KR101272141B1 - 습식 스크러버에 산화 가스를 공급하기 위한 가스 스파저 - Google Patents

습식 스크러버에 산화 가스를 공급하기 위한 가스 스파저 Download PDF

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Abstract

가스 스파저(30)는 슬러리(S)에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버의 탱크(18)에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하도록 작동한다. 상기 가스 스파저(30)는 산화 가스 공급 덕트(32) 내부에 배치되어 물을 함유하는 액체를 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 향해 분사하도록 작동하는 적어도 제 1 액체 공급 노즐(38)을 구비한다. 상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 직경(D)과 같은 특징 단면 치수를 갖는다. 상기 제 1 액체 공급 노즐(38)은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)로부터 상기 특징 단면 치수(D)의 최대 5배의 거리(L1)에 배치된다.

Description

습식 스크러버에 산화 가스를 공급하기 위한 가스 스파저{A GAS SPARGER FOR SUPPLYING OXIDATION GAS TO A WET SCRUBBER}
본 발명은 아황산칼슘 및 황산칼슘을 포함하는 화합물 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 슬러리에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버(wet scrubber)의 탱크에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하도록 작동하는 가스 스파저(sparger)로서, 상기 가스 스파저는 산화 가스 공급 덕트, 및 상기 탱크의 슬러리 내에 산화 가스를 분포시키도록 작동하는 적어도 제 1 산화 가스 공급 노즐을 포함하는 가스 스파저에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 전술한 형태의 습식 스크러버의 탱크에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하는 방법에 관한 것이다.
석탄, 오일, 토탄(土炭: peat), 폐기물 등과 같은 연료를 발전소와 같은 연소 플랜트에서 연소하는 과정에서는, 고온의 프로세스 가스가 발생하며, 흔히 연도 가스(flue gas)로 지칭되는 이러한 고온의 프로세스 가스는 무엇보다 이산화황(SO2)을 함유한다. 이산화황은 흔히 소위 습식 스크러버에서 제거되는 바, 여기에서 연도 가스는 예를 들어 석회석을 함유하는 슬러리와 접촉하게 된다. 슬러리는 습식 스크러버의 재순환 탱크로부터 재순환된다. 이산화황은 슬러리에 의해 흡수되며, 석회석과 반응하여 아황산칼슘(CaSO3)을 형성한다. 아황산칼슘은 바람직한 최종 산물이 아니며, 따라서 산소를 함유하는 산화 가스가 하나 이상의 소위 가스 스파저에 의해 재순환 탱크의 슬러리에 공급된다. 통상적으로, 산소를 함유하는 산화 가스는 대기(ambient air)이지만, 순수 산소 가스와 같은 다른 가스들도 사용될 수 있다. 산소는 슬러리의 아황산칼슘과 반응하여 이를 황산칼슘(CaSO4), 즉 석고로 변환시킨다.
공지된 가스 스파저들의 문제는 이들 스파저가 그 외부 및 내부에 형성되는 아황산칼슘 및 황산칼슘과 같은 고체상 칼슘 퇴적물에 의해 막히는 경향이 있다는 점이다. 이러한 막힘은 결과적으로 빈번한 정비 작업을 초래하며, 이는 습식 스크러버의 작동 중단을 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은, 아황산칼슘 및/또는 황산칼슘을 함유하는 슬러리로 작동하는 습식 스크러버에 산소를 함유하는 가스를 공급하도록 작동하고 공지된 가스 스파저에 비해 정비 작업이 덜 요구되는 가스 스파저를 제공하는 것이다.
이 목적은, 아황산칼슘 및 황산칼슘을 포함하는 화합물들의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 슬러리에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버의 탱크에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하도록 작동하는 가스 스파저로서, 상기 가스 스파저는 산화 가스 공급 덕트, 및 상기 탱크의 슬러리 내에 산화 가스를 분포시키도록 작동하는 적어도 제 1 산화 가스 공급 노즐을 포함하고, 상기 가스 스파저는 상기 산화 가스 공급 덕트 내부에 배치되어 물을 함유하는 액체를 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐을 향해 분사하도록 작동하는 적어도 제 1 액체 공급 노즐을 구비하고, 상기 산화 가스 공급 덕트는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐에서 직경과 같은 특징 단면 치수를 가지며, 상기 제 1 액체 공급 노즐은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐로부터 상기 특징 단면 치수의 최대 5배의 거리에 배치되는 가스 스파저에 의해 달성된다.
