KR100519986B1

KR100519986B1 - 고성능 멀티콘 스크러버

Info

Publication number: KR100519986B1
Application number: KR1020050060210A
Authority: KR
Inventors: 최승욱; 홍성재
Original assignee: 금호환경 주식회사
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2005-10-13

Abstract

본 발명은 스크러버 본체(1), 유해가스가 상기 본체 내부로 유입되는 주입구(2), 상기 유해가스를 상기 주입구로 보내기 위한 송풍기(3), 상기 유해가스와 흡수액을 포함한 물을 서로 접촉하게 하는 충전물로 채워진 충전층(4), 상기 흡수액을 포함한 물을 공급하는 순환 펌프(5), 상기 흡수액을 포함한 물을 분산 공급하는 스프레이 노즐(6), 상기 충전층을 통과한 미스트를 분리하는 더미스터(7), 정제된 가스를 배출하는 배출구(8)로 이루어지는 오염물질을 제거하는 스크러버에 있어서, 상기 주입구와 연통되는 밀폐된 형태의 기류유입실(9), 상기 기류유입실의 상단부에 설치되는 스프레이 노즐(10) 및 원통부(111), 역원추부(112), 및 상기 원통부에 나선형으로 설치된 날개부(113)로 구성되고, 상기 기류유입실의 상단부와 하단부를 관통하여 설치되는 하나 이상의 유니트콘(11)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개선된 스크러버에 관한 것이다.

상기 유니트콘은, 역원추부의 상단은 기류유입실의 하단부의 높이와 같게 설치되고, 원통부의 상단은 상기 기류유입실의 상단부상에 물이 고여서 물과 가스의 접촉이 좀 더 원활히 될 수 있도록 상기 기류유입실의 상단부의 높이보다 높게 설치되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

고성능 멀티콘 스크러버{High Perfomance Multicone Scrubber}

발명의 분야

본 발명은 유해가스 정화장치인 스크러버에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 사이클론과 스크러버를 결합하여 처리효율을 증대시킨 새로운 형태의 습식 유해가스 정화장치인 고효율 다중원추형 스크러버에 관한 것이다.

발명의 배경

오존층 환경에 관한 도쿄의정서에 따르면 모든 산업용 배기가스는 PFC 가스를 정화시켜서 배출하도록 법제화하고 있으며 우리나라에서는 대기환경보전법을 두어 이를 뒷받침하고 있다. 따라서 이러한 환경인증을 준수하지 않으면 법률적, 경제적으로 불이익을 받을 염려가 있으므로 모든 산업현장에는 유해가스 정화장치를 갖추는 것이 필수화 되고 있다.

현재 산업체에서 사용하고 있는 대기오염 방지시설의 유형으로는 집진기, 흡착탑, 스크러버 등이 있다. 이들 각각은 오염물질의 종류에 따른 효율성을 고려하여 설치되는데, 그중 스크러버(scrubber)는 분진 및 유해가스, 그리고 고온의 가스를 동시에 처리 가능한 장점을 가지고 있어 많이 사용되고 있다.

일반적으로 스크러버는 가스 흡수탑(gas absorption tower)이라고도 하며, 그 오염물질 처리 방식에 따라 건식(dry), 습식(wet) 그리고 혼합식(burnwet)으로 나뉜다. 습식 스크러버는 유해가스를 액체에 접촉시켜, 가스 중 가용성 성분을 액상 중에 용해시키는 공정으로 이루어진다. 습식 스크러버는 유지비용이 저렴하고, 더스트(dust), 미스트(mist), 그리고 다양한 대기 오염 물질을 동시에 제거할 수 있으며, 증류(distillation), 증습(humidification)의 용도로도 다양하게 사용할 수 있다는 장점을 가진다.

습식 스크러버에서는 통상적으로 오염물질의 제거를 좀 더 효율적으로 할 수 있도록 흡수액을 사용한다. 흡수액은 오염물질과 물이 접촉하는 면에서 중화 등의 화학반응을 통해 오염물질을 제거하는 것으로 고효율을 위해서는 화학적 반응이 가장 잘 일어나는 흡수액을 선정해야 한다.

습식 스크러버의 성능은 이러한 흡수액을 포함한 물과 유해가스의 접촉을 얼마나 효율적으로 할 수 있는가에 의해 결정된다. 따라서 종전에는 흡수액을 포함한 물과 유해가스가 충분히 접촉할 수 있도록, 충전물을 사용하거나, 입자가 작은 물의 공급을 위해 스프레이 노즐을 설치하는 방식을 취하였다.

