KR100242228B1 - 고효율 일체형 원심여과집진장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율 일체형 원심여과집진장치(Apparatus for the high efficiency compact CYBAGFILTER)에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 운전유지가 간편하고 여과포에 부여되는 먼지부하를 최소한 유지하여 탈진간격을 기존 여과포집진장치에 비해 100배 정도 연장시키고 저압의 압축공기로 고효율 탈진이 이루어져 전체의 압력손실이 낮게 유지되고, 집진효율은 높이며, 여과포로의 먼지부하량을 감소시켜 여과포의 수명을 기존 장치에 비해 2-3배 연장시키도록 입구형상 및 내통형상을 결정하여 최적의 조합된 형상 및 구조를 가지며, 기존의 집진장치에 비하여 설치공간을 줄인 원심력집진기술의 원리와 여과포집진기술의 원리를 접목한 새로운 일체형 원심여과집진장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 상부의 여과포집진장치와 하부의 이중 원심력집진장치가 접합된 일체형으로 구성하되, 상기 여과포집진장치는 압축공기저장조와 솔레노이드 밸브와 분사용 압축공기배관과 분사된 압축공기의 가속과 2차 공기유입을 유도하는 벤츄리와 먼지를 포집하는 여과포와 청정공기의 출구로 구성되고, 상기 이중 원심력집진장치는 함진공기 유입구와 원심력이 발생하는 외통부분과 하부에서 상승하는 함진공기가 상승하는 내통부분과 원심력에 의하여 포집되거나 상부에서 탈진된 입자들을 저장하는 먼지저장조로 구성된 일체형 구조를 갖는다.

Description

고효율 일체형 원심여과집진장치
본 발명은 고효율 일체형 원심여과집진장치(apparatus for the high efficiency compact CYBAGFILTER)에 관한 것으로, 특히 중유 연소공정, 폐기물 소각로공정, 시멘트 제조업종 및 제철제강공정 등의 먼지발생공정에서 배출되는 먼지를 포집하기 위하여 1차적으로 유입되는 먼지입자들을 원심력 원리에 의해 집진하고 여기에서 집진되지 않은 미세먼지 입자들은 상부의 여과포로 집진하는 기존의 두가지 장치의 집진원리를 단일기기로 접목 조합한 일체형 원심여과집진장치에 관한 것이다.
집진장치중에서 여과포집진장치는 0.01㎛의 미세먼지인 경우도 95% 이상의 집진이 가능한 것으로 알려져 있다.
하지만 높은 집진효율에 반하여 몇 가지 단점을 가지고 있는데, 여과조작이 진행됨에 따라 여과포에 포집되는 먼지층이 두꺼워지면서 압력손실이 높아져 정상적인 운전이 불가능하게 된다.
따라서, 주기적인 탈진조작(cleaning)에 의해 여과포 표면에 포집되어 있는 먼지를 털어 내야 한다.
탈진조작은 주로 물리적인 운동이나 강한 에너지를 가하여 여과포 표면에 포집된 먼지층을 털어주는 조작인데, 입구먼지농도가 높거나 여과속도가 빠르거나 또는 먼지층이 잘 털어지지 않는 운전조건에서는 대부분이 장치의 운전을 계속 지속하기 위해 탈진조작 빈도수를 증가시키거나 탈진용 고압 압축공기의 다량으로 분사하여 탈진조작을 대부분이 수행하고 있다.
이와 같은 탈진조건을 적용하므로 인해 여과포의 세공이 커지게 되며, 이 세공을 통해 먼지입자들이 통과되어 집진효율을 저하하는 요인이 되고 있고, 또한 빈번한 탈진조작으로 인해 여과포와 여과포지지틀(bag cage)과의 접촉 충돌로 여과포가 마모 파손되어 여과포의 수명을 단축하는 요인이 되고 있다.
또한 여과속도를 빠르게 적용하여 설계하면 장치의 규모는 적어지는 장점이있으나 압력손실이 급격히 증가하게 되므로 느린 여과속도의 적용이 불가피하였다.
