KR100227211B1 - 반건식/백필터 장치 및 그 처리 공정 - Google Patents

반건식/백필터 장치 및 그 처리 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반건식 반응기의 상부 또는 하부에 위치한 분무시스템의 건조 고화로 인한 노즐 막힘을 방지하기 위한 순환가스를 이용한 쉴드에어 분무공정에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 반건식 반응기의 슬러리 분무노즐은 고온가스로부터 보호하기 위하여 도입되는 쉴드에어를 외부공기를 사용하지 않고 처리된 배가스의 일부를 재순환함으로써, 외부산소가 반응기 내부 유입을 억제시켜 처리가스가 희석되는 것을 방지할 뿐만 아니라 공정자체가 가진 압력차를 이용하여 쉴드에어를 도입하므로 블로워와 같은 추가 공기 공급설비를 사용하지 않아도 되므로 설치비 및 전력비를 줄일 수 있는 반건식 반응기의 분무노즐 시스템을 제공한다.

Description

반건식/백필터 장치 및 그 처리 공정
본 발명은 소각로 배출가스 처리에 적용되는 반건식/백필터 장치 및 그 처리공정에 관한 것으로, 특히 반건식 반응기내의 분무장치 냉각용 쉴드 에어로 순환가스를 이용하도록 한 반전식/백필터장치 및 그 처리공정에 관한 것이다.
도시쓰레기 소각로(1) 배출가스 속에는 연소과정을 통해 발생된 프라이 애쉬, 산성가스(HCI, SO2, HF, H2S등)와 질소산화물(NO, NO2), 중금속(Hg, As, Pb 등), 다이옥신류(PCDD, PCDF) 및 휘발성 유기가스(VOC) 등의 환경오염물질이 포함되어 있다. 반건식 반응기(3)는 상기 대기오염 물질중 염화수소(HCl), 황산화물(SO2), 불화수소(HF) 및 황화수소(H2S)와 같은 산성가스를 제거하고 백필터(4)는 플라이 애쉬와 반건식 반응기에서 발생한 비산 건조물과 중금속 및 다이옥신류를 상당부분까지 제거한다.
도 1은 소각배가스 처리장치중 스프레이타워(2), 반건식 반응기(3), 백필터(4) 및 촉매반응기(7)를 구비한 전체 배가스 처리공정의 구성도로서, 도면을 참조하여 종래기술을 살펴보면 다음과 같다.
소각로(1)를 거친 배출가스는 스프레이 타워(2) 내에서 온도와 수분이 후속공정의 최적 처리조건으로 조절된 후, 반건식 반응기(3)로 공급된다.
반건식 반응기의 상부 또는 하부에는 소석회 슬러리 분무장치가 설치되어 오염가스와 반응하는 흡수제를 미세 입자로 분산시켜, 중화반응과 반응생성물의 건조가 용이하도록 한다. 상기 과정을 통해 배가스는 반건식 반응기(3) 내에서 제거되고, 이 과정에서 발생된 건조 소석회 슬러리의 반응생성물의 비산입자는 다음 단의 백필터(4)로 보내져 필터를 통하여 걸러지게 된다. 백필터의 표면에 포집된 미반응 건조생성물과 플라이애쉬등의 입자들이 일정한 충을 이루고 쌓여있어 이전공정에서 미제거된 산성 가스를 추가로 제거하고, 아울러 배가스 속에 포함된 플라이 애쉬 속에 흡착된 다이옥신류와 중금속류를 상당부분 제거할 수 있게 된다. 이 공정을 통해도 제거되지 않는 질소산화물(NO, NO2) 및 다이옥신(Dioxin)은 아이디 팬(5)과 재가열기(6)를 거친후 다음 단의 촉매 반응기(7)에서 암모니아 공급탱크(13)에서 분무되는 암모니아와 환원반응과 분해반응을 통하여 각각 제거되어 최종 정화된 상태로 연돌(8)을 통하여 외기로 배출된다.
상기 반건식 반응기(3)의 분무장치는 소석회 슬러리 공급탱크(12)로부터 제공되는 슬러리 도입관(15), 컴프레서(9)로부터 고압공기를 제공받는 고압공기 도입관(16), 그리고 블로워(14)에 의해 외부공기를 제공받는 쉴드에어 도입관(17)이 각각 연결된다.
