KR20090112628A - 습식 소결 연통 가스 탈황 및 탈먼지 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소결 연통 가스를 위한 습식 탈황화 및 탈먼지 공정을 제공한다. 소결 연통 가스는 일차로 부스트되고, 다음에 탈플루오르화되고 냉각되어, 연통 가스 내에 포함된 가스성 HF는 알칼리 슬러리에 의하여 트랩되고, 연통 가스의 온도는 80℃ 이하로 낮추어 진다. 그리고 연통 가스는 높은 효율의 탈황화 흡착 타워로 들어가며, 탈플루오르화된 연통 가스는 스핀 회전하고, 흡착 타워 내의 가스 주입 파이프 내에서 소용돌이 장치를 경유하여 고속으로 슬러리 풀 내로 들어가며 그리고 슬러리 내에서 분쇄되어 슬러리와 혼합되고, 탈황화 및 탈먼지화 공정을 마치게 된다. 안개가 제거된 이후에, 정제된 연통 가스는 소결 폐증기에 의하여 재가열되며, 그리고 굴뚝을 통하여 배출된다. 탈황화 및 탈먼지화 공정은 95% 이상의 탈황화 효율을 이룰 수 있으며, 99% 이상의 탈먼지화 효율을 얻을 수 있다. 냉각 탈플루오르화 장치를 설치함으로써, 흡착 타워의 열적 안전도를 보증할 수 있어, 타워 내의 부식을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 본 발명 공정에는 재생 펌프가 사용되지 않으며, 높은 효율의 탈황화 흡착 타워 내부에는 이동 요소가 없으며, 가스 액체 효과가 우수하다. 소결 폐증기를 이용한 재가열 방법은 기존의 GGH를 제거할 수 있을 뿐 아니라, 시스템의 운전 안정도를 개선할 수 있으며, 투자의 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
Figure P1020097010370
습식 소결 연통 가스, 탈황, 탈먼지

Description

습식 소결 연통 가스 탈황 및 탈먼지 공정{A sintered flue gas wet desulfurizing and dedusting process}
본 발명은 소결 연통 가스 탈황 및 탈먼지 공정에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 철 및 강철의 야금에 있어서 연통 가스를 소결하기 위한 습식 탈황 및 탈먼지 공정에 관한 것이다.
현재, 소결 연통 가스는 철 및 강철의 야금에 있어서 SO2를 배출하는 주요 배출 가스 중 하나이다. 그러나 중국에서는 소결 연통 가스 탈황 공정에 대한 연구가 충분하게 진행되지 않고 있다. 이와 같은 문제점은 중국에서 철 및 강철 산업의 개발을 제한하는 중요한 문제가 되고 있다.
소결 연통 가스로부터 SO2의 배출을 해결하기 위해서는 두 가지 중요한 방법이 있다.
첫번째 방법은 낮은 황 포함 연료를 이용하거나 또는 SO2의 배출을 감소시키기 위하여 소결 원료에 탈황제를 추가하는 것이다. 이에 대한 예로서, 중국 특허 출원번호 CN1285415A는 연소 과정 동안에 소결 원료에 암모니아가 포함된 화합물을 추가하는 탈황 공정을 공개하고 있다. 그러나 이와 같은 방법에 의한 탈황 효율은 재료 레이어에 있어서 첨가제의 불균일한 분포와 연소 영역에서 온도 및 농도의 불균일 문제로 인하여 효율이 높지 않다.
두번째 방법은 소결 연통 가스를 탈황화하는 것이다. 연통 가스 탈황화 기술은 건식 연통 가스 탈황화 및 습식 가스 탈황화를 포함하고 있다. 건식 가스 탈황화는 순환 액화 베드, 회전 스프레이 반-건식(semi-dry) 연통 가스 탈황화, 활성 카본 흡착, 전자빔 방출 및 이와 유사한 것을 포함한다. 순환 액화 베드 및 회전 스프레이 반-건식 연통 가스 탈황화의 탈황화 효율은 일반적으로 높지 않은 70 내지 85%이다. 정제 과정 이후의 부산물은 불안정하고 사용하기가 까다로운 칼슘 아황산염이다. 칼슘 아황산염을 장시간 적재하는 것은 공간을 많이 차지하는 결과가 되며, 2차 오염을 일으킬 수 있다. 활성 카본 흡착이 일본 제철 산업에 적용되고 있으며, 예를 들면 나고야의 제철 공장의 제3번 소결 기계에는 활성 카본 흡착을 이용하여 소결 연통 가스 탈황화 및 탈질화 장치의 세트가 설치되어 있다. 이와 같은 방법에 따라 95%의 탈황화를 이룰 수 있으며, 40%의 탈질화 효율을 얻을 수 있다. 그러나 투자 및 운전 비용이 고가의 활성 카본 및 복잡한 정제 시스템 및 흡수제 재생 시스템으로 인하여 너무 높은 단점이 있다. 일본 특허 번호JP52051846은 전자 빔 방출 공정을 공개하고 있으며, 상기 공정으로 80% 이상의 탈황화 효율 및 탈질화 효율을 이룰 수 있지만, 상기 공정은 높은 에너지 소비를 필요로 하며, 방사선을 누출하는 위험이 있다. 상기의 몇 가지 건식 소결 연통 가스 탈황화 공정들 은 연통 가스에 포함된 미세 먼지를 현저하게 줄일 수 없으며, 소결 연통 가스 내에 포함된 금속 물질을 재생하기 위한 방법이 없는 문제가 있다.