이 가스 스파저의 장점은 단단한 퇴적물을 형성할 기회를 갖기 전에 아황산칼슘 및 석고와 같은 슬러리의 임의의 화합물들이 가스 공급 덕트로부터 및 제 1 산화 가스 공급 노즐로부터 제거되는 점이다. 이러한 단단한 퇴적물은 시간이 지나면 산화 가스의 적절한 유동을 방지하게 될 커다란 응집체를 생성하는 경향을 가질 것이다. 가스 공급 덕트 내부에 액체를 분사함으로써 단단한 퇴적물의 형성이 회피되거나 적어도 실질적으로 감소된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화 가스 공급 덕트는 상기 제 1 액체 공급 노즐의 위치와 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐의 위치 사이에서 실질적으로 일직선이다. 이 실시예의 장점은 제 1 산화 가스 공급 노즐이 배치되는 위치를 제 1 액체 공급 노즐이 "바라보기(see)" 때문에 분사된 액체의 세정(flushing) 효과가 향상되는 점이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 스파저는 제 2 액체 공급 노즐을 포함하며, 상기 제 2 액체 공급 노즐은 상기 제 1 액체 공급 노즐로부터 상기 특징 단면 치수의 최대 25배의 거리에 배치된다. 이 실시예의 장점은 제 2 액체 공급 노즐이 제 1 액체 공급 노즐로부터 특정 거리에 배치되는 산화 가스 공급 노즐의 세정 효과를 향상시키는 점이다. 매우 긴 가스 공급 덕트를 갖는 가스 스파저에서는 제 3, 제 4 등의 액체 공급 노즐을 사용하는 것도 가능하며, 각각의 액체 공급 노즐은 가장 가까운 상류 액체 공급 노즐로부터 상기 특징 단면 치수의 최대 25배의 거리에 배치되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 상기 가스 스파저는 상기 가스 공급 덕트로부터 액체를 배출(drain)시키기 위한 배출 파이프를 포함한다. 이 실시예의 장점은 제 1 액체 공급 노즐에 의해 분사된 액체 및 그로인해 제거된 임의의 퇴적물이 산화 가스 공급 노즐들과 간섭할 필요없이 가스 공급 덕트로부터 쉽게 배출될 수 있는 점이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 액체 공급 노즐은 100°미만의 분사 각도를 갖는 노즐이다. 보다 낮은 분사 각도를 갖는 노즐들은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐의 하류에 위치한 산화 가스 공급 노즐들의 효과적인 세정도 제공한다.
본 발명의 다른 목적은, 관련 부품들의 정비를 위한 중단시간을 감소시키는 식으로 습식 스크러버의 재순환 탱크에 산소를 함유하는 가스를 공급하는 효과적인 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은, 아황산칼슘 및 황산칼슘을 포함하는 화합물 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 슬러리에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버의 탱크에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하는 방법으로서, 상기 방법은 산화 가스 공급 덕트, 및 상기 탱크의 슬러리 내에 산화 가스를 분포시키도록 작동하는 적어도 제 1 산화 가스 공급 노즐을 포함하는 가스 스파저에 의해 산화 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 산화 가스 공급 덕트는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐에서 직경과 같은 특징 단면 치수를 가지며, 상기 방법은 물을 함유하는 액체를 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐로부터 상기 특징 단면 치수의 최대 5배의 거리에 배치되는 분사 위치로부터 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐을 향해 분사하는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성된다.
이 방법의 장점은, 가스 스파저가 장시간 동안 퇴적물로부터 깨끗하게 유지되고, 따라서 정비 중단이 종래의 방법에 비해 덜 발생할 것으로 기대될 수 있다는 점이다.
일 실시예에 따르면, 가스 스파저의 산화 가스 공급 노즐들 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 산화 가스를 수증기로 포화시키는데 필요한 물의 양보다 많다. 이 실시예의 장점은 공급되는 액체의 양이 산화 가스를 수증기로 포화시키고 가스 공급 덕트를 세정하기에 충분할 것이 보장되는 점이다.
일 실시예에 따르면, 가스 스파저의 산화 가스 공급 노즐들 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 적어도 0.025 kg의 물의 양에 달한다. 건조 산화 가스 kg당 0.025 kg 미만의 물 양은 가스 공급 덕트 및 산화 가스 공급 노즐들의 덜 효과적인 세정을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
일 실시예에 따르면, 가스 스파저의 산화 가스 공급 노즐들 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 10 kg 미만의 물의 양에 달한다. 건조 산화 가스 kg당 10 kg를 초과하는 물 양은, 가스 공급 덕트 및 산화 가스 공급 노즐들의 세정을 더 향상시키지 않고 작동 비용을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 추가적인 목적들 및 특징들은 상세한 설명 및 청구범위로부터 자명해질 것이다.
