발전소 탈황용 실리콘 카바이드 FGD 노즐

배기가스 탈황(FGD) 흡수기 노즐
알칼리 시약(예: 습식 석회암 슬러리)을 사용하여 배기 가스에서 황산화물(일반적으로 SOx라고 함)을 제거합니다.

화석 연료가 보일러, 용광로 또는 기타 장비를 가동하는 연소 공정에서 사용될 경우, 배기가스에 SO₂ 또는 SO₃가 포함될 가능성이 있습니다. 이러한 황산화물은 다른 원소와 쉽게 반응하여 황산과 같은 유해 화합물을 형성하고, 인체 건강과 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 잠재적 영향으로 인해, 연도가스 내 이 화합물의 관리는 석탄 화력 발전소 및 기타 산업 분야에서 필수적인 요소입니다.

침식, 막힘, 그리고 축적 문제 때문에 이러한 배출물을 제어하는 ​​가장 신뢰할 수 있는 시스템 중 하나는 석회석, 수화 석회, 해수 또는 기타 알칼리성 용액을 사용하는 개방형 타워 습식 연도 가스 탈황(FGD) 공정입니다. 분무 노즐은 이러한 슬러리를 흡수탑에 효과적이고 안정적으로 분사할 수 있습니다. 적절한 크기의 액적을 균일하게 분사함으로써, 이러한 노즐은 적절한 흡수에 필요한 표면적을 효과적으로 확보하는 동시에 세정 용액이 연도 가스로 유입되는 것을 최소화합니다.

FGD 흡수 노즐 선택:
고려해야 할 중요한 요소:

스크러빙 미디어 밀도 및 점도
필요한 물방울 크기
적절한 흡수율을 보장하려면 적절한 물방울 크기가 필수적입니다.
노즐 재질
연기 가스는 종종 부식성이 있고 스크러빙 유체는 종종 고형분 함량과 연마성이 높은 슬러리이므로 적절한 내식성 및 내마모성 재료를 선택하는 것이 중요합니다.
노즐 막힘 저항성
스크러빙 유체는 종종 고형분 함량이 높은 슬러리이므로 막힘 방지를 고려하여 노즐을 선택하는 것이 중요합니다.
노즐 분사 패턴 및 배치
적절한 흡수를 보장하기 위해서는 바이패스 없이 가스 스트림을 완전히 덮고 충분한 체류 시간을 확보하는 것이 중요합니다.
노즐 연결 크기 및 유형
필요한 스크러빙 유체 유량
노즐 전체의 사용 가능한 압력 강하(∆P)
∆P = 노즐 입구의 공급 압력 – 노즐 외부의 공정 압력
당사의 숙련된 엔지니어는 귀하의 설계 세부 사항에 따라 어떤 노즐이 필요한 성능을 발휘할지 결정하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.
일반적인 FGD 흡수기 노즐 사용 및 산업:
석탄 및 기타 화석 연료 발전소
석유 정제소
도시 폐기물 소각장
시멘트 가마
금속 제련소

SiC 재료 데이터시트

석회/석회암의 단점

그림 1에서 볼 수 있듯이 석회/석회석 강제 산화(LSFO)를 사용하는 FGD 시스템에는 세 가지 주요 하위 시스템이 포함됩니다.

• 시약 준비, 취급 및 보관
• 흡수 용기
• 폐기물 및 부산물 처리

시약 제조는 분쇄된 석회석(CaCO3)을 저장 사일로에서 교반되는 공급 탱크로 이송하는 과정으로 구성됩니다. 생성된 석회석 슬러리는 보일러 연도 가스 및 산화 공기와 함께 흡수기 용기로 펌핑됩니다. 분무 노즐을 통해 미세한 시약 방울이 분사되고, 이 시약 방울은 유입되는 연도 가스와 반대 방향으로 흐릅니다. 연도 가스의 SO2는 칼슘이 풍부한 시약과 반응하여 아황산칼슘(CaSO3)과 CO2를 생성합니다. 흡수기로 유입된 공기는 CaSO3를 CaSO4(이수화물 형태)로 산화시키는 것을 촉진합니다.

기본적인 LSFO 반응은 다음과 같습니다.

