KR20170138517A

KR20170138517A - 연도 가스 혼합 장치

Info

Publication number: KR20170138517A
Application number: KR1020177033328A
Authority: KR
Inventors: 가츠미 야노; 고키 사사키; 마사하루 모리이
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-12-15
Also published as: US20180147529A1; TW201703845A; CN107614091B; ES2653937A1; CN107614091A; KR102017485B1; TWI634940B; WO2016186193A1; ES2653937B2; JP2016215139A; JP6591197B2; US10343116B2

Abstract

(과제) 압력 손실의 증가가 작고, 배기 가스의 혼합을 촉진할 수 있는 연도 가스 혼합 장치를 제공한다.
(해결 수단) 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 연소 배기 가스 (G) 가 도입되는 가스 혼합기 (1) 를 구비한 연도 가스 혼합 장치에 있어서, 가스 혼합기 (1) 는, 직방체 공간 (3) 의 평행한 2 개의 면의 일방을 가스 유입면으로 하고, 타방을 가스 유출면으로 하여 연소 배기 가스 (G) 가 유통되는 가스 유로를 갖고, 가스 유로는, 가스 유입면과 가스 유출면이, 각각 각 면의 중심 (7, 8) 을 지나는 직선 (9a, 10a), (9b, 10b) 에 의해 대칭인 동일 면적의 적어도 4 개의 영역으로 구분되고, 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 를, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분 (L₃) 의 둘레로 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 가스 유출면의 각 영역으로 유도하는 가스 유로 구획판 (6(a ∼ d)) 을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

연도 가스 혼합 장치{EXHAUST GAS MIXING DEVICE}

본 발명은, 연도 가스 혼합 장치에 관한 것으로, 특히, 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 연소 배기 가스가 도입되는 탈질 장치의 탈질 촉매층의 전류 (前流) 측의 배기 가스 덕트의 유로 단면에 형성되는 복수의 가스 혼합기를 구비한 연도 가스 혼합 장치에 관한 것이다.

발전소 등에 있어서, 연소 설비로부터 발생하는 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 처리하기 위해, 일반적으로 탈질 장치가 사용된다. 연소 설비는, 석탄 연소, 가스 연소, 기름 연소 등의 보일러 외, 가스 터빈 등의 연소 설비이다. 탈질 장치는, 상류측에서 배기 가스에 암모니아 및 암모니아 화합물 등의 환원제를 첨가하고, 탈질 장치 내에 형성된 탈질 촉매 상에서 환원제와 배기 가스 중의 질소 산화물을 반응시켜 질소로 환원 처리한다. 환원제는 기본적으로는 가스로 공급하거나, 혹은 용액을 배기 가스 중에 직접 분무한다. 용액 분무의 경우에도 고온 배기 가스에 의해 가열 기화되기 때문에, 결국 가스상으로 첨가되게 된다.

그런데, 탈질 처리 대상의 배기 가스량은, 예를 들어 1000 MW 클래스의 발전 설비의 경우, 300 만 ㎥N/h 에 달한다. 이에 대하여, 환원제는 희석용 공기 등을 포함해도 9000 ㎥N/h 이다. 즉, 배기 가스량은 환원제 가스에 대하여 300 배 정도이므로, 탈질 효율을 높이기 위해서는, 극소량의 환원제 가스를 다량의 배기 가스 중에 균일하게 분산시킬 필요가 있다. 특히, 질소 산화물 (NOx) 의 계외로의 배출 규제가 강화되는 경향이 있어, 예를 들어 탈질률 90 ％ 이상이 요구되고 있다. 한편, 환원제인 미반응의 암모니아가 탈질 장치로부터 유출되는 슬립 암모니아 농도가 수 ppm 이하로 규제되고 있다. 이러한 규제를 만족시키기 위해서는, 탈질 촉매 상류에서 암모니아 (NH₃) 대 질소 산화물 (NOx) 의 몰비가 1 을 초과하지 않도록 제어하는 것이 중요하다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 배기 가스 덕트의 유로 단면을 복수의 영역으로 분할하고, 각각의 영역마다 복수의 암모니아 주입 노즐을 배치하여, 각 영역마다 암모니아 주입량을 독립적으로 제어하는 것이 제안되어 있다. 이것에 의하면, 탈황 촉매 출구의 유로 단면에 있어서의 NOx 농도, 혹은 슬립 암모니아 농도를 실측하고, 영역마다 암모니아 주입량을 피드백 제어하여 미세 조정하는 것이 가능하다.

또, 특허문헌 2 에 나타내는 가스 혼합기를 사용하는 것이 일반적으로 실시되고 있다. 이것은 암모니아 주입 노즐과 탈질 촉매 사이의 배기 가스 덕트에 설치되어, 배기 가스와 암모니아 가스를 혼합하는 효과가 기대된다.

