KR100366159B1 - 습식 배연 탈황 장치 - Google Patents

Abstract

연소 배기 가스 중의 SO₂를 흡수액에 의해 세정하여 탈황하도록 한 습식 배연 탈황 장치에 있어서, 흡수탑의 액류내에 토출구로서 일단을 개구시킨 흡수액 순환용의 배관에 공기 취입관을 장착하고, 그 취입관의 출구 개구 위치를 흡수액 순환용의 배관의 내경(D)으로 했을 때 상기 배관의 선단으로부터 3D∼10D의 범위의 상류 위치에 설치하게 하며, 상기 배관에 공기 취입관의 선단부를 삽입시키고, 그 선단부를 하류측에 개구를 갖는 반할 형상으로 형성하든지, 혹은 공기 취입관 장착 위치의 상류부에 오리피스를 마련함과 동시에, 해당 오리피스에 의해 형성되는 부압 영역에 상기 취입관의 출구 개구가 위치하도록 설정한다.

Description

습식 배연 탈황 장치{WET TYPE FLUE GAS DESULFURIZATION EQUIPMENT}

유황분을 포함하는 연료를 연소하면, 재분(灰分)속에 고정되는 것을 제외하고, 아황산 가스(SO₂)로서 대기에 방출되어, 인체 및 동물뿐만 아니라, 산성비로서지상에 떨어지는 것에 의해 환경에도 큰 악영향을 미친다.

이 때문에 종래로부터 대형의 연소 설비나 공장에서는 배연 탈황 장치가 부착 설치되는데, 그 대부분의 것이 습식 배연 탈황 장치이다.

이러한 습식 탈황법에서는 석재 등의 알칼리를 포함하는 흡수액과 배기 가스를 기체 액체 접촉시켜, SO₂를 흡수 제거함과 동시에, 배기 가스로부터 흡수한 SO₂에 의해서 흡수액 중에 생성된 아황산염을 산화하여 안정된 황산염으로 하기 위해서, 통상, 흡수액 중에 공기를 취입하여 산화하는 방법이 채용되고 있다.

종래, 이러한 흡수액중으로의 공기의 취입 수단으로서 각종 기술이 개발되어 있는데, 예컨대, 도 13a에 도시하는 바와 같이 흡수탑(101)에 있어서, 다수의 고정 취입관(116)에 의해 액류부(液溜部)(102)의 전역에 걸쳐 공기(10)를 취입하도록 한 공기 취입 기술(A)과, 도 13b에 도시하는 바와 같이 복수의 선회 취입관(115)에 의해 액류부(102)의 전역에 걸쳐 각각을 선회시키면서 공기(10)를 취입하는 공기 취입 기술(B)과, 도 13c에 도시하는 바와 같이 복수의 고정 취입관(117)에 교반기(119)의 확산 요란 기능을 병용시킨 공기 취입 기술(C)과, 도 14에 도시하는 바와 같이, 액류부(102)에 별도 순환 펌프(118b) 부착 흡수액 순환용의 독립 배관(118)을 설치하고, 해당 배관(118)에 공기 취입관(118a)을 설치하며, 해당 배관(118)내에서 미리 기체 액체 혼합체를 형성시켜 그것을 분무 형상으로 취입함과 동시에, 교반기(119)의 확산 기능을 병용하여, 액류부(102) 전역에 공기(10)를 취입하도록 한 공기 취입 기술(D) 등이 존재한다.

또 상기 공기 취입 기술(D)에 있어서의 흡수액 순환용의 독립 배관(118) 대신에, 배기 가스를 향해 흡수액을 살포하는 흡수액 살포용 배관(103)으로부터 분기시킨 흡수액 순환용의 분기 배관(110a)(도 12 참조)을 사용함과 동시에 교반기(119)를 갖지 않도록 한 공기 취입 기술(E)이 있다.

상기 각 공기 취입 수단 가운데, 도 13b에 도시하는 공기 취입 기술(B)은 흡수액 순환용의 독립 배관을 설치할 필요가 없고, 교반기 등을 설치할 필요도 없으며, 산화 성능도 높지만, 현재 그 주류를 차지하는 향류(向流)식 흡수탑에서는 그 형상 때문에 설치가 곤란하며, 현재 상태에서는 도 13a에 도시하는 다수의 고정 취입관(116)을 사용하는 공기 취입 기술(A) 밖에 적용할 수 없어, 그것이 갖는 산화 능력의 한계 때문에 탱크의 대형화가 불가피한 상황에 있다.

상기 해결 수단으로서, 탱크 측면으로부터 설치 가능하고, 배치 자유도가 높으며, 상기 공기 취입 기술(B)과 동등한 산화 성능을 갖는 공기 취입 기술의 실현이 강하게 요망되어 여러 가지 제안되어 있다.

또, 상기 공기 취입 기술(C), (D)에 보여지는 교반기(119)의 설치는 고효율의 산화 성능의 유지와 산화에 의한 생성물의 침강 퇴적을 방지한다는 점에서 필요하지만, 해당 교반기의 설치는 설비 비용의 과대화나 대형화로 이어지는 문제가 있다.

그리고, 현재 사용되고 있는 것 중에서, 예컨대 일본 실용 공개 공보 제1987-194423 호에 기재된 것을 들 수 있다.

