KR20020037005A - 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수방법 및 그 장치 - Google Patents

배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러나 소각로에서 발생되는 아황산(SO2)가스에 석회석(CaCO3) 슬러리를 접촉시켜 아황산(SO2)가스에서 유황분을 탈황시켜 석고(CaSO4)로 회수하는 배연탈황법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활용이 가능한 고순도의 석고(CaSO4)로 회수하기 위하여 아황산(SO2)가스와 석회석(CaCO3)과 물(H2O)이 반응하여 침전되는 석고(CaSO4) 슬러리에 포함된 집진되지 않은 다량의 재(ash)를 사이클론에 의한 선회류(旋回流)의 원심력으로 분리하고 재가 분리된 석고(CaSO4) 슬러리를 탈수시켜 고순도의 석고(CaSO4)를 회수할 수 있는 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 아황산(SO2) 가스가 석회석(CaCO3)과 물(H2O)에 접촉되어 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되는 정상운전의 제 1단계와, 석고(CaSO4) 슬러리에 재가 함유된 정도를 파악하여 일정 수준을 넘을 때, 흡수탑의 저부에 침전된 석고(CaSO4) 슬러리를 도입관을 통하여 사이클론으로 보내고, 사이클론에서 석고(CaSO4) 슬러리의 물과 재를 제거하며, 물과 재가 제거된 석고(CaSO4) 슬러리를 재송급관을 통해서 다시 흡수탑으로 돌려보내는 재를 제거하는 제 2단계와, 석고(CaSO4) 슬러리의석고(CaSO4) 성분 농도가 짙어지면 흡수탑의 침전물인 석고(CaSO4) 슬러리를 도입관을 통해 사이클론으로 보내고, 다시한번 재를 제거한 후에 석고(CaSO4) 슬러리를 출구관을 통해 탈수기에 보내어 탈수시켜 고순도의 석고(CaSO4)만을 회수하는 제 3단계로 구성된 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법 및 그 장치가 제공된다.

Description

배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법 및 그 장치 {pure lime collectional method by cyclone in flue gas desulfurization and its apparatus}
본 발명은 보일러나 소각로에서 발생되는 아황산(SO2)가스에 석회석(CaCO3) 슬러리를 접촉시켜 아황산(SO2)가스에서 유황분을 탈황시켜 석고(CaSO4)로 회수하는 배연탈황법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활용이 가능한 고순도의 석고(CaSO4)로 회수하기 위하여 아황산(SO2)가스와 석회석(CaCO3)과 물(H2O)이 반응하여 침전되는 석고(CaSO4) 슬러리에 포함된 집진되지 않은 다량의 재(ash)를 사이클론에 의한 선회류(旋回流)의 원심력으로 분리하고 재가 분리된 석고(CaSO4) 슬러리를 탈수시켜 고순도의 석고(CaSO4)를 회수할 수 있는 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
유황분이 많은 중유나 석탄을 대량으로 연소시키는 화력발전소나 공장 등의 대형 보일러의 배연에는 아황산 가스인 이산화황(SO2)이 함유되어 있다. 이들 배연은 독성이 매우 강하고 산성비를 유발하는 공해 물질로서 대기오염의 한 원인이 되므로 보일러의 연소실에 석회를 불어넣어 이산화황(SO2)을 석고(石膏, CaSO4) 형태로 하거나, 배연을 활성탄이나 활성 망간에 흡착시키는 방법이 채택되고 있다. 또, 배연을 아황산칼륨의 수용액 등에 흡수시키는 방법도 있다.
