KR20180126816A - 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법 - Google Patents

탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화력발전소에 적용되어 화력발전소로부터 배출되는 플라이 애쉬 및 이산화탄소를 이용하여 탄산칼슘을 제조할 수 있고, 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법에 관한 것이다. 이를 위해 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치는 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출부; 칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응부; 및 칼슘 이온 추출부의 상부에 설치되고, 칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받은 후, 이를 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법{WET TYPE ELECTROSTATIC PRECIPITATOR COMBINED WITH CALCIUM CARBONATE MANUFACTURING EQUIPMENT AND FINE DUST REMOVAL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화력발전소에 적용되어 화력발전소로부터 배출되는 플라이 애쉬 및 이산화탄소를 이용하여 탄산칼슘을 제조할 수 있고, 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법에 관한 것이다.
이산화탄소에 의한 지구 온난화에 대응하기 위한 전력 생산의 일환으로 원자력발전이 지난 시간 동안 각광받았다. 하지만, 빈번해지는 자연재해로 인하여 그 안전성이 문제화되면서 각국에서 신규건설을 유보하거나 취소하고 있는 현실이다. 이에 따라 마땅한 대체 에너지원이 없는 상황에서 화력발전에 의한 의존도는 오랜 시간 증가할 것으로 예상된다. 그런데, 화력발전에 의한 전력생산 역시 환경오염에 대한 다양한 문제점을 가지고 있다. 대표적인 문제점으로 NOx 기체, SOx 기체, 먼지 등을 배출하는 문제가 있다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 설비를 도입하고 있는데, 예를 들어, SCR(selective catalystic reduction) 장치를 설치하여 NOx 기체를 제거하고, FGD(flue gas desulfurization) 장치를 설치하여 SOx 기체를 제거하며, 건식 타입의 전기집진기(electrostatic precipitator)를 이용하여 먼지를 제거하고 있다. 그러나, 여전히 해결되지 않은 큰 문제점 중 하나는 이산화탄소의 대량 배출이다.
한편, 연료의 연소 및 소각 과정에서 '플라이 애쉬(fly ash)'가 다량 발생한다. 플라이 애쉬는 연소된 물질에 따라 칼슘 및 실리카를 함유하는 등 그 구성성분이 다양하며, 조성비 또한 매우 다양하다. 하지만, 플라이 애쉬는 그 이용의 가치가 거의 전무하고, 알칼리성을 띠고 있기 때문에 연소 및 소각 설비의 주변에 적재되고 있는 실정이며, 이것이 화력발전에 의한 또 하나의 큰 문제점이다.
또한, 최근에는 중국발 미세 먼지 유입 등 사람들이 미세 먼지(특히, PM 2.5 이하)에 대한 심각성을 직접적으로 체감하고 있는데, 화력발전에 의한 미세 먼지 제거 또한 해결되어야 할 큰 문제점이다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 여러 가지 해결책 등이 모색되고 있고, 미세 먼지를 제거하기 위하여 화력발전소에 습식 전기집진기 등을 도입하는 움직임이 있으나, 위에서 말한 문제점들을 복합적으로 해결하기에는 부족한 실정이고, 이에 이산화탄소, 플라이 애쉬, 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0017453호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화력발전소에서 발생하는 플라이 애쉬, 이산화탄소, 미세 먼지 등을 효과적으로 제거할 수 있는 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치 및 이를 이용한 미세먼지 제거방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출부; 칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응부; 및 칼슘 이온 추출부의 상부에 설치되고, 칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받은 후, 이를 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진기;를 포함하는 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게, 칼슘 이온 추출부는, 이산화탄소를 포함하는 배가스를 공급하는 배가스 