WO2018212383A1 - 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법 - Google Patents

증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2018212383A1
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edta
chemical cleaning
boiler tube
ammonia
metal
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PCT/KR2017/005242
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Inventor
임한귀
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주식회사 방산테크
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/048—Purification of waste water by evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/08—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents

Definitions

  • the present invention relates to a chemical cleaning wastewater regeneration system and method for a steam boiler tube, and more particularly, by regenerating the chemical cleaning waste water used to remove scale of a steam system boiler tube such as a thermal power plant and reusing it as a chemical cleaning liquid.
  • the present invention relates to a chemical cleaning wastewater regeneration system and method for a steam-based boiler tube that can minimize the generation of wastewater by chemical cleaning.
  • the watertight wall tube connected to the steam boiler used in the thermal power plant generates scale inside the operating time, and the generated scale has low thermal conductivity, which reduces the overall thermal efficiency.
  • the scale may cause pipe overheating, which may shorten the life of the power generation system or even cause the pipe to burst.
  • the thermal power plant boiler water pipe wall material is carbon steel
  • the reheater and superheater tube material is 12% chromium steel
  • the main component is iron (Fe).
  • iron materials are thermodynamically unstable and corrosion cannot be prevented even with pure systematic water.
  • Table 1 shows the metal components of boiler tubes used in thermal power plants.
  • Patent No. 10-0827789 discloses a chemical cleaner and a chemical cleaning method for the steam boiler.
  • the above technique uses a chemical cleaning agent to dissolve scale (rust) attached to the inner surface of the reheater and superheater tubes of the thermal power boiler for power generation, and additionally, it remains on the inner surface of the reheater and superheater tubes without being dissolved after chemical cleaning.
  • the present invention relates to an air blowing method for discharging foreign matter such as a piece of metal or a piece of metal introduced during the construction of a boiler into the atmosphere within 5 seconds using high pressure air, and an air blowing system used in the method.
  • the thermal power plant boiler chemical cleaning method using EDTA the chemical cleaning waste water is generated by the cleaning, and the generated chemical cleaning waste water is stored in a large waste water storage tank.
  • the stored chemical clean-up wastewater was collected by time and treated in a separate place.
  • Physical methods include pyrolysis incineration using a high temperature plasma, evaporative concentration, supercritical water treatment, and the like, and chemical methods include penton oxidation using hydrogen peroxide and acid and alkali precipitation.
  • Korean Patent Publication No. 10-0919771 discloses a method and a treatment apparatus for a nuclear steam generator chemical cleaning wastewater containing a chelating agent and a radioactive material.
  • the technique comprises the first step of separating radioactive liquid wastes containing low or high concentrations of chelating substances and heavy metals into pure water and contaminants through an evaporation / concentrator, and adding hydrogen peroxide to the waste liquid concentrated in the evaporation / concentrator.
  • a second step of treating organic matter in a Fenton reactor a third step of sending untreated organic matter from the Fenton reactor to an evaporation tank, and a fourth step of providing an evaporation settling space in the evaporation tank to separate solids and water;
  • wastewater is not only wasted by disposing of ammonia gas, NH 4 -EDTA, M-EDTA, and Fe-EDTA contained in the washing wastewater, but also the chemical cleaning process and wastewater treatment must be divided into separate processes. Not only does it take much time to process, but it also has the disadvantage of requiring a larger system.
  • the present invention was created to solve the problems of the prior art, the problem to be solved in the present invention, the chemical cleaning waste water generated while removing the scale of the steam boiler tube can be reused as a chemical cleaning liquid.
  • the present invention provides a chemical cleaning wastewater regeneration system and method.
  • Another problem to be solved in the present invention is to provide a chemical cleaning wastewater regeneration system and method that can increase the recovery rate without supplying an external heat source by concentrating the chemical cleaning wastewater using the process heat of the chemical cleaning wastewater generated during cleaning. There is.
  • the chemical cleaning wastewater regeneration system for a steam boiler tube a vacuum evaporator for vacuum and evaporation of the chemical washing waste water for the steam boiler tube;
  • a reactant feeder for supplying magnesium oxide to the vacuum evaporator;
  • An ammonia recoverer for recovering ammonia generated in the vacuum evaporator by the magnesium oxide supplied by the reactant booster;
  • a first reactor for reacting the ammonia recovered in the ammonia recoverer with ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) to generate a metal-EDTA cleaner;
  • EDTA ethylene diamine tetraacetic acid
  • a vacuum pump connected to the ammonia recoverer to maintain the inside of the vacuum evaporator under a negative pressure by suction of air.
  • the metal-EDTA complex generated in the vacuum evaporator is supplied by the magnesium oxide supplied by the reactant feeder, and the metal-EDTA complex and caustic soda are reacted to generate poorly soluble metal-EDTA.
  • Second reactor And a solid-liquid separator separating the poorly soluble metal-EDTA and water (H 2 O) generated in the second reactor.
  • the vacuum evaporator condenser is installed on the inner upper injection nozzle for injecting the chemical cleaning waste water; And a mist eliminator installed at an upper portion of the spray nozzle to aggregate and remove moisture and solid matter generated therein.
  • the apparatus may further include a condenser installed between the ammonia recoverer and the vacuum pump to generate condensed water by condensing air introduced by the vacuum pump.
  • the chemical cleaning wastewater used to remove the scale of the boiler tube is concentrated in a state maintained at a predetermined temperature Washing wastewater concentration step;
  • a solid-liquid separation step of separating the poorly soluble metal-EDTA and water (H 2 O) generated in the second reaction step.
  • FIG 1 is an overall configuration of the chemical cleaning wastewater regeneration system for steam boiler tube according to the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram of a condenser applied to the chemical cleaning wastewater recycling system for steam boiler tube according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a solid-liquid separator applied to the chemical cleaning wastewater regeneration system for steam boiler tube according to the present invention.
  • Figure 4 is a flow chart for the chemical cleaning waste water regeneration method for steam boiler tube according to the present invention.
