KR100314759B1 - 고온고압 석탄가스 정제용 집진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석탄활용의 신기술로서 개발되고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC) 및 산업체에서 발생되는 분진이 다량 혼재된 고온고압 가스를 효과적으로 집진할 수 있는 고온고압 가스 정제용 집진기에 관한 것이다.
본 발명은 종래의 집진기가 갖는 구조상의 불합리성에 의해서 분진부하의 불균일이 발생하여 필터가 빈번하게 파손되는 것을 개선하기 위하여 캔들형 세라믹 필터를 사용하고 다수의 세라믹필터를 기체내부의 둘레에 수개의 단으로 나누어 수직상으로 배열하며 세라믹필터 중심부에 각 단의 높이에 맞는 길이의 산기관들을 수직으로 설치하되, 각 단의 세라믹필터는 지붕과 분진차단판에 의해 직접적인 분진부하가 감소되게 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

고온고압 석탄가스 정제용 집진기{A Dust Collector for Cleaning High Temperature and High Pressure Coal Gas}
본 발명은 석탄활용의 신기술로서 개발되고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC) 및 산업체에서 발생되는 분진이 다량 혼재된 고온고압 가스를 효과적으로 집진할 수 있는 고온고압 가스 정제용 집진기에 관한 것이다.
IGCC 가스중의 분진은 가스터빈을 마모시키기 때문에 99.9% 이상의 정밀 집진이 요구되며 고온고압에서 집진을 수행토록 하여 전체 시스템의 열효율을 향상시킬 수 있기 때문에 IGCC 분야에서는 본 발명의 기술이 필수적이다. 또한 산업체에서 발생되는 가스에는 대부분 다량의 분진이 혼재되어 있어 이를 대기중에 방출하기 위해서는 반드시 철저한 집진과정을 거쳐야 하고 고온에서 분진을 처리하면 이산화탄소 등을 유용한 물질로 전환하여 활용할 수도 있다.
종래의 필터집진기 내지는 여과포집진기는 150℃ 이하의 저온 배기가스에 적합한 것으로서 여과기능을 하는 여과포가 가볍기 때문에 대형집진기의 설계에 별다른 어려움이 없다. 그러나 여과포집진기로 400℃ 이상의 고열과 고압을 수반하는 배기가스를 여과하는 경우 집진포대가 열에 의하여 손상되거나 고압으로 파열되므로 저온 배기가스의 용도에 국한되고 있다.
근래에는 고온고압 가스의 집진에 적합한 세라믹필터가 개발되고 있다. 다만 세라믹필터는 구조가 부적합한 경우 열 충격에 의하여 파손될 수 있고 여과포에 비하여 상당한 중량을 가지므로 다량의 세라믹필터를 설치, 운영하는데는 특별한 설계와 기술이 요구된다. 한편 본 발명과 관련된 종래기술로서는 특허출원 제 95-20340호 '산업용 집진기'가 있는데 이는 주로 쿨링장치, 집진장치, 탈취장치, 배풍기가 설치된 배출부로 이루어져 유해가스를 정화처리 하는 장치이며, 특허출원 제 95-42587호 '고온고압 집진용 세라믹 캔들필터 설치구조'는 집진장치에 사용되는 세라믹 캔들필터의 설치구조에 관한 것으로서 본 발명과는 기술적 구성이 다르다.또한 일본 공개실용신안공보 평3-123513호'여과식 집진기 보조장치'는 집진기 하부공간에 설치하는 루버(louver)상의 보조장치에 관한 특허로 집진기 본체에 관한 본 발명과는 특허청구범위가 다르다.
실리콘카바이드(SiC), 알루미나/뮬라이트, 코디어라이트 등 세라믹을 소재로 하는 캔들필터는 400℃ 이상의 가스를 집진할 수 있는 고온고압 여과체로서 신화력발전 및 일반산업체의 고온 가스처리에 매우 유용한 소재로 알려져 있다. 이러한 세라믹캔들필터는 다공질 소재로서 일단은 개방되고 일단은 폐쇄된 튜브형태를 취하고 있으며 외벽에서 분진을 여과하고 내부의 공동으로 청정공기를 통과시킨다.
