KR101036979B1 - 배기가스 처리장치 - Google Patents

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다카유키 사이토
히로미치 시마즈
다카노리 나카모토
도시오 가쓰베
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바브콕-히다찌 가부시끼가이샤
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Abstract

배기가스 처리장치에는 연소 장치로부터 배출하는 배기가스에 의해 연소 장치의 연소용 공기를 예열하는 공기 예열기(3)와 배기가스의 열을 열 매체로 회수하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)와 집진장치(5)와 습식 탈황장치(7)와 그 출구의 배기가스를 상기 가스-가스 히터 열회수기(4)로부터 공급되는 열 매체로 가열하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)를 연소 장치의 배기가스 덕트의 상류측으로부터 하류측으로 차례로 배치하고, 더욱이 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)에 있어서의 가스 흐름 방향에 대하여 직교 방향의 인접한 전열관들 사이의 배기가스 유속(관사이 유속)이 1Om/s 미만이 되도록, 상기 열회수기(4)의 전열관군을 가스 흐름 방향에 대해서 정방배열함으로써, 대량의 더스트를 함유하는 배기가스라 하더라도 상기 전열관군의 마모ㅇ부식이 경감된다.

Description

배기가스 처리장치{EXHAUST GAS TREATING APPARATUS}
본 발명은, 습식 탈황장치 출구의 보일러 등의 배기가스를 재가열하는 데에 적합한 가스-가스 열교환기를 구비한 배기가스 처리장치(배연처리장치라고도 한다)에 관한 것이다.
일반적인 배기가스 처리 시스템의 계통을 도 15와 도 10, 도 11에 나타낸다. 도 15에 나타낸 배기가스 처리 시스템에서는, 석탄을 연료원으로 하는 보일러(1) 등의 연소 장치로부터 배출하는 더스트를 다량으로 함유한 배기가스가 탈질장치(2)에 도입되어, 탈질장치(2)내에서 배기가스중의 질소산화물이 제거된 후, 공기 예열기(3)에서 보일러(1)로 공급되는 연소용 공기와 열교환된다. 배기가스는 집진장치(5)(본 명세서에서는 백 필터나 전기집진장치를 포함한 집진장치를 가리킨다)로 배기가스중의 매진(더스트)의 대부분이 제거된 후, 유인 팬(6)에 의해 승압된다. 그 후, 가스-가스 히터(GGH)의 열회수기(4)에 도입되어 열회수된 후, 습식 탈황장치(7)에 도입되어, 탈황제를 함유한 흡수액과 기액접촉하여 배기가스중의 유황산화물(SOx)이 제거된다. 습식 탈황장치(7)에 있어서 포화 가스 온도까지 냉각된 배기가스는, 탈황 팬(9)에 의해 승압되어 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 의해 온도상승 되어, 굴뚝(10)으로부터 배출된다. 한편 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)와 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 사이에는 연결 배관(13)이 설치되어 있으며, 상기 배관(13)내를 열 매체가 순환하고 있다.
또한 다른 배기가스 처리 시스템의 계통을 도 10과 도 11에 나타내고, 그 중의 GGH(가스-가스 히터)의 계통을 도 12와 도 13에 나타낸다. 한편, 상기 각 도면에서 동일 기기에는 동일 번호를 붙이기로 한다.
도 10에 있어서, 보일러(1)로부터의 배기가스는 배기가스 덕트(30)를 흘러 탈질장치(2)에 도입되고, 배기가스 중의 질소산화물이 제거된 후, 공기 예열기(3)에 있어서 보일러(1)에 공급되는 연소용 공기와 열교환된다. 다음에, 배기가스는 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)에 도입되어, 상기 열회수기(4)내를 흐르는 열 매체와 열교환되어 배기가스 온도가 저하하고, 배기가스 중의 매진(煤塵)(더스트)의 전기저항값이 저하한 상태에서 전기집진장치(5)에 도입되어, 배기가스 중 매진의 대부분이 제거된다. 그 후, 배기가스는 유인 팬(6)에 의해 승압되어 습식 배기가스 탈황장치(7)에 도입되어, 탈황제를 함유한 액체와 기액접촉함으로써, 배기가스중의 SOx 및 매진의 일부가 제거된다. 습식 배기가스 탈황장치(7)에 있어서 포화 가스 온도까지 냉각된 배기가스는, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 있어서 상기 열회수기(4)로부터 공급된 열 매체체와 열교환하는 것으로 온도상승되고, 탈황 팬(9)에 의해 더욱 승압되어 굴뚝(10)으로부터 배출된다.
도 11은 도 10에 나타내는 계통에 있어서, 습식 배기가스 탈황장치(7) 출구의 배기가스 중에 포함되는 매진을 더욱 줄이는 목적으로, 습식 배기가스 탈황장치(7)와 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 사이의 배기가스 덕트(30)에 습식 집진장치(19)를 더한 계통이다.