  • the present invention is to recycle the chemical cleaning waste water used to remove the scale of the steam boiler tube, such as a thermal power plant and reuse it as a chemical cleaning liquid, the chemical cleaning for steam boiler tube to minimize the generation of waste water by chemical cleaning And a wastewater regeneration system and method.
  • FIG 1 is an overall configuration of the chemical cleaning wastewater regeneration system for steam boiler tube according to the present invention.
  • the chemical cleaning wastewater regeneration system for a steam boiler tube includes a vacuum evaporator 10, a reactant supply 20, an ammonia recovery unit 30, a first reactor 40, It comprises a vacuum pump 50, a condenser 60, a second reactor 70, a solid-liquid separator 80 and a heat exchanger (90).
  • first to third pumps P1, P2, and P3 for transporting or circulating the wastewater are configured.
  • the vacuum evaporator concentrator 10 is to vacuum / evaporate the chemical cleaning waste water for the steam system boiler tube, and concentrates the chemical cleaning waste water used to descale the boiler tube from the first pump P1.
  • the chemical cleaner used to remove the scale formation on the inner surface of the steam system of boiler tubes generally ammonium -EDTA (NH 4 -EDTA) is used.
  • the chemical cleaner when a chemical cleaner is injected into the tube, and the chemical cleaner is circulated or reversely circulated for 20 hours or more at a temperature of 90 ° C ⁇ 5 and a flow rate of 0.2 to 0.8 m / sec, the chemical cleaner is the inner surface of the tube. Reaction with the scale (metal oxide) formed in the metal oxide is released from the inner surface of the tube.
  • the chemical cleaner reacts with the metal oxide at a high temperature to desorb the metal oxide from the inner side of the tube, and when the cleaning is completed, the chemical cleaner becomes the chemical cleaning wastewater containing the metal oxide.
  • the chemical cleaning wastewater generated by the washing is supplied to the vacuum evaporator 10 by the first pump P1.
  • the chemical cleaning wastewater supplied to the vacuum evaporator 10 by the pumping of the first pump P1 is supplied through the injection nozzle 11 installed on the inner upper portion of the vacuum evaporator 10.
  • the chemical cleaning wastewater supplied to the vacuum evaporator 10 contains predetermined water, a part of the water contained in the chemical cleaning wastewater is sprayed through the heat and the injection nozzle 11 of the chemical washing wastewater itself to evaporate. Done.
  • the internal pressure of the vacuum evaporator 10 is relatively lower than the atmospheric pressure, and the evaporation of water contained in the chemical cleaning wastewater is more actively performed.
  • the inside of the vacuum evaporator 10 may be configured to maintain a vacuum state.
  • mist remover 12 is installed inside the vacuum evaporator 10 to collect and remove the evaporated water.
  • the mist eliminator 12 removes impurities including moisture and dust generated by evaporation, and is installed at a position higher than the injection nozzle 11.
  • the chemical cleaning wastewater supplied to the vacuum evaporator 10 is concentrated by the action of its own heat, vacuum and spraying.
  • the reactant feeder 20 supplies the first reactant to the vacuum evaporator 10, in which the EDTA used as the chemical cleaner is dissolved in the metal-EDTA complex of the EDTA remaining due to the unreacted scale of the inner surface of the tube. It is to change.
  • the first reactant is made of magnesium oxide.
  • the magnesium oxide may be made of one or a mixture of magnesium oxide (MgO) or magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ).
  • the unreacted chemical wash liquid (NH 4 -EDTA) contained in the chemical wash wastewater reacts with magnesium oxide to form a metal-EDTA complex, magnesium-EDTA (Mg-EDTA), ammonia (NH 3 ), and water. Is converted to (H 2 O). At this time, ammonia (NH 3 ) is to be converted to gas form.
  • the ammonia recoverer 30 recovers the ammonia generated in the vacuum evaporator by the magnesium oxide supplied by the reactant feeder 20.
  • the ammonia recovery unit 30 recovers ammonia (NH 3 ) by sucking the gas of the vacuum evaporator 10.
  • the first reactor 40 serves to generate a metal-EDTA detergent by reacting the ammonia recovered in the ammonia recoverer with ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA).
  • EDTA ethylene diamine tetraacetic acid
  • the EDTA (C 10 H 16 N 2 O 8 ) is a compound composed of four carboxylates and two amine groups, and can produce a water-soluble chelate in which almost all metal ions and several ligands are coordinated. have.
  • the chelate refers to a compound having two or more coordinating ligands and having a ring structure to surround the ligands.
  • ammonium-EDTA (NH 4 -EDTA) is produced.
  • the first reactor 40 is provided with a stirrer 41 for activating the reaction of ammonia and EDTA.
  • the stirrer 41 may include a motor and an impeller, and the motor may be configured to be capable of forward and reverse rotation according to design conditions. That is, by using a motor capable of forward and reverse rotation, the impeller may be configured to drive the impeller forward and reverse rotation so that the remaining alkaline aqueous solution and the supplied alkaline aqueous solution and water are evenly stirred and mixed.
  • the stirrer 41 may be configured to be operated by varying the driving speed at the time when the EDTA is added and the non-injection time.
  • the mixture is rotated at a speed of 100 to 300 rpm while alternating forward and reverse rotation, and the driving speed of the stirrer 41 at the time when the EDTA is introduced is ammonia supplied with the accommodated EDTA. It can be configured to rotate at 500 ⁇ 800rpm that can be stirred.
  • ammonia supplied to the first reactor 40 may be configured to be supplied to the lower side of the first reactor 40 so that the supplied ammonia is in direct contact with the EDTA contained in the first reactor 40. have.
  • Ammonium-EDTA produced in the first reactor 40 is used as a chemical cleaner.
  • ammonium-EDTA (NH 4 -EDTA), which is a chemical cleaner used for scale cleaning of the inner surface of the tube, is a vacuum evaporator 10, a reagent feeder 20, an ammonia recoverer 30, and a first reactor 40. It will be played while going through.
  • the vacuum pump 50 is for maintaining the inside of the vacuum evaporator 10 at a negative pressure, which is relatively lower than atmospheric pressure, and is connected to the ammonia recoverer 30 so that the vacuum evaporator may be connected by suction of air. 10) Keep the inside under negative pressure.
