KR0136372B1 - 습식 배기가스 탈황장치 - Google Patents

습식 배기가스 탈황장치

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KR0136372B1
KR0136372B1 KR1019890012798A KR890012798A KR0136372B1 KR 0136372 B1 KR0136372 B1 KR 0136372B1 KR 1019890012798 A KR1019890012798 A KR 1019890012798A KR 890012798 A KR890012798 A KR 890012798A KR 0136372 B1 KR0136372 B1 KR 0136372B1
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slurry
absorbent slurry
desulfurization apparatus
gas desulfurization
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히로시 구로다
시게투 노자와
마사가쓰 니시무라
도시오 가쓰베
다까노리 나까모또
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요꼬다 이찌로오
바브코크 히다찌 가부시기 가이샤
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Abstract

본 발명에 따라 제공되는 습식 배기가스 탈황장치는 아황산칼슘을 보다 균일하게 산화시킬 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 제공하는 습식 배기가스 탈황장치는, 배기가스를 대향방향으로부터 상기 흡수제 슬러리와 접촉시키는 수단과; 흡수제 슬러리를 상기 접촉수단으로부터 수용하는 수단과; 이 수용수단의 주변 벽과 결합되어 있고 상기 흡수제 슬러리를 방사방향을 따라 교반하면서 내측으로 이동시키는 수단이며 축방향 유동형이며 회전축과 상기 회전축에 고정된 프로펠러를 포함하는 교반수단과; 산소를 포함한 산화제 가스를 상기 프로펠러의 후면으로부터 프로펠러의 둘레를 향해 원주방향을 따라 균일하게 흡수제 슬러리내로 공급하여, 상기 산화제 가스로하여금 상기 프로펠러 둘레에서 미세한 기포를 일으키도록하는 수단과; 상기 흡수제 슬러리로부터 황산화물 화합물을 회수하는 수단으로 구성된다.

Description

습식 배기가스 탈황장치
제 1도는 장치전체를 도시한 도면,
제 2도는 산화용 교반기의 배열을 도시한 단면 평면도,
제 3도는 흡수탑의 치수관계를 도시한 도면,
제 4도는 산화용 교반기를 부분단면으로 도시한 측면도,
제 5도는 미소기포들이 발생하는 상태를 도시한 도면,
제 6도는 본 실시예에 의한 장치의 시험조건을 도시한 도면,
제 7도는 노즐출구의 유동속도와 배수량 사이의 관계를 도시한 그래프,
제 8도는 노즐출구의 유동속도와 압력손실 사이의 관계를 도시한 그래프,
제 9도는 각(θ)과 산화율 사이의 관계를 도시한 그래프,
제 10도는 노즐의 변형을 도시한 확대도,
제 11도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치내에서 사용되는 교반기를 부분단면으로 도시한 측면도,
제 12도 및 제 13도는 본 발명의 제 3 및 제 4실시예를 도시한 도면,
제 14도는 제 5실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치내에서 사용되는 교반기를 부분단면으로 도시한 측면도,
제 15도는 제 14도에 도시한 교반기내에서 사용되는 챔버를 도시한 정면도,
제 16도는 본 발명의 제 6실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치를 도시한 도면,
제 17도는 본 발명의 제 7실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치로서, 설명을 위하여 그 일부가 제거된 장치를 도시한 사시도,
제 18도는 종래의 기술에 의한 습식 배기가스 탈황장치를 전체적으로 도시한 도면,
제 19도는 종래의 기술에 의한 소다수 제조장치를 부분단면으로 도시한 정면도,
제 20도는 제 19도에 도시한 장치의 평면도,
본 발명은 화력발전소등을 위한 습식 배기가스 탈황장치, 특히 흡수제 슬러리내에서 생성되는 아황산칼슘의 산화를 촉진시키는데 적합한 습식 배기가스 탈황장치에 관한 것이다.
석회석-석고법 (limestone-plaster method)에 의거한 탈황장치는 습식 배기가스 탈황장치의 하나로서 널리 공지되어 있으며, 이 장치는 칼슘화합물을 흡수제로 이용하여 배기가스내에 들어있는 황산화물(이하 SOx라는 약자로 표시한다)을 흡수하고, 이러한 반응을 통하여 생성된 아황산칼슘을 안정된 석고로 연화시키는데 이용된다. 이러한 석고는 보조생성물에 의하여 회수된다.
석회석-석고법에 의한 탈황반응을 식으로 표시하면 다음과 같다.
CaCo₃+ SO₂+ ½ H₂O
→ CaSO₃·½ H₂O + CO₂
CaSO₃·½ H₂O + ½ O₂+ 3/2H₂O
→ CaCo₄·2 H₂O
이러한 종래의 습식 배기가스 탈황장치에 있어서는, 흡수제가 들어 있는 슬러리를 기체-액체상의 배기가스와 접촉시킴으로써 배기가스내에 들어있는 SOx를 흡수하는 흡수탑과, 반응에 의하여 형성된 아황산칼슘을 산화시키는 산화탑이 서로 별개로 제공되어 있다.
본 발명자들은 이러한 장치의 구조를 간소화하기 위하여 일본 실용신안 공개 제60-132830호에 공표된 바와 같이 흡수반응과 산화반응이 단일탑내에서 실시되는 장치를 제안하였다. 즉, 이 장치내에서는 흡수탑의 저부에 위치한 슬러리 순환 탱크내에 제공된 교반기 가까이로 공기가 송풍되기 때문에, 슬러리내에 들어 있는 아황산칼슘이 교반기에 의하여 기포화된 공기에 의하여 산화된다.
제 18도는 이와 같은 장치의 시스템 전체를 도시한 것이다. 상기 장치는 주로 배기가스(101)로부터 먼지를 제거하는 제진탑(102)과, 배기가스(101)내에 들어있는 SOx를 흡수하며, 반응으로 인하여 생성된 화학적 생성물을 산화시키고 또한 생성물을 석고로서 회수하는 흡수탑(103)으로 구성되어 있다.