본 발명은 이제 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 발전소의 개략 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 스파저의 개략 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 스파저의 개략 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 가스 스파저의 개략 측면도이다.
도 1은 발전소(1)의 개략 측면도이다. 발전소(1)는 석탄이나 오일과 같은 연료가 연소되는 보일러(2)를 포함한다. 연료의 연소는 연도 가스 형태의 프로세스 가스를 발생시킨다. 석탄이나 오일에 함유된 황 종(sulphur species)은 이산화황(SO2)을 형성할 것이며, 이는 연도 가스의 일부를 형성할 것이다. 연도 가스는 보일러(2)로부터 덕트(6)를 거쳐서 전기 집진장치(4)로 전진한다. 그 일 예가 US 4,502,872호에 기재되어 있는 전기 집진장치(4)는 연도 가스로부터 먼지 입자들을 제거하는 작용을 한다.
먼지 입자들의 대부분이 제거된 연도 가스는 이후 덕트(10)를 거쳐서 습식 스크러버(8)로 전진한다. 습식 스크러버(8)는 개구형성된 판(12)을 포함한다. 연도 가스는 개구형성된 판(12)을 통해서 및 개구형성된 판(12) 위에서 유동하는 흡수 슬러리의 유동 층(14)을 통해서 수직 상방으로 유동하게 된다. 펌프(16)는 슬러리를 재순환 탱크(18)로부터 개구형성된 판(12)의 상부로 펌핑하도록 작동한다. 슬러리는 이후 개구형성된 판(12) 위에서 유동 층(14) 형태로 유동하고, 이후 복귀 파이프(19)를 거쳐서 재순환 탱크(18)로 복귀된다. 정화된 연도 가스는 덕트(15)를 거쳐서 습식 스크러버(8)를 떠난다. 습식 스크러버의 바람직한 일 실시예의 상세한 설명은 WO 2005/007274호에서 찾아볼 수 있다.
흡수 슬러리의 유동 층(14)을 통과하는 동안, 연도 가스의 이산화황(SO2)은 명료함을 이유로 도 1에 도시하지 않은 저장고(silo)로부터 슬러리에 공급되는 석회석(CaCO3)과 반응한다. 이산화황과 슬러리에 함유된 석회석 사이의 반응은 하기 반응에 의해 요약될 수 있다:
CaCO3(s) + SO2(g) → CaSO3(aq) + CO2(g) [1.1]
이 반응에 의해 발생되는 아황산칼슘은 바람직한 최종 산물이 아니다. 이 때문에 산소를 함유하는 산화 가스가 재순환 탱크(18)에 공급된다. 산소를 함유하는 산화 가스는 보통 산소를 약 20% 함유하는 압축된 대기일 것이지만, 대안적으로 순수한 산소 가스이거나 또는 산소를 함유하는 다른 가스일 수도 있다. 재순환 탱크(18)에 공급된 산소는 하기 반응에 따라 아황산칼슘과 반응하여 황산칼슘, 즉 석고(CaSO4)를 형성한다:
CaSO3(aq) + 1/2 O2(g) → CaSO4(s) [1.2]
석고는 바람직한 최종 산물이며, 예를 들어 석고 보드의 제조에 재사용될 수 있다. 관련 화합물 중 일부, 예를 들어 석회석, 아황산칼슘 및 황산칼슘은 적어도 어느 정도까지는 슬러리 내에 고체 형태로 존재한다. 따라서, 습식 스크러버(8) 내에서 순환하는 흡수 슬러리는 액체, 보통 물 안에 고체 입자들이 분산되어 있다.
압축기(20)는 대기를 통상 1 내지 3 bar(o)의 압력, 즉 대기압보다 1 내지 3 bar 높은 압력으로 압축하도록 작동한다. 압축기(20)의 작동은 압축된 대기의 온도를 통상 70 내지 90℃로 증가시킨다. 고온의 표면에 의해 초래되는 부상을 방지하기 위해, 경우에 따라 압축기(20) 바로 뒤에 냉각실(22)이 제공될 수도 있다. 워터 노즐(24)은 파이프(26)를 거쳐서 공급되는 물을 냉각실(22) 안에 분사한다. 운송 파이프(28)를 거쳐서 냉각실(22)을 떠나는 압축 공기는 통상 30 내지 50℃의 온도를 가지며, 이는 조작자에 대한 화상 위험이 방지됨을 의미한다. 압축 공기는 가스 스파저(30)로 전진하며, 이 가스 스파저는 압축 공기를 재순환 탱크(18)에 수용된 슬러리 내에 분포시키도록 작동한다.
