KR100798983B1 - 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

연소 배기 가스에 포함되는 SO3 등의 오염 물질을 저렴하고 또한 충분히 제거할 수 있는 배기 가스 처리 장치를 제공한다. 연소 배기 가스 중에 포함되는 SO3 등의 오염 물질을 제거하는 배기 가스 처리 장치이며, 연소 배기 가스가 유통하는 연도에, 습식 탈황 장치의 탈황 배수로부터 얻은 Na2SO4 수용액을 분무하는 용해염 수용액 분무 스프레이(35A, 35B, 35C)를 구비하고 있다.
배기 가스 처리 장치, 연도, 보일러, 에어 히터, 용해염 수용액 분무 스프레이

Description

배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법 {EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE AND EXHAUST GAS TREATMENT METHOD}
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배기 가스 처리 장치를 도시한 개략도.
도2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 배기 가스 처리 장치를 도시한 개략도.
도3은 도2의 변형예를 도시한 개략도.
도4는 SO3 제거 시험을 행한 시험 장치를 도시한 개략도.
도5는 SO3 제거 시험 결과를 나타낸 그래프.
도6은 SO3 제거 시험 결과를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1A : 배기 가스 처리 장치
5 : 연도
9 : 에어 히터
11 : 건식 전기 집진 장치
13 : 습식 탈황 장치
15 : 유전식 가스 청정 장치
35A, 35B, 35C : 용해염 분무 스프레이(분무 수단)
[문헌 1] 일본 특허 제3564366호 공보
본 발명은, 예를 들어 SO3 등의 연소 배기 가스 중의 오염 물질을 제거하기 위한 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법에 관한 것이다.
연소로에 있어서 화석 연료나 쓰레기 등을 연소시켰을 때에 발생하는 연소 배기 가스에는, 삼산화황(SO3), 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 염화수은(HgCl), 황화수소(H2S), 황화일산화탄소(COS) 등의 오염 물질이 포함된다. 이들 오염 물질은 대기에 방출되면 환경에 대해 악영향을 끼치므로, 법률이나 자주 규제 등에 의해 소정 농도 이하로 처리하는 것이 요구된다. 이것을 실현하기 위한 배기 가스 처리 장치가, 종래부터 다양하게 제안되어 있다.
오염 물질의 일예로서, SO3에 대해 설명한다.
SO3은, 주로 황 성분을 포함하는 연료(중유나 석탄 등)가 연소함으로써 발생한 SO2의 일부가 고온 환경하에서 산화되어 발생한다. 따라서, SO3의 존재량은 SO2 에 대해 수 ％ 정도이다. 그러나, SO3은 에어 히터의 막힘, 부식이나 연도의 부식의 원인이 되고, 또한 굴뚝으로부터 냉각되어 배출되면 자연(blueish smoke)의 원인이 되므로 배출 농도를 수 ppm 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
SO3을 제거하는 방법으로서, 암모니아 가스를 연소 배기 가스 중에 불어 넣는 암모니아 주입법이 알려져 있다.
암모니아 주입법은, 연소 배기 가스와의 생성물로서 황산암모늄이나 매진을 발생시킨다. 황산암모늄은, 일반적으로 건식 전기 집진기에 의해 고체로서 회수되지만, 황산암모늄과 함께 중유 등의 연료 중에 포함되어 있던 중금속류도 회수되므로, 환경에 방출하기 전에 별도 처리할 필요가 있다. 이 점에서, 암모니아 주입법은 설비비 및 운용 비용면에서 단점을 갖는다.
또한, 황산암모늄을 생성하기 위해 암모니아 가스는 많이 주입되므로, 하류측에 설치된 습식 탈황 장치의 탈황 배수에 암모니아가 취입되는 경우가 있다. 이 경우에는, 환경 기준을 만족시키기 위해 탈황 배수의 처리가 필요해진다.
또한, 암모니아 가스를 항시 공급할 필요가 있으므로, 암모니아 가스의 대량 소비에 의해 운용 비용의 저하를 방해하고 있다.
한편, 암모니아 주입에 의해 발생되는 매진이나 연소 배기 가스 중의 재를 제거하기 위해, 연도의 하류측에는 전기 집진 장치나 유전식 가스 청정 장치(특허 문헌 1)가 설치되는 경우가 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특허 제3564366호 공보
전기 집진 장치나 유전식 가스 청정 장치는, 매진을 제거하는 동시에 SO3도 제거한다. 그러나, 이들을 이용해도 고농도의 SO3을 대상으로 한 경우, 경제적으로 성립하는 처리 용량의 전기 집진 장치나 유전식 가스 청정 장치를 이용한 것으로는, 충분히 SO3을 포집하는 것이 곤란해진다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 연소 배기 가스에 포함되는 SO3 등의 오염 물질을 저렴하고 또한 충분히 제거할 수 있는 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명에 관한 배기 가스 처리 장치는 연소 배기 가스 중에 포함되는 삼산화황, 불화수소, 염화수소, 염화수은, 황화수소, 황화일산화탄소 등의 오염 물질을 제거하는 배기 가스 처리 장치이며, 상기 연소 배기 가스가 유통하는 연도에, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 염화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액을 분무하는 분무 수단을 구비하고 있다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과 Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액이면, 삼산화황, 불화수소, 염화수소, 염화 수은, 황화수소, 황화일산화탄소 등의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 것을 발견하였다.
Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액은, (예를 들어 어떠한 처리 공정의 반응 생성물로서) 비교적 용이하고 또한 저렴하게 입수할 수 있다. 따라서, 고가의 약액을 이용하는 일 없이 배기 가스 처리를 간편하고 또한 저렴하게 실시할 수 있다.
