KR102347849B1 - 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치 - Google Patents

소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치에 관한 것으로서, 소각설비에서 배출되는 유해가스를 포함한 연소가스를 하기 반건식반응탑으로 안내하여 유입시키는 가스유입덕트와, 액상중탄산나트륨과 중금속안정제가 혼합된 반응약액을 하기 반건식반응탑으로 공급하여 투입시키는 약액공급유닛과, 상기 유입된 배기가스와 투입된 반응약액이 기액 반응하여 유해가스가 제거되는 반건식반응탑과, 상기 반건식반응탑에서 반응 처리후 배출되는 연소가스를 백필터로 안내하는 가스배출덕트를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 산성가스의 제거효율을 높이고 소각재의 발생 및 중금속의 용출을 최소화할 수 있다.

Description

소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치 {SEMI DRY REACTOR SYSTEM}
본 발명은 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치에 관한 것으로서, 특히 산성가스의 제거효율을 높이고 소각재의 발생 및 중금속의 용출을 최소화할 수 있는 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치에 관한 것이다.
생활쓰레기나 각종 산업 폐기물 등을 소각 처리하는 소각로는 일반적으로 전처리시설, 연소실, 폐열보일러, 배출가스 처리시설을 포함하여 구성된다.
상기 전처리시설은 반입된 쓰레기나 폐기물을 균질화하여 연소실로 공급하는 기능을 수행하고, 연소실은 공급된 폐기물을 일정한 온도에서 소각하는 기능을 수행하며, 폐열보일러는 배출가스의 열을 회수하고 배출가스를 냉각시키는 기능을 수행한다.
그리고, 상기 배출가스 처리시설은 배출가스에 포함되어 있는 각종 유해물질을 제거하여 배출허용기준 이내로 감소시키는 기능을 수행한다.
즉, 배출가스에는 염화수소(HCl), 황산화물(SO2), 불화수소(HF) 등과 같은 산성가스와, Pb, Hg, Cd 등과 같은 중금속, 질소산화물(NOx), 다이옥신, 퓨란 등의 유해한 각종 오염물질이 포함되어 있으므로, 배출가스를 대기 중으로 방출하기 전에 배출가스 처리시설을 통하여 이러한 유해물질을 배출허용기준 이내로 제거하는 것이다.
현재 적용되고 있는 소각로의 배출가스 처리시설은 산성가스 처리를 수행하는 형태에 따라 크게 습식공정, 건식공정, 반건식공정의 3가지로 구분될 수 있다.
먼저, 습식공정은 습식세정탑에 설치된 노즐에서 살포된 수산화나트륨 용액에 의해 산성가스가 제거되는 것으로서, 통상적으로 EP습식집진기, 습식세정탑으로 구성된다.
이러한 습식공정은 유해성 및 부식성이 있는 수산화나트륨을 사용하는 문제점과, 운전조작성이 복잡하면서 대량의 공정수 및 이차 폐수처리설비가 요구되어 전체적인 운전비 및 건설비가 매우 많이 드는 단점이 있다.
다음으로, 건식공정은 배출가스가 조온탑에서 냉각되고 수산화칼슘을 미세한 분말상태로 분사시켜 백필터에서 산성가스와 반응하여 중성염으로 제거되는 것으로서, 통상적으로 조온탑, 수산화칼슘 분말 투입부, 활성탄 투입부, 백필터부로 구성된다.
이러한 건식공정은 수산화칼슘 분말의 저온 반응성 향상을 위해 공정수를 분무하여 배출가스 온도를 낮추는 과정에서 수분이 증가하여 백연방지 대책이 필요하고, 선택적촉매환원부에서 촉매의 활성온도로 재가열을 해야함에 따라 연료비용이 증가되는 단점이 있다.
마지막으로, 반건식공정은 반건식반응탑으로 공급되는 수산화칼슘 슬러리가 배출가스와 기액접촉반응을 하여 산성가스를 제거하고, 반응생성물이 후단설비인 백필터에 포집되어 배출되는 것으로서, 통상적으로 반건식반응탑, 활성탄 투입부, 백필터부로 구성된다.
