KR20200005309A - Hybrid ammonia solution vaporizer using waste heat and apparatus for removing nitrogen oxides from flue gas - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a hybrid ammonia vaporizer using waste heat and a combustion gas nitrogen oxide removal device including the same. According to an embodiment of the present invention, a hybrid ammonia vaporizer comprises: a first vaporizer for firstly vaporizing ammonia water by reusing waste heat of combustion gas discharged into a stack in a selective reduction catalyst tower; and a second vaporizer which secondly vaporizes the remaining ammonia water unvaporized through the first vaporizer.

Description

폐열을 이용하는 하이브리드 암모니아 기화기 및 이를 포함하는 연소가스 질소산화물 제거장치 {Hybrid ammonia solution vaporizer using waste heat and apparatus for removing nitrogen oxides from flue gas}Hybrid ammonia solution vaporizer using waste heat and apparatus for removing nitrogen oxides from flue gas}

본 발명은 연소가스의 정화를 위한 기술에 관한 것으로, 보다 세부적으로 연소가스 내 질소산화물(NOx)을 제거하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for purifying combustion gas, and more particularly to a technique for removing nitrogen oxides (NO x ) in the combustion gas.

선택적 촉매 환원 탑(Selective Catalystic Reduction tower: SCR, 이하 'SCR'이라 칭함)은 각종 폐기물 또는 고형연료를 소각하고 난 뒤 발생하는 연소가스 내의 질소산화물(NOx)을 효율적으로 제거하기 위한 설비이다. SCR에서는 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 촉매(Catalyst)가 설치되며, 환원제로 암모니아(NH3)를 사용한다. 환원제인 암모니아는 운반과 보관의 용이 상 액상으로 공급되며, SCR에 투입 전 반응성을 높이기 위해 암모니아 기화기를 통해 연소가스에 희석하여 액체 상태를 기체 상태로 상 변화시킨 후 SCR에 투입한다.Selective Catalystic Reduction Tower (SCR, hereinafter referred to as 'SCR') is a facility for efficiently removing nitrogen oxides (NO x ) in the combustion gas generated after incineration of various wastes or solid fuels. In SCR, a catalyst for removing nitrogen oxides (NO x ) is installed, and ammonia (NH 3 ) is used as a reducing agent. Ammonia, a reducing agent, is supplied to the liquid phase for ease of transportation and storage. In order to increase the reactivity before entering the SCR, the ammonia is diluted in the combustion gas through an ammonia vaporizer, and the liquid state is changed into a gas phase before being introduced into the SCR.

SCR은 통상 촉매 반응온도인 200~400℃에서 운전되며, 최적 운전온도를 맞추기 위해 연소가스와 환원제인 암모니아수(NH3 solution)의 온도를 SCR의 반응 최적 온도까지 승온 시킨다. 연소가스를 승온 시키는 동시에 암모니아수를 기화시키기 위해 증기식 가스 가열기(Steam Gas Heater) 또는 버너(Burner)를 사용하며, 이에 많은 양의 LPG 또는 증기(Steam)가 사용된다. 이는 곧, 연간 운영비의 상승과 연관된다.SCR is usually operated at a catalytic reaction temperature of 200 ~ 400 ℃, in order to meet the optimum operating temperature, the temperature of the combustion gas and the reducing agent ammonia water (NH 3 solution) to raise the reaction temperature of the SCR. In order to vaporize the ammonia water while heating the combustion gas, a steam gas heater or burner is used, and a large amount of LPG or steam is used. This, in turn, is associated with an increase in annual operating costs.

도 1은 일반적인 암모니아 기화기를 포함한 연소가스 질소산화물 제거장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a combustion gas nitrogen oxide removal device including a general ammonia vaporizer.

도 1을 참조하면, 일반적인 연소가스 질소산화물 제거장치(1)는 증기식 가스 가열기(steam gas heater)(10), 암모니아 기화기(ammonia solution vaporizer)(12), 주 덕트(14), SCR(16) 및 연돌(stack)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a general combustion gas nitrogen oxide removal device 1 includes a steam gas heater 10, an ammonia solution vaporizer 12, a main duct 14, and an SCR 16. ) And stacks.

