KR100413056B1 - 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학공장, 정유공장 등에서 발생되는 폐가스를 소각하는 장치에 관한 것으로, 특히 소각탑에서 다량의 폐가스를 소각할 때 발생하는 매연을 억제하기 위해서 분사되는 증기의 일부 또는 전부를 수분사로 대체하여 매연억제 성능을 유지함과 동시에 수증기만을 분사했을 때보다 소음의 발생을 현저히 줄일 수 있도록 한 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 소각탑 헤드본체측에 수증기를 분사시켜 매연을 억제하면서 폐가스를 소각처리하는 소각장치에 있어 소음을 저감시키기 위한 방법으로서,

(a) 상기 소각탑 헤드 본체측에 수증기 분사의 방해를 최소화하는 적소에 수분사노즐을 필요한 만큼 위치시키는 단계와;

(b) 상기 수분사노즐을 통과할 분사량을 매연 및 소음 억제의 요구, 수증기의 측정량 등의 운전조건을 고려하여 수증기 분사량의 일부 또는 전부로 대치 조절하는 단계; 및

(c) 조절된 수분사를 미립화시켜 폐가스 화염측에 도입하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법 및 그 장치{Noise reduction method and device in flare by water injection}

본 발명은 화학공장, 정유공장 등에서 발생되는 폐가스를 소각하는 장치에 관한 것으로, 특히 소각탑에서 다량의 폐가스를 소각할 때 발생하는 매연을 억제하기 위해서 분사되는 증기의 일부 또는 전부를 수분사로 대체하여 매연억제 성능을유지함과 동시에 수증기만을 분사했을 때보다 소음의 발생을 현저히 줄일 수 있도록 한 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법 및 그 장치에 관한 것이다.

예로, 화학공장에서 공정을 중지하거나 재시동을 하는 과정에서 다량의 폐가스가 생성된다. 플레어(Flare)는 이러한 폐가스를 대기로 방출하기 이전에 소각처리하는 장치로서 대부분의 화학공장에 꼭 필요한 부대시설의 하나이다.

도 1은 화학공장에서 채택하고 있는 소각탑 헤드의 전형적인 형태이다. 소각탑 헤드본체(1)를 통해서 대기로 배출되는 폐가스 제트는 점화기(3)를 통해서 점화되어 제트화염의 형태로 소각된다. 소각탑의 헤드는 화염에서 발생하는 복사열로부터 주변 인원을 보호하기 위해서 폐가스의 소각 용량에 따라서 10미터에서 150미터까지 다양한 높이의 탑에 설치되게 된다.

다량의 폐가스를 소각하는 과정에서 발생하는 매연을 억제하기 위해서 폐가스 유량의 50∼60%에 해당하는 수증기를 매연 억제제로 소각탑의 화염에 혼합되도록 분사하고 있다. 매연 억제제인 수증기는 소각탑 헤드본체(1)의 중앙에 위치한 센터 스팀 분사노즐(5)과 원주를 따라서 설치된 링 스팀 분사노즐(7)을 통해서 폐가스 제트로 분사된다. 여기서 미설명 부호 2는 내화벽, 4는 화염안정기, 6은 링스팀분사용 매니폴드이다.

그러나 매연의 발생을 억제하기 위해서 실시하는 수증기 분사가 소음을 증가시키는 부가적인 문제점을 발생시킨다. 특히 폐가스 유량의 50∼60%에 해당하는 스팀의 유량을 소각탑 헤드의 단면적보다 훨씬 작은 단면적을 통해서 공급하므로 수증기의 분사속도가 상대적으로 크게 된다.

그러나 제트의 분사속도에 따라서 급격히 증가하는 제트소음의 특성상 수증기의 분사는 소각탑에서 발생하는 소음원 가운데에서 가장 우세한 소음원으로 알려지고 있다. 즉, 수증기의 분사가 매연의 발생을 억제하는 효과가 있으나, 소음을 증가시키는 다른 문제점을 발생시킨다.

특히, 화학공장의 주변에 주택가가 가깝게 위치한 경우에는 소각탑에서 발생하는 소음이 매우 인지도가 높은 환경문제로 인식되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 소각탑에서 다량의 폐가스를 소각할 때 발생하는 매연을 억제하기 위해서 분사되는 증기의 일부 또는 전부를 수분사로 대체하여 매연억제 성능을 유지함과 동시에 수증기만을 분사했을 때보다 소음의 발생을 현저히 줄일 수 있도록 한 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소음저감방법은, (a) 상기 소각탑 헤드 본체측에 수증기 분사의 방해를 최소화하는 적소에 수분사노즐을 필요한 만큼 위치시키는 단계와;

(b) 상기 수분사노즐을 통과할 분사량을 매연 및 소음 억제의 요구, 수증기의 측정량 등의 운전조건을 고려하여 수증기 분사량의 일부 또는 전부로 대치 조절하는 단계; 및

(c) 조절된 수분사를 미립화시켜 폐가스 화염측에 도입하는 단계를 포함한다.

