KR20230082733A - SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst - Google Patents

SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst Download PDF

Info

Publication number
KR20230082733A
KR20230082733A KR1020210170269A KR20210170269A KR20230082733A KR 20230082733 A KR20230082733 A KR 20230082733A KR 1020210170269 A KR1020210170269 A KR 1020210170269A KR 20210170269 A KR20210170269 A KR 20210170269A KR 20230082733 A KR20230082733 A KR 20230082733A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
catalyst
scr
catalyst layer
nitrogen oxide
Prior art date
Application number
KR1020210170269A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
민윤식
손상두
이춘부
구본욱
Original Assignee
(주)금강씨엔티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)금강씨엔티 filed Critical (주)금강씨엔티
Priority to KR1020210170269A priority Critical patent/KR20230082733A/en
Publication of KR20230082733A publication Critical patent/KR20230082733A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8631Processes characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/02Particle separators, e.g. dust precipitators, having hollow filters made of flexible material
    • B01D46/023Pockets filters, i.e. multiple bag filters mounted on a common frame
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8628Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/88Handling or mounting catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/90Injecting reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/017Combinations of electrostatic separation with other processes, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28CPREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C7/00Controlling the operation of apparatus for producing mixtures of clay or cement with other substances; Supplying or proportioning the ingredients for mixing clay or cement with other substances; Discharging the mixture
    • B28C7/0007Pretreatment of the ingredients, e.g. by heating, sorting, grading, drying, disintegrating; Preventing generation of dust
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2062Ammonia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2067Urea
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/02Other waste gases
    • B01D2258/0233Other waste gases from cement factories

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진이 SCR 촉매에 부착하는 것을 억제하는 수트 블로워 (soot blower)가 적용된 SCR 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진(dust)이 SCR 촉매에 부착 또는 침적에 의해 고착화되는 현상을 방지하여 촉매의 마모 및 손상과 촉매의 표면 및 셀이 막힘에 의해 촉매의 차압 상승을 방지하고 촉매의 활성 저하를 방지하여 촉매의 활성을 지속적으로 유지하기 위한 수트 블로워 (soot blower)가 적용된, 선택적 촉매 환원법 기반 질소산화물(NOx) 저감 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an SCR system to which a soot blower is applied to suppress dust in exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to an SCR catalyst, and specifically, dust in exhaust gas generated during the cement manufacturing process This SCR catalyst is prevented from sticking by adhesion or deposition, thereby preventing catalyst wear and damage, catalyst surface and cell clogging, and increasing the differential pressure of the catalyst. It relates to a method for reducing nitrogen oxides (NOx) based on a selective catalytic reduction method in which a soot blower is applied for maintenance.

Description

시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진이 SCR 촉매에 부착하는 것을 억제하는 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 {SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst}SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst }

본 발명은 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진이 SCR 촉매에 부착하는 것을 억제하는 수트 블로워 (soot blower)가 적용된 SCR 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진(dust)이 SCR 촉매에 부착 또는 침적에 의해 고착화되는 현상을 방지하여 촉매의 마모 및 손상과 촉매의 표면 및 셀이 막힘에 의해 촉매의 차압 상승을 방지하고 촉매의 활성 저하를 방지하여 촉매의 활성을 지속적으로 유지하기 위한 수트 블로워 (soot blower)가 적용된, 선택적 촉매 환원법 기반 질소산화물(NOx) 저감 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an SCR system to which a soot blower is applied to suppress dust in exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to an SCR catalyst, and specifically, dust in exhaust gas generated during the cement manufacturing process This SCR catalyst is prevented from sticking by adhesion or deposition, thereby preventing catalyst wear and damage, catalyst surface and cell clogging, and increasing the differential pressure of the catalyst. It relates to a method for reducing nitrogen oxides (NOx) based on a selective catalytic reduction method in which a soot blower is applied for maintenance.

시멘트 산업은 철강, 석유화학 산업 등과 함께 국가의 기반을 구축하는 산업이고, 다량의 자원과 에너지를 소비하는 산업으로, 환경적인 측면에서 분진, CO2 및 질소산화물(NOx) 발생 등 부정적인 측면이 많이 대두되어 왔다. 또한, 산업부산물을 '시멘트 원료'나 '연료'로 자원화하는 것에 대한 관심이 증가하고 있다. The cement industry is an industry that builds the foundation of a nation along with the steel and petrochemical industries, and consumes a large amount of resources and energy. In terms of environment, there are many negative aspects such as generation of dust, CO 2 and nitrogen oxides (NOx). has come to the fore In addition, interest in recycling industrial by-products into 'cement raw materials' or 'fuel' is increasing.

시멘트 산업은 생산공정 및 품질을 유지하고 향상시키기 위해 고온 단염화 소성이 필수적이기 때문에 불가결하게 NOx가 발생되는 공정 조건을 가지고 있으며, 일산화탄소, 분진 등을 포함하여 유해물질이 배출되고 있어 감축을 위한 설비들이 추가되고 있다.Since high-temperature monochlorination firing is essential for maintaining and improving the production process and quality, the cement industry inevitably has process conditions in which NOx is generated, and harmful substances including carbon monoxide and dust are emitted. are being added.

현재 국내 시멘트 생산공정에서 질소산화물을 저감하기 위한 방법으로 선택적 무촉매 환원법(Selective Non- Catalytic Reduction, SNCR)을 운영하고 있지만, 제거 효율이 반응온도 850 ~ 1030 ℃ 범위에서 40 ~ 70 % 수준으로 배출허용기준이 강화되고 있는 최근의 기준을 충족하기 어려운 상황이다. Currently, Selective Non- Catalytic Reduction (SNCR) is operated as a method to reduce nitrogen oxides in the domestic cement production process, but the removal efficiency is 40 to 70% in the reaction temperature range of 850 to 1030 ℃. It is difficult to meet the recent standards that are being strengthened.

시멘트 제조 공정에서 질소산화물을 제거하기 위한 탈질 기술 중 대표적인 공정은 상기의 SNCR 공정과 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR) 공정이다. Among the denitrification technologies for removing nitrogen oxides in the cement manufacturing process, representative processes are the SNCR process and the Selective Catalytic Reduction (SCR) process.

선택적 비촉매 환원법(SNCR)은 촉매를 사용하지 않고 고온의 배가스에 직접 환원제를 분사하여 NOx를 분해하는 방법이다.Selective non-catalytic reduction (SNCR) is a method of decomposing NOx by directly injecting a reducing agent into high-temperature exhaust gas without using a catalyst.

SNCR은 초기 설치비가 다른 NOx 저감 기술에 비해 저렴하면서도 기존 시설에 적용하기 간단하여 별도의 설치 공간 확보가 필요하지 않아 적용성은 우수하지만 효율이 낮은 단점이 있다. 반응온도 850 ~ 1030 ℃ 범위에서 NOx 저감 효율이 40 ~ 70 % 수준의 탈질 효율을 나타내지만, 반응온도 구간 이상의 온도영역에서는 공급된 환원제(요수소, 암모니아수)의 산화반응으로 NOx 생성이 증가하고, 낮은 온도구간에서는 환원제가 효율적으로 반응하지 못하고 암모니아 슬립이 발생하게 된다. SNCR has a low initial installation cost compared to other NOx reduction technologies and is easy to apply to existing facilities, so it does not require a separate installation space, so it has excellent applicability but low efficiency. In the reaction temperature range of 850 ~ 1030 ℃, NOx reduction efficiency shows 40 ~ 70% of denitrification efficiency, but in the temperature range above the reaction temperature range, NOx generation increases due to the oxidation reaction of the supplied reducing agent (urea hydrogen, ammonia water), In the low temperature range, the reducing agent does not react efficiently and ammonia slip occurs.

SNCR에서 사용되는 환원제로는 암모니아 또는 암모니아수, 요소 또는 요소수, 암모늄 카바메이트, 피리딘, 암모늄아세테이트, cyanuric acid, 탄산암모늄 등 NHx 성분을 함유하고 있는 여러 환원제가 있으나 약품가격, 안전성, 공급 안정성, 부산물 생성 측면에서 요소수가 대부분의 SNCR 공정에 사용되고 있다. Reducing agents used in SNCR include ammonia or ammonia water, urea or urea water, ammonium carbamate, pyridine, ammonium acetate, cyanuric acid, ammonium carbonate, etc. In terms of production, urea water is used in most SNCR processes.

화력발전소 또는 산업용 소각로에서 환원제로 암모니아수를 사용할 경우 암모니아 자체가 유독물질이기 때문에 인체에 해로운 영향을 미치는 문제점 외에도 각종 규제가 심하기 때문에 요소수를 사용하는 것이 유리하다. When using ammonia water as a reducing agent in a thermal power plant or industrial incinerator, it is advantageous to use urea water because ammonia itself is a toxic substance, and various regulations are severe in addition to the problem of having a harmful effect on the human body.

암모니아의 경우에는 다른 종류의 환원제와 비교하여 NO에 대한 선택도가 우수하여 주로 SCR 공정에 사용되고는 있지만, 독성물질이므로 취급의 어려움과 각종 설비를 부식시킬 뿐 아니라, 누출시 지하수 오염가능성이 있으므로 2중벽의 저장조에 저장하거나 보호 지반 위에 만들어야 하며, 누출사고 발생시 사고현장에 대한 접근 곤란으로 신속 대처가 어렵기 때문에 대형사고 확대 우려가 있다. 또한 현재 발전 및 소각 시설의 SCR 설비를 충당하기 위해서는 많은 양의 NH3를 필요로 하게 된다.In the case of ammonia, it has excellent selectivity for NO compared to other types of reducing agents and is mainly used in the SCR process. It must be stored in a heavy-walled storage tank or built on a protective ground, and in the event of a leakage accident, it is difficult to quickly respond to it due to difficulty in accessing the accident site, so there is a risk of expanding large-scale accidents. In addition, a large amount of NH 3 is required to cover SCR facilities of current power generation and incineration facilities.

현재 화력발전소 또는 산업용 소각로 탈질(SCR) 설비에서는 안정적인 운영과 환경적인 면을 고려하여 요소수를 환원제로 적용하는 탈질 설비가 증가하고 있다.Currently, in thermal power plants or industrial incinerator denitrification (SCR) facilities, denitrification facilities that apply urea water as a reducing agent are increasing in consideration of stable operation and environmental aspects.

