KR20200017177A - 황산화물 및 질소산화물의 동시 저감이 가능한 가압 하이브리드 응축기 - Google Patents

황산화물 및 질소산화물의 동시 저감이 가능한 가압 하이브리드 응축기 Download PDF

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Abstract

질소산화물 및 황산화물의 동시 저감이 가능한 가압 하이브리드 응축기 가 개시된다. 구체적으로, 연소기(10)와 유체 소통 가능하게 연결되는 황산화물 저감부(100); 및 상기 황산화물 저감부(100)와 유체 소통 가능하게 연결되는 질소산화물 저감부(200)를 포함하며, 상기 황산화물 저감부(100)는 그 내측에 분사 노즐(111)을 구비한 직접 접촉식 응축기(110)를 포함하고, 상기 질소산화물 저감부(200)는 그 외측과 유체 소통 가능하게 형성된 첨가제 투입부(212)를 구비한 간접 접촉식 응축기(210)를 포함하며, 상기 연소기(10)와 상기 황산화물 저감부(100)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에는 압축기(20)가 구비되는 가압 하이브리드 응축기가 개시된다.

Description

황산화물 및 질소산화물의 동시 저감이 가능한 가압 하이브리드 응축기{Pressurized hybrid flue gas condenser for reduction of SOx and NOx}
본 발명은 가압 하이브리드 응축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 직접 접촉식 응축기와 간접 접촉식 응축기를 결합하여 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물을 일거에 저감할 수 있는 가압 하이브리드 응축기에 관한 것이다.
석탄 및 바이오매스 등의 고형 연료를 사용한 화력 발전 과정에 의해 발생하는 연소 가스 내에 포함되는 황산화물 및 질소산화물에 의한 환경 오염 등의 문제가 제기되고 있다.
또한, 산화제로서 순산소를 이용하는 순산소 연소 등 연소 효율 향상을 위한 다양한 연소 기술을 적용함에 따른 황산화물 및 질소산화물의 발생량 또한 증가하고 있다.
이러한 황산화물 및 질소산화물이 별도의 제거 과정을 거치지 않고 대기 중에 배출될 경우, 인체에 유해함은 물론 산성비를 비롯한 환경 문제를 야기하며 또한 최근 이슈화되고 있는 미세먼지의 전구 물질로서 작용하기 때문에, 이에 대한 제도적인 규제가 마련되고 있다.
한국공개특허문헌 제10-2015-0108423호는 산화 촉매를 이용하는 촉매 반응기를 통해 연료의 연소에 의해 발생하는 SOx와 NOx를 제거하기 위한 방법 및 세정 장치를 개시한다.
그러나, 이러한 유형의 SOx 및 NOx 제거 방법 및 세정 장치는 하나의 촉매 반응기를 이용하여 SOx 및 NOx의 저감을 동시에 수행하므로, SOx 및 NOx의 물리적, 화학적 특성에 맞추어 제거 방법을 수행할 수 없으므로, 제거 효율이 저하된다는 한계가 있다.
한국등록특허문헌 제10-1680990호는 습식 스크러버 공정을 이용하여 연소 엔진에서 발생한 배기 가스 내의 SOx 및 NOx를 저감할 수 있는 정화 시스템 및 방법을 개시한다.
그러나, 이러한 유형의 정화 시스템 및 방법은 선박 상에서 수행되는 것을 전제하는 것으로, 화력 발전시 발생하는 배기가스를 모두 처리하기에는 용량 면에서 한계가 있고 SOx 및 NOx 저감뿐만 아니라 물의 정화까지 고려해야 하므로 구성 요소 및 공정 방법이 지나치게 복잡하다는 한계가 있다.
한국공개특허문헌 제10-2015-0108423호 (2015.09.25.) 한국등록특허문헌 제10-1680990호 (2016.11.29.)
본 발명의 목적은, 화력 발전 등에 의해 발생한 대량의 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물을 동시에 저감할 수 있으면서도, 황산화물 및 질소산화물 각각의 물리적, 화학적 특성에 맞는 저감 방법을 채택함으로써 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물을 동시에 효율적으로 저감할 수 있는 가압 하이브리드 응축기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 연소기(10)와 유체 소통 가능하게 연결되는 황산화물 저감부(100); 및 상기 황산화물 저감부(100)와 유체 소통 가능하게 연결되는 질소산화물 저감부(200)를 포함하며, 상기 황산화물 저감부(100)는 그 내측에 분사 노즐(111)을 구비한 직접 접촉식 응축기(110)를 포함하고, 상기 질소산화물 저감부(200)는 그 외측과 유체 소통 가능하게 형성된 첨가제 투입부(212)를 구비한 간접 접촉식 응축기(210)를 포함하며, 상기 연소기(10)와 상기 황산화물 저감부(100)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에는 압축기(20)가 구비되는 가압 하이브리드 응축기를 제공한다.
또한, 상기 황산화물 저감부(100)는, 상기 직접 접촉식 응축기(110)와 유체 소통 가능하게 연결되는 유체 처리 교반기(120)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐(111)은 상기 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 직접 접촉식 응축기(110)는 그 내측에 상기 분사 노즐(111)의 하측으로 위치되는 팩 베드(packed bed)(112)를 포함하며, 상기 팩 베드(112)는 패킹 물질(packing material)로 충진될 수 있다.
또한, 상기 패킹 물질은 원통형이며, 상기 원통형의 내면에는 복수 개의 리브(rib)가 형성되고, 상기 원통형의 외면에는 복수 개의 개구부가 형성되며, 상기 리브 또는 상기 개구부는 서로 엇갈려 배치될 수 있다.
또한, 상기 직접 접촉식 응축기(110)는 상기 팩 베드(112)의 하측에 위치되는 유체 저장부(113)를 포함하며, 상기 유체 저장부(113)는 상기 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 황산화물 저감부(100)는 상기 직접 접촉식 응축기(110)를 복수 개 포함하며, 복수 개의 상기 직접 접촉식 응축기(110)는 서로 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 질소산화물 저감부(200)는 첨가제 저장부(230)를 포함하며, 상기 첨가제 저장부(230)는 상기 간접 접촉식 응축기(210)의 상기 첨가제 투입부(212)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 간접 접촉식 응축기(210)는 그 내측에 위치되는 미스트 제거 장치(211)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 질소산화물 저감부(200)는 상기 간접 접촉식 응축기(210)를 복수 개 포함하며, 복수 개의 상기 간접 접촉식 응축기(210)는 그 단면적과 길이가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 질소산화물 저감부(200)는, 상기 간접 접촉식 응축기(210)와 유체 소통 가능하게 연결되는 전구 물질 생성기(220)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 질소산화물 저감부(200)는 암모니아 저장부(240)를 포함하며, 상기 암모니아 저장부(240)는 상기 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 질소산화물 저감부(200)는 배출 탱크(250)를 포함하며, 상기 배출 탱크(250)는 상기 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 본 발명은, 연소기(10)와 유체 소통 가능하게 연결되는 질소산화물 저감부(200); 및 상기 질소산화물 저감부(200)와 유체 소통 가능하게 연결되는 황산화물 저감부(100)를 포함하며, 상기 황산화물 저감부(100)는 그 내측에 분사 노즐(111)을 구비한 직접 접촉식 응축기(110)를 포함하고, 상기 질소산화물 저감부(200)는 그 내측에 열교환기(213) 및 그 외측과 유체 소통 가능하게 연결된 스팀 공급부(214)를 구비한 간접 접촉식 응축기(210)를 포함하며, 상기 연소기(10)와 상기 질소산화물 저감부(200)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에는 압축기(20)가 구비되는 가압 하이브리드 응축기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 황산화물 저감부 및 질소산화물 저감부에서 각각 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 물리적, 화학적 특성을 고려한 저감 방법을 이용하여 황산화물 및 질소산화물의 저감을 수행하므로, 효율적인 저감이 가능하다.
또한, 복잡한 처리 공정 및 화학 반응에 의존하지 않고 황산화물 및 질소산화물의 물리적, 화학적 성질을 이용하여 황산화물 및 질소산화물을 제거하므로, 공정 및 구성의 단순화가 가능하다.
더 나아가, 배기가스를 가압함으로써 황산화물 및 질소산화물의 저감 효율을 향상시키고, 질소산화물의 저감 과정에서 열교환기를 통해 배기가스 내의 잠열을 회수할 수 있으므로 화력 발전 공정 전체의 열효율이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 가압 하이브리드 응축기의 황산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 황산화물 저감부에 구비되는 패킹 물질(packing material)을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 황산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 도 1의 가압 하이브리드 응축기의 질소산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 질소산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 질소산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 9는 도 8의 가압 하이브리드 응축기의 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 10은 도 8의 가압 하이브리드 응축기의 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 사용에 따른 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 사용에 따른 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기를 상세하게 설명한다.
