KR20190058242A - 화력발전소의 황연저감장치 - Google Patents

Abstract

화력발전소의 황연저감장치가 제공된다. 황연저감장치는, 가스터빈과 연돌 사이의 배가스 이동통로 내 가스터빈 후단에 배치된 제1노즐부, 제1노즐부와 연돌의 사이에 배치된 제2노즐부, 이동통로 내 배가스의 이산화질소를 환원시키는 환원제가 저장된 환원제탱크, 환원제탱크와 제1노즐부의 사이에 연결되어 환원제를 제1노즐부로 공급하는 제1배관라인, 환원제탱크와 제2노즐부의 사이에 연결된 제2배관라인, 제2배관라인에서 분기되어 이동통로와 연결되는 제3배관라인, 및 제2배관라인과 제3배관라인의 분기점에 배치되어, 환원제를 제3배관라인을 통해 유입된 배가스와 혼합하여 기화시키고 제2노즐부로 공급하는 기화기를 포함한다.

Description

화력발전소의 황연저감장치{Apparatus for reducing yellow gas for thermal power plant}

본 발명은 황연(yellow gas) 등을 저감시키는 황연저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 화력발전소의 황연저감장치에 관한 것이다.

전력은 발전소에서 만들어져 각 수용처로 전송된다. 발전소의 발전방식은 연료를 연소시켜 연소에너지로 전기를 생산하는 화력발전방식, 유체의 낙차를 이용하여 전기를 생산하는 수력발전방식, 원자핵 분열로 생성되는 원자력에너지로 발전하는 원자력발전방식, 그 밖에 태양열이나 조력, 파력, 풍력 등을 이용하여 발전하는 방식 등 여러 가지가 있다.

이 중 화력발전방식은, 현재까지도 매우 활발하게 사용되고 있는 발전방식 중 하나이다. 화력발전을 통해 전력을 얻기 위해서는 발전소의 터빈을 돌릴 수 있는 연료를 공급해야 하는데, 연료는 가스터빈 내에서 연소되며 다량의 배기가스를 생성하게 된다. 이러한 배기가스는 대기오염을 막기 위해 다양한 방식으로 처리되며 배기가스의 열을 회수하여 재활용하는 등 배기가스 자체가 열원으로 사용되기도 한다.

그러나, 부분적으로는 배기가스가 완전히 처리되지 않고 대기 중으로 배출되는 등의 문제가 발생하기도 한다. 복합화력발전소와 같은 경우 공기 중 질소성분이 고온에서 산화하여 생성되는 질소산화물이 문제가 되어 촉매 등을 이용하여 처리(대한민국특허 10-1449244 등)하고도 있다. 질소산화물 중 이산화질소와 같이 적갈색으로 나타나는 성분은 소량으로도 시각적인 불안감을 유발하는 황연(Yellow gas)을 생성하게 되므로 이에 대해서는 보다 효과적인 처리가 요구되고 있다.

대한민국특허공보 제10-1449244호, (2014. 10. 13), 명세서

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 화력발전소의 황연저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 화력발전소의 황연저감장치는, 가스터빈(gas turbine)과 연돌(stack) 사이의 배가스 이동통로 내 상기 가스터빈 후단에 배치된 제1노즐부; 상기 제1노즐부와 상기 연돌의 사이에 배치된 제2노즐부; 상기 이동통로 내 배가스의 이산화질소를 환원시키는 환원제가 저장된 환원제탱크; 상기 환원제탱크와 상기 제1노즐부의 사이에 연결되어 상기 환원제를 상기 제1노즐부로 공급하는 제1배관라인; 상기 환원제탱크와 상기 제2노즐부의 사이에 연결된 제2배관라인; 상기 제2배관라인에서 분기되어 상기 이동통로와 연결되는 제3배관라인; 및 상기 제2배관라인과 상기 제3배관라인의 분기점에 배치되어, 상기 환원제를 상기 제3배관라인을 통해 유입된 상기 배가스와 혼합하여 기화시키고 상기 제2노즐부로 공급하는 기화기를 포함한다.

상기 환원제탱크는 액상의 상기 환원제를 저장하며, 상기 제1노즐부로는 액상의 상기 환원제가 토출되고, 상기 제2노즐부로는 상기 기화기에서 상기 배가스와 혼합되어 기화된 상기 환원제와 상기 배가스의 혼합가스가 토출될 수 있다.

상기 제1배관라인과 상기 제2배관라인은 상기 환원제탱크에 연결된 배관 일부를 서로 공유할 수 있다.

상기 환원제탱크는 적어도 2개가 서로 독립하여 배치되며, 상기 제1배관라인과 상기 제2배관라인은 서로 독립된 상기 환원제탱크 각각에 서로 독립적으로 연결될 수 있다.

상기 이동통로는, 상기 가스터빈 측에 연결되며 상대적으로 폭이 좁은 축관부와, 상기 연돌 측에 연결되며 상기 축관부로부터 넓게 확장된 확관부와, 상기 확관부 내 배치된 복수 개의 과열기번들을 포함하고, 상기 제1노즐부는 상기 축관부 내에 위치하며, 상기 제2노즐부는 상기 과열기번들 사이에 위치할 수 있다.

