KR20020019093A - 배가스의 탈황 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기체상의 이산화황을 플랜트의 가소 단계(4)에서 추출되는 칼슘-함유 시멘트 원료 분체와 결합시키고, 계속해서 황-흡수 반응물로서 배가스와 접촉되게 하는 것으로 이루어지는 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스를 탈황시키기 위한 방법 및 장치가 설명되어 있다. 추출된 원료 분체를 배가스와 접촉시키기 이전에 소화 및 분쇄하는 특별한 방법이 설명되어 있다. 이 방법 및 장치에 의해 탈황 공정에서 요구하는 원료 분체의 양을 감소시킴으로서 열의 절약을 개선할 수 있다. 이것은 원료 분체가 소화 및 분쇄에 의해, 원료 분체의 미세도가 개선되고 그로 인해 탈황 공정의 효율이 증진되는 사실에 기인한다.

Description

배가스의 탈황 방법 및 장치{Method and apparatus for desulphurisation of exhaust gases}
상기 종류의 방법은 미국 특허 제 4,634,583호에 공지되어 있다. 이 공지된 방법의 단점은 낮은 등급의 효율이다. 이것은 배가스로 도입되는 가소된 원료 분체의 입자 크기가 비교적 크고, 그에 따른 표면적의 감소를 야기하는 사실 때문이다. 따라서, 상기 공지된 방법은 이론적으로 요구되는 것보다 더 많은 원료 분체를 필요로 하고, 추출된 원료 분체가 850 내지 950℃ 사이의 온도 범위에서 220 내지 250℃의 온도 범위까지 냉각되기 때문에 열의 불필요한 낭비를 야기한다.
본 발명은 기체상의 이산화황을 플랜트의 가소 단계에서 추출되는 칼슘-함유 시멘트 원료 분체와 결합시키고, 계속해서 황-흡수 반응물로서 배가스와 접촉하게 하여 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스를 탈황하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에서, 첨부되는 개략적인 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법이 적용되는 종래의 시멘트 제조 플랜트를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 특별히 바람직한 구현예를 나타낸 것이다.
상기한 단점이 감소될 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따라서 이 목적은 상기 도입부에서 언급한 종류의 방법으로 달성되고, 추출된 원료 분체가 배가스와 접촉하기 전에 소화(消和), 분쇄되는 특징을 갖는다.
탈황 공정에 요구되는 원료 분체의 양을 감소시켜서 열의 절약에 대한 개선이 얻어진다. 이것은 원료 분체가 소화 및 분쇄에 의해, 원료 분체의 미세도 (fineness)가 개선되어 그것에 의해 탈황 공정의 효율이 증진되는 사실에 기인한다. 수행되었던 시험들은 반응물의 입자 크기의 감소가 탈황 공정의 효율의 정도를 증진시키는 것을 나타내어 왔다.
추출된 원료 분체에 함유된 상당한 양의 산화칼슘(CaO)이 수산화칼슘 (Ca(OH)2)으로 전환되는 것이 바람직한데, 이는 수산화칼슘이 이산화황(SO2)과 결합하는 더 큰 능력 때문이다. 따라서, 본 발명에 의하면 추출, 가소된 원료 분체가 최소한 80% 소화되게 하는 것이 바람직하고, 완전한 소화가 되게 하는 것이 바람직하다. 소화의 비율은 (1- 소화 후 유리 CaO/소화 전 유리 CaO) x 100과 같은 것으로 결정되고, 여기서 유리 CaO는 통상적으로 발화-감량 유리 원리에 대한 것으로 보고된다.
반응물 입자 크기의 감소는 탈황 공정의 효율을 상승시키기 때문에, 추출, 가소된 원료 분체를 5㎛ 미만의 평균 입자 크기로, 바람직하게는 3㎛ 미만으로 분쇄하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명은 또한 추출된 원료 분체가 배가스와 접촉하기 전에 소화, 분쇄되는 수단을 갖는, 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스를 탈황하기 위한 장치를 포함한다.
