KR100260743B1 - 소각로 배기가스 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물을 처리할 때 발생되는 배기가스 중 다이옥신 및 질소 산화물을 제거하는 정화장치에 관한 것으로, 소각로 및 각종 산업용 기기로부터 배관된 배관유입관(10)을 통해 유입된 배기가스를 가열시켜 산소를 저감시키는 버너(30)와; 상기 버너(30)의 출구측에 배관되어, 이 버너(30)에 의해 산소가 1차로 감소된 배기가스를 환원촉매수단(50)으로 NOX를 N2와 H2O로 환원시키고, 산화촉매수단(60)에 의해 각각 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 산화처리시키는 촉매반응조(70)와; 이 촉매반응조(70) 내부에서는 배기가스에 포함된 NOX를 환원시키고 다이옥신을 산화처리하여 팬(81)의 송풍력에 의해 대기로 방출토록 하는 배기굴뚝(80)으로 구성되는 것에 의해, 유해가스인 다이옥신과 질소산화물을 무해한 가스로 성질을 변화시켜 배출시킴으로써 공해를 방지할 수 있는 발명이다.
Description
본 발명은 소각로, 보일러, 엔진 등에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 장치로 보다 상세하게는 소각로에서 배출되는 유해가스인 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 산화시키고, 질소산화물을 N2, O2로 환원시켜 유해가스를 제거하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 소각로, 보일러, 발전용 및 선박용 엔진을 포함한 각종 산업기기에서는 배기가스가 방출된다.
이 배기가스 중에는 다이옥신, NOX와 같은 유해물질이 포함될 수 있으며 특히 폐기물을 소각하는 과정에서 발생하는 배기가스 중에는 HCl, 다이옥신, NOX, 먼지 등의 대기오염 물질이 포함되어 있으므로 이를 효과적으로 제거시키는 대기오염방지설비의 설치가 필수적이다.
종래 배기가스 정화장치에는 2차 연소에 의한 연소방법과 활성탄에 흡착여과하는 방법이 있다.
그러나, 상기한 종래 2차 연소에 의한 방법과 활성탄 흡착여과방법은 유해물질의 배출량을 줄일 수 있으나, 다이옥신과 NOX의 유해성분을 근본적으로 분해하지 못하고, 특히, 다이옥신은 화학반응을 일으켜 무해한 물질로 변환시키는 방법이 아니라 여과방법에 의한 흡착방법을 사용하게 되어 흡착된 물질이 폐기물로 발생됨으로 2차 환경오염물질로 배출되어 환경을 오염시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
최근에 다이옥신과 NOX를 저감시키기 위해서 선택적인 촉매환원(Selective Catalytic Reduction)설비가 일부 설치되고 있으나 유독물질인 암모니아를 환원제로 사용함에 따른 독성물질 재배출의 위험부담이 있고, 정밀한 환원제 주입을 위한 운전상의 문제점과 설비비용이 많이 소용되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 다이옥신과 NOX과 같은 유해물질을 암모니아와 같은 유도물질을 환원재로 사용하지 않으면서 촉매에 의해 환원 및 산화에 의한 화학반응으로 무해한 물질로 변환시켜 대기로 방출시킴으로써 환경오염을 미연에 방지하도록 된 소각로 배기가스 정화장치를 제공하는 데 있다.
제1도는 본 발명의 장치도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 배기유입관 11 : 가스세정기
12 : 먼지제거수단 30 : 버너
40 : 열교환기 20, 21 : 콘트롤러
70 : 촉매반응조 50 : 환원촉매수단
60 : 산화촉매수단 80 : 배기굴뚝
이러한 본 발명은 소각로 및 각종 산업용 기기로부터 배관되는 배관유입관(10)을 통해 유입되는 배기가스를 가열시켜 산소를 저감시키는 버너(30)와; 상기 버너(30)의 출구측에 연소로가 설치되어 이 버너(30)에 의해 산소가 1차로 감소된 배기가스를 환원촉매수단(50)으로 NOX를 N2와 H2O로 환원시키고, 산화촉매수단(60)에 의해 각각 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 산화처리시키는 촉매반응조(70)와; 이 촉매반응조(70) 내부에서 배기가스에 포함된 NOX를 환원시키고 다이옥신을 산화처리하여 팬(81)의 송풍력으로 대기로 방출토록 하는 배기굴뚝(80)으로 구성되는 것에 의해 달성된다.
