WO2012060661A2 - 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템 - Google Patents

일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템 Download PDF

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WO2012060661A2
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이명화
장두훈
송재준
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to an integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system, and more particularly, through an integrated filtration module to simultaneously and integrally perform dust collection, desulfurization, and denitrification in exhaust gas discharged from a combustion furnace. It relates to an integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system that can efficiently use the waste heat of the exhaust gas passed through the integrated filtration module.
  • Some non-industrial industries operate various combustion facilities, such as power generation boilers and incineration boilers, to secure necessary energy, such as electricity or steam.
  • an air pollution prevention device is necessarily attached to the rear end of the combustion facility in order to remove air pollutants such as dust, sulfur oxides, and nitrogen oxides generated in the combustion process.
  • air pollutants such as dust, sulfur oxides, and nitrogen oxides generated in the combustion process.
  • air pollution prevention systems installed in power generation boilers generally have a selective catalytic reduction (SCR) that works effectively in the 300 ° C region, an electrostatic precipitator that handles dust, and flue gas desulfurization that can handle sulfur oxides.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the devices are installed in order.
  • the system has a problem in that it is discharged to the outside as it is without recovering the thermal energy of 300 °C, the denitrification catalyst in the SCR is poisoned by the high concentration of dust generated has a problem of reducing the life of the catalyst.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0104926 describes an energy-efficient denitrification and desulfurization reactor using waste heat of exhaust gas.
  • the fossil fuels such as coal and oil are combusted.
  • a denitrification and desulfurization reactor having high energy efficiency has been disclosed by recovering and utilizing combustion exhaust gas waste heat in a process of removing contained nitrogen oxides and sulfur oxides
  • the plasma reactor is provided by supplying the recovered waste heat to a plasma reactor. Is a denitrification and desulfurization action by supplying a plasma to the SCR, which is a processing apparatus, and there may be a problem in that the high temperature heat discharged from the combustion furnace is not directly transmitted to the SCR.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-0304080 relates to a system for purifying exhaust gas using an electron beam accelerator, wherein sulfur dioxide and nitrogen oxide contained in the exhaust gas are converted to sulfuric acid and nitric acid by electron beam treatment, and then neutralized in a neutralization reactor.
  • a desulfurization / denitrification treatment method and apparatus thereof in flue gas for reacting with and generating ammonium sulfate and ammonium nitrate are described.
  • the above document describes an apparatus and method for removing contaminants such as sulfur dioxide and nitrogen oxides from the exhaust gas generated as a whole, whereas the treatment method uses an electron beam rather than a heat method. There is a lack of consideration on how to utilize waste heat.
  • the present invention provides an integrated filtration module for simultaneously collecting, desulfurizing, and denitrifying gas in exhaust gas, and disposed at a front end of the integrated filtration module to perform primary desulfurization operations for sulfur oxides.
  • Integrated dust collection, desulfurization, denitrification to improve the efficiency of removing pollutants by using the high temperature heat of the exhaust gas discharged from the combustion furnace in a state including a desulfurization reactor, and a heat exchanger disposed at the rear end of the integrated filtration module.
  • a waste heat recovery system is also collected, desulfurizing, and denitrifying gas in exhaust gas, and disposed at a front end of the integrated filtration module to perform primary desulfurization operations for sulfur oxides.
  • Integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system provided to achieve the above object is provided with a filter bag therein, and the dust collection, desulfurization, and denitrification process for the exhaust gas in the combustion furnace
  • a desulfurization reactor disposed at a front end of the integrated filtration module to perform a desulfurization process for sulfur oxides in the exhaust gas, and a heat exchanger disposed at a rear end of the integrated filtration module, wherein the desulfurization reactor and The integrated filtration module is characterized in that the desulfurization process is made sequentially.
  • the filter bag may preferably provide a denitrification structure therein that performs a denitrification process on nitrogen oxides.
  • the desulfurization agent supplied from the desulfurization agent feeder is any one or more of a group consisting of slaked lime, limestone, and zeolite.
  • the reducing agent supplied from the reducing agent injector is ammonia.
  • the interlock fan is provided at the front end or the rear end of the heat exchanger.
  • the heat exchanger is a fin tube type or a corrosion resistant tube type.
  • the filter bag is a hollow cylindrical or bent structure, the denitrification structure is inserted and fixed therein, the denitrification structure is a hollow vertical cylindrical structure that maintains a predetermined distance from the filter bag through the upper and lower ends It may be desirable for the gas to flow in and out.
