KR0158258B1 - 기액접촉장치 - Google Patents

기액접촉장치

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KR0158258B1
KR0158258B1 KR1019950008243A KR19950008243A KR0158258B1 KR 0158258 B1 KR0158258 B1 KR 0158258B1 KR 1019950008243 A KR1019950008243 A KR 1019950008243A KR 19950008243 A KR19950008243 A KR 19950008243A KR 0158258 B1 KR0158258 B1 KR 0158258B1
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나오히코 우카와
토오루 타카시나
유키오 키타
코오이치로 이와시타
코오스케 야마시타
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오기노 카네오
미쯔비시주우고오교오 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 습식배연탈황장치 등에 사용되는 기액접촉장치, 특히, 고가인 재질을 사용하는 일없이 스프레이노즐의 내마모성 등의 향상을 도모할 수 있고, 높은 신뢰성과 경제성이 실현된 기액접촉장치를 제공하는 것을 정치로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 기체와 유통하는 탑본체(3) 내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐(20)을 배설해야 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐(20)의 액입구부(21)의 향상을 상기 스프레이노즐(20)의 액토출구직경의 0.2배이상의 곡률반경을 가진 벨형상으로 한 것을 특징으로 한다.

Description

기액접촉장치
제1도는 본 발명의 일실시예인 기액접촉장치의 요구를 표시한 측단면도.
제2도는 본 발명의 일실시예인 기액접촉장치를 사용한 배연탈황장치(排煙脫裝置)의 요부를 표시 한 설명도.
제3도는 종래의 기액접촉장치를 사용한 배연탈황장치의 요부를 표시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 흡수탑 2 : 탱크
3 : 탑본체 4 : 순환펌프
5 : 회전축 6 : 모터
7 : 교반봉 8, 9 : 덕트
10 : 헤더파이트 20 : 스프레이노즐
본 발명은 습식배연탈황장치 등에 사용되는 기액접촉장치, 특히, 고가인 재질을 사용하는 일없이 스프레이노즐의 내마모성 등의 향상을 도모할 수 있고, 높은 신뢰성과 경제성이 실현된 기액접촉장치에 관한 것이다.
최근, 배연탈황장치로서, 흡수제슬러리에 배연속의 아황산가스를 흡수시켜서 제거하는 습식의 것이 널리 보급되고 있다. 이런 종류의 탈황장치에서는 배연에 흡수제슬러리를 효율좋게 접촉시키는 것이 중요하게 된다. 이 때문에 출원인은 일본국 실개소 59-53828 호공보에 표시되는 바와 같이, 기체와 유통하는 탑본체내에서 슬러리 용액을 위쪽을 향해서 토출시키는 구성으로 함으로써, 기액접촉효율의 향상, 필요용적의 저감 및 구조의 간소화등을 실현한 기액접촉장치를 제안하다. 제3도는 이 기액접촉장치를 사용한 배연탈황장치의 구조예(요부만)를 표시기하고 있다.
이 배연탈황장치는, 흡수탑(1)의 바닥부분에 형성되는 도시생략한 슬러리공급계로부터 예를 들면 석회석으로 이루어진 흡수제슬러리(S)가 공급되는 탱크(2)와, 이 탱크(2)내부의 슬러리를 흡수탑(1)의 상부에 형성된 탑본체(3)에 송출해서 배연과 접촉시키기 위한 순환펌프(4)와, 탱크(2)의 천정에 회전축 (5)에 의해 지지되고, 모터(6)에 의해 구동되어서 슬러리(S)내부에 있어서 수평회전하는 교반봉(7)을 구비하고 있다. 흡수탑(1)의 탑본제(3)의 상부와 탱크(2)의 단부상부면에는, 배연의 입구 또는 출구가 되는 덕트(8) 및 덕트 (9)가 각각 형성되고, 이에 의해 탱크(2) 내부액면위를 경유해서 탑본체(3)내부를 배연이 유통하도록 되어 있다.