  • the internal gas of the vacuum evaporator 10 is pumped through the ammonia recoverer 60 according to the operation of the vacuum pump 50 to be exhausted.
  • the gas flowing into the ammonia recoverer 30 in accordance with the operation of the vacuum pump 50 also includes a gas of another material including ammonia (NH 3 ), and has a high temperature thermal energy.
  • the condenser 60 is installed between the ammonia recoverer 30 and the vacuum pump 50 to condense the air introduced by the vacuum pump 50 to generate condensed water.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a condenser applied to the chemical cleaning wastewater recycling system for steam boiler tube according to the present invention.
  • a condenser 60 applied to a chemical cleaning wastewater regeneration system for a steam system boiler tube is a transfer pipe 61 installed to transfer gas and bend in a zigzag, perpendicular to the transfer pipe.
  • the heat dissipation fin 62 is disposed in the condensate, the condensate discharge pipe 63 for discharging the condensed water condensed on the lower bent portion of the transfer pipe 61, the coolant inlet 64 through which the coolant is introduced and the coolant introduced It is configured to include a cooling water outlet (65).
  • a transfer tube 61 for transferring a gas having a high temperature of thermal energy is arranged in a zigzag, and the coolant flows around the transfer tube. Accordingly, while the gas flows through the transfer pipe 61, it is condensed and converted into a liquid, and the converted liquid is discharged through the condensate discharge pipe 63.
  • the inside of the vacuum evaporator 10 has a very small amount of Mg-EDTA and Cu-EDTA reacted with the metal scale during cleaning, but Fe-EDTA and unreacted EDTA generated during the cleaning with the first reactant.
  • Mg-EDTA produced by mixing contains a large amount.
  • the second reactor 70 receives the metal-EDTA complex supplied by the vacuum evaporator 10, and reacts the supplied metal-EDTA complex with caustic soda (NaOH) to produce poorly soluble metal-EDTA. .
  • the metal-EDTA complex of the vacuum evaporator 10 is in a liquid form, it is supplied to the second reactor 70 by the pumping operation of the pump P2.
  • metal-EDTA complex Fe-EDTA, Mg-EDTA
  • caustic soda NaOH
  • poorly soluble metal-EDTA and water H 2 O
  • the poorly soluble metal-EDTA is NaFe-EDTA and NaMg-EDTA, and will exist in a solid state.
  • the stirrer 71 may be installed in the second reactor 70.
  • the solid-liquid separator 80 separates and discharges the poorly soluble metal-EDTA and water (H 2 O) generated in the second reactor 70, and FIG. 3 illustrates chemical cleaning wastewater for a steam boiler tube according to the present invention. It is a diagram schematically showing the configuration of a solid-liquid separator applied to a regeneration system.
  • the poorly soluble metal-EDTA and water (H 2 O) generated in the second reactor 70 is supplied to the solid-liquid separator 80 by the pumping operation of the third pump (P3).
  • the solid-liquid separator 80 applied to the chemical cleaning wastewater regeneration system for a steam boiler tube has a rectangular shape and is provided with a vibrating body 81 installed on a fixed frame and the vibrating body ( 81) a vibrator 82 positioned below and generating vibration and transmitting the generated vibration to the vibrating body 81, and poorly soluble metal-EDTA and water (H) introduced by the vibration transmitted from the vibrator 82; 2 O) is disposed to be inclined in a downward direction to separate and discharge, the vibration screen 83, a plurality of drainage holes perforated on the surface is in close contact with the lower portion of the vibration screen 83, but integral to the vibrating body 81
  • the vacuum chamber 84 is installed to vibrate, the discharge tube 85 is installed at the lower end of the vibration screen 83 discharging poorly soluble metal-EDTA, the poorly soluble metal to the upper portion of the vibration screen 83 the EDTA and water (H 2 O) in a mixed solid-liquid mixture is introduced It is configured to
  • the condensed water discharged from the condenser 60 may be used as the washing water sprayed from the washing nozzle 87.
  • NaFe-EDTA and NaMg-EDTA which are poorly soluble metal-EDTA separated through the solid-liquid separator 80, have the advantage that they can be used as an anti-sulfide corrosion inhibitor or a clinker inhibitor in a thermal boiler.
  • the chemical washing waste water flowing into the vacuum evaporation concentrator 10 is configured to immediately clean the inner surface of the tube with the chemically-cleaned water heated to a high temperature, and immediately regenerate the chemical cleaning wastewater generated by the cleaning. It has heat in the range of ⁇ 5 ° C.
  • the heat exchanger 90 is installed to maintain the internal temperature of the vacuum evaporator 10 at a constant level.
  • the heat exchanger 90 detects the internal temperature of the vacuum evaporator 10 and operates when the detected internal temperature drops below 75 ° C. to bring the internal temperature of the vacuum evaporator 10 to 75 ° C. or higher. Perform the function of maintaining.
  • Figure 4 is a flow chart for the chemical cleaning wastewater regeneration method for the steam system boiler tube according to the present invention.
  • the chemical cleaning wastewater regeneration method for the steam system boiler tube includes a chemical cleaning wastewater concentration step (S10), a first reaction step (S20), a regeneration step (S30), and a second reaction step. (S40) and the solid-liquid separation step (S50) is made.
  • the chemical cleaning wastewater concentration step (S10) is a step of concentrating the chemical cleaning wastewater used to remove the scale of the boiler tube while maintaining the predetermined temperature.
  • the concentration of the chemical cleaning waste water is to evaporate the water contained in the chemical cleaning waste water, it can be made in a vacuum state.
  • the evaporation may be configured to evaporate using a heat source having the chemical cleaning wastewater.
  • the first reaction step (S20) is a step of generating ammonia mixed with magnesium oxide in the chemical cleaning wastewater concentrated in the chemical cleaning wastewater concentration step.
  • the chemical wash wastewater contains unreacted EDTA that did not react with the scale on the inner surface of the tube.
  • the chemical washing waste water contains metal-EDTA complex (Fe-EDTA) and unreacted ammonium-EDTA (NH 4 -EDTA) generated by washing.
