KR20010106275A - 고온의 배기 가스를 처리하는 방법 - Google Patents

고온의 배기 가스를 처리하는 방법 Download PDF

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KR20010106275A
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다테이시마사타카
데쓰모토마사히코
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구마모토 마사히로
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 고형 분진 및 휘발 및 용융 성분 분진이 온도 조절탑 내벽에 부착되는 것을 방지하면서 고형 분진과 휘발 및 용융 성분을 효과적으로 분리, 회수하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고온의 배기 가스를 배기 가스 도입관(3)을 통해 온도 조절탑(2)의 상부 가스 취입구(2a)에서 취입하고, 냉각수를 냉각수 분무 노즐(5)로부터 고온의 배기 가스의 가스 스트림의 거의 중심을 향하여 비스듬하게 아래쪽으로 분무하고, 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6) 및 그 아래쪽의 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)로부터 각각 온도 조절탑(2)의 내벽을 따르는 하향 선회 가스 스트림을 형성하도록 냉각 가스를 분사하며, 온도 조절탑(2)의 내벽으로의 고형 분진, 및 휘발 및 용융 성분의 부착을 방지하면서 고온의 배기 가스의 온도를 저하시킴으로써 휘발 및 용융 성분을 고화시켜 휘발 및 용융 성분 분진으로 만들고, 상기 고형 분진을 온도 조절탑(2)의 바닥부에서 배출시켜 회수함과 동시에 하부 배출 도관(4)의 하향 스트림에 설치된 버그 필터(10)에 의해 휘발 및 용융 성분 분진을 회수한다.

Description

고온의 배기 가스를 처리하는 방법{PROCESSING METHOD FOR HIGH-TEMPERATURE EXHAUST GAS}
본 발명은 고온의 배기 가스의 개선된 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 환원철을 제조하는 환원로로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 온도 조절탑에서 온도 조절하여 고온의 배기 가스 중에 포함되어 있는 고형 분진 및 휘발 및 용융 성분을 효과적으로 분리, 회수할 수 있게 한 고온의 배기 가스의 처리 방법에 관한 것이다.
이미 공지된 바와 같이 온도 조절탑은 소각로나 용융로 등의 고온 가스 발생원으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 후속 공정의 보일러용 열원으로서 활용하거나 버그 필터로 처리하는데 있어서 적합한 온도가 되도록 냉각수 분무 및 스크러버(scrubber)에 의한 습식 처리법으로 냉각하여 온도를 조절하는 기능을 갖는다.
그러나, 예를 들면 소각로나 용융로로부터 배출되는 고온의 배기 가스에는 아연, 납 등의 휘발 성분 및 알칼리 금속, 산화물, 염화물 등의 용융 성분을 포함하는 비산 회분 및 고형 분진 등이 혼입되어 있어, 이러한 비산 회분 및 고형 분진 등을 포함하는 고온의 배기 가스를 냉각수 분무만으로 온도를 조절하면 온도 조절탑 내벽에 휘발 성분의 액화물 및 용융 성분이 고화되어 생긴 고형 분진이 부착되는 문제가 있었다. 또한, 습식 처리법에서는 휘발 성분 및 용융 성분 중에 수용성 성분이 포함되어 있기 때문에 수처리 설비를 필요로 하는 등, 설비비에 있어서 불리하다는 문제가 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 여러 온도 조절 시스템이 제안되어 있다. 예를 들면 일본 특개평 5-231633호 공보에는 배기 가스 도입관에서 분기된 퍼징(purging) 가스 취입관으로부터 온도 조절탑의 수평 단면인 원의 접선 방향 내지 비스듬한 방향으로 고온의 배기 가스를 분사하여 퍼징 가스를 선회시키거나, 또는 온도 조절탑 내의 상부에서 물 고임부를 설치하여 이 물 고임부에서 오버 플로우시킨 물을 내벽을 따라 하향 유동시킴으로써 온도 조절탑 내벽에 부착물이 부착되는 것을 방지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 연소 배기 가스 냉각실(온도 조절탑에 상응함)의 관 벽에 복수의 고압 액체 분사 노즐을 설치하고, 이들 고압 액체 분사 노즐로부터 연소 배기 가스 냉각실의 관 내벽에 고압 유체를 분출시킴으로써 부착 분진을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 철 및 휘발 성분인 아연, 납 등을 포함하는 폐기물을 처리하는 방법으로는 예를 들면 제철 및 동의 제련 공정의 분진 처리에서의 배기 가스 처리 방법으로, 배기 가스를 단순히 냉각 오일에 의해 냉각하는 방법, 배기 가스를 코크스 충전층에 통과시키는 방법, 배기 가스를 사이클론에 통과시켜 분진을 회수하는 방법이 있다.
