사례 연구 · 산업 배출 제어
글로벌 전력 배터리 선도 기업이 회전로에서 발생하는 탄산리튬 생산 배출가스(SO₂ 농도가 최대 12,000 mg/Nm³에 달함)로부터 SNCR+SCR 복합 탈질 효율 81.5%, 탈황 효율 97.9%를 달성한 비결은 배터리 등급 탄산리튬 소결 배출가스의 극심한 화학적 변동성에 맞춰 설계된 이중 라인 SNCR+SCR+석회석-석고 FGD+석회 처리 시스템입니다.
SNCR+SCR 복합 탈질
석회석-석고 FGD
탄산리튬 소결
초저 배터리 산업 배출
01 — 산업 배경
전력 배터리용 탄산리튬 생산: 급속도로 성장하는 분야이지만, 배출 규제에 대한 까다로운 과제를 안고 있습니다.
탄산리튬은 리튬 배터리 제조의 핵심 원료입니다. 전기 자동차 보급 확대와 대규모 에너지 저장 시설 확충에 힘입어 전 세계 수요가 급증하고 있으며, 생산량은 2014년 연간 4.1톤에서 2022년 3,950만 톤으로 연평균 2억 8,100만 톤 증가했습니다. 2025년에는 생산 능력이 1억 1,000만 톤에 달하고, 2023년에는 실제 생산량이 5,179만 톤(전년 대비 3,110만 톤 증가)에 이를 것으로 예상됩니다. 전기 자동차 시장이 지속적으로 성장함에 따라 배터리 등급 탄산리튬 생산 능력에 대한 수요는 더욱 증가할 것이며, 이는 생산 시설 및 관련 환경 규제 인프라에 대한 추가 투자를 촉진할 것입니다.
본 사례 연구 대상 기업은 세계적인 전력 배터리 기업 중 하나이며, 전력 배터리 산업의 전체 공급망을 아우르는 몇 안 되는 기업 중 하나입니다. 2015년 국내 주요 증권거래소에 상장되었고, 2022년에는 스위스 증권거래소에 스위스 최초의 전력 배터리 기업으로 상장되었습니다. 이 기업의 주요 사업은 모빌리티 애플리케이션용 리튬 배터리, 에너지 저장 시스템 및 배전 장비입니다. 2024년에 발표된 "전고체 배터리" 제품은 3,500Wh/kg의 에너지 밀도와 800Wh/L의 부피 에너지 밀도를 달성하며, 30,000회 충방전 수명과 300,000km 이상의 이론 주행 거리를 자랑합니다. 또한, 이 기업은 연간 약 10만 개의 배전 장치를 생산하고 있습니다.
리튬 탄산염 생산은 회전로 소결 공정을 통해 리튬 함유 원료(주로 운모 유래 리튬염)를 배터리 등급의 리튬 탄산염으로 전환합니다. 이 소결 공정은 고온에서 황산염과 탄산염 화합물이 반응하는 과정으로, 기존 산업용 보일러나 발전소보다 훨씬 높은 농도의 SO₂가 배출됩니다. 리튬 탄산염에 대한 시장 수요가 증가하고 생산 시설이 확장됨에 따라, 회전로 소결 공정의 배기가스 정화 시스템은 중요한 규제 준수 및 운영상의 병목 현상이 되고 있습니다. 본 프로젝트는 석회석-석고 배기가스 탈황(FGD)과 SNCR+SCR 탈질 공정을 결합하여 초저배출 목표를 달성하고 시설의 친환경 개발 역량을 강화하고자 합니다.
02 — 오염 현황
탄산리튬 회전로 배출가스: 극심한 SO₂ 변동성이 주요 과제
이 시설은 리튬 탄산염 배터리 소재 소결 과정에서 발생하는 배기가스를 처리하는 두 개의 회전식 소성로 생산 라인을 운영하고 있으며, 각 라인에는 사이클론 집진기, 냉각 장치 및 백필터 집진기가 설치되어 있습니다. 소성로는 천연가스를 연료로 사용합니다. 생산 라인당 표준 배기가스 배출량은 120,000 Nm³/h(공정 조건인 150°C에서는 185,897 Nm³/h)입니다. 배기가스는 냉각 후 탈황 설비(FGD)에서 포집됩니다.
