KR20220144993A - 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치 - Google Patents

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Abstract

바이오연료를 사용하는 보일러(Bio Mass Boiler), 소각로(Incineration Plant), 및 기타 연소 설비의 연소과정에서 발생하는 폐가스로부터 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리하기 위한 장치로서, 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 반건식/건식 탈황공정에 사용되는 백필터와, 하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치가 제공된다.

Description

연소 설비로부터의 폐가스 처리장치{APPARATUS FOR TREATING GAS FROM COMBUSTION INSTALLATIONS}
본 발명은 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오연료를 사용하는 보일러(Bio Mass Boiler), 소각로(Incineration Plant), 및 기타 연소 설비의 연소과정에서 발생하는 폐가스로부터 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
각종 연소 설비의 굴뚝 등에서 발생하는 배기가스 내에는, 대표적인 대기오염물질인 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx)과, 유해가스인 다이옥신, 수은 등이 다량 포함되어 있다. 따라서 우리나라를 포함하는 대부분의 선진 산업국가에서는 이에 대한 엄격한 법적 규제를 실시하고 있으며, 각종 저감기술이 개발되어 산업적으로 활용되고 있다.
이 중, 다이옥신을 제거하기 위한 대표적인 탈다이옥신 제거공정으로서, 탈황설비 및 집진 장치인 백 필터(Bag filter)로 1차 집진을 행한 후 다이옥신을 제거하기 위해 미세한 활성탄 분말을 배기덕트에 직접 분사함으로써 다이옥신을 흡착하고, 추가로 2차 백 필터를 설치하여 다이옥신이 흡착된 활성탄을 포집하는 활성탄 분사 공정(Activated Carbon Injection System)을 들 수 있다.
이러한 활성탄 분사 공정은 넓은 흡착표면 및 높은 기공율을 갖고 있는 미세한 활성탄 분말을 배기덕트에 직접 분사하는 방식으로, 다이옥신에 대해서는 높은 제거효율을 갖고 있으나 미세분말의 활성탄 특성으로 인해 탈황(脫黃) 및 탈질(脫窒) 등의 기능을 기대할 수 없어 탈황, 탈질설비로는 사용하지 않는다.
또한, 이 공정은 활성탄의 소모량이 많고, 2차 집진설비인 백 필터 추가 설치로 추가비용이 과대하게 소요됨으로 공사비 증가 및 운영비가 많이 소요되는 단점이 있다.
한편, 발전소등 고용량의 폐가스처리 설비에는 고효율인 습식 탈황설비 등을 설치할 수 있으나, 중소용량의 연소설비인 중형보일러, 소각설비, 그 외 바이오매스 보일러 가스처리 설비의 경우에는, 설치부지가 협소하고, 공정 합리성 등을 고려하여 반건식탈황 설비(Semi Dry DeSOx) 및 건식 탈황설비(Dry DeSOx)를 주로 설치하고 있지만, 이들 설비는 탈황 성능이 높지 않으며, 환경 기준치에 미달될 가능성이 높다.
또한, 예를 들어 촉매를 사용하는 탈질설비인 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction)의 경우 질소산화물(NOx)의 분해를 위한 적정 운전온도가 250℃ ~ 350℃의 고온을 유지해야만 효율적인 탈질성능을 달성할 수 있는 공정이므로, 열교환 설비등의 추가설비가 요구되며, 설비비 및 운전경비가 많이 소요된다는 단점이 있다.
따라서, 새롭고 경제적이며 고효율이며, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치의 등장이 요구되고 있다.
종래의 활성탄 분사 공정과 유사한 원리를 이용하는 활성 코크스 타워 (Activated Coke Tower: ACT) 공정에 있어서는, 폐가스가 ACT로 진입하면 활성 코크스 태블릿으로 형성되고 하부로 서행 이동하는 흡착층을 통과하게 된다. 이 때, 높은 기공율을 가지는 활성 코크스 흡착층에서 이산화황, 질소산화물 등의 오염물질이 흡착 제거되고, 또한 물리적 흡착 및 화학적 반응이 결합된 복합 반응으로 인하여, 다이옥신과 중금속을 동시에 처리할 수 있다.
한편, 폐가스에 의하여 오염물질이 포집된 활성 코크스는 중력하강을 거쳐 컨베이어 벨트와 같은 운송시스템으로 운반되고, 고온에서 활성 코크스를 재생하여 사용하게 된다. 배출된 고농도의 이산화황 혼합가스는 황산 부산물로 제조되어 운영비용 절감효과를 볼 수 있고, 재생된 활성 코크스는 다시 운송 시스템으로 ACT에 보내져서 재사용된다.
