KR20130102831A - 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재순환되어 분사되는 슬러리에 의해 충분한 양의 산성가스가 포집될 수 있도록 신설반응조를 기존반응조에 인접하여 설치하되, 양 반응조가 일정 형태를 갖는 연결배관에 의해 상호 연결되도록 하여 슬러리의 이동 및 순환이 원활하게 이루어지도록 하며 증가된 반응조에 충분한 시간동안 슬러리가 체류되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것이다.
본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑은, 배기가스 내의 산화물을 중화하기 위한 알칼리성 흡수액을 수용하며 하부 측면에 석고배출구가 형성되는 제1반응조와; 상기 제1반응조의 상부에 연속하여 위치하며 복수 개의 흡수액공급관 및 상기 흡수액공급관마다 형성된 복수 개의 흡수액분사노즐을 구비하되 상기 제1반응조에 인접한 하부에는 배기가스입구가 형성되며, 상부에는 처리가스출구가 형성되는 흡수챔버와; 상기 제1반응조에 인접하여 제2반응조가 형성되되, 상기 제2반응조는 상기 제1반응조와 연결배관에 의해 연결되어 흡수액이 상기 제1반응조로부터 제2반응조로 이동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑 {Absorption tower having multi-reaction tank}

본 발명은 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재순환되어 분사되는 슬러리에 의해 충분한 양의 산성가스가 포집될 수 있도록 신설반응조를 기존반응조에 인접하여 설치하되, 양 반응조가 일정 형태를 갖는 연결배관에 의해 상호 연결되도록 하여 슬러리의 이동 및 순환이 원활하게 이루어지도록 하며 증가된 반응조에 충분한 시간동안 슬러리가 체류되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것이다.

배연탈황설비는 배기가스 중에 포함된 황산화물(SO_x) 및 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 등의 산성가스를 알칼리 약품을 이용하여 제거하는 오염제거 설비이다. 상기 탈황설비는 물의 사용 여부에 따라 건식, 반건식 또는 습식으로 구분되며, 흡수제로는 석회석(CaCO₃), 소석회(Ca(OH)₂), 암모니아(NH₃), 가성소다(NaOH) 또는 탄산 마그네슘(MgCO₃) 등의 알칼리 성질을 띠는 약품을 사용하게 된다.

배기가스 중에 포함되어 있는 황산화물(SO_x) 및 산성 가스를 처리하는 방식으로는, 일반적으로 석회석(CaCO₃)을 이용한 습식 탈황설비를 주로 이용하게 되는데, 상기 습식 탈황방식은 초기 투자비가 다소 높기는 하나 운영유지비가 적게 들기 때문에 대형설비에서 주로 사용되는 방식이다. 또한, 석회석(CaCO₃)의 경우 국내에서 생산량이 많은 알칼리물질로서 가성소다(NaOH)와 같은 비교적 고가의 제품과 달리 저렴하게 이용할 수 있는 장점이 있기 때문에 탈황설비에 다량 사용되고 있다.

그러나, 상기 습식 탈황설비는 연료 조건의 악화 및 환경기준의 강화에 따른 배출규제 등으로 성능 개선을 해야하는 상황이 발생하고 있다. 도1은 종래 기술에 따른 흡수탑을 나타내는 도면으로서, 미처리된 가스가 흡수탑으로 유입된 후 흡수챔버(30)에서의 기액접촉을 통해 산성가스가 흡수되는 것을 보여주고 있다. 흡수된 산성가스는 반응조(10)에서 아래의 반응에 의해 처리되게 되고, 슬러리는 재순환펌프(40)에 의해 흡수액분사노즐(63)로 공급되어 재분사됨으로써 가스 중의 산성가스를 재흡수하게 된다.

