KR102064141B1 - 탈황 집진 장치 및 탈황 제어방법 - Google Patents

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Abstract

탈황 집진 장치에 관한 기술이 개시된다. 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치는 흡수부와, 집진부와, 제어부를 포함하고 제어부는 탈황제어부와 집집제어부를 포함한다.
일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치는 제1 이산화황 센서와 제2 이산화황 센서에서 측정되는
Figure 112017097345505-pat00081
농도에 따라 소석회 투입량을 조절하는 제어를 수행한다.
특히, 집진기 내부의 백 필터 탈진 시 백필터 표면에 부착되어 있던 소석회 층에 제거되어 일시적으로
Figure 112017097345505-pat00082
농도가 상승하는 상승 폭을 줄이기 위해 탈진에 앞서 소석회 투입량을 미리 증가시키는 방법을 사용한다.

Description

탈황 집진 장치 및 탈황 제어방법 {DESULFURIZATION DUST COLLECTOR AND DESULFURIZATION CONTROL METHOD}
본 발명은 탈황장치 기술 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 건식 또는 반건식 탈황 집진 장치에서 사용되는 흡수제 분사량 및 분사 타이밍을 제어하는 제어부 관한 발명이 개시된다.
대표적인 대기 오염 물질인 황산화물의 대부분은 고정 오염원인 석유나 석탄 등 화석 연료의 연소 시 연료에 포함된 황 성분이 공기중의 산소와 결합하여 생성된다. 황산화물 배출량의 85%는 발전소에서 발생되며, 자동차, 석유 정제, 구리 용해로 등에서도 발생된다.
배출되는 황산화물로는
Figure 112017097345505-pat00001
,
Figure 112017097345505-pat00002
,
Figure 112017097345505-pat00003
,
Figure 112017097345505-pat00004
,
Figure 112017097345505-pat00005
등이 있으나, 그 중 이산화황(
Figure 112017097345505-pat00006
)의 비율이 거의 대부분을 차치하므로 보통
Figure 112017097345505-pat00007
가 황산화물을 대표한다. 황을 함유한 연료의 연소 시 대부분은
Figure 112017097345505-pat00008
로 배출되지만 소량의
Figure 112017097345505-pat00009
도 함께 배출된다.
Figure 112017097345505-pat00010
는 대기 중의
Figure 112017097345505-pat00011
와 같은 자유 라디칼과 연쇄 반응하여
Figure 112017097345505-pat00012
로 전환되는 데 이렇게 생성된
Figure 112017097345505-pat00013
는 공기중의 물과 반응하여 황산 분자(
Figure 112017097345505-pat00014
)로 전환된다. 일반적으로 대기 중에서 황 오염은
Figure 112017097345505-pat00015
형태로 존재하며 대기 중에 함유된
Figure 112017097345505-pat00016
는 금속을 쉽게 부식 시키며 대리석이나 시멘트 등과 같은 건축 재료 속에 있는 석회석이나
Figure 112017097345505-pat00017
와 반응해 심한 손상을 일으키기도 한다. 따라서, 연소 후 발생되는 배가스에서 황산화물을 제거하는 기술이 발전되어 왔다.
연소 후 생성된 황산화물을 처리하는 배연 탈황 기술(Flue Gas Desulfurization)은 주 반응이 일어나는 상에 따라 건식과 습식으로 나눌 수 있고 생성된 물질이 재생될 수 있는지 없는지에 따라 나눌 수도 있다. 건식은 고체 분말 형태로 분사하여 바로 슬러리 형태로 분무하느냐에 따라 건식과 반건식으로 구분될 수 있다.
습식 탈황 공정은 가성소다 수용액을 반응탑 내에 분무하여
Figure 112017097345505-pat00018
를 반응시켜 제거하는 방법으로 반응 생성물은 주로 세정배수 처리 설비에서 처리한다. 반응속도가 빨라
Figure 112017097345505-pat00019
제거 효율이 상당히 높으며 먼지의 동시 제거도 가능하며 경제성이 있는 부산물을 회수할 수 있는 장점이 있어 발전소의 대부분에 설치되어 있다. 다만 건설비나 운전비가 상당히 비싸다는 문제점이 있다.
건식 탈황 공정은 주로 소석회(수산화 칼슘,
Figure 112017097345505-pat00020
)나 인산칼륨 등 알칼리 흡수제를 분말 또는 슬러리 형태로 탈황기내로 분사하여
Figure 112017097345505-pat00021
를 반응시켜 제거하는 방법으로 반응 생성 염류는 집진 장치에서 제거한다. 습식 장치에 비해 장치가 비교적 간단하며 설치비가 상당히 저렴하며 폐수 처리 등 2차 공해가 없고 장치의 관리가 쉽고 운전이 용이한 장점이 있지만 흡수제의 소모량이 습식 방식에 비해 많으며,
Figure 112017097345505-pat00022
의 제거율이 습식에 비해 낮은 편이다. 따라서 대용량 발전소에서는 적용성이 떨어지는 문제가 있다.