일본 특허 제4069196호 일본 특허 제4539930호 일본 공개실용신안공보 평6-31826호

그러나, 특허문헌 1 의 방법에 의해서도, 배기 가스 덕트의 배치 방향 등의 부설 형상, 가이드 베인의 유무, 배기 가스 덕트 사이즈 등에 따라, 암모니아 주입량의 증감이 반영되는 부위가 변동되므로, 암모니아 주입량의 조정은 용이하지 않다. 또, 배기 가스 덕트 단면의 각 부위에 있어서의 배기 가스 유속 및 NOx 농도에 편차가 발생한다. 또한, 어느 영역 내의 암모니아 주입량을 증감시켜도, 반드시 그 연장상의 부위의 암모니아 농도가 증감하는 것은 아니다. 따라서, 암모니아 노즐수를 극한까지 늘려도 상황은 동일하여, 덕트 단면의 각 부위의 배기 가스 유속 및 NOx 농도의 편차에 대응하여 암모니아 (NH₃) 주입량을 조정하는 것은 곤란한 작업이다.

이러한 점에서, NOx 의 출구 농도를 만족하고, 또한 잉여의 NH₃ 을 배출하지 않기 위해서는, 탈질 촉매의 입구측의 배기 가스 유로 단면의 전체 영역에 있어서, 높은 비율로 NH₃/NOx 의 몰비를 균일하게 해야 한다. 또, 발전 부하가 변하면 가스 유속, NOx 농도도 변동되므로, 각각의 상황을 상정하여 조정 조건을 결정할 필요가 있다. 그러기에는, NH₃/NOx 의 몰비 변동률 (CV = 표준 편차/평균값) 이 7 ％ 이하가 되도록 할 필요가 있었다. 게다가 제한된 짧은 덕트 길이로 달성할 필요가 있었다. 또, 설비의 발전 부하가 변하면 가스 유속, 질소 산화물 농도도 변동되므로, 각각의 상황을 상정하여 조정 조건을 결정할 필요가 있었다.

또, 특허문헌 2 에 나타내는 혼합기는, 일반적으로는 압력 손실을 높임으로써 정류 효과를 높이고, 암모니아 노즐 상류의 배기 가스 유속을 균일화하는 효과에 의해, NH₃/NOx 의 몰비를 균일화하기 쉽게 한다. 게다가, 질소 산화물 농도가 상이한 부위를 서로 뒤섞음으로써 균일화하는 효과가 일어나, 비교적 단거리에서 몰비의 균일화가 도모된다. 그러나, 압력 압손이 높아 팬 동력이 증가하는 문제가 남아 있다.

특허문헌 3 에 기재된 가스 혼합기는, 선회류에 의한 가스의 혼합을 그다지 기대할 수 없다. 그래서, 짧은 덕트 길이로 배기 가스 덕트의 유로 단면에 있어서의 배기 가스 유속을 균등화하는 것, 및 탈질 촉매의 입측에 있어서의 NH₃/NOx 의 몰비 변동률 (CV = 표준 편차/평균값) 을 충분히 낮게 하는 것이 요망된다. 그러나, 그와 같이 하면 압력 손실이 커져, 배기 가스를 유인하는 팬 동력이 증가하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 압력 손실의 증가가 작고, 배기 가스의 혼합을 촉진할 수 있는 컴팩트한 연도 가스 혼합 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 상기 연소 배기 가스가 도입되는 탈질 촉매를 구비한 탈질 장치의 전류측의 배기 가스 덕트의 유로 단면에 형성되는 복수의 가스 혼합기를 구비한 연도 가스 혼합 장치에 있어서, 상기 가스 혼합기는, 직방체 공간의 평행한 2 개의 면의 일방을 가스 유입면으로 하고, 타방을 가스 유출면으로 하여 상기 연소 배기 가스가 유통되는 가스 유로를 갖고, 상기 가스 유로는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면이, 각각 각 면의 중심을 지나는 직선에 의해 대칭인 동일 면적의 적어도 4 개의 영역으로 구분되고, 상기 가스 유입면의 상기 각 영역으로 유입되는 상기 연소 배기 가스를, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분의 둘레로 상기 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 상기 가스 유출면의 상기 각 영역으로 유도하는 가스 유로 구획판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 점에서, 본 발명의 가스 혼합기에 의하면, 배기 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스는, 가스 유로 구획판에 의해, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분의 둘레 (예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 로, 하나의 영역씩 가스 흐름 방향이 편류되어 가스 유출면으로부터 유출된다. 그 결과, 본 발명의 가스 혼합기를 유통하는 연소 배기 가스는, 주류에 대하여 선회력을 받아 가스 유출면으로부터 배출된다. 이 선회류에 의해, 연소 배기 가스와 환원제의 혼합이 촉진되어, 탈질 장치의 상류에서 배기 가스 덕트 (연도) 내로 공급되는 소량의 환원제 등을 짧은 거리에서 균일하게 분산시킬 수 있다. 게다가, 유입되는 연소 배기 가스의 편류각은 아무리 커도 90°이기 때문에, 연소 배기 가스의 선회류에 수반하는 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다. 가스 유입면과 가스 유출면의 구분 영역을 4 개를 초과하게 하면, 선회력은 약해지지만, 압력 손실의 증가를 보다 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 연도 가스 혼합 장치는, 탈질 촉매층이 배기 가스의 흐름 방향으로 복수 형성되는 경우, 탈질 촉매층과 탈질 촉매층 사이에 유로 단면에 형성되는 경우에도 적용 가능하다.