고온의 배기 가스를 퍼징 가스로서 취입하여 선회시키는 경우에는 고온의 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분을 충분히 냉각할 수 없기 때문에 온도 조절탑 내벽에 휘발 및 용융 성분이 부착되는 것을 방지하는 효과가 반드시 충분하다고는 할 수 없었다. 또한, 온도 조절탑 내벽을 따라 물을 하향 유동시키는 것은 습식 처리법과 마찬가지로 수용성 성분을 처리하는 수처리 시설을 필요로 하였다. 또한, 고압 유체를 분사하는 방법은 간단한 대증 요법에 불과할 뿐, 고온의 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분이 온도 조절탑 내벽에 부착되는 것을 방지하는 것은 아니었다. 게다가 고온의 배기 가스의 단순 냉각에 관한 기술일 뿐으로, 고화시킨 고형 분진을 분리, 회수하여 재활용하는 효과적인 활용을 목적으로 한 것이 아니었다.
그런데, 최근 산업 폐기물의 직접 용융로와 같이, 금속을 포함하는 폐기물을 소각, 용융 처리하는 설비가 연구되고 있다. 이러한 설비는 납, 아연 및 Na, K 등의 알칼리 금속 등의 휘발성 저융점 물질이 많이 포함되어 있기 때문에 저융점 물질이 부착되는 문제가 보다 심각하였다. 또한, 석탄 등의 탄소 환원제와 철광석 등의 산화 금속 및 산화 금속을 포함하는 폐기물을 원료로 하여 1000 ℃ 이상의 고온에서 환원하거나, 또는 환원, 용융하여 환원철 등을 얻는 기술이 주목받고 있지만, 이들 원료는 대량의 휘발 및 용융 성분을 포함하는 동시에 매우 고온의 가스를 발생시키므로 가스 냉각과 부착 방지를 둘 다 달성하기 어려워 현 시점에 있어서는 유효한 온도 조절탑은 제공되고 있지 못했다.
또한, 배기 가스를 냉각 오일에 의해 냉각하는 경우에는 온도 조절 후의 배기 가스에 유분이 포함되어 있기 때문에 배기 가스의 후처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 배기 가스를 코크스 충전층에 통과시키는 경우에는 배기 가스에 고형의 산화철분 및 아연, 납 등의 휘발 성분이 포함되어 있는 경우 이들이 쉽게 코크스에 부착되기 때문에 폐색되기 쉬워 연속 조작이 곤란해진다는 문제가 있었다. 또한, 배기 가스를 사이클론에 통과시키는 경우에는 냉각을 행하지 않기 때문에, 크기가 큰 고형 분진은 분리할 수 있지만 배기 가스에 고형 산화철분이나 휘발 성분이 포함되어 있으면 이들이 쉽게 사이클론 내부에 부착되기 때문에 폐색되기 쉬워 연속 조작이 곤란해진다는 문제가 있었다. 이들 모두 분진 회수에 중점을 둔 것이지만, 고온의 배기 가스를 충분히 냉각할 수 있는 냉각 성능을 구비하고 있다고는 할 수 없으며, 고온의 배기 가스의 냉각과 고형 분진, 나아가 분진의 성분별 분리, 회수를 양립시킬 수 있는 처리 방법은 아직 제공되고 있지 못했다.
또한, 이들 종래예는 분진 성분을 회수하기는 하지만 성분별로 분리하지는 않기 때문에 재활용은 물론 효과적인 이용이 불가능하여 폐기 처분할 수밖에 없는 상황이었다.