  • the present inventors' integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system include an integrated filtration module for simultaneously performing dust collection, desulfurization, and denitrification in exhaust gas, and disposed at the front end of the integrated filtration module to provide sulfuric acid.
  • an integrated filtration module for simultaneously performing dust collection, desulfurization, and denitrification in exhaust gas, and disposed at the front end of the integrated filtration module to provide sulfuric acid.
  • a desulfurization reactor for performing a primary desulfurization operation for the cargo
  • a heat exchanger disposed at the rear of the integrated filtration module.
  • the present invention is capable of efficiently removing the sulfur oxides present in the exhaust gas through the continuous desulfurization operation in the desulfurization reactor and the integrated filter module, and by maintaining a sufficient space velocity through the denitrification structure disposed in the filter bag.
  • the oxide component can be effectively collected.
  • FIG. 1 is a block diagram of an integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system for performing dust collection, desulfurization, and denitrification processes for exhaust gas through a series of continuous processes as an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the configuration of the unit filtration module constituting the integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system of the present invention.
  • the integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system 100 includes an integrated filtration module 10 and a front end of the integrated filtration module 10 that perform the dust collection, desulfurization, and denitrification process for the exhaust gas in the combustion furnace 1.
  • a desulfurization reactor 30 disposed in the exhaust gas and performing a desulfurization process on the sulfur oxides in the exhaust gas, a heat exchanger 40 disposed at the rear end of the integrated filtration module 10, and a desulfurization feeder disposed in front of the desulfurization reactor 30 ( 60), a reducing agent injector 70 disposed between the desulfurization reactor 30 and the integrated filtration module 10, and an interlock fan 50 disposed between the integrated filtration module 10 and the heat exchanger 40. do.
  • the integrated filtration module 10 includes an exhaust gas inlet 11 disposed at one side and an exhaust gas outlet 12 disposed at the other side.
  • the integrated filtration module 10 is provided with a plurality of unit filtration module 20 therein, the unit filtration module 20 can each independently act as a purification module for the exhaust gas, and a plurality of It may be configured as.
  • the exhaust gas generated in the combustion furnace 1 is discharged about 300 degreeC.
  • the exhaust gas contains dust, nitrogen oxides, sulfur oxides, and the like.
  • an integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system including a desulfurization reactor 30, an integrated filtration module 10, and a heat exchanger 40 is provided. Go through (100).
  • the desulfurization agent of lime, limestone, and zeolite-based desulfurization agent is injected in the desulfurization agent supplyer 60, and the injected desulfurization agent reacts in the desulfurization reactor 30 to convert gaseous sulfur oxide into particulate matter.
  • the reaction mechanism when using slaked lime as a desulfurization agent is shown in the following chemical reaction formula.
  • the reducing agent injected from the reducing agent injector 70 is supplied to the integrated filtration module 10 through the reducing agent supply line 72.
  • the reducing agent may be ammonia (NH 3 ).
  • nitrogen oxides (NO x ) are reduced by using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent, converted to nitrogen (N 2 ), and removed.
  • the exhaust gas at about 230 ° C. in which all the dust, sulfur oxides, and nitrogen oxides are removed from the integrated filtration module 10 is effectively recovered from the heat exchanger 40 installed at the rear end and discharged at about 70 ° C. Thereafter, the exhaust gas whose heat is effectively recovered is discharged to the outside through the stack 2.
  • the heat exchanger 40 is composed of a fin tube type heat exchange material at the front end to recover the heat as much as possible so as not to cause corrosion by exhaust gas condensation, and at the rear end to withstand corrosion due to condensation of the exhaust gas. It may be desirable to install a heat resistant material of the corrosion resistant tube type. Meanwhile, the fin tube and the corrosion resistant tube type may be applicable to both front and rear ends of the heat exchanger 40, and only one tube type may be selectively applied to each.
  • Examples of the material applied to the corrosion resistant tube type include resins such as Teflon and silicon, inorganic materials, and composite metal materials.
  • Examples of the inorganic materials include ceramics, enamels, glass, and the like.
  • the interlock fan 50 may be located at the front end or the rear end of the heat exchanger 40 in consideration of a corrosion problem, and as an embodiment, the ID-FAN may be used.
  • unit filtration module 20 constituting the integrated filtration module 10 will be described with reference to FIG. 2.