탄산리튬 회전로 배출가스의 가장 큰 특징은 SO₂ 농도의 급격한 변동성입니다. 소결 반응 주기 동안 황산리튬 화합물이 분해되어 SO₂가 방출되는데, 탈황 흡수탑으로 유입되는 평균 SO₂ 농도는 약 4,645 mg/Nm³이지만, 최고 농도는 12,000 mg/Nm³에 달할 수 있습니다. 기준 농도는 약 12% 산소 보정 농도인 약 809 mg/Nm³ NOx입니다. 기준 농도와 최고 농도 사이의 SO₂ 농도 변동폭이 10:1(약 1,200 mg/Nm³ ~ 12,000 mg/Nm³)에 이르기 때문에, 탈황 시스템은 최고 농도 조건에 맞춰 설계되어야 하며, 기준 농도 및 중간 농도 범위에서는 안정적인 작동과 석고 품질을 유지해야 합니다.
| 매개변수 | 초기 농도 | 디자인 아울렛 | EU IED/NER 한도 |
|---|---|---|---|
| NOx (NO₂ 형태로) | 809 mg/Nm³ (12% O₂ 기준, 12%의 기준 암모니아 함량) | ≤150 mg/Nm³ | IED 2010/75/EU: 150 mg/Nm³ |
| SO₂ (FGD 입구 평균값) | 평균 4,645 mg/Nm³; 최고 12,000 mg/Nm³ | ≤100 mg/Nm³ | 네덜란드 활동 법령 NER |
| 미세먼지(PM) | 658 mg/Nm³ | ≤30 mg/Nm³ | 네덜란드 활동 규정 NER ≤5 mg/Nm³ |
| 염산 | 3.7 mg/Nm³ | ≤10 mg/Nm³ | IED BAT ≤10 mg/Nm³ |
| HF | 6.74 mg/Nm³ | ≤6 mg/Nm³ | IED BAT ≤1 mg/Nm³ |
| 산성 안개(분무) | 191 mg/Nm³ | ≤20 mg/Nm³ | IED 배트 |
| 표준 연도 가스(라인당) | 120,000 Nm³/h | — | — |
| 공정 연도 가스 (라인당) | 150°C에서 185,897 Nm³/h | — | — |
| SCR 배기가스량 | 273,846 Nm³/h (2개 라인 합산) | — | — |
| 가마 출구 온도 | 380~420°C (SCR/SNCR 설치 지점 기준) | — | — |
주요 디자인 과제: 평균 4,645 mg/Nm³ 및 최대 12,000 mg/Nm³의 SO₂ 농도는 일반적인 석탄 화력 발전소 탈황 설비(FGD)의 최대 유입 농도의 약 3배에 달합니다. 12,000 mg/Nm³의 최대 농도와 100 mg/Nm³ 이하의 출구 농도(최대 농도에서 99.21 TP3T 제거 효율)를 달성해야 하는 요구 사항을 고려할 때, FGD는 평균 운전 조건보다 훨씬 높은 과부하를 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다. 이는 시스템 설계에서 과도하게 큰 흡수탑, 높은 액체-기체 비율, 그리고 보수적인 칼슘-황 화학량론적 비율을 필요로 합니다.
03 — 치료 솔루션
이중 라인 처리 구조: 소성로 출구에서의 SNCR + SCR + 석회석-석고 FGD + 석회 탈황
본 프로젝트는 두 개의 회전로 생산 라인을 대상으로 합니다. 각 라인의 처리 시스템은 사이클론 사전 집진 → 가스 냉각 → 백필터 집진 → 배기가스 포집 → SNCR+SCR 탈질 → 석회석-석고 FGD(배기가스 탈황) → 석회 후탈황으로 구성됩니다. 기존 회전로 생산 라인에는 SCR 탈질 장치와 석회석-석고 + 석회석(석회) 탈황 시스템을 추가하여 초저배출 기준을 충족하도록 개선했습니다. 시설 후면에 위치한 두 번째 생산 라인에는 석회석-석고 탈황 시스템을 동시에 설치하여 SO₂ 배출량을 100mg/Nm³ 이하로 유지하고, 배기가스 단시간 평균 배출량 또한 모든 기준에서 기준을 충족하도록 했습니다.