여기서, 상기 가스 유로 구획판은, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분을 공통변으로 하는 적어도 4 개의 구획판 요소로 형성되고, 상기 구획판 요소는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 대칭 위치의 상기 영역 사이의 가스 흐름을 차단하는 곡절판 (曲折板) 에 의해 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.

특히, 상기 가스 유로는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면을, 각 면의 변에 평행하고 또한 각 면의 중심을 지나는 직교 2 직선에 의해 각각 4 개의 영역으로 구분하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 본 발명의 가스 혼합기로 유입되는 연소 배기 가스의 주류에 대하여, 효과적으로 선회류가 형성된다. 또, 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.

이 경우의 상기 가스 유로는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면이, 당해 각 면의 변에 평행하고 또한 당해 각 면의 중심을 지나는 직교 2 직선에 의해 각각 4 개의 사각형 영역으로 구분되고, 상기 가스 유로 구획판은, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분을 공통변으로 하는 4 개의 구획판 요소를, 상기 공통변의 둘레로 90°피치로 회전시켜 배치되어 이루어지고, 상기 구획판 요소는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 대칭 위치의 상기 사각형 영역 사이의 가스 흐름을 차단하는 곡절판에 의해 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 구체적으로는, 상기 구획판 요소는, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 상기 가스 유입면의 상기 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를, 상기 직교 2 직선의 교점으로부터 시계 방향으로 각각 [000], [100], [110], [010] 이라고 하고, 이들 정점의 대칭 위치의 상기 가스 유출면의 상기 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를, 상기 직교 2 직선의 교점으로부터 시계 방향으로 각각 [001], [101], [111], [011] 이라고 했을 때, 다음에 기술하는 4 개의 삼각형판 (A ∼ D) 으로 형성하는 것이 바람직하다.

삼각형판 (A) 은, 상기 정점 [100] 과 상기 정점 [011] 을 잇는 선분 (L₁) 을 바닥변으로 하고, 상기 정점 [110] 과 상기 정점 [111] 을 잇는 선분 (L₂) 상의 점 (P₁) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판으로 한다. 삼각형판 (B) 은, 공통변 (L₃) 을 바닥변으로 하고, 상기 선분 (L₁) 상의 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판으로 한다. 삼각형판 (C) 은, 상기 정점 [000] 과 상기 정점 [100] 을 잇는 선분 (L₄) 을 바닥변으로 하고, 상기 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판으로 한다. 삼각형판 (D) 은, 상기 정점 [011] 과 상기 정점 [001] 을 잇는 선분 (L₅) 을 바닥변으로 하고, 상기 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판으로 한다.

상기 삼각형판 (A ∼ D) 의 구획판 요소로 이루어지는 가스 유로 구획판에 의하면, 유입되는 연소 배기 가스의 흐름에, 시계 방향의 선회력이 부여된다. 그러나, 본 발명은, 시계 방향의 선회력을 부여하는 가스 유로 구획판에 한정되는 것은 아니며, 유입되는 연소 배기 가스의 흐름에, 반시계 방향의 선회력을 부여하도록 해도 된다. 이 경우에는, 도 1(b) 를 참조하여 설명하면, 가스 유입면측의 1/4 의 영역의 좌상의 영역으로 유입된 연소 배기 가스를, 가스 유출면측의 1/4 의 영역의 좌하우상의 영역으로부터 유출시키고, 가스 유입면측의 1/4 의 영역의 좌하의 영역으로 유입된 연소 배기 가스를, 가스 유출면측의 1/4 의 영역의 우하좌상의 영역으로부터 유출시키도록, 순차적으로 이동시켜 4 장의 삼각형판으로 이루어지는 구획판 요소에 의해 가스 유로 구획판을 형성한다.