건식 소결 연통 가스 탈황화 공정과 비교하면, 습식 소결 연통 가스 탈황화 공정이 보다 광범위하게 사용되고 있다. 일본에 소재하는 키타큐슈 제철 공장에서는 SO2를 마그네슘 황산염으로 변환시키기 위하여 마그네슘 수산화물을 소결 연통 가스에 뿌리고 있으며, 가스 세정기를 이용하여 소결 공정으로부터 제거된다. 일본의 케이힌 제철소는 소결 연통 가스를 탈황화하기 위하여 암모니아-암모늄 황산염을 사용하고 있으며, 소결 연통 가스에 존재하는 SO2와 반응하는 코크 오븐 가스로부터 발생하는 불필요한 암모니아를 이용하고 있으며, 이에 따라 암모늄 황산염이 얻어진다. 먼저, 암모늄 중성 아황산염을 만들기 위하여, SO2를 흡수용으로 암모늄 아황산염 용액(농도 3%)를 이용하였다. 그리고 그 후 코크 오븐 가스 내에서 NH3를 흡수하기 위하여 흡착 용액을 코크 오븐 플랜트로 가져가서, 암모늄 아황산염을 만들었으며, 다시 이를 환식 적용(cyclic utilization)을 위하여 소결 플랜트로 이동시켰다. 일본의 코베 카시마 미츄시마 치바에 있는 소결 플랜트는 지난 세기 70년대에 만들어진 석회암-석고 연통 가스 탈황화 방법을 이용하였으며, 그리고 전통적인 석회암-석고 공정을 이용하였다. 그러나 상기 공정의 도구들은 시대에 뒤떨어져 있으며, 건설 및 운전 비용이 상당히 높은 편이다. 본 기술 전문가들의 의견에 따르면, 외국 공정들은 복잡하고, 그리고 경제적으로 낮은 효율을 갖는다는 것이다. 따라서 중국 내에서는 바람직하지 않다.
습식 탈황화 공정용의 중요한 도구인 흡착 타워의 다른 유형들은 다른 탈황화 효용과, 건설 비용과, 운전 비용과 시스템적인 운전 안전성을 제공한다. 현재에 있어서, 석회암-석고 방법에 세계적으로 널리 사용되고 있는 흡착 타워 방식은 스프레이 타워이며, 이는 국내 및 해외에서 300MW 이상의 열 발전소에 널리 사용되고 있다. 석탄을 이용하는 보일러로부터 만들어지는 다른 연통 가스와는 다르게, 소결 연통 가스는 다음과 같은 특징으로 갖는다.
(1) 소결 연통 가스 내의 SO2의 농도는 비교적 낮으며(일반적으로 300-1000mg/Nm3). 그리고 그의 보다 낮은 한계는 습식 탈황화 이후 석탄 연료를 이용하는 보일러로부터 만들어지는 연통 가스의 농도 보다 훨씬 낮다. 그리고 소결 연통 가스의 부피 및 가스 내의 SO2 농도는 큰 범위 내에서 변화한다. 이러한 특징들에 따르면, 소결 연통 가스의 탈황화는 반드시 높은 효율 및 낮은 비용의 탈황화 공정을 이용해야만 하는 것이다. 그러나 스프레이 타워의 가스-액체 질량 전달 효율은 그다지 높지 않은 편이다. 상기와 같은 농도에서 SO2를 제거하기 위하여, 스프레이 슬러리가 흡착 타워 영역을 충분히 커버하여야 하며, 스프레이 레이어들 사이의 커버율이 200%를 넘어야 한다. 따라서, 액체 가스 비율(W/G)은 상당히 높으며(일반적으로 W/G 는 12-20 이다), 그리고 전력 소모가 높으며, 경제적인 효용이 좋지 않다.
(2) 석탄을 이용하는 보일러로부터 얻어지는 연통 가스와 비교하여, 소결 연통 가스 내에 존재하는 먼지 입자들의 입자 크기는 비교적 작으며, 서브마이크론 크기의 먼지의 비율이 상당히 높은 편이다. 그러나 전통적인 스프레이 타워는 입자 크기 범위 내에 있는 먼지에 대해서는 높은 제거 효율을 갖지 못한다.
(3) 정전기 집진기(ESP)로부터 나오는 소결 연통 가스는 상당히 낮은 온도(85 내지 150℃)를 가지며, 이를 이용하여 스프레이 타워 전방에서 재생성 가스-가스 히터(GGH)가 정제된 연통 가스를 80℃ 이상으로 재가열할 수 없는 상태로 만든다. 게다가 소결 연통 가스의 복잡한 구성은 자연적으로 막히는 GGH의 작업 조건을 훨씬 나쁘게 만들며, 이에 따라 시스템의 이용도를 낮추는 결과가 된다.
