KR20180079756A - 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법 - Google Patents

해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법 Download PDF

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김일배
이치섭
장필우
임정진
김부한
김덕호
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

본 발명은 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법에 관한 발명으로, 배기가스가 전기집진기를 통과하는 단계, 전기집진기를 통과한 배기가스가 열교환기에 유입되는 단계, 열교환기를 통과한 배기가스가 스크러버(Scrubber)에 유입되는 단계, 스크러버에 산소가 유입되는 단계 및 스크러버에 해수농축수가 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인해, 탈황효율을 증가시켜 해수탈황설비의 경제성을 높일 수 있다.

Description

해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법 {Construction and treatment of seawater desulfurization facility using seawater concentrated water of seawater desalination facilities}
본 발명은 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 스크러버에 배기가스, 산소 및 고 알칼리도의 해수농축수를 혼합하는 해수탈황설비 및 그 처리방법에 관한 발명이다.
다량의 화석연료를 사용하고 있는 화력발전소 및 제철소 등은 연료 중 포함된 황(sulfur) 성분이 연소되어 황산화물로 대기 중으로 방출되는 것을 최소화하기 위해 환경오염방지설비인 탈황설비를 설치하여 배연가스 중 황산화물을 제거하여 대기 중으로 배출하고 있다. 황산화물은 산성비의 원인이며 미세먼지의 전구물질로 알려져 있어 각국에서는 법규를 통해 이를 규제하고 있다.
탈황설비의 방식은 여러 가지가 있지만, 화력발전소 및 제철소 등에 적용하는 대용량 탈황설비에는 신뢰성 및 경제성을 고려하여 습식 석회석 석고법을 주로 사용하고 있다. 그러나 중동지역과 같이 흡수제로 석회석을 구할 수 없는 지역이나, 탈황설비 부산물로 발생하는 석고를 재이용할 수 없는 지역에서는 해수를 이용하는 해수탈황설비를 적용하고 있다.
해수탈황설비의 화학반응식은 다음과 같다.
(SO2(g) + 2Na+ + 2HCO3 - + 1/2O2 → 2Na+ + SO4 2- + H20 + CO2(g))
해수 중에 존재하는 중탄산염(HCO3 -)과 배기가스 중의 황산화물(SO2(g))을 반응시켜 무해한 황산염(2Na+ + SO42-)형태로 전환시키고, 이를 바다로 배출하여 배기가스 중의 유해한 황산화물을 제거하는 반응이다.
도 1을 종래의 해수탈황설비의 구성 및 처리방법을 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 종래의 해수탈황설비의 구성 및 처리방법을 설명하도록 한다.
종래의 해수탈황설비는 전기집진기(Electrostatic precipitator, 10), 열교환기(20), 스크러버(Scrubber, 30), 송풍기(40), 해수저장조(50), 굴뚝(60) 및 중화조(70)를 포함한다.
최초의 배기가스(1a)는 전기집진기(10)를 거친다. 전기집진기(10)는 전기적인 방법으로 가스 또는 액체 속에 부유하는 고체.액체의 입자를 채집하여 제거하는 장치를 말한다. 주로 발전소, 제철소 등에서 분진을 제거하는 역할을 한다. 따라서 최초의 배기가스(1a)는 전기집진기(10)에 유입되어 통과하게 되면 분진, 먼지 등이 제거된다.
전기집진기(10)를 통과한 배기가스(1b)는 유로를 따라 이동하여 열교환기(20)에 유입된다. 열교환기(20)를 거친 배기가스(1c)는 온도가 저하된다. 해수와 반응성이 증가되고, 온도가 저하된 배기가스(1c)는 스크러버(30)로 유입될 수 있다.
스크러버(Scrubber, 30)는 액체를 이용해서 가스 속에 부유하는 고체 또는 액체 입자를 포집(捕集)하는 장치이다. 스크러버(30)에서는 해수저장조(50)로부터 유입되는 해수(3a), 송풍기(40)로부터 공급되는 산소(2) 및 열교환기(20)를 거친 배기가스(1c)가 모두 모여 탈황반응을 하게 된다.
