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석고법 싱글 탑 이중 루프 탈황 기술연구 현황

作者:吕红云  王鹏  江帆

요약

석고 법 탈황 기술은 현재 가장 널리 사용 하고 있는 연소가스 탈황(FGD) 기술입니다, 석고법 싱글 탑 이중 순환 탈질 기술은  전통의 석고 법 싱글 탑 단 순환 탈황 기술의 바탕으로 점차 개선합니다, 낮은 효율을 극복하고 에너지소모의 높은 단점을 극복합니다, 배출가스SO2함량은 절감합니다, 최신 배출기준을 충족했다.  이 문서에서는 단일 탑 이중 순환 기술의 탈황 메커니즘  발전과정 및 연구 현황을 설명하였다, 동시에 석고 법 싱글 탑 이중 루프 탈황 기술 발전추세 전망하였습니다.

키워드: 석고 법;  단일 탑 이중 루프  순환,  연소가스 탈황;  발전 프로세스 

Abstract

Gypsum method is currently the mostwidely used flue gas desulfurization (FGD) technology. Single tower with doublecirculation of the technology by gypsum method is gradually improved on thebasis of traditional gypsum technology, which overcome the disadvantage oftraditional gypsum method of single tower with single circulation— lowefficiency, high energy consumption, and reducing the content of SO2in flue gas to meet the latest national emission standards. This paperintroduce the mechanism, development process, and research status of desulfurizationtechnology; meanwhile prospect the development and the trend of the technologyusing single tower with double circulation by gypsum method.

KeywordsgypsummethodSingletower with double circulation; desulfurization; development process

서문

오늘날 대기오염문제가 이미 세계적으로 대 환경문제 중  첫자리를 SO2 오염되었다[1].  SO2는 무색의 기체입니다, 자극성 냄새, 주요대기오염물질 중 하나입니다,   산성비의 주요근원입니다.  현재 세계각국에서는 모두 대기중 SO2농도를 대기오염정도 중요한 지표중 하나로 선정합니다.  대기중의 SO2 주로 황산 공장의 배기가스속에 나옵니다,  소결 연기 및 화력발전 연소가스.  석탄 및 석유 보통 류황 화합물을 함유합니다,연소하면 이산화류황을 생성합니다.  그래서, 가장 큰 오염원은 여전히 석탄 연기입니다,  특히 석탄 또는 연료인 중유 발전소 및 산업용 보일러 배출량의 연기가 가장 많습니다, 그 SO2의 배출량은  전국 총 배출량의 50% 가량을 차지한다.[2].  비록 우리나라의 SO2 배출량은 단일의 농도 제어,  속도 및 총량 삼중 통제로 전환합니다. 하지만, 국가 환경보호부문의 통계를 따르면, 2013년 전국 총 SO2의 배출량은 최대 2278.6만 t, 그중 전력업종의 배출은 약 1124만 t, 세계 첫자리를 차지한다.