건식 탈황 공정에서 탈황기에서 미처 제거되지 못한
Figure 112017097345505-pat00023
는 집진기에서도 소석회와 반응하여 제거된다. 집진기내의 여과재 표면에 부착된 소석회 분말이
Figure 112017097345505-pat00024
와 반응하여 제거하게 된다. 그러나, 집진기내의 여과재 표면에 분진이 다량으로 부착되면 집진 효율이 떨어지므로 에어제트 분사부에서 가스를 분사하여 여과재 표면에 부착된 분진을 털어내는 데 이때 소석회 분말도 함께 제거되어 다시 여과재 표면에 소석회 분말이 부착될 때까지
Figure 112017097345505-pat00025
제거 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 종래에는 탈황기내에 흡수제를 항상 과다하게 투입하는 방법을 사용하고 있다.
제안된 발명은 배가스에 포함된 먼지와 탈황 반응의 반응 생성 염류를 집진기에서 제거하는 과정 중 백 필터에 부착된 소석회가 탈진과정에서 함께 제거되어 탈진 후 일정시간 동안 탈황 효율이 떨어지는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 평상시는 여과된 가스의
Figure 112017097345505-pat00026
농도에 따라 흡수제를 투입하여 과다 투입하지 않고 조절하고 탈진 과정에 앞서 흡수제 투입 시에만 과다 투입하여 전체적으로 흡수제 투입량을 줄여 운전비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 탈황 집진 장치는 흡수부와, 집진부와, 제어부를 포함하고 제어부는 탈황제어부와, 집진제어부를 포함하여 집진부의 탈진에 앞서 흡수부에 흡수제의 양을 추가로 공급하여 탈황 효율을 높인다.
또 다른 양상에 따르면, 흡수부는 흡수제 공급부와, 흡수기와, 제1 이산화황 센서부를 포함하고 흡수기는 흡수제 분사부와 반응물 수거부를 포함한다.공급부는 이산화황 흡수제인 소석회를 공급한다. 흡수제 분사부는 흡수제 공급부로부터 공급받은 흡수제를 분사하고 반응물 수거부는 탈황반응으로 생성된 반응물을 수거하며 흡수기 내에서 소석회와
Figure 112017097345505-pat00027
를 반응시켜 제거한다.
또 다른 양상에 따르면, 집진부는 제1 압력센서부와, 집진기와, 제2 이산화황 센서부와, 제2 압력센서부와, 송풍부와, 스택을 포함하고 집진기는 백 필터와, 에이제트 분사부와, 분진수거부를 포함한다. 백 필터는 분진 등을 여과하고 에어제트 분사부는 백 필터에 부착된 분진 등을 가스를 분사하여 제거하고 분진수거부는 백 필터에 의해 분리된 분진을 수거한다.
또 다른 양상에 따르면, 탈황 집진 창치의 제어부는 집진기 차압에 따라 에어제트 분사부를 제어하여 가스를 분사하기 이전에 탈진에 의해 집진기 내부의 백 필터에 부착된 소석회 층이 제거되어
Figure 112017097345505-pat00028
흡수 효율이 떨어지는 문제에 대비하여 흡수제 공급부를 제어하여 흡수제를 일정량 이상을 더 공급하도록 제어한다.
제안된 발명은 배가스에 포함된 먼지와 탈황 반응의 반응 생성 염류를 집진기에서 제거하는 과정 중 백 필터에 부착된 소석회가 탈진과정에서 함께 제거되어 탈진 후 일정시간 동안 탈황 효율이 떨어지지 않도록 하는 방안을 제공한다.
나아가 제안된 발명은 평상시는 여과된 가스의
Figure 112017097345505-pat00029
농도에 따라 흡수제를 투입하여 과다 투입하지 않고 조절하고 탈진 과정에 앞서 흡수제 투입 시에만 과다 투입하여 전체적으로 흡수제 투입량을 줄여 운전비용을 절감하는 방안을 제공한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 탈황 집진 장치의 백 필터 탈진에 따른 이산화황 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 탈황 집진 장치의 백 필터 탈진에 따른 소석회 투입 변화량을 도시한 그래프이다.
도 5는 PID 제어를 하는 탈황 집진 장치의 백 필터 탈진에 따른 소석회 투입 변화량을 도시한 그래프이다.
도 6은 탈황 집진 장치의 제어부가 백 필터 탈진에 따른 제어 흐름을 도시한 흐름도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
탈황으로 제거되는 황산화물로는
Figure 112017097345505-pat00030
,
Figure 112017097345505-pat00031
,
Figure 112017097345505-pat00032
,
Figure 112017097345505-pat00033
,
Figure 112017097345505-pat00034
등이 있으나, 그 중 이산화황(
Figure 112017097345505-pat00035
)의 비율이 거의 대부분을 차치하므로 이하 기재에서 탈황으로 제거되는 황산화물로
Figure 112017097345505-pat00036
를 대표해서 기재한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치(1)는 흡수부와, 집진부와, 제어부(40)를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 흡수부에서 흡수부 내로 유입된 배가스와 흡수부 내로 공급된 흡수제가 만나 탈황반응이 일어난다. 흡수부에서 모든 탈황반응이 일어나는 것이 아니므로 인렛(100)을 통해 유입된 배가스 내 흡수부에서 반응하여 처리되지 않은
Figure 112017097345505-pat00037
는 반응하지 않은 흡수제와 함께 아웃렛(110)으로 배출되고 집진부 인렛(200)을 통해 집진부로 유입된다.
