KR100552533B1 - 배연 탈황 장치, 배연 탈황 시스템, 및 배연 탈황 장치의운전 방법 - Google Patents

배연 탈황 장치, 배연 탈황 시스템, 및 배연 탈황 장치의운전 방법 Download PDF

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Abstract

평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트를 교대로 적층하여 통로가 상하 방향으로 연장되는 상태로 함으로써 촉매층(6)의 활성 탄소 섬유층(20)을 구성하고, 황산 생성용의 물을 모세 침투에 의해 촉매층(6)의 활성 탄소 섬유층(20)에 공급함으로써, 최소한의 물의 양으로 활성 탄소 섬유층(20)에 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물(SOx)을 제거하고, 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 물을 삭감할 수 있는 배연 탈황 장치를 제공한다.

Description

배연 탈황 장치, 배연 탈황 시스템, 및 배연 탈황 장치의 운전 방법{FLUE GAS DESULFURIZATION APPARATUS AND FLUE GAS DESULFURIZATION SYSTEM, AND METHOD FOR OPERATING FLUE GAS DESULFURIZATION APPARATUS}
본 발명은 석탄이나 중유 등의 연료를 연소시키는 보일러, 가스 터빈, 엔진, 및 소각로 등으로부터 배출되는 배출 가스 중의 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 배연 탈황 장치 및 배연 탈황 시스템 및 배연 탈황 장치의 운전 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 배출 가스 중의 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 탈황 방법에 관한 것이다.
석탄이나 중유 등의 연료를 사용하는 보일러를 구비한 화력 발전 설비, 화학품 제조 플랜트, 금속 처리 플랜트, 소결 플랜트, 제지 플랜트 등이나 가스 터빈, 엔진, 소각로 등으로부터 배출되는 배출 가스 중에는 이산화황 등의 황산화물(SOx)이 포함되어 있다. 배출 가스 중의 SOx를 제거하는 장치로서 배연 탈황 장치가 사용되고 있다. 배연 탈황 장치에서는 활성 탄소 섬유 등의 다공질 탄소 재료에 배 출 가스 중의 SOx를 흡착시키고, 다공질 탄소 재료의 촉매 작용을 이용하여 배출 가스 중에 포함되는 산소에 의해 황성분을 산화시키고, 이것을 수분에 흡수시켜 황산으로서 다공질 탄소 재료로부터 제거하도록 이루어져 있다.
종래의 배연 탈황 장치에서는 예컨대, 평판 시트상의 활성 탄소 섬유와 골판 시트상의 활성 탄소 섬유를 교대로 적층한 촉매조를 구비하고, 촉매조의 활성 탄소 섬유에 물을 적하하는 동시에 배출 가스를 시트 사이의 통로로 통과시켜 황분을 황산으로서 제거하도록 이루어져 있다. 이 때문에 배출 가스 정화 성능(탈황 효율)을 향상시키기 위해서는 수분을 균일하게 첨가시킬 필요가 있다. 또한 물을 공급하기 위한 부대 설비의 대형화를 피하기 위해서는 필요 최소한의 물의 양으로 수분을 균일하게 첨가시켜야 한다.
배연 탈황 장치를 사용한 황산화물의 제거 방법으로서, 석회석 또는 소석회 슬러리를 흡수제로서 사용하여 배출 가스 중의 황분을 석고로서 회수하는 석회-석고법이 채용되었다. 다른 방법으로서는 건식법의 활성탄에 의한 흡착법이 알려져 있다. 상기 종래의 석회-석고법에서는 석회석 또는 소석회 슬러리를 배출 가스 중에 스프레이함으로써 배출 가스의 증습 냉각 및 SOx의 흡수를 동시에 실시했다. 이 때문에 다량의 슬러리를 순환해야 하므로 슬러리를 순환하기 위한 동력 및 다량의 물이 필요하게 된다. 또한 생성된 석고는 슬러리 상태이기 때문에, 물을 분리하여 석고로서 회수하기 위한 장치가 필요하게 된다. 이와 같이 석회-석고법에서는 탈황 설비의 대형화 및 복잡화를 피할 수 없다.
한편, 건식법의 경우, 활성탄에 흡착된 황분을 가열에 의해서 탈리시키기 때문에 대량의 열을 필요로 한다. 또한 이 방법의 경우, 생성된 묽은 황산의 폐기나 흡착재의 손모(損耗) 등이 문제가 된다. 따라서 황산화물의 흡수제나 대형의 탈황 설비를 필요로 하지 않으면서, 또한 탈황시에 황산을 수득할 수 있는 탈황 장치의 출현이 기대되어 왔다.
이 때문에 배출 가스 중의 SOx를 제거하는 장치로서 활성 탄소 섬유 등의 다공질 탄소 재료에 배출 가스 중의 SOx를 흡착시키고, 다공질 탄소 재료의 촉매 작용을 이용하여 배출 가스 중에 포함되는 산소에 의해 황성분을 산화시키고, 이것을 수분에 흡수시켜 황산으로서 다공질 탄소 재료로부터 제거하는 것이 제안되었다(일본 특허 공개 제 99-347350호 공보 참조).
이 활성 탄소 섬유를 사용한 종래의 배연 처리 장치에서는 배출 가스 중의 SOx를 흡착하기 위한 활성 탄소 섬유조를 흡착탑 내에 설치하고, 배출 가스를 하방에서 공급하여 활성 탄소 섬유의 표면에서 SO2를 SO3로 산화하고, 생성된 SO3 가 공급된 물과 반응하여 황산(H2SO4)을 생성하도록 하고 있다.
여기에서, 석탄이나 중유 등의 연료를 연소시키는 보일러로부터의 배출 가스의 가스량은 팽창되어 커지고, 이 팽창된 배출 가스를 다량으로 처리하는 경우에는 연속적으로 탈황 효율의 향상을 도모할 필요가 있다. 이 때문에 단순히 흡착탑의 대형화가 필수적이지만, 활성 탄소 섬유의 탈황 반응이 효율적이면서도 또한 탈황 시스템의 장치 구성이 조밀한 것이 요구되고 있다.
또한 촉매 작용을 효율적으로 실시하기 위해서는 반응의 최적화를 도모하는 동시에, 배출 가스 중의 SO2를 산화한 SO3를 물을 사용하여 효율적으로 제거해야 하는 동시에, 상기 물을 공급하기 위한 부대 설비의 대형화를 피하기 위해서는 필요 최소한의 물의 양으로 수분을 균일하게 첨가시켜야 한다.
상기 공급수는 공업 용수 등을 이용하는 경우에는 시스템 전체에서의 비용이 커지기 때문에 효율적인 시스템 구성이 필요하다.
이 때문에 시스템의 배출액 등을 이용하는 것을 생각할 수 있지만, 촉매 활성의 저하가 문제가 된다.
한편, 촉매 작용은 물의 존재가 불가결하기 때문에 적절한 수분의 유지를 필요로 하지만, 촉매가 충분히 습윤 상태가 아니면, 촉매 작용이 양호하게 진행되지 않는다는 문제가 있다. 특히, 탈황 장치의 기동시에 있어서는 이 문제가 중요하다.
상기 플랜트를 정지하는 경우에는 보일러 정지 후에도 열공기의 유입이 있다는 점에서, 증습 냉각수 및 첨가수의 주입을 실시하고 있지만, 황산화물을 포함하는 배출 가스의 유입이 없기 때문에 생성하는 황산 농도는 서서히 저하하게 되어, 어떤 일정 농도 이하의 황산에서는 석고를 생성시켜도 석고를 분리 회수하기 어려워진다는 문제가 있다. 이 때문에 종래에는 석고 제조 능력이 없는 저농도의 황산은 산업 폐기물로서 처리해야 한다고 하는 문제가 있다.
또한 석고를 제조하지 않고 묽은 황산을 제조하는 경우에 있어서도, 너무 저농도이면 농축 설비가 대형화 되어 황산 제조 설비 비용이 증대한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층의 촉매조를 구비한 배연 탈황 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 활성 탄소 섬유층에 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물(SOx)을 제거할 수 있는 탈황 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 활성 탄소 섬유층에 최소한의 물의 양으로 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물(SOx)을 제거할 수 있는 탈황 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 산업 폐기물의 배출을 없애고, 효율적인 배연 탈황 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 황산화물의 흡수제나 대형의 탈황 설비를 필요로 하지 않으면서, 또한 탈황시에 높은 농도의 황산을 수득할 수 있는 배연 탈황 장치, 즉, 수분의 삭감 및 균일 공급을 실시할 수 있는 배연 탈황 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 활성 탄소 섬유의 탈 황 반응이 효율적이면서도 또한 탈황 시스템이 간이하고 고효율로 컴팩트한 배연 탈황 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 탈황 시스템 전체적으로 고효율이면서 동시에 탈황 성능을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 배연 탈황 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
발명의 요약
본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고 활성 탄소 섬유층에서 형성되는 촉매조, 및 촉매조의 상부에 있어서의 장치탑 내에 설치되고 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서, 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트를 교대로 적층하여 통로가 상하로 연장되는 상태로 함으로써 촉매조의 활성 탄소 섬유층을 구성하고, 물공급 수단은 모세 침투 부재를 통해 물을 활성 탄소 섬유층의 상부에 공급하는 침투 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 침투 수단을 통해 물이 평판 활성 탄소 섬유 시트 및 골판 활성 탄소 섬유 시트에 공급되고, 활성 탄소 섬유층의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층의 촉매조로 할 수 있게 된다.
그리고 침투 수단의 모세 침투 부재는 천(fabric) 부재인 것을 특징으로 한다. 이 때문에 비용을 억제할 수 있게 된다.
또한 침투 수단의 모세 침투 부재는 끈(cord) 부재인 것을 특징으로 한다. 이 때문에 비용을 억제할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 촉매조의 상부에 있어서의 장치탑 내에 설치되고 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서, 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트를 교대로 적층하여 통로가 상하로 연장되는 상태로 함으로써 촉매조의 활성 탄소 섬유층을 구성하고, 물공급 수단은 활성 탄소 섬유층의 상부 벽면에 안개상으로 물을 직접 분무하는 분무 수단인 것을 특징으로 한다.
이 때문에 분무 수단을 통해 물이 평판 활성 탄소 섬유 시트 및 골판 활성 탄소 섬유 시트에 직접 공급되고, 활성 탄소 섬유층의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층의 촉매조로 할 수 있게 된다.
그리고, 활성 탄소 섬유층이 상하에 복수 배치되어 촉매조가 구성되고, 활성 탄소 섬유층의 사이에 모세 침투 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 소형화 등을 위해 활성 탄소 섬유층이 2단으로 배치되어 있어도, 배출 가스의 유속 등의 영향을 받지 않고 모세 침투 부재를 통해 물이 상하의 활성 탄소 섬유층의 평판 활성 탄소 섬유 시트 및 골판 활성 탄소 섬유 시트에 공급되고, 상하의 활성 탄소 섬유층의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층의 촉매조로 할 수 있게 된다.
본 발명의 탈황 방법은 황산화물을 함유하는 배출 가스를 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조에 유통시키는 동시에 황산 생성용의 물을 공급하여 탈황을 실시하는 탈황 방법에 있어서, 모세 침투에 의해 촉매조에 물을 공급하는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 활성 탄소 섬유층에 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물을 제거할 수 있는 탈황 방법으로 할 수 있다.
본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매조에 황산 생성용 첨가수를 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서, 상기 장치탑 외부 또는 내부에서 배출 가스를 냉각하는 동시에 증습하는 증습 냉각 수단, 및 장치탑 내에서 회수된 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산을 상기 증습 냉각 수단에 송출하는 송액 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산의 농도가 0.5% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산이 탈황 정지된 후에 회수되는 황산인 것을 특징으로 한다.
또한 황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에, 상기 탑 내에 설치된 촉매조의 상방에 황산 생성용 물의 공급기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 시스템은 상술한 배연 탈황 장치 중 어느 한 가지; 상기 배연 탈황 장치로부터의 묽은 황산과 석회 슬러리를 반응시켜, 석고 슬러리를 수득하는 석고 반응조; 및 상기 석고 반응조에 의해 수득된 석고 슬러리로부터 수분을 분리하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 시스템은 상술한 배연 탈황 장치 중 어느 한 가지; 및 상기 탈황 장치로 수득된 묽은 황산을 농축하는 농축조를 구비한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배출 가스가 보일러, 가스 터빈, 엔진 및 각종 소각로로부터 배출되는 가스이고, 배출 가스 중의 매진을 제거하는 매진 제거 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 장치의 운전 방법은 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치의 기동 정지 및 재개하는 방법으로, 상기 배출 가스 온도가 70℃ 정도가 될 때까지 증습 냉각 및 첨가수 냉각을 실시하고, 저농도의 묽은 황산을 회수하고, 다음으로 장치 기동 재개시에 상기 저농도의 묽은 황산을 증습 냉각 수단의 증습 냉각수 또는 첨가수의 살수로서 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 장치 기동 재개시에 상기 저농도의 묽은 황산을 증습 냉각 수단의 증습 냉각수 또는 첨가수의 살수로서 이용하고, 황산 농도가 소정 농도 이상이 되었 을 때, 묽은 황산으로서 회수하여 황산을 수득하는 것을 특징으로 한다.
