KR100221714B1 - 수송층내의 흡수제 미립자를 이용하여 유출물을 탈황시키는 단계를 포함하는 열 발생 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유황 및 질소 산화물의 방출을 감소시킨 열발생 장치 및 방법에 관한 것이다. 유황 및 질소산화물을 포함하는 연료의 연소(1)가 발생되고, 이 연소 유출물 및 새로운 흡수제 입자가 단열 탈황영역(8) 상류에 있는 난류 영역(turbulent zone)(9)내로 주입되고, 그렇게 얻어진 혼합물은 열회수 영역(16)내를 통과한다. 일부 흡수제는 상기 탈황영역으로 재순환되며, 이 영역의 온도가 750℃에서 1000℃가 되도록 새로운 흡수제와 재순환 흡수제의 유속이 조절된다.

Description

수송층내의 흡수제 미립자를 이용하여 유출물을 탈황시키는 단계를 포함하는 열 발생 방법 및 장치

첨부된 도면은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 개략도이다.

본 발명은 연소된 가연성 화합물, 황 산화물 및 질소 산화물 방출을 감소시키면서, 황 및 질소 함량이 높은 연료를 연소시켜 열을 발생시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 열 발생기내의 수송층(entraninedbed)에서 탈황 반응을 조절 및 최적화하는 방법에 관한 것이다.

보호 구역내에서는, 엄격한 법규에 의해 열 발생기에서 유출되는 기체 유출물중의 황 산화물의 방출이 제한되며, 또한 경제적인 면에서 상당히 유리한 황 함량이 높은 연료의 사용을 금지하고 있다 ; 즉, 갈탄류의 석탄 및 정련 공정에서 얻어지는 석유 잔류물을 사용하는 경우가 해당된다.

본 발명의 기술적 배경은 특허 공보 US-A4277450호, EP-A-0093063호, EP-A-0211458호 및 DE-A-3235558호에 기술되어 있다. 특허 EP-A-0362015호에는 흡수제 입자를 재순환시키지 않고 유동층에서 열을 발생하는 장치를 기술하고 있다. 한편, 프랑스공화국 특허 2575272호 공보에는 연료의 연소 및 탈황 반응이 둘다 수행되는 연소실내에서 흡수제 입자를 재순환시키는 단계를 포함하는 방법을 기술하고 있다. 상기 특허중에서는 어느 것도이하에 언급되는 기술적인 과제에 대해 전혀 제안한 바 없다.

프랑스공화국 특허 제2636720호에 의해, 황 함량이 높은 연료를 사용할 수 있는 열 발생기로부터 황 산화물, 특히 이산화황의 방출을 감소시키는 방법이 공지되었다. 실제로, 연소 공정을 위한 컴팩트형 유닛을 구성하는데는 다음과 같은 세가지 필수 구성 요소가 사용된다 ; 냉벽면을 갖는 연소실, 연소 가스 및 순환 입자로부터 발생하는 상당량의 열을 흡수하는 회수 가열기, 및 내부 열교환 영역이 거의 없는 중간 수송층(이때, 수송층의 기능은 상부 연소실 및 하부 열교환기 사이에서 순간적으로 기체들을 탈황처리하는 것이다).

일반적으로 이와 같은 유형의 스팀 발생기에서 당면하는 기술적인 문제점은 대부분의 가열기가 필요에 따라 적절하게 스팀을 생산할 수 있도록 가변적인 속도하에 작동할 필요가 있다는 사실이다. 가열기의 산출 효율의 변화, 즉, 공기 및 연료의 유속에 있어서의 변화는 필연적으로 가열기 내부의 열적양상을 변화시키는데, 그 이유는 대류 및 복사에 의한 열 교환 계수는 열 교환영역을 통해 이동하는 연기(fumes)의 유속에 직접 비례하지 않기 때문이다.

프랑스공화국 특허 제2636720호에 기술된 열 발생기의 경우에, 속도가 감소되면 탈황실의 평균 온도저하가 야기된다. 이러한 온도저하는 열 발생기의 열 산출량이 통상의 작동 조건하에서 산출되는 것의 30%이하일 때 200℃ 또는 300℃에 이를 수 있다. 탈황실은 몇가지 유형의 흡수제를 사용하는 경우 상당히 좁은 온도범위내에서(예를 들어 석회석의 경우 850 내지 950℃)사용되어야 하므로, 속도가 감소되는 경우 탈황 성능이 저하될 수 있다.

최종 열교환 영역을 통과한 후에 수집된 기체들을 연소실로 재순환시킨다면 온도변화가 상당히 감소된다는 것은 주지의 사실이다. 이와 같은 해결 방안을 탈황실내의 온도유지 문제를 해결하는데 있어 고려해 볼만하지만, 수 메가와트 내지 수십 메가와트의 산출량을 가진 공업용 가열기에는 적용시키기 곤란할 정도로 비교적 막대한 자금이 필요하다.