동 공보에 개시된 공기 취입 장치는 배기 가스 도입부를 흡수탑에 접속함과 동시에, 흡수탑 저부(低部)의 액류부로부터 흡수탑 상부에 부착 설치한 흡수액 살포 수단에 접속하는 흡수액 살포용 배관을 설치한 습식 배연 탈황 장치에 있어서, 상기 흡수액 살포용 배관으로부터 분기하여 흡수탑 저부의 액류부에 접속하는 흡수액 순환용의 분기 배관을 배치 설치하고, 그 분기 배관에 공기 취입 수단을 부착 설치한 것이다.

이러한 공보에 개시된 공기 취입 수단(공기 취입 장치)의 보다 구체적인 구조에 대하여, 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 10에 보이는 바와 같이, 본 제안은 상기 공기 취입 수단(E)에 해당하는것이다.

흡수탑(101)의 저부의 액류부(102)의 흡수액은 순환 펌프(104) 및 흡수액 살포용 배관(103)을 거쳐서, 도시하고 있지 않는 배기 가스 통로에 도입 살포되고, 살포액은 배기 가스중의 SO₂를 흡수 용해하여 액류부(102)에 환류(還流) 저류(貯留)된다.

본 제안에서는 이 액류부(102)의 흡수액의 산화 수단으로서 하기에 나타내는 공기 취입 수단에 의해 가능하게 한 것이다.

즉, 상기 흡수액 살포용 배관(103)의 순환 펌프(104)의 하류에 흡수액 순환용의 분기 배관(110a)을 설치하고, 그 일단은 상기 순환 펌프(104)에 접속하며, 타단은 액류부(102)에 연통시켜 놓는다. 또한, 해당 분기 배관(110a)에는 그보다 작은 직경의 공기 취입관(105)을 설치하고, 선단부(105a)를 삽입시켜 두며, 또한 선단부(105a)의 축심은 분기 배관(110a)의 축심상에 위치하도록 만곡시켜 배치 설치하고, 취입 공기류(10)가 분기 배관(110a)을 흐르는 흡수액(11)과 동일 방향으로 흐르면서 그 축심부에서 합류하도록 하류측을 향해 개구시켜 놓는다. 또, 상기 공기 취입관(105)에는 공기 취입용의 취입 블로워(blower)(106)를 설치해 놓는다.

그렇지만, 상기 공기 취입 장치 이외에, 공기 취입에 의한 흡수액의 산화 촉진에 관한 별도의 수단과, 취입 공기의 미세화에 대한 별도의 수단 및 교반기의 설치도 필요로 하지 않는 수단도 제안되어 있다.

예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 1996-257347 호에 개시되어 있는 제안에 의하면, 도 11a 및 도 11b에 보이는 바와 같이, 흡수탑(101)의 하부에 설치한액류부(순환 탱크)(102)의 상부로부터, 순환 펌프(104)에 의해 흡수액 살포용 배관(103)을 거쳐서 도시하고 있지 않는 살포 노즐로부터 살포하고, 낙하의 과정에서 배기 가스와 접촉 직후의 고농도의 아황산을 포함하는 흡수액의 낙하류를 형성시키며, 그것을 도입관(110b)을 거쳐서 액류부(102)의 저부로 직접 유도하고, 액류부(102)내에서는 상기 낙하류의 낙하 압력에 의해 흡수액의 상승류를 형성시켜 석고 등의 입자의 침강을 방지하는 확산 기능을 구성하게 하도록 하고 있다.

또한, 액류부(102)의 저부로 흡수액(11)을 도입하는 과정에서, 산화용 공기인 취입 공기(10)를 취입하든지, 또는 도입관(110b)내에 취입하고, 상기 고농도의 아황산을 포함하는 흡수액과 접촉시켜, 산화 반응 속도를 높이고, 이어서, 상기 저부에 마련한 취출 구멍(111a)을 갖는 쟁반 형상 분산관(111)을 거쳐서 공기(10)를 미세한 기포로서 액류부(102)내에 균일히 분산시키는 구성을 하고 있다.

즉, 상기 제안에 있어서는 흡수액의 산화 촉진 수단으로서 배기 가스와 접촉 직후의 고농도의 아황산을 포함하는 흡수액에 취입 공기를 취입하여 높은 산화반응 속도를 얻도록 하고 있는 것 및 효율적인 기체 액체 접촉을 도모하는 취입 공기의 미세화 수단으로서, 낙하 압력하에 유동중인 도입관내의 흡수액에 공기 취입을 행하고, 기체 액체 혼합체를 도입관의 선단(先端)에 다수의 취출 구멍을 갖는 고리 형상 분산관(111)을 거쳐서 분출시키는 것에 의해 취입 공기의 미세화를 가능하게 하고 있다. 그리고, 상기 분산관을 액류부의 저부 전역에 부착 설치하여, 전역에 걸친 공기 취입을 가능하게 하고 있다.

그러나, 상기 공기 취출 구멍(111a)으로의 입자의 침강에 의한 스케일(scale) 부착의 문제가 있는데 특히 유지 보수상의 문제가 있다.

