KR970003604B1 - 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기 - Google Patents

연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기 Download PDF

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Abstract

없음.

Description

연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기
본 발명은 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기에 관한 것으로서, 특히 연소실과 함께 또는 연소실하류에 후연소실을 구비하는 반응기에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 연소장치는 첨부된 특허청구범위에 기재된 바와 같은 형태로서의 특징으로 갖는다.
액체 및 고체연료의 연소에 있어서 주된 문제점은 연도가스(flue gas) 중에 존재하는 황산화물 및 질소산화물의 함량이다. 따라서, 연도가스 정화 및 배기가스의 촉매처리에 의하여 이러한 산화물 함량을 감소시키기 위한 많은 연구가 시도되어 왔다.
본 발명은 적절한 산화 및 온도조건이 연소실과 굴뚝사이의 통로에서 효과를 나타내는 것이 보장된다면 질소산화물과 황산화물을 상당한 정도로 감소시킬 수 있다는 점에 기초를 둔 것이다.
스웨덴 왕국 특허 제7804761-0호(SE-B-413,158)에는 기체상태 또는 입자상태의 가연물과 연소가스로 이루어진 혼합물의 연소가스로 이루어진 혼합물의 연소장치가 개시되어 있다. 이 장치는 방출되는 연소가스중에 실질적으로 그을음, 일산화탄소 및 탄화수소 잔류물이 존재하지 않게하는 방식으로 탄소 또는 탄소화합물을 함유하는 각종의 기체상태 또는 입자상태의 물질을 연소하는데 사용된다. 그러나 이 특허명세서에는 상기 장치가 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 감소시키는데 이용될 수 있는지에 대해서는 언급되어 있지 않다.
미합중국 출원 제4,481,880호에는 배기가스가 연소가스와 확실히 혼합되어 완전 연소되는 후기연소기(after burner)내의 버너를 통해 불순한 가스를 안내함으로써 연도가스를 후기연소하는 방법에 개시되어 있다. 즉, 이러한 처리공정에 있어서는 연도가스의 후기연소를 일으키기 위하여 가연가스가 공급된다.
독일출원 제3,014,590호에는 오일-또는 가스연소 팬버너용 예-연소실이 개시되어 있다. 이러한 예-연소실은 발생된 화염을 모양지어 그것이 연소실에 들어가기전에 저지하는 작용을 한다. 즉, 이러한 장치는 버너와 연소실 사이의 매개체 역할을 할뿐, 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키는 반응기로서의 역할을 하지 못한다.
이하, 본 발명에 따르는 장치는 2가지 실시예를 도시하는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 반응기의 일 실시예를 개략적으로 도시한 종단면도이고, 제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 단면도이며, 제3도는 본 발명에 따른 반응기의 또다른 실시예를 사용하는 소각공장을 개략적으로 도시한 종단면도이고, 제4도는 본 발명에 따른 반응기의 다른 또하나의 실시예를 도시한 종단면도이다.
제1도에 도시된 장치는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기를 이루고 있다. 이 반응기는 수직원통형 몸통부(11)와 이 몸통부(11)에 연합된 돔형 배출단부(12)을 갖는 케이싱 또는 벽(10)을 갖추고 있다.
돔형 배출단부(12)는 중앙배출구(13)를 가지며, 몸통부(11)의 반대쪽 단부는 흡입단부(14)를 이루고 있다. 케이싱(10)이 내부에는 정점이 중앙배출구(13)를 향하는 원추형 격벽(15)이 지지부재(16)상에 장착되어서 격벽(15)과 케이싱(10) 사이의 환형갭(17)을 한정한다. 참고문헌으로 포함시킨 스웨덴 특허제 SE-B-413,158호에 발표된 바와 같이, 케이싱(10)의 상부와 하부사이의 연통부를 격벽의 주변부 둘레에 적합하게 분포되는 적어도 2개의 가장자리 요부의 형태로 하여 환형갭을 대신할 수도 있다. 반응기의 저부에는 배기가스를 연소실(도시안됨)로부터 반응기로 안내하는 흡입깔때기(18)가 마련되어 있으며, 그것에 의해 배기가스는 적당히 높은 속도로 도입되어 격벽(15)의 원추형 내부쪽으로 향하게 된다. 케이싱(10)의 둘레에는 케이싱(10)과 거의 동일한 형상을 가지나 치수가 보다 큰 또하나의 케이싱 또는 벽(2)이 마련되어서 케이싱(10)과 케이싱(20) 사이이 갭(21)을 한정한다. 케이싱(10)은 케이싱(20) 내부에 편심 배치되어 있다. 케이싱(20)은 단열재로 이루어질 수도 있고, 또한 단열재로 둘러싸여질 수도 있다.
도시된 실시예에서는 외부 단열재(22)가 케이싱(20)에 사용된다. 두 케이싱(10,20) 사이의 갭(21)은 그 저부에서 예를들면 굴뚝과 같은 배출관(24)에 연결된 환형 수집박스(23)에 연결되어 있다.