시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스가 SO2를 함유하는 것은 황철광(FeS2) 같은 황화물이 원료 물질 내에 혼입된 특별한 경우이다. SO2는 예를 들어 FeS2의 부분 산화에 의해 550℃ 부근에서 형성된다. 또한, 추출된 원료 분체를 사용할 때 탈황의 최고 효율은 고온에서 달성된다. 따라서, 배가스의 흐름의 방향에서 볼 때, 원료의 황화물 성분의 부분 연소에 의해 SO2가 형성된 직후의 위치에서 추출, 가소된 원료 분체는 배가스 흐름으로 도입되는 것이 바람직하다. 5개의 싸이클론 단계가 있는 예열기로 이루어진 종래의 시멘트 제조 플랜트에서, 황화물-함유 원료 물질로부터 SO2의 형성은 전형적으로 제 3 싸이클론의 입구 도관 및 그 싸이클론 자체 내에서 발생할 것이다. 그러한 플랜트에서, 제 3 싸이클론 단계로부터의 배가스 배출 도관 또는 다음 위치에서 추출된 원료 분체가 배가스로 도입되는 것이 바람직하다. 실제적인 실시에서, SO2가 정확히 어디에서 생성되는지 확립하고, 그에 따라서 도입 지점의 위치에 관한 결정이 되는 SO2측정 기구가 사용될 것이다.
플래시(flash) 파이프에서 추출, 가소된 원료 분체가 공기 및 수분의 혼합 흐름으로 인가되어 소화되고, 소화된 원료 분체가 분리 장치에서 분리되고 나서 이송되어 분쇄기(mill)에서 분쇄되는 것이 바람직하다.
플래시 파이프로부터의 공기 흐름이 소화, 분쇄 및 가소된 원료를 분쇄기에서 도입 지점으로 이송하는데 사용되는 것이 또한 바람직하다.
킬른(kiln) 시스템의 더 고온인 부분에서 연료로부터 형성된 SO2는 CaO와 효과적으로 결합하여 최종 클링커의 구성 성분이 되는 고체인 CaSO4로 전환되기 때문에, 본 발명의 최우선적인 목적은 원료 물질에서 생성되는 SO2를 제거하는 것이다.
도 1은 1a에서 1e까지 5개의 싸이클론이 있는 싸이클론 예열기(1), 가소 장치(4), 로타리 킬른(3) 및 클링커 냉각기(5)로 이루어진 시멘트 제조 플랜트를 나타내고 있다. 상기 플랜트는 종래의 작동 원리에 따라 작동되며, 원료가 입구 도관의 입구(9)를 통해서 예열기의 제 1 싸이클론 단계(1a)로 도입되고, 로타리 킬른(3)내의 버너(11)와 가소 장치(4)의 버너(13)에서 각각 형성된 고열의 배가스와 역류하면서 먼저 예열기(1), 가소 장치(4) 그리고 계속해서 킬른(3)에서 가열, 가소 그리고 클링커로 연소되게 된다. 연소된 클링커는 계속해서 클링커 냉각기(5)에서 냉각된다.
본 발명의 방법에 따라서, 원료의 조절된 흐름을 추출하기 위하여 설계된 투여 장치(15)에 의해 고열의 가소된 원료 분체의 일부는 예열기(1)의 제 5 단계 분리 싸이클론(1e)으로부터 추출된다. 따라서 추출된 원료의 흐름은 어떤 적합한 소화 및 분쇄 장치(17)로 이송된다. 예를 들어, 이것은 볼(ball) 분쇄기, 수직형 분쇄기, 링(ring) 분쇄기 또는 수분(H2O)이 가능하면 기화된 형태로 첨가되는 롤러 프레스가 될 수 있다. 본 발명의 특별히 바람직한 구현예에서, 도 2에 나타낸 장치(17)는 수직도관 파이프 또는 플래시 파이프(17a)로 이루어져 있고 연이어서 분리 싸이클론(17b) 및 분쇄기(17c)를 겸비하고 있다. 이 구현예에서 추출, 가소된 원료 분체는 공기 및 물이 혼합된 상승 흐름에 인가된 후, 원료 분체가 소화된다. 공기는 팬(16)에 의해 공급되고, 물은 개구부(20)를 통해서 공급된다. 소화되었지만 실질적으로 건조된 가소된 원료 분체는 계속해서 분리 싸이클론(17b)에서 분리된 후 필요하다면 중간 용기(bin)(도시하지 않음)를 통해서 분쇄기(17c)로 이송하되 원하는 입자크기로 분쇄된다.