또한, 종래와 같은 냉각수 분무만으로 냉각하는 경우에는 냉각수 분무량을 늘릴 필요가 있고, 산 등에 의한 부식 문제를 초래하기 쉬우며 휘발 및 용융 성분이 지나치게 냉각되어, 고화된 휘발 및 용융 성분 분진의 입경이 커지고, 고형 분진과 휘발 및 용융 성분 분진이 함께 온도 조절탑(2)의 하부에 침강하여 이들을 분리, 회수하지 못하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 온도 조절탑 내벽에 휘발 및 용융 성분이 부착되는 것을 효과적으로 방지하면서, 고온의 배기 가스를 효과적으로 냉각함과 동시에 휘발 및 용융 성분을 고화시켜 고형 분진과 휘발 및 용융 성분 분진을 효과적으로 분리, 회수하고, 회수된 분진의 재활용을 촉진시킬 수 있는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 양태 1에 따른 온도 조절 시스템의 조작 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 양태 1에 따른 온도 조절 시스템의 온도 조절탑의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도 조절 시스템의 온도 조절탑의 온도 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 온도 조절 시스템의 조작 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 온도 조절 시스템의 조작 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 온도 조절 시스템의 조작 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 온도 조절 시스템 2: 온도 조절탑
2a: 가스 취입구 2b: 분진 배출구
21: 제 1 확대 단부 22: 제 2 확대 단부
3: 배기 가스 도입관 4: 하부 배출 도관
5: 냉각수 분무 노즐 6: 제 1단 냉각 가스 분사 노즐
7: 제 2단 냉각 가스 분사 노즐 8: 사이클로 감속기
9: 분진 스크레이퍼 10: 버그필터
10': 제 2 버그필터 11: 사이클론
12: 고온의 버그 필터 13: 환원로
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 청구항 1 또는 2에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 고온 가스 발생원으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 고온의 배기 가스의 하향 스트림으로 갈수록 직경이 확대되는 확대 단부를 구비한 온도 조절탑 내에 취입하고, 취입되는 고온의 배기 가스의 가스 스트림을 향하여 냉각수를 분무하고, 또다시 상기 확대단부에 설치된 냉각 가스 분사수단으로부터 냉각 가스를 이 온도 조절탑의 내벽을 따라 분사하여, 취입된 고온의 배기 가스가 적절한 온도가 되도록 온도를 조절하며, 온도 조절에 의해 고온의 배기 가스로부터 분리된 고형 분진을 상기 온도 조절탑 밖으로 배출시켜 회수하고, 이 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후에 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어있는 휘발 및 용융 성분 분진을 버그 필터를 사용하여 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 3에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 제 1항 내지 제 2항에 기재된 상기 냉각 가스 분사 수단으로부터 상기 온도 조절탑 내벽을 따르는 선회 가스 스트림을 형성하도록 냉각 가스를 비스듬하게 하향 스트림 방향으로 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 4에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 상기 확대 단부의 상향 스트림에 설치된 냉각 가스 분사 수단으로부터, 하향 스트림에 설치된 냉각 가스 분사 수단보다 다량의 냉각 가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 5에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후에 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 미회수된 고형 분진을, 상기 휘발 및 용융 성분 분진을 상기 버그 필터에 의해 회수하기 전에 사이클론에 의해 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 6에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후에 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 미회수된 고형 분진을, 상기 휘발 및 용융 성분 분진을 상기 버그 필터에 의해 회수하기 전에 고온의 버그 필터에 의해 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 7에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법이 채용한 수단은, 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 상기 고온 가스 발생원이, 석탄 등의 탄소 환원제와 철광석 등의 산화 금속 함유 물질을 포함하는 원료를 고온에서 환원하거나, 또는 환원, 용융하여 환원 금속을 제조하는 환원로인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 고온의 배기 가스를 처리하는 방법을 실현하는 실시 양태 1에 따른 온도 조절 시스템을 개략적으로 나타낸 도 1과, 그 온도 조절탑의 단면도인 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 1에 나타낸 부호(1)은 온도 조절 시스템으로서, 이 온도 조절 시스템(1)은 주로 고온 가스 발생원, 즉 석탄 등의 탄소 환원제와 철광석 등의 산화 금속 및 산화 금속을 포함하는 원료를 고온에서 환원하거나, 또는 환원, 용융하여 환원철 등을 제조하는 고온 가스 발생원인 환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 냉각하여 온도를 조절함으로써, 이 고온의 배기 가스에 포함되어 있는 주원료분인 고형 분진을 침강시켜 분리, 회수함과 동시에 아연, 납, 알칼리 금속 등의 휘발 및 용융 성분을 고화시키는 후술하는 구성의 온도 조절탑(2)과, 이 온도 조절탑(2)에서 온도가 조절되어 배출된 배기 가스에 수반하여 함께 배출된 휘발 및 용융 성분이 고화된 휘발 및 용융 성분 분진을 분리, 회수하는 버그 필터(10)로 구성되어 있다.
그런데, 상기 고형 분진은 주 원료인 석탄, 철, 광석 등의 분말형이 그대로 또는 환원된 상태로 배출된 것으로 산화철분, 철분이 많은 것이다. 또한, 상기 휘발 및 용융 성분 분진은 주로 아연, 납, Na 및 K 등의 알칼리 금속 등이며, 일부 이들의 산화물, 황화물, 염화물 등을 포함하는 것이다. 또한, 상기 버그 필터(10)의 전후 공정에서 보일러, 공기 예열기 등의 열 교환기를 배치하여 열 회수하는 구성을 취할 수 있다. 또한, 원료로서는 석탄, 코크스, 철광석, 용광로 분진, 전기로 분진, 스테인레스 분진 등의 폐기물을 이용할 수 있다.
