KR101018462B1

KR101018462B1 - 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치

Info

Publication number: KR101018462B1
Application number: KR1020090015388A
Authority: KR
Inventors: 최쌍석
Original assignee: 최쌍석
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2011-03-02
Also published as: KR20100096487A

Abstract

본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치는, 연소설비에서 배출되는 연소가스를 받아들여 석회석 슬러리와 접촉시킴으로써 연소가스 중의 유황산화물을 석고 형태로 고정시키고, 탈황된 후의 연소가스를 배출하는 유황산화물 흡수탑(200); 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 하부에 형성되며 석회석 슬러리가 채워져 있는 슬러리 충만부(22); 상기 슬러리 충만부(22)의 석회석 슬러리를 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 상부로 이송시키는 슬러리 순환부; 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 내부에서 상기 슬러리 순환부에 연결되어 상기 석회석 슬러리를 하방으로 분사하는 복수 개의 슬러리 분사노즐들(12b); 및 상기 슬러리 분사노즐들(12b)과 상기 슬러리 충만부(22)의 사이에 설치되며, 상기 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 분출되어 하강하는 석회석 슬러리들과 상기 유황산화물 흡수탑(200) 안에서 상승 이동하는 연소가스가 접촉하는 공간을 제공하는 가스-슬러리 접촉반응부(210);를 포함한다. 본 발명에 따른 유황산화물 제거장치는 연소가스와 석회석 슬러리의 접촉 면적과 시간을 늘려주어 저에너지 소비로 최대의 탈황효과를 거둘 수 있는 장점이 있다.

탈황, 석고, 석회석, 발전소, 보일러, 트레이, 교반기, 분사노즐, 교반노즐, 디퓨저, 흡수탑, 탈황장치, 탈황설비, 물방울 제거기, 슬러리

Description

가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치{Flue gas de-sulfuration apparatus of energy-saving type having gas/slurry contact tray}

본 발명은 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치에 관한 것으로서, 특히 석탄, 석유 등 화석연료를 연소할 때 연료 중에 포함된 유황성분이 연소되면서 발생하는 아황산가스와 같은 유황산화물의 제거효율을 올리고, 석회석이나 석고가 배기가스와 함께 배출됨으로 인한 2차 환경공해를 미연에 방지하며, 연소가스와 석회석 슬러리의 접촉환경을 최적화시켜 저에너지 소비로 최대의 탈황효과를 거둘 수 있도록 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치에 관한 것이다.

발전소, 제철소 또는 LCD용 유리제조 공장과 같이 대규모의 열에너지를 필요로 하는 산업시설에서는 주로 석탄, 석유 등과 같은 화석연료를 연소시키는 방법에 의해 필요한 열에너지를 얻게 되는데, 이러한 석탄, 석유 등 화석연료의 연소과정에서 연료에 포함되어 있던 유황성분이 아황산가스 등의 유황산화물(SOx)로 변화하여 연소가스와 함께 배출되게 된다. 연소가스 중에 포함된 유황산화물은 공해의 주 요원인으로 지목되고 있는 대표적인 유해물질로서 보건환경상 그대로 배출할 수 없기 때문에, 반드시 탈황설비를 거쳐 유황산화물을 제거한 후 깨끗한 배기가스만을 외부로 배출하도록 하고 있다.

종래 일반적인 대규모의 연소설비에서 사용되는 배기가스 탈황 공정은 배기가스를 석회석 슬러리(slurry)와 접촉시켜 배기가스 중의 유황산화물과 석회석 간의 물리-화학적인 반응에 의해 석고가 생성되도록 함으로써 유황산화물을 제거하는 방법을 채택하고 있다.

도1 내지 도3을 참고하여 종래 사용되고 있는 탈황설비의 구조를 설명한다. 먼저, 도1은 일반적인 발전소 설비에 적용된 탈황설비를 도시한 것으로서, 특히 현재 상용화되어 있는 슬러리 분사식 유황산화물 흡수탑(10)을 이용하여 연소가스로부터 유황산화물을 제거하는 설비 시스템이 개략적으로 도시되어 있다.

도1을 참고하고, 발전소를 예로 들어 설명하면, 석탄을 연료로 사용하여 열에너지를 발생하는 보일러(1)는 내부에 증기발생관(1a)이 설치되어 있으며, 상기 보일러(1) 내부의 연소열에 의해 증기발생관(1a)안에 있는 물이 고온 고압의 증기로 변함으로써 발전기의 터빈을 돌려 전력을 생산할 수 있게 된다. 상기 보일러(1)에서 배출되는 연소가스는 연소가스 배출관(1c)을 통해 공기예열기(2)를 거치며, 상기 공기예열기(2)는 보일러(1)에서 방금 배출된 고온의 연소가스와 이제 보일러로 인입되는 찬 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 역할을 수행한다. 공기예열기(2)를 거친 연소가스는 집진장치(3)에서 분진 등이 제거된 후 또 한번 열교환기(4)를 거치고, 이어서 슬러리 분사식 흡수탑(10)에서 유황산화물 가스가 석회석 슬러리와 접촉반응을 일으켜 석고 형태로 고정됨으로써 유황산화물이 제거된다.

도1에서 미설명부호 1b는 보일러(1)에서 연소된 후의 석탄재를 배출하기 위한 석탄재 배출구를 가리키고, 1e는 보일러(1)로 인입되는 찬 공기가 지나가는 공기인입관을 가리키며, 1d는 상기 공기인입관(1e)이 보일러(1)와 연결된 공기인입구이다. 그리고 도면부호 2a는 상기 공기인입관(1e)안으로 찬 외부 공기를 가압하여 불어넣는 압입송풍기를 가리키며, 도면부호 2b는 공기예열기(2)와 집진장치(3) 사이를 연결하는 가스전달관을 가리키고, 도면부호 3a는 보일러(1) 또는 집진장치(3)로부터 배출되는 연소가스를 흡입하여 슬러리 분사식 흡수탑(10)쪽으로 불어넣는 유인송풍기를 가리킨다.

보일러(1) 또는 집진장치(3)로부터 배출된 연소가스에는 다량의 유황산화물 가스가 포함되어 있는데, 이 연소가스는 열교환기(4)를 거친 후 가스인입관(10a)을 통해 슬러리 분사식 흡수탑(10)안으로 들어간다. 상기 가스인입관(10a)은 상기 흡수탑(10)의 중간부분에 연결되어, 연소가스(G)는 흡수탑(10)의 중간부분에서부터 상방으로 이동한다.