  • Fe-EDTA metal-EDTA complex
  • NH 4 -EDTA unreacted ammonium-EDTA
  • Regeneration step (S30) is a step of producing a metal-EDTA detergent by reacting the ammonia produced in the first reaction step (S20) and ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA).
  • ammonium-EDTA is produced by reacting ammonia (NH 3 ) and EDTA, and the produced ammonium-EDTA is used as a scrubbing detergent.
  • the second reaction step (S40) is a step of producing poorly soluble metal-EDTA by reacting the metal-EDTA complex and caustic soda produced in the first reaction step (S20).
  • metal-EDTA cleaners descaled or reacted with magnesium oxide produce metal-EDTA complexes (Fe-EDTA, Mg-EDTA).
  • the metal-EDTA complexes (Fe-EDTA, Mg-EDTA) chemically react with caustic soda (NaOH) to produce poorly soluble metal-EDTA.
  • the poorly soluble metal-EDTA is NaFe-EDTA and NaMg-EDTA, and will be in a solid state.
  • Solid-liquid separation step (S50) is a step of separating the poorly soluble metal-EDTA and water (H 2 O) generated in the second reaction step (S40).
  • NaFe-EDTA and NaMg-EDTA separated according to the solid-liquid separation (S50) may be used as a sulfidation inhibitor or a clinker inhibitor of a thermal boiler.
  • the present invention can provide a chemical cleaning wastewater regeneration system and method that can be re-processed as a chemical cleaning liquid by reprocessing the chemical cleaning wastewater generated while removing the scale of the steam boiler tube will be useful in this field. .

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Abstract

본 발명은 화력발전소와 같은 증기계통 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 재생하여 화학세정액으로 재사용함으로써, 화학세정에 의한 폐수의 발생을 최소화할 수 있는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법
본 발명은 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소와 같은 증기계통 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 재생하여 화학세정액으로 재사용함으로써, 화학세정에 의한 폐수의 발생을 최소화할 수 있는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화력발전소에서 사용되는 증기계통 보일러에 연결된 수간벽 튜브는 운전시간 경과에 따라 그 내측에 스케일이 생성되는 데, 생성된 스케일은 열전도율이 낮아 전체 열효율을 감소시킨다. 또한, 상기의 스케일은 배관 과열의 원인이 되어 발전 시스템의 수명을 단축시키거나 심지어는 배관이 파열되는 사고를 일으키기도 한다.
즉, 화력 발전소 보일러 수관벽 튜브 재질은 탄소강이고, 재열기와 과열기 튜브 재질은 12% 크롬강으로서 주성분은 철(Fe)이다. 이와 같은, 철 재질은 열역학적으로 불안정하기 때문에 순수한 계통수를 사용하여도 부식을 억제할 수는 없다.
표 1은 화력발전소에서 사용되는 보일러 튜브의 금속 성분을 나타낸 것이다.
성분 Fe3O4 SiO2 Al2O3 Na2O CaO MgO MnO NiO ZnO CuO 기타
wt, % <95 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5
그러므로 발전소에서는 보일러 튜브의 부식을 최소화하기 위하여 고순도(18㏁ 이상)의 물과 다양한 수처리 방법을 사용하고 있으나, 증기계통 보일러가 고온·고압의 조건(급수계통: 180 ~ 255㎏/㎠, 350℃, 증기계통: 180 ~ 255㎏/㎠, 540℃)에서 운전되기 때문에 사용시간의 누적(2 ~ 5년)에 의해 보일러 튜브 내측면에는 20 ~ 100㎎/㎠ 정도의 스케일이 발생된다. 이러한 스케일은 열전도도가 탄소강이나 12% 크롬강과 비교하여 1/40 ~ 1/50 정도로 낮기 때문에, 스케일이 다량 부착되면 열효율이 저하되고 튜브가 과열되어 파열되며, 터빈의 노즐과 블레이드에 침식(Solid Particle Erosion)을 발생시키므로 튜브 내측면에 부착된 스케일은 제거해야 한다.
증기계통 보일러의 튜브 내측면에 부착된 스케일이 화학세정기준 이상으로 부착되면 AX-434, AX-424[(주)방산테크노로지, 한국]과 Vertan-665, Vertan-675[Hydrochem, 미국] 그리고 Ebafose-500, Ebafose-510[Ebara, 일본] 등과 같은 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, 이하 'EDTA'라 한다)이 주성분인 화학세정제를 사용하여 제거하고 있다.
상기 EDTA를 사용하여 증기계통 보일러의 튜브 내측면에 발생된 스케일을 제거하기 위한 방법 중의 하나로서, 등록특허공보 제10-0827789호에는 증기계통 보일러를 위한 화학세정제 및 화학세정방법이 개시되어 있다.
상기 기술은 발전용 화력 보일러의 재열기 및 과열기 튜브 내면에 부착된 스케일(녹)을 용해하기 위하여 화학 세정제를 이용하여 세정하는 방법과 추가로 약품 세정 후 용해되지 않고 재열기와 과열기 튜브 내면에 잔류한 입자상 스케일 혹은 보일러 건설 중에 유입된 쇠 조각 등의 이물질을 고압 공기를 사용하여 5초 이내에 대기로 배출하는 에어 블로잉 방법 및 이 방법에 사용하는 에어 블로잉 시스템에 관한 것이다.
한편, EDTA를 이용한 화력발전소 보일러 화학세정 방식에서는 세정에 따라 화학세정폐수가 발생되는 데, 발생된 화학세정폐수는 대형 폐수저장조에 보관하게 된다. 보관된 화학세정폐수는 시기별로 수거하여 별도의 장소에서 처리하였다.
수거된 화학세정폐수의 처리방식에는 물리적 방식과 화학적 방식이 있다. 물리적 방식에는 고온 플라즈마를 이용한 열분해소각법, 증발 농축 방법 및 초임계수 처리법 등이 있고, 화학적 방식에는 과산화수소를 이용한 펜톤 산화법 및 산·알칼리 침전법 등이 있다.
상기 화학세정폐수를 화학적 방식으로 처리하기 위한 기술 중 하나로서, 등록특허공보 제10-0919771호에는 킬레이트 약품과 방사성 물질을 함유한 원전 증기발생기 화학세정폐액 처리방법 및 처리장치가 개시되었다.