이러한 활성 코크스 및 탈황/탈질 일체화 공정은 공정이 비교적 간단하고, 하나의 시스템으로 이산화황과 질소산화물등의 오염물질을 동시에 제거할 수 있고, 폐수나 고체폐기물등의 2차 오염 우려가 없으며, 설비의 유지보수가 간편하고 운영원가가 낮다는 장점이 있다.
본 발명의 목적은, ACT 의 흡착성능을 이용하여, 연소 설비로부터의 폐가스 중의 다이옥신, 수은, 황산화물, 및 질소산화물을 동시에 제거할 수 있는 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 종래의 활성탄 분사 공정의 후단공정으로서 현재 적용중인 2차 백필터를 설치하는 대신 ACT를 설치하여 높은 다이옥신 제거효율을 가지면서 동시에 탈황 및 탈질 기능을 갖는 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 반건식 및 건식탈황설비에 있어서 후단공정에 ACT를 추가설치하여 환경배출 규제치를 만족할 수 있는 고효율의 탈황성능을 가지는 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 종래 보일러 노(Furnace) 내에 암모니아(NH3)를 분사하는 저효율 탈질설비인 선택적 무촉매 탈질설비(Non Selective Non Catalytic Reduction)가 설치된 경우에도, 후단공정에 탈질성능 보완을 위하여 ACT를 설치하여 탈질효율을 향상시킬 수 있는 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명에 있어서는, 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물 등의 유해성분을 함유한 폐가스를 활성 코크스 태블릿 이동층(Activated Coke Tablet moving bed)을 통과시킴으로써, 코크스의 기공(pore)이 갖고 있는 흡착성능을 이용하여 다이옥신 및 수은을 흡착함과 동시에, 황산화가스(SOx), 질산화가스(NOx)성분 등을 흡착 제거할 수 있는 ACT를 설치함으로써 다이옥신, 수은을 제거하고 동시에 공정특성상 선행공정에서 미처리된 잔여 황산화물(SOx), 질산화물(NOx)을 후단 공정에서 처리하도록 하는 것이다.
또한 탈황설비 및 집진설비인 백 필터(Bag Filter), 전기집진기 (Electrostatic Precipitator)등을 설치하였으나 다이옥신이 발생되는 공정에서는, 다이옥신 제거를 위해 추가로 미세입자로 된 건식 활성탄 분사 장치 및 활성탄 포집용 백 필터를 추가로 설치하지 않고 ACT로 대체함으로써, 경제적이고 안정적인 운전 및 유지 보수가 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치는: 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 반건식/건식 탈황공정에 사용되는 전기식 집진기와,
하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 전기식 집진기와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치는: 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 건식 탈황설비 공정에 사용되는 건식 반응기 및 백 필터와, 하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 백 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치는: 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 반건식 흡수기(Semi-Dry Absorber: SDA, 또는 Circulating Dry Scrubber: CDS) 및 필터와, 하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치는: 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈질 처리되는 선택적 무촉매 탈질(Selective Non Catalytic Reduction: SNCR) 반응기 및 백 필터와, 하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 백 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 활성 코크스 타워를 수직 2단으로 구성하여, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워로, 2단 ACT는 상기 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용할 수 있다.
바람직하게는, 활성 코크스 타워를 단탑 2단의 직렬식으로 구성하여, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워로, 2단 ACT는 상기 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 활성 코크스 타워를 구성하는 하나 이상의 활성 코크스 카트리지는, 서서히 하강하는 활성 코크스 층이 가스와 접촉하는 구조로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 활성 코크스 타워를 구성하는 하나 이상의 활성 코크스 카트리지는 회전 데크에 방사방향으로 설치되며, 상기 회전 데크의 중심부에 형성된 인입구로 도입된 폐가스가 방사상으로 분배되어 활성 코크스 카트리지 내의 활성 코크스와 접촉하는 구조인 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, ACT 의 흡착성능을 이용함으로써, 폐가스 중의 다이옥신, 수은, 황산화물, 및 질소산화물을 동시에 제거할 수 있다.
또한, 종래의 활성탄 분사 공정의 후단공정으로서 현재 적용중인 2차 백필터를 설치하는 대신 ACT를 설치함으로써, 높은 다이옥신 제거효율을 가지면서 동시에 탈황 및 탈질 기능을 갖는다.