용해염으로서는, NaCl, NaOH, Na2SO4, Na2CO3, KCl, KOH, K2SO4, K2CO3, KHCO3, MgCl2, MgSO4, CaCl2를 들 수 있다.
연소 배기 가스 중에 포함되는 황산화물로서는, SO3 이외에 SO2를 들 수 있지만 본 발명은 특히 SO3의 처리에 적합하며, SO2를 제거하는 것은 아니다.
또한, 오염 물질로서는 대표적으로는 삼산화황을 들 수 있지만, 이 이외의 것에도 적용 가능하다. 예를 들어, 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 염화수은(HgCl), 황화수소(H2S), 황화일산화탄소(COS) 등이다.
분무 수단으로서는, 분무하는 액적을 미세화할 수 있는 점에서 이류체 노즐이 바람직하다.
오염 물질을 제거하는 메카니즘으로서는, 개략 이하와 같이 생각할 수 있다.
용해염을 포함하는 수용액은 분무됨으로써 미세화된 액적이 되고, 이 미세화된 액적의 용해염 주위의 수분이 연소 배기 가스에 의해 증발된다. 이와 같이, 미 세화된 액적의 수분을 증발시켜 건조시킨 용해염 입자를 형성하므로 미세화된 용해염 입자를 얻을 수 있다. 그리고, 미세화된 건조한 용해염 입자에 SO3 등의 오염 물질이 접촉함으로써 오염 물질은 흡착 및 고정화되어 가스 중으로부터 제거된다.
즉, 용해염을 포함하는 수용액을 분무함으로써 작고 또한 다수의 건조 용해염 입자를 형성할 수 있으므로, 연소 배기 가스 중에 포함되는 SO3 등의 오염 물질을 흡착하기 위해 필요한 표면적이 확보되어 오염 물질의 흡착 및 고정화가 촉진되게 된다.
또한, 상기 배기 가스 처리 장치는 습식 탈황 장치를 구비하고, 상기 수용액은 상기 습식 탈황 장치의 탈황 배수로 되어 있는 것이 바람직하다.
습식 탈황 장치로서 가성 소다법이나 수마그법을 이용하는 경우에는, 탈황 배수 중에 Na나 Mg의 황산염인 Na2SO4나 MgSO4가 포함된다. 이러한 탈황 배수를 분무함으로써, 새로운 약액을 소비하는 일 없이 SO3 등의 오염 물질을 제거할 수 있다. 이에 의해, 매우 저렴한 배기 가스 처리가 가능해진다.
또한, 상기 배기 가스 처리 장치는 상기 분무 수단의 출구 온도를, 130 ℃ 이상, 바람직하게는 140 ℃ 이상으로 하고 있다.
분무된 수용액의 액적이 비산하고 있는 동안에 수분이 증발할 필요가 있으므로, 물의 증발 온도 이상이 된 환경이 바람직하다. 또한, 용해염과 반응하는 SO3 등의 오염 물질의 이슬점 온도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이슬점 이하의 온 도가 된 경우에는, 예를 들어 SO3 가스는 SO3 미스트가 되고, 건조한 용해염의 미세 입자로의 흡착이 일어나기 어려워져 제거 능력이 저하되기 때문이다. 따라서, 분무 수단의 출구 온도는 130 ℃ 이상, 바람직하게는 140 ℃ 이상이 된다.
또한, 분무하는 수용액의 액적으로서는 분무된 수용액의 액적이 비산하고 있는 동안에 수분이 증발하는 직경으로 되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 50 ㎛ 정도의 직경으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 장치는 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터를 구비하고, 상기 분무 수단은 상기 에어 히터의 상류측에 설치되어 있다.
예를 들어 연소 배기 가스에 삼산화황이 포함되어 있으면, 삼산화황으로부터 발생되는 황산에 의해 에어 히터의 부식이 진행한다. 본 발명에서는, 분무 수단을 에어 히터의 상류측에 설치함으로써 에어 히터의 상류측에서 삼산화황 등의 오염 물질을 제거하는 것으로 하여 에어 히터의 부식을 방지한다.
또한, 에어 히터의 상류측은 에어 히터에 의해 연소 배기 가스의 현열이 빼앗기기 전이므로, 비교적 높은 온도(예를 들어 300 내지 350 ℃)로 유지되어 있다. 따라서, 분무된 액적의 수분의 증발이 촉진되어 오염 물질의 제거 효율이 향상된다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 장치는 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량 에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와, 상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치를 구비하고, 상기 분무 수단은 상기 에어 히터와 상기 전기 집진 장치 사이에 설치되어 있다.
예를 들어 연소 배기 가스에 삼산화황이 포함되어 있으면, 삼산화황으로부터 발생되는 황산에 의해 전기 집진 장치의 부식이 진행한다. 본 발명에서는, 분무 수단을 에어 히터와 전기 집진 장치 사이에 마련하고, 전기 집진 장치의 상류측에서 오염 물질을 제거하는 것으로 하여 전기 집진 장치의 부식을 방지한다.