선택적 촉매 환원법(SCR)은 대기오염물질의 하나인 NOx의 제거를 위해 암모니아를 환원제로 이용하여 무해한 N2 및 H2O로 전환하는 기술로서 높은 탈질효율을 나타내고, 운전 및 유지보수 용이 등 여러 장점으로 인해 현재까지 개발된 기술 중 NOx를 저감시키는 가장 대표적인 기술로서 세계적으로 이미 상용화되어 다양한 플랜트에 가동 중에 있다. 일본에서 화석연료를 사용하는 보일러의 NOx를 90% 이상 제거하기 위해 널리 사용되고 있으며, 미국에서는 가스터빈과 내부 연소엔진에 사용되고 있다. 이 방법의 원리는 암모니아를 직접 분사는 방식과, 공기 또는 스팀으로 희석한 암모니아 가스를 배가스로 분사한 후 이를 촉매층으로 공급하여 NOx를 환원시키는 것으로 환원반응은 다음과 같이 진행된다. 이 반응은 NOx의 대부분이 NO이기 때문에 반응식 (1)이 주된 반응이 된다.Selective Catalytic Reduction (SCR) is a technology that uses ammonia as a reducing agent to convert NOx, one of air pollutants, into harmless N 2 and H 2 O. It shows high denitrification efficiency and has several advantages such as easy operation and maintenance As a result, it is the most representative technology for reducing NOx among the technologies developed so far, and it has already been commercialized worldwide and is in operation in various plants. It is widely used in Japan to remove more than 90% of NOx from boilers using fossil fuels, and is used in gas turbines and internal combustion engines in the United States. The principle of this method is to directly inject ammonia, and after injecting ammonia gas diluted with air or steam into the exhaust gas, supply it to the catalyst layer to reduce NOx, and the reduction reaction proceeds as follows. this reaction Since most of NOx is NO, reaction formula (1) becomes the main reaction.

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (1)4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (1)

SCR은 암모니아나 요소수의 NH3가 촉매 상에서 선택적으로 NOx와 반응 환원하여 N2로 전환시키는 공정이며, 가스터빈, 디젤엔진, 화력발전소에서 배출하는 NOx 제거를 위해 사용되었다. SCR에 의한 NOx 저감 효율은 90% 이상까지 가능하며, VOC, 다이옥신/퓨란 및 수은 제거에도 기여한다.SCR is a process in which NH 3 in ammonia or urea water selectively reacts with NOx on a catalyst to convert it into N 2 , and is used to remove NOx emitted from gas turbines, diesel engines, and thermal power plants. The NOx reduction efficiency by SCR can be up to 90% or more, and it also contributes to the removal of VOCs, dioxins/furans and mercury.

암모니아의 경우에는 다른 종류의 환원제와 비교하여 NO에 대한 선택도가 우수하여 주로 SCR 공정에 사용되고는 있지만, 독성물질이므로 취급의 어려움과 각종 설비를 부식시킬 뿐 아니라, 누출시 지하수 오염가능성이 있으므로 2중벽의 저장조에 저장하거나 보호 지반 위에 만들어야 하며, 누출사고 발생시 사고현장에 대한 접근 곤란으로 신속 대처가 어렵기 때문에 대형사고 확대 우려가 있다. 또한 현재 발전 및 소각 시설의 SCR 설비를 충당하기 위해서는 많은 양의 NH3를 필요로 하게 된다.In the case of ammonia, it has excellent selectivity for NO compared to other types of reducing agents and is mainly used in the SCR process. It must be stored in a heavy-walled storage tank or built on a protective ground, and in the event of a leakage accident, it is difficult to quickly respond to it due to difficulty in accessing the accident site, so there is a risk of expanding large-scale accidents. In addition, a large amount of NH 3 is required to cover SCR facilities of current power generation and incineration facilities.

국내 시멘트 산업은 질소산화물 저감을 위해 2004년부터 SNCR 설비를 설치 및 운영 중이며, 해외에서는 NOx 효율 증진을 위해 다양한 산업공정에 SCR 설비를 설치·운전 중이다. SCR 기술은 화력발전소, 소각 공장 및 기타 산업에 널리 보급되고 있다.The domestic cement industry has been installing and operating SNCR facilities since 2004 to reduce nitrogen oxides, and overseas, SCR facilities are being installed and operated in various industrial processes to improve NOx efficiency. SCR technology is widely used in thermal power plants, incineration plants and other industries.

시멘트 산업에서는 세계 최초로 독일 Solnhofen 시멘트 공장에 SCR 설비가 적용되었다. 독일 Solnhofen 시멘트 공장에서는 Pilot Plant 연구 결과를 활용하여, 2000년 SCR 설비를 집진설비 전단(High Dust)에 설치하였으며, 6단 반응기의 3곳에 촉매를 설치하였다. SCR 입구 NOx 농도 1,050 mg/Nm3에서 출구 200 mg/Nm3 달성하였으며, 이후 시멘트 제조 공정에도 SCR 설비 구축 및 운영 중이다.In the cement industry, for the first time in the world, SCR equipment was applied at the Solnhofen cement plant in Germany. At the Solnhofen Cement Plant in Germany, using the pilot plant research results, SCR facilities were installed in the front of the dust collection facility (High Dust) in 2000, and catalysts were installed in three places of the 6-stage reactor. SCR inlet NOx concentration of 1,050 mg/Nm 3 and outlet 200 mg/Nm 3 were achieved, and SCR facilities are being built and operated in the cement manufacturing process.

해외 시멘트 제조 공정에 적용된 SCR은 크게 3가지이며, 이는 1) High Dust SCR, 2) Tail End SCR, 3) Semi-Dust SCR 등으로 구분된다.There are three major types of SCR applied to overseas cement manufacturing processes, which are classified into 1) High Dust SCR, 2) Tail End SCR, and 3) Semi-Dust SCR.

전술한 바와 같이 국내 시멘트 산업계는 질소산화물 저감을 위해 SNCR 설비를 설치·운영 중이나, 시멘트 제조공정 상태에 의해 효율이 좌우됨에 따라 현재 강화되고 있는 배출 기준을 만족하기엔 한계가 존재한다. 이에, 시멘트 제조 공정은 최근 전 세계적으로 강화된 NOx 배출규제로 인해 주목받고 있는 SCR 기술의 적용이 필수적으로 요구된다.As mentioned above, the domestic cement industry is installing and operating SNCR facilities to reduce nitrogen oxides, but as the efficiency is influenced by the state of the cement manufacturing process, there are limits to meeting the currently strengthening emission standards. Accordingly, the cement manufacturing process requires the application of SCR technology, which is attracting attention due to the recently tightened NOx emission regulations worldwide.

또한, 기존의 SNCR 효율이 약 40~70% 내외라면, SCR을 연계할 경우 90% 이상의 질소산화물 저감 효율을 나타냄에 따라, SNCR 시스템의 활용과 더불어, 국내 시멘트 제조공정에 적합한 SCR 시스템이 필수적으로 진행되어야 하는 것이 현실이다.In addition, if the existing SNCR efficiency is about 40 to 70%, when linked with SCR, the nitrogen oxide reduction efficiency is more than 90%, so in addition to the utilization of the SNCR system, the SCR system suitable for the domestic cement manufacturing process is essential. What needs to be done is the reality.

시멘트 제조 공정에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 저감하는 시스템으로 SCR (selective catalytic reduction) 시스템이 가장 적합하지만, 소성로의 dust 농도 부하가 높기 때문에 Dust에 의한 촉매 막힘과 침적으로 전기 집진기 (electric precipitation, EP) 또는 백필터 (Bag filter, BF) 전단에는 SCR 시스템을 설치할 수 없다. 상대적으로 dust 부하가 낮은 EP 또는 BF 후단에, 즉 dust 농도 부하가 낮은 공정에 SCR 시스템 설치가 가능하지만 운전 온도가 낮기 때문에 SCR 반응을 위한 온도 상승을 위해 매우 많은 승온 연료비가 발생하여 설치할 수가 없다. 이는 환경적인 관점에서도 대기질 개선에 역할을 할 수 없게 되는 문제가 있다.As a system for reducing nitrogen oxides (NOx) generated in the cement manufacturing process, the SCR (selective catalytic reduction) system is the most suitable, but due to the high dust concentration load of the kiln, the catalyst is clogged by dust and the electric precipitator (electric precipitation, EP) or bag filter (BF), the SCR system cannot be installed. It is possible to install an SCR system at the downstream of EP or BF with a relatively low dust load, that is, in a process with a low dust concentration load. This has a problem in that it cannot play a role in improving air quality from an environmental point of view.

본 발명은 상기 문제를 인식하고 이를 해결하기 위한 것으로, dust가 포함된 고 풍량의 배가스 조건에서도 SCR 촉매의 마모 및 손상의 위험을 줄이고, 촉매의 수명을 연장하며, dust가 촉매에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to recognize and solve the above problems, to reduce the risk of abrasion and damage to the SCR catalyst even under high air volume exhaust gas conditions containing dust, to extend the life of the catalyst, and to prevent dust from depositing on the catalyst. The purpose is to prevent a decrease in activity.

본 발명의 제1양태는 시멘트 제조 공정 중 발생하는 분진(dust) 및 NOx 함유 배가스와 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 구비한 질소산화물 저감 시스템으로서, (1) 배가스 내 분진이 고정 촉매층에 부착 또는 침적하는 것을 억제하면서, (2) 간헐적으로 분사되는 압축공기에 의해 반응물인 산소 가스를 최대한 멀리까지 공급함과 동시에, 간헐적인 순방향 및/또는 역방향 교란을 통해 각 고정 촉매층 내 길이 방향 반응 가스 구배를 제거 또는 약화하는 방향으로 반응 가스를 혼합시켜 SCR 반응기의 전체 질소산화물 제거 효율을 상승시키도록 설계된 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템을 제공한다.A first aspect of the present invention is a nitrogen oxide reduction system having an SCR reactor that performs a selective catalytic reduction (SCR) on ammonia gas and dust containing NOx generated during the cement manufacturing process, (1) exhaust gas (2) While suppressing the adhesion or deposition of dust on the fixed catalyst layer, (2) supplying oxygen gas as a reactant as far as possible by intermittently injected compressed air, and at the same time intermittent forward and/or reverse disturbance to each fixed catalyst layer Provided is a nitrogen oxide reduction system designed to increase the overall nitrogen oxide removal efficiency of an SCR reactor by mixing reaction gases in a direction that removes or weakens a longitudinal reaction gas gradient within the system.

본 발명의 제2양태는 제1양태의 질소산화물 저감 시스템에서 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 질소산화물(NOx)을 제거하는 방법으로서, 수트 블로워 (soot blower)을 통해, 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진(dust)이 SCR 촉매에 부착 또는 침적에 의해 고착화되는 현상을 방지하여 촉매의 마모 및 손상과 촉매의 표면 및 셀이 막힘에 의해 촉매의 차압 상승을 방지하고 촉매의 활성 저하를 방지하여 촉매의 활성을 지속적으로 유지하는 것이 특징인 질소산화물(NOx) 제거방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a method for removing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas generated during the cement manufacturing process in the nitrogen oxide reduction system of the first aspect, through a soot blower, It prevents dust in the exhaust gas from sticking to the SCR catalyst due to adhesion or deposition, preventing catalyst abrasion and damage, and catalyst surface and cell clogging, thereby preventing the catalyst from increasing differential pressure and preventing catalyst activity from deteriorating. Provided is a nitrogen oxide (NOx) removal method characterized by continuously maintaining the activity of the catalyst.