화학반응식에서 전술하였듯이, 해수(3a) 중에 존재하는 중탄산염(HCO3-)과 배기가스(1c) 중의 황산화물(SO2(g))이 반응하고, 이를 통해 황산화물이 무해한 황산염(2Na+ + SO4 2-)형태로 전환된다. 즉, 배기가스 중의 황산화물이 해수(3a)를 통해 제거된다. 황산화물이 제거된 배기가스는 열교환기(20)를 거쳐 온도가 상승된다. 열교환기(20)를 거친 배기가스(1d)는 온도가 상승하여 확산 현상이 활발하고, 굴뚝(60)을 거쳐 외부로 방출된다. 따라서, 굴뚝(60)을 거친 배기가스(1e)는 최종적으로 무해한 가스가 된다.
배기가스(1c)와 반응한 해수(3b)는 중화조(70)에서 다량의 신선한 해수와 반응하여 pH조정이 이루어지고, 중화조(70)를 거친 해수(3c)는 바다로 흘러나가도 무해한 상태로 배출된다. 이러한 종래의 해수탈황설비는 흡수제가 필요하지 않아 종래의 습식 석회석 석고법에 따른 배연탈황설비보다 설비구성이 간단하고 경제적이다.
그러나, 종래의 해수탈황설비에서 사용되는 자연상태의 해수(3a)에는 황산화물의 흡수제 역할을 하는 알칼리도가 낮은 문제점이 있었다. 이로 인해, 별도의 약품을 주입하여 부족한 알칼리도를 보충하거나, 대용량의 해수를 투입하기 위한 펌프 등을 별도로 증축해야 하므로 경제성이 낮은 문제점이 있었다. 또한, 자연상태의 해수(3a)를 이용한 해수탈황설비는 종래의 습식 석회석 석고법에 따른 배연탈황설비보다 탈황효율이 낮은 문제점이 있었다. 이에 탈황효율성 및 경제성이 우수한 배연탈황설비의 구성 및 처리방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법에 관한 발명으로, 해수담수화 설비에서 배출된 고(高) 알칼리도의 해수농축수를 공급하고, 이를 통해 탈황효율을 증가시켜 해수탈황설비의 경제성을 높이고자 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 해수탈황설비의 처리방법은, 배기가스가 전기집진기를 통과하는 단계, 전기집진기를 통과한 배기가스가 열교환기에 유입되는 단계, 열교환기를 통과한 배기가스가 스크러버(Scrubber)에 유입되는 단계, 스크러버에 산소가 유입되는 단계 및 스크러버에 해수농축수가 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비의 처리방법은, 해수담수화 설비의 탈염플랜트가 해수농축수를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비의 처리방법은, 해수농축수가 스크러버에 스프레이를 거쳐 분사형태로 유입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비의 처리방법은, 해수농축수가 배기가스와 반응 후 pH조정을 거쳐 바다로 방류되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비의 처리방법은, 배기가스가 해수농축수와 반응 후 굴뚝을 거쳐 외부로 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비는, 배기가스의 먼지를 제거하는 전기집진기, 배기가스의 온도를 상승 또는 하강시키는 열교환기, 해수담수화 설비로부터 생성되는 해수농축수를 저장하는 해수농축수 저장조, 산소를 공급하는 송풍기 및 배기가스, 해수농축수 및 산소가 혼합되는 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비는, 스크러버로부터 배출되는 해수농축수가 유입되는 중화조를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비는, 스크러버로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 굴뚝을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해수탈황설비는, 스크러버로부터 배출되는 배기가스의 액적을 제거하는 습분분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 해수담수화 설비에서 발생된 해수농축수(4a)를 이용한 해수탈황설비로 배기가스를 처리하게 되면, 종래의 자연 상태의 해수(3a)보다 알칼리도가 2~3배 정도 높아 탈황 효율이 증가하는 장점이 있다.
