KR100229585B1 - 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리방법 및 장치 - Google Patents

사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자빔을 이용한 배연탈황. 탈질동시처리장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 전자빔이 반응장치 내부의 배가스에 골고루 조사될 수 있도록 사이클론 형태의 반응장치를 사용하여 배가스를 회전시키므로서 전자빔 이용율을 향상시키도록 한 사이클론 전자빔 배연탈황. 탈질 동시처리방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 기술은 전자빔의 균등조사에 한계성이 있으며, 아울러 성능에 비하여 규모가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 배가스입구관을 통하여 배가스가 유입됨과 동시에 수분공급장치에 의해 수분을 분사하여 가습, 감온하도록 하는 가습,가온장치와; 상기 가습, 감온장치를 통하여 유출되는 배가스에 반응용 암모니아를 공급하여주는 암모니아주입장치와; 전자빔가속기에 의한 반응장치 및 부산물집진장치를 통하여 연돌로 배가스를 배출하도록 하는 배연처리장치에 있어서, 상기 전자빔가속기에 의한 전자빔 반응장치는 상방향으로 설치된 배가스 배출구와; 상기 반응장치의 접선방향으로 배가스가 유입되어 회전운동에 의한 원심력이 발생되도록 하는 배가스유입부와; 상기 반응장치의 내부에 전자빔을 조사하도록 측부에 2단으로 설치된 전자빔가속기와; 상기 반응장치의 배출구 반대방향으로 부산물배출설비가 구비된 사이클론형태로 구성하여 배가스가 회전하면서 전자빔의 균일한 조사가 이루어지도록 하므로서 배가스중의 SO2와 NOx를 화학 및 방사화학반응에 의해 황산암모늄 및 질산암모늄의 생성을 촉진하여 배가스중의 탈황. 탈질효율을 극대화 한 것임.

Description

사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리방법 및 장치
본 발명은 전자빔을 이용한 배연탈황. 탈질동시처리장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 전자빔이 반응장치 내부의 배가스에 골고루 조사될 수 있도록 사이클론 형태의 반응장치를 사용하여 배가스를 회전시키므로서 전자빔 이용율을 향상시키도록 한 사이클론 전자빔 배연탈황. 탈질 동시처리방법 및 장치에 관한 것이다.
화력발전소 등에서 석탄이나 석유등 화석연료의 연소시 발생되는 SO2와 NOx가 대기중으로 배출되어 환경을 오염시키게 되므로 화석연료의 연소후 배연처리기술인 Flue Gas Desulfurization(FGD) 및 Selective Catalytic Reduction(SCR) 등을 실용화하여 SO2와 NOx의 배출량을 낮추고자 다각적으로 노력하고 있다.
그러나 종래의 관련 기술은 단일 오염물질에 국한된 것으로서 SO2는 물론 NOx의 환경규제가 점차 강화되어감에 따라 이들을 동시에 처리하는 기술이 필요하게 되었으며, 그 한 방법으로 전자빔 조사에 의한 동시처리기술이 개발되었다.
특히, 상기 전자빔에 의한 동시처리기술은 건식으로 폐수를 발생하지 않고 시스템의 소형화 및 시설비. 운영비 저감 등으로 해서 대표적인 동시처리기술로 인식되어지고 있다.
현재 적용되고 있는 상기 기술은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 감온가습장치(1)에 의하여 배가스의 가습및 냉각, 암모니아공급장치(2)에 의한 암모니아첨가, 전자빔가속기(3)에 의한 전자빔반응장치(4)에서의 전자빔 조사 및 반응, 부산물처리장치(5)에서의 부산물 수집과정으로 기본공정이 확립되어 있다.
그러나, 향후 이 기술을 scale-up하는 과정에서 경제성을 높이기 위해서는 반응장치내에서의 전자빔을 균등하게 조사하는 것이 필요한 것으로 지적되었다.
실례로 자체 연구결과 도 2에 도시된 바와 같이 전자빔조시시 현재 사용되고 있는 가속기의 전자에너지가 1 MeV 이내로 빔의 통달거리가 한정되어 있어 가속기 인접부위에서는 조사량이 충분하나 반대부위에서는 조사량이 적어 효율적인 조사가 이루어 지지 않고 있다.
