KR100308403B1 - 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화하는 스프레이타워와 그 방법 - Google Patents

가스를 냉각, 가습 및/또는 정화하는 스프레이타워와 그 방법 Download PDF

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Abstract

폐수가 발생되지 않는 건식 스프레이타워는 가스흡입구를 구비한 최상부와, 상기 최상부로부터 하측방향으로 점차 확장되게 연장하는 팽창부, 및 물 및/또는 흡수용액을 분사하도록 상기 팽창부의 바로 하부 또는 상기 팽창부에 부착된 분사노즐을 구비하여, 가스를 냉각, 가습 및/또는 상기 가스로부터 유해성분을 제거하며, 상기 스프레이타워의 중심부에서보다 외주부에서 가스 유속의 하측방향으로의 성분을 빠르게 만들기 위해서 상기 팽창부 둘레 또는 내부에 상기 스프레이노즐의 상측위치에 가스분배장치가 배치되어, 분무된 액체용적이 타워의 내벽과 충돌하는 것이 방지된다.

Description

가스를 냉각, 가습 및/또는 정화하는 스프레이타워와 그 방법
본 발명은 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 스프레이타워에 관한 것으로서, 특히 스프레이타워의 최상부 부근에 부착된 스프레이노즐에 의해 물 및/또는 흡수액이 분무되어, 폐수를 생성시키지 않으면서 가스를 냉각, 가습 및/또는 가스로부터 유해성분을 제거하는 건식 스프레이 타워 및 그 방법에 관한 것이다.
가스를 냉각, 가습 및/또는 상기 가스로부터 유해성분을 제거하기 위해, 건식 스프레이타워가 지금까지 사용되어 왔다. 예를 들어, 제 5 도는 가스(5a)가 최상부(1)로부터 팽창부(2)를 통해 타워내로 유입되고 타워의 최상부 부근에 부착된 스프레이노즐(4)에 의해 물 및/또는 흡수용액과 함께 분무되며, 분무된 물 및/또는 흡수용액은 타워내에서 완전히 증발되어 폐수가 생성되지 않는 전형적인 종래의 드라이 스프레이타워를 나타낸다. 이러한 스프레이타워에서는, 가스가 타워내로 유입될 때 종종 소용돌이운동이 일어난다.
하지만, 종래의 기술은 스프레이타워의 최상부 부근의 분사된 액체 용적(liquid droplet)들이 타워의 내벽과 충돌하여 상기 액체가 바닥까지 흘러내려서 폐수를 생성시키는 문제가 있다.
즉, 제 5도에서 도시된 바와 같이 종래의 스프레이타워에 있어서, 가스의 유속은 배출가스가 타워내로 유입되는 팽창부(2)로부터 바로 아래 위치의 타워의 중심부에서 비교적 빠른 반면, 타워의 외주부에서는 비교적 느리다. 따라서, 팽창부(2)의 아래측에서는, 가스가 화살표(5b)로 나타낸 바와 같이 타워의 중심부로부터 외주부를 향해 소용돌이친다. 결과적으로, 분무된 액체용적들은 타워의 내벽과 충돌하여, 상기한 바와같은 문제를 초래한다. 특히, 분무된 물 및/또는 흡수용액이 증발된 후에 배출가스의 온도가 가스의 이슬점에 50℃를 더한 온도보다 낮을 때는, 상기 내벽과 충돌한 액체용적들은 재증발하기 어렵다. 따라서, 내벽과 충돌하는 액체용적들은 바닥까지 흘러내려 폐수가 될 가능성이 매우 크다. 더욱이, 가스가 먼지를 함유하는 경우에는, 액체용적들에 의해 축축해진 내벽에 상기 먼지가 점착된다.
또한, 가스가 스프레이타워내로 도입될 때 소용돌이운동이 일어나는 경우에, 가스의 소용돌이에 의해 유도된 원심력은 분무된 액체용적이 타워의 내벽에 충돌하는 것을 촉진함으로써 문제를 심화시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 상기한 문제를 해결하고, 분무된 액체용적이 타워의 내벽과 충돌하는 것을 방지하여 폐수의 발생을 방지하고, 타워의 내벽에 먼지가 점착되는 것을 방지할 수 있는, 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 스프레이 타워 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 문제점들을 해결하기 위해서, 제 1도에 도시된 바와 같이 본 발명은 폐수를 발생시키지 않는 건식 스프레이 타워를 제공하고, 이 건식 스프레이 타워는 가스흡입구를 구비한 최상부(1), 상기 최상부로부터 방사방향으로 점차 확장되면서 아래쪽으로 연장되는 팽창부(2), 상기 팽창부 또는 상기 팽창부로부터 바로 아래에 부착되고 물 및/또는 흡수용액을 분사하여 가스를 냉각, 가습 및/또는 가스로부터 유해성분을 제거하는 스프레이노즐(4)을 구비하며, 스프레이타워의 중심부에서보다 외주부에서 가스 유속의 하방 성분을 빠르게 만들기 위해서 상기 스프레이 노즐의상측 위치의 상기 팽창부 둘레 또는 내부에 가스분배장치(6)가 배치된다.
