KR20120140081A - 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑 - Google Patents

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Abstract

다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑에 대한 발명이 개시된다. 개시된 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑은, 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 하측에 배기가스 유입구와, 상부에 배기가스 배출구를 구비하는 분무조, 분무조를 가로지르는 방향으로 연장 형성되고, 각각 복수 개의 분무노즐을 구비하는 복수 개의 흡수액 공급관 및 분무조에서 배기가스 중의 오염물질과 반응한 흡수액을 모아서 처리하고, 분무조의 하부에 배치된 반응조를 포함하고, 복수 개의 흡수액 공급관은 분무노즐이 하방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관과, 분무노즐이 상방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관이 서로 교대로 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑{WET SCRUBBER WITH MULTI-STAGE SPRAY STRUCTURE}
본 발명은 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배기가스가 흐르는 전 영역에 대해 흡수액을 분무하면서 흡수액의 흡수 효율을 향상시킬 수 있고, 배기가스 배출에 필요한 압력이 손실되는 것을 저감할 수 있는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것이다.
일반적으로 대규모 소각시설이나 화력발전소의 보일러 또는 제철소 등에서 물질 연소시 발생하는 배기가스내의 염화수소(HCl)나 황산화물(SOx) 또는 불화수소(HF) 등의 산성성분은 인체에 매우 해롭고 대기오염의 원인물질이 되기 때문에 다양한 방법을 통해 제거되고 있다.
배기가스 중의 아황산가스 제거 방법에서 배기가스의 배출 과정 중 배기가스에 중화제인 소석회나 활성탄 등의 분말을 건식으로 분사, 접촉시켜 황성분을 제거하는 방법을 건식탈황법이라 하고, 가성소다나 수산화마그네슘 또는 석회석의 수성 슬러리(Slurry)를 중화제로 사용하고 흡수액을 분무하여 배기가스와 접촉시켜 황 성분을 제거하는 방법을 습식탈황법이라 한다.
상세하게 살펴 보면, 습식탈황법은 배기가스를 흡수탑의 내부로 유도하고, 흡수탑 내부에 흡수액을 분사하여 고온의 배기가스가 흡수액과 접촉하도록 함으로써, 가스내의 오염물질을 제거하는 방식이 있다. 상기 흡수액은 흡수탑 내부에서 분무되어 미립자 상태로 가스와 접촉하는 반응과정을 거친다.
도 1에는 종래의 습식 흡수탑의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 습식 흡수탑(10)에서는, 배기가스입구(17)를 통해 배기가스가 A 방향으로 유입되고, 흡수탑(10) 내에서 상승하는 배기가스의 진행 방향에 대향하는 방향인 아래 방향으로 흡수액이 분무된다.
흡수액은 흡수액 공급관(11)을 따라 공급되어 흡수액 공급관(11)의 일 측면에 구비된 복수의 분기관(12) 및 분기관(12)의 하측으로 배치된 노즐(13)을 통해 흡수탑(10) 내부로 분무 된다. 분무된 흡수액과 분진 기타 오염물질은 하부의 반응조(16)에 모여 처리되고, 흡수탑(10)의 상단의 배출구를 통해 처리된 배기가스가 B 방향으로 배출된다.
복수의 분기관(12)은 각각의 분기관(12) 사이에 d1의 간격을 유지하도록 배치된다.