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

산화된 슬러리는 흡수기 바닥에 모인 후, 새로운 시약과 함께 분무 노즐 헤더로 재순환됩니다. 재순환 흐름의 일부는 일반적으로 하이드로사이클론, 드럼 또는 벨트 필터, 그리고 교반식 폐수/액체 저장 탱크로 구성된 폐기물/부산물 처리 시스템으로 배출됩니다. 저장 탱크의 폐수는 석회석 시약 공급 탱크 또는 하이드로사이클론으로 재순환되며, 여기서 오버플로우는 유출수로 제거됩니다.

일반적인 석회/석회암 강제 산화 습식 스크러빙 공정 개략도

습식 저유황 석탄(LSFO) 시스템은 일반적으로 95~97%의 SO2 제거 효율을 달성할 수 있습니다. 그러나 배출 규제 요건을 충족할 만큼 97.5% 이상의 효율을 달성하는 것은 어려운 일이며, 특히 유황 함량이 높은 석탄을 사용하는 발전소의 경우 더욱 그렇습니다. 마그네슘 촉매를 첨가하거나 석회석을 소성하여 반응성이 높은 석회(CaO)로 만들 수 있지만, 이러한 변경에는 추가 설비 장비와 관련 인건비 및 전력 비용이 수반됩니다. 예를 들어, 석회로 소성하려면 별도의 석회로를 설치해야 합니다. 또한, 석회는 쉽게 침전되기 때문에 스크러버에 스케일이 형성될 가능성이 높습니다.

석회로를 이용한 소성 비용은 석회석을 보일러 노에 직접 주입함으로써 절감할 수 있습니다. 이 방식에서는 보일러에서 생성된 석회가 연도 가스와 함께 스크러버로 운반됩니다. 이 경우, 보일러 파울링, 열전달 방해, 그리고 보일러 과연소로 인한 석회 불활성화 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, 석회는 석탄 연소 보일러에서 용융재의 유동 온도를 낮춰, 그렇지 않으면 발생하지 않을 고형 침전물을 생성합니다.

LSFO 공정에서 발생하는 액상 폐기물은 일반적으로 발전소 다른 곳에서 발생하는 액상 폐기물과 함께 안정화 연못으로 유입됩니다. 습식 FGD 액상 유출수는 아황산염 및 황산염 화합물로 포화될 수 있으며, 환경적 고려 사항으로 인해 일반적으로 강, 하천 또는 기타 수로로의 배출이 제한됩니다. 또한, 폐수/폐액을 스크러버로 재순환시키면 용존 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 또는 염화물 염이 축적될 수 있습니다. 이러한 물질은 용존 염 농도를 포화 수준 이하로 유지하기 위한 충분한 블리딩이 제공되지 않으면 결국 결정화될 수 있습니다. 또 다른 문제는 폐기물 고형물의 침강 속도가 느리다는 점인데, 이로 인해 대용량의 안정화 연못이 필요합니다. 일반적인 조건에서 안정화 연못의 침강층은 수개월 동안 저장한 후에도 50% 이상의 액상을 함유할 수 있습니다.

흡수재 재활용 슬러리에서 회수된 황산칼슘에는 미반응 석회석과 아황산칼슘 재가 많이 함유되어 있을 수 있습니다. 이러한 오염 물질은 황산칼슘을 벽판, 석고, 시멘트 생산에 사용되는 합성 석고로 판매하는 것을 방해할 수 있습니다. 미반응 석회석은 합성 석고에서 발견되는 주요 불순물이며, 천연(채굴된) 석고에서도 흔히 발견됩니다. 석회석 자체는 벽판 최종 제품의 특성에 영향을 미치지 않지만, 연마성으로 인해 가공 장비의 마모 문제를 야기합니다. 아황산칼슘은 미세 입자 크기로 인해 스케일링 문제 및 케이크 세척, 탈수와 같은 기타 가공 문제를 야기하기 때문에 석고에 함유된 원치 않는 불순물입니다.

LSFO 공정에서 생성된 고형물이 합성 석고로 상업적으로 판매될 수 없다면, 이는 상당한 폐기물 처리 문제를 야기합니다. 1% 유황 석탄을 사용하는 1000MW 보일러의 경우, 석고 생산량은 약 550톤(단기)/일입니다. 2% 유황 석탄을 사용하는 동일한 발전소의 경우, 석고 생산량은 약 1,100톤/일로 증가합니다. 여기에 플라이애시 생산량 약 1,000톤/일을 추가하면, 총 고형 폐기물량은 1% 유황 석탄의 경우 약 1,550톤/일, 2% 유황 석탄의 경우 2,100톤/일로 증가합니다.

