KR102440899B1 - 바이오촤를 이용한 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템 - Google Patents

바이오촤를 이용한 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 상부에 위치하는 배가스 유입구 및 하부에 위치하는 배가스 배출구가 구비되는 본체; 상기 본체 내 상부에 위치하는 열교환기로 구성되어, 상기 배가스를 응축시킨 응축수를 통하여 상기 배가스 내의 황산화물을 1차로 저감하는 ICC(Indirect Contact Condensing) 반응부; 상기 본체 내 하부에 위치하며 바이오촤가 수용되며, 상기 수용된 바이오촤에 의해 상기 응축수의 pH가 조절됨으로써 상기 배가스 내의 황산화물을 2차로 저감하는 DCC(Direct Contact Condensing) 반응부; 및 상기 ICC 반응부와 상기 DCC 반응부 사이에서 물을 분사하여 상기 응축수의 pH를 추가로 조절하고 상기 배가스 내 황산화물을 추가로 저감하는 물 분사부;를 포함하는 배가스 응축장치를 제공한다.
또한, 상기 배가스 응축장치를 포함하는 연소 시스템을 제공한다.

Description

바이오촤를 이용한 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템{A flue gas condenser using bio-char and a combustion system comprising the same}
본 발명은 배가스 응축장치에 관한 것으로서, 상세하게는 바이오촤를 이용한 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다
화력 발전소나 소각 시설 등에 적용되는 연소 시스템에서는 황산화물(SOx)을 포함하는 배가스가 다량 발생한다.
배가스에 포함된 황산화물은 내리는 비와 반응하여 산성비의 주원인이 됨은 물론, 대기 중의 특정조건에서 반응하여 PM 2.5이하의 초미세먼지를 생성하는 전구물질(precursor)로 작용하게 된다.
따라서, 연소 시스템에서 배출되는 배가스에서 황산화물을 제거하는 장치가 필요하다.
일반적으로, 연소 시스템 후단에 설치되어 배가스에 포함된 황산화물을 저감하는 장치로서, FGC(Flue Gas Condensor)가 있다.
이와 같은 FGC는 배가스로부터의 열 회수를 통하여 수분을 응축시키고, 응축된 응축수에 황산화물을 반응시켜 제거하는 방식과, 배가스에 직접 물을 분사하여, 분사된 물에 황산화물을 반응시켜 제거하는 방식이 있다.
전자의 경우에는 배가스로부터 잠열을 회수하여 재사용이 가능하다는 장점이 있으나, 배가스에 포함된 수분량에 한계가 있어 다량의 응축수 생성이 다소 어려워 황산화물 저감 효율이 높지 않으며, 황산화물을 포함하는 산성 응축수의 처리에도 문제가 있다.
후자의 경우에는 배가스에 직접 다량의 물을 분사하여 황산화물을 제거하므로, 황산화물 저감 효율은 매우 높으나, 이로 인해, 황산화물이 포함된 산성 응축수의 양이 전자의 경우보다 훨씬 많다. 예를 들면 1Gw급 발전소에서 발생하는 배가스의 황산화물을 제거하기 위하여 분사되는 물의 양이 배가스 양의 약 1.5배 정도 소요된다.
특허문헌 1은 본 출원인에 의한 등록특허로서, 가압 순산소 연소 시스템에 적용 가능한 배가스 응축장치가 개시된다.
특허문헌 1은 응축기 상부에서 배가스로부터 열을 회수하여 응축시킨 응축수에 배가스에 포함된 황산화물을 반응시켜 제거되도록 하고, 응축기 하부에서 물을 분사하여 분사된 물에 황산화물을 추가로 반응시켜 제거함으로써, 황산화물 저감 효율을 높인다.
특허문헌 1은 가압 순산소 연소 시스템의 장점과 연계되는 것으로서, 가압 순산소 시스템의 경우 산화제로 순산소를 사용하며, 시스템이 가압된 분위기를 유지하므로 배가스 응축온도가 높다.
