KR102166989B1 - Phosphorus recovery system in pressurized oxygen combustion ash - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가압 순산소 연소에서 발생하는 회분으로부터 인을 회수하기 위한 시스템에 관한 것으로, 연료 및 산소가 가압 공급되어 연소가 이루어지는 연소기, 및 상기 연소기에서의 연소에 의해 발생하는 배가스가 유입되며, 유입된 배가스에 포함된 성분이 응축된 산성수가 배출되는 탈황부를 포함하는 연소부; 및 상기 연소기에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 투입되며, 상기 탈황부에서 응축된 산성수가 유입되는 인 회수부;를 포함하는 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 가압 순산소 연소 시스템에 인 함유 연료를 투입하여 발생하는 회분과 배가스 응축에 의해 발생하는 산성수를 활용하여 인 추출 공정을 적용함으로써, 기존 가압 순산소 연소 시스템의 부산물인 회분 및 산성수 처리부담과 기존 인 회수공정의 구성요소인 회분 및 황산 공급을 상호적으로 해결할 수 있게 된다.The present invention relates to a system for recovering phosphorus from ash generated in pressurized pure oxygen combustion, and a combustor in which fuel and oxygen are pressurized and combusted, and exhaust gas generated by combustion in the combustor is introduced and introduced. A combustion unit including a desulfurization unit through which acidic water in which components contained in the exhaust gas are condensed is discharged; And a phosphorus recovery unit into which ash generated by combustion in the combustor is input and into which acidic water condensed by the desulfurization unit is introduced. It provides a phosphorus recovery system from a pressurized pure oxygen combustion ash.
According to the present invention, by applying a phosphorus extraction process using ash generated by injecting a phosphorus-containing fuel into a pressurized pure oxygen combustion system and acidic water generated by condensation of exhaust gas, ash, which is a by-product of the existing pressurized pure oxygen combustion system, and The burden of acid water treatment and the supply of ash and sulfuric acid, which are components of the existing phosphorus recovery process, can be mutually solved.

Figure R1020180123712
Figure R1020180123712

Description

가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템{Phosphorus recovery system in pressurized oxygen combustion ash}Phosphorus recovery system in pressurized oxygen combustion ash

본 발명은 가압 순산소 연소에서 발생하는 회분으로부터 인을 회수하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for recovering phosphorus from ash generated in pressurized pure oxygen combustion.

순산소 연소 시스템은 공기 대신 순산소와 연료를 혼합하여 연소하는 방식으로, 연소 후에는 공기 중에 포함되어 있는 질소에 의한 질소산화물이 생성되지 않고 이산화탄소와 연료 유래 황산화물 및 질소산화물이 포함된 형태로 연소가스가 배출된다.The pure oxygen combustion system burns pure oxygen and fuel instead of air.After combustion, nitrogen oxides are not generated by nitrogen contained in the air, and carbon dioxide, sulfur oxides derived from fuel, and nitrogen oxides are included. The combustion gas is discharged.

순산소 연소 시스템은 연소가스에 포함된 이산화탄소를 농축하여 배출하므로, 환경적, 경제적으로 큰 효과를 얻을 수 있지만, 연소가스의 재순환으로 인해 일반적인 공기연소보다 고농도의 황산화물 및 질소산화물이 발생하게 된다.The pure oxygen combustion system condenses and discharges carbon dioxide contained in the combustion gas, so environmental and economical effects can be obtained, but higher concentrations of sulfur oxides and nitrogen oxides are generated than general air combustion due to the recirculation of the combustion gas. .

기존 순산소 연소 시스템의 효율 개선 및 소형화 등의 목적으로 연소로 및 주요 가스부가 상압 이상의 압력으로 운전되는 가압 순산소 연소에서는 압력 증가에 따른 가스 밀도 상승과 황 및 질소 성분의 전환율 증가로 연소가스 내 황산화물 및 질소산화물 함량이 기존 순산소 연소 시스템 대비 더욱 농후하게 된다.In pressurized pure oxygen combustion, in which the combustion furnace and main gas parts are operated at a pressure higher than normal pressure for the purpose of improving the efficiency and miniaturization of the existing pure oxygen combustion system, the gas density increases according to the pressure increase and the conversion rate of sulfur and nitrogen components increases. The content of sulfur oxides and nitrogen oxides will be thicker compared to the existing pure oxygen combustion system.

특허문헌 1에는 순산소 연소시스템에서 발생하는 황산화물을 포함하는 연소가스(배가스)에 물을 분사하여 냉각, 응축시켜 제거하는 황산화물 제거부를 포함하는 순산소 연소 시스템이 개시된다.Patent Document 1 discloses a pure oxygen combustion system including a sulfur oxide removal unit for cooling and condensing by spraying water onto a combustion gas (exhaust gas) containing sulfur oxide generated in a pure oxygen combustion system.