또한 장치 기동 재개시에 상기 저농도의 묽은 황산을 증습 냉각 수단의 증습 냉각수 또는 첨가수의 살수로서 이용하고, 황산 농도가 소정 농도 이상이 되었을 때 묽은 황산으로서 회수하고, 그 후 상기 묽은 황산과 석회 슬러리를 반응시켜 석고를 수득하는 것을 특징으로 한다.
이들에 의해, 플랜트 정지시에 있어서의 탈황 장치의 황산 농도의 저농도화에 의해 산업 폐기물로서 처리한 것을 증습 냉각 장치의 냉각수로서 이용함으로써, 폐기물로서 처리할 필요가 없게 된다. 또한 증습 냉각수에 분무함으로써 배출 가스 중에 공급하여 탈황탑내에서 재차 탈황됨으로써 황산 농도가 상승한다.
그 결과, 석회 슬러리와 반응하여 양호한 석고를 수득할 수 있다.
본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층에서 형성되는 촉매층, 및 상기 장치탑 내에 설치되고 상기 촉매층에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서, 상기 촉매층을 내장하고 촉매를 습윤 상태로 하는 습윤조를 장치탑 내에 설치한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 촉매층이 지지 장치에 의해 복수 단 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에 상기 탑 내에 설치된 촉매층의 상방에 황산 생성용 물 공급기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 시스템은 상술한 배연 탈황 장치 중 어느 한 가지; 상 기 배연 탈황 장치로부터의 묽은 황산과 석회 슬러리를 반응시켜 석고 슬러리를 수득하는 석고 반응조; 및 상기 석고 반응조에 의해 수득된 석고 슬러리로부터 수분을 분리하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 배연 탈황 시스템은 상술한 배연 탈황 장치 중 어느 한 가지와, 상기 탈황 장치로 수득된 묽은 황산을 농축하는 농축조를 구비한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배출 가스가 보일러, 가스 터빈, 엔진 및 각종 소각로로부터 배출되는 가스이고, 배출 가스 중의 매진을 제거하는 매진 제거 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 장치의 기동 방법은 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매층, 및 상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매층에 황산 생성용 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치를 기동하는 방법으로, 상기 촉매층을 미리 함수한 상태로 장치탑 내에 설치한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 배연 탈황 장치의 기동 방법은 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매층, 및 상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매층에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치를 기동하는 방법으로, 상기 촉매층을 미리 동결시켜, 상기 동결된 상태로 장치탑 내에 설치한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 배연 탈황 장치의 기동 방법은 상술한 배연 탈황 장치를 기동하는 방법으로, 상기 촉매층을 내장하는 습윤조 내에 스팀 또는 습윤수를 공급하고, 습윤 상태로 한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 습윤 상태가 촉매층의 자중의 2배량 이상의 수분을 유지하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해 기동시에 있어서의 탈황 장치의 습윤 상태를 효율적으로 달성할 수 있고, 그 결과, 촉매층의 활성 탄소 섬유를 충분히 습윤 상태로 할 수 있고, 이에 따라 초기의 촉매 활성이 효과적이게 되어, 그 후의 운전시에 있어서의 촉매 열화의 억제를 할 수 있다.
본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 복수 단 설치되고 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매, 및 최상부의 촉매의 상부에 있어서의 장치탑 내에 설치되어 촉매에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 복수 단의 촉매간에서 적하하는 물방울이 분산되기 때문에, 첨가수를 균일에 가까운 상태로 첨가할 수 있고, 그 결과, 활성 탄소 섬유층의 촉매에 수분을 균일하게 첨가시킬 수 있는 배연 탈황 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 복수 단 설치되고 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매, 및 각 단의 촉매의 상부에 있어서의 장치탑 내에 각각 설치되어 촉매에 황산 생성용의 물을 각각 공급하는 물공급 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 필요한 장소에 필요한 양의 물을 공급할 수 있고, 첨가수를 균일하게 첨가할 수 있고, 그 결과, 필요 최소한의 물의 양으로 활성 탄소 섬유층의 촉매에 수분을 균일하게 첨가시킬 수 있는 배연 탈황 장치를 제공할 수 있게 된다.
그리고, 장치탑 내에 유통하는 배출 가스의 산소 농도를 도출하는 산소 농도 도출 수단; 장치탑의 내부에서의 각 단의 촉매의 출구측 및 최상류측의 촉매의 입구측의 황산화물 농도를 검출하는 황산화물 농도 검출 수단; 및 산소 농도 검출 수단 및 황산화물 농도 검출 수단의 검출 정보에 따라서 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급 상태를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 때문에 황산화물 농도 및 산소 농도의 상황에 따라 각 촉매에 알맞는 수량으로 물을 살포할 수 있다. 그 결과, 필요한 촉매에 필요량의 물을 공급할 수 있어서, 필요 최소한의 수량으로 황산화물의 제거 효율을 양호하게 유지할 수 있게 된다.
또한 제어 수단에는 산소 농도 검출 수단에 의해 검출된 산소 농도가 높아짐에 따라서 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급량을 감소시키는 동시에 황산화물 농도 검출 수단에 의해 검출된 황산화물 농도가 높아짐에 따라 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급량을 증가시키는 기능이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 황산화물의 제거 효율을 양호하게 유지하는 알맞은 양의 물을 공급할 수 있다. 또한 제어 수단에는 각 촉매의 출구측의 황산화물 농도의 규정치가 각각 기억되고, 황산화물 농도 검출 수단의 검출 정보와 기억된 규정치를 비교하여 각 물공급 수단으로부터의 물 공급 상태를 제어하여 각 촉매의 출구측의 황산화물 농도를 규정치로 유지하는 기능이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 때문에 황산화물 농도를 소정의 상태로 유지하여 필요 최소한의 물의 양으로 필요한 촉매에 필요량의 물을 공급할 수 있고, 필요 최소한의 물의 양으로 황산화물의 제거 효율을 양호하게 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 상기 장치탑 내에 설치되고 상기 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서, 상기 장치탑 내에 공급하는 배출 가스를 증습함과 동시에 냉각하는 증습 냉각 장치를 설치하여 이루어지고, 상기 증습 냉각 장치에 공급하는 증습 냉각수가 석고 슬러리의 상징수(上澄水)인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 상징수가 석고 침강조의 상징수인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 석고 침강조의 상징수를 분리하는 수단이 정치조 또는 액체 사이클론 또는 필터 중 어느 한 가지 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 석고 침강조의 상징수를 냉각하는 냉각조를 설치한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 석고 침강조의 상징수 중의 염분을 염석(鹽析)하는 염석조를 설치한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 증습 냉각의 냉각 온도가 40 내지 60℃인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 증습 냉각된 배출 가스 중의 미스트 입경이 50 내지 150μm인 것을 특징으로 한다.
또한 황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖 고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에, 상기 탑내에 설치된 촉매조의 상방에 황산 생성용 물 공급기, 및 상기 장치탑 내에 공급하는 배출 가스를 증습함과 동시에 냉각하는 증습 냉각 장치를 설치한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 증습 냉각 장치가 장치탑의 전단측에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 증습 냉각 장치가 장치탑 내의 촉매조의 전단측에 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배연 탈황 시스템은 상술한 배연 탈황 장치; 배연 탈황 장치로부터 배출되는 묽은 황산에 석회 슬러리를 공급하여 석고를 석출시키는 석고 반응조; 석고를 침강시키는 정치조; 및 석고 슬러리로부터 수분을 제거하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치의 발명에 있어서, 상기 장치탑 내에 공급하는 배출 가스를 증습함과 동시에 냉각하는 증습 냉각 장치를 설치하여 이루어지기 때문에 증습 냉각에 사용하는 물의 외부로부터의 사용량을 경감할 수 있다.
또한 상기 증습 냉각 장치에 공급하는 증습 냉각수로서, 석고 슬러리의 상징수에 정치 등을 실시한 후의 재상징수를 사용하기 때문에 촉매조를 구성하는 활성 탄소 섬유에 석고 등이 부착되는 것이 방지되고, 그 결과, 탈황 효율의 저하가 없이, 장기간에 걸쳐 안정적으로 탈황 성능을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 양태 1에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 다른 실시 양태에 따른 배출 가스 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 3은 촉매조를 구성하는 활성 탄소 섬유층의 요부 정면도이다.
도 4는 활성 탄소 섬유층의 상부의 부분 사시도이다.
도 5는 활성 탄소 섬유층의 단면도이다.
도 6은 다른 실시 양태에 따른 활성 탄소 섬유층의 단면도이다.
도 7은 활성 탄소 섬유 시트의 단면도이다.
도 8은 다른 실시 양태의 모세 침투 부재를 구비한 활성 탄소 섬유층의 요부 정면도이다.
도 9는 다른 실시 양태의 모세 침투 부재를 구비한 활성 탄소 섬유층의 요부 정면도이다.
도 10은 실시 양태 2에 따른 배연 처리 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템(황산 제조)의 개략도이다.
도 11은 다른 실시 양태에 따른 배출 가스 처리 시스템(석고 제조)의 개략도이다.
도 12는 실시 양태 2에 따른 배연 탈황 장치의 구성도이다.
도 13은 활성 탄소 섬유층의 사시도이다.
도 14는 배출 가스 정지 처리의 흐름도이다.
도 15는 실시 양태 3에 따른 배연 탈황 장치의 구성도이다.
도 16은 실시 양태 4에 따른 배연 탈황 장치의 구성도이다.
도 17은 촉매층의 사시도이다.
도 18은 촉매층의 정면도 및 평면도이다.
도 19는 실시 양태 5에 따른 배연 탈황 장치의 구성도이다.
도 20은 실시 양태 6에 따른 배연 탈황 장치의 구성도이다.
도 21은 다른 실시 양태에 따른 활성 탄소 섬유층의 사시도이다.
도 22는 본 발명의 실시 양태 7에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 23은 탈황탑의 개략 구성도이다.
도 24는 제어 수단의 블록 구성도이다.
도 25는 촉매의 위치와 황산화물 농도 및 물의 양과의 관계도이다.
도 26은 물의 양과 이산화황 농도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 물의 양과 산소 농도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 28은 황산화물 농도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 29는 물의 양 조정 밸브의 개방도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 실시 양태 8에 따른 배연 처리 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템(석고 제조)의 개략도이다.
도 31은 배연 처리 장치의 개략도이다.
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해서, 첨부된 도면에 따라 이를 설명한다.
도 1에 따라 실시 양태 1에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템을 설명한다.
도면에 도시한 바와 같이 예컨대, 화력 발전 설비의 도시하지 않은 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키는 보일러(1)에서는 석탄이나 중유 등의 연료(f)가 화로에서 연소되도록 이루어져 있다. 보일러(1)의 배출 가스에는 황산화물(SOx)이 함유되고, 배출 가스는 도시하지 않은 NOx 제거 장치로 NOx 제거되어 가스 히터로 냉각된 후에 집진기(2)로 제진된다.
제진된 배출 가스는 공급 펌프(3)에 의해 증습 냉각 장치(16)에 보내지고, 증습 냉각 장치(16)에서 수분(포함하는 묽은 황산)이 혼합되어 포화 증기상의 배출 가스로 된다. 이 때, 배출 가스 중에는 미스트가 포함되어 있는 경우도 있다. 증습 냉각 장치(16)로부터의 포화 증기상의 배출 가스는 하부의 도입구(5)로부터 장치탑으로서의 탈황탑(4)에 도입된다. 탈황탑(4)의 내부에는 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조(6)가 구비되고, 촉매조(6)에는 황산 생성용의 물이 상부의 모세 침투 부재(7)로부터 공급된다. 모세 침투 부재(7)에는 물탱크(8)로부터의 물이 펌프(9)를 통해 공급되고, 모세 침투 부재(7), 물탱크(8) 및 펌프(9)에 의해 물공급 수단이 구성되어 있다.
물이 상부로부터 살포된 촉매조(6)의 내부에 배출 가스를 하부로부터 통과시킴으로써, 배출 가스로부터 SOx를 반응 제거한다. 촉매조(6)를 통과한 배출 가스는 배출구(12)로부터 배출되고, 배출 가스는 미스트 제거기(19)에서 미스트가 제거되어 흰 연기가 억제된 상태로 굴뚝(13)을 통해서 대기로 방출된다. 또한, 미스트 제거기(19)는 설치되지 않은 경우도 있다.
촉매조(6)의 활성 탄소 섬유층의 표면에서는 예컨대 이하의 반응에 의해 탈황 반응이 생긴다. 즉, (1)촉매조(6)의 활성 탄소 섬유층으로의 이산화황 SO2의 흡착.
(2)흡착된 이산화황 SO2과 배출 가스 중의 산소 O2(별도 공급하는 것도 가능)와의 반응에 의한 삼산화황 SO3으로의 산화.