본 발명에 의하면, 압력 손실의 증가가 작고, 배기 가스의 혼합을 촉진할 수 있는 연도 가스 혼합 장치를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 연도 가스 혼합 장치는, 배기 가스의 진행 방향으로 스페이스를 필요로 하지 않아 콤팩트하므로, 배기 가스 덕트의 좁은 지점에도 추가 설치하는 것이 가능하다.

도 1 은, 본 발명의 가스 혼합기의 실시예 1 의 구조를 설명하는 사시도이다.
도 2 는, 실시예 1 의 가스 혼합기를 배기 가스 덕트의 유로 단면의 전체면에 배치한 연도 가스 혼합 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 가스 혼합기의 실시예 2 의 구조를 설명하는 사시도이다.
도 4 는, 본 발명의 가스 혼합기의 실시예 3 의 구조를 설명하는 사시도이다.
도 5 는, 비교예 3 의 가스 혼합기와, 그 가스 혼합기를 배기 가스 덕트의 유로 단면의 전체면에 배치한 연도 가스 혼합 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다.

실시예 1

도 1(a) 에 본 발명의 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 의 사시 구성도를 나타낸다. 본 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 는, 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 연소 배기 가스가 도입되는 탈질 촉매를 구비한 탈질 장치의 전류측의 배기 가스 덕트의 유로 단면에 형성된다. 일반적으로, 대형 발전 설비에 사용되는 탈질 촉매를 구비한 탈질 장치의 유로 단면은 각형이고, 그 탈질 장치에 배기 가스를 도입하는 배기 가스 덕트의 유로 단면도 사각형인 경우가 많다. 그래서, 본 실시예의 가스 혼합기 (1) 는, 배기 가스 덕트의 유로 단면을 복수의 사각형 영역으로 나누고, 그 사각형 영역에 대응시킨 사이즈의 가스 혼합기를 다단으로 중첩하고, 또한 복수 열 배열하여 구성한 연도 가스 혼합 장치에 적용하는 것으로서 설명한다.

본 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 는, 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 도시한 화살표 2 로 나타내는 방향으로부터 유입되는 연소 배기 가스 (G) 가 유통되는 직방체 공간 (3) 의 가스 유로를 갖고 형성되어 있다. 본 실시예의 가스 유로는, 직방체 공간 (3) 의 가스 유입 방향 (2) 에 평행한 면에 평판 (4(a ∼ d)) 을 배치하여 이루어지는 단면 사각형의 사각형 유로벽 (4) 에 의해 형성되어 있다. 도면에 있어서 단면 사각형의 사각형 유로벽 (4) 의 앞쪽의 개구면이 가스 유입면으로 되고, 안쪽의 개구면이 가스 유출면으로 되어 있다. 단면 사각형의 사각형 유로벽 (4) 의 내부에는, 동일 형상으로 형성된 4 개의 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 로 이루어지는 가스 유로 구획판 (6) 이 배치되어 있다. 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 는, 모두 동일 형상으로 형성되어 있다.

본 실시예 1 의 가스 유로의 가스 유입면과 가스 유출면은, 각각 가스 유입면과 가스 유출면의 변에 평행하고 또한 가스 유입면과 가스 유출면의 중심 (7, 8) 을 지나는 직교 2 직선 (9a, 9b), (10a, 10b) 에 의해 대칭인 동일 면적의 각각 4 개의 사각형 영역으로 구분되어 있다. 가스 유로 구획판 (6) 은, 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 를, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심 (7, 8) 을 잇는 선분 (L₃) 의 둘레로, 본 실시예에서는 시계 방향으로 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 가스 유출면의 각 영역으로 유도하도록 형성되어 있다. 요컨대, 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 를, 선분 (L₃) 을 공통변으로 하고, 공통변의 둘레로 90°피치로, 본 실시예에서는 시계 방향으로 회전시켜 설치되어 있다.

구획판 요소 (6a ∼ 6d) 는, 가스 유입면과 가스 유출면의 대칭 위치의 사각형 영역 사이의 가스 흐름을 차단하는 곡절판에 의해 형성되어 있다. 도 1(b) 를 참조하여, 구획판 요소 (6a) 의 구성을 상세하게 설명한다. 구획판 요소 (6a) 는, 도시한 바와 같이, 4 장의 삼각형판 (A ∼ D) 으로 구성되어 있다. 이제, 가스 유입면의 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를 직교 2 직선 (9a, 9b) 의 교점 (7) 으로부터 시계 방향으로 각각 [000], [100], [110], [010] 이라고 한다. 또, 이들 정점의 대칭 위치의 가스 유출면의 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를, 직교 2 직선 (10a 와 10b) 의 교점 (8) 으로부터 시계 방향으로 각각 [001], [101], [111], [011] 이라고 한다.

