KR100423862B1 - 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

배기 팬을 필요로 하지 않고, 또 미세 먼지의 재비산을 방지하기 위한 특별한 장치를 필요로 하지 않는다.

토대 상에 연소로를 형성하고, 노벽과 연속하는 형태로 굴뚝을 세운다. 굴뚝은 주위가 금속 판으로 구성되고, 그 내면에 내화물을 라이닝한다. 굴뚝 바로 위에 가로비임을 걸친다. 가로 비임은 애자에 의해 전기적으로 절연한다. 이 가로 비임으로부터 방전극을 굴뚝 중심에 매단다. 방전극은 거의 하반부에 침상의 돌기인 방전침을 다수 구비하고 있다. 이 방전극에 직류 고압 전류의 마이너스 극을 접속하고, 플러스극은 굴뚝 주위의 금속판에 접속하는 동시에 접지한다.

Description

전기 집진 장치

금속 정련.용광로(전로, 큐폴라 등), 금속 가열.열처리로(어닐링 로 등), 요업로(시멘트 키룬 등), 폐기물 소각로, 건조로, 열기관 등의 연소실로부터 나오는 배기 가스로부터의 집진에 이용되는 종래의 전기 집진기는 배기 가스가 다수의 좁은 집진극 사이를 통과하게 되어 있으므로, 압력 손실이 크다. 또, 전기 집진기가 고열에 노출되는 것을 방지하기 위해, 직전에 배열 회수용 열교환기 또는 가스 중화 장치를 겸한 냉각 장치 등을 설치하는 것이 보통이며, 그 때문에도 압력 손실이 증대된다. 이와 같은 압력 손실 때문에, 배기 가스의 송출은 자연 통풍만으로는 무리이며, 배기 팬이 불가결하다. 그러나, 배기 팬은 부식성 가스나 열에 노출되므로 고장나기 쉽고, 그 보수 점검에 많은 수고가 들고 있었다.

그 밖에, 종래의 전기 집진 장치에서는 다음에 들 수 있는 바와 같은 문제가 있었다.

(i) 집진 극에 부착한 미세 먼지를 떨어내기 위한 타격에 의한 재비산의 발생.

(ii) 가스 유속이 큰 경우의 유체 역학적 재비산의 발생.

(iii) 미세 먼지의 전기 저항이 10¹²Ω.Cm 이상으로 현저하게 높은 경우에 발생하는 역 전리 현상에 의한 재비산의 발생.

(iv) 미세 먼지의 집진 저항이 10⁴Ω.cm 이하로 낮은 경우의 이상 재비산의 발생.

이와 같은 집진극 상에 포집한 미세 먼지의 재비산 현상에 의해 집진율의 저하를 초래한다. 이를 방지하기 위해, 종래의 집진 장치에서는

(i) 배기 가스의 습도 조절

(ii) 360 ℃ 전후의 고온에서의 집진

(iii) 습식 전기 집진

(iv) 펄스 전하 방식

의 채용 등 번거로운 대책이 필요하였다.

본 발명은 배기 팬을 필요로 하지 않고, 또 미세 먼지의 재비산을 방지하기 위한 특별한 장치를 필요로 하지 않는 전기 집진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 내화물을 라이닝한 배기관을 겸한 전기 집진 장치에 관한 것이다.

도1은 주조 가능한 내화물의 전기 저항-온도 특성을 도시하는 그래프이다.

도2는 주조 가능한 내화물을 라이닝한 굴뚝의 방전 전압-전류 특성도이다.

도3은 본 발명에 따른 전기 집진 장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명에서는 연소로 등의 연소실로부터 발생하는 배기 가스를 대기로 방출하기 위한 배기관(굴뚝을 포함)이 배기 가스의 고온에 노출되기 때문에, 외주는 강판으로 제작하고 그 내면은 내화물을 라이닝한다. 내화물로서는 주조 가능한 내화물(SiO₂와 Al₂O₃를 주 성분으로 하는 내화 콘크리트) 등이 적합하다.

내화물은 상온에서는 절연체이며, 거의 전기는 통하지 않는다. 그러나, 운전중, 내화물은 표면이 800 ℃ 전후, 탈락 방지를 위한 내열성 금속 앵커 부근에서는 400 내지 500 ℃나 되며, 이와 같은 고온이 되면 일반적인 절연 재료와 마찬가지로, 일반 내화물은 전기 절연성이 상실된다. 도1은 주조 가능한 내화물의 전기저항의 온도 의존성의 일예를 도시한다.