상기 기술은 저농도 또는 고농도의 킬레이트 물질과 중금속을 함유하는 방사성 액상폐기물을 증발/농축장치를 통하여 순수한 물과 오염물로 분리하는 제1단계와, 상기 증발/농축장치에서 농축된 폐액에 과산화수소를 투입하여 펜톤반응기에서 유기물을 처리하는 제2단계와, 상기 펜톤반응기로부터 미처리된 유기물을 증발탱크로 보내는 제3단계와, 상기 증발탱크에서 증발침전 공간을 제공하여 고형물과 수분을 분리하는 제4단계와, 상기 증발탱크에서 발생되는 증기 중 미처리된 유기물을 촉매장치에서 촉매를 이용해 처리하는 제5단계 및 상기 촉매장치에서 배출되는 증기 중 기액 분리되도록 냉각시키는 제6단계를 포함하여 이루어진다.
이들 기존의 폐수처리 방법은 별도의 대형 폐수저장조가 필요하고 배출되어 냉각된 세정폐수를 처리하기 위해 열교환기 등을 이용하여 재가열한 후 처리해야 하므로, 건설비용 및 가열 비용 등의 폐수처리비용이 증가하는 문제점이 발생된다.
또한, 세정폐수 중에 포함된 암모니아가스, NH4-EDTA, M-EDTA 및 Fe-EDTA를 폐기 처분함으로써 자원을 낭비할 뿐만 아니라 화학세정 공정과 폐수처리를 별도의 공정으로 구분하여 처리해야 하므로, 폐수 처리에 따른 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 대형화된 시스템이 요구되는 단점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해소하고자 하는 과제는, 증기계통 보일러 튜브의 스케일을 제거하면서 발생된 화학세정폐수를 재처리하여 화학세정액으로 재사용할 수 있는 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해소하고자 하는 다른 과제는 세정시 발생된 화학세정폐수의 공정열을 이용하여 화학세정폐수를 농축함으로써, 외부 열원의 공급없이도 회수율을 높일 수 있는 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템은, 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수를 진공 및 증발시켜 농축하는 진공증발 농축기; 상기 진공증발 농축기에 마그네슘 산화물을 공급하는 반응제 공급기; 상기 반응제 긍급기에 의해서 공급된 마그네슘 산화물에 의해 상기 진공증발 농축기에서 발생된 암모니아를 회수하는 암모니아 회수기; 상기 암모니아 회수기에서 회수된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 제1 반응기; 및 상기 암모니아 회수기와 연결되어, 공기의 흡입에 의해 상기 진공증발 농축기 내부를 부압 상태로 유지하게 하는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반응제 공급기에 의해서 공급된 마그네슘 산화물에 의해 상기 진공증발 농축기에서 생성된 금속-EDTA 착물을 공급받고, 공급받은 상기 금속-EDTA 착물과 가성소다를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성하는 제2 반응기; 및 상기 제2 반응기에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하는 고액분리기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 진공증발 농축기는 내측 상부에 설치되어 상기 화학세정폐수를 분사하는 분사노즐; 및 상기 분사노즐 상부에 설치되어 그 내부에서 발생된 수분 및 고상물질을 응집하여 제거하는 미스트 제거기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 암모니아 회수기와 상기 진공펌프 사이에 설치되어, 상기 진공펌프에 의해 유입되는 공기를 응축하여 응축수를 발생시키는 응축기를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법은, 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 소정의 온도로 유지되는 상태에서 농축하는 화학세정폐수 농축단계; 상기 화학세정폐수 농축단계에서 농축된 화학세정폐수에 마그네슘 산화물을 혼합하는 암모니아를 생성하는 제1 반응단계; 상기 제1 반응단계에서 생성된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 재생단계; 상기 제1 반응단계에서 생성된 금속-EDTA 착물과 가성소다를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성하는 제2 반응단계; 및 상기 제2 반응단계에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하는 고액분리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 물리적 또는 화학적으로 폐기되는 화학세정폐수를 재사용함으로써, 환경오염을 방지할 수 있고 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 화학세정폐수의 자체 고온을 이용함에 따라 화학세정폐수의 재생에 따른 외부 열원의 공급을 감소시킬 수 있으므로, 재생에 따른 비용을 절감할 수 있고, 재생시 발생되는 부산물을 원료로 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 대한 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 응축기의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 고액 분리기의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법에 대한 흐름도.
*도면의 주요부호에 대한 상세한 설명*
10: 진공증발 농축기 20: 반응제 공급기
30: 암모니아 회수기 40: 제1 반응기
41: 교반기 50: 진공펌프
60: 응축기 61: 이송관
62: 방열핀 63: 응축수 배출관
64: 냉각수 유입구 65: 냉각수 배출구
70: 제2 반응기 71: 교반기
80: 고액 분리기 90: 열교환기
P1, P2, P3: 제1 내지 제3 펌프
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 화력발전소와 같은 증기계통 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 재생하여 화학세정액으로 재사용함으로써, 화학세정에 의한 폐수의 발생을 최소화할 수 있는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 대한 전체적인 구성도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템은 진공증발 농축기(10), 반응제 공급기(20), 암모니아 회수기(30), 제1 반응기(40), 진공펌프(50), 응축기(60), 제2 반응기(70), 고액 분리기(80) 및 열교환기(90)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 구성에서 폐수를 이송하거나 순환시키기 위한 제1 내지 제3 펌프(P1, P2, P3)가 구성된다.
진공증발 농축기(10)는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수를 진공/증발시켜 농축하는 것으로서, 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 제1 펌프(P1)로부터 공급받아 농축한다.
증기계통 보일러 튜브의 내측면에 생성된 스케일을 제거하기 위해 사용되는 화학세정제는 일반적으로 암모늄-EDTA(NH4-EDTA)가 사용된다.
즉, 상기 튜브에 화학세정제를 주입하여, 90℃±5의 온도와 유속 0.2 ~ 0.8 m/sec의 조건하에서 20 시간 이상 동안 순환 또는 역순환시켜 화학세정을 실시하게 되면, 화학세정제가 튜브 내측면에 형성된 스케일(금속 산화물)과 반응하여 금속 산화물이 튜브 내측면에서 탈리되게 된다.