  • the unit filtration module 20 includes a plate-shaped dust collecting plate 21 having a spaced distance for collecting dust, a filter bag 24 disposed between the dust collecting plate 21, a filter bag 24, and a dust collecting plate 21. ) And a denitrification structure 25 inserted into and fixed in the filter bag 24, and a fixing panel 23 fixedly disposed on the dust collecting plate 21 and the top of the filter bag 24. .
  • terminals having different polarities are connected to each other to cause dust collection. That is, most of the contaminants introduced into the unit filtration module 20 are collected in the dust collecting plate 21 by a strong electric action formed between the dust collecting plate 21 and the discharge electrode 22.
  • the dust in the exhaust gas and particulate gypsum as a byproduct reacted in the desulfurization reactor 30 are attached to the dust collecting plate 21 or the filter bag 24 by the electrostatic force and the filter dust collecting mechanism in the unit filtration module 20. Removal takes place.
  • the unreacted sulfur oxide in the desulfurization reactor (30) is characterized in that the reaction with the desulfurization agent collected in the filter bag (24) is further removed.
  • the filter bag 24 forms a hollow cylindrical container-type structure, and has a hole formed to allow the lower plate 24a and the denitrification structure 25 to penetrate the upper end. Side plate 24b.
  • the filter bag 24 may be a structure in which some sections are bent.
  • the filter bag 24 has a property of adsorbing contaminants and undergoes a second desulfurization treatment while collecting the remaining desulfurization agent in the desulfurization reactor 30. That is, after the desulfurization treatment is primarily performed in the desulfurization reactor 30, the desulfurization treatment may be performed in the filter bag 24 again.
  • the denitrification structure 25 can be configured in a long cylindrical shape and flow through the upper and lower ends.
  • the denitrification structure 25 has a stable arrangement by placing the upper portion through the upper plate 24b of the filter bag 24.
  • the denitrification structure 25 is fixedly disposed therein and spaced apart from the outer surface of the filter bag 24 by a predetermined distance.
  • the exhaust gas from which the sulfur oxides and the dust are removed from the filter bag 24 and the dust collecting plate 21 passes through the denitrification structure 25, and the nitrogen oxides are injected using ammonia (NH 3 ) injected from the front of the integrated filter module 10 as a reducing agent. (NO x ) is reduced and converted to nitrogen (N 2 ) to be removed.
  • NH 3 ammonia
  • NO x is reduced and converted to nitrogen (N 2 ) to be removed.
  • pressure loss applied to the system can be considered. Since the pressure loss is closely related to the operating cost, how to optimize it is important. The closest relation with the pressure loss is the increase of the pressure loss due to dust collection, which will be described below.
  • the compressed air supplied from the compressed air supplier 80 is applied to perform the dust removal operation (reference numerals 28 and 29). Specifically, after compressed air is introduced into the filter bag 24 from the compressed air supply 80 as shown by reference numeral 28, the filter is filtered through a process of discharging based on the outer surface of the filter bag 29 as shown by reference numeral 29. It acts to desorb contaminants 5 such as dust collected in the bag 29.
  • the dust detached through the above action is effectively moved to the dust collecting plate 21 by the electric field generated between the discharge electrode 22 and the dust collecting plate 21, and is designed to prevent a sudden increase in pressure loss.
  • Exhaust gas introduced into the inside through the side of the filter bag 24 is designed to be introduced into the lower portion of the denitrification structure 25 and discharged to the upper portion of the denitrification structure 25 to have a sufficient space velocity.
  • the space velocity may be understood as referring to a moving speed required for the nitrogen oxide component of the exhaust gas introduced into the denitrification structure 25 to be reduced to nitrogen by reacting with a reducing agent such as ammonia.
  • the flow of exhaust gas flowing through the lower side of the filter bag 24 as shown at 26b and the exhaust flowing through the upper side of the filter bag 24 as shown at 26c are shown. All of the gas flow flows into the filter bag 24 and simultaneously flows into the buffer space 20a on the lower side of the denitrification structure 25.
  • the exhaust gas gathered in the buffer space 20a undergoes a process in which the moving speed is relatively lowered, and at the same time, the exhaust gas naturally flows upward as the pressure increases due to the concentration of the exhaust gas.
  • the exhaust gas of the buffer space 20a flows in through the lower end of the denitrification structure 25 and is discharged through the upper end (see reference numeral 27).