또한, 종래의 해수탈황설비에 비해 해수(본 발명에 따르면 해수농축수)투입량을 저감할 수 있고, 펌프 등의 부가 장치가 불요하여 탈황설비의 용량을 줄일 수 있다. 이로 인해 경제성이 증가한다.
또한, 종래의 해수탈황설비보다 소요부지가 적게 필요하므로 선박과 같이 기자재 설치공간이 협소한 곳에 적용이 용이한 장점이 있다.
또한, 해수담수화 설비에서 필연적으로 발생하는 해수농축수를 해수탈황설비에서 이용하므로 해수담수화 설비에서 해수농축수 방류설비가 별도로 필요하지 않게 된다. 이로 인해, 경제적인 해수담수화 설비의 구성을 가능케 하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 해수탈황설비 및 배기가스 처리과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 해수탈황설비 및 배기가스 처리과정을 도시한 도면.
도 3은 해수농축수의 흐름을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 해수탈황설비의 배기가스 처리과정을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 해수탈황설비 및 배기가스 처리과정을 도시한 도면이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 해수탈황설비를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 해수탈황설비는 종래의 해수탈황설비와 기본적인 구조는 유사하다. 다만, 해수(3a)가 아닌 해수농축수(4a)가 유입된다는 점에서 차이가 있다.
본 발명에 따른 해수탈황설비는 전기집진기(Electrostatic precipitator, 100), 열교환기(200), 스크러버(Scrubber, 300), 송풍기(400), 해수농축수 저장조(500), 굴뚝(600) 및 중화조(700)를 포함한다.
최초의 배기가스(1a)는 전기집진기(100)를 거친다. 전기집진기(100)는 전기적인 방법으로 가스 또는 액체 속에 부유하는 고체.액체의 입자를 제거하거나 채집하는 장치를 말한다. 따라서 최초의 배기가스(1a)는 전기집진기(100)에 유입되고, 이를 통과하면 최초의 배기가스(1a) 내의 분진, 먼지 등이 제거된다.
전기집진기(100)를 통과한 배기가스(1b)는 유로를 따라 이동하여 열교환기(200)에 유입된다. 열교환기(200)를 거친 배기가스(1c)는 온도가 저하된다. 해수와 반응성이 증가된 온도가 저하된 배기가스(1c)는 스크러버(300)로 유입된다.
스크러버(Scrubber, 300)는 액체를 이용해서 가스 속에 부유하는 고체 또는 액체 입자를 포집(捕集)하는 장치이다. 스크러버(300)에서는 해수농축수 저장조(500)로부터 유입되는 해수농축수(4a), 송풍기(400)로부터 공급되는 산소(2) 및 열교환기(200)를 거친 배기가스(1c)가 모두 모여 탈황반응을 하게 된다.
화학반응식에서 전술하였듯이, 해수농축수(4a) 중에 존재하는 중탄산염(HCO3 -)과 배기가스(1c) 중의 황산화물(SO2(g))을 반응하고, 이를 통해 황산화물이 무해한 황산염(2Na+ + SO4 2-)형태로 전환된다. 즉, 배기가스 중의 황산화물이 해수농축수(4a)를 통해 제거된다.
이때, 해수농축수(4a)는 종래의 자연상태의 해수(3a)보다 알칼리도(HCO3 -, CO3 2-, OH-)가 2~3배 높다. 따라서, 동일 용량의 해수농축수(4a) 및 해수(3a)로 해수탈황을 한다고 가정하면, 해수농축수(4a)를 이용한 배기가스 탈황의 탈황효율이 높다. 이로 인해, 종래의 해수(3a)를 이용한 배기가스 탈황보다 경제성이 뛰어나게 된다. 또한, 종래와는 달리 해수농축수(4a)를 대용량을 투입할 필요 없어 대용량의 펌프 장치의 부설이 불요하고, 이로 인해 편의성 및 경제성이 증대된다.