황산화물을 포함하는 배가스를 대기중으로 배출하지 않을 수 있다는 장점은 있으나, 황산화물을 응축시키면 황산을 포함하는 산성수가 발생하는데 황산은 강산성으로서, 이 역시 그대로 배출할 수는 없고 수처리 계열의 후처리 공정을 추가로 거쳐 배출하여야 한다는 문제가 있다.Although it has the advantage of not being able to discharge the flue gas containing sulfur oxide into the atmosphere, when the sulfur oxide is condensed, acidic water containing sulfuric acid is generated. Sulfuric acid is strongly acidic and cannot be discharged as it is, and a water treatment-based post-treatment process There is a problem that it must be discharged through additionally.

연소 시스템에서 발생하여 오염물질이 될 수 있는 부산물은 황산화물 뿐만 아니라, 고온 연소에 따른 질소산화물 및 연소 후 연료로부터 발생하는 회분 등이 있는데, 이에 대하여는 전혀 고찰이 없다.By-products that may be generated in the combustion system and become pollutants include not only sulfur oxides, but also nitrogen oxides resulting from high-temperature combustion and ash generated from the fuel after combustion, and there is no consideration at all.

한편, 특허문헌 2에는 하수 슬러지 소각재에 산을 첨가하여 인을 회수 하는 방법이 개시되는데, 이러한 방법은 소각재 처리를 위하여 많은 산성수가 투입되어야 하기에 비용면에서 그다지 효율적이지 못하다는 단점이 있다.On the other hand, Patent Document 2 discloses a method of recovering phosphorus by adding acid to sewage sludge incineration ash, and this method has a disadvantage in that it is not very efficient in terms of cost because a large amount of acidic water must be added to treat the incineration ash.

특허문헌 1: KR 2014-0089928 APatent Document 1: KR 2014-0089928 A 특허문헌 2: JP 2000-95549 APatent Document 2: JP 2000-95549 A

본 발명은 상기한 종래의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가압 순산소 연소시 발생하는 회분으로부터 인을 효과적으로 회수하기 위한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a system for effectively recovering phosphorus from ash generated during combustion of pressurized pure oxygen and conceived to solve the above-described conventional problems.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료 및 산소가 가압 공급되어 연소가 이루어지는 연소기, 및 상기 연소기에서의 연소에 의해 발생하는 배가스가 유입되며, 유입된 배가스에 포함된 성분이 응축된 산성수가 배출되는 탈황부를 포함하는 연소부; 및 상기 연소기에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 투입되며, 상기 탈황부에서 응축된 산성수가 유입되는 인 회수부;를 포함하는 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a combustor in which fuel and oxygen are pressurized and supplied to combust, and exhaust gas generated by combustion in the combustor is introduced, and acidic water in which components contained in the introduced exhaust gas are condensed. Combustion unit including a desulfurization unit discharged; And a phosphorus recovery unit into which ash generated by combustion in the combustor is input and into which acidic water condensed by the desulfurization unit is introduced. It provides a phosphorus recovery system from a pressurized pure oxygen combustion ash.

상기 인 회수부는, 상기 연소기에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 투입되며, 상기 탈황부에서 응축된 산성수가 유입되어, 유입된 상기 산성수에 의해, 투입된 상기 회분에 포함된 인 성분이 용출되는 용출조; 용출된 인이 포함된 슬러리가 유입되어 상등액이 분리되는 분리조; 상기 분리조에서 분리된 상등액에 침전제 및 pH 조정제가 투입되어 상기 상등액에 포함된 인 성분이 침전되는 침전조; 및 상기 침전조에서 침전된 인 성분을 포함하는 침전물이 회수되는 회수조를 포함할 수 있다.In the phosphorus recovery unit, ash generated by combustion in the combustor is introduced, acidic water condensed in the desulfurization unit is introduced, and the phosphorus component contained in the injected ash is eluted by the introduced acidic water. Appearance; A separation tank in which a slurry containing the eluted phosphorus is introduced to separate the supernatant; A precipitation tank in which a precipitant and a pH adjuster are added to the supernatant separated in the separation tank to precipitate phosphorus components contained in the supernatant; And a recovery tank in which a precipitate containing a phosphorus component precipitated in the settling tank is recovered.

상기 연소기와 상기 인 회수부 사이에 위치하며, 상기 연소기에서 생성되는 회분이 수집되는 회분 수집부; 및 공기에서 질소 및 산소를 분리하여 분리된 산소를 상기 연소기로 공급하는 ASU(Air Separation Unit);를 더 포함하며, 상기 ASU에서 분리된 질소의 공압으로 상기 회분 수집부에 수집된 상기 회분이 상기 인 회수부로 투입될 수 있다. An ash collection unit located between the combustor and the phosphorus recovery unit and collecting ash generated in the combustor; And an ASU (Air Separation Unit) for separating nitrogen and oxygen from the air and supplying the separated oxygen to the combustor, wherein the ash collected in the ash collection unit by pneumatic pressure of the nitrogen separated from the ASU is the It can be put into the phosphorus recovery unit.