SO₂(g) + H₂O → H₂SO₃(aq) ............................ (1)

H₂SO₃(aq) ↔ H⁺ + HSO₃ ^- ↔ 2H⁺ + SO₃ ^{2 -}................... (2)

Ca^{2 +} + SO₃ ^{2 -} ↔ CaSO₃................................... (3)

상기 (3) 까지의 반응이 완료되기 위해서는 어느 정도 체류시간이 필요하게 되는데, 상기 체류시간이 부족하게 되면 슬러리가 재순환되어 분사될 때 충분한 양의 산성가스를 포집할 수 없게 된다. 따라서, 산성가스를 재포집 가능하도록 하기 위해서는 슬러리가 반응조(10)에 충분히 체류한 후 재순환되도록 설계되어야 하며, 슬러리의 반응조 체류시간은 재순환펌프(40)의 용량과 반응조(10)의 크기에 따라 결정된다. 이와 같이 황산화물(SO_x)의 흡수 효율과 직접 연관되며, 재순환펌프의 용량에 의해 결정되는 체류시간을 '액체체류시간'이라 한다.

반응조(10)로 이동한 황산화물(SO_x)은 아래와 같은 과정을 거쳐 석고(CaSO₄·2H₂O)로 재생산된다.

O₂(g) → O₂(aq) ...................................... (4)

HSO₃ ^-+ ½O₂ → H⁺ + SO₄ ^{2 -} .............................. (5)

SO₃ ^{2 -}+ ½O₂ → SO₄ ^{2 -} ................................... (6)

CaCO₃(s) + 2H⁺→ Ca^{2 +} + H₂O + CO₂ ...................... (7)

Ca^{2 +} + SO₃ ^{2 -}+ ½H₂O→ CaSO₃·½H₂O(s) ................... (8)

Ca^{2 +} + SO₄ ^{2 -}+ 2H₂O → CaSO₄·2H₂O(s) .................... (9)

상기 과정 또한 흡수탑 하부에 위치한 반응조(10)에서 이루어지게 되며, 상기 과정은 석회석의 용해와 아황산염의 산화를 포함하기 때문에 많은 시간이 필요하게 된다. 이때 필요한 체류시간이 충분하지 못할 경우에는 석고의 품질이 저하되어 후단 설비에 영향을 미치거나, 석고의 가격을 저하시키는 원인이 되기도 한다. 상기 과정을 통해 석고가 만들어지는 시간을 '고체 체류시간'이라 하며, 상기 '고체 체류시간'은 황산화물이 유입되는 속도에 따라 결정되게 된다.

상기 '액체 체류시간' 또는 '고체 체류시간'은 모두 반응조(10)의 크기와 관계가 있으며, 상기 체류시간 중 어느 하나라도 부족하게 되면 산성가스의 효과적인 제거는 기대하기 어렵다.

최근에는 연료 품질의 저하에 따라 탈황설비로 유입되는 배기가스 중 산성가스가 차지하는 비중이 점차 증가되고 있으며, 또한 배출가스에 함유된 산성가스의 허용 농도를 제한하는 관련법규는 계속해서 강화되고 있는 실정이다. 종래 황산화물(SO_x)의 농도는 300 ~ 400 ppm에 불과했으나 연료 품질의 저하로 인해 현재는 800 ~ 900 ppm으로 점차 증가하고 있으며, 환경관련법규는 지속적으로 강화되어 배출오염기준치가 점차 낮아지고 있는 현실이다.