상기 구성과 같이 액류부 내부의 저류액(貯留液)에 유동성을 부여하고, 석고 등 생성물의 스케일 부착 내지 퇴적 방지를 포함하는 취입 공기의 분산을 도모하도록 설치된 교반 설비를 불필요로 하는 별도의 제안으로서는, 도 12에 도시하는 바와 같이 액류부(순환 탱크)(102)의 법선 방향으로 소정의 각도를 이루어 분류(噴流)를 취입하는 복수의 제트 노즐(112)을 설치하고, 액류부(102)내의 흡수액이 액류부(102)의 내벽에 따라 화살표(A) 방향으로 유동 교반되도록 구성하고, 상기 제트 노즐(112)의 기초부와 액류부(102)의 사이에는 분류(噴流) 펌프(113)를 개재시킨 흡수액 순환용의 독립 배관(110c)을 설치하고, 또한 제트 노즐(112)의 기초부의 바로 앞에 공기 취입관(114)을 설치한 구성으로 한 제안이 있지만, 이 경우에는 액류부(102)를 포함하는 흡수탑 주위에 과대한 장착 공간을 필요로 하고 부득이 대형화되는 문제가 있음과 동시에, 산화용 공기의 미세 기포화 및 흡수액내로의 분산 등에 개선해야 할 점이 남아 있다.

또, 상기 도 10에 있어서의 미리 흡수액 순환용의 분기 배관(110a) 중에 공기 취입을 행하고, 미세 기포로서 분산시킨 것을 액류부(102)에 취입하는 수단에 있어서는 하기 문제점을 갖고 있다.

즉, 하나의 문제점으로는 분기 배관에 대한 공기(10)의 취입이 고압이고 집중적이기 때문에, 분기 배관내에 있어서의 부압(負壓) 영역 캐비티(cavity)부의 발생 영역 및 흡수액의 압력이 변동하기 쉬워 불안정하고, 분기 배관 내면에 부식이 발생하기 쉽다는 것이며, 다른 하나의 문제점으로는 분기 배관내의 기체 액체 합류 후에 분산되는 기포가 균일화될 때까지 상당한 거리의 유동을 필요로 하기 때문에, 기체 액체 합류 부분으로부터 액류부에 이르기까지의 분기 배관의 길이를 크게 취하지 않으면 안되어, 설비의 소형화나 설비 비용의 경감화가 요망되는 가운데 해결할 필요가 있다는 점이다.

발명의 요약

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 효율적인 산화 기능을 유지하는 가운데 설비의 비용 절감과 소형화를 도모한 것으로, 수류(水流)의 박리를 이용한 공기 취입 블로워를 불필요로 하는 기체 액체 혼합 수단과, 교반기를 불필요로 하는 기체 액체 혼합체의 분류 형성 수단 등으로 구성하여, 공간 절약, 설비의 소형화, 설비 비용의 저감화, 유지 보수가 용이한 저비용, 저동력 운전이 가능한 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 제공을 목적으로 한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 연소 배기 가스중의 유황산화 가스(SO₂, SO₃등)를 알칼리를 포함하는 흡수액에 의해 세정하여 탈황하도록 한 습식 배연 탈황 장치에 있어서, 흡수탑의 액류내에 토출구로서 일단을 개구시킨 흡수액 순환용의 배관에 공기 취입관을 장착하고, 그 장착 위치를 흡수액 순환용의 배관의 내경(D)으로 했을 때 해당 배관의 선단으로부터 3D∼10D의 치수만큼 상류측으로 한 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 배관이 액류부와 흡수액 살포 수단간을 연접하는 주배관에 설치한 순환 펌프의 하류측으로부터 분기시킨 분기 배관으로 구성하는 것에 의해, 분기 배관측에 독립된 순환 펌프가 불필요하게 된다.

상기 구성에 의해 공기 취입관의 장착 위치를 내경(D)의 흡수액 순환용의 배관의 선단으로부터 3D∼10D의 위치에 설정하도록 했기 때문에, 공기 취입에 의해 야기되는 상기 배관내의 부압 영역 캐비티부는 배관의 출구에서는 안정화되고, 취입된 공기는 미세화 분산된 상태로 흡수액의 액류부에 투입되어, 흡수액의 산화를 효율적으로 실행할 수 있다.

또, 10D를 초과하면 기체 액체 합류후의 기포가 없어져, 본 발명의 효과를 충분히 기대할 수 없다.

그리고, 본 발명은 상기 흡수액 순환용의 배관에 공기 취입관을 장착할 때, 해당 배관내에 공기 취입관의 선단부를 삽입시키고, 그 선단부를 하류측을 향해 개구면을 갖는 반할(半割) 형상으로 형성한 기술도 제안한다.

상기 발명에 의해서, 공기 취입을 흡수액 순환용의 배관내에 수류의 박리를 형성시키고, 해당 박리부에 공기를 취입 흡수액과 기체 액체 혼합시킨 것이다.

즉, 공기 취입관의 흡수액 순환용의 배관으로의 장착시에는 취입관의 선단을 반할 형상으로 하고, 반할 개구면을 상기 분기 배관의 하류 방향을 향해 흐르는 수류에 대해서는 반할 등부(背部)의 유선 형상의 등면(背面)에서 대향시키는 구성으로 해 놓기 때문에, 상기 유선 형상의 등부에 의해 크게 열린 공동(空洞) 부분에 공기가 취입되기 때문에, 배관내의 취입 공기에 의해 야기되는 캐비티부도 안정된 상태로 급속하게 종식한다. 그 때문에, 흡수액의 압력 변동도 작고, 배관내의 부식의 발생도 억제할 수 있다.

즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 공기 취입관의 반할부(4a)에서의 경계층의 박리점이 고정화되기 때문에, 흡수액(11) 및 공기(10) 모두 압력이 안정화됨과 동시에, 반할부(4a)의 개구면이 크기 때문에 취출 공기의 압력도 저하된다.

이 결과, 캐비티부(41a)가 안정화됨과 동시에, 공기는 캐비티부(41a)의 말단에서 미세화하여 흡수액중에 분산된다.

또 상기 발명에 의해, 배관내의 흡수액에 합류하는 공기는 그 압력이 저압이더라도 합류 후, 공기는 캐비티부(41a) 말단에서 미세화하여 미세한 기포로 되어 주위의 흡수액중에 분산되기 때문에, 공기의 공급 압력을 낮게 할 수가 있고, 그 저감화를 통해 조업(操業) 비용의 절감도 도모할 수 있다.

또한, 배관내에 있어서의 기체 액체 합류 후의 기포가 균일화되기까지의 유동 거리는 짧게 끝나기 때문에, 기체 액체 합류 부분으로부터 액류부에 이르기까지의 배관의 길이는 작더라도 무방하여, 설비의 소형화나 설비 비용의 저감화에 유효하다.

또한, 본 발명은 상기 배관에 공기 취입관을 장착할 때, 공기 취입관 장착부의 상류부에 오리피스(orifice)를 마련함과 동시에, 해당 오리피스에 의해 형성되는 부압 영역에 상기 취입관의 출구 개구가 위치하고 있는 기술도 제안한다. 상기 발명에 의하면, 배관로에 축류(縮流)를 일으키게 하는 오리피스를 마련하고, 해당 오리피스에 의해 야기되는 수류의 박리에 의해 형성된 부압 영역(캐비티부)에 공기를 공급 흡인[자흡(自吸)]시키며, 해당 캐비티부에 발생하는 캐비티 소용돌이에 의해서 기체 액체 혼합을 행하도록 한 것으로, 축류 후의 흐름의 팽창 플러스 압력화에 의해 상기 기체 액체 혼합체는 미세 기포에 전단(剪斷) 분산되어 토출구로부터 분류(噴流) 형상으로 액류부내로 분출하도록 한 것이다.

이 경우, 상기 효과를 원활히 달성하기 위해서는, 오리피스 구경은 분기관 구경에 대하여, 대략 2/3∼3/4으로 설정하고, 또한 상기 흡수액의 오리피스부의 통과 유속을 오리피스부 유속은 8∼14m/sec로 설정하는 것이 좋다.

그리고 본 발명에 의하면, 분류 형상으로 토출된 기체 액체 혼합체에 의해 액류부내의 저류액을 교반 상태로 두고, 고산화 기능을 갖게 하여, 교반기의 설치를 불필요하게 한다.

즉, 본 발명은 상기 캐비티부의 부압에 의한 공기의 자흡 능력화에 의해 공기 공급용 블로워의 설치를 불필요하게 하고, 상기 기체 액체 혼합류는 축류 후의 흐름의 팽창 고압화의 과정에서 미세 기포로 전단 분산되어 토출구로부터 액류부에 기체 액체 혼합류의 분류를 형성하기 때문에, 액류부내에는 교반 동력을 부여하고, 교반기의 설치를 하지 않고서 고산화성을 갖게 하도록 하고 있다.

상기 발명에 있어서의 오리피스형의 경우에는 별도 준비한 오리피스판을 관로에 삽입하는 것만으로 끝나 설비 비용을 낮게 억제할 수 있고, 상기한 바와 같이 취입 공기는 자흡식으로 공기 취입용의 블로워는 생략 가능하여 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 흡수액 순환 펌프로부터 분기한 흡수액으로 소요의 고효율 산화 성능을 얻을 수 있어, 공기 취입관을 장착하는 흡수액 순환용의 배관을 독립 배관으로 하여 저압 펌프를 설치할 필요는 없다.

또한, 미세 기포화를 가능하게 하는 기체 액체 혼합 수단과, 기체 액체 혼합부에서의 도관 내면(배관 내면)의 부식을 오랜 기간의 가동에 있어서도 감소시킴과 동시에, 공간 절약, 설비의 소형화, 설비 비용의 저감화, 유지 보수가 용이한 저비용, 저동력 운전을 가능하게 하고 있다.

본 발명은, 보일러 등으로부터 발생되는 연소 배기 가스 중의 SO₂(아황산 가스)를 알칼리를 포함하는 흡수액에 의해 세정하여 탈황하도록 한 습식 배연 탈황장치의 개량에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 주요부 구성을 도시한 부분 종단면도,

도 2a는 도 1의 흡수액 순환용의 분기 배관과 공기 취입관의 관계를 확대하여 도시한 종단면도,

도 2b는 도 1의 흡수액 순환용의 분기 배관과 공기 취입관의 관계를 확대하여 도시한 정면도,

도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 흡수액 순환용의 분기 배관과 공기 취입관의 관계를 도시한 종단면도,

도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 흡수액 순환용의 분기 배관과 공기 취입관의 관계를 도시한 정면도,