국무원 인쇄발부한[2013] 37호≪ 대기오염방지 행동계획》"첫번째 명확히 지적을 하였습니다: 중점산업 탈황 류황, 질산, 제진개조 공사건설을 강화해야 한다.  2013년 발표한 제 14호≪ 대기오염 물 특별 배출 값의 공고》 에서 명확히 지적합니다,  삼구십군 내의 화력발전설비는"13.5"기간 내에서, 모두 ρ(SO2) 50mg/Nm3이하의 배출기준을 충족되어야 한다. [3].  그래서 앞으로 발전소 연소가스 탈황 효율도 높음을  점점더 긴박하고,  현재 이미 개발된 탈황 기술은  연소 전 탈황,보일러 내 탈황 및 연소가스 탈황(FGD) 세 클래스를 나눌 수 있습니다.  연소가스 탈황(FGD) 건식 탈황 및 습식 탈황 나눌 수 있습니다. 습식 연기탈황 기술은 다음과 같은 이점을 제공합니다.(1) 흡수체 적용범위가 넓다.  (2) 연료 적용범위가 넓다 (3) 연료 유황 변화 범위의 적응력이 강하다;  (4) 기계 부하 변화 적응력이 강합니다;  (5) 탈황 효율 높다;  (6) 흡수제 활용도 높다.  (7) 부산물 순도가 높다.  따라서 습식 연기탈황 기술은 석탄 SO2제어 배출 가장 널리, 가장 효과적인 기술중의 하나이다.  그중 석회석- 석고 습식 연기탈황(FGD) 기술 흡수제 출처는 풍부하고,  저비용,  높은 효율과 안정적인 실행(다운타임 비율 3% 미만),  적용범위가 넓고,  기술 완성도 높다, 부산물 경제적효과성이 있다는 장점이 있습니다.점차 보급됐다, 국제적으로 가장 널리 사용되는 탈황 기술입니다, 중요한 시장지위를 차지하고있다.  2010년말까지는 우리나라 화력발전소의 매연탈황 용량이 5.65억 kW,   석회석- 석고 습식 탈황 공정의 92% 를 차지하였다, 이 공정 이미 우리나라 화력발전소 탈황 공정 주도하는 기술입니다[5].  석회석- 석고 습식 연기탈황 에서 공정순서에서,  단일 탑 이중 순환 기술 탈황 효율 보장하는 전제하에, 기술적 및 경제적면에서 보여준 장점, 더 큰 응용전망을 갖도록하였다.

1석회석- 석고법 연기탈황  공정

1.1석회석- 석고 습식 탈황 원리

석회석- 석고 습식 탈황 공정 작동원리는:  흡수탑 내부 흡수제 루프를 통해 슬러리 펌프 반복적으로 인해 루프와 연기가 접촉, 흡수제 활용도가 높다, 칼슘유황 비교적 낮고, 탈황 효율 95% 보다 크고[6].  탈황 과정에서 일어나는 화학반응은 다음과 같습니다:

1SO2 + H2O → H2SO3 (흡수)

2CaCO3 + H2SO3→ CaSO3 + CO2↑+ H2O(중화)

CaSO3 + H2SO3→Ca(HSO3)2 (중화)

3Ca(HSO3)2 + 1 /2 O2→ CaSO4+H2SO3(산화)

4CaSO3 + 1 /2 H2O → CaSO3 ·1 /2H2O(결정체)

5CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O(결정체)

1. 2일반적인 석회석- 석고 습식 싱글 탑 단 순환 연소가스 탈황 공정 소개

비교적 간단한 전형적인 석회석- 석고 싱글 탑 단 순환 탈황 기술은 석회석은 진액으로써 만든 흡수제를 펌프 흡수탑 내부 보내,  이 탑 내에서 연기 및 탑 아래쪽 드럼에 공기를 충분히 접촉 하고 혼합하여,  연소가스 에서 SO2, 공기중의 O2와 장액속의 CaSO3 산소 반응 후에 생성CaCO4를 생선합니다, CaSO4포화상태에 도달한후, 결정 하고 나서 석고 장액을  형성합니다.  흡수탑 거쳐 배출된 석고 진액 농축을 거쳐, 탈수, 함수량이 10% 보다 적고 저장 창고에 쌓아 한다.  탈황 후 배기가스는 연무제거기를 거쳐 무적 없애고 굴뚝을 거쳐 대기에 방출합니다, 그 프로세스 그림 1.

 

 

 

 

                           

 

그림 1. 전형적인 석고 법 탈황 공정 그림

1.31.3전형적인 석회석- 석고 습식 단일 탑 이중 순환 연소가스 탈황 공정 소개

현재, 더 효율적인 탈황 목적을 달성하기 위하여,  기존의 단일 탑 단 사이클 기술은 스프레이 층수를 늘려 효율성 향상시킵니다, 따라서 흡수탑 의 높이가 증가하고, 이 방법은 경제성 상당히 저하하고.  이중 타 직렬하는 기술 효율성은 전통적인 방법보다 다소 제고합니다, 그러나 설비투자가 크고 ,그 적용 역시 제한됩니다.  기술 및 경제상의 이중 문제를 해결하고, 단일 탑 이중 순환 기술을 개발하였다.  단일 탑 쌍순환  탈황 공정 시스템은 주로 다음과 같습니다. 연소가스 시스템, 흡수탑, 석회석 장액 제조 시스템, 공정 물 시스템, 석고 탈수 시스템, 폐수처리 시스템 등.  싱글 탑 단순 공정 및 듀얼 탑 인라인 공정 비교하면, 흡수탑 은 뚜렷한 차이점이 있다.다른 시스템이 거의 동일합니다.  흡수탑 전체 탈황설비 의 핵심입니다. 그림 2.표시한 것 처럼