보일러 (도시되지 않음)에서 공급된 배기가스(101)는 필요한 경우에는 제진탑(102)내에서 먼지가 제거되고, 냉각된다. 제진탑(102)안에서, 순환탱크(104)내에 괴어있는 순환제(105)가 순환펌프(106)에 의하여 제진탑(102)내로 끌어 올려진다. 순환제(105)는 제진탑(102)내에서 분무되어, 배기가스로부터 먼지와 염화수소(HCl) 및 불화수소(HF)를 제거한다. 순환탱크(104)내에는 침전방지를 위한 교반기(107)가 제공되어 있다.
먼지가 제거된 배기가스(101)는 흡수탑(103)으로 공급되고, 주로 석회석과 석고로 구성되고 분무부(108)로부터 분무되고 흡수제 슬러리(109)와 접촉하게 된다. 이러한 접촉에 의하여 SOx가 제거된 배기가스(101)는 디미스터(demister: 110)를 통과한 다음에, 흡수탑(103)의 상부로부터 외부로 방출된다.
SOx를 흡수한 슬러리(109)는 아래로 떨어져서, 흡수탑(103)의 저부와 일체로 제공되어 있는 슬러리 순환탱크(111)내에 일시적으로 저장된다. 이와같이 저장된 슬러리(109)는 탱크(11)의 저부에 제공된 교반기(112A)에 의하여 교반되고, 순환펌프(113)에 의하여 슬러리 라인(114)을 거쳐 흡수탑(103)상부의 분무부(108)에 공급된다.
한편, 압축기(115)에 의하여 가압된 공기는 급기관(117)을 거쳐 산화용 교반기(112B) 가까운 부분에 공급된다. 공기는 교반기(112B) 의 교반작용에 의하여 기포화되고, 탱크(111)내에 저장되어 있는 슬러리(109)와 접촉하여 아황산칼슘을 산화시킨다.
그러나, 이러한 장치에서는 각 산화용 교반기(112B) 의 회전날개쪽으로 일부분을 통하여서만 공기가 공급된다. 또한, 공기(116)의 비중이 슬러리(109)의 비중보다 훨씬 적기 때문에, 회전 날개에 가까운 영역은 다량의 공기가 존재하는 영역과 다량의 슬러리(109)가 존재하는 영역으로 구분된다. 그 결과, 공기(116)가 슬러리(109)내에서 미세한 기포들로 충분히 기포화되지 못한다. 공기는 기포의 크기가 비교적 큰 수준으로 유지되는 상태로 슬러리(109)와 접촉하게 되기 때문에, 아황산칼슘의 산화는 전체적으로 원활히 진행되지 못한다.
전술한 바와 같이 각각 주로 공기(116)와 슬러리(109)로 구성되는 2개의 부분이 회전날개의 회전 영역내에 형성되어 있기 때문에 교반기(112B) 에는 균일하지 않은 부하가 걸리게 된다. 따라서, 장치에는 진동과 소음이 발생하는 등의 기술적 문제가 제기된다.
제 19도 및 제 20도는 미합중국 특허 제2,404,679호에서 공개한 소다수 제조장치를 도시한 부분단면의 정면도 및 평면도이다.
제 19도 및 제 20도에 있어서, 물(151)은 탱크(150)내에 유지되어 있고, 베어링(154a, 154b)은 상부덮개(153)와 저부판(152)의 중앙부분에 각각 장착되어 있다. 중공회전축(155)은 상.하부 베어링(154a, 154b)사이에 회전할 수 있게 지지되어 있다. 스피닝 튜브(156)와 회전날개(157)는 회전축(155)중 물(151)속에 잠겨있는 부분 둘레에 다단계로 교호적으로 제공되어 있다.
상부덮개(153)에는 가압가스 공급로(pressure gas feed path : 158)가 형성되어 있고, 그 선단은 회전축(155)의 축방향 구멍(159)과 통하여 있다. 축방향 구멍의 하단부는 제 20도에 도시한 바와 같이 폐쇄되어 있다.
가압가스 공급로(158)로부터 보내진 탄산가스(160)는 축방향구멍(159)을 통과하여 각각의 스피닝 튜브(156)로부터 물속으로 기포(161)로서 분사(inject)된다. 스피닝 튜브(156)와 회전날개(157)는 스피닝 튜브(156)로부터 분사되는 탄산가스(160)의 분사에너지에 의하여 제20도에 도시한 바와 같이 시계방향으로 함께 회전한다. 그 결과, 물(151)이 탱크(150)내에서 교반된다.
한편, 전술한 장치에서는 스피닝 튜브(156)는 날개(157)의 안쪽에 있어야만 기포(161)와 날개(157)를 접촉시켜 미세한 기포를 얻을 수 있으나, 회전날개(157)의 교반력(회전력)은 탄산가스의 분사력에 대한 반작용으로 생기는 것이므로, 교반을 충분히 실시할 목적으로 탄산가스(160)의 이송압력을 높히거나 혹은 스피닝 튜브가 날개보다 외측까지 연장되도록 하면, 기포(161)가 날개(157)의 회전영역(162)을 넘어서 방사상 방향에 따라 외측으로 분사되어 상승해버리기 때문에 (제20도 참조), 회전날개(157)는 기포와 거의 접촉하지 못하게 되어 기포를 미세하게 할 수 없다. 따라서 이러한 경우에는 바람직한 교반이나 혼합을 얻을 수 없다.
