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문제 정의
- 본 연구에서는 유리공업의 배출가스를 효율적으로 처리하기 위해 Ca(OH)2를 하부에서 투입하여 pre-coating하는 기존의 tubular type bag filter(이하 pre-coating TT-B/F)의 몇 가지 단점을 개선하기 위하여, Ca(OH)2를 상부에서 투입하여 pre-coating하는 envelope type bag filter(이하 pre-coating ET-B/F)공정을 도입하여 성능을 평가하고 적정운전조건을 제시하고자 한다.
제안 방법
- Ca(OH)2의 부착률을 측정하기 위해 I.D fan에 설치된 inlet damper로 풍량을 조절하며 Ca(OH)2의 부착량을 측정하였다.
- Ca(OH)₂부착률은 가스공급량에 대한 filter에 부착된 Ca(OH)₂의 비율이며, Ca(OH)₂의 filter 부착량은 pre-coating한 후 bag filter의 bottom hopper를 청소하여 다이아프 램밸브에 의한 탈진을 실시하고 여포에서 낙하한 소석회량을 측정하였다.
- ET-B/F chamber마다 각각 다른 재질의 filter를 장착하여 용해로 가스를 통과시킨 후 filter의 Ca(OH)2의 pre-coating상태, 가스처리효율, 부식 및 여과수명 등을 평가하였다.
- Filter에 pre-coating하는 Ca(OH)2의 양을 30~75g/㎥, 여과속도를 2~8m/min로 변화시키면서 압력손실을 측정하였다. 여포의 압력손실은 Fig.
- Table 8과 Fig. 12에 나타낸 실증플랜트 실험장치는 보일러, 소석회 투입장치, 와류식 반응기, bag filter, ID fan 및 stack으로 구성되며, 운전성능 및 data분석을 수행하였다.
- 그리고 반응물 분리공정인 와류식 반응기(cyclone reactor : ECO사)에서 반응이 완료된 건조 생성물은 선회류에 의해 분리되어 dust bunker로 떨어지고, 미반응 폐가스와 미세먼지는 후단의 pre-coating bag filter에 유입되어 2차 처리되는데, dust bunker에 분리된 반응물을 채취하여 소석회의 반응상태를 확인한다.
- 따라서 본 연구에서는 filter로서 테페아를 사용하였으며, 다른 장치에서도 테페아를 4년 이상 교체하지 않고 사용해 오고 있다.
- 용해로 가스에 적합한 filter의 재질을 선정하기 위한 실험으로서, 여포에 부착된 Ca(OH)₂의 중량은 Ca(OH)₂를 pre-coating한 후 탈진하고 여포의 중량을 측정하여 여과전후의 중량차로서 구하였다.
- 유리공업의 배출가스를 효율적으로 처리하기 위해 Ca(OH)2를 상부에서 투입하여 pre-coating하는 envelope type bag filter 공정을 도입하여 성능을 평가하고 적정운전 조건을 모색하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 이 후 실험에서는 압력손실과 오염물질의 제거효율을 고려하여 filter에 pre-coating하는 Ca(OH)2의 양을 50 g/㎥를 적용하였다.
- 이를 위하여 filter재질에 따른 Ca(OH)2 부착량, 여과속도에 따른 Ca(OH)2 부착율을 조사하고, Ca(OH)2 부착량과 여과속도에 따른 압력손실을 조사하였으며, pilot plant실험에서는 연속운전에 의한 dust, HF, SO2 및 NOx의 제거율 및 적정 Ca(OH)2 주입율을 조사하였다.
- 연구에 사용한 실험장치는 ET-B/F(ECO사)이며, 8개의 chamber로 구성되고, 그 중 하나는 예비 chamber이다. 일정한 시간동안 운전한 후, pulsing 및 bag filter상태를 점검할 수 있게 제작하였다.
대상 데이터
- 연구에 사용한 실험장치는 ET-B/F(ECO사)이며, 8개의 chamber로 구성되고, 그 중 하나는 예비 chamber이다. 일정한 시간동안 운전한 후, pulsing 및 bag filter상태를 점검할 수 있게 제작하였다.