상기 연소부는, 상기 탈황부보다 높은 압력으로 유지되며, 상기 탈황부를 거친 배가스가 유입되어, 유입된 상기 배가스에 포함된 질소산화물이 응축되어 질산이 포함된 산성수가 배출되는 탈질부를 더 포함할 수 있다.The combustion unit may further include a denitrification unit maintained at a pressure higher than that of the desulfurization unit, through which exhaust gas passing through the desulfurization unit is introduced, and nitrogen oxides contained in the introduced exhaust gas are condensed to discharge acidic water containing nitric acid. .

상기 탈황부 및 상기 탈질부에서 배출되는 산성수의 일부는 상기 연소기로 공급될 수 있다.Part of the acidic water discharged from the desulfurization unit and the denitrification unit may be supplied to the combustor.

상기 연료는 하수 슬러지, 가축분뇨, 바이오매스 폐기물 고형연료 또는 인을 포함하는 연료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The fuel may include at least one of sewage sludge, livestock manure, biomass waste solid fuel, or fuel containing phosphorus.

본 발명에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템에 의하면, 가압 순산소 연소 시스템에 인 함유 연료를 투입하여 발생하는 회분과 배가스 응축에 의해 발생하는 산성수를 활용하여 인 추출 공정을 적용함으로써, 기존 가압 순산소 연소 시스템의 부산물인 회분 및 산성수 처리부담과 기존 인 회수공정의 구성요소인 회분 및 황산 공급을 상호적으로 해결할 수 있게 된다.According to the phosphorus recovery system from the pressurized pure oxygen combustion ash according to the present invention, the phosphorus extraction process is applied by utilizing the acidic water generated by the condensation of the exhaust gas and the ash generated by introducing the phosphorus-containing fuel into the pressurized pure oxygen combustion system. In addition, the burden of treatment of ash and acidic water, which are by-products of the existing pressurized pure oxygen combustion system, and the supply of ash and sulfuric acid, which are components of the existing phosphorus recovery process, can be mutually resolved.

구체적으로, 인을 포함하는 비교적 저급의 연료를 가압 순산소 연소를 통하여 연소시키면서 열 에너지를 얻을 수 있으며, 가압 순산소 연소의 부산물로 발생하는 회분과 산성수로부터 인을 회수함으로써, 각종 인 함유 고형연료의 연소 시스템 활용도 및 가치를 증대시킬 수 있다.Specifically, heat energy can be obtained by burning relatively low-grade fuel containing phosphorus through pressurized pure oxygen combustion, and by recovering phosphorus from ash and acidic water generated as a by-product of pressurized pure oxygen combustion, various phosphorus-containing solids It can increase the utilization and value of the fuel's combustion system.

또한, 발전 시스템으로서의 기능만을 하던 가압 순산소 연소 시스템의 운전비용 개선 및 전력생산 외의 부가가치를 발생시킨다는 장점을 갖는다. In addition, it has the advantage of improving the operating cost of the pressurized pure oxygen combustion system, which only functions as a power generation system, and generating added value other than power generation.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템을 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows a phosphorus recovery system in a pressurized pure oxygen combustion ash according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.The above objects, features, and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention and may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be described based on the contents throughout the present specification.

또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.In addition, the described embodiments are provided by way of example for description of the invention, and do not limit the technical scope of the invention.

본 발명에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.Each of the components constituting the phosphorus recovery system in the pressurized pure oxygen combustion ash according to the present invention may be used integrally or separately, if necessary. In addition, depending on the type of use, some components may be omitted.

이하, 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템의 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, a configuration of a phosphorus recovery system in a pressurized pure oxygen combustion ash according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템은, 크게 연소부(100)와 인 회수부(200)로 나눌 수 있다. 이하 차례로 설명한다.The phosphorus recovery system in the pressurized pure oxygen combustion ash according to an embodiment of the present invention can be largely divided into a combustion unit 100 and a phosphorus recovery unit 200. It will be described in order below.

연소부(100)는 ASU(Air Separation Unit, 110), 연소기(120), 열 회수부(130), 탈황부(140), 탈질부(150) 및 CPU(160, CO2 Processing Unit, 160)를 포함한다.The combustion unit 100 includes an ASU (Air Separation Unit, 110), a combustor 120, a heat recovery unit 130, a desulfurization unit 140, a denitrification unit 150, and a CPU 160 (CO2 Processing Unit, 160). Include.

ASU(110)는 공기에서 질소를 분리한 산소를 가압(예를 들면, 대략 10bar)하여 연소기(120)로 공급한다. The ASU 110 pressurizes (eg, approximately 10 bar) oxygen obtained by separating nitrogen from the air and supplies it to the combustor 120.

연소기(120)는 ASU(110)의 후단에 연결되며, ASU(110)에서 가압된 산소 및 연료가 투입되어 연소기(120) 내에서 연소가 이루어진다. The combustor 120 is connected to the rear end of the ASU 110, and the oxygen and fuel pressurized by the ASU 110 are injected to perform combustion in the combustor 120.

연소기(120)로 투입되는 연료는 한정되지 않으나, 인이 비교적 많이 포함된 하수 슬러지, 가축분뇨, 바이오매스, 및 폐기물 고형 연료 등을 들 수 있다.The fuel input to the combustor 120 is not limited, but may include sewage sludge containing a relatively large amount of phosphorus, livestock manure, biomass, and waste solid fuel.