일반적으로 SCR의 촉매 반응성을 높이기 위해 증기식 가스 가열기(10)는 과열증기(super heated steam)를 입력받아 160 ~ 170℃의 연소가스(flue gas)를 200 ~ 230℃로 승온 시킨다. 이 과정에서 많은 양의 증기(steam) 또는 보조연료가 사용된다. 이후, 상온 상태의 환원제인 암모니아수(ammonia solution)를 기화시키기 위해, 수분이 제거된 압축공기(Instrument Air)와 동시에 고압 분사로 암모니아 공급 송풍기(ammonia supply fan)(11)를 통해 암모니아 기화기(12)에 강제 흡인된 연소가스에, 암모니아 분무 노즐(ammonia spray nozzle)(120)을 통해 암모니아수를 분사함에 따라 암모니아수를 기화시킨다. 암모니아 기화기(12)에서 기화된 암모니아 가스(ammonia gas)가 포함된 연소가스는 암모니아 분사 그리드(ammonia injection grid)(140)를 통해 다시 주 덕트(14)로 재분사된 후 SCR(16)로 유입된다. SCR(16)은 환원제인 암모니아 가스를 이용하여 선택적 촉매 환원 방식을 통해 연소가스 내 질소산화물(NOx)을 제거한다. 질소산화물(NOx)이 제거된 연소가스는 연돌(18)로 배출된다. 도 1을 참조로 하여 전술한 구조에서는 암모니아수를 기화시키기 위해 다수의 제어 밸브(control valve: CV)와 장비 간 연동을 위한 전기계장, 측정계장 등의 설비가 많아 그 구성이 복잡하며 설치비 또한 높다.In general, in order to increase the catalytic reactivity of the SCR, the steam-type gas heater 10 receives super heated steam and heats the combustion gas of 160 to 170 ° C to 200 to 230 ° C. A large amount of steam or auxiliary fuel is used in this process. Subsequently, in order to vaporize the ammonia solution, which is a reducing agent at room temperature, the ammonia vaporizer 12 through an ammonia supply fan 11 through a high pressure injection at the same time as the compressed air (Instrument Air) from which water is removed. The ammonia water is vaporized by injecting ammonia water through the ammonia spray nozzle 120 to the combustion gas forced to be sucked in. Combustion gas containing ammonia gas vaporized in the ammonia vaporizer 12 is re-injected through the ammonia injection grid 140 to the main duct 14 and then flows into the SCR 16. do. SCR 16 removes nitrogen oxides (NO x ) in the combustion gas through a selective catalytic reduction method using ammonia gas as a reducing agent. The combustion gas from which nitrogen oxides (NO x ) have been removed is discharged to the stack 18. In the above-described structure with reference to Figure 1 in order to vaporize the ammonia water, a number of control valves (CV) and a number of facilities, such as electrical instrumentation, measurement instrumentation for interworking between the equipment is complicated and its installation cost is also high.

일 실시 예에 따라, 간단한 구성으로 설치비를 절감하고 보조연료 및 증기 사용을 줄여 운영비를 절감할 수 있는 하이브리드 암모니아 기화기 및 이를 포함하는 연소가스 질소산화물 제거장치를 제안한다.According to an embodiment, a hybrid ammonia vaporizer and a combustion gas nitrogen oxide removal device including the same are proposed, which can reduce installation costs and reduce operating costs by using a simple configuration.

일 실시 예에 따른 하이브리드 암모니아 기화기는, 선택적 환원 촉매 탑에서 연돌(stack)로 배출되는 연소가스의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 1차 기화시키는 제1 기화기와, 제1 기화기를 통해서 기화되지 않은 나머지 암모니아수를 2차 기화시키는 제2 기화기를 포함한다.Hybrid ammonia vaporizer according to an embodiment, the first vaporizer to first vaporize the ammonia water by recycling the waste heat of the combustion gas discharged to the stack (stack) in the selective reduction catalyst tower, the remaining ammonia water not vaporized through the first vaporizer And a second vaporizer for secondary vaporizing.

제1 기화기는, 선택적 환원 촉매 탑의 외부 표면과의 간접 접촉을 통해 암모니아수를 간접 가열할 수 있다. 제1 기화기는, 선택적 환원 촉매 탑에서 배출되는 연소가스의 폐열을 현열(sensible heat)로 재사용하여 암모니아수를 기화되기 직전의 상태 또는 적어도 일부가 기화된 상태로 가열하여 1차 기화시킬 수 있다.The first vaporizer can indirectly heat the ammonia water through indirect contact with the outer surface of the selective reduction catalyst tower. The first vaporizer may reuse the waste heat of the combustion gas discharged from the selective reduction catalyst tower as sensible heat to firstly vaporize the ammonia water by heating it to a state just before vaporizing or at least a part thereof.

제2 기화기는 전기 히터를 이용하여 암모니아수를 가열할 수 있다. 전기 히터는 암모니아 공급 배관 내 암모니아수를 간접 가열하여 기화시킬 수 있다. 제2 기화기는 기화된 암모니아 가스의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며, 전기 히터는 온도 센서를 통해 측정된 암모니아 가스의 온도가 미리 설정된 기화 온도에 도달하도록 구동될 수 있다. 전기 히터는 증기와의 열 전도율을 향상시키기 위해 핀 튜브 타입일 수 있다.The second vaporizer may heat ammonia water using an electric heater. The electric heater may vaporize the ammonia water in the ammonia supply pipe by indirect heating. The second vaporizer further includes a temperature sensor for measuring the temperature of vaporized ammonia gas, and the electric heater may be driven such that the temperature of the ammonia gas measured through the temperature sensor reaches a preset vaporization temperature. The electric heater may be of fin tube type to improve thermal conductivity with steam.

제2 기화기는, 증기식 가스 가열기 또는 버너에서 연소가스 승온에 사용된 증기의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 암모니아 가스로 기화시킬 수 있다. 제2 기화기는, 연소가스 승온에 사용된 증기를 암모니아 기화에 필요한 잠열(latent heat)로 재사용하여 암모니아수를 기화시킬 수 있다.The second vaporizer may vaporize the ammonia water into ammonia gas by reusing the waste heat of the steam used to raise the combustion gas in the steam gas heater or burner. The second vaporizer may vaporize the ammonia water by reusing the steam used to raise the combustion gas to the latent heat required for ammonia vaporization.