따라서, 응축기 내부 온도를 많이 내리지 않아도 다량의 응축수가 발생하여 1차 황산화물 저감 효율이 높고, 이에 따라, 황산화물이 추가 저감을 위하여 응축기 하부에서 분사되는 물의 양도 어느 정도 절약이 가능하다는 장점이 있으나, 상기한 종래기술과 마찬가지로 산성의 응축수가 다량 발생하는 문제는 여전히 남아 있다.
또한, 상기한 바와 같이 상압 상태의 연소 시스템에서는 배가스에 포함되는 수분의 양의 한계 및 응축온도의 차이로 인하여 적용이 어렵다는 문제도 있다.
KR 10-2021983 B1
이에, 발명은 상기한 종래기술의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바이오촤를 이용한 배가스 응축장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상부에 위치하는 배가스 유입구(511) 및 하부에 위치하는 배가스 배출구가 구비되는 본체; 상기 본체 내 상부에 위치하는 열교환기로 구성되어, 상기 배가스를 응축시킨 응축수를 통하여 상기 배가스 내의 황산화물을 1차로 저감하는 ICC(Indirect Contact Condensing) 반응부; 상기 본체 내 하부에 위치하며 바이오촤가 수용되며, 상기 수용된 바이오촤에 의해 상기 응축수의 pH가 조절됨으로써 상기 배가스 내의 황산화물을 2차로 저감하는 DCC(Direct Contact Condensing) 반응부; 및 상기 ICC 반응부와 상기 DCC 반응부 사이에서 물을 분사하여 상기 응축수의 pH를 추가로 조절하고 상기 배가스 내 황산화물을 추가로 저감하는 물 분사부;를 포함하는 배가스 응축장치를 제공한다.
상기 배가스 유입구로 유입된 배가스는 상기 ICC 반응부의 열교환기로 유동하는 열 매체와 열교환이 이루어짐으로써 상기 배가스의 잠열이 회수되면서 상기 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수와 상기 배가스에 포함된 황산화물이 반응하여 배가스로부터 제거되는 것이 바람직하다.
상기 ICC 반응부에서의 응축수는 상기 본체 하부로 유동하여 상기 DCC 반응부에 수용된 상기 바이오촤에 형성된 기공에 흡수되면서 pH가 증가되며, 상기 ICC 반응부를 통과한 배가스는 상기 DCC 반응부로 유동하여 상기 pH가 증가된 응축수와 반응하여 황산화물이 추가로 배가스로부터 제거되어 상기 배가스 배출구로 배출되는 것이 바람직하다.
상기 ICC 반응부로부터 상기 DCC 반응부로 유동하는 응축수는 상기 물 분사부를 지나며, 상기 물 분사부에서 분사되는 물에 의해 pH가 증가되고, 상기 ICC 반응부로 부터 상기 DCC 반응부로 유동하는 배가스는 상기 물 분사부를 지나며, 상기 배가스에 포함된 황산화물이 상기 물 분사부에서 분사되는 물과 반응하여 제거되는 것이 바람직하다.
상기 물 분사부에 구비되는 분사조절수단;상기 DCC 반응부로 바이오촤를 공급하는 공급조절수단이 구비되는 바이오촤 공급부; 상기 DCC 반응부에 수용된 바이오촤를 회수하는 회수조절수단이 구비되는 바이오촤 회수부; 상기 DCC 반응부에 설치되는 pH 측정기; 및 상기 배가스 배출구에 설치되는 SOx 측정기;를 더 포함하며, 상기 pH 측정기에서 측정되는 pH 값에 따라 상기 분사조절수단의 동작이 제어되며, 상기 SOx 측정기에서 측정되는 SOx 농도에 따라 상기 공급조절수단 및 상기 회수조절수단의 동작이 제어되는 것이 바람직하다.
상기 DCC 반응부와 연결되어 상기 배가스에 포함된 수분 및 생성된 응축수가 흡수된 바이오촤가 회수되어 수용되며, 상기 바이오촤에 흡수된 상기 수분 및 응축수를 분리하는 분리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 연소장치; 및 상기 연소장치와 연결되는 상기 배가스 응축장치를 포함하는 연소 시스템을 제공한다.