1. 용어의 정의
이하의 설명에서 사용되는 "황산화물"이라는 용어는 일산화황, 이산화황 등 산소와 황이 결합된 화합물을 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "질소산화물"이라는 용어는 일산화질소, 이산화질소 등 산소와 질소가 결합된 화합물을 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "배기가스"라는 용어는 연소 결과 발생하는 기체를 의미하는 것으로, 화력 발전 공정뿐만 아니라 여타 연소를 이용하는 모든 공정에서 발생하는 기체를 포함한다.
이하의 설명에서 사용되는 "응축 유체"라는 용어는 황산화물 또는 질소산화물이 응축된 유체를 의미한다.
2. 가압 하이브리드 응축기가 구비되는 환경의 설명
본 발명의 일 실시 예에 다른 가압 하이브리드 응축기에는 연소기(10)에서 발생한 배기가스가 압축기(20)를 통과하면서 가압되어 유입된다(도 1 참조).
압축기(20)에 의한 가압의 목적은 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기에서 일산화질소를 이산화질소로, 이산화황을 삼산화황으로 전환시키기 위함이다.
또한, 후술될 바와 같이, 일산화질소를 이산화질소로 전환하는 과정 또한 가압에 의해 수행될 수 있다.
압축기(20)를 통과한 배기가스는 황산화물 저감부(100)로 유입되어 황산화물 저감 공정을 거치고, 이후 질소산화물 저감부(200)로 유입되어 질소산화물 저감 공정을 거친 후, 가압 하이브리드 응축기의 외측으로 배출된다.
후술할 바와 같이, 황산화물 또는 질소산화물 저감의 효과를 향상시키기 위해 황산화물 저감부(100)와 질소산화물 저감부(200)의 순서는 변경될 수 있으며 (도 8 참조), 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
3. 가압 하이브리드 응축기의 구성의 설명
이하의 설명에서, 후술될 황산화물 저감부(100) 및 후술될 질소산화물 저감부(200)는 각각 주로 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물을 각각 저감하는 공정을 주로 수행하되, 황산화물 저감부(100)에서도 질소산화물 저감 공정이 동시에 수행될 수 있고, 마찬가지로 질소산화물 저감부(200)에서도 황산화물 저감 공정이 동시에 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)를 포함한다. 또한, 도 1에는 이해의 편의를 위해 도면 부호가 생략되었으나, 도시된 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 배기가스의 조성 등을 측정하기 위한 배기가스 측정 센서부(300) 및 배기가스가 이동하는 통로를 제공하는 배기가스 유로부(400)를 더 포함한다.
(1) 황산화물 저감부(100)의 설명
황산화물 저감부(100)는 배기가스 내에 존재하는 황산화물을 저감하기 위한 공정을 수행한다. 황산화물 저감부(100)는 배기가스에 직접 물을 분사하는 방식으로 황산화물 저감 공정을 수행하며, 배기가스의 물과의 접촉 효율 및 응축 효율을 향상시키기 위해 표면적을 증가시키는 구성을 포함한다.
또한, 황산화물 저감부(100)는 배기가스가 응축된 물을 순환시켜 다시 배기가스에 물을 분사함으로서 황산화물 저감에 필요한 물의 양을 감소시킬 수 있으며, 분사되는 물의 pH 농도를 조절하기 위한 별도의 첨가제를 투입하기 위한 구성을 더 포함할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)를 상세하게 설명한다.
1) 일 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)의 설명
도 2를 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)는 직접 접촉식 응축기(110), 유체 처리 교반기(120), 제1 가압 펌프(130), 제2 가압 펌프(140) 및 제1 첨가제 저장부(150)를 포함한다.
직접 접촉식 응축기(110)의 설명
직접 접촉식 응축기(110)는 압축기(20)를 통과하며 가압되어 유입된 배기가스에 응축을 위한 물을 분사하여, 배기가스가 물과 직접 접촉하여 응축되도록 한다.
도시된 실시 예에서, 직접 접촉식 응축기(110)는 원통형 베셀(vessel)로서 구비되나, 그 형상 및 크기는 변경 가능하다. 또한, 도시된 실시 예에서, 직접 접촉식 응축기(110)는 한 개로서 구비되나, 후술할 바와 같이, 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)가 구비되어 배기가스가 각 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 순환할 수 있다.
직접 접촉식 응축기(110)는 분사 노즐(111), 팩 베드(packed bed)(112), 유체 저장부(113) 및 pH 센서(114)를 포함한다.
분사 노즐(111)은 직접 접촉식 응축기(111)로 유입된 배기가스에 유체를 분사한다. 일 실시 예에서, 유체는 물일 수 있다.
분사 노즐(111)에서 분사되는 유체는 후술될 유체 처리 교반기(120)로부터 공급되며, 이를 위해, 분사 노즐(111)은 후술될 제2 유체 유로(124)에 의해 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
분사 노즐(111)에서 분사되는 유체의 양, 분사 각도 및 분사 속도는 배기가스의 양, 온도, 배기가스 내의 황산화물 또는 질소산화물의 농도 등에 따라 조절될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 분사 노즐(111)은 직접 접촉식 응축기(110)의 상측에 위치된다. 이는 가압된 배기가스가 직접 접촉식 응축기(110)의 하측으로 유입되어, 배기가스는 온도에 의한 밀도 차에 의해 상측으로 이동되고, 분사 노즐(111)에서 분사된 유체는 중력에 의해 직접 접촉식 응축기(110)의 하측으로 이동됨을 고려한 것이다.
분사 노즐(111)의 하측에는 팩 베드(112)가 구비된다.
팩 베드(112)는 분사 노즐(111)에서 분사된 유체와 가압된 배기가스의 접촉 면적을 증가시켜, 유체에 의한 가압된 배기가스의 응축을 촉진한다.
팩 베드(112)는 패킹 물질들이 충진되어 형성된다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킹 물질이 도시되며, 이들 패킹 물질의 사양은 다음과 같다.
종류 직경 x 높이 x 두께(mm) 벌크 수
(Bulk number)(n/㎥)		 밀도(kg/㎥) 표면적
(㎡/㎥)		 다공성(%)
새들
형상		 15 x 0.25 347,000 280 305 96.5
폴 링
형상		 16 x 16 x 0.3 181,000 354 346 95.5
일 실시 예에서, 패킹 물질은 원통형으로 구비되며, 원통형의 내면에는 복수 개의 리브(rib)가 형성되고 원통형의 외면에는 복수 개의 개구부가 형성되며, 리브 또는 개구부는 서로 엇갈려 배치됨으로써 접촉 면적이 극대화될 수 있다.
패킹 물질의 사양은 이에 제한되지 않고 배기가스와 유체의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 여타 형태로서 구비될 수 있다.
팩 베드(112)의 하측에는 유체 저장부(113)가 위치된다.
유체 저장부(113)에는 분사 노즐(111)에서 분사되어 팩 베드(112)를 통과한 유체가 저장된다. 즉, 유체 저장부(113)에 저장되는 유체는 배기가스와 직접 접촉하여 배기가스 내의 황산화물이 응축된 응축 유체이다.
분사 노즐(111)에서 유체의 분사가 진행됨에 따라 유체 저장부(113)에 저장되는 유체의 양이 증가하여 팩 베드(112)에 접촉할 정도로 그 수위가 상승할 경우 응축에 의한 황산화물 저감 효율이 감소될 수 있으므로, 유체 저장부(113)에 저장된 유체의 양이 소정의 양을 초과하면, 유체의 배출이 진행된다.
즉, 유체 저장부(113)는 후술될 제1 유체 유로(122)에 의해 후술될 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결되어, 유체 저장부(113)에 저장된 응축 유체는 유체 처리 교반기(120)로 이동될 수 있다.
대안적으로, 유체 저장부(113)에 저장된 유체의 양이 소정의 양을 초과하지 않더라도, 소정의 주기에 따라, 혹은 공정 진행 중에 필요에 따라 응축 유체의 배출이 진행될 수 있다.
유체 저장부(113)의 일 측에는 pH 센서(114)가 구비된다.
pH 센서(114)는 유체 저장부(113)에 저장된 유체의 pH 농도를 측정하며, 후술될 유체 처리 교반기(120)에 구비되는 pH 센서(120a)에서 측정된 유체의 pH 농도와 비교함으로써 후술될 제1 첨가제 저장부(150)에 저장된 첨가제의 투입 여부를 결정한다.
pH 센서(114)에서 측정된 pH 농도를 연산하여 소정의 기준 농도와 비교함으로써 후술될 유체 처리 교반기(120)로의 응축 유체의 이동 여부가 결정될 수 있다.
이는, 황산화물 저감 공정이 계속됨에 따라 응축 유체에 응축되는 황산화물의 농도가 증가하여 산성도가 높아지면, 황산화물 저감 효율이 감소되기 때문이다.