본 발명의 목적은 종래의 기술에 수반되는 전술한 결점을 극복하기 위하여, 아황산칼슘을 바람직한 상태에서 균일하게 산화시킬 수 있는 습식 배기가스 탈황장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적과 기타 목적들을 달성하기 위하여 본 발명이 제공하는 습식 배기가스 탈황장치는, 석회 또는 석회석과 같은 칼슘화합물이 들어 있는 흡수제 슬러리를 분무하는 분무부를 구비하고 이 분무부로 부터 분무된 흡수제 슬러리를 SOx가 들어있는 배기가스와 접촉시킴으로써 배기가스내에 들어있는 SOx를 슬러리내로 흡수하는 흡수탑; 흡수탑의 하부에 제공되어 있고, 흡수탑으로부터 떨어진 흡수제 슬러리를 저장하고, 주변벽들을 통하여 가로방향으로 제공된 축방향 유동형 교반기가 있는 슬러리 탱크; 슬러리 탱크내에 저장되어 있는 흡수제 슬러리를 흡수탑의 분무부로 이송하는 순환시스템으로 구성된다.
이러한 장치에는 공기와 같이 산소를 함유한 산화제 가스를 교반기 회전날개의 후측면으로부터 회전날개의 회전영역의 주변에 걸쳐 상당히 균일하게 공급하는 산화제 가스 공급수단이 포함되며, 이 산화제가스 공급수단으로부터 공급되는 산화제 가스는 날개의 회전에 의하여 흡수제 슬러리내에서 미세한 기포로 된다.
전술한 바와 같이, 회전날개의 후면으로부터 회전영역의 주변 전체에 걸쳐 산화제 가스를 균일하게 공급함으로써 각 회전날개의 표면에는 얇은 가스막이 형성되고, 이러한 가스막은 날개가 회전하는 동안에 슬러리와 접촉함으로써 전단되어(sheared), 날개의 상단부에서 미세한 기포들이 생긴다. 미소기포들은 날개의 회전에 의하여 날개의 후면으로부터 전면으로 이동하는 슬러리내에 실려서 운반되고, 탱크 전체에 분무됨으로써 슬러리와 접촉하여, 아황산칼슘의 산화를 촉진시킨다.
본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.
제 1도 내지 제 5도는 본 발명의 제 1실시예에 관한 습식 배기가스 탈황장치를 도시한 도면이다.
제 1도 내지 제 5도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치를 도시한 것이다. 먼저, 장치 전체의 구조를 제 1도에 의하여 설명하면 다음과 같다. 제 1도에서 장치는 주로 제진탑(1)과, 배기가스가 흐르는 방향으로 제진탑(1)의 하류에 배치되어 있는 흡수탑(2)으로 구성되어 있다.
화력발전소(도시되지 않음)로부터 이송된 배기가스(3)는 제진탑(1)내에서 제진 및 냉각 처리된다. 주로 순환탱크(4)내에 저장되어 있는 물로 구성된 순환제(5)가 순환펌프(6)에 의하여 끌어올려진후 제진탑(1)내에 분무됨으로써, 배기가스(3)내에 들어있는 먼지 또는 염화수소(HCl)가 제거된다. 순환탱크(4)내에는 침전을 방지하기 위한 축방향 유동형 교반기(7)가 제공되어 있다.
배기가스(3)내에 들어 있는 먼지 또는 산화제 가스의 함유율이 낮고 배기가스(3)의 온도도 비교적 낮은 경우에는 제진탑(1)을 생락할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 먼지가 제거된 배기가스(3)는 흡수탑(2)으로 이송되고, 여기에서 배기가스(3)는 분무부(8)로부터 공급된 석회석이 들어 있는 흡수제 슬러리(9)와 접촉하게 된다. 이러한 접촉에 의하여 SOx가 제거된 배기가스는 디미스터(10)를 통하여 탑의 상단으로부터 배출된다.
SOx를 흡수한 슬러리(9)는 아래로 떨어져, 흡수탱크(2)의 하부와 일체적으로 제공되어 있는 슬러리 순환탱크(11)내에 일시적으로 저장된다. 저장된 슬러리(9)는 탱크(11)의 하부에 제공된 침전 방지만을 목적으로 하는 축방향 유동형 교반기에 의하여 교반된다. 슬러리(9)는 슬러리 순환라인(14)을 거쳐 탑 상부의 분무부(8)에 이송되고, 전술한 바와 동일한 방법으로 배기가스(3)와 접촉하여 탈황처리가 행하여진다.
한편, 압축기(15) 또는 송풍기와 같은 가압수단에 의하여 가압된 공기(16)는 급기관(17)을 거쳐 산화용 교반기(12B) 근방으로 공급된다. 공기는 교반기 (12B)의 작용에 의하여 미소기포(18)가 되고, 저장탱크(11)내의 슬러리(9)와 접촉함으로써 슬러리내에 들어 있는 아황산칼슘을 산화시킨다. 아황산칼슘이 산화되어 석고를 형성하면 슬러리(9)의 일부는 슬러리 순환라인(14)을 떠나서 석고 회수과정(도시되지 않음)으로 이송된다.
예를 들면, 500,000KW 용량의 확력 발전소에 사용하는 흡식 배기가스 탈황장치의 경우에는, 제 3도에 도시한 바와 같이, 흡수탑(2)의 총높이(h1)가 30m 이상이고, 그 내경은 약 15 내지 18m이며, 저장된 슬러리(9)의 액체 깊이(h2) 약 7.5 내지 13m이다. 이와 같이 탈화장치의 규모는 상당히 대형이다.
산화용 교반기(12B)의 배열 및 구조를 설명하면 다음과 같다.
기체-액체 혼합용 장치에는 본 발명에 속하는 축방향 유동형 교반기 이외에, 회전 분무기(예를 들면, 일본 실용신안 공개 제52-117543호 및 미합중국 특허 제3,802,674호에 기술됨)가 있다. 이러한 회전 분무기는 가스가 원추형 회전부의 내부로 압력에 의하여 밀려 들어가고 기포가 방출되면서 회전부의 원심력에 의하여 하부연단에서 전단되도록 구성되어 있다.