상기 배가스 응축장치 후단에 순차로 연결되는 수분 분리장치, 송풍장치 및 스택을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템에 의하면, 배가스로부터 잠열을 회수하고 발생한 응축수를 이용하여 1차적으로 황산화물을 제거하고, 생성된 산성의 응축수를 염기성의 바이오촤를 이용하여 중화시켜 황산화물을 추가적으로 제거할 수 있어, 배가스에 포함된 황산화물의 저감은 물론, 배가스 잠열의 재사용 및 응축수 처리의 간소화를 도모할 수 있다.
배가스 응축장치 내의 상태 및 배가스에 포함되는 SOx 농도에 따라 배가스 응축 장치 내에 물을 적절히 분사하고, 바이오촤의 공급 및 회수량을 조절함으로써 바이오촤를 통한 응축수의 중화가 적절하게 이루어지도록 제어한다.
또한, 배가스 응축장치에서 사용이 끝난 바이오촤로부터 수분을 분리하여 재사용이 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 응축장치의 개략도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 시스템의 구성을 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 시스템은, 연소장치(100), 열 회수부(200), 탈질장치(300), 집진장치(400), 수분 분리장치(600), 송풍장치(700), 스택(stack, 800), 그리고, 배가스 응축장치(500)를 포함한다.
연소 시스템의 실시예에서 각 구성의 연결은 직접 연결되는 것을 의미하는 것은 아니며, 연소 시스템의 구체적인 실시, 적용에 따라서, 배가스 응축장치(500)와 연소장치(100)의 구성을 제외하고는 각 구성의 순서가 변경되거나, 각 구성 중 일부가 생략되거나, 우회하여 연결되거나 간접 연결될 수 있다.
연소장치(100)는 투입되는 연료와 공기를 연소 시키는 구성이다.
연소장치(100)에는 연료와 공기를 연소 시키기 위한 버너(미도시) 등의 발화장치가 구비될 수 있다.
연소장치(100)로 투입된 연료와 공기의 연소에 의해 배가스가 발생한다.
열 회수부(200)는 연소장치(100) 후단에 연결되어, 연소장치(100)에서의 연소에 의해 발생한 고온의 배가스가 열 회수부(200)로 유입된다.
유입된 고온의 배가스는 열 회수부(200)에서 열교환이 이루어지며, 열교환에 의해 고온의 배가스의 열이 회수된다.
회수된 열은 예를 들면, 발전 시스템에서의 터빈을 구동하는 스팀을 생성하는데 사용될 수 있다.
탈질장치(300)는 열 회수부(200) 후단에 연결되어, 열 회수부(200)에서 열이 회수된 배가스가 유입되며, 배가스에 포함된 질소산화물(NOx)가 탈질장치(300)에서 제거된다.
탈질장치(300)는 공지된 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매 환원)장치나, 또는 SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction, 선택적 비촉매 환원)장치로 구성될 수 있다.
집진장치(400)는 탈질장치(300) 후단에 연결되어, 탈질장치(300)에 의해 질소산화물이 제거된 배가스가 유입되어 미세 입자의 집진이 이루어진다.
집진장치(400)는 공지된 중력 집진, 관성력 집진, 원심력 집진, 음파 집진, 여과 집진, 또는 전기 집진 장치 등으로 구성될 수 있다.
배가스 응축장치(500)는 집진장치(400) 후단에 연결되어, 집진 장치에 의해 미세 입자가 제거된 배가스가 유입된다.
배가스 응축장치(500)에 의해 배가스에 포함된 잠열(폐열)의 회수, 수분의 응축, 및 황산화물의 제거가 이루어지며, 상세히는 후술한다.
수분 분리장치(600)는 배가스 응축장치(500) 후단에 연결되어, 배가스 응축장치(500)로부터 배출되는 배가스에 잔존하는 수분을 추가로 제거한다.