따라서, 유해한 NOX가 환원촉매반응에 의하여 근본적인 성질 변화로 무해한 N2와 H2O로 변화되고, 독가스인 다이옥신이 CO2, H2O, HCl로 변화되어 공해오염방지효과가 우수하게 되는 것이다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 장치를 도시한 것으로, 도시하지 않은 폐기물 처리장치에서부터 배출되는 유해 배기가스를 정화하기 위한 버너(30)와 촉매반응조(70)를 거쳐 산화 및 환원처리된 순수 무해가스가 배기굴뚝(80)을 통해 배출되는 장치를 도시하고 있다.
한편, 본 발명의 배기가스 정화과정에서 유입되는 배기가스를 바로 버너(30)와 촉매반응조(70)에서 정화시켜도 무방하나, 보다 그 정화효과를 증대시키기 위해 먼지제거수단(12)을 거치도록 장치하는 것이 좋다.
즉, 종래에는 도면에서 생략된 폐기처리장치에서 폐기물을 소각기(1) 등의 방법으로 처리할 때 배출되는 가스를 1차 처리하기 위해 습식보일러에서 습식가열한 후 필터 등을 거쳐 그대로 대기로 방출되므로, 이 배기가스에 포함된 질소 산화물과 다이옥신 및 기타 이물질들이 포함된 배기가스를 정화시키기 위해 본 발명의 장치로 배관유입관(10)을 통해 거쳐서 배기굴뚝(80)으로 배출시키는 것이다.
이 때, 소각기로부터 바로 배출되는 배기가스 중에는 먼지와 같은 입자상태의 불순물(이하, 먼지라 함)이 많이 포함되어 있으므로 본 발명의 정화장치에서의 정화효율을 높이기 위해 소각로에서 방출되는 배기가스가 배기유입관(10)을 통해 가스세정기(11)와 먼지제거수단(12)을 순차적으로 거치게 하는 것이 효과적이다.
상기 가스세정기(11)는 시약과 냉각수가 공급되어 내부에 비산되는 먼지(ash)를 침강시켜 출구에 형성된 콘베이어(13)를 타고 처리조로 이송시키게 된다.
따라서, 가스세정기(11)에서는 폐기물 소각로에서 발생하는 대기오염물질중 산성성분인 염산, 황산성분과 일부 먼지를 제거하게 된다.
그리고, 이후 먼지제거수단(12)에서 먼지를 완전제거하게 된다.
이 먼지제거수단(12)은 백필터, 전기집진기, 싸이클론 등을 이용한 집진부재로 만들어져 이들 중 어느 하나의 구성으로 된 먼지제거수단(12)을 통과한 순수 가스만이 본 발명의 정화장치에서 정화되도록 1차 처리하게 되는 것이고, 먼지제거수단(12)에 모여진 먼지는 출구에 형성된 콘베이어(13)를 타고 가스세정기(11)에서 처리된 먼지와 함께 처리조로 이송시키게 된다.
이와 같이 1차 단계에서 여과된 배기가스는 본 발명의 버너(30)에서 연소시키는 2단계 공정을 거치게 된다.
버너(30)의 연료로는 디젤유, 천연가스, 프로판가스 등을 선택적으로 소각시키게 되며, 연료의 사용량은 배기가스 중 산소농도에 따라 결정되는데 배기가스 중 산소농도가 적을수록 연료비가 적어 경제적으로 유리한 점이 있다.
배기가스를 연소하게 되면 배기가스 중 2∼4% 정도 포함되어 있는 산소의 농도가 최대한 감소되며 가연성 가스인 CO2, H2가 적정하게 생성되며 NOX는 약 50% 저감된다.
이의 화학반응은 다음과 같다.
NO + H2→ N2+ H2O
NO + CO → N2+ CO2
상기와 같은 반응식에서와 같이 버너(30)에 의한 연소환원공정을 거친 약 1000℃ 정도의 고온의 배기가스는 열교환기(40)를 거쳐 약 350∼450℃로 냉각된다.
이 때 약 10.5㎏/㎠ 압력의 스팀이 생산되는데 이 스팀은 온방, 냉방, 발전, 기타 등의 용도로 활용될 수 있다.