따라서, 현재 설치되어 운영중인 탈황설비의 성능을 개선시킬 필요성이 존재하게 되는데, 높이가 30m, 반응조 직경이 15m 내외인 기존 탈황설비를 새로운 설비로 대체하기에는 많은 비용과 시간이 소모되기 때문에, 기존 설비를 유지하는 방편으로 재순환펌프(40)의 용량을 증가시키는 방법을 고려해 볼 수 있다. 그러나 재순환펌프의 용량을 증가시킬 경우에는 '액체 체류시간'이 감소하게 되어 황산화물의 흡수 효율이 저하될 우려가 있고, 유입되는 황산화물의 농도가 증가하여 실질적인 황산화물 제거량이 많아짐에 따라 '고체 체류시간' 또한 감소하는 문제가 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 재순환펌프의 증가에 의하면 '액체 체류시간' 및 '고체 체류시간'이 감소하게 되고 이에 따라 황산화물의 효과적인 제거가 용이하지 않게 되기 때문에, 체류시간 연장을 통한 탈황설비의 개선 방식으로 탈황 슬러리의 반응조를 증가시키는 방법을 고려해 볼 수 있다. 반응조(10)의 크기 변경 방식으로는 기존 탈황 흡수탑의 넓이를 증가시키거나, 높이를 변경하는 방법이 있을 수 있으나, 상기 방법은 이미 설치된 흡수탑의 넓이 또는 높이를 변경해야 하는 것으로서, 상기 방법에 따르면 기존에 행해졌던 모든 토목 설비를 재시공해야 하며, 또한 관련된 제반 덕트, 펌프, 기초 등을 모두 변경해야 하는 부담이 따르게 된다.

도2는 종래 흡수탑의 반응조 증가방식을 나타내는 도면으로서, 상기 도2의 경우 반응조 증가를 위해 별도의 반응조를 추가로 설치하도록 하고 있다. 상기 도2에 의하면 기존의 반응조는 하단에서 순환루프로 구성하도록 하되, 흡수탑 상부의 흡수챔버(30)는 신설반응조에 연결하여 상단 순환루프로 구성하도록 한다. 또한 상기 기술의 경우, 기존의 흡수탑 상단에 추가 흡수챔버를 형성한 후 상단에서 분사된 슬러리가 신설반응조에 유입될 수 있도록 Trapout Tray를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기 기술은 하나의 흡수탑 구조로 보일 뿐 실질적으로는 하단과 상단의 흡수탑이 별도로 구성된 것으로서 두 개의 흡수탑이 직렬로 연결된 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 상기 기술에 의한 흡수탑의 경우 석회석이 상하단 각각에 별도로 유입되어야 하고, 이에 따라 수소이온 농도의 점검 및 석고 취출 등의 작업이 각각 별도로 이루어져야 하는 문제가 있는데, 이를 나열하면 아래와 같다.

1. 기존 흡수탑 상단에 분사노즐(63)을 구비한 흡수챔버를 추가하는 것으로서, 개조 작업 중에는 본 설비로 조업이 불가능하여 영업정지에 따른 손실이 크게 발생한다.

2. 흡수탑의 상부로 높이가 증가함에 따라 토목 설계 및 건축이 다시 이루어져야 하고, 구조 자체를 변경해야 하기 때문에 개조 비용의 증가가 초래된다.

3. Trapout Tray에서 슬러리에 의한 막힘현상이 발생할 수 있고, 이로 인해 압력손실이 높아지고 개조 비용이 상승할 수 있다.

4. 상단 및 하단의 완전분리에 따라 설치 물량이 증가하게 되며, pH의 유지, 석회석의 주입, 석고의 취출 등 기본적인 제어가 개별적으로 이루어짐에 따라 투자비가 증가하게 되고 설비의 운전이 복잡해지게 된다.

5. 가스의 압력손실이 증가하게 되고, 상단 흡수챔버에 슬러리를 공급하기 위한 재순환펌프의 수가 증가하게 되어 에너지 비용이 증가하게 되며 결국 운전비용이 상승하게 된다.

도3의 일본공개특허공보 특개2004-209328 A (공개일자: 2004.07.29) 의 경우 기존 흡수탑에 흡수챔버를 상단에 더 구비하고 있으나, 상기 기술의 경우에도 흡수탑의 높이 증가에 따라 토목 설계 및 건축 등이 다시 이루어져야 하고, 이에 따른 부수설비도 재설비되어야 하는 등 설비 및 운영비용의 증가가 초래되는 문제가 있다.

JP 2004-209328 A 2004.07.29.