공급부;를 포함할 수 있고, 산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어부;를 포함할 수 있으며, 이때, 산성 물질은, 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 브롬화수소(HBr), 아이오딘화수소(HI), 과염소산(HClO4) 및 인산(H3PO4)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 칼슘 이온 추출부는, 추출된 칼슘 이온을 분리하기 위한 리간드를 공급하는 리간드 공급부;를 포함할 수 있고, 이때, 리간드는, 아세트산(CH3COOH), 카르복시글루탐산(C6H9NO6), 니트로벤젠(C6H5NO2), 이미노디아세트산(HN(CH2CO2H)2), 시트레이트(Citrate), 글루타메이트(Glutamate) 및 옥살산(C2H2O4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 칼슘 이온 추출부는, 칼슘 이온 추출 수용액을 칼슘 이온 추출부의 상부에 위치하는 습식 전기집진기로 공급하기 위한 펌프;를 포함할 수 있고, 플라이 애쉬와 물을 교반하는 교반장치;를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 탄산화 반응부는, 칼슘 이온 추출부로부터 공급받는 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 필터;를 포함할 수 있고, 염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어부;를 포함할 수 있으며, 이때, 염기성 물질은, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(KOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 탄산화 반응부는, 칼슘 이온 추출 수용액을 교반하기 위한 교반장치;를 포함할 수 있고, 하부에는 제조된 탄산칼슘을 분리하여 배출하는 탄산칼슘 배출부;를 포함할 수 있으며, 상부에는 정화된 기체를 배출하는 기체 배출구;를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 습식 전기집진기는, 미세 먼지를 포함하는 배가스를 대전시키는 방전극; 및 대전된 미세 먼지를 포집하는 집진전극;을 포함할 수 있다.
또한, 습식 전기집진기는 칼슘 이온 추출 수용액을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 분사부;를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상하로 배치된 2개의 분사부를 포함하고, 상측에 배치된 분사부는 방전극 및 집진전극 상부에 위치하며, 하측에 배치된 분사부는 방전극 및 집진전극의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 습식 전기집진기는, 상부에 정화된 기체를 배출하는 기체 배출구;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출단계; 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응단계; 및 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진단계;를 포함하는 미세먼지 제거방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 칼슘 이온 추출단계는, 이산화탄소를 포함하는 배가스를 공급하는 배가스 공급단계;를 포함할 수 있고, 산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어단계;를 포함할 수 있으며, 추출된 칼슘 이온을 분리하기 위한 리간드를 공급하는 리간드 공급단계;를 포함할 수 있고, 플라이 애쉬와 물을 교반하는 교반단계;를 포함할 수 있다.
또한, 탄산화 반응단계는, 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받을 때, 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 여과단계;를 포함할 수 있고, 염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어단계;를 포함할 수 있으며, 칼슘 이온 추출 수용액을 교반하기 위한 교반단계;를 포함할 수 있고, 제조된 탄산칼슘을 분리하여 배출하는 탄산칼슘 배출단계;를 포함할 수 있으며, 정화된 기체를 배출하는 기체 배출단계;를 포함할 수 있다.
또한, 습식 전기집진단계는, 미세 먼지를 포함하는 배가스를 대전시키는 방전단계; 및 대전된 미세 먼지를 포집하는 집진단계;를 포함할 수 있고, 정화된 기체를 배출하는 기체 배출단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄산칼슘 제조장치와 습식 전기집진기가 일체로 형성되어 화력발전소에서 배출되는 이산화탄소 및 플라이 애쉬를 이용하여 탄산칼슘을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 가진다.