  • the flow of the exhaust gas introduced into the unit filtration module 20 (see reference numeral 26) is introduced omni-directionally through the side of the filter bag 24 so as to concentrate flow down the denitrification structure 25.
  • the process allows for the efficient purification of nitrogen oxides.
  • the present inventors' integrated dust collection, desulfurization, denitrification, and waste heat recovery system includes an integrated filtration module for simultaneously performing dust collection, desulfurization, and denitrification in exhaust gas, and a sulfur oxide disposed at the front end of the integrated filtration module.
  • Desulfurization reactor for performing the primary desulfurization operation for, and heat exchanger disposed in the rear end of the integrated filtration module can be used to increase the removal efficiency of pollutants by using the high temperature heat of the exhaust gas discharged from the combustion furnace. .

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Abstract

일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은 연소로에서의 배기가스에 대한 집진, 탈황, 및 탈질 공정을 행하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 상기 배기가스 내의 황산화물에 대한 탈황 공정을 수행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함하며, 상기 일체형 여과모듈은 내부에 여과백을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 배기가스에서의 집진, 탈황, 및 탈질을 동시에 일체적으로 행하게 하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 황산화물에 대한 일차적인 탈황작업을 행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함한 상태에서 연소로에서 배출되는 배기가스에서의 고온의 열을 이용하여 오염물질의 제거 효율을 높일 수 있다.

Description

일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템
본 발명은 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일체형 여과모듈을 통해 연소로에서 배출되는 배기가스에서의 집진, 탈황, 및 탈질을 동시에 일체적으로 행하게 하는 동시에 상기 일체형 여과모듈을 거친 배기가스의 폐열을 효율적으로 이용할 수 있는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템에 관한 것이다.
에너지 다소비업종인 산업체에서는 전기 또는 스팀 등과 같은 필요한 에너지를 확보하기 위하여 발전보일러 및 소각보일러 등과 같은 다양한 연소시설을 운영하고 있다. 또한 상기와 같은 연소시설의 후단부에는 연소공정에서 발생되는 먼지, 황산화물, 및 질소산화물 등의 대기오염물질을 제거하기 위하여 대기오염방지장치가 필연적으로 부착되어진다. 그러나, 현재까지 대부분의 산업체에서는 대기오염방지시스템을 설계하는데 있어서 단위공정만을 염두에 두고 설계를 하기 때문에, 에너지적인 차원에서 검토할 때 그다지 효과적이지 못한 것이 사실이다.
예를 들어, 일반적으로 발전보일러에 설치된 대기오염방지시스템은 300℃ 영역에서 효과적으로 작동하는 질소산화물 처리장치(SCR,Selective Catalytic Reduction), 먼지를 처리하는 전기집진기, 황산화물을 처리할 수 있는 배연탈황장치의 순으로 설치되어 있다. 상기 시스템의 경우 300℃ 라는 열에너지를 회수하지 아니한 채로 그대로 외부로 배출시켜 버리는 문제점을 가지고 있으며, 발생된 고농도의 먼지에 의해 SCR 내의 탈질촉매가 피독되어 촉매의 수명이 줄어드는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2010-0104926 호에서는 배기가스의 폐열을 이용한 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치에 대해 기술하고 있는데, 구체적으로는 석탄 및 오일과 같은 화석연료가 연소된 후 배기 가스에 포함되어 있는 질소산화물과 황산화물을 제거하는 공정에서 연소배기 가스폐열을 회수하여 활용함으로써 에너지 효율이 높은 탈질, 탈황 반응장치가 게재되어 있지만, 회수된 폐열을 플라즈마 반응장치에 공급함으로써 상기 플라즈마 반응장치가 처리장치인 SCR에 플라즈마를 공급하여 탈질 및 탈황작용을 하는 것을 나타내는 것으로서 SCR에는 연소로에서 토출된 고온의 열이 직접적으로 전달되지 못한다는 문제점이 있을 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-0304080 호에서는 전자선가속기를 이용하여 배기가스를 정화처리하는 시스템에 관한 것으로서, 배기가스 중에 포함된 이산화황과 질소산화물을 전자선 처리하여 황산과 질산으로 변환시킨 후 중화반응기에서 중화제와 반응시켜 황산암모늄과 질산암모늄을 생성하여 제거하는 배가스 중의 탈황/탈질처리방법 및 그 장치에 관한 내용이 기재되어 있다. 상기 문헌에서는 전체적으로 발생된 배기가스 중에서 이산화황과 질소산화물 등의 오염 물질들을 제거하는 장치 및 방법에 대한 내용을 기술하는 것을 알 수 있는 반면에 그 처리방식에 있어서 열을 이용하는 방식이 아닌 전자선을 이용한다는 것에 있어서 폐열에 대한 활용방법에 대한 고찰이 부족하게 된다.