제2 기화기는, 연소가스 승온에 사용된 증기가 유입되는 증기 유입로와, 증기 유입로를 통해 유입되는 증기의 유량을 조절하여 암모니아수의 가열 양을 제어하는 증기 유량 제어밸브와, 제1 기화기로부터 가열된 암모니아수가 유입되는 암모니아 유입로와, 암모니아 유입로를 통해 유입된 암모니아수를 수용하며, 수용된 암모니아수는 증기 유입로를 통해 유입된 증기의 폐열을 재사용하여 가열됨에 따라 암모니아 가스로 기화되는 암모니아 공급 배관과, 암모니아 공급 배관에서 기화된 암모니아 가스가 유출되는 암모니아 유출로와, 암모니아 공급 배관에서 재사용된 증기가 외부로 유출되는 증기 유출로와, 증기 유입로를 통해 유입된 증기의 압력을 제어하여 증기 압력이 미리 설정된 압력 이상인 경우 증기 유출로를 통해 증기를 유출시키는 압력 제어밸브를 포함할 수 있다. 제2 기화기는 재사용 증기의 보조수단으로 사용되어, 암모니아수를 가열하여 기화시키는 전기 히터를 더 포함할 수 있다.The second carburetor includes a steam inflow path through which the steam used to raise the combustion gas flows in, a steam flow control valve for controlling the amount of heating of the ammonia water by adjusting the flow rate of the steam flowing through the steam inflow path, and from the first vaporizer. The ammonia inlet which receives the heated ammonia water and the ammonia water introduced through the ammonia inlet are accommodated, and the ammonia supplied pipe is vaporized with ammonia gas as it is heated by reusing the waste heat of the steam introduced through the steam inlet. And vapor pressure by controlling the pressure of the steam flowing through the ammonia outflow passage through which the ammonia gas vaporized from the ammonia supply pipe flows out, the steam outflow passage through which the reused steam from the ammonia supply pipe flows out, and the steam inflow passage. Pressure to let steam out through steam outlet if above this preset pressure It may comprise a control valve. The second vaporizer may further include an electric heater used as an auxiliary means of the reuse steam to heat and vaporize the ammonia water.

다른 실시 예에 따른 연소가스 질소산화물 제거장치는, 선택적 환원 촉매 탑에서 연돌로 배출되는 연소가스의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 1차 기화시키는 제1 기화기와, 제1 기화기를 통해서 기화되지 않은 나머지 암모니아수를 2차 기화시키는 제2 기화기와, 제2 기화기로부터 기화된 암모니아 가스를 그리드를 통해 연소가스에 균일하게 분사하여 혼합가스를 형성하는 주 덕트와, 주 덕트로부터 혼합가스를 입력받아, 암모니아 가스를 환원제로 사용하여 선택적 촉매 환원 방식을 통해 연소가스의 질소산화물을 제거하고 질소산화물이 제거된 연소가스를 연돌로 배출하는 선택적 환원 촉매 탑을 포함한다.Combustion gas nitrogen oxide removal apparatus according to another embodiment, the first vaporizer to first vaporize the ammonia water by recycling the waste heat of the combustion gas discharged to the stack in the selective reduction catalyst tower, the remaining ammonia water not vaporized through the first vaporizer A second vaporizer for secondary vaporization, a main duct for uniformly injecting the ammonia gas vaporized from the second vaporizer to the combustion gas through the grid, and a mixed gas from the main duct, It includes a selective reduction catalyst tower to remove the nitrogen oxides of the combustion gas through the selective catalytic reduction method using a reducing agent and to discharge the combustion gas from which the nitrogen oxides are removed to the stack.

일 실시 예에 따른 하이브리드 암모니아 기화기는 설비에서 발생하는 폐열을 재사용함에 따라 추가적인 증기 및 보조연료 사용을 줄여 에너지를 절약하고 운영비를 절감할 수 있다. 또한, 기존의 암모니아수를 기화시키기 위한 다수의 제어 밸브, 장비 간 연동을 위한 전기계장, 측정계장 등을 포함한 설비 구성을 단순화하고 별도의 송풍기, 암모니아수를 가압 분사하기 위해 필터링된 공기 등이 필요 없어 설비 구성이 간단하며 설치비를 절감할 수 있어 경제적이다.Hybrid ammonia vaporizer according to an embodiment can reduce the use of additional steam and auxiliary fuel by reusing the waste heat generated in the plant to save energy and reduce operating costs. In addition, it simplifies the configuration of facilities including a large number of control valves for vaporizing existing ammonia water, an electrical instrument for interworking equipment, and a measurement instrument, and does not require a separate blower or filtered air to pressurize and spray ammonia water. Simple configuration and economical installation cost can be reduced.

나아가, 암모니아 가열 방식에 있어 제1 기화기와 SCR 설비의 외부 표면의 접촉을 통해 가열하는 간접가열 방식을 사용함에 따라 암모니아에 직접 열이 가해지는 직접가열 방식이 아니므로 암모니아가 직접 열을 받지 않아 폭발의 위험이 적어 안전하다. 제2 기화기 내에서도 암모니아 공급 배관을 재사용 증기와 전기 히터가 간접 가열하는 방식을 사용함에 따라 암모니아가 직접 열을 받지 않아 폭발의 위험이 적어 안전하다.Furthermore, the ammonia heating method uses an indirect heating method that heats through contact between the first vaporizer and the external surface of the SCR facility, so it is not a direct heating method in which ammonia is directly heated. The risk is low and safe. In the second vaporizer, the ammonia supply pipe is reused by indirect heating of the steam and electric heater, so that ammonia is not directly heated, so the risk of explosion is low.