또한, 전기 집진 장치의 상류측에 암모니아를 주입하여 삼산화황을 제거하는 방법에 비해, 연소 배기 가스 중의 오염 물질 사이에서 발생된 생성물의 처리가 간편해진다. 즉, 암모니아 주입법에서는 생성물로서 발생된 황산암모늄에 포함되는 중금속류를 처리하는 공정이 별도 필요해진다. 본 발명에서는, 암모니아를 이용하지 않고, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나를 포함하는 용해염(예를 들어 Na2SO4나 MgSO4)을 이용하므로, 황산암모늄을 처리하는 공정이 불필요해진다. 또한, 암모니아 주입법을 이용하지 않으므로 매진의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 장치에 따르면, 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와, 상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치와, 상기 전기 집진 장치의 하류측에 설치된 습식 탈황 장치를 구비하고, 상기 분무 수단은 상기 전기 집진 장치와 상기 습식 탈황 장치 사이이며 또한 상기 습식 탈황 장치 부근에 설치되어 있다.
용해염을 이용하고 있으므로, 연소 배기 가스 중의 오염 물질 사이에서 발생된 생성물은, 습식 탈황 장치의 탈황 배수에 녹기 쉽다. 또한, 분무 수단을 습식 탈황 장치의 부근에 설치하고 있으므로, 생성물은 습식 탈황 장치의 탈황 배수의 저류부로 유입되게 된다. 탈황 배수의 저류부로 유입된 생성물은, 탈황 배수에 용해되어 탈황 배수와 동시에 처리된다. 따라서, 생성물의 처리 공정을 별도 마련할 필요가 없어 설비를 간소화할 수 있다.
예를 들어, 가성 소다법을 이용한 습식 탈황 장치의 경우, 용해염으로서 Na2SO4를 이용하면, 연소 배기 가스 중의 SO3은, 미세화된 건조한 용해염 입자에 흡착 및 고정화되게 되어 가스 중으로부터 제거된다. 또한, 건조한 용해염 입자(Na2SO4)의 일부와 SO3에 의해 하기 식이 진행되고, NaHSO4·H2O(고체)가 생성된다. 여기서, Na2SO4 및 NaHSO4·H2O는 모두 용해성이므로 후류의 탈황 장치 내에서 용해된다.
Na2SO4 + SO3 + 2H2O → 2NaHSO4·H2O
이와 같이, 암모니아 주입법과 같은 고체물 처리가 불필요해진다고 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 장치는 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와, 상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치와, 상기 전기 집진 장치의 하류측에 설치된 습식 탈황 장치를 구비하고, 상기 분무 수단은 상기 에어 히터의 상류측, 상기 에어 히터와 상기 전기 집진 장치 사이 및 상기 전기 집진 장치와 상기 습식 탈황 장치 사이이며 또한 상기 습식 탈황 장치 부근 중 어느 2 군데에 설치되어 있다.
분무 수단을 2 군데에 설치함으로써, 오염 물질의 농도를 대폭 낮출 수 있다.
또한, 한쪽 분무 위치를 에어 히터 상류측이라 하면, 에어 히터 상류측의 연소 배기 가스 온도는 그 상류측의 연소로에 의해 높은 온도로 유지되므로, 그보다 하류측의 연소 배기 가스 온도의 저하를 막을 수 있어, 에어 히터보다도 하류측의 분무 위치에서의 오염 물질의 회수 효율을 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 장치는 습식 전기 집진 장치 또는 유전식 가스 청정 장치를 구비하고 있다.
습식 전기 집진 장치 또는 유전식 가스 청정 장치에 의해서도 연소 배기 가스 중의 오염 물질을 제거하는 것이 가능해지므로, 용해염을 분무하는 분무 수단에 수반되는 장치를 콤팩트하게 할 수 있다.
특히, 유전식 가스 청정 장치는 SO3의 제거에 우수하므로 SO3의 제거를 목적으로 하고 있는 경우에는 적합하다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리 방법은 연소 배기 가스 중에 포함되는 삼산화황, 불화수소, 염화수소, 염화수은, 황화수소, 황화일산화탄소 등의 오염 물질을 제거하는 배기 가스 처리 방법이며, 상기 연소 배기 가스가 유통하는 연도에, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 염화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함 하는 수용액을 분무한다.
Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 염화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액은, (예를 들어 어떠한 처리 공정의 반응 생성물로서) 비교적 용이하고 또한 저렴하게 입수할 수 있다. 따라서, 배기 가스 처리를 간편하고 또한 저렴하게 실시할 수 있다.
용해염으로서는, NaCl, NaOH, Na2SO4, Na2CO3, KCl, KOH, K2SO4, K2CO3, KHCO3, MgCl2, MgSO4, CaCl2를 들 수 있다.
연소 배기 가스 중에 포함되는 황산화물로서는, SO3 이외에 SO2를 들 수 있지만, 본 발명은 특히 SO3의 처리에 적합하며 SO2를 제거하는 것은 아니다.
또한, 오염 물질로서는 대표적으로는 삼산화황을 들 수 있지만, 이 이외의 것에도 적용 가능하다. 예를 들어, 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 염화수은(HgCl), 황화수소(H2S), 황화일산화탄소(COS) 등이다.
오염 물질을 제거하는 메카니즘으로서는 개략 이하와 같이 생각할 수 있다.
용해염을 포함하는 수용액은 분무됨으로써 미세화된 액적이 되고, 이 미세화된 액적의 용해염 주위의 수분이 연소 배기 가스에 의해 증발된다. 이와 같이, 미세화된 액적의 수분을 증발시켜 건조시킨 용해염 입자를 형성하므로, 미세화된 용해염 입자를 얻을 수 있다. 그리고, 미세화된 건조한 용해염 입자에 SO3 등의 오염 물질이 접촉함으로써 오염 물질은 흡착 및 고정화되어 가스 중으로부터 제거된다.