이상 기존의 특허문헌을 비롯한 종래의 기술에서는 연소로에서 배출되는 배기가스에 대한 대기오염방지시스템을 통해 집진, 탈황 및 탈질 처리를 할 수 있다는 것에 대한 내용은 기술되어 있지만, 하나의 단위 모듈을 통한 일체적인 탈황, 탈질 및 집진 방식에 대한 기술 내용은 게재되어 있지 않을 뿐만 아니라, 연소로에서 배출된 배기가스의 열을 이용하여 탈질 및 탈황 처리를 행한 후에 폐열을 회수하는 기술적 구성에 대해서도 다소 미흡하다는 문제가 있게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 배기가스에서의 집진, 탈황, 및 탈질을 동시에 일체적으로 행하게 하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 황산화물에 대한 일차적인 탈황작업을 행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함한 상태에서 연소로에서 배출되는 배기가스의 고온의 열을 이용하여 오염물질의 제거 효율을 높이고자 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은 내부에 여과백을 구비하며, 연소로에서의 배기가스에 대한 집진, 탈황, 및 탈질 공정을 행하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 상기 배기가스 내의 황산화물에 대한 탈황 공정을 수행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함하며, 상기 탈황 반응기와 상기 일체형 여과모듈은 순차적으로 탈황 공정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탈황 반응기 전단에 배치되는 탈황제 공급기 및 상기 탈황 반응기와 상기 일체형 여과모듈 사이에 배치되는 환원제 주입장치를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 여과백은 질소 산화물에 대한 탈질 공정을 수행하는 탈질 구조체를 그 내부에 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 탈황제 공급기에서 공급되는 탈황제는 소석회, 석회석, 및 제올라이트로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상인 것이 바람직할 수 있다.
상기 환원제 주입장치에서 공급되는 환원제는 암모니아인 것이 바람직할 수 있다.
상기 여과백과 상기 탈질 구조체 사이에 압축 공기를 제공하는 압축 공기 공급기를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 열교환장치의 전단 또는 후단에는 연동팬이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 열교환장치는 핀 튜브 타입 또는 내식성 튜브 타입인 것이 바람직할 수 있다.
상기 여과백은 중공 원통 형상 또는 절곡 형상의 구조체로서 그 내부에 탈질 구조체가 삽입 고정되고, 상기 탈질 구조체는 상기 여과백과 소정의 이격거리를 유지한 중공의 수직 원통 형상의 구조체로서 상하단부를 통해 상기 배기가스의 유출입이 가능한 것이 바람직할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명인 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은 배기가스에서의 집진, 탈황, 및 탈질을 동시에 일체적으로 행하게 하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 황산화물에 대한 일차적인 탈황작업을 행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함한 상태에서 연소로에서 배출되는 배기가스에서의 고온의 열을 이용하여 오염물질의 제거 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 탈황 반응기 및 일체형 여과모듈에서의 연속적인 탈황제거 작업을 통해 배기가스에 존재하는 황산화물을 효율적으로 제거할 수 있다는 점 및 여과백 내에 배치된 탈질 구조체를 통해 충분한 공간속도를 유지함으로써 질소산화물 성분을 효과적으로 포집해낼 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 일련의 연속적인 공정을 통해 배기가스에 대한 집진, 탈황, 및 탈질 과정을 수행하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템의 구성도, 및
도 2는 본 발명의 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템을 구성하는 단위 여과모듈의 구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템을 상세히 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템(100)의 전체적인 구성을 살핀다.
일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템(100)은 연소로(1)에서의 배기가스에 대한 집진, 탈황, 및 탈질 공정을 행하는 일체형 여과모듈(10), 일체형 여과모듈(10)의 전단에 배치되어 배기가스 내의 황산화물에 대한 탈황 공정을 수행하는 탈황 반응기(30), 일체형 여과모듈(10)의 후단에 배치되는 열교환장치(40), 탈황 반응기(30) 전단에 배치되는 탈황제 공급기(60), 탈황 반응기(30)와 일체형 여과모듈(10) 사이에 배치되는 환원제 주입장치(70), 및 일체형 여과모듈(10)과 열교환장치(40) 사이에 배치되는 연동팬(50)을 포함한다.