도 4는 도 2의 흡수액 순환용의 분기 배관과 공기 취입관의 관계를 나타내는 본 발명의 확대도,

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 주요부 구성을 도시한 부분 종단면도,

도 6은 그 분기 배관과 공기 취입관으로 이루어지는 이젝터 노즐의 주요부 구성도,

도 7의 (a)는 도 6의 이젝터 노즐의 오리피스에 의해 발생하는 부압 영역과 해당 영역에 발생하는 캐비티 소용돌이의 상황을 나타내는 모식도이고, (b)는 해당 이젝터 노즐의 부압 영역에 있어서의 압력 변화의 상황을 나타내는 모식도,

도 8a는 공기 흡인 유량은 오리피스 구경에 관계하는 것으로서 흡인 공기량을 오리피스 개구 면적으로 나눈 값과 오리피스에서의 액체 분출 유속의 관계를 나타내는 그래프,

도 8b는 오리피스로부터의 액체 분출 유속과 미세화 능력의 관계를 나타낸 것으로, 도면에서는 미세화 공기 유량을 오리피스 개구 단면적으로 나눈 값을 사용하여 관계를 나타내는 그래프,

도 9a는 굴곡하는 포인트를 분류 도달점으로 하고, 이 거리와 노즐(분기관) 구경과의 비를 노즐(분기관) 분사 동압(動壓)과의 관계로서 나타내는 그래프,

도 9b는 블로워에 의해 통풍한 경우와, 오리피스 100mm에서 자흡에 의해 통풍한 경우의 액체 유량과 토출 압력의 관계를 나타내는 그래프,

도 10은 종래의 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 일례에 대하여 그 주요부를 나타내는 개요도,

도 11a 및 도 11b는 종래의 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 별도의 일례를 나타내는 개략도,

도 12는 종래의 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 별도의 일례를 나타내는 개략도,

도 13a, 도 13b 및 도 13c는 종래의 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치를 기본적으로 분류한 개략도로서, 도 13a는 다수의 고정 취입관을 배치 설치한 경우를 도시한 도면이고, 도 13b는 복수의 선회 취입관을 사용한 경우를 도시한 도면이며, 도 13c는 복수의 교반기 부착 공기 취입관을 구비한 경우를 나타내는 도면,

도 14는 종래의 습식 배연 탈황 장치의 공기 취입 장치의 도 13에 나타내는 분류(分類)와는 별도의 분류(分類)를 형성하는 흡수액 순환용의 독립 배관에 공기 취입관을 설치하고 또한 교반기를 부착 설치시킨 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 15는 본 발명이 적용된 습식 배연 탈황 장치의 전체 구성도.

그리고, 상기 도면중의 부호의 설명으로서, 참조부호(1)는 흡수탑, 참조부호(2)는 액류부, 참조부호(3)는 흡수액 순환용의 분기 배관, 참조부호(4)는 공기 취입관, 참조부호(4a)는 선단부, 참조부호(5)는 오리피스, 참조부호(6)는 부압 영역, 참조부호(10)는 공기, 참조부호(11)는 순환 흡수액, 참조부호(12)는 기체 액체 혼합체를 각각 나타낸다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 이용하여 상세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되는 부품의 형상 그 밖의 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지가 아니라 간단한 설명예에 불과하다.

도 1, 도 2a 및 도 2b는 제 1 실시예를, 도 3a 및 도 3b은 제 2 실시예를, 도 5는 제 3 실시예를, 도 15는 본 발명이 적용된 습식 배연 탈황 장치의 전체 구성도를 각각 나타내고 있다.

도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 15에 있어서, 참조부호(2)는 습식 배연 탈황 장치에 있어서의 흡수탑(1)의 하부에 설치된 액류부로, 해당 액류부(2)에는 석재 등의 알칼리성 성분을 포함하는 수용액인 흡수액이 저류되어 있다. 흡수탑(1)에서는 주지한 바와 같이, 보일러 등의 연소 설비로부터 도입된 연소 배기 가스(A)에 대하여, 액류부(2)로부터 공급되는 흡수액이 스프레이 등의 살포 수단(52)에 의해 살포되고, 그 흡수액에 배기 가스 중의 SO₂등의 유황산화 가스를 취입한다. 그리고, 포획된 SO₂를 포함하는 흡수액은 흡수탑(1)내에서 적하(滴下) 또는 유하(流下)하여 액류부(2)로 되돌아간다. SO₂등의 유황산화 가스가 제거된 배기 가스는 미스트 제거기(mist eliminator)(50)에서 미스트가 제거된 후, 배연 도출부(51)로부터 다음 공정의 배연 처리부 혹은 대기로 방출된다.

한편, 액류부(2)의 흡수액에는 아황산염이 포함되게 되기 때문에, 그것을 산화시켜 안정된 황산염의 형태로 취출할 필요성 때문에, 습식 배연 탈황 장치의 액류부(2)에는 충분한 공기(10)를 공급하기 위한 공기 취입 장치의 부착 설치를 필요로 하게 된다.

이 실시예에 관한 공기 취입 장치에 있어서는 도 1에 도시하는 바와 같이,상류측에 펌프(53)를 개재시킨 흡수액 살포용 배관(55)을 분기시킨 분기 배관(3)을 밸브(56)를 거쳐서 측벽으로부터 액류(2)내에 삽입 설치하고, 그 출구단(3a)을 액류부(2)내에 토출구로서 개구시키고 있다.