일 실시 예에 따르면, 집진부는 인렛(200)이 흡수부의 아웃렛(110)과 연결되어 있으며 탈진 과정이 진행된다. 배가스 내 포함된 분진과 반응하지 않은 흡수제를 백 필터(230)에서 걸러낸다. 집진부에서도 백 필터(230) 표면에 누적된 흡수제 층을 통해 탈황반응이 일어나
Figure 112017097345505-pat00038
가 제거된다.
일 실시 예에 따른 제어부(40)는 탈황제어부(400)와, 집진제어부(410)를 포함한다. 제어부(40)는 물리적으로 하나의 장치일 수도 있고 탈황제어부(400)와 집진제어부(410)가 별도의 장치로 구성될 수도 있다.
제어부(40)는 프로세서와 메모리를 가진 컴퓨팅 장치일 수 있다. 마이컴 칩을 구비한 임베디드 시스템일 수 있으며 이에 한정되지 않고 퍼스널 컴퓨터 또는 서버일 수 있다. 또한 무선통신 모듈을 구비하여 센서들과 무선통신으로 정보를 교환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 탈황제어부(400)는 집진부의 아웃렛(210)에서 측정된 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제의 양을 제어한다. 발명의 또 다른 양상에 따르면, 흡수부의 인렛(100)에서 측정된 이산화황 농도도 함께 고려하여 흡수부에 공급되는 흡수제의 양을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 집진제어부(410)는 집진부의 인렛(200)에서 측정된 압력과 아웃렛(210)에 측정된 압력의 차이에 따라 집진부의 탈진을 제어한다.
일 실시 예에 따르면, 집진제어부(410)가 집진부 인렛(200)과 아웃렛(210)의 차압에 따라 집진부 탈진을 결정하면 탈황제어부(400)에 알리고 탈황제어부(400)는 집진부 탈진에 앞서 흡수부에 공급하는 흡수제의 양을 추가로 더 공급하도록 제어한다. 집진부 내에서도 탈황반응이 일어나
Figure 112017097345505-pat00039
가 제거되는 데 탈진을 하면 흡수제도 함께 제거되어 일시적으로 집진부에서 거의 탈황반응이 일어나지 않게 되므로
Figure 112017097345505-pat00040
가 제거되지 않고 배출된다. 탈진과정에서도 충분히 탈황반응이 일어날 수 있도록 흡수부에 흡수제를 추가로 더 공급하여 더 많은 탈황반응이 일어나도록 하여
Figure 112017097345505-pat00041
가 제거될 수 있도록 한다.
추가하여 분사하는 흡수제의 양은 설치 후 시운전을 통하거나 운용하면서
Figure 112017097345505-pat00042
제거 효율이 좋은 값을 실험적 내지 경험적으로 파악하여 설정할 수 있다.
탈황제어부(400)와 집진제어부(410)는 프로세서와 메모리를 가진 컴퓨팅 장치일 수 있다. 마이컴 칩을 구비한 임베디드 시스템일 수 있으며 이에 한정되지 않고 퍼스널 컴퓨터 또는 서버일 수 있다. 또한 무선통신 모듈을 구비하여 센서들과 무선통신으로 정보를 교환할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 탈황제어부(400)와 집진제어부(410)는 프로그램 명령어 세트로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 전용 로직이나 게이트 어레이 등으로 구현되거나 이들과 조합되어 구현될 수도 있다. 제어부(40)는 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 탈황제어부(400)와 집진제어부(410)가 프로그램 명령어 세트로 구현된 경우에는 제어부(40)의 프로세서는 명령어 세트들을 실행하고 메모리는 탈황제어와 집진제어 명령어 세트를 저장할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 탈황 집진 장치(1)의 흡수부는 흡수제 공급부(60)와, 흡수기(10)와, 제1 이산화황 센서부(70)를 포함할 수 있다.
흡수제 공급부(60)는 분말 형태의 이산화황 흡수제를 공급한다. 발명의 양상에 따라 이산화황 흡수제로 소석회, 인산칼륨, 탄산수소나트륨 등 알칼리 분말이 사용될 수 있고 일반적으로 소석회가 주로 사용된다. 일 실시 예에 따른 탈황 집진 장치(1)는 분말 형태를 흡수제를 분사하여
Figure 112017097345505-pat00043
를 제거하므로 건식 형태의 탈황 장치에 해당한다.
소석회가
Figure 112017097345505-pat00044
를 제거할 때 일어나는 화학 반응식은 다음과 같다.
Figure 112017097345505-pat00045
Figure 112017097345505-pat00046
흡수제 공급부(60)는 소석회 저장 탱크, 공급 장치, 이송관 등을 포함할 수 있다. 소석회 저장 탱크는 탈황용 소석회를 저장하고 공급 장치는 소석회 저장 탱크 하부에서 설정된 배출량만큼 소석회를 일정하게 배출한다. 배출된 소석회는 이송관을 따라 흡수제 분사기로 공급된다. 소석회 배출량 설정은 장치 설치 시 최초 설정되나 운용 중에 탈황제어부(400)에 의해 집진부 아웃렛(210)의
Figure 112017097345505-pat00047
농도에 따라 동적으로 변경되어 설정될 수 있다. 또 다른 양상에 따라 탈황제어부(400)의 제어는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어일 수 있다.