이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

시멘트 제조공정에 SCR 공정을 적용하기 위해서는, SCR 촉매층으로 유입되는 배가스 내 분진으로 인한 촉매부착(Masking) 및 피독 문제에 대한 대책 확보가 필요하다.In order to apply the SCR process to the cement manufacturing process, it is necessary to secure countermeasures against catalyst masking and poisoning problems caused by dust in exhaust gas flowing into the SCR catalyst layer.

시멘트 제조 시 Na2O, K2O 성분이 많은 석회석을 사용할 경우 부착현상이 자주 나타난다. Adhesion often occurs when limestone with high Na 2 O and K 2 O components is used in cement manufacturing.

또한, SCR 촉매층으로 분진 유입을 줄이는 방법으로 사이클론 집진기 또는 정전식 백필터를 설치하는 방법이 있으나 분진의 크기가 20~30 ㎛로 작아 집진효율이 낮다.In addition, as a method of reducing the inflow of dust into the SCR catalyst layer, there is a method of installing a cyclone dust collector or an electrostatic bag filter, but the dust collection efficiency is low because the size of dust is as small as 20 to 30 μm.

한편, SCR 촉매에 부착된 고체입자를 제거하는 방법은 고압가스 분사 및 소닉 혼(Sonic horn) 등의 기술을 이용하여 허니컴과 같은 고형 촉매층을 세척하는 방법이 활용된다. 그러나, 입자제거를 위해 계속적으로 충격이 반복될 경우 촉매파손 등의 위험성이 증가하므로, 본 발명은 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진이 고정 촉매층에 부착 또는 침적하는 것을 억제하는 근본적인 해결방안을 제공하고자 한 것이다.Meanwhile, as a method of removing solid particles attached to the SCR catalyst, a method of washing a solid catalyst layer such as honeycomb using technologies such as high-pressure gas injection and a sonic horn is utilized. However, since the risk of catalyst damage increases when impact is continuously repeated for particle removal, the present invention provides a fundamental solution to suppressing the attachment or deposition of dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process to the fixed catalyst layer. It was meant to be.

즉, 시멘트 제조 공정 중 발생하는 분진(dust) 및 NOx 함유 배가스와 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 구비한 본 발명의 질소산화물 저감 시스템은, 고정 촉매층을 연속적으로 흐르는 배가스 흐름에 대해, 고정 촉매층 전단 및/또는 후단에 설치된 수트 블로워(soot blower)을 통해 간헐적으로 압축공기를 분사하여 순방향 및/또는 역방향 교란을 제공하여, 배가스 내 분진이 고정 촉매층에 부착 또는 침적하는 것을 방해하는 것이 특징이다. 또한, 본 발명의 질소산화물 저감 시스템에서 수트 블로워는 각 고정 촉매층 전단 및/또는 후단에서 간헐적으로 압축공기를 분사하여, 환원제인 암모니아 가스가 혼합된 NOx 함유 배가스 흐름에 하기 반응식 (1)의 반응물인 산소 가스를 최대한 멀리까지 공급함과 동시에, 간헐적인 순방향 및/또는 역방향 교란을 통해 각 고정 촉매층 내 길이 방향 반응 가스 구배를 제거 또는 약화하는 방향으로 반응 가스를 혼합시켜 SCR 반응기의 전체 질소산화물 제거 효율을 상승시키는 것이 특징이다. That is, the nitrogen oxide reduction system of the present invention having an SCR reactor that performs a selective catalytic reduction (SCR) on ammonia gas and dust containing NOx generated during the cement manufacturing process continuously flows through a fixed catalyst layer. For the exhaust gas flow, compressed air is injected intermittently through soot blowers installed before and/or after the fixed catalyst layer to provide forward and/or reverse disturbance, so that dust in the exhaust gas adheres to or deposits on the fixed catalyst layer. It is characterized by obstruction. In addition, in the nitrogen oxide reduction system of the present invention, the soot blower intermittently injects compressed air at the front and/or the rear of each fixed catalyst layer, to the NOx-containing exhaust gas flow mixed with ammonia gas as a reducing agent, While supplying oxygen gas as far as possible, the overall nitrogen oxide removal efficiency of the SCR reactor is improved by mixing the reaction gas in a direction that removes or weakens the longitudinal reaction gas gradient in each fixed catalyst layer through intermittent forward and/or reverse agitation. It is characterized by elevation.

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (1)4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (1)

[수트 블로워(soot blower)][soot blower]

본 발명에서 수트 블로워는 상술한 바와 같이 시멘트 제조 공정에서 발생되는 질소산화물 저감을 목적으로 적용되는 것으로, 가스터빈 또는 화력발전소의 SCR 시스템에 적용되는 수트 블로워와는 차이점이 있다. 가스 터빈 및 화력발전소는 최대 10 g/Nm3 정도의 분진이 나오지만, 시멘트 제조 공정의 경우 최대 120 g/Nm3의 분진이 발생하여 단순 SCR 시스템으로는 과량의 분진에 의해 질소산화물 저감의 어려움이 있다. As described above, the soot blower in the present invention is applied for the purpose of reducing nitrogen oxides generated in the cement manufacturing process, and is different from the soot blower applied to the SCR system of a gas turbine or thermal power plant. Gas turbines and thermal power plants produce dust of up to 10 g/Nm 3 , but the cement manufacturing process generates dust of up to 120 g/Nm 3 , making it difficult to reduce nitrogen oxides with a simple SCR system due to excessive dust. there is.

본 발명은 시멘트 제조 공정에서 발생하는 질소산화물을 저감하는 SCR 시스템 중 SCR 촉매 하단 및 상단에 압축공기 분사용 수트 블로워가 장착되어 분진이 SCR 촉매에 부착 및 침적되어 촉매의 차압 상승 방지와 촉매 마모를 방지하여 촉매의 수명을 연장시킬 수 있다. In the SCR system for reducing nitrogen oxides generated in the cement manufacturing process, the present invention has soot blowers for compressed air injection installed at the bottom and top of the SCR catalyst to prevent dust from adhering to and depositing on the SCR catalyst to prevent a rise in the differential pressure of the catalyst and wear of the catalyst. This can prolong the life of the catalyst.

시멘트 제조 공정 중 발생하는 분진(dust) 및 NOx 함유 배가스와 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 구비한, 본 발명의 질소산화물 저감 시스템은 시멘트 제조 공정의 특성상 발생하는 과량의 분진(dust)이 함유된 고 풍량의 배가스 조건에서도 분진에 의한 SCR 촉매의 마모 및 손상의 위험을 줄이고, 촉매의 수명을 연장하며, 분진(dust)이 촉매에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키는 것을 방지하도록 압축공기를 분사하는 수트 블로워(soot blower)가 적용된 것이다. 수트 블로워(soot blower)는 일종의 SCR 촉매 dust (air) flushing 장치이다.The nitrogen oxide reduction system of the present invention, equipped with an SCR reactor that performs selective catalytic reduction (SCR) on dust, NOx-containing exhaust gas and ammonia gas generated during the cement manufacturing process, is Reduces the risk of abrasion and damage of the SCR catalyst due to dust even under high air volume exhaust gas conditions containing dust, extends the life of the catalyst, and reduces the activity of the catalyst as dust is deposited on the catalyst To prevent this, a soot blower that sprays compressed air is applied. A soot blower is a type of SCR catalytic dust (air) flushing device.

즉, high dust 조건에서 질소산화물 저감 시 촉매의 마모 및 손상의 위험을 줄이고, 수명을 연장하며, dust가 촉매에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키는 것을 방지하기 위해, 본 발명에 따라 수트 블로워(soot blower)가 적용된 SCR 설비는 고형 촉매층 전단 및/또는 후단에 수트 블로워를 설치하여 고압의 공기를 공급한다. 이를 통해 보다 효율적인 질소산화물 저감도 가능하다. That is, in order to reduce the risk of abrasion and damage of the catalyst when reducing nitrogen oxides under high dust conditions, extend the lifespan, and prevent dust from depositing on the catalyst and reducing the activity of the catalyst, according to the present invention, a soot blower (soot blower) blower) is applied, a soot blower is installed before and/or after the solid catalyst layer to supply high-pressure air. Through this, more efficient nitrogen oxide reduction is possible.

본 발명의 일 구체예에 따른 SCR 시스템에서, SCR 반응기는 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 흐름에 대해 2단 이상의 고정 촉매층들이 수직 방향으로 이격 배치되고, 촉매층과 일정 간격을 두고 압축공기를 분사하는 다수개의 수트 블로워들이 수직 방향으로 배치되어 있다. 촉매모듈형상(도 6)이 공기흐름으로 형상이 구현되어 있어서 수평으로 분사시 촉매내부에 있는 분진을 털어내지 못한다.In the SCR system according to one embodiment of the present invention, in the SCR reactor, two or more fixed catalyst layers are vertically spaced apart from the exhaust gas flow generated during the cement manufacturing process, and a plurality of catalyst layers are sprayed with compressed air at regular intervals. Two soot blowers are arranged in a vertical direction. Since the shape of the catalyst module (FIG. 6) is implemented as an air flow, it is impossible to shake off the dust inside the catalyst when spraying horizontally.

또한, 본 발명의 일 구체예에 따른 SCR 시스템에서, 촉매층은 다단으로 수직으로 이격 적층하고, In addition, in the SCR system according to one embodiment of the present invention, the catalyst layers are stacked vertically spaced apart in multiple stages,

SCR 시스템이 Up flow의 경우 배가스 흐름은 촉매층 수직 하단에서 상단으로 흐르며, 수트 블로워는 (1) 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향 또는 (2) 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향 및 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로, 압축공기를 분사하는 것이거나;If the SCR system is up flow, the exhaust gas flow flows from the vertical bottom to the top of the catalyst layer, and the soot blower is (1) in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer or (2) in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer and at the top of each catalyst layer In the direction opposite to the exhaust gas flow, compressed air is injected;

SCR 시스템이 Down flow의 경우 배가스 흐름은 촉매층 수직 상단에서 하단으로 흐르며, 수트 블로워는 (1) 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 동일한 방향 또는 (2) 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 동일한 방향 및 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 반대 방향으로, 압축공기를 분사하는 것일 수 있다. If the SCR system is down flow, the exhaust gas flow flows from the vertical top to the bottom of the catalyst layer. It may be to inject compressed air in a direction opposite to the exhaust gas flow.

