KR101431462B1 - 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법 - Google Patents

배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초기 가동시 오염물질의 배출이 없는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법은, 소결 배가스 청정설비의 초기 운전 방법에 있어서, 소결기의 가동전에, 소정의 프리코팅제를 투입하여 백 필터의 프리코팅을 실시하는 제1 단계와; 백 필터의 프리코팅을 수행한후, 소결기의 가동과 동시에 청정설비 내로 배가스를 유입시키는 제2 단계와; 배가스의 온도를 승온하는 제3 단계와; 탈황 및 탈진을 실시하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법{SINTERING MACHINE INITIAL OPERATING METHOD OF WASTE GAS CLEAN EQUIPMENT}
본 발명은 배가스 중의 먼지(Dust), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 다이옥신, 기타 중금속을 제거하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법에 관한 것으로, 특히 소결기의 초기 가동시 오염물질의 배출이 없는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법에 관한 것이다.
배가스 청정설비는 배가스 중의 먼지(Dust), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 다이옥신, 기타 중금속을 제거하는 설비이다. 이러한 배가스 청정설비의 운전에 있어서, 소결기의 가동 초기에는 광석이 미적재된 상태로 가동되므로 헛바람에 의한 정상적인 운전이 어렵다. 또한, 초기 조업시 저온의 배가스에는 수분 및 입자상 물질이 다량 포함되어 있기 때문에, 초기 저온 조건에서의 배가스가 투입되는 경우에는 많은 문제가 발생하였다.
도 6은 종래기술에 따른 배가스 청정설비의 소결기 운전 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 소결기 가동전에 청정설비의 컨디션을 체크하게 되고(S10), 소결기 가동후 청정설비 인렛(Inlet) 온도 및 압력을 감시하고(S12), 배가스 정상온도 도달후 청정설비를 정상 가동하고, 배가스를 유입하고(S14), 탈황 및 탈질을 수행한 후 정상 운전을 실시하며(S16), 백 필터 차압 점검후 소결 배가스의 청정을 실행한다(S18).
특히, 단계(S12)에 있어서, 앞서 언급한 바와 같이, 종래에는 소결기 가동후 청정설비 내로 배가스를 유입시킬 수 없었으며, 단계(S14)에서와 같이 배가스 정상온도에 도달한후 배가스의 유입이 가능하였다.
청정설비의 초기가동시, 만약 저온(약 135℃ 이하)의 배가스를 통과시키는 경우에, 저온의 배가스에 다량 포함되어 있는 수분 및 입자상 물질들(예를 들면, SO3 등)로 인하여, 설비부식, 백 필터(bag filter)의 백 막힘, 백 필터내 환원제 또는 먼지 부착과 배출구 막힘, 폐기물 저장조내 고착 및 배출구 막힘, 후공정인 SCR 촉매 셀의 막힘 등의 문제가 발생된다. 즉, 초기 가동시 저온의 배가스가 유입되면 수분 응축, 휘발분, Cl 등이 포함된 먼지 입자가 바로 백 필터에 초층으로 형성되며, 이는 탈리가 되지 않고 미세입자가 심층까지 침투하여 백 필터의 눈막힘 및 수명 단축을 초래하는 것이다(도 5a 참조).
이러한 문제를 방지하기 위해, 단계(S14)에 있어서, 일반적으로 청정설비는 135℃ 이상의 배가스만을 통과시키도록 인터록(interlock)되어 있다.