본 발명에 따르면, 종래의 반건식 및 건식탈황설비에 있어서 후단공정에 ACT를 추가 설치하여 환경배출 규제치를 만족할 수 있고, 고효율의 탈황성능을 가지는 폐가스 처리장치를 제공할 수 있다.
또한, 종래 보일러 로내에 암모니아(NH3)를 분사하는 저효율 탈질설비인 선택적 무촉매 탈질설비(SNCR)가 설치된 경우에도, 후단공정에 탈질성능 보완을 위하여 ACT를 설치하여 탈질효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 활성 코크스 열간 탈착(Thermal Desorption)으로 재생된 활성 코크스의 재사용이 가능하다.
또한, 활성 코크스는 탈착작용으로 재생된 새로운 공극(Fresh Core) 생성으로 고효율 흡착력 유지 가능하다.
또한, 탈착반응시 발생된 고농도 탈황가스(Rich Gas)로 고농도 황산 부산물의 생산이 가능하다.
또한, 탈착반응 시 발생된 고농도 탈황가스(Rich Gas)로 고농도의 석고 부산물의 생산이 가능하다.
또한, 탈다이옥신 포집용 백 필터 대신 코크스 타워 대체 사용함으로써, 시설 및 운용 원가를 절감할 수 있다.
도 1 은, 활성 코크스 타워를 통과하는 폐가스 중에 다이옥신, 수은(Hg), 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등이 포함된 상태를 나타내는 도면;
도 2는, 연소 설비로부터의 폐가스가 활성 코크스 타워(ACT)의 저속 이동층을 통과할 때, 활성 코크스와 접촉하여 처리되는 상태를 보여주는 도면;
도 3은, 본 발명에서 사용되는 활성 코크스 타워(ACT)를 구성하는 활성 코크스 카트리지의 구성을 나타내는 개략도;
도 4는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 폐가스 처리장치를 구성하는 반건식또는 건식 탈황공정에 사용되는 전기식 집진기와 ACT의 설치구조를 나타내는 도면으로서, 도 4(a)는 전기식 집진기와 ACT가 하나의 설비로서 일체로 형성되는 구성을 나타내며, 도 4(b)는 별도의 설비로서 형성되는 구성을 각각 나타낸다;
도 5는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 건식 탈황설비 공정에 사용되는 건식 반응기 및 백 필터와, ACT가 상호 유통 상태로 설치되는 구성을 나타내는 개략도;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예인 반건식 흡수기(Semi-Dry Absorber: SDA) 공정을 이용한 연소설비로부터의 폐가스 처리장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 4 실시예로서, 반건식 탈황설비인 순환 드라이 스크러버(Circulating Dry Scrubber: CDS) 공정을 이용한 연소설비로부터의 폐가스 처리장치의 개략도이다.
도 8은, 본 발명의 제 5 실시예에 따른, 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈질 처리되는 선택적 무촉매 탈질(Selective Non Catalytic Reduction: SNCR) 반응기 및 백 필터와, ACT가 상호 유통 상태로 설치되는 구성을 나타내는 개략도;
도 9은, ACT가 복수개 사용되는 실시예를 나타내는 개략도로서, 도 9(a)는 ACT가 수직으로 2단 타워로 구성되고, 도 9(b)는 직렬로 병렬 설치한 구성을 나타내며, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워이고, 2단 ACT는 탈질(DeNOx)용 타워인 구성을 나타내는 도면이며 도9(C)는 단탑에서 탈황 및 탈질을 겸하는 타워를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에서 사용되는 다른 구성의 ACT 카트리지를 나타내는 도면으로서, 도 10(a)는 개략도, 10(b)는 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 실시예들은 단순히 본 발명의 개시가 완전해지도록 하는 목적만을 가진다.
첨부된 도면에서의 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 요소가 다른 요소와 "접속된" 것이라고 지칭되는 경우는, 다른 요소와 직접 연결된 것, 또는 중간에 다른 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "포함한다"는 용어는, 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
활성 코크스
본 발명에서 사용되는 태블릿 형상의 흡착제인 활성 코크스는, 미세분말의 활성탄과는 달리 재생하여 재사용이 가능하며 고강도, 고마모성 등을 가지며 높은 발화점등 장기 저장가능한 재질로 구성되어 경제성 및 안전성을 가진다.
다음의 표 1에는 이러한 활성 코크스의 특성을 나타내고 있다.