상기와 같은 종래의 배연탈황법은 보일러나 소각로에서 배출되는 아황산 (SO2) 가스와 재 등을 함유한 고온의 배기 가스에 석회석(CaCO3) 슬러리를 접촉시켜석회석(CaCO3)이 아황산(SO2) 가스의 유황분을 흡수하여 석고(CaSO4)를 발생시키는 방법으로, 우선 배기 가스를 집진기에서 필터링하여 재를 제거하고, 흡수탑으로 보낸다. 흡수탑에서는 분사노즐로 물(H2O)과 석회석(CaCO3)을 분사하여 석회석(CaCO3) 슬러리를 생성시키고, 흡수탑으로 온 배연은 상기의 석회석(CaCO3) 슬러리와 반응하게 되어 석고(CaSO4) 슬러리가 생성된다. 이의 반복을 행하여 흡수탑 내의 석고 (CaSO4) 슬러리의 석고성분의 농도가 짙어지면 이를 탈수기로 보내서 탈수시켜 석고 (CaSO4)를 생성하게 된다. 이의 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.
SO2+ H2O →H2SO3
H2SO3+ ½O2→H2SO4
CaCO3+ H2SO4+ H2O →CaSO4+ 2H2O + CO2
즉, 종래는 보일러 등의 배기 가스가 집진기를 거치고 흡수탑에서 분사노즐로 분사되는 석회석(CaCO3)과 물(H2O)에 의해 아황산(SO2) 가스가 함침되고 침전되는 석회석(CaCO3) 슬러리를 분사노즐로 다시 분사하는 반복 순환의 제 1단계와, 상기 1단계의 반복으로 석회석(CaCO3) 슬러리의 석고(CaSO4) 성분 농도가 짙어지면 흡수탑의 침전물을 탈수기로 보내어 물을 탈수하여 석고(CaSO4)를 회수하는 제 2단계로 구성된다.
그러나, 종래의 배연탈황법에서는 집진기에서 필터링되지 않은 다량의 재가 석고(CaSO4)속에 잔존하게 되는 문제점이 있게 된다. 즉, 흡수탑으로 들어오는 배기가스는 집진기에서 약 85％의 아황산(SO2)과 재가 제거되나 완전히 제거되지 못하여 남아 있는 재가 흡수탑에서 물(H2O)과 석회석(CaCO3)에 섞이게 된다. 따라서 석회석 (CaCO3)과 물(H2O)과 아황산(SO2) 가스의 반응으로 석고(CaSO4)가 생성될 때 석고 (CaSO4) 속에는 다량의 재가 함유되는데, 이는 석고(CaSO4)의 품질을 저하시켜 건축용 석고보드 등으로의 활용이 곤란할 뿐만아니라 매립 등으로 폐기 처분하여야 하므로 부가적인 비용의 발생과 환경 오염의 문제점이 있게 되는 것이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 집진기로 걸러지지 않은 배연속의 재를 사이클론으로 완전히 제거하여 불순물이 없는 순수한 석고 (CaSO4)로 회수할 수 있도록 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도
도 2는 종래의 전체 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 집진기 2 : 흡수탑 3 : 사이클론
4 : 도입관 5 : 분사노즐 6 : 순환관
7 : 폐수처리설비 8 : 배출관 9 : 탈수기
10 : 출구관 11 : 재송급관 12 : 도입 펌프
13 : 도입 밸브 14 : 순환 펌프 15 : 순환 밸브
16 : 배출 밸브 17 : 출구 밸브 18 : 재송급 밸브
19 : 출구 펌프
이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도로서, 집진기(1)와 관로로 연결된 흡수탑(2)의 저측부와 사이클론(3)의 상측부에 연결된 도입관(4)과, 흡수탑(2) 측의 도입관(4)에 접속되어 흡수탑(2)의 상측부로 관통된 흡수탑(2) 내부의 일정 부분에 분사노즐(5)이 설치된 순환관(6)과, 사이클론(3)의 상부와 폐수처리설비(7)에 연결된 배출관 (8)과, 사이클론(3)의 하부와 탈수기(9)에 연결된 출구관(10)과, 출구관(10)에 접속되어 흡수탑(2)에 연결된 재송급관(11)으로 구성됨이 도시되어 있다. 그리고, 도입관(4)에는 도입 펌프(12) 및 도입 밸브(13)가, 순환관(6)에는 순환 펌프(14) 및 순환 밸브(15)가, 배출관(8)에는 배출 밸브(16)가, 출구관(10)에는 출구 밸브(17)가, 재송급관(11)에는 재송급 밸브(18)가 도시되어 있다.