여과포집진장치에 부여되는 먼지부하량이 높으면 압력손실이 급격히 상승하기 때문에 여과포집진장치의 부하를 경감시키기 위해 장치의 전단에 원심력집진장치(cyclone)을 설치하여 먼저 조대한 먼지입자들을 포집하여 먼지의 부하량을 감소시켜 왔다.
그러나 전단의 원심력집진장치는 자체의 성능이 낮고 또한 운전 유지의 부주의로 인해 전단의 집진장치로 전혀 성능을 발휘하지 못하고 있다.
또한 산업공정에서 배출되는 먼지를 높은 효율로 포집 제거하기 위해 전단 집진장치와 후단 집진장치인 여과포집진장치를 필수적으로 설치해야만 했다.
따라서 국내 산업체에서는 2대의 집진장치 설치로 인해 설치비가 고가로 소요되고, 설치면적이 넓어야 하며, 한사람의 운전을 2대의 집진장치의 운전 유지가 불가능한 상태에서 현재까지 집진장치를 운용해 왔다.
제5도는 산업체에서 운용하고 있는 기존의 집진장치로 원심력집진장치와 여과포집진장치가 각각 분리되어 있는 것으로 각각 단일 집진장치가 2기로 구성되어 있다.
상기 기존의 원심력집진장치의 설계기준은 표준형 모델을 사용하는데, 주로 Lapple, Swift, Stairmand 등에 의하여 고안된 표준설계를 바탕으로 제작되는데, 주로 원심력집진장치 본체부분의 직경을 기준하여 입구의 높이와 폭, 배출과 직경 및 높이, 전체의 높이 등이 결정되어 왔었다.
기존의 원심력집진장치는 유입된 먼지들이 상부에서부터 접선방향으로 기류가 회전하면서 소용돌이가 형성되어 벽면을 따라 하강하(1st vortex)다가 원추형 부분의 하부 중심에서부터 역전되어 상승하며 2차 소용돌이(2nd vortex)가 형성되면서 상부로 상승한다.
미설명부호 A는 함진공기 유입구(dirty air inlet)이고, B는 원심력집진장차(cyclone)이며, C는 로타리밸브(rotary valve)이고, D는 여과포집진장치(bag filter)이며, E는 차압계(manometer)이고, F는 솔레노이드 밸브(diaphragm valve)이며, G는 타이머(timer)이고, H는 압축공기 저장조(compressed air header)이며, I는 청정공기 출구(clean air outlet)이다.
따라서 1대의 집진장치로 2대의 집진성능을 발휘할 수 있고, 장치의 설치면적이 적게 소요되고 설치비가 저가인 국내 산업체 실정에 적합한 조합형 집진장치의 개발이 절실히 필요하였다.
세계적으로 집진장치의 연구개발 경향을 살펴보면 기존의 단일집진기술에 의해서는 고효율의 집진효율을 얻는데 한계가 있으므로 두가지의 집진기술 원리를 접목시킨 컴팩트 하이브리드 패브릭 필터(compact hybrid fabric filter)의 개발을 하고 있는 실정이다.
원심력집진기술 원리와 여과포집진기술 원리를 응용하여 개발된 장치로는 덴마크 Simartek′s Jet Air Filter, 독일 Multizyklone′s의 Turbofilter, 독일 Krantz-Tkt′s의 AS Filter 등이 있다.
상기 덴마크 Simartek′s의 Vetyton Jet Air Filter는 상부에서 유입된 먼지가 회전하면서 하강하여 조대한 먼지입자는 여기에서 포집되고 그렇지 않은 미세먼지입자는 다시 상부의 여과포로 유입되어 포집되는 것으로 장치가 이중 구조로 복잡하고 설치비가 과다하게 소요되는 단점을 가지고 있다.