(4) 소결 연통 가스의 구성품은 대단히 복잡하고 그리고 소결 연통 가스는 소결 광석에 따라 가스성의 HF를 수십 밀리그램에서 수백 밀리그램까지 포함하고 있다. 그리고 소결 연통 가스는 많은 가스성 HCl과 중금속을 포함하고 있으며, 먼지의 접착도가 강하다. 소결 연통 가스의 이와 같은 특징들은 오수 처리 및 흡착 타워의 부식 방지/부착 방지 특성 및 탈황화 시스템의 전체 세트를 위한 사용을 위하여 보다 높은 등급의 조건을 필요로 하게 만든다.
따라서, 소결 연통 가스의 특성에 비추어 보면, 석탄 연료 사용 발전소에서 널리 사용되고 있는 습식 탈황화 공정 및 스프레이 타워를 소결 연통 가스의 탈황화로 만드는 것은 쉽지 않으며 그리고 경제적이지 않다.
본 발명에 의하여 해결하고자 하는 기술적인 문제점은 소결 연통 가스로부터 발생하는 SO2의 배출 효과를 생태 환경적으로 그리고 인간 건강을 위하여 약화시키기 위하여 습식 소결 연통 가스 탈황화 및 탈먼지 공정을 제공하는 것이며, 소결 연통 가스에 대하여 높은 탈황 및 탈먼지 효율과, 낮은 에너지 소모, 낮은 운전 비용, 적은 토지 점유, 낮은 건설 비용, 신뢰도 높은 운전 및 기타로 특징되며, 그리고 경제적 손실을 저감시키며 기업의 환경 보호에 대한 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이러한 공정은 다른 부피의 소결 연통 가스에 적용될 수 있으며, 큰 범위 내에서 온도의 변화 및 소결 연통 가스의 구성품에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적인 해결책은 다음과 같은 단계를 갖는다.
1) 탈먼지 장치로부터 배출되는 소결 연통 가스가 부스트 팬에 의하여 부스팅된 이후에, 연통 가스로부터 HF, HCl 가스 및 큰 입자들을 충분히 제거하고 그리고 연통 가스의 온도를 80℃ 이하로 낮추기 위하여 알칼리 슬러리를 이용하여 탈플로오르화 처리 및 냉각 처리된다.
2) 연통 가스는 탈황화 흡착 타워로 들어가며, 연통 가스 내에 포함된 SO2는 흡착 타워 내의 알칼리 슬러리와 반응한다.
3) 정제된 연통 가스는 연통 가스 내에 포함된 작은 물방울들을 제거하기 위하여 안개 제거장치 내로 들어가며, 그리고 그 후 굴뚝으로부터 배출되기 전에 재가열된다.
석탄 연료 이용 보일러 연통 가스와는 다르게, 소결 연통 가스는 소결 광석에 따라 가스성 HF를 수십 밀리그램에서 수백 밀리그램까지 포함하고 있다. 여기서 가스성 HF는 부식성이 대단히 강하며, 물에 용해되고 난 이후에는, 플루오린화수소산을 만든다. 이와 같은 플루오린화수소산은 구조적 구성품 및 흡착 타워 내의 부식 방지 재료에 심각한 부식을 야기하며, 섬유 보강 플라스틱(FRP) 재료를 심하게 파괴하여, 탈황화 시스템의 운전 신뢰도를 저해하는 결과가 된다. 흡착 타워가 안전하게 운전되도록 하게 하기 위하여, 그리고 타워 내의 부식 방지 재료의 등급을 낮추기 위하여, 그리고 탈황화를 위한 최적의 반응 조건을 제공하기 위하여, 연통 가스가 흡착 타워 내로 들어가기 이전에 연통 가스를 탈플루오르화하고 냉각시킬 필요가 있다. 상기 공정 동안에, 가스성 HF를 충분히 제거하기 위하여 연통 가스는 알칼리 슬러리 탱크로부터 공급되는 새로운 알칼리 슬러리와 반응시키며, 이와 동시에 알칼리 슬러리의 증발 및 공정 물(water)은 연통 가스의 온도를 80℃ 이하로 낮추며, 이에 따라 탈황화를 위한 최적의 반응 조건을 만들게 된다. 만약 흡착 타워가 장시간 동안 80℃ 이상의 온도에서 작동한다면, 부식 방지 재료가 어떤 종류이던 상관없이 상기 타워가 손상을 입어 그 수명이 단축된다. 따라서, 흡착 타워의 입구 온도를 80℃ 이하로 낮추는 것은 흡착 타워 재료의 장기간 사용을 가능하게 하며, 이에 따라 흡착 타워의 열적 안전도를 보장할 수 있다. 연통 가스 내에 포함된 가스성 HCl이 높은 용해성을 갖기 때문에, 가스성 HCl의 대부분 및 큰 입자 먼지들은 연통 가스가 탈플루오르화되고 그리고 냉각될 때 제거될 수 있다.
