KR100223952B1 - 초미립자를 함유하는 가스, 특히 용광로 가스 또는 발생로 가스를 냉각 및 세정하는 방법 및 그 실시를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

충전 예비세척기 및 후속하는 환상공극 세척기에서, 석탄기화공장으로 부터의 가스, 용락기화기에서 발생된 발생기 가스, 또는 용융 환원 공장으로부터의 용광로 가스와 같은 초미립자를 함유하는 고온가스를 냉각 및 세정하는 방법에 있어서, 충전 예비세척기의 상류 포화세척단에서 고온가스가, 그의 현열을 거의 이용하면서, 공급된 열수의 증발에 의해 적어도 그 포화한계에 근접한 수증기로 부화되게하고 이어서 냉각되고 분진입자가 습윤되게 하며, 다음의 냉각 및 세척단에서 분진분리가 수증기의 급속응축에 의해 보조되게 한다.

Description

초미립자를 함유하는 가스, 특히 용광로 가스 또는 발생로 가스를 냉각 및 세정하는 방법 및 그 실시를 위한 장치

제1도는 고온가스 발생기 이후에 있어 본발명에 따른 공정을 수행하는 수단을 보여주는 다이아그램이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고온가스발생기 18,32 : 환상공극세척기

20 : 파이프(관) 30 : 충전세척기

34,36 : 제거판

본발명은 충전 예비세척기 및 그에 이은 환상공극 세척기에서 석탄기화 공장의 용락기화기에서 발생된 발생로 가스, 또는 용융환원 공장으로 부터의 용광로 가스와 같은, 초미립자를 함유하는 고온가스를 냉각 및 세정하는 방법, 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

용융 환원공장 또는 석탄/ 용락 기화기로부터의 가스는 다량의 초미세 분진입자 즉 약 1미크론 크기의 분진입자를 함유하는데, 이 분진입자는 환상공극 세척기와 같은 적당한 형의 세척기를 사용하고 거의 공기와 같은 성질로 인한 극고압손실 또는 기체속도를 수반하여 습윤세척기에 의해 대단한 곤란을 겪어서만 분리될수 있다.

환경보호적 이유 때문에 또한 다량이 요구되기 때문에 첨가습윤제를 사용하지 않으면, 높은 에너지 비용으로서도 5㎎/N㎥ 이하의 분진함유치를 얻는 것은 거의 불가능하다.

상기 공장으로 부터의 가스는, 전류 생산목적을 위해 약 46%의 극히 높은 효율로 가스연소 터어빈에서 유리하게 이용될수 있는, 비교적 고열량치의 수출가스이기 때문에, 세척후 분진함량은 5㎎/N㎥이하이어야 한다.

본발명의 과제는, 공정을 수행하는데 요하는 에너지 비용을 크게 증가시키지 않으면서, 세정된 가스가 5㎎/N㎥ 이하의 분진함유치에 도달하도록, 상기한 공정(방법)을 개선하는 것이다.

본발명에 따라, 이 과제는 충전 예비세척기의 상류 포화세척단에서, 고온가스는 거의 그의 현열을 이용하여, 공급된 열수의 증발에 의해 적어도 그의 포화한계에 근접한 수증기로 부화(농축)되고 이어서 냉각되고 분진입자는 습윤되며, 다음의 냉각 및 세척단에서 분진분리가 수증기의 급속 응축에 의해 촉진됨으로써 해결된다.

그래서, 현열형으로 존재하는 고온가스의 열함량은 그 가스를 동시 냉각하는 동안 첨가된 열수의 증발에 이용된다. 수증기 양이 많은 결과, 초미세 분진입자는 그 분리를 위한 준비를 위해 충분히 습윤되며, 그리하여 극히 높은 가스청정치가 얻어질 수 있다.

포화세척 단의 유리한 발전에 의하여, 적어도 60℃의 열수가 고온가스를 포화점까지 냉각시키기 위해 공급된다. 따라서 가스의 현열은, 약 30℃의 처음 물을 가할때처럼 수온을 상승시키는데 크게 이용되지 않고, 그 대신에 그의 증발에 사용되며, 따라서 추구하는 가스의 고 수증기 함량이 얻어진다.

