KR102043190B1 - 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탈황장치의 챔버를 내측 챔버 및 외측 챔버로 분리하고, 배가스의 이동 속도 및 알칼리성 슬러리의 분사량을 조절하여 탈황 처리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법에 관한 것이다. 이를 위해 습식 탈황장치는 격벽이 설치되어 내측 챔버 및 외측 챔버로 구분되고, 내측 챔버로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되도록 배가스 유입구를 구비하며, 외측 챔버를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스가 배출되도록 배가스 배출구를 구비하는 챔버; 챔버 하부에 위치하고, 알칼리성 슬러리를 공급받아 저장하는 슬러리 저장부; 내측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제1 슬러리 분사부; 외측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제2 슬러리 분사부; 외측 챔버의 상단에 위치하고, 제2 슬러리 분사부를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 미스트 제거부;를 포함하되, 황을 포함하는 배가스는 배가스 유입구로 유입되어 내측 챔버 및 외측 챔버를 순차적으로 통과한 후 배가스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 한다.

Description

탈황 효율을 향상시킬 수 있는 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법{WET DESULFURIZATION APPARATUS CAPABLE OF IMPROVING DESULFURIZATION EFFICIENCY AND WET DESULFURIZATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탈황장치의 챔버를 내측 챔버 및 외측 챔버로 분리하고, 배가스의 이동 속도 및 알칼리성 슬러리의 분사량을 조절하여 탈황 처리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법에 관한 것이다.
일반적으로 배가스 중에 포함되어 있는 황산화물(SOx) 및 산성 가스를 처리하는 방식으로는, 석회석(CaCO3)을 이용한 습식 탈황장치를 주로 이용하게 되는데, 습식 탈황설비는 초기 투자비가 다소 높기는 하나 운영 및 유지비가 적게 든다는 장점이 있어 대형설비에서 주로 사용되는 방식이다. 또한, 석회석(CaCO3)의 경우 국내에서 생산량이 많은 알칼리성 물질로서 가성소다(NaOH)와 같은 비교적 고가의 제품과 달리 저렴하게 이용할 수 있는 장점이 있기 때문에 탈황장치에 다량 사용되고 있다.
종래의 습식 탈황장치(도 1 참조)는, 미처리된 가스가 탈황장치로 유입된 후 챔버에서의 기액접촉을 통해 산성 가스가 흡수되고, 흡수된 산성가스는 알칼리성 슬러리에 의해 아래의 반응 순서로 처리되고, 알칼리성 슬러리는 재순환되어 재분사된다.
SO2(g) + H2O → H2SO3(aq) (1)
H2SO3(aq) ↔ H+ + HSO3 - ↔ 2H+ + SO3 2- (2)
Ca2+ + SO3 2- ↔ CaSO3 (3)
이때, 알칼리성 슬러리에 의해 흡수된 황산화물(SOx)은 아래와 같은 과정을 거쳐 석고(CaSO4·2H2O)로 재생산된다.
O2(g) → O2(aq) (4)
HSO3 - + 1/2 O2 → H+ + SO4 2- (5)
SO4 2- + 1/2 O2 → SO4 2- (6)
CaCO3(s) + 2H+ → Ca2+ + H2O + CO2 (7)
Ca2 + + SO3 2- + 1/2 H2O → CaCO3·1/2 H2O(s) (8)
Ca2 + + SO4 2- + 2H2O → CaSO4·2H2O(s) (9)
한편, 배가스 내의 황산화물을 없애기 위한 pH 농도와 석고 순도를 높이기 위한 pH 농도는 차이가 있는데, 일반적으로, 습식 탈황장치 내부 슬러리의 pH가 4.0 ∼ 5.0 범위에서 석고의 품질이 향상되는 반면 SO2의 흡수율은 저감되고, pH가 5.0 이상으로 유지되는 경우 SO2의 흡수율은 향상되나 석고의 품질은 저하될 수 있는 것으로 알려져 있다.