전술한 발명은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
그런데, 기존의 습식 흡수탑의 노즐들은 흡수탑 내의 전 영역에 골고루 흡수액이 분무될 수 있도록 하기 위하여 조밀하게 배치되는데, 인접하여 배치되는 노즐들 사이에서는 분무된 미세 흡수액 입자가 오염물질과 반응하기 전에 흡수액 입자끼리 부딪혀서 흡수액의 입자 크기가 분무 초기에 커지고, 이에 따라 배기가스 내에 함유된 오염물질과 흡수액 입자 간의 흡착 반응 효율이 감소되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제는 흡수액 공급관을 1단으로 설치하기 때문에 분기관과 노즐을 조밀하게 설치하는 데 한계가 있어 발생하는 문제로서, 기존 방식의 습식 흡수탑의 스프레이 구조로는 근본적으로 해소할 수 없는 문제점이 이다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 투입되는 에너지를 절감하면서 흡수액의 흡착 반응 효율을 증대시킬 수 있는 새로운 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑을 제공하는 것이 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑은, 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 하측에 배기가스 유입구와, 상부에 배기가스 배출구를 구비하는 분무조; 상기 분무조를 가로지르는 방향으로 연장 형성되고, 각각 복수 개의 분무노즐을 구비하는 복수 개의 흡수액 공급관; 및 상기 분무조에서 배기가스 중의 오염물질과 반응한 흡수액을 모아서 처리하고, 상기 분무조의 하부에 배치된 반응조를 포함하고, 상기 복수 개의 흡수액 공급관은 분무노즐이 하방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관과, 분무노즐이 상방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관이 서로 교대로 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 흡수액 공급관들은 서로 평행하게 배치되고, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며, 상기 분무노즐은 상기 분기관에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 흡수액 공급관들이 서로 마주하는 영역에서는 흡수액 공급관의 길이 방향과 나란한 방향을 따라, 하나의 흡수액 공급관에 연결된 분기관과, 다른 흡수액 공급관에 연결된 분기관이 서로 교대로 위치하면서, 아울러 하방의 분무노즐과 상방의 분무노즐이 서로 교대로 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 흡수액 공급관 상에는 상기 분무조 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 하는 타공판을 구비하고, 상기 타공판 상에는 다른 복수의 흡수액 공급관이 한단 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다른 복수의 흡수액 공급관들은 서로 평행하게 배치되고, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며, 상기 분기관들에는 하방으로 향하는 분무노즐이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑은, 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 하측에 배기가스 유입구와, 상부에 배기가스 배출구를 구비하는 분무조; 및 상기 분무조에서 배기가스 중의 오염물질과 반응한 흡수액을 모아서 처리하고, 상기 분무조의 하부에 배치된 반응조를 포함하고, 상기 분무조는 상기 배기가스 유입구로부터 상기 배기가스 배출구 사이에 1단 스프레이뱅크, 타공판, 2단 스프레이뱅크를 순서대로 구비하며, 상기 1단 스프레이뱅크 및 상기 2단 스프레이뱅크는 하나 이상의 흡수액 공급관을 포함하고, 상기 흡수액 공급관들은 상기 분무조 내부를 가로질러 배치되며, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액을 분무조 내에 분무하는 분무노즐이 배치되고, 상기 타공판은 상기 분무조 내부 공간을 가로질러 설치되며, 상기 1단 스프레이 뱅크에 배치된 분무노즐 중 일부는 상기 배기가스 배출구 측으로 흡수액을 분무하고, 나머지는 상기 배기가스 유입구 측으로 흡수액을 분무하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타공판은 상기 분무조 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 복수의 관통공이 형성된 판재이고, 상기 흡수액 공급관들에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며, 상기 분무노즐은 상기 분기관에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2단 스프레이 뱅크에 배치된 분무노즐은 상기 배기가스 유입구 측으로만 흡수액을 분무하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑은, 미세한 입자로 흡수액을 분무하여 배기가스와 접촉하도록 하는 과정에서 흡수액이 분무되지 않는 영역이 없도록 배기가스가 흐르는 전영역에 대해 흡수액을 분무할 수 있으면서, 동시에 분무노즐에서 분무된 흡수액 입자가 배기가스와 반응하기 전에 흡수액 입자끼리 충돌하여 흡수액 입자의 크기가 분무된 입자의 크기보다 커져서 흡수액과 배기가스의 반응 효율이 저하되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 기존 습식 흡수탑에서 필요한 흡수 효율을 얻기 위해 분무하던 것보다 분무량을 줄일 수 있고 그로 인해 분무에 소요되는 펌프장치의 전기를 절감할 수 있어 에너지 효율이 향상된다.