따라서, 초기 가동시에는 청정설비 내로 배가스를 통과시키지 못하고 바로 굴뚝으로 배출하게 되므로(일명, 바이패스 운전, 소결기 가동후 약 120분 이상 실시), 먼지(dust), SOx, NOx 등의 오염물질이 대기 중으로 방출되는 문제뿐만 아니라 가시오염이 심각하여 민원 제기의 주된 원인이 되고 있는 실정이다. 더욱이, 청정 설비 가동율 하락에 따른 소결기 생산성 저하를 초래하고, 이를 정상화하기 위해 많은 인력, 비용 시간이 투입된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소결기의 일시 정지, 수리를 위한 정지 등으로 배가스의 온도가 저온(약 135℃ 이하)으로 다운되는 경우에 발생할 수 있는 문제점들을 해결할 수 있는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설비 유지비나 인력의 부하를 높이지 않는 간편한 방식으로 배가스가 저온이더라도 청정설비의 운전을 가능하도록 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법은, 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법에 있어서, 소결기의 가동전에, 소정의 프리코팅제를 투입하여 백 필터의 프리코팅을 실시하는 제1 단계와; 백 필터의 프리코팅을 수행한후, 소결기의 가동과 동시에 청정설비 내로 배가스를 유입시키는 제2 단계와; 배가스의 온도를 승온하는 제3 단계와; 백 필터의 탈진, 탈황 및 탈질을 실시하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 프리코팅제는 분말형 탈황제인 것을 특징으로 한다.
분말형 탈황제는 탄산수소나트륨(NaHCO3) 또는 소석회(Ca(OH)2)일 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
제3 단계는 배가스의 온도를 정상 조업온도까지 승온하는 제3-1 단계와, 배가스의 온도를 소정의 과잉온도 영역까지 승온하는 제3-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 제3-2 단계는 과잉온도 영역까지 승온한후 일정시간 동안 유지되며, 과잉온도가 소정 범위에 도달할 때 제4단계의 탈질을 수행하는 것을 특징으로 한다.
일실시예에서, 정상조업온도는 130℃ 내지 165℃ 범위이고, 과잉온도영역은 180℃ 내지 200℃ 범위가 될 수 있다.
특히, 제4단계의 탈질은 배가스의 온도가 250℃ 내지 290℃ 범위일 때 수행되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 설비 유지비나 인력의 부하를 높이지 않는 간편한 방식으로 배가스가 저온이더라도 청정설비의 운전을 가능하도록 함으로써 가시오염 예방으로 민원발생 방지와 오염물질 배출감소에 기여할 수 있으며, 소결기 가동율을 향상시키며, 배가스 청정설비의 부식, 막힘 방지로 설비사고 방지 및 수명연장 효과를 제공한다.
도 1은 배가스 청정설비의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 탈황제 가열 전후의 현미경 사진을 보여주는 도면이다.
도 4는 탈황제 가열후의 반응 과정을 보여주는 그래프이다.
도 5는 프리코팅제 프리코팅 전후의 현미경 사진을 보여주는 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 배가스 청정설비의 소결기 운전 방법을 설명하는 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 배가스 청정설비의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 설명하는 순서도이고, 도 3은 탈황제 가열 전후의 현미경 사진을 보여주는 도면이고, 도 4는 탈황제 가열후의 반응 과정을 보여주는 그래프이며, 도 5는 프리코팅제 프리코팅 전후의 현미경 사진을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 소결기(101)를 통하여 배출되는 배가스는 전기 집진기(102)(Electro Static Precipitator, ESP)와 팬(103)(IDF)을 통하여 배출되게 된다. 팬(103)을 통하여 배출된 가스의 배출경로(duct) 상에는 탈황제인 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 공급하는 공급장치(104)가 설치된다.
탄산수소나트륨의 공급장치(104)로부터 공급된 탄산수소나트륨이 배가스 중 SOx 및 기타 유해가스를 흡착한 후, 후속되는 백 필터(bag filter)(105)에 의해 포집되게 된다.
통상 백 필터(105)는 미세한 기공으로 인하여 액상이나 고상의 물질들은 통과시키지 않으므로, 탄산수소나트륨과 이들에 흡착된 SOx 및 기타 유해가스들은 백 필터에 의해 여과된다. 특히, 근래에는 백 필터 제조기술의 발달로 인하여 테프론(Teflon) 등과 같은 여과능이 우수한 재질을 백 필터 표면에 코팅할 수 있기 때문에 고상 또는 액상의 물질은 배가스에서 거의 다 제거될 수 있다. 백 필터(105)에는 미반응된 탄산수소나트륨도 다량 포집되므로, 이를 회수하여 별도의 저장장치에 저장되거나 아니면 바로 분말공급장치로 이송하여 재사용할 수도 있다.