본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 기존 설비의 변경과 조업 정지 일수를 최소한으로 하면서 슬러리의 체류시간 연장을 위해 신설반응조를 기존반응조에 인접하여 설치하되, 종래의 부수설비는 그대로 이용하거나 기존반응조로부터 신설반응조로 이설하여 운영하도록 함으로써 토목 또는 건축 재설계가 최소화된 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑은, 배기가스 내의 산화물을 중화하기 위한 알칼리성 흡수액을 수용하며 하부 측면에 석고배출구가 형성되는 제1반응조와; 상기 제1반응조의 상부에 연속하여 위치하며 복수 개의 흡수액공급관 및 상기 흡수액공급관마다 형성된 복수 개의 흡수액분사노즐을 구비하되 상기 제1반응조에 인접한 하부에는 배기가스입구가 형성되며, 상부에는 처리가스출구가 형성되는 흡수챔버와; 상기 제1반응조에 인접하여 제2반응조가 형성되되, 상기 제2반응조는 상기 제1반응조와 연결배관에 의해 연결되어 흡수액이 상기 제1반응조로부터 제2반응조로 이동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 연결배관은 제1반응조 및 제2반응조의 내부로 일정 길이 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 연결배관의 제1반응조에 대한 수직각도(θ)는 75° 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 연결배관의 흡수액 회전방향에 대한 수평각도(Φ)는 80° 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 제1반응조의 내부로 돌출된 상기 연결배관의 상부에는 슬러리의 퇴적을 방지하기 위한 슬러리퇴적방지부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 제1반응조 또는 제2반응조에는 흡수액배출관을 통해 배출되는 흡수액 공급을 위한 재순환펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 제1반응조의 슬러리는 흡수챔버 내의 하단에 형성된 흡수액공급관의 분사노즐로부터 분사되도록 하며, 제2반응조의 슬러리는 흡수챔버 내의 상단에 형성된 흡수액공급관의 분사노즐로부터 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 연결배관은 제1반응조로부터 제2반응조에 이동되는 흡수액의 이동량을 조절하기 위한 유량조절밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑의 연결배관은 제1,2반응조의 흡수액 수위의 1/3 이상의 높이에 설치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존반응조와 별개로 신설반응조가 설치되기 때문에 설비 개조에 따른 조업 정지의 기간을 최소화할 수 있으며, 관련설비의 변경, 개조 및 토목설계 등을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 반응조가 2개 이상으로 증가한다 하더라도 pH제어, 석회석 주입량, 석고 순환량 등에 대한 제어가 기존반응조에서 수행되기 때문에 설비운전을 그대로 유지할 수 있으며, 따라서 신규 제어를 위한 설비비용이 추가로 발생되지 않으며, 신설반응조와 기존반응조의 연결비용에 따른 최소한의 경비만 소요되기 때문에 경제적이다.

또한 본 발명에 의하면, 재순환펌프를 신설반응조로 이설한다 하더라도 기존반응조와 신설반응조의 수위 차이가 필요한 만큼만 유지되기 때문에 수위차이로 인한 동력의 추가비용을 최소화할 수 있다.

도1은 종래 기술에 따른 흡수탑을 나타내는 도면.
도2는 종래 흡수탑의 반응조 증가방식을 나타내는 도면.
도3은 종래 흡수탑의 흡수챔버 증가방식을 나타내는 도면.
도4는 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제1실시 예를 나타내는 도면.
도5는 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제2실시 예를 나타내는 도면.
도6 및 도7은 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제3실시 예를 나타내는 도면.
도8은 본 발명에 따라 반응조가 증가된 흡수탑의 제1반응조와 제2반응조를 연결하는 연결배관의 평단면을 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.

