KR20020000535A - 유해가스 및 수은, 중금속을 포함한 먼지 동시제거용일체형 원심반응여과집진장치 - Google Patents

유해가스 및 수은, 중금속을 포함한 먼지 동시제거용일체형 원심반응여과집진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소각로, 발전소 및 기타산업 시설에서 연소후 배출되는 오염물질중 산성가스 및 입자상 오염물질을 동시에 제거하기 위하여, 반건식 세정장치와 활성탄주입기, 원심집진기 및 필터장치(일명 백하우스)를 일체화 한 배출가스 및 입자상 오염물질에 대한 동시처리장치에 관한 것이다. 배출가스 유입구를 통해 유입된 유해산성가스와 먼지는 원심집진부를 선회하며 원심집진부 상부에서 분무된 소석회(Ca(OH)2) 슬러리와 반응하고 원심집진부 하부 호퍼를 통해 입자상 오염물질과 함께 제거되며, 동시에 수은 및 중금속입자는 유입구 근처에서 주입된 활성탄 분말과 흡착반응을 하며 하단부 호퍼로 제거되고, 1차 여과된 오염가스와 미세먼지(수은 및 중금속 포함)는 원심집진부 상부의 필터링 하우스로 유입되어 필터표면에서 누적된 일부 소석회와 활성탄에 의해 재반응를 하면서 완전히 여과되어 배출된다.
본 발명은 반건식 반응탑(SDR), 활성탄주입장치(AC Feeder), 사이클론(Cyclone), 백하우스(Bag Filter House)로 구성되는 기존 소각 및 연소후처리등 여러 단계의 설비를 단일화 함으로써 설치면적과 제작비를 크게 줄일 수 있다. 또한, 반건식 반응기 외측에 별도의 단열처리 등이 필요치 않고, 백필터링 과정에서의 재가열에 따른 동력 소모도 줄일 수 있으며, 여러단계를 거치는 기존장치 설비와는 달리 단일 시스템에서 동시처리 됨으로써 수송경로가 단축되어 운전동력비도 크게 줄일 수 있다. 또한, 입자상 오염물질과 수분과의 응집으로 인한 먼지입자의 입경 증가로 인해 집진효율이 증가되고 하부 사이클론부에서 대부분의 먼지가 포집되므로서 상부의 집진필터의 부담이 감소되어 필터 수명이 연장된다.

Description

유해가스 및 수은, 중금속을 포함한 먼지 동시 제거용 일체형 원심반응여과집진장치{Semi Dry reacting CYclone BAGfilter(SD-CYBAG) System for eliminating pollutant gas and dust including Mercury and heavy metal}

본 고안은 소각로나 산업용 보일러등의 연소 배기가스에 함유된 오염물질중 HCl, SO2, HF, H2S등의 유해산성가스와 수은 및 중금속, 먼지등의 입자상 오염물질을 동시에 제거하기 위한 일체형 원심반응여과장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 [대표도]에서 명기한 데로 하부에 원심력을 이용한 사이클론형 원심집진기(18)와 반건식 반응기(11) 및 활성탄주입기(15)가 위치하고 상부에는 백하우스(12)가 위치하는 형태로 원심집진기와 반건식 반응기, 활성탄주입기 및 백필터를 일체화 한 배출가스 및 먼지의 동시 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 소각로, 발전소 및 기타 산업시설(1) 등의 연소과정에서 산성가스(HCL, SO2, HF, H2S)와 질소산화물(NO, NO2)을 비롯한 비산재(Fly Ash)와 휘발성 유기가스(VOC)등이 배기가스 내에 포함되어 있다. 이러한 유해물질 중에서 염화수소(HCl)와 황산화물(SO2) 및 황화수소(H2S)등의 산성가스와 여타 유해물질들을 제거하기 위한 여러가지 방법이 제시된 바 있고, 이 중 반건식 공정(3)은 배기가스로 미립자의 소석회(9)를 분무하여 유해물질을 제거하는 방법으로서, 특히 처리 후에도 폐수가 발생하지 않고, 고효율의 유해물질 처리로 최근에 주로 이용되고 있다. 이러한 반건식 반응기를 통해 산성가스들이 제거되고 이 과정에서 발생한 건조 생성물과 비산재 및 중금속 등의 입자상 물질들은 별도로 설치된 원심집진기(2)와 백필터(5)를 통해 포집된다.

[도면 1]에서 종래의 소각로 배출가스 처리장치는 소각로(1)에서 배출된 배출가스가 유입관을 통해 원심집진장치(2)로 공급되어 입경이 큰 입자상 물질들이 제거되어 진다. 원심집진기를 통과한 배출가스는 반건식 반응기(3)로 유입되어 노즐로부터 분사된 소석회 슬러리(8,9)와 반응한다. 이 과정에서 산성가스들은 건조 생성물로 변하여 하부 호퍼를 통해 배출되고 배출가스는 미세분진과 미반응물들을 포함한체 반건식 반응기를 벗어나 백하우스(5)로 유입되어 최종 여과된다.

