KR101750828B1

KR101750828B1 - Lng 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템 및 처리 방법

Info

Publication number: KR101750828B1
Application number: KR1020160111107A
Authority: KR
Inventors: 전진우
Original assignee: 벽산파워 주식회사
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-06-27

Abstract

본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템은 배기 가스를 생성 배출하는 보일러 또는 연료 전지와 배기 덕트를 통하여 배기 가스를 전송받고 냉각기로부터 냉각된 질산 칼슘 수화물과 같은 흡습성 염류 용액을 분배기를 통하여 자유 낙하시켜 배기 가스와 접촉하도록 하여 배기가스의 수분을 흡수하고 배기 가스에 포함된 잠열을 회수하여 용액 저장조로 전송하는 흡수기와, 흡수기로부터 수분을 흡수하고 잠열을 회수한 공정수 용액을 전송받아 저장하고 공정수 용액을 펌핑하여 냉각기로 전송하고, 공정수 용액을 펌핑하여 상 분리기로 전송하여 상 분리기로부터 수증기가 제거된 농도가 높아진 질산 칼슘 수화물을 전송받아 저장하는 용액 저장조와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 냉각하여 흡수기로 전송하여 흡수기게 흐르도록 하고 도시 또는 건물의 난방 배관의 리턴수와 열교환하며 가열된 리턴수를 응축기로 전송하는 냉각기와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 배관에 흐르는 열원과 열 교환하며 공정수 용액을 상 분리기로 전송하는 탈수기와, 상기 탈수기로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 열원을 이용하여 수증기와 질산 칼슘 수화물을 상 분리하여 수증기는 응축기로 전송하고 분리된 질산 칼슘을 용액 저장조로 회수하는 상 분리기와, 상 분리기로부터 수증기를 전송받으며 냉각기로부터 가열된 리턴수를 전송받아 열 교환하여 다시 가열하고 응축된 응축수를 증류기 저장조로 전송하는 응축기와, 응축기에서 응축된 응축수를 전송받아 PH 조정 설비로 전송하며 상기 리턴수를 공급받아 증류수 저장조에서 나오는 70의 열원으로 다시 가열하여 도시 또는 건물의 난방 배관에 공급하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 응축수를 전송받고 약품을 투입하여 PH 농도를 조절하는 것으로 PH 센서 및 교반기가 구비된 PH 조정 설비와, 상기 PH가 조절된 응축수를 전송받아 저장하며 저장된 방류수를 도시 또는 건물의 난방 배관에 연결하여 재활용하거나 용액 저장조로 전송하는 방류수 저장조와, 방류수 저장조에 저장된 방류수를 하천으로 방류하는 곳에 설치되는 유량계로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템 및 처리 방법{Ventilation Gas Treatment System of LNG Boiler or Fuel Cell and Method thereof}