그런데, 종래의 습식 탈황장치(도 1 참조)는, 탈황장치 내부에서 교반기를 이용하여 슬러리를 교반한 후, 단일 경로(아래에서 위 방향)로 통과하는 배가스에 분사함으로써 탈황 효율이 떨어진다는 문제점이 있었고, 이에 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 습식 탈황장치에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0906805호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 습식 탈황장치 및 이를 이용한 습식 탈황방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 격벽이 설치되어 내측 챔버 및 외측 챔버로 구분되고, 내측 챔버로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되도록 배가스 유입구를 구비하며, 외측 챔버를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스가 배출되도록 배가스 배출구를 구비하는 챔버; 챔버 하부에 위치하고, 알칼리성 슬러리를 공급받아 저장하는 슬러리 저장부; 내측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제1 슬러리 분사부; 외측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제2 슬러리 분사부; 외측 챔버의 상단에 위치하고, 제2 슬러리 분사부를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 미스트 제거부;를 포함하되, 황을 포함하는 배가스는 배가스 유입구로 유입되어 내측 챔버 및 외측 챔버를 순차적으로 통과한 후 배가스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 습식 탈황장치에 의해 달성될 수 있다.
이때, 외측 챔버의 부피는 내측 챔버의 부피보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 슬러리 저장부는, 알칼리성 슬러리를 공급하는 슬러리 공급관을 구비할 수 있고, 산소 기체를 공급하는 산소 기체 공급관을 구비할 수 있으며, 저장된 알칼리성 슬러리를 교반시키는 교반기를 구비할 수 있다.
또한, 제1 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하는 분사 파이프를 포함할 수 있고, 분사 파이프는, 내측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하는 분사 파이프를 포함할 수 있고, 분사 파이프는, 외측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 미스트 제거부는, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 상부 지지프레임, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 하부 지지프레임 및 서로 이격된 상태로 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 결착되고, 여러 굴곡을 갖는 복수 개의 굴곡판을 포함할 수 있고, 굴곡판은, 일측으로 돌출된 수직판 형상의 산부, 타측으로 돌출된 수직판 형상의 골부, 상단부 및 하단부에 각각 형성되어 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 체결되는 수직판 형상의 체결부 및 산부와 골부를 사선 방향으로 연결하거나, 산부와 체결부 또는 골부와 체결부를 사선 방향으로 연결하는 경사판 형상을 갖는 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 미스트 제거부는, 상부 지지프레임보다 상부에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐을 구비하며, 슬러리 저장부로부터 알칼리성 슬러리를 공급받아 하방으로 분사하여 상부 지지프레임, 하부 지지프레임 및 굴곡판에 부착된 미스트를 제거하는 미스트 제거 파이프를 구비할 수 있다.
또한, 습식 탈황장치는 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부, 제2 슬러리 분사부 및 미스트 제거부 중 적어도 어느 하나로 이송하는 양을 제어하는 슬러리 이송량 제어부;를 더 포함할 수도 있다.
이때, 제2 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하는 분사 파이프를 포함할 수 있고, 분사 파이프는, 외측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하며, 슬러리 이송량 제어부는, 가장 위에 형성된 분사 파이프로 가장 많은 양의 슬러리를 이송하고, 가장 아래에 형성된 분사 파이프로 가장 적은 양의 슬러리를 이송하도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 미스트 제거부는, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 상부 지지프레임, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 하부 지지프레임 및 서로 이격된 상태로 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 결착되고, 여러 굴곡을 갖는 복수 개의 굴곡판을 포함할 수 있고, 굴곡판은, 일측으로 돌출된 수직판 형상의 산부, 타측으로 돌출된 수직판 형상의 골부, 상단부 및 하단부에 각각 형성되어 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 체결되는 수직판 형상의 체결부 및 산부와 골부를 사선 방향으로 연결하거나, 산부와 체결부 또는 골부와 체결부를 사선 방향으로 연결하는 경사판 형상을 갖는 연결부를 포함할 수 있으며, 미스트 제거부는, 상부 지지프레임보다 상부에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐을 구비하며, 슬러리 저장부로부터 알칼리성 슬러리를 공급받아 하방으로 분사하여 상부 지지프레임, 하부 지지프레임 및 굴곡판에 부착된 미스트를 제거하는 미스트 제거 파이프를 구비할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 상술한 습식 탈황장치를 이용하여 배가스 내 황(S)을 제거하는 습식 탈황방법에 있어서, 배가스 유입구를 통해 내측 챔버로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되는 제1단계; 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부로 공급하는 제2단계; 제1 슬러리 분사부가 공급받은 알칼리성 슬러리를 배가스 유입구를 통해 내측 챔버로 유입되어 하강기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제3단계; 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제2 슬러리 분사부로 공급하는 제4단계; 제2 슬러리 분사부가 공급받은 알칼리성 슬러리를 내측 챔버를 통과하여 외측 챔버로 유입되어 상승기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제5단계; 미스트 제거부를 이용하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 제6단계; 및 황(S) 및 수분이 제거된 배가스를 배출하는 제7단계;를 포함하는 습식 탈황방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 제3단계에서 하강기류를 형성하는 배가스의 이동 속도는, 제5단계에서 상승기류를 형성하는 배가스의 이동 속도보다 빠른 것이 바람직하다.