가스유입온도가 300℃이고, 2 바아의 증가된 압력하에서 포화점이 105℃, 가스 1N㎥당 70℃의 열수량이 1리터, 또한 물을 70에서 105℃로 가열한다고 가정하면, 가스의 수증기 함량은 약 5％만큼 증가한다. 온도 30℃의 통상적인 냉수사용의 경우에는, 이론상으로는 수증기는 오히려 응축한다. 다른 조건을 동일하게 하고 가스온도를 500℃로 하면 가스의 수증기 함량은 약 20％만큼 증가한다.

충전 세척기에서 또한 후속하여 환상 공극 세척기에서 또한 저온 또는 냉수와의 접촉으로 수증기의 입부가 급속히 응축하는 경우, 습윤된 분진입자는 응축포낭(cell)을 형성하고, 따라서 그들도 형성된 소적(작은 방울)과 함께 분리된다.

본발명의 수행결과로, 분리효율은 소요분진함량이 5㎎/N㎥ 이하가 될정도로 개선될수 있다.

가스의 수증기 함량이 증가되는 것과는 별도로, 포화세척 단에서의 열수(고온의 물)와 수증기와 분진입자의 장시간 접촉은 세척효과에 긍정적인 작용을 한다.

따라서 본발명의 유용한 구체예에 의하면, 열수는 가스 발생장치의 가스출구에 가까이 고온의 가스를 이송하는 라인에 도입된다.

더욱 유용한 구체예에 따르면, 열수의 증발은, 포화세척단에서의 고온의 가스와 열수가 수직하향라인을 통하여 동일한 유동방향으로 통과하는 동안에 일어난다. 유리하게는, 가스발생장치의 상단부에서의 가스출구에 따라 비교적 높은 높이로 도입되는 고온가스의 라인높이는 열수를 이와같은 높은 높이로 가해주기 위하여 이용되며, 따라서 이 물은 고온의 가스와 함께 상당한 낙차(落差)로 유동한다.

이와같이 제한된 공간요건을 갖는 주어진 상태를 이용하여 긴 접촉통로가 얻어지며, 이때 낙하하는 물의 운동에너지와 가스속도와의 작용으로 인하여 물이 분자화되고 종국적으로 세척작용이 더욱 개선된다. 바람직하게는 고온의 가스와 고온의 물은 수직라인을 통하여 환상의 공극 세척기로 공급되며, 여기에서 수직라인내에서 습윤된 분진입자의 상당한 부분이 분리된다.

또한 구체예에 따르면, 포화세척단 다음에는 두단계의 냉각 및 세척단계가 뒤따르고, 최종 냉각 및 세척단에서는 청정화된 냉수를 공급하는 것이 바람직하며, 이 냉수는 더욱 바람직한 개발예에서는 상기 냉각 및 세척단을 통과한 다음, 예열되도록 중앙냉각 및 세척단계에 공급된다. 이와같은 효과를 증진시키기 위하여 중앙 냉각 및 세척단계에 공급된 다량의 물은 제1포화세척단에 적의 공급된다.

세척수를 유리하게, 여러번 이용함으로써, 최초소요수량을 절감할수 있고, 동시에 귀환되는 물의 온도를 높일수 있다.

귀환되는 물의 온도가 10℃높아지고 순환되는 물의 양이 적어짐으로써 가스의 용해도 또는 용해된 전체가스의 양이 상당히 감소되고, 따라서 소량의 가스와 특히 고독성의 일산화탄소가 물과 함께 이 시스템으로부터 배출된다.

본발명에 따르면, 가스통로에 위치된 충전세척기와 후속의 환상 공극세척기를 갖는, 상기한 과정을 수행하는 장치는, 충전 예비세척기의 상류에 긴, 수직의 하향 포화파이프가 있고, 이 파이프의 하단부에는 환상의 공극 세척기가 위치되며 그의 출구단부는 충전세척기의 충전물 하방에 있도록 구성된다.

본발명의 유용한 구체예에 의하면, 최종 세척단계 다음에는 두개의 직렬 배열된 제거판이 있다.

본발명을 더욱 상세하게, 구체예에 대하여 이하에 기술하는 바이며, 첨부된 도면은 고온 가스발생기 다음에 있어, 본발명의 방법을 수행하는 기구를 도시하는 것이다.