EADS의 장점

LSFO 스크러빙의 검증된 대안 기술은 SO₂ 제거 시약으로 석회석 대신 암모니아를 사용합니다. LSFO 시스템에서 고체 시약의 분쇄, 저장, 취급 및 운반 과정은 수용성 또는 무수 암모니아를 위한 간단한 저장 탱크로 대체됩니다. 그림 2는 JET Inc.에서 제공하는 EADS 시스템의 흐름도를 보여줍니다.

암모니아, 배기가스, 산화 공기, 그리고 공정수는 여러 단계의 분무 노즐이 있는 흡수기로 유입됩니다. 노즐은 다음 반응에 따라 암모니아를 함유한 시약의 미세한 입자를 생성하여 유입되는 배기가스와 시약의 밀착 접촉을 보장합니다.

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

연도 가스 흐름의 SO2는 용기 상단에서 암모니아와 반응하여 아황산암모늄을 생성합니다. 흡수기 용기 하단은 산화 탱크 역할을 하며, 공기가 아황산암모늄을 황산암모늄으로 산화시킵니다. 생성된 황산암모늄 용액은 흡수기 내 여러 단계에 있는 분무 노즐 헤더로 다시 펌핑됩니다. 세정된 연도 가스는 흡수기 상단을 빠져나가기 전에 데미스터를 통과하여 혼입된 액체 방울을 합체하고 미세 입자를 포집합니다.

암모니아와 SO₂의 반응, 그리고 아황산염의 황산염 산화는 높은 시약 이용률을 달성합니다. 소비된 암모니아 1파운드당 4파운드의 황산암모늄이 생성됩니다.

LSFO 공정과 마찬가지로, 시약/제품 재활용 스트림의 일부를 회수하여 상업적 부산물을 생산할 수 있습니다. EADS 시스템에서, 분리된 제품 용액은 하이드로사이클론과 원심분리기로 구성된 고형물 회수 시스템으로 펌핑되어 건조 및 포장 전에 황산암모늄 제품을 농축합니다. 모든 액체(하이드로사이클론 오버플로우 및 원심분리 농축액)는 슬러리 탱크로 다시 보내진 후 흡수기 황산암모늄 재활용 스트림으로 다시 유입됩니다.

• EADS 시스템은 더 높은 SO2 제거 효율(>99%)을 제공하여 석탄 화력 발전소가 더 저렴하고 유황 함량이 높은 석탄을 혼합할 수 있는 유연성을 제공합니다.
• LSFO 시스템은 SO2 1톤을 제거할 때마다 0.7톤의 CO2를 발생시키는 반면, EADS 공정은 CO2를 전혀 발생시키지 않습니다.
• 석회와 석회석은 SO2 제거에 있어 암모니아보다 반응성이 낮기 때문에, 높은 순환율을 달성하기 위해서는 더 많은 공정수 소비량과 펌핑 에너지가 필요합니다. 이로 인해 저농도 폐수 처리 시스템(LSFO)의 운영비가 증가합니다.
• EADS 시스템의 자본 비용은 LSFO 시스템 구축 비용과 유사합니다. 앞서 언급했듯이, EADS 시스템에는 황산암모늄 부산물 처리 및 포장 장비가 필요하지만, LSFO 관련 시약 제조 시설은 분쇄, 취급 및 운송에 필요하지 않습니다.

EADS의 가장 큰 장점은 액체 및 고체 폐기물을 모두 제거할 수 있다는 것입니다. EADS 기술은 무액체 배출 공정으로, 폐수 처리가 필요하지 않습니다. 고체 황산암모늄 부산물은 시장성이 높습니다. 황산암모늄은 전 세계에서 가장 많이 사용되는 비료 및 비료 성분으로, 2030년까지 전 세계 시장 성장이 예상됩니다. 또한, 황산암모늄 제조에는 원심분리기, 건조기, 컨베이어 및 포장 장비가 필요하지만, 이러한 장비는 독점적이지 않으며 시중에서 구입할 수 있습니다. 경제 및 시장 상황에 따라 황산암모늄 비료는 암모니아 기반 연도 가스 탈황 비용을 상쇄하고 상당한 수익을 창출할 수 있습니다.

효율적인 암모니아 탈황 공정 개략도

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