송풍장치(700)는 수분 분리장치(600) 후단에 연결되며, 송풍장치(700)의 동작에 의해 연소 시스템 후단에 음압이 발생되어 배가스가 배출되도록 한다. 송풍장치(700)의 구성은 공지된 IDF(Induced Draft Fan, 유인통풍기)로 구성될 수 있다.
스택(800)(stack, 연돌)은 송풍장치(700) 후단에 연결되어, 연소 시스템의 후단에 위치한다. 수분 분리장치(600)로부터 배출되는 배가스가 스택(800)을 통하여 연소 시스템의 외부로 배출된다.
이하, 첨부된 도 2를 더 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 응축장치(500)의 구성을 상세히 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 응축장치(500)는, 본체(510), ICC(Indirect Contact Condensing) 반응부(520), DCC(Direct Contact Condensing) 반응부(540) 및 물 분사부(530)를 포함한다.
본체(510)는 배가스가 유입되는 공간이 내부에 마련된 원통형, 사각기둥 형태를 이루도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본체(510)의 상부에는 배가스가 유입되는 배가스 유입구(511)가 위치하며, 하부에는 본체(510) 내부를 지난 배가스가 배출되는 배가스 배출구(512)가 위치한다.
그리고, 본체(510)의 내부에는 상기한 ICC 반응부(520), DCC 반응부(540) 및 물 분사부(530)의 구성이 배치된다.
ICC 반응부(520)는 본체(510)의 상부에 위치하며, 열교환기(521)를 구비한다.
열교환기(521)는 튜브 또는 파이프가 열 접촉 표면적이 넓도록 다수회 절곡된 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 핀 형태 등 공지된 열교환기(521)의 형태로 구성될 수 있다.
열교환기(521) 일측으로 유입된 열 매체가 열교환기(521) 내부를 유동하여 열교환기(521) 타측으로 배출된다.
열 매체는 배가스와의 열교환에 의해 열을 회수할 수 있는 유체이면 되고, 예를 들면 물을 사용할 수 있다.
상기한 ICC 반응부(520)에 의해, 본체(510) 내부로 유입된 배가스의 열교환이 이루어짐으로써, 배가스에 포함된 잠열이 회수되며, 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수와 배가스에 포함된 황산화물이 반응하여 제거되고, 응축수는 황산화물과의 반응에 의해 pH가 낮아져(대략 pH 1~2) 산성을 띄게된다.
DCC 반응부(540)는 본체(510)의 하부에 위치한다. DCC 반응부(540)는 본체(510) 하부의 내측에 바이오촤가 수용되는 공간이다.
바이오촤는 염기성(대략 pH 9~10)을 띄며, 표면에 무수한 기공이 형성되어 있다.
ICC 반응부(520)에서 황산화물과 반응한 산성의 응축수는 DCC 반응부(540)로 유동하여, DCC 반응부(540)에 수용된 바이오촤의 기공에 흡수되면서 pH가 증가, 즉 중화된다.
중화된 응축수는 바이오촤 기공에 흡수되어 보유된 상태로, ICC 반응부(520)를 통과한 배가스와 접촉이 이루어진다.
DCC 반응부(540)의 상부에는 DCC 반응부(540) 내부로 바이오촤가 공급되도록 하는 바이오촤 공급부(542)가 위치하며, DCC 반응부(540)의 하부에는 DCC 내부로 공급된 바이오촤가 DCC 반응부(540) 외부로 회수되도록 하는 바이오촤 회수부(543)가 위치한다.
바이오촤 공급부(542)에는 바이오촤의 공급 및 공급되는 양을 조절하기 위한 공급조절수단(541)이 구비되고, 마찬가지로, 바이오촤 회수부(543)에는 바이오촤의 회수 및 회수되는 양을 조절하기 위한 회수조절수단(544)이 구비된다.
