KR19990024536A - 소각로 배가스 냉각장치 및 이를 이용한 배가스 처리공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소각로 배가스 냉각 장치 및 이를 이용한 배가스 처리 공정에 관한 것이다. 본 발명은 회전 유도기에 의하여 냉각 장치내에 기체의 와류를 형성하는 방식을 사용하므로, 소형 냉각 장치에서 배가스의 체류 시간을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 회전유도기에 의하여 증발하지 않은 물 입자와 배가스를 완전히 혼합하므로 물 입자의 증발을 촉진하여 배가스를 급속 냉각할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정에 사용되는 냉각 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 상기한 냉각 장치를 사용하여 소각로 배가스 처리 공정에서 효과적인 급속 냉각이 가능하므로, 본 발명에서는 이러한 성질을 사용하여 다이옥신 생성을 억제할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정을 제공한다.

Description

소각로 배가스 냉각장치 및 이를 이용한 배가스 처리공정

본 발명은 소각로 배가스 냉각 장치 및 이를 이용한 배가스 처리 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 유도기가 장착되어 소형의 크기로도 배가스의 온도를 급냉할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정에 사용되는 냉각 장치와, 이를 이용하여 다이옥신의 생성을 억제할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정에 관한 것이다.

폐기물에 포함된 질소, 황, 염소 및 유기성 물질에 의하여 폐기물이 소각된 소각로의 배가스에는 질소 산화물, 아황산가스, 염화수소, 다이옥신 등과 같은 산화물 및 염화유기물, 휘발성 유기물 등이 포함되어 있다. 이러한 유해 물질들은 인체에 직접적으로 악영향을 미치는 유해 물질일 뿐만 아니라, 도시 스모그 및 산성비의 원인이 되는 환경 오염 물질들이므로 국민 건강과 환경 보호를 위하여 소각로 배가스에서 이러한 물질들을 제거한 후 대기로 배출하여야 한다. 따라서, 이러한 유해 물질들의 배출 농도는 법적으로 규제되어 있다.

일반적으로 소각로 배가스로부터 염화수소, 아황산가스 및 질소산화물을 제거하기 위한 소각로 배가스 처리 공정으로는 습식 공정과 반건식 공정이 알려져 있다. 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정 및 반건식 공정의 세부 공정은 각각 적정의 운전 온도를 가지고 있다. 예를 들어, 보일러의 배가스로부터 분진을 제거하는 여과집진기는 150℃내외, 보일러 배가스에 소석회 슬러리를 분무기를 통하여 분무하여 염화수소 및 아황산가스를 제거하는 소석회 건조 반응기는 250℃내외, 소각로 배가스를 가성 소다 용액이나 석회석 용액과 반응시켜서 배가스 중 아황산가스 및 염화수소를 제거하는 세정탑은 80℃내외의 적정 운전 온도를 가진다. 따라서, 소각로 배가스 처리 공정에서는 각 상세 공정에 적정한 운전 온도를 맞추는 것이 필요하다.

도1은 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정에서, 보일러(12)는 소각로(11)로부터 배출되는 배가스로부터 열회수하여 보일러(12) 출구로부터 배출되는 배가스의 온도가 250℃가 되도록 하고, 여과집진기(14)의 전단에는 제1냉각기(13)를 두어 보일러(12)로부터 배출되는 배가스를 냉각하여 배가스의 온도를 여과집진기(14)의 적정 운전 온도인 150℃까지 낮춘다. 여과집진기(14)에서는 보일러(12) 배가스로부터 분진 등을 제거한다. 여과집진기(14)와 세정탑(16) 사이에는 제2냉각기(15)를 두어서 여과집진기(14)로부터 배출되는 배가스를 냉각하여 배가스의 온도를 세정탑(16)의 적정 운전 온도인 80℃까지 낮춘다.

도2는 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리 공정의 반건식 공정이다.

도2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리를 위한 반건식 공정에서, 보일러(22)는 소각로(21)로부터 배출되는 배가스로부터 열회수하여 보일러(22) 출구로부터 배출되는 배가스의 온도가 다음의 소석회 건조 반응기(23)의 적정 운전 온도인 250℃가 되도록 한다. 보일러(22)로부터 배출되는 250℃의 배가스는 다음의 소석회 건조 반응기(23)로 주입되어 소석회 슬러리에 의하여 염화수소 및 아황산가스를 제거된다. 또한, 배가스는 소석회 건조 반응기(23)에서 소석회 슬러리에 의하여 150℃ 정도로 온도가 낮아진다. 150℃ 정도로 온도가 낮아진 배가스는 다음의 여과집진기(24)로 주입되어 배가스 중 분진 등이 제거된다. 여과집진기(24)로부터 배출되는 150℃ 정도 온도의 배가스는 냉각기(25)에 의하여 다음의 세정탑(26)의 적정 운전 온도인 80℃로 냉각된다.