이러한 반건식공정은 습식공정이나 건식공정에 비하여 운전 조작이 용이하고 폐수가 발생되지 않는 등 다양한 장점을 갖는 반면에, 종래 산성가스를 제거하기 위해 반건식반응탑으로 투입되는 수산화칼슘 슬러리의 반응효율이 떨어지고, 배출가스에 포함된 중금속을 효과적으로 제어하지 못함과 함께 비산재가 많이 발생하여 비산재 처리비용의 증가 및 운영비가 과다하게 지출되는 문제점이 있다.
따라서, 종래 반건식공정이 갖는 문제점, 즉 수산화칼슘 슬러리의 저반응성 문제와, 다량의 비산재 발생 및 중금속 제어문제를 효과적으로 해결할 수 있는 반건식 반응장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.
등록특허 제10-1392801호 : 반건식 반응장치
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 본 발명의 목적은 배출가스 처리시설의 반건식반응탑에 액상의 중탄산나트륨과 중금속안정제를 함께 분무시켜 투입함으로써 산성가스의 제거효율 향상과 함께 비산재 및 중금속의 용출을 최소화할 수 있는 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,
소각설비에서 배출되는 유해가스를 포함한 연소가스를 하기 반건식반응탑으로 안내하여 유입시키는 가스유입덕트와, 액상의 중탄산나트륨과 중금속안정제가 혼합된 반응약액을 하기 반건식반응탑으로 공급하여 투입시키는 약액공급유닛과, 상기 유입된 배기가스와 투입된 반응약액이 기액 반응하여 유해가스가 제거되는 반건식반응탑과, 상기 반건식반응탑에서 반응 처리후 배출되는 연소가스를 백필터로 안내하는 가스배출덕트와, 상기 가스배출덕트로 분말상태의 중탄산나트륨을 공급하는 분말중탄산나트륨 공급부를 포함하고, 상기 약액공급유닛은, 제1저장탱크에 저장된 액상중탄산나트륨을 제1공급라인을 통해 공급하는 액상중탄산나트륨 공급부와, 제2저장탱크에 저장된 중금속안정제를 제2공급라인을 통해 공급하는 중금속안정제 공급부와, 상기 각각 공급되는 액상중탄산나트륨과 중금속안정제를 혼합시켜 반응약액을 메인공급라인을 통해 공급하는 라인믹서와, 공기압축기에서 생성된 압축공기를 에어라인을 통해 공급하는 압축공기 공급부와, 상기 메인공급라인과 에어라인에 연결되어 공급된 반응약액을 반건식반응탑 내부에 미립자 형태로 분무하는 약액분무노즐을 포함하되, 상기 중금속안정제 공급부에 의해 공급되는 중금속안정제의 중량은 배출가스 처리시설에서 발생되는 비산재 중량의 5%로 제어되고, 상기 분말중탄산나트륨 공급부는, 분말 중탄산나트륨이 저장된 제3저장탱크와, 상기 분말 중탄산나트륨의 이송동력을 제공하는 공급송풍기와, 가스배출덕트에 연결되어 분말 중탄산나트륨을 가스배출덕트로 이송하는 제3공급라인을 포함하되, 배출가스 처리시설의 스택에서 검침되는 산성가스 농도가 설정된 농도 이상일 때에만 선택적으로 작동되어 분말 중탄산나트륨을 공급하는, 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치가 개시된다.
여기서, 상기 가스유입덕트는, 소각설비와 연결되면서 반건식반응탑의 상부로 연장되어, 소각시 배출되는 연소가스의 이동을 안내하는 메인덕트부와, 상기 메인덕트부에서 하방으로 분기되어 반건식반응탑의 내부로 연소가스를 분할 유입시키는 복수의 분기덕트부와, 상기 복수의 분기덕트부 각각의 내부에 형성되어 유입되는 연소가스를 선회기류로 형성시키는 가이드베인을 포함할 수 있다.
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본 발명에 따른 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치에 의하면,
반건식반응탑에 액상의 중탄산나트륨과 중금속안정제를 함께 투입하여 분무시킴으로써 산성가스의 제거효율 향상과 함께 비산재 및 중금속의 용출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
특히, 액상의 중탄산나트륨을 투입함으로써 높은 반응효율 및 부수특성으로 인하여 소각재의 절감을 유도할 뿐 아니라 다이옥신 제거에 효과를 더할 수 있음과 함께, 중금속안정제의 투입을 통하여 Pb 등 중금속 수치를 효율적으로 낮추기 때문에 별도의 혼련설비 없이도 중금속이 최소화된 환경친화적인 소각재로 관리할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.
