.
또한, 상기 배연탈질 장치는 그리드 유닛의 전단 및 후단의 압력차를 측정할 수 있는 차압계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 차압계를 통해 그리드 유닛에 포집된 입자상 성분들의 양을 간접적으로 모니터링할 수 있으며, 예를 들어, 차압의 30 mmHg 이상인 경우에는 송풍기를 통해 석탄화를 포함하는 입자상 성분들을 배연탈질 촉매의 후단부로 보낼 수 있다.
본 발명은 또한, 배기가스 유입로 상에 둘 이상의 그리드 유닛들이 병렬적으로 형성된 배연탈질 장치를 제공한다. 일실시예에서, 상기 배연탈질 장치는,
보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
상기 배기가스 유입로 상에 형성되고, 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 주입장치;
상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로; 및
상기 배기가스 유입로 상의 환원제 주입 장치 전단에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 제 1 그리드 유닛; 및
상기 제 1 그리드 유닛과 병렬적으로 연결되는 하나 이상의 제 2 그리드 유닛을 포함한다.
배기가스 유입로 상에 그리드 유닛을 병렬 배치함으로써, 석탄회와 같은 입자상 성분의 혼입으로 인한 압력 저하를 줄일 수 있으며, 어느 한 쪽의 그리드 유닛에 포집된 입자상 성분들을 제거하는 동안에도 나머지 한쪽의 그리드 유닛을 통해 연속적인 배기가스 처리가 가능하다.
상기 제 1 그리드 유닛 및 제 2 그리드 유닛 중 어느 하나 이상은 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 그리드 유닛들은 100~250 메쉬, 250~280 메쉬 및 280~400 메쉬 범위의 그리드들이 통공의 크기에 따라 둘 또는 그 이상을 순차적으로 배치된 구조일 수 있다. 보다 구체적으로는, 200 메쉬, 275 메쉬 및 300 메쉬의 통공 크기로 제작된 3중의 그리드들이 순차적으로 배치된 구조일 수 있다.
일실시예에서, 상기 배연탈질 장치는, 배기가스 유입로 상에 형성되어 배기가스를 선택적으로 제 1 그리드 유닛 및 제 2 그리드 유닛으로 유입시키는 제어밸브를 추가로 포함할 수 있다. 제어밸브를 통해 배기가스를 선택적으로 각 그리드 유닛으로 도입하거나, 각 유닛으로 유입되는 배기가스의 유량을 조절할 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 그리드 유닛의 전단 및 후단의 압력 차를 측정할 수 있는 차압계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 차압계를 통해 각 그리드 유닛의 전후 압력차를 측정함으로써, 개별 그리드 유닛으로의 배기가스의 유입량 내지 유입여부를 결정하게 된다.
더불어, 배연탈질 장치는, 상기 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단과 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전단을 유체 연결하여 제 1 및 제 2 그리드 유닛을 바이-패스하는 배기가스 바이-패스 유로를 포함할 수 있다. 개별 그리드 유닛에서의 압력이 증가되면, 배기가스 바이-패스 유로를 통해 배기가스의 흐름을 우회시킬 수 있다. 상기 배기가스 바이-패스 유로는 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단; 및 환원제 주입 장치와 선택적 촉매 환원 반응기 사이를 유체 연결하는 구조일 수 있다.
상기 배연탈질 장치는, 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단과 탈질가스 배출로를 유체 연결하여 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단에 포집된 고형물을 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 고형물 이송라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고형물 이송 라인은 상기 포집된 고형물을 이송하기 위한 송풍기와 유체 연결되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스의 탈질 방법을 제공한다. 일실시예에서, 상기 배기가스의 탈질 방법은,
보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스 중에서 고체상의 입자를 가스상으로부터 분리하는 단계;
상기 고체상의 입자가 분리된 배기가스에 환원제를 주입하는 단계; 및
환원제가 혼합된 상기 배기가스를 선택적 환원 촉매 반응기에서 질소 산화물을 제거하는 촉매와 접촉시켜 질소 산화물을 환원시키는 단계를 포함한다.
상기 고체상의 입자를 가스상으로부터 분리하는 단계는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 고체상의 입자를 포집하는 그리드를 사용할 수 있다. 그리드를 통해 고체상의 입자를 포집하고, 가스상 성분만을 다음 단계의 반응을 거치도록 한다. 이를 통해, 배연탈질 촉매의 수명을 향상시키고, 피독물질을 근원적으로 제거할 수 있다. 또한, 그리드 유닛과 촉매 사이의 배기가스 유로가 석탄회를 포함하는 고체상 입자들로 인해 막히게 되는 현상을 제거할 수 있다.