수트 블로워는 시멘트 제조 공정이 시작됨과 동시에 계속적으로 반복하여 가동되는 것일 수 있다.The soot blower may be continuously and repeatedly operated at the same time as the cement manufacturing process starts.

수트 블로워에서 분사되는 압축공기의 압력은 높을수록 좋고, 예컨대 5~9 kgf/cm2일 수 있다. The higher the pressure of the compressed air injected from the soot blower, the better, and may be, for example, 5 to 9 kg f /cm 2 .

수트 블로워는 다단으로 이격 배치된 각각의 촉매층 당 1분 ~ 3분 간격으로 10초 ~ 30초 동안 압축공기를 분사하고, 배가스 흐름 방향으로 첫번째 촉매층부터 마지막 층까지 압축공기를 시간 및/또는 차압 변화에 따라 각 라인에 설치된 자동 밸브를 프로그램 제어로 순차적으로 분사하는 것일 수 있다.The soot blower injects compressed air for 10 to 30 seconds at intervals of 1 to 3 minutes for each catalyst layer arranged in multiple stages, and changes the time and/or differential pressure of the compressed air from the first catalyst layer to the last layer in the direction of exhaust gas flow. According to this, automatic valves installed in each line may be sequentially injected under program control.

예컨대, 제1촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향으로 압축공기를 분사하고, 제1촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로 압축공기를 분사한 후, 이어서 제2촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향으로 압축공기를 분사하고, 제2촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로 압축공기를 분사한다.For example, compressed air is injected in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of the first catalyst layer, compressed air is sprayed in the opposite direction to the exhaust gas flow at the top of the first catalyst layer, and then compressed in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of the second catalyst layer. Air is sprayed, and compressed air is sprayed on the top of the second catalyst layer in a direction opposite to the exhaust gas flow.

예컨대, 각 촉매층 하단에서 배가스 흐름과 동일한 방향으로 압축공기를 동시 분사한 후, 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로 압축공기를 동시 분사한다.For example, compressed air is simultaneously injected in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer, and then compressed air is simultaneously injected in the opposite direction to the exhaust gas flow at the top of each catalyst layer.

예컨대, 각 촉매층 하단에서 배가스 흐름과 동일한 방향으로 압축공기를 순차적으로 분사한 후, 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로 압축공기를 순차적으로 분사한다.For example, compressed air is sequentially injected in the same direction as the exhaust gas flow at the lower end of each catalyst layer, and then compressed air is sequentially injected in the opposite direction to the exhaust gas flow at the top of each catalyst layer.

배가스 흐름과 동일한 방향으로 압축공기를 분사하는 수트 블로워 및 배가스 흐름과 반대 방향으로 압축공기를 분사하는 수트 블로워는, 서로 연동하여 또는 독립적으로 작동할 수 있다.The soot blower for injecting compressed air in the same direction as the exhaust gas flow and the soot blower for injecting compressed air in the opposite direction to the exhaust gas flow may operate in conjunction with each other or independently.

이하, 상기한 바와 같이 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention for achieving the object as described above will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명의 일구체예에 따라 압축공기를 분사하는 흐름이 배가스 흐름과 동일한 방향이 되도록 각 SCR 촉매 하단에(좌측도), 각 SCR 촉매 상단에(우측도) 수트 블로워가 설치된 SCR 반응기를 나타낸 단면도로서, 배가스 흐름과 동일한 방향으로 5~9 kgf/cm2의 압력으로 공기를 분사함으로 촉매층에서 분진을 최소화하여 다음 촉매층에 최소화된 분진이 통과될 수 있도록 구성된다.1 is an SCR reactor in which a soot blower is installed at the bottom of each SCR catalyst (left side view) and at the top of each SCR catalyst (right side view) so that the flow of injecting compressed air is in the same direction as the exhaust gas flow according to one embodiment of the present invention. As a cross-sectional view showing, it is configured to minimize dust in the catalyst layer by spraying air at a pressure of 5 to 9 kg f / cm 2 in the same direction as the exhaust gas flow so that the minimized dust can pass through the next catalyst layer.

도 2는 본 발명의 일구체예에 따라 SCR 촉매층 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용되어 압축공기를 분사하는 흐름을 나타낸 단면도로서, 도 2 좌측도의 경우 촉매층 하단의 수트 블로워는 배가스 흐름과 동일한 방향으로, 촉매층 상단의 수트 블로워는 배가스 흐름과 반대 방향으로 5~9 kgf/cm2의 압력으로 공기를 분사함으로 각 촉매층 하단에서 분진을 최소화하고, 각 촉매층 상단에서 다음 촉매층에 최소화된 분진이 통과될 수 있도록 구성된다. 도 2 우측도의 경우도 배가스 흐름과 압축공기를 분사하는 흐름의 관계에서는 마찬가지이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the flow of compressed air by applying soot blowers to the lower and upper ends of the SCR catalyst layer according to one embodiment of the present invention. As a result, the soot blower at the top of the catalyst layer injects air at a pressure of 5 ~ 9 kg f / cm 2 in the opposite direction to the exhaust gas flow to minimize dust at the bottom of each catalyst layer, and the minimized dust passes from the top of each catalyst layer to the next catalyst layer. configured so that it can be In the case of the right side of FIG. 2, the relationship between the flow of exhaust gas and the flow of compressed air is the same.

도 3은 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 up flow이고 SCR 촉매층 하단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이다. 경우에 따라 싸이클론을 거쳐 분진이 일부 제거된 배가스가 SCR 촉매층에 유입된다. 3 is an SCR system design diagram in which the exhaust gas flow is up flow and a soot blower is applied at the bottom of the SCR catalyst layer in the cement manufacturing process. In some cases, exhaust gas from which dust has been partially removed is introduced into the SCR catalyst layer through a cyclone.

도 4는 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 up flow이고 SCR 촉매층 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이다. 경우에 따라 싸이클론을 거쳐 분진이 일부 제거된 배가스가 SCR 촉매층에 유입된다.4 is an SCR system design diagram in which the exhaust gas flow is up flow in the cement manufacturing process and soot blowers are applied to the bottom and top of the SCR catalyst layer. In some cases, exhaust gas from which dust has been partially removed is introduced into the SCR catalyst layer through a cyclone.

도 5 는 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 down flow이고 SCR 촉매층 상단 및 하단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이다. 경우에 따라 싸이클론을 거쳐 분진이 일부 제거된 배가스가 SCR 촉매층에 유입된다.5 is a design diagram of an SCR system in which the exhaust gas flow is down flow in a cement manufacturing process and soot blowers are applied to the top and bottom of the SCR catalyst layer. In some cases, exhaust gas from which dust has been partially removed is introduced into the SCR catalyst layer through a cyclone.

도 3 ~ 도 5는 시멘트 제조 공정에 적용되는 SCR 시스템으로, 시멘트 제조 공장의 공정 배가스 풍량 및 분진의 양을 고려하여 SCR 촉매의 부피를 설계하고, 촉매는 다단으로 적층하여, 수트 블로워는 촉매층 하단(도 3) 또는 상단 및 하단(도 4 및 5)에 배가스 흐름과 동일한 방향 및 배가스 흐름과 반대 방향으로 적용한다. 수트 블로워는 다단으로 적층된 각각의 촉매당 일정시간 간격으로 일정시간 동안 압축공기를 분사하고, 배가스 방향으로 첫번째 촉매층부터 마지막 촉매층까지 압축공기를 분사한다. 상기의 과정은 시멘트 제조 공정이 시작됨과 동시에 계속적으로 반복한다. 압축공기의 압력은 5~9 kgf/cm2로 한다.3 to 5 show the SCR system applied to the cement manufacturing process. The volume of the SCR catalyst is designed in consideration of the amount of exhaust gas and dust in the cement manufacturing plant, the catalyst is stacked in multiple stages, and the soot blower is installed at the bottom of the catalyst layer. (Fig. 3) or the upper and lower ends (Figs. 4 and 5) in the same direction as the exhaust gas flow and in the opposite direction to the exhaust gas flow. The soot blower injects compressed air for a certain period of time at regular time intervals for each catalyst stacked in multiple stages, and injects compressed air from the first catalyst layer to the last catalyst layer in the exhaust gas direction. The above process is continuously repeated as soon as the cement manufacturing process starts. The pressure of the compressed air is 5~9 kg f /cm 2 .

본 발명의 고안에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 다양한 변형이 가능하고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Anyone with ordinary knowledge in the art pertaining to the design of the present invention can make various modifications, and such changes will fall within the scope of the claims.

[SCR 촉매][SCR catalyst]

금속산화물 촉매용으로 사용되는 금속은 사용빈도가 높은 순서로 하여 V, Fe, W, Cu, Mo, Mn, Ce, Ni, Sn 등이 있다. 또한 금속 또는 그 화합물과 질소산화물과의 반응성은 Pt, MeO2, CuO, Fe2O3, Cr2O3, Co2O3, MoO3, NiO, WO3, Ag2O, ZrO2, Al2O3, SiO2, PhO 순으로 반응성이 낮아진다. 금속산화물 촉매는 질소산화물과 반응성이 높은 금속 또는 그 화합물을 2가지 이상 혼합하여 사용하는데, 사용빈도가 높은 촉매로는 V2O5-Al2O3촉매, V2O5-SiO2-TiO2촉매, Pt촉매, WO3-TiO2촉매, Fe2O3-TiO2촉매, CuO-TiO2촉매, CuO-Al2O3촉매 등이 있다. SCR에 주로 사용되는 촉매는 V2O5계열의 촉매가 가장 많이 사용되고 있는데, 그 중에서도 V2O5-Al2O3촉매와 V2O5-TiO2촉매가 가장 많이 사용된다.Metals used for metal oxide catalysts include V, Fe, W, Cu, Mo, Mn, Ce, Ni, Sn, and the like in order of frequency of use. Also, the reactivity between metals or their compounds and nitrogen oxides is Pt, MeO 2 , CuO, Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Co 2 O 3 , MoO 3 , NiO, WO 3 , Ag 2 O, ZrO 2 , Al Reactivity decreases in the order of 2 O 3 , SiO 2 , and PhO. Metal oxide catalysts use a mixture of two or more metals or compounds that are highly reactive with nitrogen oxides. Examples of frequently used catalysts include V 2 O 5 -Al 2 O 3 catalyst, V 2 O 5 -SiO 2 -TiO 2 catalyst, Pt catalyst, WO 3 -TiO 2 catalyst, Fe 2 O 3 -TiO 2 catalyst, CuO-TiO 2 catalyst, and CuO-Al 2 O 3 catalyst. Catalysts mainly used in SCR are V2O 5 catalysts, and among them, V 2 O 5 -Al 2 O 3 catalysts and V 2 O 5 -TiO 2 catalysts are most often used.