슬러리 분사식 흡수탑(10)은 석회석 슬러리와 연소가스를 접촉 반응시켜 유황산화물이 석회석 입자와 물리적-화학적 반응을 일으켜 석고로 변환되도록 하는 장치로서, 흡수탑(10) 내부의 바닥 쪽에는 매우 작은 입자로 구성된 석회석 분말을 물에 섞어 만든 석회석 슬러리(S)가 채워지고, 이 석회석 슬러리(S)는 순환펌프(12c)에 의해 슬러리 순환관(12)을 타고 흡수탑(10)의 상부에 설치된 슬러리 분사관(12a)으로 이동되며, 슬러리 분사관(12a)에 설치된 복수 개의 슬러리 분사노즐 들(12b)에 의해서 하방으로 분출된다. 상기 슬러리 분사노즐들(12b)에 의해서 분출된 슬러리 분사액(S1)은 미세한 물방울 형태로 되며, 가스인입관(10a)을 통해 흡수탑(10)안으로 들어와서 상승하는 연소가스(G)와 접촉하게 되고, 이 과정에서 연소가스 중의 아황산가스와 같은 유황산화물들이 석고로 변하게 된다.

이와 같이 연소가스(G)중의 유황산화물들(SOx)이 석회석(CaCO₃)과 반응하여 석고로 변환되는 과정을 화학식으로 표현하면 다음과 같다.

SO₂ +CaCO₃(석회석)

CaSO₃ +CO₂ → CaSO₃

CaSO₃ +O₂+ H₂O → CaSO₄.nH₂O (석고)

또는

SO₂ +H₂O → H₂SO₃(아황산)

H₂SO₃+O₂ → H₂SO₄(황산)

H₂SO₄ + CaCO₃ +H₂O → CaSO₄.nH₂O (석고) +CO₂

와 같은 화학적 반응을 거쳐서 유황산화물들이 석회석 슬러리에 흡수되어 물리, 화학적 반응으로 제거되면서 석회석은 석고로 변하고 이산화탄소가 발생하게 된다.

한편, 상기 흡수탑(10) 안에서 석회석 슬러리와 반응하여 유황산화물이 제거된 연소가스는 상기 분사노즐들(12b)의 위에 설치된 물방울 제거기(11)를 통과하면 서 수분이 제거되고, 이어 상부뚜껑(11a)에 연결된 가스전달관(10b)을 통해 열교환기(4)를 거친 다음 연돌(5)로 배출된다.

석회석 분말을 물에 섞은 석회석 슬러리(S)는 석회석 슬러리 공급관(15)을 통해 외부에서 상기 슬러리 분사식 흡수탑(10)의 안으로 유입되며, 상기 흡수탑(10)안에서는 석회석 슬러리(S) 중의 석회석 입자가 침전되지 않도록 계속적으로 교반기(13)를 가동하여 슬러리를 교반하여 준다. 상기 교반기(13)는 흡수탑(10)의 둘레를 따라 복수 개가 설치되며, 외부에 설치된 모터(13a)와 축연결되어 있는데, 석회석 입자가 침전되지 않도록 항상 가동하여야 하며, 만일 고장이 날 경우에는 흡수탑(10)의 가동을 정지시킨 상태에서 수리해야만 하는 불편이 있다.

석회석이 유황산화물을 흡수하여 생성된 석고는 흡수탑(10)의 하부에 설치된 석고배출관(17)을 통해 배출하고, 이 석고는 탈수과정을 거쳐 물을 제거하며, 이때 탈수된 물은 소정의 정화처리장치를 거친 후 석회석 슬러리를 만드는데 재사용된다. 그리고 유황산화물과 석회석 슬러리 간의 화학반응을 위해 필요한 산소(공기)는 산소공급관(16)을 통해 상기 흡수탑(10) 내부로 공급된다.

한편, 연소가스(G)는 흡수탑(10)에 들어오기 전 열교환기(4)를 거쳐 온도를 낮춘 후 석회석 슬러리(S)와 접촉 반응을 하며, 반응 과정에서 연소 가스의 기류 속에 미세한 물방울들이 섞이게 되므로, 상기 흡수탑(10)의 상부에 있는 물방울 제거기(11)를 통과하여 물방울이 제거되며, 이어 열교환기(4)로 들어가 온도를 올린 후 연돌(5)로 배출된다. 이때 미설명부호 4a는 상기 열교환기(4)와 연돌(5)을 연결하는 가스배출관을 가리킨다.

도2는 도1에 표시된 물방울 제거기(11)의 내부 구조의 일예를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 물방울 제거기(1)는 내부가 미로(迷路, labyrinth) 형태로 구성되어 있어서 수분을 머금은 연소가스(G)가 상승하면 미로의 벽들에 부딪히면서 물방울이 맺혀 수분이 제거되도록 하는 구조로 되어 있다.

도2를 참고하면, 물방울 제거기(11)의 내부는 격벽(11b)에 의해서 나눠진 수많은 미로형 통로들(11c)로 구성되어 있으며, 물방울 제거기(11)의 아래쪽 입구로 진입하는 연소가스(G′)는 앞서 흡수탑(10)의 중간부분에서 연소가스(G)가 석회석 슬러리 분사액(S1)과 반응함으로써 유황산화물이 제거된 상태이지만, 다량의 수분(물방울)을 머금고 있다. 그런데, 이 연소가스(G′)에 포함된 수분은 깨끗한 수분이 아니라 약 15% 정도의 석고와 석회석 입자를 포함하고 있는 것이기 때문에, 그대로 외부로 방출할 경우 환경오염을 일으킬 뿐만 아니라 이후 연소가스가 통과하는 배관들(10b,4a; 도1 참조)과 열교환기(4)의 열소자에 석고와 석회석이 달라붙어 배관의 막힘과 부식을 일으키는 원인이 된다. 따라서 석회석 슬러리와 반응후의 연소가스(G′)는 반드시 물방울 제거기(11)를 거쳐서 수분을 제거한 후 배출해야 한다.

연소가스(G′)가 물방울 제거기(11)안의 미로형 통로(11c)를 따라 상승하는 과정에서 격벽(11b)의 벽면에 물방울들(W)이 맺히며, 이 물방울들(W)은 계속적으로 연소가스로부터 수분을 공급받아 점차 커지게 되고, 결국 중력에 의해서 아래로 떨어지게 되는데, 이러한 과정을 거쳐서 연소가스(G′)중의 물방울들이 제거된다.

도1에 도시된 종래의 슬러리 분사식 탈황장치(10)에서는 연소가스(G)와 석회 석 슬러리(S)가 충분히 접촉하지 못하면 유황 산화물의 제거 효율이 저하되고, 특히 연소가스가 수분으로 완전히 포화되지 못함으로 인하여 물방울 제거기(11)에 붙어있는 수분을 증발시키게 됨으로써 물방울 속에 포함되어 있는 고형물이 유출되어 열교환기의 표면에 부착되어 고장을 발생시키는 요인이 되거나 연돌로 배출되어 공해의 요인이 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 슬러리 분사식 유황산화물 흡수탑(10)은 연소가스의 통풍 저항은 작아 연소가스의 압력을 올려주기 위한 동력은 작지만, 슬러리(S)를 순환시키기 위한 동력이 많이 필요한 단점이 있었다. 즉, 종래의 슬러리 분사식 유황산화물 흡수탑(10)은 연소가스(G)와 석회석 슬러리가 보다 많은 면적에서 보다 오랜 시간동안 접촉하여 반응을 일으킬 수 있도록 하기 위하여 다량의 석회석 슬러리를 계속적으로 순환시켜 분사해야만 하므로, 대용량의 순환펌프(12c)를 사용해야 하는데, 이 순환펌프의 동력소모가 매우 큰 단점이 있었다. 예를 들어 500MW급 석탄 화력에서는 일반적으로 4대의 순환펌프들이 설치되는데, 이 순환펌프 한 대당 500KW 이상의 전력이 소요되어 동력소모가 큰 단점이 있었던 것이다. 또한 석회석 슬러리(S) 중의 석회석 입자가 침전되는 것을 방지하기 위하여 교반기(13)를 계속 구동해야 하므로 교반기 모터를 구동하는데 전력소비가 많게 되고, 여분의 교반기라는 개념이 없으므로 교반기(13)가 고장날 경우에는 흡수탑(10)의 작동을 멈추고 수리해야 하는 등 유지관리상 불편한 점이 많았다.