그리고, 탑본제(3)내부에는, 순환펌프(4)의 토출쪽에 접속된 헤더파이프(10)가 배설되어 있다. 이 헤더파이트(10)에는, 흡수제슬러리(S)를 위쪽을 향해서 액기둥형상으로 토출하는 스프레이노즐(11)이 복수개 형성되어 있다. 이에 의해 흡수제슬러리(S)를 배연에 효율좋게 접촉시키는 기액접촉장치가 구성되어있었다. 또한 상기 탈황장치에 있어서의 기액접촉장치의 헤더파이프(10)는 통상 복수개 배설되나, 반드시 동일평면상에 배치되지 않는다. 또, 종래 스프레이노즐(11)의 액입구부는 예각를 가진 형상이다. 또 스프레이노즐(11)의 재질로서는 흡수제슬러리 (S)의 액기등높이가 1m이하이고 흡수제슬러리(S)속의 석고농도가 15%이하인 경우에는 섬유강화플라스틱(Fiber reinforced Plastic, 이하 FRP라 칭한다)이 사용되고, 이 이상의 엄한조건에 있어서는 경도가 높고 내마모성이 뛰어난 금속재료 또는 알루미나, 지르코니아, 텅스텐카바이드, 탄화규소 등의 세라믹이 통상 사용되고 있었다.
이 장치에서는, 예를 들면 덕트(8)로부터 미처리배연을 도입하고, 순환펌프(4)에 의해 스프레이노즐(11)로부터 분사한 흡수제슬러리(S)에 접촉시켜서, 미처리 배연속의 아황산가스를 흡수제거하고, 덕트(9)로부터 처리완료배연으로서 배출시킨다. 스프레이노즐(11)로부터 분산되어 아황산가스를 흡수하면서 흘러내리는 흡수제슬러리(S)는 탱크(2)내부에 있어서 교반봉(7)에 의해 교반되면서, 도시생략한 공기공급수단에 의해 발생한 다수의 기포와 접촉해서 산화되고, 이 경우 석고로 되어서 부산품으로서 인출된다.
이때, 스프레이노즐(11)로부터 분산되는 흡수제슬러리(S)는 액기둥형상으로 되어서 위쪽으로 뿜어오르고, 뿜어올린 꼭대기에서 분산하여 강하한다. 강하하는 흡수제슬러리(S)와 뿜어오르는 흡수제슬러리(S)와는 서로 충돌해서 미세한 입자형상으로 되므로, 충전식 흡수탕 등에 비교해서 구조가 간단하면서 단위체적당의 기액접촉면적이 크게 된다. 또, 노즐근처에서 배연이 흡수제슬러리(S)의 뿜어오름에 의한 흐름에 효과적으로 말려들므로, 흡수제슬러리와 배연은 효과적으로 혼합하고, 이 효과에 의해서도 기액접촉효율이 높아지며, 높은 탈황률에 의해서 배연정화가 소용적인 간소화 흡수탑(1)에 의해서 가능하게 된다. 또, 순환펌프(4)의 토출압력등의 설정에 의해, 스프레이노즐(11)로부터 분사되는 흡수제슬러리 (S)의 액기둥높이를 조정함으로써, 기액접촉효율, 나아가서는 탈황률 등을 효과적으로 변화시킬 수 있다.
그런데, 상기 종래의 기액접촉장치에서는, 흡수제슬러리(S)의 액기둥높이 및 흡수제슬러리(S)속의 석고농도가 높은 등의 조건에 의해서, 마모등에 의한 신뢰성의 저하가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 스프레이노즐(11)의 재료비, 제조비 또는 정착코스트를 높게 하지 않으면 안되어, 경제성을 저해한다고 하는 문제가 있었다. 즉, 흡수제슬러리(S)의 액기둥높이가 1m를 초과하거나, 또는 흡수제슬러리(S) 속의 석고농도가 15%를 초과하는 경우에는, 종래 스프레이노즐(11)의 재질로서, 경도가 높아 내마모성이 뛰어난 금속재료나 세라믹 등의 고가의 재질이 통상 사용되어, 재료비, 제조비가 많이 들고 있었다. 특히, 내식성이 요구되는 경우에는 세라믹을 사용할 필요가 있어, 내충격성을 확보하기 위하여 특수한 장착구조로 할 필요가 발생하고 있었다.