도 1은 소각로 배출가스 처리시설의 일반적인 구성을 일 예시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반건식 반응장치의 전체적인 구성을 일 예시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스유입덕트의 구성을 평면상에서 일 예시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액공급유닛의 구성을 일 예시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 첨부된 도면에서의 구성요소의 형상, 크기, 갯수, 구성요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 축소되거나 과장되어 표현될 수 있으며, 특별하게 제한하지 않는 한 도면에 예시된 사항으로 한정되지는 않는다.
또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “구비되어”, “형성되어”, “설치되어”, “결합되어”, “고정되어”, “연결되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 구비, 형성, 설치, 결합, 고정, 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등과 같은 방향을 나타내는 용어들은, 도면에 도시되고 관측되는 방향을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 도시되고 관측되는 방향이 달라진다면 이 같은 용어들 역시 달라질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
아울러, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
먼저, 도 1에는 소각로 배출가스 처리시설의 통상적인 구성이 블록도로 일 예시되어 있다.
상기 도 1에 일 예시되어 있는 것과 같이, 일반적으로 소각로나 보일러에서 연료의 소각 또는 연소시에 배출되는 연소가스에 포함된 각종 유해물질을 제거 처리하여 배출허용기준 이내로 감소시키는 배출가스 처리시설(1)은, 소각설비로부터 배출되는 연소가스를 유입받아 산성가스의 제거공정을 수행하는 반건식 반응장치(10)와, 상기 반건식 반응장치(10)의 후단에 구비되어 반건식 반응장치(10)에서 배출된 연소가스를 여과하는 백필터(여과집진기, 20)와, 상기 백필터(20)에 활성탄을 공급하는 활성탄 공급설비(30)와, 백필터(20)의 후단에 구비되어 백필터(20)에서 배출되는 연소가스를 촉매층을 통과시켜 환원시키는 선택적 촉매환원장치(SCR, 40)와, 상기 선택적 촉매환원장치(40)에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급설비(50)와, 상기 선택적 촉매환원장치(40)의 후단에 구비되어 연소가스의 이동력을 제공하는 유인송풍기(60)와, 상기 유인송풍기(60)의 후단에 구비되어 유해물질이 제거된 연소가스를 최종적으로 대기중으로 배출하는 스택(Stack, 70)을 포함하여 구성된다.
본 발명은 위와 같은 배출가스 처리시설(1)의 구성 중에서, 특히 소각설비와 백필터(20) 사이에 설치되어, 소각설비로부터 유입된 연소가스에 포함된 산성가스를 효율적으로 제거하면서 중금속의 용출 및 비산재의 발생 또한 최소화시킬 수 있도록 구성된 반건식 반응장치(10)에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 배출가스 처리시설(1)의 반건식 반응장치(10)가 도 2에 개략적으로 일 예시되어 있다.
상기 도 2에 일 예시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반건식 반응장치(10)는 크게 볼 때, 가스유입덕트(100)과, 약액공급유닛(200)과, 반건식반응탑(300)과, 가스배출덕트(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가스유입덕트(100)는 소각설비에서 배출되는 유해가스를 포함한 연소가스(G1)를 상기 반건식반응탑(300)으로 안내하여 유입시키는 부분이다.
즉, 가스유입덕트(100)는 소각설비의 배기관(도면 미도시)과 연결되어 염화수소(HCl) 등과 같은 유해가스를 포함하는 연소가스(G1)를 반건식반응탑(300)으로 안내하는 가스의 유입통로로서 기능한다.
이러한 가스유입덕트(100)는 도 2와 도 3에 일 예시된 것과 같이, 메인덕트부(110)와, 분기덕트부(120)와, 가이드베인(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 메인덕트부(110)는 소각설비의 배기관과 연결되어 반건식반응탑(300)의 상부로 연장되며, 이후 하방으로 굴곡되어 반건식반응탑(300)의 상단 중앙에 설치될 수 있다.
상기 분기덕트부(120)는 메인덕트부(110)에서 하방으로 분기되는 복수 개로 이루어질 수 있는데, 본 발명에서는 분기덕트부(120)가 3개로 이루어지면서 메인덕트부(110)를 중심으로 하여 방사상 120도 간격으로 배치될 수 있다.