또한, 제5단계의 제2 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하고, 외측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성된 분사 파이프를 포함하는 것이 바람직하고, 가장 위에 형성된 분사 파이프로 가장 많은 양의 슬러리를 이송하고, 가장 아래에 형성된 분사 파이프로 가장 적은 양의 슬러리를 이송하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 격벽을 이용하여 챔버를 내측 챔버와 외측 챔버로 분리하고, 배가스의 이동 속도 및 알칼리성 슬러리의 분사량을 조절하여 탈황 처리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
구체적으로, 1차 탈황 처리된 배가스의 이동 속도를 느리게 조절하고, 슬러리 분사부(분사 파이프)는 다단으로 형성하며, 각 분사 파이프에 이송하는 슬러리의 양을 달리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 습식 탈황장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 예에 따른 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 예에 따른 미스트 제거부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황장치는 격벽(13)이 설치되어 내측 챔버(C2) 및 외측 챔버(C1)로 구분되고, 내측 챔버(C2)로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되도록 배가스 유입구(11)를 구비하고, 외측 챔버(C1)를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스가 배출되도록 배가스 배출구(12)를 구비하는 챔버(10); 챔버(10) 하부에 위치하고, 알칼리성 슬러리를 공급받아 저장하는 슬러리 저장부(20); 내측 챔버(C2)에 위치하고, 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제1 슬러리 분사부(30); 외측 챔버(C1)에 위치하고, 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제2 슬러리 분사부(35); 외측 챔버(C1)의 상단에 위치하고, 제2 슬러리 분사부(35)를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 미스트 제거부(40);를 포함하고, 황을 포함하는 배가스는 배가스 유입구(11)로 유입되어 내측 챔버(C2) 및 외측 챔버(C1)를 순차적으로 통과한 후 배가스 배출구(12)로 배출된다.
본 발명은 격벽(13)을 이용하여 챔버(10)를 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)로 분리하고, 배가스의 이동 속도 및 알칼리성 슬러리의 분사량을 조절하여 탈황 처리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 즉, 기존의 습식 탈황장치가 아래에서 위로 향하는 단일 경로인 반면, 본 발명은 유입되는 배가스가 하강 기류를 형성하여 1차 탈황 처리된 후, 상승 기류를 형성하여 2차 탈황 처리되게 함으로써 탈황 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
챔버(10)는 내부에 수직 방향(본 명세서에서 도 2 기준 위아래 방향을 의미한다.)으로 격벽(13)이 설치되어 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)로 구분되고, 내측 챔버(C2)로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되도록 배가스 유입구(11)를 구비할 수 있으며, 외측 챔버(C1)를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스가 배출되도록 배가스 배출구(12)를 구비할 수 있다. 챔버(10)의 하부에는 알칼리성 물질을 포함하는 슬러리가 저장(수용)되는 슬러리 저장부(20)가 위치하고, 배가스 내부의 황을 제거하기 위하여 알칼리성 슬러리를 분사하는 제1 슬러리 분사부(30) 및 제2 슬러리 분사부(35)가 각각 내측 챔버(C2) 및 외측 챔버(C1)에 위치하며, 제2 슬러리 분사부(35)를 통과하여 탈황 처리가 일어난 배가스의 수분을 제거하는 미스트 제거부(40)가 외측 챔버(C1)의 상단에 위치한다. 이때, 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)는 모두 원통 형상인 것이 바람직하다. 즉, 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)를 원통 형상으로 마련하고, 배가스 배출구(12)는 외측 챔버(C1)의 접선 방향으로 설치되어 배가스 유입구(11)로 유입되어 1차 탈황 처리된 배가스가 내측 챔버(C2)의 외부면을 감싸면서 외측 챔버(C1) 내부 공간을 회전 이동하게 함으로써 배가스를 외측 챔버(C1) 내부에 오랜 시간 머무르게 할 수 있고, 상대적으로 긴 시간 동안 탈황 처리할 수 있다.