SNCR 탈질 공정 (소성로 출구, 380~420°C 구간)
SCR 시스템 설치 위치는 회전로 출구의 다중관 집진기 배출구로 선정되며, 이 지점의 온도는 380~420°C로 유지됩니다. 이 온도에서 SO₂ 함량이 4,600 mg/Nm³ 미만일 때 중온 SCR 촉매를 사용할 수 있습니다. SCR 반응기 내부 촉매는 2+1층 구조(활성층 2개 + 예비층 1개)로 설계되었습니다. 환원제는 암모니아수이며, 전단부 SNCR은 단일 노즐 분무 시스템을 사용합니다. 전단부 SNCR은 탈질 목표 효율을 충족하는 탈질 효율을 보장합니다. 탈황탑 분무층의 개방량은 온라인 모니터링 값을 기반으로 조정하여 안정적인 초저배출 배기가스 배출을 달성합니다.
SCR 반응기 주요 매개변수
연도 가스량 273,846 m³/h (2개 라인 합산); SCR 공정 시 연도 가스 온도 350°C; 초기 NOx 809 mg/Nm³; 초기 PM 658 mg/Nm³; 실제 O₂ ≤15.2%; 배출 NOx 150 mg/Nm³; 촉매 기공 수 18개; 촉매 다공성 72.59%; 촉매층 2+1 (예비층 1개); 층당 촉매 모듈 12개; 총 촉매 부피 31.104 m³; 설계 온도 230°C; 최대 작동 온도 350°C; 최소 작동 온도 200°C; 요소 주입량 111.919 kg/h; 탈질 효율 88%; 암모니아 잔류량 ≤3 ppm; 압력 강하 ≤600 Pa; 매연 제거 방식: 펄스 제트 블로우.
석회석-석고 FGD 흡수탑 (직경 4.4m, 시간당 120,000m³)
탈황탑은 시스템에서 가장 부하가 큰 장비로, 평균 4,645 mg/Nm³ 및 최대 12,000 mg/Nm³의 SO₂를 유입받습니다. 최대 부하 조건에서 출구 SO₂ 농도를 100 mg/Nm³ 이하(99.21 TP3T 제거 효율)로 낮추기 위해, 탈황탑은 액체-기체 비율 30이라는 매우 높은 조건과 4개의 분무층으로 설계되었습니다. 주요 매개변수: 탈황탑당 배기가스 유량 120,000 m³/h; 배기가스 온도 150°C; SO₂ 유입 농도 4,645 mg/Nm³; SO₂ 출구 농도 100 mg/Nm³; 칼슘-황 비율 1.1; 가스 속도 <3.5 m/s; 탈황탑 내경 φ4.4 m; 액체-기체 비율 30; 분무층 4개; 단일 펌프 유량 900 m³/h; 슬러리 침전 시간 6시간; 석회석 가동 소비량 718kg/h(최대); 석고 생산량 1,488kg/h(최대); 석고 수분 함량 ≤15%; 미스트 제거 장치: 2중 스크린 미스트 제거 장치; 중간 석회석 저장 용량 50m³; 7일 자율 가동 가능.
프로세스 흐름 요약
380~420°C
NH₃ 주입
900°C 구역
사전 먼지 제거
백필터
350°C
2+1층
직경 4.4m
97.9% SO₂
FGD 이후
→ 스택
⭐ 본 프로젝트에는 새 장비 또는 업그레이드된 장비가 사용됩니다.