이러한 복수의 분기덕트부(120)는 메인덕트부(110)를 통해 안내된 연소가스(G1)를 복수의 유로로 분할 유도하여 반건식반응탑(300)으로 유입시키게 된다.
즉, 소각시설에서 배출된 연소가스(G1)는 메인덕트부(110)를 따라 단일 흐름으로 이동된 후 분기덕트부(120)를 따라 복수의 흐름으로 분할되어 유입이 이루어지는 것이다.
상기 가이드베인(130)은 복수의 분기덕트부(120) 각각의 내부에 형성되는데, 일 예로는 분기덕트부(120)의 중심부를 기준으로 방사상 90도 각도로 설치된 4개로 이루어질 수 있다.
이러한 가이드베인(130)은 일정각도 경사지게 형성됨으로써 유입되는 연소가스(G1)의 흐름을 변경시킨다. 즉 연소가스(G1)는 가이드베인(130)에 의하여 원심력을 받으면서 흐름이 변경되어 선회기류로 형성된다.
상기한 구성의 가스유입덕트(100)는 메인덕트부(110)를 따라 이동된 연소가스(G1)가 분기덕트부(120)를 통과하면서 복수의 흐름으로 분할됨과 함께 분할된 연소가스(G1)가 가이드베인(130)에 의하여 선회기류로 유도되어 유입이 이루어지게 되므로, 반건식반응탑(300) 내부에서의 체류시간 및 반응시간이 증가되어 후술하는 약액공급유닛(200)으로부터 투입 분무되는 반응약액과의 기액반응 효율이 극대화될 수 있다.
상기 약액공급유닛(200)은 가스유입덕트(100)를 통해 반건식반응탑(300)으로 유입된 연소가스(G1)에 포함된 산성가스의 제거와 중금속의 용출 억제를 위한 반응약액을 상기 반건식반응탑(300)으로 공급하여 투입시키는 부분이다.
즉, 약액공급유닛(200)은 산성가스의 제거를 위한 반응중화제로서 액상의 중탄산나트륨(NaHCO3)을 공급 투입시킴과 함께 중금속의 용출 억제를 위한 중금속안정제를 반건식반응탑(300)으로 함께 공급하여 투입시키는 것이다.
이를 위한 약액공급유닛(200)은 도 4에 일 예시되어 있는 것과 같이, 액상중탄산나트륨 공급부(210)와, 중금속안정제 공급부(220)와, 라인믹서(230)와, 메인공급라인(240)과, 압축공기 공급부(250)와, 약액분무노즐(260)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 액상중탄산나트륨 공급부(210)는 액상의 중탄산나트륨을 공급하는 부분으로서, 액상의 중탄산나트륨이 저장된 제1저장탱크(211)와, 액상중탄산나트륨의 이송동력을 제공하는 제1펌프(212)와, 액상중탄산나트륨의 공급배관인 제1공급라인(213)을 포함한다.
이러한 액상중탄산나트륨 공급부(210)는 제1펌프(212)의 작동제어에 따라 제1저장탱크(211)에 저장된 액상중탄산나트륨을 제1공급라인(213)을 따라 공급하게 된다.
액상중탄산나트륨 공급부(210)에 의해 공급되는 액상중탄산나트륨은 물에 중탄산나트륨 분말이 혼합된 수용액으로 그 농도는 8∼15% 일 수 있으며, 중탄산나트륨의 입경은 10∼20㎛ 임이 바람직하다.
중탄산나트륨은 액상 상태인 경우 입자의 평균 입경이 분말 상태일 때 보다 훨씬 작기 때문에 분말 상태일 때보다 액상 상태일 때 연소가스와의 유효 접촉면적이 상대적으로 넓어져 우수한 반응효율을 나타낼 수 있다.
상기 중금속안정제 공급부(220)는 중금속안정제를 공급하는 부분으로서, 중금속안정제가 저장된 제2저장탱크(221)와, 중금속안정제의 이송동력을 제공하는 제2펌프(222)와, 중금속안정제의 공급배관인 제2공급라인(223)을 포함한다.
이러한 중금속안정제 공급부(220)는 제2펌프(222)의 작동제어에 따라 제2저장탱크(221)에 저장된 중금속안정제를 제2공급라인(223)을 따라 공급하게 된다.