즉, 용해염을 포함하는 수용액을 분무함으로써 작고 또한 다수의 건조 용해염 입자를 형성할 수 있으므로 연소 배기 가스 중에 포함되는 SO3 등의 오염 물질을 흡착하기 위해 필요한 표면적이 확보되어 오염 물질의 흡착 및 고정화가 촉진되게 된다.
이하에, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도1을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태는 가성 소다법을 이용한 습식 탈황 장치를 적용한 배기 가스 처리 장치이다.
도1에는, 본 실시 형태에 관한 배기 가스 처리 장치가 도시되어 있다.
배기 가스 처리 장치(1A)는 보일러(연소로)(3)의 하류측의 연도(5)에 설치되고, 탈초 장치(7)와, 에어 히터(9)와, 건식 전기 집진 장치(11)와, 습식 탈황 장치(13)와, 유전식 가스 청정 장치(15)와, 굴뚝(17)을 구비하고 있다.
보일러(3)는, 예를 들어 황 성분을 비교적 많이 함유하는 중유를 연소시키는 중유 연소식 보일러로 되어 있다.
탈초 장치(7)는 보일러(3)로부터의 연소 배기 가스에 포함되는 질소 산화물(NOx)을 제거하는 것이다.
에어 히터(9)는 연소 배기 가스와 압입 팬(10)에 의해 공급되는 연소용 공기를 열교환시키는 것이다. 이에 의해, 연소용 공기는 연소 배기 가스의 현열에 의 해 가열되어 보일러(3)로 공급된다.
건식 전기 집진기(11)는 연소 배기 가스 중의 매진을 정전기력에 의해 포집하는 것이다.
습식 탈황 장치(13)는 흡수제인 NaOH를 포함한 용액을 분무하는 흡수제 분무 스프레이(20)와, 흡수제 분무 스프레이(20)의 하방에 배치된 충전층(22)과, 충전층(22)의 하방에 설치된 저류부(24)를 구비하고 있다.
충전층(22)은, 예를 들어 수지제의 충전재가 설치된 구성으로 되어 있다.
흡수제 분무 스프레이(20)와 저류부(24) 사이에는 흡수제 공급 펌프(26)가 설치되어 있고, 이 흡수제 공급 펌프(26)에 의해 저류부(24) 내의 흡수 용액이 퍼올려진다.
저류부(24)에는, NaOH 용액 공급 수단(24a)으로부터 NaOH 용액이 공급되고, 공기 공급 수단(24b)에 의해 공기가 공급되도록 되어 있다.
분무 스프레이(20)로부터 분무된 흡수 용액은, 충전층(22)에 있어서 연소 배기 가스 중의 SO2를 흡수한다. 흡수 용액에 흡수된 SO2는, NaHSO3이 되어 산소와의 반응에 의해 Na2SO4를 생성한다. 이 Na2SO4를 포함하는 탈황 배수는 배출관(28)을 거쳐서 외부로 배출된다.
SO3은 습식 탈황 장치(13)에 있어서 흡수 용액과는 화학적으로 반응하지 않지만, 흡수 용액의 미립자와의 충돌이나 응집에 의해 미량이기는 하지만 제거된다.
저류부(24)에는 Na2SO4뿐만 아니라 NaHSO3도 용해되어 있지만, 공기 공급 수 단(24b)에 의해 적극적으로 산화되어 NaHSO3을 Na2SO4로 하는 것이 바람직하다.
유전식 가스 청정 장치(15)는, 분무한 물 등의 유전체 입자를 유전 분극시켜, 각 유전체 입자 사이에 작용하는 쿨롱력에 의해 미리 대전시킨 매진이나 SO3을 포집하는 것이다.
또한, 유전식 가스 청정 장치(15) 대신에 습식 전기 집진 장치를 이용해도 좋다.
본 발명에서는, 습식 탈황 장치(13)의 저류부(24) 내에 저류된 탈황 배수를, SO3 제거를 위해 이용한다.
탈황 배수 중에는, 용해염인 Na2SO4가 물에 용해된 Na2SO4 수용액이 주로 포함되어 있고, 부분적으로 NaOH 용액 공급 수단(24a)에 의해 공급된 NaOH 용액도 포함되어 있다.
탈황 배수는, 발출 펌프(32)에 의해 발출관(30)을 거쳐서 습식 탈황 장치(13)의 상류측으로 이송되고, 용해염 분무 스프레이(분무 수단)(35A, 35B, 35C)에 의해 연도(5) 내에 분무된다. 탈황 배수는, 적합하게는 가압 공기에 의해 액체를 미립화하는 이류체 노즐에 의해 분무된다. 분무되는 탈황 배수는, 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 ㎛ 정도의 직경이 된다.
탈황 배수에 포함되는 Na2SO4 수용액에 의해 연소 배기 가스 중의 SO3이, 미 세화된 건조한 용해염 입자에 흡착 및 고정화됨으로써 가스 중으로부터 제거된다. 또한, 건조한 용해염 입자(Na2SO4)의 일부와 SO3에 의해 하기 식이 진행되고, NaHSO4·H2O(고체)가 생성된다. 여기서, Na2SO4 및 NaHSO4·H2O는 모두 용해성이므로 후류의 탈황 장치 내에서 용해된다.
Na2SO4 + SO3 + 2H2O → 2NaHSO4·H2O
또한, 탈황 배수에 포함되는 NaOH 수용액에 의해 연소 배기 가스 중의 SO2가 제거된다.