상기 일체형 여과모듈(10)은 일측에 배치되는 배기가스 유입구(11) 및 타측에 배치되는 배기가스 배출구(12)를 구비한다. 더불어, 일체형 여과모듈(10)은 그 내부에 복수의 단위 여과 모듈(20)을 구비하는데, 상기 단위 여과 모듈(20)은 각각 독립적으로 배기가스에 대한 정화모듈로서 작용하는 것도 가능하고 복수개가 일체적으로 구성되어질 수도 있다.
연소로(1)에서 발생된 배기가스는 300℃ 정도로 배출된다. 상기 배기가스에는 먼지, 질소산화물, 및 황산화물 등이 포함되어 있다. 이러한 대기오염물질의 제거 및 열을 효과적으로 회수하기 위하여 도 1에서 보는 바와 같이 탈황반응기(30), 일체형 여과모듈(10), 열교환장치(40)를 포함한 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템(100)을 거치게 된다.
본 발명은 탈황제 공급기(60)에서 소석회, 석회석, 및 제올라이트 계열의 탈황제가 분사되고 상기 분사된 탈황제가 탈황반응기(30)에서 반응을 일으켜 가스 상태의 황산화물을 입자상 물질로 변환시키게 된다. 한 예로서 소석회를 탈황제로 사용하였을 때의 반응 메카니즘은 다음 하기의 화학 반응식과 같다.
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3·1/2H2O + 1/2H2O
CaSO3·1/2H2O + 1/2O2 + 3/2H2O → CaSO4·2H2O
상기 화학식에서 볼 수 있는 바와 같이 소석회(Ca(OH)2)가 이산화황(SO2)과 반응을 일으켜 입자상의 석고(CaSO4)를 생성시킨다는 것을 알 수 있다. 탈황반응기(30)에서 생성된 입자상의 석고는 배기가스 유입구(11)를 통하여 일체형 여과모듈(10) 내로 유입되어 포집이 이루어진다.
한편, 환원제 주입장치(70)에서 분사되는 환원제는 환원제 공급관로(72)를 통해 일체형 여과모듈(10)로 공급된다. 상기 환원제는 암모니아(NH3)일 수 있다. 구체적으로는, 일체형 여과모듈(10) 내에서 암모니아(NH3)를 환원제로 하여 질소산화물(NOx)이 환원되어 질소(N2)로 변환되어 제거된다.
일체형 여과모듈(10)에서 먼지, 황산화물, 및 질소산화물이 모두 제거된 약 230℃의 배기가스는 후단에 설치되어 있는 열교환장치(40)에서 효과적으로 열이 회수되어 약 70℃로 배출된다. 이후, 열이 효과적으로 회수된 배기가스는 스택(2,stack)을 통해 외부로 방출된다.
상기 열교환장치(40)는 배기가스가 응축되어 부식을 일으키지 않도록 전단부에서는 핀 튜브 타입의 열교환 재질로 구성되어 최대한 열을 회수할 수 있게 하고, 후단부에서는 배기가스의 응축으로 인한 부식에 견딜수 있도록 내식성 튜브 타입의 열교환 재질이 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 한편, 핀 튜브 및 내식성 튜브 타입은 열교환장치(40)의 전후단에 모두 적용이 가능할 수도 있고 각각 한가지의 튜브 타입만 선택적으로 적용이 가능할 수 있다.
상기 내식성 튜브 타입에 적용되는 소재로는 테프론과 실리콘 등의 수지, 무기재료, 및 복합금속재료 등을 들 수 있다. 무기재료로서는 세라믹, 에나멜, 및 유리 등을 열거할 수 있다.
연동팬(50)은 부식 문제를 고려하여 열교환장치(40)의 전단 또는 후단에 위치될 수 있고, 일 실시예로서 ID-FAN 의 사용이 가능하다.
이하, 도 2를 참조하여 일체형 여과모듈(10)을 구성하는 단위 여과 모듈(20)에 대해 설명한다.