상기한 도1에 도시된 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정에서 제1냉각기(13) 및 제2냉각기(15)와 도2에 반건식 공정에서 냉각기(25)로는 냉각탑 또는 열교환기가 사용된다.

냉각탑의 경우, 물을 분사하고 물을 증발시켜서 물의 증발열을 이용하여 배가스를 냉각시키는 것으로, 물입자를 완전히 증발시키기 위하여 장치의 부피가 커지고 또한 물입자가 완전히 증발하지 않으면 다음 단의 여과집진기 등의 여과포의 성능을 저하시키고, 압력 손실로 인하여 운전비용을 상승시키는 단점이 있다.

열교환기는 간접 냉각 방식을 사용하므로, 효과적인 냉각을 위하여는 장치의 크기가 매우 커지는 단점이 있다.

또한, 종래의 배가스 처리 공정에서 사용되는 이러한 냉각 장치들은 급속한 냉각 효과를 기대할 수 없으므로 보일러로부터 배출되는 배가스의 온도를 약 250℃로 맞추어야 한다. 한편, 다이옥신의 생성 온도 범위는 300℃ 내지 400℃인데, 종래의 배가스 처리 공정에 의하면, 배가스의 다이옥신 생성 온도 범위가 보일러 내에서 통과하게 되므로, 다이옥신 생성을 억제하기 위한 별도의 조치가 없다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 방식의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각 효과를 극대화하여 냉각 장치의 크기를 줄일 수 있는 소각로 배가스 처리 공정에 사용되는 냉각 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각 효과를 극대화하여 작은 부피로도 급속 냉각이 가능한 상기한 본 발명에 의한 냉각 장치를 이용하여 다이옥신 생성을 억제한 소각로 배가스의 처리 공정을 제공하는데 있다.

도1은 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정도,

도2는 종래 기술에 의한 소각로 배가스 처리를 위한 반건식 공정도,

도3은 본 발명에 의한 소각로 배가스 냉각 장치의 구성도,

도4는 도3에 도시된 회전유도기의 사시도,

도5는 소각로 배가스 온도와 다이옥신 생성의 관계를 보여주는 도표,

도6은 본 발명에 의한 냉각 장치를 사용한 소각로 배가스 처리 공정의 습식 공정도,

도7은 본 발명에 의한 냉각 장치를 사용한 소각로 배가스 처리 공정의 반건식 공정도.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 소각로 배가스 냉각 장치는 분사되는 물에 의하여 배가스를 1차로 냉각하기 위하여 물을 분사하는 노즐 및 기체의 회전력을 이용하여 물과 배가스를 재접촉시켜서 배가스를 2차 냉각 처리하기 위한 회전유도기를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

상기 회전유도기는 원통형의 표면에 회전 날개가 양각되어 있는 형상으로, 회전유도기 날개를 따라서 기체가 지나가게 되므로 기체가 회전하여 배가스와 물입자의 접촉 시간이 길어지며 배가스가 급속히 냉각되도록 유도함을 특징으로 한다.

본 발명에서는 또한, 습식 공정 또는 반건식 공정에 의하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 냉각 장치를 이용한 소각로 배가스 처리 공정을 제공한다.

상기한 본 발명에 의한 소각로 배가스 처리 공정에서, 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정은, 보일러로부터 배출되는 배가스의 온도가 약 400℃가 되도록 하는 단계; 상기 보일러에서 배출되는 약 400℃의 배가스를 상기한 본 발명에 의한 냉각 장치에 주입하여, 약 150℃ 정도로 급속 냉각하는 단계; 및 상기 냉각 장치로부터 배출되는 150℃의 배가스로부터 분진 등을 제거하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 소각로 배가스 처리 공정에서, 소각로 배가스 처리를 위한 반건식 공정은, 보일러부터 배출되는 배가스의 온도가 약 400℃가 되도록 하는 단계; 상기 보일러에서 배출되는 약 400℃의 배가스를 상기한 본 발명에 의한 냉각 장치에 주입하여, 약 250℃로 급속 냉각 하는 단계; 및 소석회 슬러리를 이용하여 상기 냉각 장치로부터 배출되는 250℃의 배가스로부터 소석회 슬러리에 의하여 염화수소 및 아황산가스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예들을 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 의한 소각로 배가스 냉각 장치의 구성도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각 장치는 분사되는 물에 의하여 배가스를 1차로 냉각하기 위하여 물을 분사하는 노즐(31)과 기체의 회전력을 이용하여 물과 배가스를 재접촉시켜서 배가스를 2차 냉각 처리하기 위한 회전유도기(32)를 포함하고 있다.

도4는 도3에 도시된 회전유도기의 사시도이다.