코로나 방전은 높은 전압을 필요로 하지만, 흐르는 전류는 작으므로 집진극에는 금속과 같은 완전한 도전성이 반드시 필요한 것은 아니다. 집진극에 포집된 미세 먼지의 전기화를 해소하는 데 필요한 도전성이 있으면 충분하다.

본 발명에서는, 배기관의 중심에 방전극을 매달고, 방전극과 배기관 주위의 철판 사이에 직류 고전압을 인가한다(극성은 일반의 전기 집진 장치와 마찬가지로, 강판을 플러스, 방전극을 마이너스측으로 한다).

본 장치에서는 배기관(굴뚝)의 중심에 방전극이 있으며, 배기관 내면이 집진극이 되기 때문에, 방전 간극이 상당히 커지지만, 이와 같은 긴 갭의 고온시의 코로나 방전에 대해 상세히 상술한 문헌은 없다. 소형(방전 갭이 짧은) 실험 장치에 의해, 대기압으로 500 내지 700 ℃의 고온 가스 중에서는 상온인 경우와 비교하여 동일 안가 전압으로 두 자리 이상 큰 전류가 흐른다는 것이 확인되었다. 도2에 얻어진 데이타의 일예를 도시한다. 따라서, 본 발명의 장치와 같이 방전 갭이 긴 경우에도 방전극의 길이 방향으로 다수의 방전 침을 설치함으로써, 방전 갭이 긴데 비해 그다지 전압이 높지 않은, 통상의 직류 고압 전원 장치로 충분한 코로나 방전을 일으킬 수 있다.

또, 불꽃 방전에서는 불꽃 개시 전압이 방전 갭과 기체 밀도의 적에 비례한 다고 알려져 있으며, 본 장치와 같은 긴 갭에서는 고온에서도 불꽃 전압은 상당히 높은 값이 되며, 운전 전압과의 차를 크게 잡을 수 있고, 불꽃 방전에 의한 단락의 우려가 없는 안전한 운전이 가능하다.

코로나 방전이 일어나면, 가스 분자의 이온화가 진행되고, 다수의 부이온, 정이온이 생성되고, 정이온은 곧바로 방전극에 중화되고, 부이온 및 자유 전자는 집진극을 향해 주행한다. 이와 같은 전계 중을 연소 가스가 통과하면, 가스 중의 입자(미세 먼지)는 이온 및 전자의 충돌에 의해 순간적으로 하전된다.

대전된 미세 먼지는 방전극과 내화물인 집진극 사이의 전계의 작용에 의해 집진극으로 끌린다. 본 발명에서는 방전극과 집진극의 간격이 크고, 또 고압 전원장치의 전압의 높이에도 실용상 한계가 있기 때문에, 강력한 전계를 얻는 것은 어렵고, 대전된 미세 먼지를 집진극으로 흡인하는 힘은 약하다. 그러나, 양 전극은 배기 가스의 흐름에 따른 방향으로 길게 연장되어 있으므로, 큰 배기관 단면적에 의한 낮은 배기 가스 유속과 어울려서 대전한 미세 먼지가 전계 내를 통과하는 시간이 길며, 따라서 약한 전계에서도 충분한 집진 효과를 얻을 수 있다.

집진극에 포획된 미세 먼지는 배기관 내면에 부착되지만, 부착층의 두께가 커지면 자중으로 박리하여 낙하한다. 종래의 건식 전기 집진기에서는 집진극에 부착된 미세 먼지는 정지적으로 해머링이나 진동을 부여함으로써 떨어내고 있었다. 이와 같은 미세 먼지가 집진극에 견고하게 부착하는 것은 미세 먼지에 포함되는 수분을 중심으로 하여 미세 먼지끼리 응집하기 때문이라고 생각된다. 본 발명에서는미세 먼지가 고온에 노출되므로 응집 수분이 없어지며, 집진극에 두꺼운 층을 이루어 부착하는 일은 없고, 부착 층이 두꺼워지기 전에 전극 응집 효과에 의해 조대화한 입자가 자중에 의해 자연 낙하한다.