도 1은 일반적인 암모니아 기화기를 포함한 연소가스 질소산화물 제거장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 암모니아 기화기를 포함하는 연소가스 질소산화물 제거장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 제2 기화기의 세부 구성도이다.1 is a block diagram of a combustion gas nitrogen oxide removal device including a general ammonia vaporizer,
2 is a block diagram of a combustion gas nitrogen oxide removal device including a hybrid ammonia vaporizer according to an embodiment of the present invention,
3 is a detailed configuration diagram of the second vaporizer of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments of the present invention make the disclosure of the present invention complete and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present disclosure, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted, and the following terms are used in the embodiments of the present disclosure. Terms are defined in consideration of the function of the may vary depending on the user or operator's intention or custom. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention illustrated in the following may be modified in many different forms, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the following. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 암모니아 기화기를 포함하는 연소가스 질소산화물 제거장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 제2 기화기의 세부 구성도다.2 is a configuration diagram of a combustion gas nitrogen oxide removal device including a hybrid ammonia vaporizer according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a detailed configuration of the second vaporizer of Figure 2 according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 연소가스 질소산화물 제거장치(2)는 제1 기화기(1st vaporizer)(22-1), 제2 기화기(2nd vaporizer)(22-2), 주 덕트(24), 선택적 환원 촉매 탑(Selective Catalystic Reduction tower: SCR, 이하 'SCR'이라 칭함)(26) 및 연돌(stack)(28)을 포함하며, 증기식 가스 가열기(steam gas heater)(20)를 더 포함할 수 있다. 증기식 가스 가열기(20)는 버너로 대체될 수 있다.2 and 3, the combustion gas nitrogen oxide removal device 2 includes a first vaporizer 22-1, a second vaporizer 22-2, and a main duct 24. It includes a selective catalytic reduction tower (SCR, hereinafter referred to as 'SCR') 26 and stack 28, and further comprises a steam gas heater (20) can do. The steam gas heater 20 may be replaced with a burner.

제1 기화기(22-1)와 제2 기화기(22-2)를 합쳐 하이브리드 암모니아 기화기라 칭한다. 하이브리드 암모니아 기화기는 사용하고 남은 폐열을 재사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 기화기(22-1)는 SCR(26)에서 연돌(28)로 배출되는 고온의 연소가스의 폐열을 재사용하고, 제2 기화기(22-2)는 연소가스의 승온에 사용된 증기의 폐열을 재사용한다. 이와 같이 폐열을 재사용함에 따라 에너지를 절약할 수 있다.The first vaporizer 22-1 and the second vaporizer 22-2 are collectively referred to as a hybrid ammonia vaporizer. The hybrid ammonia vaporizer can reuse the waste heat left over. For example, the first vaporizer 22-1 reuses the waste heat of the hot combustion gas discharged from the SCR 26 to the stack 28, and the second vaporizer 22-2 is used to raise the temperature of the combustion gas. Reuse the waste heat of the steam. In this way, energy can be saved by reusing waste heat.

이하, 전술한 특징을 가지는 하이브리드 암모니아 기화기를 포함하는 연소가스 질소산화물 제거장치(2)의 구성에 대해 상세히 후술한다.Hereinafter, the configuration of the combustion gas nitrogen oxide removal device 2 including the hybrid ammonia vaporizer having the above-described characteristics will be described in detail later.

제1 기화기(22-1)는 SCR(26)에서 연돌(28)로 배출되는 연소가스의 폐열을 재사용하여 상온 상태의 암모니아수(20℃ solution)를 가열함에 따라 암모니아 가스로 1차 기화시킨다. 이에 따라, 상온 상태의 암모니아수(20℃ solution)는 기화가 되기 직전의 상태 또는 적어도 일부가 기화된 상태가 된다. 이때, SCR(26) 하부에서 배출되는 연소가스(190℃)의 폐열은 암모니아수(20℃ solution)를 가열하기 위한 현열(sensible heat)로 재사용될 수 있다.The first vaporizer 22-1 is primarily used in ammonia gas by heating the ammonia water (20 ° C. solution) at room temperature by reusing the waste heat of the combustion gas discharged from the SCR 26 to the stack 28. Accordingly, the aqueous ammonia solution (20 ° C. solution) at room temperature is in a state immediately before vaporization or at least a part is vaporized. At this time, the waste heat of the combustion gas (190 ° C.) discharged from the bottom of the SCR 26 may be reused as sensible heat for heating the ammonia water (20 ° C. solution).

일 실시 예에 따른 제1 기화기(22-1)는 SCR(26)의 외부 표면과의 접촉을 통해 상온 상태의 암모니아수를 간접 가열한다. 즉, 제1 기화기(22-1)는 SCR(26) 하부에 위치하여, SCR(26)의 외부 표면과 간접 접촉할 수 있다. 간접 가열 방식은 암모니아수를 직접 가열하는 직접 방식이 아니라, SCR(26)의 외부 표면과의 접촉을 통해 암모니아수를 간접 가열하는 방식이다. 간접 방식의 경우, 직접 방식과 다르게 암모니아가 직접 열을 받지 않아 폭발의 위험이 적어 안전한 것이 장점이다.The first vaporizer 22-1 according to an embodiment indirectly heats ammonia water at room temperature through contact with an external surface of the SCR 26. That is, the first vaporizer 22-1 may be positioned below the SCR 26 and may be in indirect contact with the outer surface of the SCR 26. The indirect heating method is not a direct method of directly heating the ammonia water, but a method of indirectly heating the ammonia water through contact with the outer surface of the SCR 26. In the case of the indirect method, unlike a direct method, since ammonia is not directly heated, the risk of explosion is low, which is an advantage.