상기 독일 Multizyklone′s의 Turbofilter는 각각의 멀티클론(multiclone) 상부에 여과포를 조합한 구조로 유입된 함진기체가 각각의 멀티클론(multiclone)에서 일차로 포집되고 이곳을 통과한 함진기체는 상승하여 상부의 여과포에서 포집되는데, 이 장치 역시 구조가 복잡하여 효율적인 운전유지가 불가능하고 설치비가 과다하게 소요되며, 또한 집진 및 탈진조작을 별도로 수행하여야 한다는 단점을 가지고 있다.
상기 독일 Krantz-Tkt′s의 AS Filter는 하부의 원심력집진장치에서 큰 먼지입자가 제거되고 상부의 여과포에서 미세먼지입자를 제거하는 것으로 이 장치는 여과포의 형상이 사각형으로 되어 있고 탈진장치가 바로 상부에 설치되어 있어 여과포의 교체가 어렵고, 청정기체 흡인장치(I. D. Fan)가 상부에 설치되어 있어 장치의 대형화가 불가능하다는 단점을 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 운전유지가 간편하고 여과포에 부여되는 먼지부하를 최소한 유지하여 탈진가격을 기존 여과포집진장치에 비해 100배 정도 연장시키고 저압의 압축공기로 고효율 탈진이 이루어져 전체의 압력손실이 낮게 유지되고, 집진효율은 높이며, 여과포로의 먼지부하량을 감소시켜 여과포의 수명을 기존 장치에 비해 2 - 3배 연장시키도록 입구형상 및 내통형상을 결정하여 최적의 조합된 형상 및 구조를 가지며, 기존의 집진장치에 비하여 설치공간을 줄인 원심력집진기술의 원리와 여과포집진기술의 원리를 접목한 새로운 일체형 원심여과집진장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 먼지를 포집하는 집진장치에 있어서, 상부의 여과포집진장치와 하부의 이중 원심력집진장치가 접합된 일체형으로 구성하되, 상기 여과포집진장치는 압축공기저장조(air header)와 솔레노이드밸브(diaphragm valve)와 분사용 압축공기배관(blow tube)과 분사된 압축공기의 가속과 2차 공기유입을 유도하는 벤츄리와 먼지를 포집하는 여과포와 청정공기의 출구(clean air outlet)로 구성되고, 상기 이중 원심력집진장치는 함진공기 유입구(dirty air inlet)와 원심력이 발생하는 외통(outer cylinder)부분과 하부에서 상승하는 함진공기가 상승하는 내통(inner tube)부분과 원심력에 의하여 포집되거나 상부에서 탈진된 입자들을 저장하는 먼지저장조(dust hopper)로 구성된 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 일체형 원심여과집진장치를 제공함으로써 달성된다.
제1도는 고효율 일체형 원심여과집진장치(CYBAGFILTER)의 개략도이고.
제2도는 일체형 원심여과집진장치 유동장 해석도이며.
제3도는 내통형상의 각 부분의 명칭을 개략적으로 도시하는 조립도이고.
제4도는 입구형상을 개략적으로 도시하는 조립도이며.
제5도는 기존의 집진장치 구조를 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축공기 저장조(Ccompressed air header)
2 : 솔레노이드밸브(diaphragm valve)
3 : 분사용 압축공기 배관(blow tube) 4 : 여과포(filter bag)
5 : 내통(inner tube) 6 : 외통(outer cylinder)
7 : 먼지저장소(dust hopper) 8 : 함진공기 유입구(dirty air inlet)
9 : 청정공기 출구(clean air outlet) 10 : 벤츄리
상기한 바와 같이 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 고효율 일체형 원심여과집진장치의 개략도를 도시하고 있는데, 본 발명과 기존 장치와의 비교를 위하여 제5도에 기존의 장치를 나타내어 각 부분의 구성과 작용 역할 및 기능을 상세히 비교 설명하면 다음과 같다.