구체적으로, 플라이 애쉬로부터 칼슘 이온을 추출한 후, 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조함과 동시에 칼슘 이온 추출 수용액을 습식 전기집진기로 공급하여 분사함으로써 미세 먼지도 제거할 수 있는 효과를 가진다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 예에 따른 화력발전장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 1은 보일러(100), SCR 장치(200), ESP 장치(300), FGD 장치(400) 및 스택(500)을 포함하는 일 예에 따른 화력발전장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치는 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출부(10); 칼슘 이온 추출부(10)로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응부(20); 및 칼슘 이온 추출부(10)의 상부에 설치되고, 칼슘 이온 추출부(10)로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받은 후, 이를 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진기(30);를 포함한다. 본 발명은 도 1과 같은 화력발전장치에 적용될 수 있는 장치로서, 탄산칼슘 제조장치와 습식 전기집진기(30)가 일체로 형성되고, 화력발전소에서 배출되는 이산화탄소와 플라이 애쉬를 이용하여 탄산칼슘을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 칼슘 이온 추출부(10)에서 생성된 칼슘 이온이 추출된 수용액을 습식 전기집진기(30)로 공급하여 분사함으로써 화력발전소에서 배출되는 미세 먼지도 효과적으로 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 플라이 애쉬 공급부(11)로부터 플라이 애쉬를 공급받고, 물 공급부(12)로부터 물을 공급받아 이들을 혼합함으로써 플라이 애쉬 내부에 포함된 칼슘 이온이 추출된 칼슘 이온 추출 수용액을 생성할 수 있다. 플라이 애쉬 공급부(11)는 화력발전소에 설치된 건식 타입의 ESP 장치(300)와 연결되어 ESP 장치(300)에 의해 먼지가 제거된 배가스 내부에 포함된 플라이 애쉬를 칼슘 이온 추출부(10)로 공급할 수 있다.
이때, 칼슘 이온 추출부(10)는 배가스 공급부(13)를 포함할 수 있다. 배가스 공급부(13)는 이산화탄소를 포함하는 배가스를 칼슘 이온 추출부(10)로 공급할 수 있다. 일반적으로 FGD 장치(400)를 통과한 배가스에는 약 15% 이하의 이산화탄소가 포함되는데, 이를 공기 중으로 바로 배출할 경우, 지구 온난화 등 환경오염 문제를 유발할 수 있다. 이에 본 발명은 이산화탄소를 포함하는 배가스를 칼슘 이온 추출부(10) 내부로 유도하여 산성도를 낮추는 수단으로 활용한다. 즉, 배가스 공급부(13)는 칼슘 이온 추출부(10)의 일측에 형성될 수 있고, 화력발전소에 설치된 FGD(flue gas desulfurization) 장치와 연결되어 SOx 기체는 제거되고, 이산화탄소와 미세 먼지 등을 포함하는 배가스를 칼슘 이온 추출부(10)로 공급할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 pH 제어부(14)를 포함할 수 있다. pH 제어부(14)는 칼슘 이온 추출부(10)로 공급되는 이산화탄소 등을 이용하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 4~6.5로 조절할 수 있다.
또한, pH 제어부(14)는 필요에 따라 플라이 애쉬로부터 칼슘 이온을 효과적으로 추출하기 위해서 칼슘 이온 추출부(10)로 산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 2~6으로 조절할 수도 있다. 이때, 산성도를 조절하기 위한 산성 물질은 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 브롬화수소(HBr), 아이오딘화수소(HI), 과염소산(HClO4) 및 인산(H3PO4)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 리간드 공급부(15)를 포함할 수 있다. 리간드 공급부(15)는 물 공급부(12)와 연결되고, 칼슘 이온 추출부(10)로 물이 공급될 때, 리간드를 함께 공급할 수 있다. 리간드는 착화합물에서 중심 금속 이온에 배위결합하고 있는 분자나 이온을 의미하는 것으로, 금속 이온과 배위결합하기 위해 비공유 전자쌍을 반드시 가지는 것을 특징으로 한다. 리간드는 금속 이온과 선택적으로 결합할 수 있기 때문에 추출된 칼슘 이온과 선택적으로 결합할 수 있고, 이를 통해 추출된 칼슘 이온을 칼슘 이온을 제외한 추출된 다른 금속 이온과 효과적으로 분리할 수 있다. 