상기한 가스분배장치의 효과적인 일예는, 그 중심부에서보다 그 외주부에서 높은 개구율(opening ratio)을 가진 다공판, 상기 다공판의 외주부 및 타워의 직벽부(straight wall portion) 또는 상기 팽창부의 내벽 사이에 환형 슬릿 또는 갭이 형성되게 배치되는 다공판, 타워의 내측을 가로지르는 다공판과 상기 다공판의 상측 또는 하측에 제공되는 분배그릴(distributing grille)과의 조합, 각 다공판의 외주부와 팽창부의 내벽 또는 직벽부 사이에 환형 슬릿 또는 갭이 형성되게 배치된 한쌍의 평행한 다공판과 상기 한쌍의 다공판들 사이에서 샌드위치되는 분배그릴과의 조합, 또는 배출가스의 분산을 돕는 다중 스커트형상의 가이드판과 타워의 직경보다 작은 직경을 가지고 상기 가이드판의 중심부의 바닥에 배치된 다공판으로 구성되는 장치일 수도 있다.
또한, 본 발명은 폐수를 발생시키지 않으면서 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화하는 방법을 제공하는데, 팽창부를 통해 최상부로부터 스프레이타워내로 유입된 가스는 팽창부 또는 상기 팽창부의 바로 하부에 부착된 스프레이노즐에 의해 물 및/또는 흡수용액과 함께 분무되어, 상기 가스를 냉각, 가습 및/또는 상기 가스로부터 유해성분을 제거하며, 분무된 물 및/또는 흡수용액이 증발된 후에 배출가스의 온도는 가스의 이슬점에 50℃를 더한 온도보다 낮으며, 상기 유입된 가스는 가스 유속의 하방 성분이 스프레이타워의 중심부에서보다 스프레이타워의 외주부에서 빠르게 되도록 상기 스프레이노즐의 상측 위치에서 분배된다.
종래의 스프레이타워에 있어서, 상기한 바와 같이, 가스유속은 배출가스가타워내로 유입되는 팽창부의 바로 하부 위치의 타워의 중심부에서 상대적으로 빠르다. 따라서, 팽창부의 하부측에서, 상기 가스는 타워의 중심부로부터 외주부를 향해 소용돌이치고, 분무된 액체용적은 타워의 내벽과 충돌하여 상기한 바와 같은 문제를 초래한다.
한편, 제 1도에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 스프레이타워와 그 방법에 있어서, 가스의 유속은 타워의 중심부에서보다 외주부에서 빠르고, 상기 가스는 종래기술에서와는 반대로 외주부로부터 중심부를 향해 소용돌이친다. 결과적으로, 분무된 액체용적이 타워의 내벽과 충돌하는 것이 방지된다. 따라서, 상기 액체용적이 내벽과 충돌하여 폐수가 생성되고 가스내의 먼지가 액체용적으로 축축해진 벽면에 고착될 가능성은 없다.
본 발명의 스프레이타워에 있어서, 분무된 물 및/또는 흡수용액이 증발된후에 배출가스의 온도가 이슬점에 50℃를 더한 온도보다 낮은 작동조건하에서도 액체용적이 타워의 내벽을 따라 흘러내려 폐수를 생성시킬 가능성은 없다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예들이 예로서 도시된 첨부도면과 결합하여 다음설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 예를 통해 아래에 더욱 자세히 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 :
우선, 제 5도에 도시된 것과 유사한 스프레이타워가 준비된다. 0.3m의 직경을 가진 덕트(1)가 1.2m의 직경과 10m의 높이(즉, 연직셀부(straight shellportion)의 높이)를 갖는 타워에 연결되고, 150℃의 온도와 7.8 vol%(습도기준)의 수분량을 갖는 석탄연소가스(5a)가 시간당 1,500 ㎥N로 유입된다. 물은 타워의 최상부 부근에 부착된 스프레이노즐(4)로부터 5가지의 다른 조건하에서 분사된다. 이러한 방식으로, 가스냉각타워의 바닥으로부터의 폐수의 생성조건이 조사된다.
그 결과는 표 1에 나타난다.
표 1
상기 케이스들 모두에서, 분무된 물용적은 타워의 내벽과 충돌한다. 케이스 1에서만, 대부분의 충돌한 물용적이 내벽을 따라 아래로 흘러내리는 동안 재증발되었다. 다른 케이스들에서는, 물용적이 바닥까지 흘러내려서 폐수를 생성시켰다.