상기와 같은 연료는 인이 많이 포함되어 있으나, 수분 함량이 높고 탄소 함량이 낮은 경우가 많은 비교적 저품질의 연료인데, 이러한 연료를 상압조건에서 공기를 산화제로 공급하여 연소를 행하면 연소 효율이 매우 떨어지기 때문에, 가압 순산소 조건에서 연소를 행하는 것이 효율적이다.The above fuel contains a lot of phosphorus, but it is a relatively low quality fuel in many cases with high moisture content and low carbon content.If such fuel is supplied with air as an oxidizing agent under atmospheric pressure, combustion efficiency is very low. Therefore, it is efficient to perform combustion under pressurized pure oxygen conditions.

연소기(120)로 투입된 산소와 연료의 연소에 의해 배가스 및 회분이 발생하게 된다. 발생한 회분은 후술할 인 회수부(200)로 투입되거나, 연소기(120)에 연결된 회분 수집부(121)로 배출되어 수집되었다가 인 회수부(200)로 투입될 수 있다.Exhaust gas and ash are generated by combustion of oxygen and fuel injected into the combustor 120. The generated ash may be introduced into the phosphorus recovery unit 200 to be described later, or may be discharged to the ash collection unit 121 connected to the combustor 120 and collected and then introduced into the phosphorus recovery unit 200.

열 회수부(130)는 연소기(120) 후단에 연결되며, 연소기(120)에서 발생하는 고온의 배가스가 유입되어, 유입된 배가스로부터 열을 회수한다. 열 회수부(130)는 배가스에 포함된 열 에너지를 회수하는 구성으로서 한정되지 않으며, 열 교환 보일러 또는 회수된 열로 스팀을 생성하여 터빈을 통한 발전을 행하도록 하는 HRSG(Heat Recovery Steam Generator) 등으로 구성될 수 있다.The heat recovery unit 130 is connected to the rear end of the combustor 120, the high-temperature exhaust gas generated from the combustor 120 is introduced, and heat is recovered from the introduced exhaust gas. The heat recovery unit 130 is not limited to a configuration that recovers heat energy included in the exhaust gas, and includes a heat exchange boiler or a heat recovery steam generator (HRSG) that generates steam with the recovered heat to generate power through a turbine. Can be configured.

탈황부(140)는 열 회수부(130) 후단에 연결되며, 열 회수부(130)에서 열 에너지가 회수된 배가스가 탈황부(140)로 유입된다. The desulfurization unit 140 is connected to the rear end of the heat recovery unit 130, and exhaust gas from which heat energy is recovered from the heat recovery unit 130 is introduced into the desulfurization unit 140.

탈황부(140)는 유입된 배가스에 물을 분사/혼합하거나 또는 배가스 내 수분을 응축수로 전환시켜 배가스에 포함된 황산화물이 용해됨으로써 황산이 포함된 산성수가 생성되어 배출되도록 한다. 배출되는 산성수는 탈황부(140)와 연결된 산성수 수집부(141)에서 수집되었다가 배출될 수 있다.The desulfurization unit 140 sprays/mixes water into the introduced exhaust gas or converts moisture in the exhaust gas into condensed water to dissolve sulfur oxides contained in the exhaust gas so that acidic water containing sulfuric acid is generated and discharged. The discharged acidic water may be collected in the acidic water collection unit 141 connected to the desulfurization unit 140 and then discharged.

탈질부(150)는 탈황부(140) 후단에 연결되며, 필요시 탈황부(140)보다 높은 압력(예를 들면 20bar)으로 유지된다. 이는 황산화물과 질소산화물의 응축조건이 다르기 때문으로, 탈황부(140)와 탈질부(150) 사이에 위치한 가압 컴프레셔(140)를 통하여 배가스를 가압하여 탈질부(150)로 공급할 수 있다.The denitration unit 150 is connected to the rear end of the desulfurization unit 140 and, if necessary, is maintained at a higher pressure (for example, 20 bar) than the desulfurization unit 140. This is because the condensation conditions of sulfur oxide and nitrogen oxide are different, and the exhaust gas may be pressurized through the pressurized compressor 140 located between the desulfurization unit 140 and the denitrification unit 150 to be supplied to the denitrification unit 150.

탈질부(150)에서도 탈황부(140)와 마찬가지로, 유입된 배가스에 물을 분사/혼합하거나 배가스 내 수분을 응축수로 전환시켜 배가스에 포함된 질소산화물이 응축됨으로써 질산이 포함된 산성수가 생성되어 배출되도록 한다. 배출되는 산성수는 탈질부(150)와 연결된 산성수 수집부(151)에서 수집되었다가 배출될 수 있다.In the denitrification unit 150, as in the desulfurization unit 140, water is sprayed/mixed to the introduced exhaust gas or converted into condensed water to convert the moisture in the exhaust gas to condense nitrogen oxides contained in the exhaust gas to generate acidic water containing nitric acid and discharge it. Make it possible. The acidic water discharged may be collected in the acidic water collection unit 151 connected to the denitration unit 150 and then discharged.