탈황 배수가 분무되는 위치는, 탈초 장치(7)와 에어 히터(9) 사이의 위치(A), 에어 히터(9)와 건식 전기 집진 장치(11) 사이의 위치(B), 건식 전기 집진 장치(11)와 습식 탈황 장치(13) 사이의 위치(C) 중 어느 하나로부터 적절하게 선정된다. 물론, 위치(A)와 위치(B), 또는 위치(A)와 위치(C) 등과 같이 2 군데를 동시에 선정해도 좋다.
위치(A)의 온도는 약 300 내지 350 ℃, 위치(B)의 온도는 약 160 내지 200 ℃, 위치(C)의 온도는 약 160 내지 200 ℃가 된다.
각 위치(A 내지 C)를 선정하는 이점은 이하와 같다.
탈황 배수의 분무 위치를 에어 히터(9)의 상류인 위치(A)로 선정한 경우에는, 에어 히터(9)의 상류에서 SO3이 제거되게 된다. 따라서, 연소 배기 가스 중의 삼산화황으로부터 발생되는 황산에 의한 에어 히터(9)의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 에어 히터(9)의 상류측은 에어 히터(9)에 의해 연소 배기 가스의 현열이 빼앗기기 전이므로, 비교적 높은 온도(예를 들어 300 내지 350 ℃)로 유지되어 있다. 따라서, 분무된 탈황 배수 중의 Na2SO4 수용액 입자의 수분 증발이 촉진되어 SO3의 제거 효율이 향상된다.
위치(B)는 건식 전기 집진 장치(11)의 상류에 설치되어 있으므로, 탈황 배수를 분무함으로써 연소 배기 가스 중의 유황 산화물로부터 발생되는 황산에 의한 건식 전기 집진 장치(11)의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 종래 이용되고 있는 암모니아 주입법에 대해 SO3을 포집한 후의 생성물의 처리가 간편해진다. 즉, 탈황 배수를 분무한 경우에는 생성물은 수용성 황산염이 되어, 황산암모늄이나 중금속류를 포함하는 고체 생성물을 처리하는 공정이 필요해지는 암모니아 주입법에 대해 처리가 매우 간편해진다. 즉, 생성물의 처리는 습식 탈황 장치(13)와 공통화할 수 있어, 설비 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 암모니아 주입법에서는 생성물로서 처리가 복잡한 황산암모늄재가 발생하지만, 가성 소다법에 의한 탈황 배수를 분무하는 것으로 하면, 생성물로서 매진의 발생은 있지만 처리가 간편해지는 점에서도 유리하다.
위치(C)는 습식 탈황 장치(11)의 부근에 설치되어 있으므로, SO3과의 생성물은 연소 배기 가스의 흐름과 함께 하류측으로 흘러 저류부(24)로 유입된다. 따라서, 위치(C)로부터 분무된 탈황 배수에 의해 발생되는 생성물은 습식 탈황 장치(11)로 포집되고, 그 후 탈황 배수와 함께 처리되게 되어 탈황 배수 처리 설비를 공통화할 수 있다.
또한, 탈황 배수를 분무하는 위치를 위치(A) 및 위치(B), 또는 위치(A) 및 위치(C) 등과 같이 선정하면, SO3의 농도를 대폭 낮출 수 있다. 예를 들어, 위치(A)만으로 허용 농도 이하까지 SO3을 제거할 수 없는 경우에는, 위치(B) 또는 위치(C)에 탈황 배수 분무 수단을 추가 설치하면 된다.
한쪽 분무 위치를 에어 히터(9) 상류측인 위치(A)로 해 두면, 에어 히터(9) 상류측의 온도는 그 상류측의 보일러(3)의 능력 제어에 의해 소정 온도로 유지되므로, 탈황 배수를 분무함으로써 발생되는 연소 배기 가스 온도의 저하를 가급적 방지할 수 있다. 따라서, 에어 히터(9)보다도 하류측의 위치(B)나 위치(C)에 있어서의 연소 배기 가스 온도의 저하가 적고, SO3 제거를 위해 필요한 온도 레벨을 유지할 수 있다.
상기 구성의 배기 가스 처리 장치(1A)는, 이하와 같이 운용된다.
이하의 설명에서는, 일예로서 용해염 분무 스프레이(35)가 위치(A)와 위치(B)에 설치되어 있는 경우에 대해 설명한다.
황 성분을 많이 포함하는 중유가 보일러(3)에 있어서 연소되면, SO2가 포함된 연소 배기 가스가 하류의 연도(5)로 배출된다. SO2는, 보일러(3)나 탈초 장치(7)의 고온부에서 일부(수 ％)가 산화되어 SO3으로 전화된다.
SO3은 위치(A)에 있어서 용해염 분무 스프레이(35A)에 의해 미립화된 탈황 배수에 의해 대부분이 제거된다. 여기서, SO3은 용해염인 Na2SO4 수용액을 포함하는 탈황 배수를 분무함으로써 미세화된 건조한 용해염 입자에 흡착 및 고정화되게 되어 가스 중으로부터 제거된다. 또한, 건조한 용해염 입자(Na2SO4)의 일부와 SO3에 의해 하기 식이 진행되고 NaHSO4·H2O(고체)가 생성된다.
Na2SO4 + SO3 + 2H2O → 2NaHSO4·H2O
또한, 위치(A)에 있어서의 연소 배기 가스의 온도는 300 내지 350 ℃가 된다.
많은 SO3이 제거된 연소 배기 가스는, 에어 히터(9)를 통해 압입 팬(1O)에 의해 공급되는 연소용 공기에 현열의 일부분을 부여하고 위치(B)에 이른다. 이 때에, 연소 배기 가스의 온도는 160 내지 200 ℃ 정도까지 저하된다.