상기 황연저감장치는, 상기 가스터빈의 운전상태를 지시하는 제1신호, 상기 이동통로 및 상기 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 상기 배가스의 성분을 지시하는 제2신호, 및 상기 이동통로 및 상기 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 온도를 지시하는 제3신호 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상태신호를 입력받고, 제어신호를 송출하여 상기 제1노즐부 및 상기 제2노즐부의 유체 토출량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1노즐부는, 중앙에 액상의 상기 환원제가 내부로 공급되는 제1유로가 배치되고, 상기 제1유로 외측에 내부로 가압기체가 공급되는 제2유로가 배치되고, 상기 제1유로 및 상기 제2유로 중 적어도 어느 하나의 외측에 내부로 단열유체가 공급되는 제3유로가 배치되고, 말단에 상기 제1유로와 상기 제2유로와 상호 연통되는 유체토출구가 배치된 분사노즐을, 적어도 하나 포함할 수 있다.

상기 환원제탱크에 저장되는 상기 환원제는, 에탄올, 에틸렌글리콜, 및 글리세린이 혼합된 액상의 혼합물일 수 있다.

본 발명에 의하면, 배가스의 질소산화물을 효과적으로 처리할 수 있으며, 특히 이산화질소와 같이 시각적으로 인지되어 불안을 유발하는 황연의 원인물질을 종래의 촉매를 이용한 처리방식 등을 이용하지 않고 보다 효과적으로 처리할 수 있다. 특히 발전시설의 운전상태 등에 따라 의도치 않게 생성되어 제어가 어려운 황연 등을 보다 효율적인 처리구조와 그에 따른 효율적인 처리방식으로 처리하여 발생량을 크게 줄일 수 있다. 이를 통해 대기오염 방지에 기여할 수 있으며 특히 황연 등으로 인한 피해를 크게 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 황연저감장치의 제어구조를 예시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 황연저감장치의 제1노즐부의 분사노즐을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 황연저감장치의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러한 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명을 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 황연저감장치(1)는 배가스 이동통로(B) 내 서로 다른 위치에서 서로 다른 상(phase)의 유체를 토출하는 서로 다른 적어도 2개소의 노즐부[제1노즐부(10) 및 제2노즐부(20)]를 포함한다. 각 노즐부로 토출되는 유체는 액상 또는 기상인 환원제이며 기상인 환원제는 배가스와 미리 혼합되어 기화된 것일 수 있다. 황연저감장치(1)는 종래의 촉매를 이용한 구조가 아닌 환원제를 통로 내 직접 분사하는 구조로 황연(Yellow gas)의 원인물질인 이산화질소 등을 매우 효과적으로 처리한다. 특히 황연저감장치(1)는 액상의 환원제를 이동통로(B) 내 배가스와 혼합하여 기화시키기 위해 기화기(40)를 포함하고 있으며, 제1노즐부(10)와 제2노즐부(20)의 위치를 달리하여 기화된 환원제와 기화되지 않은 액상의 환원제를 서로 다른 위치에서 보다 효과적으로 공급하도록 구성된다. 기화되지 않은 액상의 환원제는 가스터빈(A) 후단에 배치된 제1노즐부(10)를 통해 공급되며, 기화기(40)에서 배가스와 혼합되어 기화된 환원제와 배가스의 혼합가스는 제1노즐부(10)와 연돌(C)의 사이에 배치된 제2노즐부(20)로부터 공급된다. 이러한 구조를 통해서 배가스 생성 및 배출 시 보다 신속하게 대응하고 배가스에 함유된 이산화질소 등을 효과적으로 처리하여 황연을 저감시킬 수 있다.

구체적으로 황연저감장치(1)는, 가스터빈(A)과 연돌(C) 사이의 배가스 이동통로(B) 내 가스터빈(A) 후단에 배치된 제1노즐부(10), 제1노즐부(10)와 연돌(C)의 사이에 배치된 제2노즐부(20), 이동통로(B) 내 배가스의 이산화질소를 환원시키는 환원제가 저장된 환원제탱크(30), 환원제탱크(30)와 제1노즐부(10)의 사이에 연결되어 환원제를 제1노즐부(10)로 공급하는 제1배관라인(101), 환원제탱크(30)와 제2노즐부(20)의 사이에 연결된 제2배관라인(102), 제2배관라인(102)에서 분기되어 이동통로(B)와 연결되는 제3배관라인(103), 및 제2배관라인(102)과 제3배관라인(103)의 분기점에 배치되어, 환원제를 제3배관라인(103)을 통해 유입된 배가스와 혼합하여 기화시키고 제2노즐부(20)로 공급하는 기화기(40)를 포함한다. 이하 본 발명의 일 실시예에 의한 황연저감장치(1)의 구성과 작용효과 등에 대해서 각 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

황연저감장치(1)는 화력발전소에 적용되는 것일 수 있으며 보다 바람직하게는 복합화력발전소에 적용되는 것일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 황연저감장치(1)는 이러한 발전소의 가스터빈(A)과 연돌(C) 사이의 배가스 이동통로(B)를 활용하여 설치될 수 있다. 상기 이동통로(B)는 내부에 과열기번들(D1~D5)이 배치된 폐열 회수용 보일러 시스템이 구축된 것일 수 있다. 도시되지 않았지만, 각 과열기번들(D1~D5)의 상단 및 하단은 서로 연결되어 있을 수 있고 연결부위에는 고압증기나 열회수용 유체를 저장하고 순환시키는 탱크 등이 설치되어 있을 수 있다. 과열기번들(D1~D5)은 후단의 것(D5)으로부터 순차적으로 맨 앞단(D1)의 것을 향해 차례로 유체를 순환시키며 고압증기 등을 생성할 수 있다. 과열기번들(D1~D5)의 온도는 맨 앞단(D1)의 것으로부터 후단의 것(D5)을 향해서 차례로 낮아질 수 있다.