상기 분무장치는 배가스 속의 산성가스와 소석회가 중화반응이 용이하도록 슬러리의 접촉면적을 넓혀주고 아울러 반응물이 충분히 건조되도록 소석회 슬러리를 70에서 100μm 정도의 미세입자로 분산시켜 주는 핵심장치이다. 상기 슬러리 도입관(15)을 통하여 공급되는 소석회는 7에서 10%정도로 물에 현탁시킨 슬러리상으로 공급되며, 소석회 슬러리가 도입관의 하부에 누적되어 관을 폐쇄시켜 운전장애를 유발하므로 주기적인 점검이 필요하며, 아울러 사용후 물 또는 공기로 누적된 슬러리를 완전히 제거해야 한다. 고압공기 도입관(16)을 통하여 도입되는 공기는 분무노즐에 소석회 슬러리를 3에서 7kg/cm2정도의 고압을 사용하는데, 슬러리 분무 입경을 결정하는 주요인자로, 분무되는 슬러리 입경이 70μm이하인 경우에는 슬러리 입자의 조기 건조에 따라 오염가스 제거율을 현격하게 떨어뜨리게 되고, 슬러리 입경이 100μm 이상인 경우에는 분무된 소석회 슬러리입자의 건조속도가 늦어 반건식 반응기(3)의 내부벽면에 누적되어 공정장애를 유발시기게 된다. 또한 쉴드에어 도입관(17)을 통하여 들어오는 외부공기는 분무노즐이 고온의 배가스와 직접접촉을 막아주며 분무노즐이 건조고화되는 공정장애를 막아주는 장치이다.
이상과 같은 소각 배가스 처리장치에서 상기 반건식 반응기(3)와 컴프레서(9), 슬러리 공급탱크(12), 블로워(14) 및 백필터(4)를 포함하는 장치를 반건식/백필터장치라고 통상 명명하고, 이 반건식/백필터 장치에서 처리되는 공정을 반건식/백필터 처리공정이라 통상 명명한다.
그런데 상술한 바의 종래의 반건식/백필터 장치는, 반건식 반응기(3)의 분무장치에 제공하는 쉴드에어의 공급을 블로워(14)에 의한 외기 공급방식을 취하였는데, 이러한 외부공기의 도입은 처리해야 할 배가스를 희석시켜 반건식 반응기(3)에서의 오염 제거 효율을 저하시기며, 배가스 속의 산소 농도를 증가시켜 후단설비인 촉매 반응기(7)의 다이옥신 제거에 적절한 산소농도를 제한하는데 문제가 있게 된다. 다이옥신 처리를 위한 최적 산소농도는 7에서 9%임을 고려할 때, 쉴드에어를 통한 외부공기를 도입양이 증가하면 다이옥신 처리효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된것으로, 반건식 반응기 내로 도입되는 고온의 배가스로부터 분무노즐을 열적으로 보호하며, 아울러 분무되는 소석회 입자가 분무직후 급격한 흐름으로 야기되는 와류로 인한 분무노즐부에 누적되는 것을 방지하기 위한수단을 구비하도록 한 반건식/백필터 장치를 제공하며, 상기 반건식 반응기에 제공하는 쉴드에어로 외기를 사용하지 않고 처리가스의 일부를 순환하여 사용하도록 하여 오염가스의 희석을 막아 상대적으로 제거효율을 높임과 아울러 산소 농도를 증가시키지 않아 촉매반응기에서 다이옥신류를 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 반건식/백필터장치 및 그 처리공정을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반건식/백필터 장치는, 반건식 반응기, 백필터, 아이디 팬, 처리가스 재가열기 및 연도가 순차적으로 연동하고 공기도입관, 슬러리도입관 및 냉각공기 도입관을 결합한 분무장치를 일측에 형성한 반건식 반응기에 있어서, 반건식 반응기는 고온의 배가스에 분무노즐이 노출되지 않도록 분무노즐을 감싸도록 설치되는 순환 쉴드에어 도입관의 말단에 유입되는 쉴드에어를 상기 분무노즐로 가이드할 수 있도록 한 개 또는 다수개의 노즐 보호캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 반건식/백필터 장치을 구비하도록 하였다.
또한, 상기 반건식 반응기는 고온의 배가스에 분무노즐이 노출되지 않도록 분무노즐을 감싸도록 설치되어, 상기 순환 쉴드에어 도입관을 통해 도입되는 쉴드에어를 상기 분무노즐로 흐르도록 하는 노즐보호캡을 구비하도록 하였다.
또한, 본 발명에 따른 반건식/백필터 장치에서의 소각 배가스 처리공정은, 고압 공기와 소석회 슬러리 및 소각 배가스를 제공받아 상기 고압공기를 이용하여 소석회 슬러리를 분무하여 상기 배가스와 중화반응하게 하는 제1공정과, 반응 처리된 가스를 입력받아 그 중에 포함된 건조생성물과 플라이 애쉬를 필터링하여 배출하는 제2공정과, 상기 배출되는 가스중 일부를 순환시켜 반건식 반응기 내의 분무창치에 쉴드에어로서 제공하는 제3공정을 포함하도록 하였다.