도3은 종래 기술에 의한 가스 침적식 유황산화물 흡수탑(10′)을 이용하여 발전소의 보일러(1)의 연소가스(G)로부터 유황산화물을 제거하는 설비를 개략적으 로 도시한다.

도3에 도시된 종래의 가스 침적식(분사식) 유황산화물 흡수탑(10′)은 내부에 석회석 슬러리(S)가 채워져 있으며, 가스인입관(10a)을 통해 들어온 연소가스를 석회석 슬러리(S)의 수면 아래에 불어 넣으면 연소가스(G)와 슬러리(S)가 거품 형태로 섞이면서 연소가스 중의 유황 산화물이 슬러리와 반응하여 제거되는 원리로 되어 있다.

도3의 유황산화물 흡수탑(10′)에서 연소가스(G)는 복수 개의 가스주입관(121)들을 통해 석회석 슬러리(S)안으로 주입된다. 상기 가스 주입관들(121)은 그 위쪽의 가스입구(120)가 상기 가스인입관(10a)과 연결되어 있으며, 그 아래쪽은 그대로 개방되어 있어서 석회석 슬러리(S)가 가스 주입관들(121)안으로 들어와 있다. 따라서 가스주입관들(121)을 통해 석회석 슬러리(S)안으로 주입된 연소가스(G)는 거품(G1) 형태로 석회석 슬러리(S) 안에 섞인 후 빠져나와 가스출구(122)를 타고 물방울 제거기(110)안으로 들어가며, 물방울 제거기(110)에서 연소가스 중의 물방울이 제거된 후 열교환기(4)를 거쳐 연돌(5)로 배출된다. 그리고 흡수탑(10′)의 중앙 부분에 설치된 교반기(130)는 석회석 슬러리(S)가 침전되지 않도록 교반작용을 하는데, 상기 교반기(130)는 모터(131)가 교반기축(132)을 돌림으로써 교반기 날개(133)가 회전하는 구조로 되어 있다.

도3에 도시된 종래의 가스 분사식 유황산화물 흡수탑(10′)은 도1에 도시된 슬러리 분사형 흡수탑(10)에 비하여 연소가스와 슬러리가 더 잘 접촉할 수 있게 되므로 탈황효율이 좋고 그 결과 물방울 제거기(11)에서 고형물이 유출되는 양도 적 게 되므로 성능 면에서는 장점이 있으나, 설비가 복잡하게 된다는 것과 함께 특히 연소가스를 슬러리(S) 안으로 깊숙이 불어넣기 위하여 많은 동력이 필요하다는 점에서 문제가 있었다. 또한, 도3에 도시된 가스 분사식 유황산화물 흡수탑(10′)은 교반기(130)를 구동하는 데에도 많은 동력이 소모되고, 교반기(130)가 고장날 경우 수리를 위하여 흡수탑(10′) 전체의 운전을 정지해야 하는 문제점이 있었다.

도1에 도시된 슬러리 분사형 흡수탑(10)과 도3에 도시된 가스 분사형 흡수탑(10′)은 모두 슬러리가 흡수탑의 바닥에 정체되어 있으면 슬러리 중의 물과 고형물이 분리되어 고형물이 바닥에 가라앉게 되므로, 항시 교반기를 사용하여 물과 고형물이 분리되지 못하도록 해주고 있는데, 현재의 기술은 프로펠라형(축류형) 교반기를 사용하므로 많은 동력이 필요한 문제가 있었고, 특히 도1의 슬러리 분사식 흡수탑(10)에서는 교반기(13)가 흡수탑(10)의 슬러리 충진 부위에 설치되어 교반기(13)의 축이 흡수탑(10)의 벽면을 통과하게 되므로, 이때 이 통과 부위의 누설을 방지하기 위해 별도의 밀봉 장치가 필요한 문제가 있었다. 또한 도3의 가스 분사식 흡수탑(10′)의 경우에는 교반기의 축(132)이 길어지게 되어 제작비용이 많이 들고 축 진동이 발생하는 문제가 있었다.

또한 흡수탑들(10,10′) 안에 있는 슬러리는 부식성이 강한 산성이므로 슬러리와 접촉하는 교반기는 부식에 견딜 수 있도록 가격이 비싼 고급 재질을 사용해야 하는 문제가 있었고, 그럼에도 불구하고 교반기 날개의 마모와 공동현상(cavitation)에 의한 침식으로 주기적으로 교체해 주어야 하는 문제가 있었다.

그리고 종래의 유황산화물 흡수탑(10,10′; 도1 및 도3 참고)에 도시된 교반 기들(13,130)은 모두 예비기를 설치하기 어려우므로, 고장이 발생하면 탈황 설비를 정지하고 수리하여야 하는 문제도 있었다.