고온가스발생기(10)가 상징적으로 도시되어 있고, 그의 상단부에 가스출구(12)가 있고, 이로부터 벤드(14)는 파이프(20)의 형상으로 포화 세척단(16)에 대한 연결부를 형성하며, 이 연결부는 제1환상공극세척기(18)에 수직 하향으로 인도된다.

파이프(20)의 상단부에는 열수 연결부922)가 마련되어 있고, 이 연결부에는 열수폄프(24)로부터 관(26)을 경유하여 예를들면 70 ℃의 열수가 공급된다.

열수는 파이프(20)를 통해 고온가스와 같은 방향으로 흐르면서 상기 고온가스로부터 현열을 제거하여, 많은량의 수증기가 생성되고 가스는 적어도 거의 그 포화 한계점까지 수증기로 부화되어, 가스에 실려진 초미립자는 대부분 습윤되고 다음단계에서의 물의 응축동안 물방울 형성의 핵으로서의 역할을 하며 응축물내의 작은 물방울과 함께 분리가능하다.

긴 파이프(20)를 통해 떨어지는 물의 운동에너지와 가스속도의 작용의 결과, 물이 하부파이프단에서 세척기(18)의 환상공극요소인 원뿔에 부딪히기 전에 파이프(20)내에서 안개화되어, 환상공극세척기(18)의 분리효율을 높이는데 기여한다.

가스, 분진 및 물의 혼합물은 충전물(팩킹)(29) 아래에 위치된 충전 세척기(30)의 부품내로 순차로 흐르며 여기에 있어 최종냉각 및 세척단계에서 예열된 세척수는 냉각 및 세척수로서 사용된다. 가스에 함유된 대부분의 수증기는 충전물(29)에서 응축되고 거의 모든 분진이 여기서 분리된다.

열수 펌프(24)는 그동안 거의 60 내지 70℃까지 예열된 물의 일부를 열수 접속부(22)에 보내고 나머지물은 처리장치로 귀환라인(35)을 통해 공급된다.

비교적 높은 수증기 함량을 가진 충전 세척기(30)를 떠난 가스가 제2환상공극 세척기(32)의 벤튜리 갭에 들어가기 직전에, 라인(33)을 통해 공급된 세정된 저온수의 대부분은 고압하에서 미립자로 형성되고, 이것은 환상공극세척기(32)의 벤츄리부에서 매우 높은 가스 속도에 의해 더 미세한 입자 또는 물방울로 안개화 된다.

그래서, 분진과 물입자 사이에는 대단히 강한 접촉이 있고 그것은 그뒤에 다음의 제거판(34)에서 분리된다.

상기 세척기에서 수증기가 대단히 빨리 응축하는 것은 분진입자가 물방울에 부착하는 것을 도우고 그래서 상기 세척기(32)에서의 분리효율을 상승시키는데 기여한다.

처음의 물을 여러번 사용하는 것은 우선 가스세척 시스템의 세척효과를 증가시키는데 긍정적으로 이용되는 것으로, 저온 최초수는 단계적으로 가열되어 제1 세척단(16)에서 부분적으로 증발되며, 다음으로 상기 공정은 세척수를 정상치 이상 적어도 10℃만큼 가열하여 순환수량을 30%까지 감소시킬수 있게 하며, 이것은 수처리공장에 대한 자본지출을 크게 감소시킬뿐아니라 그 공장에 필요한 면적을 크게 감소시킨다.

100t/h 선철공장에 대해 농축기만의 표면적이 약 4000㎡인 것을 고려하면, 농축기 표면적을 300㎡로 감소시킴으로써 큰 이점이 생기는 것은 명백하다.

높은 귀환 수온을 가진 소량의 귀환수는 과압하에서 운전되는 가스세척 시스템으로부터 훨씬 적은 가스를 구축하므로 훨씬 적은 일산화탄소가 수처리공장의 부근에서 방출된다.

귀환라인(35)에서의 수온을 표준 60℃로부터 70℃로 증가시켜도, 상기 가스발생공장의 경우, 가스세척 시스템내에 있어 흔히 있는 경도 침전물등을 발생시키지 않는데, 그 이유는 철광석 환원공장으로 부터의 가스는 높은 탄산가스함량을 갖고 있으며, 약 2 바아의 높은 과압하에서는 제1세척단(16) 및 중앙 세척단(30)과 같은 최고온 구역에서도 다량의 탄산가스가 물에 용해되기 때문이다.