주요 장비 매개변수를 한눈에 보기
| 장비 | 주요 사양 |
|---|---|
| 유도된 드래프트 팬 | 유량 220,000 m³/h; 압력 5,000 Pa; 온도 250–300°C; 단위 출력 335 kW; 가변 속도 50 Hz |
| SCR 반응기 | 273,846 m³/h; 350°C; 2+1 촉매층; 31,104 m³ 촉매; 88% NOx 효율; ≤3 ppm NH₃ 슬립 |
| FGD 흡수탑 | 직경 4.4m; 유량 120,000m³/h; L/G=30; 4단계 분사 방식; 펌프 용량 900m³/h; 석회석 투입량 718kg/h; 석고 투입량 1,488kg/h |
| 석고 생산량(최대) | 1,488kg/h; 수분 함량 ≤15%; 상업적으로 재사용 가능 |
| 석회석 저장소 | 50m³ 용량; 최대 연료 소비 시 7일간 자율 주행 가능 |
| 최대 시스템 전력 | 실제 출력 1,047.52kW, 총 설치 출력 1,186.67kW |
| 연간 전기 요금 (8,000시간 기준) | 약 30만 1700만 위안(kWh당 0.36위안 기준)에 해당 |
| 연간 수도 요금 | 약 8,800위안(시간당 5.5톤, 톤당 2위안) 상당 |
| 연간 석회석 비용 | 약 172,320만 위안 상당 (시간당 718kg, 톤당 300위안) |
04 — 핵심 장점
SNCR+SCR 결합 탈질 및 석회석-석고 FGD가 고농도 SO₂ 발생 리튬 탄산염 소성로에 적합한 구조인 이유는 무엇일까요?
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고온 소성로 구역에서의 SNCR은 복합 탈질 효율을 극대화합니다. 회전로 출구(850~1,100°C의 온도 범위 사용 가능)에 SNCR을 주입하면 촉매 없이도 효율적인 열적 NOx 분해가 가능합니다. SNCR은 가스가 SCR 반응기로 들어가기 전에 NOx 부하의 일부를 제거하여 SCR 입구의 총 NOx 부하를 줄입니다. 이러한 SNCR 사전 환원을 통해 하류의 SCR 반응기는 촉매 사용량과 압력 강하를 최소화하면서 81.5%의 전체 탈질 효율(809mg/Nm³에서 ≤150mg/Nm³로 감소)을 달성할 수 있습니다. 이는 SCR이 전체 입구 NOx 부하를 단독으로 처리해야 하는 경우에 달성할 수 없는 효율입니다. - ✓
천연가스 연소로의 SCR 입구에 SO₂가 없기 때문에 350°C의 중온 SCR 공정이 실현 가능합니다. SCR 반응기는 다중관 집진기 출구에 설치되는데, 이 지점의 가스 온도는 약 350~380°C이며, 무엇보다 중요한 것은 소결 반응으로 생성된 SO₂가 가스 흐름에 완전히 유입되지 않았거나(또는 상류 집진기에 의해 부분적으로 제거된 상태)라는 점입니다. 천연가스 연료에는 황이 포함되어 있지 않으므로 SO₂는 전적으로 소결 화학 반응의 생성물입니다. SCR을 이 위치에 설치함으로써 SO₂ 방출량이 최대치에 도달하기 전의 온도 범위를 활용하여 황산수소암모늄에 의한 촉매 중독 없이 중온 촉매를 사용할 수 있습니다. 이는 SO₂ 농도가 평균 4,645 mg/Nm³에 달하는 FGD 입구와는 대조적인데, FGD 입구에서는 표준 SCR 촉매가 즉시 손상될 것입니다. - ✓