이때, 리간드는 아세트산(CH3COOH), 카르복시글루탐산(C6H9NO6), 니트로벤젠(C6H5NO2), 이미노디아세트산(HN(CH2CO2H)2), 시트레이트(Citrate), 글루타메이트(Glutamate) 및 옥살산(C2H2O4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 칼슘 이온과 선택적으로 결합할 수 있는 리간드는 모두 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 펌프(16)를 포함할 수 있다. 펌프(16)는 후술할 습식 전기집진기(30)로 칼슘 이온 추출 수용액을 공급하는 역할을 한다. 펌프(16)는 칼슘 이온 추출기 상부에 위치한 습식 전기집진기(30)로 칼슘 이온 추출 수용액을 효과적으로 공급하기 위한 것으로서, 공지의 다양한 펌프(16)를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 교반장치(17)를 포함할 수 있다. 교반장치(17)는 플라이 애쉬와 물을 효과적으로 교반하여 칼슘 이온 추출 효율을 향상시키기 위한 것으로서, 복수 개의 회전 날개를 구비하는 교반기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 교반기를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출부(10)는 하부에 잔류물 회수부를 포함할 수 있다. 잔류물 회수부는 칼슘 이온 이외의 다른 금속이온이나 미세 먼지 등 칼슘 이온 이외의 입자를 모두 포괄하는 잔류물을 회수하는 것으로서, 다양한 여과장치를 포함할 수 있고, 이를 이용하여 잔류물을 효과적으로 회수 및 분리할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 칼슘 이온 추출부(10)로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합함으로써 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 이산화탄소는 스택(500)과 연결된 이산화탄소 공급부(21)로부터 공급받을 수 있다. 즉, 이산화탄소 공급부(21)는 공정이 진행되는 동안 제거되지 않고, 스택(500)을 통해 외부로 배출되는 이산화탄소를 스택(500)으로부터 회수하여 탄산화 반응부(20)로 공급함으로써 외부로 배출되는 이산화탄소의 양을 절감하여 환경 오염을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 칼슘 이온 추출기와 연결되는 부분에 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 필터(22)를 포함할 수 있다. 필터(22)는 칼슘 이온을 선별적으로 통과시킬 수 있는 공지의 다양한 여과막을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 pH 제어부(23)를 포함할 수 있다. pH 제어부(23)는 탄산화 반응부(20)로 염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 염기성으로 조절하는 것으로서, 탄산칼슘을 제조하기 위해서는 칼슘 이온이 포함된 용액을 염기성 조건으로 만드는 것이 중요하고, pH 8~12으로 조절하는 것이 바람직하다. 염기성 조건으로 만들기 위한 염기성 물질은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(KOH), 수산화암모늄(NH4OH) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 염기성 물질을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 교반장치(24)를 포함할 수 있다. 교반장치(24)는 칼슘 이온 추출 수용액과 이산화탄소를 효과적으로 교반하여 탄산칼슘을 제조하기 위한 것으로서, 테일러와류 반응기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 칼슘 이온과 이산화탄소 기체를 효과적으로 혼합할 수 있는 공지의 다양한 교반기를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 하부에 탄산칼슘 배출부를 포함할 수 있다. 탄산화 반응부(20)에서 칼슘 이온과 이산화탄소가 교반하면 슬러리 형태의 탄산칼슘이 제조되는데, 탄산칼슘 배출부는 다양한 여과장치를 사용하여 탄산칼슘을 효과적으로 분리하여 배출할 수 있다. 일반적으로, 탄산염의 크기가 40㎛을 초과하므로, 여과장치는 직경이 30~40㎛인 기공을 다수 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응부(20)는 상부에 기체 배출구(25)를 포함할 수 있다. 기체 배출구(25)는 스택(500)과 연결되고, 이산화탄소, 미세 먼지 등이 제거되어 정화된 기체를 스택(500)으로 배출하여 최종적으로 스택(500)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다. 