상기 온도 조절탑(2)은 도 2에 나타낸 바와 같이 상하로 긴 단이 있는 원통형으로 형성되어 있으며, 이 온도 조절탑(2)의 상부에 설치된 가스 취입구(2a)에는 상기 환원로(13)로부터 배출된 고온의 배기 가스를 이 온도 조절탑(2) 내에 유입시키는 후술하는 배기 가스 도입관(3)이 연결되어 있다. 또한, 이 온도 조절탑(2)의 바닥부로부터 상기 버그 필터(10)에는 이 온도 조절탑(2)의 바닥면측에서 개구되고, 이 온도 조절탑(2)의 몸통 벽을 관통하여 비스듬하게 위쪽으로 연장되어 적절한 온도가 되도록 온도 조절된 배기 가스를 상기 버그 필터(10)에 유도하는 하부 배출 도관(4)이 연결되어 있다.
상기 온도 조절탑(2)은 상기한 바와 같이 단이 있는 원통형으로 형성되어 있지만, 상단부보다 약간 아래쪽에 제 1 확대 단부(21)가 형성됨과 동시에 이 제 1 확대 단부(21)의 아래쪽이면서 동시에 상하 방향의 중간 정도보다 위쪽에 제 1 확대 단부(21)보다 대직경의 제 2 확대 단부(22)가 형성되어 있다. 상기 제 1 확대 단부(21)의 위쪽에 있는 소직경의 외주부에는 비스듬하게 아래쪽(하향 스트림 방향)을 향하여 연장되고, 이 소직경 부분을 관통하여 상기 가스 취입구(2a)로부터 취입되는 고온의 배기 가스의 가스 스트림 중심을 향하여 냉각수를 분무하는 복수의 냉각수 분무 노즐(5)이 설치되어 있다. 이들 냉각수 분무 노즐(5)의 분무구를 고온의 배기 가스의 가스 스트림의 거의 중심, 동시에 비스듬하게 아래쪽을 향하게 한 것은 후술하는 냉각 가스 분사 노즐로부터 분사되는 냉각 가스의 선회 가스 스트림을 흐트러지지 않게 하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 실시 양태 1에 있어서, 이들 냉각수 분무 노즐(5)의 분무구 방향은 비스듬하게 아래쪽으로 약 45도로 설정되어 있다.
상기 제 1 확대 단부(21)의 환상 평면에는 온도 조절탑(2)의 내벽을 따라 비스듬하게 하향의 선회 가스 스트림이 되는 접선 방향으로 냉각 가스를 분사하는 복수의 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6)이 설치됨과 동시에, 상기 제 2 확대 단부(22)의 환상 평면에는 온도 조절탑(2)의 내벽을 따라 비스듬하게 하향의 선회 가스 스트림이 되는 접선 방향으로 냉각 가스를 분사하는 상기 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6)과 동일한 구성의 복수의 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)이 설치되어 있다.
즉, 냉각 가스가 온도 조절탑(2)의 내벽을 따르는 하향의 선회 가스 스트림을 형성하도록 하여 온도 조절탑(2)의 내벽에 고온의 배기 가스가 직접 접촉하는 것을 방지하면, 온도 조절탑(2)의 내벽으로 휘발 및 용융 성분 분진이 부착, 비대화되지 않는다. 따라서, 휘발 및 용융 성분은 이 냉각 가스의 선회 가스 스트림 및 냉각수에 의해 냉각, 고화되면서 입경이 과도하게 커지지 않고 미세한 상태로 그대로 존재하기 때문에 온도 조절탑(2)에서 침강하지 않고 배기 가스에 수반된다.
한편, 고형 분진은 입경이 크기 때문에 온도 조절탑(2)에서 침강하기 쉽다. 따라서, 입경이 큰 고형 분진이 주로 온도 조절탑(2)의 하부로 침강하여 분리, 회수되고, 입경이 작은 휘발 및 용융 성분 분진이 주로 버그 필터(10)에 의해 분리, 회수된다.
그런데, 본 실시 양태 1에 있어서는 상기한 바와 같이 상하 위치 관계를 갖는 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6)(상향 스트림)과 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)(하향 스트림)이 설치되어 있다. 그러나, 이 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)의 아래쪽 위치에 제 3 확대 단부를 설치하고, 이 제 3 확대 단부의 환상 평면에 복수의 제 3단 냉각 가스 분사 노즐을 설치할 수 있기 때문에 냉각 가스 분사 노즐의 배치 단수가 한정되는 것은 아니다. 또한, 고온의 배기 가스의 취입 방향과 동일한 방향으로 냉각 가스를 분사하는 것이 선회 가스 스트림이 감속되지 않기 때문에 바람직하다.
