KR101694040B1 - 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템 - Google Patents

에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 있어서,
질소산화물을 제거하는 필터모듈을 내부에 포함하는 NOx 제거부; 상기 NOx 제거부에 장착되어 배연가스의 처리전후의 차압을 측정하는 차압계; 상기 차압계에 의해 측정된 차압과 기준이 되는 차압을 비교하여 상기 필터모듈에 에어펄싱을 수행하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템을 제공한다.

Description

에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템{COMPLEX REMOVING SYSTEM OF CONTAMINATING MATERIALS IN FLUE GAS HAVING AIR PULSING FUNCTION}
본 발명은 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소, 보일러 등 대기오염물질 중에 포함된 분진(PM), SOx, NOx에 대한 제거효율이 우수하면서도, 세라믹필터막 표면에 형성된 케이크를 주기적으로 에어펄싱을 통해 제거하여 줌으로써 배연가스내 함유된 상기 오염물질들을 온도에 따라 건식 혹은 습식공정을 통해 완벽하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 관한 것이다.
배연가스는 발전소, 보일러 등에서 연소 후 배출되는 연기에 포함된 기체로써, 대기오염물질인 분진(PM), SOx, NOx 등의 오염물질이 포함되어 있다. 이들 오염물질을 처리하기 위한 공정으로 백필터(Bag filter)와 전기집진기 등의 설비가 요구되며, 백필터의 경우 여과섬유층 속의 먼지를 모으는 내부여과방식을 채택하여 여과제 표면에 먼지층이 쌓이는 것에 의해 기공이 메워져 제거효율이 높아지는 장점을 제공하지만, 250℃ 이상에서는 필터재의 사용이 제한되어지고, 점착성, 흡습성 등에 문제를 야기하여 분진제거를 방해할 뿐만 아니라, 케이크 형성에 의해 두께가 일정 수준 이상을 초과하게 되면 폭발의 위험성까지 상존한다.
이에 따라, 이들 각 오염물질에 대한 제거효율이 우수하면서도, 필터막 표면에 형성된 케이크를 주기적으로 제거하여 줌으로써 배연가스에 따라 당해 가스내 함유된 상기 오염물질들을 완벽하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있는 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 분진(PM), SOx, NOx에 대한 제거효율이 우수하면서도, 세라믹필터막 표면에 형성된 케이크를 주기적으로 에어펄싱을 통해 제거하여 줌으로써 배연가스내 함유된 상기 오염물질들을 온도에 따라 건식 혹은 습식공정을 통해 완벽하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 있어서,
질소산화물을 제거하는 필터모듈을 내부에 포함하는 NOx 제거부; 상기 NOx 제거부에 장착되어 배연가스의 처리전후의 차압을 측정하는 차압계; 상기 차압계에 의해 측정된 차압과 기준이 되는 차압을 비교하여 상기 필터모듈에 에어펄싱을 수행하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.
(2) 상기 (1)에 있어서,
저온습식처리를 위해 혼합실로 물을 공급하거나, 또는 고온건식처리를 위해 물을 냉각처리한 후 전처리부로 공급하는 물공급부; 탈황처리를 위해 필요한 석회를 전처리부로 공급하기 위한 석회공급부; 저온습식처리의 경우 석회공급부로부터 유입되는 석회와 물공급부에서 유입된 물을 혼합하는 혼합실; 배연가스를 전처리부의 배연가스 유입구로 공급하는 배연가스 공급부; 저온습식처리공정을 위해 전처리부로 유입되는 석회수에 열을 공급하는 열공급부; 배연가스내 함유된 NOx의 제거를 위해 요구되는 암모니아(NH3) 혹은 요소(CO(NH2)2)를 전처리실로 투입하는 암모니아 또는 요소 공급부; 배연가스 투입구로 투입된 배연가스 내 SOx를 석회와 반응시켜 석고(CaSO4)를 생성하는 전처리부; 및 상기 전처리부에서 제거되지 않은 석고(CaSO4), NOx, 암모니아 혹은 요소, 미세먼지(PM)가 혼합된 가스형태로 유입이 이루어져, 세라믹필터로 구성된 필터모듈에서 이들 오염물질들이 제거되는 NOx 제거부;를 포함하는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.
(3) 상기 (1)에 있어서,
필터모듈은 세라믹필터로 구성되며, 상기 세라믹필터는 막을 관통하는 미세기공이 형성되고, 상기 미세기공의 표면에는 NOx의 환원반응을 매개하는 촉매코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.
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상기와 같은 본 발명에 따르면, 분진(PM), SOx, NOx에 대한 제거효율이 우수하면서도, 세라믹필터막 표면에 형성된 케이크를 주기적으로 에어펄싱을 통해 제거하여 줌으로써 배연가스내 함유된 상기 오염물질들을 온도에 따라 건식 혹은 습식공정을 통해 완벽하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터모듈을 구성하는 세라믹 필터의 구성 및 설명도.