(3)산화된 삼산화황 SO3의 물 H2O로의 용해에 의한 황산 H2SO4의 생성.
(4)생성된 황산 H2SO4의 활성 탄소 섬유층으로부터의 이탈.
이 때의 반응식은 이하와 같다:
Figure 112003035880393-pct00001
반응 제거된 황산 H2SO4은 묽은 황산이 되어 배출 펌프(10)를 통해 황산 탱크(11)에 배출된다. 이렇게하여, 촉매조(6) 중에서 배출 가스 중의 이산화황 SO2 을 흡착하여 산화되고, 물 H2O와 반응시켜 황산 H2SO4을 생성하여 이탈 제거함으로써 배출 가스류의 탈황이 실시된다.
도 2에 따라 배출 가스 처리 시스템의 다른 실시 양태를 설명한다. 또한 도 1에 나타낸 배출 가스 처리 시스템과 동일 구성 부재에는 동일 부호를 붙여 중복된 설명은 생략한다.
도 2에 나타낸 배출 가스 처리 시스템은 배출 가스 중의 황산화물을 탈황 장치에서의 탈황에 의해 황산으로 하고, 황산에 석회 슬러리를 공급하여 석고를 제조하는 것이다.
도면에 도시한 바와 같이 탈황탑(4)으로부터 배출 펌프(10)를 통해 묽은 황산을 저장하는 동시에 석회 슬러리(51)가 공급되어 석고를 석출시키는 석고 반응조(52)가 구비되고, 석고 반응조(52)에서 석출된 석고를 침강시키는 침강조(thickener)(53)가 구비되고 있다. 침강조(thickener)(53)로부터의 석고 슬러리(54)는 탈수기(56)에 보내지고, 탈수기(56)로 수분이 제거되어 석고(55)가 수득되도록 이루어져 있다.
도 1의 배출 가스 처리 시스템에서는 탈황하여 수득된 황산을 황산 그대로 사용하는 것이지만, 도 2의 배출 가스 처리 시스템에서는 황산에 석회 슬러리(51)를 공급하여 석고 슬러리(54)를 수득한 후, 탈수하여 석고(55)로서 이용하는 것이다.
도 3 내지 도 7에 따라 촉매조(6)에 있어서의 활성 탄소 섬유층의 구성을 설 명한다.
활성 탄소 섬유층(20)은 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)와 V자 형상으로 물결이 연속하는 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)가 교대로 적층되고, 사이에 형성되는 직선상의 공간이 통로(15)가 되어 통로(15)가 상하로 연장된 상태로 이루어져 있다. 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 피치계, 페놀계 등의 면 형상의 활성 탄소 섬유가 바인더를 사용하여 판 형상으로 되고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 골판 제조기에 의해 물결형이 된다. 그 후, 질소가스 등의 비산화 분위기하에서, 예컨대, 600℃ 내지 1200℃로 열처리되어 탈황 반응용 활성 탄소 섬유를 수득한다. 즉, 열처리에 의해, 소수성이 큰 표면으로 하여 이산화황 SO2의 흡착을 용이하게 일으키게 하게 하는 동시에 생성된 황산 H2SO4의 이탈을 빠르게 진행시키는 상태로 한다.
본 발명에서 사용되는 활성 탄소 섬유로서는 예컨대 피치계 활성 탄소 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 활성 탄소 섬유, 페놀계 활성 탄소 섬유, 셀룰로오스계 활성 탄소 섬유를 들 수 있지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 상기 촉매 작용을 얻을 수 있는 활성 탄소 섬유라면 어떤 것도 바람직하다.
구체적인 제조예를 하기에 나타낸다.
페놀계 활성 탄소 섬유(「쿠랙티브(Kuractive)-20」, 쿠라레 케미칼(주) 제품)를 사용하여 이것을 질소 분위기 중에서 900 내지 1200℃의 온도 범위에서 1시간 소성한다.
폴리아크릴로니트릴계 활성 탄소 섬유(「FX-600」, 토호 레이온(주)제품)를 사용하여 이것을 질소분위기 중에서 900 내지 1200℃의 온도 범위에서 1시간 소성한다.
열처리를 실시한 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)를 교대로 적층하고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 각 정상부와 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)를 바인더의 융착에 의해 접합하여 소정 크기의 팩으로 한다. 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)와 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)를 바인더의 융착에 의해 접합하고 있기 때문에 유기물 등의 접착제가 사용되지 않는다. 이 때문에 접착제가 탈황 반응에 영향을 주지 않게 되고, 또한 접합의 신뢰성이 높아져 압력 손실로의 영향을 없앨 수 있다.
예컨대, 활성 탄소 섬유층(20)의 팩이 통로(15)를 상하 방향으로 하여 4개 늘어 세워지고, 또한 4개의 활성 탄소 섬유층(20)의 팩이 2단으로 포개어져 케이스에 수납 고정된다. 즉, 활성 탄소 섬유층(20)이 상하로 복수 배치되어 촉매조(6)가 구성되어 있다. 이 때문에 한 개의 활성 탄소 섬유층(20)을 소형화할 수 있어서, 조립성이 향상된다.
도 4에 도시한 바와 같이 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 사이의 피치(p)는 예컨대, 4mm 정도로 설정되고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 정상부의 폭(h)는 10mm 정도로 설정된다. 그리고 위로부터 입경이 200μm 정도의 물이 분무되어 공급되는 동시에 배출 가스가 아래로부터 보내지고, 활성 탄소 섬유층(20)을 유통한 물은 입경이 수 mm 정도가 되어 탈황탑(4)의 하부에 낙하한다. 배출 가스는 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)를 교대로 적층하여 형성되는 비교적 작은 통로(15)를 유통하도록 이루어져 있기 때문에 압력 손실의 증대가 억제되어 있다.
활성 탄소 섬유 표면에서 SO2가 산화된 SO3가 수분에 의해 황산으로서 배출될 때, 수분이 부족하면 황산으로서의 배출이 불가능하고, 다음의 SO2의 산화가 불충분해진다. 한편 수분이 과잉이면 황산이 묽어지게 된다. 또한 수분이 과잉이 되어, 예컨대, 활성 탄소 섬유의 표면에 수막이나 수벽을 형성하면 활성 탄소 섬유의 활성점을 덮게 되어 SO2의 산화의 촉매 작용이 불가능하여 탈황할 수 없게 되고, 탈황 효율이 저하되게 된다.
이 때문에 배출 가스가 촉매조(6)에 있어서의 활성 탄소 섬유층(20)과 접촉할 때의 수분량은 위로부터 입경이 200μm 정도의 물이 분무되어 공급되는 동시에 활성 탄소 섬유층(20)을 유통한 물은 입경이 수 mm 정도가 되어 탈황탑(4)의 하부에 낙하하는 상태로 설정되어 있다. 이에 따라, 배출 가스의 상황에 따라 다르지만, 단속적으로 물방울이 구슬 형상이 되어 굴러 떨어짐으로써 활성 탄소 섬유 표면에 수분이 없이 공급되는 동시에 황산의 탈리가 효율적으로 실시되는 상태가 된다. 그 결과, 배출 가스의 탈황이 효과적으로 실시되게 된다.
또한, 도 6a에 나타낸 바와 같이 U자 형상으로 물결이 연속하는 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)를 형성하고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)를 동일한 방향으로 교대로 늘어 세워 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)와 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 를 교대로 적층할 수도 있다. 또한 도 6b에 나타낸 바와 같이 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)의 방향을 교대로 늘어 세워 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)와 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)를 교대로 적층하는 것도 가능하다. 또한, 도 6c에 나타낸 바와 같이 골판 활성 탄소 섬유 시트(31)의 표면에 미세한 요철 형상(32)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22, 31)의 구성은 도 7에 도시한 바와 같이 코어재(34)의 양면에 소지(燒紙) 시트(35)를 밀착하여 적층상의 판상으로 되어 있다. 또한 코어재(34)가 없는 구성으로 할 수도 있다.
도 3, 도 4에 따라 활성 탄소 섬유층(20)에 물을 공급하는 모세 침투 부재(7)의 구성을 설명한다.
도면에 도시한 바와 같이 활성 탄소 섬유층(20)의 근방에는 물탱크(8) 및 펌프(9)로부터 물이 보내지는 물 저장기(25)이 설치되고, 물 저장기(25)의 내부와 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부에 걸쳐 물이 침투하는 모세 침투 부재의 구성 요소가 되는 끈 부재(26)가 설치되어 있다. 물 저장기(25)에 고인 물은 끈 부재(26)를 침투하여 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 직접 공급되고, 모든 통로(15)에 대한 탄소 섬유 시트에 균일하게 물이 침투한다.
또한, 끈 부재(26)를 활성 탄소 섬유층(20)의 상단면의 주위(통로(15)의 단부 주위)를 따라 배치할 수도 있다.
이 때문에 배출 가스의 유속 등의 영향을 받지 않고 끈 부재(26)를 통해 물이 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 공급되고, 활성 탄소 섬유층(20)의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층(20)의 촉매조(6)로 할 수 있다. 그리고 끈 부재(26)를 사용함으로써 코스트를 억제할 수 있게 된다.
또한, 실제 촉매조(6)에 물 저장기(25) 및 끈 부재(26)를 배치하는 경우, 배출 가스의 유통의 압력 손실이 되지 않는 부위에 설치된다.
모세 침투 부재의 구성으로서는 스프링쿨러 및 파이프 형상의 샤워(분무 수단)를 사용하여 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부에 직접 물을 공급하고, 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부 자체를 모세 침투 부재로 할 수도 있다. 또한 활성 탄소 섬유층(20)이 프레임체에 수용되는 경우, 프레임체를 파이프상의 샤워로서 적용할 수도 있다. 스프링쿨러나 샤워를 사용하여 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부에 물을 공급하는 경우, 아래로부터의 배출 가스류에 의해 물이 비산하지 않도록 방해판 등을 설치하면 물의 공급이 부드럽게 된다.
도 8에 따라 모세 침투 부재의 다른 실시 양태를 설명한다. 도 8에는 다른 실시 양태의 모세 침투 부재를 구비한 활성 탄소 섬유층의 요부 정면을 나타내고 있다. 또한, 도 3에 나타낸 구성 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략했다.
도면에 도시한 바와 같이 활성 탄소 섬유층(20)의 근방에는 물탱크(8) 및 펌 프(9)로부터 물이 보내지는 분출 노즐(28)이 설치되고, 분출 노즐(28)의 하부에는 모세 침투 부재의 구성 요소가 되는 예컨대 띠 형상의 천 부재(29)가 배치되어 있다. 천 부재(29)의 단부는 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부로 이어져 있다. 분출 노즐(28)로부터 천 부재(29)에 물이 분출되고, 천 부재(29)를 침투하여 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 직접 공급되어, 모든 통로(15)에 대한 탄소 섬유 시트에 균일하게 물이 침투한다.
또한, 천 부재(29)를 활성 탄소 섬유층(20)의 상단면의 주위(통로(15)의 단부의 주위)를 따라 배치할 수도 있다.
이 때문에 배출 가스의 유속 등의 영향을 받지 않고 천 부재(29)를 통해 물이 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 공급되고, 활성 탄소 섬유층(20)의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층(20)의 촉매조(6)로 할 수 있게 된다. 그리고 천 부재(29)를 사용함으로써 코스트를 억제할 수 있게 된다.
도 9에 따라 모세 침투 부재의 다른 실시 양태를 설명한다. 도 9에는 다른 실시 양태의 모세 침투 부재를 구비한 활성 탄소 섬유층의 요부 정면을 나타내고 있다. 또한, 도 3에 나타낸 구성 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략했다.
도시한 실시 양태는 활성 탄소 섬유층(20)의 팩이 2단으로 포개어진 경우를 설명하고 있다. 활성 탄소 섬유층(20)이 상하에 2단 배치되어 촉매조(6)가 구성되 고, 활성 탄소 섬유층(20) 사이에는 물이 침투하는 모세 침투 부재의 구성 요소가 되는 끈 부재(26)가 설치되어 있다. 물 저장기(25)에 고인 물이 끈 부재(26)를 침투하여 상부의 활성 탄소 섬유층(20)에 직접 공급되고, 상부의 활성 탄소 섬유층(20)을 적하한 물은 끈 부재(26)를 침투하여 하부의 활성 탄소 섬유층(20)의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 직접 공급되고, 하부의 활성 탄소 섬유층(20)에서도 모든 통로(15)에 대한 탄소 섬유 시트에 균일하게 물이 침투한다.
이 때문에 활성 탄소 섬유층(20)이 2단으로 배치되어 있어도, 배출 가스의 유속 등의 영향을 받지 않고 끈 부재(26)를 통해 물이 상하의 활성 탄소 섬유층(20)의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)에 공급되고, 상하의 활성 탄소 섬유층(20)의 전체에 균일하게 물이 공급되어 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층(20)의 촉매조(6)로 할 수 있다.