단위 여과 모듈(20)은 먼지 포집을 위한 소정 거리의 이격공간이 형성되는 판상 형태의 집진판(21), 집진판(21) 사이에 배치되는 여과백(24), 여과백(24)과 집진판(21) 주위에 배치되는 방전극(22), 여과백(24) 내에 삽입 고정되는 탈질 구조체(25), 및 집진판(21)과 여과백(24)의 상단에 고정 배치되는 고정 패널(23)을 포함한다.
집진판(21)과 방전극(22) 상에는 각각 다른 극성의 단자가 연결되어져 전기적으로 집진이 일어나게 한다. 즉, 단위 여과 모듈(20)로 유입되는 오염물질 중 대부분의 먼지들은 집진판(21)과 방전극(22) 사이에 형성된 강력한 전기작용에 의해 집진판(21)에 집진되는 과정을 거친다.
더불어, 배기가스 중의 먼지 및 탈황반응기(30)에서의 반응된 부산물인 입자상의 석고는 단위 여과 모듈(20) 내에서 정전기력 및 여과 집진 메카니즘에 의해 집진판(21)이나 여과백(24)에 부착되어 제거가 이루어진다. 이와 더불어 탈황반응기(30)에서 미반응된 황산화물은 여과백(24)에 포집된 탈황제와 반응을 일으켜 추가적으로 제거가 되는 특징을 가지고 있다.
상기 여과백(24)은 일 실시예로서 중공 원통 형상의 용기 형태의 구조체를 이루며, 하부 끝단에 배치되는 하측판(24a) 및 상부 끝단에 탈질 구조체(25)의 관통이 가능하게 홀이 형성된 상측판(24b)을 포함한다. 한편, 여과백(24)의 다른 실시예로서 일부 구간이 절곡된 형태로 이루어지는 구조가 가능할 수 있다.
여과백(24)은 오염물질을 흡착하는 성질을 가지는 동시에 탈황반응기(30)에서의 잔여 탈황제를 포집한 상태로 2차 탈황 처리를 하게 된다. 즉, 탈황반응기(30)에서 1차적으로 탈황 처리가 이루어진 후 재차 여과백(24)에서 2차적으로 탈황 처리가 이루어질 수 있다.
탈질 구조체(25)는 긴 원통 형상으로 구성이 가능하며 상하부 끝단을 통해 유동이 가능하다. 탈질 구조체(25)는 그 상부가 여과백(24)의 상측판(24b)을 관통하도록 배치됨으로써 안정된 배치를 가지게 된다. 상기 탈질 구조체(25)는 여과백(24)의 외면과 소정 거리 이격된 상태로 내부에 고정배치된다. 여과백(24) 및 집진판(21)에서 황산화물과 먼지가 제거된 배기가스는 탈질 구조체(25)를 통과하면서 일체형 여과모듈(10) 전단에서 분사된 암모니아(NH3)를 환원제로 하여 질소산화물(NOx)이 환원되어 질소(N2)로 변환되어 제거된다.
탈황, 집진, 및 탈질이 동시에 일어나는 일체형 여과모듈(10)의 성능에 영향을 미치는 중요한 인자로서 시스템에 걸리는 압력손실을 고려할 수 있다. 상기 압력손실은 운전비와 밀접한 관계에 있기 때문에 이를 어떻게 최적화하느냐가 중요하게 된다. 압력손실과 가장 밀접한 관계를 가지는 것이 먼지의 포집에 의한 압력손실의 증가이므로 이하 이에 대해 설명한다.
여과백(24)의 내부에 탈질구조체(25)가 장착되어 있는 단위 여과 모듈(20) 내에서 여과백(24)에 포집된 먼지를 효과적으로 탈진하기 위하여 여과백(24)과 탈질구조체(25) 사이에 압축공기 공급기(80)로부터 제공되는 압축공기를 가하여 탈진작업을 한다(도면부호 28,29). 구체적으로는 도면 부호 28과 같이 압축공기 공급기(80)에서 여과백(24) 내로 압축공기가 유입되어진 후, 도면 부호 29와 같이 여과백(29)의 외부면을 기준으로 배출되는 과정을 통해 여과백(29)에 포집된 먼지 등의 오염물질(5)을 탈리하는 작용을 한다.