도 10과 도 11에 나타내는 배기가스 처리 시스템의 계통은, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 후류측의 배기가스 덕트(30)에 집진장치(5)가 놓여져 있어, 상기 집진장치(5)에서의 처리 가스 온도가 낮아지기 때문에, 더스트의 전기저항이 내려가서, 더스트 제거 효율이 높고, 도 15에 나타내는 배기가스 처리 시스템에 비해, 더스트 제거 성능이 높다.
근래에는 대기내에의 더스트 배출 규제가 보다 엄격해지고 있기 때문에, 석탄을 연료원으로 하는 보일러 등에서 배출되는 더스트를 다량으로 함유한 배기가스의 처리 시스템으로서는 도 10, 도 11에 나타낸 배기가스 처리 시스템이 주류가 되고 있다.
다음에, 도 10, 도 11에 나타내는 배기가스 처리 시스템의 가스-가스 히터(GGH) 계통에 대하여 도 12와 도 13으로 설명한다.
GGH 열회수기(4)내의 전열관(11)과 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)내의 전열관(12-2)을 연결 배관(13)으로 연결하여, 열 매체순환 펌프(14)에 의해 상기 연결 배관(13)내에 열 매체를 순환시키는 계통이 되고 있다. 열 매체순환계통에는 계 내의 열 매체의 팽창을 흡수하는 목적으로 열 매체탱크(15)가 설치되어 있으며, 또한, 보일러 등의 어떠한 운용에도 안정적인 운용이 가능하도록, 열 매체의 온도를 제어하는 목적으로 열 매체 히터(16)가 설치되어 있다. 또한, 상기 열 매체 히터(16)에서 발생하는 증기 드레인은 열 매체 히터 드레인 탱크(17)로 회수하고, 그 후, 보일러측 탱크(도시하지 않음)에 반송된다.
한편, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기 전열관(11)과 가스-가스 히터(GGH) 재가열기 전열관(12-2)에는, 통상 열교환의 효율을 향상시키기 위해서 핀 부착 전열관이 사용되고 있다. 또, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 전단(前段)에는 습식 배기가스 탈황장치(7)로부터 비산해 오는 부식성 미스트를 제거(증발)하기 위해서 핀이 없는 나관(bare tube)으로 이루어지는 전열관으로 구성된 적어도 3단 이상의 나관군(12-1)을 설치하고 있다.
이러한 구성은 일본 특허공개공보 2000-161647호에 개시되어 있지만, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)와 재가열기(8)를 순환하고 있는 열 매체를 나관군(12-1)에 유입시켜, 상기 나관군(12-1) 표면 온도를 높게 함으로써, 비산 미스트를 제거할 수 있다.
도 13은, 도 12에 나타내는 계통에 있어서 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)의 전단에 설치하는 나관군으로 이루어지는 전열관으로서 SGH(스팀 가스 히터)(20)를 설치하고, 상기 스팀 가스 히터(SGH)(20)에 외부로부터 증기를 투입하는 계통의 구성을 나타낸다. 스팀 가스 히터(SGH)(20)에 있어서 발생하는 증기 드레인은 스팀 가스 히터(SGH) 드레인 탱크(18)로 회수하고, 그 후, 보일러측 탱크(도시하지 않음)로 반송된다.
도 14는, 가스-가스 히터(GGH)의 제진장치로서 슈트 블로워(soot blower) (21)를 설치했을 경우의 개략 측면도(도 14(a))와 도 14(a)의 A-A선단면도(도 14(b))를 나타낸다.
가스-가스 히터(GGH)에 있어서 사용되는 슈트 블로워(21)는, 가스-가스 히터(GGH)에서의 배기가스 온도가 낮기(160℃ 이하) 때문에, 통상, 배기가스 덕트(30)내에 삽입된 상태이다. 슈트 블로워(21)에는 증기 또는 공기가 공급되고 있으며, 슈트 블로워(21)의 가동시에는, 슈트 블로워(21)의 내부에 삽입한 튜브가 회전하면서 왕복할(도 14에 나타내는 예에서는 상하로 움직일) 때에, 상기 튜브에 형성된 구멍으로부터 증기 또는 공기가 분사하여, 가스-가스 히터(GGH) 전열관(핀부착 전열관)(11, 12-2)에 퇴적한 더스트 등을 제거하는 장치이다.
일반적으로, 가스-가스 히터(GGH) 전열관(핀부착 전열관)을 사용한 열교환기에서는, 전열관영역을 통과하는 통과 가스의 유속을 빠르게 함으로써 열교환기의 전열성능은 향상하고, 전체의 전열면적을 줄이는 것이 가능하다.
또한, 전열관으로서 사용하는 핀부착 전열관의 핀 피치를 좁게 함으로써(통상 핀 피치는 5.08mm 이하), 전열관 1개당의 전열면적을 크게 할 수 있어, 열교환기 전체의 전열관의 설치갯수를 줄이는 것이 도모되고, 열교환기 치수를 작게 할 수 있다.