또한, 상하의 활성 탄소 섬유층(20)을 도 8에 나타낸 천 부재(29)로 이을 수도 있다. 또한 상부의 활성 탄소 섬유층(20)으로의 물의 공급은 도 8에 나타낸 천 부재(29)를 통해 실시하는 것은 물론, 스프링쿨러나 파이프 형상의 샤워(분무 수단)를 사용하여 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)의 상부에 직접 물을 공급하도록 할 수도 있다.
따라서 상술한 배연 탈황 장치에서는 수분이 균일하게 첨가되는 활성 탄소 섬유층(20)의 촉매조(6)를 구비한 배연 탈황 장치로 할 수 있게 된다. 또한 상술한 탈황 방법에서는 활성 탄소 섬유층(20)에 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물(SOx)을 제거할 수 있는 탈황 방법으로 할 수 있다.
도 10에 따라 실시 양태 2에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템을 설명한다. 또한 도 1에 나타낸 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙인다. 도 10의 배출 가스 처리 시스템은 도 1의 배출 가스 처리 시스템의 모세 침투 부재(7) 대신에 살수 노즐(60)을 설치한 구성으로 이루어져 있다.
즉, 도 10의 배출 가스 처리 시스템은 배출 가스 중의 황산화물을 탈황 장치에서의 탈황에 의해 황산으로 하는 것이다. 도 10에 도시한 바와 같이 증기 터빈을 구동하는 증기를 발생시키는 보일러(1); 상기 보일러(1)로부터의 배출 가스(100) 중의 매진을 제거하는 제진기(2); 제진된 배출 가스를 탈황탑(4)내에 공급하는 공급팬(3); 탈황탑(4)에 공급하는 전 단계에서(또는 탑내에서)배출 가스(100)를 냉각하는 동시에 증습을 실시하는 증습 냉각 장치(16); 촉매조(6)를 내부에 설치하고, 탑 하부 측벽의 도입구(5)로부터 배출 가스(100)를 공급하는 동시에, 촉매조(6)의 상방으로부터 살수 노즐(60)로 물을 공급하고, 배출 가스 중의 SOx를 묽은 황산(H2SO4)까지 탈황 반응시키는 탈황탑(4); 탑 정상부의 배출구(12)로부터 탈황된 정화 배출 가스를 외부로 배출하는 굴뚝(13); 및 상기 탈황탑(4)으로부터 배출펌프(10)를 통해 묽은 황산을 저장하는 황산 탱크(11)를 구비하여 이루어진다. 또한 탈황탑(4)으로부터 배출되는 정화된 배출 가스를 배출하는 라인에는 필요에 따라 미스트 제거기(19)를 사이에 장착하고, 배출 가스 중의 수분을 분리하도록 할 수도 있다.
여기에서, 상기 보일러(1)에서는 예컨대, 화력 발전 설비의 도시하지 않은 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키기 위해서, 석탄이나 중유 등의 연료(f)가 화로로 연소되도록 이루어져 있다. 보일러(1)의 배출 가스에는 황산화물(SOx)이 함유되고, 배출 가스는 도시하지 않은 NOx 제거 장치로 NOx 제거되고 공기 여열기로 냉각된 후에 집진기(2)에서 제진된다.
상기 제진된 배출 가스(100)는 공급팬(3)에 의해 하부 측벽의 도입구(5)로부터 탈황탑(4)내에 도입된다. 탈황탑(4)의 내부에는 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조(6)가 구비되고, 상기 촉매조(6)에는 황산 생성용 물이 살수 노즐(60)로부터 공급된다. 물이 상부로부터 공급된 촉매조(6)의 내부에 배출 가스를 하부에서 통과시킴으로써, 배출 가스(100)로부터 SOx를 반응 제거한다. 촉매조(6)를 통과한 배출 가스는 배출구(12)로부터 배출되고, 굴뚝(13)을 통해서 대기에 방출된다.
상기 촉매조(6)는 복수의 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매를 구비하고, 각각의 활성 탄소 섬유층의 표면에서는 탈황 반응(도 1의 설명란에 도시한 반응 메커니즘 참조)이 생긴다.
반응 제거된 황산 H2SO4은 묽은 황산이 되어 배출 펌프(10)를 통해 황산 탱크(11)에 배출된다. 이렇게 하여, 촉매조(6)의 활성 탄소 섬유층 내에서 배출 가스(100) 중의 이산화황 SO2을 흡착하여 산화되고, 물 H2O와 반응시켜 황산 H2 SO4를 생성하여 이탈 제거함으로써 배출 가스류의 탈황이 실시된다.
다음으로 배출 가스 처리 시스템의 다른 실시 양태를 도 11에 따라 설명한 다. 또한, 도 2에 나타낸 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙인다. 도 11의 배출 가스 처리 시스템은 도 2의 배출 가스 처리 시스템의 모세 침투 부재(7) 대신에 살수 노즐(60)을 설치한 구성으로 이루어져 있다. 도 11의 배출 가스 처리 시스템은 배출 가스 중의 황산화물을 탈황 장치에서의 탈황에 의해 황산으로 하고, 상기 황산에 석회 슬러리를 공급하여 석고를 제조하는 것이다.
도 11에 도시한 바와 같이 증기 터빈을 구동하는 증기를 발생시키는 보일러(1); 상기 보일러(1)로부터의 배출 가스(100) 중의 매진을 제거하는 제진기(2); 제진된 배출 가스를 탈황탑(4) 내에 공급하는 공급팬(3); 탈황탑 내 또는 탑에 공급하기 전에 배출 가스(100)를 냉각하는 동시에 증습을 실시하는 증습 냉각 장치(16); 촉매조(6)를 내부에 설치하고, 탑하부 측벽의 도입구(5)로부터 배출 가스(100)를 공급하는 동시에, 촉매조(6)의 상방으로부터 살수 노즐(60)로 물을 공급하고, 배출 가스 중의 SOx를 묽은 황산(H2SO4)까지 탈황 반응시키는 탈황탑(4); 탑 정상부의 배출구(12)로부터 탈황된 정화 배출 가스를 외부로 배출하는 굴뚝(13); 탈황탑(4)으로부터 배출 펌프(10)를 통해 묽은 황산(H2SO4)을 저장하는 동시에 석회 슬러리(51)를 공급하여 석고를 석출시키는 석고 반응조(52); 석고를 침강시키는 침강조(thickener)(53); 및 석고 슬러리(54)로부터 수분을 배출수(여과액)(57)로서 제거하여 석고(55)를 수득하는 탈수기(56)를 구비하여 이루어지는 도 10의 시스템에서는 탈황하여 수득된 황산을 황산 그대로 사용하는 것이지만, 도 11의 시스템에서는 황산에 석회 슬러리를 공급하고 석고 슬러리를 수득한 후, 탈수하 여 석고로서 이용하는 것이다.
도 10 및 도 11에서 사용되는 실시 양태 2에 따른 배연 탈황 장치는 공통된 부분이고, 도 12에 따라 배연 탈황 장치의 구성을 이하에 설명한다.
도 12에 도시한 바와 같이 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스(100)의 도입구(5)를 상기 장치탑의 측벽(또는 하부)에 갖고, 상기 배출 가스(100)의 배출구(12)를 상부에 갖는 동시에, 상기 탈황탑(4) 내에 설치된 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매조(6)의 상방에 황산 생성용 물의 공급기인 살수 노즐(60)을 구비하고 있다.
상기 탈황탑(4)의 탑 내 하방측에는 황산 저장부(40)가 설치되어 있고, 촉매조(6)로부터 회수되는 묽은 황산(41)을 탑 내에서 저장하도록 이루어져 있다.
도 13에 촉매조(6)의 구성을 나타낸다. 도 13은 촉매조의 사시도이고, 상술한 도 4에 대응한다.
도 13에 도시한 바와 같이 촉매조(6)의 한 단위를 형성하는 활성 탄소 섬유층(20)은 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)가 교대로 적층되고, 사이에 형성되는 직선상의 공간이 통로(15)가 되어 통로(15)가 상하로 연장된 상태로 이루어져 있다. 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 판 형상으로 하고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 예컨대 골판 제조기에 의해 물결형이 된다. 또한 벌집 형상 등, 배출 가스가 활성 탄소 섬유 시트에 대하여 평행하게 통과하는 형상으로 성형하도록 할 수도 있다.
그리고 살수 노즐(60)로부터 물이 분무되어 공급되는 동시에 배출 가스(100)가 아래로부터 보내지고, 활성 탄소 섬유층(20)을 유통한 물은 입경이 수 mm 정도가 되어 하부로 낙하한다. 배출 가스(100)는 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)를 교대로 적층하여 형성되는 통로(15)를 유통하도록 이루어져 있기 때문에 압력 손실의 증대가 억제되어 있다.
상기 반응 제거된 황산 H2SO4은 묽은 황산(41)이 되어 배출 펌프(10)를 통해 황산 탱크(11)에 배출된다. 이렇게 하여 촉매조(6)의 활성 탄소 섬유층 내에서 배출 가스(100) 중의 이산화황 SO2을 흡착하여 산화되고, 물 H2O와 반응시켜 황산 H2SO4을 생성하여 이탈 제거함으로써, 배출 가스류의 탈황이 실시된다.
또한 상기 황산 저장부(40)내에는 황산 농도계(42)가 설치되어, 내부의 황산 농도를 계측하고 있다.
상기 장치에 있어서, 플랜트 정지시에는 열 공기의 유입이 있다는 점에서, 증습 냉각수(16a) 및 첨가수(8a)의 주입을 실시하고 있지만, 황산화물을 포함하는 배출 가스(100)의 유입이 없기 때문에 생성되는 황산 농도는 서서히 저하되게 된다.
그래서 황산 농도계(42)의 계측에 의해, 소정 농도(0.5% 이하 황산) 이하의 저농도의 묽은 황산이 된 경우에는 석고를 생성시켜도 석고를 제조할 수 없기 때문에 외부로의 배출을 정지하고, 황산 저장부(40)내에 저농도의 황산을 저장해 둔다.
다음으로 플랜트의 기동시에 상기 저장된 저농도의 황산을 송액 라인(44)에 사이에 장착된 송액 펌프(45)를 통해 증습 냉각 장치(16)로 공급하고, 증습 냉각용 분무수로서 사용한다.
여기서 저농도의 황산을 증습 냉각수로서 사용함으로써 상기 황산이 SOx로서 증가하지만, 재기동시의 배출 가스 중에 존재하는 SOx 농도도 낮기 때문에 탈황탑(4)로의 부하가 걸리지 않는다.
이에 따라 플랜트 정지시에 있어서 생성된 저농도의 황산이 증습 냉각 장치(16)에 돌아가, 재차 탈황되게 되기 때문에 황산 저장부(40)내의 황산 농도가 서서히 높아져, 석고 제조 능력을 갖는 소정 농도 이상이 된 점에서, 묽은 황산의 배출을 증습 냉각 장치(16)측으로부터 황산 탱크(11)로 전환하게 한다.
이 일련의 순서를 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14에 도시한 바와 같이 플랜트가 정지됨에 따라, 배출 가스(100)의 통풍이 정지된다(S-11).
이 경우에 있어서, 살수 노즐(60)로부터의 살수를 계속한다(S-12).
살수를 계속 함으로써, 촉매조(6) 내의 활성 탄소 섬유의 습윤 상태를 유지한다(S-13).
살수 노즐(60)로부터의 살수에 의해 촉매를 세정한 액체는 농도가 낮은 황산으로서 황산 저장부(40) 내에 저장된다(S-14).
다음으로 플랜트의 기동 재개에 있어서, 저농도의 묽은 황산을 배출 가스를 증습 냉각하는 증습 냉각 장치(16)에서의 증습 냉각수(16a)로서 액체를 송출한다(S-15).
이상과 같이 탈황 장치의 정지 및 기동에 있어서의 저농도의 황산을 효율적으로 이용하여 탈황 효율의 향상을 도모하도록 하고 있다. 또한 촉매조의 활성 탄소 섬유 표면에서의 황산을 세정함으로써 황산에 의한 촉매피독이 없어져 촉매 활성의 저하를 방지할 수 있다.
본 실시 양태에서는 저농도의 황산을 증습 냉각수로서 사용하는 것에 관해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 촉매조(6)의 상부로부터 살수 노즐(60)에 의해 첨가하는 첨가수(8a)로서 이용하도록 할 수도 있다.
도 15는 실시 양태 3에 따른 배연 탈황 장치의 개략도이다.
도 15에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에 따른 배연 탈황 장치는 도 12에 나타낸 배연 탈황 장치에 있어서, 황산 배출 라인(46) 사이에 장착된 황산 농도계(42)와 상기 황산 농도계(42)의 황산 농도에 따라 라인을 전환하는 전환 밸브(47)와, 상기 전환 밸브(47)의 전환에 의해 송출된 황산을 일시적으로 보관한 증습 냉각수용 저농도 황산 탱크(48)와, 황산 탱크(11)를 구비하는 것이다.