NH3-SCR은 고정원에서 배출되는 NOx를 90% 이상을 제거할 수 있는 기술로써, 가격 경쟁력 및 촉매활성의 안정성 측면에서 현재까지 NOx 제어 기술에 있어서 최적방지기술(Best Available Control Technology, BACT)로 상업화에 있다. NH 3 -SCR is a technology that can remove more than 90% of NOx emitted from stationary sources, and is the best available control technology (BACT) among NOx control technologies to date in terms of price competitiveness and stability of catalytic activity. is in commercialization.

NH3-SCR에 사용되는 촉매는 크게 귀금속 촉매, 금속산화물, Cu 또는 Fe가 이온 교환된 제올라이트의 형태로 구분할 수 있다. 귀금속계 원소를 활성성분으로 하는 NH3-SCR 촉매는 250 ℃ 이하의 저온에서 우수한 NOx 제거효율을 보인다. 제올라이트 촉매 중 NH3-SCR에 사용되는 가장 대표적인 종류로 Cu 또는 Fe가 이온 교환된 Cu-ZSM5 및 Fe-ZSM5 촉매가 있다. Cu-ZSM5는 200-300 ℃에서 우수한 활성을 나타내며, Fe-ZSM5는 500℃ 이상의 고온에서 비교적 우수한 활성을 나타낸다. 하지만 제올라이트 촉매는 수분에 의한 활성저하, SO2에 의한 활성저하 및 배기가스 내의 존재하는 탄화수소에 의한 활성저하 등의 문제점이 있다. NH3-SCR에 이용되는 금속산화물 촉매는 망간산화물(manganese oxides), 세륨산화물(cerium oxides), 텅스텐산화물(tungsten oxides)및 바나듐산화물(vanadium oxides)을 활성성분으로 지지체인 TiO2 및 Al2O3 등에 담지하여 제조한 촉매들이 있다. 망간산화물과 세륨산화물을 이용한 촉매는 바나듐산화물을 활성성분으로 한 VOx/TiO2 촉매 보다 250 ℃ 이하의 저온에서 우수한 촉매활성을 나타내며, 이를 저온 SCR 촉매(Low-temperature SCR catalyst; LTC)라 한다. 이들 촉매는 저온에서의 우수한 활성에 비해 SO2에 의한 비활성화가 매우 크게 작용하며, 망간산화물을 활성성분으로 한 촉매는 배기가스에 포함된 수분에 의해 촉매활성이 크게 저하되는 것으로 알려져 있다. 한편, 지지체인 TiO2에 바나듐산화물을 활성성분으로 첨가한 VOx/TiO2 촉매는 250-400 ℃ 온도에서 우수한 NOx 제거 효율을 나타내며, 수분에 의한 활성저하 및 SO2에 대한 내구성 측면에서 상기의 다른 촉매들에 비하여 매우 우수한 성능을 나타낸다. 이러한 이유로 VOx/TiO2계 촉매가 상업용으로 널리 사용되고 있다.Catalysts used in NH 3 -SCR can be largely classified into noble metal catalysts, metal oxides, and zeolites in which Cu or Fe is ion-exchanged. An NH 3 -SCR catalyst containing a noble metal element as an active component shows excellent NOx removal efficiency at a low temperature of 250 °C or less. Among the zeolite catalysts, the most representative types used for NH 3 -SCR include Cu-ZSM5 and Fe-ZSM5 catalysts in which Cu or Fe is ion-exchanged. Cu-ZSM5 exhibits excellent activity at 200-300 °C, and Fe-ZSM5 exhibits relatively good activity at high temperatures of 500 °C or higher. However, zeolite catalysts have problems such as deterioration of activity due to moisture, deterioration of activity due to SO 2 , and deterioration of activity due to hydrocarbons present in exhaust gas. The metal oxide catalyst used in NH 3 -SCR includes manganese oxides, cerium oxides, tungsten oxides, and vanadium oxides as active components, TiO 2 and Al 2 O as supports. There are catalysts prepared by being supported on 3 , etc. A catalyst using manganese oxide and cerium oxide shows superior catalytic activity at a low temperature of 250 ° C or less than a VOx/TiO 2 catalyst using vanadium oxide as an active component, and this is called a low-temperature SCR catalyst (LTC). It is known that these catalysts have a very large deactivation effect by SO 2 compared to their excellent activity at low temperatures, and that the catalytic activity of catalysts containing manganese oxide as an active component is greatly reduced by moisture contained in exhaust gas. On the other hand, the VOx/TiO 2 catalyst in which vanadium oxide is added as an active component to TiO 2 as a support exhibits excellent NOx removal efficiency at a temperature of 250-400 ° C, and is different from other catalysts in terms of activity reduction due to moisture and durability against SO 2 It shows very good performance compared to catalysts. For this reason, VOx/TiO 2 -based catalysts are widely used for commercial purposes.

SCR공정은 Pt-V2O5/TiO2 촉매 활용시 300 ~ 450℃ 온도구간에서 90% 이상의 제거효율을 얻을 수 있다. 그러나, 촉매의 비용이 높고 반응조건에 따른 비활성화 문제로 질소산화물의 저감원단위는 비교적 높다.The SCR process can obtain a removal efficiency of more than 90% in the temperature range of 300 ~ 450 ℃ when using the Pt-V 2 O 5 /TiO 2 catalyst. However, the cost of the catalyst is high and the reduction unit of nitrogen oxide is relatively high due to the deactivation problem according to the reaction conditions.

SCR 촉매는 형태와 제조 방법에 따라 Plate형 촉매, Corrugate형 촉매, Monolith 압출 촉매로 구분된다(도 6). SCR catalysts are classified into plate-type catalysts, corrugate-type catalysts, and monolith extrusion catalysts according to their shape and manufacturing method (FIG. 6).

Plate형 촉매는 금속 mesh 지지체에 촉매 활성물질을 코팅 후, 절곡면이 있는 평판형태의 촉매 cartridge를 제조하고, 각 cartridge를 맞추어 촉매 block을 형성하게 한다. Plate 촉매 사이의 간격을 통해 배가스가 흘러 들어가므로 단위 부피당 반응면적이 낮은 단점이 있지만 촉매의 열적·기계적 내구성이 우수하며 촉매로 인한 압력손실이 낮으므로 배가스 내에 입자상 물질들이 많은 석탄화력 발전소에 주로 사용되고 있다.In the plate-type catalyst, after coating a catalytically active material on a metal mesh support, a plate-shaped catalyst cartridge with a bent surface is manufactured, and each cartridge is fitted to form a catalyst block. Exhaust gas flows through the gap between the plate catalysts, so the reaction area per unit volume is low, but the thermal and mechanical durability of the catalyst is excellent and the pressure loss due to the catalyst is low, so it is mainly used in coal-fired power plants with a lot of particulate matter in the exhaust gas. there is.

Corrugate형 촉매는 세라믹이나 유리 섬유로 파형을 갖는 담체 제조 후, 촉매 활성물질이 포함된 슬러리를 담체에 코팅하여 제조한다. 촉매 제조 기간이 짧고, 가벼우며 단위 부피당 반응면적이 넓은 장점을 보유하고 있으나, 기계적 강도와 내구성이 낮아 배가스 중의 fly-ash가 많은 오염물질 배출원으로의 적용 시 어려움이 있다.Corrugate-type catalysts are prepared by preparing a corrugated carrier made of ceramic or glass fibers and then coating the carrier with a slurry containing a catalytically active material. It has the advantages of a short catalyst production period, light weight, and a large reaction area per unit volume, but has low mechanical strength and durability, making it difficult to apply it as a pollutant emission source with a large amount of fly-ash in exhaust gas.

Monolith 압출형 촉매는 일체형 구조로, 촉매의 속과 겉이 같은 재질로 구성되어 있어 어느 부위든 조성이 동일하고, 촉매의 개구부는 다양한 기하학적 모양으로 제조가 가능하다. 세 가지 촉매 형상 중 가장 높은 단위부피당 반응 면적을 나타내며, 촉매 재생이 용이한 장점을 가지고 있지만 촉매의 제조기간이 길고, 내구성이 Plate형과 Corrugate형 촉매의 중간 정도를 나타낸다.Monolith extruded catalyst is an integral structure, and the inside and outside of the catalyst are made of the same material, so the composition is the same in any part, and the opening of the catalyst can be manufactured in various geometric shapes. It shows the highest reaction area per unit volume among the three catalyst shapes, and has the advantage of easy catalyst regeneration, but the catalyst production period is long, and its durability is intermediate between plate and corrugate catalysts.

일반적으로 SCR에 사용되는 촉매는 허니컴(honeycomb)타입으로 기하학적인 표면적이 넓기 때문에 더 경제적인데, 촉매의 형상을 유지하는 기본적인 원료는 이산화티타늄(TiO2)이며, 활성원료로 오산화바나듐(V2O5)과 삼산화텅스텐(WO3)이 첨가된다.In general, the catalyst used in SCR is a honeycomb type and is more economical because of its large geometric surface area. The basic raw material for maintaining the shape of the catalyst is titanium dioxide (TiO 2 ), and vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and tungsten trioxide (WO 3 ) are added.

시멘트 제조 공정 중 배가스 풍량 및 분진의 양을 고려하여 SCR 촉매의 부피를 설계할 수 있다.The volume of the SCR catalyst can be designed considering the amount of exhaust gas and dust during the cement manufacturing process.

[환원제][reducing agent]

SCR은 NOx를 환원제를 통해 무해한 N2와 H2O로 분해한다. SCR 반응에 사용되는 환원제로는 탄화수소(hydrocarbon)를 사용하는 HC-SCR, 수소(hydrogen)를 사용하는 H2-SCR 및 암모니아(ammonia)를 사용하는 NH3-SCR로 구분할 수 있다.SCR decomposes NOx into harmless N 2 and H 2 O through a reducing agent. Reducing agents used in the SCR reaction can be classified into HC-SCR using hydrocarbon, H 2 -SCR using hydrogen, and NH 3 -SCR using ammonia.

NO에 대한 선택도가 다른 종류의 환원제(탄화수소, 일산화탄소)에 비해서 우수하기 때문에 현재 상용화된 촉매 환원 공정(SCR)에 주로 사용되는 환원제는 암모니아(NH3)이다. 그러나, NH3는 독성이 매우 강하고 각종 설비를 부식시킬 뿐 아니라 저장 및 수송에 많은 비용이 든다는 단점이 있다.Ammonia (NH 3 ) is a reducing agent mainly used in the currently commercialized catalytic reduction process (SCR) because its selectivity for NO is superior to other types of reducing agents (hydrocarbons and carbon monoxide). However, NH 3 has disadvantages in that it is highly toxic, corrodes various equipment, and requires high costs for storage and transportation.