제2 기화기(22-2)는 제1 기화기(22-1)로부터 적어도 일부가 기화된 암모니아수를 입력받아, 제1 기화기(22-1)를 통해서 미처 기화되지 않은 나머지 암모니아수를 가열하여 암모니아 가스로 2차 기화시킨다. 제1 기화기(22-1)에서 암모니아수는 대부분 기화되나, 기화되지 않은 암모니아수가 존재할 수 있으므로 제2 기화기(22-2)에서 가열을 통해 나머지 암모니아수를 기화시킨다. 제2 기화기(22-2)는 전기 히터(228)를 이용하여 암모니아수를 기화시킬 수 있다. SCR(26)의 촉매 최적온도를 맞추기 위해 연소가스를 가열하는 증기식 가스 가열기(20) 또는 버너를 이용할 수 있으나, 연소가스 온도가 높은 현장에 따라서는 증기식 가스 가열기(20) 또는 버너를 사용하지 않을 수 있다. 이 경우, 제2 기화기(22-2)는 전기 히터(228)를 이용하여 암모니아수를 완전 기화시키게 된다.The second vaporizer 22-2 receives the ammonia water vaporized at least partially from the first vaporizer 22-1, and heats the remaining ammonia water that has not been vaporized through the first vaporizer 22-1 to ammonia gas. Secondary vaporization. Most of the ammonia water is vaporized in the first vaporizer 22-1, but since the unvaporized ammonia water may be present, the second vaporizer 22-2 vaporizes the remaining ammonia water through heating. The second vaporizer 22-2 may vaporize the ammonia water using the electric heater 228. A steam gas heater 20 or a burner may be used to heat the combustion gas to adjust the optimum temperature of the catalyst of the SCR 26. However, depending on the site where the combustion gas temperature is high, a steam gas heater 20 or a burner may be used. You can't. In this case, the second vaporizer 22-2 completely vaporizes the ammonia water using the electric heater 228.

일 실시 예에 따른 전기 히터(228)는 제2 기화기(22-2)의 암모니아 공급 배관(224) 내 암모니아를 간접 가열하는 방식을 사용하여 가열한다. 간접 방식의 경우, 직접 방식과 다르게 암모니아가 직접 열을 받지 않아 폭발의 위험이 적어 안전하다. 예를 들어, 전기 히터(228)는 제2 기화기(22-2)의 암모니아 공급 배관(224)에 열량을 공급하여 암모니아 공급 배관(224)을 가열한다. 전기 히터(228) 역시 암모니아 공급 배관(224)을 가열하는 간접 방식을 사용하여 안정성이 보장된다. 전기 히터(228)는 증기와의 열 전도율을 향상시키기 위해 핀 튜브(Finned tube) 타입으로 설계될 수 있다.The electric heater 228 according to an embodiment heats using a method of indirectly heating ammonia in the ammonia supply pipe 224 of the second vaporizer 22-2. In the case of the indirect method, unlike a direct method, ammonia is not directly heated, so it is safe because of the low risk of explosion. For example, the electric heater 228 supplies the heat amount to the ammonia supply pipe 224 of the second vaporizer 22-2 to heat the ammonia supply pipe 224. The electric heater 228 is also guaranteed by using an indirect manner of heating the ammonia supply pipe 224. The electric heater 228 may be designed as a finned tube type to improve thermal conductivity with steam.

전기 히터(228)는 암모니아 간접 가열을 위해 온도 센서(229)를 이용할 수 있다. 온도 센서(229)는 제2 기화기(22-2)에서 기화된 암모니아 가스의 온도를 측정한다. 이때, 전기 히터(228)는 온도 센서(229)에 의해 측정된 암모니아 가스 온도가 미리 설정된 기화 온도에 도달하도록 가동된다.The electric heater 228 can use the temperature sensor 229 for ammonia indirect heating. The temperature sensor 229 measures the temperature of the ammonia gas vaporized in the second vaporizer 22-2. At this time, the electric heater 228 is operated so that the ammonia gas temperature measured by the temperature sensor 229 reaches a preset vaporization temperature.

일 실시 예에 따른 제2 기화기(22-2)는 증기식 가스 가열기(20) 또는 버너에서 연소가스 승온에 사용되고 난 후의 증기(250℃)의 폐열을 재사용함에 따라 암모니아수를 암모니아 가스로 완전 기화시킨다. 이때, 제2 기화기(22-2)는 연소가스 승온에 사용된 증기(250℃)를, 유입된 암모니아수와 일부 기화된 암모니아 기체의 완전 기화에 필요한 잠열(latent heat)로 재사용할 수 있다. 이에 따라 암모니아 기화에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.The second vaporizer 22-2 according to an embodiment completely vaporizes the ammonia water with ammonia gas by reusing the waste heat of the steam (250 ° C.) after being used to raise the combustion gas in the steam gas heater 20 or the burner. . In this case, the second vaporizer 22-2 may reuse the steam (250 ° C.) used to raise the combustion gas as the latent heat required for complete vaporization of the introduced ammonia water and some vaporized ammonia gas. As a result, energy required for ammonia vaporization can be saved.

