KR100347649B1

KR100347649B1 - 플라즈마반응을이용한배가스의집진효율향상방법

Info

Publication number: KR100347649B1
Application number: KR1019970071233A
Authority: KR
Inventors: 함성원; 목영선
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2002-11-07
Also published as: KR19990051825A

Abstract

본 발명은 전기집진기에서 이산화황의 플라즈마 반응을 유도하여 집진효율을 향상시키는 방법에 관한 것으로,

배가스의 이산화황(SO₂)에 플라즈마 반응을 유도하여 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시킴으로써 유해물질인 이산화황(SO₂)을 제거함과 동시에 먼지의 비저항을 감소시켜서 집진효율을 제고시킬 수 있는 플라즈마 반응을 이용한 배가스의 집진효율 향상 방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 반응을 이용한 배가스의 집진효율 향상방법{AN IMPROVING METHOD OF DUST COLLECTION EFFICIENCY IN FLUE GAS USING PLASMA REACTION}

본 발명은 전기집진기에서 이산화황의 플라즈마 반응을 유도하여 집진효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기집진기는 도 1a의 구조도에 도시된 바와 같이, 입구와 출구가 있는 폐쇄된 평판 철통 형태의 접지되어 있는 집진판(1)의 정면과 후면에 구비된 구멍으로 철선 형태의 방전극(2)이 드나들며 설치되어 있는 구조를 가지는데, 상기 방전극(2)에 직류 고전압을 인가하여 코로나방전을 시키면 전극 사이를 통과하는 배가스에 이온이 생성된다. 이때 배가스내의 먼지는 이온에 의해 대전되며, 전기장에 의해 이동되어 집진판(1)에 부착되어 제거된다.

여기서, 먼지의 비저항은 먼지의 물리화학적 특성에 의해 결정되는데, 집진 효율에 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 여기서 먼지의 비저항이 높으면, 집진판(1)에 부착된 먼지가 가지고 있는 전하가 용이하게 집진판(1)으로 전달되지 않아 역코로나가 발생하므로 집진효율이 크게 저하될 뿐만 아니라 먼지가 집진판(1)에 강하게 고착되어 일반적인 타격에 의해 상기 분진을 떨어내기가 곤란하다. 따라서 고저항 먼지의 집진효율을 제고하기 위한 방안이 강구될 필요성이 있다.

종래에 있어서는 고저항 먼지의 집진효율을 향상시키기 위하여 배가스에 삼산화황(SO₃)이나 황산(H₂SO₄)과 같은 화학물질을 약 30 ppm 정도 소량 첨가하여 먼지의 비저항을 떨어뜨리는 방법을 주로 사용하였으며, 상기 삼산화황(SO₃)을 배가스에 첨가하는 방법에는 다시 액상의 삼산화황(SO₃)을 기화시켜 첨가하는 방법과 이산화황(SO₂)을 촉매로 이용하여 삼산화황(SO₃)으로 전환시켜 첨가하는 방법이 있었다.

그런데, 상기 종래의 기술에 있어서 상기 액상의 삼산화황(SO₃)을 첨가하는 방법은 공정설치 투자비 및 삼산화황(SO₃)의 소모재료비로 인해 비용부담이 클 뿐만아니라 삼산화황(SO₃)은 20℃ 정도의 온도에서 고화되고, 44℃ 정도의 온도에서 기화되므로 삼산화황(SO₃)을 저장하고 있는 탱크는 액상으로 삼산화황(SO₃)이 존재할 수 있는 온도로 유지되어야 하며, 삼산화황(SO₃)은 수분 존재시 강산인 황산(H₂SO₄)으로 변환되기 때문에 삼산화황(SO₃)의 운반계통에는 부식을 억제하기 위해 수분이 완전히 제거된 상태를 요하므로, 부가적인 온도 및 습도 조절장치가 필요하고, 더욱이 삼산화황(SO₃)은 인체에 매우 유해하므로 안전상 다루기 어렵다는 문제점이 있다. 한편, 촉매를 이용하여 이산화황(SO₂)을 삼산화황(SO₃)으로 전환하는 방법은 삼산화황(SO₃)을 기화시켜 첨가하는 방법보다는 안전하며 다루기 용이한 공정이나, 경제적 측면에서 보면 고가의 촉매를 사용하므로 훨씬 불리하다는 문제점이 있다. 그리고 상기 두 가지 방법은 모두 집진효율을 높이기 위하여 또 다른 대기오염물질인 삼산화황(SO₃)을 인위적으로 배가스에 첨가시킨다는 가장 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 배가스의 이산화황(SO₂)에 플라즈마 반응을 유도하여 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시킴으로써 유해물질인 이산화황(SO₂)을 제거함과 동시에 먼지의 비저항을 감소시켜서 집진효율을 제고시킬 수 있는 플라즈마 반응을 이용한 배가스의 집진효율 향상 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1a는 플라즈마 반응기의 구조도

도 1b는 플라즈마 반응기의 정면도

도 2는 펄스 발생기의 예시 회로도

도 3은 플라즈마 반응기에 공급된 에너지와 이산화황 제거량과의 관계도

도 4는 이산화황 제거에 따른 먼지의 비저항 저감 효과도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 집진판

2 : 방전극

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 기본적으로 플라즈마 반응기에 고전압 펄스(Pulse)를 인가하여 코로나방전을 시켜 배가스에 다량의 이온 및 산소 라디칼(O), 히드록시 라디칼(OH)을 생성시킴으로써 이산화황(SO₂)을 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시켜서 먼지의 비저항을 감소시키면서 이산화황(SO₂)을 제거시키는 것을 원리로 한다.