특성 활성 코크스
형상/지름 태블릿/5-10 mm
아몬드/13 × 11 × 8 mm
비표면적 150-300m2/g
로가지수(Roga-Index)
(내마모성)		 95%
발화점 (공기중) >350℃
원료 석탄
적용분야 SOx, NOx, Hg, Dioxin 제거
종래의 직접 분사방식에서 사용되는 활성탄이 단기 저장성이고, 150℃ 이하의 사용운전 온도, 250℃ 이하의 낮은 발화점, 고마모성 등을 가지는 반면에, 활성 코크스는 장기저장성, 200℃이하의 사용운전온도, 350℃의 높은 발화점, 저마모성 등의 특성으로 개선이 가능하다.
이와 같은 활성 코크스에 의한 ACT의 물리적 흡착 및 화학 반응을 이하에서 상세히 설명한다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 활성 코크스 타워를 통과하는 폐가스 중에는 다이옥신(Dioxin:tetrachlorodibenzo-p-dioxin, TCCD 라고도 함), 수은(Hg), 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등이 포함되어 있으며, 이러한 성분은 활성 코크스의 미세 공극에 흡착된다.
활성 코크스에 있어서의 물리적 흡착 및 화학적 반응은 아래와 같다.
▶ 활성 코크스의 공극 표면에서 가스 중의 SO2가 O2와 반응하여 SO3로 전환
한 후 흡착
▶ 폐가스 중의 SO3 + H2O 및 O2 는 황산(H2SO4)으로 화학반응하여 활성 코크
스 공극에 흡착
▶ 활성 코크스의 공극 표면에서 가스 중의 O2을 재저장
▶ 암모니아(NH3) 가스를 추가 투입할 때, SO2 가스는 (NH4)2SO4상태로 활성
코크스의 표면 공극에 흡착
▶ 암모니아(NH3)가 존재할 때, NOx는 활성 코크스가 선택적 환원(CSCR:
Carbon Selective Catalytic Reduction) 촉매 역할을 하여 N2로 전환
▶ 수은(Hg), 다이옥신(Dioxin), 다른 산성가스 등을 흡착
활성 코크스 화학반응
또한, 활성 코크스 선택적 환원 촉매방식(CSCR: Carbon Selective Catalytic Reduction)에 있어서의 활성 코크스 화학반응식은 코크스 촉매 및 무촉매 사용 조건으로 아래와 같이 구분한다.
1. 무촉매 화학반응식 (NH3가 없는 CSCR 화학반응)
SO2 +1/2O2 + H2O -> H2SO4 (탈황기능)
2NO + 2C + O2 -> N2 + 2CO2 (탈질기능)
NO + NHxO-AC -> N2 + H2O + OH-AC (탈질기능)
2. 촉매 화학반응식(NH3가 있는 CSCR 화학반응)
SO2 +1/2O2 + NH3 + H2O -> NH4HSO4 (탈황기능)
SO2 + 1/2O2 + NH3 + H2O -> (NH4)2SO4 (탈황기능)
6NO + 4NH3 -> 5N2 + 6H2O (탈질기능)
6NO + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O (탈질기능)
도 2에 나타낸 바와 같이 폐가스가 활성 코크스 타워(ACT)의 입구 베인과 출구의 다공판으로 구성된 저속 이동층(slow moving bed)을 통과할 때, 활성 코크스와 접촉하는 이산화황(SO2), 수은(Hg), 비산재(Fly Ash) 등이 포착되고, 활성 코크스층 표면의 촉매화 및 비촉매화로 탈질작용을 한다.
활성 코크스 타워(Activated Coke Tower: ACT)
활성 코크스 타워는, 도 3에 나타내는 것과 같은 카트리지들을 조합하여 타워를 형성하게 된다.
도 3에 있어서, 폐가스는 ACT 카트리지(100)의 입구플랜지(10)를 통하여 입구덕트(60)로 진입한 후 입구베인(20)으로 유입되고, 다시 2차베인(30)을 통과하면서 활성 코크스층를 통과함으로써 다이옥신(Dioxin), 수은(Hg), 황산화물(SOx), 및 질소산화물(NOx)등이 활성 코크스층에 흡착되고, 다공판(40)을 통과한 후, 청정한 가스의 상태로 출구덕트(80)에 유입되어 출구플랜지(70) 및 도시하지 않은 굴뚝을 통해 대기로 배출된다. 미설명부호 (50)는 코크스 분산판으로서, 투입되는 활성 코크스들을 카트리지 내로 분산하는 기능을 하며, (90)은 홉퍼(hopper)를 나타낸다.