탈플루오르화 및 냉각된 이후에, 연통 가스는 본 발명 공정을 위하여 특별히 제공된 높은 효율의 탈황화 흡착 타워 내로 들어가서, SO2를 충분히 제거하기 위하여 흡착 타워 내의 알칼리 슬러리와 반응한다. 소결 연통 가스 내의 SO2 농도는 상당히 낮으며, 만약 전통적인 스프레이 타워가 사용된다면, 상당히 높은 탈황화 효율을 얻기 위하여 대단히 높은 전력 소모를 필요로 한다. 따라서, 본 발명 공정은 특별히 설계된 탈황화 흡착 타워를 이용하며, 상기 타워는 슬러리를 재생하고 그리고 타워의 상부에 스프레이를 하는 기존 방법을 이용하는 대신에 균일하게 탈플루오르화되고 냉각된 연통 가스를 흡착 타워의 중앙부로부터 타워 내에서 규칙적으로 정렬된 복수개의 가스 주입 파이프로 주입하며, 그리고 가스 주입 파이프들의 하부 내의 배출관은 흡수 슬러리의 표면 하부에 구성되어 있다. 연통 가스는 가스 주입 파이프들 내의 소용돌이 장치를 경유하여 강한 회전을 발생하게 되며, 접선 방향으로 따라 배출관으로부터 흡착 타워의 슬러리 풀 내로 들어간다. 일단 배출되면, 거품이 충돌하고, 회전하고, 상호 절단 및 부서지고, 슬러리 내에서 추가로 부서지고, 이에 따라 가스 액체 접촉 효과를 개선한다. 이와 같은 공정은 95% 이상의 탈황화 효율을 얻을 수 있으며, 99% 이상의 탈먼지 효율을 얻을 수 있다. 그리고 흡착 타워의 슬러리 풀의 하부에는 복수개의 세트로 구성되는 교반기 및 산화 유니트가 설치되어 있다. 교반기의 목적은 슬러리 풀의 바닥에 석고가 침전되는 것을 방지하기 위한 것이며, 산화 유니트의 기능은 사용 가능한 석고 결정의 부산물을 산화시키기 위한 것이다. 흡착 타워의 슬러리 풀의 바닥에 있는 석고 슬러리의 농도가 설정된 값이 될 때, 석고 슬러리는 타워의 바닥으로부터 배출되어, 석고 탈수 시스템으로 이송된다.
정제된 연통 가스는 안개 제거 장치 내로 들어가며, 작은 물방울 분리 효과가 거기에서 이루어 진다. 안개가 제거된 연통 가스는 재가열되고, 굴뚝을 통하여 배출된다.
본 발명의 개선 사항으로서, 탈플루오르화 이후에 결과적으로 얻어지는 석고 슬러리는 2단계로 구성되는 탈수 과정을 거치며, 이에 따라 습기가 10% 이하로 감소되며, 이와 같은 공정에서 2단계로 구성되는 탈수 공정은 헬리컬-컨베이어 원심 탈수 장치 또는 습식 사이클론 및 진공 벨트식 탈수장치에 의하여 각각 수행된다.
본 발명의 개선 사항으로서, 소결 연통 가스는 냉각 탈플루오르화 장치 내에서 탈플루오르화되고 냉각된다. 이에 따라 연통 가스의 온도는 80℃ 이하로 급격히 내려가며, 가스성 HF는 연통 가스로부터 충분히 제거된다.
본 발명의 또 다른 개선 사항으로서, 단계 1)의 연통 가스의 온도는 알칼리 슬러리의 증발과 냉각 탈플루오르화 장치 내의 공정 처리수에 따라 냉각된다.
본 발명의 또 다른 개선 사항으로서, 냉각 탈플루오르화 장치 내에서 발생하는 폐수는 폐수 처리 시스템으로 바로 배출된다. 냉각 탈플루오르화 장치 내에서 발생한 폐수는 F-, Cl-, 중금속 포함 그을음 및 작은 양의 칼슘 아황산염을 포함하고 있다. 폐수의 양이 많지 않기 때문에, 흡착 타워로 들어가지 않고 바로 폐수 처리 시스템으로 배출할 수 있다. 탈황화 시스템 내의 염소 이온 및 중금속의 축적 효과가 많이 감소되며, 이에 따라 그 다음 장비의 염소 이온 부식을 저감할 수 있으며, 그리고 부산물 석고의 품질을 개선할 수 있다.
본 발명의 또 다른 개선 사항으로서, 냉각 탈플루오르화 장치로부터 배출되는 폐수는 폐수로부터 중금속을 분리하기 위하여 침전되고, pH 값이 조정되고 그리고 이와 유사한 방법으로 처리된다. 건조된 중금속 슬러지는 그 내부에서 철을 회수하기 위하여 자성 분리 처리된다. 그 후 회수된 철은 광석 혼합을 하기 위하여 소결 기계의 헤드부로 이송되며, 소결 시스템의 자원 이용의 레벨이 개선된다.