상기 장치에 의하면, 탈황 장치에서의 탈황 중에 있어서, 황산화물이 적은 경우에 황산 농도가 저농도화(1% 이하, 또는 0.5% 이하)하고, 석고 제조 능력이 없다고 판정된 경우에, 황산 탱크(10)으로의 송액을 정지하고, 증습 냉각용 저농도 황산 탱크(48)로 라인을 전환하여 황산 탱크(10) 내의 황산 농도의 저하를 방지한다.
이상과 같이, 탈황 장치의 정지시에 발생하는 저농도의 황산을 재기동시의 증습 냉각수로 하여 사용함으로써 산업 폐기물로서 처리할 필요가 없게된다.
도 16에 따라 실시 양태 4에 따른 배연 탈황 장치를 설명한다. 실시 양태 4에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템에 관해서는 도 10, 도 11과 동일하다. 도 16의 배연 탈황 장치는 도 10, 도 11의 배출 가스 처리 시스템에 있어서의 촉매조(6)가 적용된다. 이 때문에 도 12에 나타낸 배연 탈황 장치와 동일 부재에는 동일 부호를 붙인다. 또한 촉매조(6)에 있어서의 활성 탄소 섬유층으로서 도 13을 원용하고 설명하고 있다.
도 16에 도시한 바와 같이 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스(100)의 도입구(5)를 상기 장치탑의 측벽(또는 하부)에 갖고, 상기 배출 가스(100)의 배출구(12)를 상부에 갖는 동시에, 상기 탈황탑(4)내에 설치된 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매층(6)의 상방에 황산 생성용 물 공급기인 살수 노즐(60)을 구비하고 있다. 도 13을 참조하면 촉매조(6)의 1단위를 형성하는 활성 탄소 섬유층(20)은 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)가 교대로 적층되고, 사이에 형성되는 직선상의 공간이 통로(15)가 되어 통로(15)가 상하로 연장된 상태로 이루어져 있다. 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 판 형상으로 하고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 예컨대 골판 제조기에 의해 물결형이 된다.
또한 벌집 형상 등, 배출 가스가 활성 탄소 섬유 시트에 대하여 평행하게 통과하는 형상으로 성형하도록 할 수도 있다.
그리고 살수 노즐(60)로부터 물이 분무되어 공급되는 동시에 배출 가스(100) 가 아래로부터 보내지고, 활성 탄소 섬유층(20)을 유통된 물은 입경이 수 mm 정도가 되어 하부에 낙하한다. 배출 가스(100)는 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)를 교대로 적층하여 형성되는 비교적 작은 통로(15)를 유통하도록 이루어져 있기 때문에 압력 손실의 증대가 억제되어 있다.
상기 탈황탑(4)내에 촉매층(6)을 설치하는 순서에 관해서 도 17, 도 18에 따라 설명한다.
우선, 도 17에 도시한 바와 같이 적층된 활성 탄소 섬유층(20)을 프레임체(71) 내에 충전시키고 촉매층(예컨대, 높이가 0.5m 내지 4m)(72)로 한다.
다음으로 이 촉매층(72)을 외부에 별도 설치한 습윤조(도시하지 않음)에 침지하고, 습윤 상태로 한다. 이 때의 습윤 상태는 자중(촉매의 자중)의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 활성 탄소 섬유층(20)을 복수 충전한 자중을 40 내지 50Kg으로 한 경우에는 80 내지 100Kg 이상의 물을 함침시키는 것이 바람직하다.
이 습윤 상태가 된 후에, 촉매층(72)을 탈황탑(4)내에 예컨대 크레인 등의 리프팅 수단 등에 의해 설치하도록 하고 있다.
일례로서 배출 가스의 처리를 대량으로 실시하는 경우에는 1000m3(높이 10m이고 면적 100m2인 경우)의 탈황 장치를 상정하면, 1m× 1m× 0.4m인 촉매층이 2000개 필요하기 때문에 촉매를 습윤 상태로 하는데 다량의 물이 필요하게 된다. 따라서 이 물을 상시 살수하는 방식으로 하면, 막대한 양의 물이 필요하게 되어 비경제 적이고, 본 실시 양태와 같이 개별적으로 습윤 상태로 한 후에, 탈황탑내에 설치함으로써, 즉시 기동할 수 있어서 효율적이다.
도 18은 이 촉매층(72)을 4개 팩으로 한 것을 케이스(73)에 2단 적층한 것으로, 도 18a는 정면도, 도 18b는 평면도를 나타낸다.
이 경우에는 각 촉매층(72A 내지 72D)을 각각 습윤 상태로 하여, 미리 장치탑 내에 설치된 케이스(73)에 순차 크레인으로 촉매층(72A 내지 72D)을 설치하도록 하면 바람직하다.
또한 3단 내지 5단과 복수 단 적층하도록 할 수도 있다.
또한 다른 촉매층을 습윤 상태로 탈황탑 내에 설치하기 위해서는 촉매층 전체를 습윤 상태로 한 후에 동결시킨 후에, 동결된 채로 탑내에 크레인으로 설치하도록 할 수도 있다.
이 동결된 상태로 설치하는 방법은 습윤조를 탈황탑(4)의 근방에 설치할 수 없는 경우에 효과적이다. 즉, 습윤조로부터 탈황탑(4)으로의 이동 거리가 있는 경우에는 수송 도중에 습윤 상태가 된 촉매층(72)으로부터 수분이 도망쳐 버리기 때문에 배연 탈황 장치를 기동하기 위해서는 탈황탑(4)내에 설치한 후에 재차 습윤을 위한 살수가 필요하게 된다. 이에 대해 동결 상태 그대로 수송할 때에는 이동에 의해 진동이 발생해도 수분이 도망치는 일이 없어져, 탈황탑(4) 내에 설치한 후에, 즉시 기동할 수 있게 되어 효율적이다.
여기서 본 발명에서 배연 탈황 장치의 탈황탑(4) 내에서의 상기 배출 가스가 촉매층과 접촉할 때의 수분량(수분/증습 배출 가스)는 포화 수증기량+ 0.5 내지 10, 바람직하게는 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%으로 하는 것이 바람직하다. 상기 포화 수증기량으로서는 예컨대 50℃에서 12.2용량%(50℃)로 하고 있다.
또한 40℃의 포화 수증기량은 7.3용량%이고, 60℃의 포화 수증기량은 19.7용량%이다. 이것은 포화량 이하에서는 상술한 바와 같은 탈황 작용에 있어서의 황산의 탈리가 양호하게 실시되지 않기 때문이다.
따라서 장치 기동 전에 촉매층을 습윤 상태로 함으로써, 상기 포화 수증기량 이상으로 운전할 수 있는 것을 보조하게 된다. 즉, 기동 전에 습윤 상태로 하지 않고 탈황을 시작하면, 활성 탄소 섬유에 있어서 수분이 있는 장소와 없는 장소가 존재하여 유효한 탈황 작용을 실시할 수 없게 되게 되기 때문이다.
또한 증습 냉각의 냉각 온도는 배출 가스의 온도와 수분량과의 관계에 의해 적절히 결정하면 바람직하지만, 탈황시에는 예컨대 40 내지 60℃로 하는 것이 바람직하다. 이것은 60℃를 초과한 경우에는 수분의 증발량이 증대하고, 물 공급량이 커져 처리 비용이 커지기 때문이다. 한편, 40℃ 미만에서는 일반 배출 가스에 대한 증습 냉각에서는 이 이하로 온도를 낮게 하는 것이 실질적으로 불가능하기 때문이다.
즉, 증습 냉각 장치(16)의 증습 냉각에 의해 수분이 포화 상태가 된 상태로 배출 가스(100)가 탈황탑(4) 내에 공급되고, 촉매조(6)의 촉매층과 접촉할 때에는 배출 가스 수분량이 포화 수증기량+ 0.5 내지 10(바람직하게는 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%)으로 함으로써 촉매 표면에서의 SO2의 산화에 의해 생성된 SO3의 탈 리가 빠르게 진행하고, 활성 탄소 섬유의 표면에 황산이 잔존하지 않게 되기 때문에 활성점이 효과적으로 사용되어 탈황 효율이 향상하게 된다.
이상과 같이, 배연 탈황 장치의 기동에 있어서는 촉매층이 충분히 습윤되어 있는 것이 중요하고, 그 때문에 여러가지 방법에 의해 촉매층을 습윤 상태로 한 후에, 기동함으로써 탈황 반응을 효율적으로 실시할 수 있다.
다음으로 습윤조를 탈황탑의 내부에 설치하여 촉매를 습윤 상태로 하는 경우에 관해서 설명한다.
도 19는 실시 양태 5에 따른 배연 탈황 장치의 개략도이다.
도 19에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에 따른 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스(100)의 도입구(5)를 상기 장치탑의 측벽(또는 하부)에 갖고, 상기 배출 가스(100)의 배출구(12)를 상부에 갖는 동시에, 상기 탈황탑(4)내에 설치된 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매조(6)의 상방에 황산 생성용 물 공급기인 살수 노즐(60)을 구비하고 있는 동시에, 상기 촉매조(6)는 촉매 습윤조(61)내에 내장되어 있고, 상기 촉매 습윤조(61)에는 습윤수(62)을 공급하는 습윤수 공급 라인(63)과, 습윤수(62)을 순환물로서 순환시키는 순환 라인(64)을 구비하고 있다.
또한 촉매 습윤조(61)의 하면과 상면에는 각각 배출 가스의 유입 구멍 및 배출 구멍이 개폐 가능하게 형성(도시하지 않음)되어 있고, 탈황시에는 상기 구멍을 개방하고 있다.
상기 장치에 의하면, 배연 탈황 장치를 기동하기 전에 있어서, 촉매조(6)를 촉매 습윤조(6) 내에 설치한 후, 습윤수 공급 라인(63)으로부터 습윤수(62)을 공급 하여 촉매를 습윤 상태로 만든다. 또한 습윤 상태의 양부(良否)에 대해서는, 도시하지 않은 센서 등의 검지 수단에 의해 습윤 상태를 판정하도록 할 수도 있다.
또한 습윤수(62)의 순환 라인(64)에는 필터층(65)을 사이에 장착하고, 순환시에 이물의 혼입을 피하도록 할 수도 있다.
이상과 같이 배연 탈황 장치의 기동에 있어서는 촉매 습윤조(61)내에 촉매조(6)를 설치하여 촉매층의 활성 탄소 섬유를 충분하게 습윤 상태로 할 수 있고, 이에 따라 초기 촉매 활성이 효과적이 되고, 그 후의 운전시에 있어서의 촉매 열화를 억제할 수 있다.
다음으로 습윤조를 탈황탑 내부에 복수 설치하여 일체형으로 하고, 촉매를 탈황 장치 내에서 습윤 상태로 하는 경우에 관해서 설명한다.
도 20은 실시 양태 6에 따른 배연 탈황 장치의 개략도이다.
도 20에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에 따른 배연 탈황 장치는 촉매조(6)를 복수 설치하는 경우에 습윤을 효율적으로 하는 것이다.
도 20에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에서는 촉매 습윤조(61) 내를 복수(본 실시 양태에서는 4개) 설치한 것이고, 각 촉매 습윤실(61A 내지 61D)에는 각각 촉매조(6A 내지 6D)가 내장되어 있다. 그리고 이 촉매 습윤실(61A) 내지 촉매 습윤실(61D)에 습윤수(62)를 순차 이동하도록 하고 있다.
즉, 촉매조(6)을 각 촉매 습윤실(61A 내지 61D)에 설치하고, 습윤수(62)를 외부로부터 공급하여 우선 촉매 습윤실(61A)을 가득 채운다. 소정 시간 경과하여 촉매층을 침지 상태로 한 후에, 촉매 습윤실(61B)에 습윤수(62)를 이동시켜 이 촉 매 습윤실(61B)을 가득 채운다. 이 작업을 차례대로 실시한다.
이에 따라, 촉매조(6)를 복수 설치하는 경우에도 습윤수의 양을 습윤실 일부의 물 사용량으로 할 수 있어서, 물 사용량의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 수분 공급시에 있어서의 탈황탑(4)에 걸리는 부하를 경감할 수 있다.
다음으로 촉매조(6)를 구성하는 활성 탄소 섬유층의 평면 활성 탄소 섬유 시트에 보수(保水) 기능을 갖게 한 실시 양태에 관해서 설명한다.
상술한 실시 양태는 촉매조(6)에 외부로부터 물을 공급하여 그 침투에 의한 습윤 상태로 했지만, 본 실시 양태에서는 활성 탄소 섬유층 자체에 습윤 기능을 갖게 한 것이다.
도 21에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에 따른 활성 탄소 섬유층(200)은 평판 활성 탄소 섬유 시트(201)와, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)로 이루어지고, 상기 평판 활성 탄소 섬유 시트(201)에는 보수층(202)이 일체로 형성되어 있다. 이 보수층(202)은 흡수성이 양호한 섬유로 이루어져 촉매층에 공급되는 물을 효율적으로 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)로 공급하도록 하고 있다. 이에 따라 내부로부터도 습윤 상태로 할 수 있다.