도시하지 않은 운송설비, 예를 들면 자동 컨베이어 장치등을 통하여 홉퍼로부터 배출된 코크스는 재생처리를 거쳐 재사용하게 된다.
상기 설명에서와 같은 카트리지(100)로 구성된 ACT는 종전에 사용되는 폐가스 처리를 위한 각종 공정에서 집진 설비와 직접 일체로 연결되거나 또는 분리된 독립 ACT를 설치함으로써 다이옥신, 수은, SOx, NOx등을 동시에 처리할 수 있다.
이하에서는, ACT를 이용하여 다양한 형태의 연소설비에서 사용될 수 있는 실시예들에 대하여 설명한다.
제 1 실시예: 전기 집진기(Electrostatic Precipitator:ESP)에 ACT를 일체로 또는 분리하여 설치
도 4(a) 및 (b)는 본 발명에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략도이다. 바이오연료를 사용하는 보일러(Bio Mass Boiler), 소각로(Incineration Plant), 및 기타 연소 설비를 대표하는 보일러 로(200)로부터 배출되는 폐가스 내에는 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질이 포함되어 있으며, 이 중, 황산화물을 처리하기 위한 반건식/건식 탈황공정으로서, 알칼리 성분의 탈황제를 슬러리 또는 미세한 입자 상태로 폐가스와 접촉을 시키면 황산화물을 흡착, 제거할 수 있다.
이를 위하여 보일로 로(200)로부터의 폐가스에 탈황제로서의 Ca(OH)2 (소석회) 및/또는 NaHCO3 (중탄산나트륨: 중조) 등의 흡수제로 탈황작업을 실시한다.
또한, 폐가스 내의 고체 입자 또는 액체 입자 상태의 유해물질을 제거하기 위하여 전하(電荷)를 사용하는 전기 집진기(300: Electrostatic Precipitator, ESP)로 예비탈황 작업이 이루어진 폐가스가 진입하게 된다.
그러면, ESP(300) 내에 설치된 전극의 방전 현상에 의하여 폐가스 중의 분진은 음전하로 대전되어 양극의 집진전극으로 끌려 들어가서 집진되며, 이후 포집된 분진을 하방으로 떨어뜨리게 된다.
이러한 반건식/건식 탈황공정은 탈황 성능이 그다지 높지 않기 때문에, 본원발명에서와 같이 ACT를 사용하여 탈황효율을 향상시킬 수 있다. 아울러, 전기집진기 만으로는 다이옥신을 제거할 수 없기 때문에, 종래에 사용되는 활성탄 분사공정 대신 ACT 타워를 설치함으로써 다이옥신, 수은(Hg), SOx, NOx등을 제거하게 된다.
이를 위하여, 본원발명에 있어서는 ESP(300)에서 탈진작업이 완료된 폐가스에 암모니아(NH3)를 주입하고, 이 암모니아의 주입에 의해 황산화물(SOx)의 일부는 암모니아와의 기상반응 [SO2 + 1/2 O2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO4]에 의해 황산암모늄염으로 전환되어 제거된다.
한편, 잔여 황산화물(SOx)은 ACT(400)내의 활성 코크스의 기공에서 흡착에 의해 제거되고, 질소산화물(NOx)은 활성 코크스의 촉매적 성질을 이용한 CSCR반응(4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O)에 의해 주로 제거된다.
한편, ACT(400) 내에서 처리를 마친 활성 코크스는 자동식 컨베이어(500)와 같은 반송설비에 의하여 재생탑으로 이송되고 질소 분위기하에서 가열되어 재생된 후 재사용된다.
이와 같은 본 발명에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치는 도 4(a)와 같이 ACT(400)가 전기식 집진기(300)와 함께 일체로 직접 접속하여 구성될 수도 있고, 도 4(b)에서와 같이 분리되어 설치되는 구성도 가능하다.
제 2 실시예: 건식탈황 + 백필터 공정의 백필터에 ACT를 일체/분리 설치
도 5는 본 발명에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치의 제 2 실시예를 나타내는 개략도이다.
폐가스 처리장치는, 건식 탈황설비에 본 발명에 따라 ACT를 후단에 배치할 설계를 채택하고 있다.
도 5를 참조하면, 흡착제 사일로(110) 내에는 연소 설비로부터 오는 폐가스에 포함되는 황산화물 또는 질소산화물을 흡착하는 흡수제가 투입되고, 블로워(160)에 의하여 공급되는 폐가스로 보내지며, 이 폐가스는 다시 건식 반응기(120) 내로 투입된다.
