KR20000023215A - 연도가스로부터 산화질소를 제거하는 방법 - Google Patents

연도가스로부터 산화질소를 제거하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SNCR공정을 사용하여 소각플랜트의 연도가스 (9) 로부터 산화질소를 제거하는 방법에 관한 것이며, 여기서 환원제 (14) 는 주입지점 (16) 을 통하여 분무제에 의해서 연도가스 (9) 내로 주입되고 순환 연도가스 (10) 는 분무제로서 사용된다. 본 발명에서는, 순환 연도가스 (10) 의 양 및/또는 2차 에어 (11) 의 양이 주입지점 (16) 에서 온도를 일정하게 유지하기 위하여 변할 수 있다. 다량의 순환 연도가스 (10) 가 실질적으로 비용을 들이지 않고 이용가능하다. 순환 연도가스 (10) 의 양 및/또는 2차 에어 (11) 의 양을 변화시킴으로써 주입지점 (16) 의 온도는 비교적 용이하게 일정하게 유지될 수 있으므로 단일 주입평면만이 요구된다.

Description

연도가스로부터 산화질소를 제거하는 방법 {process for denoxing flue gases}
본 발명은 SNCR공정을 사용하여 쓰레기 소각플랜트와 같은 소각플랜트의 연도가스로부터 산화질소를 제거하는 방법에 관한 것이며, 여기서 환원제는 분무제에 의해서 연도가스내로 주입된다.
이제 까지, 쓰레기 소각플랜트와 같은 소각플랜트의 연도가스로부터 산화질소를 제거하기 위하여 2개의 다른 공정이 사용되어 왔다. 이들 공정은 접촉식 탈산화질소공정 (SCR-선택적 접촉환원법 (Selective Catalytic Reduction)) 및 비접촉식 탈산화질소공정 (SNCR-선택적 비접촉환원법 (Selective Noncatalytic Reduction)) 이다. 양 공정은 환원제로서 암모니아 또는 암모니아 수용액 또는 요소를 사용하여 연도가스에서 산화질소를 환원시켜 N2및 H20 를 생성한다 (K.J. Thome - Kozmiensky:Thermische Abfallbehandlung [Thermal Waste Treatment]. EF Verlag fur Energie - und Umwelttechnik GmbH, 2nd Edition, 1994, pp. 552-555).
SNCR 공정에서, 환원제는 소각플랜트의 연소실내로 안내되어 이전에 생성되어 있는 산화질소와 반응하여 질소 및 증기를 생성한다. 이 반응은 700 내지 1100℃ 범위의 온도에서 진행하고, 사용된 환원제가 암모니아일 때, 바람직하게는 850 내지 950℃ 범위이고, 최적은 920℃ 이다. 반응물은 일반적으로 연소실의 외부에 배열되고 분무 매체로서 압축 에어 또는 증기중의 어느 하나를 사용하는 이중유체 노즐에 의해서 연소실내로 분산된다. 반응실의 크기가 커서 비교적 다량의 매체가 요구되기 때문에 이들 2개의 분무 매체를 사용하는데 비용이 많이 들어 부적합하다.
WO 90/05000 및 미국특허 제 5,240,689 호에는 순환 연도가스가 화학제품 (환원제) 을 위한 운반 및 분무 매체로서 사용되는 연도가스를 세정하는 공정이 개시되어 있다. 이 공정은 순환 연도가스가 실질적으로 대량으로 비용을 들이지 않으면서 사용될 수 있기 때문에 비용을 감소시킨다. 이렇게 하여, 증가된 주입부피로 탈산화질소화되고, 비용문제 때문에 압축 에어 또는 증기로 실현될 수 없었던 연도가스흐름으로 반응물을 혼합시키는 것이 개선된다.
쓰레기 소각플랜트에서 SNCR 공정을 사용할 때의 문제점은 쓰레기를 소각할 때 대부분의 산화질소가 연료질소에 의해서 생성되며, 쓰레기의 불균일성으로 인하여 이러한 생성이 국부에 따라 현저하게 변할 수 있고, 또한 시간에 따라 현저하게 변한다는 것이다. 이에 따라, 연도가스의 농도도 또한 현저하게 변한다.
