안녕하세요 오늘은 펄프 생산의 심장이라 할수도 있는 회수보일러에 관해 알아보도록 하겠스빈다. 회수 보일러는 크라프트 펄프 제조 공정에서 사용되는 핵심 장비로, 흑액에서 나트륨 화합물을 회수하여 재사용하고 흑액속 고분자인 리그닌을 태워 에너지와 스팀을 생산하는 획기적인 장비 입니다. 에너지 절약, 비용 절감, 환경 보호를 동시에 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 크라프트 회수 보일러의 원리, 구조, 장점, 그리고 적용 사례에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
회수 보일러
1. 회수 보일러의 원리
크래프트 회수 보일러는 크래프트 펄프 제조 과정에서 발생하는 ‘흑액’이라 불리는 폐액을 처리하여, 그 안에 포함된 화학 약품과 에너지를 회수하는 장비입니다.
흑액을 처리하기 위해 흑액을 농축하여 태워 열로 물을 데워 스팀을 생산하고 스팀으로 터빈을 돌려 전력을 생산하며 남은 스팀을 제지 공장과 펄프 공장의 건조와 공정수로 이용되기 합니다.
1) 흑액의 농축
흑액은 펄프 제조 공정에서 남은 폐액으로, 나트륨 화합물과 유기 물질이 포함되어 있습니다. 이 흑액을 농축기에서 농축하여 고농도의 용액으로 만듭니다.
왜 농축할까요?
대학생이 되면서 마시게 되는 술! 한번쯤은 불이 붙은 술을 보신적이 있으실 겁니다.
그런데 도수가 낮은 소주는 불이 붙지 않지만 도수가 높은 데킬라 위스키 등의 술은 불이 붙는 경우를 보신적이 있죠? 이와 동일하게 묽은 흑액은 태워 보일러 연료로 사용할 수 없지만 사진처럼 농축을 통해 끈적한 상태까지 만들어 불이 붙을 수 있게 만들어 주는 거죠!
1.2 연소와 에너지 회수
농축된 흑액은 보일러 내에서 연소됩니다. 이 과정에서 발생한 열 에너지는 물을 데워 증기 형태로 회수되는데요. 물은 100도가 끝이지만 증기가 되면서 열을 계속 흡수하고 온도도 점점 올라가게 됩니다. 만들어진 스팀이 건조에 이용되기 전 터빈을 돌려 전력을 생산하고 주로 고압과 저압으로 나뉘어 만들어지게 됩니다. 스팀은 공정에서 사용된 후 다시 응축되어 보일러로 회수되고 재사용됩니다.
1.3 화학 약품의 재생
연소 후 남은 고체 찌꺼기는 ‘스맥(SMAC)’이라 불리며 보통 스멜트라고 합니다., 이는 주로 나트륨 화합물로 구성됩니다. 스맥은 이후 화학적으로 처리되어, 다시 공정에 사용할 수 있는 나트륨 화합물(주로 NaOH와 Na2S)로 재생됩니다. 스멜트를 물에 녹이면 물의 색이 녹색이 되어 녹액이라 부르기도 합니다. 녹액을 다시 가성화 공정을 통해 약품 회수하고 펄프 다이제스터와 표백 공정에 이용합니다.
2. 보일러의 구조
크래프트 회수 보일러는 복잡한 구조를 가지고 있으며, 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:
1) 연소실
연소실은 농축된 흑액을 연소시키는 공간으로, 높은 온도에서 연소하여 에너지를 회수합니다.
2) 열 교환기
열 교환기는 연소 과정에서 발생한 열을 회수하여, 물을 가열하여 증기를 발생시키는 역할을 합니다. 이는 공정에 필요한 열원으로 사용됩니다.
3)스멜트 처리 시스템 가성화 공정
스맥 처리 시스템은 연소 후 남은 스맥을 화학적으로 처리하여, 나트륨 화합물로 재생하는 역할을 합니다. 이는 회수된 약품을 다시 공정에 사용할 수 있게 합니다.
3. 보일러의 장점
회수 보일러는 버려지는 흑액을 연소하여 전력와 스팀을 생산하고 버려질 수 있는 약품을 회수하여 생산비용을 절감하는 장점이 있습니다.
1) 에너지 효율성 향상
- 열 회수: 연소 과정에서 발생한 열을 회수하여, 공정에 필요한 증기를 생성함으로써 에너지 효율성을 크게 향상시킵니다.
- 연료 절감: 자체적으로 에너지를 생성하여, 외부 연료 의존도를 줄일 수 있습니다.
2)경제적 이점
- 원료 비용 절감: 나트륨 화합물을 회수하여 재사용함으로써, 원료 구매 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
- 운영 비용 절감: 에너지 회수로 인해 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.
3) 환경 보호
- 폐기물 감소: 흑액을 처리하여 유해 폐기물 배출을 줄이고, 환경 오염을 방지합니다.
- 자원 재활용: 화학 약품과 에너지를 재활용하여, 자원 효율성을 높이고 지속 가능한 공정 운영을 촉진합니다.
4. 회수 보일러의 전망
1) 기술 발전과 혁신
- 신기술 도입: 크래프트 회수 보일러 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 더 높은 효율성과 내구성을 제공하는 신기술이 도입되고 있습니다. 효율이 점점 더 높아져 일부 공장에서는 전력을 판매까지 합니다.
- 스마트 공정 관리: IoT와 AI 기술을 활용한 스마트 공정 관리 시스템이 도입되면서, 회수 보일러의 효율적인 운영과 유지 보수가 가능해지고 있습니다. 국내에서는 무림 피앤피에서 새로 큰 회수 보일러를 지으면서 자동화까지 한다는 소문이 있습니다.
2) 지속 가능한 발전
- 환경 규제 강화: 환경 보호를 위한 규제가 강화되면서, 회수 보일러의 중요성은 더욱 커질 것입니다. 이는 친환경적인 공정 운영을 위한 필수 장비로 자리 잡게 될 것입니다.
- 글로벌 에너지 절약 노력: 전 세계적으로 에너지 절약과 효율성 향상을 위한 노력이 강화되면서, 회수 보일러의 수요는 지속적으로 증가할 전망입니다.
5. 결론
회수 보일러는 제지 산업에서 약품 회수와 에너지 생산을 하는 에너지 효율성과 환경 보호를 동시에 달성하는 중요한 장비입니다. 회수 보일러를 통해 에너지 절약과 비용 절감, 그리고 지속 가능한 공정 운영이 가능해지며, 앞으로도 그 중요성은 더욱 커질 것입니다.