따라서, 이후 배가스에는 탄산수소나트륨과 반응하지 않은 NOx와 CO가스가 다량 포함되게 되며, 이들은 선택적 촉매 반응기(SCR)(108)에 공급된다.
선택적 촉매 반응기(108)에 공급되기 전에, 배가스는 본 발명의 주요한 특징 중 하나인 열교환기(106)에서 반응에 필요한 열을 공급을 받는다.
또한, 반응 초기에는 열교환 또는 일산화탄소의 산화반응에 의해 공급되는 열량이 부족할 수 있으므로 선택적 촉매 반응기(108) 전에 설치된 버너(107)를 이용하여 가스의 온도를 추가적으로 높일 필요가 있다. 특히, 본 단계는 본 발명의 주요한 특징 중 하나인 배가스의 정상온도에 도달후 과잉온도까지 승온시키기 위해서 적용되는 단계로서 전공정에 걸쳐서 본 단계의 열공급이 수행되는 것은 아니다.
상기한 과정에 의해 배가스 중의 SOx 및 NOx가 90%이상 제거된 청정가스로 변화하게 되며, 이후 배출을 위한 팬(109)(IDF)에 의해 연돌(110)을 통하여 대기로 방출되는 것이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 청정설비의 소결기 초기가동시, 저온(약 135℃ 이하)의 배가스를 통과시키는 경우에, 저온의 배가스에 다량 포함되어 있는 수분 및 입자상 물질들(예를 들면, SO3 등)로 인하여, 설비부식, 백 필터(bag filter)의 백 막힘, 백 필터내 환원제 또는 먼지 부착과 배출구 막힘, 폐기물 저장조내 고착 및 배출구 막힘, 후공정인 SCR 촉매 셀의 막힘 등의 문제가 발생하며, 이를 정상화하기 위해 많은 인력, 비용 시간이 투입된다.
즉, 종래에는 배가스의 온도가 저온(약 135℃ 이하)으로 다운되는 경우에 청정설비로 배가스를 통과시키지 못하여 오염물질을 그대로 대기로 방출하는 한계가 있었던 점에 비하여, 본 발명에서는 배가스가 저온(약 135℃ 이하)이더라도 청정설비의 정상운전을 가능하도록 하는 것이 그 특징인 것이다.
다시 말해서, 본 발명은 초기 저온조건에서도 배가스를 청정설비를 통과시켜 가시오염이 발생하지 않는 운전방법을 제공한다. 주요해결수단으로서, 첫째 프리코팅제로 백 필터를 프리코팅하고, 둘째 배가스 온도에 상관없이 소결기 가동과 동시에 청정설비로 배가스를 유입하며, 셋째 정상조업 온도(통상 130~165℃)에 도달하였을 때 그대로 조업을 안정시켜가지 않고 과잉온도 영역으로까지 승온하여 30분이상 유지한다. 이러한 절차에 따라 조업을 하게 되면 초기 저온시 응축되는 수분이나, SO3 등이 프리코팅제에 흡착되고 과잉온도 영역에서 증발하므로, 저온의 배가스 유입에 의한 부작용 없이 청정설비를 운영할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 배가스 청정설비의 소결기(101)의 가동전에, 소정의 프리코팅제를 투입하여 백 필터(105)의 프리코팅을 수행한다(S100). 바람직하게, 이러한 단계(S100)는 약 20분 정도 동안 수행된다.
백 필터(105)의 프리코팅 단계(S100)는 바람직하게 소결기의 일시 정지, 수리를 위한 정지 등으로 배가스의 온도가 산노점(약 135℃) 이하로 다운되는 경우에 실시된다.