L/G 비율 30 및 분무층 4개로 평균 4,645 mg/Nm³에서 97.91 TP3T FGD 제거율을 달성했습니다. 일반적인 발전소 탈황 설비(FGD) 설계에서는 SO₂ 유입 농도가 1,000~3,000 mg/Nm³일 때 액체-기체 비율(L/G)을 8~15로 사용합니다. 탄산리튬 소성로 FGD 타워는 표준 발전소 비율의 두 배 이상인 30의 L/G 비율로 작동하며, 일반적인 3개가 아닌 4개의 분무층을 사용합니다. 이러한 높은 액체-기체 비율과 추가적인 분무 접촉의 조합은 평균 유입 농도 4,645 mg/Nm³에서 97.9%의 탈황률을 달성하는 데 필요한 흡수 체류 시간을 연장시켜 줍니다. 또한, 유입 농도가 12,000 mg/Nm³에 도달했을 때에도 100 mg/Nm³의 배출 제한을 유지하기 위해 99.2%의 제거율이 필요한 충분한 성능 여유를 확보합니다. - ✓
온라인 모니터링 기반 FGD 분무층 제어를 통해 전체 SO₂ 변동 범위에 걸쳐 시약 소모량을 최적화합니다. 탈황탑 분무층 개방량은 탈황조(FGD) 입구와 출구에서 수집된 SO₂ 모니터링 데이터를 기반으로 조절됩니다. 기준 SO₂ 농도 기간(입구 SO₂ 농도가 평균 4,645 mg/Nm³ 범위의 하한값일 때)에는 분무층 가동 횟수가 줄어들어 펌프 에너지 소비와 석회석 슬러리 순환량이 감소합니다. SO₂ 농도가 최고조에 달하는 시점에는 4개의 분무층이 모두 동시에 가동됩니다. 이러한 동적 분무층 관리 시스템은 실제 SO₂ 농도와 관계없이 4개의 분무층을 최대 유량으로 지속적으로 가동하는 경우에 비해 연간 에너지 및 시약 비용을 크게 절감합니다. - ✓
시간당 최대 1,488kg의 석고 부산물은 직접적인 상업적 가치를 지닙니다. 매우 높은 석고 생산 속도(최대 1,488kg/h, 평균 SO₂ 유입 농도 4,645mg/Nm³ 반영) 덕분에 이 FGD 시스템은 상당한 양의 석고를 생산합니다. 수분 함량이 15% 이하인 석고는 염화물 함량이 EN 13279-1 규격 한도 내에 있을 경우 건축 자재 재사용(벽지 바탕재, 시멘트 첨가제)에 필요한 품질 기준을 충족합니다. 이는 FGD 시스템을 단순히 규제 준수 비용 센터가 아닌 부가가치를 창출하는 부산물 생산 공정으로 자리매김하게 하며, 석고 판매 수익을 통해 시간당 718kg에 달하는 석회석 시약 비용을 부분적으로 상쇄할 수 있게 합니다. - ✓
석회석-석고 FGD 설계 원칙 적용: 탄산리튬 활용을 위한 7가지 장점: 이 응용 분야에 석회석-석고 공정을 선택한 이유는 발전소 응용 분야에서 검증된 다음 7가지 원칙과 동일합니다. (1) 낮은 에너지 소비 및 운영 비용; (2) 2차 오염 없이 처리 가능한 석고 부산물; (3) 작은 설치 공간 및 합리적인 유동 설계; (4) 컴퓨터 시뮬레이션 최적화 설계; (5) 균일한 흡수를 위한 최적화된 가스 속도; (6) 풍부하게 공급되고 저렴한 석회석 원료; (7) 타워 벽면 침전물 감소를 위한 역류 분무 및 미스트 제거 장치를 사용하는 타워 내부 구조. 이러한 원칙은 탄산리튬 회전로 탈황 설비에 직접 적용 가능하며, 수천 건의 발전소 탈황 설비 운영 경험은 시스템 설계 및 문제 해결을 위한 탄탄한 지식 기반을 제공합니다.
05 - 운영 결과
검증된 규정 준수 데이터 및 연간 비용 요약
최대 시스템 가동 전력: 1,047.52kW(실제). 연간 8,000시간 가동, kWh당 0.36위안 환산 시 연간 전기료는 약 30만 1,700위안입니다. 연간 용수 비용: 약 8,800위안(시간당 5.5톤, 톤당 2위안)입니다. 연간 석회석 비용: 약 17만 2,320위안(시간당 718kg, 톤당 300위안)입니다. 최대 생산량 1,488kg/h의 석고 부산물 수익이 이러한 시약 비용을 부분적으로 상쇄합니다.