여기서, 중금속안정제 공급부(220)에 의해 공급되는 중금속안정제는 중금속과 킬레이트(chelate) 반응하여 중금속의 활성을 봉쇄하는 유기계 또는 무기계 킬레이트제가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid: EDTA), 니트릴로트리아세트산(Nitrilotriacetic acid:NAT), 히드록시에틸렌디아민트리아세트산(Hydroxyethylenediaminetriaceticacid:HEDTA),이미노디아세트산(iminodiaceticacid,IDA),디에틸렌트리아민펜타아세트산(diethylenetriaminepentaaceticacid,DTPA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 중금속안정제 공급부(220)에 의한 중금속안정제의 공급량은 배출가스 처리시설(1)에서 발생되는 비산재(fly ash)의 양에 따라 제어될 수 있다.
즉, 배출가스 처리시설(1)에서 발생되는 비산재의 양에 일정비율을 적용하여 중금속안정제의 공급량이 제어될 수 있으며, 일 예로는 공급되는 중금속안정제의 중량이 배출가스 처리시설에서 발생되는 비산재 중량의 5%로 제어될 수 있다.
위와 같이, 액상중탄산나트륨과 중금속안정제는 각각 제1저장탱크(211)와 제2저장탱크(221)에 독립적으로 저장되면서 별개의 배관라인인 제1공급라인(213)과 제2공급라인(223)을 통해 독립적으로 공급이 이루어지게 된다.
상기 라인믹서(230)는 제1공급라인(213) 및 제2공급라인(223)을 따라 각각 독립적으로 공급되는 액상중탄산나트륨과 중금속안정제를 혼합시킨다.
즉, 제2공급라인(223)은 라인믹서(230)의 전단에서 제1공급라인(213)에 연결되며, 액상중탄산나트륨과 중금속안정제는 라인믹서(230)를 통과하면서 혼합된다.
상기 메인공급라인(240)은 상기 라인믹서(230)에서 연장되어 약액분무노즐(260)로 연결되며, 혼합된 액상중탄산나트륨과 중금속안정제(이를 ‘반응약액’이라 정의함.)를 약액분무노즐(260)로 안내한다.
즉, 별개의 공급라인을 통해 독립적으로 공급되던 액상중탄산나트륨과 중금속안정제는 라인믹서(230)를 통과하면서 혼합된 후 메인공급라인(240)을 따라 이동되어 약액분무노즐(260)로 공급되는 것이다.
따라서 액상중탄산나트륨과 중금속안정제를 함께 공급함에 있어서, 액상중탄산나트륨과 중금속안정제 각각의 농도, 공급량 등을 분리시켜 독립적으로 조절 및 제어할 수 있으므로, 액상중탄산나트륨과 중금속안정제를 처음부터 조성물로 제조하여 공급하는 것에 비하여 상대적으로 농도, 공급량 등의 조절 및 제어가 매우 용이하다.
상기 압축공기 공급부(250)는 압축공기를 공급하는 부분으로서, 압축공기를 생성하는 공기압축기(251)와, 압축공기가 저장되는 압축공기저장탱크(252)와, 압축공기의 이동을 위한 에어라인(253)을 포함할 수 있다.
이러한 압축공기 공급부(250)는 에어라인(253)이 약액분무노즐(260)로 연결되어 약액분무노즐(260)이 반응약액을 미립자 형태로 분무시킬 수 있도록 공기압을 제공하게 된다.
상기 약액분무노즐(260)은 메인공급라인(240)과 에어라인(253)에 연결되어 공급된 반응약액을 반건식반응탑(300) 내부에 미립자 형태로 분무한다.
이러한 약액분무노즐(260)은 액체와 기체, 즉 액상의 반응약액과 압축공기 각각의 분사구를 구비하여 동시에 분사함으로써 반응약액을 무화, 즉 미립자 형태로 분무시키는 이류체노즐로 이루어질 수 있다.
여기서, 약액분무노즐(260)은 상기 분기덕트부(120)에 의해 분할 유입되는 연소가스(G1)에 반응약액을 분무시켜 기액 반응이 보다 활성화될 수 있도록, 분기덕트부(120)의 갯수에 대응되는 갯수로 이루어지면서 복수의 분기덕트부(120) 각각의 중심부에 하측을 향해 수직으로 설치될 수 있다.