도 2는 가스 스파저(30)를 보다 상세히 도시한다. 가스 스파저(30)는, 단면으로 도시되어 있으며 통상 30 내지 300 mm의 직경(D)과 통상 1 내지 4 미터의 재순환 탱크(18) 내부의 전체 길이(L)를 갖는 긴 원형 튜브 형태의 산화 가스 공급 덕트(32)를 포함한다. 도 2에서 알 수 있듯이, 운송 파이프(28)는 가스 공급 덕트(32)의 제 1 단부(34)에 연결된다. 재순환 탱크(18)의 내부에서는 가스 공급 덕트(32)의 길이를 따라서 다수의 산화 가스 공급 노즐들(36)이 배치된다. 통상적으로, 각각의 이러한 산화 가스 공급 노즐(36)은 가스 공급 덕트(32)의 벽에 형성되는 원통형 구멍이다. 각각의 산화 가스 공급 노즐(36)의 직경은 통상 6 내지 30 mm이다. 운송 파이프(28)를 거쳐서 공급되는 압축 공기는 가스 공급 덕트(32)에 그 제 1 단부(34)를 거쳐서 진입되며, 가스 공급 덕트(32)를 따라서 가스 공급 노즐들(36)로 전진한다. 압축 공기는 이후 가스 공급 노즐들(36)을 거쳐서 가스 공급 덕트(32)를 떠나며, 재순환 탱크(18)에 수용되어 있는 도 2에서 S로 지칭되는 슬러리와 혼합되어 전술한 산화 반응 [1.2]에 참여한다.
산화 가스 공급 덕트(32) 내부에는 제 1 액체 공급 노즐(38)이 배치되며, 이 노즐은 물을 함유하는 액체를 산화 가스 공급 노즐들(36)을 향해서 분사하도록 작동한다. 파이프(40)는 통상 발전소의 정상 물 공급 시스템의 프로세스 워터가 될 이러한 액체를 제 1 액체 공급 노즐(38)에 공급하도록 작동한다. 파이프(40)에는 밸브(42)가 배치되며, 이 밸브는 제 1 액체 공급 노즐(38)로의 물 유동을 제어하도록 작동한다. 제 1 액체 공급 노즐(38)은 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)로부터 제 1 거리(L1)에 배치되며, 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)은 가스 공급 덕트(32)에 그 제 1 단부(34)에서 진입하는 압축 공기의 운송 방향을 따라서 볼 때 가스 공급 노즐들(36) 중 첫 번째 노즐이다. 제 1 거리(L1)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 가스 공급 덕트(32)의 특징 단면 치수(원형 튜브의 경우에는 직경 D)의 최대 5배이다. 따라서, 가스 공급 덕트(32)가 그 특징 단면 치수로서 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 50 ㎜의 직경(D)을 가지면, 제 1 거리(L1)는 최대 5×50 ㎜ = 250 ㎜이다. 따라서, 제 1 액체 공급 노즐(38)은 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)의 상류에 최대 250 ㎜의 제 1 거리(L1)에 배치되어야 한다.
제 1 액체 공급 노즐(38)에 의해 공급되는 물은 압축 공기를 수증기로 포화시키는 목적과 가스 공급 노즐들(36) 및 가스 공급 덕트(32)의 내부를 물로 세정하는 목적을 달성하는 작용을 한다. 이들 두 가지 목적을 수행함으로써, 석고 및 아황산칼슘과 같은 고체 물질이 가스 공급 노즐들(36)의 내부 또는 주위와 가스 공급 덕트(32) 내부에 퇴적될 위험이 최소화된다. 이러한 퇴적은 가스 스파저(30)의 산화 효과의 감소를 초래할 수 있으며, 심지어는 가스 스파저(30)를 완전히 막아버려서 산화 가스가 재순환 탱크(18)에 전혀 공급될 수 없게 만들 수도 있다. 압축 공기가 수증기에 의해 포화되는 사실은 가스 공급 덕트(32) 내부에서 또는 가스 공급 노즐들(36)의 주위에서 종료되는 슬러리 액적들의 건조 위험을 감소시키며, 이러한 건조는 가스 공급 덕트(32) 내부에 또는 가스 공급 노즐들(36)에 각각 고체 잔류물을 남기는 위험을 제기한다. 제 1 액체 공급 노즐들(38)이 가스 공급 노즐들(36) 및 가스 공급 덕트(32)를 액체로 세정하는 사실은 임의의 이러한 슬러리 액적들을 이것들이 가스 공급 덕트(32)의 내부에 또는 가스 공급 노즐들(36)에 들러붙을 기회를 갖기 전에 제거해버린다.