 

 

 

 

 

 그림 2. 석고 법 싱글 탑 이중 순환 공정 흡수탑 프로세스 표시도.

 

이 기술을 통해 독립 SO2제거 프로세스를 거칩니다, 연기는 흡수탑 아래쪽에 들어갑니다,  우선 하부 루프 스프레이 장치  분출한 진액 역방향 접촉합니다,  냉각을 거쳐,  세탁하고 부분의 SO2를 제거합니다, 정액 모집 바기지 의 베인을 통해서 상 순환구역에 들어갑니다.탈황후의 연기가 이곳에서 상 사이클 스프레이 파이프 분출되는 장액  리버스 접촉 후에, 세척하고 나서 나머지 SO2제거합니다.  탈황 후의 청결연기는  연무제 거기 거쳐 무적을  제거하고 흡수탑 위에 굴뚝 에 들어 삽니다, 탈황 단계 끝났다, SO2 거의 완전히 제거한다.

장액 모집 바가지는  탈황은 상 하 양순환 회로로 구분합니다,하 순환 회로는 진액 풀이고 , 1급 순환 펌프, 1급 스프레이 등으로 구성됩나다;  상 순환 회로는 장액 바가지, 흡수 영역 원료 충진대, 2급순환 펌프, 상 스프레이로 구성됩니다. 2 급 순환 각각 독립적인 순환풀을 설치하고 풀, 스프레이 층, 다양한 기능에 따라, 각급 순환은 각 다른 실행 매개변수가 있습니다.

탈황 1급 순환,  이 급 순환의 탈황 효율 보통 30-70%,  사이클 진액 PH 는 4.6--5.3,  진액 지속시간은 4분 정도입니다,  이 급 순환의 주요기능은 탁월한 아류산 칼시움의 산화 효과 보장합니다,  및 충분한 석고 결정시간, 자료에 따라, 산성환경에서 PH=4. 5시, 산화 효율성은  가장 높고.  특히 높은 유체 석탄,  이 산도 하에서, 산화 공기 계수를 줄일수 있다, 대폭 산화 송풍기의 전력 절감합니다. 동시에 석고 품질을 크게 높일수도 있습니다.

1급  순환의 들어가는 연기가 직접2급 순환에 들어갑니다. 이 급 순환은 주로 탈황 세척 과정을 실현합니다,  산화 결정체 문제를 고려할 필요가 없기 때문에,  그래서 PH 값은 매우 높은 수준을 제어할 수 있습니다, 5.8,-6.4정도 달합니다,이렇게 순환 진액 량을 대폭 줄일수 있다, 일반 순환 진액 량을 20% 가량 낮출수 있습니다.

2석고 법 싱글 탑 이중 순환 연기 탈황 공정 연구 현황

  새로운 환경의 탈황 공정 요구를 충족시키기 위한 수요, 국내외 여러탈황 회사들이 적극 싱글 탑 이중 순환 탈황 공정을 유치합니다

독일 노르트하임 개발업체는 첫 세대 단일 탑 이중 순환 탈황 탑을 개발 하였습니다,  해당 장치 설치 면적이 작고,  경제성이 높다.   주로 류황 함유량이 높은 석탄 종류에 적용합니다,  그 탈황 효율은 97% 이상 도달 합니다, SO2농도 범위 큰 연소가스에 대한 량호한 적응력이 있습니다, 그 기술적 및 경제적 이점 때문에 광범위한 주목을 받았다.