그러나, 가스-가스 히터(GGH)를 설치하는 상기 계통의 배기가스 처리 시스템에 있어서, 공기 예열기(3)의 후류(後流){집진장치(5) 전류(前流)}측의 배기가스 덕트(30)에 설치되는 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)에 도입되는 배기가스 중에는, 다량의 매진(1O∼50 g/m3N 정도)이 함유되어 있으며, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 전열관(11) 및 그 핀의 시간경과에 따라 마모{에쉬 에로젼(ash erosion)에 의한 마모}시키는 문제 및 배기가스 중에 포함된 더스트나 SO3의 전열관(11)에 부착하여 인접한 핀의 사이를 폐색시키는 문제가 있다.
또한, 습식 배기가스 탈황장치(7)의 후류측의 배기가스 덕트(30)에 설치되는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 있어서는, 집진장치(5) 및 습식 배기가스 탈황장치(7)에서 더스트는 제거되고, 그 양은 약 20mg/m3N 이하로 줄고 있다. 그 때문에 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에서는 더스트에 의한 마모(에쉬 에로젼) 환경은 완화된다. 그러나, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 전류측에 설치하는 기기{습식 배기가스 탈황장치(7) 및 습식 집진장치(19)}로부터 비산해 오는 석고 슬러리 등을 포함한 유황산화물 흡수액과 부식성 성분을 포함한 미스트가, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)에 충돌하여, 핀부착 전열관군(12-2)을 부식시키는 문제나, 시간경과에 따라 핀에 더스트가 부착하여 인접한 핀의 사이 및 인접한 전열관사이의 가스가 흐르는 영역을 폐색시키는 문제가 있다.
일반적으로, 가스-가스 히터(GGH)의 제진장치로서는 슈트 블로워(21) 등이 설치되지만, 가스-가스 히터(GGH)를 구성하는 전열관의 효과적인 제진을 행하기 위해서는, 슈트 블로워(21)의 대수를 늘리거나 또는 슈트 블로워(21)의 동작 빈도를 많게 하는 등의 대책이 필요하다.
통상, 슈트 블로워(21)는 3∼5회/일(日)의 빈도로 동작(타이머에 의한 제어)하고 있지만, 핀부착 전열관의 핀에 더스트가 부착하여 인접하는 핀의 사이 및 인접한 전열관사이의 가스가 흐르는 영역을 폐색시키는 문제점에 대해, 최악의 조건을 상정한 동작 빈도로 슈트 블로워(21)의 운전 제어를 하고 있기 때문에, 덕트(30)내에 과잉의 증기량을 투입하는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 가스-가스 히터(GGH)를 설치하는 대량의 더스트에 존재하는 환경을 고려하여, 상기 문제를 해결할 수 있는 가스-가스 히터(GGH) 열회수기 및 가스-가스 히터(GGH) 재가열기의 전열관의 구성을 가진 배기가스 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 과제는, 연소 장치로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 탈질장치와, 탈질장치 출구의 배기가스에 의해 연소 장치의 연소용 공기를 예열하는 공기 예열기와, 상기 공기 예열기 출구의 배기가스의 열을 열 매체로 회수하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터 열회수기와, 상기 가스-가스 히터 열회수기 출구의 배기가스 중의 매진(煤塵)을 회수하는 집진장치와, 상기 집진장치 출구의 배기가스중의 유황산화물을 제거하는 습식 탈황장치와, 상기 습식 탈황장치 출구의 배기가스를 상기 가스-가스 히터 열회수기로부터 공급되는 열 매체로 가열하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터 재가열기를 연소 장치의 배기가스 덕트의 상류측으로부터 하류측으로 차례로 배치하고, 가스-가스 히터 열회수기와 가스-가스 히터 재가열기에 각각 설치된 전열관을 연결하여, 그 내부에 열 매체를 순환시키는 열 매체순환 라인을 형성한 배기가스 처리장치에 있어서,
가스-가스 히터 열회수기와 가스-가스 히터 재가열기의 각 전열관의 적어도 일부에 핀부착 전열관을 이용하여, 가스-가스 히터 열회수기의 전열관의 핀 피치를 7.25mm∼1O.16mm로, 가스-가스 히터 재가열기의 전열관의 핀 피치를 6.35mm∼8.47mm로 하며,
가스 흐름 방향에 대해서 직교하는 방향의 인접한 전열관들 사이의 배기가스 유속인, 관사이 유속이 1Om/s 미만이 되도록, 가스-가스 히터 열회수기의 전열관군을 가스 흐름 방향에 대해서 정방배열한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치에 의하여 달성된다.
상기 배기가스 처리장치는, 습식 탈황장치와 가스-가스 히터 재가열기 사이의 배기가스 덕트에 습식 집진장치를 배치한 구성으로 하여도 좋다.
또, 상기 가스-가스 히터 재가열기의 핀 부착 전열관의 전단에, 적어도 3단 이상의 나관군으로 이루어지는 전열관을 설치하고, 또한, 상기 나관군의 가스 흐름 방향에 대해서 직교하는 방향의 인접한 전열관들 사이의 배기가스 유속인, 관사이 유속이 12∼16m/s이하가 되도록 상기 나관군을 가스 흐름 방향에 대해서 갈지자 배열하는 것이 바람직하다.