일반적으로 반건식 반응기의 분사된 소석회 슬러리와 산성가스의 반응물은 충분히 건조되지 못하고 반건식 반응기 내부벽면에 누적 건조되어 쌓이는 현상이 있다. 따라서, 종래의 배출가스 처리장치에서는 상기 장치를 분해하여 고착된 소석회 슬러지를 정기적으로 제거해야하는 문제점이 있다. 또한, 산성가스와 소석회 슬러지와의 반응이 일어나는 반건식 반응기의 유입가스 온도는 약 250도씨 정도이며, 이는 액상 소석회의 증발잠열과 장치 외부로의 열손실등에 의해 백필터를 거친 후는 배출가스의 온도가 150도씨로 낮아진다. 액상 소석회를 통한 산성가스 제거에서 출구가스의 온도가 낮을수록, 즉 소석회와 유해가스의 접촉 및 반응량이 클수록 제거 효율은 증가하나 이 온도가 지나치게 낮을 경우 백필터를 통과하는 배출가스의 온도가 낮아져 수분이 응축하여 백필터의 미세틈이 막히는 현상이 나타나므로, 외부로의 열손실을 막기위해 장치를 단열처리 할뿐 아니라 반건식 반응기로 유입되는 가스의 온도를 적정 반응온도보다 높혀 운영하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, [대표도]에서와같이 하단(18)에 원심집진기인 사이클론이 반건식 반응기로서위치하고 상단(14)에 백하우스가 위치함으로써, 유해가스와 입자상 물질들을 처리하기위해 [도면1]에서 나타난 종래의 다단의 공정을 [도면2]에서 보여주는 하나의 공정으로 통합하여 설치비용 및 운영비용을 절약하고, 반건식 반응기 내부벽면에 누적 건조되는 산성가스와 소석회 슬러리와의 반응 고착물을 미연에 방지하며, 유해가스 처리효율과 집진효율을 동시에 증대시키는데 그 목적이 있다.

도면1 종래 배출가스 처리장치의 구성도

도면2 본 발명에 따른 배출가스 처리장치의 구성도

도면3 본 발명에 따른 배출가스 처리장치의 종 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 산성가스 및 입자상 오염물질 배출원

2 : 사이클론

3 : 반건식 세정기

4 : 활성탄 주입기

5 : 백필터 하우스

6 : 송풍기

7 : 스택

8 : 압축공기 저장탱크

9 : 소석회슬러리 저장탱크

10 : 일체형 원심반응여과장치

11 : 소석회슬러리 분사노즐

12 : 백필터(Bagfilter)

13 : 출구

14 : 외통부

15 : 활성탄 주입장치

16 : 입구

17 : 로터리 밸브(Rotary valve)

18 : 호퍼부

19 : 내통부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, [대표도]에서 나타난 바와 같이 소각로등으로 부터 배출되는 배출가스를 처리하기 위한 장치에 있어서, 하단에 원심집진기형 반건식 반응기용 소석회슬러리 분사노즐장치(18)가 위치하고, 수은 및 중금속등을 흡착하여 제거할 수 있도록한 활성탄주입기(15)가 장착되며, 상단에는 백필터 하우스(14)가 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 장치는 [도면 3]에서와 같이 하단부에는 소각로(1)로부터의 배출가스가 유입되는 유입관(16)이 원심집진기형 반건식 반응기 상단에 접선방향으로 위치하고, 반건식 반응기 상면에 원주방향으로 소석회 슬러리 분무노즐(11)이 다수개 위치한다. 유입관을 통해 유입된 고속의 배출가스는 선회류를 형성하며 원심력에 의한 입자상 오염물질의 집진이 이루어짐과 동시에 반건식 반응기 상면의 노즐(11)로부터 분무된 소석회 슬러리와 반응하여 산성가스들이 제거되어진다. 이때 발생하는 건조 생성물은 입자상 오염물질과 함께 하부 호퍼(18)에 설치된 로터리 밸브(17)를 통해포집되며 이 과정에서 수분과 입자상 오염물질들과의 응집으로 인해 집진효율이 증대된다. 또한 유입구 근처에는 활성탄 주입장치(15)가 설치되어 유입관(16)에서 들어오는 수은 및 중금속을 흡착 제거하고 하부 호퍼로 포집되며 일부는 상부 백하우스부로 유입되어 필터표면에서 2차 흡착반응을 하게 된다.

유입된 고속의 배출가스로 인한 강한 선회류는 난류의 강도와 체류시간을 증대시킴으로써 오염가스와 액상 소석회와의 접촉성을 늘리고, 수은 등의 중금속과 활성탄의 접촉성을 증가시킨다. 이는 반응률의 증대로 이어짐과 동시에 강한 선회류의 삭마 효과는 반건식 반응기 내부벽면에 누적 고착되는 생성물을 미연에 방지할 수 있게 한다. 선회류를 이루며 소석회 슬러리와 활성탄과 반응한 배출가스는 입자상 오염물질과 산성가스들이 제거되며, 하부 콘부위로 이동된 후 원심집진기형 반건식 반응기 중심부에 상승와류를 형성하며 내통(19)을 따라 상부 백필터 하우징(14)으로 이동하여 백필터(12)를 통해 2차 여과된다. 이때 유입관(16)의 유입단면과 설치위치 및 치수는 집진효율 및 압력손실의 정도에 영향을 주게된다.