본 발명에서는 탈황실 온도를 유지하기 위해, 또는 속도가 감소되는 경우 과다한 온도저하가 일어나는 것을 막기 위해서, 기체가 아닌 최종 열교환기의 하류에서 회수된 이미 사용된 흡수제중 적어도일부를 재순환시키는 방법을 제한하는 바이다.

본 발명에 의해 상기 언급한 문제를 해결하고, 높은 탈황 속도를 얻을 수 있으며, 열 발생기의 작동 속도에 상관없이 저렴한 비용으로 흡수제의 이용율을 증가시킬 수 있는 방법이 발견되었다.

본 발명의 다른 목적은 어떠한 속도에서도발생기의 최적 작동과 양립할 수 있는 수준에서 연료의 연소로부터 생성되는 연기(fumes)를 탈황시키기 위한 탈황실의 온도를 유지시키는데 있다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 다음과 같은 단계들을 포함하여 황 산화물, 질소 산화물 및 불완전 연소된 가연성 화합물의 방출을 감소시킨 열 발생방법에 관한 것이다 ; (a) 적어도 일부이 열이 추출되는 열 교환 영역을 포함하는 연소 영역내에서 황 및 질소를 함유한 연소 반응의 화학양론과 거의 유사한 조건하에서 산소 함유 기체의 존재하에 연소시키고, 그 연소 유출물을 800 내지 1200℃의 온도에서 회수하는 단계 ; (b) 하나 이상의 알칼리 토금속의 염기성 화합물을 함유하며, 크기가 1 내지 100미크론이고, 밀도가 500 내지 4000㎏/㎥인 새로운 흡수제 입자 및 상기 연소 유출물을 탈황 영역의 상류에 있는 하나 이상의 난류성(turbulent)영역내로 주입하는 단계 ; (c) 상기 탈황 영역의 배출구에서 산소 함량이 0.1 내지 5부피%가 될 수 있고 상기 유출물이 탈황 영역의 배출구에서 바람직하게는 2 내지 20m/s의 표면 속도를 가질 수 있는 조건하에 산화성 대기중에서, 상기 입자의 존재하에 상기 유출물을 탈황 영역내의 수송층(entrained bed)내에서 탈황시키고, 탈황반응으로부터 유래한 황 화합물을 포함하는 상기 입자와 탈황된 기체상의 유출물을 함유한 혼합물을 생성시키는 단계 ; (d) 상기 혼합물을 열 회수 영역에 통과시켜, 적어도일부의 열을 배출시키고, 적어도일부의 흡수제 입자를 회수하는 단계 ; 및 (e) 단계 (d)에서 얻어진 혼합물을 분리 영역내에서 분리시켜서, 대부분의 황산화물, 질소산화물 및 불완전 연소된 가연성 화합물이 없고 적어도부분적으로 냉각된 기체상 유출물을 배출시키고, 또한 적어도일부의 상기 황 화합물을 포함하는 상기 흡수제 입자를 배출시키는 단계.

본 발명의 방법은 탈황실 온도가 750℃ 내지 1000℃(최적 작동 범위)를 유지할 수 있는 조건하에서 상기 e) 단계 및 임의로 d) 단계에서 얻어진 흡수제 입자중 적어도일부를 상기 난류성 영역 상류의 b) 단계로 재순환시키는 것을 특징으로 한다.

연소 및 탈황 단계를 각각 2개의 서로 다른 챔버(chamber)내에서 실시하도록 하여 두 단계를 완전히 분리 시킴으로써, 상기 2가지 기능이 각각 별도로 최적화될 수 있다. 실제로, 연소 단계는 약간 과량의 공기 존재하에, 또는 공기 부족 상태에서 수행하며, 일반적으로 연소 반응 화학 양론치의 90 내지 110% 유리하게는 96 내지 104%에서 발생한다. 따라서 탈황 영역내에서 연소될 다량의 불완전 연소된 생성물을 갖기 때문에 질소 산화물의 생성이 감소된다.

최종적으로 b) 단계에 주입된 흡수제 입자는 새로운 입자 일부(미사용된 입자로서 실온 근처의 온도를 가짐) 및 발생기의 처리량에 관계없이 재순환되고 연소 유출물을 냉각시키기에 적합한 소모된 입자 일부를 포함한다.

미세한 입자 형태인 5 내지 25 미크론 크기의 흡수제를 사용하므로써 고속의 탈황 반응을 얻을 수 있으며, 흡수제내에 함유된 마그네슘이나 칼슘의 이용율이 증가된다.