상기 가스-가스 히터재가열기의 핀부착 전열관의 전단에 설치되는 나관군으로 이루어지는 전열관은, 가스-가스 히터열회수기와 가스-가스 히터재가열기를 순환하는 열 매체의 순환 라인의 일부로 하거나, 또는 상기 열 매체순환 라인과는 별도로 설치된 스팀이 흐르는 스팀 라인으로 할 수 있다.
또한, 상기 가스-가스 히터열회수기의 전열관을 소정 개수 묶어 1번들(bundle)로 하여, 상기 하나의 번들이 가스 흐름 방향으로 8단 이하의 전열관으로 구성되고, 가스 흐름 방향에 직교하는 방향의 하나의 번들 폭이 3000mm 이하이며, 또한, 각 번들의 가스 흐름의 전후방향에 제진장치를 설치하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 가스-가스 히터 열회수기 또는 가스-가스 히터 재가열기에 제진장치를 설치하고, 하나의 번들의 가스 흐름의 전후방향에 차압계 및/또는 온도계를 설치하고, 또한, 상기 차압계 및/또는 온도계의 측정치가 소정의 값 이상 또는 이하가 되었을 경우에 제진장치를 동작시키는 제어장치를 구비한 구성으로 하여도 좋다.
가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)측의 과제인, 핀부착 전열관부(11)의 재에 의한 마모 및 핀부착 전열관부(11)에의 폐색과 같은 문제는, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 사양을 이하와 같이 규정하는 것에 의해서 해결할 수 있다.
도 15에 나타내는 배기가스 처리 시스템에서는, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)를 집진장치(5)의 후류측의 배기가스 덕트(30)에 설치하고, 대부분의 더스트를 집진장치(5)로 포착한 후의 배기가스를 사용하여 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)로 열교환하므로 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 마모 대책을 세울 필요가 없었다. 그러나, 근래, 도 10과 도 11에 나타내는 배기가스 처리 시스템이 도 15에 나타내는 배기가스 처리 시스템에 비해, 더스트 제거 효율이 높기 때문에, 주류가 되고 있는 것은 이미 설명하였다.
그러나, 도 10, 도 11에 나타내는 바와 같이 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)는 집진장치(5)의 전류(前流)측에 설치되기 때문에, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)에 도입되는 배기가스 중에는 다량의 매진(10∼50g/m3N 정도)이 함유되어 있으므로, 전열관의 마모가 급증할 우려가 있다. 일반적으로 전열관 마모량은, 가스 유속 및 배기가스 중의 더스트 농도의 영향을 받는다. 핀부착 전열관 사양에 따라서도 다르지만, 핀부착 전열관을 가스-가스 히터(GGH)로서 사용하기 위해서는, 일반적으로는 운용상의 마모 한계선 A는 도시한 바와 같은 약 0.1mm/년(年) 이하의 마모 속도인 것이 바람직하다.
본 발명자들은, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기는 집진장치의 전류측에 설치했을 경우의 가스-가스 히터(GGH) 열회수기의 전열관의 마모를 방지하는 방법에 대하여 검토한 결과, 도 6에 나타내는 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 마모량과 가스 유속과 가스중의 더스트 농도의 관계를 찾아내었다.
즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기를 집진장치의 전류측에 설치하고 있기 때문에, 가스 유속이 빨라짐에 따라 전열관의 마모량이 증가하는 것이 확인되었지만, 놀랍게도, 가스 유속 10∼11m/s이상에서는, 배기가스중의 더스트 농도의 많고 적음에 상관없이, 상기 마모량이 급격하게 증가하는 현상을 찾아내었다.
이 때문에, 가스내에 포함된 매진에 의한 애쉬 에로젼(ash erosion)의 방지책으로서 가스-가스 히터(GGH) 열회수기의 전열관(핀부착 전열관)을 통과하는 관사이 유속은 10m/s 미만으로 규정함으로써, 더스트 제거 효율을 높게 유지한 채로, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기의 전열관의 마모를 방지할 수 있다.
한편, 상기 핀부착 전열관부 관사이 유속이란, 도 1(a)에 나타낸 전열관배열 수평 단면도에 있어서, 가스 흐름 방향의 제 1 단째의 전열관의 중심축(L)상에 있어서의 가스 흐름(G)방향에 직교하는 덕트 단면적으로부터 도 12, 도 13의 핀 부착 전열관(11, 12-2)의 전열관(11a, 12-2a) 및 핀(11b, 12-2b)의 가스 흐름(G) 방향에 직교하는 단면적의 합계값을 뺀 공간부 단면 영역을 통과하는 가스 유속을 말한다.
도 7에는, 더스트 농도가 제로 또는 다른 여러 종류의 처리 가스 흐름에 3일간, 핀 피치가 다른 핀 부착 전열관을 배치했을 경우의 가스 흐름의 압력 손실비의 비교 데이터를 나타낸다. 전열관에 핀을 부착하지 않고 나관으로 했을 경우에는, 더스트 농도에 관계없이 전열관을 통과할 때의 압력 손실은 거의 일정하게 된다. 한편, 전열관에 핀을 설치한 핀부착 전열관에 있어서는, 핀 피치가 좁아짐에 따라, 더스트가 인접한 핀 사이에 막히기 쉬워져, 가스 흐름의 압력 손실의 상승과 전열관의 전열성능의 저하 등의 큰 요인이 된다.