삼각형판 (A) 은, 정점 [100] 과 정점 [011] 을 잇는 선분 (L₁) 을 바닥변으로 하고, 정점 [110] 과 정점 [111] 을 잇는 선분 (L₂) 상의 점 (P₁) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판이다. 삼각형판 (B) 은, 공통변 (L₃) 을 바닥변으로 하고, 선분 (L₁) 상의 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판이다. 삼각형판 (C) 은, 정점 [000] 과 정점 [100] 을 잇는 선분 (L₄) 을 바닥변으로 하고, 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판이다. 삼각형판 (D) 은, 정점 [011] 과 정점 [001] 을 잇는 선분 (L₅) 을 바닥변으로 하고, 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형의 평판이다. 삼각형판 (A) 의 점 (P₁) 의 선분 (L₂) 상의 위치는, 선분 (L₂) 의 중심으로부터 선분 (L₂) 의 길이의 1/3 이내에서 전후시켜도 된다. 또, 삼각형판 (B ∼ D) 의 점 (P₂) 의 위치도, 선분 (L₁) 의 중심으로부터 선분 (L₁) 의 길이의 1/3 이내에서 전후시켜도 된다.

또, 도시를 생략하고 있지만, 구획판 요소 (6b ∼ 6d) 는, 구획판 요소 (6a) 와 동일하게, 삼각형판 (A ∼ D) 으로부터 동일한 형상으로 형성되어, 선분 (L₃) 을 공통변으로 하고, 공통변의 둘레로 90°피치로, 본 실시예에서는 시계 방향으로 회전시켜 설치되어 있다. 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 는, 평판 (4(a ∼ d)) 에 접하는 가장자리부는 각각 평판 (4(a ∼ d)) 에 용접 등에 의해 고정되어 있다. 평판 (4(a ∼ d)) 에 접하지 않는 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 의 가장자리부는, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 직교 2 직선 (9a, 9b), (10a, 10b) 및 선분 (L₃) 을 따라 설치된 파이프 등의 막대상의 지지 부재 (11) 에 용접 등에 의해 고정되어 있다.

본 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 를 격자 요소로서 구성한 연도 가스 혼합 장치의 일례를 도 2 에 나타낸다. 도시와 같이, 가스 혼합기 (1) 를 인접하도록, 탈질 장치의 전류측의 배기 가스 덕트 (25) 내의 전단면에 배치한 예이다. 실시예 1 에서는 평판 (4(a ∼ d)) 을 배치하여 이루어지는 단면 사각형의 사각형 유로벽 (4) 에 의해 가스 유로 구획판 (6a ∼ 6d) 의 구조체를 둘러싸고 있지만, 단면 사각형의 사각형 유로벽 (4) 을 형성하지 않는 경우에는, 도시와 같이 된다. 또한, 도 2 는 일례이며, 본 발명의 연도 가스 혼합 장치는, 복수의 가스 혼합기 (1) 를, 탈질 장치의 전류측의 배기 가스 덕트 (25) 의 유로 단면의 적어도 일부에, 복수 단, 복수 열, 배치하여 구성하고 있다. 즉, 가스 혼합기 (1) 를 2 단, 복수 열 배치하는 경우에는, 수평 구획판 (14) 과, 수직 구획판 (15) 을 형성하고, 가스 혼합기 (1) 의 전체의 외주벽은, 배기 가스 덕트 (25) 의 외주벽을 이용한다.

대형 발전 설비에 사용되는 탈질 촉매를 구비한 탈질 장치는 유로 단면이 각형이고, 그 상류의 배기 가스 덕트의 단면도 사각형인 경우가 많다. 따라서, 가스 혼합기 (1) 의 가스 유로의 단면 치수는, 배기 가스 덕트의 단면의 종횡 치수 중, 짧은 쪽의 치수에 맞추어 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예 1 에서는, 배기 가스 덕트의 사이즈는, 18.4 m × 4.6 m 를 상정하였다. 가스 혼합기 (1) 의 단면 사이즈는 제조 용이성, 메인터넌스성을 고려하여, 짧은 쪽의 치수 4.6 m 의 2 분의 1 인 2.3 m 를 기준으로 하였다. 또한, 가스 혼합기 (1) 의 사이즈는, 가스 유속이나 몰비의 분포의 방식, 환원제 주입 노즐의 조정 영역의 사이즈에 따라 적절히 설정한다. 예를 들어, 본 발명의 가스 혼합기 (1) 는 선회류를 일으키는 타입이므로, 가스 흐름 방향에서 보아 정방 단면인 것이 바람직하다. 그러나, 배기 가스 덕트의 사이즈에 따라 약간 종횡비를 변경해도 상관없다. 본 실시예 1 에서는 2.3 × 2.3 m 의 정방형으로 함으로써, 배기 가스 덕트의 횡폭 치수에도 과부족 없이 들어간다.