본 발명의 특징은 소위 새로운 입자가 통상 거의 실온에 가까운 온도에 존재한다는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 재순환된 입자의 온도가 일반적으로 주위 온도내지 400℃, 바람직하게는 50℃ 내지 150℃라는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 발생기의 액면 속도및 감소된 속도하에서, 재순환된 흡수제의 유속이 통상 탈황실내로 주입된 새로운 흡수제의 유속의 0.01 내지 15배, 바람직하게는 2 내지 8배에 해당한다는 것이다.

가열기의 속도가 감소됨에 따라, 이에 비례하여 재순환된 흡수제의 유속은 저하된다. 유속 저하 원리는 사용자에 의해 결정된다.

유속 저하의 원리는 직선 비례형이거나 다항식형일 수 있다. 이는 주로 사용된 흡수제의 최적 작동 범위 및 스팀 발생기에 요구되는 최대의 융통성에 좌우된다. 이러한 융통성은 최소한의 작업 산출량에 대한 액면 작업 산출량의 비율로 특징지워진다(예를 들어, 4/1의 융통성은 액면 작업 산출량의 25%로 가열기가 작동할 수 있음을 의미한다)

탈황실 상류의 연소실에 위치한 발생기의 열 교환 영역은 액면 작동시의 탈황실의 작동 온도가 탈황을 위한 최적 온도범위의 상한치에 거의 대응하도록 산정된다.

탈황실의 작동 온도는 흡수제가 혼합된 이후의 탈황실 주입구 온도및 탈황실 배출구 온도의 평균을 의미한다.

가열기 속도의 저하는 일반적으로 온도저하를 초래하지만, 본 발명의 방법에 의하면 상기 온도는 일반적으로 최적 온도범위, 즉 최악의 경우에도200℃를 초과하지 않는 상태를 유지한다.

본 발명의 방법의 다른 장점은 재순환 과정 없이 실시하는 방법에 비해 흡수제의 이용율을 우수하게 할 수 있다는 것이다. 실제로, 재순환 단계는 탈황실내에서의 흡수제의 체류 시간을 더 길게 한다. 또한, 최종 소기 단계에서 흡수제가 일정량의 습기를 흡수할 수 있어서, 그 흡수제를 탈황실내로 재주입할 때 추가의 반응 표면을 형성하도록 도모하는 것으로 밝혀졌다. 요컨대, 습기를 흡수하면서 탈황실내에서 1초동안 계속해서 5회 체류하는 흡착제가 더욱 바람직하다.

또한 재순환 단계는 일정한 Ca/s 몰비율하에서 탈황 수율에 유리한 영향을 미친다. 왜냐하면, 재순환 단계는 탈황실내에 존재하는 활성 물질의 양을 증가시킬 수 있기 때문이다.

감소된 속도에서의 작동시 재순환 속도는 저하되지만, 유닛내의 흡수제의 총 평균 체류시간은, 탈황실내의 가스의 속도가 감소되기 때문에 거의 동일하다.

경우에 따라서는, 연기의 유속이 재순환 속도보다 더 큰 비율로 감소된다면, 총 평균 체류 시간은 액면 작동시보다 더 길어질 수 있다. 이런 식으로, 탈황성능은 재순환 단계가 없는 경우와 마찬가지로 Ca/s 비율을 증가시키는 일없이 임의의 가열기 속도에서 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 장점은, 본 발명에 의해 입자가 재순환 될 때, 비록 그 입자중 일부가 이미 사용되어 일부의 입자내의 칼슘 이용률이 새로운 입자의 경우보다 더 낮다고 할지라도, 입자의 평균 농도가 더 높다는 점이다. 결과적으로, 보다 짧은 시간에 동일한 결과를 얻을 수 있게 된 것이다. 환언하면, 부피가 감소된 탈황 반응기를 사용할 수 있으며, 따라서 비용도 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 재순환된 입자를 탈황실내로 재주입하는 단계에 앞서 습도흡수를 증가시키기 위해 적절한 조건하에서 물이나 스팀을 사용하여 소모된 흡수제를 처리할 수 있다는 것이다. 이 작업은 당해 기술 분야에 공지된 장치, 특히 단계식 혼합기를 사용하여 수행할 수 있다.

본 발명에 의한 방법의 또 다른 특징은, 탈황 단계를 기체상의 연소 유출물 및 산화제 가스내의 새로운 입자 및 재순환된 입자 농도가 가스 및 연기 1N㎥당 0.02 내지 1㎏, 바람직하게는 0.05 내지 0.2㎏(N은, '표준상태' 즉 0℃와 1기압을 의미함)인 조건하에서 실시한다는 것이다.

