KR100655265B1 - 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 공정이나 특수 소각로에서의 소각 공정에서 발생하는 공정가스를 고열 고압의 스팀과 혼합하여 스팀흡입기로 흡입하고, 상기 공정가스 중에 포함되고 먼지 기타 끈적끈적하여 도관을 폐쇄하는 방해물질을 워터트랩의 냉각수에 희석시켜 가스분석의 대상이 되는 분위기 가스만을 추출하며, 상기 워터트랩을 2단으로 형성하여 상기 분위기 가스 중 일부는 가스샘플러를 통해 가스성분을 분석하고, 나머지 분위기 가스는 냉각수와 함께 제2워터트랩으로 오버플로어시켜 외부로 배출하는 동시에 외부의 공기가 역류하지 않도록 방지함으로써 연속적인 가스분석을 가능하게 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 스팀을 공급하는 스팀라인과 공정가스를 스팀과 함께 흡입하는 스팀노즐로 이루어진 스팀흡입기와, 상기 공정가스를 희석시켜 분위기가스를 생성하는 제1워터트랩과, 상기 분위기가스를 수집하여 가스의 성분을 분석하는 가스샘플러와, 상기 분위기가스 중 일부와 희석된 물을 오버플로어 방식으로 수용하는 제2워터트랩을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 가스분석의 연속성이 보장될 수 있게 된다.

스팀흡입기, 제트, 워터트랩, 가스샘플러, 오버플로어관

Description

스팀젯 타입 가스 프로브 시스템{Staem Jet type Gas Probe}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스팀흡입기의 구성을 나타내는 단면도.

**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**

104: 스팀라인 106: 스팀노즐

110: 스팀흡입기 120: 제1워터트랩

122: 배수튜브 130: 제2워터트랩

132: 배기튜브 140: 가스샘플러

142: 도관 150: 냉각수 공급라인

160: 오버플로어관

본 발명은 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정가스를 고열 고압의 스팀과 혼합하여 스팀흡입기로 흡입하고, 공정가스 중에 포함된 먼지 등의 방해물질을 워터트랩의 냉각수에 희석시켜 가스분석의 대상이 되는 분위기 가스를 추출하며, 상기 워터트랩을 2단으로 형성하여 상기 분위기 가스 중 일부는 가스샘플러를 통해 가스성분을 분석하고, 나머지 분위기 가스는 냉각수와 함께 제2워터트랩으로 오버플로어시켜 외부로 배출하는 동시에 외부의 공기가 역류하지 않도록 방지하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템에 관한 것이다.

통상, 보일러 등 열 설비기기의 열 효율을 높이는 공정에서 작업자의 숙련도에 의존하여 열 설비기 내의 연료량과 산소 공급량을 조정함으로써 연료 낭비 및 대기 오염을 예방하고 있다.

하지만, 시멘트 공정이나 특수 소각로에서의 소각 공정에서는 작업자의 숙련도에 의하여 열 효율을 측정할 수 없기 때문에 예를 들면 배기가스 중의 특정성분을 추출하여 배기가스와 열 손실 간의 상관관계를 분석하여 열효율을 극대화하거나 연료 낭비 및 대기오염을 원천적으로 방지하여야 한다.

이와 같이 배기가스 중의 특정가스의 성분을 자동으로 측정하여 배기가스 성분을 조절하는 장치로서 여러 가지의 자동 연소가스 분석기가 사용되고 있으나, 대표적으로는 가스샘플러로서 탐침봉을 예로 들어 설명하면 다음과 같은 문제가 있다.

상기 탐침봉에는 열 설비기에서 배기가스가 지속적으로 이동하고, 상기 탐침봉 내로 유입되는 가스에 먼지 등 다수의 분진이 포함되어 있기 때문에 분진이 탐침봉에 누적되면 센서의 감지기능이 현격하게 떨어지게 된다.

특히 연소 공정 및 시멘트 공정 혹은 소각로에서 여과된 먼지가 다른 물질과 결합하여 경화하는 소석회류 성질의 물질 등을 생성하는 공정에서 먼지의 성상에 끈적임이 있게 되면 배기가스의 분석에 장애가 발생하고 이와 같은 장애로 가스분석의 연속성이 보장되지 않게 되는 문제점이 있게 된다.