상기 공급조절수단(541) 및 회수조절수단(544)의 구성은, DCC 반응부(540) 내부로 공급되는 바이오촤 및 DCC 반응부(540)의 외부로 회수되는 바이오촤의 양을 조절하며, 댐퍼, 밸브 등의 조절수단으로 구성될 수 있고 한정되지 않으나, 바람직하게는 도 2에 나타낸 바와 같이 스크류 피더(screw feeder)로 구성될 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 배가스 응축장치(500)는 물 분사부(530), pH 측정기(545), SOx 측정기(513) 및 분리부(550)를 더 포함할 수 있다.
물 분사부(530)는 상기 ICC 반응부(520)와 DCC 반응부(540) 사이에 위치하여 물을 분사한다.
물 분사부(530)는 본체(510) 내부에 위치하여 물이 공급되도록 하는 물 공급관(531) 및 물 공급관(531)에 구비되는 분사조절수단(532)을 포함한다.
물 공급관(531)은 상기 ICC 반응부(520)와 DCC 반응부(540) 사이에 위치하며, 물 공급부(미도시)로부터 공급되는 물이 물 공급관(531)을 통하여 본체(510) 내부로 공급되며, 물 공급관(531)에는 공급되는 물을 분사하기 위한 노즐이 구비될 수 있다.
분사조절수단(532)은 물 공급관(531)에 설치되어 물 공급관(531)을 통하여 분사되는 물의 양을 조절한다.
분사조절수단(532)은 물 공급관(531)으로 공급되는 물을 조절하기 위한 것으로 밸브 등의 조절수단으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
pH 측정기(545)는 DCC 반응부(540)에 설치되어, DCC 반응부(540) 내부의 pH를 측정한다.
SOx 측정기(513)는 본체(510)의 후단, 구체적으로는 본체(510) 하부의 배가스 배출구(512)에 설치되어 배가스 배출구(512)로 배출되는 배가스의 황산화물 농도를 측정한다.
상기 pH 측정기(545) 및 SOx 측정기(513)에서 각각 측정되는 pH 및 SOx 농도에 따라 상기 DCC 반응부(540)의 공급조절수단(541), 회수조절수단(544) 및 물 분사부(530)의 분사조절수단(532)의 동작이 제어된다.
다음, 도 1 및 도 2를 다시 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 응축장치(500) 및 이를 포함하는 연소 시스템의 동작을 설명한다.
먼저, 연소장치(100)로 공기와 연료가 공급되어 연소가 이루어진다.
연소장치(100)에서의 연소에 의해 발생한 고온의 배가스는 열 회수부(200)로 유입된다.
열 회수부(200)로 유입된 고온의 배가스는 열 회수부(200)에 설치된 열교환기(521)(미도시)와의 열교환을 통하여 배가스의 열이 회수된다.
회수된 열은 터빈 등을 구동하기 위한 스팀의 생성에 사용될 수 있다.
열 회수부(200)에서 열교환이 이루어진 배가스는 탈질장치(300)로 유입되고, 배가스에 포함된 질소산화물의 제거가 이루어진다.
질소산화물의 제거가 이루어진 배가스는 집진장치(400)로 유입되고, 집진장치(400)를 통하여 배가스에 포함된 미세입자가 제거된다.
집진장치(400)를 지난 배가스는 배가스 응축장치(500)의 배가스 유입구(511)를 통하여 본체(510) 내부로 유입된다.
본체(510) 내부로 유입되는 배가스의 온도는 대략 150~200℃ 정도이며, 수분 및 황산물이 포함되어 있다.
본체(510) 내부로 유입된 배가스는 ICC 반응부(520)로 유동하고, ICC 반응부(520)의 열교환기(521)로는 열매체가 유입되어 유동하며, ICC 반응부(520)의 열교환기(521)를 통하여 배가스에 포함된 열(잠열)이 열 매체에 의해 회수된다.
회수된 열은 상기 연소장치(100)로 유입되는 공기를 예열하는 공기 예열기(Air-Preheater)에 사용될 수 있다.
ICC 반응부(520)의 열교환기(521)를 통한 배가스와 열 매체의 열교환에 의해 배가스의 온도는 저하되고, 이에 따라 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수가 생성된다.