일반적으로 탈황 영역내에서의 입자의 체류 시간은 0.5 내지 10초 바람직하게는 1 내지 2초이다.

필요하다면, 연소 유출물의 탈질과 반응(denitrification)을 증가시키기 위해, 탈황실내에, 특히 상류에 암모니아 또는 우레아를 공급할 수 있다. 마찬가지로, 연소 단계를 과량의 공기중에서 실시하지 않았다면, 탈황 반응을 산소 대기중에서 실시할 수 있도록 공기를 더 첨가할 수도있다.

바람직하게는 탈황실 상류에 위치한 난류 영역은, 수송층내의 가스 및 재순환된 입자와 새로운 입자의 혼합을 용이하게 하는 난류를 발생시킨다.

이와 같은 난류 영역은 예를 들면 배기구, 벤츄리(venturi), 격막 또는 다공성 매체를 사용하여 당해 기술 분야에 공지된 방법으로 형성시킬 수 있다.

가장 많이 이용되는 흡수제로는 소석회(dead lime), 석회석(CaCo₃) 또는 백운석(CaMg(CO₃)₂)을 단독으로 또는 혼합물로서 사용한다. 미세한 입자를 가지며 하소(burning)단계 이전에 분취된 시멘트 작업 생성물도 이용할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치(도면 참조)는 배출구(5)를 구비한 연소실(1), 상기 연소실내에서 연료를 연소시키기 위한 수단(2), 상기 연소실내의 열을 회수하기 위한 제1수단(4), 상기 연소실의 배출구(5) 및 배출구(14)에 연결된 주입구(7)을 구비한 거의 단열성인 탈황실(8), 배출구(21)을 구비한 탈황실의 배출구(14)에 연결된 열 회수실(16), 및 소모된 흡수제중 적어도일부로부터 탈황된 기체상 유출물을 분리시키며 상기 열 회수실의 배출구(21)에 연결되어 있는 분리실(22)를 포함하며 ; 이때 상기 탈황실은 상기 연소실과 공유하고 있는 하나 이상의 벽(13) 및 상기 열 회수실(16)과 공유하고 있는 하나 이상의 벽(15)를 가지며, 상기 탈황실의 상기 주입구(7)은 새로운 흡수재 입자를 공급하기 위한 수단(10) 및 순환하는 입자내에 난류를 발생시키기 위한 수단(9)을 가진다.

상기 장치는 탈황실 입구(7)에 사용된 흡수제 입자중 적어도 일부를 재순환시키기 위한 수단(50,41,10), 및 재순환된 흡수제 입자의 유속을 조정 및 조절하기 위한 수단(43,46)을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 상기 모든 수단들은 탈황실을 거의 최적 작동 상태로 유지하도록 협력하게 되어 있다.

거의 단열성인 탈황실은 그것의 벽을 통하거나, 실제 수송층내의 열교환기를 통환 외부 환경 또는 인접한 챔버들과의 열교환이 거의 없는 챔버이다. 상기 챔버의 주입구와 배출구 사이에서의 온도 저하는 일반적으로 작아서, 탈황 반응은 상기 챔버의 배출구 온도에서까지도(예를 들면 750℃의 배출구 온도) 충분히 효과적이다.

본 발명의 한 특징은 상기 재순환 수단이 분리실(22)의 배출구 및/또는 저장실(25)의 배출구 및/똔모는 열 회수실 하부의 배출구에 연결된 하나 이상의 유속 조절 밸브(40)을 포함하며, 상기 밸브가 파이프(41)에 의해 하나 이상의 입자 주입기(10)에 연결되어 있는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 소모된 입자의 유속을 조절 및 조정하기 위한 수단이 탈황실내의 온도탐침자(46) 및 입자의 유속 조절 밸브(40)에 연결된 제어 수단(43)을 포함하는 것이다.

특정의 구체예에서, 상기 연소실의 배출구는 탈황실의 주입구에 연결된 연속적인 통로를 포함할 수 있는데, 그 통로는 공급 수단을 포함하며, 특히 새로운 흡수제 및 재순환된 흡수제 입자를 공급하기 위한 수단을 포함한다.

이들 수단은 모두 탈황실내에서 흡수제 및 유출된 연소 가스의 병류 순환을 위해 사용된 것이다.

본 발명의 장치의 또 다른 특징은 탈황실 및 열 회수실이 열 회수실의 주입구내로 흡수제 입자 및 탈황된 기체상의 유출물을 통과시키기 위해 사용된 하나 이상의 출구를 포함하는 벽을 공유하고 있다는 점이다.

이하에서는 본 발명을 첨부된 도면에 예시한 특정의 실시예에 의거 설명하고자 한다.