초창기 전자빔 배연동시처리 기술개발 당시에는 실험설비 규모가 작고, 전자빔을 한곳에서만 조사하여 전자빔 통달거리에 대한 고려가 필요하지 않았으나 규모가 점점 커져가면서 이에 대한 문제가 대두되었다.
이 문제를 해결하기 위한 방안으로 1990년대 초 폴란드 INCT(Institute of Nuclear Chemistry & Technology) 연구소는 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 원통형 반응장치(10)를 수평으로 하여 한쪽에서만 2대의 가속기(11)로 조사하는 2단조사방식을 채택해서 대규모급 파이롯트 플랜트에서 실험결과 에너지 효율을 20%정도 증가시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이 기본적으로 2단조사등 다단조사방식을 따르면서 전자빔의 통달거리의 제한을 극복하기 위해 반응장치(20)를 가운데 두고 양쪽에 각각 가속기(21)(22)를 설치하여 조사하는 방식이 강구되었다.
그러나 이 두가지 방식의 경우 도 3의 경우는 전체 설비면적을 줄일 수는 있으나 전자빔의 균등 조사가 어렵고, 후자인 도 4는 전자빔의 균등조사는 기대할 수 있으나 시스템 전체부피가 커짐에 따른 X선 차폐벽과 전체설비가 전자의 것보다 약 1.5배이상 커지게 되어 실용공정인 습식 탈황 및 SCR공정과 비교할 때 기술의 우월성이 반감된다.
이와 같은 종래의 기술은 전자빔의 균등조사에 한계성이 있으며, 아울러 성능에 비하여 규모가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 결점을 보완하기 위해 배가스를 반응장치내에서 회전시켜서 골고루 조사되게 하는 사이클론 형태의 반응장치를 도입하므로서 높은 배가스 속도에서도 단위 전자빔 조사량 및 설비면적당 전자빔 조사효율을 크게하고 부산물 처리를 용이하게 하여 기술성, 경제성 및 실용성을 높이도록 한 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 전자빔 배연탈황.탈질 동시처리공정도.
도 2는 전자빔 반응장치의 위치에 따른 전자빔량 분포도.
도 3은 종래의 2단 전자빔 조사장치 구성도.
도 4는 종래의 양방향 가속기를 설치한 2단 전자빔 조사장치 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 전자빔 배연탈황. 탈질 동시처리 공정도.
도 6은 본 발명 반응장치의 단면도.
도 7은 본 발명 반응장치의 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 반응장치 110 : 배가스유입부
120 : 배가스배출부 121 : 배가스출구관
130 : 부산물배출설비 200 : 가습,감온장치
210 : 배가스입구관 220 : 수분공급장치
230 : 암모니아주입장치 300 : 제 1전자빔가속기
310 : 제 2전자빔가속기 400 : 부산물집진장치
410 : 연돌
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 배가스입구관을 통하여 배가스가 유입됨과 동시에 수분공급장치에 의해 수분을 분사하여 가습, 감온하도록 하는 가습,가온장치와; 상기 가습, 감온장치를 통하여 유출되는 배가스에 반응용 암모니아를 공급하여주는 암모니아주입장치와; 전자빔가속기에 의한 반응장치 및 부산물집진장치를 통하여 연돌로 배가스를 배출하도록 하는 배연처리장치에 있어서, 상기 전자빔가속기에 의한 전자빔 반응장치는 상방향으로 설치된 배가스 배출구와; 상기 반응장치의 접선방향으로 배가스가 유입되어 회전운동에 의한 원심력이 발생되도록 하는 배가스유입부와; 상기 반응장치의 내부에 전자빔을 조사하도록 측부에 2단으로 설치된 전자빔가속기와; 상기 반응장치의 배출구 반대방향으로 부산물배출설비가 구비된 사이클론형태로 구성하여 배가스가 회전하면서 전자빔의 균일한 조사가 이루어지도록 하므로서 배가스중의 SO2와 NOx를 화학 및 방사화학반응에 의해 황산암모늄 및 질산암모늄의 생성을 촉진하여 배가스중의 탈황. 탈질효율을 극대화 하도록 함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 전자빔 배연탈황. 탈질 동시처리 공정도로서 배가스입구관(210)을 통하여 배가스가 유입됨과 동시에 수분공급장치(220)에 의해 수분을 분사하여 가습, 감온하도록 하는 가습,가온장치(200)와; 상기 가습,감온장치(200)를 통하여 유출되는 배가스에 반응용 암모니아를 공급하여주는 암모니아주입장치(230)와; 전자빔가속기(300)에 의한 화학, 방사화학반응을 촉진하는 반응장치(100) 및 부산물집진장치(400)를 통하여 부산물을 제거한 후 연돌(410)로 정화처리된 배가스를 배출하도록 하는 배연처리장치를 도시한 것이다.