본 발명의 또 다른 개선 사항으로서, 단계 2)의 탈황화 흡착 타워 내에서, 탈플루오르화 및 냉각 처리된 연통 가스는 흡착 타워 내의 가스 주입 파이프 내에서 소용돌이 장치를 통하여 고속으로 슬러리 풀에 충돌된다. 연통 가스는 슬러리 내에서 분쇄되며, 슬러리와 혼합된다. 그리고 탈황화 및 탈먼지 공정은 가스 및 액체의 높은 접촉 효율 중에 완성된다. 단계 2)에서 효율이 높은 탈황화 흡착 타워는 슬러리 재생 펌프를 이용하지 않기 때문에, 그 운전 비용이 싸다. 그리고 흡착 타워 내의 가스 속도가 높기 때문에, 타워의 구조가 소형이며, 타워의 땅 점유 공간도 적은 편이다. 게다가 탈황화 흡착 타워 내부에는 이동 요소 및 노즐이 없기 때문에, 흡착 타워가 방해되고 오염되는 것을 현저히 줄일 수 있다. 시스템의 운전 신뢰도가 높으며, 그에 따라 유지 보수가 감소된다.
본 발명의 또 다른 개선 사항으로서, 단계 3)의 탈안개 처리된 연통 가스의 재가열은 본 발명에 의한 시스템의 소결 폐증기를 이용하여 수행된다. 예를 들면, 소결-순환-냉각 기계에 의한 소결 광석의 냉각 공정 동안에 발생한 폐증기는 연통 가스를 80℃까지 가열하기 위하여 증기 연통 가스 재가열기로 도입된다. 그리고 연통 가스는 굴뚝을 통하여 배출 된다. 기존의 재상 가능한 가스-가스-가열기(GGH)를 교체하기 위하여 소결 폐증기를 이용하는 공정은 값비싼 GGH를 필요 없게 할 뿐만 아니라, 막힘을 막을 수 있으며, 이에 따라 시스템의 운전 안정성을 개선하고 투자의 비용을 저감시키는 결과가 된다.
상기에 설명한 알칼리 슬러리에 관하여, SO2와 반응할 수 있는 알칼린 물질에 의하여 만들어진 용액 또는 슬러리가 사용될 수 있다. 일반적으로 사용되는 탈황화 알칼린 물질은 낮은 가격의 생석회 및 소화(slaked)된 석회와 같은 칼슘 기반 흡수제이다. 또한 소듐 기반 알칼린 화합물, 마그네슘 기반 알칼린 화합물, 암모늄 기반 알칼린 화합물과 같은 다른 알칼린 화합물들이 사용될 수 있다.
본 발명의 출원에 사용된 석고는 상기의 알칼린 물질을 탈황화하여 형성된 황산염 중 한 개다.
상기 기술적인 해결책의 적용에 따라, 본 발명은 종래 기술과 비교하여 다음과 같은 장점들과 긍정적인 효과를 갖는다.
1. 소결 연통 가스의 부피 변화 조건, 연통 가스의 온도 조건, 연통 가스 내에 SO2 농도 조건을 광범위로 충족시킬 수 있으며, 95% 이상의 탈황화 효율을 실현할 수 있으며, 99%의 탈먼지 효율을 얻을 수 있다. 특히 서브마이크론 크기의 먼지들에 대하여 우수한 탈먼지 효과를 얻을 수 있다.
2. 냉각 플루오르화 장치가 연통 가스의 온도를 80℃로 낮추고 그리고 가스성 HF의 대부분을 제거하기 위하여 흡착 타워 앞에 설치될 수 있다. 이와 같은 방법은 다음 공정인 탈황화에 대하여 최적의 반응 조건을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 흡착 타워의 열적인 안정성을 제공하며, 이에 따라 타워 내에서의 부식을 저감시키며, 탈황화 시스템의 운전 신뢰도를 개선할 수 있는 장점이 있다.
3. 대부분의 HCl 가스 및 큰 입자 크기의 먼지들이 냉각 탈플루오르화 장치에서 제거되기 때문에, 탈황화 시스템 내에서의 염소 이온 및 중금속의 축적 효과는 크게 감소되며, 이에 따라 후속 공정의 장비의 염소 이온 부식을 저감시키고 그리고 탈황화 부산물 석고의 품질을 개선할 수 있는 장점이 있다.
4. 냉각 탈플루오르화 장치에서 발생한 작은 양의 폐수는 처리되어, 앞으로 처리될 폐수의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다. 폐수에 포함된 중금속, 특히 철 성분이 회수되고, 소결 기계의 헤드부에 공급됨으로써, 광석 혼합을 돕게 되고, 소결 시스템의 자원 이용 등급이 개선되는 효과가 있다.
5. 일반적인 스프레이 타워와 비교하여, 본 발명 공정에 사용되는 흡착 타워 내에는 다른 이동 요소 및 노즐이 없다. 따라서 오염 물질의 가능성이 현저히 줄어들며, 장비의 운전 신뢰도가 높고, 유지 보수가 감소된다.
6. 일반적인 스프레이 타워 시스템과 비교하여, 본 발명에 의한 공정에 사용된 흡착 타워의 내부에는 재생 펌프가 없다. 이에 따라 운전 비용이 저감되는 효과가 있다. 더우기 흡착 타워 내의 가스 속도가 빠르기 때문에, 타워의 구조가 소형이고, 타워의 토지 점유 면적이 작은 장점이 있다.
7. 본 발명에 의한 공정에 사용된 흡착 타워에 있어서, 연통 가스가 스핀 회전하고, 그리고 고속으로 슬러리 풀로 들어 가는 관계로, 가스 액체 접촉 효과가 우수하고. 탈황 및 탈먼지의 효율이 높은 장점이 있다.
