탄산리튬 제련 시 자기 플룸 저감: 극한의 부식성, 높은 습도 및 영하의 주변 환경 조건 극복

사례 연구 · 산업 배출 제어

전 세계 전기차 배터리 공급망에 서비스를 제공하는 난징의 탄산리튬 제련소가 그래핀 복합재로 제작된 자기 플룸 저감 장치를 사용하여 시간당 5만 Nm³의 소성로 배출가스(pH≈2의 응축수 및 극심한 입자 부착 문제 포함)를 처리함으로써 가시적인 흰색 연기를 완전히 제거하고 GB 31573−2015 규격을 완벽하게 준수한 방법을 소개합니다.

백연 제거
탄산리튬 소성로 배기가스 처리
자석식 연기 정화
비열적 연기 억제
전기차 배터리 소재의 가스 방출 저감

46,500
Nm³/h
정격 연도 가스량
≥97%
정화율
혼합 오염물질 제거
50→10
mg/Nm³
유입구에서 유출구까지의 오염물질 밀도
57kW
작동 전력
최대 부하 시스템 작동

01 — 산업 배경

탄산리튬 제련과 백색 연기 배출 규제 준수에 대한 압력 증가

탄산리튬은 전자 정보 산업 공급망의 핵심 소재이자 철강 및 배터리 산업의 필수 투입재입니다. 흔히 "산업의 필수 요소"로 불리는 탄산리튬은 화학 공정, 군사 장비, 경량 엔지니어링, 세라믹 및 특수 유리 분야에도 널리 사용됩니다. 세계 탄산리튬 시장은 꾸준히 성장해 왔습니다. 업계 조사 자료에 따르면, 2020년부터 2022년까지 전 세계 매출은 매년 증가하여 2022년에는 28억 달러에 달했으며, 2029년까지 연평균 복합 성장률 2.51억 달러/년을 유지하여 33억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

산업용 탄산리튬 제련 공정은 회전로에서 스포듀멘 광석을 고온으로 소성한 후 산 침출 및 침전을 통해 변환하는 과정인데, 이 과정에서 발생하는 배기가스는 처리 조건이 매우 까다로운 복합적인 문제를 안고 있습니다. 즉, 다단계 처리 공정을 통해 이슬점 근처까지 냉각된 고온 배기가스, 강산성 응축수(pH≈2), 미세 먼지 및 결정질 염 잔류물을 포함한 점착성이 매우 높은 미립자, 그리고 오염물질 농도 감소 여부와 관계없이 눈에 보이는 흰색 연기 기둥을 형성하는 고습 환경 등이 그것입니다.

본 사례 연구 대상 시설은 장쑤성 난징시 친화이강 상류 지역에 위치해 있으며, 난징 순환도로와 상하이, 항저우, 쑤저우, 우시, 창저우, 전장, 우후, 만산 등 주요 도시로 연결되는 고속도로망을 갖추고 있습니다. 이 회사는 초대형 스포듀멘 광산을 운영하며, 채굴, 광석 가공, 탄산리튬 제련을 아우르는 통합 기업으로 발전시켰습니다. 주력 제품인 "홍허(Honghe)" 브랜드 탄산리튬은 난징시 정부로부터 "핵심 제품" 및 "품질 인증 제품"으로 지정되었으며, 국내 사용자들로부터 높은 평가를 받고 있습니다.

"탄산리튬 소성로 배출가스는 겉보기와는 다릅니다. 세정 후 오염물질 농도는 낮아 보이지만, pH가 약 2인 응축수, 점착성이 매우 높은 미세 입자, 그리고 높은 주변 습도가 결합되어 기존 흡수재로는 수개월 내에 처리할 수 없는 환경을 조성합니다. 따라서 재료 선택이 이러한 용도에서 결정적인 엔지니어링 요소입니다."

— 리튬 탄산염 제련 자기 플룸 저감 프로젝트 엔지니어링 기술 요약

리튬 탄산염 제련 회전로 배기 굴뚝에서 흰색 연기가 피어오르는 모습을 보여주는 자기 연기 저감 시스템이 가동 전 대기 모드에 있는 모습입니다.


02 — 오염 현황

연소 가스 특성 분석: 극심한 부식 및 점착 특성을 지닌 탄산리튬 회전로 배출 가스

소성로 배기가스 처리 시스템은 중력식 집진 챔버로 시작하여 폐열 보일러, 전기 집진기, 탈황 스크러버, 그리고 굴뚝으로 이어집니다. 이번 엔지니어링 개선을 통해 배기가스 냉각기와 자기식 연기 저감 장치라는 두 가지 새로운 장비가 도입되어 전반적인 정화 효율을 향상시키고 눈에 보이는 흰색 연기를 제거했습니다.