이상 설명한 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 에 의하면, 배기 가스 유입면의 4 개의 사각형 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 는, 가스 유로 구획판 (6(a ∼ d)) 에 의해, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분 (L₃) 의 둘레 (예를 들어, 시계 방향) 로, 1 개의 영역씩 가스 흐름 방향이 편류되어 가스 유출면으로부터 유출된다. 그 결과, 본 실시예의 가스 혼합기 (1) 를 유통하는 연소 배기 가스 (G) 의 주류는 선회력을 받아, 선회류가 되어 가스 유출면으로부터 배출된다. 이 선회류에 의해, 연소 배기 가스 (G) 와 환원제인 예를 들어 암모니아의 혼합이 촉진된다. 그 결과, 탈질 장치의 상류에서 배기 가스 덕트 (연도) 내로 공급되는 소량의 환원제 등을 짧은 거리에서 균일하게 분산할 수 있다. 게다가, 유입되는 연소 배기 가스 (G) 의 편류각은 90°이기 때문에, 연소 배기 가스 (G) 의 선회류에 수반되는 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 가스 유입면과 가스 유출면의 구분수를 4 개를 초과하는 영역으로 하면, 선회력은 약해지지만, 압력 손실의 증가를 한층 억제할 수 있다.

예를 들어, 본 실시예의 가스 혼합기 (1) 를 사용하여 연도 가스 혼합 장치를 구성함으로써, NH₃/NOx 의 몰비의 변동률 CV (표준 편차/평균값) 를 7 ％ 이하, 가스 유속의 변동률 CV (표준 편차/평균값) 를 15 ％ 이하로 할 수 있다. 게다가, 가스 혼합기 (1) 의 압력 손실의 증대를 억제할 수 있다.

실시예 2

도 3 에, 본 발명의 실시예 2 의 가스 혼합기 (30) 의 사시 구성도를 나타낸다. 본 실시예 2 가 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 와 상이한 점은, 직방체 공간 (3) 의 가스 유입 방향 (2) 에 평행한 상하 2 면에만 평판 (4a, c) 을 배치하고, 다른 수직 방향의 2 면의 구획판을 생략하여 가스 유로를 형성하고 있는 점이 상이하다. 바꿔 말하면, 직방체 공간으로 유입되는 가스류에 평행한 4 면 중 대향하는 한 쌍의 2 개의 면이 평판에 의해 형성되고, 다른 한 쌍의 2 개의 면이 개방되어 있다. 그 밖의 점은 실시예 1 과 동일하기 때문에, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

실시예 3

도 4 에, 본 발명의 실시예 3 의 가스 혼합기 (40) 의 사시 구성도를 나타낸다. 본 실시예 3 이, 실시예 1 의 가스 혼합기 (1) 혹은 실시예 2 의 가스 혼합기 (30) 와 상이한 점은, 직방체 공간 (3) 의 가스 유입 방향 (2) 에 평행한 4 면의 평판 (4a ∼ 4d) 를 모두 생략한 것에 있다. 요컨대, 직방체 공간 (3) 으로 유입되는 가스류에 평행한 4 개의 면이 개방되어 있다. 또, 도시하고 있지 않지만, 가스 유로 구획판 (6) 의 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 는, 가장자리부를 파이프 등의 막대상의 지지 부재에 용접 등에 의해 고정시켜, 강도를 확보하고 있다.

다음으로, 표 1 에, 본 발명의 실시예 1 ∼ 3 의 NH₃/NOx 의 몰비의 변동률 CV [％], 가스 유속의 변동률 CV [％] 의 수치 해석 결과를, 압력 손실 [Pa] 을, 비교예 1 ∼ 3 의 수치 해석 결과와 대비하여 나타낸다. 비교예 1 은, 각 실시예 1 ∼ 3 의 가스 혼합기를 설치하지 않는 배기 가스 덕트의 예이다. 비교예 2 는, 특허문헌 2 의 가스 혼합기를 설치하여 연도 가스 혼합 장치를 구성한 예이다. 비교예 3 은, 도 5(a) 에 나타내는 특허문헌 3 의 가스 혼합기를, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 덕트 (25) 에 설치하여 연도 가스 혼합 장치를 구성한 예이다.

