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SUMMARY
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칼라
목차
제1장 서론 26
제2장 분무건조흡수공정의 개발배경 28
제1절 아황산가스 배출현황 및 전망 28
제2절 분무건조흡수공정의 특징 32
1. 건식배연탈황공정의 개요 32
2. 습식 및 건식배연탈황공정의 성능개선 현황 32
가. GE Dry Scrubbing 배연탈황 공정 33
나. LILAC공정 38
다. AFGD (Advanced Flue Gas Desulfurization) 공정 40
라. 개량형 CT-121 공정 40
마. GE 황산암모늄 공정 45
제3절 분무건조흡수공정의 이용현황 및 전망 48
제3장 분무건조흡수공정의 이론적 배경(이론적배경) 및 파일럿 플랜트 장치 구성 53
제1절 이론적 배경 53
제2절 분무건조흡수 파일럿 플랜트의 구성 57
1. 파일럿플렌트의 제작 및 설치 57
가. 연소시설 및 반응기의 구성 61
나. 방지설비의 구성 64
다. 부대설비의 구성 65
라. 물질수지 65
2. 노즐 제작 67
제3절 파일럿 플렌트 장치운전 및 실험방법 73
1. 파일럿 플랜트 운전변수 73
2. 시료의 채취 및 분석 76
3. 파일럿 플랜트 실험방법 80
제4장 실험결과 및 고찰 81
제1절 1차년도 연구개발 내용 81
제2절 2차년도 연구개발 내용 84
제3절 파일럿 플랜트 실험결과 및 고찰 87
1. 온도와 아황산가스 제거효율 87
2. 노즐과 아황산가스 제거효율 94
3. 흡수제 양론비 및 체류시간 변화에 따른 아황산가스 제거효율 98
4. 흡수제에 따른 아황산가스 제거 효과 103
5. 반응생성물의 조성 105
6. 집진장치에서의 아황산가스 제거효과 108
7. 유사 공정과의 제거효과 비교 111
제4절 분무건조흡수공정 상용화를 위한 기술검토 114
1. 파일럿 플랜트 운전에서 나타난 문제점 114
가. 흡수제에 의한 스케일 생성 114
나. 플러깅 (Plugging) 115
다. 여과집진시설의 섬유여재 115
2. 분부흡수건조 배연탈황 장치의 점검 118
3. 반응생성물의 처리와 이용 119
제5절 파일럿 플랜트 운전을 통한 비용평가 119
1. 장치제작 및 설치비 120
2. 부지비용 121
3. 운전비용 122
4. 총비용 및 타공정과의 비교 124
제5장 결론 125
참고문헌 131
부록 136
위탁과제: 산업용 배연탈황공정개발을 위한 단위장치 연구(III) 151
요약문 153
SUMMARY 158
목차 163
제1장 서론 170
제2장 실험장치의 구성 및(구성및) 요소기술의 개발내용 172
제1절 분무식 건조흡수반응기의 원리 및(원리및) 공정개요 172
제2절 단위 장치개발을 위한 시스템의 구성 177
가. 연소장치 179
나. 분무흡수건조반응기 179
다. 여과집진기 (Bag Filter) 181
라. 가열장치 181
마. 석회 183
바. 아황산가스 측정장치 183
제3절 요소기술 개발내용 184
1. 흡수장치 및(흡수장치및) 첨가제의 개발 184
2. 파일롯플랜트용 노즐개발을 위한 Lab-Scale의 분무노즐의 제작 187
3. 파일롯플랜트용 대형분사노즐의 개발. 192
제3장 실험결과 및 고찰 194
제1절 1차년도 연구개발내용 194
제2절 2차년도 연구개발내용 196
제3절 사용흡수제의 종류에 따른 아황산가스의 처리효율변화 198
제4절 첨가제사용에 따른 아황산가스의 처리효율변화 201
제5절 반응생성물의 화학성분 및 조성의 분석결과 205
제6절 분무흡수건조식 배연탈황장치용 분사노즐의 성능평가 211
제7절 파일롯플랜트용제작노즐의 성능평가 219
제4장 분무흡수건조반응기를 이용한 아황산가스 처리공정시스템구성을 위한 분석 226
제1절 분무흡수건조식 배연탈황공정시스템의 설계 226
1. 생석회의 보관 및(보관및) 조작설비 (9) 229
2. 슬러리 준비 및(준비및) 조작설비 (9) 229
가. 석회 소화기(slaker) 229
나. 석회 슬러리 스크린 231
다. 반응제 저장 탱크 231
3. 분무흡수건조반응기 232
가. 분무장치 232
나. 회전식분무기와 이류체식노즐의 비교 237
다. 장치의 부식 239
4. 집진장치 (9)(10)(11) 240
제2절 분무흡수건조반응장치의 운전과 보수·유지 (9) 242
1. 분무흡수건조반응식 배연탈황시스템에서의 운전시 문제점 242
가. 슬러리의 침적 242
나. 소화 (소화, Slaking) 242
다. 플러깅 (Plugging) 243
라. 섬유여재장치 243
마. 반응기 벽에서의 입자 침적 244
2. 분무흡수건조반응식 배연탈황시스템점검의 유형 245
가. 예방점검 (Preventive maintenance) 245
나. 예정점검 (Planned Maintenance) 245
다. 긴급점검 (Emergent Maintenance) 245
3. 반응생성물의 처리와 이용 246
제5장 분무흡수건조반응식 배연탈황장치성능의 이론적해석 247
제1절 이론적 모델 247
1. 기체상에서의 물질수지와 에너지수지 248
2. 액적의 물질수지식과 에너지수지식 252
3. 가스상 물질·에너지 수지식의 적용 255
가. 완전혼합형 (Back Mixed Flow Pattern) 255
나. 플러그흐름형 (Plug Flow Pattern) 256
제2절 모델의 예측결과와 실험결과와의 비교 258
제6장 결론 265
참고문헌 268
부록 270
[title page etc.]
Contents
Chapter 1. Introduction 26
Chapter 2. Background of SDA Plant Development 28