이동통로(B)는 가스터빈(A) 측에 연결되며 상대적으로 폭이 좁은 축관부(B1)와, 연돌(C) 측에 연결되며 축관부(B1)로부터 넓게 확장된 확관부(B2)와, 확관부(B2) 내 배치된 상기와 같은 복수 개의 과열기번들(D1~D5)을 포함하고, 제1노즐부(10)는 축관부(B1) 내에 위치하며, 제2노즐부(20)는 과열기번들(D1~D5) 사이에 위치할 수 있다. 축관부(B1)는 가스터빈(A)과 직접 연결된 상대적으로 폭이 좁은 관로로서 배가스의 유동속도도 상대적으로 빠르고 온도도 이동통로(B) 내에서 가장 높게 유지될 수 있다. 따라서, 이러한 축관부(B1) 내 배치된 제1노즐부(10)로 액상의 환원제를 분사하여 바로 기화시키고 이산화질소 등과 효과적으로 반응시킬 수 있다. 즉 액상의 환원제를 바로 분사하여 대응할 수 있으므로, 가스터빈(A)이 기동하는 시점 등 배가스가 생성되는 초기시점에도 환원제를 이용하여 배가스 내 함유된 이산화질소 등을 보다 효과적으로 처리할 수 있다.

또한, 확관부(B2) 내 배치된 제2노즐부(20)로는 미리 배가스와 혼합하여 기화시킨 환원제와 배가스의 혼합가스를, 이동통로(B) 내 넓게 분사하여 혼합율을 높이고 처리율을 증가시킬 수 있다. 즉, 미리 기화시킨 기상의 환원제를 배가스와 함께 이동통로(B) 내 토출하여 이동통로(B) 내 유동하는 배가스 전체에 대해 환원제를 보다 효과적으로 작용시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 제2노즐부(20)는 확관부(B2) 내 축열 작용을 하는 과열기번들(D1~D5)의 사이에 배치되어 기화된 환원제와 배가스의 혼합가스를 분사할 수 있고 확관부(B2) 내에서 상대적으로 유동속도가 줄어든 배가스 전체에 이를 골고루 혼합하여 반응시킬 수 있다. 이와 같이 전술한 제1노즐부(10)로는 액상의 환원제를 제공하여 보다 신속하게 배가스 내 이산화질소 등을 처리하고, 제2노즐부(20)로는 기화된 환원제와 배가스의 혼합가스를 제공하여 배가스 전체의 이산화질소 등에 대한 처리율을 크게 증가시킬 수 있다. 이를 통해 배가스 처리의 신속성과 효율성을 모두 확보할 수 있다.

제1노즐부(10)는 예를 들어, 액상의 환원제를 공급받고 이를 가압공기와 함께 분사하는 이류체 노즐을 이용한 분사방식으로 환원제를 분사할 수 있으며 이를 위해 가압공기 등을 주입 받을 수 있는 컴프레서나 컴프레서와 연결된 공급라인 등(미도시)을 포함하고 있을 수 있다. 제2노즐부(20) 역시 이러한 이류체 노즐을 이용한 분사방식으로 분사하는 경우 컴프레서나 컴프레서와 연결된 공급라인 등(미도시)을 포함하고 있을 수 있다. 도 1에서는 이러한 구조는 생략하여 도시하였다.

황연저감장치(1)는 이러한 제1노즐부(10) 및 제2노즐부(20)와 연결된 환원제탱크(30)와 기화기(40)를 포함한다. 또한 환원제탱크(30)로부터 액상의 환원제를 제1노즐부(10)에 직접 제공하거나, 또는 기화기(40)로 공급하여 기화시키고 이를 다시 제2노즐부(20)에 제공하기 위한 구조로서 하나 이상의 배관라인[제1배관라인(101), 제2배관라인(102), 및 제3배관라인(103)]을 포함한다. 환원제탱크(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 단독으로 형성될 수 있으나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 하나 이상의 환원제탱크(30)를 배치하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 후술하는 다른 실시예를 통해서 보다 상세히 설명한다. 환원제탱크(30)에는 이동통로(B) 내 배가스의 이산화질소를 환원시키는 환원제가 저장되며, 환원제탱크(30)에 저장되는 환원제는, 예를 들어, 한 분자 내에 수산(OH)기, 에테르기, 알데히드기, 케톤기를 하나 이상 포함하고 탄소수 3개 이상이거나, 한 분자 내에 수산기, 에테르기, 알데히드기 또는 케톤기를 둘 이상 포함하고 탄소수 2개 이상인 함산소 탄화수소, 탄수화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것 등일 수 있으며, 액상일 수 있다. 보다 바람직한 환원제의 예는 에탄올(Ethanol), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 및 글리세린(Glycerin)이 혼합된 액상의 혼합물일 수 있다. 이와 같은 환원제는 질소성분을 포함하지 않는 것일 수 있으며, 질소성분을 포함하지 않으므로 공기 중 산소와 반응하여 질소산화물을 생성할 가능성이 낮은 것일 수 있다. 이러한 액상의 환원제를 제1배관라인(101)을 통해 제1노즐부(10)로 직접 공급하거나, 제2배관라인(102)을 통해 기화기(40)를 경유하여 기화시킨 후 제2노즐부(20)로 공급할 수 있다.