여기서 정화된 기체란, 최초 칼슘 이온 추출부(10)에 공급된 배가스와 비교했을 때, 이산화탄소, 미세 먼지 등이 제거되어 상대적으로 깨끗한 기체를 의미한다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진기(30)는 칼슘 이온 추출부(10)의 상부에 설치되고, 칼슘 이온 추출부(10)로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받은 후, 이를 분사하여 미세 먼지를 제거하는 것으로서, 칼슘 이온 추출부(10)에서 생성되는 칼슘 이온 추출 수용액을 이용하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 습식 전기집진기(30)는 칼슘 이온 추출부(10)의 상부에 설치되어 칼슘 이온 추출부(10)로부터 공급되는 칼슘 이온 추출 수용액을 아래 방향으로 분사함으로써 칼슘 이온 추출부(10)로 공급된 배가스가 상승할 때, 배가스 내에 포함된 미세 먼지 등을 제거할 수 있다. 제거된 미세 먼지는 최종적으로 잔류물 회수부에 의해 제거된다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진기(30)는 미세 먼지를 포함하는 배가스(분진)를 대전시키는 방전극(31); 및 대전된 미세 먼지를 포집하는 집진전극(32);을 포함할 수 있다. 이때, 방전극(31) 및 집진전극(32)은 복수 개가 설치될 수 있다. 방전극(31)은 (-)의 고전압이 가해져 음전극으로 기능하고, 코로나 방전을 발생시켜 배가스 중의 입자를 대전시키는 것으로서, 코르틴 강(Corten steel)으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 집진전극(32)은 (+) 고전압이 가해져 양전극으로 기능하고, 대전된 입자(미세 먼지)를 쿨롱힘에 의해 포집할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진기(30)는 분사부(33)를 포함할 수 있다. 분사부(33)는 칼슘 이온 추출부(10)로부터 공급된 칼슘 이온 추출 수용액을 하방으로 분사하기 위한 것으로서, 분사 노즐(34)을 포함할 수 있다. 분사 노즐(34)은 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 습식 전기집진기(30)는 복수 개의 분사부(33)를 포함할 수 있고, 적어도 상하로 배치된 2개의 분사부(33)를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상측에 배치된 분사부(33)는 방전극(31) 및 집진전극(32) 상부에 위치하고, 하측에 배치된 분사부(33)는 방전극(31) 및 집진전극(32) 하부에 위치하는 것이 바람직하다.
습식 전기집진기(30)는 분사부(33)의 분사 동작을 제어하는 분사부 제어부를 포함할 수 있다. 분사부 제어부는 한 개 또는 복수 개의 분사부(33)의 동작을 제어하는 것으로서, 방전극(31) 및 집진전극(32)의 상부 및 하부에 각각 배치된 2개의 분사부(33)를 예를 들어 설명하면, 상측에 배치된 분사부(33)는 간헐적(예를 들어, 1분)으로 분사되도록 제어함으로써 집진전극(32)에 포집된 미세 먼지를 씻어서 제거하고, 하측에 배치된 분사부(33)는 지속적으로 분사되도록 제어함으로써 위로 올라오는 배가스(분진) 내부의 미세 먼지를 직접 제거한다. 제거된 미세 먼지는 칼슘 이온 추출부(10)로 되돌아 가고, 잔류물 회수부에 의해 최종적으로 제거될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진기(30)는 상부에 기체 배출구(35)를 포함할 수 있다. 기체 배출구(35)는 스택(500)과 연결되고, 미세 먼지 등이 제거되어 정화된 기체를 스택(500)으로 배출하여 최종적으로 스택(500)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다. 여기서 정화된 기체란, 최초 칼슘 이온 추출부(10)에 공급된 배가스와 비교했을 때, 이산화탄소 등이 제거되어 상대적으로 깨끗한 기체를 의미한다.
다음으로, 미세먼지 제거방법에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 상술한 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치를 예를 들어 설명하나, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상술하여 중복된 설명에 대해서는 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거방법은 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출단계; 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응단계; 및 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진단계;를 포함한다. 본 발명은 화력발전장치 등에서 발생하는 이산화탄소와 플라이 애쉬로부터 탄산칸슘을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 탄산칼슘 제조과정에서 생성되는 칼슘 이온 추출 수용액을 이용하여 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는 플라이 애쉬 공급부(11)로부터 플라이 애쉬를 공급받고, 물 공급부(12)로부터 물을 공급받아 이들을 혼합함으로써 플라이 애쉬 내부에 포함된 칼슘 이온이 추출된 칼슘 이온 추출 수용액을 생성할 수 있다.