그리고, 상기 분기 배관(3)의 액류부(2) 측벽 근방의 배관(3)부로부터, 공기 취입관(4)의 선단부(4a)가 삽입 설치되어 있고, 도 4에 도시하는 바와 같이 그 삽입한 선단부(4a)를 상기 배관(3)의 하류를 향해 캐비티부(41a)를 형성하도록 반할 형상으로 형성해 놓는다. 환언하면, 선단부(4a)의 횡단면을 하류 방향을 향하여 오목의 반원(半圓) 형상으로 형성해 놓고, 캐비티부(41a)가 하류 방향을 향해 형성되도록 해 둔다. 그리고, 반할한 선단부(4a)의 자유단은 흡수액 순환용의 분기 배관(3)의 대향하는 측면의 내주면까지 도달하는 위치까지 삽입시켜 고정 설치하게 하고 있다.

도 1의 예에서는 흡수액 순환용의 분기 배관(3)에 대한 공기 취입관(4)의 합류 위치인 장착 위치는 액류부(2)의 외측으로 되도록 설정해 놓지만, 이 합류 위치는 액류부(2)의 내측이 되도록 설정하더라도 무방함은 말할 필요도 없다.

또한, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 상기 삽입한 선단부(4a)의 흡수액 순환용의 분기 배관(3)에 대한 상기 합류 위치를 형성하는 장착 위치는 상기 배관(3)의 내경을 D로 했을 때, 해당 배관(3)의 선단으로부터 3D∼10D 정도의 치수분만큼 상류측으로 하는 것에 의해, 배관(3)내의 흡수액에 합류하는 공기에 압력 저압이 있더라도 합류 후 즉시 미세한 기포로 되어 분산해 바람직한 기체 액체 접촉 효과를 올릴 수 있다.

또한, 반할 형상으로 한 선단부(4a)의 내경은 분기 배관(3)의 외경(D)보다물론 작은 직경으로 하지만, 도 2b 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 선단부(4a)의 상하 혹은 좌우 양단측에 형성되는 간극(3c)을 거쳐 축류로 되어 원활히 흡수액이 통과할 수 있도록, 바람직하게는 0.4D∼0.7D 정도로 하면 좋다.

도 2b에 보이는 바와 같이, 선단부(4a)의 축방향 재단에 나타내는 배관 상태는 상기 축방향 재단면은 분기 배관(3)에 대하여 정면으로부터 보아서 그 중심 축심을 통하는 수평 단면과 일치하도록 배치하더라도 좋다. 또한, 도 3b에 보이는 바와 같이 분기 배관(3)의 중심 축심을 통하는 종방향(연직 방향) 단면과 일치하도록 배치하더라도 좋다. 또는 상기 중심 축심을 통하는 다른 경사면과 일치하도록 하더라도 좋다. 또한, 선단부(4a)의 중심 축선과 분기 배관(3)의 중심 축선이 이루는 각도는 도 2a와 같이 대략 직각으로 해도 무방하며, 도 3a와 같이 다른 경사각이더라도 무방하다.

따라서 본 실시예에 의하면, 공기 취입관(4)의 선단부(4a)가 반할 형상으로 형성되어 있고, 흡수액 순환용의 분기 배관(3)내에서 수류와 대향하는 등부(41)는 대략 유선형을 이루며, 하류측을 향하는 개구면은 반할하여 배관 직경폭에 걸쳐 개구면을 크게 해놓기 때문에, 분기 배관(3)내에 있어서의 공기에 의한 캐비티부가 안정화되어, 흡수액의 압력의 변동도 작아진다. 그래서 배관내의 부식의 발생이 억제된다고 하는 효과를 이룬다.

또한, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b의 실시예에 있어서는, 분기 배관(3)내의 흡수액에 합류하는 공기는 그 압력이 저압이더라도 합류 직후 즉시 미세한 기포로 되어 분산하기 때문에, 공기의 공급 압력은 낮게 할 수가 있고, 그 저감화를 통하여 조업 비용의 절감도 가능하게 하고 있다.

또한, 개구면(40)이 크게 또한 공기의 압력이 저압력화하기 때문에, 분기 배관(3)내에 있어서의 기체 액체 합류 후의 기포가 균일화되기까지의 유동 거리는 짧게 끝나고, 선단부(4a)로부터 액류부(2)에 이르기까지의 배관의 길이는 3D∼10D로 작더라도 무방하여, 따라서 설비의 소형화나 설비 비용의 저감화를 도모할 수 있다.

또, 상기 분기 배관(3)은 상기 흡수액 살포용 배관으로부터 분기하지 않고서 독립하여 순환 펌프를 구비한 독립 배관이라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제 3 실시예의 개략 구성을 도시하고, 도 7의 (a)는 오리피스(5)에 의해 발생하는 부압 영역(6)에 있어서 축류 상태로부터 팽창 상태로 이행하는 흡수액(11)과 흡입된 공기와의 기체 액체 혼합체(12)의 형성 직전의 상황을 나타내는 모식도, 도 7의 (b)는 부압 영역(6)에 있어서의 압력 변화의 상황을 나타내는 모식도이다.

본 실시예에서는, 도 5 및 도 6에 있어서, 석재 등의 알칼리성 성분을 포함하는 수용액인 흡수액이 저류되어 있는 액류부(2)에 충분한 공기(10)를 공급하기 위한 공기 취입 장치로서 본 실시예에서는 도 15에 도시하는 분기 배관(3)을 오리피스를 이용한 이젝터 노즐 구성을 취하고 있다.