SCR 반응에서 사용되는 NH3의 주입 농도는 배가스에 포함된 NOx의 농도에 따라 제어되며, SCR 반응이 진행됨에 따라 적정온도를 유지하게 되면 대부분의 NH3는 SCR 반응에 환원제로 사용된다.The injection concentration of NH 3 used in the SCR reaction is controlled according to the concentration of NOx contained in the exhaust gas, and most of NH 3 is used as a reducing agent in the SCR reaction when an appropriate temperature is maintained as the SCR reaction proceeds.

본 발명의 SCR 시스템에서 환원제 공급과 수트 블로워(soot blower)의 상호 간섭은 없다. In the SCR system of the present invention, there is no mutual interference between the reducing agent supply and the soot blower.

SCR 시스템에 환원제 공급을 위해, 암모니아 분사 노즐은 배가스 흐름 방향의 최초 촉매층 전단에 위치할 수 있다.In order to supply the reducing agent to the SCR system, the ammonia injection nozzle may be located in front of the first catalyst layer in the direction of exhaust gas flow.

예컨대, 암모니아 분사 시스템은 촉매층 전단 최소 2미터~5미터 전 최대 5미터~10미터, 노즐은 단일 또는 복합으로 하나 이상 분사 유량은 시간당 1리터 이상으로 NOX저감 효율을 보면서 pump 유량 조절한다.For example, the ammonia injection system adjusts the pump flow rate while looking at the NOx reduction efficiency, with a minimum of 2 to 5 meters before the catalyst layer, a maximum of 5 to 10 meters, and one or more nozzles single or combined, with an injection flow rate of more than 1 liter per hour.

또한, 본 발명의 SCR 시스템에서 질소산화물 저감을 위한 환원제의 경우는 (1) 전단의 SNCR에서 공급되는 요소수에 의해 질소산화물 저감 후 슬립에 의한 SCR로 질소산화물 저감과 (2) SCR 시스템에서 암모니아수 분사를 통한 질소산화물 저감으로, 환원제의 이원화 공급도 가능하다. In addition, in the case of the reducing agent for reducing nitrogen oxides in the SCR system of the present invention, (1) nitrogen oxides are reduced by urea water supplied from the SNCR at the front end, and then nitrogen oxides are reduced by SCR by slip and (2) ammonia water in the SCR system By reducing nitrogen oxides through injection, dual supply of reducing agent is also possible.

한편, 요소수의 요소 분해반응이 일어나 암모니아를 형성하는 기화기가 SCR 반응기 외부에 설치된 경우, 기화기에서 형성된 암모니아를 AIG(Ammonia injection grid)를 통해 SCR 반응기에 공급할 수 있다. AIG(Ammonia injection grid)는 기화기에서 형성된 암모니아와 NOx 함유 배가스를 혼합하여 SCR 반응기에 공급할 수 있다.Meanwhile, when a vaporizer for forming ammonia by urea decomposition reaction is installed outside the SCR reactor, the ammonia formed in the vaporizer may be supplied to the SCR reactor through an ammonia injection grid (AIG). AIG (Ammonia injection grid) can mix the ammonia formed in the carburetor with NOx-containing flue gas and supply it to the SCR reactor.

[SCR 시스템 운전조건][SCR system operating conditions]

현재 SCR 촉매가 사용되고 있는 NOx 제거 후처리 시스템은 NH3 및 urea를 환원제로 하여 촉매 상에서 NOx를 제거하는 반응에 의해 진행된다.An NOx removal post-treatment system in which an SCR catalyst is currently used is performed by a reaction to remove NOx on a catalyst using NH 3 and urea as a reducing agent.

4NH3 + 4NO + O2 →4N2 + 6H2O (1,224 kJ/mol) (1)4NH 3 + 4NO + O 2 →4N 2 + 6H 2 O (1,224 kJ/mol) (One)

반응식 (1)과 같이 SCR 반응은 200-400 ℃ 범위에서 산소분위기하의 촉매상에서 매우 빨리 진행된다. 이때 일반적인 배가스의 NOx는 NO가 95% 이상으로 존재하기 때문에 NH3와 NO의 양론비는 1.0이라고 할 수 있다. NH3-SCR 반응에 있어서 환원제로 사용되어야 할 NH3는 촉매상에서 산소와 반응하여 직접산화반응이 진행되어 오히려 NO, NO2 및 N2O와 같은 NOx가 발생하여 촉매활성에 부정적인 영향을 준다. 따라서, 이러한 점을 고려하여, 본 발명은 시멘트 제조 공정에서 발생하여 SCR 시스템에 유입되는 배가스의 풍량 변화에 따라 수트 블로워의 운전조건을 다양하게 조절할 수 있다.As shown in Reaction Formula (1), the SCR reaction proceeds very quickly on a catalyst in an oxygen atmosphere in the range of 200-400 °C. At this time, the stoichiometric ratio of NH 3 and NO can be said to be 1.0 because NOx is present in more than 95% of NOx in general exhaust gas. In the NH 3 -SCR reaction, NH 3 , which should be used as a reducing agent, reacts with oxygen on the catalyst to undergo a direct oxidation reaction, generating NOx such as NO, NO 2 and N 2 O, which negatively affects the catalyst activity. Therefore, in consideration of this point, the present invention can adjust the operating conditions of the soot blower in various ways according to the change in the air volume of the exhaust gas generated in the cement manufacturing process and introduced into the SCR system.

[촉매의 비활성화][Catalyst inactivation]

시멘트 제조 공정에 SCR 시스템이 적용되는 경우, 촉매 비활성화 문제가 고려되어야 한다. 배가스 중의 SO3는 NH3와 반응하여 황산암모늄염(NH4HSO3)을 형성시켜 이는 촉매 비활성화의 원인이 되며, SCR 설비 후단 열교환기 등에 침적되어 부식현상으로 이어진다. 황성분에 의한 촉매의 비활성화를 억제하기 위해서는 SO2의 SO3로의 산화율을 억제시키고 촉매 표면에 SO2의 흡착에 대한 반응을 제어해야 한다. 이러한 SCR 촉매의 비활성화는 최적 공정 조합 설계 기술 및 경제성을 고려하여 제어되어야 한다.When the SCR system is applied to the cement manufacturing process, the catalyst deactivation problem must be considered. SO 3 in flue gas reacts with NH 3 to form ammonium sulfate (NH 4 HSO 3 ), which causes catalyst deactivation and is deposited on the heat exchanger at the rear of the SCR facility, leading to corrosion. In order to suppress the deactivation of the catalyst by the sulfur component, the oxidation rate of SO 2 to SO 3 should be suppressed and the reaction for the adsorption of SO 2 on the catalyst surface should be controlled. The deactivation of these SCR catalysts must be controlled in consideration of optimal process combination design technology and economic feasibility.

시멘트 산업 배가스에 포함된 SO2는 10~20 ㎎/N㎥ 수준으로 낮은 편이나 SO2 농도가 고유황 연료 투입 등의 이유로 증가할 경우 SCR 필터의 기공을 막아버리는 파울링(Pouling)이 발생할 수 있다.SO 2 contained in exhaust gas from the cement industry is as low as 10 to 20 mg/N㎥, but if the SO 2 concentration increases due to input of high-sulfur fuel, etc., fouling that blocks the pores of the SCR filter may occur. there is.

특히 파울링으로 인한 촉매효율 감소는 필터의 교체 외에는 별다른 대안이 없어 가동중지 및 운영비용 증가에 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.In particular, the reduction in catalyst efficiency due to fouling can cause serious problems in downtime and increase in operating costs, as there is no alternative other than filter replacement.

도 3 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따라 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템은 SCR 반응기 바닥부에 호퍼(hopper)를 설치해, 수트 블로워를 통해 분진 및 SO3의 반응생성물이 촉매층에 부착되지 않게 하고 배가스 흐름에서 이탈되어 낙하시키도록 공정설계하여 수집할 수 있다.As illustrated in FIGS. 3 and 4, the SCR system to which the soot blower is applied according to the present invention has a hopper installed at the bottom of the SCR reactor so that dust and reaction products of SO 3 are not attached to the catalyst layer through the soot blower. It can be collected by designing the process so that it does not leak and falls out of the flue-gas stream.

[시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 질소산화물(NOx) 제거 방법][Method of removing nitrogen oxides (NOx) in flue gas generated during the cement manufacturing process]

본 발명에 따른 질소산화물(NOx) 제거 방법은 수트 블로워 (soot blower)을 통해, 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진(dust)이 SCR 촉매에 부착 또는 침적에 의해 고착화되는 현상을 방지하여 촉매의 마모 및 손상과 촉매의 표면 및 셀이 막힘에 의해 촉매의 차압 상승을 방지하고 촉매의 활성 저하를 방지하여 촉매의 활성을 지속적으로 유지할 수 있다.The method for removing nitrogen oxides (NOx) according to the present invention prevents the phenomenon in which dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process is adhered to or deposited on the SCR catalyst through a soot blower to prevent the catalyst from being fixed. It is possible to continuously maintain the activity of the catalyst by preventing an increase in differential pressure of the catalyst and preventing a decrease in the activity of the catalyst due to abrasion and damage and clogging of the surface and cells of the catalyst.

따라서, 세계적으로 강화된 NOx 배출규제 하에서도 시멘트 제조 공정은 산업부산물을 시멘트 원료 또는 연료로 사용가능하게 한다. Therefore, even under globally tightened NOx emission regulations, the cement manufacturing process enables industrial by-products to be used as cement raw materials or fuel.

또한, 본 발명에 따른 질소산화물(NOx) 제거 방법은 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스는 선택적 무촉매 환원법으로 질소산화물이 저감 처리된 후, 선택적 촉매 환원법으로 질소 산화물이 저감처리되는 것일 수 있다.In addition, in the method for removing nitrogen oxides (NOx) according to the present invention, exhaust gas generated during the cement manufacturing process may be treated to reduce nitrogen oxides by a selective non-catalytic reduction method, and then nitrogen oxides reduced by a selective catalytic reduction method.