일실시예에서, 상기 배기가스의 탈질방법은, 그리드 전단 및 후단의 압력 차가 설정값 이상인 경우에는, 배기가스가 그리드를 통과하지 않고 직접 선택적 환원 반응기로 바이-패스시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 바이-패스시키는 단계 중에 그리드 전단에 포집된 고체상의 입자를 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배연탈질 장치 및 방법은, 배연탈질 촉매의 피독을 유발하는 알카리 및 알카리 토금속 성분을 근원적으로 차단하여 촉매 피독율을 크게 낮추고 석탄회와 같은 입자상 물질로 인해 촉매의 마모를 방지하여 촉매의 수명을 연장시키며, 질소 산화물 제거율율 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 배연탈질 장치를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 보일러(1)로부터 배출되는 고온의 배기가스는 배기가스 유입로(2)를 통해 촉매 환원 반응기(3)에 도달된다. 반응기(3)에서 배기가스에 포함된 질소 산화물은 환원반응을 거친 후, 배출로(4)를 통해 저장조(5)에서 저장되거나 스택(6)을 통해 배출되는 구조이다.
이에 대해, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배연탈질 장치(100)를 나타낸 모식도이다. 보일러(10)로부터 배출되는 고온의 배기가스는 배기가스 유입로(30)를 통해 촉매환원 반응기(60)로 유입된다. 유입된 배기가스는 배기가스 유입로(30) 상에 형성되어 있는 그리드 유닛(20)를 거치면서 고형물(21)이 포집된다. 그리드 유닛(20)은 내식성 강으로 이루어지며, 예를 들어 스테인리스 재질로 이루어질 수 있다. 그리드 유닛(20)은 100 내지 400 메쉬의 통공을 가지는 격자구조일 수 있으며, 통공의 크기에 따라 포집할 수 있는 고형물(21)의 직경이 달라질 수 있다.
그리드 유닛(20)의 전단 및 후단에는 차압계(41)를 설치하여 그리드 유닛(20) 전후의 압력차를 산출하여 배기가스의 흐름을 제어하게 된다. 예를 들어, 차압계(41)에 의해 측정된 압력차가 30 mmHg를 넘게 되면, 그리드 유닛(20)으로 유입되는 배기가스를 차단의 흐름을 차단하게 된다. 그리드 유닛(20)으로 유입되는 배기가스를 차단하는 경우에는, 배기가스의 흐름을 바이패스 유로(50) 쪽으로 유도하게 된다. 이 때에는 그리드 유닛(20) 전단의 제어밸브(81)를 차단하고, 바이패스 유로(50) 상의 제어밸브(83)를 열어서 배기가스의 흐름을 변경하게 된다.
그리드 유닛(20)에 의해 포집된 고형물(21)은 고형물 이송라인(40)을 통해 고형물 저장조(42)로 모이거나, 고형물(21)은 고형물 이송라인(40)을 통해 촉매환원 반응기(60) 후단의 탈질가스 배출로(71)로 이송시킬 수도 있다. 고형물 이송라인(40) 상에는 고형물(21)의 이송을 제어하는 제어밸브(82)가 형성되어 있으며, 고형물(21)의 이송을 촉진하기 위해 별도의 송풍기(도시하지 않음)를 설치할 수 있다.
그리드 유닛(20)을 경유한 배기가스는 촉매환원 반응기(60)에서 질소 산화물의 환원반응을 거치게 된다. 촉매환원 반응기(60)에는 산화바나듐, 산화철, 산화구리, 산화망간, 산화니켈, 산화몰리브덴 또는 산화텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 촉매가 충진되어 있는 구조이다. 또한, 촉매환원 반응기(60)의 전단에 형성되어 있는 환원제 주입장치(61)를 통해 환원제를 공급할 수 있다. 상기 환원제 주입장치(61)는 암모니아, 일산화탄소 및 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 환원제를 공급하게 된다.
촉매환원 반응기(60)에서 질소 산화물에 대한 환원반응이 완료되면 배출로(71)를 통해 탈질가스를 배출한다. 배출된 탈질가스는 별도의 저장조(70)에 저장되거나, 스택(80)을 통하여 배출된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배연탈질 장치(200)를 나타낸 모식도이다.