본 발명 일체형 원심여과집진장치는 제1도에 나타낸 것처럼 상부의 여과포집진장치와 하부의 이중 원심력집진장치가 접합된 일체형으로 구성하되,
상기 여과포집진장치는 압축공기저장조(air header:1)와 솔레노이브밸브(diaphragm valve:2)와 분사용 압축공기배관(blow tube:3)과 분사된 압축공기의 가속과 2차 공기유입을 유도하는 벤츄리(10)와 먼지를 포집하는 여과포(4)와 청정공기의 출구(clean air outlet:9)로 구성되고,
상기 이중 원심력집진장치는 함진공기 유입구(dirty air inlet:8)와 원심력이 발생하는 외통(outer cylinder:6)부분과 하부에서 상승하는 함진공기가 상승하는 내통(inner tube:5)부분과 원심력에 의하여 포집되거나 상부에서 탈진된 입자들을 저장하는 먼지저장조(dust hopper:7)로 구성되어 있다.
상기에서 외통(6)은 각각 분리된 기존의 집진장치대신에 상부의 여과포집진장치와 하부의 이중 원심력집진장치와의 접합 및 체결이 용이하도록 상부 여과포집진장치와의 규격을 동일하게 하며 장치의 규격을 최소화하고 유입된 함진공기의 소용돌이 형성을 원활하게 형성할 수 있도록 일체형으로 접합시켰다.
따라서 본 발명은 기존의 장치에 비하여 차지하였던 공간을 대폭 줄일 수 있고, 또한 장치의 규모가 작아 장치설치비 측면에서 30% 이상의 절감효과를 가지고 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 상부의 여과포집진장치의 일체형으로 연결되므로 기존의 원심력집진장치의 설계기준과는 다르게 특수한 구조로 설계되었는데, 이는 여러번의 파일럿규모의 실험과 유동장 해석을 토대로 최적 이형 원심력집진장치의 구조를 조합한 일체형 원심여과집진장치가 설계되었다.
제2도는 본 발명 일체형 원심여과집진장치의 유동장 해석도를 나타내고 있는데, 유입된 먼지들이 기존 장치처럼 소용돌이를 형성하면서 큰 먼지입자들은 외통(6) 벽면에서 포집되고 여기에서 포집되지 않은 먼지입자들은 상부로 상승하는 원리는 동일하다.
그러나 기존 장치와는 다르게 본 발명장치에 유입된 먼지입자들이 외통(6) 벽면쪽으로 1차 소용돌이(1st vortex)를 형성함과 동시에 유입된 먼지입자들이 큰 내통(5)의 벽면을 따라 상부로 상승하며 2차 소용돌이(2nd vortex)를 형성한다.
또한 상부로 상승된 함진공기는 중심부에서 하부로 하강하는 3차 소용돌이(3rd vortex)를 형성한다.
따라서 상부로 상승된 먼지입자들이 아래쪽으로 침강하는 먼지입자 또는 여과포에서 털어진 먼지입자군(dust cluster)들과 직접적으로 충돌하지 않는다는 것을 실험과 유동장 해석을 통해 확인 하였다.
하부의 원심여과집진장치에서 상부로 상승되는 함진공기들은 내통(5)의 상부부분이 원추형 구조로 되어 있어 기류를 균일하게 각 여과포의 하부로 분산 할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
이와 같은 기술적인 원리는 상부 여과포집진장치와 동일한 규격의 외통(6)과 내통(5)의 구조에 의한 것이다.
제3도는 내통부분의 내통길이(inner tube length), 내통직경(inner tube diameter), 내통각도(inner tube angle) 등을 도시하고 있는데 그 재원에 따라 집진효율이나 압력손실 등에 영향을 미치는데, 본 발명 일체형 원심여과집진장치 재원은 파일럿규모의 실험결과와 실험장치에서 기체와 먼지입자들이 유동하는 조건을 그대로 모사한 유동장 해석결과를 바탕으로 결정하였는데, 장치 본체의 직경은 873㎜, 내통길이는 150㎜, 내통직경은 500 - 560㎜, 내통각도는 46。∼52。로 설계되어 있다.