즉, 흡수액 살포용 배관(55)의 순환 펌프(53)의 하류측으로부터 분기시킨 분기 배관(3)은 액류부(2)내에 삽입 설치하여 그 토출구(3a)로부터 흡수액을 액류부(2)에 순환 토출하도록 한 구성인데, 해당 분기 배관(3)은 토출구(3a)로부터 상류에 연장 설치하는 직관(直管) 부분에 해당 오리피스(5)를 마련하고, 해당 오리피스(5) 출구 직후의 오리피스(5)에 의해 형성되는 부압 영역(6)에 개구시켜, 공기 취입관(4)을 설치한다.

이 경우, 상기 공기 취입관(4)의 장착 위치(개구 위치)는 하류의 토출구(3a)로부터 3D∼10D의 상류 위치가 되도록 배치 설치한다. 산화용 공기(10)는 공기 취입관(4)을 거쳐서 부압 영역(6)에 있어서의 흡인력을 이용하여 자흡되고, 해당 자흡된 공기(10)는 부압 영역(6)에 형성되어 있는 캐비티 소용돌이를 거쳐 축류 후의 팽창 상태에 있는 흡수액(11)과 합류하여 기체 액체 합류체(12)를 형성한다.

상기 오리피스(5)를 통과하는 흡수액(11)은 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 부압 영역(6)을 형성한 후 팽창을 시작하고, 잠시 압력을 높여 점(7)에 이르러 원래의 플러스 압력 상태로 복원하며, 그 동안에 자흡된 공기(10)를 전단하면서 미세 기포화된 기체 액체 혼합체(12)로서 토출구(3a)로부터 분류 상태로 되어 액류부(2)에 토출한다. 그리고, 토출 분류에 의해 액류부(2)내의 소정 위치에 도달한 후, 상승류를 형성하여 저류액을 교반 상태로 두고, 고산화 성능을 구비함과 동시에 산화에 의한 생성물의 침강 퇴적을 방지하도록 하고 있다.

다음에 본 실시예의 공기 취입 장치에 관한 이젝터 노즐에 대하여, 분기관 구경 150φ로 순환 유량 100∼350㎥/h, 통풍 유량 60∼600㎥/h의 운전 조건하에서 실행한 노즐 특성 시험에 있어서 얻어진 결과를 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b에 도시한다.

전술의 오리피스의 흡인 압력을 이용하여 공기를 흡인(자흡)시키고, 액체 유량과 자흡 공기량의 관계를 오리피스 구경별로 조사해 본 바, 동일한 분사 액체량이라도 큰 부압이 발생하는 작은 구경 오리피스쪽이 흡인 공기량이 크다는 것을 알 수 있다. 도 8a에 있어서, 공기 흡인 유량은 오리피스 구경에 관계하는 것으로서 흡인 공기량을 오리피스 개구 면적으로 나눈 값과 오리피스에서의 액체 분출 유속과의 관계로서 정리한 것이다.

본 도면으로부터 오리피스부 유속이 대략 8∼14m/s이고, 또한 오리피스 구경이 분기관 구경에 대해, 2/3∼3/4 정도가 바람직한 것임을 이해할 수 있다.

다음에 자흡 통풍시의 미세화 공기 유량과의 관계를 조사해 보았다.

자흡된 공기는 액체 유량에 따라 미세한 기포로 전단되어 분사되는데, 이 미세화 능력(공기의 취출 한계 통풍 유량)과 액체 유량의 관계는 동일한 분사 액체량이라도 작은 구경의 오리피스 일수록 미세화되는 공기량이 큰 경향이였다. 도 8b에 오리피스로부터의 액체 분출 유속과 미세화 능력의 관계를 나타냈다. 도면에서는 미세화 공기 유량을 오리피스 개구 단면적으로 나눈 값을 사용해 관계를 조사했다.

도 8b의 실선의 계산식은 다음 수학식 1의 관계이다.

U_Bair= 4.5(U_lo- 3.3)²/2g

여기서, U_Bair는 미세화 공기 유량 ÷오리피스 개구 면적[㎥/㎡ㆍsec]이고, U_lo는 오리피스로부터의 액체 분출 유속[m/sec]이다.

수학식 1로부터 공기 미세화를 위해서는 오리피스부 분사 유속이 3.3m/sec 이상 필요하게 된다. 따라서 오리피스 구경이 분기관 구경에 대해, 2/3∼3/4 정도이면 이를 만족하고 있는 것을 이해할 수 있다.

다음에 분류의 도달 거리에 대하여 조사해 본다.

분류에 의한 교반 효과를 기대할 수 있지만, 이를 평가하기 위해서 분류의 도달 거리가 유효한 지표라고 생각된다. 분사 노즐 선단으로부터의 분류는 어느 거리에 도달하면 급(急) 각도로 굴곡하여 상승류로 되는데, 이 굴곡하는 포인트를 분류 도달점으로 하고, 이 거리와 노즐(분기관) 구경의 비를 노즐(분기관) 분사 동압과의 관계로서 도 9a에 나타냈다.

본 도면으로부터 분류 도달 거리 Lj와 분사 동압 Pdn의 관계를 수학식 2에 정리했다.