시멘트 제조 공정의 특성상 발생하는 과량의 분진은 SCR 촉매층에 누적되어 촉매의 활성 저하 및 분진에 의한 촉매의 마모 또는 손상의 위험을 야기하나, 시멘트 제조 공정에서 발생하는 분진(120 g/Nm3)이 함유된 고 풍량의 배가스가 수트 블로워(soot blower) 적용 SCR 설비를 통과하여 질소산화물을 저감시키는 본 발명의 질소산화물 저감 시스템은, 전술한 과량의 분진으로 야기되는 문제를 최소화하면서 질소산화물의 농도를 저감시키고, 나아가 대기질 환경 개선에 큰 역할을 한다. Due to the nature of the cement manufacturing process, excessive dust accumulates on the SCR catalyst layer, causing a decrease in catalyst activity and the risk of catalyst wear or damage due to dust . The nitrogen oxide reduction system of the present invention, which reduces nitrogen oxides by passing the exhaust gas of high air volume contained in a soot blower applied SCR facility, minimizes the concentration of nitrogen oxides while minimizing the problems caused by the above-mentioned excessive dust. and play a major role in improving the air quality environment.

도 1은 압축공기를 분사하는 흐름이 배가스 흐름의 방향에 따라 배가스 흐름과 동일한 방향이 되도록 각 SCR 촉매 하단에(좌측도), 각 SCR 촉매 상단에(우측도) 수트 블로워가 설치된 SCR 반응기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 SCR 촉매 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용되어 압축공기를 분사하는 흐름을 나타낸 것으로, 압축공기를 분사하는 흐름이 배가스 흐름의 방향에 따라 배가스 흐름과 동일한 방향이 되도록 각 SCR 촉매 하단에, 배가스 흐름과 반대 방향이 되도록 각 SCR 촉매 상단에(좌측도) 및 배가스 흐름과 동일한 방향이 되도록 각 SCR 촉매 상단에, 배가스 흐름과 반대 방향이 되도록 각 SCR 촉매 하단에(우측도) 수트 블로워가 설치된 SCR 반응기를 나타낸 단면도이다.
도 3은 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 up flow이고 SCR 촉매층 하단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이다.
도 4는 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 up flow이고 SCR 촉매층 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이며, 설계도의 좌측면도, 정면도 및 우측면도이다.
도 5는 시멘트 제조 공정에서 배가스 흐름이 down flow이고 SCR 촉매층 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용된 SCR 시스템 설계도이다.
도 6은 Plate형 촉매, Corrugate형 촉매, Monolith 압출 촉매를 예시한 것이다.
1 shows an SCR reactor in which a soot blower is installed at the bottom of each SCR catalyst (left side view) and at the top of each SCR catalyst (right side view) so that the flow of compressed air is in the same direction as the exhaust gas flow according to the direction of the exhaust gas flow it is a cross section
2 shows a flow of spraying compressed air by applying a soot blower to the bottom and top of the SCR catalyst of the present invention, so that the flow of spraying compressed air is in the same direction as the exhaust gas flow according to the direction of the exhaust gas flow, so that each SCR catalyst Bottom, on top of each SCR catalyst in the direction opposite to the flue-gas flow (left view) and on top of each SCR catalyst in the same direction as the flue-gas flow, below each SCR catalyst in the opposite direction of the flue-gas flow (right view) A cross-sectional view showing an SCR reactor with a blower installed.
3 is an SCR system design diagram in which the exhaust gas flow is up flow and a soot blower is applied at the bottom of the SCR catalyst layer in the cement manufacturing process.
4 is an SCR system design diagram in which the exhaust gas flow is up flow in the cement manufacturing process and soot blowers are applied to the bottom and top of the SCR catalyst layer, and are a left view, a front view, and a right view of the design.
5 is a design diagram of an SCR system in which the exhaust gas flow is down flow in a cement manufacturing process and soot blowers are applied to the bottom and top of the SCR catalyst layer.
6 illustrates plate-type catalysts, corrugate-type catalysts, and monolith extrusion catalysts.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only intended to clearly illustrate the technical features of the present invention, but do not limit the protection scope of the present invention.

[실시예 1][Example 1]

SCR 촉매층 하단에 수트 블로워가 적용되어 압축공기를 분사하는 흐름을 나타낸 단면도인 도 3을 참조하여, 배가스 흐름과 동일한 방향으로 5~9 kgf/cm2의 압력으로 공기를 분사함으로 촉매 하단에서 분진을 최소화하여 다음 층의 촉매에 최소화된 분진이 통과될 수 있도록 구성된다. 이로 인해 시멘트 제조 공정에서 발생되는 분진에 의해 SCR 촉매의 마모 및 손상의 위험을 줄이고, 촉매의 수명을 연장하며, 분진이 촉매에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키는 것을 방지하는 것을 목적으로 보다 효율적으로 질소산화물 저감이 가능하다.Referring to FIG. 3, which is a cross-sectional view showing the flow of compressed air by applying a soot blower to the bottom of the SCR catalyst layer, dust is removed from the bottom of the catalyst by spraying air at a pressure of 5 to 9 kg f / cm 2 in the same direction as the exhaust gas flow. is minimized so that the minimized dust can pass through the catalyst of the next layer. This reduces the risk of abrasion and damage of the SCR catalyst by dust generated in the cement manufacturing process, extends the life of the catalyst, and prevents dust from depositing on the catalyst to reduce the activity of the catalyst. Nitrogen oxide reduction is possible.

[실시예 2][Example 2]

SCR 촉매층 하단 및 상단에 수트 블로워가 적용되어 압축공기를 분사하는 흐름을 나타낸 단면도인 도 2를 참조하여, 촉매층 하단 또는 상단의 수트 블로워는 배가스 흐름과 동일한 방향으로, 촉매층 상단 또는 하단의 수트 블로워는 배가스 흐름과 반대 방향으로 5~9 kgf/cm2의 압력으로 공기를 분사함으로 촉매층 하단 또는 상단에서 분진을 최소화하고, 촉매층 상단 또는 하단에서 다음 촉매층에 최소화된 분진이 통과될 수 있도록 구성된다. 실시예 1과 같이 촉매층 하단에만 수트 블로워를 적용할 경우 각각의 촉매층 상단에 다량의 분진이 침적되어 SCR 촉매의 차압이 상승되는 원인으로 작용되어 탈질의 효율이 감소되었다. 이를 해결하기 위한 방안으로 상기와 같이 촉매층 상단 및 하단 모두에 수트 블로워를 적용하였다. 이로 인해 시멘트 제조 공정에서 발생되는 분진에 의해 SCR 촉매의 마모 및 손상의 위험을 줄이고, 촉매의 수명을 연장하며, 분진이 촉매에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키는 것을 방지하는 것을 목적으로 보다 효율적으로 질소산화물 저감이 가능하다. 수트 블로워는 다단으로 적층된 각각의 촉매당 1분 ~ 3분 간격으로 10초 ~ 30초 동안 압축공기를 분사하고, 배가스 방향으로 첫번째 촉매 층부터 마지막 촉매층까지 압축공기를 분사한다. 상기의 과정은 시멘트 제조 공정이 시작됨과 동시에 계속적으로 반복한다. 압축공기의 압력은 5~9 kgf/cm2로 한다.Referring to FIG. 2, which is a cross-sectional view showing the flow of compressed air by applying soot blowers to the lower and upper ends of the SCR catalyst layer, the soot blower at the lower or upper portion of the catalyst layer flows in the same direction as the exhaust gas flow, and the soot blower at the upper or lower portion of the catalyst layer It is configured to minimize dust at the bottom or top of the catalyst layer by spraying air at a pressure of 5 to 9 kg f / cm 2 in the opposite direction to the exhaust gas flow, and to allow the minimized dust to pass from the top or bottom of the catalyst layer to the next catalyst layer. As in Example 1, when the soot blower was applied only to the bottom of the catalyst layer, a large amount of dust was deposited on the top of each catalyst layer, which caused the differential pressure of the SCR catalyst to increase, reducing the denitration efficiency. As a way to solve this problem, a soot blower was applied to both the upper and lower portions of the catalyst layer as described above. This reduces the risk of abrasion and damage of the SCR catalyst by dust generated in the cement manufacturing process, extends the life of the catalyst, and prevents dust from depositing on the catalyst to reduce the activity of the catalyst. Nitrogen oxide reduction is possible. The soot blower injects compressed air for 10 to 30 seconds at intervals of 1 to 3 minutes for each catalyst stacked in multiple stages, and injects compressed air from the first catalyst layer to the last catalyst layer in the exhaust gas direction. The above process is continuously repeated as soon as the cement manufacturing process starts. The pressure of the compressed air is 5~9 kg f /cm 2 .

1: SCR 반응기
2: 촉매
3: 수트 블로워
1: SCR reactor
2: Catalyst
3: soot blower

Claims (15)