또한, 흡수액의 분무 방향이 배기가스의 흐름 방향에 역행하여 배기가스 배출 압력의 손실을 가져오는 문제점을 해소할 수 있다.
도 1은 종래의 습식 흡수탑의 개략적 구성을 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑의 구성도이며,
도 3은 도 2의 C-C선의 평 단면도이고,
도 4는 도 2의 D부의 부분 확대도 이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑을 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 종래의 습식 흡수탑의 개략적 구성을 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑의 구성도이며, 도 3은 도 2의 C-C선의 평 단면도이고, 도 4는 도 2의 D부의 부분 확대도 이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑(100)은, 분무조(150) 및 반응조(160)를 포함한다.
분무조(150)는, 하측에 배기가스 유입구(170)가 배치되고, 상측에 배기가스 배출구(180)가 형성되며, 배기가스 유입구(170)와 배기가스 배출구 사이에 1단 스프레이 뱅크(110)가 배치된다.
분무조(150)는, 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 상하 방향으로 세워진 타워형으로 형성된다.
1단 스프레이 뱅크(110)는 분무조(150)를 가로질러 연장 형성되는 복수 개의 흡수액 공급관(111a)(111b)을 포함하고, 상기 흡수액 공급관(111a)(111b)에는 흡수액을 미세 입자로 분무하는 분무노즐(113a)(113b)이 복수 개 배치된다.
도 3을 참조하면, 1단 스프레이 뱅크(110)는 복수의 흡수액 공급관(111a)(111b)을 포함하는데, 각각의 흡수액 공급관(111a)(111b)에는 복수의 분기관(112a)(112b)들이 배치되고, 분기관(112a)(112b)마다 분무노즐(113a)(113b)이 배치된다.
복수의 흡수액 공급관(111a)(111b) 중 일부 흡수액 공급관(111a)은 분무노즐(112a)이 하측 방향을 향하고, 다른 흡수액 공급관(111b)은 분무노즐(113b)이 상측 방향을 향하며, 하방의 분무노즐(113a)을 구비하는 흡수액 공급관(111a)과 상방의 분무노즐(113b)을 구비하는 흡수액 공급관(111b)이 도 3의 평 단면도를 기준으로 평면상에서 서로 교대로 배치된다.
이와 같이, 흡수액 공급관 단위로 노즐 분사 방향을 다르게 구성하는 경우에는 실질적으로 동일한 흡수액 공급관들을 다수 제작하여 설치 시에 노즐 방향을 조절하는 방식으로 제작하는 것도 가능하므로 설계 및 제조 비용을 절감할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 하나의 흡수액 공급관(111a)(111b)에 배치된 분무노즐(113a)(113b)들 사이의 간격(d2)은 종래의 분무노즐(13)들 사이의 간격(d1)에 비해 두 배 정도로 유지하고, 인접한 상방 분무노즐(113b)과 하방 분무노즐(113a)의 흡수액 공급관 길이 방향의 간격(d3)은 종래의 분무노즐(13)들 사이의 간격(d1)과 실질적으로 동일하게 유지할 경우에는 동일한 흡수액 분무량으로 향상된 흡수 효율을 얻을 수 있다.
분무노즐(113a)(113b)들의 분무 효율의 향상은 종래에 조밀하게 배치된 분무노즐(13)에서 분사되는 흡수액 입자들이 분사 직후 서로 부딪혀서 입자 크기가 곧장 성장해 버리는 문제점을 예방하는 효과를 갖는다.
즉, 분무된 흡수액 입자의 미세한 입자 크기가 더 오래 유지될 수 있어서 그만큼 배기가스와의 반응이 잘 일어날 수 있는 조건이 형성되기 때문에 결과적으로 동일한 흡수액 분무량에 대해 흡수 효율이 더욱 향상될 수 있다.