본 발명의 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감장치는, 소각탑 헤드본체를 구비하고, 상기 소각탑 헤드본체의 중앙에 배설된 센터스팀노즐과, 상기 소각탑 헤드본체의 상방에 배치된 링스팀 분사노즐을 통한 수증기의 분사로 매연 억제하는 폐가스 소각처리 장치에 있어서,

상기 센터스팀분사노즐의 상방에 센터수분사노즐을 위치시킴과 동시에 상기 링형 수증기분사노즐의 상방에 림형수분사노즐을 배치하고, 상기 센터수분사노즐 또는 링형 수분사노즐을 통해 수분사량을 운전조건에 따라 수증기 분사량의 일부 또는 전부로 조절하여 폐가스 분사측에 조절된 수분사를 미립화하여 분사시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 폐가스 소각탑 헤드부의 개략도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소각탑 헤드부의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 소각탑 헤드본체 2 : 내화벽

3 : 점화기 4 : 화염안정기

5 : 센터스팀노즐 6 : 링형 스팀매니폴드

7 : 링스팀 분사노즐 8 : 센터수분사노즐

9 : 수분사 매니폴드 10 : 수분사노즐

본 발명은 수분사를 활용하여 소각탑에서 발생하는 매연을 억제하면서 소음도 저감하는 방법이다.

물을 고압으로 분사할 경우, 미립화된 분무를 획득할 수 있으며, 분무된 물이 제트화염의 열을 받아 증발될 경우 수증기와 같은 매연억제 성능을 발휘할 수 있다. 따라서 수분사를 매연 억제 방안으로 활용할 경우, 매연 억제를 위해서 분사되는 수증기의 일부 또는 전부를 대체할 수 있다.

먼저, 본 발명의 수분사 원리가 소음을 저감할 수 있는 기술적 원리를 설명한다.

소각탑에서 발생하는 소음의 주된 발생원은 수증기를 분사할 때 발생하는 제트소음과, 소각탑에서 폐가스를 연소시킬 때 발생하는 연소소음이다.

수증기의 제트소음은 소각탑 소음원 가운데에서 가장 우세한 소음원이며, 4극자(Quadrapole)형태의 소음원이다. 따라서 소음원 강도는 수증기 분사속도의 최고 8-제곱에 비례하여 증가할 수 있다. 한편, 폐가스 연소에 따른 체적팽창에 기인하는 연소소음은 단극자(Monopole)로서, 폐가스 유량의 4-제곱에 비례하여 증가할 수 있으며, 수증기 제트 소음 다음으로 우세한 소음원이다.

매연억제제로서 수분사를 실시할 경우에는, 수증기의 분사속도가 감소하는 대신에 폐가스 제트의 유량이 증가하게 된다.

본 발명의 가장 유력시되는 방안의 하나는 수증기 분사량의 50%를 물 분사로 대체하는 경우를 고려하여 보면, 수증기의 분사속도는 약 50% 감소하게 되며, 폐가스 제트의 유량은 수분사가 완전히 증발하는 경우를 고려하여도 약 25∼30% 정도 증가하게 된다.

따라서 수증기제트의 제트소음이 보다 우세할 뿐만 아니라 분사속도에 더욱 민감하므로, 수증기 제트 소음의 감소가 폐가스의 연소 및 증발 팽창에 의한 소음의 증가보다 훨씬 능가할 것이다. 따라서 소각탑 전체의 소음을 수분사를 통해서 효과적으로 저감할 수 있다.

본 발명은 상기의 원리에 입각해서, 수분사를 활용하여 소각탑의 매연과 소음을 억제하기 위해서, 기존의 소각탑에 부가하는 방법을 채택하고 있다. 따라서 본 발명에 의해서 제안되는 소각탑에는 기존의 수증기 분사장치와 새로이 추가되는 수분사장치를 동시에 보유하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 수분사 장치를 활용하여 효과적으로 소음을 저감하기 위해서는 분사되면서 미립화된 물이 폐가스 제트로 원활하게 혼합되어 수증기로 증발되어야 한다. 따라서 적절한 수분사량의 선택, 수분사 노즐의 설치 위치와 분사방식을 채택하여야 한다.

수분사량은 운전조건에 따라서 적절하게 조절할 수 있다. 즉, 수증기는 매연의 억제성능이 우수한 대신 소음의 발생이 큰 반면, 수분사는 매연의 억제성능은 수증기에 비해서 떨어지지만 소음을 적게 유발한다. 따라서 매연의 억제요구가 큰 경우에는 수분사량을 크게 할 수 있으며, 소음의 억제 요구가 큰 경우에는 수분사의 량을 증가시킬 수 있게 조절할 수 있다.

또한 소각탑이 운영되는 시설내에 축적된 수증기의 양이 작은 경우에도 수분사의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서 매연 및 소음 억제의 요구, 수증기의 축적량 등에 따라서 수증기의 분사량의 일부 또는 전부를 수분사로 대체하게 조절한다.

분사된 물리 제트화염에 효과적으로 혼합되기 위해서는 물의 분사위치를 효과적으로 분산시켜야 한다.