상기 온도 조절탑(2)의 바닥부에는 고형 분진을 회수하기 위해 침강한 크기가 큰 고형 분진을 온도 조절탑(2)의 외부로 배출하는 분진 배출 장치가 설치되어 있다.
이 분진 배출 장치는 공지된 사이클로 감속기(8)와 이 사이클로 감속기(8)의 작동에 의해 이 온도 조절탑(2)의 바닥부 직경 중심을 회전 중심으로서 회전하고, 이 바닥부에 침강해 부착되거나 쌓인 고형 분진을 긁어모아 이 바닥부에 개구된 분진 배출구(2b)에서 이 온도 조절탑(2)의 외부로 배출시키기 위한 분진 스크레이퍼 (9)로 구성되어 있다.
이하, 본 발명의 고온의 배기 가스를 처리하는 방법을 실현하는 실시 양태 1에 따른 작용 태양을 설명하면, 환원로(13)로부터 배출되며 고형 분진 및 휘발 및용융 성분을 포함하는 고온의 배기 가스가 배기 가스 도입관(3)을 통해 가스 취입구(2a)로부터 온도 조절탑(2) 내로 취입된다. 그리고, 온도 조절탑(2) 내에 취입된 고온의 배기 가스는 이 온도 조절탑(2)의 상부에 설치된 복수의 냉각수 분무 노즐(5)로부터 분무되는 냉각수 기화에 의해 열을 빼앗겨 온도가 저하하면서 하강하여 이 온도 조절탑(2)의 바닥부에 도달하고, 온도 조절된 배기 가스가 상기 하부 배출 도관(4)으로부터 배출된다.
이와 동시에 냉각수 분무 노즐(5)로부터의 냉각수 분무와 평행하게 제 1단, 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(6,7)로부터 냉각 가스가 분사되는데, 냉각수는 취입된 고온의 배기 가스의 가스 스트림의 거의 중심을 향해 분무되기 때문에 분사된 냉각 가스는 분무되는 냉각수에 의해 영향을 받지 않고 하향 선회 가스 스트림이 되며, 온도 조절탑(2)의 내벽을 덮게 된다. 고온의 배기 가스의 가스 스트림 온도는 온도 조절탑(2)을 하강함에 따라 저하하고, 이 고온 가스 중의 휘발 및 용융 성분이 고화하여 냉각 가스의 하향 선회 가스 스트림에 의해 고온의 배기 가스와 온도 조절탑(2)의 내벽과의 직접 접촉이 저지되므로 고형 분진나 휘발 및 용융 성분 분진이 온도 조절탑(2)의 내벽에 부착되는 경우가 없다. 이에 따라, 고형 분진은 온도 조절탑(2)의 바닥부에 침강함과 동시에 휘발 및 용융 성분이 고화하여 휘발 및 용융 성분 분진이 되지만, 그 대부분은 배기 가스와 함께 상기 하부 배출 도관(4)으로부터 배출된다.
상기한 바와 같이 제 1단, 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(6,7)이 설치되어 있어 대량의 고온의 배기 가스를 온도 조절 처리하는 경우에도 고형 분진 및 휘발 및용융 성분이 고화한 휘발 및 용융 성분 분진의 온도 조절탑(2)의 내벽으로의 부착을 방지하면서 효과적으로 고온의 배기 가스를 냉각할 수 있다. 그리고, 상단측의 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6)로부터, 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)보다 다량의 냉각 가스를 분사함으로써 가장 고온이면서 동시에 고형 분진 및 휘발 및 용융 성분이 많이 포함되어 있는 취입된 고온의 배기 가스의 가스 스트림이 흐르는 온도 조절탑(2)의 상부의 내벽 부분이 다량의 냉각 가스의 선회 가스 스트림로 덮여지기 때문에, 그 상부 내벽 부분에 고형 분진 및 휘발 및 용융 성분 분진이 부착되는 것이 확실하게 방지되므로 배기 가스 중의 고형 분진, 휘발 및 용융 성분 분진의 대부분을 효율적으로 분리, 회수할 수 있다.