이상 설명한 바와 같이 종래의 탈황공정을 위한 흡수탑들(도1 및 도3 참고)은 전반적인 동력소모가 크고 교반기를 설치하고 유지 관리하는데 비용이 많이 들 뿐만 아니라 교반기가 고장날 가능성이 커서 안정적인 가동상태를 확보하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서 이와 같이 동력비 및 유지관리비용의 측면에서 여러 가지로 문제점이 많은 종래의 탈황장치 대신에 탈황효율을 더 증진시키면서도 훨씬 적은 동력으로 충분히 운전이 가능하고 고장의 위험이 거의 없는 새로운 타입의 유황산화물 흡수장치를 개발할 필요가 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 석탄, 석유 등을 연소할 때 발생하는 연소가스와 석회석 슬러리가 최대의 접촉반응을 일으킬 수 있도록 접촉환경을 최적화시켜 유황산화물의 제거효율을 향상시키면서도 슬러리의 순환과 교반에 드는 동력소모를 최소 규모로 줄여서 최고의 에너지 절감효과를 거둘 수 있도록 한 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치는, 석탄, 석유 등 화석연료를 연소하는 설비로부터 배출되는 연소가스 중에 포함된 유황산화물을 제거하는 장치에 있어서, 상기 연소가스를 받아들여 석회석 슬러리와 접촉시킴으로써 연소가스 중의 유황산화물을 석고 형태로 고정시키고, 탈황된 후의 연소가스를 배출하는 유황산화물 흡수탑(200); 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 하부에 형성되며 석회석 슬러리가 채워져 있는 슬러리 충만부(22); 상기 슬러리 충만부(22)의 석회석 슬러리를 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 상부로 이송시키는 슬러리 순환부; 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 내부에서 상기 슬러리 순환부에 연결되어 상기 석회석 슬러리를 하방으로 분사하는 복수 개의 슬러리 분사노즐들(12b); 상기 슬러리 분사노즐들(12b)과 상기 슬러리 충만부(22)의 사이에 설치되며, 상기 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 분출되어 하강하는 석회석 슬러리들과 상기 유황산화물 흡수탑(200) 안에서 상승 이동하는 연소가스가 접촉하는 공간을 제공하는 가스-슬러리 접촉반응부(210); 및 상기 슬러리 분사노즐들(12b)의 상방에 설치되며, 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)를 통과하여 상승하는 연소가스 중의 수분을 제거하는 물방울 제거기(11);를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 에너지 절약형 유황산화물 제거장치는, 유황산화물 흡수탑(200)의 슬러리 충만부(22) 안에 복수 개의 교반노즐들(250)이 설치되며, 상기 교반노즐들(250)은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 원주방향을 따라 배치되고, 상기 각 교반노즐(250)은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 주변부 하부에서 도출된 교반용 슬러리 전달관(253)과 연결되며, 상기 교반용 슬러리 전달관(253) 안의 유체는 교반펌프(251)에 의해서 가압되어 상기 교반노즐(250)로 전달됨으로써, 상기 교반노즐(250)의 분출압에 의해 상기 슬러리 충만부(22) 안의 슬러리의 교반이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치는 발전소 등의 보일러에서 석탄, 석유 등 화석연료를 연소할 때 발생하는 유황산화물의 제거효율을 최고로 올리면서도 최소한도의 동력만으로도 충분히 구동될 수 있도록 함으로써 에너지 절감효과와 아울러 탈황효율을 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 유황산화물 제거장치는 종래 고장의 우려가 많으면서 동력소모가 컸던 교반기 대신에, 기계적인 운동부분이 없고 동력소비가 적은 교 반노즐을 이용하여 슬러리를 교반시키므로, 동력비 및 유지관리 비용을 대폭적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치의 구성 및 작용효과를 상세히 설명한다.

본 발명을 설명하기 위한 도면들에 있어서 종래 기술과 동일한 구성부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.

도4는 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)를 이용하여 보일러의 연소가스로부터 유황산화물을 제거하는 설비를 개략적으로 도시한 것이다. 도4를 참고하면, 석탄을 연료로 사용하는 보일러(1)로부터 배출된 연소가스는 열교환기(4)에서 온도를 낮춘 후 유황산화물 흡수탑(200)안으로 유입되며, 상기 유황산화물 제거장치(20)의 중간 부분을 통해 내부로 들어온 연소가스(G)는 가스-슬러리 접촉 반응부(210)를 통과하면서 석회석 슬러리와 비교적 오랜 시간 충분히 접촉하여 물리, 화학적 반응을 일으킴으로써 유황산화물이 제거된 후, 물방울 제거기(11)에서 물방울이 제거되고, 이후 열교환기(4)로 들어가 온도를 올린 다음 연돌(5)로 배출된다.

도4의 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 흡수탑(200)은 일견 도1에 도시된 종래의 슬러리 분사식 흡수탑(10)과 유사한 형태로 되어 있지만, 슬러리 분사노즐들(12b)과 슬러리 충만부(22)의 사이에 가스-슬러리 접촉 반응부(210)가 설치되고, 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)의 아래쪽에 집수천정(220)이 설치된 점 에서 큰 차이가 있다.

상기 유황산화물 흡수탑(200)의 저부에 있는 슬러리 충만부(22)에 고여 있는 석회석 슬러리(S)는 슬러리 순환펌프(12c)에 의해 가압되어 슬러리 순환관(12)을 따라 상부의 슬러리 분사관(12a)까지 이송되며, 그곳에서 복수 개의 슬러리 분사노즐들(12b)에 의해 미립자 형태의 물방울들로 분무된다. 슬러리 분사노즐들(12b)에 의해서 분무된 슬러리 방울들은 가스-슬러리 접촉 반응부(210)의 트레이판들(tray plates, 211, 도5 및 도6 참조)을 따라 아래로 내려오는데, 이 과정에서 상승하여 올라오는 연소가스(G)와 부딪치고 접촉하면서 유황산화물(SOx)이 석회석 입자에 흡수되는 물리적, 화학적 반응이 진행된다.

상기 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 분사된 슬러리(S)는 비록 연소가스의 기류(氣流)가 슬러리를 위로 밀어 올리려 하지만, 슬러리 물방울의 자중이 더 크므로 슬러리는 결국 아래로 떨어지게 된다. 이때 슬러리가 자유낙하를 한다고 가정하면 낙하하는 속도는 그 낙하하는 시간에 비례할 것이므로( v = g x t ), 슬러리가 낙하하는 도중 만나는 장애물이 없다면 슬러리의 낙하 속도는 점점 빨라지고, 결국 슬러리(S)와 연소가스(G)가 접촉할 수 있는 시간은 슬러리가 분사 노즐(12b)로부터 멀어질수록 짧아질 것이다.

따라서 슬러리 방울이 낙하하는 도중 계속적으로 장애물에 부딪치도록 하여 매번 낙하하는 속도를 늦춰주면 연소가스와 슬러리가 접촉하여 반응을 일으킬 수 있는 시간을 보다 많이 확보할 수 있을 것이므로, 상대적으로 적은 양의 슬러리만을 순환시키더라도 더 향상된 탈황효율을 얻을 수 있을 것이다. 이러한 기술적 고 려에 의해 본 발명의 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 흡수탑(200)에서는 종래의 흡수탑(도1 참조)과 같이 많은 양의 슬러리를 순환시키지는 않으며, 종래 기술의 경우보다 훨씬 적은 양의 슬러리를 순환시켜 분사하면서도 그 분사된 슬러리들이 오랜 시간에 걸쳐 천천히 낙하하면서 연소가스와 충분히 접촉하고 반응하도록 하여 에너지 절감과 탈황효율의 증진이라는 양대 효과를 달성할 수 있게 되었다.

본 발명에서 채택한 가스-슬러리 접촉반응부(210)의 내부는 냉각탑의 충진물과 비슷한 형태로 된 트레이 판들(211)로 채워져 있으며, 상기 트레이 판들(211)은 연소가스의 통풍저항을 줄이기 위해 연소가스(G) 및 슬러리(S)가 흐르는 방향과 평행한 방향으로 설치하는 것이 바람직하다(도5 참조). 슬러리는 트레이 판들(211)의 면을 타고 흐르면서 연소가스와 접촉하는데, 이때 연소가스와 슬러리가 흐르는 방향은 서로 반대가 되므로, 슬러리는 자중에 의해 아래쪽으로 내려오려 하지만 연소가스가 슬러리를 위로 밀어 올리게 되므로 결과적으로 슬러리가 천천히 내려오게 되어 연소가스와 슬러리의 접촉 시간과 면적을 많게 해 준다. 또한, 트레이 판들(211)은 연소가스가 지나가는 통로에 균일하게 설치되므로 연소가스가 통로를 균일하게 흐르도록 하는 효과가 있다.

