KR100681938B1 - 폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 종래에는 폐가스로부터 가스상의 물질이나 입자상의 물질을 선택적으로 처리하는 장치만 제공되어 이들을 함께 처리하고자 하는 경우에는 이러한 이종의 장치를 병설하여야 하는 결점이 있었던 바, 본 발명은, 액기반응부와, 액기반응부를 향하여 물 등을 분사시키는 분사노즐을 가진 분사기로 구성된 습식스크러버와, 하부에 통공을 가진 바탁판을 설치하여서 된 원심력집진챔버를 결합하여 구성시키되, 습식스크러버챔버로부터 원심력집진챔버로의 가스 유입부는, 그 유입방향이 원심력집진챔버 벽체의 접선방향이 되게 하여, 폐가스로부터 가스상 및 입자상 물질을 동시에 처리하는 스크러버를 제공하기 위한 것임.

Description

폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버{Removal scrubber of gaseous and grainy pollutant from exhaust gas}

도 1 은 본 발명의 일 실시예의 종단면도

도 2 는 본 발명의 요부인 액기반응장치의 확대 단면도

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 ......... 하우징 5 ......... 엘리미네이터층

2 ......... 습식스크러버 51 .... 엘리미네이터

3 ......... 원심력집진챔버 511.... 경사부

31 .... 유입부 512.... 장애부

32 .... 바닥판 513.... 유통부

33 .... 통공 6, 7 ..... 분사기

34 .... 데미스터 8 .......... 유입부

4 ......... 액기반응부 9 .......... 배출구

본 발명은 발전소, 제철소, 소각로 등의 각종 산업 설비에서 배출되는 배가스에 함유되어 있는 SOxㆍNOxㆍHClㆍ휘발성유기화합물(VOCs)ㆍ악취 등의 가스상 물질 및 미세먼지ㆍ중금속 등의 입자상물질을 효율적으로 동시에 처리하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 NOx는 거의 대부분 선택적 촉매환원(SCR) 기술 또는 선택적 무촉매환원(SNCR) 기술과 연소조건 개선기술을 이용하여 처리하고 있으며, NOx를 제외한 SOxㆍHCl 등의 산성가스 제거는 Na 또는 Ca 화합물 등의 첨가제와 물을 이용하는 습식(wet scrubbing)기술이나, CaㆍNa 계열 등의 첨가제를 주입하여 산성가스와 반응하게 하고 첨가제와 산성가스의 반응으로 생성되는 염성분을 백 필터(bag filter)로 제거하는 건식 또는 반건식 기술을 이용하여 제거하고 있으며, 입자상물질은 수분을 분사하여 먼지 등을 제거하는 습식기술이나, 원심력집진ㆍ관성집진ㆍ전기집진 및 여과집진 등의 건식기술을 이용하여 제거하고 있다. 특히, 미세먼지는 흡수ㆍ흡착 등 물리화학적인 방법이나 전기적 성질을 이용하는 전기집진기술 또는 고효율의 필터를 이용하는 여과집진기술 등을 이용하여 제거하고 있다.

또한 SOx, NOx 등의 산성가스를 동시에 처리하기 위하여 플라스마(plasma) 또는 전자빔 기술을 가스정화에 응용하는 기술로 개발하고 있으며, 특정유해물질(HAPs), 잔류성유해물질(POPs) 등과 같은 휘발성유기화합물(VOCs) 및 악취 등의 처 리에 대한 관심이 높아지면서 흡수ㆍ흡착ㆍ열산화ㆍ촉매산화ㆍ농축/소각 등을 고도화하여 제거 효율을 향상시키기 위한 기술개발이 진행되고 있다.

그러나 다양하게 배출되는 오염물질을 처리하기 위하여 여러 종류의 방지시설이 설치·운영되면서 오염물질을 제거하기 위한 방지시설의 설치비 및 운영비가 엄청나게 증가하고 있으며, 최근 연구가 추진되고 있는 동시처리기술은 설비의 안정적인 운영측면보다 효율성이 강조되면서 습식전기집진, 고효율의 여과재의 이용으로 인하여 동력비가 증가되는 등의 경제적인 문제로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있다.

과학의 발달로 산업시설에서 배출되는 대기오염물질의 종류가 급속하게 증가하고, 배출되는 물질의 성상이 다양화하면서 종래에 구분하던 가스상/입자상물질의 개념이 크게 변화하고 있으며, 다양화 또는 변화하는 오염물질은 대기오염방지시설의 증가로 나타나면서 생산제품의 가격상승이라는 또 다른 문제를 유발하면서 산업발전에 커다란 장애요인으로 작용하고 있다.