소결기(101)의 초기 가동시 투입되는 프리코팅제는 분말형 탈황제인 것이 바람직하다. 분말형 탈황제에는 탄산수소나트륨(NaHCO3), 소석회(Ca(OH)2) 등이 있으나, 이에 국한되지 않고 다른 분말형 탈황제가 사용될 수 있음은 물론이다. 다만, 본 실시예에서는 탄산수소나트륨이 사용되는 것으로 설명한다.
프리코팅제는 탄산수소나트륨의 공급장치(104)로부터 공급되며, 백 필터(105)에 프리코팅된다. 프리코팅된 탄산수소나트륨은 초기 저온(상온)에서 점차 승온하면서 하기의 반응식 1과 같은 반응을 일으킨다.
(반응식 1)
2NaHCO3 + 열 → Na2CO3 + CO2 + H2O
반응식 1에서 알 수 있듯이, 특히 고열 하에서 NaHCO3가 Na2CO3로 변화되도록 하며, 이러한 반응에 의해 도 3에 나타낸 바와 같이 매우 미세한 다공성의 Na2CO3 물질(초층 재료)이 형성되도록 한다.
또한, 이러한 반응은 도 4에 나타낸 바와 같이 90℃ 부근에서 시작되어 132℃가 되면 거의 대부분의 반응이 끝나며, 140℃ 정도면 반응이 완료된다. 즉, 이러한 반응에 의해 생성되는 다공성의 Na2CO3 물질은 백 필터(105) 표면의 우수한 코팅제 역할을 한다.
이러한 프리코팅제의 코팅으로 형성된 초층은 배가스 중의 먼지와 성분 및 성상이 달라서 탈진시 박리 경계층 역할을 한다.
다음에, 백 필터(105)의 프리코팅을 수행한후, 소결기(101)를 가동하고, 이와 동시에 종래와는 달리 배가스의 온도와 상관없이 배가스를 청정설비 내로 유입한다(S102).
다음에, 배가스의 온도를 승온시키게 된다(S104).
단계(S104)는 배가스 온도의 승온은 배가스의 온도를 정상 조업온도까지 승온하는 단계와, 배가스의 온도를 소정의 과잉온도 영역까지 승온하는 단계로 이루어진다. 여기서, 정상조업온도는 130℃ 내지 165℃ 범위이고, 과잉온도영역은 180℃ 내지 200℃ 범위가 된다. 정상조업온도에 도달하기까지의 시간은 약 60분이 소요된다. 또한, 과잉온도까지의 승온에는 정상조업온도의 도달 시간에 약 20분이 더 소요되며, 과잉온도에 도달후, 약 20분 이상 동안 유지된다.
특히, 배가스의 정상온도에 도달후 과잉온도까지 승온시키는 본 단계(S140)는 선택적 촉매 반응기(108) 전에 설치된 버너(107)를 이용하여 가스의 온도를 추가적으로 높임으로써 달성될 수 있다.
다음에, 백 필터(105)의 탈진, 탈황 및 탈질을 실시한다(S106).
단계(S106)에 있어서, 탈진은 프리코팅 단계(S100)에서의 백 필터(105)의 사전 코팅으로 형성된 백 필터(105) 표면의 초층을 제거하는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 5a에 도시된 바와 같이, 초기 가동시 저온의 배가스가 유입되면 수분 응축, 휘발분, Cl 등이 포함된 먼지 입자가 바로 백 필터에 초층으로 형성되며, 이는 탈리가 되지 않고 미세입자가 심층까지 침투하여 백 필터의 눈막힘 및 수명 단축을 초래한다.
이와 달리, 단계(S106)의 탈진을 수행하게 되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 백 필터(105)의 사전 코팅으로 형성된 백 필터(105) 표면의 초층이 박리되므로, 미세먼지, 휘발분 등이 심층까지 침착되지 않는다.
한편, 단계(S106)에 있어서, 탈황 및 탈질은 종래기술에서와 동일하게 수행되므로, 이에 대한 상세한 기술은 생략하기로 한다.