06 — 구현 시 주의 사항
탄산리튬 회전로 배기가스 처리를 위한 핵심 엔지니어링 고려 사항
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상류 SO₂ 농도 변동(생산 라인 처리 조건으로 인한)은 FGD 시스템 과부하를 초래하고 탈황 효율에 영향을 미칩니다. 이것이 주요 위험 요소입니다. 주요 운영 위험은 상류 공정 변동으로 인해 SO₂ 농도가 급격하게 변동하여 FGD 시스템이 과부하 상태로 작동하고 시스템 배출이 불안정해지는 것입니다. SO₂ 최고 농도가 12,000 mg/Nm³이고 평균 농도가 4,645 mg/Nm³인 FGD 시스템은 이미 일반적인 발전소 조건보다 훨씬 높은 극한의 과부하를 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 설계 최고 농도인 12,000 mg/Nm³를 초과하는 추가적인 SO₂ 농도 급증은 시스템을 심각한 부적합 상태로 만들 수 있습니다. FGD 입구(흡수 전)와 출구(흡수 후) 모두에서 SO₂ 모니터링을 실시하고 분무층 제어에 실시간으로 피드백을 제공하며, 소결 화학 및 SO₂ 방출률에 영향을 미치는 모든 운영 변경 사항에 대해 생산팀이 사전에 통보할 수 있도록 프로토콜을 수립해야 합니다. - ⚠️
회전로에서 SNCR 노즐의 위치는 세심한 주의가 필요합니다. 가마 벽은 주로 고온 증발로 인해 형성되며, 배기가스에는 촉매 막힘을 쉽게 유발하는 고농도의 분진이 포함되어 있습니다. 프로젝트 경험을 통해 SNCR 관련 위험 요소 두 가지가 명확하게 확인되었습니다. (1) 회전로의 회전 구간에 있는 주입 파이프라인은 주의해서 다루어야 합니다. 가마 벽에 대한 접착은 주로 고온 증발 공정으로 인해 발생하므로 열 순환을 견딜 수 있는 노즐 재료와 설치 방법이 필요합니다. (2) SNCR 주입 지점의 연도 가스에는 분진 함량이 높기 때문에 하류의 SCR 촉매는 미립자에 의한 막힘에 취약합니다. SCR 매연 제거 시스템(펄스 제트 블로우)은 시운전 당일부터 보정된 주파수로 작동해야 하며, 6개월 후 첫 번째 촉매 검사에는 모든 촉매층에 걸쳐 포괄적인 압력 강하 측정을 포함하여 막힘률이 허용 범위 내에 있는지 확인해야 합니다. - ⚠️
SNCR 탈질 온도는 매우 중요합니다. 적절한 온도 범위 내에서만 이상적인 탈질 효율을 달성할 수 있습니다. SNCR 주입 지점은 효과적인 열적 NOx 분해를 위해 가스 온도를 850~1,100°C 범위 내로 유지해야 합니다. 850°C 미만에서는 NOx-NH₃ 열 반응 속도가 너무 느려 효과적인 환원이 이루어지지 않으며, 1,100°C 이상에서는 암모니아가 산화되어 NOx를 추가로 생성합니다. SNCR 주입 지점의 온도는 지속적으로 모니터링해야 하며, 주입 영역 전체의 온도 변화를 보상하기 위해 암모니아수 유량을 실시간으로 조정해야 합니다. 소성로 단면 전체에 걸쳐 불균일한 온도 분포(가변 공급 속도를 사용하는 회전식 소성로에서 흔히 발생)는 과열 영역과 저온 영역을 동시에 생성하여 SNCR 제거 효율을 저하시킬 수 있습니다. - ⚠️