제1배관라인(101)은 환원제탱크(30)와 제1노즐부(10)의 사이에 연결되어 환원제를 제1노즐부(10)로 공급한다. 제2배관라인(102)은 환원제탱크(30)와 제2노즐부(20)의 사이에 연결된다. 제3배관라인(103)은 제2배관라인(102)에서 분기되어 이동통로(B)와 연결되며, 제2배관라인(102)과 제3배관라인(103)의 분기점에 기화기(40)가 배치된다. 즉, 기화기(40)는 제2배관라인(102)과 제3배관라인(103)이 서로 교차하는 교차점에 제2배관라인(102) 및 제3배관라인(103)과 모두 연결되도록 형성된다. 이를 통해 기화기(40)는 이동통로(B)와 연결된 제3배관라인(103)을 통해서는 배가스를 유입하고, 환원제탱크(30)와 연결된 제2배관라인(102)을 통해서는 액상의 환원제를 유입하여 환원제를 배가스와 혼합하여 기화시킨 후 제2노즐부(20)로 공급할 수 있다. 기화기(40)는 예를 들어, 내부에 유체를 수용하고 혼합할 수 있는 공간이 마련된 탱크와 같은 구조로 형성될 수 있고, 필요에 따라 가열장치나 외부 열원을 도입하여 열교환이 가능한 구조를 포함할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의해, 제1배관라인(101)과 제2배관라인(102)은 환원제탱크(30)에 연결된 배관 일부를 서로 공유할 수 있다. 즉 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 제1배관라인(101), 제2배관라인(102), 및 제3배관라인(103)을 이루는 각 관로를 배치할 수 있다. 예를 들어, 제1배관라인(101)과 제2배관라인(102)은 환원제탱크(30)와 연결된 제1배관(110)을 공유할 수 있다. 제1배관라인(101)은 제1배관(110) 및 제2배관(120)으로 형성되어 제1노즐부(10)에 연결될 수 있고, 제2배관라인(102)은 제1배관(110), 제3배관(130), 및 제4배관(140)으로 형성되어 제2노즐부(20)에 연결될 수 있다. 제3배관라인(103)은 제5배관(150) 및 이동통로(B) 측에 연결된 제6배관(160)과 제7배관(170)으로 형성되어 제2배관라인(102)으로부터 분기된 관로구조를 형성할 수 있다. 기화기(40)는 제2배관라인(102)을 이루는 제3배관(130)과 제4배관(140), 및 제3배관라인(103)을 이루는 제5배관(150)에 모두 연결되어 배가스와 환원제를 공급받고 혼합하여 기화시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 이와 같이 제1배관라인(101), 제2배관라인(102), 및 제3배관라인(103)을 이루는 관로구조를 형성할 수 있다.

각 관로구조 상에는 압력차를 유발하여 유체를 이동시키는 펌프와, 관로 내 유체 유동량 등을 제어할 수 있는 밸브들이 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1배관(110), 제2배관(120), 제3배관(130)에 각 관로를 통해 유동하는 환원제의 유량을 조절할 수 있는 제1제어밸브(61), 제2제어밸브(62), 제3제어밸브(63)가 각각 도시된 바와 같이 설치될 수 있다. 환원제탱크(30)와 연결된 제1배관(110) 상에는 환원제를 공급하는 공급펌프(51)가 설치될 수 있다. 또한, 제5배관(150) 상에는 배가스를 기화기(40) 측으로 순환시키는 송풍기(52)가 설치될 수 있으며, 제6배관(160) 및 제7배관(170)에는 기화기(40) 측으로 유입되는 배가스의 유입량을 조절하거나, 관로를 개폐하여 제6배관(160) 및 제7배관(170) 중 어느 하나로 배가스를 유입시키는 제1유입밸브(64) 및 제2유입밸브(65)가 각각 설치될 수 있다. 이와 같은 펌프 및 밸브의 배치를 이용하여 환원제의 공급량, 배가스의 유입량 등을 조절하고 제1노즐부(10) 및 제2노즐부(20)로 토출되는 유체[즉, 액상의 환원제, 및 기화기(40)에서 배가스와 혼합되어 기화된 환원제와 배가스의 혼합가스]의 토출량을 조절할 수 있다.