8. 소결 연통 가스의 특징에 따르면, 기존의 재생 가능 가스-가스-가열기(GGH)를 소결 폐증기를 이용하여 재가열 방법으로 교체하는 것은 값비싼 GGH의 사용을 없앨 수 있을 뿐 아니라, 막힘을 방지할 수 있는 장점이 있으며, 이에 따라 시스템의 운전 안정성을 개선하고 그리고 투자 비용을 감소시키는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 의한 공정 흐름을 도시하는 개략도이다.
도2는 본 발명에 의한 공정 시스템의 개략도이다.
본 발명에 의한 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정은,
단계 1) 탈먼지 장치로부터 배출된 소결 연통 가스가 부스트 팬에 의하여 부스팅되어, 알칼리 슬러리를 이용하여 일차로 탈풀루오르화되고 냉각되며, 이에 따라 연통 가스로부터 가스성 HF 및 HCl 및 큰 입자 그을음을 충분히 제거하고, 그리고 연통 가스의 온도를 80℃ 이하로 낮추는 단계와;
단계 2) 연통 가스가 탈황화 흡착 타워로 들어가며, 연통 가스 내에 포함된 SO2가 흡착 타워 내의 알칼리 슬러리와 반응하는 단계와;
단계 3) 정제된 연통 가스가 안개 제거장치로 들어가 연통 가스 내에 포함된 물방울들을 제거하고, 굴뚝을 통하여 배출되기 이전에 재가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 정전기 침전장치(ESP)(6)로부터 배출되어 처리되는 소결 연통 가스는 일차로 부스트 팬(7)에 의하여 부스팅되고, 그리고 탈플루오르화 및 냉각을 위하여 탈황화 흡착 타워(9) 앞에 설치된 냉각 탈플루오르화 장치(8) 내로 들어간다. 본 단계 동안에, 상기 연통 가스는 석회석(14)의 슬러리 탱크로부터 냉각 탈플루오르화 장치(8)로 스프레이되는 새로운 알칼리 슬러리와 반응하고, 그 후 공정수 탱크(13)로부터 스프레이되는 공정수에 의하여 세척되어, 소결 연통 가스로부터 가스성 HF를 충분히 제거하게 되고, 그리고 연통 가스의 온도를 80℃ 이하로 낮추어, 다음의 탈황화 공정에 대한 최적으로 반응 조건을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 흡착 타워의 열적 안전성을 보증할 있는 장점이 있다. 연통 가스 내의 가스성 HCl이 대단히 높은 용해도를 갖기 때문에, 가스성 HC1의 대부분 및 큰 입자 먼지들은 연통 가스가 탈플루오르화 및 냉각될 때 제거될 수 있다.
냉각 탈플루오르화 장치(8)에서 발생한 폐수는 폐수 처리 시스템(15)으로 바로 배출된다. 냉각 탈플루오르화 장치(8) 내에서 발생한 폐수는 F-, Cl-, 중금속 포함 그을음 및 작은 양의 칼슘 아황산을 포함하고 있다. 폐수의 양이 많지 않기 때문에, 탈황화 타워 내로 들어가지 않고도 폐수 처리 시스템으로 바로 배출될 수 있다. 따라서 탈황화 시스템 내에 포함된 염소 이온 및 중금속의 축적 효과가 크게 감소하며, 이에 따라 그에 따른 장비의 염소 이온에 의한 부식을 감소시킬 수 있으며, 부산물 석고의 품질을 개선할 수 있다.
냉각 탈플루오르화 장치(8)로부터 배출된 폐수는 침전 처리, pH 값 조정 및 폐수 처리 시스템(15)에서와 유사한 방법이 적용되며, 이에 따라 폐수로부터 증금 속을 제거할 수 있게 된다. 건조된 중금속 슬러지는 자성 분리장치(16)를 이용하여 자성 분리 처리되어, 그 내부의 철을 회수하게 되며, 회수된 철은 소결 기계(4)의 헤드부로 반환되어, 광석 혼합을 위하여 사용되고, 그리고 소결 시스템의 자원 이용의 등급이 개선되는 효과가 있다. 남아있는 중금속들은 추가 처리되어 외부로 배출된다.