대안적으로, pH 농도와 무관하게 유체 저장부(113)에 저장된 응축 유체의 양에 따라 배출 여부가 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, pH 센서(114)에서 측정된 pH 농도가 pH 5.0 이상인 경우 응축 유체를 유체 처리 교반기(120)로 이동시키는 공정이 수행될 수 있으며, 기준 pH 농도는 변경 가능하다.
이 과정을 위해, pH 센서(114)와 후술될 pH 센서(120a)에서 측정된 pH 농도를 비교하고 응축 유체의 이송 여부를 연산하는 pH 농도 연산부(미도시)가 구비될 수 있다.
유체 처리 교반기(120)의 설명
유체 처리 교반기(120)는 분사 노즐(111)에서 분사되는 유체를 공급하고, 황산화물의 응축 과정을 거친 후 유체 저장부(113)에 저장된 응축 유체를 전달받아 유체의 pH 농도에 따라 첨가제 등을 이용하여 pH 농도를 조절한 후 다시 분사 노즐(111)에 공급한다.
도시된 실시 예에서, 유체 처리 교반기(120)는 탱크의 형태로 구비되나, 그 내측에 유체를 저장할 수 교반할 수 있는 여타 형태로서 구비될 수 있다.
내부에 수용된 유체, 응축 유체 및 후술될 제1 첨가제 저장부(150)로부터 공급된 첨가제를 효과적으로 교반하기 위해, 유체 처리 교반기(120) 내측에는 프로펠러(미도시) 등이 구비될 수 있다.
유체 처리 교반기(120)는 pH 센서(120a), 제1 유체 유로(122), 제2 유체 유로(124) 및 첨가제 투입부(126)를 포함한다.
pH 센서(120a)는 유체 처리 교반기(120)에 수용된 유체의 pH 농도를 측정한다.
구체적으로, pH 센서(120a)에 의해 pH 농도가 측정되는 유체는 직접 접촉식 응축기(110)에서 유입된 응축 유체와 유체 처리 교반기(120)에 이미 수용되어 있던 유체(혹은 응축 유체)가 혼합된 유체이다.
상술한 바와 같이, 유체 처리 교반기(120)의 pH 센서(120a)에서 측정된 pH 농도와 직접 접촉식 응축기(110)의 pH 센서(114)에서 측정된 pH 농도를 연산하여 후술될 제1 첨가제 저장부(150)로부터의 첨가제 투입 여부가 결정된다.
이는, 황산화물 저감 공정이 계속됨에 따라 응축 유체에 응축되는 황산화물의 농도가 증가하여 산성도가 높아지면, 황산화물 저감 효율이 감소되기 때문이다.
일 실시 예에서, 직접 접촉식 응축기(110)의 pH 센서(114) 및 유체 처리 교반기(120)의 pH 센서(120a)에서 측정된 pH 농도 중 어느 하나 이상이 pH 5.0 이하인 경우 첨가제를 투입하는 공정이 수행될 수 있으며, 기준 pH 농도는 변경 가능하다.
각 pH 센서(114, 120a)에서 측정된 pH 농도가 기준 pH 농도 이하일 경우, 유체의 pH 농도를 증가시키기 위해 후술될 제1 첨가제 저장부(150)로부터 첨가제가 공급될 수 있다.
제1 유체 유로(122)는 유체 처리 교반기(120)와 직접 접촉식 응축기(110)의 유체 저장부(113)를 유체 소통 가능하게 연결하여, 유체 저장부(113)의 응축 유체가 유체 처리 교반기(120)로 이동할 수 있는 통로를 제공한다.
제1 유체 유로(122)를 통해 이동하는 응축 유체가 역류하는 것을 방지하기 위해, 제1 유체 유로(122) 상에는 체크 밸브(미도시) 등이 구비될 수 있다.
후술될 바와 같이, 제1 유체 유로(122) 상에는 응축 유체의 이동을 위한 이송력을 제공하는 제1 가압 펌프(130)가 구비되는데, 이에 대해서는 후술한다.
제2 유체 유로(124)는 유체 처리 교반기(120)와 직접 접촉식 응축기(110)의 분사 노즐(111)을 유체 소통 가능하게 연결하여, 유체가 유체 처리 교반기(120)에 저장되었다가 분사 노즐(111)을 통해 직접 접촉식 응축기(110)의 내측에 유입된 배기가스에 분사되기 위해 유체가 이동하는 통로를 제공한다.
제2 유체 유로(124)를 통해 이동하는 유체가 역류하는 것을 방지하기 위해, 제2 유체 유로(124) 상에는 체크 밸브(미도시) 등이 구비될 수 있다.
후술될 바와 같이, 제2 유체 유로(124) 상에는 유체의 이동을 위한 이송력을 제공하는 제2 가압 펌프(140)가 구비되는데, 이에 대해서는 후술한다.
첨가제 투입부(126)는 후술될 제1 첨가제 저장부(150)와 유체 소통 가능하게 연결되어, 첨가제가 유체 처리 교반기(120)로 유입되는 통로를 제공한다.
일 실시 예에서, 첨가제 투입부(126)는 개폐 가능한 형태로 구비될 수 있다.
제1 가압 펌프(130) 및 제2 가압 펌프(140)의 설명
제1 가압 펌프(130) 및 제2 가압 펌프(140)는 각각 제1 유체 유로(122) 및 제2 유체 유로(124) 상에 구비되어, 유체 저장부(130)로부터 유체 처리 교반기(120)로 이동하는 응축 유체 및 유체 처리 교반기(120)로부터 분사 노즐(111)로 이동하는 유체에 이송력을 제공한다.
제1 가압 펌프(130) 및 제2 가압 펌프(140)는 유체에 이송력을 제공할 수 있는 어떠한 형태로도 구비될 수 있다.
제1 첨가제 저장부(150)의 설명
제1 첨가제 저장부(150)에는 유체 처리 교반기(120)에 투입되는 첨가제가 저장된다. 제1 첨가제 저장부(150)와 유체 처리 교반기(120)는 첨가제 투입부(126)에 의해 유체 소통 가능하게 연결된다.
제1 첨가제 저장부(150)에 저장된 첨가제는 알칼리계 첨가제일 수 있다.
이는, 황산화물 저감 공정이 진행됨에 따라 응축 유체 및 응축 유체와 유체의 혼합 유체의 pH 농도가 낮아지면(즉, 산성도가 높아지면), 황산화물 저감 공정의 효율이 저하됨에 기인한다.
따라서, 제1 첨가제 저장부(150)는 중화 반응을 위한 알칼리계 첨가제를 저장하며, 황산화물 저감부(100)는 유체 처리 교반기(120) 내에 수용된 유체의 pH 농도가 기준 pH 농도보다 낮아질 경우 첨가제를 투입함으로써 황산화물 저감 공정을 효율 저하 없이 진행할 수 있다.
대안적으로, 제1 첨가제 저장부(150) 대신, 또는 제1 첨가제 저장부(150)에 추가적으로 별도의 유체 공급부(미도시)가 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결되어 유체의 pH 농도를 높이기 위한 중성 또는 알칼리성의 유체가 공급될 수 있다.
황산화물 저감 과정을 거친 배기가스는 배기가스 유로부(400)의 제1 배기가스 유로(410)를 통해 후술될 질소산화물 저감부(200)로 유입된다.
제1 배기가스 유로(410) 상에는 제1 배기가스 측정 센서(310) 및 압력 센서(340)가 구비되어, 황산화물 저감 공정을 거친 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 농도 및 배기가스의 압력을 측정한다.
2) 다른 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)의 설명
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)는 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 포함한다.
도시된 실시 예에서, 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)는 동일한 크기로 총 세 개로 구비되나, 그 개수는 변경 가능하고, 각 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)의 크기는 서로 다르게 변경 가능하며, 이는 연소 상황 및 발생하는 배기가스의 양, 배기가스에 포함된 황산화물의 농도 등에 따라 조절될 수 있다.
본 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)는 상술한 황산화물 저감부(100)와 비교했을 때 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 구비하고, 배기가스가 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 순차적으로 거치면서 황산화물 저감 공정이 여러 차례 수행될 수 있다는 점에서 차이가 있다.
이하, 상술한 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시 예에서, 배기가스는 먼저 제1 직접 접촉식 응축기(110a)로 유입되어 황산화물 저감 공정이 수행된다.
이후, 배기가스는 제1 직접 접촉식 응축기(110a)에서 배출되어 제1 배기가스 측정 센서(310a) 및 압력 센서(340a)에 의해 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 농도 및 배기가스의 압력이 측정된다.
이 때, 제1 배기가스 측정 센서(310a)에서 측정된 황산화물의 농도가 소정의 황산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 황산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 황산화물 저감 공정을 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 후술될 질소산화물 저감부(200)를 향해 이동하지 않고, 제2 직접 접촉식 응축기(110b)로 유입된다.