Section 1. Current Status and Forecasting for SO₂ Emission 28
Section 2. Characteristics(Chracteristics) of FGD Process 32
1. Introduction of Dry FGD Process 32
2. Advanced Technologies(Technologis) of Dry and Wet FGD Process 32
A. GE Dry Scrubbing Process 33
B. LILAC Process 38
C. AFGD Process 40
D. Advanced CT-121 Process 40
E. GE Ammonium Sulfate Process 45
Section 3. Current(Curent) Status and Forecasting for SDA Process 48
Chapter 3. Theoretical Background and Pilot Plant Scheme 53
Section 1. Theoretical Background 53
Section 2. SDA Pilot Plant System 57
1. Pilot Plant Installation 57
A. Reactor and Boiler 61
B. Bag Filter 64
C. Auxiliary 65
D. Material Balance 65
2. Nozzle Design 67
Section 3. Operation(Operation) and Experiment of SDA Pilot Plant 73
1. Operation Parameter(Operaton Paramenter) 73
2. Analytical Methods 76
3. Experimental Methods(Mthods) 80
Chapter 4. Experimental Results and Discussion 81
Section 1. 1st year's Experimental Results 81
Section 2. 2nd year's Experimental Results 84
Section 3. Experimental Results of Pilot Plant 87
1. Temperature vs SO₂ Removal Efficiency 88
2. SO₂ Removal Efficiency with varying Nozzles 94
3. Ca/S Ratio and Residence Time 98
4. SO₂ Removal Efficiency with respect to Absorbents 103
5. Composition of Reactants 105
6. Removal Effect in Bag House 108
7. Comparison of Pilot Plant Experimental Results 111
Section 4. Technical Consideration for Commercialization 114
1. Problems during Pilot Plant Operation 114
A. Scale 114
B. Plugging 115
C. Filter Bag 115
2. Maintenance SDA Process 118
3. Reuse and Recycling of Reactants 119
Section 5. Cost Estimation for SDA Plant 119
1. Installation Coat 120
2. Land Cost 121
3. Operation Cost 122
4. Total Cost 124
Chapter 5. Conclusion 125
Reference 131
Appendix 136
[위탁과제: 산업용 배연탈황공정개발을 위한 단위장치연구(III)] 151
Chapter 1. Introduction 170
Chapter 2. Experimental Equipments and Developed Technologies 172
Section 1. Theory and Process Overview of SADR 172
Section 2. System Design to Develop FGD Units 177
A. Combustor 179
B. SADR 179
C. Bag Filter 181
D. Heating Elements 181
E. Lime 183
F. Sulfur Dioxide Analyzer 183
Section 3. Developed Technologies 184
1. Development of Absorber and Additives 184
2. Development of Two Fluid Nozzles for Lab-scale Experiments 187
3. Development of Two Fluid Nozzle for Pilot Plant 192
Chapter 3. Experimental Results and Discussion 194
Section 1. Experimental Results in 1993 194
Section 2. Experimental Results in 1994 196
Section 3. SO₂ Removal Efficiency using Sodium Hydroxide and Calcium Hydroxides Mixture 198
Section 4. SO₂ Removal Efficiency for Various Additives 201
Section 5. Composition of By-product 205
Section 6. Evaluation of Developed Two Fluid Nozzles for Lab-scale Experiments and Pilot Plant 211