소화, 분쇄 및 가소된 원료 분체는 가능하다면 스쿠프(scoop) 장치를 통해서 상기 장치(17)로부터 제 3 싸이클론 단계(1c)의 출구 도관(21)내에 제공된 유입 개구부(19)로 이송된다. 도 2에 나타낸 구현예에서, 플래시 파이프로부터의 원료 분체는 공기흐름에 의해 도관(18)을 경유해서 공기식으로 이송된다.
배가스에 도입된 후, 산화칼슘(CaO) 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 배가스에 존재하는 SO2와 반응하고, 아황산칼슘(CaSO3) 및/또는 황산칼슘(CaSO4)으로 전환된다. 이들 고형물들은 원료의 다른 구성 성분들과 유사하게 클링커의 구성 성분이 될 수있다.
소화, 분쇄 및 가소된 원료 분체는 유입 개구부(19)로 직접 이송되거나 또는 도시하지는 않은 중간 용기로 이송시킨 후 유입 투여 수단에 의해 유입 개구부로 이송될 수 있다. 탈황 공정의 효율을 최적화하기 위해서 도관(21)의 전체 단면적에 걸쳐서 소화, 분쇄 및 가소된 원료 분체를 분사시킬 수 있는 특별한 랜스(lance)를 사용하여 원료의 실제적인 도입을 발생시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 기체상의 이산화황을 플랜트의 가소 단계(4)에서 추출되는 칼슘-함유 시멘트 원료 분체와 결합시키고, 계속해서 황-흡수 반응물로서 배가스와 접촉되게 하는 것으로 이루어지는 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스를 탈황시키기 위한 방법에 있어서, 상기 추출된 원료 분체는 배가스와 접촉하기 전에 도면 부호 17 위치에서 소화 및 분쇄되는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스의 탈황 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 최소한 80% 정도 소화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 완전히 소화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 5㎛ 미만의 평균 입자 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 3㎛ 미만의 평균 입자 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 배가스의 흐름의 방향에서 볼 때, 원료의 황화물 성분의 부분 연소에 의해 SO2가 형성된 직후 도면 부호 19 위치에서 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 배가스 흐름으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체는 플래시 파이프(17a)내에서 공기와 물의 혼합 흐름으로 도입되어 소화되고, 상기 소화된 원료 분체는 분리 장치(17b)에서 분리된 후, 계속해서 분쇄기(17c)로 이송되어 분쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 플래시 파이프(17a)로부터의 공기 흐름은 소화, 분쇄 및 가소된 원료 분체를 분쇄기(17c)에서 도면 부호 19의 지점을 통해 배가스로 이송하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 기체상의 이산화황을 플랜트의 가소 단계(4)에서 추출되는 칼슘-함유 시멘트 원료 분체와 결합시키고, 계속해서 황-흡수 반응물로서 배가스와 접촉되게 하는 방법에 의하여 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스를 탈황하기 위한 장치에 있어서, 배가스와 접촉시키기 전에 상기 추출된 원료 분체를 소화하고 분쇄시키기 위한 수단(17)을 겸비한 것을 특징으로 하는 시멘트 제조 플랜트로부터의 배가스의 탈황 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 배가스의 흐름의 방향에서 볼 때, 원료 내의 황화물 성분의 부분 연소에 의해 SO2가 형성된 직후 도면 부호 19 위치에서 상기 추출 및 가소된 원료 분체를 배가스 흐름으로 도입하기 위한 수단(18)을 겸비한 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체를 소화시키기 위한 상기 수단은 플래시 파이프(17a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체를 소화하기 위한 상기 수단은 분리 장치(17b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 추출 및 가소된 원료 분체를 분쇄하기 위한 상기 수단은 분쇄기(17c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 소화, 분쇄 및 가소된 원료 분체를 상기 분쇄기(17c)로부터 도면 부호 19의 도입 지점을 통해 배가스로 이송하기 위해 상기플래시 파이프(17)로부터 공기 흐름을 제공하기 위해 도관(18)이 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 장치를 갖는 시멘트 제조용 플랜트.
  16. 제 15항에 있어서, 5-단계 예열기를 포함하되, 상기 소화, 분쇄된 원료가 상기 예열기(1)의 세번째 단계(1c) 바로 직전의 배가스로 도입되는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조용 플랜트.
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