KR200313109Y1 - Ｓｏ３와 ｈ２ｓｏ４ 제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치 - Google Patents

Ｓｏ３와 ｈ２ｓｏ４ 제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 관한 것으로, 특히, 보일러(1)와, SCR 탈질장치(2)와, 공기예열기(3)와, 전기집진기(4)와, 습식탈황 장치(5)와, 굴뚝(6)과, 흡착제 저장고(7), 및 분쇄기(8)로 구성되어 연소후 배출되는 배가스 중에 포함된 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 있어서, 상기 전기집진기(4)에서 집진되는 미세한 비산 분진을 회수하여 임시 저장함과 동시에 그 집진된 미세한 비산 분진을 흡수제로 재활용하기 위해 상기 흡착제 저장고(7)로 이송시키는 분진 저장설비(9)가 상기 전기집진기(4)와 흡착제 저장고(7) 사이에 추가로 설치됨을 특징으로 하며, 이러한 본 고안은 미세한 비산 분진에 포함된 비산 석탄재의 물리 화학적인 흡착특성을 이용하여 동일한 성능에서 흡착제 사용량을 절감시킴과 동시에 전기집진기를 통하여 미반응 흡착제만을 선택적으로 회수 재활용함으로써 단위 흡착제에 대한 반응효율을 상승시키는 효과가 있다.

Description

ＳＯ３와 Ｈ２ＳＯ４ 제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치{ADSORPTION MATERIAL INJECTION PROCESSING DEVICE FOR REMOVAL SO3 AND H2SO4}
본 고안은 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 관한 것으로, 더욱상세하게는 연소후 배출되는 배가스 중에 포함된 SO3와 H2SO4를 흡착하여 제거하기 위해 미세 흡착분말을 보일러 내부 또는 덕트 내부에 주입하는 공정시 전기집진기 마지막 필드에서 회수한 미세한 비산 분진을 기존의 흡착제와 혼합하여 흡착제로 재활용하여 사용하는 것이 가능하도록 해주는 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 관한 것이다.
주지하다시피, 황을 함유한 연료가 연소될 때 발생하는 배가스중 황산화물인 SO3와 H2SO4는 SO2가 산화되어 생성되며 그 양은 일반 화력 발전소의 경우, 배출되는 SO2양의 0.5∼5%에 해당된다. 예를들어, SO2농도가 500ppm인 경우, SO3와 황산의 농도는 2.5∼25ppm(SO3와 H2SO4를 같이 표현하는 이유는 SO3가 배기가스 온도 200℃ 이하에서는 99% 이상 황산으로 전환되기 때문임)이다.
이러한 미량의 농도에도 불구하고 SO3와 H2SO4는 저온 부식을 일으키고 스케일을 형성하는 원인 물질로 알려져 있으며, 또한 1㎛이하의 황산 미스트를 형성하여 전기집진기 및 기액 접촉식 습식탈황 설비에서는 포집되지 않고 대부분이 배출되어 가시 매연을 형성하고 인근 지역의 환경을 악화시킨다.
이와 같은 이유로 최근 고유황을 연료로 사용하는 보일러에는 SO3와 H2SO4를 제거하기 위한 추가 공정이 필요하게 되었다.
일반적으로 사용되는 종래의 제거공정은 전기집진기 앞단에 암모니아 가스를 주입하는 공정과 건조한 미세 흡착분말을 주입하는 공정이 SO3와 H2SO4를 제거하는 대표적인 공정이며, 상기 암모니아 주입공정은 암모니아로 인해 발생되는 미반응 암모니아의 배출, 전기집진기내의 스케일 발생, 및 암모니아 냄새로 인한 문제 등으로 최근에는 암모니아 주입공정보다는 미세 흡착분말 주입공정이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 촉매를 이용하여 SO3를 환원 제거하는 공정이 새롭게 개발되고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 SO3와 H2SO4제거 장치에 대한 공정도를 설명하기 위해 나타낸 개략장치도로서, 화석 연료가 보일러(1)에서 연소된 후 생성된 배기가스는 SCR 탈질장치(2)와 공기예열기(3)와 전기집진기(4)와 습식탈황 장치(5)를 순서대로 통과한 후 굴뚝(6)을 통해 배출된다. 이와 같은 일련의 공정은 국내 화력발전소에서 일반적으로 설치되고 있는 대기오염 방지 공정이며, 이들 공정중 SCR 탈질장치(2)는 생략될 수 있다.