이때, 칼슘 이온 추출단계는 배가스 공급단계를 포함할 수 있다. 배가스 공급단계는 이산화탄소를 포함하는 배가스를 칼슘 이온 추출부(10)로 공급할 수 있다. 일반적으로 FGD 장치(400)를 통과한 배가스에는 약 15% 이하의 이산화탄소가 포함되는데, 이를 공기 중으로 바로 배출할 경우, 지구 온난화 등 환경오염 문제를 유발할 수 있다. 이에 본 발명은 이산화탄소를 포함하는 배가스를 칼슘 이온 추출부(10) 내부로 유도하여 산성도를 낮추는 수단으로 활용한다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는 pH 제어단계를 포함할 수 있다. pH 제어단계는 칼슘 이온 추출부(10)로 공급되는 이산화탄소 등을 이용하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 4~6.5로 조절할 수 있다.
또한, pH 제어단계는 필요에 따라 플라이 애쉬로부터 칼슘 이온을 효과적으로 추출하기 위해서 칼슘 이온 추출부(10)로 산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 2~6으로 조절할 수도 있다. 이때, 산성도를 조절하기 위한 산성 물질은 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 브롬화수소(HBr), 아이오딘화수소(HI), 과염소산(HClO4) 및 인산(H3PO4)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는 리간드 공급단계를 포함할 수 있다. 리간드 공급단계는 칼슘 이온 추출부(10)로 물이 공급될 때, 리간드를 함께 공급할 수 있다. 리간드는 착화합물에서 중심 금속 이온에 배위결합하고 있는 분자나 이온을 의미하는 것으로, 금속 이온과 배위결합하기 위해 비공유 전자쌍을 반드시 가지는 것을 특징으로 한다. 리간드는 금속 이온과 선택적으로 결합할 수 있기 때문에 추출된 칼슘 이온과 선택적으로 결합할 수 있고, 이를 통해 추출된 칼슘 이온을 칼슘 이온을 제외한 추출된 다른 금속 이온과 효과적으로 분리할 수 있다. 이때, 리간드는 아세트산(CH3COOH), 카르복시글루탐산(C6H9NO6), 니트로벤젠(C6H5NO2), 이미노디아세트산(HN(CH2CO2H)2), 시트레이트(Citrate), 글루타메이트(Glutamate) 및 옥살산(C2H2O4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 칼슘 이온과 선택적으로 결합할 수 있는 리간드는 모두 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는 교반단계를 포함할 수 있다. 교반단계는 플라이 애쉬와 물을 효과적으로 교반하여 칼슘 이온 추출 효율을 향상시키기 위한 단계로서, 복수 개의 회전 날개를 구비하는 교반기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 교반기를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는 잔류물 회수단계를 포함할 수 있다. 잔류물 회수단계는 칼슘 이온 이외의 다른 금속이온이나 미세 먼지 등 칼슘 이온 이외의 입자를 모두 포괄하는 잔류물을 회수하는 단계로서, 다양한 여과장치를 이용하여 잔류물을 효과적으로 회수 및 분리할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응단계는 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합함으로써 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 이산화탄소는 스택(500)과 연결된 이산화탄소 공급부(21)로부터 공급받을 수 있다. 또한, 탄산화 반응단계는 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받을 때, 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 여과단계를 포함할 수 있다. 여과단계는 칼슘 이온을 선별적으로 통과시킬 수 있는 공지의 다양한 여과막 등의 필터를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응단계는 pH 제어단계를 포함할 수 있다. pH 제어단계는 염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 염기성으로 조절하는 단계로서, 탄산칼슘을 제조하기 위해서는 칼슘 이온이 포함된 용액을 염기성 조건으로 만드는 것이 중요하고, pH 8~12으로 조절하는 것이 바람직하다. 염기성 조건으로 만들기 위한 염기성 물질은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(KOH), 수산화암모늄(NH4OH) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 염기성 물질을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응단계는 교반단계를 포함할 수 있다. 교반단계는 칼슘 이온 추출 수용액과 이산화탄소를 효과적으로 교반하여 탄산칼슘을 제조하기 위한 단계로서, 테일러와류 반응기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 칼슘 이온과 이산화탄소 기체를 효과적으로 혼합할 수 있는 공지의 다양한 교반기를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응단계는 탄산칼슘 배출단계를 포함할 수 있다. 