상기와 같은 작용을 통하여 탈리된 먼지들이 방전극(22)과 집진판(21) 사이에 만들어지는 전기장에 의해 효과적으로 집진판(21)으로 이동되어짐으로써 압력손실이 급격이 증가하는 것을 막도록 설계된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하여, 단위 여과 모듈(20) 내에서의 유체의 흐름을 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 탈황반응기(30)를 거쳐 단위 여과 모듈(20)로 유입된 배기가스는 단위 여과 모듈(20)의 하부로 유입되어(도면부호 26a 참조), 단위 여과 모듈(20) 내부에서 간격이 있는 집진판들(21) 사이를 이동하기도 하지만, 최종적으로는 여과백(24) 및 탈질구조체(25)를 통하여 외부로 배출된다.
여과백(24)의 측면을 통해 내부로 유입된 배기가스는 탈질구조체(25)의 하부로 유입되어 탈질구조체(25)의 상부로 배출되는 형태로 설계되어 있어 충분한 공간속도를 갖게 된다. 상기 공간속도는 탈질구조체(25) 내에 유입된 배기가스의 질소산화물 성분이 암모니아와 같은 환원제와 반응하여 질소로 환원되기 위해 요구되는 이동속도를 지칭하는 것으로서 이해될 수 있다.
구체적으로 보면, 도면 부호 26b에 도시된 바와 같이 여과백(24)의 측면 하부를 통해 유입되는 배기가스의 흐름 및 도면 부호 26c에 도시된 바와 같이 여과백(24)의 측면 상부를 통해 유입되는 배기가스의 흐름이 모두 여과백(24) 내로 유입되는 동시에 탈질구조체(25)의 하부 측의 완충 공간(20a)으로 유동하게 된다. 여기에서, 완충 공간(20a)에 모인 배기가스는 이동속도가 상대적으로 저하되는 과정을 거치는 동시에 배기가스의 밀집 현상으로 인한 압력 상승에 따라 자연스럽게 상방으로의 배기가스의 유동을 이끌어낼 수 있게 된다. 상기와 같은 배기가스의 흐름에 의해 완충 공간(20a)의 배기가스는 탈질구조체(25)의 하단을 통해 내부로 유입되어 상단을 통해 배출되는 구조를 이룬다(도면부호 27 참조). 상기한 바와 같이, 단위 여과 모듈(20) 내로 유입되는 배기가스의 흐름(도면부호 26 참조)은 여과백(24)의 측면을 통해 전방위적으로 유입되어 탈질구조체(25)의 하부로 집중 유동하는 과정을 통해 질소 산화물이 효율적으로 정화될 수 있게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명인 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은 배기가스에서의 집진, 탈황, 및 탈질을 동시에 일체적으로 행하게 하는 일체형 여과모듈, 상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 황산화물에 대한 일차적인 탈황작업을 행하는 탈황 반응기, 및 상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치를 포함한 상태에서 연소로에서 배출되는 배기가스의 고온의 열을 이용하여 오염물질의 제거 효율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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.

Claims (9)

  1. 내부에 여과백을 구비하며, 연소로에서의 배기가스에 대한 집진, 탈황, 및 탈질 공정을 수행하는 일체형 여과모듈;
    상기 일체형 여과모듈의 전단에 배치되어 상기 배기가스 내의 황산화물에 대한 탈황 공정을 수행하는 탈황 반응기; 및
    상기 일체형 여과모듈의 후단에 배치되는 열교환장치;
    를 포함하며,
    상기 탈황 반응기와 상기 일체형 여과모듈은 순차적으로 탈황 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은,
    상기 탈황 반응기 전단에 배치되는 탈황제 공급기 및 상기 탈황 반응기와 상기 일체형 여과모듈 사이에 배치되는 환원제 주입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 여과백은 질소 산화물에 대한 탈질 공정을 수행하는 탈질 구조체를 그 내부에 제공하는 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탈황제 공급기에서 공급되는 탈황제는 소석회, 석회석, 및 제올라이트로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 주입장치에서 공급되는 환원제는 암모니아인 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템은,
    상기 여과백과 상기 탈질 구조체 사이에 압축 공기를 제공하는 압축 공기 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환장치의 전단 또는 후단에는 연동팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환장치는 핀 튜브 타입 또는 내식성 튜브 타입인 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 여과백은 중공 원통 형상 또는 절곡 형상의 구조체로서 그 내부에 탈질 구조체가 삽입 고정되고, 상기 탈질 구조체는 상기 여과백과 소정의 이격거리를 유지한 중공의 수직 원통 형상의 구조체로서 상하단부를 통해 상기 배기가스의 유출입이 가능한 것을 특징으로 하는 일체형 집진, 탈황, 탈질, 및 폐열 회수 시스템.
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