즉, 본 실시 양태 1에 따르면 냉각수를 분무함과 동시에 냉각 가스를 취입하여 선회시키기 때문에 온도 조절탑(2)의 내벽으로의 휘발 및 용융 성분 자체의 부착 방지 효과가 우수하다. 따라서, 온도 조절탑(2)에서의 냉각 성능을 유지하여 내벽으로의 부착에 따른 문제를 회피하고, 동시에 온도 조절탑(2)에서 고형 분진을 회수하고, 버그 필터(10)에서 휘발 및 용융 성분 분진을 회수하는 분리, 회수가 가능하기 때문에 이들 분진을 성분별로 회수할 수 있다. 따라서, 분리, 회수된 각각의 분진은 그 성분이 고순도를 갖기 때문에 성분별로 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 본 실시 양태 1에 따르면 종래예와 같이 온도 조절 후의 배기 가스에 유분이 포함되지 않기 때문에 배기 가스의 후처리를 위해 별도의 설비를 필요로 하지 않으며, 또한 배기 가스를 코크스 충전층에 통과시키는 구성이 아니기 때문에 배기 가스에 포함되어 있는 고형 분진과 휘발 및 용융 성분 분진을 효과적으로 분리, 회수하면서 온도 조절 시스템(1)을 연속 조작할 수 있고, 또한 종래예와 달리 사이클론에 통과시키는 경우에는 냉각하여 온도 조절한 배기 가스를 통과시키기 때문에 미회수된 고형 분진을 분리, 회수할 수 있고, 휘발 및 용융 성분이 부착하는 등의 문제 없이 고형 분진과 휘발 및 용융 성분 분진을 보다 정밀하게 분리, 회수할 수 있다.
또한, 본 실시 양태 1에서는 고온의 배기 가스가 온도 조절탑 상부로 도입되어 하부에서 배출되는 것에 대하여 설명했지만, 이와는 반대로 고온의 배기 가스가 온도 조절탑 하부로 도입되어 상부에서 배출되는 것일 수도 있다. 이 경우, 냉각수 및(또는) 냉각 가스도 하부에서 상부를 향해 취입될 수도 있으며, 또한 확대 단부도 온도 조절탑 하부에서 상부를 향해 직경이 확대되는 것일 수도 있다.
또한, 본 실시 양태 1에서는 냉각수 및 냉각 가스를 모두 취입하는 것에 대하여 설명했지만, 고온의 배기 가스의 양 및 온도, 냉각 후의 목표 온도 등의 작업 조건에 따라서는 냉각수만 취입할 수도 있다. 이 경우에도 확대 단부 및 버그 필터 등에 의해 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 실시 양태 1에서는 확대 단부가 급격히 넓어지는 것에 대하여 설명했지만, 서서히 넓어지는 확대 단부일 수도 있다.
실시예
이하, 본 실시 양태 1에 의해 환원철을 제조하는 환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 냉각하여 온도 조절한 실시예를, 그 온도 조절탑의 온도 분포를 나타낸 도 3을 참조하면서 설명한다.
환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스에는 상기에서 설명한 바와 같이 대량의 휘발 및 용융 성분(납, 아연, 알칼리 금속과 그의 산화물)이 포함되어 있다. 이 고온의 배기 가스의 온도는 통상 700 내지 1400 ℃이다.
또한, 고온의 배기 가스의 성분은 CO220 용적%, N267.3 용적%, H2O 11.8 용적%, O20.9 용적%이다.
이러한 고온의 배기 가스는 후속 공정측의 기기 종류에 따라 350 내지 600 ℃로 온도 조절되는데, 열 회수량이 적어도 좋은 경우 및 분진의 융점, 연화점이 낮은 경우로서 하부 배출 도관(4)으로부터 배출되는 배기 가스를 통상의 버그 필터(10)로 처리하는 경우에는 35O ℃의 저온 온도가 되도록 조절된다. 그런데, 다량의 열 회수가 필요한 경우 및 분진의 융점, 연화점이 높은 경우, 보일러로의 공급 및 고온의 버그 필터로 처리하는 경우 등에서는 600 ℃의 고온 온도가 되도록 조절된다.
온도 조절탑(2) 내에 분사되는 냉각 가스는 온도 조절탑(2)의 벽면 온도를 600 ℃ 이하, 바람직하게는 550 ℃ 이하의 온도로 유지할 수 있는 온도를 가질 수 있으며, 하부 배출 도관(4)으로부터 배출되는 온도 조절된 배기 가스의 온도 이하, 또는 휘발 및 용융 성분의 연화점, 용융점 이하의 온도로서 동시에 휘발 및 용융 성분을 포함하지 않는 것일 수 있다. 예를 들면, 공기, 질소, 불활성 가스 및 상기 하부 배출 도관(4)으로부터 배출되고 버그 필터로 처리된 가스를 사용할 수 있으며, 또한 고온 가스 발생원이 환원로 및 폐기물 처리로인 경우에는 원료 건조 공정에서 배출되는 가스를 냉각 가스로서 사용할 수 있고, 또한 소각로, 용융로 및 환원로, 폐기물 처리로 등에 사용되는 연소용 공기 및 2차 연소용 공기 등을 냉각 가스로서 사용할 수 있다.