이를 위해, 제1 직접 접촉식 응축기(110a)는 제1 배기가스 유로(410a) 및 제1 배기가스 추가 유로(411a)에 의해 후술될 질소산화물 저감부(200) 및 제2 직접 접촉식 응축기(110b)와 각각 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제1 직접 접촉식 응축기(110a)에서 배출된 배기가스는 제1 배기가스 유로(410a) 및 제1 배기가스 추가 유로(411a)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 황산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제1 배기가스 추가 유로(411a)를 통해 제2 직접 접촉식 응축기(110b)로 유입된다. 반면, 추가 황산화물 저감 공정이 불요한 경우, 배기가스는 제1 배기가스 유로(410a)를 통해 후술될 질소산화물 저감부(200)로 이동한다.
제2 직접 접촉식 응축기(110b)에 유입된 배기가스는 추가 황산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제1 배기가스 측정 센서(310b) 및 압력 센서(340b)에 의해 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 농도 및 배기가스의 압력이 측정된다.
이 때, 제1 배기가스 측정 센서(310b)에서 측정된 황산화물의 농도가 소정의 황산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 황산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 황산화물 저감 공정을 또 한번 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 후술될 질소산화물 저감부(200)를 향해 이동하지 않고, 제3 직접 접촉식 응축기(110c)로 유입된다.
이를 위해, 제2 직접 접촉식 응축기(110b)는 제1 배기가스 추가 유로(411b) 및 제1 배기가스 유로(410b)에 의해 제3 직접 접촉식 응축기(110c) 및 후술될 질소산화물 저감부(200)와 각각 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제2 직접 접촉식 응축기(110b)에서 배출된 배기가스는 제1 배기가스 유로(410b) 및 제1 배기가스 추가 유로(411b)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 황산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제1 배기가스 추가 유로(411b)를 통해 제3 직접 접촉식 응축기(110c)로 유입된다. 반면, 추가 황산화물 저감 공정이 불요한 경우, 배기가스는 제1 배기가스 유로(410b)를 통해 후술될 질소산화물 저감부(200)로 이동한다.
제3 직접 접촉식 응축기(110c)에 유입된 배기가스는 추가 황산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제1 배기가스 측정 센서(310c) 및 압력 센서(340c)에 의해 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 농도 및 배기가스의 압력이 측정된다.
이 때, 제1 배기가스 측정 센서(310c)에서 측정된 황산화물의 농도가 소정의 황산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 황산화물이 충분히 저감되지 않았다고 판단할 수 있다.
배기가스는 상술한 과정을 반복하기 위해, 제1 배기가스 순환 유로(412)를 통해 다시 제1 직접 접촉식 응축기(110a)로 유입되어, 상술한 과정을 거쳐 추가 황산화물 저감 공정이 수행된다.
배기가스의 황산화물의 농도가 소정의 황산화물 농도 이하일 경우, 황산화물이 충분히 저감된 것이므로, 제3 직접 접촉식 응축기(110c)에서 배출된 배기가스는 제1 배기가스 유로(410c)를 거쳐 제1 배기가스 유로(410)을 통해 후술될 질소산화물 저감부(200)로 이동된다.
본 실시 예에 따르면, 제1 배기가스 측정 센서(310a, 310b, 310c) 및 압력 센서(340a, 340b, 340c)에서 측정된 배기가스의 황산화물의 농도 및 배기가스의 압력에 따라 배기가스의 목표로 하는 황산화물 농도를 얻을 때까지 추가적인 황산화물 저감 공정이 수행되므로, 효과적인 황산화물 저감이 가능하다.
배기가스의 황산화물의 농도가 소정의 황산화물 농도 이하일 경우 황산화물이 충분히 저감된 것이므로, 배기가스는 제1 배기가스 유로(410a, 410b, 410c)를 통해 후술될 질소산화물 저감부(200)로 이동된다.
(2) 질소산화물 저감부(200)의 설명
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 질소산화물 저감부(200)를 포함한다.
질소산화물 저감부(200)는 배기가스 내에 존재하는 질소산화물을 저감하기 위한 공정을 수행한다. 질소산화물 저감부(200)는 유입된 배기가스에 직접 물을 분사하지 않고 가압 상황에서 생성된 이산화질소와 첨가제를 간접적으로 반응시켜 전구 물질로 전환한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)를 상세하게 설명한다.
1) 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)의 설명
도 5를 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 간접 접촉식 응축기(210), 전구 물질 생성기(220), 제2 첨가제 저장부(230), 제3 첨가제 저장부(240) 및 배출 탱크(250)를 포함한다.
간접 접촉식 응축기(210)의 설명
간접 접촉식 응축기(210)는 황산화물 저감부(100)에서 황산화물 저감 공정을 거친 후 유입된 가압 배기가스 내의 질소산화물을 가압하고, 첨가제와의 화학 반응을 통해 이산화질소로서 전환한다.
이를 위해, 배기가스가 간접 접촉식 응축기(210)로 유입되는 제1 배기가스 유로(410) 상에는 별도의 압축기(미도시)가 구비될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 간접 접촉식 응축기(210)는 원통형 베셀(vessel)로서 구비되나, 그 형상 및 크기는 변경 가능하다. 간접 접촉식 응축기(210) 내부에 유입된 배기가스가 가압 상태를 유지할 수 있도록, 간접 접촉식 응축기(210)는 가압 베셀(pressurized vessel)로서 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도시된 실시 예에서, 간접 접촉식 응축기(210)는 한 개로서 구비되나, 후술할 바와 같이, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)가 구비되어 배기가스가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 순환할 수 있다.
간접 접촉식 응축기(210)는 미스트 제거기(111), 첨가제 투입부(212) 및 미스트 저장부(215)를 포함한다.
후술될 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 간접 접촉식 응축기(210)는 열교환기(213) 및 스팀 공급부(214)를 더 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
미스트 제거기(211)는 질소산화물 저감 공정을 거치고 간접 접촉식 응축기(210) 외부로 이동될 배기가스 내의 미스트와 수분을 제거한다.
첨가제 투입부(212)는 간접 접촉식 응축기(210) 내부의 배기가스 내의 질소산화물이 산소와 결합하여 이산화질소로 전환되는 과정을 촉진하기 위한 첨가제가 투입된다. 이를 위해, 첨가제 투입부(212)는 간접 접촉식 응축기(210)와 후술될 제2 첨가제 저장부(230)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
첨가제 투입부(212)는 개폐 가능한 구조로 구비될 수 있다.
미스트 저장부(215)는 미스트 제거기(211)에서 제거되어 하측으로 낙하된 미스트 또는 수분 등을 저장하고, 소정의 양에 도달하면 이를 간접 접촉식 응축기(210)의 외측으로 배출한다.
이를 위해, 미스트 저장부(215)는 간접 접촉식 응축기(210)의 외측과 유체 소통 가능하게 형성되는 배출구(미도시)를 포함할 수 있다.
전구 물질 생성기(220)의 설명
전구 물질 생성기(220)는 간접 접촉식 응축기(210)에서 배출된 배기가스 내의 이산화질소를 첨가제와 반응시켜 전구 물질로서 전환한다. 일 실시 예에서, 전구 물질 생성기(220)에 유입되는 첨가제는 암모니아 첨가제일 수 있다.
이는, 후술될 바와 같이 전구 물질은 고체 물질에 해당하여 필터에 의해 필터링이 가능하므로, 대기 중으로 이산화질소를 직접 배출하는 것보다 대기 오염 측면에서 훨씬 유리하기 때문이다.
전구 물질 생성기(220)와 간접 접촉식 응축기(210)는 후술될 제2 배기가스 유로(420)에 의해 유체 소통 가능하게 연결된다.
제2 배기가스 유로(420) 상에는 후술될 제2 배기가스 측정 센서(320)가 구비되어, 간접 접촉식 응축기(210)를 통과한 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 농도를 측정한다.
전구 물질 생성기(220)는 첨가제 투입부(222)를 포함한다.
첨가제 투입부(222)는 전구 물질 생성기(220)와 후술될 제3 첨가제 저장부(240)를 유체 소통 가능하게 연결하여, 전구 물질 생성기(220)에 첨가제가 투입될 수 있는 통로를 제공한다.
전구 물질 생성기(220)에서 이산화질소의 전구 물질 전환 공정을 거친 배기가스와 생성된 전구 물질은 후술될 배출 탱크(250)로 이동된다. 이를 위해, 전구 물질 생성기(220)는 후술될 배출 탱크(250)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
또한, 후술될 배출 탱크(250)로 유입되어 전구 물질이 필터링된 배기가스는 후술될 제3 배기가스 측정 센서(330)에서 측정된 질소산화물의 농도에 따라 다시 전구 물질 생성기(220)로 이동될 수 있다. 이 과정에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제2 첨가제 저장부(230)의 설명
제2 첨가제 저장부(230)는 첨가제 투입부(212)에 의해 간접 접촉식 응축기(210)와 유체 소통 가능하게 연결되어, 간접 접촉식 응축기(210)에 공급될 첨가제를 저장한다.