도 3에 도시된 배연탈질 장치(200)는 도 2의 배연탈질 장치(100)와 비교하여 그리드 유닛(20)이 3중 구조로 이루어져 있다는 차이가 있다. 도 3에 도시된 그리드 유닛(20)은 각각 100~200 메쉬, 250~280 메쉬 및 280~400 메쉬의 통공구조를 갖는 그리드가 순차적으로 배치된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 그리드 유닛(20)은 200 메쉬, 275 메쉬 및 300 메쉬의 통공구조를 갖는 그리드가 순차적으로 배치된 구조이다. 각각의 그리드 전단에는 포집된 고형물을 이송하는 고형물 이송라인(40)이 형성되어 있으며, 이송라인(40) 상에는 흐름을 제어하는 제어밸브(82)가 각각 위치하는 구조일 수 있다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배연탈질 장치(300)를 나타낸 모식도이다. 도 4에 도시된 배연탈질 장치(300)는 도 2의 배연탈질 장치(100)와 비교하여 그리드 유닛(20)이 병렬 구조로 이루어져 있다는 차이가 있다. 도 4를 참조하면, 배연탈질 장치(300)는 배기가스 유입로(30) 상에 형성된 제 1 그리드 유닛과 제 2 그리드 유닛을 포함하는 병렬 구조의 그리드 유닛(20)을 포함한다. 상기 제 1 그리드 유닛과 제 2 그리드 유닛의 통공 크기는 각각 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 병렬 구조의 그리드 유닛(20) 전단과 후단에 각각 형성된 제어밸브(84, 85)를 통해서, 배기가스가 선택적으로 유입되도록 하거나 각 경로로 유입되는 유량을 제어할 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배연탈질 장치(400)를 나타낸 모식도이다. 도 5에 도시된 배연탈질 장치(400)는 도 4의 배연탈질 장치(300)와 비교하여, 병렬 구조의 그리드 유닛(20) 각각이 다층 구조로 이루어져 있다는 차이가 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
탈질율 실험은 표 1에서와 같이 석탄화력발전소 성능평가 기준 및 조건에 의거, 수행하였다. 촉매 탈질율 시험은, 마이크로리액터 내에서 표 1와 같이 반응온도 300℃, 350℃ 및 400℃에서 수행하였으며, 배기가스의 화학 조성은 동일한 상태에서 석탄회로부터 피독된 석탄화력발전소 촉매와 석탄회가 없는 천연가스 발전소 촉매를 동일 운전 상태에서 질소 산화물 제거율을 측정하였다.
파라미터 조건
온도(℃) 300~400
면적속도(m/h) 50
NH3/NOx 몰비 0.8~1.2
촉매의 크기(mm) 20, 100
NO(ppm) 200
NH3 (ppm) 240
SO2(ppm) 500
O2(%) 5
H2O(%) 10
발전소
형태		 채널수 촉매 유형 질소 산화물 저감율 NH3/NOx 몰비 운전시간
(hr)
300℃ 350℃ 400℃
석탄화력
발전소		 9 허니콤
(Honeycomb)		 80 85 82 1.2 28,000
천연가스
발전소		 9 허니콤
(Honeycomb)		 90 93 90 0.8 28,000
표 2는 석탄화력발전소 및 천연가스발전소에서 사용된 동일회사의 배연탈질 설비의 촉매를 분석한 결과이다. 표 2를 참조하면, 천연가스발전소의 배연탈질 촉매의 NH3/Nox 몰비가 30%가 적었음에도 불구하고 오히려 질소 산화물 저감율이 300℃와 400℃사이에서 10% 이상 향상되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는 석탄회에 포함된 알카리 및 알카리 토금속이 탈질 촉매 활성 부위를 피독시켜 킴으로써 생긴 원인으로 기인된다.
10: 보일러 20: 그리드 유닛
22: 석탄회 30: 배기가스 유입로
40: 고형물 이송라인 41: 차압계
42: 고형물 저장조 50: 바이패스 유로
60: 촉매 환원 반응기 61: 환원제 주입장치
70: 저장조 71: 배출로
80: 스택 81, 82, 83, 84, 85: 제어밸브

Claims (26)

  1. 보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
    상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
    상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로; 및
    상기 배기가스 유입로 상에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매는 산화 바나듐, 산화철, 산화구리, 산화망간, 산화니켈, 산화몰리브텐 및 산화텅스텐으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상인 배연탈질 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스 유입로 상에 형성되고, 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 주입장치를 추가로 포함하는 배연탈질 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    환원제는 암모니아, 일산화탄소 및 탄화수소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상인 배연탈질 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    그리드 유닛은 환원제 주입장치 전단에 형성되는 배연탈질 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    그리드 유닛은 100 내지 400 메쉬의 통공을 가지는 배연탈질 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    그리드 유닛의 재질은 스테인레스 스틸인 배연탈질 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    그리드 유닛은 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함하는 배연탈질 장치.