일반적으로, 핀부착 전열관을 구비한 열교환기에 있어서는, 핀 피치를 좁게 함으로써, 전열관 1개당의 전열면적이 증가하기 때문에, 열교환상 필요한 전열면적을 마련하기 위해서, 전체로서 가스-가스 히터(GGH)에 설치하는 전열관갯수를 줄이는 것이 가능하다. 이 때문에, 처리 가스가 크린 가스인(더스트가 전혀 없는) 경우에는, 통상, 핀 피치는 경제성의 관점에서 5.08mm이하의 범위에서 채택되는 경우가 많다.
그러나, 처리 가스 중에는 더스트 등이 혼입되어 있기 때문에, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)와 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(11, 12-2)의 핀 피치를 적절한 값으로 설정할 필요가 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 더스트 등을 포함한 처리가스를 취급하는 환경하에서는, 전열관의 더스트 부착에 의한 배기가스 덕트의 횡단면적이 시간 경과에 따라 작아지기 때문에 전열관을 통과할 때의 가스 흐름의 압력 손실이 시간 경과에 따라 증가하는 것을 고려에 넣어, 핀 피치의 최적의 사용 범위가 정해진다.
즉, 매진 및 배기가스중에 포함되는 SO3 등의 부착에 의한 핀부착 전열관의 폐색 방지와 슈트 블로워(21) 등의 제진장치의 제진효과를 향상시킬 목적으로, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 핀부착 전열관의 배열은 정방배열로 하고, 또한, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 전열관의 핀 피치는 7.25mm∼10.16mm로 규정하였다.
한편, 상기 핀 피치란, 전열관의 부분 측면도인 도 1(b)에 나타낸 전열관의 인접한 독립 핀의 간격 F, 또는 도 1(c)에 나타낸 전열관에 감겨진 핀의 피치 F를 말한다.
도 8은 가스-가스 히터(GGH) 전열관부분에서의 배기가스 흐름의 압력 손실(△P)의 시간경과에 따른 변화를 나타내는 도면이다. 전열관부분에서의 압력 손실은 시간의 경과와 함께 서서히 상승해 나가는 경향이 있지만, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이 전열관의 단수가 가스 흐름 방향에 대해서 8단 이하인 경우에는 슈트 블로워를 도 8에 S/B로 기록하는 타이밍에서 가동함으로써, 압력 손실은 거의 초기값까지 회복하지만, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이 전열관 단수가 8단을 넘으면 슈트 블로워를 가동하여도 압력 손실은 초기까지 회복하지 않는다. 또한, 통상, 가스-가스 히터(GGH)는 열교환상 필요한 수의 전열관을 조합한 번들로 하고 있지만, 상기 전열관의 번들이 3000mm 이상의 폭(가스 흐름에 직교하는 방향의 폭)으로 설치되어 있는 경우에도 같은 경향이 있다.
이로부터, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 전열관구성으로서, 제진장치인 슈트 블로워(21)의 제진성능을 향상시키는 목적으로, 상기 번들의 치수를 가스 흐름 방향으로 8단 이하 및 폭방향으로 3000mm 이하가 되도록 규정하고, 상기 번들의 가스 흐름 방향의 전후에 슈트 블로워(21)를 설치한다.
한편, 습식 배기가스 탈황장치(7)의 후류측에 설치되는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 유입하는 배기가스중의 더스트 농도는 20mg/m3N 이하로 많지 않기 때문에, 애쉬 에로젼에 대한 고려는 불필요하고, 가스 유속의 제한은 없고, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 전열관부분을 통과하는 배기가스의 압력 손실과의 관계로부터, 적절한 가스 유속을 선정할 수 있다. 단, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 있어서는, 그로부터 전류측의 덕트(30)내에 배치되는 기기{탈황장치(7), 습식 집진장치(19)}로부터 비산해 오는 흡수액을 포함한 미스트가, 핀부착 전열관(12-2)에 충돌하여, 핀부착 전열관군(12-2)의 부식이 염려된다.
도 9에는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 나관(12-1)의 관사이 가스 유속과 압력 손실 및 미스트 제거 성능의 관계를 나타낸다.
미스트의 제거 성능 및 전열관부분에서의 가스 흐름의 압력 손실은 가스 유속에 의존하고, 가스 유속의 증가와 함께, 미스트 제거율(실선 a) 및 전기 압력 손실비(점선 b) 모두 증가한다.
또, 미스트 제거율은 60%이상인 것이 필요하지만, 가스 유속 16m/s 이상에서는 거의 일정한 값이 되는 것이 확인되었다. 이것은, 습식 배기가스 탈황장치(7)로부터 비산하는 미스트는, 관성 충돌에 의해 상기 나관군에 충돌하여 제거되지만, 어느 일정치 이하의 미스트지름인 것은 상기 나관군에 충돌하지 않고, 배기가스의 흐름에 동반하기 때문이다.