가스 공급 덕트(32)의 상기 제 1 단부(34)와 대향하는 제 2 단부(46)에는 선택적 배출 파이프(48)가 형성된다. 배출 파이프(48)는 가스 공급 덕트(32)로부터 재순환 탱크(18)의 바닥(50)을 향해서 수직 하방으로 연장된다. 배출 파이프(48)의 전체 길이(H)는 그 길이(H)에 대응하는 액주(liquid column)가 가스 공급 노즐들(36)의 압력 강하보다 높은 압력 강하에 대응하도록 선택된다. 따라서, 정상 작동 조건 하에서, 압축 공기는 가스 공급 노즐들(36)을 거쳐서만 가스 공급 덕트(32)를 떠날 것이며, 배출 파이프(48)를 거쳐서는 그러하지 않을 것이다. 그러나, 제 1 액체 공급 노즐(38)을 거쳐서 분사된 세정액, 및 이러한 세정액의 분사에 의해 씻겨나간 임의의 슬러리는 이러한 배출 파이프(48)를 거쳐서 가스 공급 덕트(32)로부터 배출될 것이다. 배출 파이프(48)가 없으면, 세정액은 대신에 가스 공급 노즐들(36)을 거쳐서 배출될 것이다.
분사된 세정액의 세정 능력은 제 1 액체 공급 노즐(38)로부터 멀어질수록 감소된다. 이 때문에, 때로는 가스 공급 덕트(32) 내부에 하나 이상의 액체 공급 노즐을 배치하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시하듯이, 제 1 액체 공급 노즐(38) 하류에 제 2 액체 공급 노즐(52)을 배치하였다. 파이프(54)는 세정액을 제 2 액체 공급 노즐(52)에 공급하도록 작동하며, 파이프(54)에는 세정액의 이러한 유동을 제어하기 위한 밸브(56)가 배치된다. 제 1 액체 공급 노즐(38)과 제 2 액체 공급 노즐(52) 사이의 제 2 거리(L2)는 가스 공급 덕트(32)의 특징 단면 치수, 즉 직경(D)의 최대 25배인 것이 바람직하다. 따라서, 가스 공급 덕트(32)의 직경(D)이 50 ㎜이면, 제 2 액체 공급 노즐(52)은 제 1 액체 공급 노즐(38)의 하류에 최대 25×50 ㎜ = 1250 ㎜의 제 2 거리(L2)에 배치되어야 한다.
수증기에 의한 산화 가스의 포화, 및 세정 효과를 달성하기 위해서, 제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)에 의한 가스 스파저(30)의 산화 가스 공급 노즐들(36) 전부를 향해 분사되는 물의 전체 양은 산화 가스를 수증기로 포화시키는데 필요한 물의 양보다 많다. 바람직하게, 가스 스파저(30)의 산화 가스 공급 노즐들(36, 44) 전부를 향해 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 0.025 kg 이상의 물에 달한다. 그러므로, 가스 스파저(30)에 공급되는 압축 공기의 양이 시간당 1000 kg의 건조 공기(dry air/h)에 달하면, 제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)을 거쳐서 가스 스파저(30)에 공급되는 물의 양은 모두 해서, 시간당 0.025×1000= 25 kg 이상의 물(water/h)에 달해야 한다. 바람직하게, 가스 스파저(30)의 산화 가스 공급 노즐들(36, 44) 전부를 향해 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 10 kg 미만의 물에 달한다. 따라서, 가스 스파저(30)에 공급되는 압축 공기의 양이 시간당 1000 kg의 건조 공기에 달하면, 제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)을 거쳐서 가스 스파저(30)에 공급되는 물의 전체 양은 바람직하게 시간당 10×1000= 10,000 kg 미만의 물이어야 한다.
도 2를 참조하면 알 수 있듯이, 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 액체 공급 노즐(38)의 위치와 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)의 위치 사이에서 실질적으로 일직선이다. 따라서, 제 1 액체 공급 노즐(38)은 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)과의 사이에 구부러짐이 없기 때문에 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 "바라보며", 이는 세정 효과를 향상시킨다.
가스 공급 덕트(32)에 세정액이 연속적으로 공급되도록 제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)은 연속적으로 작동하는 것이 바람직하다. 그러나, 제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)을 반연속적으로 작동시키는 것도 가능하다. 이 경우 액체 공급 노즐들(38, 52)은 30분마다 적어도 한번 그리고 30분당 적어도 2분 동안 작동되어야 한다.