또한, 외측 챔버(C1)의 부피(V1)는 내측 챔버(C2)의 부피(V2)보다 크게 하는 것이 바람직하다(도 3 참조, 음영 표시 영역이 부피를 의미함). 챔버(10) 내부로 유입되는 배가스의 유량이 일정할 때, 부피가 상대적으로 클 경우, 느린 유속이 형성되는데, 최초 배가스 유입구(11)로 유입되는 배가스에는 많은 양의 황이 포함되어 있어 상대적으로 빠른 속도로 배가스가 이동(기액 접촉 시간이 짧음)하더라도 많은 황을 제거할 수 있다. 그러나, 내측 챔버(C2)에서 1차적으로 황이 제거된 배가스가 외측 챔버(C1)로 유입되어 빠르게 이동할 경우, 잔존하는 황의 제거가 쉽지 않다. 따라서, 외측 챔버(C1)의 부피(V1)를 내측 챔버(C2)의 부피(V2)보다 크게 함으로써 외측 챔버(C1)에서의 배가스 유속을 저하시켜 기액 접촉 시간을 충분히 확보하는 것이 바람직하고, 이를 통해 탈황 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
슬러리 저장부(20)는 알칼리성 물질을 포함하는 슬러리('알칼리성 슬러리'라고도 한다.)를 공급하는 슬러리 공급관(21)을 구비할 수 있고, 알칼리성 슬러리를 공급받아 수용(저장)한다. 이때, 알칼리성 물질은 석회석(CaCO3), 소석회(Ca(OH)2), 암모니아(NH3), 수산화나트륨(NaOH) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 경제성, 생산성 등을 고려할 때, 석회석(CaCO3)을 사용하는 것이 바람직하다. 슬러리 저장부(20)에 저장되는 알칼리성 슬러리의 pH는 탈황 처리 효율이나 생산되는 석고의 품질에 따라 조절될 수 있고, 바람직하게는, pH 4.5~6.0로 유지될 수 있다.
또한, 슬러리 저장부(20)는 석고를 생산하기 위하여 내부로 산소 기체를 공급하는 산소 기체 공급관(22)을 구비할 수 있고, 저장된 알칼리성 슬러리의 pH가 균일하게 형성될 수 있도록 알칼리성 슬러리를 교반하는 교반기(23)를 구비할 수 있다.
제1 슬러리 분사부(30) 및 제2 슬러리 분사부(35)는 각각 내측 챔버(C2) 및 외측 챔버(C1)에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐(32, 37)을 구비하는 분사 파이프(31, 36)를 포함할 수 있으며, 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사함으로써 배가스를 탈황 처리한다. 이때, 탈황 처리 효율 향상을 위하여 분사 파이프(31, 36)는 도 4에서와 같이, 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 다량의 슬러리를 분사하기 위하여 다단으로 형성되는 것이 바람직하고, 각 분사 노즐(32, 37)의 분사 방향이 겹치지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
미스트 제거부(40)는 외측 챔버(C1)의 상단에 위치하여 제2 슬러리 분사부(35)를 통과하여 황이 제거된 배가스의 수분을 제거할 수 있다. 도 5는 일 예에 따른 미스트 제거부(40)를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 5를 참조하여 설명하면, 미스트 제거부(40)는 외측 챔버(C1)의 내측벽에 고정된 상부 지지프레임(41), 외측 챔버(C1)의 내측벽에 고정된 하부 지지프레임(42) 및 서로 이격된 상태로 상부 지지프레임(41) 및 하부 지지프레임(42)에 결착되고, S자 형상으로 여러 굴곡을 갖는 복수 개의 굴곡판(43)을 포함할 수 있다. 