다음에, 제 2도에서 도시된 것과 같은 가스분배장치가 타워의 최상부에 설치된다. 즉, 상기 가스분배장치는 다중 스커트형상의 가이드판(7)과 상기 가이드판(7)의 중심부의 바닥에 부착되는, 타워의 직경보다 작은 직경을 갖는 다공판(8)으로 구성된다. 결과적으로, 케이스 1내지 케이스 5 모두에서, 분무된 액체용적은 타워의 내벽과 충돌되는 것이 방지되어, 바닥에서 폐수가 생성되지 않는다.
실시예 2 :
먼저, 제 5도에 도시된 것과 유사한 스프레이타워가 준비된다.
1m의 직경을 가진 덕트(1)가 5.5m의 직경과 16m의 높이(즉, 연직셀부의 높이)를 갖는 타워에 연결되고, 10 g/㎥N의 먼지를 함유한 300℃의 가스(5a)가 시간당 30,000 ㎥N로 유입된다. 물은 타워의 최상부 부근에 부착된 스프레이노즐(4)로부터 시간당 약 2,400 kg으로 분무되어 상기 가스가 150℃로 냉각된다. 이러한 상황하에서, 상기 가스냉각타워가 동작된다. 결과적으로, 상기 스프레이노즐 부근의 내벽에 부착된 먼지는 압력손실을 증가시키고, 상기 타워는 한 달이 지나 작동불능이 된다.
다음에, 제 3도에서 도시된 것과 같은 가스분배장치가 타워의 최상부에 설치된다. 즉, 상기 가스분배장치는 분배그릴 또는 유량제어수단(11) 및 분배그릴을 샌드위치하는 한쌍의 다공판(9)으로 구성된다. 각각의 다공판(9)은 상기 타워(3)의 내벽과 다공판의 외주 사이에 환형 슬릿 또는 갭(10)이 형성되도록 배치된다. 결과적으로, 타워의 내벽에 먼지의 부착은 방지되고, 압력손실은 증가되지 않는다.
실시예 3:
제 4도는 본 발명에 따른 스프레이타워의 또다른 실시예를 나타낸다.
이 실시예에 있어서, 가스분배장치로서 다공판(9)이 스프레이노즐(4) 위의 타워내에 배치되어 상기 다공판(9)의 외주부와 타워(3)의 내벽사이에 환형 슬릿 또는 갭(10)이 형성된다.
또, 이 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2실시예를 참조하여 상술된 것과 유사한 이로운 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 스프레이타워에 채용된 가스분배장치의 형상 및 구조는 상기한 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 환형 슬릿 또는 갭이 균일한 폭을 가질 필요는 없다. 또, 다공판은 반드시 평판으로 사용될 필요는 없다. 또한, 제 3도 및 제 4도에서 도시된 예에 있어서, 상기 다공판이 그 중심부보다 그 외주부에서 높은 개구율을 가진 경우에는 환형 슬릿 또는 갭(10)은 생략될 수도 있다. 또, 제 3도에서 도시된 예에 있어서, 상측 또는 하측 다공판(9)은 생략될 수 있고, 가스분배장치는 상기 타워의 내측을 횡단하는 다공판(9)과 상기 다공판 상측 또는 하측에 제공된 분배그릴(11)의 조합으로 구성될 수도 있다. 요약하면, 가스유속의 하측방향으로의 성분이 스프레이타워의 중심부에서보다 외주부에서 빠르게 만들면 충분하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 스프레이타워의 최상부 부근에서 분무된 액체용적은 타워의 내벽과 충돌하는 것이 방지됨으로써 타워의 바닥에서 폐수가 생성되는 것을 방지하고, 스프레이섹션 부근에서 내벽에 먼지가 점착되는 것을 방지한다.
제 1도는 본 발명에 따른 스프레이타워에 있어서 가스의 흐름 및 가스분배장치의 배치를 나타내는 도;
제 2(a)도는 본 발명에 따른 스프레이타워의 일 실시예를 나타내는 개략 단면도;
제 2(b)도는 제 2(a)도에 도시된 가스분배장치에 사용된 다공판을 나타내는 평면도;
제 3(a)도는 본 발명에 따른 스프레이타워의 다른 실시예를 나타내는 개략 단면도;
제 3(b)도는 제 3(a)도의 선 Ⅰ-Ⅰ에 따른 평면도;
제 3(c)도는 제 3(a)도의 선Ⅱ-Ⅱ에 따른 평면도;
제 4(a)도는 본 발명에 따른 스프레이타워의 또 다른 실시예를 나타내는 개략 단면도;
제 4(b)도는 제 4(a)도의 선Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도; 및
제 5도는 종래의 스프레이타워에서의 가스흐름을 나타내는 도이다.