제 1 및 제 2 액체 공급 노즐들(38, 52)은 소위 풀콘(full-cone) 노즐들인 것이 바람직하며, 100°미만의 분사 각도를 갖는 것이 바람직하다. 유용한 액체 공급 노즐의 일 예는 Wheaton, Illinois, USA에 소재하는 Spraying Systems Co.로부터 시판되는 1/8" GA-2 50°이다.
도 3은 대체 실시예에 따른 가스 스파저(130)의 도시도이다. 운송 파이프(28) 및 슬러리(S)를 수용하는 재순환 탱크(18)는 도 2를 참조하여 전술한 것과 유사하며, 더 이상 자세히 설명하지 않는다. 가스 스파저(130)는 무릎(133)을 갖는 "다리" 형상을 갖는 원통형 튜브를 포함하는 산화 가스 공급 덕트(132)를 포함한다. 대안으로서, 산화 가스 공급 덕트는 "무릎"이 전혀 없는 직선형 원통형 튜브일 수 있다. 운송 파이프(28)는 가스 공급 덕트(132)의 제 1 단부(134)에 압축 공기를 전진시키도록 작동한다. 압축 공기의 운송 방향을 참조할 때 무릎(133)의 하류에는, 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)이 배치된다. 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)은 가스 공급 덕트(132)를 그 제 2 단부(146)에서 절단함으로써 간단히 형성된다. 도 3을 참조하여 알 수 있듯이, 가스 공급 덕트(132)의 이러한 절단은 제 2 단부(146)에서 가스 공급 덕트(132)의 종방향에 대해 약 45°의 각도로 이루어졌다. 재순환 탱크(18) 내에서 가스 공급 노즐(136) 근처에는 교반기(147)가 배치되었다. 교반기(147)는 슬러리를 제 1 산화 가스 공급 노즐(136) 영역으로 이동시켜 슬러리와 압축 공기 사이의 혼합을 향상시키도록 작동한다.
산화 가스 공급 덕트(132) 내부에서 무릎(133) 하류에는 제 1 액체 공급 노즐(138)이 배치되며, 이 노즐은 물을 함유하는 액체를 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)을 향해서 분사하도록 작동한다. 파이프(140)는 제 1 액체 공급 노즐(138)에 세정액을 공급하도록 작동하며, 파이프(140)에는 세정액의 이러한 유동을 제어하기 위한 밸브(142)가 배치된다. 제 1 액체 공급 노즐(138)은 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)로부터 제 1 거리(L1)에 배치된다. 이 거리(L1)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)에서 가스 공급 덕트(132)의 특징 단면 치수(원형 튜브의 경우에는 직경 D)의 최대 5배인 바, 즉 L1은 직경(D)의 최대 5배이다. 도 3을 참조하여 알 수 있듯이, 제 1 액체 공급 노즐(138)에 의해 공급되는 세정액은 제 1 산화 가스 공급 노즐(136)을 거쳐서 재순환 탱크(18) 내로 직접 배출될 것이다.
도 4는 추가적인 대체 실시예에 따른 가스 스파저(230)를 도시한다. 운송 파이프(28) 및 슬러리(S)를 수용하는 재순환 탱크(18)는 도 2를 참조하여 전술한 것과 유사하며, 더 이상 자세히 설명하지 않는다. 가스 스파저(230)는 무릎(233)을 갖는 "다리" 형상을 갖는 원통형 튜브를 포함하는 산화 가스 공급 덕트(232)를 포함한다. 대안으로서, 산화 가스 공급 덕트는 "무릎"이 전혀 없는 직선형 원통형 튜브일 수 있다. 운송 파이프(28)는 가스 공급 덕트(232)의 제 1 단부(234)에 압축 공기를 전진시키도록 작동한다. 압축 공기의 운송 방향을 참조할 때 무릎(233)의 하류에는, 다수의 가스 공급 노즐들(236)이 배치된다. 가스 공급 노즐들(236)은 가스 공급 덕트(232)에 구멍을 천공함으로써 형성된다. 알 수 있듯이, 가스 공급 덕트(232)의 제 2 단부(246)는 가스 공급 노즐들(236)에서 이격 배치된다.
