KR20100104926A

KR20100104926A - 배기가스 폐열을 이용한 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치

Info

Publication number: KR20100104926A
Application number: KR1020090023655A
Authority: KR
Inventors: 박해웅; 박기용; 이성영; 문기호; 양희성
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-29

Abstract

본 발명은 배기가스 폐열을 이용한 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치에 관한 것으로, 석탄 및 오일과 같은 화석연료가 연소된 후 배기 가스에 포함되어 있는 질소산화물과 황산화물을 제거하는 공정에서 연소배기 가스 폐열을 회수하여 활용함으로써 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치를 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 배기가스배출장치에 플라즈마 반응기와 SCR반응기를 연결하여 탈질 탈황하는 반응장치에 있어서, 상기 플라즈마 반응기와 배기가스배출장치 사이에 설치되어 배기가스배출장치에서 발생되는 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키고 발생된 전기에너지를 플라즈마 반응기에 공급하여 플라즈마 발생에 필요한 전기에너지를 자체 조달할 수 있도록 하는 에너지 회수장치를 더 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 요지로 한다.

배기가스, 질소산화물, 황산화물, 플라즈마 반응기, SCR반응기, 에너지 효율, 탈질, 탈황

Description

배기가스 폐열을 이용한 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치{Energy efficient deNOx and deSOx system using exhaust gas heat}

본 발명은 배기가스 폐열을 이용하여 에너지 효율을 높인 탈질, 탈황 반응장치에 관한 것으로, 플라즈마 반응기의 운전에 필요한 전력을 배기가스 폐열을 이용하여 공급해줌으로써 에너지 효율을 극대화시킨 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료의 연소를 통해 발생되는 질소산화물과 황산화물은 대기오염의 주요 물질로서 제거되어야 하는 물질이다. 대부분의 질소산화물은 연소 과정 중 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성된다. 질소산화물은 NO, NO₂, NO₃, N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO₂이다. 황산화물은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO₂로 구성된다.

화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하는 공정으로는 SCR (Selective Catalytic Reduction)과 SNCR (Selective Non Catalytic Reduction)이 대표적이다. SCR은 V₂O₅/TiO₂ 계 촉매에 질소산화물과 환원제인 암모니아 혹은 우레아를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거하는 장치이다. 장치의 운전온도는 350ㅀC에서 400ㅀC 사이에서 효과적이며 질소산화물의 제거효율은 90%로 높은 제거 효율을 보인다. 반면 SNCR은 고온의 배기가스에 직접 환원제인 암모니아를 직접 주입하여 질소산화물을 제거하는 공정이다. SNCR은 별도의 촉매 반응기가 필요하지 않아 설치비와 운전비가 저렴한 장점이 있는 반면 반응온도가 높게 유지되어야 하고 질소산화물 제거 효율이 60%이하이다.

또한 질소산화물 제거 촉매는 배기가스에 포함된 황성분과 매연(soot)등에 의해 피독현상이 일어나 촉매의 내구성과 활성이 저하되는 문제점이 있다.

한편 황산화물을 제거하는 공정은 크게 습식과 건식으로 나누어진다. 습식 방법은 물 또는 알카리 용액으로 세정하는 것으로 황산화물 제거 효율이 90%로 높고 오랜 시간 동안 연구과정을 거쳐 공정 신뢰도가 우수하지만 다량의 용수가 필요하고 2차 오염물질이 발생된다. 건식 방법은 수산화 칼슘이나 Na계 흡수제를 사용하여 황산화물을 제거하는 공정으로 습식공정에 비해 2차 오염물질 발생이 저감되고 배기가스 재가열이 필요 없지만, 낮은 제거 효율과 흡수제가 고가인 단점이 있다.

질소산화물과 황산화물을 동시에 제거하는 방법으로 플라즈마 방법이 있다. 플라즈마를 이용하면 황산화물의 제거 효율은 90%으로 높지만 질소산화물의 제거 효율은 60%정도로 낮다. 또한 플라즈마를 발생하기 위해 다량의 전력이 소비되고 제거된 NO가 N₂O로 변환되는 문제점이 있으며 플라즈마 공정을 이용한 배기가스 처리에서 적정 운전온도는 150ㅀC 에서 200ㅀC 사이이므로 이 온도를 맞추기 위해 별도로 배기가스를 냉각하여야 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 석탄 및 오일과 같은 화석연료가 연소된 후 배기 가스에 포함되어 있는 질소산화물과 황산화물을 제거하는 공정에서 연소배기 가스 폐열을 회수하여 이를 활용함으로써 에너지 효율을 개선한, 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 배기가스배출장치에 플라즈마 반응기와 SCR반응기를 연결하여 탈질 탈황하는 반응장치에 있어서, 상기 플라즈마 반응기와 배기가스배출장치 사이에 설치되어 배기가스배출장치에서 발생되는 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키고 발생된 전기에너지를 플라즈마 반응기에 공급하여 플라즈마 발생에 필요한 전기에너지를 자체 조달할 수 있도록 하는 에너지 회수장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 에너지 회수장치에서 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지 발생시켜 주고 이렇게 발생된 전기에너지를 이용하여 플라즈마 반응기를 작동시켜 줌으로써 플라즈마 발생에 필요한 전기에너지를 자체 생산 조달할 수 있게 되어 에너지 효율이 극대화 되고, 또한 고온의 배기가스가 에너지 회수장치를 통과하면서 플라즈마 반응기의 운전에 적당한 온도로 낮아짐으로써, 질소산화물과 황산화물의 제거 효율 또한 향상되는 매우 유용한 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명에 의한 에너지 효율을 극대화 한 탈질 탈황 반응장치를 나타낸 예시도로서,

도면에서와 같이 본 발명은 배기가스배출장치(10)에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 제거할 수 있도록 플라즈마 반응기(40)와 SCR반응기(50)를 연결한다.