또, 본 발명에서는 배기관의 단면적이 크게 잡히므로 배기 가스의 유속이 충분히 작고, 따라서 포집한 미세 먼지의 유체 역학적 비산을 방지할 수 있다.

또, 본 발명을, 배기 가스의 양이 적고, 따라서, 배기관 단면적이 작은 장치에 응용하는 것도 물론 가능하다. 이 경우, 방전 갭이 비교적 짧고, 또 고온이기 때문에, 도2에 도시한 데이타로부터도 알 수 있는 바와 같이, 종래의 전기 집진 장치와 비교하여 운전 전압을 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 전원을 간단히 할 수 있고, 전기 절연 대책도 간소화할 수 있다.

방전극에 선단의 뾰족한(곡률이 큰) 방전 침을 부착함으로써 코로나 방전을 일으키기 쉽게 할 수 있음은 잘 알려져 있다. 본 발명을 방전 갭이 긴 장치에 응용하는 경우에는 방전극에 방전 침을 다수 부착함으로써 운전 전압을 낮출 수 있다.

본 발명을 방전 갭이 짧은 장치에 응용하는 경우에는 방전 침의 수와 형상을 선택함으로써 운전 전압을 변화시킬 수 있다.

배기관은 연소실과 별개로 독립하여 형성해도 좋지만, 배기관을 연소실의 바로 아래에 세워 설치하면 배기관 내면으로부터 박리되어 떨어진 미세 먼지가 연소실로 낙하하고, 연소실의 바닥의 재와 함께 외부로 배출할 수 있어서 수고가 들지 않는다. 배기관 내의 배기 가스의 유속은 충분히 작으므로, 배기관 내면으로부터 박리되어 떨어진 미세 먼지가 벽면에 따라서 서서히 낙하한다.

종래의 건식 전기 집진 장치에서는, 미세 먼지의 전기 저항이 높은 경우, 미세 먼지가 역전리하여 집진극으로부터 재비산함을 알 수 있다. 미세 먼지의 전기저항은 고온이 됨에 따라서 작아지지만, 본 발명에서는 배기관 내에서 고온의 배기가스로부터 직접 집진하므로 미세 먼지의 전기 저항은 충분히 낮게 유지되고, 역전리에 의한 재비산의 문제는 일어나기 어렵다. 또, 본 장치에서는 내화물인 집진극이 완전한 도전체는 아니므로, 미세 먼지의 전기 저항이 낮은 경우에도 집진극에 있어서 전하의 중화가 시간을 두고 서서히 행해지고, 미세 먼지의 전기 저항율이 작은 경우의 이상 재비산의 문제는 일어나기 어렵다.

본 발명은 다음의 효과가 있다.

제1 전기 집진 장치는, 배기관의 거의 중심선상에 방전극을 지지하고, 이 방전극과 배기관의 주위의 금속판 사이에 직류 고전압을 인가하게 하였으므로 배기관내가 고온의 배기 가스로 충전되고, 방전극과 배기관 내면의 내화물 사이에 온도가 낮은 경우와 비교하여 낮은 전압으로 코로나 방전을 일으키고, 배기 가스 중의 미세 먼지를 대전시켜서 배기관 내면의 고온으로 되어 도전성을 일으킨 내화물로 끌어당겨 포획할 수 있다. 또, 극히 구조가 간단하고 설비비가 저렴하며, 배기 팬이나 미세 먼지의 재비산 방지 장치도 특히 필요하므로 유지 관리도 용이하다.

제2 전기 집진 장치는 방전극의 주위에 방전 침을 부착한 것이며, 고온 상태에서의 코로나 방전의 용이성과 어울려서 방전 갭이 긴 경우에도 별도 전압이 높지 않은 통상의 직류 고압 전원 장치로 충분히 운전할 수 있는 효과가 있다.

또, 방전 갭이 별로 길지 않은 경우에는 방전 침의 수와 형상을 선택함으로써 운전 전압을 변경할 수 있고, 방전극, 집진극의 배기 가스의 흐름 방향의 길이에 제한이 있는 경우나, 전원, 전기 절연 상의 제약, 배기 가스의 온도 등에 폭넓게 대응할 수 있는 효과가 있다.