도 2는 도 1의 황연저감장치의 제어구조를 예시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 황연저감장치는 도 2에 도시된 바와 같은 제어구조로 제어작용을 수행하는 제어부(80)를 포함할 수 있다. 제어부(80)는, 특히 전술한 가스터빈의 상태나, 이동통로 및 연돌 내부의 배가스 성분분포, 이동통로 및 연돌 내부의 온도 등을 포함하는 다양한 변수에 기초하여 황연저감장치의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(80)는, 가스터빈의 운전상태를 지시하는 제1신호(S1), 이동통로 및 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 배가스의 성분을 지시하는 제2신호(S2), 및 이동통로 및 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 온도를 지시하는 제3신호(S3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상태신호(S)를 입력받고, 제어신호(S')를 송출하여 제1노즐부(10) 및 제2노즐부(20)의 유체 토출량을 제어할 수 있다.

이때 제1신호(S1)는 가스터빈의 운전실 등에서 전송된 신호일 수 있으며 제2신호(S2)와 제3신호(S3)는 이동통로 및 연돌 중 적어도 어느 하나 내부에 설치된 센서부(도 1의 70참조)로부터 전송된 신호일 수 있다. 센서부(70)는 배가스 내 이산화질소의 농도, 일산화탄소의 농도, 질소산화물의 농도 또는 그 밖의 성분을 측정하는 측정센서와, 연소로, 이동통로, 연돌 등의 온도를 측정하는 온도센서 등을 포함할 수 있다. 특히, 제1신호(S1)는 가스터빈의 운전모드 변경에 따라 가스터빈의 운전상태를 지시하는 신호로서, 가스터빈의 점화시점, 점화된 버너의 개수, 가스터빈의 설정 부하와 설정된 부하에 도달하기까지 가스터빈의 운전모드가 바뀌는 상황, 가스터빈 구동에 따른 진동수 등을 모니터링하여 서로 다른 신호로 지시하는 것일 수 있다. 이와 같이 가스터빈의 운전상태 변화를 제1신호(S1)를 통해 실시간으로 직접 입력 받음으로써, 가스터빈의 운전상태 변화 이후에 시간차를 두고 바뀌는 배가스의 성분변화나 온도변화에만 의존하지 않고 이동통로(B) 내 배가스의 생성 및 변화를 미리 예측하여 보다 능동적으로 대처할 수 있다. 또한, 제2신호(S2)나 제3신호(S3)를 통해서는 이동통로(B) 내 배가스의 실제 성분 변화나 온도 변화를 직접 입력 받고 상황을 확인할 수 있는바, 이를 통해 실제 측정값[제2신호(S2) 및 제3신호(S3)에 대응]과 예측값[제1신호(S1)에 대응]을 상호 보완하여 보다 신속하고 효율적으로 배가스 내 이산화질소 등을 처리하는 것이 가능하다.

또한, 가스터빈이 기동되면 점화와 함께 배가스가 바로 발생하여 황연 등이 배출될 수 있으나 전술한 기화기(도 1의 40참조) 등으로 환원제를 기화시켜 공급하는 데는 시간이 소요되므로, 제2노즐부(도 1의 20참조)와 제1노즐부(도 1의 10참조)를 함께 배치하고, 제1노즐부(10)로는 기화되지 않은 액상의 환원제를 직접 분사하여 대응시간을 크게 단축할 수 있다. 이를 통해 특히 초기 운전시에 발생하는 황연을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 제1신호(S1), 제2신호(S2), 제3신호(S3)를 상호 보완적으로 활용하여 환원제의 주입량을 대응하는 최적량으로 설정하고 보다 효율적으로 배가스 내 이산화질소 등을 제거할 수 있다. 환원제 역시 과도하게 공급되면 배가스 이동통로 내 불순물로 남아 또 다른 오염원이 되거나 새로운 오염물질을 생성할 수 있으므로 이와 같은 제어가 매우 효과적일 수 있다.

제어부(80)는 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 각 배관라인[제1배관라인(도 1의 101참조), 제2배관라인(도 2의 102참조), 제3배관라인(도 1의 103참조)]에 형성된 펌프와 밸브 등에 제어신호(S')를 전송하여 동작을 제어할 수 있다. 제어부(80)는 전술한 제1신호(S1), 제2신호(S2), 제3신호(S3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상태신호(S)를 입력 받고, 그에 따라 대응하는 제어신호(S')를 전송하여 공급펌프(51), 제1제어밸브(61), 제2제어밸브(62), 제3제어밸브(63), 송풍기(52), 제1유입밸브(64), 제2유입밸브(65) 등을 제어할 수 있다. 즉, 공급펌프(51)를 동작시켜 환원제를 제1배관라인(101) 및 제2배관라인(102)으로 공급할 수 있고, 이때 제1제어밸브(61), 제2제어밸브(62), 제3제어밸브(63)를 제어하여 환원제의 공급량과 각 지점에서의 유량을 적절히 제어할 수 있다. 또한, 송풍기(52)를 동작시켜 기화기(도 1의 40참조)로 배가스를 유입하고, 제1유입밸브(64) 및 제2유입밸브(65)를 제어하여 유입되는 배가스의 양을 변경하거나 어느 한 쪽으로부터만 배가스가 유입되도록 조절할 수 있다. 이와 같은 제어를 통해 전체적으로, 제1노즐부(10)를 통해서는 액상의 환원제가 신속하게 토출되고, 제2노즐부(20)를 통해서는 배가스와 혼합되어 기화된 환원제와 배가스의 혼합가스가 토출되도록 상황에 따라 적절히 조절할 수 있다. 또한 각 노즐부로 토출되는 유체의 토출량을 각 신호[제1신호(S1), 제2신호(S2), 제3신호(S3)]에 기초하여 보다 정확하게 조절할 수 있으며, 필요에 따라 제1노즐부(10)나 제2노즐부(20) 중 어느 하나로만 유체가 토출되도록 조절할 수도 있다. 이와 같이 제어부(80)를 이용한 제어를 통해 상황에 알맞는 더욱 효과적인 대처가 가능하다.

