석탄 화력 발전소 - Air & Flue Gas Cycle 개요

석탄화력 발전소에서 공기와 연료가 보일러 버너로 공급되고 보일러 노(Furnace)내에서 연소가 진행됩니다. 연소에 의해서 배기가스가 발생되며, 이러한 배기가스는 배기가스 정화설비 등을 거쳐서 최종적으로 Stack을 통해 대기로 배출됩니다. 이 글에서는 석탄화력 발전소의 공기 및 배기가스 사이클(Air & Flue Gas Cycle)의 개요에 대해서 설명해보고자 합니다.

공기 및 배기가스 흐름 개요

석탄화력 발전소에서 공기와 배기가스는 다음과 같은 주요 단계들을 거칩니다.

1. Primary Air Fan (PA Fan)

2. Forced Draft Fan (FD Fan)

3. Induced Draft Fan (ID Fan)

4. 연소 과정

5. 배기가스 처리 장치들 (SCR, APH, ESP, FGD)

6. 굴뚝 (Stack)

[출처 : Babcock & Wilcox Technical Paper]

공기 흐름

1. Primary Air Fan (PA Fan)

 

PA Fan은 석탄 분쇄기에서 미세하게 분쇄된 석탄을 보일러로 이송하는 역할을 합니다. 석탄은 공기와 혼합되어 연소실로 이동하며, PA Fan은 이 과정에서 필요한 공기를 공급합니다. PA Fan은 석탄의 이송과 혼합을 효과적으로 수행하여 연소 효율을 높이는 데 기여합니다.

 

2. Forced Draft Fan (FD Fan)

 

FD Fan은 보일러로 연소 공기를 공급하는 팬입니다. 보일러 내에서는 산소가 필요하며, FD Fan은 외부 공기를 보일러 내부로 강제로 주입합니다. 이를 통해 보일러 내의 연소가 원활하게 이루어지며, 안정적인 연소를 보장합니다.

배기가스 흐름

1. Induced Draft Fan (ID Fan)

 

ID Fan은 보일러 내에서 연소된 배기가스를 배출하는 데 중요한 역할을 합니다. ID Fan은 보일러 내부의 음압을 유지하며, 배기가스를 굴뚝까지 효과적으로 이송합니다. 이 팬은 배기가스가 보일러 내부에서 외부로 원활히 흐르도록 돕고, 전체 시스템의 효율성을 높입니다.

배기가스 처리 장치

연소 과정에서 발생한 배기가스는 다양한 처리 장치를 거쳐 대기로 배출됩니다. 각 단계는 배기가스를 정화하고 유해 물질을 제거하는 중요한 역할을 합니다.

 

1. 탈질 설비 (Selective Catalytic Reduction, SCR)

 

연소된 배기가스는 먼저 탈질 설비를 통과합니다. SCR은 질소산화물(NOx)을 제거하는 장치로, 암모니아(NH3)를 주입하여 NOx를 질소(N2)와 물(H2O)로 변환시킵니다. 이 과정에서 촉매가 사용되며, NOx 제거 효율을 높입니다.

 

2. 공기 예열기 (Air Preheater, APH)

 

탈질 설비를 통과한 배기가스는 공기 예열기를 거칩니다. APH는 배기가스의 열을 이용하여 연소 공기를 예열하는 장치입니다. 이를 통해 보일러의 연소 효율을 높이고 에너지를 절약할 수 있습니다.

 

3. 전기 집진기 (Electrostatic Precipitator, ESP)

 

APH를 통과한 배기가스는 전기 집진기를 거칩니다. ESP는 배기가스 중의 먼지와 미세먼지를 제거하는 장치로, 전기장을 이용하여 먼지를 집진판에 흡착시킵니다. 이를 통해 배출되는 배기가스의 청정도를 높일 수 있습니다.

 

4. 탈황 설비 (Flue Gas Desulfurization, FGD)

 

전기 집진기를 통과한 배기가스는 탈황 설비를 거칩니다. FGD는 배기가스 중의 황산화물(SOx)을 제거하는 장치로, 주로 석회석 슬러리를 이용하여 SOx를 제거합니다. 이 과정에서 생성된 석고는 건축 자재 등으로 재활용될 수 있습니다.

배출 단계

탈황 설비를 거친 배기가스는 최종적으로 굴뚝을 통해 대기로 배출됩니다. 굴뚝은 배기가스를 높은 곳으로 방출하여 대기 중으로 확산시키는 역할을 합니다. 이를 통해 지상에서의 대기 오염을 최소화할 수 있습니다.