통상, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8) 입구{습식 배기가스 탈황장치(7) 출구}의 미스트량은 100∼150mg/m3N 정도이다. 이러한 조건하에서, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)에 있어서의 부식 환경을 완화하여, 안정된 운용을 행하기 위해서는, 일반적으로는 미스트 제거 효율이 60%이상인 것이 바람직하다. 이로부터, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 나관(12-1)의 관사이 가스 유속은 12m/s∼16m/s의 범위가 가장 유효한 사용 범위인 것을 확인할 수 있었다.
이 때문에, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)의 전단에 가스 흐름에 대해 갈지자 배열로 적어도 3단 이상의 전열관(나관)(12-1)을 배치하고, 또한, 상기 나관(12-1)의 관사이 유속을 12m/s∼16m/s의 범위가 되도록 규정한다.
또한, 상기 나관(12-1)을 설치함과 동시에, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)의 핀 피치를 6.35mm∼8.47mm로 함으로써, 핀부착 전열관(12-2)에 시간 경과에 따라 더스트가 차는 등의 문제도 해소되어 보다 안정된 운용이 가능해진다.
한편, 상기 나관(12-1)의 관사이 유속이란, 도 2의 평면도에 나타내는 전열관 배열에 있어서, 가스 흐름에 대해, 제 1 단째의 나관(12-1)의 중심축(L)에 있어서, 덕트 단면적으로부터 나관(12-1)의 투영 단면적을 뺀 공간부의 투영 단면적의 통과 가스 유속이다.
또한, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기 또는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기의 제진장치로서 슈트 블로워를 설치한 경우에 있어서, 상기 슈트 블로워의 운용 방법으로서, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기 또는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기 전열관 번들의 가스 흐름 방향의 전후에 차압치 또는 온도를 계측하는 수단을 설치하고, 또한, 상기 차압치 또는 온도가 소정치 이상(또는 이하)이 되었을 경우에 슈트 블로워를 동작시킴으로써, 필요에 따라 슈트 블로워를 동작하는 것이 가능하여, 슈트 블로워로 잉여의 증기량을 사용하는 경우가 없어진다.
이상 설명한 바와 같이, 보일러 등으로부터 배출되는 배기가스중의 매진 및 유황산화물을 제거하고, 또한, 굴뚝으로부터 배출하는 배기가스를 재가열하는 수단으로서 가스-가스 열교환기(GGH)를 설치한 배기가스 처리 시스템의 구성에 있어서, 본 발명에 의한 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 사양·구성을 적용함으로써, 시간경과에 따른 핀의 마모·부식을 경감하고, 또한, 매진, SO3 및 흡수액 등의 부착에 의한 핀부착 전열관의 인접한 핀사이 및 인접한 전열관사이의 폐색이 경감되어, 보일러 등으로부터 배출되는 배기가스의 처리장치로서 안정적인 운용이 가능해진다.
더욱이, 가스-가스 히터(GGH)의 제진장치로서의 슈트 블로워 운용 방법으로서, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기 또는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기 번들의 가스 흐름 전후방향의 차압치 및 온도가 소정의 값 이상(또는 이하)이 되었을 경우에 슈트 블로워를 동작시킴으로써, 유틸리티 사용량을 최저한으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 사양도를 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 실시형태의 가스-가스 히터(GGH) 재가열기 핀부착관 전류의 나관군의 사양도를 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 실시형태의 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 블록 사양을 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 실시형태의 가스-가스 히터(GGH) 번들 전후에 차압치 또는 온도를 계측하는 수단을 설치한 구성도를 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 실시형태의 가스-가스 히터(GGH) 번들 전후에 차압치 또는 온도를 계측하는 수단을 설치한 구성도를 나타낸다.
도 6은, 본 발명의 실시형태의 전열관의 마모량과 가스 유속과 더스트 농도의 관계를 나타낸다.
도 7은, 본 발명의 실시형태의 핀 피치와 압력 손실의 관계를 나타낸다.
도 8은, 본 발명의 실시형태의 전열관부 압력손실의 시간경과에 따른 변화도를 나타낸다.
도 9는, 본 발명의 실시형태의 나관부에 있어서의 가스 유속과 압력 손실 및 미스트 제거 성능의 관계를 나타낸다.
도 10은, 일반적인 배기가스 처리 시스템의 계통을 나타낸다.
도 11은, 스팀 가스 히터(SGH)를 설치한 경우의 일반적인 배기가스 처리 시스템의 계통을 나타낸다.
도 12는, 가스-가스 히터(GGH) 주변의 일반적인 계통을 나타낸다.
도 13은, 스팀 가스 히터(SGH)를 설치한 경우의 가스-가스 히터(GGH) 회전의 일반적인 계통을 나타낸다.
도 14는, 제진장치로서 슈트 블로워를 설치한 경우의 개략 측면도(도 14(a))와 도 14(a)의 A-A선단면도(도 14(b))를 나타낸다.