즉, 석탄을 때는 보일러 등의 탈황장치의 경우, 정상운전상태에 있어서는, 반응생성물의 아황산칼슘, 황산칼슘(석고), 플라이애쉬(석탄회), 석탄속에 함유되는 모래입자 등의 고형분이 흡수제슬러리(S)에 존재한다. 그리고, 이들 고형분이, 액중 높이가 높으면 높을수록, 세차게 스프레이노즐(11)내부를 통과하기 때문에, 내충격성이 낮은 FRP에서는 단시간에 마모해버린다. 또, 석탄을 때는 보일러 등의 탈황장치의 경우, 흡수제슬러리(S)속에 염소이온이 존재하기 때문에, 이 염소이온 농도에 따라서는, 스테인레스강에서는 점부식(corrosing) 또는 디포짓어택 등의 부식이 발생한다. 그리고, 이와 같은 부식에 견딜 수 있는 재질로서, 니켈계 합금 또는 티탄계 합금이 있으나, 이들 합금은 스테인레스강에 비해 경도가 낮고 내마모성이 뒤지는 데에 비해 가격이 높다.
그래서, 이와 같이 높은 내마모성과 내식성이 요구되는 경우에는, 종래 세라믹이 스프레이즐(11)의 재질로서 사용되고 있었다. 그러나 세라믹은, 성형이 어렵기 때문에 제조비용이 높아지고, 또한 내충격성이 뒤지고 무거우므로, 스프레이노즐(11)을 헤더파이프(10)에 정착할 때에 파손되기 쉽고, 그 지지구조를 충격이 전달되지 않게 하는 특수한 구조로 하지 않으면 안 되었다.
그래서, 본 발명은 내마모성, 내식성, 내충격성이 뛰어나며 경량이고 또한 값싼 스프레이노즐을 구비해서, 신뢰성 및 경제성이 뛰어난 기액접촉장치를 제공하는 일을 목적으로 하고 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기액접촉장치는, 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽를 향해서 토출하는 스프레이노즐을 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 액입구입의 형상을 상기 스프레이노즐의 액토출구직경의 0.2배 이상의 곡률 반경을 가진 벨형상으로 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 기액접촉장치는, 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐를 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 재질을 JIS(일본공업표준)-A경도가 50-100°인 폴리에테르계 우레탄고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌으로 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 기액접촉장치는, 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐을 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 액입구부의 형상을 상기 스프레이노즐의 액토출구직경의 0.2배이상의 곡률 반경을 가진 벨형상으로 하는 동시에, 상기 스프레이노즐의 재질을 JIS-A 경도가 50-100°인 폴리에테르계 우레탄고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌으로 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 스프레이노즐의 액입구부의 형상을 상기 스프레이노즐의 액토출구직경의 0.2배이상의 곡률반경을 가진 벨형상으로 하고 있다. 이 때문에, 스프레이노즐의 액유입구 및 토출구에 있어서의 슬러리용액의 흐름의 흐트러짐을 방지하고, 스프레이노즐의 재질에 관계없이 기포발생에 의한 마모 또는 캐비테이션에 의한 마모가 억제된다.