이때, 굴곡판(43)은, 일측으로 돌출된 수직판 형상의 산부(44), 타측으로 돌출된 수직판 형상의 골부(45), 상단부 및 하단부에 각각 형성되어 상부 지지프레임(41) 및 하부 지지프레임(42)에 체결되는 수직판 형상의 체결부(47) 및 산부(44)와 골부(45)를 사선 방향으로 연결하거나, 산부(44)와 체결부(47) 또는 골부(45)와 체결부(47)를 사선 방향으로 연결하는 경사판 형상을 갖는 연결부(46)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 굴곡판(43)은 수직판과 경사판이 교번 연결되어 형성됨으로써, 배가스가 자연스럽게 상측으로 안내되어 원활히 통과되도록 하면서도 수분(미스트)은 충돌 또는 부착되도록 차단하여 제거할 수 있다. 즉, 배가스는 이러한 굴곡판(43)들 사이의 틈새를 그대로 통과하지만, 배가스에 포함된 수분(미스트)은 굴곡판(43)들 사이의 틈새로 흐르면서 굴곡진 부분에 충돌하여 탈황장치 하부로 낙하하거나 굴곡판(43)에 부착되고, 부착된 수분들은 서로 합쳐지면서 중력에 의해 수직판의 수직면과 경사판의 하향 경사면을 따라 흘러 내려가면서 탈황장치 하부로 낙하하여 수분 제거 효율이 증가할 수 있다.
또한, 미스트 제거부(40)는 도 6에 도시된 것과 같이, 상부 지지프레임(41)보다 상부에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐(49)을 구비하며, 슬러리 저장부(20)로부터 알칼리성 슬러리를 공급받아 하방으로 분사하여 상부 지지프레임(41), 하부 지지프레임(42) 및 굴곡판(43)에 부착된 미스트를 제거하는 미스트 제거 파이프(48)를 포함할 수 있다. 즉, 알칼리성 슬러리를 분사하여 굴곡판(43) 등에 부착된 수분을 제거하는 한편, 배가스 내 미처리된 황을 제거할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 도 7과 같이 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부(30), 제2 슬러리 분사부(35) 및 미스트 제거부(40) 중 적어도 어느 하나로 이송하는 양을 제어하는 슬러리 이송량 제어부(50)를 더 포함할 수도 있다. 특히, 슬러리 이송량 제어부(50)는 제1 슬러리 분사부(30) 및 제2 슬러리 분사부(35)의 분사 파이프(31, 36)가 다단으로 형성되는 경우, 미스트 제거부(40)가 미스트 제거 파이프(48)를 구비하는 경우, 각 파이프로 이송되는 슬러리의 양을 제어함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 배가스가 상승기류를 형성하는 외측 챔버(C1)의 슬러리 분사량을 조절하는 것이 중요하다. 즉, 내측 챔버(C2)는 배가스가 하강 기류를 형성하여 분사된 슬러리와 충분히 접촉할 수 있지만, 외측 챔버(C1)는 배가스가 상승 기류를 형성하여 황의 농도가 점차 줄어드는 위쪽에 더 많은 양의 슬러리를 분사하여 접촉시켜야 탈황 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 제2 슬러리 분사부(35)의 분사 파이프(36)가 다단으로 형성된 경우, 가장 낮은 위치에 설치된 분사 파이프(36)는 상대적으로 많은 황 성분을 포함하는 배가스에 슬러리를 분사하므로 가장 적은 양의 슬러리를 공급(가장 얇은 선으로 표현)하고, 가장 높은 위치에 설치된 분사 파이프(36)는 상대적으로 적은 황 성분을 포함하는 배가스에 분사하므로 가장 많은 양의 슬러리를 공급(가장 두꺼운 선으로 현)하는 것이 바람직하다.