도 15는, 종래의 일반적인 배기가스 처리 시스템의 계통을 나타낸다.
이하에, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다. 본 발명의 실시형태에서는, 앞서 설명한 도 10과 도 11에 나타낸 배기가스 처리 시스템의 계통 및 도 12와 도 13에 나타내는 GGH(가스-가스 히터)의 계통이 사용된다.
도 1에 본 실시예의 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4) 및 재가열기(8)에 이용되는 전열관(핀부착 전열관)(11, 12-2)의 사양을 나타낸다. 도 1(a)의 전열관 수평 단면도에 나타낸 바와 같이, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 전열관(핀부착 전열관) (11)은 가스 흐름에 대해서 정방 배열에 배치되고, 또한, 핀부착 전열관(11)의 핀 피치는 7.25mm∼10.16mm로 하고 있다. 또, 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4)의 핀부착 전열관(11)을 통과하는 가스 유속이 관사이 유속으로 1Om/s이하가 되도록 상기 전열관(11)이 배치되는 것을 특징으로 한다.
또, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)의 핀 피치는 6.35mm∼8.47mm로 하고 있다.
표 1에는 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4) 및 재가열기(8)에 이용되는 핀부착 전열관(11, 12-2)의 관사이유속, 전열관 지름, 핀 지름, 전열관 피치, 핀 지름 및 전열관 피치의 대표치를 나타낸다.
열회수기 재가열기
관사이 유속 V(m/s) 〈10 -
전열관 지름 d(mm) 30∼40 30∼40
핀 지름 DF(mm) 60∼80 60∼80
전열관 피치 P(mm) 90∼120 90∼120
핀 피치 7.25∼10.16 6.35∼8.47
도 2는 본 발명이 되는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 전단에 설치하는 전열관(나관)(12-1)의 수평 단면도를 나타낸다. 도 2의 수평 단면도에 나타낸 바와 같이, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 전단에는 가스 흐름에 대해서 갈지자 배열의, 적어도 3단 이상의 전열관(나관)(12-1)을 설치하고 있다. 여기서, 상기 전열관(나관)(12-1)을 통과하는 관사이 유속을 12m/s∼16m/s의 범위로 함으로써, 전류측의 기기로부터 비산해 오는 미스트의 60%이상을 효과적으로 제거할 수 있어, 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)의 핀부착 전열관(12-2)의 부식 환경을 완화할 수 있다. 여기서, 전열관(나관)(12-1)은, 미스트의 증발 효율을 높이는 목적으로, P(전열관피치)/d(전열관 관지름) < 2가 되도록 갈지자 배열로 하였다.
표 2에는 가스-가스 히터(GGH) 재가열기(8)에 이용되는 전열관(나관)(12-1)의 관사이유속, 전열관지름, 전열관피치, 전열관단수의 대표적인 값을 나타낸다.
나관군
관사이유속 V(m/s) 12∼16
전열관 지름 d(mm) 30∼40
전열관 피치 P(mm) 75∼90
전열관 단수(단) ≥3
상기 나관(12-1)의 관사이 유속은, 도 2에 나타내는 전열관 배열에 있어서 가스 흐름에 대해서 제 1 단째의 전열관의 중심축(L)상에서 덕트 단면적으로부터 나관(12-1)의 가스 흐름 방향의 투영 단면적을 뺀 면적에 대응하는 공간부를 통과하는 가스의 유속이다.
다음에, 본 실시예의 가스-가스 히터(GGH) 전열관의 번들의 개략도를 나타낸다.
도 3은 가스-가스 히터(GGH) 열회수기(4) 및 재가열기(8)에 이용되는 열 매체(M)가 흐르는 전열관(핀부착 전열관)(11, 12-2)의 구성 단위로서 각 전열관을 조합하여 블록화한 번들의 일례를 나타낸다. 도 3은 가스-가스 히터(GGH)의 전열관 번들을 직립(매다는 형태) 구조로 했을 경우의 개략도를 나타내고 있는데, 도 3(a)은 배기가스 흐름에 따른 방향의 전열관 번들의 측면도, 도 3(b)는 도 3(a)의 부분 확대도, 도 3(c)는 배기가스 흐름에 직교하는 방향의 전열관 번들의 측면도이다.
슈트 블로워(21)에 의한 제진효과를 향상시키기 위해서, 도 3의 각 번들은 가스 흐름 방향에 대해서 8단 이하이고, 또한, 번들폭(가스 흐름에 직교하는 방향의 폭)이 3000mm 이하가 되는 구성으로 하고 있으며, 각 번들의 배기가스 흐름의 전후방향에는 슈트 블로워(21)를 설치하는 것을 특징으로 한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 번들은 보강기둥(24)의 상부에 설치한 번들 지지 빔(25)에 헤더(23)를 실은 뒤에 상기 헤더(23)에 각 전열관 번들을 매단 방식이다. 한편, 헤더(23)에는 전열관 헤더용 노즐(22)이 접속하고 있다.