본 실시예의 경우에는 냉각 가스로서 상온의 공기를 사용하고, 제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6)로부터 370 m3/min의 공기를 20 m/s의 유속으로, 또한 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)로부터 350 m3/min의 공기를 20 m/s의 유속으로 분사함과 동시에 냉각수 분무 노즐(5)로부터 65 dm3/min의 냉각수를 분무하였다.
그 결과, 배기 가스 도입관(3)에 유입되는 1133 ℃의 고온의 배기 가스가 효과적으로 온도 조절되어, 하부 배출 도관(4)으로부터 450 ℃로 온도 조절된 배기 가스가 배출되었다.
제 1단 냉각 가스 분사 노즐(6) 및 제 2단 냉각 가스 분사 노즐(7)로부터 분사되어 선회 가스 스트림이 되는 온도 조절탑(2)의 내벽에 근접된 부분은 상하에 걸쳐 고온의 배기 가스가 각각 효과적으로 냉각되어 400 내지 420 ℃가 되고, 또한 냉각 공기의 하향 선회 가스 스트림이 흐트러지지 않는 것을 나타낸다. 또한, 냉각 가스의 분사 속도는 18 m/s 이상이 바람직하고, 20 m/s 이상이 보다 바람직하다.
이상에서는 온도 조절탑(2)의 후속 공정에서 휘발 및 용융 성분 분진을 분리하는 버그 필터(10)을 구비한 온도 조절 시스템(1)을 예로서 설명했지만, 예를 들어 온도 조절 시스템(1)을, 실시 양태 2를 개략적으로 나타낸 도 4에 나타낸 바와같이 환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 냉각하여 온도 조절하는 상기 실시 양태 1에 따른 온도 조절 시스템의 온도 조절탑과 완전 동일한 구성의 온도 조절탑(2), 이 온도 조절탑(2)으로부터 배출되는 온도 조절된 배기 가스 중의 미회수된 고형 분진을 분리, 회수하는 사이클론(11), 및 이 사이클론(11)으로부터 배출된 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분 분진을 분리, 회수하는 버그 필터(10)로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 본 실시 양태 2에 따른 온도 조절 시스템(1)과 같이 사이클론(11)을 설치함으로써 온도 조절탑(2)에 의해 회수하지 못했던 고형 분진을 분리, 회수할 수 있기 때문에 버그 필터(10)에 의해 회수되는 휘발 및 용융 성분 분진의 순도가 올라가 유효하게 이용할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 온도 조절 시스템(1)을, 실시 양태 3을 개략적으로 나타낸 도 5에 나타낸 바와 같이 환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 냉각하여 온도 조절하는 상기 실시 양태 1에 따른 온도 조절 시스템의 온도 조절탑과 완전 동일한 구성의 온도 조절탑(2)과, 이 온도 조절탑(2)으로부터 배출되는 온도 조절된 배기 가스 중의 미회수 고형 분진을 분리, 회수하는 고온의 버그 필터(12)와, 이 고온의 버그 필터(12)로부터 배출된 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분 분진을 분리, 회수하는 버그 필터(10)로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 본 실시 양태 3에 따른 온도 조절 시스템(1)과 같이 고온의 버그 필터(12)를 설치함으로써 온도 조절탑(2)에 의해 회수하지 못했던 고형 분진을 분리, 회수할 수 있기 때문에, 버그 필터(10)에 의해 회수되는 휘발 및 용융 성분 분진의 순도가 올라가 유효하게 활용할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 온도 조절 시스템(1)을, 실시 양태 4를 개략적으로 나타낸 도 6에 나타낸 바와 같이 환원로(13)로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 냉각하여 온도 조절하는 온도 조절탑(2)과, 이 온도 조절탑(2)에 의해 온도 조절되어 배출된 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분을 분리, 회수하는 버그 필터(10)로 구성함과 동시에, 이 버그 필터(10)의 후속 공정에 제 2 버그 필터(10') (상기 버그 필터(10)와 동일한 구성)을 설치하고, 이 제 2 버그 필터(10')에 유입되는 휘발 및 용융 성분 분진을 상기 버그 필터(10)에 의해 분리, 회수한 배기 가스에 소석회 및 활성탄을 첨가하여 유입시키는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이 버그 필터(10)의 후속 공정에 제 2 버그 필터(10')를 설치하면 고형 분진 및 휘발 및 용융 성분 분진을 포함하는 HCl, 다이옥신 함유 비산 회분이 되도록, 비산 회분의 양을 늘리지 않고 HCl, 다이옥신 함유 비산 회분을 제거하는 것이 가능해진다는 효과가 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 청구항 1 내지 9에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법에 따르면, 온도 조절탑에 취입되는 고온의 배기 가스의 가스 스트림의 거의 중심을 향해 냉각수가 분무됨과 동시에 온도 조절탑 내벽을 따라 냉각 가스가 분사되기 때문에 고온의 배기 가스, 고형 분진, 휘발 및 용융 성분이 효과적으로 냉각되고, 휘발 및 용융 성분이 지나치게 고화하는 경우가 없다. 