이때, 화학세정제와 스케일(금속 산화물) 중 철, 마그네슘 및 구리의 화학 반응식은 다음의 화학식 1과 같다.
화학식 1)
Figure PCTKR2017005242-appb-I000001
즉, 화학세정제는 고온의 온도에서 금속 산화물과 반응하여 금속 산화물을 튜브 내측면에서 탈리시키고, 세정이 완료되면 화학세정액은 금속 산화물이 포함된 화학세정폐수가 된다.
세정에 따라 발생된 화학세정폐수는 제1 펌프(P1)에 의해 진공증발 농축기(10)로 공급되게 된다.
이때, 상기 제1 펌프(P1)의 펌핑에 의해 진공증발 농축기(10)로 공급된 화학세정폐수는 진공증발 농축기(10)의 내측 상부에 설치된 분사노즐(11)을 통해 공급되게 된다.
즉, 상기 진공증발 농축기(10)로 공급된 화학세정폐수에는 소정의 물이 포함되어 있으나, 화학세정폐수 자체의 열과 분사노즐(11)을 통해 분사됨에 의해서 화학세정폐수에 포함된 물의 일부는 증발하게 된다.
이때, 상기 진공증발 농축기(10)의 내부 압력이 대기압보다 상대적으로 낮으며, 화학세정폐수에 포함된 물의 증발은 더욱 활발히 이루어지게 된다.
따라서, 상기 진공증발 농축기(10)의 내부는 진공상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
여기서, 증발되는 수분을 포집하여 제거하기 위해 미스트 제거기(12)가 상기 진공증발 농축기(10)의 내부에 설치된다.
미스트 제거기(12)는 증발에 의해 발생된 수분 및 먼지를 포함한 불순물을 제거하는 것으로서, 상기 분사노즐(11)보다 높은 위치에 설치되게 된다.
이에 따라, 상기 진공증발 농축기(10)로 공급된 화학세정폐수는 자체의 열, 진공 및 분사 등의 작용에 의해 농축된다.
반응제 공급기(20)는 상기 진공증발 농축기(10)로 제1 반응제를 공급하는 것으로서, 화학세정제로 사용된 EDTA가 튜브 내측면의 스케일과 미반응에 의해 잔존하는 EDTA를 금속-EDTA 착물로 변화시키기 위한 것이다. 이때, 상기 제1 반응제는 마그네슘 산화물로 이루어진다.
이때, 상기 마그네슘 산화물은 산화마그네슘(MgO) 또는 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 중에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 화학세정폐수에 포함된 미반응 EDTA와 마그네슘 산화물과의 화학 반응식은 다음의 화학식 2와 같다.
화학식 2)
Figure PCTKR2017005242-appb-I000002
상기 화학식 2를 참조하면, 화학세정폐수에 포함된 미반응 화학세정액(NH4-EDTA)은 마그네슘 산화물과 반응하여 금속-EDTA 착물인 마그네슘-EDTA(Mg-EDTA)와 암모니아(NH3) 및 물(H2O)로 변환된다. 이때, 암모니아(NH3)는 가스 형태로 변환되게 된다.
암모니아 회수기(30)는 상기 반응제 공급기(20)에 의해서 공급된 마그네슘 산화물에 의해 상기 진공증발 농축기에서 발생된 암모니아를 회수하는 기능을 수행한다.
즉, 화학식 2에 따라 상기 진공증발 농축기(10)에서 농축된 화학세정폐수에 마그네슘 산화물을 공급하게 되면 화학세정폐수와 마그네슘 산화물이 반응하여 암모니아(NH3) 가스를 발생시키게 되는 데, 이 암모니아(NH3) 가스에는 다른 물질의 기체도 포함되어 있다.
상기 암모니아 회수기(30)는 상기 진공증발 농축기(10)의 기체를 흡인하여 암모니아(NH3)를 회수하게 된다.
제1 반응기(40)는 상기 암모니아 회수기에서 회수된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 기능을 수행한다.
상기 EDTA(C10H16N2O8)는 4개의 카르복실산염과 2개의 아민기로 구성되어 있는 화합물로서, 거의 모든 금속이온과 여러 개의 리간드가 배위결합하는 수용성 킬레이트(chelate)를 만들어 낼 수 있다. 이때, 킬레이트는 2개 또는 그 이상의 배위결합된 배위원자를 갖고, 배위원자를 둘러싸도록 고리구조를 가진 화합물을 의미한다.
이에 따라, 상기 암모니아와 EDTA가 결합하여 반응하면 암모늄-EDTA(NH4-EDTA)가 생성되게 된다.
여기서, 상기 제1 반응기(40)에는 암모니아와 EDTA의 반응을 활성화시키기 위한 교반기(41)가 구비된다.
상기 교반기(41)는 모터 및 임펠러(impeller)를 포함하여 구성될 수 있으며, 설계조건에 따라 상기 모터는 정역회전이 가능한 것으로 구성될 수 있다. 즉, 정역회전이 가능한 모터를 사용함에 따라 상기 임펠러를 정회전과 역회전으로 구동시켜서 잔존하는 알칼리수용액과 공급된 알칼리수용액 및 물을 고르게 교반 혼합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 교반기(41)는 상기 EDTA가 투입되는 시점과 비투입 시점에 구동속도를 달리하여 운전되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 통상적인 반응시에는 정회전과 역회전을 교번하면서 100 ~ 300rpm으로 회전되도록 하여 혼합되도록 하고, 상기 EDTA가 투입되는 시점에서 상기 교반기(41)의 구동속도는 수용된 EDTA와 공급되는 암모니아가 교반될 수 있는 정도인 500 ~ 800rpm으로 회전되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반응기(40)에 공급되는 암모니아는 상기 제1 반응기(40)의 하부측에 공급되도록 하여 공급된 암모니아가 상기 제1 반응기(40)에 수용된 EDTA와 직접적으로 접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 반응기(40)에서 생성된 암모늄-EDTA는 화학세정제로 사용된다.