탄산화 반응단계에서 칼슘 이온과 이산화탄소가 교반하면 슬러리 형태의 탄산칼슘이 제조되는데, 탄산칼슘 배출단계는 다양한 여과장치를 사용하여 탄산칼슘을 효과적으로 분리하여 배출할 수 있다. 일반적으로, 탄산염의 크기가 40㎛을 초과하므로, 여과장치는 직경이 30~40㎛인 기공을 다수 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 탄산화 반응단계는 기체 배출단계를 포함할 수 있다. 기체 배출단계는 이산화탄소, 미세 먼지 등이 제거되어 정화된 기체를 스택(500)으로 배출하여 최종적으로 스택(500)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다. 여기서 정화된 기체란, 최초 칼슘 이온 추출부(10)에 공급된 배가스와 비교했을 때, 이산화탄소, 미세 먼지 등이 제거되어 상대적으로 깨끗한 기체를 의미한다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진단계는 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 분사하여 미세 먼지를 제거하는 단계로서, 칼슘 이온 추출단계에 의해 생성되는 칼슘 이온 추출 수용액을 이용하여 미세 먼지를 제거하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 습식 전기집진단계는 칼슘 이온 추출부(10)에서 습식 전기집진기(30)로 칼슘 이온 추출 수용액을 공급한 후, 아래 방향으로 분사함으로써 칼슘 이온 추출부(10)로 공급된 배가스가 상승할 때, 배가스 내에 포함된 미세 먼지 등을 제거할 수 있다. 제거된 미세 먼지는 최종적으로 잔류물 회수단계에서 제거된다.
일 실시예에 있어서, 습식 전기집진단계는 미세 먼지를 포함하는 배가스(분진)를 대전시키는 방전단계; 및 대전된 미세 먼지를 포집하는 집진단계;를 포함할 수 있다. 또한, 습식 전기집진단계는 기체 배출단계를 포함할 수도 있다. 기체 배출단계는 미세 먼지 등이 제거되어 정화된 기체를 스택(500)으로 배출하여 최종적으로 스택(500)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다. 여기서 정화된 기체란, 최초 칼슘 이온 추출부(10)에 공급된 배가스와 비교했을 때, 이산화탄소 등이 제거되어 상대적으로 깨끗한 기체를 의미한다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
100 : 보일러 200 : SCR 장치
300 : ESP 장치 400 : FGD 장치
500 : 스택(stack)
10 : 칼슘 이온 추출부 11 : 플라이 애쉬 공급부
12 : 물 공급부 13 : 배가스 공급부
14 : pH 제어부 15 : 리간드 공급부
16 : 펌프 17 : 교반장치
20 : 탄산화 반응부 21 : 이산화탄소 공급부
22 : 필터 23 : pH 제어부
24 : 교반장치 25 : 기체 배출구
30 : 습식 전기집진기 31 : 방전극
32 : 집진전극 33 : 분사부
34 : 분사 노즐 35 : 기체 배출구

Claims (30)

  1. 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출부;
    칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응부; 및
    칼슘 이온 추출부의 상부에 설치되고, 칼슘 이온 추출부로부터 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받은 후, 이를 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  2. 제1항에 있어서, 칼슘 이온 추출부는,
    이산화탄소를 포함하는 배가스를 공급하는 배가스 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  3. 제1항에 있어서, 칼슘 이온 추출부는,
    산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  4. 제3항에 있어서, 산성 물질은,
    질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 브롬화수소(HBr), 아이오딘화수소(HI), 과염소산(HClO4) 및 인산(H3PO4)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  5. 제1항에 있어서, 칼슘 이온 추출부는,
    추출된 칼슘 이온을 분리하기 위한 리간드를 공급하는 리간드 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  6. 제5항에 있어서, 리간드는,
    아세트산(CH3COOH), 카르복시글루탐산(C6H9NO6), 니트로벤젠(C6H5NO2), 이미노디아세트산(HN(CH2CO2H)2), 시트레이트(Citrate), 글루타메이트(Glutamate) 및 옥살산(C2H2O4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  7. 제1항에 있어서, 칼슘 이온 추출부는,
    칼슘 이온 추출 수용액을 칼슘 이온 추출부의 상부에 위치하는 습식 전기집진기로 공급하기 위한 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  8. 제1항에 있어서, 칼슘 이온 추출부는,
    플라이 애쉬와 물을 교반하는 교반장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  9. 제1항에 있어서, 탄산화 반응부는,
    칼슘 이온 추출부로부터 공급받는 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  10. 제1항에 있어서, 탄산화 반응부는,