그리고, 냉각수 분무에 의해 흐트러지는 일 없이 온도 조절탑 내벽을 따라 흐르는 냉각 가스의 가스 스트림에 의해 온도 조절탑 내벽이 고온의 배기 가스로부터 차단되기 때문에 고화한 휘발 및 용융 성분 분진도 온도 조절탑 내벽에 부착, 비대화되는 경우가 없다. 따라서, 온도 조절탑의 냉각 성능을 유지하여 내벽으로의 부착 등의 문제를 회피하고, 동시에 고형 분진과 휘발 및 용융 성분 분진을 성분별로 효율적으로 분리, 회수할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
그리고, 수용성 성분을 처리하는 수처리 설비가 필요하지 않으며, 온도 조절후의 배기 가스에 유분이 포함되는 경우가 없기 때문에 배기 가스의 후처리를 위해 별도의 설비를 필요로 하지 않으며, 배기 가스를 코크스 충전층에 통과시키는 구성이 아니기 때문에 배기 가스에 포함되어 있는 고형 분진인 산화 금속 및 휘발 및 용융 성분인 아연 등을 효과적으로 분리, 회수하면서 온도 조절 시스템(1)을 연속 조작할 수 있다. 또한, 본 발명의 청구항 5 내지 6에 따른 고온의 배기 가스를 처리하는 방법에 따르면, 사이클론 및 고온의 버그 필터에 통과시킴으로써 미회수된 고형 분진을 분리, 회수할 수 있고, 버그 필터를 사용하여 회수되는 휘발 및 용융 성분 분진의 순도가 올라가기 때문에 이를 효과적으로 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 고온 가스 발생원으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를, 고온의 배기 가스의 하향 스트림으로 갈수록 직경이 확대되는 확대 단부를 구비한 온도 조절탑 내에 취입하고, 취입된 고온의 배기 가스의 가스 스트림을 향하여 냉각수를 분무하고, 취입된 고온의 배기 가스가 적절한 온도가 되도록 온도를 조절하며, 상기 온도 조절에 의해 고온의 배기 가스로부터 분리된 고형 분진을 상기 온도 조절탑 밖으로 배출시켜 회수하고, 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분 분진을 버그 필터를 사용하여 회수하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    냉각 가스를 상기 확대 단부에 설치된 냉각 가스 분사 수단으로부터 온도 조절탑 내벽을 따라 분사하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 분사 수단으로부터 상기 온도 조절탑 내벽을 따르는 선회 가스 스트림을 형성하도록 냉각 가스를 비스듬하게 하향 스트림 방향으로 분사하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    하향 스트림에 설치된 냉각 가스 분사 수단보다 다량의 냉각 가스를 상기 확대 단부의 상향 스트림에 설치된 냉각 가스 분사 수단으로부터 분사하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘발 및 용융 성분 분진을 상기 버그 필터를 사용하여 회수하기 전에, 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 미회수된 고형 분진을 사이클론을 사용하여 회수하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘발 및 용융 성분 분진을 상기 버그 필터를 사용하여 회수하기 전에, 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 미회수된 고형 분진을 고온의 버그 필터를 사용하여 회수하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 가스 발생원이, 석탄 등의 탄소 환원제 및 철광석 등의 산화 금속 함유 물질을 포함하는 원료를 고온에서 환원시키거나 환원 용융시켜 환원 금속을 제조하는 환원로인 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
  8. 고온 가스 발생원으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를, 고온의 배기 가스의 하향 스트림으로 갈수록 직경이 확대되는 두개 이상의 확대 단부를 구비한 온도 조절탑 내에 취입하고, 취입된 고온의 배기 가스의 가스 스트림의 거의 중심을 향하여 냉각수를 분무하고, 상기 확대 단부에 설치된 냉각 가스 분사 수단으로부터 냉각 가스를 상기 온도 조절탑의 내벽을 따라 분사하며, 취입된 고온의 배기 가스가 적절한 온도가 되도록 온도를 조절하고, 상기 온도 조절에 의해 고온의 배기 가스로부터 분리된 고형 분진을 상기 온도 조절탑 밖으로 배출시켜 회수하고, 상기 온도 조절탑에서 온도를 조절한 후 이로부터 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 휘발 및 용융 성분 분진을 버그 필터를 사용하여 회수하는 것을 특징으로 하는 고온의 배기 가스를 처리하는 방법.
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