도 2는 종래의 전체 구성도로서, 집진기(1)와 관로로 연결된 흡수탑(2)의 저측부와 흡수탑(2)의 상측부로 관통된 흡수탑(2) 내부의 일정 부분에 분사노즐(5)이 설치된 순환관(6)과, 흡수탑(2)의 저측부와 탈수기(9)에 연결된 출구관(10)으로 구성됨이 도시되어 있다. 그리고, 순환관(6)에는 순환 펌프(14) 및 순환 밸브(15)가, 출구관(10)에는 출구 펌프(19) 및 출구 밸브(17)가 도시되어 있다.
상기의 도 1과 같은 구조를 가지는 본 발명은 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되는 정상운전의 제 1단계와, 재를 제거하는 제 2단계와, 고순도의 석고(CaSO4)를 회수하는 제 3단계로 구성된다. 이를 상술하면 다음과 같다.
제 1단계인 정상 운전의 과정은 보일러 등의 배기 가스가 집진기(1)를 거치고 흡수탑(2)에서 분사노즐(5)로 분사되는 석회석(CaCO3)과 물(H2O)에 의해 아황산(SO2) 가스가 함침되고, 침전되는 석회석(CaCO3) 슬러리를 순환관(6)으로 순환시켜 분사노즐(5)로 다시 분사하는 반복 순환으로 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되는 단계이다.
제 1단계에서는 순환 밸브(15)만 열리고, 나머지 밸브들은 닫혀진 상태로 순환 펌프(14)의 작동으로 운전된다.
상기의 제 1단계는 종래의 과정과 같은 SO2+ H2O →H2SO3와, H2SO3+ ½O2→H2SO4와, CaCO3+ H2SO4+ H2O →CaSO4+ 2H2O + CO2의 반응이 일어나게 되는데 물론 고형분의 석고(CaSO4)는 아니고 석회석(CaCO3)과 물(H2O)과 아황산(SO2) 가스가 결합된 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되는 과정이다. 물론 이 과정에서는 재가 함유되어 순수한 석고(CaSO4)의 슬러리가 아니다.
상기 1단계의 반복되는 순환으로 점차 석고(CaSO4) 슬러리는 석고(CaSO4)의 농도가 짙어지면서 재의 함유량도 높아지게 된다.
제 2단계인 재를 제거하는 과정은 상기 1단계의 과정을 관찰하여 석고(CaSO4) 슬러리에 재가 함유된 정도를 파악하여 일정 수준을 넘을 때, 고순도의 석고(CaSO4)의 회수를 위한 재의 제거를 위하여 흡수탑(2)의 저부에 침전된 석고 (CaSO4) 슬러리를 사이클론(3)으로 보내고, 사이클론(3)에서 석고(CaSO4) 슬러리에서 물과 재를 제거하게 된다. 도입관(4)을 통해 사이클론(3)의 내부로 들어오는 유체의 석고(CaSO4) 슬러리는 선회류(旋回流)가 되어 이에 의해서 생기는 원심력으로 석고 (CaSO4) 슬러리에서 물과 재를 분리하게 된다. 분리된 물과 재는 폐수처리설비(7)로 보내지게 되고, 석고(CaSO4) 슬러리는 재송급관(11)을 통해서 다시 흡수탑(2)으로 돌려보내진다.
제 2단계에서는 순환 밸브(15)와 출구 밸브(17)는 닺히고, 도입 밸브(13)와 재송급 밸브(18)와 배출 밸브(16)는 열리며, 도입 펌프(12)의 작동으로 운전된다.
상기의 제 2단계는 본 발명의 특징으로써 종래에 석고(CaSO4)에 함유된 재를 제거하여 고순도의 석고(CaSO4)로 추출할 수 있게 되는 과정이다.
상기의 제 1단계와 제 2단계는 반복적으로 순환되는 과정을 거치게 되는데, 제 1단계의 반복과 제 2단계, 그리고 반복되는 제 1단계와 제 2단계의 조합이 반복되는 과정을 가질 수도 있다.