도면은 본 발명에 의한 장치를 도시한 것으로서, 사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 세장형의 연소실(1)(바람직하게는 수직형이며 황 및 질소를 함유한 고체 또는 액체 타입의 연료를 연소시킬 수 있음)을 포함하며, 연료는 산화제가스와 함께 버너(2)에 의해 분무된 형태로 연소실(1)에 주입된다. 상기 버너는 상기 연소실의 축을 따라서 그 상부에 배치되는 것이 유리하다.

이 연료는 진공 잔사, 유동성 아스팔트, 고체 연료, 연료/석탄 혼합 연료, 석탄/물의 현탁액등일 수 있다.

연료는 질소 산화물의 생성을 최대한으로 줄이기 위해 과잉분의 공기없이 연소시킨다. 연소가 이루어지는 동안, 가스 상태의 연소 유출물의 온도를 800℃ 내지 1200℃로 유지시키기 위해 열교환 튜브(4)를 통해 방출된 에너지의 일부를 인출한다. 상기 유출물은 상기 연소실의 하단에 있는 배출구(5)를 빠져 나와서 통로(6)을 통해 순환한 후에 거의 단열성인 탈황실의 주입구(7)에 도달하며, 이때 단열성 탈황실의 벽은 부분적으로 또는 전체적으로 절연재로 피복된 막튜브를 포함할 수 있다.

주입기(10)이 상기 통로에 위치한다. 공급 라인(50)을 통해서 새로운 흡수제 입자, 또는 석회석 현탁액의 경우에는 액체 입자를 탈황실내로 주입한다.

상기 주입기는 또한 라인(50)에 연결되어 있는 라인(41)을 통해 재순환된 소모된 흡수제를 주입한다. 재순환 라인(41)은 회전식 로크(lock)(40)(또는 동일한 기능을 하는 당해 기술 분야에 공지된 기타 수단)에 연결되어 있고, 그 로크 또는 기타의 수단은 저장실(25)의 배출 라인(27a) 및/또는 분리실의 배출 라인(27c), 및/또는 임의로 열 회수실의 하단에 연결된 배출 라인(20)에 연결되어 있다.

재순환된 입자들의 흐름은 탈황실에 탐침자(46)에 의해 제공된 온도에 의해서 라인(44)을 경유해서 제어 수단(43)을 통해 제어되는 벨브(40)에 의해 운반된다.

상기 탐침자(46)은 상기 탈황실내에 위치하며, 라인(45)에 의해 제어 수단(43)에 연결되어 있다.

재순환된 흡수제는 라인(42)을 통해 기체 공급체(공기 또는 증기)가 공급되는 라인(41)을 통해서 공기의 작용에 의해 탈황실로 급송된다. 약 20℃온도하의 새로운 입자와, 예를 들면 100℃하의 소모된 재순환 입자의 주입결과, 연소실과 탈황실의 주입구에서 냉각되는 총량은 일반적으로 버너에서 방출되는 출력에 거의 비례한다.

약 15미크론의 입경을 갖는 입자들이 연소 유출물과 병류식으로 순환한다.

탈황된 유출물이 그 챔버로부터 배출될 때 2 내지 20 m/s의 속도가 입자에 부여된다. 입자들의 유속은 기체 1㎥당 0.05 내지 0.2㎏범위의 농도가 될 정도이다.

통로(6)내에는 암모니아 주입기(12)가 장착되어 있다. 이 주입기를 통해 챔버(8)에 유출물의 탈질소 작용을 완결시키기 위한 흐름 방향으로 암모니아를 주입하여 질소 산화물을 분자 질소로 전환시킨다.

두 주입기는 흡수제 또는 암모니아가 공간내에 양호하게 분산되도록 라인(26)을 통해 공급된 압축 공기 또는 증기에 의해 작동한다.

분산을 위해 상기 주입기에 스팀 또는 공기를 사용하는 경우는 불완전 연소화합물을 완전히 연소시키기에는 불충분하므로, 동일한 통로(6)에 공기 주입기(11)에 의해서 공기를 더 주입할 필요가 있다.

이 모든 주입기들은 벤튜리관(9)의 상류에 위치하는 것이 유리하지만, 주입기들중 하나 또는 벤튜리관의 내부나 하류에 위치하는 것도 가능하다.

탈황실(8)의 주입구에는 벤튜리관(9)이 장착되는 것이 유리하다. 이는 입자 및 주입구를 통과하는 가스의 흐름에 난류를 유발시켜서 그들의 혼합을 도모하는데 사용된다.

세장형 및 정사각형 또는 직사각형 단면으로 된 탈황실이 연소실에 인접해 있으며, 이 탈황실에서 입자와 기체상 유출물의 혼합이 이루어진다. 이들의 공통된 벽(13)은 거의 또는 전혀 냉각되지 않는다.