배가스로부터 응축된 응축수와, 배가스에 포함된 황산화물이 1차적으로 반응 하여 황산화물이 배가스로부터 제거된다.
ICC 반응부(520)의 구성을 통하여, 배가스의 잠열을 회수하여 이를 다시 사용할 수 있고, 이와 같이 배가스의 온도를 낮춤에 따라 백연의 배출을 줄일 수 있다.
또한, 배가스에 포함된 수분을 응축시켜 황산화물의 저감이 가능함에 따라 황산화물 저감에 사용되는 물의 양을 1차적으로 줄일 수 있다.
ICC 반응부(520)에서 1차적으로 황산화물이 제거된 배가스는 DCC 반응부(540)로 유입되고, ICC 반응부(520)에서 응축된 응축수도 DCC 반응부(540)로 유입된다.
ICC 반응부(520)에서 응축된 응축수는 황산화물과 반응함에 따라 pH가 점점 낮아져, pH 1~2의 강산성을 띄게 되며, 이와 같이 응축수의 pH가 낮아질 수록, 응축수는 배가스에 포함된 황산화물과의 반응성이 저하된다.
상기와 같이 강산성을 띄게 되어 황산화물과의 반응성이 저하된 응축수가 DCC 반응부(540)로 유입된다.
DCC 반응부(540)에는 바이오촤가 수용되어 있고, 수용된 바이오촤는 pH 9~10의 연기성을 띈다
DCC 반응부(540)에서 응축수와 바이오촤가 반응하며 응축수의 pH가 다시 높아지면서 중화되고, 이에 따라, 응축수와 황산화물의 반응성이 회복된다.
반응성이 회복된 응축수와 배가스에 포함된 황산화물이 2차로 반응하여 제거된다.
바이오촤에는 무수히 많은 기공이 형성되어 있는데, 이에 따라 산성의 응축수와 바이오촤의 반응성을 높일 수 있음은 물론, 중화된 응축수가 바이오촤 기공에 흡수되어 보유됨으로써, 중화된 응축수와 배가스의 반응성을 높일 수 있게 된다.
상기와 같이, DCC 반응부(540)에 수용된 바이오촤를 이용하여, ICC 반응부(520)에서 1차적으로 황산화물과 반응하여 산성을 띄는 응축수를 중화하여 다시 황산화물과 반응시켜 사용할 수 있게 되므로, 황산화물 제거에 사용되는 물을 대폭 절감할 수 있게 된다.
한편, DCC 반응부(540)에서 바이오촤에 흡수되지 못한 여분의 중화된 응축수는 본체(510) DCC 반응부(540)의 하부로 배출된다.
배출되는 응축수는 바이오촤에 의해 중화된 것으로서, 이를 처리하기가 용이하다.
물 분사부(530)는 DCC 반응부(540)에 수용된 바이오촤에 물을 분사하여 pH를 조절한다.
본체(510)로 유입되는 배가스의 유입량, 배가스에 포함된 황산화물의 농도 및 DCC 부에 수용된 바이오촤의 체류시간 등에 따라, DCC 반응부(540)에서도 pH가 점점 높아지게 된다.
물 분사부(530)를 통하여 미량의 물을 DCC 반응부(540)에 수용된 바이오촤에 분사하여 응축수의 pH를 높일 수 있고, 이때, 분사되는 물에 의해 상기 ICC 반응부(520)로부터 DCC 반응부(540)로 유입되는 배가스에 포함된 황산물이 추가로 제거될 수 있다.
그리고, DCC 반응부(540)에 바이오촤를 새로 공급하여 응축수의 pH 저하를 촉진할 수 있다.
DCC 반응부(540)에 설치되는 pH 측정기(545)를 통하여 DCC 내부의 pH가 측정된다.
pH 측정기(545)로부터 측정된 pH 값에 따라 물 분사부(530)에서 분사되는 물을 조절하여 DCC 반응부(540)의 pH를 적절하게 제어한다.