본 발명은 열 전용 보일러 또는 연료전지의 배기 가스에 포함되는 있는 폐열을 회수하여 백연을 저감함과 동시에 배기 가스에 포함된 폐열을 회수하여 재사용하거나 하천으로 방류하는 것에 관한 것이다. 일반적으로 보일러 또는 연료 전지의 배출구에는 배기 가스가 외부로 배출되고 상기 배기 가스는 전열(현열+ 잠열)을 포함하고 있으며 또한 대기를 오염시키는 오염물질을 다수 포함하고 있는 것이다. 따라서 본 발명은 보일러 또는 연료 전지의 배출구에서 나오는 배기 가스의 폐열을 회수하여 도시 또는 건물과 같은 집단에너지 설비의 리턴 라인에 적용하도록 하기 위하여 생성되는 공정수의 열 회수 및 냉각을 통하여 잠열을 재사용할 수 있도록 하고 공정수 처리를 위한 PH 조정 설비를 구비하여 공정수를 방류수 수질 기준에 적합하게 처리한 후 하천으로 방류하는 것에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록특허 제10-1489044(2015. 02. 02. 공고)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 종래의 배기가스 처리 시스템 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 배기 가스 처리 시스템은 석탄을 연료로서 사용하는 석탄 연소 보일러나 중유를 연료로서 사용하는 중유 연소 보일러 등의 보일러(11)로부터의 배기 가스(17)로부터, 질소 산화물(NOx), 유황 산화물(SOx), 수은(Hg) 등의 유해 물질을 제거하는 장치이며 상기 배기 가스 처리 시스템(10A)은, 보일러(11)로부터의 배기 가스(17) 중의 질소 산화물을 제거하는 탈초 장치(12)와, 탈초 장치(12)를 통과한 배기 가스(17)의 열을 회수하는 에어 히터(13)와, 열회수 후의 배기 가스(17) 중의 분진을 제거하는 집진기(14)와, 분진이 제거된 후의 배기 가스(17) 중의 유황 산화물을 습식으로 제거하는 탈황 장치(15) 및, 탈황 장치(15)로부터 배출되는 탈황 배수(28)를 보일러(11)에 연료(F)를 공급하는 경로, 보일러(11)의 로 내부, 보일러(11)로부터 에어 히터(13)에 이르는 연도 내부의 적어도 한 개소에 공급하는 배수 분무 장치(16)를 구비하여 구성되어 있다. 이것에 의해, 종래에 비하여 단위 시간당 보일러(11), 연도(D)내로 되돌리는 탈황 배수의 양을 늘리는 것을 가능하게 하고 있다. 상기 탈초 장치(12)는, 보일러(11)로부터의 배기 가스(17) 중의 질소 산화물을 제거하는 장치이며, 그 내부에 탈초 촉매층(도시하지 않음)을 갖고 있다. 탈초 촉매층의 전류(前流)에는 환원제 주입기(도시하지 않음)가 배치되고, 이 환원제 주입기로부터 배기 가스(17)에 환원제가 주입된다. 여기서 환원제로서는, 예를 들면 암모니아, 요소, 염화 암모늄 등이 이용된다. 탈초 장치(12)에 도입된 배기 가스(17)는, 탈초 촉매층과 접촉하는 것에 의해, 배기 가스(17)중의 질소 산화물이 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 분해·제거된다. 또한, 배기 가스 중의 염소(Cl) 분이 많아지면, 물에 가용인 2가 염화 수은의 비율이 많아져, 후술하는 탈황 장치(15)로 수은이 포집하기 쉬워진다. 또한, 상기의 탈초 장치(12)는 필수인 것이 아니고, 보일러(11)로부터의 배기 가스(17) 중의 질소 산화물 농도나 수은 농도가 미량, 혹은, 배기 가스(17) 중에 이들의 물질이 포함되지 않는 경우에는, 탈초 장치(12)를 생략하는 것도 가능하다. 에어 히터(13)는, 탈초 장치(12)에서 질소 산화물이 제거된 후의 배기 가스(17) 중의 열을 회수하는 열교환기이다. 탈초 장치(12)를 통과한 배기 가스(17)의 온도는 350℃ 내지 400℃ 정도로 고온이기 때문에, 에어 히터(13)에 의해 고온의 배기 가스(17)와 상온의 연소용 공기 사이에 열교환을 실행한다. 열교환에 의해 고온이 된 연소용 공기는, 보일러(11)에 공급된다. 한편, 상온의 연소용 공기와의 열교환을 실행한 배기 가스(17)는 150℃ 정도까지 냉각된다. 상기 집진기(14)는, 열회수 후의 배기 가스(17) 중의 분진을 제거하는 것이다. 상기 집진기(14)로서는 원심력 집진기, 여과식 집진기, 전기(電氣) 집진기 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 탈황 장치(15)는, 분진이 제거된 후의 배기 가스(17) 중의 유황 산화물을 습식으로 제거하는 장치이다. 이 탈황 장치(15)에서는, 알칼리 흡수액으로서 석회 슬러리(20)(물에 석회석 분말을 용해시킨 수용액)가 이용되며, 장치 내의 온도는 30 내지 50℃ 정도로 조절되고 있다. 석회 슬러리(20)는, 석회 슬러리 공급 장치(21)로부터 탈황 장치(15)의 탑 저부(22)에 공급된다. 탈황 장치(15)의 탑 저부(22)에 공급된 석회 슬러리(20)는, 도시하지 않은 흡수액 송급 라인을 거쳐서 탈황 장치(15)내의 복수의 노즐(23)로 이송되고, 노즐(23)로부터 탑 정부(塔頂部)(24)측을 향하여 분출된다. 