또, 스프레이노즐의 재질을 JIS-A 경도가 50-100°인 폴리에테르계 우레탄고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌으로 하였을 경우에는, 내마모성, 내식성, 내충격성이 뛰어나며 경량이고 값싼 스프레이노즐이 된다. 또한, JIS-A 경도가 50-100°인 폴리에테르계 우레탄고무가 내마모성이 뛰어난 것은, 고무탄성에 의한 에너지흡수효과에 의한 것으로 생각할 수 있다. 또, 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌이 내마모성이 뛰어난 것은 기계적 성질이 뛰어난 것과 마찰저항이 작기 때문이라고 생각할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스프레이노즐의 액입구부가 액토출구직경의 0.2배이상의 곡률반경 R을 가진 벨형상으로 되어 있었기 때문에, 스프레이노즐의 액유입구 및 토출구에 있어서의 슬러리용액(S)의 흐름의 흐트러짐이 방지되고, 스프레이노즐의 재질에 관계없이 기포발생에 의한 마모 또는 캐비테이션에 의한 마모가 억제된다. 따라서, FRP와 같은 값싸고 또한 경량이고 내충격성이 있는 재질을 사용하더라도, 내마모성을 확보할 수 있고, 기액접촉장치, 나아가서는 탈황장치의 경제성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 스프레이노즐의 재질을, JIS-A 경도가 50-100°인 폴리에테르계 우레탄 고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌으로 하였을 경우에는, 재료자체의 특성에서, 내식성, 내충격성이 뛰어나며 경량이고 값싼 스프레이노즐이 되는 동시에, 뛰어난 내마모성도 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용하는 스프레이노즐은, 내마모성, 내식성의 점에서 세라믹스제 스프레이노즐과 마찬가지의 신뢰성을 가지면서, 바로 장착이 가능하고 지지구조가 간단하며, 장착작업을 하기 쉽고, 성형도 용이하며, 높은 경제성을 실현하면서 기액접촉장치의 신뢰성을 현격하게 향상시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예에 의해, 본 발명의 기액접촉장치를 설명한다.
[제1실시예]
이하, 본 발명의 기액접촉장치의 실시예를 도면에 의거해서 설명한다. 먼저, 제1실시예의 기액접촉장치를 사용한 탈황장치에 대해서 제1도, 제2도에 의해 설명한다. 또한, 이 실시예의 탈황장치는 스프레이노즐 (20)의 형상에 특징을 가지며 그외의 구성은 제8도에 표시한 종래의 탈황장치와 마찬가지이므로, 마찬가지인 구성요소에는 동일부호를 사용하고 그 설명을 생략한다.
스프레이노즐(20)은 제2도에 표시한 바와 같이, 탑본체(3)내부의 헤더파이프(10)의 상부면에 바로 장착되어서 복수개 세워설치된 통형상의 것으로, 제1도와 같이 베이스끝쪽의 액입구부(21)의 형상이 액토출구직경 d(통상 50mm정도)의 0.2배 이상의 곡률반경 R을 가진 벨형상으로 되어 있다. 그리고, 이 경우, 스프레이노즐(20)은 FRP에 의해 제작되어 있다.
상기 탈황장치에서는, 예를 들면 덕트(8)로부터 미처리배연을 인도하고, 이 것을 순환펌프(4)에 의해 스프레이노즐(20)로부터 분사한 흡수제슬러리(S)에 접촉시켜서, 미처리배연속의 아황산가스를 흡수제거하고, 덕트(9)로부터 처리완료배연으로서 배출시킴으로써, 종래 마찬가지로 높은 탈황률에서의 배연정화가 소용적의 간소한 흡수탑(1)에서 가능하게 된다. 그리고 이때, 스프레이노즐(20)의 액입구부 (21)(제 1도참조)가 액토출구직경 d의 0.2배 이상의 곡률반경 R을 가진 벨형상으로 되어 있기 때문에, 스프레이노즐(20)의 액유입구 및 토출구에 있어서의 슬러리용액(S)의 흐름의 흐트러짖이 방지되어, 스프레이노즐(20)의 재질에 관계없이 기포발생에 의한 마모 또는 캐비테이션에 의한 마모가 억제된다. 따라서, FRP와 같은 값싸고 또한 경량이며 내충격성이 있는 재질을 사용하더라도 내마모성을 확보할 수 있고, 기액접촉장치, 나아가서는 탈황장치의 경제성 및 신뢰성를 향상시킬 수 있다.
이하의 제1표는 상기 실시예의 구성에 있어서, 석고농도 20wt%의 흡수제슬러리(S)를, 토출구에서의 유속이 15m/s가 되도록 조절한 조건하에서, FRP의 스프레이노즐(20)로부터 스프레이하고, 연속 6개월간 운전후, 스프레이노즐(20)의 마모상태를 조사한 시험결과(테스트샘플:No. 2∼8)를, 종래의 스프레이노즐에 의해서 동일조건에서 시험한 결과 (테스트샘플:No.1)와 비교해서 표시한 것이다. 액입구부를 액토출구직경의 0.2배이상의 곡률반경 R을 가진 벨형상으로 한 이 실시예의 경우에는, 액입구부와 액토출구에서 거의 마모량에 차이가 없고, 평균적으로 약 12mm 마모하고 있었다. 이에 대해, 종래의 형상의 스프레이노즐에서는 전체적으로 15∼16mm 정도 격심하게 마모 되어 있고, 특히 액입구부근처에서 마모가 격심하고, 두께 20mm의 스프레이노즐에 관통구멍이 발생하고 있는 개소가 인지되다.