이 결과로 연소가스 중의 유황 산화물이 슬러리와 충분히 반응할 수 있게 되고 연소가스와 슬러리의 열교환도 충분해져서 연소가스가 수분으로 포화되게 되어, 이후 물방울 제거기(11)에서 물방울을 보다 쉽게 제거할 수 있는 장점이 있다.

상기 슬러리 분사노즐(12b)의 상부에는 가스-슬러리 접촉 반응부(210)에서 탈황 반응을 마치고 배출되는 연소가스(G′)에 물방울이 섞여 배출되는 것을 방지 하기 위해 미로 형태의 내부구조를 가진 물방울 제거기(11)가 설치되어 있다. 상기 물방울 제거기(11)는 물방울이 미로의 벽면에 부착되고 계속해서 후속 물방울들이 추가로 부착되어 물방울이 성장함으로써 밑으로 떨어져 제거되는 원리로 되어 있다.

도4에 도시된 유황산화물 흡수탑(200)의 중간 부분에는 루버(louver) 형태로 각각의 패널이 구성되어 이루어진 집수천정(220)이 설치되며, 상기 집수천정(220)은 흡수탑(200)의 저부와 연결된 지지프레임(240)에 의해 지지된다. 상기 집수 천정(220)을 구성하는 복수 개의 집수 천정 부재들(221)은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 중앙부에 있는 집수 천정 부재가 가장 높은 위치에 설치되고, 흡수탑(200)의 주변부 쪽으로 갈수록 점차적으로 낮아진 위치들에 각각 설치된다(도4 및 도7 참조). 그리고 각각의 집수천정부재들(221)은 서로 이격된 상태에서 흡수탑의 외측을 향하여 경사진 상태로 설치되어 있어서, 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)에서 떨어진 슬러리 방울이 집수천정(220)을 타고 내려가 흡수탑(200)의 주변부에 있는 슬러리 섬프(slurry sump, 230)로 모이게 되며, 반면 집수천정(220)의 아래에 있던 연소가스(G)는 집수천정 부재들(221) 사이의 떨어진 틈을 통과하여 가스-슬러리 접촉 반응부(210)로 올라간다.

상기 집수천정(220)의 주변부에 설치된 슬러리 섬프(230)는 가스-슬러리 접촉 반응부(210)에서 떨어진 슬러리들이 집결되는 곳으로, 이 슬러리 섬프(230)는 슬러리 하강관(231)에 의해 그 아래쪽에 설치된 슬러리 교반노즐(250)과 연결되어 있다. 상기 슬러리 교반노즐(250)은 도8 및 도9에서 후술하는 바와 같이 흡수 탑(200)의 주변부에 원주방향을 따라 복수 개 설치되는데, 상기 슬러리 섬프(230)에 모인 슬러리는 교반노즐들(250)의 위치와 상당한 수두(water head) 차이가 발생하므로, 슬러리 섬프(230)의 슬러리가 슬러리 하강관(231)을 타고 내려가게 되면 교반노즐(250)에서 상당히 강한 압력으로 슬러리가 분출될 수 있다. 이렇게 교반노즐들(250)로부터 슬러리가 분출됨으로써, 슬러리 충만부(22)에 고여 있는 슬러리들이 회전하게 되어 교반이 이루어진다. 슬러리가 흡수탑 내에서 회전하면 원심력을 받게 되고 슬러리 내의 고형물은 물보다 비중이 크므로 바깥쪽으로 쏠리게 되고 고형물의 농도가 높은 슬러리를 순환펌프가 흡입하여 순환시키므로 고형물이 침전되지 않는다.

한편 본 발명의 가스-슬러리 접촉 트레이식 흡수탑(200)의 저부에는 슬러리 순환관(12)이 연결되어 슬러리의 일부를 빼서 흡수탑(200) 상부의 분사노즐들(12b)쪽으로 이송한다. 슬러리 순환펌프(12c)는 슬러리 순환관(12)안의 슬러리를 가압하여 이송하는 역할을 하는데, 본 발명에서는 순환시키는 슬러리의 양을 종래기술의 경우에 비해 대폭적으로 적게 하였으므로, 종래 기술의 흡수탑(도1의 도면부호 10)에서 사용되는 펌프에 비해 훨씬 적은 용량의 펌프를 사용하거나 다수 대의 순환펌프가 설치된 경우 운전 대수를 줄여도 무방하다.

한편, 상기 교반노즐(250)은 상기 슬러리 섬프(230)로부터 전달받은 슬러리를 분출하는 것 외에도 교반펌프(251)에 의해 공급받은 슬러리를 분출할 수 있도록 하여 슬러리의 교반에 필요한 동력원을 이중으로 마련해두는 것이 바람직하다. 즉, 상기 슬러리 순환관(12)에 교반용 슬러리 전달관(253)을 연결하여 설치하고, 이 교 반용 슬러리 전달관(253)의 경로상에 교반펌프(251)를 설치한다. 흡수탑에 슬러리를 충진하고 아직 순환펌프를 가동하여 슬러리를 상부 노즐로 순환시키지 않은 기간 동안에는 흡수탑 내의 슬러리가 침전될 수 있는데, 이때 교반펌프(251)를 가동하면 상기 교반용 슬러리 전달관(253)안의 슬러리가 교반펌프(251)에 의해 가압되어 상기 교반노즐들(250)로 분출됨으로써 고형물의 침전을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 슬러리 섬프(230)로부터 슬러리가 교반노즐(250)로 공급되는 경우에도 교반펌프(251)를 가동할 경우 교반펌프(250)의 분출압을 더욱 세게 할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 교반용 슬러리 전달관을 설치하는 방법에 있어서는 상술한 바와 같이 슬러리 순환관(12)으로부터 배관을 빼서 설치할 수도 있고, 혹은 슬러리 순환관(12)과는 별도로, 흡수탑(200)으로부터 직접 배관을 빼서 교반용 슬러리 전달관(253)을 설치하고 이 교반용 슬러리 전달관(253)의 액체를 교반펌프(251)로 가압하여 교반노즐(250)로 공급하는 것도 가능하다.

상기 교반펌프(251)와 교반노즐(250)의 사이에는 체크밸브(252)가 설치되어 흡수탑(200)안의 교반노즐(250)로부터 슬러리가 역류하는 것을 방지한다. 도4에서 미설명 도면부호 15는 흡수탑(200)에 새로운 석회석 슬러리를 공급하기 위한 석회석 슬러리 공급관이며, 도면부호 16은 산소(공기)공급관을 가리키고, 도면부호 17은 석고배출관을 가리키고, 도면부호 21은 흡수탑(200)의 상부에 있는 뚜껑을 가리킨다.