탈황 스크러버를 통과한 전처리된 배기가스는 배기가스 냉각기로 보내집니다. 냉각기에서는 응축 기술을 통해 가스 온도를 약 40°C까지 낮추어 수분 분자의 활성을 감소시키고, 자기 플룸 저감 장치로 유입될 수 있도록 준비합니다. 냉각된 가스는 자기장을 이용하여 잔류 미세 입자와 산성 미스트를 제거함으로써 백색 플룸 발생을 더욱 줄입니다. 최종적으로 정화된 가스는 기존 굴뚝을 통해 배출됩니다.

  • NOx: 초기 농도 50 mg/Nm³; 배출구 농도 제한은 GB 31573−2015에 따라 50 mg/Nm³입니다.
  • SO₂: 초기 농도 100 mg/Nm³; 출구 목표 농도 ≤30 mg/Nm³. 상류 습식 탈황 공정에서 해결됩니다.
  • 미세먼지(PM): 초기 농도 50 mg/Nm³; 배출 목표 농도 ≤10 mg/Nm³. 미세한 리튬 함유 분진과 결정질 염 잔류물은 점착성이 매우 높아 기존 흡수 매체에 특히 문제가 됩니다.
  • 일산화탄소(CO): 소성로 탄소 환원 화학 반응에서 발생하는 물질이며, 안전성 확보를 위해 상류에서 모니터링됩니다. 스크러버 후단 단계에서는 주요 규제 오염 물질이 아닙니다.
  • 강산성 응축액(pH≈2): 탄산리튬 소성로 배출 가스의 응축수에는 pH≈2의 용해된 산이 포함되어 있습니다. 이는 모든 하류 장비의 주요 부식 원인이며, 따라서 표준 금속 또는 섬유질 흡수재보다 그래핀 복합 흡수재를 사용해야 합니다.
  • 결정형 소금 및 미세 먼지 부착성: 탄산리튬 제련 과정에서는 이슬점 이하의 온도에서 점착성이 매우 강한 미세한 결정질 염 잔류물이 생성됩니다. 이러한 침전물은 흡수기 표면과 역세척 노즐에 빠르게 축적되므로, 표준 산업 규격보다 훨씬 높은 압력과 여과 설계가 필요합니다.
  • 주변 습도가 높음(MPA 입구 습도: 50%): 스크러버/후냉각기 후 가스는 약 40°C의 온도와 50%의 유입 습도로 MPA 장치에 유입되며, 능동적인 에어로졸 제거 없이 모든 주변 조건에서 눈에 보이는 흰색 연기를 생성합니다.
매개변수 초기 농도 콘센트(디자인) 규제 한도
NOx 50mg/Nm³ ≤50 mg/Nm³ 50mg/Nm³
SO₂ 100mg/Nm³ ≤30 mg/Nm³ 30mg/Nm³
미세먼지(PM) 50mg/Nm³ ≤10 mg/Nm³ 10mg/Nm³
혼합 유입 오염물질 밀도(MPA 단위 유입구) 50mg/Nm³ ≤10 mg/Nm³ 10mg/Nm³
눈에 띄는 흰색 깃털 현재 (지속적) 없음 (보이지 않음) 눈에 띄는 흰 연기는 없음
연도 가스 배출량(정격) 46,500 Nm³/h
연소 가스 온도(가마 출구) 50°C
입구 온도 (MPA 장치, 후냉각기) 약 40°C
유입 습도(MPA 단위) 50%
응축수 pH ≈2 (강산성)

03 — 엔지니어링 요구사항

탄산리튬 제련 공정에서 발생하는 자성 플룸 저감을 위한 설계 기준

부식 방지 기술을 선정하기 전에 엔지니어링 팀은 이 탄산리튬 제련 공정의 특정 부식, 접착, 습도 및 기후 조건을 반영하여 다음과 같은 구속력 있는 설계 요구 사항을 수립했습니다.

🎯

상업적으로 검증된 기술

현장 검증을 거쳐 상업적으로 성숙한 기술만 허용됩니다. 모든 장비 및 부대 자재는 해당 국가의 제조 표준을 충족해야 합니다. 해당 시스템은 검증된 기술을 사용하여 기존 기준 정화 성능 대비 30%~50%의 개선 효과를 입증해야 합니다.

⚙️

넓은 하중 허용 오차

이 시스템은 정격 설계 용량의 10%에서 110% 사이에서 배기가스량이 변동할 때 정화 성능과 연기 억제 기능을 유지해야 하며, 생산 기간 동안 가마 가동 주기 및 공급 원료 품질 변화로 인한 부하 변화를 수용해야 합니다.

🛡️

pH≈2 부식 저항성

강산성 응축수와 접촉하는 모든 부품은 pH≈2의 산성 환경에서 연속 사용에 적합한 재질로 제작되거나 코팅되어야 합니다. 그래핀 복합 흡수층은 필요한 내산성과 축적된 접착제 침전물을 주기적으로 온수로 제거하는 데 필요한 열 안정성을 모두 제공합니다.