즉, 튜브 내측면의 스케일 세정에 사용된 화학세정제인 암모늄-EDTA(NH4-EDTA)는 진공증발 농축기(10), 반응제 공급기(20), 암모니아 회수기(30) 및 제1 반응기(40)를 거치면서 재생되게 된다.
진공펌프(50)는 상기 진공증발 농축기(10)의 내부를 대기압보다 상대적으로 낮은 기압인 부압 상태로 유지하기 위한 것으로서, 상기 암모니아 회수기(30)와 연결되어 공기의 흡입에 의해 상기 진공증발 농축기(10) 내부를 부압 상태로 유지되게 한다.
즉, 상기 진공증발 농축기(10)의 내부 기체는 진공펌프(50)의 동작에 따라 암모니아 회수기(60)를 거처 펌핑되어 배기되게 된다.
이때, 상기 진공펌프(50)의 동작에 따라 상기 암모니아 회수기(30)로 유입되는 기체에는 암모니아(NH3)를 포함한 다른 물질의 기체도 포함되어 있으며, 고온의 열에너지를 가지고 있다.
이에, 고온의 열에너지를 응축하기 위한 구성이 요구된다.
응축기(60)는 상기 암모니아 회수기(30)와 상기 진공펌프(50) 사이에 설치되어, 상기 진공펌프(50)에 의해 유입되는 공기를 응축하여 응축수를 발생시키는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 응축기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 응축기(60)는 기체를 이송하고 지그재그로 절곡되어 설치되는 이송관(61), 상기 이송관에 직각으로 배치되는 방열핀(62), 상기 이송관(61)의 하부측 절곡부에 응축된 응축수를 배출하는 응축수 배출관(63), 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(64) 및 유입된 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(65)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 응축기(60)의 내부에는 고온의 열에너지를 가진 기체를 이송시키는 이송관(61)이 지그재그로 배치되고, 상기 이송관 주변으로는 냉각수가 유동되게 구성된다. 이에 따라, 기체가 상기 이송관(61)을 통해 유동되면서 응축되어 액체로 변환되고, 변환된 액체는 응축수 배출관(63)을 통해 배출된다.
한편, 상기 화학식 1 및 2를 참조하면, 진공증발 농축기(10)의 내부에서는 세정시 금속 스케일과 반응된 금속-EDTA 착물인 Fe-EDTA, Mg-EDTA 및 Cu-EDTA와 제1 반응제와 미반응 EDTA가 반응하여 생성된 금속-EDTA 착물(Mg-EDTA)이 생성된다.
여기서, 상기 진공증발 농축기(10)의 내부에는 세정시 금속 스케일과 반응된 Mg-EDTA와 Cu-EDTA는 극히 소량이나, 세정시 발생된 Fe-EDTA와 미반응된 EDTA를 제1 반응제와의 혼합에 의해 생성된 Mg-EDTA는 다량 포함되어 있다.
이에, 생성된 상기 금속-EDTA 착물(Fe-EDTA, Mg-EDTA)을 처리하기 위한 구성이 필요하다.
제2 반응기(70)는 상기 진공증발 농축기(10)에 의해서 공급된 금속-EDTA 착물을 공급받고, 공급받은 상기 금속-EDTA 착물과 가성소다(NaOH)를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성한다.
이때, 상기 진공증발 농축기(10)의 금속-EDTA 착물은 액체형태로 존재하므로, 펌프(P2)의 펌핑동작에 의해서 상기 제2 반응기(70)에 공급된다.
상기 금속-EDTA 착물(Fe-EDTA, Mg-EDTA)과 가성소다(NaOH)가 화학 반응을 하게 되면 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)이 생성된다.
이때, 상기 난용성 금속-EDTA는 NaFe-EDTA 및 NaMg-EDTA이며, 고체 상태로 존재하게 된다.
상기 제1 반응기(40)와 마찬가지로 상기 제2 반응기(70)에도 교반기(71)가 설치될 수 있다.
고액 분리기(80)는 상기 제2 반응기(70)에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하여 배출시키는 것으로서, 도 3은 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 고액 분리기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이때, 상기 제2 반응기(70)에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)은 제3 펌프(P3)의 펌핑동작에 의해서 상기 고액 분리기(80)로 공급된다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템에 적용된 고액 분리기(80)는 사각형상으로 구성되어 고정프레임에 설치되는 진동체(81), 상기 진동체(81) 하부에 위치되어 진동을 발생시키고 발생된 진동을 상기 진동체(81)에 전달하는 진동기(82), 상기 진동기(82)로부터 전달된 진동에 의해 유입된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하여 배출할 수 있도록 하측 방향으로 경사지게 배치되며, 그 면상에 다수의 배수공이 천공된 진동스크린(83), 상기 진동스크린(83) 하부에 밀착되되 상기 진동체(81)에 일체로 설치되어 진동되는 진공챔버(84), 상기 진동스크린(83)의 하부측 선단에 설치되어 난용성 금속-EDTA가 배출되는 배출관(85), 상기 진동스크린(83)의 상부로 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)이 혼합된 고액 혼합물이 투입되는 공급관(86) 및 상기 진동스크린(83) 상부에 설치되어 세척수를 분사하는 세척노즐(87)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 세척노즐(87)에서 분사되는 세척수로는 상기 응축기(60)에서 응축되어 배출되는 응축수가 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 고액 분리기(80)를 통해 분리된 난용성 금속-EDTA인 NaFe-EDTA 및 NaMg-EDTA는 화력 보일러의 황화부식 방지제 또는 클링커 방지제로 사용될 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에서는 고온으로 가열된 화학세정수로 튜브 내측면을 세정하고, 세정에 따라 발생되는 화학세정폐수를 바로 재생하도록 구성됨에 따라 상기 진공증발 농축기(10)에 유입되는 화학세정폐수는 80℃±5의 범위의 열을 가지고 있다.
그러나 동절기 또는 폐수의 이송에 따라 화학세정폐수의 온도가 저하되는 경우, 화학세정폐수에 포함된 물의 증발을 기대하기 어렵게 된다.
이에, 진공증발 농축기(10)의 내부 온도를 일정 수준으로 유지하기 위해 열교환기(90)가 설치된다.