상기 회전유도기(32)는 원통형의 표면에 회전 날개가 양각되어 있어서, 회전유도기(32)에 의하여 냉각 장치내의 기체의 회전력을 유도할 뿐만 아니라, 증발되지 않은 물을 함께 회전하여 증발되지 않은 물의 체류 시간을 늘이고 물과 배가스를 재접촉시켜서 배가스를 2차 냉각 처리한다. 상기 회전유도기(32)는 원통형의 표면에 회전 날개가 양각되어 있는 형상으로, 회전유도기 날개를 따라서 기체가 지나가게 되므로 기체가 회전하여 배가스와 물입자의 접촉 시간이 길어지며 배가스가 급속히 냉각되도록 유도한다. 종래의 냉각 장치에서는 배가스와 물이 직접 접촉하는 냉각탑을 사용하여 노즐에서 분사된 물입자와 배가스가 충분히 접촉할 공간이 필요하므로 큰 용량의 냉각탑이 사용되었다. 이에 비하여 본 발명에 의한 냉각 장치는 회전유도기(32)에 의하여 배가스가 회전하게 되므로 작은 용량의 냉각기 내에서 충분한 접촉 시간이 유지되며 또한 물 입자가 잘게 부숴져 배가스와 접촉하게 되므로 용량이 작아도 된다.

또한, 본 발명에 의한 냉각 장치는 회전유도기(32)에 의하여 증발하지 않은 물 입자와 배가스를 완전히 혼합하므로 물 입자의 증발을 촉진하여 배가스를 급속 냉각할 수 있다.

상기한 본 발명에 의한 냉각 장치를 사용하면 냉각 장치의 부피를 크게 하지 않고서도 효과적인 급속 냉각이 가능하므로, 본 발명에서는 이러한 성질을 사용하여 다이옥신 생성을 억제할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정을 제공한다. 본 발명에 의한 소각로 배가스 처리 공정을 상세하게 설명하기에 앞서, 소각로 배가스 온도와 다이옥신 생성의 관계를 설명한다.

도5는 소각로 배가스 온도와 다이옥신 생성의 관계를 보여주는 도표이다.

도5의 가로축은 시간이고, 세로축은 온도이고, 실선은 배가스의 온도이고, 점선은 배가스로부터 생성된 다이옥신의 농도이다. 다이옥신은 소각로 배가스가 보일러에서 냉각되면서 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 연소재(fly ash)를 촉매로 염소 성분과 미연소탄소 및 벤젠 성분이 상호 반응하여 생성되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 다이옥신이 생성되는 온도 범위인 300℃ 내지 400℃를 다이옥신 생성 창이라고 한다. 다이옥신 생성창인 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 다이옥신이 생성되므로, 다이옥신 생성창을 통과하는데 소요되는 시간, 다시 말해서 배가스의 온도가 400℃에서 300℃로 냉각되는데 걸리는 시간이 길수록 다이옥신 생성량이 많아진다.

도1 및 도2에서 보이는 바와 같이, 종래의 소각로 배가스 처리 방법에 의하면, 보일러로부터 배출되는 배가스의 온도가 약 250℃ 정도이므로, 다이옥신 생성창인 400℃ 내지 300℃의 온도 범위가 보일러내에서 통과하게 되고 따라서, 급속 냉각의 효과를 기대할 수 없다. 종래의 방법들에서 보일러로부터 배출되는 배가스의 온도를 약 250℃로 하는 것은 다음 단의 냉각기의 성능을 고려한 것으로서, 보일러로부터 배출되는 배가스의 온도가 400℃인 경우, 종래의 냉각 장치는 400℃에서 소석회 건조 반응기의 적정 운전 온도인 250℃ 또는 여과집진기의 적정 운전 온도인 150℃로 냉각하기 위하여는 냉각 장치의 크기가 너무 커지는 단점이 있으며, 배가스를 급속 냉각하지 못하게 되면 냉각되는 동안 다이옥신 생성이 유도될 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 냉각 장치는 회전유도기에 의하여 냉각 효과가 증대되므로 400℃에서 250℃ 또는 150℃로 배가스를 급속히 냉각할 수 있는 것이다.

도6은 본 발명에 의한 냉각 장치를 사용한 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정도이다.

도6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 소각로 배가스 처리 공정 중 습식 공정에서, 보일러(62)는 소각로(61)로부터 배출되는 배가스로부터 열회수하여 보일러(62) 출구로부터 배출되는 배가스의 온도가 400℃가 되도록 하고, 여과집진기(64)의 전단에는 본 발명에 의한 냉각 장치인 제1냉각기(63)를 두어 보일러(62)로부터 배출되는 배가스를 급속 냉각하여 배가스의 온도를 여과집진기(64)의 적정 운전 온도인 150℃ 내지 200℃까지 낮춘다. 여과집진기(64)에서는 보일러(62) 배가스로부터 분진 등을 제거한다. 여과집진기(64)와 세정탑(66) 사이에는 역시 본 발명에 의한 냉각 장치인 제2냉각기(55)를 두어서 여과집진기(54)로부터 배출되는 배가스를 냉각하여 배가스의 온도를 세정탑(56)의 적정 운전 온도인 80℃까지 낮춘다.