두 케이싱(10,20)사이의 갭(21)에는 2차 공기를 예열시키기 위한 열교환기(자세히 도시되지 않음)를 설치할 수도 있다. 그러나 제1도에 따른 실시예에 있어서, 2차 공기는 케이싱(20)과 외부단열재(22) 사이에 형성된 환형공간(40)을 통해 공급된다. 예열된 2차 공기는 중앙배출구(13)로부터 약간 떨어진 곳에서 2차 공기흡입구(25)를 통해 두 케이싱 사이의 공간내로 공급된다.
내부 케이싱(10)의 흡입단부(14)의 하단과 흡입 깔때기(18) 사이에는 후연소실(10)에서 분리되거나 또는 그곳에서의 연소중에 형성된 분진입자(ashparticle)를 분리하기 위한 환형갭(10)이 한정되어 있다.
제1도 및 제2도에 따른 장치를 사용할 경우, 연소실로부터 나온 배기가스가 2m/s의 최대속도로 흡입깔때기(18)에 도달하게 된다는 장점이 있다. 흡입깔때기(18)의 원추형상에 의하여 가스속도가 증가되며, 가스는 원추형 격벽(15)의 내부쪽으로 향하게 된다. 원추형 격벽(15) 하부공간에서의 격심한 난류로 인하여 잔류한 일산화탄소가 이산화탄소로 산화할 것이며, 이 산화는 상기 격벽(15) 상부 공간에서 진행될 것이다. 배출구(13)로부터 연도가스가 두 케이싱(10,20) 사이의 갭으로 들어가서, 거기에서 2차공기흡입관(25)을 통해 공급되는 가급적 약 700℃의 온도로 가열된 예열된 2차공기의 작용하에 황산화물 및 질소산화물의 처리 및 후기 연소가 수행된다. 편심배치에 의해, 대략 900℃의 온도에서 배출관 또는 굴뚝(24)으로 나가기 전에 수집박스(23)로 나선형으로 하향 이동하는 연도가스의 교차적인 압축팽창과 함께 격심한 혼합이 이루어진다.
본 발명장치의 원리는 기체상(gas phase)의 제어된 낮은 분압을 가진 모든 탄화수소물질의 최종 산화를 위한 이상적인 난류로 뜨거운 촉매접촉면에 대한 충분한 접촉시간을 달성하는 실험에 기초한다. 이 뜨거운 접촉면은 초기에 격벽(15)내의 물질로 이루어진다. 이러한 오목한 격벽 뒤에는 감압중의 저속난류가 있어서 처리, 예를들면, 연소가스중의 황함량을 감소시키는데 필요한 일산화탄소를 생산한다. 이론적 연소에 있어서, 다음식에 따라 황은 냉각에 승화된 황 액적(sulphur droplets)으로서 90% 이상까지 침전한다. 후연소실은 수직으로 장착되므로, 승화된 황은 다른 입자들과 함께 자동적으로 흡입깔때기(18)와 흡입단부(14) 사이의 갭을 통하여 애시베드(ash bed)로 간다.
후 연소실이 대규모공장에서 사용될 경우에는 식 2CO+SO21 S+2CO2가 적용된다.
과-화학량론적(over-stoichimetric)연소되는 공장의 경우에는식CO+O2CO+CO2, SO2+CO+H2O H2S+CO 및 SO2+H2S S+H2O가 적용된다.
후연소실에 들어가는 가스의 온도가 900℃이고 유속이 최대 2m/s이면, 원추형 격벽상 또는 연소가스에 영향을 미치는 다른 접촉면상에 촉매작용면이 존재한 경우에 실질적으로 그을음 및 입자들이 없는 배기가스를 얻을 수 있다.
연소실에 관련된 다른 식들은 이후에 설명한다.
제3도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장치는 제1도의 장치와 대체로 동일하게 설계되어 있다. 제3도의 장치는 스웨덴왕국 특허 제7804761-0호(SE-B-413,158)에 개시된 형태의 소각공장과 함께 도시되어 있다. 이러한 배치를 보다 상세히 설명하기 위하여 참고문헌으로 포함시킨 상기 특허명세서에 참조부호를 매겼다. 제3도의 장치는 참조부호 30으로 통칭된다.
이러한 소각장치 당는 예를들면 유독성폐기물 또는 고체연료가 연소될 수 있는 추가연소실(31)이었다. 이러한 연소실 또는 연소로(31)로부터 연소가스는 갭(32)을 통해 흡입깔때기(18)를 거쳐 본 발명에 따른 후연소실내로 흐른다. 갭(32)은 소각장치(30)와 단열로벽(33) 사이에 형성되어있다. 로벽(33)에 의해 한정되는 공간의 하단에는 재 배출구(34)가 있다. 제3도의 후연소실 또는 반응기는 본질적으로 제1도에서와 같이 설계되므로, 동일한 부분은 동일한 참조부호로 나타내었다. 제3도에 도시된 실시예에 있어서, 격벽(15)은 원통형 몸통부(11)의 내측면까지 연장하며, 가장자리 요부는 몸통부에 인접한 격벽(15)을 통해 비스듬히 연장하게 되어서, 격벽하부 공간과 상부 공간사이의 통로는 격벽(15) 위의 배출실로 들어가는 연도가스에 나선운동을 부여한다.
제4도는 본 발명에 따른 반응기의 또다른 실시예를 나타낸다. 상응하는 부분은 동일한 참조부호로 나타내었다. 제1도의 실시예와 제4도의 실시예 사이의 본질적인 차이점은 2차 공기흡입구(45)를 통하여 2차공기를 공급하는 방식에 있다. 이 실시예에서 2차 공기 흡입구(45)는 두 원추형 벽(40,41)사이의 갭으로 이루어진다. 이 갭은 임의의 적합한 방식으로 예열될 수도 있는 2차 공기를 공급한다. 이 공기는 흡입깔때기(18)를 통해 반응기에 들어가는 배기가스에 의해 발생되는 분출효과로 인하여 갭(45)을 통하여 송풍되거나 흡입된다.
제4도의 실시예에 있어서, 원추형 격벽(15)은 상술한 스웨덴특허 SE-B-413,158호에 도시된 방식으로 설계된 것으로서, 이것은 격벽의 주변부 둘레에 분포되어 비스듬히 관통연장하는 가장자리 요부들로 형성된 적어도 2개의 통로(17)를 마련하여 흡입실과 배출실 사이를 통과할때 연도가스에 난류효과를 부여하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 반응기는 연료유동화상(fluidised fuel bed)으로 작동하는 소각 공장에서도 유리하게 사용될 수 있다.
Ⅰ. 불완전연소
Ⅱ. 전화(轉化)
Ⅲ. 완전연소
과량의 O2및 H2O와의 대체반응