이러한 조건하에서 충분히 양호한 환원작용이 이루어지게 하기 위해서는 과도한 양의 환원제가 부가되어야 한다. 이것은 필연적으로 다량의 암모니아가 연도가스에서 비말동반되게 하고, 이것은 하류 연도가스 세정단계에서 암모니아가 방출되는 것을 방지하기 위하여 상당한 비용을 들여 다시 분리시키도록 한다.
끝으로, 반응물을 위한 주입지점과 소각실 후방영역에서 온도 및 용량이 또한 실질적으로 변한다. 이것은 반응을 위한 최적의 온도윈도우가 일정하게 이동하게 하고, 그 결과 주입지점에서의 온도는 일정하게 유지되지 않는다. 최적 온도영역에서 국부 변화를 추적하기 위하여, 환원제는 복수의 수준으로 연소실내로 주입된다. 이들 수준은 전류온도에 따라 스위치 온되거나, 스위치 오프된다. 이 해결책의 단점은 한편으로는, 추가의 오리피스가 측벽에 설치되고, 다른 한편으로는, 공정설계비용이 상당히 많이 든다는 것이다. WO 90/05000 및 미국특허 제 5,240,689 호에 따르면, 연도가스의 온도를 제어하기 위하여, 물이 주입되거나, 또는 화학제품의 양이 변화되며, 이러한 선택사양은 매우 복잡하다.
본 발명은 이러한 단점을 회피하는데 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 SNCR공정을 사용하여 소각플랜트의 연도가스로부터 산화질소를 제거하는 새로운 방법을 제공하는데 있으며, 여기서 환원제는 주입지점을 통하여 분무제에 의해서 연도가스 내로 주입되고 순환 연도가스는 분무제로서 사용되며, 이 분무제는 저렴하고 이러한 분무제의 사용으로 공정설계 및 장치 비용을 많이 들이지 않으면서 소각실 후방영역 뿐만 아니라, 주입지점에서 연도가스의 온도가 일정하게 유지되게 한다.
본 발명에 따르면, SNCR공정을 사용하여 소각플랜트의 연도가스 (9) 로부터 산화질소를 제거하는 방법에 있어서, 환원제 (14) 가 주입지점 (16) 을 통하여 분무제에 의해서 연도가스 (9) 내로 주입되고 순환 연도가스 (10) 가 분무제로서 사용되고 2차 에어 (11) 가 주입지점 (16) 의 상류로 공급되며, 이러한 산화질소의 제거는 주입지점 (16) 에서 온도를 일정하게 유지하기 위하여 순환 연도가스 (10) 의 양 및/또는 2차 에어 (11) 의 양을 변하게 함으로써 이루어진다.
본 발명의 이점은 먼저, 다량의 순환 연도가스가 실질적으로 비용을 들이지 않고 이용가능하기 때문에 이 방법은 비용이 매우 저렴하다는 것이다. 이렇게 하여, 증가된 주입부피로 탈산화질소화되고 비용문제 때문에 압축 에어 또는 증기로 실현불가능한 연도가스내로 반응물을 혼합시키는 과정이 개선된다. 동시에, 이런 조처는 또한 추가적으로 연도가스 자체를 혼합 및 균질화시켜 탈산화질소화될 연도가스흐름에서의 산화질소변화 및 온도변화가 원활하게 행해질 수 있게 한다. 상기 언급된 이점외에도, 동시에 비교적 대량의 순환 연도가스의 사용은 주입지점에서 온도에 영향을 미칠 수 있다. 주입량을 변화시킴으로써 주입지점에서 연도가스온도는 탈산화질소반응에 최적인 온도범위내에서 일정하게 유지될 수 있다. 그러므로, 복수의 주입수준에 의해서 반응온도윈도우를 추적하는 것이 더 이상 불필요하다.
일반적으로, 2차 에어는 주입지점의 상류로 공급된다. 2차 에어의 양이 변화된 결과, 부분-적하작업중 최적 온도윈도우가 2차 에어 주입지점을 향하여 이동할 때 2차 에어가 덜 공급되고, 또한 부분-적하작업중 연소 조건에 상응하는 효과가 이루어진다.
또한, 순환 연도가스가 먼지 분리기 하류에서 소각플랜트로부터 제거되면 그 이후로 연도가스에는 더 이상 탈산화질소반응을 방해할 수 있는 먼지입자가 쌓이지 않는다.