여기에, SO3와 H2SO4를 제거하기 위해 건조한 미세 분말 주입장치를 설치하여 칼슘, 나트륨, 마그네슘 성분이 함유된 미세분말의 흡착제를 주입한다. 이때, 주입된 흡착제는 SO3와 H2SO4에 대해 흡착능력이 있으며, SO2는 소량 흡착될 수 있다.
이러한 상기 미세 분말 주입장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 연소가 일어나는 보일러(1)의 내부(위치1), 또는 SCR 탈질장치(2)와 공기예열기(3) 사이의 덕트내부(위치2) 또는 공기예열기(3)와 전기집진기(4) 사이의 덕트내부(위치3)에 설치되어 흡착제가 분사될 수 있도록 구성되어 있고, 주입 위치는 연소설비의 특성에 따라 1곳 이상을 선정하여 사용할 수 있으며, 각각의 위치에서 주입된 미세 흡착분말은 배기가스와 함께 이동하면서 SO3와 H2SO4가스를 흡착시킨다.(관련특허 : US006143263A, 특1998-006780)
배가스와 함게 이동되는 반응 또는 미반응된 미세 흡착분말은 상기 전기집진기(4)에서 1차 제거되고 상기 습식탈황 장치(5)에서 분사되는 액적과 충돌하여 제거되며, 이와 같은 연속 공정을 통하여 SO3와 H2SO4가 제거되고 주입된 미세 흡착분말 역시 제거되어 정화된 가스가 굴뚝(6)을 통해 배출된다.
도 2는 종래의 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치를 설명하기 위해 나타낸 개략장치도로서, 흡착제(칼슘, 나트륨, 마그네슘 성분을 함유한 미세 흡착분말)의 분사장치 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 1차적으로 분쇄기(8)를 통하여 미세하게 분쇄되고 분쇄된 미세 흡착분말은 흡착제 상기 저장고(7)에 모인후에, 도 1에 도시된 바와 같은 위치1, 위치2 또는 위치3에 분사되도록 구성되었다.
상술한 바와 같은 종래의 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치를사용할 경우, 종래의 미세 흡착분말을 보일러 내부, 또는 열교환기 이후 덕트를 통하여 배가스 중에 주입하여 SO3와 H2SO4를 제거하는 공정은 기존의 방지 장치에 대형의 추가설비 없이 간편하게 적용이 가능하며, 건식이기 때문에 다른 설비에 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있으나, 흡착효율이 매우 낮아 고가의 흡착제 주입량이 많이 소비되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고가의 흡착제 사용량을 절감하고 단위 흡착제에 대한 반응효율을 상승시킬 수 있도록 전기집진기 마지막 필드에서 회수한 미세한 비산 분진을 기존의 흡착제와 혼합하여 흡착제로 재활용하여 사용할 수 있도록 해주는 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치는, 보일러와, SCR 탈질장치와, 공기예열기와, 전기집진기와, 습식탈황 장치와, 굴뚝과, 흡착제 저장고, 및 분쇄기로 구성되어 연소후 배출되는 배가스 중에 포함된 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 있어서,
상기 전기집진기에서 집진되는 미세한 비산 분진을 회수하여 임시 저장함과 동시에 그 집진된 미세한 비산 분진을 흡수제로 재활용하기 위해 상기 흡착제 저장고로 이송시키는 분진 저장설비가 상기 전기집진기와 흡착제 저장고 사이에 추가로 설치됨을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 SO3와 H2SO4제거 장치에 대한 공정도를 설명하기 위해 나타낸 개략장치도,
도 2는 종래의 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치를 설명하기 위해 나타낸 개략장치도,
도 3은 본 고안의 일 실시예에 의한 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치의 구성을 나타낸 개략장치도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 보일러 2 : SCR 탈질장치
3 : 공기예열기 4 : 전기집진기
5 : 습식탈황 장치 6 : 굴뚝
7 : 흡착제 저장고 8 : 분쇄기
9 : 분진 저장설비
이하, 본 고안의 일 실시예에 의한 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 의한 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치의 구성을 나타낸 기능블록도로서, 본 고안의 일 실시예에 의한 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치는 보일러(1)와, SCR 탈질장치(2)와, 공기예열기(3)와, 전기집진기(4)와, 습식탈황 장치(5)와, 굴뚝(6)과, 흡착제 저장고(7), 및 분쇄기(8)로 구성되어 연소후 배출되는 배가스 중에 포함된 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 있어서, 상기 전기집진기(4)에서 집진되는 미세한 비산 분진을 회수하여 임시 저장함과 동시에 그 집진된 미세한 비산 분진을 흡수제로 재활용하기 위해 상기 흡착제 저장고(7)로 이송시키는 분진 저장설비(9)가 상기 전기집진기(4)와 흡착제 저장고(7) 사이에 추가로 설치된다.