탈황 장치(15)의 탑 저부(22)측으로부터 상승하는 배기 가스(17)가 노즐(23)로부터 분출되는 석회 슬러리(20)와 기액 접촉하는 것에 의해, 배기 가스(17) 중의 유황 산화물 및 염화 수은이 석회 슬러리(20)에 의해 흡수되어, 배기 가스(17)로부터 분리, 제거된다. 석회 슬러리(20)에 의해 정화된 배기 가스(17)는, 정화 가스(26)로서 탈황 장치(15)의 탑정부(24)측으로 배출되며, 굴뚝(27)으로부터 계외로 배출된다. 탈황 장치(15)의 내부에 있어서, 배기 가스(17) 중의 유황 산화물 SOx는 석회 슬러리(19)와 반응을 일으키게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 종래의 배기 가스 처리 시스템은 탈황장치를 구비하여 배가 가스에 포함된 유황을 제거하고 폐열의 재활용하는 것이나 시스템이 복잡하여 구축비용이 과다로 소요되며 폐열을 재활용하는 부분이 미흡한 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스에 포함된 폐열을 회수하여 집단 에너지 설비의 리턴 라인에 연결 재활용하는 비율을 높이고 배기 가스에 포함된 오염물질을 처리하여 재사용하거나 PH 조정 설비를 구비하여 방류수 수질 기준에 적합하도록 처리한 후 하천으로 방류할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 배기 가스의 오염 물질을 처리하여 재사용하도록 함으로써 결국에는 오염 물질의 배출을 줄이도록 하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템은 배기 가스를 생성 배출하는 보일러 또는 연료 전지와 배기 덕트를 통하여 배기 가스를 전송받고 냉각기로부터 냉각된 질산 칼슘 수화물과 같은 흡습성 염류 용액을 분배기를 통하여 자유 낙하시켜 배기 가스와 접촉하도록 하여 배기가스의 수분을 흡수하고 배기 가스에 포함된 잠열을 회수하여 용액 저장조로 전송하는 흡수기와, 흡수기로부터 수분을 흡수하고 잠열을 회수한 공정수 용액을 전송받아 저장하고 공정수 용액을 펌핑하여 냉각기로 전송하고, 공정수 용액을 펌핑하여 상 분리기로 전송하여 상 분리기로부터 수증기가 제거된 농도가 높아진 질산 칼슘 수화물을 전송받아 저장하는 용액 저장조와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 냉각하여 흡수기로 전송하여 흡수기게 흐르도록 하고 도시 또는 건물의 난방 배관의 리턴수와 열교환하며 가열된 리턴수를 응축기로 전송하는 냉각기와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 배관에 흐르는 열원과 열 교환하며 공정수 용액을 상 분리기로 전송하는 탈수기와, 상기 탈수기로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 열원을 이용하여 수증기와 질산 칼슘 수화물을 상 분리하여 수증기는 응축기로 전송하고 분리된 질산 칼슘을 용액 저장조로 회수하는 상 분리기와, 상 분리기로부터 수증기를 전송받으며 냉각기로부터 가열된 리턴수를 전송받아 열 교환하여 다시 가열하고 응축된 응축수를 증류기 저장조로 전송하는 응축기와, 응축기에서 응축된 응축수를 전송받아 PH 조정 설비로 전송하며 상기 리턴수를 공급받아 증류수 저장조에서 나오는 70의 열원으로 다시 가열하여 도시 또는 건물의 난방 배관에 공급하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 응축수를 전송받고 약품을 투입하여 PH 농도를 조절하는 PH 센서 및 교반기가 구비된 PH 조정 설비와, 상기 PH가 조절된 응축수를 전송받아 저장하며 저장된 방류수를 도시 또는 건물의 난방 배관에 연결하여 재활용하거나 용액 저장조로 전송하는 방류수 저장조와, 방류수 저장조에 저장된 방류수를 하천으로 방류하는 곳에 설치되는 유량계로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템 및 처리 방법은 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 배출되는 배기 가스의 폐열을 회수하여 도시 또는 건물의 난방으로 효과적으로 이용할 수 있는 것이다. 또한 본 발명은 폐열 회수시 생성되는 응축수의 PH를 조절하여 방류수 수질 기준에 적합하도록 함으로써 효과적으로 수질 문제를 해결할 수 있는 것이다. 또한 LNG 보일러 또는 연료 전지의 배기 가스에 포함된 오염물질을 제거할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 배기 가스 처리 시스템 구성도,
도 2는 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템 구성도,