제2 첨가제 저장부(230)에 저장되는 첨가제는 질소산화물 중 일산화질소를 이산화질소로서 변환하는 과정을 촉진하는 첨가제일 수 있고, 또는 질소산화물이 유체에 응축되는 과정을 촉진하는 첨가제일 수 있다.
제3 첨가제 저장부(240)의 설명
제3 첨가제 저장부(240)는 첨가제 투입부(222)에 의해 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결되어, 전구 물질 생성기(220)에 공급될 첨가제를 저장한다.
제3 첨가제 저장부(240)에 저장되는 질소산화물, 특히 이산화질소를 전구 물질로 전환하기 위한 물질로서 구비될 수 있으며, 일 실시 예에서는 암모니아 첨가제로서 구비된다.
배출 탱크(250)의 설명
배출 탱크(250)는 전구 물질 생성기(220)를 거친 배기가스와 전구 물질을 전달받아 전구 물질을 필터링하고, 모든 저감 공정을 거친 배기가스를 가압 하이브리드 응축기의 외측으로 배출한다.
배출 탱크(250)는 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결된다. 또한, 배출 탱크(250)에는 배기가스를 외측으로 배출하기 위한 배출구(미도시)가 구비될 수 있다.
배출 탱크(250)는 배출 필터(252)를 포함한다.
배출 필터(252)는 배기가스 내에 존재하는 전구 물질을 필터링하여, 외측으로 배출되는 배기가스 내의 기타 유해 물질을 제거한다.
황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)에서 각각 황산화물 저감 공정 및 질소산화물 저감 공정을 거친 배기가스는 황산화물 및 질소산화물이 저감된 채로 가압 하이브리드 응축기의 외측으로 배출된다.
이 때, 배기가스가 가압 하이브리드 응축기의 외측으로 배출 유로 상에 후술될 제3 배기가스 측정 센서(330)가 구비되어 배기가스 내의 질소산화물 농도를 측정한다.
배기가스 내의 질소산화물 농도가 소정의 기준 농도를 초과할 경우, 배기가스는 후술될 제3 배기가스 순환 유로(430)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 유입되어, 전구 물질 생성 공정이 다시 수행된다.
일 실시 예에서, 소정의 기준 농도는 10 ppm 일 수 있으며, 이는 연소 상황 또는 본 발명에 따른 가압 하이브리드 응축기가 사용되는 환경에 따라 변경될 수 있다.
2) 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)의 설명
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함한다.
도시된 실시 예에서, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)는 그 직경 및 높이가 상이하다. 즉, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)로부터 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 갈수록 그 직경 및 높이가 증가하는 형태로서 구비된다.
이는, 배기가스가 질소산화물 저감 공정을 거쳤음에도 불구하고 포함하고 있는 질소산화물의 양이 과다할 경우, 질소산화물 저감 공정의 용량을 증가시켜 질소산화물 저감 공정의 효율을 향상시키기 위함이다.
도시된 실시 예에서, 총 세 개의 간접 접촉식 응축기(210, 210b, 210c)가 구비되나, 그 개수는 변경 가능하다.
본 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 상술한 질소산화물 저감부(200)와 비교했을 때, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 구비하고 배기가스가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 순차적으로 거치면서 질소산화물 저감 공정이 여러 차례 수행될 수 있다는 점에 차이가 있다.
이하, 상술한 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시 예에서, 배기가스는 먼저 제1 간접 접촉식 응축기(210a)로 유입되어 질소산화물 저감 공정이 수행된다.
이후, 배기가스는 제1 간접 접촉식 응축기(210a)에서 배출되어 제2 배기가스 측정 센서(320a)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
이 때, 제2 배기가스 측정 센서(320a)에서 측정된 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 상술한 전구 물질 생성기(220)를 향해 이동하지 않고, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)로 유입된다.
이를 위해, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)는 제2 배기가스 유로(420a) 및 제2 배기가스 추가 유로(421a)에 의해 전구 물질 생성기(220) 및 제2 간접 접촉식 응축기(210b)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)에서 배출된 배기가스는 제2 배기가스 유로(420a) 및 제2 배기가스 추가 유로(421a)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 질소산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 추가 유로(421a)를 통해 제2 간접 접촉식 응축기(210b)로 유입된다.
반면, 추가 질소산화물 저감 공정이 불요할 경우, 배기가스는 제2 배기가스 유로(420a)를 거쳐 제2 배기가스 유로(420)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동된다.
제2 간접 접촉식 응축기(210b)에 유입된 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제2 배기가스 측정 센서(320b)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
이 때, 제2 배기가스 측정 센서(320b)에서 측정된 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 또 한 번 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 전구 물질 생성기(220)를 향해 이동하지 않고, 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 유입된다.
이를 위해, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)는 제2 배기가스 유로(420b) 및 제2 배기가스 추가 유로(421b)에 의해 전구 물질 생성기(220) 및 제3 간접 접촉식 응축기(210c)와 각각 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)에서 배출된 배기가스는 제2 배기가스 유로(420b) 및 제2 배기가스 추가 유로(421b)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 질소산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 추가 유로(421b)를 통해 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 유입된다.
반면, 추가 질소산화물 저감 공정이 불요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 유로(420b)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동한다.
제3 간접 접촉식 응축기(210c)에 유입된 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제3 배기가스 측정 센서(320c)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
제3 배기가스 측정 센서(320c)에서 측정된 질소산화물의 농도가 기 설정된 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않았다고 판단될 수 있다.
이 경우, 배기가스는 상술한 과정을 반복하기 위해 제2 배기가스 순환 유로(422)를 통해 다시 제1 간접 접촉식 응축기(210a)로 유입되어, 상술한 과정을 거쳐 추가 질소산화물 저감 공정이 수행된다.
본 실시 예에 따르면, 제2 배기가스 측정 센서(320a, 320b, 320c)에서 측정된 배기가스의 질소산화물의 농도에 따라 배기가스의 목표로 하는 질소산화물 농도를 얻을 때까지 추가적인 질소산화물 저감 공정이 수행되므로, 효과적인 질소산화물 저감이 가능하다.
배기가스의 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물 농도 이하로 하락하면, 배기가스는 제2 배기가스 유로(410a, 410b, 410c)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동된다.
또한, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)는 제2 첨가제 저장부(230)와 각각 유체 소통 가능하게 연결되어, 질소산화물 저감 공정에 필요한 첨가제를 제공받을 수 있다.
3) 또다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)의 설명
도 7을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함한다.
본 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 상술한 본 발명의 다른 실시 예에 다른 질소산화물 저감부(200)와 비교했을 때, 배기가스가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 순차적으로 통과하는 것이 아니라 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 거친 배기가스 내의 질소산화물의 농도에 따라 요구되는 질소산화물 저감 공정의 용량에 따라 재유입될 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)가 선택된다는 차이가 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)에 비해 전구 물질 생성기(220)로부터 다시 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)로 배기가스가 유동하기 위한 제2 배기가스 순환 유로(422)가 불요하다.
이 외의 구성 및 작동 과정은 상술한 본 발명의 다른 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
(3) 배기가스 측정 센서부(300)의 설명
도 2, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 배기가스 측정 센서부(300)를 포함한다.
배기가스 측정 센서부(300)는 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 각 유로 상에 구비되어, 배기가스 내의 황산화물의 농도, 질소산화물의 농도, 배기가스의 압력 및 온도 등 배기가스와 관련된 정보를 측정한다.
배기가스 측정 센서부(300)는 제1 배기가스 측정 센서(310), 제2 배기가스 측정 센서(320), 제3 배기가스 측정 센서(330) 및 압력 센서(340)를 포함한다.
이하 설명될 제1 배기가스 측정 센서(310), 제2 배기가스 측정 센서(320), 제3 배기가스 측정 센서(330)는 배기가스 내의 조성물의 농도 등을 감지할 수 있는 어떠한 형태로도 구비될 수 있다.
제1 배기가스 측정 센서(310)의 설명
제1 배기가스 측정 센서(310)는 황산화물 저감부(100)와 질소산화물 저감부(200)를 유체 소통하게 연결하는, 후술될 제1 배기가스 유로(410) 상에 구비되어 황산화물 저감 공정이 수행된 후 배기가스 내의 황산화물의 농도 및 질소산화물의 농도 등을 측정한다.
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)가 구비되고 이에 따라 복수 개의 제1 배기가스 유로(410a, 410b, 410c)가 구비될 경우, 이에 상응하게 복수 개의 제1 배기가스 측정 센서(310a, 310b, 310c)가 각 제1 배기가스 유로(410a, 410b, 410c) 상에 구비될 수 있다.