상기 본 발명에 사용되는 플라즈마 반응기는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 전기집진기를 그대로 사용하되, 이에 인가되는 전원의 공급방식만 도 2의 펄스 발생기 예시 회로도에 도시된 바와 같은 펄스 발생기에 의한 고전압의 펄스로 변경하여 사용한다. 이때 상기 펄스를 인가하면 코로나방전이 되고, 이때 상기 플라즈마 반응기를 통과하는 배가스에는 다량의 이온 및 라디칼이 생성되면서 플라즈마 상태가 된다.

그런데, 상기 생성된 라디칼에는 산소 라디칼(O) 및 히드록시 라디칼(OH)이 포함되어 있으며, 이들은 상기 플라즈마 상태에서 이산화황(SO₂)을 산화시켜 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)을 생성시킨다. 따라서 인위적으로 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)을 첨가시키지 않으면서도 유해물질인 이산화황(SO₂)을 제거하면서 먼지의 비저항을 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예를 설명하면, 우선 실험에 사용된 플라즈마반응기는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같으며, 집진판(1)과 방전극(2)의 간격은 15 mm, 방전극(2) 사이의 간격은 15 mm, 집진판(1)의 너비는 90 mm, 반응기의 총 길이는 810 mm, 방전극으로 사용된 스테인레스 선의 직경은 0.8 mm이었고, 상기 플라즈마 반응기는 분당 10 리터의 배가스가 처리되도록 설계되었다. 그리고 이산화황(SO₂)을 공기와 희석하여 반응기 입구의 이산화황(SO₂) 농도를 실제 배가스와 유사하게 200 ppm으로 조절한 후, 이산화황(SO₂) 희석용으로 사용된 공기의 습도 조절을 위하여 공기를 반응기 도입 이전에 물이 담겨있는 유리병을 통과시켜 수분이 포화되도록 하였다. 실험은 55℃의 플라즈마 반응기에서 수행하였으며, 실험에 사용된 직류전원 공급장치는 50kV, 20mA 였으며, 펄스발생기의 스위치를 사용하여 직류전압을 21kV의 펄스전압으로 전환하여 1초당 50회 플라즈마 반응기에 펄스 전력을 공급하였다.

상기 실험의 결과, 플라즈마 반응기에 공급된 에너지와 이산화황 제거량, 즉 삼산화황(SO₃) 및 황산(H₂SO₄)으로 전환된 이산화황(SO₂) 농도와의 관계는 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 이산화황(SO₂)의 전환량이 공급된 에너지에 비례하여 증가되고, 20 ppm 가량의 이산화황(SO₂)을 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시키는데는 약 20 J 가량의 에너지가 소요됨을 알 수 있다.

한편, 석탄 화력발전소 배가스에 포함된 비산 먼지의 비저항 저감 효과와 이산화황 농도와의 관계는 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 배가스에삼산화황(SO₃) 농도가 증가함에 따라 먼지의 비저항이 급격히 감소함을 알 수 있다. 여기서 상기 비저항은 135℃ 내지 160℃ 사이에서 측정되었으며, 삼산화황(SO₃)이 없을 때와 삼산화황(SO₃)이 약 20 ppm 존재할 때의 비저항을 비교해 보면, 삼산화황 (SO₃)이 존재할 때의 비저항이 약 100배 가량 낮음을 알 수 있다. 여기서 비저항이 100배 가량 떨어지면, 비산 먼지의 집진효율은 85%에서 92%로 증가되는 효과가 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 배가스의 이산화황(SO₂)에 플라즈마 반응을 유도하여 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시킴으로써 유해물질인 이산화황(SO₂)을 제거함과 동시에 먼지의 비저항을 감소시키기 때문에 집진효율을 제고시킬 수 있을 뿐만 아니라 인위적으로 배가스에 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)을 첨가함에 따라 발생하는 안전상 또는 경제적 문제를 해결할 수 있는 매우 획기적인 효과가 있다.

Claims

전기집진기의 집진효율을 향상시키는 방법에 있어서, 전기집진기에 고전압 펄스전원을 인가하여 배가스에 플라즈마 반응을 유발하여 배가스 중의 이산화황(SO₂)을 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)으로 전환시킴을 특징으로 하는 플라즈마 반응을 이용한 배가스의 집진효율 향상 방법
상기 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 반응에 의해 생성된 삼산화황(SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)을 이용하여 고저항 먼지의 비저항을 감소시킴을 특징으로 하는 플라즈마 반응을 이용한 배가스의 집진효율 향상 방법