형성된 입자층 또는 수송층의 온도는 750 내지 1000℃로 유지된다. 챔버는 거의 단열성이며, 유출물은 탈황실에 체류하는 동안에 탈황된다. 황 산화물, 특히 SO₂는 황산염으로 전환된다. 체류 시간은 약 1초이다.

탈황된 유출물과 흡수제 입자들은 탈황실의 단부에 있는 배출구(14)를 통해 탈황실을 빠져 나와서 근접해 있는 열 회수실(16)로 이동한다. 이 두 챔버의 공통된 벽은 그 상단(15)에 배출구(14)를 가지며, 그 출구를 통해 입자와 가스가 통과한다.

정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 열 회수실(16)내로 상기 혼합물이 하강하며, 상기 열 회수실은, 예를 들면 열 회수실(16)의 축을 따라 코일형으로 감긴 것일 수 있는 열교환 튜브(17)를 포함한다. 이 튜브에는 (18)에서 물이 공급되고 압력하에서의 커패시터(30)에 연결된 물 및 증기의 배출구(19)를 가진다. 튜브는 열 회수실(16)로부터 배출된 고체/가스 혼합물의 온도가 120℃ 내지 400℃로 유지되도록 배열된다.

열 회수실(16)의 바닥부에는 고체 추출 장치(20)가 존재한다. 이 장치는 튜브상에 부착된 흡수제 일부를 소기에 의해 제거하기 위해 구비된 것이다.

전술한 바와 같이, 흡수제는 적당한 수단에 의해 탈황실의 주입구(7)로 재순환된다.

고체-가스의 냉각된 혼합물의 열 회수실(16)의 하부에서 배출구(21)를 통해 회수실(16)을 빠져 나와서 이동 라인(23)에 의해 배출구(21)에 연결된 분리실(22)내에서 분리된다. 분리실(22)은 여과통(24)을 포함하며, 그 여과통에 의해서, 황산염을 주성분으로 하는 소모된 흡수제 입자가 수집되고, 분진 및 질소와 황산화물의 대부분이 제거된 기체 유출물이 상기 분리실(22)의 상부에 연결된 라인(26)을 통해서 대기중으로 배출된다. 입자들은 분리실(22)의 하부, 및 경우에 따라서는 추출 장치(20)에 연결된 라인(27)을 통해 저장 호퍼(25)로 급송된다. 저장 호퍼(25)의 하단에서, 밸브(56)에 의해 제어되는 배출 라인(55)을 통해 소모된 흡수제 입자의 일부가 추출된다.

특히 황의 방출량은 정화된 유출물의 배출 라인(260에 위치하며 적외선에 대해 특이적일 수 있는 검출기(47)에 의해 제어된다. 이 검출기는 라인(49)에 의해 제어 수단(48)에 연결되는데, 이 제어 수단은 라인(58)을 경유하여 밸브(57)를 조절한다. 밸브(57)는 주입기(10)에 의해 탈황실(8)로 주입하고자 하는 새로운 입자들을 운반한다.

예를 들면 검출기(47)에 의해 측정된 유출물내의 SO₂함량이 제어 수단(48)에 표시된 범위를 초과하는 경우, 전기 신호를 운반 밸브(57)로 보낸다.

이어서, 밸브는 탈황실내에 다량의 새로운 흡수제 입자를 유입시키도록 하여 유출물내의 SO₂함량을 감소시키게 된다.

다량의 증기가 필요할 경우, 연소된 연료의 양은 탈황실의 온도가 발생기의 최적 사용 범위를 초과하기 쉬울 정도가 된다. 이때 온도측정 탐침자(46)에 연결된 제어 수단(43)은 밸브(40)에 전기신호를 보낸다. 이 밸브는 탈황실을 냉각시키고 탈황 반응을 최적의 조건하에서 수행할 수 있도록, 소모된 입자들을 재순환시킨다.

반면, 속도가 감소될 때는 온도가 저하되고 상기 수단들은 연소 유출물을 냉각시키기 위해 재순환되는 입자의 양을 감소시키도록 밸브를 작동시킨다. 이와 같이 탈황 반응은 흡수제의 최적의 사용에 적당한 온도에서 수행된다.

따라서 연소 유출물은 3개의 챔버(1, 8, 16)-중앙 챔버(8)는 다른 두 챔버의 가운데에 위치함-를 S자형 경로로 통과한 후, 매우 빠르게 정제된다.