또한, 표 1 에 나타내는 수치 해석은, 수치 해석 소프트 FLUENT Ver6 을 사용하고, 입구면의 가스 유속의 변동률 CV = 20 ％ 가 되는 초기값을 부여하여, 실기 스케일의 연도 가스 혼합 장치에 의해 실시하였다. 또, 암모니아 노즐도 실기 사이즈를 재현한 구조를 사용하여, 입구 가스 유속에 따라 암모니아 주입량을 변화시켰다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3 은, 모두 가스 혼합기를 구비하고 있지 않은 비교예 1 과 비교하여 압력 손실은 40 Pa 정도 높아지지만, NH₃/NOx 의 몰비 CV 는 낮아, 혼합성은 우수한 것을 알 수 있다. 요컨대, 비교예 1 은 가스 혼합기가 없기 때문에, 가스 유속 CV 에 대해서는 문제가 없지만, NH₃/NOx 의 몰비 CV 가 9.2 ％ 로 가장 높아, 통상적으로 요구되는 7 ％ 는 만족하지 않았다.

또, 실시예 1 ∼ 3 은, 모두 비교예 2 와 비교하여 압력 손실이 낮고, NH₃/NOx 몰비 CV, 가스 유속 CV 모두 낮기 때문에 혼합성도 정류 성능도 우수한 것을 알 수 있다. 요컨대, 비교예 2 는, NH₃/NOx 의 몰비 CV 는 비교예 1 과 비교하여 거의 변화하지 않아, 본 실시예 1 ∼ 3 에 비하면 효과는 작다고 생각된다.

실시예 1 ∼ 3 은, 모두 비교예 3 과 비교하여 압력 손실, NH₃/NOx 몰비 CV 모두 낮아, 혼합성이 우수하다. 그런데, 비교예 3 의 가스 혼합기는, 2 장의 삼각형판 (17, 18) 의 세트를 정점부에서 서로 다르게 정대시킨 구조로, 입구로부터 들어간 가스류를 상류측의 2 장의 삼각형판 (17) 이 일단 2 방향으로 분산시킨 후, 다음의 2 장의 삼각형판 (18) 이 서로 다른 위치에 존재하므로 합류하여 출구면으로부터 나가는 구조로 되어 있다. 요컨대, 가스류를 좁히는 효과가 주이고, 가스류에 큰 선회류를 부여하는 구조는 아니다. 이러한 점에서, 본 발명의 실시예 1 ∼ 3 의 가스 혼합기는, 비교예 1 ∼ 3 에 대하여 효과가 높은 것임을 알 수 있었다.

이상, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 주지의 범위에서 변형 또는 변경된 형태로 실시하는 것이 가능한 것은 당업자에게 있어서는 명백한 것으로, 그러한 변형 또는 변경된 형태가 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것은 당연하다.

예를 들어, 상기 실시예 1 ∼ 3 에서는, 가스 유로 구획판 (6) 의 구획판 요소 (6a ∼ 6d) 를 삼각형판 (A ∼ D) 을 조합하여 형성하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 요컨대, 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 를, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분 (L₃) 의 둘레로 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 가스 유출면의 각 영역으로 유도하도록, 완만한 곡면으로 가공한 평판을 사용하여 형성해도 된다.

또, 상기 실시예 1 ∼ 3 의 가스 유로 구획판 (6) 은, 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 를, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분의 시계 방향으로, 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 가스 유출면의 각 영역으로 유도하도록 형성하였다. 그러나, 본 발명은, 가스 유입면의 각 영역으로 유입되는 연소 배기 가스 (G) 를, 가스 유입면과 가스 유출면의 중심을 잇는 선분의 반시계 방향으로, 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 가스 유출면의 각 영역으로 유도하도록 형성해도, 기술적 효과는 동일하다.

또한, 본 발명의 가스 유로는, 복수의 이등변 삼각형의 판재의 변끼리를 접합시켜 형성되고, 상기 판재의 접합부가 오목상 또는 볼록상이 되는 접합부를 인접시키거나, 혹은 오목부와 볼록부가 가스 흐름 방향에 대하여 순차 교대가 되도록 형성되어 이루어지는 것이어도 된다.