분진을 포함하고 고압 및 고열을 수반하는 가스를 집진해야 하는 집진기, 특히 산업용 대형집진기의 경우 집진기 내부로 유입 및 배출되는 가스의 경로는 분진을 원활히 제거시킬 수 있는 방향이어야 하고 집진기 내부에 장착되는 다수의 세라믹필터에 가스유량이 고르게 분배되어야 하며 세라믹필터의 세정이 원활히 이루어져야 한다.
본 발명은 분진을 포함하는 고온고압의 가스 이동통로인 산기관을 집진기 중심으로부터 방사상 형태로 하고 길이를 달리하여 집진기 내부 상, 중, 하에 설치하고, 다수의 세라믹필터를 집진기 내부의 산기관 둘레에 수개의 단으로 나누어 수직상으로 배열하며 각 단의 세라믹필터는 지붕과 분진 차단판을 설치하여 산기관으로부터 유입된 고온고압의 가스를 세라믹필터에 의해 여과시켜 분진을 포함하는 고온고압의 가스로부터 분진을 제거하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
도 1은 본 발명의 내부구성을 보인 종단면 구성도
도 2는 도 1의 A-A선 횡단면도
도 3은 본 발명의 요부확대도
< 도면의 주요부분에 대한 부호에 대한 설명 >
1: 가스유입구 2: 분진배출구 3: 가스배출관
4: 가스배출구 5: 지붕 6: 분진차단판
7,8,9: 산기관 10: 세라믹필터 11: 필터시이트
12: 역세정노즐 13: 매니폴드 14: 역세정가스 투입구
15: 출입구
본 발명은 상기에서 언급한 과제를 해결하기 위한 것으로 그 구조를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.
도 1에서 같이 본 발명의 집진기는 전체적으로 원통상구조를 하고 상부에는 가스유입구(1)가 있으며 이 가스유입구(1)로부터 집진기 중심을 기준으로 방사상으로 위치하고 상,중,하로 길이가 서로 다른 산기관(7)(8)(9)이 나뉘어져 있고 집진기의 하단부에는 분진이 수렴되기 쉽게 홉퍼형 모양의 분진배출구(2)가 형성되어 있다.
집진기 내부의 상, 중, 하에 위치한 각각의 산기관(7)(8)(9)과 수평한 위치에 세라믹필터(10)가 상, 중, 하 3단으로 수직 배열되어 있는데, 상기 산기관(7)(8)(9)의 각 단부의 높이가 각각 다르게 위치하여 각 단의 세라믹필터(10)에 근접하여 위치한다.
각 단의 세라믹필터(10)는 필터시이트(11)와 집적되어 있고 이 필터시이트 (11)의 직상방에는 역세정노즐(12)이 각 세라믹필터(10)의 상단과 대접되게 설치되고 역세정노즐(12)은 매니폴드(13) 및 역세정가스투입구(14)와 연통되어 있다. 또한 각 단의 역세정가스투입구(14) 상부에는 지붕(5)이 경사지게 설치되며 지붕의 하단은 하향절곡되어 세라믹필터(10)와 평행하게 분진차단판(6)을 이루고 있다. 상기 분진차단판(6)의 내측공간에는 상기 산기관(7)(8)(9)의 각 단부가 높이에 따라 위치한다.
또한 집진기의 한쪽 일측에는 세라믹필터(10)에 의해 세정된 가스를 집진기 외부로 배출시키기 위해 가스배출관(3)이 가스배출구(4)와 연결되어 있으며 가스배출관(3)이 설치되지 않은 일측의 각 단 상부에는 외부에서 출입할 수 있는 출입구(15)가 있다. 한편 전체 집진기 외벽은 외부로 열이 손실되는 것을 방지하기 위해 단열재로 되어 있다.