필요하다면, 탈황실에 흡수제 입자의 체류 시간을 증가시키도록 고안된 내부 수단을 장착시켜 더욱 높은 효율로 제작할 수도 있다. 상기 내부 수단은 예를 들면, 상기 챔버내에 적층된 라쉬 고리(Raschig rings) 또는 풀 고리(Pall rings)로서, 이는 상기 챔버의 벽에 의해 지지되는 그리드(grid) 및/또는 부속품(fittings)에 의해 지지되는 규모로 된 0.15 내지 10㎝ 크기의 입자일 수 있으며, 이는 난류를 촉진한다(예컨대, 상기 챔버를 따라 배열된 횡단면적 제한기).

이하에서는 본 발명의 방법을 예시하고자 감소된 액면 산출량을 갖는 비교예를 본 발명의 실시예와 함께 게재하였다.

[종래 기술]

[케이스 1]

가열기는 5%의 황을 함유한 연료를 5t/h로 연소시킨다. 공기 과잉분은 15%이다. 소모된 흡수제는 Ca(OH)₂95%를 함유한 평균 입경 8미크론의 통상적인 소석회이다. 실험실 시험법에 의해 확정된 흡수제의 최적 온도범위는 830 내지 980℃이다. 탈황실은 막을 구비한 벽들로 형성되어 있다.

탈황실내의 기체 체류 시간이 2초이고 흡수제와 연기의 흐름에 대한 Ca/s몰비가 2.5인 경우 80%의 탈황 수율을 얻었다. 액면 작동 조건하에서 탈황실의 작업 온도는 970℃이고, 그 주입구와 배출구간의 온도저하분은 40℃이다. 흡수제 이용율(초기에 주입된 칼슘에 대한 소모된 칼슘의 몰비)은 32%이다.

가열기의 속도가 75%까지 감소되면, 탈황실의 주입구에서 온도는 750℃에 불과하고, 흡수제가 그곳에서 혼합되는 경우 탈황 반응을 수행하기가 곤란하다. 반응 속도가 낮고, 소석회의 반복 탄화성(recarbonisation)이 낮기 때문에 성능이 열등하다. 탈황 수율을 80%로 회복하기 위해, 소모되는 칼슘의 양은 Ca/s비가 3.8이고, 이용율이 21%가 될 수 있는 비율로 증가시켜야 한다.

[본 발명의 방법]

[케이스 2]

가열기는 동일한 연료와 흡수제를 사용하여 동일한 양의 연료를 연소시킨다. 탈황실의 용적은 반감되었으므로, 액면 작동 조건하에서 기체의 체류 시간은 단지 1초에 불과하다. 새로운 흡수제 입자의 온도는 약 20℃인 반면, 재순환되는 입자의 온도는 약 150℃이다. 모든 입자들이 공기 존재하에 주입된다. Ca/s 몰비가 1.8로 조정되고 재순환 비율이 6일 경우 연기의 탈황 수율은 80%로 얻어졌다. 작업 온도는 액면 작동시 970℃이다. 흡수제 이용율은 44.5%이다. 가열기의 산출량이 75%로 감소되면, 입자 재순환 비율이 0.5로 저하된다. 이때 탈황실의 온도가 840℃로 저하되지만 최적 작동 범위내로 유지된다. 재순환 비율이 저하된 정도만큼 탈황실내의 흡수제의 체류 시간이 길어져서 서로 거의 완전하게 상보되었기 때문이다 : 80% 수율을 유지하기 위해서는, 재순환되는 입자의 유속에 대한 새로운 입자의 유속을 증가시키므로써 Ca/s 비를 2.0으로 약간 증가시키면 된다. 이용율은 40%이다.

케이스 1과 케이스 2를 비교해 보면 본 발명의 방법이 유용함을 명확히 할 수 있다. 재순환 과정이 없는 종래 기술에 비해 흡수제 사용면에서 경제적이며 투자 비용도 감소시킬 수 있는데, 이는 탈황실의 용적을 더욱 소규모로 할 수 있다는데 주로 기인한 것이다.

Claims (13)