그리하여 본 발명은 설치비가 저렴하고 운영이 단순하여 오랜 기간 대기오염방지기술로 활용이 되고 있는 습식 스크러버(wet scrubbing)기술과 습식 사이클론(wet cyclone)의 원심력집진기술을 이용하여 효율적으로 오염물질을 제거함으로써 상용화 이후 운영상에 발생할 수 있는 문제점을 최소화하면서 안정적인 운영을 보장할 수 있으며, 오염물질의 제거효율을 크게 향상시키게 하였다.

본 발명의 요부를 구성하는, 습식 스크러버는 다수의 엘레미네이터를 연접시켜서 된 엘리미네이터층을 다수층 설치하여 액기반응장치를 형성시키고, 액기 반응장치의 저부로부터 상향으로 또 그 상부로부터 하향으로 반응제 또는 물을 상향으로 분사하여, 저부로부터 유입되는 배가스에 함유된 입경 10㎛ 이상의 먼지를 액기반응장치의 엘리미네이터에서 관성충돌을 유도하여 제거하는 동시에, 액기반응장치로 분사되는 물과 반응제가 배가스의 혼합으로 인하여 엘리미네이터 상부에 수많은 기포가 형성되어 부글부글 끓게 되어 액기의 접촉을 활발히 이루어지는 효과가 갖게 되어 가스상물질이 효율적으로 제거되고, 엘리미네이터와 엘리미네이터 사이로 흐르는 물 또는 반응제는 배가스 내의 입자상물질 또는 가스상 물질과 반응제의 반응으로 생성된 염성분이 엘리미네이터에 침착되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 습식 스크러버에서 제거되지 않은 미세먼지 및 기액 반응과정에서 생성된 염 등은 습식스크러버 상부에 원심력 집진 챔버를 설치하여 입자의 입경을 증대시켜 이들을 재차 제거함으로서 배가스를 효율적으로 처리할 수 있게 하였는바, 이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 하우징(1)에 습식스크러버챔버(2)와 원심력집진챔버(3)를 설치하여 구성시킨다.

습식스크러버챔버(2)는 다수개의 엘리미네이터(Eliminater)층으로 된 액기반응부(4)와 액기반응부(4)의 상하에 액기반응부(4)를 향하여 물 등을 분사시키는 분사노즐을 가진 분사기(6)(7)로 구성된다.

엘리미네이터층(5)은 이를 2∼5개 결합하여 구성시키는 것이 바람직하며, 각개의 엘리미네이터층(5)은 다수개의 엘리미네이터(51)를 연접하여 구성시킨다. 각개의 엘리미네이터(51)는 이를 통과하는 공기가 충돌을 일으키며 와류를 일으킬 수 있는 경사부(511) 및 장애부(512)로 구성되고, 각개의 엘리미네이터(51)는 대략 2∼3mm 간격의 유통부(513)를 가지며 격설되어 있다. 각개의 엘리미네이터층(5)은 30∼100mm의 간격으로 설치되는 것이 바람직하다.

상부에 설치된 분사기(6)로 분사되는 물 또는 반응제는 안개 형상을 이루도록 분무하고, 하부에 설치된 분사기(7)로 분무되는 물 또는 반응제는 속도 1~3 m/sec, 분사각도 90도로 분사되도록 하는 것이 바람직하다.

습식스크러버챔버(2)의 상부에 설치된 원심력집진챔버(3)는 그 측벽에 유입부(31)가 설치되는 바 유입부(31)로 유입되는 배가스의 유입방향은 원심력챔버(3)의 접선방향이 되게 하여 유입되는 배가스가 챔버의 내벽을 따라 회동하게 한다. 챔버의 내벽을 따라 회동하는 가스는 서로 충돌을 일으키게 되는데, 이 과정에서 여기에 포함된, 액기반응에서 생성된 염 및 습식스크러버챔버(2)에서 제거되지 않은 미세먼지가 관성 충돌하면서 수분에 용해 또는 흡수되어 중력에 의하여 하부로 떨어지면서 포집된다. 그런데, 원심력집진챔버(3)는 그 하부에 바닥판(32)이 설치되어 있는 바, 바닥판(32)에는 중력에 의하여 떨어지는 물방울들이 표면장력으로 막을 형성하면서 물은 통과하나 공기는 통과하지 않게 하는 통공(33)을 형성시킨다. 여기에 통공(33)을 형성시킴에 있어서는 바닥판(32)의 직경을 원심력집진챔버 (3) 내경보다 5∼20mm 작게 형성시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 통공을 작게 형성시키는 것은 통공에 표면장력에 의한 수막(330)이 형성되게 하기 위함이다.