도 3은 본 발명의 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템을 구성하는 NOx 제거부의 세부적 구성도.
도 4a~4c는 에어펄싱을 위한 최적의 운전조건을 제공하기 위한 제어시스템의 구성 및 절차도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 물공급부(1), 석회공급부(2), 혼합실(3), 분쇄실(4), 배연가스 공급부(5), 열공급부(6), 암모니아 또는 요소 공급부(7), 전처리부(8), 및 NOx 제거부(9)를 포함한다.
상기 물공급부(1)는 저온습식처리를 위해 혼합실(3)로 물을 공급한다.
석회공급부(2)는 탈황처리를 위해 필요한 석회를 전처리부(8)로 공급하기 위한 것으로, 저온습식처리의 경우 물공급부(1)에서 유입된 물과 함께 혼합실(3)에서 혼합된 후, 분쇄실(4)로 공급되어 석회를 분쇄처리하고, 고온건식처리의 경우 석회는 직접 분쇄실(4)로 유입되어 소정의 입경으로 분쇄처리되어 전처리부(8)의 석회 투입구(8b)로 투입되어진다.
배연가스 공급부(5)는 보일러나 소각로의 ID(Induced Draft) 팬배출기(미도시)를 통해 배출된 배연가스를 전처리부(8)의 배연가스 유입구(8a)로 공급한다. 만일 공급되는 배연가스가 저온(에로, 350℃ 미만)일 경우 앞의 저온습식처리공정에 따르고, 배연가스가 고온(예로, 350℃ 이상)일 경우에는 고온건식처리공정을 따르게 된다.
따라서, 저온습식처리의 경우 상기 물공급부(1)에서 유입된 물과 석회공급부(2)에서 유입된 석회를 혼합하여 분쇄실(4)로 공급하고, 고온건식처리의 경우에는 석회공급부(2)에서 직접 분쇄실(4)로 석회를 공급한다.
열공급부(6)는 저온습식처리공정을 위한 것으로, 전처리부(8)로 유입되는 석회수에 열을 공급하여 석회수의 온도를 탈황공정에 적합한 약 350℃ 정도까지 승온시킨다.
암모니아 또는 요소 공급부(7)는 배연가스내 함유된 NOx의 제거를 위해 요구되는 암모니아(NH3) 혹은 요소(CO(NH2)2)를 전처리부(8)의 하단유입구(8c)로 투입한다.
상기 전처리부(8)에서는 배연가스 유입구(8a)로 투입된 배연가스 내 SOx를 석고(CaSO4)로 변환되며, 이는 배연가스 내 SOx와 상기 석회공급부(2)로부터 투입된 석회가 반응하여 이루어진다. 이때, 얻어지는 석고(CaSO4)와 물은 회수되어 재이용되어지고, 회수되지 않은 것들은 후단의 NOx/미세먼지 제거부(9)로 투입된다.
NOx 제거부(9)에서는 전단의 전처리부(8)에서 제거되지 않은 석고(CaSO4), NOx, 암모니아 혹은 요소, 미세먼지(PM) 등이 혼합된 가스형태로 유입이 이루어져, 세라믹필터로 구성된 필터모듈(9a)에서 이들 오염물질들이 제거된다.
상기 필터모듈(9a)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 막을 관통하는 미세기공(C)이 형성되고, 상기 미세기공(C)의 표면에는 NOx의 환원반응을 매개하는 촉매(예로, V2O5/TiO2/WO3) 코팅층이 형성되어 있다. 따라서, 막의 미세기공(C)로 NOx와 암모니아(혹은 요소)가 투입되고, 기공표면에 존재하는 촉매에 의해 반응이 수행되어 질소기체(N2)와 물을 생성한다[하기 반응식 1 참조].
[반응식 1]
6NO+4NH3→5N2+6H2O, 6NO2+8NH3→7N2+12H2O
또, 석고(CaSO4)와 미세먼지(PM)는 막의 표면에 흡착되어 케이크를 형성하여 제거되며 케이크 두께가 두꺼울수록 이들 물질의 제거효율은 보다 증가하게 되지만, 일정한 두께 수준에 이르면 미세기공(C)까지 차단되어 폭발의 위험성까지 따르게 되어 이에 대한 처리공정이 요구되어진다.
도 3은 본 발명에 따른 배연가스의 오염물질 제거시스템에서의 차압을 이용한 케이크 제거시스템을 나타낸다.
상기 본 발명에 따른 케이크 제거시스템은 차압계(9b)를 이용하여 배연가스 공급부(5)에서 투입되는 가스압(P1)과 필터모듈(9a)에서 배출되는 가스압(P2)의 차압을 측정하여 차압의 크기가 설정된 크기 이상이 되면 에어컴프레서(A)의 후단에 연결된 솔레노이드밸브(S)를 개방하여 후단의 세라믹 필터에 에어펄싱을 수행함으로써 막 표면에 부착된 케이크를 제거한다. 이후 PM, SOx, NOx가 제거된 가스는 블로워(B)를 통해 외부로 배출된다.
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상기와 같은 구성에 의하면 발전소, 보일러 등 대기오염물질 중에 포함된 분진(PM), SOx, NOx에 대한 제거효율이 우수하면서도, 세라믹필터막 표면에 형성된 케이크를 주기적으로 에어펄싱을 통해 제거하여 줌으로써 배연가스내 함유된 상기 오염물질들을 온도에 따라 건식 혹은 습식공정을 통해 완벽하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 물공급부
2: 석회공급부
4: 분쇄실
6: 열공급부
7: 암모니아 또는 요소 공급부
8: 전처리부
9: NOx제거부
9a: 필터모듈
9b: 차압계