1. (a) 적어도 일부의 열이 추출되는 열교환 영역을 포함하는 연소 영역내에서 황 및 질소를 함유한 연료를 연소 반응의 화학양론과 거의 유사한 조건하에서 산소 함유 기체의 존재하에 연소시키고, 그 연소 유출물을 800 내지 1200℃의 온도에서 회수하는 단계 ; (b) 하나 이상의 알칼리 토금속의 염기성 화합물을 함유하며, 크기가 1 내지 100미크론이고, 밀도가 500 내지 4000㎏/㎥인 새로운 흡수제 입자 및 상기 연소 유출물을 탈황 영역의 상류에 있는 하나 이상의 난류성 영역내로 주입하는 단계 ; (c) 상기 탈황 영역의 배출구에서 산소 함량이 0.1 내지 5부피%가 될 수 있는 조건하에 산화성 대기중에서, 상기 입자의 존재하에 750 내지 1000℃의 온도에서 상기 유출물을 탈황 영역내의 수송층(entrainedbed)내에서 탈황시키고, 탈황 반응으로부터 유래한 황 화합물을 포함하는 상기 입자와 탈황된 기체상의 유출물을 함유한 혼합물을 생성시키는 단계 ; (d) 상기 혼합물을 열 회수 영역에 통과시켜서, 적어도 일부의 열을 배출시키고, 적어도 일부의 흡수제 입자를 회수하는 단계 ; 및 (e) 단계 (d)에서 얻어진 혼합물을 분리 영역내에서 분리시켜서, 대부분의 황 산화물, 질소 산화물 및 불완전 연소된 가연성 화합물이 없고 적어도 부분적으로 냉각된 기체상 유출물을 배출시키고, 또한 적어도 일부의 상기 황 화합물을 포함하는 상기 흡수제 입자를 배출시키는 단계를 포함하여 황 산화물, 질소 산화물 및 불완전 연소된 가연성 화합물의 방출을 감소시킨 열 발생 방법에 있어서, 상기 단계 (e)와 임의의 단계 (d)로부터 얻어진 흡수제 입자중 적어도 일부를 상기 난류성 영역의 상류에서 상기 단계(b)로 재순환시키며, 새로운 흡수제 입자의 유속과 재순환된 입자의 유속을 탈황실의 온도가 750 내지 1000℃가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 탈황 영역내의 새로운 입자 및 재순환된 입자의 농도가 총 유출물 1N㎥당 0.02 내지 1㎏인 방법.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈황 영역내의 입자의 체류 시간이 0.5 내지 10초인 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소 유출물이 상기 탈황 영역의 배출구에서 2 내지 20m/s의 표면 속도를 갖는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 새로운 흡수제 입자가 거의 실온에 가까운 온도하에 존재하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재순환된 흡수제 입자가 실온 내지 400℃의 온도하에 존재하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡수제 입자를 상기 새로운 흡수제 입자의 유속의 0.01 내지 15배의 유속하에 재순환시키는 방법.
8. 배출구(5)를 구비한 연소실(1), 상기 연소실내에서 연료를 연소시키기 위한 수단(2), 상기 연소실내에서 열을 회수하기 위한 제1수단(4), 상기 연소실의 배출구(5) 및 배출구(14)에 연결된 주입구(7)를 구비한 탈황실(8), 배출구(21)를 구비한 탈황실의 배출구에 연결된 열 회수실(16), 및 상기 열 회수실의 배출구(21)에 연결되며 적어도 부분적으로 사용된 흡수제 입자로부터 탈황된 기체상 유출물을 분리시키기 위한 분리실(22)을 포함하며, 상기 탈황실은 상기 연소실과 공유하는 하나 이상의 벽(13)을 갖고, 상기 열 회수실(16)과 공유하는 하나 이상의 벽(15)을 가지며, 상기 탈황실의 주입구(7)는 새로운 흡수제 입자를 공급하기 위한 수단(10)과 상기 순환되는 입자내에 난류를 발생시키기 위한 수단(9)을 구비하는, 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에서 정의한 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 적어도부분적으로 사용된 흡수제 입자를 상기 탈황실의 주입구(7)로 재순환 시키기 위한 수단(40,41,10), 및 재순환되는 흡수제 입자의 유속을 조정 및 제어하기 위한 수단(43,40)을 포함하며, 상기 수단들은 모두 상기 탈황실을 거의 최적의 작동 상태로 유지시키기 위해 상호 협력하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 재순환 수단이 상기 분리실(22)의 배출구 및/또는 저장실(25)의 배출구 및/또는 상기 열 회수실(16)의 하부에 있는 배출구에 연결된 하나 이상의 유속 조절 밸브(40)를 포함하며, 상기 밸브는 파이프(41)에 의해 하나 이상의 입자 주입기(10)에 연결되는 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 사용된 흡수제 입자의 유속을 조정 및 제어하기 위한 수단이 탈황실(8)내의 온도 탐침자(46)에, 그리고 입자의 유속을 조절하기 위한 밸브(40)에 연결된 수단(43)을 포함하는 장치.
11. 제2항에 있어서, 상기 탈황 영역내의 새로운 입자 및 재순환된 입자의 농도가 총 유출물 1N㎥당 0.05 내지 0.2㎏인 방법.
12. 제3항에 있어서, 상기 탈황 영역내의 입자의 체류 시간이 1 내지 2초인 방법.
13. 제6항에 있어서, 상기 재순환된 흡수제 입자가 50 내지 150℃인 온도하에 존재하는 방법.