필요에 따라서 본 발명의 습식 흡수탑(100)을 기존의 탈황 설비에서 적용하는 경우에는 종래의 경우에 비해 분무량을 적게 하면서도 동일한 수준의 흡수 효율을 얻는 것이 가능하므로 탈황 제거 조건이 기존과 동일하다고 가정한다면, 물 소비량을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 지닌다.
또한, 1단 스프레이 뱅크(110)에 포함된 전체 분사노즐 중 절반 정도를 상방 분사노즐(113b)이 되도록 하는 경우에는, 흡수액의 역방향 분사에 따라 분무에 따른 배기가스의 배출 압력이 손실되는 것을 절반 가까이 줄일 수 있다.
흡수탑(100)의 배기가스 오염물질 제거 효율을 향상시키기 위해 분무조(150) 내에는 1개의 스프레이 뱅크만 배치되는 것이 아니라 2개 이상의 스프레이 뱅크가 배치될 수도 있다.
복수의 흡수액 공급관(111a)(111b) 상에는 분무조(150) 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 하는 타공판(130)을 구비한다.
타공판(130) 상에는 다른 복수의 흡수액 공급관(121)이 한단 더 구비된다.
다른 복수의 흡수액 공급관(121)들은 서로 평행하게 배치되고, 각각의 흡수액 공급관(121)에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관(122)들이 배치되며, 분기관(122)들에는 하방으로 향하는 분무노즐(123)이 구비된다.
도 2를 참조하여 면밀하게 살펴 보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 습식 흡수탑(100)은 분무조(150) 내부에 1단 스프레이 뱅크(110), 타공판(130) 및 2단 스프레이 뱅크(120)를 포함하고 있다.
타공판(130)은 배기가스가 배출구측으로 진행하면서 고르게 분산되어 진행할 수 있도록 측방향으로 배기가스를 분산시키는 기능을 한다.
타공판(130)은 분무조(150) 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 복수의 관통공(131)이 형성된 판재이다.
1단 스프레이 뱅크(110) 및 2단 스프레이 뱅크(120)는 앞서 설명한 것과 같이 각각 하나 이상의 흡수액 공급관(111a)(111b)(121)을 구비하고, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액을 분무하는 분무노즐(113a)(113b)(123)들이 배치된다.
2단 스프레이 뱅크(120)에 배치된 분무노즐(123)들은 배기가스 유입구(170) 측으로만 흡수액을 분무하도록 구성된다.
스프레이 뱅크를 2단으로 구성하는 경우에는 전체 습식 흡수탑(100)의 흡수 효율을 크게 증대시킬 수 있다.
따라서, 오염도가 대단히 높은 배기가스를 처리하는 경우에는 스프레이 뱅크를 다단으로 형성하고 일부 스프레이 뱅크에서 상하방향으로 흡수액을 분무하는 방식으로 흡수탑을 제작 및 운전할 수 있다.
높은 스프레이 뱅크 중 최상단에 배치된 스프레이 뱅크에서는 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예의 2단 스프레이 뱅크(120)에서는 분무노즐(123)이 상방으로 흡수액을 분무하게 되면 흡수액이 배기가스 배출구(180) 외부로 나갈 수 있어서, 최상단 즉, 2단 스프레이 뱅크(120)에서는 분무노즐(123)들이 모두 하방으로 흡수액을 분사하도록 하는 것이 더 바람직하다.
흡수액 공급관(111a)(111b)(121)들에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관(112a)(112b)(122)들이 배치된다.
분무노즐(113a)(113b)(123)은 분기관(112a)(112b)(122)에 각각 배치된다.