위치(B)에서는, 다시 용해염 분무 스프레이(35B)에 의해 미립화된 탈황 배수가 분무되어, SO3이 더욱 제거된다. 이와 같이 SO3의 제거에 수반하여 생성되는 고체 생성물은 배기 가스 중의 매진과 함께 건식 전기 매진 장치(11)에 의해 포집되고 외부로 배출된다.
위치(A) 및 위치(B)에 있어서 대부분의 SO3이 제거된 연소 배기 가스는, 습식 탈황 장치(13)로 유입된다.
습식 탈황 장치(13)에서는, 흡수제 분무 스프레이(20)에 의해 분무되는 흡수 용액에 의해 SO2가 제거된다. 저류부(24)에서는, NaOH와 SO2가 반응하여, Na2SO4를 생성한다. Na2SO4는 용해도가 높고, Na2SO4 수용액 상태에서 그 일부가 배출관(28)을 거쳐서 외부로 배출된다. 한편, 다른 Na2SO4 수용액은 발출 펌프(32)에 의해 퍼올려지고, 발출관(30)을 거쳐서 각 용해염 분무 스프레이(35A, 35B)로 이송된다.
습식 탈황 장치(13)에 있어서 SO2가 제거된 연소 배기 가스는, 유전식 가스 청정 장치(15)로 유도되고, 여기서 남은 매진 및 SO3 등이 제거된 후 굴뚝(17)으로부터 외부로 방출된다.
본 실시 형태에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘할 수 있다.
Na2SO4 수용액을 분무함으로써 미세화된 액적으로 하고, 이 미세화된 액적의 Na2SO4 주위의 수분을 연소 배기 가스에 의해 증발시킨 것으로 하였다. 이와 같이 하여, 미세화된 Na2SO4 입자를 얻어 이 미세화 Na2SO4 입자에 SO3을 접촉시키고 SO3을 흡착 및 고정화하여 가스 중으로부터 제거하는 것으로 하였다. 즉, Na2SO4 수용액을 분무함으로써 작고 또한 다수의 건조 Na2SO4 입자를 형성하는 것으로 하였으므로 연소 배기 가스 중에 포함되는 SO3을 흡착하기 위해 필요한 표면적이 확보되어 SO3의 흡착 및 고정화를 촉진시킬 수 있다.
용해염인 Na2SO4 수용액에 의해 SO3을 제거하는 것으로 하였으므로, 탈황 배수에 의해 Na2SO4 수용액을 공급하는 것만으로 충분하며 새로운 약액을 주입할 필요 가 없다. 따라서, 매우 간편한 구성이며 또한 저렴하게 SO3 제거가 가능해진다.
Na2SO4와 SO3의 반응 생성물은 용해도가 높기 때문에, 수용액의 상태로 처리할 수 있다. 따라서, 고체물 처리가 필요한 암모니아 주입법에 비해 처리가 매우 간편해진다.
SO3 제거를 위해 암모니아 주입법을 채용할 필요가 없으므로, 암모니아 주입법에 의해 생성되는 생성물의 처리 설비가 불필요해져 비용이 저감된다. 또한, 암모니아 가스를 항시 공급할 필요가 없으므로, 운용 비용을 낮게 억제할 수 있다.
위치(A) 및 위치(B) 등과 같이 2단계로 탈황 배수를 분무하는 것으로 하였으므로, SO3 농도를 대폭 낮출 수 있다.
또한, SO3을 소정량 제거할 수 있는 유전식 가스 청정 장치(15)와 조합함으로써, 탈황 배수를 이용한 SO3의 처리량을 줄일 수 있어, 발출관(3O)으로부터 용해염 분무 스프레이(35A, 35B, 35C)에 이르는 설비를 콤팩트하게 구성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 Na2SO4 수용액을 얻기 위해 탈황 배수를 이용하는 것으로 하였지만 별도 Na2SO4 수용액을 제조하여, 이것을 위치(A 내지 C)로부터 분무하여 SO3을 제거하는 것으로 해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 가성 소다법을 이용한 습식 탈황 장치(13)를 예시하여 설명하였지만, Mg(OH)2에 의한 수마그법을 이용한 습식 탈황 장치에도 마찬가 지로 적용할 수 있다. 이 경우에는, 탈황 배수에 포함되는 MgSO4를, SO3 제거를 위한 용해염으로서 이용한다.
또한, 용해염으로서 Na2SO4나 MgSO4를 예시하였지만, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 황산염 또는 탄산염의 용해염이면 SO3 등의 오염 물질의 제거는 가능하다.
또한, 제거하는 오염 물질의 일예로서 SO3을 이용하였지만, 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 염화수은(HgCl), 황화수소(H2S), 황화일산화탄소(COS) 등을 제거하는 것도 가능하다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도2를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태는, 석재 석고법을 이용한 습식 탈황 장치를 적용한 배기 가스 처리 장치이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도2에는 본 실시 형태에 관한 배기 가스 처리 장치가 도시되어 있다.
배기 가스 처리 장치(1B)는 석회석 공급 수단(24c)으로부터 공급되는 석회석(CaCO3)을 흡수제로서 이용하여 유황 산화물을 제거한다. 석재 석고법에 의해 발생되는 생성물은 난용성의 CaSO4가 되므로 제1 실시 형태와 같이 탈황 배수를 이용한 SO3 제거를 행하는 것이 곤란하다.