1 : 가스 혼합기
3 : 직방체 공간
4 : 사각형 유로벽
6 : 가스 유로 구획판
6a ∼ 6d : 구획판 요소
7 : 가스 유입면의 중심
8 : 가스 유출면의 중심
9a, 9b : 직교 2 직선
10a, 10b : 직교 2 직선
A ∼ D : 삼각형판
L₁ ∼ L₅ : 선분
P₁, P₂ : 점

Claims

연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 상기 연소 배기 가스가 도입되는 탈질 장치의 탈질 촉매층의 전류측의 배기 가스 덕트의 유로 단면에 형성되는 복수의 가스 혼합기를 구비한 연도 가스 혼합 장치에 있어서,
상기 가스 혼합기는, 직방체 공간의 평행한 2 개의 면의 일방을 가스 유입면으로 하고, 타방을 가스 유출면으로 하여 상기 연소 배기 가스가 유통되는 가스 유로를 갖고,
상기 가스 유로는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면이, 각각 각 면의 중심을 지나는 직선에 의해 대칭인 동일 면적의 적어도 4 개의 영역으로 구분되고, 상기 가스 유입면의 상기 각 영역으로 유입되는 상기 연소 배기 가스를, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분의 둘레로 상기 영역을 하나씩 이동시킨 위치의 상기 가스 유출면의 상기 각 영역으로 유도하는 가스 유로 구획판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 유로 구획판은, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분을 공통변으로 하는 적어도 4 개의 구획판 요소로 형성되고,
상기 구획판 요소는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 대칭 위치의 상기 영역 사이의 가스 흐름을 차단하는 곡절판에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 유로는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면이, 당해 각 면의 변에 평행하고 또한 당해 각 면의 중심을 지나는 직교 2 직선에 의해 각각 4 개의 사각형 영역으로 구분되고,
상기 가스 유로 구획판은, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 상기 중심을 잇는 선분을 공통변으로 하는 4 개의 구획판 요소를, 상기 공통변의 둘레로 90°피치로 회전시켜 배치되어 이루어지고,
상기 구획판 요소는, 상기 가스 유입면과 상기 가스 유출면의 대칭 위치의 상기 사각형 영역 사이의 가스 흐름을 차단하는 곡절판에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 구획판 요소는, 상기 가스 유입면의 상기 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를 상기 직교 2 직선의 교점으로부터 시계 방향으로 각각 [000], [100], [110], [010] 이라고 하고, 이들 정점의 대칭 위치의 상기 가스 유출면의 상기 사각형 영역의 각 정점의 3 차원 좌표 [xyz] 를, 상기 직교 2 직선의 교점으로부터 시계 방향으로 각각 [001], [101], [111], [011] 이라고 했을 때,
상기 정점 [100] 과 상기 정점 [011] 을 잇는 선분 (L₁) 을 바닥변으로 하고, 상기 정점 [110] 과 상기 정점 [111] 을 잇는 선분 (L₂) 상의 점 (P₁) 을 정점으로 하는 삼각형판 (A) 과,
상기 공통변 (L₃) 을 바닥변으로 하고, 상기 선분 (L₁) 상의 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형판 (B) 과,
상기 정점 [000] 과 상기 정점 [100] 을 잇는 선분 (L₄) 을 바닥변으로 하고, 상기 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형판 (C) 과,
상기 정점 [011] 과 상기 정점 [001] 을 잇는 선분 (L₅) 을 바닥변으로 하고, 상기 점 (P₂) 을 정점으로 하는 삼각형판 (D) 으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합기는, 상기 직방체 공간으로 유입되는 가스류에 평행한 면이 평판에 의해 통 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합기는, 상기 직방체 공간으로 유입되는 가스류에 평행한 4 면 중 대향하는 한 쌍의 2 개의 면이 평판에 의해 형성되고, 다른 한 쌍의 2 개의 면이 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합기는, 상기 직방체 공간으로 유입되는 가스류에 평행한 4 개의 면이 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구획판 요소는, 상기 직방체 공간의 외면의 평판에 접하는 가장자리부는 당해 평판에 고정되고, 상기 직방체 공간의 외면의 평판에 접하지 않는 가장자리부는 막대상의 지지 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 혼합기를, 상기 탈질 장치의 전류측의 배기 가스 덕트의 유로 단면의 적어도 일부에, 복수 단, 복수 열, 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.
연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하는 환원제가 첨가된 상기 연소 배기 가스가 도입되는 탈질 장치의 탈질 촉매층의 전류측의 배기 가스 덕트의 유로 단면에 형성되는 복수의 가스 혼합기를 구비한 연도 가스 혼합 장치에 있어서,
상기 가스 혼합기는, 직방체 공간의 평행한 2 개의 면의 일방을 가스 유입면으로 하고, 타방을 가스 유출면으로 하여 상기 연소 배기 가스가 유통되는 가스 유로를 갖고,
상기 가스 유로는, 복수의 이등변 삼각형의 판재의 변끼리를 접합시켜 형성되고, 상기 판재의 접합부가 오목상 또는 볼록상이 되는 접합부를 인접시키거나, 혹은 오목부와 볼록부가 가스 흐름 방향에 대하여 순차 교대가 되도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연도 가스 혼합 장치.