  9. 보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
    상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
    상기 배기가스 유입로 상에 형성되고, 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 주입장치;
    상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로;
    상기 배기가스 유입로 상의 환원제 주입 장치 전단에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 그리드 유닛;
    상기 그리드 유닛 전단과 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전단을 유체 연결하여 그리드 유닛을 바이-패스하는 배기가스 바이-패스 유로를 포함하는 배연탈질 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    배기가스 바이-패스 유로는 그리드 유닛 전단; 및 환원제 주입 장치와 선택적 촉매 환원 반응기 사이를 유체 연결하는 배연탈질 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    그리드 유닛 전단과 탈질가스 배출로를 유체 연결하여 그리드 유닛 전단에 포집된 고형물을 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 고형물 이송라인을 포함하는 배연탈질 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    고형물 이송 라인은 상기 포집된 고형물을 이송하기 위한 송풍기와 유체 연결되어 있는 배연탈질 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    그리드 유닛은 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함하는 배연탈질 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    그리드 유닛의 전단 및 후단의 압력 차를 측정할 수 있는 차압계를 추가로 포함하는 배연탈질 장치.
  15. 보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스 유입로;
    상기 배기가스 유입로로부터 유입된 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 촉매를 포함하는 선택적 촉매 환원 반응기;
    상기 배기가스 유입로 상에 형성되고, 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 주입장치;
    상기 선택적 촉매 환원 반응기로부터 탈질가스를 유출하는 탈질가스 배출로; 및
    상기 배기가스 유입로 상의 환원제 주입 장치 전단에 형성되어 배기가스 중의 고형물을 포집하는 제 1 그리드 유닛; 및
    상기 제 1 그리드 유닛과 병렬적으로 연결되는 하나 이상의 제 2 그리드 유닛을 포함하는 배연탈질 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    배기가스 유입로 상에 형성되어 배기가스를 선택적으로 제 1 그리드 유닛 및 제 2 그리드 유닛으로 유입시키는 제어밸브를 추가로 포함하는 배연탈질 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단과 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전단을 유체 연결하여 제 1 및 제 2 그리드 유닛을 바이-패스하는 배기가스 바이-패스 유로를 포함하는 배연탈질 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제 1 그리드 유닛 및 제 2 그리드 유닛 중 어느 하나 또는 둘 다는 각각 상이한 크기의 통공을 가지는 하나 이상의 그리드를 포함하는 배연탈질 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 배기가스 바이-패스 유로는 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단; 및 환원제 주입 장치와 선택적 촉매 환원 반응기 사이를 유체 연결하는 배연탈질 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단과 탈질가스 배출로를 유체 연결하여 제 1 및 제 2 그리드 유닛 전단에 포집된 고형물을 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 고형물 이송라인을 포함하는 배연탈질 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    고형물 이송 라인은 상기 포집된 고형물을 이송하기 위한 송풍기와 유체 연결되어 있는 배연탈질 장치.
  22. 제 15 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 그리드 유닛의 전단 및 후단의 압력 차를 측정할 수 있는 차압계를 추가로 포함하는 배연탈질 장치.
  23. 보일러로부터 배출되는 고온의 배기가스 중에서 고체상의 입자를 가스 상으로부터 분리하는 단계;
    상기 고체상의 입자가 분리된 배기가스에 환원제를 주입하는 단계; 및
    환원제가 혼합된 상기 배기가스를 선택적 환원 촉매 반응기에서 질소 산화물을 제거하는 촉매와 접촉시켜 질소 산화물을 환원시키는 단계를 포함하는 배기가스의 탈질 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    고체상의 입자를 가스 상으로부터 분리하는 단계는 고체상의 입자를 포집하는 그리드를 사용하는 탈질 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    그리드 전단 및 후단의 압력 차가 설정 값 이상인 경우, 배기가스가 그리드를 통과하지 않고 직접 선택적 환원 반응기로 바이-패스시키는 단계를 포함하는 탈질 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    바이-패스시키는 단계 중에 그리드 전단에 포집된 고체상의 입자를 선택적 촉매 환원 반응기 후단으로 이송하는 단계를 포함하는 탈질 방법.
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