VCU와 RTO 비교

폐가스 소각설비 비교

Flare stack	비상시 공정내 유독 및 가연성 가스를 소각하는 설비
RTO	저농도 VOC (탄화수소 함량이 0.5%미만)와 악취물질을 모아서 소각하는 설비
RCO	VOC와 악취물질을 직화 소각이 아닌 촉매에 의해 발생되는 반응열을 이용하여 소각하는 설비
VCU	화염에 직접 소각시키는 설비로서, 탄화수소 함량이 10%미만의 고농도 VOC​를 소각하는 설비

 

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VCU

 

 

유증기 소각 설비인 VCU (Vapor Combustion Unit)는 TCS (Thermal Combustor System)이라고도 하며, 저장탱크나 출하설비 혹은 공정에서 배출되는 고농도 가스를 역화방지 버너 (Anti flash back burner)를 이용하여 안전하고 효율적으로 소각 처리하는 설비이며, 폭발성 가스를 포함한 고농도부터 저농도까지의 넓은 농도 범위의 가스를 경제적이고 안정적으로 처리한다. 유입가스가 3% 이상의 농도일 경우 안정적인 화염이 형성된다.

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구조가 간단하며 95% 이상의 효율이 가능하고, 버너는 높은 turn down을 가지고 있어서 유량 변동시에도 안정적으로 처리가 가능하다.

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VCU는 loading terminal이나 tank 주변 batch공정에 주로 사용되며, 몇 분내에 운전온도까지 올릴 수 있다. Thermal oxidizer에 비해 연소공기나 보조연료 control은 매우 기초적인 수준이다. Feed gas내 산소가 포함되므로 anti flash back tip을 설계에 반영한다.

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Feed gas는 연소실내에 도달될 때까지는 산소가 거의 없으며, 연소실에서 연소될 때 공기와 혼합하면서 연소가 진행된다.

 

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Thermal oxidizer는 흐름이 갑자기 변경되지 않는 연속 공정에 적용하며, 운전온도까지 올리는데 몇시간 정도 소요된다. 매우 정밀한 control system을 통해 연소공기, 폐가스, 보조연료의 유량을 제어한다. NFPA86의 safety standard를 따르고 VOC 분해 효율을 유지하기 위해 운전온도 및 체류시간을 control한다.

 

 

RTO는 정상운전중 일정하게 배출되어 나가는 Vent Gas를 연속적으로 소각시켜 주는 장치인 반면, Flare Stack은 주로 비정상 상태에서 갑작스레 배출되는 Vent Gas를 소각시켜주는 장치이다.

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전자는 대체로 소각대상 물질의 농도가 묽거나 촉매성분이 필요한 경우와 소각후 후처리가 필요한 경우 그리고 부하가 대체로 작은 상태에서 Steady State를 유지하면서 비교적 안정적으로 운전되는 경우에 사용되고, 후자 (flare stack)는 농도가 진하고, 소각부하 변동폭이 크며, 후처리가 불가하고 후처리가 필요하지 않은 경우에 Unsteady State 상태로 운전되는 경우에 적용한다.

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RTO에서 처리대상 성분의 함량이 낮은 경우 연소반응에 의해 RTO Cell를 충분하게 가열하지 못하는 경우에는 온도유지를 위하여 보조연료가 공급되어 RTO의 온도를 유지하도록 하고, Flare Stack에서는 저부하 상태에서도 항상 불꽃이 살아있도록 하기 위하여 Pilot Gas가 사용되며, 고비점 물질이 다량 배출될 경우 그을음 방지와 완전연소를 위하여 Dilution Steam이 공급될 수 있도록 한다. (smokeless steam)

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VOC와 BTEX vapor는 환경적 문제가 대두되어 대기 배출 규제가 점점 강화되고 있다. 고압 배출에서는 open flaring을 적용하고, 저압의 경우 VCU나 thermal oxidizer를 적용하며, 마지막으로 환경 규제 때문에 다른 방법을 적용할 수 없는 경우 vapor recovery를 적용한다.

 

 

VCU는 flare처럼 stack이 있지만 base에는 가스와 공기의 inlet 그리고 버너, pilot가 있다. Flare와 달리 flame이 stack top이 아니라 bottom에 있고 fully enclosed되어 있다.

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VOC가스를 분해시키기 위해 온도, 난류 그리고 체류시간이 중요하다. VCU는 natural draft로 운전이 되므로 fuel을 연소하면서 발생되는 열로 인해 bottom으로 공기를 끌어당긴다. 온도는 1100F 이상 증가하고 incoming vapor는 turbulent air에 의해 heated stack으로 딸려가 점화되면서 분해된다.

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공기가 air arrestor를 통해 도입되면서 flame이 bottom밖으로 나가지 못하게 한다. 고온의 연소가스로 인해 stack은 내부 insulation되어 있다.

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하지만 고압일 경우 enclosed상태라서 flame이 너무 강해져 내부 단열이나 stack에 손상을 줄 수 있다. 직경이 큰 VCU stack인 경우 이러한 문제는 없지만 turn down rate에 제한이 있다. 더 많은 fuel 공급이 없다면 온도 유지가 어렵게 된다.

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최근에는 VCU와 flare를 combine하여 VCU의 excess를 flare로 switching하는 새로운 개념을 시도하고 있다. Thermal oxidizer는 flame의 강도를 위해 모터 구동 blower를 이용하며 stack은 높지 않고 lining이 없다.

 

 

Vapor recovery가 현실적으로 불가할 때, vapor는 flaring이나 VCU 혹은 thermal oxidizer를 통해 분해시킬 수 있다. 간단한 형태의 enclosed combustion인 VCU는 저장탱크나 loading시 나오는 vapor를 안전하고 경제적인 방법으로 처리하며 vapor mixture는 LEL범위에 있을 수도 있다. 주로 loading terminal, tank area주변에 설치되며 버너는 SS 재질이고 ceramic fiber lined stack을 적용하며, 필요시 smokeless operation을 위해 air assisted blower를 고려하고, 전단에 KO drum을 설치할 수 있다.

 

 

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