    염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  11. 제10항에 있어서, 염기성 물질은,
    수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(KOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  12. 제1항에 있어서, 탄산화 반응부는,
    칼슘 이온 추출 수용액을 교반하기 위한 교반장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  13. 제1항에 있어서, 탄산화 반응부는,
    하부에 제조된 탄산칼슘을 분리하여 배출하는 탄산칼슘 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  14. 제1항에 있어서, 탄산화 반응부는,
    상부에 정화된 기체를 배출하는 기체 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  15. 제1항에 있어서, 습식 전기집진기는,
    미세 먼지를 포함하는 배가스를 대전시키는 방전극; 및
    대전된 미세 먼지를 포집하는 집진전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  16. 제15항에 있어서, 습식 전기집진기는,
    칼슘 이온 추출 수용액을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  17. 제16항에 있어서, 습식 전기집진기는,
    상하로 배치된 2개의 분사부를 포함하고,
    상측에 배치된 분사부는 방전극 및 집진전극 상부에 위치하며, 하측에 배치된 분사부는 방전극 및 집진전극의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  18. 제1항에 있어서, 습식 전기집진기는,
    상부에 정화된 기체를 배출하는 기체 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산칼슘 제조장치가 결합된 습식 전기집진장치.
  19. 플라이 애쉬와 물을 혼합하여 플라이 애쉬에 포함된 칼슘 이온을 추출하는 칼슘 이온 추출단계;
    칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받아 이산화탄소와 혼합하여 탄산칼슘을 제조하는 탄산화 반응단계; 및
    칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 분사하여 미세 먼지를 제거하는 습식 전기집진단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  20. 제19항에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는,
    이산화탄소를 포함하는 배가스를 공급하는 배가스 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  21. 제19항에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는,
    산성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  22. 제19항에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는,
    추출된 칼슘 이온을 분리하기 위한 리간드를 공급하는 리간드 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  23. 제19항에 있어서, 칼슘 이온 추출단계는,
    플라이 애쉬와 물을 교반하는 교반단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  24. 제19항에 있어서, 탄산화 반응단계는,
    칼슘 이온 추출단계에 의해 생성된 칼슘 이온 추출 수용액을 공급받을 때, 칼슘 이온 추출 수용액 내의 불순물을 제거하는 여과단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  25. 제19항에 있어서, 탄산화 반응단계는,
    염기성 물질을 공급하여 칼슘 이온 추출 수용액의 pH를 조절하는 pH 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  26. 제19항에 있어서, 탄산화 반응단계는,
    칼슘 이온 추출 수용액을 교반하기 위한 교반단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  27. 제19항에 있어서, 탄산화 반응단계는,
    제조된 탄산칼슘을 분리하여 배출하는 탄산칼슘 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  28. 제19항에 있어서, 탄산화 반응단계는,
    정화된 기체를 배출하는 기체 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  29. 제19항에 있어서, 습식 전기집진단계는,
    미세 먼지를 포함하는 배가스를 대전시키는 방전단계; 및
    대전된 미세 먼지를 포집하는 집진단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.
  30. 제19항에 있어서, 습식 전기집진단계는,
    정화된 기체를 배출하는 기체 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거방법.




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