산화 가스 공급 덕트(232) 내부에서 무릎(233) 하류에는 제 1 액체 공급 노즐(238)이 배치되며, 이 노즐은 물을 함유하는 액체를 산화 가스 공급 노즐들(236)을 향해서 분사하도록 작동한다. 파이프(240)는 제 1 액체 공급 노즐(238)에 세정액을 공급하도록 작동하며, 파이프(240)에는 세정액의 이러한 유동을 제어하기 위한 밸브(242)가 배치된다. 제 1 액체 공급 노즐(238)은 산화 가스 공급 노즐들(236) 전부로부터 제 1 거리(L1)에 배치된다. 이 거리(L1)는 상기 산화 가스 공급 노즐들(236)에서 가스 공급 덕트(232)의 특징 단면 치수(원형 튜브의 경우에는 직경 D)의 최대 5배인 바, 즉 L1은 직경(D)의 최대 5배이다. 산화 가스의 전체 유동은 산화 가스 공급 노즐들(236)을 거쳐서 가스 공급 덕트(232)를 떠날 것이지만, 제 1 액체 공급 노즐(238)에 의해 공급되는 세정액의 대부분은 제 2 단부(246)에 있는 구멍을 거쳐서 가스 공급 덕트(232)를 떠날 것이다. 사실, 가스 공급 덕트(232)는 그 제 2 단부(246)에서 개방되는 튜브로서 간단히 형성되며, 따라서 이러한 제 2 단부(246)는 세정액을 배출하기 위한 배출 파이프(248)를 형성한다.
청구범위의 범위 내에서 전술한 실시예들의 수많은 변형이 가능함을 알 것이다.
이상에서는 거의 음용수 품질의 순수한 물인 프로세스 워터가 액체 공급 노즐들(38, 52)에 의해 분사됨으로써 가스 스파저(30)를 세정하기 위해 사용된 것을 설명하였다. 물을 포함한 다른 형태의 액체들도 세정을 위해 사용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 석고 필터 배출 액체와 같은 습식 스크러버의 다양한 액체 재순환물도 세정액으로 사용될 수 있다. 심지어, 공급되는 슬러리 내의 물 양이 압축 공기를 수증기로 포화시키는데 필요한 것보다 많다면 재순환 탱크(18)의 슬러리를 세정액으로 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 보통은, 음용수 또는 프로세스 워터와 같은 보다 순수한 물을 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서는 가스 공급 덕트(32)의 특징 단면 치수가 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 직경(D)인 것을 설명하였다. 대안으로서 가스 공급 덕트가 정사각형 단면을 갖는 튜브 형상을 가지면, 특징 단면 치수는 대신에 그러한 정사각형 단면의 변이 될 것이다. 다른 대안으로서 가스 공급 덕트가 삼각형 단면을 갖는 튜브 형상을 가지면, 특징 단면 치수는 이러한 삼각형 단면의 최단 높이가 될 것이다. 추가로, 또 다른 대안으로서 가스 공급 덕트가 직사각형 단면을 갖는 튜브 형상을 가지면, 특징 단면 치수는 이러한 직사각형 단면의 짧은 변과 긴 변의 합의 절반이 될 것이다.
이상에서는 도 1을 참조하여, 습식 스크러버(8)가 그 위로 유동 층(14)이 유동하는 개구형성된 판(12)을 포함하는 것을 설명하였다. 본 발명에 따른 가스 스파저가 다른 형태의 습식 스크러버에도 사용될 수 있음을 알 것이다. 이러한 형태의 한 가지가, 슬러리가 슬러리 노즐들에 의해 분무되는 타워 스크러버이다. 연도 가스는 타워를 통해서 수직 상방으로 전진하여, 분무된 슬러리와 접촉하게 된다. 분무된 슬러리는 재순환 탱크에서 수집되며, 재순환 탱크는 전술한 형태의 가스 스파저를 구비할 수 있다. 타워 형태의 습식 스크러버의 일 예는 EP 0 162 536 A1에서 찾을 수 있다.
요약하면, 가스 스파저(30)는 슬러리(S)에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하도록 작동하는 습식 스크러버(8)의 탱크(18)에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하도록 작동한다. 가스 스파저(30)는, 산화 가스 공급 덕트(32) 내부에 배치되어 물을 함유하는 액체를 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 향해 분사하도록 작동하는 적어도 제 1 액체 공급 노즐(38)을 구비한다. 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 직경(D)과 같은 특징 단면 치수를 갖는다. 제 1 액체 공급 노즐(38)은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)로부터 상기 특징 단면 치수(D)의 최대 5배인 거리(L1)에 배치된다.
본 발명을 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 당업자라면 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 이루어질 수 있고 그 요소들이 균등물로 치환될 수 있음을 알 것이다. 또한, 특정한 상황 또는 재료를 본 발명의 기술 사상에 적응시키기 위한 여러가지 수정이 본 발명의 본질적인 범위 내에서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 이를 실시하기 위해 고려되는 최선의 방식으로서 개시된 특정 실시예들에 한정되지 않는 한편, 청구범위의 범위에 포함되는 모든 실시예를 망라하도록 의도된다. 더욱이, 제 1, 제 2 등의 용어의 사용은 어떤 순서 또는 중요도를 나타내지 않으며, 오히려 이들 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 식별하기 위해 사용된다.