흡수기(10)는 흡수제 분사부(120)와, 반응물 수거부(130)를 포함한다. 흡수기(10)는 반응탑, 흡수탑으로도 불리우며 탈황 반응이 일어나는 곳이다. 다만, 이 양상의 경우처럼 건식의 경우 탈황 반응의 대부분은 흡수기(10)보다 후술할 집진기(20) 내부에서 일어난다. 집진기(20) 내부의 백 필터(230)에 표면에 부착된 소석회 층을 배가스가 통과하면서 대부분의 탈황 반응이 일어난다. 따라서 백 필터(230) 표면에 부착된 소석회 층이
Figure 112017097345505-pat00048
필터 역할을 하게 된다.
흡수제 분사부(120)는 이산화황 흡수제 공급부(60)로부터 흡수제를 공급받고 공급받은 흡수제를 분사 노즐을 통해 흡수기(10) 내부로 분사한다.
반응물 수거부(130)는 흡수기(10) 하부에 위치하여 흡수기(10)에서 일어난 탈황반응으로 인해 생성된 반응물인 석고를 수거한다.
제1 이산화황 센서부(70)는 흡수부 인렛(100)측에 위치하여 이산화황 농도를 측정한다. 측정된
Figure 112017097345505-pat00049
농도에 따라 탈황제어부(400)가 흡수제 공급부(60)를 제어하여 흡수제 공급량을 조절할 수 있다. 즉, 제1 이산화황 센서에서 측정된 농도가 이전 측정 값보다 큰 경우라면 탈황제어부(400)가 흡수제 공급량을 증가시키도록 제어하고 이전 측정 값보다 작은 경우라면 흡수제 공급량을 감소시키도록 제어하여 조절할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 제1 이산화황 센서는 무선통신 모듈을 구비한 IoT(Internet of Things) 장치일 수 있다. 사용되는 무선통신 프로토콜은 블루투스, 와이파이 등이 될 수 있다. 제1 이산화황 센서는 무선통신을 통하여 측정된
Figure 112017097345505-pat00050
농도 값을 제어부(40)로 전송할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 탈황 집진 장치(1)는 흡수부와, 집진부와, 제어부(40)를 포함하고, 흡수부는 흡수제 공급부(60)와, 흡수기(10)와, 제1 이산화황 센서부(70)를 포함할 수 있고, 흡수기(10)는 흡수제 분사부(120)와, 반응물 수거부(130)를 포함할 수 있다. 이 실시 예의 흡수제 공급부(60)는 슬러리 형태의 이산화황 흡수제를 공급하고 흡수제 분사기가 슬러리 형태의 흡수제를 분무한다. 발명의 양상에 따라 이산화황 흡수제로 소석회 슬러리 사용될 수 있다. 이 실시 예에 따른 탈황 집진 장치(1)는 슬러리 형태를 흡수제를 분사하여
Figure 112017097345505-pat00051
를 제거하므로 반건식 형태의 탈황 장치에 해당한다.
흡수기(10)에서
Figure 112017097345505-pat00052
가 제거될 때 일어나는 화학 반응식은 다음과 같다.
Figure 112017097345505-pat00053
Figure 112017097345505-pat00054
흡수제 공급부(60)는 소석회 슬러리 탱크, 희석수 저장 탱크, 이송관, 유량 제어 밸브(Flow Control Valve, FCV) 등을 포함할 수 있다. 소석회 슬러리 탱크는 탈황용 소석회 슬러리를 저장하고 유량 제어 밸브는 소석회 슬러리 탱크에서 설정된 배출량만큼 소석회 슬러리를 일정하게 배출하도록 조절한다. 배출된 소석회 슬러리는 이송관을 따라 흡수제 분사부(120)로 공급된다. 희석수 저장 탱크는 소석회 슬러리를 희석하기 위한 물을 저장하고 유량 제어 밸브로 희석수의 배출량을 조절한다. 희석수도 이송관을 따라 흡수제 분사부(120)로 공급되고 소석회 슬러리와 혼합되어 흡수제 분사부(120)에서 스프레이 형태로 분사된다. 슬러리 입자가
Figure 112017097345505-pat00055
와 반응하여 건조한 분말로 회수되므로 반건식 공정으로 불린다.
소석회 슬러리와 희석수 배출량 설정은 장치 설치 시 최초 설정되나 운용 중에 제어부(40)에 의해 집진부 아웃렛(210)의
Figure 112017097345505-pat00056
측정 농도에 따라 동적으로 변경되어 설정될 수 있다. 또 다른 양상에 따라 제어부(40)의 제어는 PID 제어일 수 있다.
반건식 탈황 과정에서는 탈황 반응이 건식의 경우와 달리 흡수기(10)에서 대부분 일어난다. 반응하지 않은
Figure 112017097345505-pat00057
는 건식의 경우와 마찬가지로 집진기(20) 내부의 백 필터(230) 표면에 부착된 소석회와 반응하여 추가로 반응하여 제거된다.
또 다른 양상에 따르면, 탈황 집진 장치(1)의 집진부는 제1 압력센서부(80)와, 집진기(20)와, 제2 이산화황 센서부(75)와, 제2 압력센서부(85)와, 송풍부(30)와 스택(50)을 포함할 수 있다.