탄산가스 용해로 인해, 80℃이상의 온도에서도 물로 부터의 경도물의 침전이 방지되고, 따라서 첨가수의 처리에 아무 특별한 조치도 요구되지 않는다.

최종 세척단(32)을 위해 처리된 최초수를 사용하면 간접적으로 세척기의 분리효율 향상에 도움이 된다. 알려져 있는 바와같이, 가스에 함유된 물방울들의 약간은 다음의 제거판(34)에서 분리되지 않아, 다음의 파이프에서 이들 방울이 증발한다음 물에 함유된 고체 및 용해된 염은 분진형으로 변환된다.

5㎎/N㎥ 이하 정도의 낮은 분진 함유량을 가진, 물방울로 부터의 이 추가 분진은 청정가스 분진함량을 크게 증가시킬수 있다.

따라서, 본발명에 의한 장치에서는, 최종 세척단(32) 다음에는 2 직렬배열 제거판(34,36)이 후속한다.

제2제거판(36)의 배열에 대한 추가 이유는, 석탄계 가스발생 수단으로부터의 가스는 소량의 타아르를 함유하고 이것은 영속운전의 경우에는 벽에 부착하게 되어 제거판의 분리효율을 다시한번 감소시키기 때문이다.

후속하는 제거판(36)이 존재하면, 가스가 거의 건조상태에서 도달하고 대단히 낮은 수적 함량을 갖기 때문에 상기 위험은 더욱 낮아진다.

제1제거판(34)에서 생기는 물은 충전물(29)위의 펌프(42)에 의해 충전세척기(30)내에 분무된다.

Claims (12)

1. (정정)충전 예비세척기 및 후속하는 환상공극 세척기에서, 석탄기화공장으로 부터의 가스, 용락기화기에서 발생된 발생로 가스, 또는 용융 환원 공장으로부터의 용광로 가스와 같은, 초미립자를 함유하는 고온가스를 냉각 및 세정하는 방법에 있어서, 충전 예비세척기의 상류 포화세척단에서, 고온가스가, 그의 현열을 거의 이용하면서, 공급된 열수의 증발에 의해 적어도 그 포화한계에 근접한 수증기로 부화되게하고 이어서 냉각되고 분진입자가 습윤되게 하며, 다음의 냉각 및 세척단에서 분진분리가 수증기의 급속응축에 의해 보조되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 고온가스를 포화점까지 냉각시키기 위해서 적어도 60℃의 열수를 포화세척단에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. (정정)제2항에 있어서, 가스 발생장치의 가스출구에 가급적 가까이에서 고온가스를 제거하는 라인에 열수를 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 포화 세척단에서 고온가스 및 열수가 수직 하향으로 뻗은 라인을 통해 같은 방향으로 흐르게 하면서, 열수를 증발시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. (정정)제4항에 있어서, 수직라인을 통해서 고온가스 및 열수를 환상 공극세척기에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 포화단 다음에 두개의 추가냉각 및 세척단을 통해서 가스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 최종의 냉각 및 세척단에는 청정 냉수를 공급하고, 고온 귀환수를 중앙세척단으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 최종 냉각 및 세척단을 횡단한 뒤, 세척수가 중앙의 냉각 및 세척단에 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 방법
9. 제8항에 있어서, 중앙의 냉각 및 세척단에 공급되는 물의 대부분이 최초 포화 세척단에 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 세척수의 다중 사용(반복사용)에 의해 가열이 정상치보다 약 10℃높은 온도에서 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 가스통로에 위치한 충전 세척기(30) 및 후속하는 환상 공극세척기(32)를 갖고 있는 제1항 내지 제10항중의 어느한항에 의한 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 충전 예비세척기(30)의 상류에, 수직하향으로 뻗은 긴 포화파이프(20)가 있고, 상기 파이프(20)는 파이프의 하단에 위치한 환상공극세척기(18)를 갖고 있고 파이프(20)의 출구단은 세척기(30)의 충전물 아래에서 나오는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 최종 세척단(32) 다음에 2개의 직렬로 배열된 제거판(34,36)이 배치 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.