냉각 탈플루오르화 장치(8)에서 냉각된 이후의 연통 가스는 탈황화 흡착 타워(9) 내부에 규칙적으로 배열된 복수개의 가스 주입 파이프 내로 들어가며, 가스 주입 파이프들 내에서 소용돌이 장치를 통하여 상기 파이프 내에서 하부 방향으로 선회하면서 이동하고, 가스 주입 파이프들의 하부 부분에 있는 접선 방향의 배기관을 따라 알칼리 슬러리 내로 스프레이된다. 가스 주입 파이프들의 특수한 구성에 따라, 파이프로부터 발생된 거품은 슬러리 내에서 심한 충돌, 절단, 회전 및 파괴 효과를 만들어 낸다. 이에 따라, 큰 혼합 그리고 밀도 높은 상호 방해 가스-액체 두개의 상(phase) 혼합 영역을 만들며, 큰 가스-액체 질량 이송 효과를 만들어 낸다. 상기의 공정 동안에, 연통 가스 내에 포함된 SO2는 액체 상으로 용해되고, 화학적 흡착 반응을 수행하며, 연통 가스 내의 잔류 먼지는 액체와 접촉하면서 제거된다. 소용돌이 영역 내의 거품들은 슬러리 표면의 상부에서 부서질 때까지 선회하면서 상승하며, 이에 따라 연통 가스의 전체 세척 공정이 완료된다. 이의 결과로 얻어지는 칼슘 아황산염은 산화 공기 불로어(12)에 의하여 공급된 공기를 통하여 흡착 타워의 슬러리 탱크 내에서 추가로 황산 칼슘염이 되도록 산화되고, 그리고 석 고를 형성하도록 결정화하게 된다. 타워의 바닥부의 교반기(5)는 항상 작동되어 석고 슬러리의 침전을 방지하게 된다. 본 발명에 의한 탈황화 흡착 타워는 일체형 섬유 보강 플라스틱(연통 가스의 작은 양을 처리하기 위한) 또는 유리 플레이크로 코팅된 또는 고무로 라이닝된 기존의 카본 강철에 추가하여 섬유 보강 플라스틱(연통 가스의 큰 양을 처리하기 위한)으로 덧붙인 카본 강철로 만들어 질 수 있다. 섬유 보강 플라스틱 재료들은 우수한 부식 방지 기능과, 오염 방지 특성 및 낮은 비용의 장점을 가지며, 탈플루오르화 및 냉각 섹션(8)의 세팅으로 흡착 타워에 사용된 섬유 보강 플라스틱에 있어 우수한 열적 안정성 및 부식 방지 기능을 제공한다.
탈황화된 연통 가스는 흡착 타워(9)로부터 배출되며, 안개 제거장치(10) 내로 들어가 가스-액체 분리를 수행한다. 안개 제거장치(10)로부터 배출되는 연통 가스는 상기 증기 연통 가스 재가열기(3) 내에서 80℃로 가열될 필요가 있으며, 그리고 통풍팬(2)(draft pan)을 통하여 굴뚝(1) 내로 배출된다. 증기 연통 가스 재가열기는 재가열 소스로서 소결-순환-냉각 기계에 의하여 소결 광석의 냉각 동안에 발생한 폐증기를 이용한다.
상기 연통 가스는 탈황화 흡착 타워(9) 내에서 알칼리 슬러리와 반응하여, 석고 슬러리를 만들며, 그리고 만들어진 석고 슬러리는 석고 탈수 시스템(11)으로 들어가고 두단계의 탈수 과정을 거치게 된다.
두단계의 탈수 과정은 헬리컬-컨베이어 원심 탈수장치(또는 하이드로사이클론) 및 진공 벨트 탈수기에 의하여 각각 이루어진다. 소결 연통 가스 내의 SO2 농도 가 상당히 낮기 때문에, 석고의 수율은 높지 않은 편이다. 석고 처리 시스템의 부하를 감소시키기 위하여, 그리고 탈수 과정을 수행하기 위하여 중간 석고 배출 과정이 수행되며. 예를 들면 석고 슬러리의 밀도는 밀도 측정기를 이용하여 시간에 따라 모니터 된다. 석고의 밀도가 설정된 값이 되면, 석고 슬러리는 석고 배출 펌프를 이용하여 흡착 타워의 바닥부로부터 배출되어, 석고 슬러리 탱크로 펌핑되고, 그리고 석고 탈수 펌프에 의하여 헬리컬-컨베이어 원심 탈수기(또는 하이드로사이클론)으로 펌핑되어 제1단계의 탈수과정이 수행되며, 제1단계 탈수 및 후처리(두껍게 처리하는) 이후의 석고는 진공 벨트 탈수기를 이용하여 약 10%의 물 함유량으로 추가 탈수 처리된다.
습식 연통 가스 탈황화 및 탈먼지 공정은 분산 제어 시스템(DCS) 에 의하여 수행된다.
소결 연통 가스 탈황화를 위한 파일롯 스케일 실험 시스템: 시험된 연통 가스는 소결 플랜트로부터 배출된 연통 가스로부터 얻어진다. 온도는 150℃이며, 흐름 속도는 90000 m3/h이며, 5.78x104(N.d.m3)/h의 표준 조건하의 건식 연통 흐름 속도에 해당한다. 연통 가스 내의 SO2의 농도는 300-800 mg/Nm3이며, HF의 농도는 50-90 mg/Nm3이며, HCl의 농도는 80-150 mg/Nm3이며, 먼지의 농도는 50-120 mg/Nm3이다. 냉각 탈플루오르화 장치를 통과한 이후에는, 연통 가스의 온도는 80℃로 낮추어지며, 최초 연통 가스의 온도가 150℃일 때, 냉각 탈플루오르화 장치로 배출된 석회석 슬러리의 흐름 속도는 120-250 kg/h이며, 공정 냉각수의 흐름 속도는 2 t/h이다. 냉각된 연통 가스는 흡착 타워로 들어가 탈황화 반응을 수행하며, 여기서 타워의 직경은 4미터이며, 슬러리 표면의 높이는 3.5미터이다. 가스 주입 파이프의 전체 개수는 28개이며, 소용돌이 장치는 가스 주입 파이프의 중심부에 위치하고 있다. 흡수제는 석회석 슬러리의 15% wt이며, 탈황화 반응에 의하여 소모되는 슬러리의 양은 250-500 kg/h이다. 석회석의 소모양은 37.6-75.2kg/h이다. 20%wt 석고의 배출양은 0.3-0.6 m3/h이다. 산화 공기의 양은 3m3/min이며, 산화 공기의 압력 헤드는 49 kPa이다. 탈황화 연통 가스의 온도는 50℃이다. 두단계의 안개 제거 공정이 수행된 이후, 연통 가스에 의하여 이송된 물방울은 75 mg/Nm3 이하이며, 재가열된 이후에 재가열된 연통 가스의 온도는 80-90℃로 상승하였다.