2차 오염 제로

본 처리 과정에서 새로운 폐수, 사용 후 화학 시약 또는 유해 고형 폐기물이 발생해서는 안 됩니다. 시스템에 필요한 원자재는 안정적이고 신뢰할 수 있는 국내 공급망을 확보해야 합니다. 모든 주요 장비는 국가 인증을 받은 품질 제조업체에서 조달해야 합니다.

💡

에너지 효율

장비 선정 시 초기 투자 비용과 운영 비용을 모두 최소화해야 합니다. 설계에는 투자 및 운영 비용을 줄이기 위한 에너지 절약 기술과 장치를 통합하여, 필요한 정화 처리량 대비 가능한 가장 낮은 단위 에너지 소비량을 목표로 해야 합니다.

🔊

소음 규정 준수

모든 회전 장비는 1m 거리에서 85dB(A)를 초과해서는 안 되며, GB 12348-2008 Class II 산업 소음 기준을 충족해야 합니다. 장비 배치는 기존 처리 설비 설치 공간 내의 기존 부지 제약 조건 및 가용 공간을 고려해야 합니다.

🔄

모듈형이며 미래 지향적입니다.

모듈식 설계는 핵심 시스템 교체 없이 3~5년 동안 강화되는 규제에 대응할 수 있어야 합니다. 또한 첨단 기술은 잔류 가스 오염물질의 동시 배출 문제를 동시에 해결하여 향후 허가 개정 시 초저배출 등급을 획득할 수 있도록 해야 합니다.

주변 기후 적응

해양압력발전소(MPA) 장치 설계는 난징 지역의 영하의 겨울철 기온을 포함하여 현지 주변 온도 및 습도 조건을 완벽하게 고려해야 합니다. 장비, 계측기 및 응축수 처리 시스템은 추운 날씨 작동 중 동파로 인한 손상을 방지해야 합니다.


04 — 치료 솔루션

탄산리튬 소성로 배출가스에 대한 자기 플룸 저감 시스템 구성 방법

자기 플룸 저감(MPA) — 다른 말로는 자석식 연기 정화, 건조상 산성 미스트 포집, 비열식 백연 제거, 또는 자기장 배기가스 정화 — 미세먼지, 산성 미스트 에어로졸, 포화 수증기라는 세 가지 물리적 원인을 동시에 제거하여 눈에 보이는 흰색 연기를 없애줍니다. BLEMG-1KS 자기 에너지 발생기는 제어된 자기장 기울기를 생성하여 상자성 분자와 하전된 에어로졸 입자가 그래핀 복합 흡수층 쪽으로 이동하게 함으로써, 배출되는 가스 흐름에서 눈에 보이는 연기를 발생시키는 에어로졸 성분을 제거합니다.

이번 엔지니어링 업그레이드를 통해 기존 처리 공정에 두 가지 새로운 단계가 추가되었습니다. 하나는 탈황 스크러버와 MPA 장치 사이에 위치한 배기가스 냉각기이고, 다른 하나는 MPA 장치 자체입니다. 냉각기는 응축 기술을 사용하여 가스 온도를 약 50°C에서 40°C로 낮추어 수분 분자의 운동 에너지를 감소시키고, MPA 장치의 미세 에어로졸 포집 효율을 향상시킵니다. 업그레이드된 전체 공정 흐름도는 다음과 같습니다.

개선된 공정 흐름: 회전식 소성로에서 클린 스택까지

로터리
가마
중력
먼지 챔버
폐열
보일러 + ESP
습식 FGD
가스 세정기
연도 가스
쿨러 ★
MPA 부서 ⭐
(BLCNXB-5W)
깨끗한
스택

★ 이번 업데이트에 새로운 장비가 추가되었습니다 ⭐ 이번 업데이트에 새로운 장비가 추가되었습니다

리튬 탄산염 제련 회전로 배기가스 처리를 위한 자기 플룸 저감 개선 공정 흐름도. 기존 처리 공정에 새로운 연도 가스 냉각기 및 MPA 정제 단계가 통합된 것을 보여줍니다.

시스템 구성 및 주요 기술 매개변수

본 프로젝트에 지정된 MPA 장치는 다음을 사용합니다. 타워 외부, 하단 흡입/상단 배출 이 구성은 기존 탈황탑 옆에 독립형 모듈로 설치됩니다. 6.1×4.2×13.5m의 컴팩트한 크기는 기존 처리 설비 범위 내의 제한된 부지에 매우 적합합니다.

매개변수 사양
단위 모델 BLCNXB-5W
레이아웃 유형 타워 외부에 설치되는 독립형 모듈
공기 흐름 방향 하단 흡입, 상단 배출
정화 효율 ≥97%
유입 혼합 오염물질 농도 50mg/Nm³
배출구 혼합 오염물질 농도 ≤10 mg/Nm³
시스템 저항 250 Pa
처리된 연도 가스량 50,000 Nm³/h
유입 연도 가스 온도 (MPA 단위) 약 40°C (냉각기 후)
흡수층 재료 그래핀 복합체
장비 크기 (길이×너비×높이) 6.1m × 4.2m × 13.5m
자기 에너지 발전기 모델 BLEMG-1KS
작동 전력 57kW
연간 운영일수 1년에 330일
연간 전기 요금 연간 약 207,700위안

리튬 탄산염 제련 시설용 자기 플룸 저감 장치 BLCNXB-5W 설치의 3D 그래픽 디자인 렌더링으로, 타워 외부 모듈 구성 및 평면도 레이아웃을 보여줍니다.