건식 반응기(120) 내에서 탈황 작업이 진행된 폐가스는 백 필터(130)에 의하여 여과되고, 이어서 ACT(140)로 투입된다. ACT(140)의 내에서는 활성 코크스에 의하여 본격적으로 폐가스로부터 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리된다.
ACT(140)로 활성 코크스를 공급하기 위한 활성 코크스 사일로(150)가 별도로 설치되고, 흡착 처리가 완료된 활성 코크스는 자동식 컨베이어(260)와 같은 반송설비에 의하여 재처리를 위해 운반된다.
ACT(140)를 나온 청정 기류는 블로워를 통하여 굴뚝(180)으로 배출된다.
종래의 건식 탈황 설비 및 백필터를 사용하는 폐가스 처리장치에 있어서는, 폐가스에 포함되는 황산화물 또는 질소산화물을 흡착하기 위한 흡착제 투입공정 후에, 건식 반응기(120)로 들어가기 전에 활성탄 분사공정을 거치도록 하였지만, 전술한 바와 같이 이러한 설비는 활성탄의 소모량이 많고 및 2차 집진설비인 백 필터를 추가 설치하여야 하는 관계로 비용이 과다하게 소요되는 단점을 가지는 것이었다.
본 실시예에서는, 이러한 활성탄 분사공정 대신에, 백필터(130)를 거친 폐가스를 ACT(140)로 투입하여 처리하도록 한 것이므로, 활성탄 분사 공정은 탈다이옥신 기능만 가능한 반면, 본 발명의 ACT를 사용한 공정에서는 탈다이옥신, 탈황, 탈질 및 집진 기능도 가능하여 공정 적용의 겸용성 및 다양성 있는 공정을 선택할 수 있다.
상기 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서도 ACT(140)를 백필터(130)와 함께 일체로 직접 접속하여 구성할 수 있다.
제 3 실시예: 반건식탈황(Semi-dry Absorber: SDA) + 백필터 공정의 백필터에 ACT를 일체/분리 설치
도 6은 본 발명에 따른 제 3 실시예인 반건식 흡수기(Semi-Dry Absorber: SDA) 공정을 이용한 연소설비로부터의 폐가스 처리장치의 개략도이다.
SDA는 가스탈황 공정의 건조법 중 하나로, 폐가스 중의 황산화물 등 오염물질이 고온 배기가스에 의하여 순간적으로 건조되면서 건조 상태로 된 반응생성물을 집진장치로 보내어 제거하는 공정으로서, 기존의 습식 및 건식 배연 탈황장치의 장점을 결합한 공정이라 할 수 있다.
본 실시예에서는 종전의 SDA 공정의 집진장치의 후단에 ACT를 적용한 것으로서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 반건식 탈황설비에 사용되는 탈황제는 소석회[Ca(OH)2]이며, 폐가스는 소석회 및 물이 혼합된 슬러리 상태로 고속분사기를 통해 SDA(210)내로 분사되어 가스와 접촉 반응함으로써 탈황처리되며, 곧이어 SDA출구온도 모니터(220)를 거쳐 필터(230)로 투입된다. 집진된 재는 애쉬 사일로(240)로 운반 포집 되어 처리되고, 처리된 폐가스는 ACT(250)의 내에서 활성 코크스에 의하여 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리하게 된다.
ACT(250)에서 흡착 처리가 완료된 활성 코크스는 자동식 컨베이어(260)와 같은 반송설비에 의하여 재처리를 위해 운반된다.
ACT(250)를 나온 청정 기류는 굴뚝(380)으로 배출되며, SO2 모니터(270)는 굴뚝으로 배출되는 가스 중의 이산화황의 농도를 상시 계측하고, 그에 따라 소석회의 투입량이 조절된다.
본 실시예에서도 ACT(250)를 필터(230)와 함께 일체로 직접 접속하여 구성될 수 있다.
제 4 실시예: 반건식탈황(Circulating DRY Scrubber : CDS) + 백필터 공정의 백필터에 ACT를 일체/분리 설치
도 7은 본 발명에 따른 제 4 실시예로서, 반건식 탈황설비인 순환 드라이 스크러버(Circulating Dry Scrubber: CDS) 공정을 이용한 연소설비로부터의 폐가스 처리장치의 개략도이다.
