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VOCs의 처리분야 개요

 

개요

VOCs 처리에 있어서 연소방식은 넓은 범위의 유기물질 처리를 가능하게 하고 '온도', '체류시간', '완전혼합'의 세가지 조건을 만족시키며 95% 이상의 정화효율과 무해한 물이나 탄산가스로의 분해가 가능한 신뢰성 높은 VOCs 처리방식이다.

연소조건을 위한 온도는 750도 이상, 체류시간은 0.5초 이상을 유지하여 대부분의 VOC가스를 95%이상 제거하고 안정적인 운전이 가능하다. 그렇지만 연소온도가 높기 때문에 적절한 폐열회수 대책이 따르지 않으면 연료소비량이 많아 운전비용 면에서 문제가 있다.

열회수 방식에서 열교환식은 효율이 경제성면에서 40 ~ 50% 정도에 그치고 있어 연료비 상승 등의 문제가 남으며 나아가서 연료사용량이 많아 NOx발생량 증가 등의 부작용이 있다.

축열방식 연소장치(RTO/RCO)는 축열재를 이용한 직접적인 열교환법을 채택, 열회수효율이 90%이상으로 높고 연료량을 대폭적으로 절감할 수 있는 경제적인 연소장치로 에너지절감 효과가 높을뿐만 아니라 NOx발생량 억제효과도 높다.

 

축열방식 연소 장치 원리

축열방식 연소장치는 두개 이상의 축열실을 갖고 있으며 가스유로의 교대 교환이 행해지고 중앙부에 연소실을 갖추고 있으며 축열실에는 세라믹 축열재가 충전되어 있다.

먼저 A는 악취가스가 좌측의 축열실을 지나면서 뜨거워져 연소실에 들어가 약 800℃로 가열된다.

악취물질은 연소 분해되고 정화된 고온 가스는 우측의 축열실에 들어가 축열재에 열기를 주면서 스스로는 온도가 내려가 대기 중에 방출된다.

다음에 댐퍼교환 시간차에 따라 B상태가 되고 악취가스는 우측의 축열실로 들어가 축열재로부터 열기를 얻어 승온 후 연소실에 들어가 약800℃로 가열된 후 좌측의 축열실에 들어가서 축열재 열기의 온도를 낮춘 후 대기 중에 방출된다.

이와 같은 동작이 자동으로 제어되면서 VOCs의 제거가 이루어진다.

 

 

 

설비 설명

축열식 연소설비는 기본적으로 VOC물질이 연소에 의한 최적의 분해효율을 얻는 것이 가장 중요하며, 유지관리비 측면에서도 연료소비량의 최소화를 유지하기 위해 높은 열 회수 효율을 얻는 것도 중요하다.

연소설비 형태는 2-Bed TYPE이 유용 하며 분해효율은 95%를 유지하고, 열 회수 효율도 95% 이상을 유지할 수 있다.

그러나 유입가스의 흐름을 전환하기 위하여 댐퍼의 개폐가 동시에 이루어져야 하므로 그 순간에 일부 미처리된 가스가 배출구 쪽으로 LEAK되면서 연소에 의하여 얻을 수 있는 99.99%의 제거효율에 미치지 못하고 95%정도의 효율을 보이고 있는 것이다.

이에 대한 개선방식으로 축열재 Bed를 1개 더 추가한3-Bed TYPE의 연소로 98%이상의 분해효율을 얻을 수 있다.

그러나 비용이 그만큼 상승하므로 적용가스의 유입농도, 배출농도의 목표 값 및 설비투자비등을 감안하여 적절한 형태의 연소설비를 선정하여 사용하는 것이 좋으며 당사에서는 Rotary 1-Can TYPE을 개발하여 2000년 부터 상용 공급하고 있으며 98% 이상의 분해효율 및 설비투자비를 절감하고 운전 및 유지 관리가 용이해서 3-Bed RTO의 단점을 보완하게 되었다.

 

축열식 연소방식 특징

직소식 또는 열교환기를 사용한 열 회수방식 장치와 비교하여 다음과 같은 특징이 있다.