CPU(160)는 탈질부(150) 후단에 연결되어 탈질부(150)에서 배출되는 배가스를 순차 가압하여 배가스에 포함된 이산화탄소를 제거하여 배출한다.The CPU 160 is connected to the rear end of the denitration unit 150 to sequentially pressurize the exhaust gas discharged from the denitration unit 150 to remove and discharge carbon dioxide contained in the exhaust gas.

상기한 바와 같이 연소부(100)에서의 가압 순산소 연소에 의하여, 회분, 황산 산성수 및 질산 산성수와 같이 후처리가 필요한 연소 부산물이 발생하게 된다. As described above, by the pressurized pure oxygen combustion in the combustion unit 100, combustion by-products requiring post-treatment such as ash, acidic sulfuric acid water, and acidic nitric acid water are generated.

다음, 인 회수부(200)의 구성을 설명한다.Next, the configuration of the phosphorus recovery unit 200 will be described.

인 회수부(200)는 연소부(100)에서의 연소에 의해 발생하는 회분과 탈황부(140)에서 응축된 산성수를 이용하여 회분에 포함된 인을 회수하는 구성이다.The phosphorus recovery unit 200 is configured to recover phosphorus contained in the ash by using ash generated by combustion in the combustion unit 100 and acidic water condensed in the desulfurization unit 140.

인 회수부(200)는, 용출조(210), 분리조(220), 침전조(230) 및 회수조(240)를 포함한다.The phosphorus recovery unit 200 includes an elution tank 210, a separation tank 220, a settling tank 230, and a recovery tank 240.

용출조(210)는 연소기(120) 또는 상기 회분 수집부(121)와 연결되어, 연소기(120)에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 용출조(210)로 투입된다.The elution tank 210 is connected to the combustor 120 or the ash collection unit 121, and ash generated by combustion in the combustor 120 is introduced into the elution tank 210.

또한, 용출조(210)에는 상기 탈황부(140)에서 응축된 황산을 포함하는 산성수가 유입되고, 산성수와 회분이 혼합되면서, 슬러리 형태를 이루며 투입된 회분에 포함된 인 성분이 용출된다.In addition, acidic water including sulfuric acid condensed in the desulfurization unit 140 is introduced into the elution tank 210, and as the acidic water and ash are mixed, phosphorus components contained in the input ash in the form of a slurry are eluted.

분리조(220)는 용출조(210)와 연결되며, 용출조(210)에서 용출된 인이 포함된 슬러리가 유입되어 상등액이 분리된다.Separation tank 220 is connected to the elution tank 210, the slurry containing phosphorus eluted from the elution tank 210 is introduced into the supernatant liquid is separated.

침전조(230)는 분리조(220)와 연결되며, 분리조(220)에서 분리된 상등액이 유입되고, 유입된 상등액에 침전제 및 pH 조정제가 투입되어, 상등액에 포함된 인 성분이 침전된다.The sedimentation tank 230 is connected to the separation tank 220, the supernatant separated in the separation tank 220 is introduced, a precipitant and a pH adjuster are added to the introduced supernatant, and the phosphorus component contained in the supernatant is precipitated.

회수조(240)는 침전조(230)와 연결되며, 침전조(230)에서 침전된 인 성분을 포함하는 침전물이 유입되어 회수된다.The recovery tank 240 is connected to the settling tank 230, and a precipitate containing a phosphorus component precipitated in the settling tank 230 is introduced and recovered.

다음, 첨부된 도 1을 다시 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템의 운전과정을 상세히 설명한다.Next, referring again to FIG. 1, the operation of the phosphorus recovery system in the pressurized pure oxygen combustion ash according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, ASU(110)에 의해 공기에서 질소 및 산소가 분리되며, 분리된 산소가 가압되어 연소기(120)로 공급된다. 또한, 하수 슬러지, 가축분뇨, 폐기물, 바이오매스 고형연료 등의 연료가 연소기(120)로 공급되고, 공급된 연료 및 산소의 연소가 연소기(120)에서 이루어진다.First, nitrogen and oxygen are separated from the air by the ASU 110, and the separated oxygen is pressurized and supplied to the combustor 120. In addition, fuel such as sewage sludge, livestock manure, waste, and biomass solid fuel is supplied to the combustor 120, and combustion of the supplied fuel and oxygen is performed in the combustor 120.

연소기(120)에서의 연소에 의해 회분 및 배가스가 발생된다. Ash and exhaust gas are generated by combustion in the combustor 120.

연소기(120)에서 발생된 회분은 인 회수부(200)의 용출조(210)로 투입되거나, 회분 수집부(121)에 의해 수집되었다가 용출조(210)로 투입된다.The ash generated in the combustor 120 is introduced into the elution tank 210 of the phosphorus recovery unit 200 or is collected by the ash collection unit 121 and then introduced into the elution tank 210.