상기의 탈황화 시스템의 탈황화 효율은 95% 미만이며, 탈플루오르화 및 탈염소물화 효율은 95% 미만이며, 그리고 탈먼지화 효율은 99%이다. 흡착 타워로부터 배출된 석고 슬러리는 0.3-0.6 m3/h이다. 수평 헬리컬-컨베이어 원심 탈수기에 의하여 탈수된 이후에, 석고의 물 함량은 50%-60%이다. 진공 벨트 탈수기에 의하여 탈수된 이후, 석고의 물 함량은 10% 미만이다. 결과적으로 얻어지는 석고 결정의 입자 크기는 46-100μm이다.
본 발명에 의하면 탈황화 및 탈먼지화 공정은 95% 이상의 탈황화 효율을 이룰 수 있으며, 99% 이상의 탈먼지화 효율을 얻을 수 있다. 그리고 냉각 탈플루오르화 장치를 설치함으로써, 흡착 타워의 열적 안전도를 보증할 수 있어, 타워 내의 부식을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 또 본 발명 공정에는 재생 펌프가 사용되지 않으며, 높은 효율의 탈황화 흡착 타워 내부에는 이동 요소가 없으며, 가스 액체 효과가 우수하다. 그리고 소결 폐증기를 이용한 재가열 방법은 기존의 GGH를 제거할 수 있을 뿐 아니라, 시스템의 운전 안정도를 개선할 수 있으며, 투자의 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정은,
    1) 탈먼지 장치로부터 배출된 소결 연통 가스가 부스트 팬에 의하여 부스팅되어, 알칼리 슬러리를 이용하여 일차로 탈풀루오르화되고 냉각되며, 이에 따라 연통 가스로부터 HF, HCl 가스 및 큰 입자 그을음을 충분히 제거하고, 그리고 연통 가스의 온도를 80℃ 이하로 낮추는 단계와;
    2) 연통 가스가 탈황화 흡착 타워로 들어가며, 연통 가스 내에 포함된 SO2가 흡착 타워 내의 알칼리 슬러리와 반응하는 단계와;
    3) 정제된 연통 가스가 안개 제거장치로 들어가 연통 가스 내에 포함된 물방울들을 제거하며, 그 후 굴뚝을 통하여 배출되기 이전에 재가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 탈플루오르화 및 냉각은 냉각 탈플루오르화 장치 내에서 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계 1)의 연통 가스의 온도는 냉각 탈플루오르화 장치 내에서 알칼리 슬러리의 증발 및 공정수에 의하여 냉각되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각 탈플루오루화 장치 내에서 발생한 작은 양의 폐수는 폐수 처리 시스템으로 바로 배출되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉각 탈플루오르화 장치로부터 배출된 폐수는 폐수로부터 중금속을 분리하기 위하여 침전 처리되고, pH 값이 조정 처리되며 그리고 건조된 중금속 슬러지는 자화 분리 처리되어, 그 안에 있는 철을 회수하고, 상기 회수된 철은 소결기계의 헤드부에 반환되어, 광석 혼합 과정에 사용되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 탈황화 흡착 타워 내에서, 탈플루오르화되고 냉각된 연통 가스는 스핀 회전하고, 높은 속도로 흡착 타워 내의 가스 주입 파 이프 내에서 소용돌이 장치를 경유하여 슬러리 풀로 들어가며, 슬러리 내에서 분쇄되어 슬러리와 혼합되며, 상기의 과정에서 탈황화 및 탈먼지화 공정은 가스와 액체의 높은 효율의 접촉을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  7. 제6항에 있어서, 두단계의 탈수과정이 수행된 이후에, 상기 단계 2)에서 만들어진 석고 슬러리의 수분 함량은 10% 이하로 감소되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  8. 제7항에 있어서, 상기 석고 슬러리의 두단계 탈수 과정은 헬리컬-컨베이어 원심 탈수기 또는 하이드로사이클론 및 진공 벨트 탈수기에 의하여 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 연통 가스의 재가열은 소결 폐증기에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계 1) 및 단계 2)에서의 알칼리 슬러리는 석회석, 소석회 및 소듐 기반, 마그네슘 기반 및 암모늄 기반 알칼린 화합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 개 또는 그 이상의 알칼린 화합물에 의하여 제조되는 수용성 용액 또는 슬러리를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 연통 가스용 습식 탈황화 및 탈먼지화 공정.
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