한편, 미스트 제거 파이프(48)로 공급되는 슬러리는 굴곡판(43) 등에 부착된 수분을 제거하는 것이 주목적이고, 잔존한 황을 제거하는 것이 부차적인 목적이므로, 경제성을 고려해 간헐적으로 공급(점선으로 표현)하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상술한 습식 탈황장치를 이용한 습식 탈황방법에 대해 설명한다. 이를 설명하기 위하여 상술한 습식 탈황장치를 이용하므로, 중복된 설명에 대해서는 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 습식 탈황방법은 상술한 습식 탈황장치를 이용한 습식 탈황방법으로서, 배가스 유입구(11)를 통해 내측 챔버(C2)로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되는 제1단계; 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부(30)로 공급하는 제2단계; 제1 슬러리 분사부(30)가 공급받은 알칼리성 슬러리를 배가스 유입구(11)를 통해 내측 챔버(C2)로 유입되어 하강기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제3단계; 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 제2 슬러리 분사부(35)로 공급하는 제4단계; 제2 슬러리 분사부(35)가 공급받은 알칼리성 슬러리를 내측 챔버(C2)를 통과하여 외측 챔버(C1)로 유입되어 상승기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제5단계; 미스트 제거부(40)를 이용하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 제6단계; 및 황(S) 및 수분이 제거된 배가스를 배출하는 제7단계;를 포함한다.
본 발명은 격벽(13)을 이용하여 챔버(10)를 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)로 분리하고, 배가스의 이동 속도 및 알칼리성 슬러리의 분사량을 조절하여 탈황 처리함으로써 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 즉, 기존의 습식 탈황장치가 아래에서 위로 향하는 단일 경로인 반면, 본 발명은 유입되는 배가스가 하강 기류를 형성하여 1차 탈황 처리된 후, 상승 기류를 형성하여 2차 탈황 처리되게 함으로써 탈황 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
제1단계는 배가스가 유입되는 단계로, 배가스 유입구(11)는 내측 챔버(C2)와 연결되도록 형성되어 황(S)을 포함하는 배가스가 배가스 유입구(11)를 통해 내측 챔버(C2)로 유입되고, 하강기류를 형성한다.
제2단계는 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부(30)로 공급하는 단계이다. 이때, 알칼리성 슬러리의 pH는 4.5~6.0일 수 있다.
제3단계는 제1 슬러리 분사부(30)가 공급받은 알칼리성 슬러리를 하강기류를 형성하는 배가스에 분사하여 탈황 처리하는 단계로, 탈황 처리 효율을 향상시키기 위하여 제1 슬러리 분사부(30)는 복수 개의 분사 노즐(32)을 구비하는 분사 파이프(31)를 이용하여 슬러리 저장부(20)로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하고, 분사 파이프(31)는 내측 챔버(C2)의 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제3단계에서 하강기류를 형성하는 배가스의 이동 속도는 후술하는 제5단계에서 상승기류를 형성하는 배가스의 이동 속도보다 빠를 수 있다. 내측 챔버(C2)로 유입되는 배가스는 상대적으로 황을 많이 포함하고 있어 탈황 처리가 용이하기 때문이다.
제4단계는 슬러리 저장부(20)에 저장된 알칼리성 슬러리를 제2 슬러리 분사부(35)로 공급하는 단계이다. 이때, 알칼리성 슬러리의 pH는 4.5~6.0일 수 있다.
제5단계는 제2 슬러리 분사부(35)가 공급받은 알칼리성 슬러리를 내측 챔버(C2)를 통과하여 외측 챔버(C1)로 유입되어 상승기류를 형성하는 배가스에 분사하여 탈황 처리하는 단계로, 탈황 처리 효율을 향상시키기 위하여 제2 슬러리 분사부(35) 는 복수 개의 분사 노즐(37)을 구비하는 분사 파이프(36)를 이용하여 슬러리 저장부(20)로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하고, 분사 파이프(36)는 외측 챔버(C1)의 수직 방향으로 다단 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 탈황 처리 효율을 보다 향상시키기 위해서 가장 위에 형성된 분사 파이프(36)로 가장 많은 양의 슬러리를 이송하고, 가장 아래에 형성된 분사 파이프(36)로 가장 적은 양의 슬러리를 이송하도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 상대적으로 황이 많은 배가스에는 적은 양의 슬러리를 분사하고, 상대적으로 황이 적은 배가스에는 많은 양의 슬러리를 분사하여 탈황 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 내측 챔버(C2)와 외측 챔버(C1)가 원통 형상으로 형성되고, 외측 챔버(C1)의 접선 방향으로 배가스 배출구가 설치되면 내측 챔버(C2)를 통과하여 외측 챔버(C1)로 유입된 배가스는 내측 챔버(C2)의 외부면을 감싸면서 외측 챔버(C1) 내부 공간을 회전 및 상승하게 되어 상대적으로 긴 시간 동안 탈황 처리될 수 있다.