도 3은 도 1의 황연저감장치의 제1노즐부의 분사노즐을 도시한 단면도이다.

한편, 가스터빈 후단의 제1노즐부(도 1의 10참조)는 도 3의 (a), (b)에 도시된 바와 같은 구조의 분사노즐(11)을 포함할 수 있다. 제1노즐부(10)는 중앙에 액상의 환원제가 내부로 공급되는 제1유로(11a)가 배치되고, 제1유로(11a) 외측에 내부로 가압기체(G)가 공급되는 제2유로(11b)가 배치되고, 제1유로(11a) 및 제2유로(11b) 중 적어도 어느 하나의 외측에 내부로 단열유체(H)가 공급되는 제3유로(11c)가 배치되고, 말단에 제1유로(11a)와 제2유로(11b)와 상호 연통되는 유체토출구(11d)가 배치된 분사노즐(11)을, 적어도 하나 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 유로들은 동심원 상으로 배치되는 것일 수 있으며, 상기 단열유체(H)는 상기 환원제의 증발을 막기 위한 것일 수 있다. 제1노즐부(10)는 예를 들어, 도시된 바와 같이 중앙에 액상의 환원제가 내부로 공급되는 제1유로(11a)가 배치되고, 제1유로(11a) 외측에 제1유로(11a)를 둘러싸며 내부로 가압기체(G)가 공급되는 제2유로(11b)가 배치되고, 제2유로(11b) 외측에 제2유로(11b)를 둘러싸며 내부로 단열유체(H)가 공급되는 제3유로(11c)가 배치될 수 있으나 이와 같이 한정될 필요는 없으며, 그 밖에 다른 형태로도 배치될 수 있다. 다른 예에서, 제3유로(11c)는 제1유로(11a)의 외측 중 제2유로(11b)와의 사이에 위치한 외측에 배치될 수도 있으며, 이러한 제1유로(11a)의 외측과 제2유로(11b)의 외측 모두에 배치될 수도 있다.

도시되지 않았지만, 전술한 바와 같이 제1노즐부(10)에 컴프레서 및 컴프레서와 연결된 공급라인 등이 포함될 수 있고 이를 통해 가압기체(G)를 공급받을 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 단열유체(H)를 기체로 형성하는 경우 이러한 컴프레서를 활용할 수 있다. 단열유체(H)가 액체인 경우에는 추가적으로 순환용 펌프 등을 연결하여 사용할 수 있다. 분사노즐(11)은 상기한 다중의 유로구조를 통해 액상의 환원제를 내부에 위치시켜 보호하고 외부의 고열은 차단할 수 있으며, 따라서 액상의 환원제가 노즐 내부에서 증발하는 등의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 가스터빈 후단에서 배가스는 상대적으로 매우 고온이므로 이와 같은 노즐구조를 이용하여 배가스의 열에 의해 노즐 내부의 환원제가 토출되기도 전에 증발하는 등의 문제도 원활히 해결할 수 있다.

분사노즐(11)은 도 3의 (a)와 같이 제3유로(11c)의 말단이 유체토출구(11d) 주변으로 개구된 구조로 형성될 수도 있으며, 도 3의 (b)와 같이 제3유로(11c) 일 측과 타 측으로 단열유체(H)를 유출입하여 순환시키는 구조로 형성될 수도 있다. 단열유체(H)는 기체 또는 액체로 형성될 수 있으며 단열유체(H)가 기체인 경우 도 3의 (a)와 같은 구조가 보다 효과적일 수 있다. 즉 단열유체(H)로 공기 등의 기체를 사용할 수 있고 이를 제3유로(11c) 내부로 지속적으로 통과시켜 배출함으로써 외부의 열을 내부까지 도달하지 못하도록 효과적으로 단열시킬 수 있다. 또한, 단열유체(H)가 물 등 액체로 형성된 경우에는 도 3의 (b)와 같이 제3유로(11c)의 일 측과 타 측에 단열유체(H)를 입출하는 유로를 개설하여, 단열유체(H)가 제3유로(11c) 내부로 순환한 후 배출되도록 구성할 수 있다. 이와 같이 다양한 형태로 분사노즐(11)을 형성하여 제1노즐부(10)에 설치함으로써, 배가스의 고열에 의해 노즐 내부에서 환원제가 증발하는 등의 문제 등도 매우 효과적으로 해결할 수 있다.

