KR880001669B1

KR880001669B1 - 전열면을 오염시키는 물질류를 함유하는 가스의 열 회수법

Info

Publication number: KR880001669B1
Application number: KR1019830002561A
Authority: KR
Inventors: 루오투 셉포; 할메 아리
Original assignee: 에이. 알스트룀 오사케이티외; 크리스터 앤더손 · 헨틱 베르겐달
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1983-06-09
Publication date: 1988-09-05
Also published as: KR850000656A

Abstract

내용 없음.

Description

전열면을 오염시키는 물질류을 함유하는 가스의 열 회수법

본 발명에 따른 열회수법의 1구현예를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 4 : 채늘 2 : 열교환기

3 : 혼합점 5 : 유통사이클론

6 : 중앙파이프 7 : 순환파이프

8 : 분진출구 9 : 첨가파이프

본 발명은 증기화하고 있는 용융점 또는 공융성성분을 함유하는 가스를 열교환기의 전열면에 접촉시켜서 그의 가스로부터 열을 회수하는 방법에 관한 것이다.

공정(process)산업에서는 대량의 고온가스를 생성시킨다. 이들 가스로부터 열을 회수한다는 것을 가스중의 기화 또는 용융성분류가 전열면에서 석출하여 전열면을 오염시키기 때문에 곤란하다. 그 대표적인 예가 고온 야금 공업에서의 폐가스이다. 오늘날, 이용할 수 있는 제방법에 의한 전열면의 청전화는 대개의 경우 극히 번잡하며, 설비사용가능시간의 감소 및 그로인한 현저한 비용증대를 초래하고 있다.

경험상, 이 청정화의 문제는 제공정에 대하여 화합물의 일부가 공융상태로 되도록한 특유의 온도범위에서 극히 중요하다고 알려져 있다. 예컨대, 비철금속의 야금주조공정에 있어서는, 가끔 Zn, As 및 Pb가 소농도에서도 모든 분진에 대하여 충분히 공융작용을 유발시킨다. 공융상태에 있는 분진은 전열면에 달라 붙으며, 특히, 결정화시에는 오염층을 형성하고, 이들의 제거는 공지의 청정화 제법(블로우잉 또는 기계적 청소기)에 의한 수단으로는 불가능한 경우가 있다. 현장연구에 의하면, 최고의 지속치는 공정의 성질상, 층의 자연침식(natural erosion)이 있는 스팀보일러류에서 얻어진다고 제시되고 있다. 효율이 높은 블로우어(blower)류 또는 기계적 청소기류마저도, 오염층의 형상으로 미루어보아, 오염층에 대하여는 그 다지 좋은 효과를 주지 못하고 있다는 것은 이미 알려져 있는 것이다. 한편, 침식은 유동방향에 평행한 전열면을 상당히 청정하게 유지시켜준다.

이들 관찰로부터, 다른 방법으로 청정화가 곤란한 전열면을 청정화하기 위해서 제어된 침식(controlled erosion)을 이용하는데까지 이르렀다.

따라서 본 발명의 목적은 용융성분을 함유하는 가스를 열교환기의 전열면에 접촉시켜서 그의 가스로부터 열을 회수하는 방법을 제공하므로서, 전열면상의 오염층의 형성을 억제시키는데 있다. 제어된 침식을 기초로하는 본 발명의 열회수방법은, 열교환기중에서 이미 냉각되고 또한 가스로부터 분리된 제순화되는 고체입자를 그의 가스중에 혼합해서 그의 가스온도를 그이 열교환기보다도 상류(upstream)에서 용융성분류의 공용온도범위보다 아래온도로 낮추는 것을 특징으로 한다. 이 경우 용융성분이외의 입자를 첨가해도 좋다.

도면은 본 발명에 의한 열회수의 한 실시태양을 보여주고 있다.

도면에 제시하는 장치에 있어서, 기화한 용융성성분류를 함유하는 고온가스는 방열표면을 구비한 채늘(1)을 통하여 흐른다. 이 고온가스가 열교환기(2)에 접근해올때, 가스온도는 공융범위의 상한 가까이에 있게 된다. 가스에 함유되어 있는 분진은 본래의 미세한 분말형상으로 되고, 열교환기 하류의 온도는 공융온도 범위보다는 충분히 선정된다. 전열면을 청정유지시키는데 필요한 청소효과는, 열교환기에 들어오는 분진 함유가스와 청정화용 분진(sweeping dust)을 혼합점(3)에서 혼합할때, 혼합체의 온도를 공융범위의 한계 가까이까지 저하시키게끔, 청정화용 분진의 농도를 열교환기중에 충분히 높게 유지시킬 때 얻어진다.

혼합점(3)에서 혼합하여 온도가 저하한후, 침식작용을 갖는 입자의 충분량을 함유하는 현탁가스는 열교환기(2)를 통하여 흐르고, 침식에 의하여 전열면상의 용융물 석출의 오염층의 형성을 저지한다.

열교환기(2)를 지난후, 이 현탁가스는 체늘(4)로부터 유통사이클론(5)으로 접선방향으로 도입되고,이곳으로부터 실질적으로 분진을 함유하지 않는 가스는 중앙파이프(6)를 통하여 배출되고, 또한 분리된 고체재료는 파이프(7)을 통하여 열교환기 상류의 채늘의 점(3)에서의 가스흐름으로 되돌아오게 된다. 출구(8)는 순환고체재료용의 순환파이프(7)에 배치된다. 이와 같이하여, 순환고체재료의 흐름 및 침식효과가 조절된다. 순환재료는 바람직하게는 본 공정에서 사용되는 고체재료든가 또는 모래와 같은 값싼 재료로서 , 파이프(9)를 통하여 공정중으로 공급된다.