그러나, 회전분무기는 교반작용을 하지 못하기 때문에 액체와 기체의 교반이나 혼합이 불충분하다. 그러므로, 회전부의 단부에 의하여 미소기포들이 생기더라도, 액체와의 바람직한 혼합 또는 접촉을 달성하지 못한다.
또한 회전부는 그 구조상 세로위치로 배치될 수 없기 때문에, 이 회전부를 후술하는 슬러리 순환탱크 저부에 배열할 수도 있다. 그러나, 탱크의 저부에는 수톤에 달하는 무거운 하중이 걸리기 때문에, 흡수탑(슬러리 순환탱크)의 하중을 지지하는데 문제가 있게 된다. 그 외에도, 회전분무기 등의 구동부를 배치하기 위한 지하챔버 또는 지하실을 제공할 필요가 있다. 또한 순환펌프에는 공동 현상(cavitation)까지 생기게 된다. 더 나아가, 이러한 공동현상이 일어나는 것을 억제하기 위하여 회전부의 샤프트를 연장시키는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이렇게 하면, 약 500 내지 1000rpm으로 회전하는 회전부의 진동이 문제가 된다. 전술한 바와 같이, 회전 분무기를 적당히 적용하기는 어렵게 된다. 본 발명에서는 전술한 여러 가지 문제점들을 참작하여, 장치에 가로방향으로 위치하는 축방향 유동형 교반기를 사용한다.
위에서 설명한 실시예에서는 제 1도에 도시한 바와 같이 산화용 교반기(12B)가 침전방지용 교반기(12A)보다 하나 이상의 단계위에 배치되어 있다. 다시 말하면, 산화용 교반기(12B)가 순환펌프(13)의 흡입구에서 떨어져 제공되므로, 공기의 흡입으로 인하여 순환펌프(13)의 공동현상이 방지된다.
각 교반기(12B)는 슬러리 순환탱크(11)를 통과하는 가로방향으로 뻗어있는 축방향 유동형이다. 다수(이 실시예에서는 2개)의 교반기(12B)가 원주방향에 따라 배열되어 있다. 각 교반기(12B)의 회전날개(19)는 슬러리 순환탱크(11)의 중심(O)을 통과하는 가상선에 대하여 소정의 방향에 따라 일정한 각(α)으로 옵셋(off-set)되어 있다(이러한 옵셋방향은 위에서 보아 좌측이다). 옵셋각(α)은 선회흐름(swir flow)이 원활히 생길 수 있도록 10 내지 25°의 범위안에서 선택되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는 옵셋각이 15°로 정하여져 있다.
따라서, 날개(19)의 회전에 의하여 날개의 후면에 위치한 슬러리(9)가 제 2도에서 화살표로 표시한 바와 같이 흐르게 된다. 슬러리의 유동방향은 탱크(11)의 주변벽과 부딪힘으로써 변하게 되고, 인접한 교반기(12B)에 의하여 발생한 슬러리의 흐름속에 휩싸임으로써 탱크(11)내에 슬러리(9)의 선회흐름이 생긴다. 또한, 이와 같은 유동상태는 침전방지용 교반기(12A)(이 실시예에서는 2개)내에서도 생긴다. 따라서, 탱크(11)내에 저장되어 있는 슬러리는 전체적으로 장치를 운전하는 동안 언제나 단일 선회흐름으로 유동된다.
각 산화용 교반기(12B)는 축방향 유동형으로서, 제 4도에 도시한 바와 같이, 판(20)에 의하여 탱크(11)의 주변벽에 장착되어 있는 구동모터(21), 감속용 기어박스(22), 커플링(23), 기계적 시일(24), 회전축(25), 3개의 회전날개(19) 및 조립용 시트(26)가 포함되어 있다. 회전날개(19)의 회전속도는 약 250 내지 2,000rpm이다. 날개(19)는 프로펠러형이고, 그 피치비율은 1.0 내지 1.75의 범위이다.
교반기(12B)내의 조립용 시트(26) 전면에는 소정의 용적을 가진 챔버(27)가 회전축(25)을 둘러쌀 수 있도록 장착되어 있다. 챔버(27)의 선단에는 노즐(28)이 제공되어 있다. 이 노즐(28)은 주변방향으로 소정의 간격을 두고 회전축(25) 둘레에 동축방향으로 배열되어 있다. 노즐(28)의 선단은 회전축(25) 날개의 근단부 가까이에까지 뻗어 있다. 환상 분사구(29)는 제 5도에 도시한 바와 같이 회전축 둘레에 형성되어 있다.
제 4도에 도시한 바와 같이, 급기관(17)은 챔버(27)의 상부에 연결되어 있고, 배수관(30)은 챔버(27)의 하부에 연결되어 있다.
짧은 시간에서 보면, 압축기 또는 송풍기(15)의 출력은 맥동되어 압력변동을 일으킨다. 공기(16)의 유동속도 또는 압력이 저하되면, 슬러리가 노즐(28)내에서 역류되어 스케일링(scaling)을 일으킨다. 이러한 압력변동을 막기 위하여 챔버(27)가 제공되어 있다. 챔버(27)는 급기관내에서는 어느 위치에나 제공될 수 있다. 그러나, 실시예에서와 같이, 챔버(27)를 교반기(12B)내에서 기계적 시일(24)의 상류에 제공하면, 기계적 시일(24)이 공기(16)에 둘러싸이기 때문에 기계적 시일(24)이 슬러리와 접촉되지 않는 상태를 유지할 수 있다. 그 결과, 기계적 시일의 마모와 부식이 방지되어 그 유효수명이 연장된다.