그래서, 본 실시 형태에서는 연도(5)의 도중에 습식 탈황 장치(13)에 비해 소규모로 된 가성 소다법에 의한 제2 습식 탈황 장치(38)를 설치하고 있다. 제2 습식 탈황 장치(38)는 습식 탈황 장치(13)의 상류에 제2 저류부(40)를 구비하고 있고, 이 제2 저류부(40)에는 NaOH 용액 공급 수단(40a)과 공기 공급 수단(40b)이 접속되어 있고, NaOH 용액 및 공기가 제2 저류부(40)에 공급되도록 되어 있다. 제2 저류부(40)에 공급된 NaOH 용액은, 흡수액 중에 용해되어 제2 흡수제 공급 펌프(42)에 의해 제2 흡수제 분무 스프레이(44)로부터 연도(5) 내에 분무된다. 제2 저류부(40) 내에서 생성된 Na2SO4 수용액을 포함하는 탈황 배수는, 발출 펌프(48)에 의해 발출관(46)을 거쳐서 제2 흡수제 분무 스프레이(44)보다도 상류측으로 이송되고, 용해염 스프레이(분무 수단)(35A, 35B, 35C)에 의해 연도(5) 내에 분무된다.
본 실시 형태에서는, 석재 석고법을 이용한 습식 탈황 장치(13)의 상류측에 소규모의 가성 소다법에 의한 제2 습식 탈황 장치(38)를 설치하는 것으로서, 용해염인 Na2SO4를 생성하는 것으로 하고, 이 Na2SO4 수용액을 주로 포함하는 탈황 배수를 상류측의 연도(5)에 분무하는 것으로 하였다. 이에 의해, Na2SO4를 대규모의 제조하는 설비를 설치하는 일 없이 SO3 제거를 위해 Na2SO4를 공급할 수 있다.
또한, 제2 습식 탈황 장치(38)는 SO3 제거를 위해 필요한 양의 Na2SO4를 얻을 정도의 규모이면 좋다. 연소 배기 가스 중의 SO3의 존재량은 SO2의 수 ％이므로, 제2 습식 탈황 장치(38)는 습식 탈황 장치(13)보다도 대폭 작은 규모라도 좋다.
또한, 도3에 도시한 바와 같이 연도(5)의 도중에 설치한 도2의 제2 습식 탈황 장치(38) 대신에 연도(5) 밖에 소규모의 가성 소다법에 의한 제3 습식 탈황 장치(50)를 설치하는 것으로 해도 좋다. 이 경우에는, 연도(5)에 분기관(52)을 접속하여 연소 배기 가스의 일부를 제3 습식 탈황 장치(50)로 유도하도록 한다. 제3 습식 탈황 장치(50)에서는, 제2 습식 탈황 장치(38)와 마찬가지로 탈황을 행하여, 제3 저류부(54)에 Na2SO4 수용액을 포함하는 탈황 배수를 생성한다. 탈황 배수는, 발출 펌프(56)에 의해 발출관(58)을 거쳐서 용해염 스프레이(분무 수단)(35A, 35B, 35C)로 이송된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 제2 습식 탈황 장치(38) 및 제3 습식 탈황 장치(50)로서 가성 소다법을 이용하는 것으로 하였지만, 수마그법을 이용하는 것으로 해도 좋다.
또한, 용해염으로서 Na2SO4나 MgSO4뿐만 아니라, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 황산염 또는 탄산염의 용해염이면 SO3 등의 오염 물질의 제거는 가능하다.
또한, 제거하는 오염 물질의 일예로서 SO3을 이용하였지만, 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 염화수은(HgCl), 황화수소(H2S), 황화일산화탄소(C0S) 등을 제거하는 것도 가능하다.
또한, 제2 습식 탈황 장치(38) 및 제3 습식 탈황 장치(50)를 이용하지 않고, 각 위치(A 내지 C)에 대해 직접 Na2SO4 수용액이나 MgSO4 수용액을 공급하는 것으로 해도 좋다.
[실시예]
도4 내지 도6을 이용하여, SO3 제거 시험에 대해 설명한다.
도4에는 시험 장치의 개략이 도시되어 있다.
시험 장치(100)는 LPG로(101)와, LPG로(101)의 하류에 설치된 냉각탑(103)과, 냉각탑(103)의 하류에 설치된 습식 전기 집진 장치(105)를 구비하고 있다.
LPG로(1O1)는 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas)를 연소시키는 연소로이며, 이 액화 석유 가스의 연소 배기 가스가 하류측의 냉각탑(103)으로 유도된다.
냉각탑(103)은 한 변을 약 450 mm로 하는 사각형의 유로를 갖고 있고, 그 하류측에 저류부(109)를 구비하고 있다. 이 저류부(109)에 저류된 물은, 펌프(111)에 의해 퍼올려지고, 2개의 물 분무 스프레이(113a, 113b)로부터 분무된다. 상류측의 물 분무 스프레이(113a)로부터는 1.4 m3/h의 물이 공급되고, 유로를 흐르는 가스에 대한 체적 유량비(L/G)는 O.5로 되어 있다. 하류측의 물 분무 스프레이(113b)로부터는 2.8 m3/h의 물이 공급되고, 유로를 흐르는 가스에 대한 체적 유량비(L/G)는 1.0이 된다.
냉각탑(103)의 상류측에는, 이류체 노즐을 이용한 용해염 분무 스프레이(115)가 설치되어 있다. 용해염 분무 스프레이(115)로부터는, 약 20 ㎛의 직경으로 된 액적이 분무된다.