도5는 도4에 도시된 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 흡수탑(200)을 보다 상세히 도시한 것이다. 상기 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 흡수탑(200)의 상부에 있는 물방울 제거기(11)의 아래에 설치된 가스-슬러리 접촉 반응부(210)는 복수 개의 트레이 판들(211)이 집결되어 구성되는데, 상기 트레이 판들(211)은 각각 그 표면에 볼록한 돌출부(211a) 및 오목한 함몰부들(211b)이 형성되어 있어서 인접한 트레이 판들과의 사이에는 빈 틈새(212)가 존재한다. 상기 트레이 판들(211)의 위쪽에 있는 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 슬러리들(S)이 분무되면, 이 슬러리들(S)은 트레이 판들(211) 사이의 빈 틈새(212)를 타고 아래로 흘러내리는 도중에 연속적으로 상기 볼록한 돌출부들(211a)에 부딪침으로써 낙하하는 속도가 느려져 최대한 천천히 가스-슬러리 접촉 반응부(210)를 통과하게 된다. 한편, 가스-슬러리 접촉 반응부(210)의 아래에 설치된 루버형의 집수천정(220)의 틈새를 통해 연소가스(G)가 빠져나와 트레이 판들(211)의 사이를 지나 올라가므로, 이 과정에서 아래로 떨어지는 슬러리(S)와 위로 올라가는 연소가스(G)가 서로 부딪치면서 충분한 접촉이 일어난다.

연소가스 중의 유황산화물이 석회석 슬러리와 얼마만큼 잘 반응하는가 하는 것은 접촉시간, 접촉면적, 온도 및 pH 등의 인자들에 의해 결정된다고 할 수 있다. 이 중에서 최적온도는 물리적으로 결정되고, pH는 석회석의 소모와 석고의 순도에 의해 결정되므로, 더 이상 개선의 여지가 있는 인자는 접촉시간과 접촉면적 뿐이라고 할 수 있다. 즉 연소가스와 슬러리가 접촉하는 시간과 면적을 많이 확보하면 할수록 유황산화물의 제거효율이 올라가게 되므로, 분사노즐(12b)로부터 분사되어 낙하되는 슬러리 방울들이 되도록 오랜 시간에 걸쳐 떨어지면서 연소가스(G)와 접촉 하도록 할 필요가 있는 것이다.

본 발명의 가스-슬러리 접촉 반응부(210)는 석회석 슬러리(S)가 되도록 오랜 시간에 걸쳐 떨어지도록 자유낙하를 방해하는 다양한 형태의 장애물들을 갖추고 있는 구조이면 되며, 도5 및 도6에 도시된 트레이 판들(211)은 그 일예에 해당한다. 예를 들어, 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)는 일반적인 냉각탑의 충진물과 같은 구조로 제작될 수도 있다. 따라서 본 발명의 흡수탑(200)에 채용된 가스-슬러리 접촉 반응부(210)는, 도5 및 도6에 도시된 트레이 판들(211) 이외에도, 슬러리와 연소가스가 되도록 오랜 시간 동안 머물면서 접촉 반응을 일으킬 수 있도록 하는 구조이면 어떠한 구조라도 가능하다.

또한 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)의 트레이 판들(211)은 슬러리의 온도가 그리 높지 않고(최고 70℃) 강한 산성이므로 합성수지로 제작하는 것이 바람직하지만, 그 외에 금속 또는 기타의 소재들을 사용하여 제작하는 것도 가능하다.

도6은 도5에 있어서 가스-슬러리 접촉반응부(210)와 그 상부에 설치된 슬러리 순환관(12) 및 슬러리 분사노즐(12b)의 구조를 도시한 개략도이다. 도6을 참고하면, 슬러리 순환관(12)의 상부가 복수 개의 슬러리 분사관들(12a)로 분기되며, 각 슬러리 분사관들(12a)에 결합된 분사노즐들(12b)이 흡수탑(200) 내부의 수평 면적을 커버하게 된다. 상기 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 분출된 슬러리 액체들은 그 아래에 설치된 가스-슬러리 접촉 반응부(210)를 구성하는 트레이 판들(211)의 사이로 들어가 아래쪽으로 흘러내리게 된다.

도7은 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)에 있어서 교반노즐(250)에 의해 슬러리가 회전하여 교반되는 구조를 도시한다.

도7을 참고하면, 가스-슬러리 접촉 반응부(210)에서 떨어진 슬러리들(S)은 집수천정(220)을 타고 흡수탑(200)의 주변부로 흘러내리게 되며, 결국 흡수탑(200)의 주변부에 마련된 슬러리 섬프(230)에 모인다. 상기 집수천정(220)은 루버 형으로 되어 있어서 연소가스는 통과시키고 슬러리는 집수할 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 슬러리 섬프(230)는 슬러리 하강관(231)에 의해 슬러리 교반노즐(250)과 연결되어 있는데, 슬러리 섬프(230)와 슬러리 교반노즐(250)간의 수두 차이가 대략 3미터 정도만 되더라도 교반노즐(250)에서는 흡수탑(200)의 저부에 고인 석회석 슬러리를 충분히 교반시킬 수 있을 정도로 센 분출압력을 확보할 수 있다. 즉, 본 발명의 교반노즐(250)은 기계적인 펌프 작용이 없이도 슬러리 섬프(230)로부터의 자연적인 수두압력 만에 의해서 슬러리를 충분히 교반시킴으로써 고형물의 침전을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 흡수탑(200)은 바람직하게는 원통형으로 제작되고 상기 교반노즐들(250)이 흡수탑(200)의 원주방향을 따라 설치되므로, 교반노즐(250)의 슬러리 분출압력은 흡수탑 자체에 의한 저항을 최소로 받게끔 되어 있어서 슬러리를 회전시키는데 충분한 에너지를 제공할 수 있다.

상기 슬러리 교반노즐(250)은 상기 슬러리 섬프(230)와 연결되어 있는 한편 으로 교반펌프(251)와도 연결되어 있어서, 만일 슬러리 섬프(230)에 의한 수두 압력이 제대로 작용하지 않는 경우(예를 들어, 흡수탑의 설치 초기나 흡수탑을 정비하기 위해 흡수탑 내부의 슬러리를 빼냈다 다시 충진할 경우 아직 슬러리 순환펌프(12c)는 운전되지 않으므로 슬러리 섬프(230)에 모인 슬러리의 양이 충분하지 않게 됨)에는 교반펌프(251)를 가동하여 교반노즐(250)의 분출압을 확보할 수 있다. 즉, 본 발명의 가스-슬러리 접촉 트레이식 흡수탑(200)에서 교반노즐(250)을 이용하여 슬러리를 교반시킴으로써 슬러리 중 고형물의 침전을 방지하는 작용은 슬러리 섬프(230)의 자연적인 수두압력에 의해서 달성될 수도 있고, 또는 흡수탑(200)의 외부에 설치된 교반펌프들(251)을 이용하여 달성될 수도 있으며, 혹은 슬러리 섬프(230)의 수두압력과 교반펌프들(251)을 함께 이용하여 달성될 수도 있는 것이다. 도7에서 미설명부호 MF는 교반노즐(250)로부터 분출된 슬러리에 의해서 발생되는 교반류를 가리킨다.