이렇게, 가스-가스 히터(GGH) 전열관 번들을 직립(매다는 형태)으로 함으로써, 가스-가스 히터(GGH)의 내부 서포트의 설치수를 경감하고, 가스-가스 히터(GGH)의 전체 질량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 그 설치도 용이해져, 현지 설치공사를 비교적 간단하게 실시할 수 있다.
도 4(a), (b)와 도 5 (a), (b)에는 본 실시예의 가스-가스 히터(GGH)의 전열관 번들의 가스 흐름의 전후방향에 차압계(27)와 온도계(28)를 설치하고, 상기 계측 수단(27, 28)으로부터의 신호에 의해 슈트 블로워(21)의 모터(32) 등의 구동 제어를 하는 제어장치(31)를 설치한 구성도를 각각 나타낸다.
전열관의 제진장치인 슈트 블로워(21)는, 타이머 등에서의 제어에 의해 통상 3∼5회/일(日)의 빈도로 동작시키고 있지만, 이러한 제어에서는, 인접한 전열관의 사이가 전열관에 부착하는 더스트에 의해 막히지 않도록, 최악의 조건으로 설정한 동작 빈도에 의해 슈트 블로워(21)를 가동시키기 때문에, 과잉의 증기 투입이 되는 경향이 있다.
이 때문에, 도 4에 나타내는 실시예에서는, 차압계(27)와 온도계(28)에 의한 차압치 또는 온도가 소정의 값 이상(또는 이하)이 되었을 경우에, 슈트 블로워(21)를 동작시키는 구성으로 한다.

Claims (6)

  1. 연소 장치로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 탈질장치와,
    탈질장치 출구의 배기가스에 의해 연소 장치의 연소용 공기를 예열하는 공기 예열기와,
    상기 공기 예열기 출구의 배기가스의 열을 열 매체로 회수하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터 열회수기와,
    상기 가스-가스 히터 열회수기 출구의 배기가스 중의 매진(煤塵)을 회수하는 집진장치와,
    상기 집진장치 출구의 배기가스중의 유황산화물을 제거하는 습식 탈황장치와,
    상기 습식 탈황장치 출구의 배기가스를 상기 가스-가스 히터 열회수기로부터 공급되는 열 매체로 가열하는 전열관군으로 이루어지는 가스-가스 히터 재가열기를 연소 장치의 배기가스 덕트의 상류측으로부터 하류측으로 차례로 배치하고,
    가스-가스 히터 열회수기와 가스-가스 히터 재가열기에 각각 설치된 전열관을 연결하여, 그 내부에 열 매체를 순환시키는 열 매체순환 라인을 형성한 배기가스 처리장치에 있어서,
    가스-가스 히터 열회수기와 가스-가스 히터 재가열기의 각 전열관의 적어도 일부에 핀부착 전열관을 이용하여, 가스-가스 히터 열회수기의 전열관의 핀 피치를 7.25mm∼1O.16mm로, 가스-가스 히터 재가열기의 전열관의 핀 피치를 6.35mm∼8.47mm로 하며,
    가스 흐름 방향에 대해서 직교하는 방향의 인접한 전열관들 사이의 배기가스 유속인, 관사이 유속이 1Om/s 미만이 되도록, 가스-가스 히터 열회수기의 전열관군을 가스 흐름 방향에 대해서 정방배열하고,
    가스-가스 히터 열회수기의 전열관을 소정수 묶어 1 번들로 하여, 상기 하나의 번들이 가스 흐름 방향에 8단 이하의 전열관으로 구성되고, 가스 흐름 방향에 직교하는 방향의 하나의 번들폭이 3000mm 이하이고, 또한, 각 번들의 가스 흐름의 전후방향에 제진장치를 설치한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 습식 탈황장치와 가스-가스 히터 재가열기의 사이의 배기가스 덕트에 습식 집진장치를 배치한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 가스-가스 히터 재가열기의 핀부착 전열관의 전단에, 적어도 3단 이상의 나관군으로 이루어지는 전열관을 설치하고, 또한, 상기 나관군의 가스 흐름 방향에 대해서 직교하는 방향의 인접한 전열관들 사이의 배기가스 유속인, 관사이 유속이 12∼16m/s 이하가 되도록, 상기 나관군을 가스 흐름 방향에 대해서 갈지자로 배열한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 가스-가스 히터 재가열기의 핀부착 전열관의 전단에 설치되는 나관군으로 이루어지는 전열관은, 가스-가스 히터 열회수기와 가스-가스 히터 재가열기를 순환하는 열 매체의 순환 라인의 일부로 하거나, 또는 상기 열 매체순환 라인과는 별도로 설치된 스팀이 흐르는 스팀 라인으로 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 가스-가스 히터 열회수기 또는 가스-가스 히터 재가열기에 제진장치를 설치하고, 하나의 번들의 가스 흐름의 전후방향에 차압계 및/또는 온도계를 설치하고, 또한, 상기 차압계 및/또는 온도계의 측정치가 소정의 값 이상 또는 이하가 되었을 경우에 제진장치를 동작하게 하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  6. 삭제
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