상술한 문제점을 보완하기 위하여, 배기연소와 직접적으로 접촉되는 프로브의 구조를 개선하여 배기가스의 분진, 먼지 등으로부터 센서를 보호하여 연속측정이 가능하게 하고, 수작업에 의한 청소도 가능하게 함으로써 센서의 사용수명을 연장하며, 혹은 프로브의 선단에 필터를 배기가스 배출방향에 대해 직접 접촉되지 않는 범위로 경사지게 하고 분진, 먼지를 불어내는 토출수단 및 태워 없애는 가열수단을 제공하기도 하지만, 과량의 먼지나 끈적거리는 먼지가 배출가스와 혼합되는 공정에서는 그 도관을 막아 그 연속성이 보장되지 않는 한계가 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 특수 소각로나 시멘트 공장 등 다량의 먼지가 배기가스와 혼합되어 끈적이는 경우에도 도관이 막히지 않도록 함으로써 연속적인 가스분석이 가능한 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일측에는 스팀이 공급되는 스팀라인이 설치되고, 타측에는 상기 스팀라인의 스 팀과 공정라인의 공정가스가 혼합되고 인입되는 스팀노즐이 설치되는 스팀흡입기와, 상기 스팀흡입기에서 유입되는 혼합가스를 물에 희석시켜 먼지 등 방해물질을 분리함으로써 상기 공정가스 중 가스분석의 대상이 되는 분위기가스를 생성하는 제1워터트랩과, 상기 제1워터트랩의 상기 혼합가스 중 분위기가스를 수집하여 가스의 성분을 분석하는 가스샘플러를 포함하여 구성된다.

상기 제1워터트랩에서 상기 분위기가스 중 일부와 희석된 물을 오버플로어 방식으로 수용하는 제2워터트랩을 더 포함하여 구성된다.

상기 제1워터트랩과 상기 제2워터트랩 사이에는 오버플로어관이 설치되어 상기 가스샘플러로 수집되지 않은 분위기가스의 일부가 제1워터트랩의 희석된 물과 섞여 오버플로어관을 통해 제2워터트랩으로 포집된다.

상기 흡입노즐의 직경은 상기 스팀라인의 직경의 두 배로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 스팀라인의 직경은 1.5㎜이고, 스팀노즐의 직경은 3.0㎜인 것이 바람직하다.

상기 스팀라인과 마주보는 상기 흡입노즐의 선단부에는 상기 스팀과 공정가스가 유입되는 흡입구가 설치되고, 흡입구의 길이는 150㎜로 형성된다.

상기 제1워터트랩은 상기 공정가스에서 끈적거리는 먼지 기타 방해물질을 씻어내어 끈적임이 없는 분위기가스로 클리닝하기 위한 장치로서, 물에 대한 용해도가 낮은 공정가스의 분석에 주로 적용된다.

상기 공정가스는 O2, CO와 같이 물에 용해되지 않는 가스이다.

상기 공정가스 중 SO2, NO와 같이 물에 부분적으로 용해되는 가스의 경우에는 상기 공정가스의 물에 대한 용해율을 가스샘플러에서 보정한다.

상기 제1워터트랩의 일측에는 희석된 물이 일정 수위 이상일 때 상기 물을 외부로 배수하기 위한 배수튜브가 더 설치된다.

상기 오버플로어관의 상단 높이는 " ∩ "형 배수튜브의 상단 높이와 같거나 낮은 것이 바람직하다.

상기 제2워터트랩의 일측에는 집수된 물의 수위를 결정하면서 이를 배출하는 배수튜브가 설치되고, 상기 오버플로어관의 하단 높이는 상기 배수튜브의 높이보다 낮아 외부의 공기가 상기 오버플로어관을 통해 역류하지 않는다.