도 3은 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 방법에 대한 흐름도이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 시스템은 LNG를 사용하여 배기 가스를 생성 배출하는 보일러 또는 연료 전지(5)와 상기 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 140℃ 배기 가스를 배기 덕틀를 통하여 전송받고 냉각기로부터 냉각된 질산 칼슘 수화물과 같은 흡습성 염류 용액을 분배기를 통하여 자유 낙하시켜 배기 가스와 접촉하도록 하여 배기가스의 수분을 흡수하고 배기 가스에 포함된 잠열을 회수하여 130℃로 가열된 흡습성 염류 용액을 용액 저장조로 전송하는 흡수기(10)와, 흡수기에서 수분이 제거된 배기 가스를 외부로 배출하는 온돌(15)과, 흡수기로부터 수분을 흡수하고 잠열을 회수한 공정수 용액을 전송받아 저장하고 공정수 용액을 펌핑하여 냉각기로 전송하고, 공정수 용액을 펌핑하여 상 분리기로 전송하여 상 분리기로부터 수증기가 제거되어 농도가 70%로 높아진 질산 칼슘 수화물을 전송받아 저장하는 과정을 연속적으로 하여 농도를 65%로 유지하는 용액 저장조(20)와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 냉각하여 흡수기로 전송하여 흡수기의 분배기를 통하여 자유낙하시켜 공급하도록 하고 도시 또는 건물의 난방 배관의 40℃ 내지 50℃리턴수와 열교환하며 가열된 리턴수를 응축기로 전송하는 냉각기(30)와, 상기 용액 저장조로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 배관에 흐르는 열원과 열 교환하며 공정수 용액을 상 분리기로 전송하는 탈수기(40)와, 상기 탈수기로부터 공정수 용액을 전송받아 보조 열원부의 열원을 이용하여 수증기와 질산 칼슘 수화물을 상 분리하여 수증기는 응축기로 전송하고 분리된 질산 칼슘 수화물을 용액 저장조로 회수하는 상 분리기(50)와, 상 분리기로부터 수증기를 전송받으며 냉각기로부터 가열된 리턴수를 전송받아 열 교환하여 다시 가열하고 응축된 90℃ ~ 95℃의 응축수를 증류기 저장조로 전송하는 응축기(60)와, 응축기에서 응축된 수분인 응축수를 전송받아 PH 조정 설비로 전송하며 상기 리턴수를 공급받아 증류수 저장조에서 나오는 70℃의 열원을 이용하여 다시 가열하여 도시 또는 건물의 난방 배관에 공급하는 열 교환기(70)와, 상기 열 교환기로부터 응축수를 전송받고 약품을 투입하여 PH 농도를 조절하는 PH 센서와 교반기가 구비된 PH 조정 설비(80)와, 상기 PH가 조절된 응축수인 방류수를 전송받아 저장하며 저장된 방류수를 도시 또는 건물의 난방 배관에 연결하여 재활용하거나 용액 저장조로 전송하는 방류수 저장조(90)와, 방류수 저장조에 저장된 방류수를 하천으로 방류하는 곳에 설치되는 유량계(95)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 PH 조정 설비는 응축수를 공급받고 상기 응축수에 대하여 PH 센서가 PH를 측정하며 PH가 낮은 경우 약품 투입기에서 약품을 투입한 후 교반기를 이용하여 수분과 약품을 교반시켜 중성화한 후 방류수 저장조로 전송하도록 하는 것이다. 또한 상기 방류수 저장조에 모인 중성화된 방류수는 사용처가 있는 경우 사용처로 전송되거나 휴지기 동안에 흡습성 용액이 결정화되는 것을 방지하기 위하여 용액 저장조로 공급하여 흡습성 용액의 농도를 떨어뜨리도록 할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성되는 배기 가스의 처리 방법에 대한 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법은 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스를 배기 덕트를 통하여 흡수기로 전송하는 단계(S11)와, 흡수기에 냉각기를 통하여 흡습성 염류 용액을 공급하여 배기 가스에 포함된 수분 및 잠열을 회수하는 단계(S12)와, 수분과 잠열로 인하여 온도가 상승한 흡습성 염류 용액을 용액 저장조로 전송하는 단계(S13)와, 용액 저장조에 저장된 공정수 용액인 흡습성 염류 용액을 냉각기 및 상 분리기로 전송하는 단계(S14)와, 상 분리기를 가열하여 흡습성 염류 용액에서 수증기를 제거하여 응축기로 전송하는 단계(S15)와, 상 분리기가 수증기가 제거된 흡습성 염류 용액을 용액 저장조로 공급하는 단계(S16)와, 냉각기가 전송받은 흡습성 염류 용액을 흡수기로 전송하여 공급하도록 하며 도시 또는 건물 난방 배관의 리턴수를 열교환하여 가열하는 단계(S17)와, 냉각기에서 가열된 난방 배관의 리턴수를 응축기로 전송하는 단계(S18)와, 탈수기가 용액 저장조로부터 흡습성 염류 용액을 공급받고 보조 열원부의 열원과 열 교환하는 단계(S19)와, 응축기가 분리기로부터 수증기를 전송받고 냉각기로부터 가열된 리턴수를 전송받아 열 교환하여 다시 가열하고 응축수를 증류기 저장조로 전송하는 단계(S20)와, 열 교환기가 리턴수를 전송받아 증류수 저장조의 열원을 이용하여 다시 가열하여 난방 배관에 공급하며 응축기로부터 전송받은 응축수를 PH 조정 설비로 전송하여 PH 농도를 4 ~ 5로 조절하는 단계(S21)와, PH가 조절된 응축수인 방류수를 하천으로 방류하는 단계(S22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S22 단계에서 방류수를 도시 또는 건물의 난방 배관에 연결하여 재사용하거나 용액 저장조로 전송하여 재사용할 수 있는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있는 것이다.