밸브(도시되지 않음)는 배수관(30)중간에 장착되어 있고, 탈황처리중에는 폐쇄되어 있다. 일정량(예, 시간당 약 500N㎥)의 공기(단일교반기에 있어서)가 급기관(17)을 거쳐 챔버(27)로 공급된다. 공기(16)의 유동속도는 회전축(25)과 노즐(28)사이의 좁은 갭을 통과함으로써 소정 수준까지 상승된다. 공기는 회전날개(19)의 후부쪽으로 개방된 환상분사구로부터 날개(19)의 단부 부근으로 주변 전체에 걸쳐 얇은 공기막으로 사실상 균일하게 분사된다.
분사된 공기(16)는 날개(19) 단부의 구부러진 표면에 의하여 안내되고, 날개(19)의 매끄러운 표면위로 물러가서 이 표면위에 매우 얇은 공기막을 형성한다. 날개(19)가 회전에너지에 의하여 소정 회전속도(rpm)로 회전하기 때문에, 공기막이 슬러리와의 접촉으로 인하여 단부로부터 순서대로 전단된다. 공기막은 회전날개(19)의 외주변으로부터 진동하면서 분리되어 상당히 미소한 기포(18)를 형성한다. 이러한 기포(18)는 제 5도에 도시한 바와 같이, 날개(19)의 회전영역(31)의 주변전체와 내면에 걸쳐 균일하게 생성된다. 따라서, 종래의 기술에서와 같이, 회전영역이 다량의 공기(큰 기포)를 가진 부분으로 분리되는 현상은 생기지 아니한다.
이와 같이 생성된 미소기포(18)는 슬러리속에 휩싸여, 날개(19)의 회전에 의하여 날개(19)의 후면에서 전면쪽으로 흐른다. 기포(18)는 슬러리(9)의 선회흐름과 함께 탱크(11)내로 이동한다(제 2도 참조). 그러는 동안에, 아황산칼슘이 산화된다.
이 실시예에 있어서, 노즐(28)에서 분사되는 공기의 적당한 분사속도를 설명하면 다음과 같다.
본 발명자들은 다음의 조건들을 충족시키는 실험장치를 만들었다.
슬러리 순환탱크의 직경 : 2200 ㎜,
슬러리 순환탱크의 높이 : 2500 ㎜,
침전방지용 교반기의 저부로부터의 장착위치 : 300 ㎜
저장된 슬러리(9)의 액체 깊이 : 2000 ㎜
슬러리(9)의 농도 : 1.06
회전날개(19)의 유형 : 프로펠러형
회전날개(19)의 피치비율 : 1.0
회전날개(19)의 외경 : 200 ㎜
회전축(25)의 외경 32 ㎜
노즐(28)의 내경 : 42.4
이 장치에 있어서, 공기(16)가 노즐(28)로부터 유출되는 속도가 여러가지로 변하는 경우에, 저장되어 있는 슬러리(9)의 일부가 배출관(30)으로부터 노즐(28)을 거쳐 유출되는 속도를 제 6도에 도시한 바와 같이 측정하고, 그 결과를 제 7도에 도시하였다.
제 7도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 공기(16)의 노즐 유출속도가 10m/sec이하인 경우에는 슬러리(9)가 노즐(28)을 거쳐 챔버(27)내로 들어가서 (배출관(30)내에 제공된 배출밸브는 탈황처리중 언제나 폐쇄되어 있기 때문에), 침버(27)내에 저장된다. 그 결과, 슬러리(9)속에 들어 있는 고체성분들이 퇴적되어 노즐(28)을 폐색(clog)시킨다. 반면에, 노즐의 유출속도가 10m/sec를 초과하는 경우에는 슬러리(9)가 노즐(28)내로 들어가는 것이 공기의 흐름으로 인하여 방해되고, 이로 인하여 슬러리(9)의 배출량이 사실상 0으로 된다.
상기 실험장치에서는 노즐유출속도가 여러가지로 변하는 경우에 있어서 노즐부분의 압력손실을 측정하고, 그 결과를 제 8도에 도시하였다.
제 8도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 압력손실(△P)이 노즐 유출속도의 상승에 의하여 증가되기 때문에, 공기(16)를 공급하는 압축기(15)의 유출량을 증가시킬 필요가 있다. 그 결과, 압축기(15)의 전력소비가 증가하거나, 잡음이 생기는 문제가 제기된다. 그러므로, 압력 손실을 과도하게 증대시키는 것은 바람직하지 못하며, 노즐유출속도를 40m/sec이하로 낮추는 것이 바람직하다. 또한 노즐유출속도가 과도하게 증가되면, 공기(16)가 회전날개(19)의 전면으로 불려가게 된다. 날개(19)의 회전으로 인하여 미소기포(18)가 균일하게 생기기 어렵다. 그러므로, 노즐유출속도를 40m/sec이하로 억제하는 것이 필요하다.
전술한 여러 가지 요인들을 참작할 때, 공기(16)의 노즐 유출 속도를 10 내지 40m/sec 범위안에 유지하려면 공기(16)의 공급량, 회전축(25)의 직경, 및 노즐(28)을 적당하게 설정하는 것이 필요하다.
본 발명자들은 기포발생상태에 영향을 주는 회전날개(19)에 대한 노즐선단부의 위치관계를 전술한 실험장치에서 살펴보았다.
즉, 공기의 노즐유출속도가 15m/sec로 일정하게 유지되고, 노즐(28)의 단부를 통과하는 수평선과 이러한 단부에서 날개(19)의 외측단부를 연결하는 직선에 의하여 정의되는 각(θ)이 제 9도에 도시한 바와 같이 여러가지로 변하는 경우에, 아황산칼슘의 산화속도를 측정하고, 그 결과를 제 9도에 도시하였다. 산화속도에 대하여는 요드 적정법에 의하여 슬러리(9)내에 들어 있는 SO₃의 농도를 일정 시간마다 측정하였다. 아황산칼슘의 산화속도는 그 측정결과에 근거하여 계산하였다.