상기 본 발명의 전자빔가속기(300)(310)에 의한 전자빔 반응장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 반응효율을 극대화 하기 위하여 사이클론형태로 구성되어 있다.
상기 사이클론형태의 전자빔 반응장치(100)는 상방향으로 설치된 배가스배출부(10)와; 상기 반응장치(100)의 접선방향으로 배가스가 유입되어 회전운동에 의한 원심력이 발생되도록 하는 배가스유입부(110)와; 상기 반응장치(100)의 내부에 전자빔을 조사하도록 측부에 2단으로 설치된 전자빔가속기(300)(310)와; 상기 반응장치(100)의 배가스출구관(121)의 반대방향으로 부산물배출설비(130)가 구비되어 있다.
상기 전자빔가속기는 2단 조사를 따르되 배가스유입부(110)에서 가깝게 위치한 제 1가속기(300)는 상기 반응장치(100)의 중앙에 설치된 배가스출구관(121)의 외면까지만 전자빔이 조사되도록 하며, 제 2가속기(310)는 상기 반응장치(100)의 직경거리까지 전자빔 조사가 가능하도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 장치는 사이클론 형태로 된 반응장치(100)의 배가스 유입부(110)와 배가스 출구관(121) 및 일측에 설치된 가속기(300)(310)등에서 중요한 기능을 한다.
즉 상기 배가스 유입부(110)는 배가스의 속도, 유량에 따라 달라지나 도 7에 도시된 바와 같이 반응장치의 접선 방향으로 반응장치내로 유입되면서 원심력을 갖게되어 배가스가 회전운동을 하게 되면서 전자빔이 골고루 조사되도록 한다.
본 발명 전자빔 반응장치는 배가스 출구의 반대쪽에 부산물의 배출설비를 설치하여 반응장치 후단의 부산물 수집탱크로 처리한다.
<실시예>
현재까지의 전자빔 배연 동시처리 기술결과를 토대로 종래의 2단 조사 및 반응장치에서 배가스온도 60℃, 습도 10vol.%, 전자빔조사량 10kGy(5+5), 유속 2m/sec, 배기가스량 20,000Nm3/hr에서 SO2와 NOx의 제거율이 각각 98% 및 85%인 것으로 나타났다.
<실험조건>
입구관(H3, H4): 100×50㎝
출구관경(D2): 100㎝
출구관의 반응장치 삽입부(L): 200㎝
반응장치 원통 및 원추부분의 길이(H1, H2): 400, 200㎝
반응장치 직경(D1): 200㎝
가속기 출력 : 50kW
배가스 온도 : 60℃
배가스 습도 : 10vol.%
전자빔 조사량 : 총 10kGy(5+5)
유속 : 7 m/sec
배가스량 : 20,000N㎥/hr
SOx : 1,500 ppm
NOx : 50 ppm
본 발명의 경우 상기의 조건에서 기존 반응장치에서 나타난 동일 제거효과가 있음을 알수 있었다.