제2 배기가스 측정 센서(320)의 설명
제2 배기가스 측정 센서(320)는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)와 전구 물질 생성기(220)를 유체 소통 가능하게 연결하는, 후술될 제2 배기가스 유로(420) 상에 구비되어 질소산화물 저감 공정이 수행된 후 배기가스 내의 질소산화물의 농도 등을 측정한다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)가 구비되고 이에 따라 복수 개의 제2 배기가스 유로(420a, 420b, 420c)가 구비될 경우, 이에 상응하게 복수 개의 제2 배기가스 측정 센서(320a, 320b, 320c)가 각 제2 배기가스 유로(420a, 420b, 420c) 상에 구비될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 본 발명의 또다른 실시 예에 따를 경우, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)로부터 배출된 배기가스는 후술될 복수 개의 제2 배기가스 유로(420a, 420b, 420c)로 유입되기 전 하나의 유로를 통해 유동하므로, 이 경우에는 한 개의 제2 배기가스 측정 센서(320)만이 구비될 수 있다.
제3 배기가스 측정 센서(330)의 설명
제3 배기가스 측정 센서(330)는 질소산화물 저감부(200)의 전구 물질 생성기(220)와 배출 탱크(250)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에 구비되어 이산화질소가 전구 물질로 전환된 배기가스 내의 질소산화물의 농도 등을 측정한다.
상술한 바와 같이, 질소산화물 저감부(200)를 통과한 배기가스 내의 이산화질소는 전구 물질 생성기(220)에서 암모니아 계의 첨가제와 반응하여 전구 물질로 전환되는데, 불충분한 공정의 수행으로 인해 배기가스 내에 질소산화물, 특히 이산화질소가 잔류할 수 있다.
제3 배기가스 측정 센서(330)의 측정치가 소정의 질소산화물 농도, 예를 들어 1 ppm 보다 측정치가 높을 경우 배기가스 내의 질소산화물의 전구 물질 전환 비율이 기준치보다 낮은 것이므로, 배기가스는 후술될 제3 배기가스 순환 유로(430)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 되돌아간다.
압력 센서(340)의 설명
압력 센서(340)는 황산화물 저감부(100)와 질소산화물 저감부(200)를 유체 소통하게 연결하는, 후술될 제1 배기가스 유로(410) 상에 구비되어 황산화물 저감부(100)를 통과한 배기가스의 압력을 측정한다.
이는, 가압 상태를 유지함으로써 일산화질소에 비해 이산화질소의 양을 증가시키는 방식으로도 질소산화물 저감 공정의 수행이 가능하며, 이를 위해 배기가스의 압력을 측정해야 할 필요가 있기 때문이다.
대안적으로, 압력 센서(340)는 각 공정을 거친 배기가스의 상태를 정확하게 측정하기 위해 후술될 제2 배기가스 유로(420) 등에 추가적으로 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 실시 예와 같이, 복수 개로 구비된 각 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)의 배출 유로 상에 압력 센서(340a, 340b, 340c)가 각각 구비될 수 있다.
(4) 배기가스 유로부(400)의 설명
도 2, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 배기가스 유로부(400)를 포함한다.
배기가스 유로부(400)는 황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)와, 황산화물 저감부(100)의 각 구성 요소 및 질소산화물 저감부(200)의 각 구성 요소를 서로 유체 소통 가능하게 연결하여 배기가스, 스팀, 유체, 첨가제 등이 유동할 수 있는 통로를 제공한다.
배기가스 유로부(400)는 제1 배기가스 유로(410), 제2 배기가스 유로(420) 및 제3 배기가스 순환 유로(430)를 포함한다.
제1 배기가스 유로(410)의 설명
제1 배기가스 유로(410)는 황산화물 저감부(100)와 질소산화물 저감부(200)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
구체적으로, 제1 배기가스 유로(410)는 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110)와 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
상술한 바와 같이, 제1 배기가스 유로(410) 상에는 제1 배기가스 측정 센서(310) 및 압력 센서(340)가 구비되며, 그 내측을 유동하는 배기가스의 이동 방향을 일정하게 유지할 수 있도록 체크 밸브(미도시) 등이 구비될 수 있다.
제1 배기가스 유로(410)는 제1 배기가스 추가 유로(411a, 411b, 411c) 및 제1 배기가스 순환 유로(412)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 황산화물 저감부(100)는 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 포함할 수 있는데, 이 경우 각 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 질소산화물 저감부(200)와 각각 유체 소통 가능하게 연결하기 위한 복수 개의 제1 배기가스 유로(410a, 410b, 410c)가 구비될 수 있다.
또한, 같은 실시 예에서, 제1 직접 접촉식 응축기(110a)와 제2 직접 접촉식 응축기(110b)를 유체 소통 가능하게 연결하는 제1 배기가스 추가 유로(411a), 제2 직접 접촉식 응축기(110b)와 제3 직접 접촉식 응축기(110c)를 유체 소통 가능하게 연결하는 제2 배기가스 추가 유로(411b)가 구비될 수 있다.
제1 배기가스 순환 유로(412)는 상술한 실시 예, 즉 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)가 구비되는 실시 예에서, 복수 개의 직접 접촉식 응축기(110a, 110b, 110c)를 모두 통과한 배기가스에 추가 황산화물 저감 공정이 수행될 필요가 있을 경우 배기가스가 다시 제1 직접 접촉식 응축기(110a)로 이동할 수 있는 통로를 제공한다.
제1 배기가스 순환 유로(412)는 상술한 복수 개의 제1 배기가스 유로(410a, 410b), 제1 배기가스 추가 유로(411c), 제1 직접 접촉식 응축기(110a) 및 제3 직접 접촉식 응축기(110c)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
제2 배기가스 유로(420)의 설명
제2 배기가스 유로(420)는 질소산화물 저감부 내의 유로를 형성한다.
구체적으로, 제2 배기가스 유로(420)는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)와 전구 물질 생성기(220)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
상술한 바와 같이, 제2 배기가스 유로(420) 상에는 제2 배기가스 측정 센서(320)가 구비되며, 그 내측을 유동하는 배기가스의 이동 방향을 일정하게 유지할 수 있도록 체크 밸브(미도시) 등이 구비될 수 있다.
제2 배기가스 유로(420)는 제2 배기가스 추가 유로(421a, 421b) 및 제2 배기가스 순환 유로(422)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함할 수 있는데, 이 경우 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결하기 위해 복수 개의 제2 배기가스 유로(420a, 420b, 420c)가 구비될 수 있다.
또한, 같은 실시 예에서, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)와 제2 간접 접촉식 응축기(210b)를 유체 소통 가능하게 연결하는 제2 배기가스 추가 유로(421a), 제2 간접 접촉식 응축기(210b)와 제3 간접 접촉식 응축기(210c)를 유체 소통 가능하게 연결하는 제2 배기가스 추가 유로(421b)가 구비될 수 있다.
제2 배기가스 순환 유로(422)는 상술한 실시 예, 즉 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)가 구비되는 실시 예에서, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 모두 통과한 배기가스에 추가 황산화물 저감 공정이 수행될 필요가 있을 경우 배기가스가 다시 제1 직접 접촉식 응축기(110a)로 이동할 수 있는 통로를 제공한다.
제2 배기가스 순환 유로(422)는 상술한 제2 배기가스 유로(420c) 및 제1 간접 접촉식 응축기(210a)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
제3 배기가스 순환 유로(430)의 설명
제3 배기가스 순환 유로(430)는 배출 탱크(250)에서 배출된 배기가스가 전구 물질 생성기(220)로 다시 유입될 수 있는 통로를 제공한다.
상술한 바와 같이, 제3 배기가스 측정 센서(330)에서 측정한 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 소정의 기준 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 이산화질소를 전구 물질로 변환하기 위한 추가 공정이 필요하다.
제3 배기가스 순환 유로(430)는 배출 탱크(250)가 그 외측과 유체 소통 가능하게 연결되는 유로 상에 분기되어, 전구 물질 생성기(220)로 되돌아가기 위한 유로를 형성한다.
(5) 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 구성의 설명
1) 황산화물 저감부(100)와 질소산화물 저감부(200)의 순서가 변경된 실시 예의 설명
도 8을 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 상술한 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110) 및 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)의 순서가 변경될 수 있다.
상술한 실시 예와의 차이점은 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210) 내에 열교환기(213) 및 스팀 공급부(214)가 추가로 구비되며, 황산화물 저감부(100)와 전구 물질 생성기(220)가 유체 소통 가능하게 연결된다는 점에 있다.
이하, 본 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기를 상술한 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기와의 차이점을 중심으로 설명한다.