05 — 핵심 장점

탄산리튬 소성로 배출가스 저감에 있어 자성 플룸 저감이 다른 대안보다 우수한 이유는 무엇일까요?


  • 그래핀 복합 흡수체는 모든 대안이 실패하는 pH≈2 환경에서도 생존합니다. 일반적인 섬유질 흡수 패드, 폴리머 메쉬 및 탄소강 부품은 탄산리튬 소성로 배출 가스에서 발생하는 pH≈2의 응축수와 지속적으로 접촉할 경우 빠르게 손상됩니다. 반면, 그래핀 복합층은 지속적인 산성 응축수 노출에도 구조적 안정성과 흡수 효율을 유지합니다. 또한 열 안정성이 뛰어나 주기적인 온수 재생 세척을 통해 축적된 접착성 결정질 염 침전물을 제거하고, 흡수 매체를 교체하지 않고도 성능을 복원할 수 있습니다.

  • 연도 가스 냉각기 통합으로 MPA 포집 효율 최적화: 이 프로젝트는 탈황 스크러버와 MPA 장치 사이에 연도 가스 냉각기를 설치하여 MPA 진입 전 가스 온도를 50°C에서 40°C로 낮췄습니다. 이러한 예냉 과정을 통해 수증기 분자와 미세 에어로졸 입자의 운동 에너지를 감소시켜 핵심 자기 정화 메커니즘을 변경하지 않고도 MPA 흡수층의 포집 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예냉은 스크러버 후 가스 온도가 45°C 이상인 설비에 적용 가능한 개조 조치입니다.

  • 6.1×4.2×13.5m의 컴팩트한 크기로 기존의 제한된 처리 시설 내에 설치 가능: BLCNXB-5W 모듈은 약 25.6m²의 면적을 차지하는데, 이는 표준 주차 공간 한 줄보다 작은 크기이므로 기존 탄산리튬 제련 시설에서 흔히 볼 수 있는 공간이 제한된 장비 통로에도 설치할 수 있습니다. 새로운 기초 공사나 기존 처리 설비의 구조적 변경은 필요하지 않습니다.

  • 낮은 비에너지 소비량 — 50,000 Nm³/h에 57 kW: BLCNXB-5W는 최대 정격 처리량에서 57kW의 전력을 소비하며, Nm³/h당 1.14W의 에너지 소비량을 기록합니다. 이는 습식 재가열 연기 억제 시스템의 일반적인 3~5W/Nm³/h보다 훨씬 낮은 수치입니다. 연간 330일 가동 기준, kWh당 0.46위안의 전기 요금을 적용하면 연간 전기 비용은 약 207,700위안으로, 제공되는 규제 준수 효과 대비 매우 경쟁력 있는 운영 비용입니다.

  • 2차 오염 제로 — 건식 공정으로 폐수 및 시약 비용 절감: MPA 공정은 가스 흐름에 액체 시약을 첨가하지 않으며 폐수를 지속적으로 배출하지 않습니다. 이미 여러 산성 및 알칼리성 공정 흐름을 관리하는 시설에서 배출 제어 개선을 통해 새로운 폐수 유형을 제거함으로써 현장의 환경 관리 시스템과 폐수 배출 허가 의무가 크게 간소화됩니다.

  • 최초 시운전 성공으로 기술의 신뢰성이 입증되었습니다: MPA 장치는 최초 시운전에서 완벽한 성공을 거두었으며, 모든 운영 데이터와 연기 제거 성능이 가동 초기부터 설계 목표를 충족했습니다. 이러한 결과는 화학 및 제련 분야의 여러 MPA 설치 사례에서 일관되게 나타나는 것으로, 특정 프로젝트에만 국한된 결과가 아니라 기반 기술의 성숙도와 현장 검증을 통해 입증된 신뢰성을 반영합니다.

기술 비교: 탄산리튬 제련을 위한 MPA와 기존 방식 비교

표준 자기 플룸 저감 알칼리 습식 스크럽 GGH 가스 재가열
흰 깃털 제거 완료됨 (보이지 않는 스택) 아니요 (안개가 계속됩니다) 부분적(온도 의존적)
pH≈2 내산성 고함량(그래핀 복합체) 보통의 낮음 (HX 부식 위험)
2차 폐수 없음 고용량 없음
정화 효율 ≥97% ≈80–85% 해당 없음 (제거 안 함)
시약 비용 전진
추운 날씨 적응력 예 (설계 통합) 위험 (동결) 예 (건식 시스템)
장비 설치 공간 소형 (25.6m²) 대형 (펌프장, 저수조) 중간

06 - 운영 결과

최초 시운전 성공 및 검증된 성능 데이터

자기식 연기 저감 장치가 최초 시운전을 성공적으로 완료했습니다. 모든 작동 데이터와 연기 제거 성능은 초기 가동부터 설계 목표를 충족했습니다. 시운전 전후 현장 사진을 통해 확연한 변화를 확인할 수 있습니다. 시스템이 대기 상태일 때는 가마 굴뚝 위로 짙은 흰색 연기가 보였지만, 동일한 생산 조건에서 시스템이 완전히 가동된 후에는 굴뚝에서 나오는 연기가 거의 보이지 않습니다.