제4도에 도시된 바와 같이 함진공기 유입구(8)는 주로 함진공기의 유입속도에 크게 영향을 미치는 부분으로 직사각형 단면을 적용하므로서 함진공기의 유입에 의한 압력손실을 최대한 줄일 수 있고 외통 벽면에 먼지입자의 접촉을 원활하게 유지하여 집진효율을 상승시킬 수 있고 장치 내부의 기류형성이 더욱 안정적으로 유지된다.
본 발명은 기존의 여과포집진장치에 비해 여과포에 부여되는 먼지부하가 극히 작아 압력손실이 30% 정도 낮고 여과포 수명을 2 - 3배이상 연장시킬수 있으며 출구먼지농도도 10㎎/s㎥이하로 유지되는 것을 본 발명의 산업체 현장 적용 실험에서 확인하였다.
따라서 본 발명장치는, 여과포집진장치 하단에 원심력집진기술을 응용한 이형싸이클론을 특수한 구조로, 접목한 일체형 원심여과집진장치로 운전 유지가 간단하고 장치의 규모가 작아 좁은 면적에 설치가 가능하며 설치 공간에 따라 본 발명의 장치 구조 변경이 가능하고, 기존의 장치에 비하여 집진효율은 탁월하게 우수하고 압력손실은 현저하게 낮게 운전유지가 가능하며, 여과포에 유입되는 먼지부하(dust loading)를 감소시킬 수 있기 때문에 여과포의 수명을 연장 가능하다는 효과가 있다.
또한 본 발명장치는 장치의 구조적인 접합 및 시스템 구성 기술과 여과포에서 털어진 먼지입자군의 침강에 미치는 상승 함진공기의 영향이 전혀 없다는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 먼지를 포집하는 집진장치에 있어서, 상부의 여과포집진장치의 하부의 이중 원심력집진장치가 접합된 일체형으로 구성하되, 상기 여과포집진장치는 압축공기저장조(air header:1)와 솔레노이드밸브(diaphragm valve:2)와 분사용 압축공기배관(blow tube:3)과 분사된 압축공기의 가속과 2차 공기유입을 유도하는 벤츄리(10)와 먼지를 포집하는 여과포(4)의 청정공기의 출구(clean air outlet:9)로 구성되고, 상기 이중 원심력집진장치는 함진공기 유입구(dirty air inlet:8)와 원심력이 발생하는 외통(outer cylinder:6)부분과 하부에서 상승하는 함진공기가 상승하는 내통(inner tube:5)부분과 원심력에 의하여 포집되거나 상부에서 탈진된 입자들을 저장하는 먼지저장조(dust hopper:7)로 구성된 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 일체형 원심여과집진장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함진공기 유입구(8)는 함진공기의 유입속도에 크게 영향을 미치는 부분으로 직사각형 단면을 적용하여, 함진공기의 유입에 의한 압력손실을 최대한 줄일 수 있고 외통(6) 벽면에 먼지입자의 접촉을 원활하게 유지하여 집진효율을 상승시킬 수 있고 장치 내부의 기류형성이 더욱 안정적으로 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 일체형 원심여과집진장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외통(6)은 상부의 여과포집진장치와 하부의 이중 원심력집진장치와의 접합 및 체결이 용이하도록 상부 여과포집진장치와의 규격을 동일하게 하며 장치의 규격을 최소화하고 유입된 함진공기의 소용돌이 형성을 원할하게 형성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고효율일체형 원심여과집진장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내통(5)은 집진효율의 상승과 압력손실을 낮게 유지하고 여과포에서 털어진 먼지입자군의 침강에 상승기류가 전혀 영향을 미치지 않으며, 상승기류를 각 여과포의 하부로 균일하게 분산이 가능하도록 본체직경이 873㎜일 때, 내통길이는 150㎜, 내통직경은 500 - 560㎜, 내통각도는 46。∼52。를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 일체형 원심여과집진장치.
  5. 제1항 및 제4항의어느 한항에 있어서, 내통(5)의 상부 부분이 원추형 구조로하여 원심여과집진장치에서 상부로 상승되는 함진공기들이 균일하게 각 여과포의 하부로 분산 하도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 일체형 원심여과집진장치.
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