도 1은 종래의 반건식 소각배가스 처리장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 반건식/백필터장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 반건식 반응기의 분무장치 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 소각로 2 : 스프레이 타워
3 : 반건식 반응기 4 : 백필터
5 : 아이디 팬 6 : 재가열기
7 : 촉매 반응기 9 : 컴프레서
10 : 순환 쉴드에어 도입관 11 : 용수 저장탱크
12 : 슬러리 공급탱크 13 : 암모니아 저장탱크
15 : 슬러리 도입관 16 : 고압공기 도입관
17 : 쉴드에어 도입관 18 : 배가스 도입부
24 : 분무노즐 25 : 노즐 보호캡
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반건식/백필터장치의 구성도로서, 쉴드에어를 외기를 사용하지 않고 내부 순환가스를 이용하도록 한 방식을 도시한 것으로, 3'는 본 발명에 따른 반건식 반응기, 10은 처리가스중 일부를 순환하여 쉴드에어로서 공급하는 순환 쉴드에어 도입관을 각각 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반건식/백필터장치는, 고압가스와 소석회 슬러리를 제공받아 고압가스에 의해 소석회 슬러리를 분무하여 유입되는 소각 배가스와 중화반응하게 함으로 소각 배가스를 정화 처리하는 반건식 반응기(3')와, 상기 반건식 반응기(3')에서 배출되는 정화처리된 가스 중 건조 생성물을 필터링하는 백필터(4)와, 상기 백필터(4)를 통한 가스를 배출하는 아이디 팬(5)의 출력단 덕트부에 일단이 연결되고, 타단은 상기 반건식 반응기(3') 내의 분무장치에 연결되어 상기 아이디팬(5)을 통한 가스의 일부를 쉴드에어로서 상기 반건식 반응기(3')의 분무장치에 공급하는 순환 쉴드에어 도입관(10)을 구비하도록 하였다.
이와 같이 구성되어 동작하는 본 발명의 처리 공정의 특징은 다음과 같다.
상술한 바와 같은 종래의 반건식/백필터장치에서는, 고온의 배가스에 소석회 슬러리가 건조 고화되는 것을 방지하기 위하여 블로워(14)를 별도로 설치하여 반건식 반응기(3)내의 분무장치에 공급하였지만, 본 발명은 백필터(4)를 통과한 순화가스를 피드백시켜 반건식 반응기(3')의 분무장치에 쉴드에어로서 공급하도록 한 것이다.
여기서, 순환 쉴드에어의 기능은 고온의 배가스에 의해 분무되는 소석회 슬러리가 건조 고화되는 것을 방지하기 위해 공급되는 것이므로, 쉴드에어 온도는 슬러리의 건조고화를 막을 정도로 낮아야 한다. 통상 아이디팬(5)에 의해 배출되는 가스는 약 150°C 정도가 되는데 본 발명에서는 반건식 반응기(3)에 도입직전 온도를 50°C ∼ 70°C 범위내로 유지시기기 위해 그에 필요한 방열면적을 갖도록 순환 쉴드에어 도입관(10)을 설계한다.
따라서, 외기를 이용하여 쉴드에어로서 공급하는 종래의 기술에 비해 산소농도가 7 ∼ 9%인 순환가스를 분무장치에 공급하므로, 후단설비인 촉매반응기(7)에서 다이옥신을 효을적으로 처리하는 최적 산소농도를 유지할수 있으며, 외기 공급으로 인한 배가스 희석으로 인한 제거 효율 저하 문제도 해결할 수 있게 되는 것이다.
이러한 반건식 반응기(3')에서 처리된 가스는 처리가스 유출부(23)를 통하여 다음 단계인 백필터(4)로 유입된다. 배가스가 슬러리와 반응하여 생성되는 건조 생성물의 미세입자는 대부분 처리가스 유출부(23)를 통하여 상기 백필터(4)에서 제거되지만 입경이 큰 입자는 건조 소석회 유출구(22)를 통하여 외부로 배출된다. 상기 반건식 반응기(3')의 가스체류시간은 통상 9에서 12초로 설계한다.
또한, 이러한 반건식 반응기(3')의 특징적인 내부 구조인 분무장치의 구조를 도3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 도면에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 반건식 반응기(3')의 분무장치의 구성은, 슬러리 도입관(15)을 통해 소석회 슬러리를 제공받고, 고압공기 도입관(16)을 통해 3에서 7 kg/cm2의 고압공기를 제공받아, 상기 고압공기를 이용하여 슬러리를 분무하는 이류체식 분무노즐(24)과, 배가스 도입관(18)을 통해 유입되는 고온의 배가스로부터 분무노즐(24)을 열적 차단하기 위해 상기 분무노즐(24)을 감싸도록 설치되며, 순환 쉴드에어 도입관(l0)과 연통하여 쉴드에어를 분무노즐로 가이드하는 노즐보호캡(25)을 구비한다.