도4는 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제1실시 예를 나타내는 도면으로서, 본 발명은 제2반응조(20)를 추가로 설치할 뿐 흡수탑 상단에 흡수챔버를 신설하거나 변경하지 않은 채 설비의 시공을 진행할 수 있다. 본 발명에 의하면, 흡수탑에서 분사된 슬러리가 기존반응조인 제1반응조(10)로 떨어지게 되고, 제1반응조(10)의 최고 수위를 넘은 슬러리는 신설반응조인 제2반응조(20)로 이동되도록 함으로써 슬러리의 반응조 체류시간을 증가시키도록 하며, 기존의 재순환펌프(40)는 제2반응조(20)로 이설되도록 함으로써 체류시간이 증가된 양질의 슬러리가 흡수액분사노즐(63)을 통해 재분사되도록 한다.

본 발명에 의하면, 재순환펌프(40)의 용량이 공급되는 석회석의 양이나 취출되는 석고의 양보다 훨씬 크기 때문에, 석회석이 공급되는 배관 또는 석고가 취출되는 펌프는 제2반응조(20)로 이동하지 않고 제1반응조(10)에 그대로 위치하도록 한다.

상기 제2반응조(20)는 제1반응조(10)로부터 가급적 가까이에 위치되도록 함으로써 슬러리의 이동에 따른 침적 및 연결배관(50)의 마모를 방지하도록 한다. 상기 제1반응조(10)로부터 제2반응조(20)로의 슬러리 이동은 연결배관(50)을 통해 이루어지게 되는데, 슬러리의 이동속도가 지나치게 빠르게 되면 연결배관(50)의 내부가 쉽게 마모되어 수명이 짧아지게 되기 때문에, 상기 연결배관(50)을 흐르는 슬러리의 최대 이동속도는 2.5m/s를 넘지 않도록 한다.

또한, 상기 연결배관(50)은 배관 내부에 슬러리의 퇴적방지를 위해 제1반응조(10)에 대한 수직각도(θ)가 75°이하가 되도록 하여 제1반응조(10)로부터 제2반응조(20)로 슬러리가 원활하게 이동되도록 하며, 교반기(14)의 성능을 해치지 않는 한도에서 제1반응조(10)와 제2반응조(20)의 내부로 일정 부분 돌출되도록 한다. 반응조 내부로 연결배관(50)의 돌출부가 형성되지 않는 경우에는 교반기(14)의 교반에 따라 흡수액이 회전하면서 제1반응조(10)의 슬러리가 일정 시간 상기 제1반응조(10)에 체류되지 못하고 연결배관을 통해 곧바로 제2반응조(20)로 이동하는 경우가 있을 수 있기 때문에, 상기 연결배관(50)을 반응조의 내부로 일정 부분 돌출되도록 함으로써 교반기(14)의 교반작용에 의해 슬러리 흡수액이 일정시간 체류되지 않은 채 다른 반응조로 이동하는 것을 방지하도록 한다.

연결배관(50)이 제1반응조(10) 내부로 돌출되며, 상기 연결배관(50)을 통해 제1반응조(10)에서 제2반응조(20)로 75°이하의 하부 방향으로 슬러리가 이동하는 구조상, 제1반응조(10)에 돌출 형성되는 상기 연결배관(50)의 상부에는 슬러리의 퇴적물이 쌓일 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 제1반응조(10)에 돌출되는 연결배관(50)의 상부에는 슬러리퇴적방지부(52)를 형성함으로써 슬러리의 퇴적을 방지하도록 하며, 상기 슬러리퇴적방지부(52)는 이를테면 연결배관(50)의 돌출부 상단 끝부분으로부터 제1반응조(10)의 내부면의 상부로 향하며 폐쇄되는 면을 형성함으로써 슬러리 퇴적을 방지하도록 한다.