즉, 분기덕트부(120)가 3개로 구성된 경우, 약액분무노즐(260) 또한 3개로 이루어져 3개의 분기덕트부(120) 각각에 설치되어 분할 유입되는 연소가스(G1)에 반응약액을 분무시킬 수 있다.
그리고 복수의 약액분무노즐(260)로 각각 반응약액이 공급될 수 있도록, 메인공급라인(240)에는 반응약액을 복수개로 분기시키는 반응약액 분기헤더(241)가 설치되고, 상기 반응약액 분기헤더(241)에서 3개의 반응약액 분기라인(242)이 연장되어 3개의 약액분무노즐(260)로 각각 연결될 수 있다.
마찬가지로, 복수의 약액분무노즐(260)로 각각 압축공기가 공급될 수 있도록 에어라인(253)에도 압축공기 분기헤더(254)가 설치되고, 에어라인(253)은 압축공기 분기헤더(254) 후단에서 3개로 나누어져 3개의 약액분무노즐(260)로 각각 연결될 수 있다.
상기 반건식반응탑(300)은 가스유입덕트(100)를 통해 소각설비로부터 유입된 연소가스(G1)와 약액공급유닛(200)을 통해 공급 투입된 반응약액이 상호 기액 반응함으로써 연소가스(G1)에 포함된 산성가스의 제거 및 중금속 봉쇄처리 공정이 이루어지는 부분이다.
이러한 반건식반응탑(300)은 도 2에 일 예시된 것처럼, 반응탑본체(310)와, 배출호퍼(320)를 포함할 수 있다.
상기 반응탑본체(310)는 일정높이를 갖는 타워 형태의 수직 구조물로서, 외측에는 작업자의 접근을 허용하는 플랫폼 및 계단(미도시) 등이 구비될 수 있으며, 또한, 반응탑본체(310)는 높이방향을 따라 상호 적층되어 있는 다단의 셀구조로 이루어질 수 있다.
반응탑본체(310) 내부에서는 연소가스(G1)와 반응약액이 상호 기액 반응하여 연소가스(G1)에 포함된 산성가스의 제거 및 중금속 봉쇄처리 공정이 이루어진다.
상기 배출호퍼(320)는 반응탑본체(310)의 하부 중앙에 연결되게 구비되며, 하방으로 테이퍼진 형상을 갖는다.
배출호퍼(320)는 연소가스(G1)에 포함된 비산재(fly ash), 연소가스(G1)와 반응약액의 기액 반응에 따라 생성되는 반응생성물과 같은 고형물이 수집되어 배출되는 통로로서 기능한다.
즉, 반응탑본체(310) 내부에서 생성된 반응생성물, 비산재 등의 고형물은 배출호퍼(320)를 통해 하방으로 배출되어 톤백(B)으로 수거될 수 있다.
상기 가스배출덕트(400)는 산성가스 제거 및 중금속 용출 억제의 반응공정이 이루어진 후 반건식반응탑(300)으로부터 배출되는 연소가스(G2)를 후처리 공정설비인 백필터(20)로 안내하는 부분이다.
즉, 가스배출덕트(400)는 반건식반응탑(300)의 하부 일측에서 연장되어 백필터(20)로 연결됨으로써 염화수소(HCl) 등의 산성가스가 제거된 연소가스(G2)를 백필터(20)로 안내하여 공급하는 가스통로이다.
여기서, 도 2에 일 예시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 반건식 반응장치(10)는 상기 가스배출덕트(400)로 분말상태의 중탄산나트륨을 공급하는 분말중탄산나트륨 공급부(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분말중탄산나트륨 공급부(500)는 분말상태의 중탄산나트륨을 공급하며, 이를 위해 분말 중탄산나트륨이 저장된 제3저장탱크(510)와, 분말 중탄산나트륨의 이송동력을 제공하는 공급송풍기(520)와, 가스배출덕트(400)에 연결되며 분말 중탄산나트륨의 이송배관으로 기능하는 제3공급라인(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분말 중탄산나트륨의 입도는 10∼20㎛ 임이 바람직하다.
분말중탄산나트륨 공급부(500)는 공급송풍기(520)의 작동제어에 따라 제3저장탱크(510)에 저장된 중탄산나트륨 분말을 제3공급라인(530)을 따라 이송시켜 가스배출덕트(400)로 공급하게 된다.