집진기(20)는 백 필터(230)와, 에어제트 분사부(240)와, 분진수거부(220)를 포함한다. 또 다른 양상에 따르면, 집진기(20)는 설계 용량에 따라 복수 개가 설치될 수 있으며 그에 따라 백 필터(230)와, 에어제트 분사부(240)와, 분진수거부(220)도 복수 개가 설치될 수 있다.
백 필터(230)는 집진기(20) 내부에 설치되며 처리가스 온도에 따라 그 소재를 다르게 할 수 있다. 백 필터(230)는 탈진에 대한 충분한 기계적 강도를 가지며 처리가스에 따라 내열성, 내산성, 내알카리성을 구비할 수도 있다. 공지의 기술에 따른 백 필터(230)를 사용한다. 따라서 처리가스 성상에 따른 소재에 대한 설명은 생략한다.
에어제트(Air jet) 분사부는 가스를 분사하여 백 필터(230)를 탈진한다. 이 양상에 따른 탈황 집진 장치(1)는 충격제트형(Pulse jet type) 탈진방식을 사용한다. 충격제트형 탈진방식은 백 필터(230) 상부에 설치된 벤츄리관 노즐에 의해 일정간격으로 압축가스를 백 필터(230) 내부에 분사하여 백 필터(230) 외면에 부착된 분진을 탈진하는 방식이다.
분진수거부(220)는 집진기(20) 하부에 위치하며 V자형상 구조로 백 필터(230)에 의해 분리된 분진을 수거한다. 또 다른 양상에 따르면, 분진 불출 설비가 연결되어 수거된 분진을 주기적으로 불출할 수 있다.
제2 이산화황 센서부(75)는 집진부 아웃렛(210)측에 위치하여 이산화황 농도를 측정한다. 측정된
Figure 112017097345505-pat00058
농도에 따라 탈황제어부(400)가 흡수제 공급부(60)를 제어하여 흡수제 공급량을 조절한다. 즉, 제2 이산화황 센서부(75)에서 측정된 농도가 이전 측정 값보다 큰 경우라면 탈황제어부(400)가 흡수제 공급량을 증가시키도록 제어하고 이전 측정 값보다 작은 경우라면 흡수제 공급량을 감소시키도록 제어하여 조절할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 제2 이산화황 센서부(75)는 무선통신 모듈을 구비한 IoT 장치일 수 있다. 사용되는 무선통신 프로토콜은 블루투스, 와이파이 등이 될 수 있다. 제2 이산화황 센서부(75)는 무선통신을 통하여 측정된
Figure 112017097345505-pat00059
농도 값을 제어부(40)로 전송할 수 있다.
송풍부(30)는 덕트를 통해 집진부 아웃렛(210)과 연결되며 팬모터에 의해 구동되는 팬에 의해 여과된 가스를 흡입하여 송풍부(30)의 출구에 연결된 스택(50)을 통해 배출한다. 발명의 양상에 따라, 송풍부(30)는 스택(50) 입구에 설치되어 공기를 흡입측의 부압으로 공기를 빨아들이는 유인 송풍부(Induced Draft Fan)가 사용될 수 있다.
이 양상에 따른 탈황 집진 장치(1)는 집진부 인렛(200)측에 위치하는 제1 압력센서부(80)와 집진부 아웃렛(210)측에 위치하는 제2 압력센서부(85)를 포함하여 각각 집진부 인렛(200)측의 압력과 집진부 아웃렛(210)측의 압력을 측정한다. 발명의 양상에 따라, 집진제어부(410)는 제2 압력센서부(85)의 측정 압력값과 제1 압력센서부(80)의 측정 압력값의 차이인 차압을 산출하여 에어제트 분사부(240)의 분사여부를 결정하여 탈진을 제어할 수 있다.
흡수부로부터 탈황 반응을 거친 배가스가 덕트를 통해 집진부 인렛(200)을 거쳐 집진기(20)에 유입되어 백 필터(230) 외부에서 백 필터(230) 내부로 여과되며 백 필터(230) 표면에 분진과 함께 소석회 층을 퇴적시킨다. 이때 퇴적된 소석회 층을 배가스가 통과하며 다시 탈황반응이 일어나
Figure 112017097345505-pat00060
가 추가로 제거된다.
퇴적된 소석회 층으로 인해
Figure 112017097345505-pat00061
제거 효율이 높아지나 이로 인해 압력손실도 발생한다. 압력손실은 백 필터(230) 자체의 압력손실과 분진 퇴적층에 의한 압력손실의 합이다. 다만, 백 필터(230) 자체의 압력손실은 분진 퇴적층에 의한 압력손실에 비해 상당히 낮다. 분진 퇴적층은 훌륭한 필터역할을 하지만 그로 인한 압력손실은 증가하게 되므로 주기적으로 또는 간헐적으로 백 필터(230) 표면에 퇴적된 분진을 제거하는 탈진과정이 필요하게 된다.
이때, 압력손실은 제1 압력센서부(80)에서 측정된 집진부 인렛(200)측 압력과 제2 압력센서부(85)에서 측정된 집진부 아웃렛(210)측 압력의 차이로 산출할 수 있으며 산출된 차압을 집진부 차압으로 정의하여 기 설정된 기준 차압 임계치와 비교한다. 기준 차압 임계치는 여과효율, 백 필터(230)의 수명 등을 고려하여 설계 시 설정되며 운용 중에도 환경에 따라 변경할 수 있다.