제1반응조(10)와 제2반응조(20)를 연결하는 상기 연결배관(50)은 양 반응조의 슬러리 수위의 1/3이상 높이에 설치되도록 함으로써 하부에 형성된 교반기의 운전이 방해받지 않도록 한다. 교반기(14)는 반응조 내에서 교반기날개(14a)가 회전하면서 슬러리의 침적을 방지하게 되며, 교반기(14)의 회전교반작용에 의해 석고생성 반응의 최대 효과를 얻을 수 있게 된다. 상기 교반기(14)에 의한 산란작용에 의해 투입되는 공기의 소모량이 줄어들기 때문에 본 발명에 의하면 탈황설비 운전의 효율 및 신뢰성이 향상되게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 양 반응조의 연결배관(50)은 상기 교반기(14)의 회전운전을 방해하지 않도록 양 반응조 슬러리 수위의 1/3 높이에 형성되도록 하며, 제1반응조(10)에 설치되는 연결배관(50)의 상단은 제1반응조의 최저 수위를 기준으로 선정되도록 한다. 본 발명에 의하면, 운전 중 제1반응조(10)와 제2반응조(20)의 수위 차이는 재순환펌프(40)의 운전속도와 양 반응조를 연결하는 연결배관(50)에서의 슬러리 이동속도에 따라 자연적으로 이루어지게 된다.

도5는 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제2실시 예를 나타내는 도면으로서, 제1실시 예와 달리 재순환펌프(40)가 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)에 분할되어 형성되어 있으며, 이에 따라 흡수챔버(30)의 흡수액공급관(62)에 공급되는 슬러리는 양 반응조에서 각각 공급될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 제2실시 예는, 신설된 제2반응조(20)의 용량이 제1반응조(10)에 비해 현저히 적을 경우에 해당되는 것으로서, 제2반응조(20)의 용량이 작아 흡수챔버(30)에 공급되는 슬러리의 양이 작기 때문에, 제1반응조(10)에서도 슬러리가 공급될 수 있도록 재순환펌프(40)를 분산하여 배치하도록 한다.

본 발명의 상기 제2실시 예에 따르면, 제1반응조(10)에 저장된 슬러리가 상기 제1반응조(10)에 형성된 재순환펌프(40)에 의해 흡수챔버(30) 내의 하단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐(63)을 통해 분사되게 되며, 제2반응조(20)에 저장된 슬러리는 상기 제2반응조(20)에 형성된 재순환펌프(40)에 의해 흡수챔버(30) 내의 상단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐(63)을 통해 분사되게 된다. 흡수탑에 유입되는 배기가스는 상부로 상승하면서 처리되게 되는데, 하부의 분사노즐을 통해 일정부분 처리되게 되나, 실질적으로는 상부의 분사노즐을 통해 대부분 처리되게 된다.

본 발명의 제2실시 예에 의하면, 반응조의 체류시간이 짧은 제1반응조(10)의 슬러리는 흡수챔버(30) 내의 하단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 하며, 제2반응조(20)의 슬러리는 상단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 함으로써 황산화물 또는 산성가스의 처리효율이 극대화되도록 한다. 도5를 참조하면, 흡수챔버(30) 내부의 흡수액공급관(62)의 하부 2단에는 제1반응조(10)의 슬러리가 공급되는 것을 알 수 있으며, 상부 2단에는 제2반응조(20)의 슬러리가 공급되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제2실시 예는 제2반응조(20)의 용량이 작아 재순환펌프(40)를 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)에 나누어 설치하는 것 외의 다른 구성은 제1실시 예와 동일하므로 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도6 및 도7은 반응조가 증가된 흡수탑을 나타내는 본 발명의 제3실시 예를 나타내는 도면으로서, 유량조절밸브(51)가 연결배관(50)의 제1반응조(10) 가까이 상부에 위치하도록 하며, 필요에 따라 상기 유량조절밸브(51)가 개폐되도록 함으로써 신설된 제2반응조(20)의 수위를 조절하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도4의 제1실시 예의 경우 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)의 자연적인 수위 차에 따라 슬러리의 흐름이 형성되기 때문에, 연결배관(50)이 제1반응조(10)의 상부에서 제2반응조(20)의 하부로 일직선상으로 유지되도록 구성하며, 이로 인해 제1반응조(10) 내부로 돌출된 연결배관(50)의 상단에 슬러리 퇴적을 방지하기 위한 슬러리퇴적방지부(52)가 필요하였으나, 본 발명의 제3실시 예는 양 반응조에서의 슬러리의 흐름을 유량조절밸브(51)를 이용하여 조절가능하기 때문에, 연결배관(50)을 일직선상으로 유지할 필요가 없게 된다. 도6 및 도7을 참조하면, 연결배관(50)이 유량조절밸브(51)의 좌우로 꺽여서 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 제1반응조(10)의 내부로 돌출형성되는 연결배관의 상단에는 도4의 제1실시 예에 필요한 슬러리퇴적방지부의 구성이 생략가능하게 된다.