Chapter 4. Analysis for Design of SADR FGD System 226
Section 1. Design of SADR FGD System 226
1. Lime Storage and Handling Equipment 229
2. Slurry Preparation and Handling Equipment 229
A. Lime Slaker 229
B. Lime Slurry Screen 231
3. Spray Absorption/Drying Reactor 232
A. Spraying Equipment 232
B. Rotary Atomizer vs. Two Fluid Nozzle 237
C. Corrosion of Equipment 239
4. Dust Collector 240
Section 2. Operation and Maintenance of SADR FGD System 242
1. Expected Troubles in Operation of SADR FGD System 242
A. Deposition of Slurry in FGD System 242
B. Trouble in Lime Slaking 242
C. Plugging 243
D. Trouble in Fabric Filter 243
E. Deposition of Dust in the Wall of Reactor 244
2. Types of Maintenance 245
A. Preventive Maintenance 245
B. Planned Maintenance 245
C. Emergent Maintenance 245
3. Disposal and Reuse of By-product 246
Chapter 5. Analysis of SADR Performance 247
Section 1. Theoretical(Theoritical) Model 247
1. Overall Gas Phase Mass and Energy Balances 248
2. Droplet Mass and Energy Balance 252
3. Application of Equations 255
A. Back Mixed Flow Pattern 255
B. Plug Plow Pattern 256
Section 2. Comparison of Expected Results vs. Observed Results 258
Chapter 6. Conclusion 265
Reference 268
Appendix 270
산업용 배연탈황 건식공정개발 22
Table 1. Consumption Rates of Fossile Fuels at each Sectors, 1994 29
Table 2. Estimation of Energy Demand in Korea 30
Table 3. Air Pollution Debatement Policy and Plan in Korea 31
Table 4. Yearly Estimated Cost for FGD Installation in Power Plants 31
Table 5. Comparison of Chiyoda CT-121 vs. conventional FGD process 45
Table 6. Phase I Scrubber Projects in U.S 49
Table 7. U.S. FGD scrubber sales (1989 - 1994) 50
Table 8. Current Status of FGD Plant at OECD Countries 51
Table 9. Current and future FGD Installation in Europe(MW) 52
Table 10. Schedule of SDA Pilot Plant Installation 58
Table 11. SDA Reactor Specification 64
Table 12. Dust Control Device Specification 65
Table 13. Material Balance sheet of SDA Equipment 66
Table 14. Nozzle Specification 69
Table 15. Reagent flow Rate in Pilot Plant Experiment(Type I) 74
Table 16. Reagent flow Rate in Pilot Plant Experiment (Type II) 74
Table 17. Analytical Methods 79
Table 18. Specification of SO₂ Analyzer 79
Table 19. Gas and Experimental Condition 80
Table 20. Approach Temperature Variation in Pilot Plant Experiments 92
Table 21. Bag Filter에서의 아황산가스 제거율 109
Table 22. Comparison of NIER Pilot Plant and LILAC 112
Table 23. Problems and Solutions during Pilot Plant Operation 117
Table 24. Operating Data in SDA Pilot Plant 123
Table 25. Operating Cost in SDA Pilot Plant 123
위탁과제: 산업용 배연탈황공정개발을 위한 단위장치 연구(III) 166
Table 2-1. Experimental Conditions of SADR 179
Table 2-2. Composition of Lime used in Experiments (Test Method: KSL-9004) 183
Table 2-3. Specification of SO₂ Analyzer 184