이 때, 회분 수집부(121)에 수집된 회분은 상기 ASU(110)에서 분리된 질소를 회분 수집부(121)에 공급하여, 공급되는 질소의 공압으로 용출조(210)에 투입되도록 할 수 있다. At this time, the ash collected in the ash collection unit 121 supplies the nitrogen separated from the ASU 110 to the ash collection unit 121, so that the supplied nitrogen may be introduced into the elution tank 210 with the pneumatic pressure of the supplied nitrogen. have.

이로써, 회분을 용출조(210)에 투입하기 위하여 펌프 등 별도의 동력을 사용할 필요가 없게 된다.As a result, there is no need to use a separate power such as a pump to inject the ash into the elution tank 210.

연소기(120)에서 발생된 배가스는 열 회수부(130)로 유입되며, 유입된 배가스로부터 열 에너지가 회수된다.The exhaust gas generated from the combustor 120 is introduced into the heat recovery unit 130, and heat energy is recovered from the introduced exhaust gas.

열에너지가 회수된 배가스는 탈황부(140)로 유입되며, 탈황부(140)로 유입된 배가스에 물이 분사되어 혼합되고, 배가스에 포함된 황산화물이 응축됨으로써 황산이 포함된 산성수가 생성된다.The exhaust gas from which the heat energy is recovered is introduced into the desulfurization unit 140, water is sprayed and mixed with the exhaust gas introduced into the desulfurization unit 140, and the sulfur oxide contained in the exhaust gas is condensed to generate acidic water containing sulfuric acid.

탈황부(140)에서 생성된 황산을 포함하는 산성수는 탈황부(140)와 연결된 산성수 수집부(141)에 수집되며, 수집된 황산을 포함하는 산성수는 인 회수부(200)의 용출조(210)로 투입된다.The acidic water containing sulfuric acid generated in the desulfurization unit 140 is collected in the acidic water collection unit 141 connected to the desulfurization unit 140, and the acidic water containing the collected sulfuric acid is used for the phosphorus recovery unit 200. It is put into the outgoing tank 210.

이 때, 연소부(100)는 가압조건이고, 인 회수부(200)는 상압조건이므로, 황산을 포함하는 산성수는 압력차로 인하여 용출조(210)로 투입되며, 따라서, 산성수를 용출조(210)로 투입하기 위한 펌프 등 별도의 동력이 필요하지 않게 된다.At this time, since the combustion unit 100 is under a pressurized condition and the phosphorus recovery unit 200 is under normal pressure, the acidic water containing sulfuric acid is introduced into the elution tank 210 due to the pressure difference, and thus, the acidic water is used in the elution tank. Separate power such as a pump for input to 210 is not required.

탈황부(140)에서 황산화물이 제거된 배가스는 가압 컴프레셔(140)를 지나 가압되어, 탈질부(150)로 유입된다.The exhaust gas from which the sulfur oxide is removed from the desulfurization unit 140 is pressurized through the pressurized compressor 140 and introduced into the denitrification unit 150.

탈질부(150)로 유입된 배가스에 물이 분사되어 혼합되고, 배가스에 포함된 질소산화물이 응축됨으로써 질산이 포함된 산성수가 생성된다.Water is injected into the exhaust gas introduced into the denitration unit 150 to be mixed, and nitrogen oxides contained in the exhaust gas are condensed to generate acidic water containing nitric acid.

질산이 포함된 산성수는 탈질부(150)와 연결된 산성수 수집부(151)에서 수집되어 배출된다. Acidic water containing nitric acid is collected and discharged by the acidic water collection unit 151 connected to the denitration unit 150.

한편, 각 산성수 수집부(141, 151)에 수집된 산성수는 펌프에 의해 연소기(120)로 재투입될 수 있다.Meanwhile, the acidic water collected in each of the acidic water collection units 141 and 151 may be reintroduced into the combustor 120 by a pump.

탈질부(150)에서 질산이 제거된 배가스는 대부분이 이산화탄소로 이루어지게 되는데 이러한 배가스가 CPU(160)로 유입되어 순차로 고압으로 가압됨으로써 액화하여 배출 및 제거할 수 있다. Most of the exhaust gas from which nitric acid is removed from the denitration unit 150 is composed of carbon dioxide, and the exhaust gas is introduced into the CPU 160 and is sequentially pressurized to a high pressure to liquefy, discharge and remove.

한편, 상기한 바와 같이 인 회수부(200)의 용출조(210)에는 연소기(120)에서 생성되고 수집된 회분과, 탈황부(140)에서 생성된 황산을 포함하는 산성수가 투입되어 혼합됨으로써 슬러리 형태가 되며, 슬러리가 균일하게 혼합될 수 있도록 교반을 행할 수 있다.Meanwhile, as described above, the ash generated and collected in the combustor 120 and acidic water including sulfuric acid generated in the desulfurization unit 140 are added to the elution tank 210 of the phosphorus recovery unit 200 and mixed. It becomes a form, and agitation can be performed so that the slurry can be uniformly mixed.