국전 룡원은  독일 싱글 탑 듀얼 순환 기술을 도입하고,  하고 이 기술을 처음 국내 광저우 흥원 열에너지 발전소 유한책임회사의 프로젝트에 적용합니다.[7],  이 프로젝트는 원래 탈황 탑의 기초상의 개조를 진행하여 국내 첫  석고 법 싱글 탑 이중 루프 탈황 기술 장치를 설계합니다.  이 공사는 168h 파일럿 기간에, 탈황 탑의 입구 SO2의 질량 농도는 1800∼ 4200mg/m3, 탑 수출 SO2농도는  50mg/m3입니다. 일정한 절약과 효익증가 효과를 거두었다.  이 프로젝트는 75% 및 100% 부하(연소가스 탈황 시스템 흐름) 상태에서 탈황 장치 성능 테스트하고,  탈황 효과는 99.3% 에 달합니다.  탈황 시장의 일정한 시범작용을 일으켰다.

항저우 이상 과학기술유한회사[8] 는 기존의 단일 탑 이중 루프 기기에서 개조를 진행하여,  기존 디바이스에서 지구 및 천정 풀 설정하였다,  상 순환시스템과 아래 순환시스템 각자의 지구와 침전지 연결되어 회로를 형성합니다,  각 순환 안의 개별 루프 수로 구조합니다,  이러한 개조 장치는 탈황 장치 먼지 및치석을 잔여하지 않게 합니다. 단일 탑 듀얼 순환 수명을 연장시켰습니다, 최대 20~ 30년동안 유지 할 수 있습니다.

강소 봉업 과학 환경 기술 그룹 주식유한회사[9]  기존 싱글 탑 이중 루프 프로세스의 기초에서 여러 탈황 타워 밑에서부터 순서대로 1급 분무 시스템,  이중 순환 칸막이,  2급 스프레이 시스템 및 탈황 탑의 탑 수출구 설계개선을 진행을 했습니다,  서로 다른 위치에서이중 회로 링 칸막이을 설정하고, 장치를 다른 탈황 조건 및 요구사항에 따라 그에 최적화합니다.  이런 디자인은탈황 연기가 발전소 배출가스 기준을 요구사항을 총족 뿐만아니라 동시에 석탄 종류에 따라 변화하여 해결할수 있습니다. 흡수탑 탈황 실행 방법을 사용하면 시스템의 에너지절약 실행의 문제를 해결합니다,  운영 비용절감하며,  이 개조는 흡수탑 체계내에서 연기 고르게 분포를 실현합니다, 벽류 효과에 따라 연기 도주방지  탈황 효율 저하를 피할 수 있습니다.

절강대학의 고상[10] 등,  석고법 싱글 탑 이중 순환 공정 디바이스의 진액 풀에 대해도 개조를 진행했습니다, 효율적인 단일 탑 듀얼 시스템 및 방법을 설계를 하였습니다, 순환시스템에서,  석회석 장액은 각각 타워 내에 있는 마스터 안에 저장하고 풀 및 탑 밖의 부속 진액 풀에 저장합니다,  두 진액 풀 내의 pH 에 대한 파티션 관리,  다른 스프레이 층 진액 은 각각 두개의 진액 풀 제공, 높은 pH 진액은SO2흡수에 대한 유리합니다,  탈황 시스템 탈황 효율 99% 이상을 실현합니다, 낮은 pH 의 값은 아황산염의 산화 및 석고 결정에 유리합니다. 석고 탈수 률 향상 및 석고 순도를 향상시켰습니다.  이러한 설계는 여러 영역의 pH 조정 탈황 효율 향상되었다.

광저우 흥운 기업그룹의 왕국강[11] 등, 단일 탑 이중 순환의 장액 모집 바가지 부분 개조를 진행하여,  기존 장액 모집 바가지 장치상 도류판을  설계하였다,   300MW 석탄연소 보일러에 적용하였다,  실행중인 단일 탑 이중 루프 회로의 pH값,  진액 밀도 등 중요한 매개변수를 조정하였다.  타워 내에 기체 장액 모집 바가지 정류 후 기류가 고르게 분포하고, 가스- 액체 접촉 량호하고 단일 사이클 흔히 발생하는 사각지대를 감소하였습니다, 탑 내부 공간 활용도를 높입니다.