 

1) 높은 열 회수 효율을 얻을 수 있고 연료소비량이 매우 절약된다.
- 종래의 연소방식은 연소 온도를 높게 하면 연료 소비량이 많아지지만 축열방식의 경우는 연소 온도를 높게 설정하여도 연료 소비량의 증가는 거의 없다.

 

2) 안정적인 운전과 장기적인 장치수명
- 대부분의 VOCs성분은 750 ~ 950℃의 고온에서 직접연소와 축열재 표면에서의 접촉연소로 완전히 산화 분해되고 가스의 양, VOCs 성분농도의 변화 등에 따라 축열재의 온도가 변화하지 않아 안정된 연소가 가능하다.

또한 고온부에 금속재료를 사용하고 있지 않기 때문에 열산화에 의한 장치의 손상이 없으며 장기적인 수명을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 유지관리비도 저렴하다.

 

3) 구조가 간단하고 압력손실도 비교적 적다.
- 가동부분은 댐퍼 또는 밸브뿐이고 구조도 간단하여 장치고장이 없으며 열전달율이 높은 Honeycomb형 축열재를 채용하고 있기 때문에 압력손실이 적어 동력비도 절약된다.

 

4) 저 NOx발생 설비이다.
- 연료 사용량이 적으므로 Fuel NOx의 발생이 거의 없으며 또한 고온부의 축열재에 의한 VOCs의 분해는 국부 고온현상이 없는 확산연소에 의해 이루어지므로 Thermal NOx 또한 발생률이 낮다.

 

5) Halogen을 포함한 VOCs 성분가스에도 대응할 수 있다.
- VOC성분중에 Halogen Ion(Cl, Br, ...)등이 포함되어 있어도 축열재는 내식성 Ceramic 재질로 구성되어 있으며 상황에 따라서 대응이 가능하다.

 

형식별 축열식 연소방식 처리시설 비교

현재 상용되는 축열식 연소방식은 축열실(Bed, Can, Tower등으로도 명함)의 형상에 따라 1-Can, 2-Bed, 3-Bed등이 있으며 처리시설별 특성은 아래와 같다.

 

처리시설 비교

구분 2-Bed RTO/RCO 3-Bed RTO/RCO Rotary 1-Can RTO/RCO
개발 변천사 3-Bed RTO 이전 Rotary 1-Can RTO 이전 1990년대 후반
특징 2-Bed TYPE 으로 IN,OUT Switch식 방향 전환 방식 3-Bed TYPE 으로 IN,OUT 및 Purge기능 추가방식 12-SECTION ROTARY VALVE TYPE으로 IN, OUT, Purge를 연속적으로 수행하는 방식
댐퍼형식 SLIDE, BUTTERFLY, POPPET 등 SLIDE, BUTTERFLY, POPPET 등 12-SECTION ROTARY VALVE
장단점 1)구조가 간단하다.
2)시설비가 저렴하다.
3)유지관리 및 운전이 용이하다.
4)파괴효율이 낮다. (약 95%)
5)PURGE 기능이 없다.
6)댐퍼전환시 VOC가 일부 배출된다.
7)댐퍼전환시 BACK PRESSURE가 발생한다.
1)시설비가 고가이다.
2)DEAD SPACE가 많다. (약 30%)
3)구조가 복잡하다.
4)설치면적이 크다.
5)유지관리 및 운전이 복잡하다.
6)파괴효율이 높다. (약 98%)
1)3-Bed 보다 시설비가 저렴하다.
2)파괴효율이 높다. (약 98%이상)
3)구조가 간단하고 설치 면적이 적다.
4)DEAD SPACE가 적다. (약 17%)
5)유지관리 및 운전이 용이하다.
6)배출가스의 농도가 일정하다.
7)가스흐름이 원만하다.
8)BACK PRESSURE 발생이 없다.
BAKE-OUT 불가능하다. 불가능하다. Devocs 고유기술
PURGE SYSTEM 불가능하다. 가능하다. 가능하다.
초기투자비