제 9도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 각(θ)이 60°이하인 경우에는 산화속도가 느리게 된다. 이것은 노즐단부의 위치가 회전날개(19)로부터 너무 멀리 떨어져 있음을 의미한다. 공기(16)가 노즐(28)로 부터 소정의 유동속도로 분사되는 경우에도, 공기는 회전날개(19)까지 충분히 도달하지 못하고, 중도에서 큰 기포가 도어 슬러리(9)내로 상승한다. 이로 인하여 아황산칼슘과 공기 사이의 접촉이 불량하게 된다.
반면에, 각(θ)이 80°를 초과하면 산화속도가 저하된다. 이것은 노즐의 단부가 회전날개(19)에 너무 가깝다는 것을 의미한다. 노즐(28)로부터 방출된 공기의 일부는 회전날개를 거쳐 불려 흐트러진다. 그결과, 큰 기포들이 형성된다. 이로 인하여 아황산칼슘과 공기 사이의 접촉이 불량하게 된다.
이와 달리, 각(θ)이 60°내지 80°의 범위안에 있는 경우에는 날개(19)의 회전에 의하여 미소기포(18)가 균일하게 생긴다. 아황산칼슘의 산화는 촉진되고, 산화 속도가 높게 된다.
제 10도는 노즐(28)의 변형을 도시한 확대도이다. 전술한 실시예에 있어서, 노즐(28)은 직선파이프로 형성되어 있다. 그러나, 이러한 직선 파이프 대신 그 단부에서 점점 가늘게 되는 노즐(28)을 이용할 수도 있다.
이러한 끝이 가늘어진 노즐(28)을 이용하면 노즐유출속도가 필연적으로 높아진다. 그러므로, 노즐단부로부터 회전날개(19)까지의 길이(L)가 증가되더라도 공기(16)를 회전날개(19)의 표면까지 원활하게 제공할 수 있다.
이에 따라 노즐(28)의 길이를 단축시킬 수 있다. 이에 의하여 저장 슬러리(9)의 유동화가 촉진되고, 스케일링의 생성이 저지되며, 비용이 절감된다.
이러한 노즐(28)을 사용하는 경우에는 상기 실시예와 관련하여 설명한 노즐유출 속도와 각(θ)사이 적당한 관계를 적용할 수 있다.
제 11도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 산화용 교반기를 부분단면으로 도시한 측입면도이다.
이 실시예에서는 회전날개(19)의 외경(D₁)보다 더 큰 직경(D₂)을 가진 삽입공(32)이 탱크(11)의 주변벽내에 형성되어 있다. 급기관(17), 챔버(27), 배출관(30)등을 지지하는 몸체조립시트(33)도 제공되어 있다. 회전날개(19)는 전술한 삽입공(32)을 거쳐 탱크(11)내로 삽입되고, 교반기는 탱크(11)의 플랜지(34)에 고정되어 있는 몸체조립시트에 의하여 장착되어 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 예를 들어 날개(19)를 검사하거나 교체하여야 하는 때에, 날개의 검사 또는 교체용 발판을 조립하는 것과 같은 추가작업 없이 몸체 조립시트(33)를 플랜지(34)로부터 제거함으로써 날개(19)를 탱크(11)밖으로 끌어낼 수 있다. 따라서, 작업을 간소화시킬 수 있다.
제 12도는 본 발명의 제 3실시예를 도시한 도면이다. 이 실시예에 있어서 급기관(17)중 급기관(17)의 중간에 배치된 유량계(35)의 하류에 있는 부분(36)은 저장슬러리(9)의 최고수준(Lmax)보다 1미터 이상 위쪽에 위치한다. 이러한 부분(36)의 하류에 있는 챔버(27) 근방에는 통상적으로 개방되어 있는 밸브(37)가 제공되어 있다.
밸브(37)의 바로 하류에는 세척라인(water washing line: 38)이 연결되어 있다. 세척라인(38)의 중간에는 통상적으로 폐쇄되어 있는 밸브(39)가 제공되어 있다.
챔버(27)의 상부에는 축방향 밀봉을 위한 봉입수 라인(seal water line)(40)이 연결되어 있다. 배수관(30)의 중간에는 투명부분이 있는 흐름관찰부재(sight flow member: 41)가 제공되어 있다.
예를 들면, 정전으로 인하여 압축기의 전원이 차단됨으로써 챔버(27)로의 공기의 공급이 중단되는 때에는 저장된 슬러리(9)의 일부가 챔버(27)를 거쳐 급기관(17)내로 역류된다. 이러한 형상을 방지하기 위하여, 통상적으로 개방되어 있고 챔버(27) 가까이에 제공되어 있는 밸브(27)로서 자동적으로 조작되는 밸브를 이용하여 슬러리(9)의 역류를 중단시킨다. 그러나, 이러한 밸브는 값이 비싸며, 신호선이나 배선을 필요로 한다. 그러므로, 이것은 바람직하지 못하다.
따라서, 이 실시예에 있어서는 자동 조작밸브가 아닌 통상의 밸브를 상기 통상적으로 개방되어 있는 밸브(37)로서 사용하고, 유량계(35)의 하류에 있는 부분은 저장 슬러리(9)의 최고수준(Lmax)위에 유지되며, 하류부분(36)과 최고수준(Lmax)사이에는 1m를 초과하는 낙차(H)가 제공되어 있다. 이러한 배열에 의하여 간단하고 저렴한 수단에 의하여 슬러리(9)의 역류를 방지할 수 있다. 또한, 슬러리(9)가 유량계(35)내로 흘러 들어가지는 것을 방지할 수 있다. 급기관(17)을 통하여 역류하는 슬러리(9)는 관성을 가지고 있기 때문에, 낙차(H)는 1m이상으로 정하는것이 바람직하다.