상기 제1워터트랩의 타측에는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급라인이 설치되며, 상기 스팀라인에서 분사되는 스팀의 온도가 150℃이고, 상기 제1워터트랩의 온도가 50℃인 것이 바람직하며, 냉각수의 공급속도는 3.125ℓ/min정도이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 냉각수 공급라인에서 공급된 냉각수가 제1워터트랩의 집수부에 충진되는 단계와 스팀라인에 스팀이 공급되면 스팀라인의 단부를 통과하는 공정가스가 스팀의 압력에 의하여 흡입노즐로 유입되면서 혼합되는 단계와, 제1워터트랩의 집수부 수면 아래까지 연장되어 있는 흡입노즐을 상기 혼합가스가 통과하면서 집수부의 냉각수와 재차 혼합되는 단계와, 상기 제1워터트랩의 냉각수에 의하여 공정가스 중의 먼지와 같이 끈적이는 방해물질이 세척되는 단계와, 세척된 분위기가스 중 일부가 제1워터트랩의 공기 중으로 부양되면서 가스샘플러로 유입되어 분석되는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 분위기가스 중 나머지가 물과 혼입된 채 오버플로어관을 통해 제2워터트랩으로 이동되는 단계와, 상기 제2워터트랩으로 이동된 분위기가스가 배기튜브를 통해 외부로 배출되는 단계를 더 포함한다.

상기 제1워터트랩의 냉각수가 일정 수위 이상이 되면 배수튜브를 통해 외부로 배출되는 단계를 더 포함한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 스팀 제트 타입의 가스분석 시스템에 의하면 가스분석의 연속성이 보장되는 이점이 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템의 구성이 단면도로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 스팀흡입기의 구성이 상세단면도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스팀젯 타입 가스 프로브는, 일측에는 가열기(도시되지 않음)로부터 스팀이 공급되는 스팀라인(104)이 설치되고, 타측에는 상기 스팀라인(104)의 스팀과 공정라인(도시되지 않음)의 공정가스가 혼합되어 인입되도록 하는 스팀노즐(106)이 설치되는 스팀흡입기(110)와, 상기 스팀흡입기(110)에서 배출되는 혼합가스를 물에 희석시켜 먼지 등 방해물질을 분리함으로써 공정가스 중 가스분석의 대상이 되는 분위기가스를 생성하는 제1워터트랩(120)과, 상기 제1워터트랩(120)에서 상기 분위기가스 중 일부를 오버플로어 방식으로 수용하는 제2워터트랩(130)과, 상기 제1워터트랩(120)의 상기 혼합가스 중 먼지 등 방 해물질이 물에 의하여 분리되고 물에 용해되지 않고 공기 중으로 부양되는 분위기가스를 수집하는 가스샘플러(140)를 포함하여 구성된다.

상기 제1워터트랩(120)의 일측에는 냉각수를 공급하는 냉각수공급라인(150)이 연결되어 집수부에 소정 수위까지 공업용 냉각수를 충진한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스팀흡입기(110)는 가열하여 스팀화된 물을 빠른 속도로 공급받으면서 발생한 압력차를 이용함으로써 스팀라인(102)의 단부(104')를 통과하거나 단부에 머물러 있는 공정라인의 공정가스를 흡입하기 위한 것으로, 상기 흡입노즐(106)의 직경(R)은 상기 스팀라인(104)의 직경(R')보다 두 배 이상 크게 함으로써 층류(laminar flow)를 발생시켜 홉합가스의 유입을 원활하게 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서 상기 스팀라인(104)의 직경(R)을 1.5㎜로 하고, 스팀노즐(106)의 직경(R')을 3.0㎜로 하는 것이 바람직하고, 상기 층류의 형성을 보다 효과적으로 하기 위하여 상기 혼합가스를 흡입하는 흡입노즐(106)의 흡입구(106')의 길이(L)는 150㎜로 제작함이 바람직하다.

상기 제1워터트랩(120)은 상기 공정가스에서 끈적거리는 먼지 등을 물로 씻어내어 도관(142)에 달라붙지 않도록 끈적임이 없는 분위기가스로 클리닝하는 장치로서, Hcl, NH3, HF, HCN과 같이 물에 대한 용해도가 높은 가스의 경우에는 사용할 수 없으나, O2, CO와 같이 물에 용해되지 않는 가스의 경우에는 상기 가스샘플러(140)로 수집하여 분석할 수 있으며, 물에 대한 용해도가 그다지 높지 않은 SO2, NO의 경우에는 물에 대한 용해율을 가스샘플러(140)에서 보정하면 가스성분의 분석 이 가능하다.