LPG로(101)와 냉각탑(103) 사이에는, SO3 공급 수단(107)이 마련되어 있고, 이에 의해 초기 SO3 농도가 조정된다.
냉각탑(1O3)의 입구, 물 분무 스프레이(113a, 113b)의 상류측 및 냉각탑(103)의 출구에는 온도 센서가 설치되어 있다. 또한, 냉각탑(103)의 입구, 냉각탑(103)의 출구 및 전기 집진 장치(1O5)의 출구에는 SO3 농도 센서가 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서의 시험은, 냉각탑(103)의 입구 온도를 185 ℃, 냉각탑(103)의 입구의 SO3 농도를 17O ppm으로 한 조건으로 행해졌다.
도5에는 상기 시험 장치(100)를 이용한 시험 결과가 나타나 있다. 도5에 있어서, 횡축은 용해염 수용액 공급 농도[wt ％], 종축은 냉각탑(1O3) 출구의 SO3 농도[ppm]이다.
본 실시예에서는, 용해염으로서 Na2SO4, MgSO4 및 NaOH를 이용한 수용액과, 가성 소다법 탈황 배수를 이용하였다.
도5에 도시되어 있는 바와 같이, SO3 공급 수단(1O7)에 의해 조정된 초기 SO3 농도를 17O ppm으로 한 경우, 어떠한 용해염 수용액을 이용해도 약 6O ppm 이하까지 SO3을 제거할 수 있다. 따라서, 하류측에 SO3 제거율 9O ％ 정도의 전기 집진 장치나 유전식 가스 청정 장치를 설치하는 것으로 하면, SO3 농도를 수 ppm까지 저하시킬 수 있어 자연의 발생을 막을 수 있다.
도6에는 5 wt ％의 Na2SO4 수용액을, 유량을 바꾸어 분무한 경우의 시험 결과가 나타나 있다. 도6에 있어서, 횡축은 Na2SO4 수용액 분무 유량[L/hr], 좌측 축이 냉각탑(1O3) 출구의 SO3 농도[ppm], 우측 축이 분무 출구 온도[℃]이다.
Na2SO4 수용액 분무 유량의 상승에 비례하여, 분무 출구 온도가 저하하는 것이 나타나 있다.
Na2SO4 수용액 분무 유량이 50[L/hr]일 때, 즉 분무 출구 온도가 약 130 ℃일 때에는, SO3 농도가 6O ppm을 약간 넘지만, 분무 출구 온도를 140 ℃로 하면 SO3 농도가 4O ppm 이하까지 대폭 감소한다. 따라서, 분무 온도가 13O ℃ 이상, 바람직하게는 14O ℃ 이상으로 하면 SO3 제거율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 이하의 효과를 발휘한다.
Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액을 이용하여 SO3 등의 오염 물질을 제거할 수 있으므로, 고가의 약액을 주입하는 일 없이 배기 가스 처리를 행할 수 있다.
또한, 탈황 배수에 의해 상기 수용액을 공급하는 것으로 하면, 간편한 구성으로 저렴하게 배기 가스 처리를 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 연소 배기 가스 중에 포함되는 삼산화황, 불화수소, 염화수소, 염화수은, 황화수소, 황화일산화탄소 등의 오염 물질을 제거하는 배기 가스 처리 장치이며,
    상기 연소 배기 가스가 유통하는 연도에, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 염화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액을 미세화한 액적의 수분을 증발시켜 건조된 입자를 형성하도록 분무하는 분무 수단을 구비하고 있는 배기 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 습식 탈황 장치를 구비하고,
    상기 수용액은 상기 습식 탈황 장치의 탈황 배수로 되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분무 수단의 출구 온도는 130 ℃ 이상으로 되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터를 구비하고,
    상기 분무 수단은 상기 에어 히터의 상류측에 설치되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와,
    상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치를 구비하고,
    상기 분무 수단은 상기 에어 히터와 상기 전기 집진 장치 사이에 설치되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와,
    상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치와,
    상기 전기 집진 장치의 하류측에 설치된 습식 탈황 장치를 구비하고,
    상기 분무 수단은 상기 전기 집진 장치와 상기 습식 탈황 장치 사이이면서 상기 습식 탈황 장치 부근에 설치되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 연소 배기 가스로부터 얻어진 열량에 의해 연소로에 공급하는 공기를 가열하는 에어 히터와,
    상기 에어 히터의 하류측에 설치된 전기 집진 장치와,
    상기 전기 집진 장치의 하류측에 설치된 습식 탈황 장치를 구비하고,
    상기 분무 수단은 (ⅰ) 상기 에어 히터의 상류측, (ⅱ) 상기 에어 히터와 상기 전기 집진 장치 사이, 및 (ⅲ) 상기 전기 집진 장치와 상기 습식 탈황 장치의 사이이면서 상기 습식 탈황 장치 부근 중 어느 2 군데에 설치되어 있는 배기 가스 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 습식 전기 집진 장치 또는 유전식 가스 청정 장치를 구비하고 있는 배기 가스 처리 장치.
  9. 연소 배기 가스 중에 포함되는 삼산화황, 불화수소, 염화수소, 염화수은, 황화수소, 황화일산화탄소 등의 오염 물질을 제거하는 배기 가스 처리 방법이며,
    상기 연소 배기 가스가 유통하는 연도에, Na, K, Mg, Ca 중 어느 하나의 염화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염의 용해염을 포함하는 수용액을 미세화한 액적의 수분을 증발시켜 건조된 입자를 형성하도록 분무하는 배기 가스 처리 방법.
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