집진부 차압이 설정된 기준 차압 임계치 이상이면 분진 퇴적층으로 인한 압력손실이 상당하다는 의미이므로 집진제어부(410)는 에어제트 분사부(240)를 제어하여 압축공기를 분사하여 백 필터(230)를 탈진하도록 결정한다.
또 다른 양상에 따르면, 제1 압력센서부(80)와 제2 압력센서부(85)는 무선통신 모듈을 구비한 IoT 장치일 수 있다. 사용되는 무선통신 프로토콜은 블루투스, 와이파이 등이 될 수 있다. 제1 및 제2 압력센서부(80, 85)는 무선통신을 통하여 측정된 압력값을 집진제어부(410)로 전송할 수 있다.
또 실시 예에 따른 탈황 집진 장치(1)는 흡수부와, 집진부와, 제어부(40)를 포함하고 제어부(40)는 탈황제어부(400)와, 집진제어부(410)를 포함하고 탈황제어부(400)는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어로 흡수제 공급량을 제어할 수 있다.
PID 제어는 공지된 기술로써 응용분야에서 가장 많이 사용되는 대표적인 형태의 제어기법이다. PID 제어는 기본적으로 피드백(feedback) 제어의 형태를 가지며, 제어하고자 하는 대상의 출력 값을 측정하여 이를 원하는 참조값(reference value) 또는 설정값과 비교하여 오차를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 방식이다. 비례항, 적분항, 미분항 이 세개의 항을 더하여 제어값을 계산하며 비례항은 현재 상태에서의 오차값의 크기에 비례한 제어 작용을 하고 적분항은 정상상태의 오차를 없애는 작용을 하고 미분한응 출력값의 급격환 변화에 제동을 걸어 오퍼슛을 줄이고 안정성을 향상시키는 작용을 한다.
따라서, PID 제어를 하는 탈황제어부(400)는
Figure 112017097345505-pat00062
농도의 급격한 변화에도 소석회 공급량이 출렁거리지 않고 빠르게 참조값 또는 설정값에 도달할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 3은 탈황 집진 장치의 백 필터 탈진에 따른 이산화황 농도 변화를 도시한 그래프이다. 두 개의 그래프 중 상단의 (a) 그래프가 일반적인 백 필터(230) 탈진 과정에서의
Figure 112017097345505-pat00063
농도 변화를 나타내고 있다.
도 3의 (a)에 도시된 바에 따르면, 백 필터(230) 표면에 소석회 층이 누적되어 탈황반응이 일어나 제2 이산화황 센서부(75)에서 측정되는
Figure 112017097345505-pat00064
농도는 큰 변화 없이 유지되다 백 필터(230) 탈진 시 누적된 소석회 층이 제거되어 백 필터(230) 표면에서 일어나던 탈황 반응이 일어나지 않아 순간적으로 제2 이산화황 센서부(75)에서 측정되는
Figure 112017097345505-pat00065
농도가 증가하고 지속적으로 흡수제 분사부(120)에서 분사된 소석회가 다시 집진기(20) 내로 유입되어 백 필터(230) 표면에 소석회 층이 누적되면 제2 이산화황 센서부(75)에서 측정되는
Figure 112017097345505-pat00066
농도가 감소한다.
도 3의 (a) 그래프에 나타난 것처럼 일반적인 백 필터(230) 탈진 과정에서는 백 필터(230) 탈진 후 순간적으로
Figure 112017097345505-pat00067
농도가 크게 증가하는 문제가 나타난다. 이러한 문제를 해결하고자 도 4에 도시된 바와 같이 일반적으로 소석회를 흡수기(10) 내로 과다하게 투입하는 방법이 사용되고 있다.
도 4는 탈황 집진 장치의 백 필터 탈진에 따른 소석회 투입 변화량을 도시한 그래프이다.
도 4에 도시된 그래프 중 흡수제 투입량을 제어하지 않는 경우에 대한 그래프는 백 필터(230) 탈진에 따른
Figure 112017097345505-pat00068
농도의 일시적 증가를 고려하여 항상 일정하게 과 투입하는 것을 나타내고 있다. 이 그래프가 일반적으로 건식 탈황 장치가 운용되는 형태에 대한 소석회 투입량을 나타내는 그래프이다.
소석회를 일정하게 과 투입하는 이유는 백 필터(230)를 탈진 후 순간적으로 증가하는
Figure 112017097345505-pat00069
농도의 수준에 맞추어 소석회를 투입하여 백 필터(230)를 탈진하더라도 급격하게
Figure 112017097345505-pat00070
농도가 증가하지 않도록 하기 위함이다.
도 3에 도시된 두 개의 그래프 중 하단의 (b) 그래프는 일반적인 백 필터(230) 탈진 과정에서 발생하는 순간적인
Figure 112017097345505-pat00071
농도 증가 문제를 해결하고자 탈황제어부(400)가 흡수제 공급부(60)를 제어하여 흡수제 공급량을 조절하는 경우에 대한 그래프이다.