증기식 가스 가열기(20) 또는 버너는 과열 증기(super heated steam)(320℃)와 연소가스(flue gas)(160℃)를 유입 받아, 과열 증기를 통해 연소가스를 가열하여 승온 시킨다. 연소가스 가열에 사용되고 난 후의 포화 증기(250℃)는 제2 기화기(22-2)에 제공되고, 승온된 연소가스는 주 덕트(24)에 제공된다.The steam gas heater 20 or the burner receives super heated steam (320 ° C.) and flue gas (160 ° C.), and heats the combustion gas through the superheated steam to raise the temperature. Saturated steam (250 ° C.) after being used for combustion gas heating is provided to the second vaporizer 22-2, and the heated combustion gas is provided to the main duct 24.

주 덕트(24)는 연소가스를 입력받고, 제2 기화기(22-2)로부터 기화된 암모니아 가스를 그리드를 통해 연소가스에 균일하게 분사하여 혼합가스를 형성한다. 연소가스는 증기식 가스 가열기(20)로부터 입력받을 수 있다. SCR(26)은 주 덕트(24)로부터 혼합가스를 입력받아, 암모니아 가스를 환원제로 사용하여 선택적 촉매 환원 방식을 통해 연소가스의 질소산화물을 제거하고 질소산화물이 제거된 연소가스를 연돌(28)로 배출한다. SCR(26)에서 연돌(28)로 배출되는 연소가스의 폐열은 제1 기화기(22-1)의 암모니아수 가열 및 기화를 위해 재사용 된다.The main duct 24 receives the combustion gas and uniformly injects the ammonia gas vaporized from the second vaporizer 22-2 to the combustion gas through the grid to form a mixed gas. The combustion gas may be input from the steam gas heater 20. The SCR 26 receives the mixed gas from the main duct 24, removes nitrogen oxides of the combustion gas through selective catalytic reduction using ammonia gas as the reducing agent, and stacks the combustion gas from which the nitrogen oxides have been removed. To be discharged. Waste heat of the combustion gas discharged from the SCR 26 to the stack 28 is reused for heating and vaporizing ammonia water of the first vaporizer 22-1.

일 실시 예에 따른 제2 기화기(22-2)는 도 3에 도시된 바와 같이 증기 유입로(221), 증기 유량 제어밸브(Control Valve: CV)(222), 암모니아 유입로(223), 암모니아 공급 배관(224), 암모니아 유출로(225), 압력 제어밸브(Pressure Safety Valve: PSV)(226), 증기 유출로(227), 전기 히터(228), 온도 센서(Temperature Element: TE)(229) 및 압력 게이지(Pressure Gauge: PG)(230)를 포함한다.As illustrated in FIG. 3, the second vaporizer 22-2 may include a steam inlet 221, a control valve CV, 222, an ammonia inlet 223, and ammonia. Supply piping 224, ammonia outlet 225, pressure safety valve (PSV) 226, steam outlet 227, electric heater 228, temperature element (TE) (229) ) And a pressure gauge (PG) 230.

증기 유입로(221)에는 증기식 가스 가열기(20)에서 연소가스(160℃)의 승온에 사용되고 난 후 유출된 포화 증기(250℃)가 유입된다. 증기 유량 제어밸브(222)는 증기 유입로(221)를 통해 유입되는 포화 증기(250℃)의 유량을 조절하여 암모니아수의 가열 양을 제어한다. 암모니아 유입로(223)는 제1 기화기(22-1)로부터 가열된 암모니아수가 유입된다. 암모니아 공급 배관(224)은 암모니아 유입로(223)를 통해 유입된 암모니아수를 수용한다. 이때, 암모니아 공급 배관(224)에 수용된 암모니아수는 증기 유입로(221)를 통해 유입된 포화 증기(250℃)의 폐열을 재사용하여 가열됨에 따라 암모니아 가스로 기화된다. 암모니아 유출로(225)에는 암모니아 공급 배관(224)에서 기화된 암모니아 가스가 유출된다. 유출된 암모니아 가스는 주 덕트(24)로 유입되어 주 덕트(24)의 암모니아 분사 그리드(ammonia injection grid)(240)를 통해 고르게 분사된다. 증기 유출로(227)는 암모니아 공급 배관(224)에서 재사용된 포화 증기가 외부로 유출된다. 압력 제어밸브(226)는 제2 기화기(22-2) 내부의 포화 증기 압력으로부터 제2 기화기(22-2)를 보호하기 위한 것이다. 특히, 증기 유입로(221)를 통해 유입된 포화 증기의 압력을 제어하여 포화 증기 압력이 미리 설정된 압력 이상인 경우 증기 유출로(227)를 통해 포화 증기를 유출시킴에 따라 제2 기화기(22-2)를 보호하게 된다.The steam inlet 221 is introduced with saturated steam (250 ° C.) flowing out after being used to raise the combustion gas (160 ° C.) in the steam gas heater 20. The steam flow rate control valve 222 controls the heating amount of the ammonia water by adjusting the flow rate of saturated steam (250 ° C.) flowing through the steam inlet 221. In the ammonia inflow passage 223, heated ammonia water flows from the first vaporizer 22-1. The ammonia supply pipe 224 accommodates the ammonia water introduced through the ammonia inlet 223. At this time, the ammonia water contained in the ammonia supply pipe 224 is vaporized with ammonia gas as it is heated by reusing the waste heat of the saturated steam (250 ° C.) introduced through the steam inlet 221. Ammonia gas vaporized from the ammonia supply pipe 224 flows out into the ammonia outflow path 225. The outflowed ammonia gas flows into the main duct 24 and is evenly injected through the ammonia injection grid 240 of the main duct 24. In the steam outlet 227, saturated steam reused in the ammonia supply pipe 224 flows outward. The pressure control valve 226 is for protecting the second vaporizer 22-2 from the saturated vapor pressure inside the second vaporizer 22-2. In particular, when the saturated vapor pressure is greater than or equal to the preset pressure by controlling the pressure of the saturated steam introduced through the steam inlet 221, the second vaporizer 22-2 as the saturated vapor is discharged through the steam outlet 227. ) Will be protected.