CDS는 가스탈황 공정의 건조법 중 하나로, 폐가스 중의 황산화물 등 오염물질이 고온 배기가스에 의하여 순간적으로 건조되면서 건조 상태로 된 반응생성물을 집진장치로 보내어 제거하는 공정으로서, 기존의 습식 및 건식 배연 탈황장치의 장점을 결합한 공정이라 할 수 있다.
본 실시예에서는 종전의 CDS 공정의 집진장치의 후단에 ACT를 적용한 것으로서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 반건식 탈황설비에 사용되는 탈황제는 소석회[Ca(OH)2]이며, 폐가스는 소석회파우더 및 고압으로 분사된 물이 투입되어 CDS(210)내로 들어가서 탈황처리되며, 곧이어 온도 모니터(220)를 거쳐 필터(230)로 투입된다. 순환 에어 슬라이드(235: Air Slide)를 통한 공기는 CDS 내로 재투입되고, 집진된 재는 애쉬 사일로(240)로 낙하되며, 처리된 폐가스는 ACT(250)의 내에서 활성 코크스에 의하여 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리하게 된다.
ACT(250)에서 흡착 처리가 완료된 활성 코크스는 자동식 컨베이어(260)와 같은 반송설비에 의하여 재처리를 위해 운반된다.
ACT(250)를 나온 청정 기류는 굴뚝(380)으로 배출되며, SO2 모니터(270)는 굴뚝으로 배출되는 가스 중의 이산화황의 농도를 상시 계측하고, 그에 따라 소석회 사일로(205)로부터의 소석회의 투입량이 조절된다.
상기 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서도 ACT(250)를 필터(230)와 함께 일체로 직접 접속하여 구성될 수도 있음은 물론이다.
제 5 실시예: 무촉매 탈질(SNCR) 후단의 백필터에 ACT 설치
도 8은 본 발명에 따른 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치의 제 5 실시예를 나타내는 개략도이다.
이 실시예는, 보일러 로내로 암모니아(NH3) 가스를 분사하는 저효율 탈질설비인 선택적 무촉매 탈질설비(Non Selective Catalytic Reduction)에 사용되는 경우로서, 탈질 성능이 낮은 이 설비에 후속 공정으로서 ACT를 설치하여 탈질효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 이와 같이, SNCR에서 암모니아(NH3) 가스를 분사하면 탈질효율의 30% 내외로 후속공정에서 SCR을 설치하여야 하지만, 본 발명에서와 같이 ACT를 설치하는 쪽이 훨씬 경제적이다.
SNCR 설비에 있어서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 보일러 로에는 버너가 설치되고, 암모니아(NH3)가 투입되며, 투입된 공기 및 암모니아를 수퍼히터(320)로 가열하게 된다. 그에 따라 암모니아와 이산화질소(NO2)가 산소와 반응하여 질소(N2) 및 물(H2O)로 생성된다. 냉각기(330: Economizer)에서 냉각된 폐가스는 공기 예비가열기(340)에서 가열되고 백필터(350)에서 집진이 이루어지고, 후속 공정의 ACT(360)로 들어가게 된다.
처리된 폐가스는 ACT(360)의 내에서 활성 코크스에 의하여 다이옥신(Dioxin), 수은, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 각종 유해가스 및 대기오염물질을 동시에 제거 및 처리하게 된다.
ACT(360)에서 흡착 처리가 완료된 활성 코크스는 자동식 컨베이어(370)와 같은 반송설비에 의하여 재처리를 위해 운반되고, ACT(360)를 나온 청정 기류는 굴뚝(380)으로 배출된다.
상기 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서도 ACT(400)를 백 필터(350)와 함께 일체로 직접 접속하여 구성할 수 있다.
제 6 실시예: ACT의 2단식 설치
상술한 실시예들에 있어서는 ACT를 하나씩만 설치하는 구성에 대하여 설명하였으나, ACT는 상하 2단으로 설치하는 것이 가능하다.
도 9(a)는 이와 같은 구성을 나타내는 개략도이다. 이러한 구성에서는 ACT가 수직으로 2단 타워로 구성되어 있어서, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워이고, 2단 ACT는 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용하여 사용한다.
또한, 도 9(b)는 직렬로 병렬 설치한 구성을 나타내는 개략도이며, 마찬가지로 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워이고, 2단 ACT는 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용하여 사용한다. 또한 도9(C)와 같은 단탑 ACT의 경우는, 탈황탈질 겸용으로 직렬로 하여 탈황 탈질반응을 분리할 수도 있다.
제 7 실시예: ACT의 기타 구성
본 발명에서 사용되는 ACT 카트리지 및 ACT는 상술한 형태의 구성 이외에도 다양한 구성이 가능하다.