Table 2-4. Characteristics of Absorbents and Additives Used in SADR (5)(6) 186
산업용 배연탈황 건식공정개발 24
Fig.2-1. Schematic Flow Diagram of GE Scrubbing System 36
Fig.2-2. GE Two - Loop Control System 37
Fig.2-3. Schematic Flow Diagram of LILAC FGD System 39
Fig.2-4. Schematic Flow Diagram of Advanced(Advenced) Flue Gas Desulfurization System 41
Fig.2-5. Schematic Flow Diagram of Advanced(Advenced) CT-121 System 44
Fig.2-6. Schematic Flow Diagram of GE's Ammonium Sulfate System 47
Fig.3-1. Slurry Droplet Model 55
Fig.3-2. Simplified Block Diagram of SDA Pilot Plant 59
Fig.3-3. Detailed Schematic Flow Diagram of SDA Pilot Plant 60
Fig.3-4. Type I SDA Reactor 62
Fig.3-5. Type II SDA Reactor 63
Fig.3-6. Diagram of BETE Nozzle Structure(Staructure) 70
Fig.3-7. Diagram of Self-Designed Nozzle Structure(Staructure) 71
Fig.3-8. Shape of Nozzle Cap 72
Fig.3-9. SO₂ Sampling Apparatus(Appratus) in Inlet Flue Gas 77
Fig.3-10. Continuous Emission Monitoring System 78
Fig.4-1. Steady State Conditions 88
Fig.4-2. Temperature Variation in SDA Reactor (R.T=13 sec) 89
Fig.4-3. Difference between inlet and outlet Temperature (Ca/S=1.2) 90
Fig.4-4. Approach Temperature Variation with Ca/S Ratio (R.T=10 sec) 93
Fig.4-5. SO₂ Removal Efficiency with Varying Nozzle Angle (R.T=10 sec, Ca/S=1.5) 96
Fig.4-6. SO₂ Removal Efficiency with Varying Nozzle Hole Diameter (Ca/S=1.5) 97
Fig.4-7. SO₂ Removal Efficiency with Varying Ca/S Ratio (Ca(OH)₂=10%) 100
Fig.4-8. SO₂ Removal Efficiency with Varying Ca(OH)₂ Concentration (R.T=17 sec) 101
Fig.4-9. SO₂ Removal Efficiency with Varying Residence Time (Ca(OH)₂=10%) 102
Fig.4-10. SO₂ Removal Efficiency with Varying Absorbents (R.T=10 sec) 104
Fig.4-11. Reactant Composition in the Bag Filter Front and Back site (R.T=10 sec) 106
Fig.4-12. CaCl₂ Effect to Reactant Composition in the Bag Filter Front and Back site 107
Fig.4-13. SO₂ Removal Efficiency in Bag House 110
Fig.4-14. Comparison of SDA Pilot Plant Experimental Data 113
위탁과제: 산업용 배연탈황공정개발을 위한 단위장치 연구(III) 167
Fig.2-1. SO₂Removal by Ca(OH)₂ Particles in SADR 172
Fig.2-2. Drying and Reaction Sequence of Atomized Droplet (2) 176
Fig.2-3. Flow Diagram of Spray Absorption/Drying Reactor FGD Test System 178
Fig.2-4. Diagrams of Spray Absorption/Drying Reactors 182
Fig.2-5. Structure Diagram of Developed Nozzle Type No. 1 189
Fig.2-6. Structure Diagram of Developed Nozzle Type No. 2 190
Fig.2-7. Structure Diagram of Developed Nozzle Type No. 3 191
Fig.2-8. Structure Diagram of Developed Nozzle for Pilot Plant 193
Fig.3-1. Temperature Variation by Using NaOH and Ca(OH)₂ 199
Fig.3-2. The Trend of SO₂Removal Efficiency Using NaOH and Ca(OH)₂ 200
Fig.3-3. Temperature Variation by Using Ca(CH3COO)₂ as Additive 202
Fig.3-4. Temperature Variation by Using CaCl₂as Additive 203