Claims (5)

  1. 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 있어서,
    질소산화물을 제거하기 위한 것으로, 막을 관통하는 미세기공이 형성되고, 상기 미세기공의 표면에는 NOx의 환원반응을 매개하는 촉매코팅층이 형성된 세라믹필터로 구성된 필터모듈을 내부에 포함하는 NOx 제거부; 상기 NOx 제거부에 장착되어 배연가스의 처리전후의 차압을 측정하는 차압계; 상기 필터모듈에 에어펄싱을 수행하는 에어컴프레서 및 상기 에어컴프레서의 후단에 연결된 솔레노이드밸브; 상기 차압계에 의해 측정된 차압과 기준이 되는 차압을 비교하여 측정된 차압이 기준이 되는 차압 보다 크면 상기 에어컴프레서의 후단에 연결된 솔레노이드밸브를 개방하여 후단의 세라믹필터에 에어펄싱을 수행하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 NOx 제거부의 전단에는,
    저온습식처리를 위해 혼합실로 물을 공급하는 물공급부; 탈황처리를 위해 필요한 석회를 공급하기 위한 석회공급부; 상기 석회공급부로부터 유입되는 석회와 물공급부에서 유입된 물을 혼합하는 혼합실; 상기 물과 혼합된 석회를 분쇄하는 분쇄실; 배연가스를 전처리부의 배연가스 유입구로 공급하는 배연가스 공급부; 전처리부로 유입되는 석회수에 열을 공급하는 열공급부; 배연가스내 함유된 NOx의 제거를 위해 요구되는 암모니아(NH3) 혹은 요소(CO(NH2)2)를 전처리부로 투입하는 암모니아 또는 요소 공급부; 및 배연가스 유입구로 투입된 배연가스 내 SOx를 석회와 반응시켜 석고(CaSO4)를 생성하는 전처리부; 를 포함하고,
    상기 NOx 제거부는 상기 전처리부에서 제거되지 않은 석고(CaSO4), NOx, 암모니아 혹은 요소, 미세먼지(PM)가 혼합된 가스형태로 유입이 이루어져, 세라믹필터로 구성된 필터모듈에서 이들 오염물질들이 제거되는 것을 특징으로 하는 에어펄싱기능을 갖는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.


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