제3 전기 집진 장치는, 연소실의 바로 위에, 연소실의 벽으로부터 일체로 배기관을 연장 설치한 것이며, 집진 전극에 포획되지 않은 미세 먼지가 박리되어 떨어진 때, 그대로 연소실까지 낙하되어 가므로, 미세 먼지를 받는 호퍼가 불필요하며, 연소실에 떨어진 미세 먼지는 재와 함께 처리할 수 있어서 편리하다.

제4 전기 집진 장치는, 배기관과 독립한 구조물 상에 가로 비임을 걸치고, 이 가로 비임으로부터 방전극을 배기관 내에 매단 것이며, 간단한 구조이면서 전기적 절연성을 유지하고 또 방전극을 배기관 중심에 지지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 소각로에 응용한 실시예를 도3을 기초로 하여 설명하면, 토대(1)상에 연소실로서의 소각로(2)를 형성하고, 노벽(3)과 연속하는 형상으로 배기관으로서의 굴뚝(5)을 세운다. 굴뚝(5)은 원형 단면이며, 주위가 강판(6)으로 구성되고, 그 내면에 주조 가능한 내화물(7)을 라이닝한다. 주조 가능한 내화물(7)의 탈락을 방지하기 위해, 강판(6)의 내면에 내열 금속제 앵커(6a)를 다수 심는다.

노벽(3)에는 소각물(8)을 노내에 투입하기 위한 투입구(9), 연소 공기 도입구(10), 연소 보조 버너(11), 가스 중화용 알칼리 용액 스프레이 장치(12)를 설치하고, 노 바닥(4)에는 재 취출구(13)를 설치한다.

토대(1) 상에 굴뚝(5)과는 독립한 구조물(15)을 설치하고, 이 구조물을 이용하여 굴뚝(5)의 바로 위에 가로 비임(16)을 걸친다. 가로 비임(16)은 애자(17)에 의해 전기적으로 절연한다. 이 가로 비임(16)으로부터 방전극(19)을 굴뚝(5)의 중심에 매단다. 방전극(19)은 거의 하반부에 침형 돌기인 방전 침(19a)을 다수 구비하고 있다.

이 방전극(19)에 직류 고압 전원(20)을 마이너스극을 접속하고, 플러스 극은 굴뚝 주위의 강판(6)에 접속하는 동시에 접지한다.

노상(4) 위에서 소각물(8)을 태우면 고온의 배기 가스가 굴뚝(5)을 통하여 상부로부터 배출된다. 굴뚝 내에는 고온의 배기 가스로 충만되고, 굴뚝 내면의 주조 가능한 내화물(7)이 집진극이 되어 방전극(19)과의 사이에서 코로나 방전이 일어난다. 코로나 방전에 의해 연소 가스 중의 미세 먼지는 대전하고, 집진극인 굴뚝 내면으로 흡인되고, 배기 가스에 노출되어 고온으로 되어 전기 절연성을 잃은 주조 가능한 내화물(7)에 부착하고, 전기적으로 중화된다. 대전된 미세 먼지의 움직임을 도2에 화살표로 도시한다. 굴뚝 내면에 부착한 미세 먼지는 자중으로 박리되고 벽면에 따라서 노상으로 낙하한다.

이리하여 미세 먼지가 제거된 배기 가스가 굴뚝의 출구로부터 제거된다.

상술한 실시에는 굴뚝이 소각로의 바로 위에 노벽으로부터 일체적으로 세워져 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 소각로와 굴뚝이 분리 독립되어 있어도 좋다.

본 발명에 관한 전기 집진 장치는, 소각로의 전기 집진 장치로서 유용하다.

Claims (4)

1. 금속판의 내면을 내화물로 덮고, 고온의 배기 가스를 외부로 방출하기 위한 배기관과, 상기 배기관의 거의 중심선 상에 상기 배기관과 전기적으로 절연된 상태에서 지지된 방전극과, 상기 방전극과 상기 금속판 사이에 직류 고전압을 인가하기 위한 고압 전원으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방전 전극이 주위에 방전 침을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기관이 연소실 바로 위에, 상기 연소실의 벽으로부터 일체로 연장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기관으로부터 독립한 구조물 상에 상기 배기관의 출구를 걸치는 형상으로 가로 비임을 걸치고, 상기 가로 비임으로부터 상기 방전극을 상기 배기관 내에 매단 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.

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