≤10
mg/Nm³
배출구 혼합 오염물질 밀도
57kW
작동 전력
전체 시스템 부하
20.77
연간 10,000위안
연간 전기 요금
330
일/년
연간 운영일수

리튬 탄산염 제련 시설에서 자기 연기 저감 시스템이 완벽하게 가동되어 시스템 작동 후 굴뚝에서 나오는 배기가스가 완전히 사라지고 흰색 연기가 전혀 보이지 않습니다.


07 — 구현 시 주의 사항

탄산리튬 제련 배출가스 활용을 위한 핵심 엔지니어링 고려사항

  • ⚠️
    부식성이 매우 강한 응축수(pH≈2)의 경우 시스템 전체에 걸쳐 부식 방지 사양이 필요합니다. pH가 약 2인 탄산리튬 소성로 배출가스 응축수는 미량 오염물질이 아니라 MPA 장치 및 모든 하류 응축수 처리 공정에서 주요 액상 물질입니다. 이 응축수와 접촉할 수 있는 모든 부품(배관, 용기 벽, 펌프 케이싱, 센서 하우징, 구조 지지대)은 pH 2에서 연속 사용에 적합하도록 설계되어야 합니다. 조달 비용 절감을 위해 자재 사양을 낮추는 것은 이 분야에서 장비 조기 고장의 가장 흔한 원인입니다. 또한, 사양 미달 자재를 사용하면 시스템 성능 보증이 무효화됩니다.
  • ⚠️
    결정형 소금과 미세 분진의 부착을 줄이려면 역세척 압력과 유량을 늘려야 합니다. 탄산리튬 제련 과정에서 발생하는 결정질 염 잔류물은 산업 배기가스 처리에서 발견되는 가장 점착성이 강한 미세 입자 중 하나입니다. 이러한 잔류물을 처리하는 역세척 시스템은 동일한 부하량의 비점착성 분진 처리 시스템보다 훨씬 높은 양정 및 유량으로 설계해야 합니다. 따라서 상세 설계 단계에서 특정 폐기물의 점착 특성을 정량화하고, 일반적인 점착성 분진 계수를 적용하는 대신 그에 맞춰 역세척 시스템의 용량을 결정해야 합니다.
  • ⚠️
    설계 단계에서 현지 주변 온도 및 습도 매개변수를 고려해야 합니다. 난징의 기후는 겨울철에 영하의 기온을 기록합니다. 해양발전소(MPA) 설계 시 가장 추운 운전 시나리오를 고려하지 않고 평균 주변 환경 조건만을 기준으로 할 경우, 응축수 처리 배관, 집수조 가열, 계측기 보호 설비가 겨울철 운항에 필요한 사양보다 부족하게 설계될 수 있습니다. 노출된 옥외 배관에는 모두 추적 가열 장치를 설치하고, 저온 온도 조절 장치가 있는 열선식 집수조를 설치하며, 계측기 외함을 동결 방지형으로 설계해야 합니다. 이러한 설비들은 추운 기후의 해양발전소 설치에 일반적으로 추가되는 사항이며, 초기 투자 비용은 다소 증가하지만 예기치 않은 가동 중단 사태를 예방하는 데 효과적입니다.
  • ⚠️
    연도 가스 냉각기의 성능은 최소 주변 온도에서 검증되어야 합니다. 탈황 스크러버와 MPA 장치 사이에 설치된 새로운 연도 가스 냉각기는 가스 흐름과 주변 공기 사이의 온도 차이를 이용하여 가스 온도를 50°C에서 40°C로 낮춥니다. 매우 추운 겨울철에는 냉각기가 여름철보다 더 높은 온도 감소 효과를 나타내어 냉각기 내부에서 가스 온도가 이슬점 이하로 떨어질 수 있으며, 이로 인해 냉각기 본체 내부의 응축수 처리 문제가 발생할 수 있습니다. 연중 전체 온도 범위에 걸쳐 냉각기 성능을 검증하고, 냉각기 집수조와 배수구가 최대 응축수 발생량을 처리할 수 있는 충분한 용량을 확보해야 합니다.
  • ⚠️
    CEMS 위치는 개조 후 인수 검사 전에 반드시 확인해야 합니다. 탈황 스크러버 배출구와 주 굴뚝 사이에 연도 가스 냉각기 및 MPA 장치를 추가하면 모니터링 목적상 실제 배출 지점의 위치가 변경됩니다. 인수 검사를 제출하기 전에 관할 환경청에 CEMS 설치 위치가 MPA 장치 배출구(이제 굴뚝 바닥)로 정확하게 재지정되었는지, 그리고 모든 모니터링 포트 치수, 접근 플랫폼 및 등속 샘플링 위치가 해당 모니터링 기술 표준을 준수하는지 확인하십시오.
  • ⚠️
    흡수기 퍼지 시기는 계절별 점착률과 가마 유지보수 기간을 모두 고려하여 정해야 합니다. 결정질 염의 부착 속도는 연중 일정하지 않습니다. 여름철 높은 주변 습도와 가을철 낮은 가스 온도 차이는 흡수층에 침전물이 쌓이는 속도를 변화시킵니다. 일반적인 간격을 적용하기보다는 특정 현장의 첫 해 운영 데이터를 기반으로 퍼지 일정을 수립하고, 생산에 미치는 영향을 최소화하기 위해 계획된 가마 유지 보수 가동 중단 기간에 맞춰 퍼지 기간을 조정하십시오.