이 활성 탄소 섬유층(200)은 상술한 실시 양태 중 어떤 것에도 적용할 수 있고, 특히 도 19 및 도 20에 나타낸 촉매 습윤조(61)와 병용함으로써 그 습윤 효과는 증대되게 된다.
도 22에 따라 본 발명의 실시 양태 7에 따른 배연 처리 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템을 설명한다. 도 22에 나타낸 배출 가스 처리 시스템은 도 1에 나타낸 배출 가스 처리 시스템에서의 촉매조(6) 대신에 촉매 장치(75)를 구비하고, 도 1에 나타낸 배출 가스 처리 시스템에서의 모세 침투 부재(7) 대신에 물공급 수단(76)을 구비한 구성으로 되어 있다. 이 때문에 도 1에 나타낸 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙인다.
도 22에 도시한 바와 같이 예컨대, 화력 발전 설비의 도시하지 않은 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키는 보일러(1)에서는 석탄이나 중유 등의 연료(f)가 화로로 연소되도록 이루어져 있다. 보일러(1)의 배출 가스에는 황산화물(SOx)이 함유되고, 배출 가스는 도시하지 않은 NOx 제거 장치로 NOx 제거되어 가스 히터로 냉각된 후에 집진기(2)로 제진된다.
제진된 배출 가스는 공급 펌프(3)에 의해 하부의 도입구(5)로부터 장치탑으로서의 탈황탑(4)으로 도입된다. 탈황탑(4)의 내부에는 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매가 다단으로 배치된 촉매 장치(75)가 구비되고, 촉매 장치(75)에는 황산 생성용 물이 물공급 수단(76)으로부터 공급된다. 물이 상부로부터 공급된 촉매 장치(75)의 내부에 배출 가스를 하부에서 통과시킴으로써, 배출 가스로부터 SOx를 반응 제거한다. 촉매 장치(75)를 통과한 배출 가스는 배출구(12)로부터 배출되고, 굴뚝(13)을 통해 대기로 방출된다.
촉매 장치(75)는 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매를 구비하고, 활성 탄소 섬유층의 표면에서는 탈황 반응(도 1의 설명란에서 나타낸 반응 메커니즘 참조)이 발생한다.
반응 제거된 황산 H2SO4는 묽은 황산이 되어 배출 펌프(10)를 통해 황산 탱크(11)에 배출된다. 이렇게 하여 촉매 장치(75)의 활성 탄소 섬유층 내에서 배출 가스 중의 이산화황 SO2을 흡착하여 산화되고, 물 H2O와 반응시켜 황산 H2 SO4를 생성하여 이탈 제거함으로써 배출 가스류의 탈황이 실시된다.
또한, 도 22의 배출 가스 처리 시스템에, 도 1에 나타낸 미스트 제거기(19)를 설치할 수도 있다.
도 23에 따라 탈황탑(4)에 설치된 촉매 장치(75)의 구성을 설명한다.
촉매 장치(75)는 활성 탄소 섬유층(20)(도 3 내지 도 5 참조)에서 형성되는 촉매(119)(예컨대, 높이가 2m 내지 4m)가 탈황탑(4)의 내부에 3단 설치되어 구성되어 있다. 또한, 2단 또는 4단 이상의 복수 단의 촉매(119)를 설치하여 촉매 장치(75)를 구성할 수도 있다. 각 촉매(119)의 상부에는 물공급 수단(76)의 살수 노즐(107)이 각각 배치되고, 살수 노즐(107)로부터 황산 생성용 물이 각각의 촉매(119)에 살포된다. 살수 노즐(107)에는 각각 공급 라인(118)을 통해 물탱크(8)로부터의 물이 펌프(9)를 통해 공급된다.
최하단(최상류측)의 촉매(119)에 물을 공급하는 살수 노즐(107)의 공급 라인(118)에는 제 1 밸브(135)가 설치되고, 중단의 촉매(119)에 물을 공급하는 살수 노즐(107)의 공급 라인(118)에는 제 2 밸브(136)가 설치되고, 또한 최상단의 촉매(119)에 물을 공급하는 살수 노즐(107)의 공급 라인(118)에는 제 3 밸브(137)가 설치되어 있다. 제 1 밸브(135), 제 2 밸브(136) 및 제 3 밸브(137)는 제어 수단(125)의 지령에 의해 개폐되고, 각 단의 촉매(119)로의 물의 공급 상태가 제어된다. 또한, 제 1 밸브(135), 제 2 밸브(136) 및 제 3 밸브(137)는 수동으로 조정할 수도 있다.
또한 탈황탑(4)의 도입구(5)의 근방에는 내부의 산소(O2) 농도를 검출하는 산소 농도 도출 수단으로서의 O2 분석 수단(126)이 설치되고, O2 분석 수단(126)의 검출 정보는 제어 수단(125)으로 입력된다. 또한, O2 농도는 퍼센트 레벨이기 때문에, O2 분석 수단(126)을 설치하는 장소는 배출구(12)의 근방이나 그 밖의 부위에 설치할 수도 있고, 어디에 설치되어 있어도 촉매 장치(75)에 있어서의 O2 농도의 정보로서 채용할 수 있다. 또한 탈황탑(4)의 내부의 O2 농도는 보일러(1)에 있어서의 연소 상태(연공비의 관계 등)로부터 연산에 의해 유추(도출)할 수도 있다.
또한 탈황탑(4)에는 각 촉매(119)의 출구측 및 최상류측의 촉매(119)의 입구측의 황산화물(SO2) 농도를 검출하는 황산화물 농도 검출 수단으로서의 SO2 분석 수단(127)이 설치되어 있다. SO2 분석 수단(127)으로서는 최하단의 촉매(119)의 출구측의 SO2 농도가 제 1 농도로서 검출되고, 중단의 촉매(119)의 출구측의 SO2 농도가 제 2 농도로서 검출되고, 또한 최상단의 촉매(119)의 출구측의 SO2 농도가 제 3 농도로서 검출된다. SO2 분석 수단(127)의 검출 정보는 제어 수단(125)에 입력된다. 또한, SO2 농도를 검출하는 각 장소에 각각 SO2 분석 수단(127)을 설치할 수도 있다.
도 24에 따라 제어 수단(125)의 블록 구성을 설명한다.
제어 수단(125)에는 제 1 밸브(135)에 개폐 지령을 출력하는 제 1 지령 기능(128), 제 2 밸브(136)에 개폐 지령을 출력하는 제 2 지령 기능(129) 및 제 3 밸브(137)에 개폐 지령을 출력하는 제 3 지령 기능(130)이 구비되어 있다. 제 1 지령 기능(128)에는 SO2 센서(127)로부터의 제 1 농도의 정보와 O2 센서(126)로부터의 정보가 입력되고, 제 2 지령 기능(129)에는 SO2 센서(127)로부터의 제 2 농도의 정보와 O2 센서(126)로부터의 정보가 입력되고, 제 3 지령 기능(130)에는 SO2 분석 수단(127)으로부터의 제 3 농도의 정보와 O2 분석 수단(126)으로부터의 정보가 입력된다.
한편, 제 1 지령 기능(128), 제 2 지령 기능(129)및 제 3 지령 기능(130)에는 각각의 촉매(119)의 출구측에서의 SO2 농도의 규정치가 제 1 규정치, 제 2 규정치 및 제 3 규정치로서 기억되어 있다. 제 1 지령 기능(128), 제 2 지령 기능(129) 및 제 3 지령 기능(130)에서는 제 1 농도와 제 l 규정치, 제 2 농도와 제 2 규정치, 제 3 농도와 제 3 규정치가 비교된다. 그리고, O2 분석 수단(126)으로부터의 O2 농도의 정보를 가미하고, 제 l 밸브(135), 제 2 밸브(136) 및 제 3 밸브(137)를 개폐하여 제 l 농도, 제 2 농도 및 제 3 농도가 제 1 규정치, 제 2 규정치 및 제 3 규정치가 되도록 물의 양을 제어하도록 이루어져 있다.
각 단의 촉매(119)로의 물 공급 상황을 설명한다.
도 26에 도시한 바와 같이 O2 농도를 일정하게 한 경우에 있어서의 SO2 농도(ppm)에 대한 물의 양(l/min)의 상황이 도시화되어 제어 수단(125)에 기억되고, SO2 농도가 증가함에 따라 물의 양을 증가시키도록 이루어져 있다. 또한 도 27에 도시한 바와 같이 SO2 농도를 일정하게 한 경우에 있어서의 O2 농도(%)에 대한 물의 양(l/min)의 상황이 도시화되어 제어 수단(125)에 기억되고, O2 농도가 증가함에 따라 물의 양을 감소시키도록 이루어져 있다. 제어 수단(125)에서는 SO2 농도에 관한 함수 및 O2 농도에 관한 함수를 승산하여 제 1 밸브(135), 제 2 밸브(136) 및 제 3 밸브(137)에 개방도의 지령을 출력한다.
도입구(5)로부터 도입되는 배출 가스 중의 SO2 농도가 A ppm(예컨대, 400 ppm)이고, 탈황탑(4) 내의 O2 농도가 B%(예컨대, 2 내지 3%)인 경우, 제 1 규정치가 C ppm(예컨대, 150 ppm), 제 2 규정치가 D ppm(예컨대, 30 ppm), 제 3 규정치가 E ppm(예컨대, 4 ppm)으로 규정된다. 그리고, 도 25에 도시한 바와 같이 각 촉매(119)의 출구측에서의 SO2 농도가 C ppm, D ppm, E ppm이 되도록 물의 양이 설정된다. 즉, 물의 양이 최하단의 촉매(119)로의 물의 양이 F l/min(예컨대, 150 l/min), 중단의 촉매(119)로의 물의 양이 G l/min(예컨대, 50 l/min), 최상단의 촉매(119)로의 물의 양이 H l/min(예컨대, 10 l/min)로 설정된다.
도 28에 도시한 바와 같이 각 단의 촉매(119)의 출구측에서 검출되는 SO2 농도는 시간이 경과됨에 따라 서서히 상승한다. 제 1 지령 기능(128), 제 2 지령 기능(129), 제 3 지령 기능(130)에서는 검출되는 SO2 농도와 제 1 규정치, 제 2 규정치, 제 3 규정치를 각각 비교하고, 검출되는 SO2 농도가 제 1 규정치, 제 2 규정치, 제 3 규정치가 되도록 제 1 밸브(135), 제 2 밸브(136), 제 3 밸브(137)에 개폐지령을 출력하고 있다. 이 때문에 도 29에 도시한 바와 같이 SO2 농도의 상승에 따라 제 1 밸브(135), 제 2 밸브(136), 제 3 밸브(137)의 개방도가 커져 물의 양이 증가되도록 이루어져 있다.
상술한 촉매 장치(75)를 구비한 배연 처리 장치에서는 촉매(119)를 3단으로 하여 각각의 촉매(119)에 제어 수단(125)으로부터의 지령에 의해 적정량의 물을 살수 노즐(107)로부터 살포하도록 했기 때문에 첨가수를 균일하게 첨가할 수 있고, SO2의 제거 효율을 안정시킬 수 있다. 또한 SO2 농도의 상황에 따라 각 촉매(119)에 최적의 물의 량으로 물을 살포하도록 하고 있기 때문에 필요한 촉매(119)에 필요량의 물을 공급할 수 있고, 필요 최소한의 물의 양으로 SO2의 제거 효율을 양호하게 유지할 수 있다. 또한 필요한 물의 양이 확보되어 있기 때문에 촉매(119)에 생성된 황산이 건조됨에 따른 촉매(119)의 열화를 방지할 수 있다. 또한 최상단의 촉매(119)로의 물의 공급이 없는 경우에는 SO2 제거의 마무리 효과가 되는 동시에, 촉매(119)를 미스트 캐처로서 기능시킬 수 있다.
상술한 실시 양태에서는 촉매(119)를 3단으로 하여 각각의 촉매(119)에 살수 노즐(107)로부터 물을 살포하도록 했지만, 적어도, 최상단의 촉매(119)의 위로부터 물을 살포함으로써 촉매(119) 사이에서 적하되는 물방울이 분산되기 때문에, 첨가수를 균일에 가까운 상태로 첨가할 수 있다. 이 때, 촉매(119) 사이에 수분을 분산시키는 부재를 물분산 수단으로서 개재시키는 것도 가능하다. 이 경우, 압력 손실이 생기지 않도록 해야 한다.
또한, 상술한 실시 양태의 배연 처리 장치에서는 묽은 황산을 황산 탱크(11)에 배출하는 예를 들어 설명했지만, 묽은 황산을 석고 석출조에 배출하도록 할 수도 있다(도 2 참조).
도 30에 따라 본 발명의 실시 양태 8에 따른 배연 탈황 장치를 구비한 배출 가스 처리 시스템을 설명한다. 도 30에 나타낸 배출 가스 처리 시스템은 도 2에 나타낸 배출 가스 처리 시스템의 구성에 대해 침강조(53)의 상징수가 송출되는 정치조를 부가한 구성으로 되어 있다. 이 때문에 도 2에 나타낸 부재와 동일 부재에는 동일 부호를 붙였다.