Claims (8)

  1. 가스흡입구를 구비한 최상부, 반지름방향으로 점차 확장되면서 상기 최상부로부터 아래쪽으로 연장하는 팽창부, 및 상기 팽창부의 바로 하부 또는 상기 팽창부에 부착되어 물 및/또는 흡수용액을 분무하는 스프레이노즐을 구비하여 가스를 냉각, 가습 및/또는 상기 가스로부터의 유해성분의 제거하는, 폐수의 생성없이 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화하기 위한 건식 스프레이타워에 있어서,
    상기 스프레이노즐로부터 상류측 위치의 상기 팽창부 둘레 또는 내부에 배치되어 상기 스프레이타워의 중심부보다 외주부에서 가스 유속의 하방 성분을 더 빠르게 만드는 가스분배장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 스프레이타워.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스분배장치는 그 중심부보다 그 외주부에서 더 높은 개구율을 가진 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가스분배장치는 상기 타워의 내측을 가로지는 다공판인 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가스분배장치는, 상기 다공판의 외주부와 상기 팽창부의 내벽 또는 상기 스프레이타워의 직벽부 사이에 환형 슬릿 또는 갭이 형성되게 제공된 다공판인 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가스분배장치는 상기 타워의 내측을 가로지는 다공판과 상기 다공판 상측 또는 하측에 제공된 분배그릴의 조합인 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가스분배장치는, 각각의 상기 판의 외주부와 상기 팽창부의 내벽 또는 직벽부 사이에 환형 슬릿 또는 갭이 형성되게 배치되는 한쌍의 평행한 다공판과 상기 한쌍의 다공판들 사이에 샌드위치된 분배그릴의 조합인 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가스분배장치는 배출가스의 분배를 돕는 다중 스커트형상의 가이드판과, 상기 타워의 직경보다 작은 직경을 가지고 상기 가이드판의 중심부의 바닥에 배치되는 다공판으로 구성되는 장치인 것을 특징으로 하는 스프레이타워.
  8. 최상부로부터 팽창부를 통해 스프레이타워내로 유입된 가스가 상기 팽창부의 바로 하부 또는 상기 팽창부에 부착된 노즐에 의해 물 및/또는 흡수용액과 함께 분무되어, 상기 가스를 냉각, 가습 및/또는 상기 가스로부터 유해성분을 제거시키고,
    분무된 물 및/또는 흡수용액이 증발된 후에 배출가스의 온도가 상기 가스의 이슬점에 50℃를 더한 온도보다 낮게 되는, 폐수의 발생없이 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 방법에 있어서,
    유입된 가스를 상기 스프레이노즐로부터의 상류측 위치에서 분배시켜 가스 유속의 하방 성분이 상기 스프레이타워의 중심부에서 보다 상기 스프레이타워의 외주부에서 더 빠른 것을 특징으로 하는, 폐수의 생성없이 가스를 냉각, 가습 및/또는 정화시키는 방법.
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