용출조(210)에서 혼합된 슬러리는 분리조(220)로 투입되며, 투입된 슬러리를 일정시간 동안 방치하여, 혼합된 슬러리가 상등액과 침전물로 분리되도록 한다.The slurry mixed in the elution tank 210 is introduced into the separation tank 220, and the input slurry is allowed to stand for a certain period of time, so that the mixed slurry is separated into a supernatant and a precipitate.

분리조(220)에서 분리된 상등액은 침전조(230)로 투입되고, 분리된 침전물은 배출된다.The supernatant separated in the separation tank 220 is introduced into the sedimentation tank 230, and the separated precipitate is discharged.

침전조(230)로 투입된 상등액에 침전제를 투입함으로써 상등액에 포함된 인을 결정화되면서 인을 포함하는 화합물 형태로 침전시킨다.Phosphorus contained in the supernatant is crystallized by adding a precipitating agent to the supernatant added to the precipitation tank 230 and precipitates in the form of a compound containing phosphorus.

침전제의 종류는 한정되지 않으나, 회수할 인의 화합물 형태에 따라 마그네슘, 암모늄, 칼슘 화합물을 사용할 수 있다.The type of precipitant is not limited, but magnesium, ammonium, or calcium compounds may be used depending on the type of phosphorus compound to be recovered.

이 때, 상등액의 pH가 너무 낮으면 인의 결정화가 잘 이루어지지 않을 수 있으므로, pH 조정제를 투입하여 적절한 pH가 되도록 한다. pH 조정제 역시 한정되지 않으나, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리성 조정제가 사용될 수 있다.At this time, if the pH of the supernatant is too low, phosphorus may not be crystallized well, so a pH adjuster is added to achieve an appropriate pH. The pH adjusting agent is also not limited, but an alkaline adjusting agent such as sodium hydroxide or potassium hydroxide may be used.

또한, 바람직하게는, 상등액에 침전제와 pH 조정제를 투입한 후 교반을 행할 수 있다.Further, preferably, a precipitating agent and a pH adjuster are added to the supernatant, followed by stirring.

침전제와 pH 조정제가 투입되어 인 화합물이 결정화된 침전물은 회수조(240)로 투입되어 고체 성분을 분리하여 회수된다. 이와 같이, 분리된 인 화합물은 비료의 원료 등으로 사용될 수 있다.The precipitate in which the phosphorus compound is crystallized by adding a precipitant and a pH adjuster is introduced into a recovery tank 240 to separate and recover a solid component. In this way, the separated phosphorus compound can be used as a raw material for fertilizer or the like.

상기와 같이, 본 발명에 따른 가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템에 의하면, 인을 포함하는 비교적 저급의 연료를 가압 순산소 연소를 통하여 연소 시키면서 열 에너지를 얻을 수 있으며, 가압 순산소 연소의 부산물로 발생하는 회분과 산성수로부터 인을 회수함으로써, 각종 인 함유 고형연료의 연소 시스템 활용도 및 가치를 증대시틸 수 있다.As described above, according to the phosphorus recovery system from the pressurized pure oxygen combustion ash according to the present invention, it is possible to obtain heat energy while combusting a relatively low-grade fuel containing phosphorus through pressurized pure oxygen combustion. By recovering phosphorus from ash and acidic water generated as a by-product, it is possible to increase the utilization and value of the combustion system of various phosphorus-containing solid fuels.

또한, 발전 시스템으로서의 기능만을 하던 가압 순산소 연소 시스템의 운전비용 개선 및 전력생산 외의 부가가치를 발생시킨다는 장점을 갖는다. In addition, it has the advantage of improving the operating cost of the pressurized pure oxygen combustion system, which only functions as a power generation system, and generating added value other than power generation.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment described above. That is, a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications It should be considered that equivalents are also within the scope of the present invention.

100: 연소부
110: ASU
120: 연소기
121: 회분 수집부
130: 열 회수부
140: 탈황부
141: 산성수 수집부
150: 탈질부
151: 산성수 수집부
160: CPU
200: 인 회수부
210: 용출조
220: 분리조
230: 침전조
240: 회수조100: combustion section
110: ASU
120: combustor
121: ash collection unit
130: heat recovery unit
140: desulfurization unit
141: acidic water collection unit
150: denitrification unit
151: acidic water collection unit
160: CPU
200: phosphorus recovery unit
210: elution tank
220: separation tank
230: settling tank
240: recovery tank

Claims (9)