또한, 상기 분진 저장설비(9)에 임시 저장되는 비산 분진은 전기집진기(4)의 최종 마지막 필드에서 집진된 비산 분진으로서 미세한 비산 석탄재와 미반응된 흡착제의 2가지 성분으로 이루어지며, 또한, 상기 분진 저장설비(9)의 일측에는 상기 전기집진기(4)의 마지막 필드로부터 집진된 비산 분진을 회수하기 위한 회수장치(도시하지 않음)가 추가로 설치되어 있다.
이와 같은 특성은 상기 전기집진기(4)의 집진특성에 의해 나타나는 현상으로, 상기 전기집진기(4)는 일반적으로 3필드에서 5필드까지 구성되어 전기력에 의해 첫번째 필드는 제거가 쉬운 거대입자가 제거되고, 마직막 필드는 제거가 어려운 미세 분진 입자가 제거된다.
또한, 상기 전기집진기(4)에 SO3와 H2SO4가 흡착된 분진이 통과할 경우, 황성분에 의해 SO3와 H2SO4가 흡착된 분진은 전기장내에서 동일한 크기의 분진과 비교하여 (+)극성으로 쉽게 전환되어 집진판(도시하지 않음)에 부착되어 제거되기 때문에(이와 같은 특성을 이용하여 석탄화력발전소의 집진 성능 향상을 위해 SO3조율제를 사용하는 공정에서도 알 수 있다.) 마지막 필드까지 이동하기 전에 전기집진기(4)에서 제거되게 되며 최종적으로 마지막 필드에서는 미반응 흡착제 분진만이 포집된다. 또한, 각각의 필드에는 단독의 비산 석탄재를 모을 수 있는 호퍼(도시하지 않음)가 설치되어 각 필드에서 포집된 비산 분진은 상호 혼합되지 않는다.
그리고, 상기 비산 석탄재는 규소성분이 50% 내외이며 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO 순으로 성분을 함유하고 있어, SO3와 H2SO4의 산성가스에 대한 중화 흡수 능력이 있으며, 연소중 미연소된 탄소분은 다공질 특성을 가지고 있어 활성탄과 같은 흡착 성능을 가지고 있다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치는 비산 석탄재의 물리 화학적 특성을 이용하여 기존 공정에서 사용하고 있는 미세 흡착분말과 흡착성능을 증가시키기 위한 미세한 비산 석탄재를 혼합 사용하여 비슷한 성능을 달성할 수 있으며, 부가적으로 전기집진기 마지막 필드에서 미세 분진의 재활용은 미세한 비산 석탄재의 재활용과 동시에 미반응된 흡착제의 재반응 효과도 포함하고 있다.
상술한 바와 같이 본 고안에 의한 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 의하면, 전기집진기 마지막 필드에서 회수한 미세한 비산 분진을 기존의 흡착제와 혼합하여 흡착제로 재활용하여 사용하는 것이 가능하도록 해줌으로써 미세한 비산 분진에 포함된 비산 석탄재의 물리 화학적인 흡착특성을 이용하여 동일한 성능에서 흡착제 사용량을 절감시킴과 동시에 전기집진기를 통하여 미반응 흡착제만을 선택적으로 회수 재활용함으로써 단위 흡착제에 대한 반응효율을 상승시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 보일러(1)와, SCR 탈질장치(2)와, 공기예열기(3)와, 전기집진기(4)와, 습식탈황 장치(5)와, 굴뚝(6)과, 흡착제 저장고(7), 및 분쇄기(8)로 구성되어 연소후 배출되는 배가스 중에 포함된 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치에 있어서,
    상기 전기집진기(4)에서 집진되는 미세한 비산 분진을 회수하여 임시 저장함과 동시에 그 집진된 미세한 비산 분진을 흡수제로 재활용하기 위해 상기 흡착제 저장고(7)로 이송시키는 분진 저장설비(9)가 상기 전기집진기(4)와 흡착제 저장고(7) 사이에 추가로 설치됨을 특징으로 하는 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분진 저장설비(9)에 임시 저장되는 비산 분진은 미세한 비산 석탄재와 미반응된 흡착제의 2가지 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 분진 저장설비(9)의 일측에는 상기 전기집진기(4)의 마지막 필드로부터 집진된 비산 분진을 회수하기 위한 회수장치가 추가로 설치됨을 특징으로 하는 SO3와 H2SO4제거를 위한 흡착제 주입 공정 장치.
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