또한, 제5단계에서 상승기류를 형성하는 배가스의 이동 속도는, 제3단계에서 하강기류를 형성하는 배가스의 이동 속도보다 느린 것이 바람직하다. 외측 챔버(C1)를 통과하는 배가스는 1차 탈황 처리되어 대부분이 황이 제거된 상태이므로 내측 챔버(C2)와 동일한 조건으로 탈황 처리할 경우, 남아 있는 황을 제거하기가 쉽지 않다. 따라서, 외측 챔버(C1)의 부피(V1)를 내측 챔버(C2)의 부피(V2)보다 크게 하여 배가스의 이동 속도를 늦추고, 기액 접촉 시간을 늘림으로써 탈황 처리 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
제6단계는 미스트 제거부(40)를 이용하여 황이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 단계로, 상부 지지프레임(41), 하부 지지프레임(42) 및 굴곡판(43)을 배치하여 배가스와 물리적인 충돌을 유도한 후, 굴곡판(43) 등에 수분을 부착시킴으로써 배가스 내 수분을 제거한다.
제7단계는 탈황 처리가 끝난 배가스를 배출하는 단계로, 배출된 배가스는 후속되는 처리시설(전기 집진장치 등)로 이송될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
10 : 챔버
11 : 배가스 유입구
12 : 배가스 배출구
13 : 격벽
20 : 슬러리 저장부
21 : 슬러리 공급관
22 : 산소 기체 공급관
23 : 교반기
30 : 제1 슬러리 분사부
31 : 분사 파이프
32 : 분사 노즐
35 : 제2 슬러리 분사부
36 : 분사 파이프
37 : 분사 노즐
40 : 미스트 제거부
41 : 상부 지지프레임
42 : 하부 지지프레임
43 : 굴곡판
44 : 산부
45 : 골부
46 : 연결부
47 : 체결부
48 : 미스트 제거 파이프
49 : 분사 노즐
50 : 슬러리 이송량 제어부
C1 : 외측 챔버
C2 : 내측 챔버
V1 : 외측 챔버의 부피
V2 : 내측 챔버의 부피

Claims (23)

  1. 격벽이 설치되어 내측 챔버 및 외측 챔버로 구분되고, 내측 챔버로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되도록 배가스 유입구를 구비하며, 외측 챔버를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스가 배출되도록 배가스 배출구를 구비하는 챔버;
    챔버 하부에 위치하고, 알칼리성 슬러리를 공급받아 저장하는 슬러리 저장부;
    내측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제1 슬러리 분사부;
    외측 챔버에 위치하고, 슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 공급받아 배가스에 분사하는 제2 슬러리 분사부;
    외측 챔버의 상단에 위치하고, 제2 슬러리 분사부를 통과하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 미스트 제거부; 및
    슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부, 제2 슬러리 분사부 및 미스트 제거부 중 적어도 어느 하나로 이송하는 양을 제어하는 슬러리 이송량 제어부;를 포함하고,
    상기 제2 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐; 및 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하되, 외측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성되는 분사 파이프;를 포함하며,
    상기 슬러리 이송량 제어부는, 상기 제2 슬러리 분사부의 가장 위에 형성된 분사 파이프로 가장 많은 양의 슬러리를 이송하고, 가장 아래에 형성된 분사 파이프로 가장 적은 양의 슬러리를 이송하도록 제어하고,
    황을 포함하는 배가스는 배가스 유입구로 유입되어 하강 기류로 내측 챔버를 통과한 후, 상승 기류로 외측 챔버를 순차적으로 통과한 후 배가스 배출구로 배출되되, 상기 외측 챔버의 부피가 내측 챔버의 부피보다 커서, 하강 기류로 내측 챔버를 통과하는 배가스의 이동 속도가 상승 기류로 외측 챔버를 통과하는 배가스의 이동 속도에 비해 빠르며,
    상기 미스트 제거부는, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 상부 지지프레임; 외측 챔버의 내측벽에 고정된 하부 지지프레임; 서로 이격된 상태로 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 결착되고, 여러 굴곡을 갖는 복수 개의 굴곡판; 및 상부 지지프레임보다 상부에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐을 구비하는 미스트 제거 파이프;를 구비하고,