본 발명의 제3실시 예에 의하면, 제2반응조(20)의 바닥면은 용량에 따라 제1반응조(10)와 같은 수평면에 위치하게 하거나, 또는 지하로 일정 깊이 하부에 형성되도록 할 수 있다. 도6은 제2반응조(20)의 바닥면이 제1바닥면과 같은 수평면에 위치된 것을 나타내고 있고, 도7은 제2반응조(20)의 바닥면이 지하 일정 깊이 하부에 위치된 것을 나타내고 있다. 그러나, 상기 제2반응조(20)의 상단부의 높이는 제1반응조(10)에 저장되는 슬러리의 최고 수위 이상이 되도록 함으로써 제1반응조(10)의 흡수액이 제2반응조(20) 내에 포화되지 않은 채 수용되도록 한다.

본 발명에 의하면 제1반응조(10)와 제2반응조(20)와의 수위 차가 2m일 경우 약 5m/s의 슬러리 흐름이 생길 수 있기 때문에, 상기 유량조절밸브(51)를 연결배관(50) 상에 설치함으로써 슬러리의 과속 흐름에 따른 연결배관(50)의 마모를 방지할 수 있도록 하며, 상기 유량조절밸브(51)로는 이를테면 Knife Gate Type를 채용함으로써 유속에 따라 연결배관(50)의 개폐를 유지하도록 한다. 유량조절밸브는 제2반응조(20)의 높이를 일정하게 유지해야 하는 경우 반드시 필요한 구성이며, 밸브의 설치로 인해 밸브주변에 슬러리가 퇴적될 수 있기 때문에 필요에 따라서는 슬러리의 퇴적을 방지하기 위한 별도의 구성을 유량조절밸브 주변에 구비하는 것도 가능하다.

도6 및 도7의 제3실시 예는 재순환펌프(40)가 기존반응조인 제1반응조(10)와 신설반응조인 제2반응조(20)에 나뉘어져 설치된 모습을 나타내고 있으며, 본 발명에 의하면, 기본적으로 제2반응조(20)에 설치된 재순환펌프를 통해 슬러리가 공급되어 분사되도록 하되, 필요에 따라 제1반응조(10)에 설치된 재순환펌프에 의해서도 슬러리가 공급될 수 있도록 한다. 본 발명의 제3실시 예의 경우에도, 반응조의 체류시간이 짧은 제1반응조(10)의 슬러리는 흡수챔버(30) 내의 하단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 하며, 제2반응조(20)의 슬러리는 흡수챔버(30) 내의 상단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 함으로써 배기가스의 처리효율을 높일 수 있도록 한다.

도8은 본 발명에 따라 반응조가 증가된 흡수탑의 제1반응조(10), 제2반응조(20) 및 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20)를 연결하는 연결배관(50)의 평단면을 보여주는 도면으로서, 교반기(14)의 회전에 따라 슬러리 흡수액(60)이 회전하게 되며, 상기 슬러리 흡수액(60)의 회전에 대해 일정각도로 연결배관(50)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 본 발명에 의하면, 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)에 각각 별도로 교반기(14)가 형성되게 되며, 상기 교반기(14)의 구동에 따라 내부 슬러리 흡수액이 흐름을 유지하게 된다.

본 발명의 경우, 연결배관(50)의 일부가 양 반응조 내부로 돌출되어 형성되는 특성상 돌출된 연결배관(50)의 단부에 의해 슬러리 흡수액의 흐름이 방해를 받을 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 반응조 내부에 돌출형성된 연결배관(50)이 슬러리의 순환을 방해하지 않도록 흐름 방향에 대해 80°이하로 형성되도록 한다.