[제2실시예]
다음에, 제2실시예의 기액접촉장치를 사용한 탈황장치에 대해서 설명한다. 이 실시예의 탈황장치는 스프레이노즐(20)의 재질을 JIS-A경도가 50∼100°인 폴리에테르계 우레탄고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌으로 한 것이며, 그 외의 구성은 상기한 제 1실시예의 탈황장치와 마찬가지이다. 이와 같이 재질을 선정하면, 상기 재료자체의 특성에서, 내식성, 내충격성이 뛰어나며 경량이고 값싼 스프레이노즐로 되는 동시에, 하기 제2표의 시험결과에 표시한 바와 같이 뛰어난 내마모성도 얻을 수 있다. 따라서, 내마모성, 내식성의 점세라믹스제 스프레이노즐과 마찬가지의 신뢰성을 가지면서, 바로 장착이 가능하고, 지지구조가 간단해서 장착작업을 하기 쉬우며, 성형도 용이한 스프레이노즐이 되고, 높은 경제성을 실현하면서 기액접촉장치의 신뢰성이 각별히 향상하는 효과가 있다.
이하의 제2표는 실시예 1의 제1표의 시험과 마찬가지의 조건하에서, 상기 재질의 스프레이노즐(20)로부터 스프레이하고, 연속 6개월간 운전후, 스프레이노즐(20)의 마모상태를 조사한 시험 결과 (테스트샘플:No. 9∼18)를 표시한 것이다. 폴레이에테르계 우레탄고무의 경우도, 또 초고분자량 폴리에틸렌의 경우도, 마모량은 0.2mm이하이며, 각별히 내마모성이 향상하는 것이 실증되고 있다. 제1표와 제2표의 대비로부터, JIS-A경도가 50∼100°인 폴리에테르계 우레탄고무 또는 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌이 FRP보다는 내식성, 내충격성이 뛰어난 것이 명백하다.
또한, 본 발명의 기액접촉장치는, 상기와 같은 탱크산화바방식의 습식 배연탈황장치에 있어서의 흡수탑의 구성으로서 적용되는 경우에 한정되지 않고, 슬러리용액과 기체를 효율좋게 접촉시킬 필요가 있는 공정이면 각종의 분야에 적용할 수 있는 것은 말 할것도 없다. 또, 습식배연탈황장치에 있어서의 흡수탑의 구성으로서 적용되는 경우에도, 각종 태양이 있을 수 있다. 예를 들면, 연돌과 흡수탑을 일체화시킨 연돌결합식의 간이탈황장치에 대해서도 적용할 수 있어, 그 경제적 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

Claims (3)

  1. 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐을 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 액입구부의 형상을 상기 스프레이노즐의 액토출구직경의 0.2배 이상의 곡률반경을 가진 벨형상으로 한 것을 특징으로 하는 기액접촉장치.
  2. 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐을 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 재질을 JIS-A경도가 50∼100°인 폴리에테르계 우레탄고무 및 평균 분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌중의 하나로 한 것을 특징으로 하는 기액접촉장치.
  3. 기체가 유통하는 탑본체내부에, 슬러리용액을 위쪽을 향해서 토출하는 스프레이노즐을 배설해서 이루어진 기액접촉장치에 있어서, 상기 스프레이노즐의 액입구부의 형상을 상기 스프레이노즐의 액토출구직경의 0.2배 이상의 곡률반경을 가진 벨형상으로 하는 동시에, 상기 스프레이노즐의 재질을 JIS-A경도가 50∼100°인 폴리에테르계 우레탄고무 및 평균분자량이 1,000,000∼4,000,000인 폴리에틸렌중의 하나로 한 것을 특징으로 하는 기액접촉장치.
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