암모니아용액이 증발기에서 증발되어 순환 연도가스에 부가된다면 공급라인이 응축되는 것을 방지할 수 있기 때문에 유리하다.
끝으로, 주입지점 하류에서 연도가스의 산화질소수준을 일정하게 유지하기 위하여 부가되는 환원제의 양을 변화시키는 것이 유리하다. 전술한 것은 사전 설정된 산화질소수준을 유지하는 단순한 방법이다.
본 발명과 이에 수반되는 많은 이점은 이러한 사항이 첨부 도면과 연관시켜 고려할 때 하기의 상세한 설명을 참고로 하여 보다 잘 이해되는 것과 마찬가지로 보다 충분하게 이해될 것이며, 첨부 도면은 쓰레기 소각플랜트에 근거한 본 발명의 전형적인 실시예를 예시하고 있다. 본 발명을 이해시키기 위하여 필수적인 구성요소만을 도시하고 있다. 매체의 흐름방향은 화살표로 표시되어 있다.
도 1 은 쓰레기 소각플랜트를 개략적으로 도시하는 도면.
"도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명"
1 : 소각격자 2 : 연소실
3 : 수직의 비어 있는 연도 4 : 수평으로 줄지어 늘어선 연도
5 : 보일러 6 : 먼지 분리기
7 : 쓰레기 8 : 1차 에어
9 : 연도가스 10 : 순환 연도가스
11 : 2차 에어 12 : 먼지입자
13 : 깔대기형상 통풍통 14 : 환원제
15 : 노즐 16 : 주입지점
17 : 순환 연도가스용 라인 18 : 제어밸브
19 : 송풍기
이제 도면에 대하여 언급하면, 단일 도면은 소각가스를 비접촉식으로 탈산화질소화하는 쓰레기 소각플랜트의 일부를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 플랜트는 2개의 수직의 비어 있는 연도 (3) 와 보일러 (5) 의 수평으로 줄지어 늘어선 연도 (4) 가 인접해 있고 연소실 (2) 이 위로 연장되어 있는 소각격자 (1) 로 이루어져 있다. 보일러 (5) 의 출구는 정전기 필터의 경우에 먼지 분리기 (6) 의 입구에 연결되어 있다.
본 발명의 전형적인 실시예에서 쓰레기인 연소물질 (7) 은 소각격자 (1) 위에 위치되어 1차 에어 (8) 가 공급되면서 연소된다. 이 공정에서, 연도가스 (9) 가 발생된다. 완전연소를 위하여, 2차 에어 (11) 가 연소실 (2) 내로 송풍된다. 그 후, 연도가스 (9) 는 수직의 비어 있는 연도 (3) 와 보일러 (5) 의 수평으로 줄지어 늘어선 연도 (4) 를 통하여 먼지 분리기 (6) 내로 통과되며, 여기서 연도가스 (9) 에 함유되어 있는 먼지입자 (12) 는 깔대기형상 통풍통 (13) 을 통하여 분리되어 배출된다. 그 후, 먼지입자 (12) 가 제거된 연도가스는 가스 세정기 (도시 안됨) 내로 흘러 탈황처리된다. 이제까지 이 공정은 공지되어 있다. 본 발명의 전형적인 실시예에서 환원제 (14) 인 암모니아를 연소실 (2) 내로 공급함으로써 연도가스를 비접촉식으로 탈산화질소화하는 것도 또한 공지되어 있다. 암모니아 (14) 는 가압 분무제에 의해서 보일러벽에 배열된 2중 유체 노즐 (15) 을 통하여 탈산화질소화될 연도가스 (9) 내로 주입된다.
사용된 분무제는 순환 연도가스 (10) 이고, 단일 주입지점 (16) 만이 연소실 (2) 에 제공된다. 순환 연도가스 (10) 는 먼지 분리기 (6) 의 하류에서 제거되고 송풍기 (19), 라인 (17) 및 제어밸브 (18) 를 통하여 노즐 (15) 에 공급된다. 환원제 (14; 가스상 암모니아) 는 라인 (17) 내로 도입되고, 여기서 이 환원제는 순환 연도가스 (10) 와 혼합된다. 순환 연도가스 (10) 는 분무제로서 사용되고, 이러한 분무제의 도움으로 암모니아 (14) 가 이상지점 (주입지점; 16) 에서 연소실 (2) 내로 도입된다.