제 3단계인 고순도의 석고(CaSO4) 회수의 과정은 상기 1단계의 반복과 제 2단계의 과정을 거치면서 석고(CaSO4) 슬러리의 석고(CaSO4) 성분 농도가 짙어지면 흡수탑(2)의 침전물인 석고(CaSO4) 슬러리를 도입관(4)을 통해 사이클론(3)으로 보내고, 다시한번 재를 제거한 후에 석고(CaSO4) 슬러리를 출구관(10)을 통해 탈수기(9)에 보내게 된다.
탈수기(9)에서 석고(CaSO4) 슬러리는 탈수되어 고순도의 석고(CaSO4)만을 회수하게 된다. 제 3단계에서는 순환 밸브(15)와 재송급 밸브(18)는 닺히고, 도입 밸브(13)와 출구 밸브(17)와 배출 밸브(16)는 열리며, 도입 펌프(12)의 작동으로 진행된다.
상기와 같이 3단계를 거치면서 배연속에 함유된 아황산(SO2) 가스의 유황분이 석회석(CaCO3)과 물(H2O)에 접촉되어 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되고, 다시 석고 (CaSO4) 슬러리에 함유된 재가 사이클론(3)으로 제거됨으로써 본 발명은 고순도의 석고(CaSO4)로 회수할 수 있게 된다.
이와같이 된 본 발명은 집진기(1)로 걸러지지 않은 배연속의 재를 사이클론 (3)으로 완전히 제거하고 재가 제거된 석고(CaSO4) 슬러리를 탈수기(9)로 탈수하여 불순물이 없는 순수한 석고(CaSO4)로 회수할 수 있어 종래의 순도가 낮아 폐기처분함에 따른 폐기 비용의 절감 효과가 있고, 환경 오염을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 건축용 석고보드 등으로 다양하게 활용되어 자원 재활용의 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 아황산(SO2) 가스가 석회석(CaCO3)과 물(H2O)에 접촉되어 석고(CaSO4) 슬러리가 생성되는 정상운전의 제 1단계와, 상기 1단계의 반복으로 석고(CaSO4) 슬러리의 석고(CaSO4) 성분 농도가 짙어지면 석고(CaSO4) 슬러리를 탈수기(9)에서 탈수시켜 석고(CaSO4)만을 회수하는 제 2단계로 구성된 배연탈황법의 석고 회수방법에 있어서, 상기의 제 1단계와 제 2단계 사이에 석고(CaSO4) 슬러리에 재가 함유된 정도를 파악하여 일정 수준을 넘을 때, 흡수탑(2)의 저부에 침전된 석고(CaSO4) 슬러리를 도입관(4)을 통하여 사이클론(3)으로 보내고, 사이클론(3)에서 석고(CaSO4) 슬러리의 물과 재를 제거하며, 물과 재가 제거된 석고(CaSO4) 슬러리를 재송급관(11)을 통해서 다시 흡수탑(2)으로 돌려보내는 재를 제거하는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 방법.
  2. 집진기(1)와 관로로 연결된 흡수탑(2)의 저측부와 흡수탑(2)의 상측부로 관통된 흡수탑(2) 내부의 일정 부분에 분사노즐(5)이 설치된 순환관(6)과, 흡수탑(2)의 저측부와 탈수기(9)에 연결된 출구관(10)으로 구성된 배연탈황법의 석고 회수장치에 있어서, 흡수탑(2)의 저측부와 사이클론(3)의 상측부에 연결된 도입관(4)과, 흡수탑 (2) 측의 도입관(4)에 접속되어 흡수탑(2)의 상측부로 관통된 흡수탑(2) 내부의 일정 부분에 분사노즐(5)이 설치된 순환관(6)과, 사이클론(3)의 상부와 폐수처리설비 (7)에 연결된 배출관(8)과, 사이클론(3)의 하부와 탈수기(9)에 연결된 출구관(10)과, 출구관(10)에 접속되어 흡수탑(2)에 연결된 재송급관(11)으로 구성됨을 특징으로 하는 배연탈황법에서 사이클론을 이용한 고순도 석회의 회수 장치.
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