도8은 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)의 흡수탑(200)의 내부 평면 단면도로서, 교반노즐들(250)이 흡수탑(200)의 내부 주변부에 원주방향을 따라 설치되고, 디퓨저(diffuser, 255)가 결합된 것을 도시한다. 본 발명에서 흡수탑(200)의 저부에 설치되는 교반노즐들(250)은 수두압력 및 교반속도 등의 요건들에 따라 필요한 만큼 적정한 개수로 설치할 수 있으며, 구조적으로는 단지 액체가 통과할 수 있는 노즐의 형태를 가질 뿐이고 기계적으로 움직이는 부분들이 없어서 고장의 우려가 전혀 없는 것이 큰 장점이라고 할 수 있다.

그리고 상기 교반노즐들(250)을 그대로 사용하여도 무방하지만, 교반노즐들(250)에 디퓨저들(255)을 결합함으로써 분출속도를 이용하여 유량을 많게 하는 것이 바람직하다. 상기 디퓨저(255)는 슬러리 분사노즐(250)에서 분사되는 슬러리의 힘을 증폭하여 많은 양의 슬러리가 회전할 수 있도록 하는 기능을 한다.

본 발명의 탈황설비에 사용되는 석회석은 대단히 고운 입자로 물과 섞이어 공급되므로 쉽게 물과 고형물로 분리되지는 않지만, 물과 고형물은 비중의 차이가 있으므로, 흡수탑(200)안의 슬러리(S)가 회전하게 되면 원심력이 작용하여 비중이 큰 고형물은 원주 방향의 바깥쪽으로 쏠리게 되는 현상이 발생한다. 한편, 슬러리 순환펌프(12c)의 흡입부(즉 슬러리 순환관(12)의 입구측)는 상기 흡수탑(200)의 원주 방향 바깥쪽에 위치하므로, 흡수탑(200)의 원주방향 바깥쪽으로 쏠린 고형물 성분은 다시 슬러리 분사노즐(12b)로 보내지게 되어, 고형물의 침전을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 이와 같이 흡수탑(200)의 주변부에 몰린 고형물 성분이 우선적으로 슬러리 분사노즐(12b)로 보내져 분무됨으로써, 밀도가 높은 석회석 성분과 연소가스가 접촉하게 되어 유황산화물의 흡수반응을 보다 쉽게 유도할 수 있는 장점이 있다.

도9는 도7 및 도8에 도시된 슬러리 교반노즐(250)과 디퓨저(255) 및 교반펌프(251)의 결합구조에 관한 개략도들로서, 이 중 (A)도는 사시도 형태로 도시한 것이고, (B)도는 (A)도에 도시된 구성요소들을 상기 슬러리 분사노즐(250)의 전방 쪽에서 바라본 단면도 형태로 도시한 것이다.

도9의 (A)도를 참고하면, 슬러리 교반노즐(250)은 슬러리 하강관(231)의 단부로부터 90도 각도로 절곡된 상태로 설치되며, 상기 슬러리 하강관(231)에는 교반펌프(251)와 연결된 교반용 슬러리 전달관(253)이 함께 연결된다. 상기 슬러리 교반노즐(250)의 단부에는 디퓨져(255)가 결합되는데, 상기 디퓨저(255)는 내주면(255a)의 일부에서 직경이 좁아진 형상을 갖고 있어서, 슬러리 교반노즐(250)로부터 슬러리가 분출될 때 압력이 저하되어 속도가 더욱 빨라지도록 되어 있다.

한편, 상기 슬러리 교반 노즐(250) 및 디퓨저(255)는 세라믹과 같이 마모와 부식에 강한 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 그 밖에 합성수지 등의 소재를 이용하여 제작하는 것도 가능하다.

이상 본 발명의 구성 및 작용효과에 대해서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치는 발전소 등의 대규모 연소시설에서 연료를 연소할 때 유황 성분이 산화됨으로써 발생하는 유황 산화물(SOx)이 그대로 외부 대기로 배출되어 대기 오염의 원인이 되는 것을 방지하기 위해 배기가스 중의 유황 산화물을 제거하는 장치로서, 탈황 과정에서 소요되는 동력을 최대한 절약하면서도 최대의 탈황효율을 달성하며 열교환기의 열소자(heating element)가 석고로 인하여 막히는 것을 방지하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 유황산화물 제거장치는, 종래의 슬러리 분사식 탈황 흡수탑에서 단점으로 지적되었던 슬러리 순환펌프의 동력이 많이 소요되는 점과 유황 산화물의 제거 효율이 낮은 문제 및 물방울 제거장치에서 고형물이 유출되는 문제를 완전히 해소하고, 나아가 종래의 탈황설비들에서 사용되던 교반기가 예비기가 없어 고장이 발생했을 때 탈황설비 모두를 정지해야 하였던 문제점을 해결하는 효과가 있다.

본 발명은 종래의 슬러리 분사식 탈황설비와 비교하여 슬러리의 순환량을 적게 하는 대신 슬러리와 가스의 접촉면적 및 접촉시간을 최대한 충분히 확보하여 탈황효율이 개선되도록 함으로써 순환펌프의 운전에 드는 동력을 대폭 절감하는 장점이 있다. 또한 종래의 탈황설비에서는 연소가스가 수분으로 충분히 포화되지 못하여 석회석이나 석고가 배기가스와 함께 섞여 배출됨으로 인해 2차 공해가 발생하고, 석고가 열교환기에 부착되어 통풍 저항을 일으킴으로 인해 추가 동력이 소요되었으며, 또한 이렇게 부착된 고형물을 제거하기 위해 탈황 설비를 정지해야만 하는 문제들이 있었으나, 본 발명에 따른 탈황장치는 트레이 타입의 충진물을 통해 가스와 슬러리가 충분히 접촉하고 열교환을 일으켜 연소가스가 수분으로 완전히 포화되도록 함으로써 물방울 제거기에서 석고, 석회석 등 불순물들이 수분과 함께 완전히 붙잡혀 제거될 수 있도록 하여 종래 기술의 문제점들을 모두 해결하는 장점이 있다.

본 발명의 명세서에서는 발전소 설비에 탈황장치가 적용된 것을 예시하여 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 탈황장치의 구성을 설명하였지만, 본 발명의 탈황장치는 발전소 이외에도 석탄, 석유 등 화석연료를 연소하는 대규모 사업장의 연소설비들과 연계하여 탈황공정을 수행하는데 모두 적용이 가능하다.

도1은 종래 기술에 의한 슬러리 분사식 유황산화물 흡수탑(10)을 이용하여 발전소의 보일러의 연소가스로부터 유황산화물을 제거하는 설비를 개략적으로 도시한다.

도2는 도1에 도시된 물방울 제거기(11)의 내부 구조의 일예를 도시한 것이다.

도3은 종래 기술에 의한 가스 침적식(분사식) 유황산화물 흡수탑(10′)을 이용하여 발전소의 보일러의 연소가스로부터 유황산화물을 제거하는 설비를 개략적으로 도시한다.