구체적으로, pH 측정기(545)로부터 측정된 pH 값이 기설정된 pH 값 이하인 경우, 물 공급관(531)에 설치된 분사조절수단(532)을 동작시켜, 물 분사부(530)로부터 DCC 반응부(540)로 물이 공급되도록 하고, pH 측정기(545)로부터 측정된 pH 값이 기설정된 pH 값을 초과하는 경우, 물 공급관(531)에 설치된 분사조절수단(532)의 동작을 정지한다.
또한, 배가스 배출구(512)에 설치되는 SOx 측정기(513)로부터 측정된 배가스의 황산화물 농도에 따라 DCC 반응부(540)로의 바이오촤의 공급 및 회수를 제어한다.
구체적으로, SOx 측정기(513)로부터 측정된 배가스의 황산화물 농도가 기설정된 농도를 초과하는 경우, 바이오촤 회수부(543)에 설치된 회수조절수단(544)을 동작시켜, 배가스와 반응하여 pH가 높아진 응축수가 흡수되어 있는 바이오촤를 회수한다.
이와 함께, 바이오촤 공급부(542)에 설치된 공급조절수단(541)을 동작시켜, 새로운 바이오촤를 DCC 반응부(540)로 공급되도록 한다.
이와 같이, DCC 반응부(540)에서의 pH 값을 적절히 유지되도록 함으로써, 황산화물 제거 효율을 유지할 수 있다.
한편, 바이오촤 회수부(543)를 통하여 DCC 반응부(540)로터 회수된 바이오촤는 분리부(550)로 투입된다.
분리부(550)는 투입된 바이오촤에서 수분 즉, 응축수를 분리한다. 분리부(550)는 예를 들면, 건조장치, 수분 분리기 등의 구성을 통하여 바이오촤로부터 수분을 분리할 수 있으며, 또한 분리부(550)에 수용된 바이오촤의 자연건조를 통하여 바이오촤로부터 수분을 분리할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바이오촤로부터 수분을 분리하기 위한 다른 구성 및 방법이 적용될 수 있다.
이와 같이 분리부(550)에서 응축수가 분리된 바이오촤는 비료 등으로 재사용될 수 있다.
그리고, DCC 반응부(540)를 지난 배가스는 배가스 후단에 연결된 수분 분리장치(600)로 유입되어 배가스 내에 잔존하는 미량의 수분이 제거된다.
수분 분리장치(600)에서 수분이 제거된 배가스는 송풍장치(700)를 지나 스택(800)을 통하여 연소 시스템 외부로 최종 배출된다.
본 발명에 따른 배가스 응축장치 및 이를 포함하는 연소 시스템에 의하면, 배가스로부터 잠열을 회수하고 발생한 응축수를 이용하여 1차적으로 황산화물을 제거하고, 생성된 산성의 응축수를 염기성의 바이오촤를 이용하여 중화시켜 황산화물을 추가적으로 제거할 수 있어, 배가스에 포함된 황산화물의 저감은 물론, 배가스 잠열의 재사용 및 응축수 처리의 간소화를 도모할 수 있다.
배가스 응축장치 내의 상태 및 배가스에 포함되는 SOx 농도에 따라 배가스 응축 장치 내에 물을 적절히 분사하고, 바이오촤의 공급 및 회수량을 조절함으로써 바이오촤를 통한 응축수의 중화가 적절하게 이루어지도록 제어한다.