이하 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
분진이 혼합된 고온고압 가스는 가스유입구(1)를 통하여 집진기 내부로 유입되고 각각 길이가 다른 3개의 산기관(7)(8)(9)을 통하여 집진기 내부의 상,중,하로 분산된다. 비중이 큰 분진은 분진배출구(2)위에 낙하하고 비중이 작은 분진이 혼합된 가스는 각 단의 세라믹필터(10)를 통과하면서 분진은 세라믹필터(10)의 표면에 흡착되고 정제된 가스는 역세정가스투입구(14) 상부에 위치한 가스배출관(3)을 통하여 집진기 외부로 배출한다.
각 단의 지붕(5)과 분진차단판(6)은 상단으로부터 낙하하는 분진이 중앙통로로 떨어지게 할 뿐만 아니라 세라믹필터(10)의 표면에 걸리는 분진부하를 감소시킴으로써 세라믹필터(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기의 작용을 계속적으로 수행함으로써 다량의 분진이 다공질의 세라믹필터 (10)의 둘레에 흡착되면 여과효율이 낮아지고 내압이 상승한다. 이때 상승된 내압을 감지하는 리미트 스위치(도면에 도시하지 않았음)가 작동되면 역세정가스투입구 (14)로부터 강한 압력의 공기가 역세정노즐(12)을 통하여 세라믹필터(10)의 내부로 분출되고 세라믹필터(10)의 둘레에 흡착되어 있던 분진은 비산되면서 아래로 낙하하게 된다.
내압이 정상상태에 이르면 집진기는 원래대로 작동하고 집진기 하부에 분진이 누적되면 분진배출구(2)를 개방하여 분진을 제거한다.
한편 세라믹필터(10)의 마모 및 흡착능 저하로 인한 교체 등 내부수리가 필요할 때에는 출입구(15)를 통하여 집진기 내부에서의 작업이 가능하여 이를 해결한다.
본 발명은 분진이 포함된 가스를 상, 중, 하로 나누어 집진기 내부로 유입시키므로 세라믹필터의 집진부하를 균등하게 하며 이로 인하여 집진효율이 높을 뿐만 아니라 각 단마다 지붕과 분진차단판을 설치하여 분진으로부터 세라믹필터의 직접적인 부하를 감소시킴으로써 세라믹필터의 파손을 최소화하여 운전비의 상승을 억제할 수 있다.

Claims (3)

  1. 캔들형 세라믹필터를 사용하는 고온 고압 가스정제용 집진장치에 있어서, 상부의 가스유입구(1)와 하부의 분진배출구(2) 사이에 수개의 단으로 분리 설치된 캔들형 세라믹필터(10)와, 상기 세라믹필터(10) 각 단의 높이에 맞게 그 단부의 높이가 각각 다르게 형성되며 집진기의 중앙부에 수직방향으로 설치되고 분진이 포함된 가스를 유입시키는 다수개의 원통관으로 되고 가스유입구(1)와 연통하고 있는 산기관(7)(8)(9)과, 상기 세라믹필터(10) 각 단의 상부 일측에 가스배출관(3)과 연통된 가스배출구(4)와, 상기 세라믹필터(10) 각 단의 상부 일측에 설치한 출입구(15)로 구성하여 이루어짐을 특징으로 하는 고온고압 가스정제용 집진기.
  2. 제 1항에 있어서, 각 단의 세라믹필터(10)는 필터시이트(11)와 집적되어 있으며 이 필터시이트(11)의 직상방에는 역세정노즐(12)이 각 세라믹필터(10)의 상단과 대접되게 설치되고 상기 역세정노즐(12)은 매니폴더(13) 및 역세정가스투입구 (14)와 연통되어 있음을 특징으로 하는 고온고압 가스정제용 집진기.
  3. 제 1 항에 있어서, 각 단의 세라믹필터(10) 상부에는 깔대기 형상의 지붕(5)이 있으며 이 지붕이 하향절곡되어 원통관으로 되고 산기관(7)(8)(9)의 각 단부가 위치하는 분진차단판(6)으로 이루어진 격리벽이 세라믹필터(10) 상방 및 측방의 노출을 차단시키는 것을 특징으로 하는 고온고압 가스정제용 집진기.
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