최근 화력발전소에서는 일반적으로 일일정지/시동(DSS)방법이 행하여진다. 이러한 이유로, 화력발전소의 가동이 중단된 경우에는 공기(16)의 공급을 중단시킴으로써 발전소내의 전력소비를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 공기(16)의 공급을 중단시키면, 전술한 바와 같이 슬러리(9)의 일부가 챔버(27)를 거쳐 급기관(17)내로 역류된다. 이러한 상태하에서 발전소를 재가동시키면, 슬러리(9)내에 들어 있는 고체성분들이 챔버(27)내에 퇴적되고, 급기관(17)내에서 스케일링이 생김으로써 회전축(25)이 마모되는 등의 여러가지 문제들이 제기된다.
이러한 문제들에 대처하기 위하여, 이 실시예에서는 세척라인(38)과 배수관(30)이 제공되어 있다. 재시동되기 이전에, 세척수(42)가 세척라인(38)으로부터 흘러나가서 급기관(17)과 챔버(27)를 세척하고, 이에 의하여 침투한 슬러리(9)를 탱크(11)와 배수관(30)으로 흘러나가게 한다. 배수관(30)의 중간에 제공되어 있는 흐름관찰부재(41)는 이러한 경우에 세척상태를 관찰하기 위하여 제공되어 있다. 세척작업은 흐름관찰 부재내에 슬러리(9)가 전혀 없는 것을 확인함으로써 종료된다.
제 13도는 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 도면이다.
순환펌프(13)의 흡입구는 일반적으로 슬러리 순환탱크(11)의 저부 가까이에 장착되어 있다. 그러므로, 제 1 실시예에서는 순환펌프(13)의 공동현상을 방지하기 위하여, 최저위치에 있는 교반기(12A)에는 공기(16)가 제공되지 아니하고, 이 교반기들은 제 1도에 도시한 바와 같이 침전을 방지하기 위하여서만 이용된다. 제 1실시예에서 하위교반기(12A) 이외의 교반기(12B)에는 공기(16)가 공급되기 때문에, 교반기(12B)는 산화 및 침전을 방지하기 위하여 이용된다.
제 4실시예에서는 순환펌프(13) 흡입구에 비교적 가깝게 있는 교반기(12A)는 침전방지용으로만 이용된다.
교반기(12A)는 기포침입 방지판(43)에 둘러싸여 있다. 공기(16)는 순환펌프(13)의 흡입구로부터 비교적 멀리 떨어져 있는 하부교반기(12B)에 공급된다.
이와 같은 배열에 의하여, 순환펌프(13)의 공동현상을 방지하는 동시에, 탱크(11)의 저부 근방에서 미소기포(18)가 생길 수 있다. 그러므로, 아황산칼슘과 효율적으로 접촉할 수 있고, 산화속도가 빠르게 된다.
제 14도 및 제 15도는 본 발명의 제 5실시예를 도시한 것이다.
제 14도는 제 15실시예에 의한 교반기를 부분 단면으로 도시한 측입면도이다. 제 15도는 제 14도에 도시한 교반기내에서 사용되는 챔버의 전면도이다.
이 실시예에서 사용되는 챔버(27)에는 회전날개(19)에 대향하는 측면에 종단판(44)이 있다. 종단판(44)의 중앙부분에는 회전축(25)이 삽입되는 삽입공(45)(제 15도 참조)이 형성되어 있다. 다수의 노즐구멍(46)이 삽입공(45) 둘레에 원주방향으로 형성되어 있다. 그러므로, 챔버(27)가 조립되면, 노즐(46)이 제 14도에 도시한 바와 같이 회전날개(19)와 소정의 간격을 두고 대향하게 되기 때문에, 침버(27)에 공급된 공기(16)가 해당 노즐공(46)으로부터 회전날개(19)쪽으로 분사된다.
노즐공(46)의 크기와 분포는 날개(19)의 회전에 의하여 미소기포(18)가 효과적으로 균일하게 생길 수 있도록 적당히 선택한다.
제 16도는 본 발명의 제 6실시예를 도시한 도면이다. 이 실시예에서는 슬러리 순환탱크(11)가 흡수탑(2)의 하부에 배치되어 있으나, 흡수탑(2)과는 분리되어 있다. 흡수탑(2)내로 낙하된 슬러리(9)는 연결관(47)을 통하여 탱크(11)내로 도입된다.
침전방지용의 수직교반기(48,49)는 순환탱크(4)와 슬러리 순환탱크(11)내에 각각 제공되어 있다. 제진탑(1)상의 순환탱크(4)내에도 교반기(12B)가 제공되어 있다. 공기(16)는 교반기(12B)에도 공급된다. 순환제(슬러리(9)와 동일한 성분들로 구성된)는 순환펌프(6)의 하류부분으로부터 방출되어 석고회수과정에 이송된다. 편류방지용의 다공판은 50으로 표시되어 있다.
제 17도는 본 발명의 제 7실시예를 설명하기 위하여 그 일부를 제거한 투시도이다. 이 실시예에서는 제진탑(1)이 없다. 그 대신에, 다공판(50)의 아래부분이 제진·냉각부(51)로서 이용된다. 슬러리(9)를 분산시키기 위한 분무부(52)가 다공판(50) 가까이에 제공되어 있다. 다공판(50)의 스케일링을 방지하기 위하여 분무부(52)의 분사구는 다공판(50)쪽으로 향하여 있기 때문에, 슬러리(9)가 다공판(50)에 부착된다. 디미스터의 수세부는 53으로 표시되어 있다.