도 30의 배출 가스 처리 시스템은 도 2의 배출 가스 처리 시스템과 동일하게, 탈황 장치에 의해 배출 가스 중의 황산화물을 탈황하여 묽은 황산을 수득한 후, 상기 묽은 황산에 석회 슬러리를 공급하여 석고 슬러리를 수득한 후, 탈수하여 석고로서 이용하는 것이다.
도 30에 도시한 바와 같이 본 실시 양태에 따른 배출 가스 처리 시스템은 증기 터빈을 구동하는 증기를 발생시키는 보일러(1); 상기 보일러(1)로부터의 배출 가스(100) 중의 매진을 제거하는 제진기(2); 제진된 배출 가스를 탈황탑(4) 내에 공급하는 공급팬(3); 탈황탑 내 또는 탑에 공급하기 전에 배출 가스(100)를 냉각하는 동시에 증습을 실시하는 증습 냉각 장치(16); 촉매조(6)를 내부에 설치하고, 탑하부 측벽의 도입구(5)로부터 배출 가스(100)를 공급하는 동시에, 촉매조(6)의 상방으로부터 살수 노즐로 물을 공급하고, 배출 가스 중의 SOx를 묽은 황산까지 탈황 반응시키는 탈황탑(4); 탑 정상부의 배출구(12)로부터 탈황된 정화 배출 가스를 외부로 배출하는 굴뚝(13); 탈황탑(4)으로부터 배출 펌프(10)를 통해 묽은 황산을 저장하는 동시에, 석회 슬러리(51)를 공급하여 석고를 석출시키는 석고 반응조(52); 석고를 침강시키는 침강조(thichener)(53); 석고 슬러리(54)로부터 수분을 배출수(여과액)(57)로서 제거하여 석고(55)를 수득하는 탈수기(56); 상기 침강조(53)로부터의 상징수(160)를 정치하여 침강물(161)을 침강시키는 정치조(162); 및 상기 정치조(162)에서 수득되는 재상징수(163)를 증습 냉각수(164)로서 상기 조실 냉각 장치(16)로 공급하는 송액 펌프(165)를 구비하여 이루어진다.
상기 석고 반응조(52) 중의 석고 슬러리량은 7 내지 8중량%이며, 침강조(53)의 석고 슬러리량은 20중량% 정도로 하고 있다.
또한 탈황탑(4)으로부터 배출되는 정화된 배출 가스를 배출하는 라인에는 필요에 따라 미스트 제거기(19)를 사이에 장착하여 배출 가스 중의 수분을 분리하도록 할 수도 있다.
상기 배출 가스 처리 시스템에 의하면, 탈황 장치인 탈황탑(4)으로부터의 묽 은 황산에 석회 슬러리(51)를 첨가하여 수득되는 석고 반응조(52)의 상징수(160)를 이용함으로써, 상기 증습 냉각의 공급수로서 공업 용수 등을 이용할 필요가 없이 배출수량을 저감하여, 효율적인 시스템 구성으로 할 수 있다.
또한 정치조(162)를 설치함으로써 상징수(160) 중에 잔존하는 석고 슬러리나 염분(Ca, Na, K 등)을 침강물(161)로서 제거하여 촉매에 석고 또는 염분 등이 부착된다고 하는 문제가 해소된다. 그 결과, 압력 손실에 의한 탈황 효율의 저하가 없는 동시에, 탈황 촉진을 위한 촉매 활성이 저하되지 않고 효율적인 탈황을 실시할 수 있게 된다.
본 실시 양태에서는 침강물(161)의 제거에 정치조(162)를 사용하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 석고 침강조의 상징수(160)로부터 잔존물인 석고 입자를 분리하는 수단으로서는 예컨대 액체 사이클론 또는 필터를 들 수 있다. 또한 상기 분리 수단은 단독으로 사용할 수도 있고 이들의 조합을 사용할 수도 있다.
또한 상기 석고 침강조의 상징수(160)를 냉각하는 냉각조를 설치하도록 할 수 있다. 이 냉각조를 설치함으로써 용해되어 있는 염분도 석출시킬 수 있고, 또한 상징수 중의 불순물 함유량이 저하되게 된다.
또한 상징수(160) 중의 염분을 염석하는 염석조를 설치하도록 할 수도 있다. 이 염석조에서는 화학적 수법에 의해 상징수 중의 염분을 적극적으로 제거하는 방법이기 때문에 상술한 물리적인 불순물의 분리와는 다르다. 또한 상기 염석조는 단독으로 사용할 수도 있고 상술한 물리적인 분리 수단과 조합하여 사용할 수도 있 다.
또한 상기 탈수기(56)로부터의 배출수(57)도 정치조(162)에 송출하고, 재상징수(163)를 수득한 후, 증습 냉각 장치(16)의 공급수로 할 수도 있다.
여기서 상기 보일러(1)에서는 예컨대, 화력 발전 설비의 도시하지 않은 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키기 위해서, 석탄이나 중유 등의 연료(f)가 노에서 연소되도록 되어 있다. 보일러(1)의 배출 가스에는 황산화물(SOx)이 함유되고, 배출 가스는 도시하지 않은 NOx 제거 장치로 NOx 제거되어 가스 히터로 냉각된 후에 집진기(2)로 제진된다.
상기 제진된 배출 가스(100)는 공급팬(3)에 의해 하부 측벽의 도입구(5)로부터 탈황탑(4)내에 도입된다. 탈황탑(4)의 내부에는 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조(6)가 구비되고, 상기 촉매조(6)에는 황산 생성용 물이 살수 노즐(60)로부터 공급된다. 물이 상부로부터 공급된 촉매조(6)의 내부에 배출 가스를 하부에서 통과시킴으로써, 배출 가스(100)로부터 SOx를 반응 제거한다. 촉매조(6)를 통과한 배출 가스는 배출구(12)로부터 배출되고, 굴뚝(13)을 통해서 대기에 방출된다.
상기 촉매조(6)는 복수의 활성 탄소 섬유층으로 이루어진 촉매를 구비하고, 각각의 활성 탄소 섬유층의 표면에서는 탈황 반응(도 1의의 설명란에서 나타낸 반응 메커니즘 참조)이 발생한다.
상기 반응 제거된 황산 H2SO4는 묽은 황산이 되어 배출 펌프(10)를 통해 석고 반응조(52)에 배출된다. 이렇게 하여 촉매조(6)의 활성 탄소 섬유층 중에서 배출 가스(100) 중의 이산화황 SO2를 흡착하여 산화하고, 물 H2O와 반응시켜 황산 H2 SO4을 생성하여 이탈 제거함으로써 배출 가스류의 탈황이 실시된다.
도 31에 따라 배연 탈황 장치의 구성을 설명한다. 도 31은 배연 탈황 장치의 모식 개략도이다.
도 31에 도시한 바와 같이 배연 탈황 장치는 황산화물을 함유하는 배출 가스(100)의 도입구(5)를 상기 장치탑의 측벽에 갖고, 상기 배출 가스(100)의 배출구(12)를 상부에 갖는 동시에, 상기 탈황탑(4)내에 설치된 활성 탄소 섬유층(20)으로 이루어진 촉매조(6)의 상방에 황산 생성용 물 공급기인 살수 노즐(60)을 구비하여 이루어지는 동시에, 탑의 하방측에는 공급된 배출 가스(100)를 정류화하는 분산 구멍(241)을 갖는 정류판(242)이 설치되어 있다.
촉매조(6)의 한 단위를 형성하는 활성 탄소 섬유층(20)은 평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트(21)와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)가 교대로 적층되고, 사이에 형성되는 직선상의 공간이 통로(15)가 되어 통로(15)가 상하로 연장된 상태로 되어 있다. 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 판 형상으로 하고, 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)는 예컨대 골판 제조기에 의해 물결형이 된다.
또한 벌집 형상 등, 배출 가스가 활성 탄소 섬유 시트에 대하여 평행하게 통과하는 형상으로 성형하도록 할 수도 있다.
그리고 살수 노즐(60)로부터 물이 분무되어 공급되는 동시에 배출 가스(100) 가 아래로부터 송출되고, 활성 탄소 섬유층(20)을 유통한 물은 입경이 수 mm 정도가 되어 하부에 낙하한다. 배출 가스(100)는 평판 활성 탄소 섬유 시트(21) 및 골판 활성 탄소 섬유 시트(22)를 교대로 적층하여 형성되는 통로(15)를 유통하도록 이루어져 있기 때문에 압력 손실의 증대가 억제되어 있다.
상기 탈황탑 내에 촉매조를 설치하기 위해서는 우선 프레임체(도시하지 않음) 내에 적층한 활성 탄소 섬유층(20)을 충전시키고 촉매조(예컨대, 높이가 0.5m 내지 4m)로 하고, 이 촉매조를 탈황탑(4) 내에 예컨대 크레인 등의 리프팅 수단 등에 의해 설치하도록 하고 있다.
여기서 본 발명에서 배출 가스 탈황 장치의 탈황탑(4) 내에서의 상기 배출 가스가 촉매조와 접촉할 때의 수분량(수분/증습 배출 가스)는 포화 수증기량+ 0.5 내지 10, 바람직하게는 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%으로 하는 것이 바람직하다. 상기 포화 수증기량으로서는 예컨대 50℃에서 12.2용량%(50℃)로 하고 있다.
또한 40℃의 포화 수증기량은 7.3용량%이고, 60℃의 포화 수증기량은 19.7용량%이다. 이것은 포화량 이하에서는 상술한 바와 같은 탈황 작용에 있어서의 황산의 탈리가 양호하게 실시되지 않기 때문이다.
또한 증습 냉각의 냉각 온도는 배출 가스의 온도와 수분량과의 관계에 의해 적절히 결정하면 바람직하지만, 예컨대 40 내지 60℃로 하는 것이 바람직하다. 이것은 60℃를 초과한 경우에는 수분의 증발량이 증대하고, 물 공급량이 커져 처리 비용이 커지기 때문이다. 한편, 40℃ 미만은 일반적인 배출 가스에 대한 증습 냉각에서는 이 이하로 온도를 낮게 하는 것이 실질적으로 불가능하기 때문이다.
즉, 증습 냉각 장치(10)의 증습 냉각에 의해 수분이 포화 상태가 된 상태로 배출 가스(100)가 탈황탑(4)내에 공급되고, 촉매조(6)와 접촉할 때에는 배출 가스 수분량이 포화 수증기량 +0.5 내지 10(바람직하게는 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%)으로 함으로써 촉매 표면에서의 SO2의 산화에 의해 생성된 SO3의 탈리가 빠르게 진행되고, 활성 탄소 섬유의 표면에 황산이 잔존하지 않기 때문에 활성점이 효과적으로 사용되어 탈황 효율이 향상되게 된다.
여기서, 도 31에서는 배출 가스(100)를 탑의 하방측으로부터 공급하고 있지만, 이 경우에는 수분인 미스트가 탑의 하부에 고이는 경우가 있기 때문에, 배출 가스 수분량이 포화 수증기량+ 0.5 내지 10용량%(바람직하게는 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%)이 되도록 살수 노즐(60)로부터의 수분량을 다소 크게 해야 한다.
한편, 도 31의 구성과는 달리, 배출 가스(100)를 탑의 상방으로부터 하강시키는 경우에는 미스트도 촉매조(6)에 공급되게 되기 때문에 도 31에 나타낸 구성의 경우보다 살수량을 적게 할 수 있는 경우도 있다.
어느 경우에도 배출 가스가 포화 증기 이상으로 되어 있는 것이 중요하고, 특히, 포화 증기량+ 1.0 내지 1.5용량%으로 함으로써 대단히 효율적인 수분 보급을 촉매인 활성 탄소 섬유의 표면에 부여할 수 있다. 즉, 상기 포화 수증기량만으로는 SO2가 산화된 SO3가 수분에 의해 황산으로서 탈리하는 것이 불충분하고, 또한 포화 증기량+ 1.5용량%을 초과하면, 수분량이 과잉이 되어, 묽은 황산이 더욱 묽어지는 동시에, 수분 사용량이 증대하여 바람직하지 못하다. 또한 수분량이 많으면, 활성 탄소 섬유의 표면의 활성점을 덮게되는 결과, 촉매로서의 작용이 기능하지 못하게 되어, 결과적으로 탈황 효율이 저하되게 된다.
포화 증기와 증기 미스트와의 관계는 확정되지는 않지만, 활성 탄소 섬유 표면에서 SO2가 산화된 SO3가 수분에 의해 황산으로서 배출될 때, 수분이 부족하면 황산으로서의 배출이 불가능하고, 다음 SO2의 산화가 불충분해진다. 한편 수분이 과잉이면 황산이 묽어지게 된다. 또한 수분이 과잉이 되어 예컨대 활성 탄소 섬유의 표면에 수막이나 수벽을 형성하면 활성 탄소 섬유의 활성점을 덮게 되어 SO2의 산화의 촉매 작용이 불가능하여 탈황할 수 없게 되고, 탈황 효율이 저하되게 된다.