이와 같은 본 발명은 각종 화석연료 및 쓰레기 등의 연소시 발생되는 배가스중의 황 및 질소산화물을 전자빔에 의한 탈황. 탈질을 동시에 처리하는 기술로서 사이클론형태의 반응장치를 이용하여 전자빔을 2단으로 조사하므로서 배가스가 반응장치내에서 고속으로 회전하는 동안 전자빔이 균일하게 조사되어 고효율의 탈황. 탈질이 가능하고, 부산물 입자간 응집효과로 인해 부산물 처리를 쉽게할 수 있다.
전자빔 배연 동시처리기술은 비교적 설비구성이 간단하여 발전소의 배가스 처리시설로는 상당히 양호한 기술이다.
현재 전자빔 배연 동시처리기술은 실험설비 규모에서 실용화 단계로 접어들고 있는데, 경제성과 기술성을 유지하면서 scale-up을 위해서는 가능한 가속기 및 반응장치의 규모를 줄이고 전자빔 이용률을 늘려야 한다.
본 발명 사이클론 전자빔 반응장치를 이용할 경우 기본적으로 2단 조사에 의한 장점을 취하고 싸이클론반응장치의 특징인 배가스의 회전운동과 균일한 전자빔 조사가 가능하게 되어 높은 배가스 속도에서도 단위 전자빔 조사량 및 설비면적당 전자빔 조사효율을 크게하고(탈황, 탈질효율 제고 및 설비 설치면적 최소화)부산물 입자간 응집효과로 인해 부산물 처리가 용이하다.
본 발명은 사이클론 원리를 이용한 반응장치를 사용하므로써 에너지 이용률과 경제성을 높일 수 있으므로 향후 전자빔 배연 동시처리기술의 실용화에 크게 이바지 할 수 있는 기술로서 매우 유용한 기술인 것이다.

Claims (4)

  1. 배가스입구관(210)을 통하여 배가스가 유입됨과 동시에 수분공급장치(220)에 의해 수분을 분사하여 가습, 감온하도록 하는 가습,가온장치(200)와; 상기 가습, 감온장치(200)를 통하여 유출되는 배가스에 반응용 암모니아를 공급하여주는 암모니아주입장치(230)와; 전자빔가속기(300)에 의한 반응장치(100) 및 부산물집진장치(400)를 통하여 연돌(410)로 배가스를 배출하도록 하는 배연처리장치에 있어서,
    상기 전자빔가속기(300)에 의한 전자빔 반응장치(100)는 사이클론형태로 구성됨을 특징으로 하는 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이클론형태의 전자빔 반응장치(100)는
    상방향으로 설치된 배가스배출부(120)와;
    상기 반응장치(100)의 접선방향으로 배가스가 유입되어 회전운동에 의한 원심력이 발생되도록 하는 배가스유입부(110)와;
    상기 반응장치(100)의 내부에 전자빔을 조사하도록 측부에 2단으로 설치된 전자빔가속기(300)(310)와;
    상기 반응장치(100)의 배가스 배출구(120) 반대방향으로 부산물배출설비(130)가 구비되어 구성됨을 특징으로 하는 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자빔가속기(300)(310)는 2단 조사를 따르되 배가스유입부(110)에서 가깝게 위치한 제 1가속기(300)는 상기 반응장치(100)의 중앙에 설치된 배가스출구관(121)의 외면까지만 전자빔이 조사되도록 하며, 제 2가속기(310)는 상기 반응장치(100)의 직경거리까지 전자빔 조사가 가능하도록 함을 특징으로 하는 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리장치.
  4. 배가스입구관을 통하여 유입되는 배가스에 수분을 분사하여 가습, 감온하도록 하고, 상기 배가스에 반응용 암모니아를 공급한 다음 반응장치내에 전자빔을 조사하여 배가스중의 SO2와 NOx를 화학 및 방사화학반응에 의해 황산암모늄 및 질산암모늄의 생성을 촉진하도록 하여 배가스를 처리하는 방법으로서 상기 반응장치를 사이클론 형태로 하여 유입되는 배가스가 전자빔 반응장치내에서 회전운동을 하도록 하므로서 전자빔의 균등한 조사가 가능하여 배가스의 처리효율을 높이도록 함을 특징으로 하는 사이클론 전자빔 배연탈황, 탈질 동시 처리방법.
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