먼저, 연소기(10)에서 발생한 배기가스는 압축기(20)를 통해 가압된 후 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)로 유입된다.
간접 접촉식 응축기(210)는 열교환기(213) 및 스팀 공급부(214)를 더 포함하며, 나머지 구성 및 작동 원리는 상술한 실시 예와 동일하다.
열교환기(213)는 후술될 스팀 공급부(214)를 통해 유입된 스팀과 열교환하여 스팀을 유체로서 응축시킴으로써, 질소산화물이 응축될 수 있는 유체를 제공한다. 열교환기(213)는 그 내측에 열교환을 위한 열교환 매체가 유동될 수 있는 구조로 구비되는 것이 바람직하다.
스팀 공급부(214)는 열교환기(213)와 열교환하여 유체, 구체적으로 액체로서 응축되기 위한 스팀이 유입되는 통로를 제공한다. 이를 위해, 스팀 공급부(214)는 간접 접촉식 응축기(210)를 스팀 저장부(미도시)와 유체 소통 가능하게 연결한다.
스팀 공급부(214)에서 공급된 스팀은 열교환기(213)와의 열교환을 통해 액체로서 응축되며, 배기가스 내의 질소산화물은 이 액체에 응축된다.
본 실시 예에서 미스트 저장부(215)에는 미스트 뿐만 아니라, 스팀이 열교환기(213)와 열교환하여 응축된 유체 및 배기가스 내의 질소산화물이 응축된 유체가 저장된다.
미스트 저장부(215)에 저장된 미스트 또는 유체는 별도의 배출구(미도시)를 통해 간접 접촉식 응축기(210)의 외측으로 배출될 수 있다.
2) 질소산화물 저감부(200)가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함하는 실시 예의 설명
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 질소산화물 저감부(200)는 상술한 실시 예와 유사하게, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함할 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 실시 예에 다른 질소산화물 저감부(200)를 상세하게 설명한다.
도 9를 참조하면, 도시된 실시 예의 질소산화물 저감부(200)는 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함한다.
도시된 실시 예에서, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)는 그 직경 및 높이가 상이하다. 즉, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)로부터 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 갈수록 그 직경 및 높이가 증가하는 형태로서 구비된다.
이는, 배기가스가 질소산화물 저감 공정을 거쳤음에도 불구하고 포함하고 있는 질소산화물의 양이 과다할 경우, 질소산화물 저감 공정의 용량을 증가시켜 질소산화물 저감 공정의 효율을 향상시키기 위함이다.
복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)의 개수는 변경 가능하다. 또한, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)의 크기의 변경에 상응하게 미스트 제거기(211a, 211b, 211c) 및 열교환기(213a, 213b, 213c)의 크기 및 용량 또한 변경될 수 있다.
본 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 상술한 질소산화물 저감부(200)와 비교했을 때, 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 구비하고 배기가스가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 순차적으로 거치면서 질소산화물 저감 공정이 여러 차례 수행될 수 있다는 점에 차이가 있다.
이하, 상술한 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시 예에서, 배기가스는 먼저 제1 간접 접촉식 응축기(210a)로 유입되어 질소산화물 저감 공정이 수행된다.
이후, 배기가스는 제1 간접 접촉식 응축기(210a)에서 배출되어 제2 배기가스 측정 센서(320a)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
이 때, 제2 배기가스 측정 센서(320a)에서 측정된 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 상술한 전구 물질 생성기(220)를 향해 이동하지 않고, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)로 유입된다.
이를 위해, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)는 제2 배기가스 유로(420a) 및 제2 배기가스 추가 유로(421a)에 의해 전구 물질 생성기(220) 및 제2 간접 접촉식 응축기(210b)와 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제1 간접 접촉식 응축기(210a)에서 배출된 배기가스는 제2 배기가스 유로(420a) 및 제2 배기가스 추가 유로(421a)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 질소산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 추가 유로(421a)를 통해 제2 간접 접촉식 응축기(210b)로 유입된다.
반면, 추가 질소산화물 저감 공정이 불요할 경우, 배기가스는 제2 배기가스 유로(420a)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동한다.
제2 간접 접촉식 응축기(210b)에 유입된 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제2 배기가스 측정 센서(320b)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
이 때, 제2 배기가스 측정 센서(320b)에서 측정된 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않은 것이므로, 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 또 한 번 거쳐야 한다.
이 경우, 배기가스는 전구 물질 생성기(220)를 향해 이동하지 않고, 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 유입된다.
이를 위해, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)는 제2 배기가스 유로(420b) 및 제2 배기가스 추가 유로(421b)에 의해 전구 물질 생성기(220) 및 제3 간접 접촉식 응축기(210c)와 각각 유체 소통 가능하게 연결된다.
즉, 제2 간접 접촉식 응축기(210b)에서 배출된 배기가스는 제2 배기가스 유로(420b) 및 제2 배기가스 추가 유로(421b)에 의해 분기되어 형성되는 두 가지 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 추가 질소산화물 저감 공정이 필요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 추가 유로(421b)를 통해 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 유입된다.
반면, 추가 질소산화물 저감 공정이 불요한 경우, 배기가스는 제2 배기가스 유로(420b)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동한다.
제3 간접 접촉식 응축기(210c)에 유입된 배기가스는 추가 질소산화물 저감 공정을 거친 후 배출되어 제3 배기가스 측정 센서(320c)에 의해 배기가스 내의 질소산화물의 농도가 측정된다.
이 때, 제3 배기가스 측정 센서(320c)에서 측정된 질소산화물의 농도가 기 설정된 질소산화물의 농도보다 높을 경우, 배기가스 내의 질소산화물이 충분히 저감되지 않았다고 판단될 수 있다.
배기가스는 상술한 과정을 반복하기 위해, 제2 배기가스 순환 유로(422)를 통해 다시 제3 간접 접촉식 응축기(210c)로 유입되어, 상술한 과정을 거쳐 추가 질소산화물 저감 공정이 수행된다.
본 실시 예에 따르면, 제2 배기가스 측정 센서(320a, 320b, 320c)에서 측정된 배기가스의 질소산화물의 농도에 따라 배기가스의 목표로 하는 질소산화물 농도를 얻을 때까지 추가적인 질소산화물 저감 공정이 수행되므로, 효과적인 질소산화물 저감이 가능하다.
배기가스의 질소산화물의 농도가 소정의 질소산화물 농도 이하로 하락하면, 배기가스는 제2 배기가스 유로(410a, 410b, 410c)를 통해 전구 물질 생성기(220)로 이동된다.
이 때, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)는 제2 첨가제 저장부(230)와 각각 유체 소통 가능하게 연결되어, 질소산화물 저감 공정에 필요한 첨가제를 제공받을 수 있다.
도 10을 참조하면, 도시된 실시 예의 질소산화물 저감부(200)는 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 포함한다.
실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)는 상술한 본 발명의 다른 실시 예에 다른 질소산화물 저감부(200)와 비교했을 때, 배기가스가 복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 순차적으로 통과하는 것이 아니라 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)를 거친 배기가스 내의 질소산화물의 농도에 따라 요구되는 질소산화물 저감 공정의 용량에 따라 재유입될 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)가 선택된다는 차이가 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 질소산화물 저감부(200)에 비해 전구 물질 생성기(220)로부터 다시 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)로 배기가스가 유동하기 위한 제2 배기가스 순환 유로(422)가 불요하다.
복수 개의 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)의 개수는 변경 가능하며, 각 간접 접촉식 응축기(210a, 210b, 210c)의 크기의 변경에 상응하게 미스트 제거기(211a, 211b, 211c) 및 열교환기(213a, 213b, 213c)의 크기 및 용량 또한 변경될 수 있음은 상술한 바와 같다.
이 외의 구성 및 작동 과정은 상술한 본 발명의 다른 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
4. 가압 하이브리드 응축기 사용에 따른 효과의 설명
본 발명의 각 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기는 연소기(10)에서 발생한 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 물리적, 화학적 성질을 이용하여 각각 황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)를 통해 저감할 수 있으므로, 황산화물 및 질소산화물의 저감 효율이 향상될 수 있다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 응축기의 효과를 상세하게 설명한다.
도 11은 배기가스가 유체, 특히 물과 반응한 경우 황산화물의 저감 효율의 증가와 관련된 실험 결과를 도시한다. 도 11에 도시된 실험 결과는 배기가스가 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)를 먼저 통과한 후, 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110)에 유입되는 실시 예에 따른 것이다.
도 11의 (a)는 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110) 내에 유입된 배기가스가 대기압 조건에서 분사 노즐(111)에서 분사된 유체와 반응한 배기가스 내의 이산화황의 농도의 변화를 도시하는 그래프이다.
즉, 도 11의 (a)의 결과는 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110) 내에서 배기가스가 유체와 반응할 경우 이산화황이 물에 응축되어 제거됨으로써 효율적인 황산화물의 저감이 가능함을 나타낸다.