상기 열교환기(90)는 상기 진공증발 농축기(10)의 내부 온도를 검출하고, 검출된 내부 온도가 75℃ 미만으로 저하되는 경우 동작하여 상기 진공증발 농축기(10)의 내부 온도를 75℃ 이상으로 유지시키는 기능을 수행한다.
상기와 같은 구성을 통해 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법에 대한 흐름도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법은 화학세정폐수 농축단계(S10), 제1 반응단계(S20), 재생단계(S30), 제2 반응단계(S40) 및 고액분리단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
1. 화학세정폐수 농축단계(S10)
화학세정폐수 농축단계(S10)는 보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 소정의 온도로 유지되는 상태에서 농축하는 단계이다.
이때, 상기 화학세정폐수의 농축은 상기 화학세정폐수에 포함된 수분을 증발시키는 것으로서, 진공상태에서 이루어질 수 있다. 또한, 증발시 상기 화학세정폐수가 가지는 열원을 이용하여 증발되도록 구성될 수 있다.
2. 제1 반응단계(S20)
제1 반응단계(S20)는 상기 화학세정폐수 농축단계에서 농축된 화학세정폐수에 마그네슘 산화물을 혼합하는 암모니아를 생성하는 단계이다.
상기 화학세정폐수에는 튜브 내측면의 스케일과 반응하지 않은 미반응된 EDTA가 존재하게 된다.
즉, 상기 화학세정폐수에는 세정에 따라 발생된 금속-EDTA 착물(Fe-EDTA)과 미반응의 암모늄-EDTA(NH4-EDTA)가 존재한다.
이때, 미반응의 암모늄-EDTA(NH4-EDTA)는 투입된 마그네슘 산화물과 반응하여 금속-EDTA 착물(Mg-EDTA)과 암모니아를 생성한다.
3. 재생단계(S30)
재생단계(S30)는 상기 제1 반응단계(S20)에서 생성된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 단계이다.
즉, 암모니아(NH3)와 EDTA를 반응시켜 암모늄-EDTA가 생성되고, 생성된 암모늄-EDTA는 회학세정제로 사용된다.
4. 제2 반응단계(S40)
제2 반응단계(S40)는 상기 제1 반응단계(S20)에서 생성된 금속-EDTA 착물과 가성소다를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성하는 단계이다.
스케일 제거 또는 마그네슘 산화물과 반응한 금속-EDTA 세정제는 금속-EDTA 착물(Fe-EDTA, Mg-EDTA)을 생성한다.
상기 금속-EDTA 착물(Fe-EDTA, Mg-EDTA)은 가성소다(NaOH)와 화학 반응하여 난용성 금속-EDTA를 생성한다. 이때, 상기 난용성 금속-EDTA는 NaFe-EDTA 및 NaMg-EDTA이고, 고체 상태로 존재하게 된다.
5. 고액분리단계(S50)
고액분리단계(S50)는 상기 제2 반응단계(S40)에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하는 단계이다.
상기 고액분리(S50)에 따라 분리된 NaFe-EDTA 및 NaMg-EDTA는 화력 보일러의 황화부식 방지제 또는 클링커 방지제로 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 물리적 또는 화학적으로 폐기되는 화학세정폐수를 재사용함으로써, 환경오염을 방지할 수 있고 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 화학세정폐수의 자체 고온을 이용함에 따라 화학세정폐수의 재생에 따른 외부 열원의 공급을 감소시킬 수 있으므로, 재생에 따른 비용을 절감할 수 있고, 재생시 발생되는 부산물을 원료로 활용할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명은 증기계통 보일러 튜브의 스케일을 제거하면서 발생된 화학세정폐수를 재처리하여 화학세정액으로 재사용할 수 있는 화학세정폐수 재생 시스템 및 방법을 제공할 수 있어 이 분야에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수를 진공 및 증발시켜 농축하는 진공증발 농축기;
    상기 진공증발 농축기에 마그네슘 산화물을 공급하는 반응제 공급기;
    상기 반응제 긍급기에 의해서 공급된 마그네슘 산화물에 의해 상기 진공증발 농축기에서 발생된 암모니아를 회수하는 암모니아 회수기;
    상기 암모니아 회수기에서 회수된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 제1 반응기; 및
    상기 암모니아 회수기와 연결되어, 공기의 흡입에 의해 상기 진공증발 농축기 내부를 부압 상태로 유지하게 하는 진공펌프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응제 공급기에 의해서 공급된 마그네슘 산화물에 의해 상기 진공증발 농축기에서 생성된 금속-EDTA 착물을 공급받고, 공급받은 상기 금속-EDTA 착물과 가성소다를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성하는 제2 반응기; 및
    상기 제2 반응기에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하는 고액분리기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공증발 농축기는,
    내측 상부에 설치되어 상기 화학세정폐수를 분사하는 분사노즐; 및
    상기 분사노즐 상부에 설치되어 그 내부에서 발생된 수분 및 고상물질을 응집하여 제거하는 미스트 제거기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 암모니아 회수기와 상기 진공펌프 사이에 설치되어, 상기 진공펌프에 의해 유입되는 공기를 응축하여 응축수를 발생시키는 응축기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 시스템.
  5. 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법에 있어서,
    보일러 튜브의 스케일을 제거하는 데 사용된 화학세정폐수를 소정의 온도로 유지되는 상태에서 농축하는 화학세정폐수 농축단계;
    상기 화학세정폐수 농축단계에서 농축된 화학세정폐수에 마그네슘 산화물을 혼합하는 암모니아를 생성하는 제1 반응단계;
    상기 제1 반응단계에서 생성된 암모니아와 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)를 반응시켜 금속-EDTA 세정제를 생성하는 재생단계;
    상기 제1 반응단계에서 생성된 금속-EDTA 착물과 가성소다를 반응시켜 난용성 금속-EDTA를 생성하는 제2 반응단계; 및
    상기 제2 반응단계에서 생성된 난용성 금속-EDTA와 물(H2O)을 분리하는 고액분리단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기계통 보일러 튜브용 화학세정폐수 재생 방법.
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