2개의 가스흐름의 혼합은 주입 가스흐름 (j) 과 주된 가스흐름 (m) 간의 유량비 (J) 가 1 에 접근할 때 향상된다:
J = ρj* vj 2/ ρm* vm 2
(여기서, ρ= 가스밀도, v = 가스속도)
다량의 순환 연도가스 (10) 가 실질적으로 비용을 들이지 않고 이용가능하기 때문에, 가스상 환원제 (15) 가 증가된 주입부피로 탈산화질소화되는 연도가스흐름으로 혼합될 수 있고, 이러한 혼합은 종래기술에서 지금까지는 비용문제 때문에 압축 에어 또는 증기로 실현불가능하였으며, 이런 방식으로 가스흐름의 혼합이 개선된다. 동시에, 이런 조처는 또한 추가적으로 연도가스 자체를 혼합 및 균질화시켜 탈산화질소화될 연도가스에서의 산화질소변화 및 온도변화가 원활하게 행해질 수 있게 한다.
순환 연도가스 (10) 의 양을 현저하게 변화시킴으로써 주입지점 (16) 에서 연도가스온도를 진행되는 탈산화질소반응에 최적인 온도범위내에서 일정하게 유지할 수 있다. 그러므로, 복수의 주입수준에 의해서 반응온도윈도우를 추적하는 것이 더 이상 불필요하고 오히려 단일 주입지점 (16) 이면 충분하다.
이런 효과는 또한 주입지점 (16) 의 상류로 공급되는 2차 에어 (11) 의 양을 변하게 함으로써 이루어질 수 있다.
제 1 수준에서, 각운동량이 연소실내로 주입된 2차 에어 (11) 에 가해지고, 제 2 수준에서, 2차 에어 (11) 의 각운동량에 정반대인 각운동량이 주입된 연도가스 (10) 에 가해진다면 특히 본질적인 혼합이 이루어진다.
다른 전형적인 실시예에서는 환원제로서 가스상 암모니아 (14) 를 사용하는 대신에, 증발기에서 암모니아용액을 증발시키고 나서 이 용액을 순환 연도가스 (10) 에 부가하는 것이 가능하다. 부가된 환원제 (14) 의 양을 변하게 함으로써, 주입지점 (16) 하류의 연도가스의 NOx 수준 및 NH3수준을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 상기 교지에 비추어 볼 때 다양하게 변형 및 수정될 수 있다. 그러므로, 첨부된 청구범위의 범위내에서 본 발명은 명세서에서 구체적으로 기재된 것외에도 다르게 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본원 발명의 방법은 다량의 순환 연도가스가 실질적으로 비용을 들이지 않고 이용가능하기 때문에 비용이 매우 저렴하고, 증가된 주입부피로 탈산화질소화되는 연도가스내로 반응물을 혼합시켜 혼합이 개선되므로 탈산화질소화될 연도가스흐름에서의 산화질소변화 및 온도변화가 원활하게 행해질 수 있게 하고, 또한 주입량을 변하게 함으로써 주입지점에서 연도가스온도가 탈산화질소반응에 최적인 온도범위내에서 일정하게 유지될 수 있게 한다. 그러므로, 복수의 주입수준에 의해서 반응온도윈도우를 추적하는 것이 더 이상 불필요하다.

Claims (4)

  1. SNCR공정을 사용하여 소각플랜트의 연도가스 (9) 로부터 산화질소를 제거하는 방법에 있어서, 환원제 (14) 가 주입지점 (16) 을 통하여 분무제에 의해서 연도가스 (9) 내로 주입되고 순환 연도가스 (10) 가 분무제로서 사용되고 2차 에어 (11) 가 주입지점 (16) 의 상류로 공급되며, 순환 연도가스 (10) 의 양 및/또는 2차 에어 (11) 의 양이 주입지점 (16) 에서 온도를 일정하게 유지하기 위하여 변하는 것을 특징으로 하는 연도가스로부터 산화질소를 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 순환 연도가스 (10) 가 소각플랜트의 먼지 분리기 (6) 의 하류에서 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 암모니아용액이 증발기에서 증발되어 순환 연도가스 (10) 에 부가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 부가된 환원제 (14) 의 양이 주입지점 (16) 의 하류에서 연도가스 (9) 의 NOx 수준을 일정하게 유지하기 위하여 변하는 것을 특징으로 하는 방법.
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