10 : 흡수기, 20 : 용액 저장조,
30 : 냉각기, 40 : 탈수기,
50 : 상 분리기, 60 : 응축기,
70 : 열 교환기, 80 : PH 조정 설비
90 : 방류수 저장조

Claims

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LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법에 있어서,
상기 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법은,
LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스를 배기 덕트를 통하여 흡수기로 전송하는 단계(S11)와;
흡수기에 냉각기를 통하여 흡습성 염류 용액을 공급하여 배기 가스에 포함된 수분 및 잠열을 회수하는 단계(S12)와;
수분과 잠열로 인하여 온도가 상승한 흡습성 염류 용액을 용액 저장조로 전송하는 단계(S13)와;
용액 저장조에 저장된 공정수 용액인 흡습성 염류 용액을 냉각기 및 상 분리기로 전송하는 단계(S14)와;
상 분리기를 가열하여 흡습성 염류 용액에서 수증기를 제거하여 응축기로 전송하는 단계(S15)와;
상 분리기가 수증기가 제거된 흡습성 염류 용액을 용액 저장조로 공급하는 단계(S16)와;
냉각기가 전송받은 흡습성 염류 용액을 흡수기로 전송하여 공급하도록 하며 도시 또는 건물 난방 배관의 리턴수를 열교환하여 가열하는 단계(S17)와;
냉각기에서 가열된 난방 배관의 리턴수를 응축기로 전송하는 단계(S18)와;
탈수기가 용액 저장조로부터 흡습성 염류 용액을 공급받고 보조 열원부의 열원과 열 교환하는 단계(S19)와;
응축기가 분리기로부터 수증기를 전송받고 냉각기로부터 가열된 리턴수를 전송받아 열 교환하여 다시 가열하고 응축수를 증류기 저장조로 전송하는 단계(S20)와;
열 교환기가 리턴수를 전송받아 증류수 저장조의 열원을 이용하여 다시 가열하여 난방 배관에 공급하며 응축기로부터 전송받은 응축수를 PH 조정 설비로 전송하여 PH 농도를 조절하는 단계(S21);
및 PH가 조절된 응축수인 방류수를 하천으로 방류하는 단계(S22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법은,
S22 단계에서 방류수를 도시 또는 건물의 난방 배관에 연결하여 재사용하거나 용액 저장조로 전송하여 재사용할 수 있는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 PH 농도는,
4 ~ 5로 조절되는 것을 특징으로 하는 LNG 보일러 또는 연료 전지에서 생성 배출되는 배기 가스의 처리 방법.