연도가스 탈황 최적화를 위한 고급 공정 제어

석탄 화력 발전소는 고급 공정 제어를 통해 습식 석회석 세정을 크게 개선할 수 있습니다. 일본 시설에 구현된 한 최적화 시스템은 향상된 규제 제어, 모델 기반 예측 및 프로세스 가치 예측을 활용하여 주택 부하를 줄이고 연간 $900,000를 절약했습니다.

국제에너지기구(International Energy Agency)에 따르면, 석탄 화력 발전소는 전 세계 전력의 약 37%를 생산하며, 이는 전 세계 최대 규모의 단일 발전원이 됩니다. 다른 발전원에 비해 석탄 화력 발전소는 배출량이 더 높은 경향이 있으므로 발전소 소유자는 이러한 잠재적 오염 물질을 줄이기 위해 가능한 모든 수단을 사용하는 것이 필수적입니다.

환원의 주요 목표는 모든 유형의 석탄에서 다양한 정도로 발견되는 황입니다. 연도 가스에서 황을 제거하는 가장 효율적인 방법은 습식 석회석 세정을 사용하는 것입니다. 이 방법은 스프레이 흡수, 유동층 공정 및 건식 주입과 같은 대안보다 훨씬 효율적입니다.

높은 효율성과 기타 이점으로 인해 습식 석회석 세정 시스템은 전 세계적으로 수천 개의 석탄 화력 발전소에서 사용됩니다. 그러나 이들 발전소에 사용되는 시스템 중 다수는 운영에 최적화되어 있지 않아 과도한 에너지와 석회석을 사용합니다.

이 기사에서는 습식 석회석 세정 시스템의 작동을 개선하는 데 널리 사용되는 고급 공정 제어 방법을 설명하고, 공정에 대한 설명부터 시작하여 고급 공정 제어를 사용하여 이러한 시스템을 최적화하는 방법을 보여줍니다.

그림 1은 일반적인 습식 석회석 세정 연도 가스 탈황(FGD) 공정의 흐름도를 보여줍니다. 배가스에 포함된 이산화황(SO2)은 흡수기 상단 헤더에서 분사되는 석회석 슬러리에 의해 흡수됩니다.

1. 석회석 세정 흐름도. 습식 석회석 세정은 대기로 배출되는 굴뚝 가스의 SO2를 제거하는 가장 효율적인 방법입니다. 제공: 요코가와

석회석과 물이 혼합된 석회석 슬러리는 석회석 슬러리 탱크에서 흡수기로 공급됩니다. 슬러리 흐름은 슬러리 제어 밸브에 의해 조절되며, 재순환 펌프는 석회석 슬러리를 헤더로 이동시킵니다. 이러한 재순환 펌프는 석회석 슬러리가 헤더로 계속 흐르도록 하여 흡수기 상단에서 연도 가스에 계속 분사되도록 합니다.

보일러에서 나오는 배가스는 가스 대 가스 열 교환기를 통과하여 과도한 열을 제거합니다. 그런 다음 석회석 슬러리 스프레이와 반대 방향으로 흡수 장치로 흘러 들어갑니다. 연도 가스에 젖은 석회석을 분사한 후 흡수 장치에서 배출됩니다. 그런 다음 가스 대 가스 열 교환기를 통과하고 최종적으로 스택을 통해 대기로 배출됩니다.

흡수 장치에서는 SO2와 석회석 슬러리 사이의 화학 반응으로 인해 배가스에 포함된 SO2가 흡수됩니다. 이 탈황 공정의 화학 반응식은 다음과 같습니다.

CaCO3 + SO2 + 2 H2O +½ O2 => CaSO4 + 2 H2O + CO2

SO2는 CaCO3(석회석)에 흡수되어 배출구 SO2를 줄여 규제 한계보다 낮게 유지합니다. 이 공정에서는 소량의 이산화탄소(CO2)와 함께 흡수기 내 화학 반응의 부산물로 CaSO4 + 2 H2O(석고)가 생성됩니다. 이 석고는 시멘트 첨가제, 석고보드, 기타 제품의 원료로 사용되기 때문에 시장가치가 있습니다.

일반적으로 이러한 습식 석회석 세정 시스템은 매우 효율적이지만 작동 중에 모든 펌프가 작동하고 종종 과잉 석회석을 흡수기로 보내기 때문에 재순환 펌프 작동에 과도한 에너지를 소비하는 경우가 많습니다. 따라서 이 기사에서 설명하는 FGD 최적화 시스템의 주요 목적은 이러한 펌프를 작동하는 데 필요한 전력량을 줄이고 석회석 소비를 줄이는 것입니다.

최적화 시스템을 통해 공장에서는 배출구 SO2를 한도보다 낮게 유지하는 데 필요한 최소 수의 펌프를 사용할 수 있습니다. 이는 또한 필요한 석회석 슬러리의 양을 줄이지만 비용 절감의 주요 원인은 입력 SO2 값을 기준으로 서비스에서 하나 이상의 재순환 펌프를 제거하여 에너지 사용을 줄이는 것입니다.