    상기 미스트 제거 파이프는 슬러리 저장부로부터 알칼리성 슬러리를 공급받아 하방으로 분사하여 상부 지지프레임 하부 지지프레임 및 굴곡판에 부착된 미스트와 배가스 내의 미처리된 황을 제거하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 슬러리 저장부는,
    알칼리성 슬러리를 공급하는 슬러리 공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  4. 제1항에 있어서, 슬러리 저장부는,
    산소 기체를 공급하는 산소 기체 공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  5. 제1항에 있어서, 슬러리 저장부는,
    저장된 알칼리성 슬러리를 교반시키는 교반기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 슬러리 분사부는,
    복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하는 분사 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  7. 제6항에 있어서, 분사 파이프는,
    내측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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  11. 제1항에 있어서, 굴곡판은,
    일측으로 돌출된 수직판 형상의 산부,
    타측으로 돌출된 수직판 형상의 골부,
    상단부 및 하단부에 각각 형성되어 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 체결되는 수직판 형상의 체결부 및
    산부와 골부를 사선 방향으로 연결하거나, 산부와 체결부 또는 골부와 체결부를 사선 방향으로 연결하는 경사판 형상을 갖는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황장치.
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  17. 삭제
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  20. 제1항, 제3항 내지 제7항 및 제11항 중 어느 한 항에 기재된 습식 탈황장치를 이용하여 배가스 내 황(S)을 제거하는 습식 탈황방법에 있어서,
    배가스 유입구를 통해 내측 챔버로 황(S)을 포함하는 배가스가 유입되는 제1단계;
    슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제1 슬러리 분사부로 공급하는 제2단계;
    제1 슬러리 분사부가 공급받은 알칼리성 슬러리를 배가스 유입구를 통해 내측 챔버로 유입되어 하강기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제3단계;
    슬러리 저장부에 저장된 알칼리성 슬러리를 제2 슬러리 분사부로 공급하는 제4단계;
    제2 슬러리 분사부가 공급받은 알칼리성 슬러리를 내측 챔버를 통과하여 외측 챔버로 유입되어 상승기류를 형성하는 배가스에 분사하여 황(S)을 제거하는 제5단계;
    미스트 제거부를 이용하여 황(S)이 제거된 배가스의 수분을 제거하는 제6단계; 및
    황(S) 및 수분이 제거된 배가스를 배출하는 제7단계;를 포함하고,
    내측 챔버의 부피에 비해 외측 챔버의 부피가 커서, 상기 제3단계에서 하강기류를 형성하는 배가스의 이동 속도는, 제5단계에서 상승기류를 형성하는 배가스의 이동 속도보다 빠르고,
    상기 제5단계의 제2 슬러리 분사부는, 복수 개의 분사 노즐을 구비하여 슬러리 저장부로부터 공급받은 알칼리성 슬러리를 분사하고, 외측 챔버의 수직 방향으로 다단 형성된 분사 파이프를 포함하되,
    슬러리 이송량 제어부를 통해 가장 위에 형성된 분사 파이프로 가장 많은 양의 슬러리를 이송하고, 가장 아래에 형성된 분사 파이프로 가장 적은 양의 슬러리를 이송하도록 제어하고,
    상기 제6단계에서 미스트 제거부는, 외측 챔버의 내측벽에 고정된 상부 지지프레임; 외측 챔버의 내측벽에 고정된 하부 지지프레임; 서로 이격된 상태로 상부 지지프레임 및 하부 지지프레임에 결착되고, 여러 굴곡을 갖는 복수 개의 굴곡판; 및 상부 지지프레임보다 상부에 위치하고, 복수 개의 분사 노즐을 구비하는 미스트 제거 파이프;를 구비하되,
    상기 미스트 제거 파이프는 슬러리 저장부로부터 알칼리성 슬러리를 공급받아 하방으로 분사하여 상부 지지프레임 하부 지지프레임 및 굴곡판에 부착된 미스트와 배가스 내의 미처리된 황을 제거하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황방법.
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  22. 삭제
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