도7은 본 발명에 의한 냉각 장치를 사용한 소각로 배가스 처리를 위한 반건식 공정도이다.

도7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 소각로 배가스 처리 공정의 반건식 공정에서, 보일러(72)는 소각로(71)로부터 배출되는 배가스로부터 열회수하여 보일러(72) 출구로부터 배출되는 배가스의 온도가 400℃가 되도록 하고, 소석회 건조 반응기(74)의 전단에는 본 발명에 의한 냉각 장치인 냉각기(73)를 두어 보일러(72)로부터 배출되는 배가스를 급속 냉각하여 배가스의 온도를 소석회 건조 반응기(74)의 적정 운전 온도인 200℃ 내지 250℃까지 낮춘다. 냉각기(73)으로부터 배출되는 200℃ 내지 250℃의 배가스는 다음의 소석회 건조 반응기(74)로 주입되어 소석회 슬러리에 의하여 염화수소 및 아황산가스를 제거된다. 또한, 배가스는 소석회 건조 반응기(74)에서 소석회 슬러리에 의하여 150℃ 정도로 온도가 낮아진다. 150℃ 정도로 온도가 낮아진 배가스는 다음의 여과집진기(75)로 주입되어 배가스 중 분진 등이 제거된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 회전 유도기에 의하여 냉각 장치내에 기체의 와류를 형성하는 방식을 사용하므로, 냉각 장치 자체의 크기를 키우지 않고서도 배가스의 체류 시간을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 회전유도기에 의하여 증발하지 않은 물 입자와 배가스를 완전히 혼합하므로 물 입자의 증발을 촉진하여 배가스를 급속 냉각할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정에 사용되는 냉각 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 상기한 냉각 장치를 사용하여 냉각 장치의 부피를 크게 하지 않고서도 효과적인 급속 냉각이 가능하므로, 본 발명에서는 이러한 성질을 사용하여 다이옥신 생성을 억제할 수 있는 소각로 배가스 처리 공정을 제공한다.

Claims (5)

1. 소각로 배가스 처리 공정에 사용되는 냉각 장치에 있어서,

   분사되는 물에 의하여 배가스를 1차로 냉각하기 위하여 물을 분사하는 노즐; 및

   기체의 회전력을 이용하여 물과 배가스를 재접촉시켜서 배가스를 2차 냉각 처리하기 위한 회전유도기를 포함하는 것임을 특징으로 하는 소각로 배가스 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전유도기는 원통형의 표면에 회전 날개가 양각되어 있는 형상으로, 회전유도기 날개를 따라서 기체가 지나가게 되므로 기체가 회전하여 배가스와 물입자의 접촉 시간이 길어지며 배가스가 급속히 냉각되도록 유도함을 특징으로 하는 소각로 배가스 냉각 장치.
3. 소각로 배가스 처리 공정에 있어서,

   상기 제1항 또는 제2항에 의한 냉각 장치를 사용하는 것임을 특징으로 하는 소각로 배가스 처리 공정.
4. 제3항에 있어서,

   상기 소각로 배가스 처리 공정에서, 소각로 배가스 처리를 위한 습식 공정은,

   보일러로부터 배출되는 배가스의 온도가 약 400℃가 되도록 하는 단계;

   상기 보일러에서 배출되는 약 400℃의 배가스를 상기한 본 발명에 의한 냉각 장치에 주입하여, 150℃ 내지 200℃로 급속 냉각하는 단계; 및

   상기 냉각 장치로부터 배출되는 150℃ 내지 200℃의 배가스로부터 분진 등을 제거하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 소각로 배가스 처리 공정.
5. 제3항에 있어서,

   상기소각로 배가스 처리 공정에서, 소각로 배가스 처리를 위한 반건식 공정은,

   보일러부터 배출되는 배가스의 온도가 약 400℃가 되도록 하는 단계;

   상기 보일러에서 배출되는 약 400℃의 배가스를 상기한 본 발명에 의한 냉각 장치에 주입하여, 200℃ 내지 250℃로 급속 냉각하는 단계; 및

   소석회 슬러리를 이용하여 상기 냉각 장치로부터 배출되는 200℃ 내지 250℃의 배가스로부터 소석회 슬러리에 의하여 염화수소 및 아황산가스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소각로 배가스 처리 공정.