Claims (10)

  1. 아황산칼슘 및 황산칼슘을 포함하는 화합물들의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 슬러리(S)에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버(scrubber)(8)의 탱크(18)에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하도록 작동하는 가스 스파저(sparger)로서,
    상기 가스 스파저(30)는 산화 가스 공급 덕트(32)로부터 액체를 배출하기 위한 배출 파이프(48)를 포함하는 산화 가스 공급 덕트(32), 및 상기 탱크(18)의 슬러리(S) 내에 상기 산화 가스를 분포시키도록 작동하는 적어도 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 포함하는 가스 스파저에 있어서,
    상기 가스 스파저(30)는, 상기 산화 가스 공급 덕트(32) 내부에 배치되어 물을 함유하는 액체를 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 향해 분사하도록 작동하는 적어도 제 1 액체 공급 노즐(38)을 구비하고,
    상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 단면 치수(D)를 가지며, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 원형 단면, 정사각형 단면, 삼각형 단면, 또는 직사각형 단면을 갖는 튜브 형상을 갖고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 원형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 원형 단면의 직경이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 정사각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 정사각형 단면의 변이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 삼각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 삼각형 단면의 최단 높이이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 직사각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 직사각형 단면의 짧은 변과 긴 변의 합의 절반이고,
    상기 제 1 액체 공급 노즐(38)은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)로부터 상기 단면 치수(D)의 최대 5배의 거리(L1)에 위치되고,
    상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 액체 공급 노즐(38)의 위치와 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)의 위치 사이에서 일직선이고, 상기 분사되는 액체의 전체 양은 상기 산화 가스를 수증기로 포화시키는데 필요한 물의 양보다 많은 것을 특징으로 하는 가스 스파저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 스파저(30)는 제 2 액체 공급 노즐(52)을 포함하며, 상기 제 2 액체 공급 노즐(52)은 상기 제 1 액체 공급 노즐(38)로부터 상기 단면 치수(D)의 최대 25배의 거리(L2)에 위치되는 가스 스파저.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 액체 공급 노즐(38)은 100°미만의 분사 각도를 갖는 노즐인 가스 스파저.
  5. 아황산칼슘 및 황산칼슘을 포함하는 화합물들의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 슬러리(S)에 의해 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하기 위해 작동하는 습식 스크러버(8)의 탱크(18)에 산소를 함유하는 산화 가스를 공급하는 방법으로서,
    상기 방법은 산화 가스 공급 덕트(32), 및 상기 탱크(18)의 슬러리(S) 내에 상기 산화 가스를 분포시키도록 작동하는 적어도 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 포함하는 가스 스파저(30)에 의해 상기 산화 가스를 공급하는 단계를 포함하는 산화 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)에서 단면 치수(D)를 가지며, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)는 원형 단면, 정사각형 단면, 삼각형 단면, 또는 직사각형 단면을 갖는 튜브 형상을 갖고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 원형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 원형 단면의 직경이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 정사각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 정사각형 단면의 변이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 삼각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 삼각형 단면의 최단 높이이고, 상기 산화 가스 공급 덕트(32)가 직사각형 단면을 가질 경우 상기 단면 치수(D)는 상기 직사각형 단면의 짧은 변과 긴 변의 합의 절반이고,
    상기 방법은 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)로부터 상기 단면 치수(D)의 최대 5배의 거리(L1)에 위치된 분사 위치로부터 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)을 향해 물을 함유하는 액체를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 산화 가스는 상기 분사 위치로부터 상기 제 1 산화 가스 공급 노즐(44)의 위치로 직선형 경로를 따라서 전진되고, 상기 분사되는 액체의 전체 양은 상기 산화 가스를 수증기로 포화시키는데 필요한 물의 양보다 많은 것을 특징으로 하는 산화 가스 공급 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가스 스파저(30)의 상기 산화 가스 공급 노즐들(36, 44) 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 상기 산화 가스를 수증기로 포화시키는데 필요한 물의 양보다 많은 산화 가스 공급 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 가스 스파저(30)의 상기 산화 가스 공급 노즐들(36, 44) 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 적어도 0.025 kg의 물의 양에 달하는 산화 가스 공급 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 가스 스파저(30)의 상기 산화 가스 공급 노즐들(36, 44) 전부를 향해서 분사되는 물의 전체 양은 건조 산화 가스 kg당 10 kg 미만의 물의 양에 달하는 산화 가스 공급 방법.
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