분말중탄산나트륨 공급부(500)는 상기 약액공급유닛(200)에서 투입된 액상의 중탄산나트륨과 미반응한 채 반건식반응탑(300)으로부터 배출되는 연소가스(G2)에 분말 중탄산나트륨을 추가 공급하여 건식공정으로 반응하게 함으로써 연소가스(G2)에 포함되어 있는 잔류 산성가스를 추가적으로 제거할 수 있다.
이러한 분말중탄산나트륨 공급부(500)는 반건식반응탑(300)에서의 메인공정 처리이후 연소가스(G2)에 잔류하는 산성가스를 추가적으로 제거하는 것이므로 선택적으로 작동될 수 있다.
즉, 배출가스 처리시설(1)의 스택(70)에서 배출되는 산성가스의 농도를 검침하여, 그 검침되는 산성가스의 농도가 미리 설정된 설정농도 이상인 경우에만 선택적으로 작동되어 분말중탄산나트륨을 추가적으로 공급할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 반건식 반응장치(10)의 작용을 이하에서 간략하게 살펴본다.
먼저, 소각로나 보일러에서 연료의 소각 또는 연소시에 배출되는 산성가스를 포함한 연소가스(G1)가 가스유입덕트(100)를 따라 안내되어 반건식반응탑(300)의 상측에서 하방으로 유입된다.
이 때, 연소가스(G1)는 메인덕트부(110)를 통해 안내된 후 3개의 분기덕트부(120)를 따라 흐름이 분할됨과 함께 가이드베인(130)에 의해 선회기류를 형성하면서 유입이 이루어지게 된다.
그리고 약액공급유닛(200)에서는 액상중탄산나트륨과 중금속안정제가 혼합된 반응약액을 약액분무노즐(260)을 통하여 분무시킨다.
구체적으로, 약액공급유닛(200)에서는 제1펌프(212) 및 제2펌프(222)가 작동 제어되어 액상의 중탄산나트륨과 중금속안정제가 각각 제1공급라인(213) 및 제2공급라인(223)을 따라 이동되어 라인믹서(230)에 의해 혼합된 후, 메인공급라인(240)을 따라 반응약액이 약액분무노즐(260)로 공급되고, 동시에 압축공기가 에어라인(253)을 따라 약액분무노즐(260)로 공급됨으로써, 약액분무노즐(260)에서 반응약액이 미립자 형태로 분무된다.
이렇게 반응약액이 분무됨에 따라 반건식반응탑(300) 내부에서는 아래와 같은 반응식에 의해 유입된 연소가스(G1)와 분무된 반응약액의 기액접촉 반응공정이 이루어지면서 연소가스에 포함된 황산가스(HCl) 등의 산성가스를 흡착 제거하게 된다.
[반응식]
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
NaHCO3 + HF → NaF + H2O + CO2
2NaHCO3 + SO2 + 1/2O2 → Na2SO4 + H2O + 2CO2
2NaHCO3 + SO3 → Na2SO4 + H2O + 2CO2
또한, 반건식반응탑(300) 내부에서는 중금속안정제가 연소가스에 포함된 각종 중금속물질과 킬레이트 반응을 일으켜 중금속을 봉쇄처리함으로써 중금속의 용출을 억제하게 된다.
위와 같은 연소가스(G1)와 반응약액의 반응공정을 통해 산성가스의 제거 및 중금속 용출이 억제 처리된 연소가스(G2)는 가스배출덕트(400)를 통해 배출되며, 비산재와 반응생성물 등의 고형물은 배출호퍼(320)로 수집된 후 외부로 배출되어 톤백(B)으로 수거된다.
그리고 가스배출덕트(400)를 통해 배출된 연소가스(G2)는 후속처리설비인 백필터(20), SCR(40)을 순차적으로 거치면서 분진, 다이옥신류, 질소산화물 등이 제거된 후 스택(70)을 통해 최종적으로 대기중으로 배출된다.
이 때, 스택(70)에서 배출되는 산성가스의 농도가 설정농도 이상으로 검치되면, 분말중탄산나트륨 공급부(500)가 작동되어 분말중탄산나트륨을 가스배출덕트(400)로 공급함으로써 잔류하는 산성가스를 추가적으로 제거하게 된다.