해수농축수(4a)는 해수담수화 설비(800)로부터 발생한다. 이를 설명하기 위해 도 3을 참조하도록 한다. 해수담수화 설비(800) 내부로 취수된 해수는 해수담수화 설비(800) 내의 고압의 해수담수화용 펌프(801)를 거친다. 펌프(801)를 거친 해수는 탈염플랜트(802)로 유입된다. 탈염플랜트(802)에서 해수는 순수한 물인 담수와 해수 중 염분성분이 농축된 해수농축수로 분리된다. 담수는 담수조(803)로 유입되어 공업용수로 사용되고, 해수농축수(4a)는 해수농축수 저장조(500)에 보관되며, 배기가스(1c)가 스크러버(300)에 유입 시, 스크러버(300)에 유입되어 배기가스(1c) 및 산소(2)와 반응한다. 따라서, 종래의 해수담수화 설비 경우 해수농축수(4a)를 처리하기 위한 별도의 장치가 필요하나, 본 발명에 따르면 해수탈황설비에 곧바로 사용될 수 있어, 해수담수화 설비의 경제성이 증대되는 추가 효과도 발생한다.
이때, 해수농축수 저장조(500)로부터 스크러버(300)에 유입되는 해수는, 스프레이 장치(310)를 거쳐 분사형태로 유입되는 것이 바람직하다. 스크러버(300)에 유입되는 배기가스(1c)와 접촉면적을 넓혀 탈황효율을 증대시키기 위함이다.
해수농축수(4a) 및 산소(2)와 탈황반응하여 황산화물이 제거된 배기가스는 열교환기(200)를 거쳐 온도가 상승된다. 열교환기(200)를 거친 배기가스(1d)는 온도가 상승하여 확산 현상이 활발하게 된다. 이로 인해 해수탈황설비 외부로 신속하게 배출될 수 있다. 배기가스(1d)는 굴뚝(60)을 거치고, 최종적으로 외부로 방출된다. 따라서, 굴뚝(60)을 거친 배기가스(1e)는 최종적으로 환경에 무해하고, 환경규제를 위반하지 않는 가스가 된다.
이때, 열교환기(200)를 거친 배기가스(1d)가 이동되는 유로에는 습분분리기(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다. 배기가스가 해수농축수(4a)와 반응하게 되면, 배기가스(1d)에는 필연적으로 액적이 포함된다. 이러한 액적으로 인해 해수탈황설비에 부식이 발생되거나, 스케일이 발생되는 문제점이 있다. 따라서 습분분리기를 통해 배기가스의 액적을 제거하게 되면, 해수탈황설비의 내구성을 증대하고, 수명을 연장시킬 수 있다.
스크러버(300)에서 배기가스(1c)와 반응한 해수농축수(4b)는 중화조(700)를 거친다. 해수농축수(4b)는 중화조(700)에서 다량의 신선한 해수와 반응하여 pH 조정이 이루어져, 바다에 방출되기 적합한 상태의 해수농축수가 된다. 중화조(700)를 거친 해수농축수(4c)는 최종적으로 바다로 방류된다.
도 4는 본 발명에 따른 해수탈황설비를 이용한 배기가스의 처리과정을 도시한 순서도이다. 이하 도 4를 참조하여 배기가스 처리과정을 설명하도록 한다.
배기가스(1a)는 전기집진기(100)를 통과하는 단계(S100)를 거친다. 이를 통해 배기가스(1a) 내의 먼지, 분진 등이 제거되게 된다.
전기집진기(100)를 통과한 배기가스(1b)는 열교환기(200)를 통과한다(S200). 열교환기(200)를 통과한 배기가스(1c)는 온도가 낮아서 스크러버(300)에 포집되게 된다.