이론/모형
- Ca(OH)2 pre-coating에 의한 용해로 가스의 HF, SO2, NOx 제거효율을 측정하였으며 성분분석은 대기오염공정시험방법에 의해 수행하였다.
- Pre-coating ET-B/F의 탈진방법은 낮은 압력으로 탈진되도록 역기류형인 reverse air방식과 pulse jet방식을 조합하여 사용하였다. 즉 filter 외부표면에 포집된 먼지를 pulse jet에 의하여 탈진하므로 suction되는 chamber와 pulse되는 chamber가 구분되어 pulse air 압력이 2kg/cm2이하로 낮아져도 먼지 케이크층이 확실하게 탈락된다.
성능/효과
- 1. Filter재질에 따른 Ca(OH)2 부착량은 테페아 33g/㎡, 테프론 28g/㎡, P-84 22 g/㎡ 및 유리섬유 18g/㎡로서, tefare가 가장 많으며 teflon보다 1.18배 많았다.
- 2. 여과속도에 따른 Ca(OH)2부착율은 1.5 m/min에서는 95%, 1.0m/min에서는 75%, 0.75 m/min에서는 60% 부착되었으며, 여과 속도가 증가함에 따라 Ca(OH)2부착율이 증가하였다.
- 3. Pilot plant실험의 Ca(OH)2 pre-coating에 따른 dust, SO2, HF 및 NOx 제거효과가 우수하여 dust, SO2 및 HF는 대기환경보전법 배출허용기준의 각각 30% 이하 수준이고, NOx는 265 ~340ppm으로 기준인 350ppm 보다는 낮게 배출되었다.
- 4. Pre-coating에 소요되는 Ca(OH)2의 이론주입량은 HF제거 시 13.04 kg/hr, SO2 제거 시 10.56 kg/hr이므로 두 가지 가스제거에 필요한 이론주입량은 23.6 Kg/hr이지만 반응시 안전율을 고려하여 Ca(OH)2 48 Kg/hr를 주입하는 것이 바람직하다.
- 2sec에 반응하며, 또 Duct내 유속이 빠를수록 기류 중에 균일하게 확산하여 산성가스와 잘 혼합된다.8) 와류식 반건식반응탑(이하 SDR)에 투입된 소석회 slurry는 반응탑의 입구유속이 18~22 m/sec이므로 산성가스와 신속하게 반응하고 유입속도를 그대로 유지하면서 하강하게 된다.9)
- Dust, SO2 및 HF는 대기환경보전법 배출허용기준의 각각 30% 이하 수준이고, NOx는 265 ~340ppm으로 기준인 350ppm보다는 낮지만 꽤 높게 배출되었다. 이와 같이 NOx가 높게 배출되는 원안은 고온연소과정에서 공기 중의 N2가 산화되어 높은 농도의 thermal NOx로 전환되었기 때문이다.
- I.D fan에 설치된 inlet damper로서 풍량을 0.75, 1.0 및 1.5 m/min로 조절하며 Ca(OH)2의 부착율을 측정한 결과, 여과속도 1.5 m/min에서는 95%, 1.0m/min에서는 75%, 0.75 m/min에서는 60%가 부착되었다.
- Pre-coating ET-B/F는 외면여과방식이고, bag의 규격이 450W×1500L×50H인 봉투형(평판형)으로 설계되어 기존 pre-coating ET-B/F보다 경제성 및 여과효율이 향상되었다.
- Pre-coating에 소요되는 Ca(OH)2의 이론 주입량은 HF제거 시 13.04 kg/hr, SO2 제거시 10.56 kg/hr이므로 두 가지 가스제거에 필요한 이론주입량은 23.6 Kg/hr이지만, 반응시 안전율을 고려하여 Ca(OH)2 48 Kg/hr를 주입하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
- 6 ton/day 투입하였을 경우 출구의 NOx농도는 330 ppm이었다. 같은 조건에서 Ca(OH)2 투입량을 100% 증가시켜 1.2 ton/day 투입한 결과 출구의 NOx농도는 260 ppm 으로서, 제거효율이 0.6 Ton/day 투입한 경우에 비해 79% 증가하였다.
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