반건식 반응기(3')에서 반응에 가장 밀접한 영향을 미치는 부분은 분무장치이다. 상기 분무장치는 배가스 처리규모에 따라 한 개 또는 다수개로 구성될 수 있으며, 도면에 도시된 분무장치는 한 개로 구성된 일 실시예로 반건식 반응기(3')의 상부에 위치하는 하향류 방식을 도시한 것이지만, 이와 반대로 반건식 반응기(3')의 하부에 설치되는 상향류 방식의 구성도 가능함은 물론이다. 분무노즐은 이유체노즐(Two-Fluid Nozzle)로 소석회 슬러리를 70에서 100 마이크로 정도의 미세한 입자로 분무시기게 되는데, 이때 사용되는 소석회는 20%정도(Water Base)로 현탁된 액상소석회를 약 7%로 희석한 것으로 슬러리 도입관(15)을 통하여 공급되며, 슬러리 분무매체인 고압공기는 컴프레서(9)를 통해 3 내지 7kg/cm2의 고압으로 분무노즐(24)에 공급된다.
노즐 보호캡(25)은 분무노즐과 마찬가지로 한 개 또는 다수개로 구성될 수 있으며, 배가스 도입부(18)에 의해서 반건식 반응기(3')로 도입되는 고온의 처리가스로부터 분무노즐(24)을 보호하고, 쉴드에어가 통할 수 있는 관으로 형성되어 있으며, 그외 상기 노즐 보호캡(25)의 역할은 분무노즐(24)을 통하여 분산되는 미세 슬러리 입자가 반건식 반응기(31')의 상부벽면에 부착하는 것을 막아주는 역할을 한다.
순환 쉴드에어를 공급하는 동력원으로는 공정 자체가 가지는 압력차를 이용하는데, 이는 상기 반건식 반응기(3') 상부에는 약 200mmAq의 음(-)압이 걸리고, 상기 순환 쉴드에어 도입관(10)의 인입위치가 아이디팬(5)과 촉매 반응기(7)의 전단으로 배가스 처리전체 공정중 가스의 압력이 가장 높은 지점으로 약 600mmAq 정도의 양(+)압이 걸리게 되므로 블로워와 같은 추가동력장치가 없이도 약 800mmAq 정도의 압력차가 발생하게 되어 쉴드에어를 원할히 공급할 수 있게 된다. 이 때의 순환 쉴드에어 도입관(10)을 통하여 흐르는 순환 가스량은 전체 처리가스의 2 내지 3% 정도로 흐르게 한다.
따라서, 상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 쉴드에어를 공급하기 위한 별도의 블로워 설치비 및 운전시 필요한 전력비를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 반응기 내부에 외부공기의 유입을 최소화하여 반응기 내부에서 오염가스의 회석을 막아 결과적으로 반응기 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라 후단의 촉매반응기의 산소농도에 영향을 받는 다이옥신 처리를 효울적으로 할 수 있는 반건식/백필터 장치를 제공하여 준다.

Claims (3)

  1. (정정)반건식 반응기, 백필터, 아이디 팬, 처리가스 재가열기 및 연도가 순차적으로 연동하고 공기도입관, 슬러리도입관 및 냉각공기 도입관을 결합한 분무장치를 일측에 형성한 반건식 반응기에 있어서, 반건식 반응기(3`)는 고온의 배가스에 분무노즐(24)이 노출되지 않도록 분무노즐을 감싸도록 설치되는 순환 쉴드에어 도입관(10)의 말단에 유입되는 쉴드에어를 상기 분무노즐로 가이드할 수 있도록 한 개 또는 다수개의 노즐 보호캡(25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 반건식/백필터 장치.
  2. (삭제)
  3. 반건식/백필터 장치에서의 소각 배가스 처리공정에 있어서, 고압 공기와 소석회 슬러리 및 소각 배가스를 제공받아 상기 고압공기를 이용하여 소석회 슬러리를 분무하여 상기 배가스와 중화반응하게 하는 제1공정과, 중화반응 처리된 가스를 입력받아 그 중에 포함된 건조생성물을 필터링하여 배출하는 제2공정과, 상기 배출되는 가스 중 일부를 피드백시켜 반건식 반응기(3') 내의 분무장치에 쉴드에어로서 제공하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반건식/백필터 처리공정.
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