극도로 높은 FGD 석회석 소비량(최대 718kg/h)으로 인해 안정적인 공급망 관리와 적절한 현장 저장 시설이 필수적입니다. 최대 석회석 소비량 718kg/h 및 현장 저장 용량 50m³(7일 자립 가능)를 기준으로 할 때, 석회석 공급망은 안정적인 주간 공급을 보장해야 합니다. 석회석 저장량이 최소 운영 수준 이하로 떨어지는 공급 중단 사태가 발생할 경우, SO₂ 처리 용량 감소가 불가피해 몇 시간 내에 규정 준수 위험이 발생할 수 있습니다. 따라서 공급 계약에 보장된 공급 빈도를 명시하고, 자동 구매 주문을 유발하는 최소 재고량 기준(예: 3일분 잔여 재고)을 설정하며, 공급 중단 시 임시 탈황 설비(FGD) 가동률 감소에 대한 비상 절차를 문서화해야 합니다. - ⚠️
FGD 슬러리의 pH와 아황산칼슘 산화는 스케일 형성을 방지하고 석고 품질을 유지하기 위해 적극적으로 관리해야 합니다. 이 설비의 높은 SO₂ 유입 농도로 인해 FGD 슬러리 루프에는 발전소 FGD 기준보다 훨씬 높은 속도로 아황산염과 황산염이 축적됩니다. pH 관리 범위가 매우 중요합니다. 1차 스크러버 순환 루프의 pH가 4.5 미만으로 떨어지면 슬러리를 추가하고 pH를 4.5~5.5로 유지해야 하며, 2차 스크러버 순환 루프의 pH가 5.5 미만으로 떨어지면 슬러리를 추가하고 pH를 5.5~6.5로 유지해야 합니다. 산화 팬은 아황산칼슘이 석고로 산화되는 데 필요한 공기를 충분히 공급하기 위해 지속적으로 가동해야 합니다. 불완전한 산화는 탈수하여 수분 함량을 15% 이하로 낮출 수 있는 여과 가능한 석고 결정 대신 흡수탑에 아황산칼슘 스케일을 생성합니다. - ⚠️
고농도 SO₂를 함유한 배기가스가 탈황 시스템으로 유입되면 탈황 설비(FGD)의 과부하 운전을 유발할 수 있습니다. 따라서 고효율 칼슘계 탈황제를 도입하여 탈황 효율을 향상시켜야 합니다. 기록된 경험 요약에 따르면, 이 공정의 핵심은 상류 SO₂ 농도가 12,000 mg/Nm³에 도달할 때, L/G=30 및 4개의 분무층으로 구성된 시스템에서도 FGD 시스템이 흡수 용량 한계에 근접할 수 있다는 점입니다. 이 시점에서 석회석 슬러리는 최적의 pH를 유지하고 완전 활성화 산화가 이루어져야 하며, 4개의 분무층 모두 최대 유량으로 가동되어야 합니다. 석회석 품질이 저하되거나(CaCO₃ 순도 저하), 분무 노즐 막힘으로 인해 효과적인 살포가 감소하거나, 슬러리 pH가 낮아지면, 시스템은 최고 농도 도달 시 100 mg/Nm³ 이하의 배출 목표를 달성하지 못하게 됩니다. 따라서 항상 완벽한 살포가 유지되도록 정기적인(매주) 분무 노즐 점검이 필요합니다.
07 — 공학적 핵심 사항
이 리튬 탄산염 소성로 배기가스 처리 프로젝트에서 얻은 네 가지 교훈
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NOx 유입량이 600mg/Nm³ 이상이고 목표 배출량이 150mg/Nm³ 이하일 경우 SNCR+SCR 조합이 필수적입니다. 이 조건에서 어느 기술도 단독으로는 요구되는 81.5% 제거 효율을 달성할 수 없습니다. SNCR 단독으로는 30~50%의 NOx 제거율을 달성할 수 있지만 선택성이 제한적이고 온도 변화에 민감합니다. 273,846 m³/h의 처리량에서 SCR 단독으로는 809 mg/Nm³의 NOx 농도에서 81.5%를 제거하려면 비현실적으로 큰 촉매 부피가 필요합니다. SNCR 사전 환원은 SCR 유입구의 NOx 농도를 관리 가능한 수준으로 낮추는 동시에 SCR은 ≤150 mg/Nm³의 제한을 안정적으로 충족하는 데 필요한 정밀하고 고효율적인 NOx 저감을 제공합니다. SNCR+SCR 복합 시스템은 유입구 NOx 농도가 600 mg/Nm³를 초과하고 배출구 NOx 농도가 200 mg/Nm³ 미만이어야 하는 모든 응용 분야에서 표준 권장 사항입니다. - 2