도 11의 (b)는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)를 거쳐 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110)에 유입된 배기가스 내의 황산화물의 농도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도시된 그래프에서, 배기가스가 직접 접촉식 응축기(110)의 분사 노즐(111)에서 분사된 유체와 반응할 경우 이산화황의 농도가 감소하는 경향을 보이되, 배기가스의 압력이 5 bar(실선)일 경우에 비해 배기가스의 압력이 10 bar(점선)일 경우 이산화황의 농도 감소율이 보다 증가되는 것을 알 수 있다.
즉, 배기가스의 압력의 증가에 따라 황산화물, 특히 이산화황의 저감 효율이 향상되며, 적정한 양의 스팀, 유체 등이 공급될 경우 저감 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 12은 배기가스의 압력 증가에 따른 질소산화물의 저감 효율의 증가와 관련된 실험 결과를 도시한다. 도 12에 도시된 실험 결과는 배기가스가 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)를 먼저 통과한 후, 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110)에 유입된 실시 예에 따른 것이다.
도 12의 (a)는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210) 내의 압력의 상승에 따라 일산화질소(□ 모양 참조)로부터 이산화질소(○ 모양 참조)로의 전환율(■ 모양 참조)이 증가하는 현상을 도시하는 그래프이다.
도시된 그래프는 스팀 또는 물 등의 유체의 유입이 없는 상황, 즉 건조한 조건 하에서의 실험 결과이며, 이 때 질소산화물의 총량에는 변화가 없다(△ 모양 참조).
즉, 도 12의 (a)의 결과는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210) 내부가 가압될수록 이산화질소로의 전환율이 증가되어, 유체, 특히 물에 대한 용해도가 증가하여 효율적인 질소산화물의 저감이 가능함을 나타낸다.
도 12의 (b)는 질소산화물 저감부(200)의 간접 접촉식 응축기(210)를 통과하며 이산화질소의 비율이 높아진 배기가스 내의 질소산화물이 황산화물 저감부(100)의 직접 접촉식 응축기(110) 내에 유입된 후, 유체와 반응할 경우의 결과를 도시하는 그래프이다.
구체적으로, 상술한 바와 같이 직접 접촉식 응축기(110)는 유체가 분사되는 분사 노즐(111)을 포함하는데, 이산화질소의 경우 유체, 특히 물에 대한 용해도가 높아지고, 이 용해도는 가압 상황에서 더욱 증가된다.
즉, 도 12의 (b)는 배기가스의 압력의 증가에 따라 질소산화물의 저감 효율이 증가됨을 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 가압 하이브리드 연소기는, 연소 결과 발생한 배기가스를 가압하여 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물을 각각 유체, 특히 물에 대한 용해도가 높은 이산화황 및 이산화질소로 전환시켜 저감 공정을 수행하므로, 황산화물 및 질소산화물의 저감 효율이 향상될 수 있다.
또한, 황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)에서 황산화물 및 질소산화물의 물리적, 화학적 특성에 따라 저감 공정을 수행하므로, 하나의 단일 공정을 통해 황산화물 및 질소산화물을 제거하는 경우에 비해 저감 효율이 향상될 수 있다.
더 나아가, 필요에 따라 황산화물 저감부(100) 및 질소산화물 저감부(200)의 순서를 변경함으로써 황산화물 및 질소산화물 저감 효율을 제고할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 연소기
20 : 압축기
100 : 황산화물 저감부
110 : 직접 접촉식 응축기
110a, 110b, 110c : 직접 접촉식 응축기
111 : 분사 노즐
111a, 111b, 111c : 분사 노즐
112 : 팩 베드
112a, 112b, 112c : 팩 베드
113 : 유체 저장부
113a, 113b, 113c : 유체 저장부
114 : pH 센서
114a, 114b, 114c : pH 센서
120 : 유체 처리 교반기
120a : pH 센서
122 : 제1 유체 유로
124 : 제2 유체 유로
126 : 첨가제 투입부
130 : 제1 가압 펌프
140 : 제2 가압 펌프
150 : 제1 첨가제 저장부
200 : 질소산화물 저감부
210 : 간접 접촉식 응축기
210a, 210b, 210c : 간접 접촉식 응축기
211 : 미스트 제거기
212 : 첨가제 투입부
213 : 열교환기
214 : 스팀 공급부
215 : 미스트 저장부
220 : 전구 물질 생성기
222 : 첨가제 투입부
230 : 제2 첨가제 저장부
240 : 제3 첨가제 저장부
250 : 배출 탱크
252 : 배출 필터
300 : 배기가스 측정 센서부
310 : 제1 배기가스 측정 센서
320 : 제2 배기가스 측정 센서
330 : 제3 배기가스 측정 센서
340 : 압력 센서
400 : 배기가스 유로부
410 : 제1 배기가스 유로
411a, 411b : 제1 배기가스 추가 유로
412 : 제1 배기가스 순환 유로
420 : 제2 배기가스 유로
421a, 421b : 제2 배기가스 추가 유로
422 : 제2 배기가스 순환 유로
430 : 제3 배기가스 순환 유로

Claims (14)

  1. 연소기(10)와 유체 소통 가능하게 연결되는 황산화물 저감부(100); 및
    상기 황산화물 저감부(100)와 유체 소통 가능하게 연결되는 질소산화물 저감부(200)를 포함하며,
    상기 황산화물 저감부(100)는 그 내측에 분사 노즐(111)을 구비한 직접 접촉식 응축기(110)를 포함하고,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 그 외측과 유체 소통 가능하게 형성된 첨가제 투입부(212)를 구비한 간접 접촉식 응축기(210)를 포함하며,
    상기 연소기(10)와 상기 황산화물 저감부(100)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에는 압축기(20)가 구비되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 황산화물 저감부(100)는,
    상기 직접 접촉식 응축기(110)와 유체 소통 가능하게 연결되는 유체 처리 교반기(120)를 포함하는,
    가압 하이브리드 응축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사 노즐(111)은 상기 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직접 접촉식 응축기(110)는 그 내측에 상기 분사 노즐(111)의 하측으로 위치되는 팩 베드(packed bed)(112)를 포함하며,
    상기 팩 베드(112)는 패킹 물질(packing material)로 충진되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패킹 물질은 원통형이며,
    상기 원통형의 내면에는 복수 개의 리브(rib)가 형성되고,
    상기 원통형의 외면에는 복수 개의 개구부가 형성되며,
    상기 리브 또는 상기 개구부는 서로 엇갈려 배치되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 직접 접촉식 응축기(110)는 상기 팩 베드(112)의 하측에 위치되는 유체 저장부(113)를 포함하며,
    상기 유체 저장부(113)는 상기 유체 처리 교반기(120)와 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 황산화물 저감부(100)는 상기 직접 접촉식 응축기(110)를 복수 개 포함하며,
    복수 개의 상기 직접 접촉식 응축기(110)는 서로 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 첨가제 저장부(230)를 포함하며,
    상기 첨가제 저장부(230)는 상기 간접 접촉식 응축기(210)의 상기 첨가제 투입부(212)와 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 간접 접촉식 응축기(210)는 그 내측에 위치되는 미스트 제거 장치(211)를 포함하는,
    가압 하이브리드 응축기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 상기 간접 접촉식 응축기(210)를 복수 개 포함하며,
    복수 개의 상기 간접 접촉식 응축기(210)는 그 단면적과 길이가 서로 상이한,
    가압 하이브리드 응축기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물 저감부(200)는,
    상기 간접 접촉식 응축기(210)와 유체 소통 가능하게 연결되는 전구 물질 생성기(220)를 포함하는,
    가압 하이브리드 응축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 암모니아 저장부(240)를 포함하며,
    상기 암모니아 저장부(240)는 상기 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 배출 탱크(250)를 포함하며,
    상기 배출 탱크(250)는 상기 전구 물질 생성기(220)와 유체 소통 가능하게 연결되는,
    가압 하이브리드 응축기.
  14. 연소기(10)와 유체 소통 가능하게 연결되는 질소산화물 저감부(200); 및
    상기 질소산화물 저감부(200)와 유체 소통 가능하게 연결되는 황산화물 저감부(100)를 포함하며,
    상기 황산화물 저감부(100)는 그 내측에 분사 노즐(111)을 구비한 직접 접촉식 응축기(110)를 포함하고,
    상기 질소산화물 저감부(200)는 그 내측에 열교환기(213) 및 그 외측과 유체 소통 가능하게 연결된 스팀 공급부(214)를 구비한 간접 접촉식 응축기(210)를 포함하며,
    상기 연소기(10)와 상기 질소산화물 저감부(200)를 유체 소통 가능하게 연결하는 유로 상에는 압축기(20)가 구비되는,
    가압 하이브리드 응축기.
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