전기 히터(228)는 암모니아 공급 배관(224) 내 암모니아수를 간접 가열하여 기화시킨다. 온도 센서(229)는 재사용 증기를 통해 암모니아 공급 배관(224)에서 기화된 암모니아 가스의 온도를 측정한다. 이때, 전기 히터(228)는 온도 센서(229)를 통해 측정된 암모니아 가스의 온도가 미리 설정된 기화 온도에 도달하도록 구동될 수 있다. 전기 히터(228)는 증기와의 열 전도율을 향상시키기 위해 핀 튜브(Finned tube) 타입으로 제조될 수 있다.The electric heater 228 indirectly vaporizes ammonia water in the ammonia supply pipe 224. The temperature sensor 229 measures the temperature of the ammonia gas vaporized in the ammonia supply pipe 224 through the reuse steam. In this case, the electric heater 228 may be driven such that the temperature of the ammonia gas measured by the temperature sensor 229 reaches a preset vaporization temperature. The electric heater 228 may be manufactured in a finned tube type to improve thermal conductivity with steam.

도 2 및 도 3을 참조로 하여 전술한 바와 같이, 연돌(28)로 배출되는 고온의 연소가스로부터 폐열을 재사용하여 제1 기화기(22-1)에서 암모니아수를 가열하여 기화시킨다. 제2 기화기(22-2) 역시 연소가스의 승온에 사용된 증기를 재사용하여 암모니아수를 가열하여 기화시킬 수 있다. 암모니아를 기화하기 위해 설비에서 발생하는 폐열을 재사용한다는 점에서 에너지를 절약할 수 있으며, 설비의 구성이 기존 방식에 비해 간단하여 경제적인 장점이 있다.As described above with reference to FIGS. 2 and 3, the ammonia water is heated and vaporized in the first vaporizer 22-1 by reusing waste heat from the hot combustion gas discharged into the stack 28. The second vaporizer 22-2 may also vaporize the ammonia water by reusing the steam used to raise the temperature of the combustion gas. Energy can be saved in that the waste heat generated from the facility is reused to vaporize the ammonia, and the configuration of the facility is simpler than the conventional method, which is economically advantageous.

또한, 암모니아 가열 방식에 있어 제1 기화기(22-1)와 SCR 설비의 외부 표면의 접촉을 통해 암모니아를 간접가열하고, 제2 기화기(22-2) 내에서도 재사용 증기와 전기 히터(228) 등을 통해 암모니아 공급 배관을 간접 가열하는 방식을 사용함에 따라 암모니아가 직접 열을 받지 않아 폭발의 위험이 적어 안전성이 보장된다.In addition, in the ammonia heating method, ammonia is indirectly heated through contact between the first vaporizer 22-1 and the external surface of the SCR facility, and the reuse steam and the electric heater 228 are also provided in the second vaporizer 22-2. Indirect heating of the ammonia supply pipe through the ammonia is not directly heated, so the risk of explosion is low, ensuring safety.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the embodiments. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (12)