따라서, 본 발명과 같이 배출 가스가 촉매조와 접촉할 때의 수분량(수분/증습 배출 가스)을 포화 수증기량+ 1.0 내지 1.5용량%으로 함으로써 단속적으로 물방울이 구슬 형상이 되어 굴러 떨어짐으로써 활성 탄소 섬유 표면에 수분이 과부족없이 공급되는 동시에 황산의 탈리가 효율적으로 실시되어, 그 결과, 배출 가스의 탈황이 효과적으로 실시되게 된다.
상기 물공급 수단인 살수 노즐(60)로부터 공급되는 냉각수의 입경은 300 내지 1000μm로 하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 범위를 초과하는 경우에는 활성 탄소 섬유 표면에서의 효과적인 수분 공급이 불가능하고, 황산의 탈리 작용이 양호하게 진행되지 않아 바람직하지 못하기 때문이다. 특히, 배출 가스를 하방측에서 공급하는 경우에는 살수 노즐로부터의 미스트 형상의 물이 날아 올라, 양호한 수분 공급을 실시할 수 없게 되기 때문이다. 한편, 수분 입경이 너무 커지면, 수벽 상 태가 되어 황산의 탈리가 가능하지만, 활성점이 표면화되지 않아 탈황 반응이 진행되지 않게 되어 바람직하지 못하기 때문이다.
이를 위해, 상기 물공급 수단으로부터 공급하는 첨가수의 공급량은 배출 가스(100)의 장치탑 내로의 유통 속도를 0.5 내지 5 m/s로 한 경우, 바람직하게는 5 내지 50 ml/m3 배출 가스로 하는 것이 바람직하다.
또한 증습 냉각 장치(16)에서 증습 냉각된 배출 가스 중의 미스트 입경은 50 내지 150μm로 하는 것이 바람직하다. 이것은 50μm 미만인 경우에는 탈황탑으로의 도입 전에 배출 가스 중의 수분 증발이 곧 진행되어 바람직하지 못하고, 한편 150μm를 초과하는 경우에는 수분이 배관 내에 부착되게 되어 바람직하지 못하기 때문이다.
여기서 상기 미스트를 보급하는 미스트 캐처(도시하지 않음)를 설치하도록 할 수도 있다. 이 캐처를 설치함으로써 탈황탑으로의 수분의 침입을 억제할 수 있고, 촉매조에서 탈황에 의해 생성되는 황산이 묽어지지 않는다.
상기 증습 냉각된 배출 가스(100)의 장치탑 내에의 유통 속도는 0.5 내지 5 m/s, 바람직하게는 1 내지 3 m/s로 하는 것이 바람직하다. 이것은 5 m/s를 초과하여 유속이 빠르면 압력 손실이 증대되고, 한편 0.5 m/s 미만이면 설치 면적이 커져, 둘 경우 모두 바람직하지 못하기 때문이다.
본 실시 양태에서는 도 30에 도시한 바와 같이 상기 증습 냉각 장치(16)에 공급하는 증습 냉각수로서, 석고 슬러리를 생성했을 때의 침강조(53)에서 수득된 상징수(160)를 이용함으로써 물의 효율적인 운용을 도모하고 있다.
이를 위해, 상기 침강조(53)에 의해 석고 슬러리(54)를 침강시킨 상징수(160)를 재차 침강시키는 정치조(162)를 사용하여 침강물인 석고 슬러리(54)를 분리한 후, 재상징수(163)를 증습 냉각수(164)로서 이용하고 있다.
이에 따라, 석고 슬러리(54)로부터 석고를 분리한 상징수 중에 잔존하는 잔존물을 침강시킨 후에, 송액 펌프(165)에 의해 증습 냉각수로서 증습 냉각 장치(16)로 이용하기 때문에 촉매조(6)를 구성하는 활성 탄소 섬유에 석고 등이 부착되는 것이 방지되고, 그 결과, 탈황 효율의 저하가 없이 장기간에 걸쳐 안정적으로 탈황 성능을 유지할 수 있게 된다.
이상과 같이, 최소한의 물의 양으로 활성 탄소 섬유층에 수분을 균일하게 첨가시켜 황산화물(SOx)을 제거할 수 있고, 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 물을 삭감할 수 있는 배연 탈황 장치가 제공된다.
이에 따라, 산업 폐기물의 배출을 없애고, 효율적인 배연 탈황 장치가 되는 동시에, 황산화물의 흡수제나 대형 탈황 설비를 필요로 하지 않고, 또한 탈황시에 높은 농도의 황산을 수득할 수 있는 배연 탈황 장치, 즉, 수분의 삭감 및 균일 공급을 실시할 수 있는 배연 탈황 장치가 된다.
또한 활성 탄소 섬유의 탈황 반응이 효율적이면서도 탈황 시스템이 간이하 고, 고효율로 컴팩트한 배연 탈황 장치가 되고, 탈황 시스템 전체적으로 고효율인 동시에 탈황 성능을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 배연 탈황 장치가 된다.

Claims (43)

  1. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되어 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 촉매조의 상부에 있어서의 장치탑 내에 설치되고 촉매조에 황산 생성용 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 처리 장치에 있어서,
    평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트를 교대로 적층하여 통로가 상하로 연장되는 상태로 함으로써 촉매조의 활성 탄소 섬유층을 구성하고, 물공급 수단은 모세 침투 부재를 통해 물을 활성 탄소 섬유층의 상부에 공급하는 침투 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    침투 수단의 모세 침투 부재가 천(fabric) 부재인 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    침투 수단의 모세 침투 부재가 끈(cord) 부재인 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  4. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되어, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및 촉매조의 상부에 있어서의 장치탑 내에 설치되고 촉매조에 황산 생성용 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 처리 장치에 있어서,
    평판상의 평판 활성 탄소 섬유 시트와 골판상의 골판 활성 탄소 섬유 시트를 교대로 적층하여 통로가 상하로 연장되는 상태로 함으로써 촉매조의 활성 탄소 섬유층을 구성하고,
    상기 촉매조를 내장하고, 촉매를 습윤 상태로 하는 습윤조를 장치탑 내에 설치하고,
    물공급 수단은 활성 탄소 섬유층의 상부 벽면에 안개상으로 물을 직접 분무하는 분무 수단인 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    활성 탄소 섬유층이 상하에 복수 배치되어 촉매조가 구성되고, 활성 탄소 섬유층 사이에 모세 침투 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  6. 황산화물을 함유하는 배출 가스를 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조에 유통시키는 동시에 황산 생성용 물을 공급하여 탈황을 실시하는 탈황 방법에 있어서, 모세 침투에 의해 촉매조에 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 탈황 방법.
  7. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되어, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및
    상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매조에 황산 생성용 첨가수를 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서,
    상기 장치탑 외부 또는 내부에서 배출 가스를 냉각하는 동시에 증습하는 증습 냉각 수단, 및 장치탑 내에서 회수된 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산을 상기 증습 냉각 수단에 공급하는 송액 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산의 농도가 0.5% 이하인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 황산 농도 이하의 저농도의 묽은 황산이 탈황 정지 후에 회수되는 황산인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에, 상기 탑 내에 설치된 촉매조의 상방에 황산 생성용 물 공급기를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 배연 탈황 장치;
    상기 배연 탈황 장치로부터의 묽은 황산과 석회 슬러리를 반응시켜 석고 슬러리를 수득하는 석고 반응조; 및
    상기 석고 반응조에 의해 수득된 석고로부터 수분을 분리하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 배연 탈황 장치; 및
    상기 탈황 장치로 수득된 묽은 황산을 농축하는 농축조를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 배출 가스가 보일러, 가스 터빈, 엔진 및 각종 소각로로부터 배출되는 가스이고, 배출 가스 중의 매진을 제거하는 매진 제거 수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매층, 및
    상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매층에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서,
    상기 촉매층을 내장하고, 촉매를 습윤 상태로 하는 습윤조를 장치탑 내에 설치한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 촉매층이 지지 장치에 의해 복수 단 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에, 상기 탑내에 설치된 촉매층의 상방에 황산 생성용 물 공급기를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  20. 제 17 항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 배연 탈황 장치;
    상기 배연 탈황 장치로부터의 묽은 황산과 석회 슬러리를 반응시켜, 석고 슬러리를 수득하는 석고 반응조; 및
    상기 석고 반응조에 의해 수득된 석고로부터 수분을 분리하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 배연 탈황 장치; 및
    상기 탈황 장치에서 수득된 묽은 황산을 농축하는 농축조를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 배출 가스가 보일러, 가스 터빈, 엔진 및 각종 소각로로부터 배출되는 가스이고, 배출 가스 중의 매진을 제거하는 매진 제거 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
  23. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매층, 및
    상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매층에 황산 생성용 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치를 기동하는 방법에 있어서,
    상기 촉매층을 미리 함수한 상태로 장치탑 내에 설치한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치의 기동 방법.
  24. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매층, 및
    상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매층에 황산 생성용 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치를 기동하는 방법에 있어서,
    상기 촉매층을 미리 동결시켜, 상기 동결한 상태로 장치탑 내에 설치한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치의 기동 방법.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 촉매층을 내장하는 습윤조 내에 스팀 또는 습윤수를 공급하고, 습윤 상태로 한 후, 장치를 기동하는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치의 기동 방법.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습윤 상태가 촉매층의 자중의 2배량 이상의 수분을 유지하는 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치의 기동 방법.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통하는 장치탑 내에 복수 단 설치되고 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매, 및 각 단의 촉매의 상부에 있어서의 장치탑 내에 각각 설치되고 촉매에 황산 생성용의 물을 각각 공급하는 물공급 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    장치탑 내에 유통하는 배출 가스의 산소 농도를 도출하는 산소 농도 도출 수단; 장치탑의 내부에서의 각 단의 촉매의 출구측 및 최상류측의 촉매의 입구측의 황산화물 농도를 검출하는 황산화물 농도 검출 수단; 및 산소 농도 검출 수단 및 황산화물 농도 검출 수단의 검출 정보에 근거하여 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급 상태를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    제어 수단에는
    산소 농도 검출 수단에 의해 검출된 산소 농도가 높아짐에 따라 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급량을 감소시키는 동시에 황산화물 농도 검출 수단에 의해 검출된 황산화물 농도가 높아짐에 따라 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급량을 증가시키는 기능이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  32. 제 31 항에 기재된 배연 탈황 장치에 있어서,
    제어 수단에는
    각 촉매의 출구측의 황산화물 농도의 규정치가 각각 기억되고,
    황산화물 농도 검출 수단의 검출 정보와 기억된 규정치를 비교하여 각 물공급 수단으로부터의 물의 공급 상태를 제어하여 각 촉매의 출구측의 황산화물 농도를 규정치로 유지하는 기능이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배연 처리 장치.
  33. 황산화물을 함유하는 배출 가스가 유통되는 장치탑 내에 설치되고, 활성 탄소 섬유층으로 형성되는 촉매조, 및
    상기 장치탑 내에 설치되고, 상기 촉매조에 황산 생성용의 물을 공급하는 물공급 수단으로 이루어진 배연 탈황 장치에 있어서,
    상기 장치탑 내에 공급하는 배출 가스를 증습함과 동시에 냉각하는 증습 냉각 장치를 설치하여 이루어지고, 상기 증습 냉각 장치에 공급하는 증습 냉각수가 석고 슬러리의 상징수인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 상징수가 석고 침강조의 상징수인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 석고 침강조의 상징수를 분리하는 수단이 정치조 또는 액체 사이클론 또는 필터 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 석고 침강조의 상징수를 냉각하는 냉각조를 설치한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  37. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 석고 침강조의 상징수 중의 염분을 염석(鹽析)하는 염석조를 설치한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  38. 제 33 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증습 냉각의 냉각 온도가 40 내지 60℃인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  39. 제 33 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증습 냉각된 배출 가스 중의 미스트 입경이 50 내지 150μm인 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  40. 제 33 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    황산화물을 함유하는 배출 가스의 도입구를 상기 장치탑의 하부에 갖고, 상기 배출 가스의 배출구를 상부에 갖는 동시에, 상기 탑내에 설치된 촉매조의 상방에 황산 생성용 물의 공급기, 및
    상기 장치탑 내에 공급하는 배출 가스를 증습함과 동시에 냉각하는 증습 냉각 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 증습 냉각 장치가 장치탑의 전단측에 설치된 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 증습 냉각 장치가 장치탑 내의 촉매조의 전단측에 설치된 것을 특징으로 하는 배연 탈황 장치.
  43. 제 33 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 따른 배연 탈황 장치와,
    배연 탈황 장치로부터 배출되는 묽은 황산에 석회 슬러리를 공급하여 석고를 석출시키는 석고 반응조,
    석고를 침강시키는 정치조, 및
    석고 슬러리로부터 수분을 제거하여 석고를 수득하는 탈수기를 구비한 것을 특징으로 하는 배연 탈황 시스템.
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