이를 위해서는 수분사 노즐의 위치를 수증기 노즐의 설치위치에 가깝게 하는 것이 유리하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소각탑 헤드부의 개략도로서, 추가된 수분사장치의 배치상태도가 도시되어 있다.

도 2와 같이 수증기 분사는 소각탑 헤드본체(1)의 중심에 있는 센터 스팀분사노즐(5)이나 소각탑헤드의 원주를 따라서 설치된 링 스팀분사노즐(7)을 통해서실시된다. 이때 링 스팀분사노즐(7)은 링스팀분사용 스팀매니폴드(6)에 연결되어 있다.

분사된 물이 효과적으로 혼합되기 위해서는 수분사노즐(8)을 소각탑 헤드 본체(1)의 중심부에 설치하는 센터분사방식과 다른 수분사노즐(10)을 소각탑 헤드 본체(1)의 원주를 따라서 설치하는 링분사방식이 채택될 수 있다. 또한 이들 두 방식을 모두 채택하는 혼합분사 방식도 가능하다.

수분사노즐(8)(10)의 설치위치는 수증기의 분사를 방해하지 않은 정도에서 스팀 분사노즐(5)(7)의 위쪽에 설치하는 방안이 수분사와 제트화염의 혼합에 유리하다.

분사된 물이 효과적으로 증발되기 위해서는 수분무를 미립화하여야 한다. 미립화를 위해서는 분사된 물이 제2의 유체와 충돌하는 과정에서 이들 유체의 운동에너지를 활용하여 물을 작은 물방울들로 미립화시켜야 한다.

미립화를 위한 구체적인 방법으로는 물을 두 개의 분사노즐로 분사시켜 충돌시키는 1-유체분사방식을 채택하는 방안이 있으며, 다른 방안은 물과 고압의 수증기 또는 고압의 다른 기체를 분사시켜 충돌시키는 2-유체분사방식이 채택될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 수분사장치의 노즐(5)(10)을 소각탑 헤드본체측에 상기한 방식중 어느 하나를 택일하여 위치시키고, 수분사량을 운전조건에 따라서 수증기 분사량의 일부 또는 전부를 수분사로 조절하고, 폐가스 화염측에 조절된 수분사를 미립화시켜 분사함으로서 물의 증발을 높이고 소음을 저감할 수 있는 것이다.

본 발명은 소각탑에서 다량의 폐가스를 소각할 때 발생하는 매연을 억제하기 위해서 분사되는 스팀의 일부 또는 전부를 수분사로 대체하는 방법으로서, 소각탑에서 발생하는 매연억제 성능을 유지함과 동시에 수증기만을 분사했을 때보다 소음의 발생을 현저히 줄이는 효과를 가져온다.

Claims (7)

1. 소각탑 헤드본체측에 수증기를 분사시켜 매연을 억제하면서 폐가스를 소각처리하는 소각장치에 있어 소음을 저감시키기 위한 방법으로서,

   (a) 상기 소각탑 헤드 본체측에 수증기 분사의 방해를 최소화하는 적소에 수분사노즐을 필요한 만큼 위치시키는 단계와;

   (b) 상기 수분사노즐을 통과할 분사량을 매연 및 소음 억제의 요구, 수증기의 측정량 등의 운전조건을 고려하여 수증기 분사량의 일부 또는 전부로 대치 조절하는 단계; 및

   (c) 조절된 수분사를 미립화시켜 폐가스 화염측에 도입하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수분사가 상기 소각탑 헤드본체의 중심부로 미립화하여 폐가스 분사측에 도입되는 센터분사식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수분사가 상기 소각탑 헤드 본체의 원주상에서 미립화하여 폐가스 분사측에 도입되는 링분사방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 수분사가 상기 센터분사방식과 링분사방식을 병행하여 수증기 분사측에 도입되는 혼합분사방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
5. 제 2항, 제 3항, 제 4항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,

   상기 수분사의 미립화를 위해서 고압의 물을 상호 충돌시키는 1-유체분사방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
6. 제 2항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수분사의 미립화를 위해서 고압의 물과 고압의 수증기 또는 고압의 물과 고압의 기체를 상호 충돌시키는 2-유체 분사방식으로 수분사를 실시하는 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감방법.
7. 소각탑 헤드본체(1)를 구비하고, 상기 소각탑 헤드본체(1)의 중앙에 배설된 센터스팀노즐(5)과, 상기 소각탑 헤드본체(1)의 상방에 배치된 링스팀 분사노즐(7)을 통한 수증기의 분사로 매연 억제하는 폐가스 소각처리 장치에 있어서,

   상기 센터스팀분사노즐(5)의 상방에 센터수분사노즐(8)을 위치시킴과 동시에 상기 링스팀분사노즐(7)의 상방에 링형 수분사노즐(10)을 배치하고, 상기 센터수분사노즐(8) 또는 링형 수분사노즐(10)을 통해 수분사량을 운전조건에 따라 적절하게 조절하여 폐가스 분사측에 조절된 수분사를 미립화하여 분사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 수분사를 이용한 폐가스 소각탑의 소음저감장치.