상기 제1워터트랩(110)과 상기 제2워터트랩(120) 사이에는 오버플로어관(160)이 설치되어 상기 가스샘플러(140)로 수집되지 않은 분위기가스의 일부가 제1워터트랩(110)의 물과 섞여 오버플로어관(160)을 통해 제2워터트랩(120)으로 포집하게 된다.

이는 제1워터트랩(120)으로 수집되는 분위기가스 압력을 일정압으로 유지하기 위한 것으로, 상기 오버플로어관(160)의 하단부는 제2워터트랩(130)의 집수부 아래에 잠겨있기 때문에 제1워터트랩(120)의 분위기가스압이 일정 압력 이상이 되어야만 물을 밀어낼 수 있다.

상기 제2워터트랩(130)의 일측에는 배기튜브(132)가 설치되어 제2워터트랩(130)의 집수부 수위를 일정 정도로 유지하며, 상기 오버플로어관(160)을 통해 유입된 물과 일부 분위기가스가 외부로 배출된다.

상기 배기튜브(132)를 통해 외부의 공기가 제1워터트랩으로 역류하지 않는 것은 상기 오버플로어관(160)이 제2워터트랩(130)의 집수부 하부에 잠수되어 있기 때문이다.

한편, 스팀라인(104)에서 분사되는 스팀의 온도가 150℃이고, 분당 25cc가 물로 전환된다고 볼 때, 제1워터트랩(120)의 온도가 50℃이면 2.5Kcal(25/1000×(150-50)=2.5이므로)의 열량이 발생하므로 이를 냉각하기 위해 냉각수 공급라인(150)을 통해 공급되는 냉각수의 양은 3.125ℓ/min(2.5/0.8(λ)=3.125이므로) 정도가 요구된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템의 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

냉각수 공급라인(150)을 통해 공급된 냉각수는 제1워터트랩(120)의 집수부에 충진되면서 일정 수위에 이른다. 스팀라인(104)에 스팀이 공급되면 스팀라인(104)의 단부를 통과하거나 머물러 있던 공정가스가 스팀의 압력에 의하여 일단의 흡입노즐(106)로 유입되면서 혼합된다. 상기 흡입노즐(106)의 타단이 제1워터트랩(120)의 집수부 수면 아래까지 연장되어 있기 때문에 혼합가스는 상기 집수부의 냉각수와 재차 혼합된다. 따라서, 상기 제1워터트랩(120)의 냉각수에 의하여 공정가스 중의 먼지와 같이 끈적이는 방해물질이 세척되며, 세척된 분위기가스 중 일부가 제1워터트랩(120)의 공기 중으로 부양되면서 도관(142)을 경유하여 가스샘플러(140)로 유입되어 가스 분석된다.

한편, 상기 분위기가스 중 나머지 가스는 물과 혼입된 채 오버플로어관(160)을 통해 제2워터트랩(130)으로 이동되며, 상기 제2워터트랩(130)으로 이동된 분위기가스는 배기튜브(132)를 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 제1워터트랩(120)의 냉각수가 일정 수위 이상이 되면 배수튜브(122)를 통해 외부로 배출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 시멘트 공정이나 소각 공정에서 발생하는 공정가스 중에 포함되고 가스분석기로 통하는 도관을 폐쇄하는 끈적끈적한 물질을 스팀과 냉각수로 클리닝함으로써 공정가스 중 가스분석의 대상이 되는 분위기 가스만을 추출하기 위하여, 상기 냉각수 집수부를 2단으로 형성하고, 1단의 워터트랩에서는 분위기 가스를 가스분석기로 안내하고, 여분의 분위기 가스는 2단의 워터 트랩에서 냉각수와 함께 배출되는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 과량의 먼지나 끈적이는 먼지가 포함된 가스에도 불구하고 도관이 막히는 경우가 없어 가스분석의 연속성이 보장되는 효과가 기대된다.

둘째, 가스 분석이 어려운 공정에서도 가스분석기를 상시로 사용할 수 있어 편리한 효과가 기대된다.

셋째, 시멘트 공정이나 특수 소각 공정에서도 최소한의 비용과 설비로 설치할 수 있어 경제적인 효과가 기대된다.

