배연탈황 기술은 화력발전소의 연소가스에서 발생하는 $SO_2$를 제거하는 기술이다. 발전소에서는 주로 석회석을 이용한 습식 배연탈황공정을 적용하고 있으나, 천연자원인 석회석의 고갈 및 높은 운전동력 소비 등의 문제로 석회석을 대체할 수 있는 흡수제 개발에 매진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 제철소에서 발생하는 석회석 슬러지를 흡수제로 적용하기 위해 석회석 슬러지의 입도분포에 따른 탈황성능을 검토하고자 하였다. 탈황효율 검토방법으로는 입도에 따른 석회석 슬러지의 물리 화학적 특성 검토 및 $SO_2$가스제거시험 등을 시행하였다.
습식 배연탈황 공정에서는 흡수탑 내에서의 황산화물 흡수율을 높일 목적으로 흡수탑으로 유입되는 배기가스를 약 5$0^{\circ}C$까지 냉각하고, 처리된 배기가스는 연돌에서의 자연 통풍력을 확보하고 연돌 배출 후 수분의 응축으로 인한 백연(white Plume)의 문제를 방지하고자 통상 9$0^{\circ}C$ 이상으로 가온하는 것이 일반적이며 이를 위해 다양한 형식의 열교환기가 설치 운영되고 있다. 탈황공정에서 흔히 GGH(gas to gas heater)라 불리는 Ljungstrom 방식의 열 교환기는 미처리된 고온가스와 처리된 저온 가스가 회전하는 열교환소자로 이루어진 영역을 지나면서 열 교환이 이루어지는 형태로 회전 부위 및 두 가스흐름의 구분 판(sector plate) 등에서 필연적으로 처리가스 흐름 중으로 미처리 가스의 누입이 일어나게 된다. (중략)
배연탈황기술은 화력발전소에 발생하는 $SO_2$ 가스를 제거하기 위한 효과적인 방법이며, 흡수제로 석회석을 사용하고 있다. 본 연구에서는 천연자원인 석회석의 사용량을 저감하고 산업 폐기물의 재활용을 위해, 제철소에서 발생하는 석회석 슬러지를 흡수제로 사용하고자 하였다. 흡수제 원료의 물리 화학적 특성분석을 실시하였으며, 전처리 설비를 구축하여 석회석 슬러지를 사용한 흡수제를 제조한 후 배연탈황 공정에 적용하였다. 제조 흡수제 적용 결과, $SO_2$ 농도 변화상에서의 경향성은 나타나지 않았으며, 흡수탑에서의 운전 제어를 통해 석회석 슬러지를 흡수제로 사용 가능할 것으로 사료되었다.
화력발전소의 전력 생산을 위한 연료의 연소 시 발생한 황산화물의 제거과정에서 생산되는 배연탈황석고의 경우 현재까지는 적극적인 재활용이 되지 않고 있다. 본 연구는 화력발전소의 배연탈황공정인 건식, 습식공법을 통해 발생된 배연탈황석고의 슬래그 자극재로써의 활용가능성을 연구하기 위하여 일정량의 건식 및 습식 배연탈황석고를 고로슬래그 미분말에 치환하고, 슬래그 페이스트를 제작한 후, 그에 따른 수화반응 특성과 압축강도 특성을 분석해서 슬래그 자극재나 천연석고의 대체재로서 역할을 할 수 있는지 검토하고자 하였다. 본 연구의 결과에 따르면, 건식 배연탈황석고의 경우 별도의 알칼리 자극이 없어도 슬래그를 충분히 자극하는 것으로 보이며, 습식배연탈황석고의 경우 일정수준 이상의 알칼리 자극이 주어져야만 충분한 슬래그 자극효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다. 또한 건식과 습식 배연탈황석고를 슬래그 페이스트에 적정량 치환하면 슬래그 페이스트의 압축강도 개선효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 추후 추가적인 연구를 통해 치환율에 따른 강도증진 성상을 정량적으로 규명하면 배연탈황석고의 효율적 경제적 재활용이 가능하게 될 것으로 사료된다.
배연탈황석고는 화력발전소에서 연료가 연소되면서 발생된 황산화물을 흡수, 제거하는 공정에서 발생되는 산업 부산물로서 최근 석탄 화력발전소의 배출가스에 관련된 환경규제가 대폭 강화됨에 따라 생산량이 점차 증가하고 있다. 배연탈황석고는 자연에서 얻어지는 형태의 천연석고와 거의 유사한 화학적 특성을 지니기 때문에, 이를 재활용하게 되면, 주로 수입에 의존하는 천연석고의 훌륭한 대체재로서 활용할 수 있다. 본 연구에서는 국내의 보령 화력발전소에서 생산된 배연탈황석고의 화학적 특성을 분석하고, 이를 이용하여 만든 시멘트 페이스트의 물성분석을 통하여, 배연탈황석고의 활용가능성을 평가하고자 하였다. 본 연구의 결과에 따르면, 배연탈황석고는 상당히 높은 순도를 가지며, 천연석고와 물성이 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한 이를 적절하게 열처리하게 되면, 압축강도 및 건조수축에서의 개선효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
화석연료의 사용증가로 인해 배출되는 산성가스인 $SO_2$, NOx 는 보건위생상 독성물질로서, 산성비의 주요 성분으로 규제의 대상이며, 이를 감소시키기 위한 노력이 활발히 진행되어 왔다. 배연가스중의 $SO_2$ 처리 공정의 대표적 예는 석회석 슬러리를 이용한 습식 탈황으로 여러 나라에서 사용되고 있으나, 폐수발생과 넓은 설치면적, 고형 폐기물의 발생 등으로 인하여 보다 개선된 공정의 개발이 요구되고 있다. 이에 유망한 기술로 제시되고 있는 것이 재생탈황공정이다. (중략)
반건식 배연탈황공정에서 사용되는 spray dryer absorber(SDA)에 대한 수치모사를 행하였다. 기본 방정식으로는 기체와 액적의 각 성분들의 물질수지식, 에너지수지식과 액적의 운동 방정식등이 포함되었다. 만들어진 모델은 대부분이 기존의 SPRAYMOD-M보다 실제의 pilot plant data를 더 잘 모사하였다. 실제 pilot plant에서 사용되는 값의 범위 내에서 선정된 공정변수가 SDA의 성능에 미치는 효과를 계산하고, 이를 $SO_2$의 흡수속도, 배연기체의 체류시간, 그리고 액적의 건조시간 및 속도 등에 의해 검토하였다. 또 $SO_2$ 제거율을 두 개의 독립된 공정 변수의 함수로 구하였으며, 그 결과를 3차원 또는 2차원의 등가선으로 표시하여 SDA의 설계에 쉽게 적용될 수 있도록 하였다.
산업시설 및 대형 발전설비에서 배출되는 아황산가스 및 질소산화물은 대기환경에 직접적으로 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 오존의 생성과 고갈, 산성비의 출현등으로 지구 온난화와 같은 기후변화에 크게 기여하는 것으로 보고되고 있다. 기존의 습식 석회/석회석 탈황공정(FGD) 및 선택적 촉매/비촉매 탈질기술(SCR/SNCR)은 효과적인 상용기술로서 널리 연구개발되어 왔으나, 대단위 시설투자와 고비용, 2차 오염물질의 배출이 단점으로 지적되고 있다(Nam, 1999).(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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