Lj= Dn×(0.72 Pdn＋12)

여기서, Lj는 노즐 선단으로부터의 분류 도달 거리[m]이고, Dn는 분사 노즐 구경[m]이고, Pdn는 분사 노즐로부터의 분류의 동압[kPa]이다.

또한, 상기는 물을 이용한 경우의 결과인데, 액체중에 염분이 혼입된 경우, 도달 거리는 더 길어질 경향이 보인다.

따라서 오리피스 구경이 분기관 구경에 대해, 2/3∼3/4 정도의 경우에 산화 부하가 비교적 낮으면 잠긴 액체 깊이(沒液深) 3m 정도로 자흡 공기에 의한 산화가 가능하고, 산화 블로워의 생략도 가능하다. 또 미세화가 가능한 공기 유량은 액체의 오리피스부에서의 유속에 관계하며, 8∼10m/sec에서 분사 액체 유량과 동일 유량으로 되고, 12m/sec에서 1.3배 정도로 된다. 따라서 오리피스부 유속은 8m/sec 이상이 바람직하고 그 상한은 원활한 미세화를 도모하기 위해서 14m/sec 이하가 좋다.

산화 성능은 미세화 공기의 범위내이면 탱크 바닥 면적 기준 공탑 속도에 비례해 상승하지만 그 이상의 통풍은 거의 효과가 없다. 오리피스 구경에 의해서 자급(自給) 및 미분화 성능이 변화하지만, 오리피스 구경은 분기관 구경에 대하여, 2/3∼3/4 정도가 좋고, 이에 따라 분류의 도달 거리는 운전 조건에도 의하지만 대강 분기관 구경의 15배 이상으로 설정 가능하며, 토출구로보다 액류내로의 분류 파워를 더 갖고, 조금 하향으로 경사시킨 해당 분기관의 선단에서 분류는 어느 거리(상기 도달거리)에 도달하면 급 각도로 굴곡하여 상승류를 형성하여 저류액에 교반 유동을 가져오고 있다.

도 9b에 블로워에 의해 통풍한 경우와, 오리피스 100mm에서 자흡에 의해 통풍한 경우의 액체 유량과 토출 압력의 관계를 나타낸다.

도면에 나타나는 바와 같이, 통풍량의 증가에 따라서, 액체의 토출 압력은 높아지는 경향을 보이지만, 대폭적인 압력 상승은 기대할 수 없다. 즉 공기 취입을 블로워에서 실행하더라도 또는 자흡에 의해 행하여도 상기 도달 거리에는 거의 차이가 없고, 이에 있어서도 본 발명의 효과를 확인할 수 있다.

이상 기재한 바와 같이 본 발명에 의하면, 흡수액 순환용의 분기 배관의 도관 내면의 부식의 발생을 오랜 기간의 가동에 있어서도 억제할 수 있고, 또한, 공기 취입관의 선단부(4a)로부터 액류부(2)에 이르기까지의 배관의 길이를 3D∼10D의 작은 값으로 설정할 수 있어, 설비의 소형화나 설비의 비용 저감화를 도모할 수 있다.

특히 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명에 의하면, 공기 취입용의 동력을 필요로 하지 않는 자흡식을 채용할 수 있고, 기포 미세화 능력도 종래의 어떤 타입에 비해 동력비를 환산한 경우에는 우수한 값을 취하며, 또한 교반기를 설치하지 않고서 아암(arm) 회전식[공기 취입 수단(B)]과 동등한 고산화 성능을 기대할 수 있어, 탱크 측면으로부터 기체 액체 혼합상류(混合相流)를 분사해 산화하는 배치 자유도가 높은 사이드 마운트(side mount) 방식의 확립이 가능하다.

Claims (7)

1. 연소 배기 가스중의 SO₂등의 유황산화 가스를 알칼리를 포함하는 흡수액에 의해 세정하여 탈황하도록 한 습식 배연 탈황 장치에 있어서,

   흡수탑의 액류내에 토출구로서 일단을 개구시킨 흡수액 순환용의 배관 도중에 공기 취입관을 장착하고, 그 취입관의 출구 개구 위치를 흡수액 순환용의 배관의 내경(D)으로 했을 때 상기 배관의 선단으로부터 3D∼10D의 범위의 상류 위치에 설치한 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배관이 액류부와 흡수액 살포 수단간을 연접하는 주배관에 설치한 순환 펌프의 하류측으로부터 분기시킨 분기 배관인 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 배관에 상기 공기 취입관을 장착할 때, 상기 배관내에 상기 공기 취입관의 선단부를 삽입시키고, 그 선단부를 하류측을 향해 개구면을 갖는 반할(半割) 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기 취입관의 선단부의 내경을 상기 배관의 내경(D)에 대하여 대략 0.4D∼0.7D로 한 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 배관에 상기 공기 취입관을 장착할 때, 상기 공기 취입관 장착 위치의 상류부에 오리피스를 마련함과 동시에, 상기 오리피스에 의해 형성되는 부압 영역에 상기 취입관의 출구 개구가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 오리피스 구경을 분기관 구경에 대하여, 대략 2/3∼3/4으로 설정한 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 흡수액의 오리피스부의 통과 유속을 오리피스부 유속은 8∼14m/sec로 설정한 것을 특징으로 하는

   습식 배연 탈황 장치.