도1은 종전의 스크러버의 실시예를 도시한 단면도이다. 일반적으로 스크러버는 본체(1), 유해가스가 들어오는 주입구(2), 오염물질을 스크러버의 주입구로 보내기 위한 송풍기(3), 유해가스와 흡수액이 접촉하도록 하는 충전물로 채워진 충전층(4), 흡수액을 포함한 물을 공급하는 순환 펌프(5), 흡수액을 포함한 물을 분산, 공급하는 스프레이 노즐(6), 충전층을 통과한 미스트를 분리하는 장치인 더미스터(7), 정제된 가스를 배출하는 배출구(8)로 구성된다. 유해가스는 송풍기에 의해 본체의 주입구를 경유하여 본체 내부로 주입된다. 주입된 가스는 상승하게 되는데 이때, 스프레이 노즐을 통해 본체 내부에 흡수액을 포함한 물을 분무하여 오염물질을 제거할 수 있도록 하고, 가스와 물의 접촉을 최대로 하기 위해 충전물을 넣은 충전층을 통과하게 한다. 가스중의 오염물질은 충전층에 의한 액적, 액막, 기포 등에 의해 세정되고 더미스터를 통과하면서 미세분진이 걸러지면 최종적으로 정제된 가스가 배출구를 통해 대기중으로 방출된다.

그러나 이러한 방법만으로는 물과 유해가스의 접촉이 원활히 일어날 수 없어 효과적으로 오염물질이 제거되지 않는 문제점이 있었다. 실제로 스크러버의 처리 효율은 설계치의 약 60% 정도이다. 더구나 좀더 효율적인 오염물질의 제거를 위해 충전층이나 스프레이 노즐 등을 더 늘리게 되면 스크러버의 크기가 커지고 이는 설치의 곤란 및 유지비를 증대시키는 원인이 된다.

이에 본 출원인은 종래의 이러한 문제점을 인식하고 설치 및 관리가 용이하도록 스크러버의 크기를 유지하면서도, 흡수액을 포함한 물과 유해가스의 접촉을 극대화하여 그 효율을 증대시킬 수 있는 스크러버를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 물과 유해가스의 접촉을 극대화하여 고용량의 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 스크러버를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종전의 충전층 대신에 유니트콘을 포함하는 싸이클론을 설치하여 최소의 구성만으로도 효율적으로 운영될 수 있는 스크러버를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그 운영 및 유지가 용이한 스크러버를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명은 스크러버 본체(1), 유해가스가 상기 본체 내부로 유입되는 주입구(2), 상기 유해가스를 상기 주입구로 보내기 위한 송풍기(3), 상기 유해가스와 흡수액을 포함한 물을 서로 접촉하게 하는 충전물로 채워진 충전층(4), 상기 흡수액을 포함한 물을 공급하는 순환 펌프(5), 상기 흡수액을 포함한 물을 분산 공급하는 스프레이 노즐(6), 상기 충전층을 통과한 미스트를 분리하는 더미스터(7), 정제된 가스를 배출하는 배출구(8)로 이루어지는 오염물질을 제거하는 스크러버에 있어서, 상기 주입구와 연통되는 밀폐된 형태의 기류유입실(9), 상기 기류유입실의 상단부에 설치되는 스프레이 노즐(10) 및 원통부(111), 역원추부(112) 및 상기 원통부에 나선형으로 설치된 날개부(113)로 구성되고, 상기 기류유입실의 상단부와 하단부를 관통하여 설치되는 하나 이상의 유니트콘(11)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개선된 스크러버에 관한 것이다.

이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 아래에서 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

도2는 본 발명에 따른 스크러버의 단면도이다. 본 발명의 스크러버는 스크러버 본체(1), 유해가스가 상기 본체 내부로 유입되는 주입구(2), 상기 유해가스를 상기 주입구로 보내기 위한 송풍기(3), 상기 유해가스와 흡수액을 포함한 물을 서로 접촉하게 하는 충전물로 채워진 충전층(4), 상기 흡수액을 포함한 물을 공급하는 순환 펌프(5), 상기 흡수액을 포함한 물을 분산 공급하는 스프레이 노즐(6), 상기 충전층을 통과한 미스트를 분리하는 더미스터(7), 정제된 가스를 배출하는 배출구(8)로 이루어지는 오염물질을 제거하는 스크러버에 있어서, 상기 주입구와 연통되는 밀폐된 형태의 기류유입실(9), 상기 기류유입실의 상단부에 설치되는 스프레이 노즐(10) 및 원통부(111), 역원추부(112) 및 상기 원통부에 나선형으로 설치된 날개부(113)로 구성되고, 상기 기류유입실의 상단부와 하단부를 관통하여 설치되는 하나 이상의 유니트콘(11)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스크러버에 사용되는 흡수액은 다양한 오염물질에 따라 이미 잘 알려진 흡수액 중 적절한 것을 선택하여 사용한다. 예를 들어 염화수소(HCl)가 섞여있는 유해가스는 알칼리 흡수액으로 처리하는 세정탑에 의해 처리하도록 하며 그 반응식은 다음과 같다.