냉각된 배기가스는 촉매반응조(70)로 보내져 제3단계인 환원촉매수단(50)을 갖는 즉 촉매반응조(70)로 보내진다.
환원촉매수단(50)은 Pt/Rh 또는 순수한 Rh 등이 주로 사용되며 잔류하는 NOX는 이 단계에서 거의 N2, CO2, H2O 등으로 전환된다.
이의 화학반응은 다음과 같다.
NO + 1/2O2→ NO2
NO + 2H2→ 2H2O + 1/2N2
NO + 2CO → 2CO2+ 1/2N2
위의 화학반응에 따르면 NO가 NO2로 산화되기 위해서는 적정량의 산소가 필요하게 되는데 이 때 필요한 산소는 공기 송풍기를 이용한 산소주입으로 해결하게 된다.
환원공정을 거친 배기가스는 송풍기로부터 배관을 통해 유입되는 공기와 혼합되며 이 때의 온도는 약 340∼440℃를 유지하도록 한다.
배기가스는 상기 온도에서 제4단계인 산화촉매수단(60)에 유입되며 촉매표면에서 잔여 CO는 CO2로 산화되고, 다이옥신은 촉매표면에서 산화되어 CO2및 극소량의 HCl로 분해되어 팬(81)의 송풍력으로 배기굴뚝(80)으로 유도되어 대기로 배출된다.
이 배기배출관(80)-STACK-은 대기를 향해 무해처리된 배기가스의 배출이 이루어지도록 한다.
한편, 상기 촉매반응조(70)는 환원촉매수단(50)과 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 산화시키는 산화촉매수단(60)의 표면에서의 반응을 높이기 위한 촉매표면적 확보 및 이에 따른 압력손실 극소화, 운전조작 및 유지 편리성 등을 고려하여 고안하게 되는데 촉매부재는 벌집형 담체(Honeycomb Substrate)에 제오라이트를 워시코팅하고, 귀금속인 Pt, Pd, Rd 등을 코팅하여 촉매의 활성이 이루어짐과 아울러 비표면적을 극대화시키도록 구성된다.
또한, 상기 촉매반응조(70)의 전, 후에는 콘트롤러(20)(21)가 설치되어 촉매반응 전, 후의 배기가스의 압력과 유량 및 온도 등을 검출하고 게이지로 표시하고, 제어회로에 의해 자동제어가 이루어 지도록 한다.
본 발명에 따른 소각로 배기가스 정화장치는 독가스인 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 변환하고, 유해한 NOX는 무해한 N2와 H2O로 변환하여 공해오염을 크게 방지할 수 있다는데 그 우수성이 있다.
Claims (2)
- 소각로 및 각종 산업용 기기로부터 배관되는 배관유입관(10)을 통해 유입되는 배기가스 중 산성성분인 염산 및 황산성분을 제거하기 위한 가스세정기(11)와; 상기 가스세정기(11)에 연결되어 배기가스 중 먼지를 제거하기 위한 먼지제거수단(12)과; 상기 먼지제거수단(12)에 연결되어 배기가스를 가열시켜 산소를 저감시키는 버너(30)와; 상기 버너(30)의 출구측에 배관되어, 버너에서 배출된 배기가스의 온도를 낮추어 촉매반응조에 유입되도록 하기 위한 열교환기(40)와; 상기 열교환기(40)에 연결되어, 상기 버너(30)에 의해 산소가 1차로 감소된 배기가스를 환원촉매수단(50)으로 NOX를 N2와 H2O로 환원시키고, 산화촉매수단(60)에 의해 다이옥신을 CO2, H2O, HCl로 산화처리시키는 촉매반응조(70)와; 상기 촉매반응조(70) 내부에서 배기가스에 포함된 다이옥신을 산화처리하고 NOX를 환원시켜 팬(81)의 송풍력으로 대기로 방출토록 하는 배기굴뚝(80)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소각로 배기가스 정화장치.
- 제1항에 있어서, 상기 산화촉매수단(60)은 온도가 340∼440℃이고, 벌집형 담체(Honeycomb Substrate)에 제오라이트를 워시코팅하고, Pt, Pd, Rd 중 적어도 하나 이상을 코팅하여서 된 것을 특징으로 하는 소각로 배기가스 정화장치.
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