본 발명의 방법에 의하여 다음과 같은 잇점이 얻어진다.

1. 전열면은 제어된 침식효과에 의하여 청정상태로 유지된다.

2. 고체입자혼합에 의하여 온도가 급속히 낮아진다.

3. 순환고체 입자류가 증기상으로서 그의 표면에 접촉하는 화합물류를 응축하므로, 소위 건식세정효과가 얻어진다.

4. 예컨대 칼슘을 기초로한 순환입자를 사용함으로써 황방출량을 감소할 수가 있다.

5. 열복사 및 대류열 교환이 촉진된다.

본 발명의 방법의 조작범위는 다음과 같다.

가스속도 3-20m/s

가스중의 입자함유량 10-500g/mol

유입가스온도 300-1,500℃

유출가스온도 500-1,200℃

평균입자직경 100-2,000μm

[실시예 1]

동제련소의 용융로로부터의 오프가스의 특정치는 다음과 같다.

가스유량 1,740mol/s

분진함유량 2.7g/mol

온도 1,400℃

이 오프가스는 채늘(1)중에서 방열냉각에 따라 약 900℃까지 냉각되고,이로서 전열면의 오염에 관해 오염형성이 어려운 제특성이 나타나는 온도범위로 되어 있다. 분진을 포함하는 오프가스의 열용량은 약 1.7KJ(Nm³℃)=38J(mol℃)즉 열용량유량은 66.1KW/℃이다. 바람직한 온도는 열교환기(2)의 전열면전에서는 700℃, 그리고 전열면 뒤에서는 550℃이다. 즉, 순환열 용량 흐름은 88.1KW/℃이다. 순환재료의 비열용량은 약 0.8KJ(kg℃)로 추정되고, 이것은 순환질량 유량에 대하여 100kg/s의 값으로 된다. 즉, 혼합후가스의 고체재료 함유량은 63g/mol(=2.81kg/Nm³)로 된다. 소위 순환상 래액터(circulating bed reactor)에 있어서, 실제로는 900-1,400g/mol의 고채재로 함유량의 이때까지 사용되고 있다. 정선광(concentrate), 모래 또는 그들 혼합물을 제련소에서의 순환재료로 사용할 수 있다. 또한 오프가스중에 포함되고 있는 입자의 농도는 냉각순환중에 증가한다.

[실시예 2]

소다보일러(soda boiler)의 흑액류(black liquor)는 5.6kg/s, 그의 건조고형분 함유량은 0.60kg/s이다. 대표적인 건조고형분의 분석치는 다음과 같다.

C 35.5%(펄프의)

Na 20.8%

S 5.2%

O 35.1%

H 3.4%

표준의 소다보일러 중에서 연소를 행할 경우, 황 공급량의 약 30% 및 나트륨공급량의 약 10%가 일부는 가스형상 화합물류로서 또한 일부는 소량의 용융성분류로서 로로부터의 연도가스에 부수하여 배출된다. 이 연소를 분리된 연소실에서 행하는 경우,연소역을 나오는 연소가스는 황의 50% 및 나트륨의 40%를 함유하는 수도 있다. 이 연도가스가 냉각기에 달하였을 때에 무기화합물은 그의 대부분이 황산나트륨 및 탄산나트륨 및 2산화황의 형태로 된다. 액의 조성 및 조업상황에 따라서는, 이것이 전열면상에 불리한 피로황산나트륨층을 형성하는 경우도 생긴다.

상기의 연소실에서의 오프가스의 여러값은 다음과 같다.

가스흐름 84mol/s

Na 흐름 4.56mols

S 흐름 2.75mol/s

온 도 900℃

분 진(응집) 0.23g/mol(10.3g/Nm³)

가스의 열용량유량 29.4KW/℃

가스온도:

열교환기상류 870℃

혼합후 800℃

교환기하류 550℃

순환열용량유량 33.0KW/℃

순환질량유량(0.8KJ/kg℃) 41.7kg/s

교환기중의 분진함유량 50.0g/mol

이 순환류는 연도가스류의Na₂CO₃를 기초로한 분진 및 점(3)에서 첨가한 Na₂CO₃또는 Na₂CO₃를 포함하고 있다.

Claims

용융성분을 함유하는 가스를 열교환기의 전열면에 접속시켜서 그의 가스로부터 열을 회수하는 방법에 있어서, 열교환기중에서 이미 냉각되어 가스로부터 분리회수된 고체입자를 재순환시켜, 가스중에 혼합함으로써 열교환기 상류에서의 가스온도를 용융성분의 공융온도 범위 이하로 저하시키는 것을 특징으로 하는 열 회수법.
제1항에 있어서, 열교환기의 상류에서, 동제련소로 부터의 오프가스의 온도를 약 700℃로 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 열회수법.
제2항에 있어서, 순환류에 모래를 첨가하는 것을 특징으로 하는 열회수법.
제1항에 있어서, 열교환기의 상류에서 소다보일러 연소실로부터의 가스의 온도를 약 700℃로 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 열회수법.
제4항에 있어서, 황산나트륨 또는 탄산나트륨을 순환류에 첨가하는 것을 특징으로 하는 열회수법.