도 4는 도 1의 황연저감장치의 작동도이다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 의한 황연저감장치(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 작동될 수 있다. 전술한 바와 같이 제어부(도 2의 80참조)의 제어에 의해 각 배관라인의 펌프 및 밸브가 조절될 수 있으며, 이를 통해 제1노즐부(10)로는 액상의 환원제(F1)를 토출시키고, 제2노즐부(20)로는 기화기(40)에서 배가스(E)와 혼합되어 기화된 환원제(F1)와 배가스(E)의 혼합가스(F2)를 토출시킬 수 있다. 환원제탱크(30)에서 공급된 액상의 환원제는 제1배관라인(101)을 따라서는 제1노즐부(10)에 직접 제공되어 액상으로 토출되며, 제2배관라인(102)을 따라서는 기화기(40)를 경유하여 기화된 후, 제3배관라인(103)을 통해 기화기(40)에 도입된 배가스(E)와 혼합된 혼합가스(F2)로 토출된다. 제1노즐부(10)로 토출된 액상의 환원제(F1)는 가스터빈(A)의 고열에 의해 바로 기화되어 이동통로(B) 내 배가스(E)와 혼합됨으로써 배가스(E)에 함유된 이산화질소 등을 더욱 신속하게 처리할 수 있다. 또한, 제2노즐부(20)로 토출된 혼합가스(F2)는 이동통로(B) 내에 보다 넓게 분사되어 배가스(E)와 혼합됨으로써 배가스(E) 전체의 이산화질소 등을 더욱 효과적으로 처리할 수 있다.

이때, 제어부(80)는 전술한 바와 같이 가스터빈(A)의 운전상태를 지시하는 제1신호(도 2의 S1참조), 이동통로(B) 및 연돌(C) 중 적어도 어느 하나 내부의 배가스(E)의 성분을 지시하는 제2신호(도 2의 S2참조), 및 이동통로(B) 및 연돌(C) 중 적어도 어느 하나 내부의 온도를 지시하는 제3신호(도 2의 S3참조) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상태신호(도 2의 S참조)를 입력 받고, 그에 대응하여 매우 능동적으로 장치를 제어할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같은 제어부(80)의 제어에 의해 가스터빈(A)의 운전상황, 이동통로(B) 및 연돌(C) 등의 내부 배가스(E) 성분변화, 이동통로(B) 및 연돌(C) 등의 내부 온도변화 등의 상황을 종합적으로 파악하고, 이를 장치를 제어하는 인자로 하여 보다 적절한 시점에, 적량의 환원제를 분사하여 배가스(E) 내 이산화질소 등을 매우 효과적으로 처리할 수 있다. 이와 같은 처리는, 특히 종래에는 대응이 어려웠던 가스터빈의 기동시점 등 운전 초기 상황에도 매우 유용하게 수행 가능한 것으로 초기 운전시에 발생하는 황연 등도 매우 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 제1신호(S1), 제2신호(S2), 제3신호(S3)를 상호 보완적으로 활용하여 환원제의 주입량을 최적으로 설정할 수 있어 더욱 효율적으로 배가스 내 이산화질소 등을 제거할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시에에 의한 황연저감장치(1)로 배가스(E)에 함유된 이산화질소 등을 제거하고 외부로 배출되는 황연 등을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치에 대해서 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록 전술한 실시예와 차이나는 부분에 대해서 중점적으로 설명하고 별도로 설명되지 않은 사항에 대해서는 전술한 설명으로 설명을 대신한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 화력발전소의 황연저감장치의 작동도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 황연저감장치(1-1)는 환원제탱크(30)는 적어도 2개가 서로 독립하여 배치되고, 제1배관라인(101)과 제2배관라인(102)은 서로 독립된 환원제탱크(30) 각각에 서로 독립적으로 연결된다. 즉, 도시된 바와 같이 적어도 2개의 서로 다른 환원제탱크(30)를 형성하여, 각 환원제탱크(30)를 서로 다른 제1배관라인(101) 및 제2배관라인(102) 각각에 서로 독립적으로 연결한 구조로 형성된다. 이를 통해 제1배관라인(101)으로는 보다 용이하게 액상의 환원제(F1)를 제1노즐부(10)까지 제공할 수 있고, 제2배관라인(102)을 통해서는 독립적으로 액상의 환원제(F1)를 기화기(40)에 공급하여 기화시키도록 형성할 수 있다. 필요에 따라 환원제탱크(30)의 개수를 추가적으로 증가시킬 수 있으며 그에 따라 관로구조를 대응하여 증가시키는 방식으로 이러한 구조를 확장하는 것도 가능하다.