선택적 환원 촉매 탑에서 연돌(stack)로 배출되는 연소가스의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 1차 기화시키는 제1 기화기; 및
제1 기화기를 통해서 기화되지 않은 나머지 암모니아수를 2차 기화시키는 제2 기화기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.A first vaporizer for firstly vaporizing ammonia water by reusing waste heat of combustion gas discharged into stacks in a selective reduction catalyst tower; And
A second vaporizer for secondly vaporizing the remaining ammonia water not vaporized through the first vaporizer;
Hybrid ammonia vaporizer comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 기화기는
선택적 환원 촉매 탑의 외부 표면과의 간접 접촉을 통해 암모니아수를 간접 가열하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 1, wherein the first vaporizer
A hybrid ammonia vaporizer, characterized in that the ammonia water is indirectly heated through indirect contact with the outer surface of the selective reduction catalyst tower. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 기화기는
선택적 환원 촉매 탑에서 배출되는 연소가스의 폐열을 현열(sensible heat)로 재사용하여 암모니아수를 기화되기 직전의 상태 또는 적어도 일부가 기화된 상태로 가열하여 1차 기화시키는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 암모니아 기화기.The method of claim 1, wherein the first vaporizer
Ammonia vaporizer using waste heat, characterized in that the waste heat of the combustion gas discharged from the selective reduction catalyst tower is reused as sensible heat to firstly vaporize the ammonia water just before evaporating or at least a portion of it vaporized. . 제 1 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
전기 히터를 이용하여 암모니아수를 가열하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 1, wherein the second vaporizer
A hybrid ammonia vaporizer, characterized in that for heating the ammonia water using an electric heater. 제 4 항에 있어서,
상기 전기 히터는 암모니아 공급 배관 내 암모니아수를 간접 가열하여 기화시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 4, wherein
The electric heater is a hybrid ammonia vaporizer, characterized in that the ammonia water in the ammonia supply pipe indirectly heated to vaporize. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
기화된 암모니아 가스의 온도를 측정하는 온도 센서; 를 더 포함하며,
상기 전기 히터는 온도 센서를 통해 측정된 암모니아 가스의 온도가 미리 설정된 기화 온도에 도달하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 4, wherein the second vaporizer is
A temperature sensor for measuring the temperature of vaporized ammonia gas; More,
And the electric heater is driven such that the temperature of the ammonia gas measured by the temperature sensor reaches a preset vaporization temperature. 제 4 항에 있어서, 상기 전기 히터는
증기와의 열 전도율을 향상시키기 위해 핀 튜브 타입인 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 4, wherein the electric heater
Hybrid ammonia vaporizer, characterized in that the fin tube type to improve the thermal conductivity with the steam. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
증기식 가스 가열기 또는 버너에서 연소가스 승온에 사용된 증기의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 암모니아 가스로 기화시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 1, wherein the second vaporizer
A hybrid ammonia vaporizer, characterized in that to vaporize the ammonia water with ammonia gas by reusing the waste heat of the steam used for heating the combustion gas in the steam gas heater or burner. 제 8 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
연소가스 승온에 사용된 증기를 암모니아 기화에 필요한 잠열(latent heat)로 재사용하여 암모니아수를 기화시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 폐열을 이용하는 암모니아 기화기.The method of claim 8, wherein the second vaporizer is
An ammonia vaporizer using waste heat, characterized in that to vaporize the ammonia water by reusing the steam used to raise the combustion gas as a latent heat (latent heat) required for ammonia vaporization. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
연소가스 승온에 사용된 증기가 유입되는 증기 유입로;
증기 유입로를 통해 유입되는 증기의 유량을 조절하여 암모니아수의 가열 양을 제어하는 증기 유량 제어밸브;
제1 기화기로부터 가열된 암모니아수가 유입되는 암모니아 유입로;
암모니아 유입로를 통해 유입된 암모니아수를 수용하며, 수용된 암모니아수는 증기 유입로를 통해 유입된 증기의 폐열을 재사용하여 가열됨에 따라 암모니아 가스로 기화되는 암모니아 공급 배관;
암모니아 공급 배관에서 기화된 암모니아 가스가 유출되는 암모니아 유출로;
암모니아 공급 배관에서 재사용된 증기가 외부로 유출되는 증기 유출로; 및
증기 유입로를 통해 유입된 증기의 압력을 제어하여 증기 압력이 미리 설정된 압력 이상인 경우 증기 유출로를 통해 증기를 유출시키는 압력 제어밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 암모니아 기화기.The method of claim 1, wherein the second vaporizer
A steam inlet path through which the steam used to raise the combustion gas is introduced;
A steam flow rate control valve controlling a heating amount of ammonia water by adjusting a flow rate of steam introduced through a steam inlet path;
An ammonia inflow path into which the heated ammonia water flows from the first vaporizer;
An ammonia supply pipe accommodating ammonia water introduced through the ammonia inflow path, and the ammonia water received is vaporized into ammonia gas as it is heated by reusing waste heat of the steam introduced through the steam inflow path;
An ammonia outlet through which the vaporized ammonia gas flows out of the ammonia supply pipe;
A steam outlet through which the reused steam from the ammonia supply pipe flows out; And
A pressure control valve that controls the pressure of the steam introduced through the steam inlet to discharge the steam through the steam outlet when the steam pressure is equal to or greater than a preset pressure;
Ammonia vaporizer using waste heat, characterized in that it comprises a. 제 10 항에 있어서, 상기 제2 기화기는
재사용 증기의 보조수단으로 사용되어, 암모니아수를 가열하여 기화시키는 전기 히터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 암모니아 기화기.The method of claim 10, wherein the second vaporizer is
An electric heater used as an auxiliary means for reuse steam to heat and vaporize ammonia water;
Hybrid ammonia vaporizer further comprises a. 선택적 환원 촉매 탑에서 연돌로 배출되는 연소가스의 폐열을 재사용하여 암모니아수를 1차 기화시키는 제1 기화기;
제1 기화기를 통해서 기화되지 않은 나머지 암모니아수를 2차 기화시키는 제2 기화기;
제2 기화기로부터 기화된 암모니아 가스를 그리드를 통해 연소가스에 균일하게 분사하여 혼합가스를 형성하는 주 덕트; 및
주 덕트로부터 혼합가스를 입력받아, 암모니아 가스를 환원제로 사용하여 선택적 촉매 환원 방식을 통해 연소가스의 질소산화물을 제거하고 질소산화물이 제거된 연소가스를 연돌로 배출하는 선택적 환원 촉매 탑;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스 질소산화물 제거장치.A first vaporizer for firstly vaporizing ammonia water by reusing waste heat of the flue gas discharged into the stack from the selective reduction catalyst tower;
A second vaporizer for secondly vaporizing the remaining ammonia water not vaporized through the first vaporizer;
A main duct uniformly injecting the ammonia gas vaporized from the second vaporizer to the combustion gas through the grid to form a mixed gas; And
A selective reduction catalyst tower that receives a mixed gas from a main duct, removes nitrogen oxides of the combustion gas through a selective catalytic reduction method using ammonia gas as a reducing agent, and discharges the combustion gas from which the nitrogen oxides have been removed to the stack;
Combustion gas nitrogen oxide removal apparatus comprising a.
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