도 3의 (b)에 도시된 바에 따르면, 흡수제를 일정하게 과다 투입하는 경우와 달리 제1 이산화황 센서부(70)와 제2 이산화황 센서부(75)의 측정치에 따라 필요한 투입량에 맞춰 흡수제를 투입하거나 필요한 투입량보다 일정량을 더 투입하다가 집진제어부(410)가 탈진을 결정하면 탈진 과정에 앞서 흡수제를 과다 투입하고 탈진 과정 동안 과다 투입을 유지하다 탈진이 끝나면 투입량을
Figure 112017097345505-pat00072
측정치에 따라 다시 필요한 만큼만 투입하는 방법을 사용한다.
이와 같은 방법을 사용하면, 평상시에는 소석회를 과다 투입할 필요가 없고 탈진 과정에서 백 필터(230)의 소석회 층이 제거되어 탈황 반응이 일어나지 않는 것을 고려하여 탈진 시점에서만 소석회를 과다 투입하여 탈진 종료 후 빠르게 백 필터(230) 표면에 소석회 층이 누적될 수 있도록 하므로 소석회 사용량을 크게 절감할 수 있게 된다.
도 4에 도시된 그래프 중 흡수제 투입량을 제어하는 경우에 대한 그래프는 평상시에 소석회를 이산화황 농도에 맞추어 적절히 투입하다 탈진 후
Figure 112017097345505-pat00073
농도가 급격하게 증가되지 않도록 탈진에 앞서 미리 소석회를 과다 투입하는 것을 나타낸다.
도 4에 도시된 두 그래프의 차이만큼 소석회 사용량을 절감할 수 있다.
도 5는 PID 제어를 하는 탈황 집진 장치의 백 필터(230) 탈진에 따른 소석회 투입 변화량을 도시한 그래프이다. 도 5에 도시된 그래프는 집진기(20) 내부의 백 필터(230)를 탈진하여 소석회 층이 제거되어
Figure 112017097345505-pat00074
농도가 올라가더라도 소석회 투입량이 급격히 변화하지 않고 탈황제어부(400)에 의해 오차를 줄여가며 안정적으로 변화하는 모습을 나타낸다.
발명의 또 다른 양상에 따르면, 탈황제어부(400)는 탈진에 앞서 미리 소석회 투입량을 증가시키고 이후 PID 제어로 소석회 투입량을 제어할 수도 있다.
도 6은 탈황 집진 장치의 제어부가 백 필터 탈진에 따른 제어 흐름을 도시한 흐름도이다. 또 다른 실시 예에 따르면, 흡수부와, 집진부를 포함하는 탈황 집진 장치(1)의 탈황 제어 방법은 집진부의 인렛(200)과 아웃렛(210)의 압력을 각각 측정하는 단계와, 집진부 차압을 산출하는 단계와, 집진부 차압을 설정된 기준 차압 임계치와 비교하여 에어제트 분사부(240)의 분사여부를 결정하는 단계와, 에어제트 분사에 앞서 흡수부에 흡수제 양을 추가하여 공급하는 단계와, 에어제트 분사하여 백 필터(230)를 탈진하는 단계와, 집진부 아웃렛(210)의 이산화황 농도를 측정하는 단계와, 측정된 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제 양을 조절하는 단계를 포함한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 집진부의 인렛(200)에 위치한 제1 압력센서부(80)와 집진부의 아웃렛(210)에 위치한 제2 압력센서부(85)가 각각 집진부의 인렛(200)의 압력과 아웃렛(210)의 압력을 측정한다(S1000). 각각의 측정된 압력은 집진제어부(410)로 전달된다. 집진제어부(410)는 제2 압력센서부(85)의 측정값과 제1 압력센서부(80)의 측정값의 차이를 산출하여(S1100) 이를 집진부 차압으로 사용한다. 집진제어부(410)는 산출된 집진부 차압과 기 설정된 기준 차압 임계치를 비교한다(S1200). 이때 설정되는 기준 차압 임계치는 여과효율, 백 필터(300)의 수명 등을 고려하여 설계 시 설정되며 운용 중에도 환경에 따라 변경할 수 있다.
집진제어부(410)는 비교결과로 에어제트 분사부(240)의 분사여부를 결정한다. 즉, 비교결과에 따라 집진부 차압이 설정된 기준 차압 임계치 이상인 경우에는 탈진을 결정한다. 집진제어부(410)는 탈진결정을 탈황제어부(400)로 알린다. 탈황결정부는 탈진에 앞서 탈진으로 인한
Figure 112017097345505-pat00075
급격한 농도 증가를 방지하기 위해 미리 흡수제 공급부(60)를 제어하여 흡수부에 공급되는 흡수제 양을 추가하여 공급한다(S1300). 즉, 일정량이상 증가된 흡수제를 투입한다. 이때 증가된 투입량은 탈진으로 인해 증가되는
Figure 112017097345505-pat00076
농도를 실험적 또는 경험적으로 알아내어 그 양을 설정할 수 있다.
이후 에어제트 분사부(240)를 제어하여 가스를 분사하여 백 필터(230)를 탈진한다(S1400). 집진부 아웃렛(210)에 위치한 제2 이산화황 센서부(75)에서
Figure 112017097345505-pat00077
농도를 측정하고(S1500) 탈황제어부(400)는 측정된
Figure 112017097345505-pat00078
농도에 따라 흡수제 공급부(60)를 제어하여 흡수제 투입량을 조절한다(S1600). 이러한 과정은 탈황 집진 장치(1)의 운용 중에 계속하여 반복해서 수행된다.