08 — 공학적 핵심 사항

이 탄산리튬 제련 프로젝트에서 얻을 수 있는 네 가지 교훈

  • 1
    MPA 장치 상류에 연도 가스 냉각기를 설치하는 것은 저비용으로 효율을 크게 향상시킬 수 있는 방법입니다. 탈황 스크러버 출구와 MPA 입구 사이에 연도 가스 냉각기를 추가 설치하기로 한 결정은 약간의 추가 자본 투자를 필요로 했지만, 가스 온도와 수분 분자의 운동 에너지를 낮춰 자기장 영역에 들어가기 전에 미세 에어로졸을 포집하는 MPA 장치의 성능을 크게 향상시켰습니다. 이러한 2단계 방식(냉각기 설치 후 MPA 설치)은 스크러버 후 가스 온도가 45°C를 초과하는 모든 응용 분야에 권장되는 구성입니다. 또한 냉각기 내부에 자연적으로 응축수가 모이는 지점이 생겨 별도로 관리할 수 있으므로 MPA 흡수층에 가해지는 액체 부하를 줄일 수 있습니다.
  • 2
    pH≈2 환경에서의 사용에 대한 재료 사양은 협상 불가하며 대체 불가능합니다. 본 프로젝트의 경험 요약에서는 pH≈2의 응축수 부식성이 주요 재료 문제로 명시적으로 지적되었습니다. 조달 및 프로젝트 관리팀이 얻어야 할 교훈은 산성 환경에서의 내식성 재료 사양은 비용 절감의 목표가 아니라 성능 확보의 필수 조건이라는 점입니다. 초기 비용 절감을 위해 내식성이 떨어지는 재료를 사용하는 시설은 일반적으로 12~18개월 이내에 부식으로 인한 고장이 발생하며, 이때 복구 비용이 초기 절감액을 훨씬 초과하게 됩니다.
  • 3
    추운 기후 지역의 해양보호구역(MPA) 시설에는 별도의 겨울철 운영 프로토콜이 필요합니다. 많은 해양보호시설(MPA) 프로젝트는 온화한 계절에 설계, 시운전 및 초기 운영됩니다. 그러나 첫 겨울이 되면 응축수 처리 시스템에 저온 보호 장치(추적 가열, 동파 방지 계측기, 가열식 집수조)가 없는 시설은 동결로 인한 예기치 않은 가동 중단 사태를 겪게 됩니다. 설계 단계에서 저온 보호 장치를 추가하는 데 드는 추가 비용은 가마 생산에 차질이 생길 수 있는 겨울철 긴급 복구 비용에 비하면 극히 일부에 불과합니다.
  • 4
    역세척 시스템 크기 산정 전 접착 특성 분석을 통해 시운전 후 가장 흔히 발생하는 성능 저하 문제를 예방할 수 있습니다. 탄산리튬 소성로 배출가스에서 발생하는 결정질 염의 부착력은 다른 산업 분야의 역세척 시스템 설계 시 고려되는 석탄재나 산업 분진의 부착력보다 훨씬 강력합니다. 특정 용도에 맞는 부착력 데이터 없이 일반적인 크기 배율을 사용하면 일반적으로 용량이 부족한 역세척 시스템이 제작되어 2~3개월 내에 효율이 떨어집니다. 역세척 펌프 및 노즐 사양을 최종 확정하기 전에 대표적인 응축수 샘플에 대한 벤치 규모 부착력 테스트를 실시하십시오.

09 — 자주 묻는 질문

탄산리튬 제련소의 자기 플룸 저감: 10가지 질문에 대한 답변

리튬 탄산염 및 배터리 소재 분야의 환경 규제 준수 엔지니어, 공장 관리자 및 기술 구매팀의 질문입니다.