[화학식 1]

HCl + NaOH(흡수액) → NaCl + H₂O

본 발명에서 본체(1)는 통상적으로 F.R.P, 유리섬유(fiber-glass)를 주 보강재로 하며 불포화 폴리에스테르수지, 에폭시수지 등을 가공하여 강한 내식, 내열, 내구성을 갖도록 한다.

송풍기(3)는 본체의 주입구(2)로 가스를 흘려주기 위한 설비로서, 본 발명에서는 송풍기 이외에 풍량에 따라 브로워(blower)를 사용하거나, 시스템에 따라 I.D(Induced Draft) Fan System이나 F.D(Forced Draft) Fan System을 선정할 수 있다.

본 발명에서 충전층(4)이란 유해가스와 흡수액이 접촉하는 곳을 말한다. 대부분의 유해가스를 흡수하는 것은 흡수액이므로 효율적인 흡수를 위해서는 유해가스와 물의 접촉면적을 크게 하여야 한다. 이때 사용되는 것이 충전물(Packing)이며 충전탑 설계에 핵심이 되는 부분이다. 충전물의 설계시에는 가격, 낮은 압력손실, 내부식성, 큰 비 표면적, 구조적 강도, 무게 등을 고려하여 선택하게 된다. 충진고는 일반적으로 500 mm의 높이로 설치하며 스프레이 노즐과 충진층과의 거리는 일반적으로 500 mm 정도가 바람직하다.

본 발명의 스프레이 노즐(6, 10)은 순환 펌프(5)로부터 공급받은 물을 본체내로 분산시켜 공급하는 장치로서, 충전층과 스프레이 노즐 사이에서 추가적인 흡수 현상을 기대할 수 있다. 스프레이 노즐로는 스파이럴 노즐(spiral nozzle)이 바람직하다.

더미스터(7)는 충전층과 액분산 장치를 통과한 미스트를 분리하는 장치로서, 상승한 미스트는 기체에 동반되어 더미스터를 통과하면서 제거되고, 최종적으로 정제된 가스가 배출구(8)를 통해 배출된다.

본 발명의 기류유입실(9)은 주입구와 연통되어 있으며 밀폐되어 있다. 송풍기(3)에 의해 주입된 가스는 처음에 기류유입실의 상단부에 설치되는 스프레이 노즐(10)에서 분사되는 흡수액을 포함한 물과 만나서 일부는 중화되고 나머지는 유니트콘의 원통부(111)와 역원추부(112)사이의 공간을 통해 유입된다.

도3은 본 발명에 적용되는 유니트콘(11)의 확대 단면도이다. 유니트콘은 중심에 원통부가 있고 원통부의 하부를 나선형의 형태로 감싸는 날개부, 그리고 그 외부의 역원추부로 구성된다. 이러한 구조는 나중에 원통부와 역원추부의 공간으로 기체나 액체가 통과할 때 강한 와류를 형성하게 한다. 따라서 여기서 생기는 원심력에 의해 물질의 분리나 먼지 제거에 많이 응용된다.

본 발명의 유니트콘은 통상적인 싸이클론 시스템에서 사용되는 모든 형태의 유니트콘이 적용될 수 있으며 그 크기는 원통부 외경이 8"이고, 역원추부 내경이 12"인 것이 바람직하다. 이러한 크기에서 유니트콘의 유효 영역은 개당 약 0.036 m²이므로 유니트콘의 1개당 분당 유효 처리용량을 Q₁이라 하면, 유속을 8 m/s 라 할 때, Q₁ = A·V·60 sec = 0.036 ×8 ×60 = 17.28 m³/min이 된다. 따라서 이를 이용하면 전체 스크러버의 처리 용량에 대한 적절한 유니트콘의 갯수를 산출할 수 있다. 예를 들어 처리용량이 100 m³/min인 경우라면 Q ÷ Q₁ = 100 m³/min ÷ 17.28 m³/min = 5,78이 되어 약 6개의 유니트콘을 설치해야 한다.