또 다른 양상에 따르면, 탈황 집진 장치(1)의 탈황 제어 방법에서 측정된 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제 양을 조절하는 단계는 PID제어로 흡수제 공급량을 조절하는 단계일 수 있다.
따라서 집진부 아웃렛(210)에서 측정되는
Figure 112017097345505-pat00079
농도에 따라 흡수제 공급량이 급격하게 변화하지 않도록 제어하며 배출되는 여과 가스 내의
Figure 112017097345505-pat00080
농도를 안정화 시킬 수 있다.
다만, 이 양상에 따르더라도 집진기(20) 내부의 백 필터(230) 탈진에 앞서 미리 공급하는 흡수제 투입량은 PID 제어에 의해 증가시키지 않고 큰 폭으로 증가시켜 공급할 수 있다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
1 : 탈황 집진 장치
10 : 흡수기
100 : 흡수부 인렛 110 : 흡수부 아웃렛
120 : 흡수제 분사부 130 : 반응물 수거부
20 : 집진기
200 : 집진부 인렛 210 : 집진부 아웃렛
220 : 분진수거부 230 : 백 필터
240 : 에어제트 분사부
30 : 송풍부
40 : 제어부
400 : 탈황제어부 410 : 집진제어부
50 : 스택
60 : 흡수제 공급부
70 : 제1 이산화황 센서부 75 : 제2 이산화황 센서부
80 : 제1 압력센서부 85 : 제2 압력센서부

Claims (7)

  1. 배가스와 흡수제의 탈황반응이 일어나는 흡수부;
    인렛이 흡수부의 아웃렛에 연결되는 집진부; 및
    집진부의 아웃렛의 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제의 양을 제어하는 탈황제어부와, 집진부의 인렛과 아웃렛의 압력차에 따라 집진부의 탈진을 제어하는 집진제어부를 포함하는 제어부;
    를 포함하되,
    집진 제어부는
    집진부의 인렛과 아웃렛의 압력차에 따라 집진부의 탈진을 결정하면, 탈황 제어부에 알리고,
    탈황제어부가 집진부 아웃렛의 이산화황 농도에 따라 흡수제의 양을 조절하여 공급하다가 집진제어부로부터 집진부의 탈진을 결정함을 알림에 따라 집진부의 탈진에 앞서 탈진 종료 후에 순간적으로 증가할 이산화황 농도를 고려하여 흡수부에 흡수제의 양을 추가로 공급하도록 제어하고, 탈진 종료 후에 흡수제의 양을 감소시키는 탈황 집진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서 흡수부는
    분말 형태의 이산화황 흡수제를 공급하는 흡수제 공급부;
    이산화황 흡수제 공급부로부터 공급받은 흡수제를 분사하는 흡수제 분사부와, 탈황반응으로 생성된 반응물을 수거하는 반응물 수거부를 포함하는 흡수기; 및
    흡수부의 인렛측에 위치하는 제1 이산화황 센서부;
    를 포함하는 탈황 집진 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수제 공급부가 슬러리 형태의 흡수제를 공급하고 상기 흡수제 분사부가 슬러리 형태의 흡수제를 분무하는 탈황 집진 장치.
  4. 제 1 항에 있어서 집진부는
    인렛측에 위치하는 제1 압력센서부;
    내부에 백 필터와, 가스를 분사하여 백 필터를 탈진하는 에어제트 분사부와, 백 필터에 의해 분리된 분진을 수거하는 분진수거부를 포함하는 집진기;
    아웃렛측에 위치하는 제2 이산화황 센서부;
    아웃렛측에 위치하는 제2 압력센서부;
    덕트를 통해 아웃렛과 연결되어 여과된 가스를 배출하는 송풍부; 및
    송풍부 출구에 연결되는 스택;
    을 포함하는 탈황 집진 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    탈황제어부는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어로 흡수제 공급량을 제어하는 탈황 집진 장치.
  6. 흡수부와, 집진부를 포함하는 탈황 집진 장치의 탈황 제어 방법에 있어서,
    집진부의 인렛과 아웃렛의 압력을 각각 측정하는 단계;
    집진부 아웃렛의 이산화황 농도를 측정하는 단계;
    측정된 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제 양을 조절하는 단계;
    를 포함하되,
    집진부 차압을 산출하는 단계;
    집진부 차압을 설정된 기준 차압 임계치와 비교하여 에어제트 분사부의 분사여부를 결정하는 단계;
    분사 여부가 결정되면, 흡수제의 양을 조절하는 단계에서 에어제트 분사에 앞서 흡수부에 측정된 이산화황 농도에 따라 조절되어 공급되어야 할 양보다 탈진 종료 후에 순간적으로 증가할 이산화황 농도를 고려하여 흡수제를 더 추가하여 공급한 후, 에어제트 분사하여 백 필터를 탈진하는 단계;
    탈진 종료 후에는 흡수제의 양을 감소시키는 단계;를 더 포함하는 탈황 집진 장치의 탈황 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    측정된 이산화황 농도에 따라 흡수부에 공급되는 흡수제 양을 조절하는 단계는 PID제어로 흡수제 공급량을 조절하는 단계인 탈황 집진 장치의 탈황 제어 방법.
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