시멘트 제조 공정 중 발생하는 분진(dust) 및 NOx 함유 배가스와 암모니아 가스에 대해 선택적 촉매 환원법(SCR)을 수행하는 SCR 반응기를 구비한 질소산화물 저감 시스템으로서,
고정 촉매층을 연속적으로 흐르는 배가스 흐름에 대해, 고정 촉매층 전단 및/또는 후단에 설치된 수트 블로워(soot blower)을 통해 간헐적으로 압축공기를 분사하여 순방향 및/또는 역방향 교란을 제공하여,
(1) 배가스 내 분진이 고정 촉매층에 부착 또는 침적하는 것을 억제하면서,
(2) 간헐적으로 분사되는 압축공기에 의해 반응물인 산소 가스를 최대한 멀리까지 공급함과 동시에, 간헐적인 순방향 및/또는 역방향 교란을 통해 각 고정 촉매층 내 길이방향 반응가스 구배를 제거 또는 약화하는 방향으로 반응가스를 혼합시켜 SCR 반응기의 전체 질소산화물 제거 효율을 상승시키도록 설계된 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.
A nitrogen oxide reduction system equipped with an SCR reactor that performs selective catalytic reduction (SCR) on ammonia gas and exhaust gas containing NOx and dust generated during the cement manufacturing process,
For the exhaust gas flow continuously flowing through the fixed catalyst layer, compressed air is intermittently injected through a soot blower installed at the front and / or the rear of the fixed catalyst layer to provide forward and / or reverse disturbance,
(1) while suppressing the attachment or deposition of dust in the exhaust gas to the fixed catalyst layer,
(2) Oxygen gas, which is a reactant, is supplied as far as possible by intermittently injected compressed air, and reacts in the direction of removing or weakening the longitudinal reaction gas gradient in each fixed catalyst layer through intermittent forward and/or reverse disturbance. A nitrogen oxide reduction system characterized by being designed to increase the overall nitrogen oxide removal efficiency of the SCR reactor by mixing the gas.
제1항에 있어서, 시멘트 제조 공정에서 발생하는 분진이 120 g/Nm3 이상 포함된 450,000 Nm3/hr 이상 고 풍량의 배가스가 SCR 반응기를 통과하더라도, 수트 블로워(soot blower)을 통해 간헐적으로 압축공기를 배가스 흐름에 대해 순방향 및/또는 역방향 분사하여 분진(dust)에 의해 SCR 촉매가 마모되는 것을 억제하도록 설계된 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The method of claim 1, even if the exhaust gas with a high air volume of 450,000 Nm 3 /hr or more containing 120 g/Nm 3 or more of dust generated in the cement manufacturing process passes through the SCR reactor, it is intermittently compressed through a soot blower. A nitrogen oxide reduction system characterized in that it is designed to suppress wear of the SCR catalyst by dust by injecting air forward and/or backward into the exhaust gas flow. 제1항에 있어서, SCR 반응기는 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 흐름에 대해 2단 이상의 고정 촉매층들이 수직 방향으로 이격 배치되고,
촉매층과 일정 간격을 두고 압축공기를 분사하는 다수개의 수트 블로워들이 수직 방향으로 배치되어 있는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.
The method of claim 1, wherein in the SCR reactor, two or more fixed catalyst layers are vertically spaced apart from the exhaust gas flow generated during the cement manufacturing process,
A nitrogen oxide reduction system characterized by the vertical arrangement of a plurality of soot blowers spraying compressed air at regular intervals from the catalyst layer.
제1항에 있어서, 촉매층은 다단으로 수직으로 이격 적층하고, 배가스 흐름은 촉매층 수직 하단에서 상단으로 흐르며,
수트 블로워는 (1) 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향 또는 (2) 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 동일한 방향 및 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 반대 방향으로, 압축공기를 분사하는 것이거나;
수트 블로워는 (1) 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 동일한 방향 또는 (2) 각 촉매층 상단에 배가스 흐름과 동일한 방향 및 각 촉매층 하단에 배가스 흐름과 반대 방향으로, 압축공기를 분사하는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.
The method of claim 1, wherein the catalyst layer is stacked vertically spaced apart in multiple stages, and the exhaust gas flow flows from the vertical bottom to the top of the catalyst layer,
The soot blower blows compressed air (1) in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer or (2) in the same direction as the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer and in the opposite direction to the exhaust gas flow at the top of each catalyst layer;
The soot blower blows compressed air in (1) the same direction as the exhaust gas flow at the top of each catalyst layer or (2) the same direction as the exhaust gas flow at the top of each catalyst layer and the opposite direction to the exhaust gas flow at the bottom of each catalyst layer. reduction system.
제1항에 있어서, 수트 블로워는 다단으로 이격 배치된 각각의 촉매층 당 1분 ~ 3분 간격으로 10초 ~ 30초 동안 압축공기를 분사하고, 배가스 흐름 방향으로 첫번째 촉매층부터 마지막 층까지 압축공기를 시간 및/또는 차압 변화에 따라 각 라인에 설치된 자동 밸브를 프로그램 제어로 순차적으로 분사하는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The method of claim 1, wherein the soot blower injects compressed air for 10 seconds to 30 seconds at intervals of 1 minute to 3 minutes for each catalyst layer spaced apart in multiple stages, and blows compressed air from the first catalyst layer to the last layer in the direction of exhaust gas flow. Nitrogen oxide reduction system characterized by sequentially spraying with program control through automatic valves installed in each line according to time and/or differential pressure changes. 제1항에 있어서, 수트 블로워에서 분사되는 압축공기의 압력은 5~9 kgf/cm2인 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The system for reducing nitrogen oxides according to claim 1, wherein the pressure of the compressed air injected from the soot blower is 5 to 9 kg f /cm 2 . 제1항에 있어서, 수트 블로워는 시멘트 제조 공정이 시작됨과 동시에 계속적으로 반복하여 가동되는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The system for reducing nitrogen oxides according to claim 1, wherein the soot blower is continuously and repeatedly operated at the same time as the cement manufacturing process starts. 제1항에 있어서, 암모니아 분사 노즐은 배가스 흐름 방향의 최초 촉매층 전단에 위치하는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The nitrogen oxide reduction system according to claim 1, wherein the ammonia injection nozzle is located in front of the initial catalyst layer in the direction of exhaust gas flow. 제1항에 있어서, 암모니아 분사 노즐은 배가스 흐름 방향의 최초 촉매층 전단으로부터 2미터 ~ 10미터 이격된 위치에 배치되고, 각 노즐의 분사 유량은 시간당 1리터 이상으로 NOX저감 효율에 대응하여 펌프(pump) 유량을 조절하는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The method of claim 1, wherein the ammonia injection nozzle is disposed at a position 2 to 10 meters apart from the front end of the first catalyst layer in the direction of exhaust gas flow, and the injection flow rate of each nozzle is 1 liter or more per hour, corresponding to the NOx reduction efficiency. ) Nitrogen oxide reduction system characterized by controlling the flow rate. 제1항에 있어서, (1) 전단의 SNCR에서 공급되는 요소수에 의해 질소산화물 저감 후 암모니아 슬립에 의한 SCR로 질소산화물 저감과 (2) SCR 시스템에서 암모니아수 분사를 통한 질소산화물 저감으로, 환원제가 이원화 공급되는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The method of claim 1, wherein (1) nitrogen oxide is reduced by urea water supplied from the SNCR at the front end and then nitrogen oxide is reduced by SCR by ammonia slip and (2) nitrogen oxide is reduced by spraying ammonia water in the SCR system. Nitrogen oxide reduction system characterized by dual supply. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 고정층 촉매는 Plate형, Corrugate형 또는 Monolith 압출형인 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The nitrogen oxide reduction system according to any one of claims 1 to 10, wherein the fixed bed catalyst is a plate type, corrugate type or monolith extruded type. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 반응기 및 수트 블로워를 구비한 질소산화물 저감 시스템은 싸이클론, 전기 집진기 (electric precipitation) 또는 백필터 (Bag filter) 전단 또는 후단에 설치되는 것이 특징인 질소산화물 저감 시스템.The method of any one of claims 1 to 10, wherein the nitrogen oxide reduction system equipped with an SCR reactor and a soot blower is installed before or after a cyclone, electric precipitation or bag filter. Featured Nitrogen Oxide Reduction System. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 질소산화물 저감 시스템에서 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 질소산화물(NOx)을 제거하는 방법으로서,
수트 블로워 (soot blower)을 통해, 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스 내 분진(dust)이 SCR 촉매에 부착 또는 침적에 의해 고착화되는 현상을 방지하여 촉매의 마모 및 손상과 촉매의 표면 및 셀이 막힘에 의해 촉매의 차압 상승을 방지하고 촉매의 활성 저하를 방지하여 촉매의 활성을 지속적으로 유지하는 것이 특징인 질소산화물(NOx) 제거방법.
A method for removing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas generated during the cement manufacturing process in the nitrogen oxide reduction system according to any one of claims 1 to 10,
The soot blower prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from being adhered to or deposited on the SCR catalyst to prevent wear and damage to the catalyst and clogging of the catalyst surface and cells. A nitrogen oxide (NOx) removal method characterized by continuously maintaining the activity of the catalyst by preventing an increase in the differential pressure of the catalyst and preventing a decrease in the activity of the catalyst.
제13항에 있어서, 시멘트 제조 공정은 산업부산물을 시멘트 원료 또는 연료로 사용하는 것이 특징인 질소산화물(NOx) 제거방법.The method of claim 13, wherein the cement manufacturing process uses industrial by-products as cement raw materials or fuel. 제13항에 있어서, 시멘트 제조 공정 중 발생하는 배가스는 선택적 무촉매 환원법으로 질소산화물이 저감처리된 후, 선택적 촉매 환원법으로 질소 산화물이 저감처리되는 것이 특징인 질소산화물(NOx) 제거방법.

14. The method for removing nitrogen oxides (NOx) according to claim 13, wherein exhaust gas generated during the cement manufacturing process is subjected to nitrogen oxide reduction treatment by a selective non-catalytic reduction method and then nitrogen oxide reduction treatment by a selective catalytic reduction method.

KR1020210170269A 2021-12-01 2021-12-01 SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst KR20230082733A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210170269A KR20230082733A (en) 2021-12-01 2021-12-01 SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210170269A KR20230082733A (en) 2021-12-01 2021-12-01 SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230082733A true KR20230082733A (en) 2023-06-09

Family

ID=86765094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210170269A KR20230082733A (en) 2021-12-01 2021-12-01 SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230082733A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635641B1 (en) 2023-07-28 2024-02-13 주식회사 신성플랜트 Multi cyclone integrated SCR system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635641B1 (en) 2023-07-28 2024-02-13 주식회사 신성플랜트 Multi cyclone integrated SCR system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2044997B1 (en) Apparatus for removing of trace of toxic substance from exhaust gas and method of operating the same
US7393511B2 (en) Ammonia oxidation catalyst for the coal fired utilities
US7521032B2 (en) Method for removing mercury in exhaust gas
US7901647B2 (en) Enhancement of conventional SCR and SNCR processes with ammonia destruction catalyst
CN100475314C (en) Control technique and apparatus for flue gas NOx of cement kiln
JP5051977B2 (en) Device for removing trace harmful substances in exhaust gas and operation method thereof
US4572903A (en) Method for reactivating catalysts used for removing nitrogen oxides with steam
JP6066932B2 (en) High temperature SCR catalyst
CA2976140C (en) Catalyzed ceramic candle filter and method of cleaning process off- or exhaust gases
CN109364741A (en) A kind of cement kiln flue gas dry desulfurization and high dirt SCR denitration device and technique
KR20230082733A (en) SCR system equipped with soot blower that prevents dust in the exhaust gas generated during the cement manufacturing process from adhering to the SCR catalyst
KR20090082669A (en) accumulated Exhaust Gas Denitrifing Device
CN103623682A (en) HC-LSCR/O-AS engineering system for fume cleaning
KR20210137451A (en) Catalyzed Filter Systems for Treating Particulate-Containing Exhaust Gases from Fixed Emission Sources
CN1788827A (en) Method for reducing ammonia escaping rate of flume denitration outlet
Kang et al. Simultaneous removal of particulates and NO by the catalytic bag filter containing MnOx catalysts
US20040168433A1 (en) Exhaust gas treatment system and exhaust gas treatment method
KR100382051B1 (en) Catalyst for Selective Catalytic Reduction of Nitrogen Oxides Including Sulfur Dioxide at Low Temperature
CN201327042Y (en) Device for removing nitrogen oxide and dioxin in waste gas of low ash zone of burning facility
CN211216166U (en) System for mercury and sulfur dioxide in desorption flue gas in coordination
KR101041651B1 (en) Complex denitrification system
CN207137657U (en) A kind of coal-fired flue-gas dust-removing denitrification integrated device
Wu The development and application of SCR denitrification technology in power plant
KR102580496B1 (en) SNCR-SCR Hybrid NOx Reduction System
CN104415654A (en) Method for simultaneously reducing nitric oxide and nitrous oxide through multi-step reaction in flow layer combustion furnace