상하부를 연결하는 내통(19)은 [도면 4]에서와 같이 직경과 길이 및 외통과의 경사각에 따라서 최적의 상승기류와 하강기류를 동시에 발생시킬 수 있도록 그 범위를 제한한다. 일반적인 표준사이클론과는 달리 본 발명의 내통(19) 구조는 집진성능에 매우 민감하여 그 최적범위를 전산유체역학(CFD)적 시뮬레이션을 통하여 최적의 범위를 설정한다. 유입관(16)으로 유입된 가스와 입자는 고속선회를 통해 하부 사이클론에서 원심분리가 되어 일부 먼지는 호퍼로 포집되고, 나머지 미세먼지(보통 10마이크론 이하 30-60%)는 내통(19)의 벽면을 타고 선회를 하면서 상부 백하우스로 상승하게 된다. 내통을 거쳐 상부로 올라간 먼지들은 계속 선회를 하면서 여과필터에서 집진이 되고, 일부 먼지들은 중심부에서 다시 하강하는 기류를 따라 내통(19)의 중심부를 통과하여 하부 사이클론부로 하강하여 포집되게 된다. 이러한 현상은 와류(vortex)의 연속성에 기인하여, 표준시이클론에서는 선회류가 내통을 따라 상승하여 소멸되지만, 본 장치의 고안에서는 선회와류가 상부의 백하우스 상면에서 반사되어 중심기류를 타고 하부 사이클론으로 계속 내려올 수 있기때문에 나타난다. 특히, 여과포 표면에서 탈진되는 먼지적층편(dust cake)도 이러한 하강기류를 타고 하부 사이클론부로 하강하여 포집되므로써 탈진시 먼지의 재부착, 비산현상등을 방지할 수 있도록 한다. 본 장치의 내통(19)의 설계에 있어 중요한 인자는 내통의 직경, 길이, 외통과의 접속각도등이다

하부 원심집진기형 반건식 반응기를 통과한 먼지와 건조 생성물 중 하부 호퍼에서 포집되지 않은 미세 먼지와 미세 건조 생성물은 백필터(12)에서 여과되어지며, 이때 백필터 표면에 포집된 미세 건조 생성물에 의해 일정두께의 포집 분진층이 형성된다. 포집 분진층에는 원심집진기형 반건식 반응기에서 분사된 미반응 건조 소석회가 유해물질과 추가로 반응하게 되어 입자상 미세 오염물질과 미량 가스상 오염물질들을 동시에 제거하게 된다. 이렇게 2차 여과되어 백필터에 포집된 오염물질들은 압축공기를 이용한 펄스젯 탈진을 통하여 백하우징에서 원심집진기형 반건식반응기 하부 호퍼까지 형성된 상승와류내의 하강기류를 따라 탈진, 포집되어진다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 사이클론형 원심집진기와 반건식 반응장치, 활성탄 흡착장치 및 백필터를 일체화 함으로써, 소각설비의 설치 면적을 줄일 수 있으며, 각 장치와 배관 파이프 외부에 별도의 단열장치 및 재가열 장치를 설치 운영할 필요가 없어 에너지 소비를 줄일 수 있고, 장치 내부 벽면에 누적 고착되는 소석회 슬러지를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 원심집진기형 반건식 반응기로의 유입가스의 온도를 낮추어 운영하여도 백필터 하우징 내의 온도를 적절히 조절할 수 있어 백필터에 수분이 응축되는 현상을 방지하면서도 산성가스의 제거효율을 향상시키고 동시에 수은 등의 중금속을 제거 시킬 수 있다. 장치내로 유입되는 배출가스의 고속화로 입자상 오염물질과 산성가스의 제거효율을 동시에 증대시킴과 동시에 장치의 컴팩터화를 이룰 수 있다.

Claims (2)

  1. 소각로 및 연소장치로부터 배출되는 배출가스를 처리하기 위한 장치에 있어서, 일측에 상기 소각로와 연결된 배출가스 유입관과 소석회 슬러리 등의 흡수제를 분무하기 위한 노즐과 활성탄을 분사하기위한 분사장치가 설치된 원심집진기형 반건식 반응기를 설치하고 타측이 원형 또는 사각형의 백필터 하우징과 펄스제트 탈진장치로 구성된 일체형 배출가스 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, [도면 4]에서 나타난 바와같이 집진효율 및 최소 압력손실을 나타내는 주요 형상과 치수에 있어 하부의 원심집진기형 반건식 반응기로 유입되는 유입구의 형상은 직사각형이며, 입구부 가로 세로비 :  B = 2C, 호퍼부 높이 E :  0.83D < E ,내통직경과 입구높이 비 : B = 0.22D이고, 상부의 백하우스를 연결하는 내통의 치수에 대한 최적의 범위는, 내통직경 A  : 0.55D < A < 0.65D , 내통길이 P의 아래끝단 위치 : P끝단 = 입구중심(B/2)  이다.
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