Q1. MPA는 탄산리튬 소성로 배출가스에 특유한 점착성이 매우 높은 결정질 염 입자를 어떻게 처리합니까?
그래핀 복합 흡수층은 열적으로 안정하며 작동 온도에서 결정질 염이나 미세 분진 침전물과 영구적으로 결합하지 않습니다. 축적된 침전물은 계획된 유지 보수 가동 중단 시 고온수 퍼징을 통해 제거되어 흡수층의 효율이 거의 원래 수준으로 복원됩니다. 이 용도의 역세척 재순환 시스템은 일반적인 저점착성 분진 적용 분야보다 높은 펌프 양정 및 유량으로 설계되었는데, 이는 탄산리튬 소성로 미립자의 특징적인 강력한 점착 특성을 반영한 것입니다. 역세척 재순환 라인에 설치된 인라인 바스켓 스트레이너는 제거된 침전물이 스프레이 노즐 구멍에 다시 침착되는 것을 방지합니다.
Q2. 이 설비에서 탈황 스크러버와 MPA 장치 사이에 연도 가스 냉각기를 설치하는 이유는 무엇입니까?
탄산리튬 소성로 배출가스는 탈황 스크러버를 통과할 때 약 50°C의 온도를 나타내는데, 이는 일반적인 MPA 설비의 유입 온도인 35~40°C보다 높습니다. 50°C에서는 수증기 분자의 운동 에너지가 높아지고 미세 에어로졸 입자의 크기가 작아지는데, 이 두 가지 요인 모두 MPA 자기장의 포집 효율을 저하시킵니다. 연도 가스 냉각기는 응축 기술을 사용하여 MPA 유입 전 가스 온도를 약 40°C까지 낮춤으로써 수분 분자의 활동성을 감소시키고 핵심 자기 정화 메커니즘을 변경하지 않고도 포집 효율을 향상시킵니다. 스크러버 후 가스 온도가 45°C를 초과하는 시설의 경우, MPA 장치 상류에 냉각기를 설치하는 것이 권장됩니다.
Q3. BLCNXB-5W 장비로 시간당 50,000 Nm³의 탄산리튬 소성로 배출가스를 처리할 경우 연간 운영 비용은 얼마입니까?
BLCNXB-5W는 57kW의 출력으로 작동합니다. 연간 330일 가동 시, kWh당 0.46위안의 전기료가 부과되며, 연간 전기료는 약 207,700위안(연간 약 20,770위안)입니다. 시약 비용은 발생하지 않습니다. 유지보수 비용은 주기적인 그래핀 복합 흡수층 점검 및 교체(먼지 및 염분 부하에 따라 24~36개월마다, 정기적인 퍼징 포함), 인라인 필터 엘리먼트 교체(매년), 응축수 시스템 펌프 및 씰 점검(반년마다)으로 구성됩니다. 시약 구매, 폐수 처리 및 슬러지 처리 비용을 포함하더라도 연간 총 운영비용은 동일 용량의 알칼리 습식 스크러빙 시스템보다 상당히 낮습니다.
Q4. MPA는 탄산리튬/무기화학 산업 분야에 적용되는 GB 31573-2015 규격을 준수합니까?
예. 상류 처리 공정(중력 집진실, 폐열 보일러, 전기 집진기, 습식 탈황 스크러버, 배기가스 냉각기)과 하류 MPA 정화 공정을 결합함으로써 무기화학 산업 분야에 적용되는 GB 31573-2015 규격의 모든 기준(NOx ≤50 mg/Nm³, SO₂ ≤30 mg/Nm³, 미세먼지 ≤10 mg/Nm³, 백색 연기 미발생)을 충족합니다. 최초 시운전 결과 모든 배출구 매개변수가 설계 목표를 동시에 충족했으며, 정상 운전 조건에서 배기가스가 완전히 보이지 않는 것으로 확인되었습니다.
Q5. 주변 온도가 영하로 떨어지는 장쑤성의 추운 겨울 동안 시스템은 어떻게 보호됩니까?
MPA 시스템의 저온 환경 보호에는 다음과 같은 사항이 포함됩니다. 실외에 노출되는 모든 응축수 배관에 전기 추적 가열 장치를 설치하고, 5°C 이하에서 작동하는 온도 조절식 섬프 히터를 설치하며, 실외에 설치되는 모든 트랜스미터 및 분석기에 동결 방지 계측기 외함을 설치하고, 응축수 집수조를 단열 처리합니다. 이러한 조치는 설계 단계에서부터 적용되며, 시운전 후 추가되는 사항이 아닙니다. 이러한 조치는 시스템 초기 투자 비용을 약간 증가시키지만, 저온 환경에서 예기치 않은 시스템 가동 중단을 방지합니다. 시스템 설계 사양에는 설치 지역의 주변 온도 및 습도 매개변수를 장비 크기 결정 전에 완전히 반영해야 한다고 명시적으로 규정되어 있습니다.
Q6. MPA 시스템은 새로운 폐수 또는 화학 폐기물을 발생시키나요?