전술한 실시예에서는 공기가 산화제 가스로서 이용되었으나, 본 발명은 이에 한정되거나 이에 의하여 제한되지 아니한다. 산소농도가 높은 고활성산화제 가스를 이용할 수도 있다. 고산소농도(예; 25 내지 40체적%)를 가진 산화제 가스는, 예를 들면 실리콘과 폴리이미드의 복합필름과 같은 고분자 필름이 공기속에 함유되어 있는 질소보다는 오히려 산소를 선택적으로 여과시킨다는 특성을 이용하여 얻을 수 있다. 산소강화가스는 전술한 복합필름이 갖추어진 실리콘 복합필름 모듈이라 알려져 있는 장치를 이용하여 쉽게 생성시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회전날개의 후면으로부터 회전날개의 회전날개의 회전영역 주변 전체에 걸쳐 산화제 가스를 균일하게 공급함으로써 회전날개의 단부에서 미소기포들을 균일하게 발생시킬 수 있다.
그 결과, 미소기포들은 슬러리에 휩싸여서 날개의 후면으로부터 전면으로 유도하게 되고, 슬러리와 충분히 접촉됨으로써 아황산칼슘을 산화시킨다.
제 1실시예에 의한 습식 배기가스 탈황장치에 대한 파일롯 시험을 실시한 시험조건과 그 결과는 다음과 같다.
배기가스량 : 3000 N㎥/h
SO₃ 농도 : 3000 ppm
침전방지 교반기의 수 : 2개
산화방지 교반기의 수 : 2개
산화용 공기량 : 80 N㎥/h
슬러리/가스 : 22.4 ℓ/N㎥
석회석 과잉률 : 2%
운전시간 : 약 8500시간
전술한 조건에 의한 결과에 의하여, 배기가스의 탈황률은 95%, 아황산칼슘의 산화율은 99.8%임을 알게 되었다. 그러므로, 슬러리 순환라인으로부터 슬러리를 제거 및 탈수시킴으로써 간단히 고품질의 분말상 석고를 회수할 수 있었다.
본 발명에 의한 장치에서는 교반기내에 불균형 부하가 생기지 않기 때문에, 진동이나 소음이 제거되어 장치의 사용수명이 연장될 수 있다.

Claims (13)

  1. 배기가스내의 황산화물이 흡수되는 칼슘화합물을 포함한 흡수제 슬러리로부터 황산화물 화합물을 제거하는 습식 배기가스 탈황장치에 있어서, 상기 배기가스를 대향방향으로부터 상기 흡수제 슬러리와 접촉시키는 수단과; 상기 흡수제 슬러리를 상기 접촉수단으로부터 수용하는 수단과; 상기 수용수단의 주변 벽과 결합되어 있고 상기 흡수제 슬러리를 방사방향을 따라 교반하면서 내측으로 이동시키는 수단으로서, 축방향 유동형이며 회전축과 상기 회전축에 고정된 프로펠러를 포함하는 교반수단과; 산소를 포함한 산화제 가스를 상기 프로펠러의 후면으로부터 프로펠러의 둘레를 향해 원주방향을 따라 균일하게 흡수제 슬러리내로 공급하여, 상기 산화제 가스로하여금 상기 프로펠러 둘레에서 미세한 기포를 일으키도록하는 수단과; 상기 흡수제 슬러리로부터 황산화물 화합물을 회수하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  2. 습식 배기가스 탈황장치에 있어서, 칼슘화합물을 포함한 흡수제 슬러리를 분무하는 수단과; 상기 분무수단으로부터 분무된 상기 흡수제 슬러리를 대향방향으로 부터 산화황을 포함한 배기가스와 접촉시킴으로써, 상기 배기가스내의 상기 산화황을 상기 흡수제 슬러리내로 흡수시키는 수단과; 상기 흡수제 슬러리를 상기 접촉수단으로부터 수용하는 수단과; 상기 수용수단의 주변 벽과 결합되어 있고, 상기 흡수제 슬러리를 방사방향을 따라 교반하면서 내측으로 이동시키는 수단으로서, 상기 교반수단은 프로펠러를 구비한 축방향 유동형인 수단과; 상기 흡수제 슬러리를 상기 수용수단으로부터 상기 분무수단으로 순환시키는 수단과; 산소를 포함한 산화제 가스를 프로펠러의 후면으로부터 프로펠러의 둘레를 향해 원주방향을 따라 균일하게 공급하므로써, 상기 산화제 가스로하여금 프로펠러 둘레에서 미세한 기포를 일으키도록하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황가스.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 습식 배기가스 탈황장치는 수직방향으로 상호 각각 분리되어 배치된 상기 교반수단의 복수의 그룹을 포함하고, 상기 이송수단은 최하부에 배치된 교반수단을 제외하고는 상기 교반수단내에 제공되는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 이송수단은 상기 교반수단과 동축방향으로 배치되고 원주방향으로 상호 등각 이격된 복수의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 산화제 가스는 10m/s 내지 40m/s 사이의 속도로 상기 노즐로부터 분사되는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 노즐은 상기 노즐의 단부를 통해 연장된 수평선과 상기 단부 및 상기 교반수단의 외주변을 연결한 선에 의해 한정되는 각도(θ)가 60°과 80°사이에 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 노즐은 점점 가늘어지는 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 이송수단은 원주방향으로 배치된 복수의 노즐공을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 이송수단은 내부에 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 교반수단은 회전축과 상기 회전축을 밀봉하는 부분을 포함하고, 상기 챔버는 회전축중 상기 밀봉부분의 전방의 부분을 덮도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 이송수단은 내부에 유량계를 포함하고, 상기 유량계로부터 상기 이송수단의 하류부분의 최상부는 상기 수용수단내의 상기 슬러리의 최상레벨보다 더 높은 것을 특징으로 하는 습식 배기가스
    탈황장치.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 이송수단은 내부에 유량계와, 상기 유량계로부터 상기 이송수단의 하류부분에 접속된 세척라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 이송수단은 내부에 유량계와, 상기 유량계로부터 상기 이송수단의 하류 부분에 접속된 세척라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 배기가스 탈황장치.
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