다만, 본 발명에 있어서, 단계(S106)의 탈황제는 소량에서 점진적으로 증가시켜 유입시키게 되며, 단계(S106)의 탈질은 과잉온도가 소정 범위에 도달할 때 실시한다. 바람직하게, 단계(S106)의 탈질은 배가스의 온도가 250℃ 내지 290℃ 범위가 될 때, 더바람직하게는 약 280℃가 될 때 탈질을 수행한다.
다음에, 백 필터(105)와 먼지 배출 계통 및 차압 점검후 청정설비의 가동을 시작한다(S108).
요약하면, 백 필터(105)의 프리코팅을 수행하는 단계(S100)에 의해 백 필터(105)에 프리코팅된 탄산수소나트륨은 백 필터(105) 표면의 우수한 코팅제 역할을 하고, SO2, SO3를 효과적으로 흡착하며, 탄산수소나트륨의 반응으로 미세한 다공성의 Na2CO3 물질이 형성되도록 한다.
아울러, 탄산소소나트튬은 뛰어난 흡습성을 가지므로, 단계(102)에서 소결기(101)를 가동시, 배가스가 청정설비 내로 유입되는 경우에 초기의 저온 배가스 중의 수분을 흡착하게 된다.
이후에, 이러한 수분은 배가스의 승온 단계(S140)에서 증발되어 제거된다. 즉, 단계(S140)에 있어서, 배가스의 온도를 정상 조업온도까지 승온하면서 수분이 서서히 증발하게 되고, 배가스의 온도를 소정의 과잉온도 영역까지 승온하면서 수분이 완전히 증발하게 되며, 과잉온도 영역에서 일정시간 유지 후 탈질 조작을 수행함으로써 도 5에 나타낸 바와 같이 유입된 먼지와 경계층을 이루고 있다가 용이하게 탈진이 되도록 하는 작용을 한다.
따라서, 본 발명에서는 저온의 배가스가 유입되더라도 부작용 없이 청정설비를 운영할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 청정설비 저온 가동에 따른 소결기 가동 손실 시간을 살펴보면, 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 개선전에는 년평균 80 시간/기의 손실이 발생했으나, 개선후에는 년평균 0.4시간/기의 손실이 발생하고 있음을 알 수 있다.
기별 개선전(Hr) 개선후(Hr)
1기 94 1
2기 71 0
3기 85 1
4기 70 0
5기 *2011년 2월 가동 0
6기 80 0.4
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
101 : 소결기 102 : 전기 집진기
103 : 팬 104 : 공급장치
105 : 백 필터 106 : 열교환기
107 : 버너 108 : 선택적 촉매 반응기
109 : 팬 110 : 연돌

Claims (8)

  1. 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법에 있어서,
    소결기의 가동전에, 프리코팅제를 투입하여 백 필터의 프리코팅을 실시하는 제1 단계와;
    백 필터의 프리코팅을 수행한후, 소결기의 가동과 동시에 청정설비 내로 배가스를 유입시키는 제2 단계와;
    배가스의 온도를 정상 조업온도까지 승온하는 제3-1 단계와, 배가스의 온도를 과잉온도 영역까지 승온하는 제3-2 단계를 포함하는 제3 단계와;
    백 필터의 탈진, 탈황 및 탈질을 실시하는 제4 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    프리코팅제는 분말형 탈황제인 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    분말형 탈황제는 탄산수소나트륨(NaHCO3)인 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    분말형 탈황제는 소석회(Ca(OH)2)인 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    제3-2 단계는 과잉온도 영역까지 승온한 후 일정시간 동안 유지되며,
    과잉온도가 설정 범위에 도달할 때 제4단계의 탈질을 수행하는 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    정상조업온도는 130℃ 내지 165℃ 범위이고, 과잉온도영역은 180℃ 내지 200℃ 범위인 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    제4단계의 탈질은 배가스의 온도가 250℃ 내지 290℃ 범위일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 배가스 청정설비의 소결기 초기 운전 방법.
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