또한, 배가스 응축장치에서 사용이 끝난 바이오촤로부터 수분을 분리하여 재사용이 가능하다는 장점을 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
100: 연소장치
200: 열 회수부
300: 탈질장치
400: 집진장치
500: 배가스 응축장치
510: 본체
520: ICC(Indirect Contact Condensing) 반응부
521: 열교환기
530: 물 분사부
531: 물 공급관
532: 분사조절수단
540: DCC(Direct Contact Condensing) 반응부
541: 공급조절수단
542: 바이오촤 공급부
543: 바이오촤 회수부
544: 회수조절수단
550: 분리부
600: 수분 분리장치
700: 송풍장치
800: 스택(stack)

Claims (8)

  1. 상부에 위치하는 배가스 유입구(511) 및 하부에 위치하는 배가스 배출구(512)가 구비되는 본체(510);
    상기 본체(510) 내 상부에 위치하는 열교환기(521)로 구성되어, 상기 배가스를 응축시킨 응축수를 통하여 상기 배가스 내의 황산화물을 1차로 저감하는 ICC(Indirect Contact Condensing) 반응부(520); 및
    상기 본체(510) 내 하부에 위치하며 바이오촤가 수용되며, 상기 수용된 바이오촤에 의해 상기 응축수의 pH가 조절됨으로써 상기 배가스 내의 황산화물을 2차로 저감하는 DCC(Direct Contact Condensing) 반응부(540);를 포함하며,
    상기 배가스 유입구(511)로 유입된 배가스는 상기 ICC 반응부(520)의 상기 열교환기(521)로 유동하는 열 매체와 열교환이 이루어짐으로써 상기 배가스의 잠열이 회수되면서 상기 배가스에 포함된 수분이 응축된 응축수와 상기 배가스에 포함된 황산화물이 반응하여 배가스로부터 제거되고,
    상기 ICC 반응부(520)에서의 응축수는 상기 본체(510) 하부로 유동하여 상기 DCC 반응부(540)에 수용된 상기 바이오촤에 형성된 기공에 흡수되면서 pH가 증가되어, 상기 응축수와 황산화물의 반응성이 회복되며, 상기 ICC 반응부(520)를 통과한 배가스는 상기 DCC 반응부(540)로 유동하여 상기 pH가 증가된 응축수와 반응하여 황산화물이 추가로 배가스로부터 제거되어 상기 배가스 배출구(512)로 배출되는,
    배가스 응축장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 ICC 반응부(520)와 상기 DCC 반응부(540) 사이에서 물을 분사하여 상기 응축수의 pH를 추가로 조절하고 상기 배가스 내 황산화물을 추가로 저감하는 물 분사부(530);를 더 포함하며,
    상기 ICC 반응부(520)로부터 상기 DCC 반응부(540)로 유동하는 응축수는 상기 물 분사부(530)를 지나며, 상기 물 분사부(530)에서 분사되는 물에 의해 pH가 증가되고,
    상기 ICC 반응부(520)로부터 상기 DCC 반응부(540)로 유동하는 배가스는 상기 물 분사부(530)를 지나며, 상기 배가스에 포함된 황산화물이 상기 물 분사부(530)에서 분사되는 물과 반응하여 제거되는,
    배가스 응축장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 물 분사부(530)에 구비되는 분사조절수단(532);
    상기 DCC 반응부(540)로 바이오촤를 공급하는 공급조절수단(541)이 구비되는 바이오촤 공급부(542);
    상기 DCC 반응부(540)에 수용된 바이오촤를 회수하는 회수조절수단(544)이 구비되는 바이오촤 회수부(543); 및
    상기 DCC 반응부(540)에 설치되는 pH 측정기(545); 및
    상기 배가스 배출구(512)에 설치되는 SOx 측정기(513);를 더 포함하며,
    상기 pH 측정기(545)에서 측정되는 pH 값에 따라 상기 분사조절수단(532)의 동작이 제어되며, 상기 SOx 측정기(513)에서 측정되는 SOx 농도에 따라 상기 공급조절수단(541) 및 상기 회수조절수단(544)의 동작이 제어되는,
    배가스 응축장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 DCC 반응부(540)와 연결되어 상기 배가스에 포함된 수분 및 생성된 응축수가 흡수된 바이오촤가 회수되어 수용되며, 상기 바이오촤에 흡수된 상기 수분 및 응축수를 분리하는 분리부(550)를 더 포함하는,
    배가스 응축장치.
  7. 연소장치(100); 및
    상기 연소장치(100)와 연결되는, 제 1 항 또는 제 4 항에 따른 배가스 응축장치를 포함하는,
    연소 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배가스 응축장치 후단에 순차로 연결되는 수분 분리장치(600), 송풍장치(700) 및 스택(800)을 더 포함하는,
    연소 시스템.
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