연료 및 산소가 가압 공급되어 가압 순산소 연소가 이루어지는 연소기(120), 및 상기 연소기(120)에서 연소에 의해 발생하는 배가스가 유입되며, 유입된 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수에 상기 배가스의 황산화물이 용해된 황산이 포함된 산성수가 배출되는 탈황부(140)를 포함하는 연소부(100); 및
상기 연소기(120)에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 투입되며, 상기 탈황부(140)에서 응축된 산성수가 유입되어 상기 회분에 포함된 인 성분이 용출되어 회수되는 인 회수부(200);를 포함하는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
Fuel and oxygen are pressurized and supplied to the combustor 120 for pressurized pure oxygen combustion, and exhaust gas generated by combustion in the combustor 120 is introduced, and the moisture contained in the introduced exhaust gas is condensed in the condensed water. A combustion unit 100 including a desulfurization unit 140 through which acidic water containing sulfuric acid in which sulfur oxide is dissolved is discharged; And
A phosphorus recovery unit 200 in which ash generated by combustion in the combustor 120 is injected, and acidic water condensed in the desulfurization unit 140 is introduced to elute and recover the phosphorus component contained in the ash. Included,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항에 있어서,
상기 인 회수부(200)는,
상기 연소기(120)에서의 연소에 의해 발생하는 회분이 투입되며, 상기 탈황부(140)에서 배출된 산성수가 유입되어, 유입된 상기 산성수에 의해, 투입된 상기 회분에 포함된 인 성분이 용출되는 용출조(210);
용출된 인이 포함된 슬러리가 유입되어 상등액이 분리되는 분리조(220);
상기 분리조(220)에서 분리된 상등액에 침전제 및 pH 조정제가 투입되어 상기 상등액에 포함된 인 성분이 침전되는 침전조(230); 및
상기 침전조(230)에서 침전된 인 성분을 포함하는 침전물이 회수되는 회수조(240)를 포함하는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 1,
The phosphorus recovery unit 200,
Ash generated by combustion in the combustor 120 is introduced, acidic water discharged from the desulfurization unit 140 is introduced, and the phosphorus component contained in the injected ash is eluted by the introduced acidic water. Elution tank 210;
A separation tank 220 in which a slurry containing the eluted phosphorus is introduced to separate the supernatant;
A precipitation tank 230 in which a precipitant and a pH adjuster are added to the supernatant separated in the separation tank 220 to precipitate phosphorus components contained in the supernatant; And
Including a recovery tank 240 in which the precipitate containing the phosphorus component precipitated in the settling tank 230 is recovered,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항에 있어서,
상기 연소기(120)와 상기 인 회수부(200) 사이에 위치하며, 상기 연소기(120)에서 생성되는 회분이 수집되는 회분 수집부(121); 및
공기에서 질소 및 산소를 분리하여 분리된 산소를 상기 연소기(120)로 공급하는 ASU(Air Separation Unit, 110);를 더 포함하며,
상기 ASU(110)에서 분리된 질소의 공압으로 상기 회분 수집부(121)에 수집된 상기 회분이 상기 인 회수부(200)로 투입되는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 1,
An ash collection unit 121 located between the combustor 120 and the phosphorus recovery unit 200 and collecting ash generated by the combustor 120; And
An ASU (Air Separation Unit, 110) for separating nitrogen and oxygen from the air and supplying the separated oxygen to the combustor 120; further includes,
The ash collected in the ash collection unit 121 by the pneumatic pressure of nitrogen separated from the ASU 110 is introduced into the phosphorus recovery unit 200,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항에 있어서,
상기 연소부(100)는,
상기 탈황부(140)보다 높은 압력으로 유지되며, 상기 탈황부(140)를 거친 배가스가 유입되어, 유입된 상기 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수에 질소산화물이 용해되어 질산이 포함된 산성수가 배출되는 탈질부(150)를 더 포함하는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 1,
The combustion unit 100,
It is maintained at a higher pressure than the desulfurization unit 140, and the exhaust gas that has passed through the desulfurization unit 140 is introduced, and nitrogen oxide is dissolved in the condensed water in which the moisture contained in the introduced exhaust gas is condensed, and acidic water containing nitric acid is Further comprising a denitration unit 150 to be discharged,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 4 항에 있어서,
상기 탈황부(140) 및 상기 탈질부(150)에서 배출되는 산성수의 일부는 상기 연소기(120)로 공급되는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 4,
Part of the acidic water discharged from the desulfurization unit 140 and the denitrification unit 150 is supplied to the combustor 120,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항에 있어서,
상기 연료는 하수 슬러지, 가축분뇨, 바이오매스 폐기물 고형연료 또는 인을 포함하는 연료 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 1,
The fuel comprises at least one of sewage sludge, livestock manure, biomass waste solid fuel or fuel containing phosphorus,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항에 있어서,
상기 탈황부(140)에는 물이 분사되고, 분사된 물에 상기 배가스에 포함된 황이 용해되어 황산이 포함된 산성수가 배출되는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 1,
Water is sprayed into the desulfurization unit 140, sulfur contained in the exhaust gas is dissolved in the sprayed water, and acidic water containing sulfuric acid is discharged,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 5 항에 있어서,
상기 탈질부(150)에는 물이 분사되고, 분사된 물에 상기 배가스에 포함된 질소산화물이 용해되어 질산이 포함된 산성수가 배출되는,
가압 순산소 연소 회분에서의 인 회수 시스템.
The method of claim 5,
Water is sprayed into the denitration unit 150, and nitrogen oxides contained in the exhaust gas are dissolved in the sprayed water to discharge acidic water containing nitric acid,
Phosphorus recovery system from pressurized pure oxygen combustion ash.
 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른,
인 회수부.
According to any one of claims 1 to 8,
Phosphorus recovery unit.
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