Fig.3-5. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Various Additives 204
Fig.3-6. Composition of Ca(OH)₂ Residue from Hopper 207
Fig.3-7. Composition of Ca(OH)₂ Residue from Bag Filter 207
Fig.3-8. Composition of Residue Using NaOH as Additive from Hopper 208
Fig.3-9. Composition of Residue Using NaOH as Additive from Bag Filter 208
Fig.3-10. Composition of Residue Using Ca(COOH)₂ as Additive from Hopper 209
Fig.3-11. Composition of Residue Using Ca(COOH)₂ as Additive from Bag Filter 209
Fig.3-12. Composition of Residue Using CaCl₂ as Additive from Hopper 210
Fig.3-13. Composition of Residue Using CaCl₂ as Additive from Bag Filter 210
Fig.3-14. Reactor Center Temperature Variation by Using Nozzle Type 1 212
Fig.3-15. Reactor Center Temperature Variation by Using Nozzle Type 2 213
Fig.3-16. Reactor Wall Temperature Variation by Using Nozzle Type 1 214
Fig.3-17. Reactor Wall Temperature Variation by Using Nozzle Type 2 215
Fig.3-18. Comparison Temperature Variations Between Nozzle Type 3 and Japanese S-company Nozzle 216
Fig.3-19. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Various Nozzles 218
Fig.3-20. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Various Hole's Dia and Gas Retention Time in Pilot Plant Test 220
Fig.3-21. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Various Spray Angle of Slurry in Pilot Plant Test 222
Fig.3-22. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Various Stoichiometric Ratio in Pilot Plant Test 224
Fig.3-23. The Trend of SO₂ Removal Efficiency for Temperature Difference between Inlet and Outlet of Absorber in Pilot Plant Test 225
Fig.4-1. Simplified Diagram of an Industrial Spray Absorption Drying FGD System, without Recycle (7) 227
Fig.4-2. Diagram of an Utility Spray Absorption Drying FGD System, with Recycle (2) 228
Fig.4-3. Lime Storage, Handling, and Slaking Equipment (9) 230
Fig.4-4. Spray Dryer Arrangement 234
Fig.4-5. Capital Cost Comparison between Rotary Atomizer and Two-fluid Pressure Nozzle (11) 236
Fig.4-6. Droplet Size Distributions from Two Fluid Nozzle and Rotary Atomizer (7) 238
Fig.5-1. Comparison between predicted(Predicited) and Observed SO₂ Removal Efficiencies according to Flow Rate Change of Slurry Atomized in SADR1 260
Fig.5-2. Comparison between Predicted(Predicited) and Observed SO₂ Removal Efficiencies according to Flow Rate Change of Slurry in SADR2 261
Fig.5-3. Comparison between Predicted(Predicited) and Observed SO₂ Removal Efficiencies according to Stoichiometric Ratio Change in SADR2 262
Fig.5-4. Comparison between Predicted(Predicited) and Observed SO₂ Removal Efficiencies according to Stoichiometric Ratio Change in Pilot Plant for Gas Retention Time=10 sec. 263
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