한편, 분무조(150)의 하부에는 반응조(160)가 배치된다. 분무된 흡수액과 반응한 배기가스 중의 오염물질(분진, SOx 등)은 흡수액과 함께 상기 반응조(160)에 모여서 처리된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 흡수탑 111a,111b,121 : 흡수액 공급관
112a,112b,122 : 분기관 113a,113b,123 : 분무노즐
110 : 1단 스프레이 뱅크 120 : 2단 스프레이 뱅크
130 : 타공판 150 : 분무조
160 : 반응조 170 : 배기가스 유입구
180 : 배기가스 배출구

Claims (8)

  1. 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 하측에 배기가스 유입구와, 상부에 배기가스 배출구를 구비하는 분무조;
    상기 분무조를 가로지르는 방향으로 연장 형성되고, 각각 복수 개의 분무노즐을 구비하는 복수 개의 흡수액 공급관; 및
    상기 분무조에서 배기가스 중의 오염물질과 반응한 흡수액을 모아서 처리하고, 상기 분무조의 하부에 배치된 반응조를 포함하고,
    상기 복수 개의 흡수액 공급관은 분무노즐이 하방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관과, 분무노즐이 상방을 향하도록 배치된 흡수액 공급관이 서로 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 흡수액 공급관들은 서로 평행하게 배치되고,
    각각의 흡수액 공급관에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며,
    상기 분무노즐은 상기 분기관에 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 흡수액 공급관들이 서로 마주하는 영역에서는 흡수액 공급관의 길이 방향과 나란한 방향을 따라, 하나의 흡수액 공급관에 연결된 분기관과, 다른 흡수액 공급관에 연결된 분기관이 서로 교대로 위치하면서, 아울러 하방의 분무노즐과 상방의 분무노즐이 서로 교대로 위치하는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  4. 제 1항 있어서,
    상기 복수의 흡수액 공급관 상에는 상기 분무조 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 하는 타공판을 구비하고,
    상기 타공판 상에는 다른 복수의 흡수액 공급관이 한단 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  5. 제 4항 있어서,
    상기 다른 복수의 흡수액 공급관들은 서로 평행하게 배치되고, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며, 상기 분기관들에는 하방으로 향하는 분무노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  6. 연직 방향으로 배기가스를 배출하도록 하측에 배기가스 유입구와, 상부에 배기가스 배출구를 구비하는 분무조; 및
    상기 분무조에서 배기가스 중의 오염물질과 반응한 흡수액을 모아서 처리하고, 상기 분무조의 하부에 배치된 반응조를 포함하고,
    상기 분무조는 상기 배기가스 유입구로부터 상기 배기가스 배출구 사이에 1단 스프레이뱅크, 타공판, 2단 스프레이뱅크를 순서대로 구비하며,
    상기 1단 스프레이뱅크 및 상기 2단 스프레이뱅크는 하나 이상의 흡수액 공급관을 포함하고, 상기 흡수액 공급관들은 상기 분무조 내부를 가로질러 배치되며, 각각의 흡수액 공급관에는 흡수액을 분무조 내에 분무하는 분무노즐이 배치되고,
    상기 타공판은 상기 분무조 내부 공간을 가로질러 설치되며,
    상기 1단 스프레이 뱅크에 배치된 분무노즐 중 일부는 상기 배기가스 배출구 측으로 흡수액을 분무하고, 나머지는 상기 배기가스 유입구 측으로 흡수액을 분무하는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 타공판은 상기 분무조 내부를 흐르는 배기가스가 고르게 분산되어 흐르도록 복수의 관통공이 형성된 판재이고,
    상기 흡수액 공급관들에는 흡수액 공급관의 길이 방향에 교차하는 방향으로 연장된 분기관들이 배치되며,
    상기 분무노즐은 상기 분기관에 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 2단 스프레이 뱅크에 배치된 분무노즐은 상기 배기가스 유입구 측으로만 흡수액을 분무하는 것을 특징으로 하는 다단 스프레이구조를 갖는 습식 흡수탑.
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