중경시 중전 투원달 환경보호공정 유한회사의 여화[12] 등,   탈황 탑의 위쪽은 순류 탑 및 역류 탑을 분류하고,  순류 타워에서 연기 입구를 설정하여,  역류 타워에서 연기 수출 설정합니다,  진액 풀은 순,  역류는 탑 아래에 있습니다,  장액 풀 위에 순류,  역류 타워의 연기가 채널,  이를 탈황 타워 내에 형성된 상대적으로 독립적인 듀얼 순환 탈황 시스템을 형성합니다  이런 설계는 높은 탈황 효율(99% 이상) 보장했을 뿐만아니라,  순환 진액 의 사용량 절감 및 시스템 전력을 감소하였다, 그리고 탈황 탑의 높이를 낮추고, 이중 순환 탈황 시스템의 설계 간략화합니다.

사천 동방 전기 집단 동방 보일러 주식유한회사의 양 즈 중[13] 등,  순 역류 듀얼 순환 장치를 개발 하였다,  기존의 단일 탑 이중 순환 장치랑 달리, 흡수탑 의 아래쪽 진액 칸막을 이용하여두개의 독립적인 풀이 구분합니다, 각 독립적인 스프레이 시스템 있다;  흡수탑 의 위쪽 두개의 개별 연도 연기가 칸막이로 분할됩니다.  연기가 연결해서 기로는 순환 풀를 통과합니다.  탈황 과정속에 제어 2급 순환 시스템의pH값을 제어합니다, 2급 연기SO2의 흡수율  및 2급 탈황 부산물의 산화, 결정화 속도.  이런 디자인은 석고 법 싱글 탑 이중 루프 탈황 기술탈황 효율 을 향상합니다.

산동대학의 동영[14] 등 듀얼 탑 사이클속의  장액 바가지를 개조하여  기존에  캐스캐이드 구조를 추가하였다,  이 구조에 1급캐스캐이드및 2급캐스캐이드로 나눕니다,  2급 캐스캐이드 교차 배치 원형 구조를 형성합니다,  캐스캐이드 구조의 밑부분 장액 바가지 랑 이어져 있고 이 설계는 간단하고 이 단순한 설계,  저항 손실이 적고 가스- 액체 흐름마당 균일하게 분포하며, 접촉 효과 좋다. 연기 강화 및 장액 간의 가스- 액체 전해질 능력을 강화하였다, SO2의 흡수를 촉진을 합니다, 탈황 효율 향상되었다.  또한 이런 장치는 장액 장치 전체 높이를 낮출 수 있습니다,  상 순환 스프레이 층 설치 위치를 하락하고, 진액 순환 펌프의 급수 수두 절감합니다, 시스템 장비 투입 감소하고, 경제성을 향상시킵니다.

3요약과 전망

총체적으로 보면,  석고 법 싱글 탑 이중 순환 탈황 기술은 다양한 석탄을 적응하는 연기 탈황,  탈황 효율 높고,  장치 설치 면적이 작고,  부산물 경제적가치가 높습니다, 단일 타워 단일 사이클 기술액화가스 비교적 높으로 인한,  풀 용적이 크고 산화 송풍기 압두 높은 단점이 있습니다.    시스템 저항 크고 및 투자 높은 결함이 있습니다,  쌍 탑 직렬 프로세스의 기초에서 개조를 진행하여 장치 비용 및 설치 공간 절감에 전제하에, 탈황 품질을 보장합니다, 탈황 효율을 향상되었다. 석고 법 싱글 탑 쌍 순환 단 탑 탈질기술은 2000MW 및SO2배출 요구 높은 석탄화력 발전소 또는 기타 탈황이 배기가스 탈황 프로젝트에 적용,  특히 탈황개조 프로젝트, 낮은 경제운행의 전제하에 환경 요구사항을 충족하고 녹색 산업요구를 실현하고 비교적 높은 응용전망이 있다.

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