이상에서 상세하게 살펴본 본 발명의 반건식 반응장치(10)에 따르면, 반응약액으로 액상중탄산나트륨을 분무 투입함으로써 높은 기액반응 및 부수특성으로 인하여 산성가스의 제거효율의 향상과 함께 소각재의 절감을 유도할 뿐 아니라 다이옥신 제거에 효과를 더할 수 있다.
또한, 중금속안정제의 킬레이트 반응을 통해 중금속의 용출을 억제하여 Pb 등 중금속 수치를 낮추기 때문에 별도의 혼련설비 없이도 중금속이 최소화된 환경친화적인 소각재로 관리할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.
첨부된 도면들의 주요부위에 대한 부호를 설명하면 다음과 같다.
100: 가스유입덕트 110: 메인덕트부
120: 분기덕트부 130; 가이드베인
200: 약액공급유닛 210: 액상중탄산나트륨 공급부
220: 중금속안정제 공급부 230: 라인믹서
240: 메인공급라인 250: 압축공기 공급부
260: 약액분무노즐 300: 반건식반응탑
400: 가스배출덕트 500: 분말중탄산나트륨 공급부

Claims (5)

  1. 소각설비에서 배출되는 유해가스를 포함한 연소가스를 하기 반건식반응탑(300)으로 안내하여 유입시키는 가스유입덕트(100)와;
    액상의 중탄산나트륨과 중금속안정제가 혼합된 반응약액을 하기 반건식반응탑(300)으로 공급하여 투입시키는 약액공급유닛(200)과;
    상기 유입된 배기가스와 투입된 반응약액이 기액 반응하여 유해가스가 제거되는 반건식반응탑(300)과;
    상기 반건식반응탑(300)에서 반응 처리후 배출되는 연소가스를 백필터로 안내하는 가스배출덕트(400); 및
    상기 가스배출덕트(400)로 분말상태의 중탄산나트륨을 공급하는 분말중탄산나트륨 공급부(500);를 포함하고,
    상기 약액공급유닛(200)은,
    제1저장탱크(211)에 저장된 액상중탄산나트륨을 제1공급라인(213)을 통해 공급하는 액상중탄산나트륨 공급부(210)와, 제2저장탱크(221)에 저장된 중금속안정제를 제2공급라인(223)을 통해 공급하는 중금속안정제 공급부(220)와, 상기 각각 공급되는 액상중탄산나트륨과 중금속안정제를 혼합시켜 반응약액을 메인공급라인(240)을 통해 공급하는 라인믹서(230)와, 공기압축기(251)에서 생성된 압축공기를 에어라인(253)을 통해 공급하는 압축공기 공급부(250)와, 상기 메인공급라인(240)과 에어라인(253)에 연결되어 공급된 반응약액을 반건식반응탑(300) 내부에 미립자 형태로 분무하는 약액분무노즐(260)을 포함하되,
    상기 중금속안정제 공급부(220)에 의해 공급되는 중금속안정제의 중량은 배출가스 처리시설에서 발생되는 비산재 중량의 5%로 제어되고,
    상기 분말중탄산나트륨 공급부(500)는,
    분말 중탄산나트륨이 저장된 제3저장탱크(510)와, 상기 분말 중탄산나트륨의 이송동력을 제공하는 공급송풍기(520)와, 가스배출덕트(400)에 연결되어 분말 중탄산나트륨을 가스배출덕트(400)로 이송하는 제3공급라인(530)을 포함하되, 배출가스 처리시설의 스택(70)에서 검침되는 산성가스 농도가 설정된 농도 이상일 때에만 선택적으로 작동되어 분말 중탄산나트륨을 공급하는 것을 특징으로 하는, 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스유입덕트(100)는,
    소각설비와 연결되면서 반건식반응탑(300)의 상부로 연장되어, 소각시 배출되는 연소가스의 이동을 안내하는 메인덕트부(110)와,
    상기 메인덕트부(110)에서 하방으로 분기되어 반건식반응탑(300)의 내부로 연소가스를 분할 유입시키는 복수의 분기덕트부(120)와,
    상기 복수의 분기덕트부(120) 각각의 내부에 형성되어 유입되는 연소가스를 선회기류로 형성시키는 가이드베인(130)을 포함하는, 소각로 배출가스 처리시설의 반건식 반응장치.
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