스크러버(300)로 유입된 배기가스(1c)는, 스크러버(300) 내에서, 해수농축수 저장조(500)로부터 유입되는 해수농축수(4a) 및 송풍기(400)로부터 유입되는 산소(2)와 탈황 반응을 한다(S400). 탈황 반응으로 인해 황산화물이 제거된 배기가스는 열교환기(200)를 거쳐 온도가 상승되고, 온도가 상승된 배기가스(1d)는 굴뚝(600)을 통해 외부로 방출된다.
해수농축수(4a)는 배기가스(1c)와 반응 후 스크러버(300)에서 배출된다. 스크러버(300)로부터 배출된 해수농축수(4b)는 중화조(700)를 거친다(S500). 중화조(700)를 거쳐 pH 조정이 된 해수농축수(4c)는 바다로 유입된다(S600).
위와 같이 해수담수화 설비에서 발생된 해수농축수(4a)를 이용한 해수탈황설비로 배기가스를 처리하게 되면, 종래의 자연 상태의 해수(3a)보다 알칼리도가 2~3배 정도 높아 탈황 효율이 증가하는 장점이 있다.
또한, 종래의 해수탈황설비에 비해 해수(본 발명에 따르면 해수농축수)투입량을 저감할 수 있고, 펌프 등의 부가 장치를 최소화하여 탈황설비의 용량을 줄일 수 있다. 이로 인해 경제성이 증가한다.
또한, 종래의 해수탈황설비보다 소요부지가 적게 필요하므로 선박과 같이 기자재 설치공간이 협소한 곳에 적용이 용이한 장점이 있다.
또한, 해수담수화설비에서 필연적으로 발생하는 해수농축수를 해수탈황설비에서 이용하므로 해수담수화설비에서 해수농축수 방류설비가 별도로 필요하지 않게 된다. 이로 인해, 경제적인 해수담수화 설비의 구성을 가능케 하는 장점이 있다.
이상에서 다양한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 권리범위로부터 합리적으로 해석될 수 있는 것이라면 무엇이나 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연하다.
*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*
100...전기집진기 200...열교환기
300...스크러버 400...송풍기
500...해수농축수 저장조 600...굴뚝
700...중화조 800...해수담수화 설비

Claims (9)

  1. 배기가스가 전기집진기를 통과하는 단계;
    상기 전기집진기를 통과한 배기가스가 열교환기에 유입되는 단계;
    상기 열교환기를 통과한 배기가스가 스크러버(Scrubber)에 유입되는 단계;
    상기 스크러버에 산소가 유입되는 단계; 및
    상기 스크러버에 해수농축수가 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    해수담수화 설비의 탈염플랜트가 상기 해수농축수를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 처리방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 해수농축수가 상기 스크러버에 스프레이를 거쳐 분사형태로 유입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 처리방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 해수농축수가 상기 배기가스와 반응 후 pH조정을 거쳐 바다로 방류되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 처리방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배기가스가 상기 해수농축수와 반응 후 굴뚝을 거쳐 외부로 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 처리방법.
  6. 해수탈황설비에 있어서,
    배기가스의 먼지를 제거하는 전기집진기;
    배기가스의 온도를 상승 또는 하강시키는 열교환기;
    해수담수화 설비로부터 생성되는 해수농축수를 저장하는 해수농축수 저장조;
    산소를 공급하는 송풍기; 및
    상기 배기가스, 상기 해수농축수 및 상기 산소가 혼합되는 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스크러버로부터 배출되는 상기 해수농축수가 유입되는 중화조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스크러버로부터 배출되는 상기 배기가스가 유입되는 굴뚝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 스크러버로부터 배출되는 상기 배기가스의 액적을 제거하는 습분분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수탈황설비의 구성.
KR1020170000334A 2017-01-02 2017-01-02 해수담수화 설비의 해수농축수를 이용한 해수탈황설비의 구성 및 처리방법 KR20180079756A (ko)

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