FGD는 평균 SO₂ 농도가 아닌 최대 SO₂ 농도를 기준으로 설계해야 합니다. 10:1의 변동률 비율에서는 시스템 규모 산정에 상당한 차이가 발생합니다. 평균 SO₂ 농도 4,645 mg/Nm³와 최대 농도 12,000 mg/Nm³ 모두에서 목표 배출구 SO₂ 농도는 ≤100 mg/Nm³로 동일하게 요구됩니다. 평균 유입구 농도에서의 제거 효율은 97.8%이고, 최대 유입구 농도에서는 99.2%가 요구됩니다. 평균 조건(97.8% 제거율)을 기준으로 설계하고 시스템 규모를 조정하면 모든 최대 SO₂ 농도 발생 시 규정 준수 기준을 초과하게 됩니다. 따라서 FGD는 최대 농도 12,000 mg/Nm³ 조건에서 99.2%의 제거 효율을 달성하도록 설계해야 하며, 이는 L/G=30 규격 및 4중 분무층 설계의 근거가 됩니다. 평균 조건(배출구 SO₂ 농도가 100 mg/Nm³보다 훨씬 낮은 조건)에서의 규정 준수 여유는 최대 농도에 맞춰 시스템을 적절히 설계했을 때 자연스럽게 확보되는 결과입니다. - 3
온라인 모니터링 기반의 동적 분무층 제어는 가변적인 SO₂ 부하를 운영상의 문제점에서 운영상의 이점으로 전환합니다. 온라인 SO₂ 모니터링 기반의 분무층 활성화 제어 시스템은 10:1의 SO₂ 변동성을 시스템 스트레스 요인에서 에너지 및 시약 최적화 기회로 전환합니다. SO₂ 농도가 낮은 기간에는 1~2개의 분무층만으로도 충분하며, SO₂ 농도가 높은 기간에는 4개의 분무층 모두를 활성화합니다. 이러한 동적 관리는 SO₂ 농도가 낮은 기간 동안 펌프 전력 소비량과 석회석 슬러리 순환량을 4개 분무층을 항상 가동하는 경우보다 50~75% 감소시켜 모든 SO₂ 조건에서 규정을 완벽하게 준수하면서 연간 운영 비용을 크게 절감합니다. - 4
고농도 SO₂를 함유하는 탄산리튬 탈황 공정에서 시간당 1,488kg의 석고가 생산되므로, 단순한 폐기 계획이 아닌 적극적인 석고 마케팅 전략이 필요합니다. 최대 생산 속도로 가동할 경우, 이 탈황 설비는 24시간 동안 약 35.7톤의 석고를 생성합니다. 이는 상업적으로 상당한 양이므로, 석고 처리를 사후 고려 사항으로 여기기보다는 가동 전에 건설용 석고 처리 시설과 공급 계약을 체결하는 것이 타당합니다. 석고 품질(염화물 함량, 수분 함량, 중금속 함량)이 건설 자재 재사용 기준을 충족할 경우, 석고 판매 수익으로 시간당 718kg의 석회석 시약 비용을 상당 부분 상쇄할 수 있습니다.
08 — 자주 묻는 질문
전력 배터리용 탄산리튬 회전로 배기가스 처리: 10가지 질문에 대한 답변
EU 산업안전보건법(IED)/네덜란드 활동지시(Dutch Activities Decree) 요건에 따라 SCR 탈질 및 고농도 SO₂ 배출 FGD 설비 개선을 계획 중인 전력 배터리 소재 생산 시설의 환경 허가 관리자, 공정 엔지니어 및 지속가능성 팀의 질문입니다.
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SNCR+SCR 탈질 및 고농도 SO₂ 석회석-석고 FGD를 이용한 탄산리튬 회전로까지 산업용 VOC 저감을 위한 재생 열산화 시스템저희 엔지니어링 팀은 가장 까다로운 신에너지 배터리 소재 배출 제어 요건을 충족하는 EU IED(지능형 전자 장치) 규정 준수 솔루션을 제공합니다.