도4는 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)를 이용하여 발전소의 보일러의 연소가스로부터 유황산화물을 제거하는 설비를 개략적으로 도시한 것이다.

도5는 도4에 도시된 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)를 보다 상세히 도시한 것이다.

도6은 도5에 있어서 가스-슬러리 접촉반응부(210)와 그 상부에 설치된 슬러리 순환관(12) 및 슬러리 분사노즐(12b)의 구조를 도시한 개략도이다.

도8은 본 발명에 따른 가스-슬러리 접촉 트레이식 에너지 절약형 유황산화물 제거장치(20)의 흡수탑(200)의 내부 평면 단면도로서, 교반노즐들(250)이 흡수탑(200)의 내부 주변부에 원주방향을 따라 설치되고, 디퓨저(255)가 결합된 것을 도시한다.

도9는 도7 및 도8에 도시된 교반노즐(250)과 디퓨저(255) 및 교반펌프(251)의 결합구조에 관한 개략도이다.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 보일러 1a: 증기발생관

1b: 석탄재 배출구 1c: 연소가스 배출관

1d: 공기인입구 1e: 공기인입관

2: 공기예열기 2a: 압입송풍기

2b: 가스전달관 3: 집진장치

3a: 유인송풍기 4: 열교환기

4a: 가스배출관 5: 연돌(굴뚝)

10: 슬러리 분사식 흡수탑 10′: 가스분사식 흡수탑

10a: 가스인입관 10b: 가스전달관

11: 물방울 제거기 11a: 상부뚜껑

11b: 격벽 11c: 미로형 통로

12: 슬러리 순환관 12a: 슬러리 분사관

12b: 슬러리 분사노즐 12c: 슬러리 순환펌프

13: 교반기 13a: 모터

14: 슬러리와 연소가스 접촉상태 15: 석회석 슬러리 공급관

16: 산소공급관 16a: 산소 방울

17: 석고배출관

20: 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치

21: 뚜껑 22: 슬러리 충만부

110: 물방울 제거기 뚜껑 111: 뚜껑

120: 가스입구 121: 가스주입관

122: 가스출구 130: 교반기

131: 모터 132: 교반기 축

133: 교반기 날개 200: 유황산화물 흡수탑

201: 연소가스 인입구 210: 가스-슬러리 접촉반응부

211: 트레이판 211a: 돌출부

211b: 오목부 212: 틈새

220: 집수 천정 221: 집수 천정 부재

230: 슬러리 섬프(slurry sump) 231: 슬러리 하강관

240: 지지프레임 250: 교반노즐

251: 교반펌프 252: 체크밸브

253: 교반용 슬러리 전달관 255: 디퓨져(diffuser)

255a: 디퓨져 내면 G, G′: 연소가스

MF: 교반류 S: 슬러리

W: 물방울

Claims

석탄, 석유 등 화석연료를 연소하는 설비로부터 배출되는 연소가스 중에 포함된 유황산화물을 제거하는 장치에 있어서,

상기 연소가스를 받아들여 석회석 슬러리와 접촉시킴으로써 연소가스 중의 유황산화물을 석고 형태로 고정시키고, 탈황된 후의 연소가스를 배출하는 유황산화물 흡수탑(200);

상기 유황산화물 흡수탑(200)의 하부에 형성되며 석회석 슬러리가 채워져 있는 슬러리 충만부(22);

상기 슬러리 충만부(22)의 석회석 슬러리를 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 상부로 이송시키는 슬러리 순환부;

상기 유황산화물 흡수탑(200)의 내부에서 상기 슬러리 순환부에 연결되어 상기 석회석 슬러리를 하방으로 분사하는 복수 개의 슬러리 분사노즐들(12b);

상기 슬러리 분사노즐들(12b)과 상기 슬러리 충만부(22)의 사이에 설치되며, 상기 슬러리 분사노즐들(12b)로부터 분출되어 하강하는 석회석 슬러리들과 상기 유황산화물 흡수탑(200) 안에서 상승 이동하는 연소가스가 접촉하는 공간을 제공하는 가스-슬러리 접촉반응부(210); 및

상기 슬러리 분사노즐들(12b)의 상방에 설치되며, 상기 가스-슬러리 접촉 반응부(210)를 통과하여 상승하는 연소가스 중의 수분을 제거하는 물방울 제거기(11);를 포함하고,

상기 가스-슬러리 접촉반응부(210)의 아래에는 루버(louver) 타입의 집수 천정(220)이 설치되며, 상기 집수 천정(220)은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 중앙부로부터 주변부 쪽으로 갈수록 점차적으로 낮아진 위치들에 복수 개의 집수 천정 부재들(221)이 각각 설치되어 있고, 상기 집수 천정(220)의 주변부에는 슬러리가 모이는 슬러리 섬프(230)가 설치된 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 슬러리 순환부는,

상기 슬러리 충만부(22)로부터 석회석 슬러리를 빼내 상기 슬러리 분사노즐(12b) 쪽으로 이송시키는 슬러리 순환관(12); 및

상기 슬러리 순환관(12) 안의 석회석 슬러리를 가압하여 이송시키는 슬러리 순환펌프(12c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 가스-슬러리 접촉반응부(210)는 굴곡된 표면을 가지는 복수 개의 트레이 판들(tray plates, 211)이 집결되어 구성됨으로써, 상기 석회석 슬러리가 트레이 판들을 지나는 동안 여러 단계로 낙하하여 낙하속도가 저하되고, 연소가스와 석회석 슬러리 간의 접촉시간과 접촉면적을 크게 한 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 주변부에 인접한 위치에서 상기 슬러리 충만부(22) 안에 복수 개의 교반노즐(250)들이 설치되며, 상기 각 교반노즐(250)들은 상기 슬러리 섬프(230)와 연결됨으로써 상기 슬러리 섬프(230) 안의 슬러리 수두압력(water head pressure)에 의해서 슬러리를 분출하는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제5항에 있어서, 상기 각 교반노즐(250)은 상기 유황산화물 흡수탑의 원주방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제5항에 있어서, 상기 각 교반노즐(250)은 디퓨저(255)와 결합되며, 상기 디퓨저(255)는 내주면의 일부에서 직경이 좁아진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 주변부에 인접한 위치에서 상기 슬러리 충만부(22) 안에 복수 개의 교반노즐(250)들이 설치되되, 상기 교반노즐(250)들은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 원주방향을 따라 배치되고, 상기 각 교반노즐(250)은 상기 유황산화물 흡수탑(200)의 주변부 하부에서 도출된 교반용 슬러리 전달관(253)과 연결되며, 상기 교반용 슬러리 전달관(253) 안의 유체는 교반펌프(251)에 의해서 가압되어 상기 교반노즐(250)로 전달됨으로써, 상기 교반노즐(250)의 분출압에 의해 상기 슬러리 충만부(22) 안의 슬러리의 교반이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.
제8항에 있어서, 상기 각 교반노즐(250)은 디퓨저(255)와 결합되며, 상기 디퓨저(255)는 내주면의 일부에서 직경이 좁아진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가스-슬러리 접촉 트레이식 유황산화물 제거장치.