도8은 교반기(14)의 구동에 따른 슬러리 흡수액의 수평회전흐름이 반응조 내부에 돌출된 연결배관(50)에 의해 영향을 받지 않도록 형성되어 있는 구조를 보여주고 있는 것으로서, 상기 각도(Φ)는 80°이하로 형성되도록 한다.

연결배관(50)의 반응조 내부 돌출부위가 슬러리의 회전방향에 대해 90°에 근접하여 형성되거나 90°이상으로 형성되는 경우, 슬러리의 흐름이 원활하게 이루어지지 못하거나, 일정시간 반응조에 체류해야 하는 슬러리가 연결배관(50)을 통해 다른 반응조로 이동할 가능성이 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 슬러리 회전방향에 대한 연결배관(50)의 각도를 80°이하로 유지함으로써 슬러리의 회전흐름을 방해하지 않음과 동시에 슬러리의 반응조 체류시간을 안정되게 유지할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다. 즉, 본 발명의 경우 신설반응조가 1개인 것을 예로 실시 예를 상술하였으나, 주변공간에 여유가 있거나 체류시간의 연장이 더 필요할 경우에는 신설반응조를 2개 이상 설치하여 구동하는 것도 가능하게 된다.

10: 제1반응조 11: 배기가스입구
12: 처리가스출구 13: 석고배출구
14: 교반기 14a: 교반날개
20: 제2반응조 30: 흡수챔버
40: 재순환펌프 50: 연결배관
51: 유량조절밸브 52: 슬러리퇴적방지부
60: 흡수액(슬러리) 61: 흡수액배출관
62: 흡수액공급관 63: 흡수액분사노즐
100: 흡수탑
v: 이동속도 θ: 수직각도
Φ: 수평각도

Claims (9)

1. 배기가스 내의 산화물을 중화하기 위한 알칼리성 흡수액을 수용하며, 하부 측면에 석고배출구(13)가 형성되는 제1반응조(10)와;
   상기 제1반응조(10)의 상부에 연속하여 위치하며 복수 개의 흡수액공급관(62) 및 상기 흡수액공급관(62)마다 형성된 복수 개의 흡수액분사노즐(63)을 구비하되, 상기 제1반응조(10)에 인접한 하부에는 배기가스입구(11)가 형성되며, 상부에는 처리가스출구(12)가 형성되는 흡수챔버(30)와;
   상기 제1반응조(10)에 인접하여 제2반응조(20)가 형성되되, 상기 제2반응조(20)는 상기 제1반응조(10)와 연결배관(50)에 의해 연결되어 흡수액(60)이 상기 제1반응조(10)로부터 제2반응조(20)로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관(50)은 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)의 내부로 일정 길이 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관(50)의 제1반응조(10)에 대한 수직각도(θ)는 75° 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관(50)의 흡수액(60) 회전방향에 대한 수평각도(Φ)는 80° 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
5. 제2항에 있어서,
   제1반응조(10)의 내부로 돌출된 상기 연결배관(50)의 상부에는 슬러리의 퇴적을 방지하기 위한 슬러리퇴적방지부(52)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)에는 흡수액배출관(61)을 통해 배출되는 흡수액(60) 공급을 위한 재순환펌프(40)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1반응조(10)의 슬러리는 흡수챔버(30) 내의 하단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 하며, 제2반응조(20)의 슬러리는 흡수챔버(30) 내의 상단에 형성된 흡수액공급관(62)의 분사노즐로부터 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관(50)은 제1반응조(10)로부터 제2반응조(20)에 이동되는 흡수액의 이동량을 조절하기 위한 유량조절밸브(51)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관(50)은 제1,2반응조(10, 20)의 흡수액 수위의 1/3 이상의 높이에 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 반응조를 갖는 습식 흡수탑.
   
   

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