Claims (12)

  1. 연소실과 함께 또는 연소실 하류에 연결되는 후 연소실을 구비하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기에 있어서, 상기 반응기는 연소실에 연결되는 흡입단부(14) 및, 중앙배출구(13)가 있는 돔형상의 대향배출단부(12)를 가진 수직원통형의 몸통부(11)를 갖춘 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)으로부터 일정간격 떨어져서 케이싱(10)을 둘러싸는 단열벽(20)과, 배출실의 중앙배출구(13)로부터 떨어진 곳에서 단열벽(20)과 케이싱(10) 사이의 공간(21)내로 통하거나 또는 케이싱(10)의 흡입실내로 통하는 2차공기 흡입구(25,45)와, 케이싱(10)의 흡입단부 영역에서 배출관(24)에 연결되어 있는 케이싱(10)과 단열벽(20) 사이의 공간(21) 및, 흡입실내로 돌출한 원추형으로 테이퍼진 흡입깔때기(18)의 형태를 갖는 연소실과 반응기의 흡입실 사이의 연결부를 구비하며, 상기 격벽(15)의 중앙부는 원추형상으로 설계되어 그 바깥쪽으로 상기 배출실에 대면하고 그 안쪽은 흡입실에 대면하며, 상기 통로(17)는 격벽(15)과 원통형 몸통부(11) 사이의 갭(17)의 형태이거나 또는 격벽(15)주변부 둘레에 분포되는 2개 이상의 가장자리 요부의 형태를 이루며, 상기 흡입깔때기(18)와 케이싱(10)의 흡입단부(14) 사이에는 분진입자를 분리하기 위한 환형갭이 한정되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽(15)의 가장자리 요부는 원통형 몸통부(11)에 인접한 격벽을 통해 비스듬히 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원통형 몸통부(11), 돔형 배출단부(12) 및 격벽(15) 중의 적어도 하나는 탄소 및 탄소산화물의 산화에 촉매작용을 미치는 능력이 있는 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2차 공기 흡입구에 공급되는 2차 공기를 예열하기 위한 2차 공기가열기(40)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2차 공기 흡입구(45)는 흡입실의 원추형으로 테이퍼진 흡입깔때기(18)의 입구에서 열리는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열벽(20)은 원통형이며 상기 케이싱(10)은 단열벽(20)에 편심배치 되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  7. 제3항에 있어서, 2차 공기 흡입구에 공급되는 2차 공기를 예열하기 위한 2차 공기가열기(40)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  8. 제3항에 있어서, 2차 공기흡입구(45)는 흡입실의 원추형으로 테이퍼진 흡입깔때기(18)의 입구에서 열리는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  9. 제4항에 있어서, 2차 공기흡입구(45)는 흡입실의 원추형으로 테이퍼진 흡입깔때기(18)의 입구에서 열리는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  10. 제3항에 있어서, 단열벽(20)은 원통형이며 케이싱(10)은 상기 단열벽(20)에 편심배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  11. 제4항에 있어서, 단열벽(20)은 원통형이며 케이싱(10)은 상기 단열벽(20)에 편심배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
  12. 제5항에 있어서, 단열벽(20)은 원통형이며 케이싱(10)은 상기 단열벽(20)에 편심배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소가스중의 질소산화물 및 황산화물의 함량을 감소시키기 위한 반응기.
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