본 발명의 유니트콘의 원통부(111)와 역원추부(112)사이의 공간을 통해 유입된 가스와 흡수액을 포함한 물은 나선형의 날개부(113)를 통과하면서 강한 와류를 형성한다. 이러한 와류에 의해 가스와 물의 접촉이 매우 원활하게 될 수 있으며, 원심력에 의한 불순물 입자의 포집을 가능하게 하여 오염물질의 흡수효율을 증대시킬 수 있게 된다. 상기 메커니즘에 의해 유니트콘(11)의 역원추부(112)에서 1차로 중화된 가스는 압력에 의해 상기 유니트콘의 원통부를 통하여 상승하게 된다.

다시 도2를 참조하면, 유니트콘의 원통부 상단은 기류유입실의 상단부보다 높게 설치되므로 상기 기류유입실의 상단부에는 흡수액을 포함한 물이 고여 있게 되며, 그 수면이 상승하여 상기 유니트콘의 원통부 상단에 이르게 되면 넘쳐서 원통부의 기벽으로 흐르므로 상승하는 가스는 상기 원통부의 기벽을 타고 흐르는 물과 2차 접촉을 하여 흡수효율을 높이게 된다.

본 발명의 유니트콘을 통과하면서 중화된 가스는 상승하면서 기류유입실의 상단부에 고여 있는 물과 만나게 되며, 또한 스프레이 노즐(6)에서 나오는 흡수액을 포함한 물과 함께 충전층에서 다시 중화된다. 여분의 더스트와 미스트는 더미스터(7)를 통과하면서 제거되고, 최종적으로 배출구(8)를 통해 정제된 가스만이 배출된다.

결과적으로 본 발명의 스크러버는 유니트콘의 설치를 통해 유해가스와 흡수액을 포함한 물의 효율적인 접촉을 가능하게 함으로써 종전의 스크러버의 처리 효율(설계치의 약 60% 정도)보다 훨씬 더 나은 결과(설계치의 약 90% 정도)를 나타낸다.

그 밖에 본 발명의 스크러버설계의 주요인자로는 공탑속도, 압력손실 그리고 액가스비를 들 수 있다. 일반적으로 공탑속도는 1.2∼2.2 m/sec, 압력손실은 50∼1130 mmAq(충진고m당), 그리고 액가스비는 1∼3 ℓ/㎥이 바람직하다. 그러나 스크러버의 최적 설계는 상기 수치에 제한되지 않으며 각 산업현장의 여건에 따라 다를 수 있다.

본 발명은 종전의 충전층 대신에 유니트콘을 포함하는 싸이클론을 설치하여, 물과 가스의 접촉을 극대화하여 고용량의 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있고, 운영 및 유지가 용이한 스크러버를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

제1도는 종전의 스크러버의 실시예를 도시한 단면도이다.

제2도는 본 발명에 따른 스크러버의 단면도이다.

제3도는 본 발명에 따른 스크러버에 적용한 유니트콘의 확대 단면도이다.

*도면의 주요부호에 대한 간단한 설명*

1 : 본체 2 : 주입구

3 : 송풍기 4 : 충전층

5 : 순환 펌프 6 : 스프레이 노즐

7 : 더미스터 8 : 배출구

9 : 기류유입실 10 : 스프레이 노즐

11 : 유니트콘 111 : 원통부

112 : 역원추부 113 : 날개부

Claims

스크러버 본체(1), 유해가스가 상기 본체 내부로 유입되는 주입구(2), 상기 유해가스를 상기 주입구로 보내기 위한 송풍기(3), 상기 유해가스와 흡수액을 포함한 물을 서로 접촉하게 하는 충전물로 채워진 충전층(4), 상기 흡수액을 포함한 물을 공급하는 순환 펌프(5), 상기 흡수액을 포함한 물을 분산 공급하는 스프레이 노즐(6), 상기 충전층을 통과한 미스트를 분리하는 더미스터(7), 정제된 가스를 배출하는 배출구(8)로 이루어지는 오염물질을 제거하는 스크러버에 있어서,

상기 주입구와 연통되는 밀폐된 형태의 기류유입실(9);

상기 기류유입실의 상단부에 설치되는 스프레이 노즐(10); 및

원통부(111), 역원추부(112) 및 상기 원통부에 나선형으로 설치된 날개부(113)로 구성되고, 상기 기류유입실의 상단부와 하단부를 관통하여 설치되는 하나 이상의 유니트콘(11);

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 개선된 스크러버.
제1항에 있어서, 상기 유니트콘(11)이, 상기 역원추부(112)의 상단은 상기 기류유입실의 하단부의 높이와 같게 설치되고, 상기 원통부(111)의 상단은 상기 기류유입실의 상단부의 높이보다 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 개선된 스크러버.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유니트콘(11)의 상기 원통부(111)의 외경은 8"이고, 상기 역원추부(112)의 내경은 12"인 것을 특징으로 하는 개선된 스크러버.