도 10(a) 및 10(b)는 본 발명에서 사용되는 다른 구성의 ACT 카트리지를 나타내는 개략도 및 평면도로서, 이러한 카트리지로 구성되는 ACT는 회전상 타워 (Rotation Bed Tower)이고, 하부에 회전 데크(Rotating Deck)를 구성하여 폐가스와 코크스가 접촉하는 구조로 되어 있다.
도 10을 참조하면, 활성 코크스 카트리지(410)는 모터(420)에 의하여 회전하는 회전 데크(430)에 복수개 설치되어 있으며, 폐가스 인입구(440)로 도입된 폐가스는 방사상으로 분배되어 활성 코크스 카트리지(410) 내의 활성 코크스와 접촉함으로써 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물 등의 각종 유해가스가 제거되고, 사용된 활성 코크스는 하부로 배출된다.
본 명세서에 있어서는, 본 발명 및 그 장점들이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구항에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능함은 이 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 명백할 것이다. 이에 따라, 명세서와 도면은 한정 보다는 본 발명의 예시로서 간주되어야 한다. 모든 이러한 가능한 수정들은 본 발명의 범위 내에서 이루어져야 한다.
10 : 입구플랜지 20 : 입구베인
30 : 2차베인 40 : 다공판
50 : 코크스 분산판 60 : 입구덕트
70 : 출구플랜지 80 : 출구덕트
90 : 홉퍼 100 : ACT 카트리지
110 : 흡착제 사일로 120 : 건식 반응기
130 : 백 필터 140 : ACT
150 : 활성 코크스 사일로 160 : 블로워
170 : 자동식 컨베이어 180 : 굴뚝
200 : 보일러 로 205 : 소석회 사일로
210 : SDA (Semi-Dry Absorber) 220 : 온도 모니터
230 : 백필터 235 : 순환 에어 슬라이드
240 : 애쉬 사일로 250 : ACT
260 : 자동식 컨베이어 270 : SO2 모니터
280 : 굴뚝 300 : 전기식 집진기
310 : 버너 320 : 수퍼히터
330 : 냉각기(Economizer) 340 : 공기 예비가열기
350 : 백필터 360 : ACT
370 : 자동식 컨베이어 380 : 굴뚝
400 : ACT 410 : 활성 코크스 카트리지
420 : 모터 430 : 회전 데크
440 : 폐가스 인입구 500 : 자동식 컨베이어
650: 순환드라이 스크라버(CDS)

Claims (12)

  1. 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 반건식/건식 탈황공정에 사용되는 전기식 집진기와,
    하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기식 집진기와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  3. 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 건식 탈황설비 공정에 사용되는 건식 반응기 및 백 필터와,
    하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 백 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  5. 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈황 처리되는 반건식 흡수기 (Semi-Dry Absorber: SDA 또는 Circulating Dry Scrubber: CDS) 및 필터와,
    하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  7. 연소 설비로부터의 폐가스가 도입되어 탈질 처리되는 선택적 무촉매 환원 방식의 탈질(Selective Non Catalytic Reduction: SNCR) 반응기 및 백 필터와,
    하나 이상의 활성 코크스 카트리지를 포함하는 활성 코크스 타워(ACT)를 상호 유통 상태로 설치하여 폐가스 내의 다이옥신, 수은, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 백 필터와 활성 코크스 타워는 하나의 설비로서 일체로 형성되거나 또는 별도의 설비로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 코크스 타워를 수직 2단으로 구성하여, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워로, 2단 ACT는 상기 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    활성 코크스 타워를 단탑 2단의 직렬식으로 구성하여, 1단 ACT는 탈황(DeSOx)용 타워로, 2단 ACT는 상기 1단 ACT에서 나오는 폐가스에 암모니아(NH3)가스 주입장치를 추가하여 탈질(DeNOx)용 타워로 적용하는 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단탑의 활성 코크스 타워를 구성하는 하나 이상의 활성 코크스 카트리지는, 서서히 하강하는 활성 코크스 층이 가스와 접촉하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 , 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 코크스 타워를 구성하는 하나 이상의 활성 코크스 카트리지는 회전 데크에 방사방향으로 설치되며,
    상기 회전 데크의 중심부에 형성된 인입구로 도입된 폐가스가 방사상으로 분배되어 활성 코크스 카트리지 내의 활성 코크스와 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는, 연소 설비로부터의 폐가스 처리장치.
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