Claims (16)

1. 일측에는 스팀이 공급되는 스팀라인이 설치되고, 타측에는 상기 스팀라인의 스팀과 공정라인의 공정가스가 혼합되면서 인입되는 스팀노즐이 설치되는 스팀흡입기와,

   상기 스팀흡입기에서 유입되는 혼합가스를 물에 희석시켜 먼지 등 방해물질을 분리함으로써 상기 공정가스 중 가스분석의 대상이 되는 분위기가스를 생성하는 제1워터트랩과,

   상기 제1워터트랩의 상기 혼합가스 중 분위기가스를 수집하여 가스의 성분을 분석하는 가스샘플러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1워터트랩에서 상기 분위기가스 중 일부와 희석된 물을 오버플로어 방식으로 수용하는 제2워터트랩을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1워터트랩과 상기 제2워터트랩 사이에는 오버플로어관이 설치되어 상기 가스샘플러로 수집되지 않은 분위기가스의 일부가 제1워터트랩의 희석된 물과 섞여 오버플로어관을 통해 제2워터트랩으로 포집됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 흡입노즐의 직경은 상기 스팀라인의 직경의 두 배로 형성함을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 스팀라인의 직경은 1.5㎜이고, 스팀노즐의 직경은 3.0㎜임을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스팀라인과 마주보는 상기 흡입노즐의 선단부에는 상기 스팀과 공정가스가 유입되는 흡입구가 설치되고, 흡입구의 길이는 150㎜로 형성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1워터트랩은 상기 공정가스에서 끈적거리는 먼지 기타 방해물질을 씻어내어 끈적임이 없는 분위기가스로 클리닝하기 위한 장치로서, 물에 대한 용해도가 낮은 공정가스의 분석에 주로 적용됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 공정가스는 O2, CO와 같이 물에 용해되지 않는 가스임을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 공정가스 중 SO2, NO와 같이 물에 부분적으로 용해되는 가스의 경우에는 상기 공정가스의 물에 대한 용해율을 가스샘플러에서 보정함을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

    상기 제1워터트랩의 일측에는 희석된 물이 일정 수위 이상일 때 상기 물을 외부로 배수하기 위한 배수튜브가 더 설치됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
11. 제 3 항에 있어서,

    상기 오버플로어관의 상단 높이는 " ∩ "형 배수튜브의 상단 높이와 같거나 낮은 것을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
12. 제 3 항에 있어서,

    상기 제2워터트랩의 일측에는 집수된 물의 수위를 결정하면서 이를 배출하는 배수튜브가 설치되고, 상기 오버플로어관의 하단 높이는 상기 배수튜브의 높이보다 낮아 외부의 공기가 상기 오버플로어관을 통해 역류하지 않음을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
13. 제 3 항에 있어서,

    상기 제1워터트랩의 타측에는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급라인이 설치되며, 상기 스팀라인에서 분사되는 스팀의 온도가 150℃이고, 상기 제1워터트랩의 온도가 50℃인 것이 바람직하며, 냉각수의 공급속도는 3.125ℓ/min정도임을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
14. 냉각수 공급라인에서 공급된 냉각수가 제1워터트랩의 집수부에 충진되는 단계;

    스팀라인에 스팀이 공급되면 스팀라인의 단부를 통과하는 공정가스가 스팀의 압력에 의하여 흡입노즐로 유입되면서 혼합되는 단계;

    제1워터트랩의 집수부 수면 아래까지 연장되어 있는 흡입노즐을 상기 혼합가스가 통과하면서 집수부의 냉각수와 재차 혼합되는 단계;

    상기 제1워터트랩의 냉각수에 의하여 공정가스 중의 먼지와 같이 끈적이는 방해물질이 세척되는 단계;

    세척된 분위기가스 중 일부가 제1워터트랩의 공기 중으로 부양되면서 가스샘플러로 유입되어 분석되는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 분위기가스 중 나머지가 물과 혼입된 채 오버플로어관을 통해 제2워터트랩으로 이동되는 단계;

    상기 제2워터트랩으로 이동된 분위기가스가 배기튜브를 통해 외부로 배출되는 단계를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 제1워터트랩의 냉각수가 일정 수위 이상이 되면 배수튜브를 통해 외부로 배출되는 단계를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스팀젯 타입 가스 프로브 시스템.

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