또한 상기 배기가스배출장치(10)와 플라즈마 반응기(40)의 사이에는 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키고 발생된 전기에너지를 플라즈마 반응기(40)에 공급하여 높은 소비전력이 요구되는 플라즈마 발생에 필요한 전력을 자체적으로 해결할 수 있도록 하는 에너지 회수장치(20)를 더 설치하여 구성한다.

여기서 상기 에너지 회수장치(20)에서 발생된 전기에너지는 플라즈마 전력공급라인(60)을 통해 상기 플라즈마 반응기(40)로 공급된다.

또한 상기 에너지 회수장치(20)에는 전기에너지를 생산할 수 있도록 열교환기(도시없음)와 터빈(도시없음)이 구비되어 있다.

이러한 에너지 회수장치(20)는 배기가스배출장치(10)에서 배출되는 고온의 배기가스(350ㅀC ~ 400ㅀC)를 플라즈마 반응기(40) 운전에 적절한 온도(150ㅀC ~ 200ㅀC)로 저하시켜 공급해 준다.

한편 상기 플라즈마 반응기(40)와 SCR반응기(50)는 에너지 효율을 높이기 위해 직렬로 연결된다.

또한 상기 플라즈마 반응기(40)에 주입되는 배기가스에는 우레아 주입장치(30)에서 환원제인 암모니아 혹은 우레아가 주입되어 황산화물과 질소산화물과 반응하고 황산암모늄과 질산암모늄 형태로 각각 제거된다.

이와 같이 구성되는 본 발명을 통한 배기가스의 탈질 탈황 반응을 설명하면 다음과 같다.

먼저 배기가스배출장치(10)에서 배기가스가 배출되면 에너지 회수장치(20)를 거치게 된다.

이때 에너지 회수장치(20)에서는 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키고 이렇게 발생된 전기에너지는 플라즈마 전기공급라인(60)을 통해 플라즈마 반응기(40)에 공급한다.

또한 배기가스배출장치(10)에서 배출되는 350ㅀC ~ 400ㅀC의 고온의 배기가스가 상기 에너지 회수장치(20)를 통과하면서 플라즈마 반응기(40)의 운전에 적당 한 150ㅀC ~ 200ㅀC의 온도로 저하되어 이동함으로써 질소산화물과 황산화물의 제거효율이 향상되도록 한다.

한편 플라즈마 반응기(40)에서는 에너지 회수장치(20)를 통해 공급받은 전기에너지를 통해 플라즈마를 발생하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 제거한다.

또한 상기 플라즈마 반응기(40)에 주입되는 배기가스에는 우레아 주입장치(30)에서 환원제인 암모니아 혹은 우레아가 주입되어 황산화물과 질소산화물과 반응하고 플라즈마 반응기(40)를 통해 황산암모늄과 질산암모늄 형태로 각각 제거된다.

또한 상기 플라즈마 반응기(40)에서 제거되지 못한 질소산화물은 SCR반응기(50)에서 물과 질소로 변환되어 제거된다.

이와 같은 본 발명은 플라즈마 반응기(40)와 SCR반응기(50)를 이용하여 질소산화물과 황산화물을 제거하는 공정에서, 배기가스의 폐열을 에너지 회수장치(20)를 통해 전기에너지 발생시켜 주고 이렇게 발생된 전기에너지를 이용하여 플라즈마 반응기(40)를 작동시켜 줌으로써 플라즈마 발생에 필요한 전기에너지를 자체 생산 조달할 수 있게 되어 에너지 효율이 극대화 되는 것이다.

또한 고온의 배기가스가 에너지 회수장치(20)를 통과하면서 플라즈마 반응기(40)의 운전에 적당한 온도로 낮아짐으로써, 질소산화물과 황산화물의 제거 효율 또한 향상되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 의한 에지 효율을 극대화 한 탈질 탈황 반응장치를 나타낸 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 배기가스 배출장치 (20) : 에너지 회수 장치

(30) : 우레아 주입장치 (40) : 플라즈마 발생기

(50) : SCR 반응기 (60) : 플라즈마 전력 공급 라인

(70) : 암모니아 혹은 우레아 공급라인

Claims

배기가스배출장치에 플라즈마 반응기와 SCR반응기를 연결하여 탈질 탈황하는 반응장치에 있어서,

상기 플라즈마 반응기와 배기가스배출장치 사이에 설치되어 배기가스배출장치에서 발생되는 배기가스의 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키고 발생된 전기에너지를 플라즈마 반응기에 공급하여 플라즈마 발생에 필요한 전기에너지를 자체 조달할 수 있도록 하는 에너지 회수장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 폐열을 이용한 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치.