이러한 경우 제1배관라인(101)은 환원제탱크(30)에 연결된 하나의 독립된 배관으로 이루어지고 배관 상에 공급펌프(51) 및 제1제어밸브(61) 등을 설치하여 유체 유동을 제어할 수 있다. 또한, 제2배관라인(102) 역시 또 다른 환원제탱크(30)에 연결된 하나의 독립된 배관으로 이루어져 배관 상에 공급펌프(51) 및 제2제어밸브(62) 등을 설치하여 유체 유동을 제어할 수 있다. 그 밖에 나머지 관로구조와 동작 들은 전술한 구조 및 작동과정과 실질적으로 동일하므로 반복적인 설명은 생략한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 의한 황연저감장치(1-1) 역시 이러한 구조를 통해 제1노즐부(10)로는 액상의 환원제(F1)를 토출하고, 제2노즐부(20)로는 기화기(40)에서 배가스(E)와 혼합되어 기화된 환원제(F1)와 배가스(E)의 혼합가스(F2)를 토출하며, 배가스(E) 내 이산화질소 등을 효과적으로 처리할 수 있다. 특히 전술한 바와 같은 제어에 의해 가스터빈(A)의 운전상황, 이동통로(B) 및 연돌(C) 등의 내부 배가스(E) 성분변화, 이동통로(B) 및 연돌(C) 등의 내부 온도변화 등의 상황을 종합적으로 파악하고, 이를 인자로 장치를 제어하여 보다 적절한 시점에, 적량의 환원제를 분사하여 배가스(E) 내 이산화질소 등을 매우 효과적으로 처리할 수 있다. 이를 통해 배가스(E)에 함유된 이산화질소 등을 제거하고 외부로 배출되는 황연을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1-1: 황연저감장치 10: 제1노즐부
11: 분사노즐 11a: 제1유로
11b: 제2유로 11c: 제3유로
11d: 유체토출구 20: 제2노즐부
30: 환원제탱크 40: 기화기
51: 공급펌프 52: 송풍기
61: 제1제어밸브 62: 제2제어밸브
63: 제3제어밸브 64: 제1유입밸브
65: 제2유입밸브 70: 센서부
80: 제어부 101: 제1배관라인
102: 제2배관라인 103: 제3배관라인
110: 제1배관 120: 제2배관
130: 제3배관 140: 제4배관
150: 제5배관 160: 제6배관
170: 제7배관
A: 가스터빈 B: 이동통로
B1: 축관부 B2: 확관부
C: 연돌 D1~D5: 과열기번들
E: 배가스 F1: 환원제
F2: 혼합가스 G: 가압기체
H: 단열유체 S: 상태신호
S1: 제1신호 S2: 제2신호
S3: 제3신호 S': 제어신호

Claims (8)

1. 가스터빈(gas turbine)과 연돌(stack) 사이의 배가스 이동통로 내 상기 가스터빈 후단에 배치된 제1노즐부;
   상기 제1노즐부와 상기 연돌의 사이에 배치된 제2노즐부;
   상기 이동통로 내 배가스의 이산화질소를 환원시키는 환원제가 저장된 환원제탱크;
   상기 환원제탱크와 상기 제1노즐부의 사이에 연결되어 상기 환원제를 상기 제1노즐부로 공급하는 제1배관라인;
   상기 환원제탱크와 상기 제2노즐부의 사이에 연결된 제2배관라인;
   상기 제2배관라인에서 분기되어 상기 이동통로와 연결되는 제3배관라인; 및
   상기 제2배관라인과 상기 제3배관라인의 분기점에 배치되어,
   상기 환원제를 상기 제3배관라인을 통해 유입된 상기 배가스와 혼합하여 기화시키고 상기 제2노즐부로 공급하는 기화기를 포함하고,
   상기 환원제탱크에 저장되는 상기 환원제는 액상인 화력발전소의 황연저감장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1노즐부로는 액상의 상기 환원제가 토출되고,
   상기 제2노즐부로는 상기 기화기에서 상기 배가스와 혼합되어 기화된 상기 환원제와 상기 배가스의 혼합가스가 토출되는 화력발전소의 황연저감장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1배관라인과 상기 제2배관라인은 상기 환원제탱크에 연결된 배관 일부를 서로 공유하는 화력발전소의 황연저감장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 환원제탱크는 적어도 2개가 서로 독립하여 배치되며,
   상기 제1배관라인과 상기 제2배관라인은 서로 독립된 상기 환원제탱크 각각에 서로 독립적으로 연결되는 화력발전소의 황연저감장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이동통로는, 상기 가스터빈 측에 연결되며 상대적으로 폭이 좁은 축관부와, 상기 연돌 측에 연결되며 상기 축관부로부터 넓게 확장된 확관부와, 상기 확관부 내 배치된 복수 개의 과열기번들을 포함하고,
   상기 제1노즐부는 상기 축관부 내에 위치하며, 상기 제2노즐부는 상기 과열기번들 사이에 위치하는 화력발전소의 황연저감장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가스터빈의 운전상태를 지시하는 제1신호, 상기 이동통로 및 상기 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 상기 배가스의 성분을 지시하는 제2신호, 및 상기 이동통로 및 상기 연돌 중 적어도 어느 하나 내부의 온도를 지시하는 제3신호 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상태신호를 입력받고,
   제어신호를 송출하여 상기 제1노즐부 및 상기 제2노즐부의 유체 토출량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 화력발전소의 황연저감장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1노즐부는,
   중앙에 액상의 상기 환원제가 내부로 공급되는 제1유로가 배치되고,
   상기 제1유로 외측에 내부로 가압기체가 공급되는 제2유로가 배치되고,
   상기 제1유로 및 상기 제2유로 중 적어도 어느 하나의 외측에 내부로 단열유체가 공급되는 제3유로가 배치되고,
   말단에 상기 제1유로와 상기 제2유로와 상호 연통되는 유체토출구가 배치된 분사노즐을, 적어도 하나 포함하는 화력발전소의 황연저감장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 환원제탱크에 저장되는 상기 환원제는, 질소성분을 포함하지 않는 것인 화력발전소의 황연저감장치.

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