MPA 공정은 연속 운전 시 완전히 건식으로 진행되며, 액체 시약이 투입되지 않고 폐수가 지속적으로 발생하지 않습니다. 유일한 2차 유출물은 다음과 같습니다. (1) 흡수층 재생 중에 주기적으로 발생하는 온수 퍼지 유출수. 이는 폐기 전에 실험실 분석을 통해 특성을 확인해야 합니다. (2) 연도 가스 냉각기 및 MPA 장치 집수조에서 발생하는 응축수. 이 응축수에는 용해된 산이 포함되어 있으며, 위험 등급에 따라 적절하게 관리해야 합니다. 이러한 유출물은 소량이며 간헐적으로 발생하거나 천천히 축적되는 유출물이므로 지속적인 배출이 아니며, 일반적으로 배출 제어 개선을 위해 새로운 폐수 배출 허가 범주가 필요하지 않습니다.
Q7. BLCNXB-5W 설치에는 얼마나 시간이 걸리며, 가마를 꺼야 합니까?
BLCNXB-5W 규모의 설비 설치는 일반적으로 현장 준비부터 시운전 준비까지 4~8주가 소요됩니다. 구조물 사전 제작, 배관 하위 조립 및 전기 패널 제작의 대부분은 토목 공사와 병행하여 현장 외부에서 완료됩니다. 기존 덕트 시스템에 기계적으로 연결하기 위해 필요한 실제 소성로 가동 중단 시간은 일반적으로 24~48시간이며, 계획된 소성로 유지보수 기간에 맞춰 조정할 수 있습니다. 구체적인 일정은 현장 접근성, 크레인 가용성 및 기존 처리 라인 연결 지점의 구성에 따라 달라집니다.
Q8. 시스템을 매일 운영하는 데 필요한 운영자 수는 몇 명입니까?
BLEMG-1KS 제어 시스템은 전담 상근 인력 없이 자동으로 작동합니다. 기존 배기가스 처리 설비 운영자는 MPA(매개변수 매개변수) 관리 업무를 기존 순회 점검 업무에 통합하여 수행할 수 있으며, 매개변수 검토 및 굴뚝 육안 검사에 교대 근무당 약 15~20분 정도만 추가하면 됩니다. 경보는 플랜트 DCS(분산 제어 시스템) 및/또는 운영자 모바일 장치로 전송되어 이상 상황 발생 시 신속하게 대응할 수 있습니다. 유지보수 작업(온수 흡수기 퍼지, 필터 엘리먼트 교체, 냉각기 섬프 검사)에는 부식 위험 방지용 개인 보호 장비를 착용한 2명의 유지보수 기술자 팀으로 충분합니다.
Q9. 탄산리튬 제련 시설의 MPA 배출구에 필요한 CEMS 채널은 무엇입니까?
MPA 장치 배출구는 공식적인 굴뚝 배출 모니터링 지점이 됩니다. GB 31573-2015에 따라 무기화학 산업 시설에 요구되는 연속 배출 모니터링 채널에는 미세먼지, SO₂, NOx, 산소 농도, 온도, 유량 및 수분 함량이 포함됩니다. 일부 지역 규제 기관에서는 특정 무기산, 중금속 또는 기타 산업별 매개변수에 대한 주기적인 수동 샘플링을 요구하기도 합니다. 연도 가스 냉각기 및 MPA 장치 개조 후, 관할 환경청에 CEMS 설치 위치가 올바르게 재지정되었는지, 모든 모니터링 접근 플랫폼 및 등속 샘플링 포트가 해당 모니터링 기술 표준을 준수하는지 확인한 후 인수 검사를 제출해야 합니다.
Q10. 리튬 탄산염 또는 배터리 소재 분야의 MPA 참조 설치 사례가 또 있습니까?
네. 자기 플룸 저감 기술은 여기에 소개된 난징 프로젝트 외에도 리튬 탄산염 제련소 및 더 넓은 범위의 배터리 소재 제조 시설에 적용되어 왔습니다. 자격을 갖춘 잠재 고객에게는 검증된 모니터링 기록과 독립적으로 수행된 굴뚝 샘플링 보고서를 포함하여 관련 배출 기준을 지속적으로 준수하고 있음을 입증하는 현장 방문을 제공해 드릴 수 있습니다. 아래 연락처 링크를 통해 참고 자료를 요청하거나 유사한 리튬 탄산염 또는 배터리 소재 산업 시설 현장 방문을 예약하십시오.

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본 사례 연구는 중국 장쑤성 난징에 위치한 탄산리튬 제련 시설에 적용된 자기 플룸 저감 기술의 실제 사례를 기반으로 합니다. 기술 매개변수는 검증된 엔지니어링 기록 및 프로젝트 문서를 바탕으로 작성되었습니다. 개별 프로젝트 결과는 현장별 운영 조건, 원료 구성 및 적용되는 규제에 따라 달라질 수 있습니다.