바닥판(32)은 이를 2개 층으로 형성시켜 상층바닥판(321)의 직경을 하층바닥판(322)의 직경보다 2∼5mm 정도로 작게 하고, 상층과 하층의 높이는 2∼4mm로 하여 상층과 하층 사이에 미세한 공간을 형성시켜, 상하층 사이의 공간에 물이 차게 한다. 상하층사이의 공간은 위로부터 하락하는 물이 통공의 일부로 집중 하락하는 경우, 하락하는 물이 바닥판(32)의 둘레에 고르게 확산되게 함과 동시에 공간에 머물게 하여, 거기에 형성된 수막이 파괴되지 아니하도록 한다. 상하층 사이의 공간은 그 폭이 좁아 모세관현상에 의해 그 공간이 채워지게 된다.

상층과 하층 사이의 공간에 물이 차게 되면 여기에 압력이 발생하게 되고 이러한 압력은 원심력집진챔버(3)의 내벽과 하층바닥판(322) 사이의 수막을 이루는 표면장력을 이기게 되어 물은 하부로 내려가며 물이 내려감과 동시에 수막은 복원된다. 결국, 물에 대한 중력이 표면장력보다 커지면 물은 하락하게 되고, 물이 하락하는 과정에서 물분자 간의 표면장력에 의하여 모세관현상이 파괴되면서 상층과 하층사이의 물이 밖으로 나오면서 통공(33)에 수막(330)을 형성시킴으로, 원심력집진챔버(3)내의 공기가 바닥판(32) 아래로 내려가는 것을 방지함과 동시에, 상하층바닥판(321, 322)사이의 공간을 물로 채우고, 채워진 물은 그 자체의 무게로 통공에 형성된 수막의 표면장력을 이기면서 하부의 저수탱크로 보내지게 되고, 물이 내려감과 동시에 다시 물의 표면장력에 의하여 위의 수막은 복원 유지되는 것이다.

원심력집진챔버(3)의 상부에 데미스터(demister)(34)를 설치한다. 데미스터 (34)는 사이클론에 의하여 집진되지 않은 미세입자 또는 수분을 최종적으로 수거하여 동절기에 발생하는 백연현상을 최소화하는 기능을 갖게 된다. 첨부된 도면에 있어서 미설명 부호 8은 배가스 유입구이고, 9는 정화된 가스 배출구이며, 81은 유입되는 배가스가 액기반응부(4) 하부 전면에 고르게 확산시키는 디스트리뷰터이다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 배가스 유입구(8)로 유입된 배가스가 분사기(7)로 분사되는 물 및 반응제와 혼합되고, 그리하여 배가스에 포함된 가스상 또는 입자상 물질이 물에 분산되고 가스상 오염물질과 반응제의 반응으로 형성되는 염은 기류를 따라 액기반응부(4)로 올라간다. 액기반응부(4)는 그 상부에서 분사되는 반응제 또는 물이 내려오고 있는 바, 그 아래에서 올라오는 배가스가 액기반응부(4) 상부에서 분사되어 내려오는 물 또는 반응제를 뚫고 올라가는 과정에서 심한 소용돌이를 일으키게 되어 수많은 거품이 형성된다. 이러한 거품은 수 개 층으로 형성되는 엘리미네이터층(5) 그 자체 내부 뿐만 아니라, 엘리미네이터층(5)과 층 사이의 공간마저 거품으로 가득 차게 되어 그 사이를 통과하는 배가스와 물 및 반응제의 접촉 면적과 접촉기회를 증대시키게 된다. 특히, 에리미네이터층(5)을 구성하는 각각의 엘리미네이터(51)가 경사부(511)와 장애부(512)를 가져 이를 통하여 올라오는 배가스가 심한 와류 현상을 일으키게 하여 액기반응을 촉진하게 한다. 그런데, 본 발명을 실시함에 있어서, 상부 분사기(6)로부터 분사되는 물의 양은, 배가스가 유입되지 아니하고 있는 상태에서, 최상측 엘리미네이터층(5)의 표면에 물이 약간 찰 정도로 조절되는 것이 바람직하다.

액기반응부(4)를 통과한 배가스는 거기에 아직도 포함된 미세먼지 등이 상측 분사기(6)에 의해 분무되는 물과 재차 결합 하락되게 한 후, 원심력집진챔버(3)로 진입하게 된다. 원심력집진챔버(3)에의 진입은 그 벽체의 접선방향 즉, 측벽을 따라 이루어지게 되므로, 측벽을 타고 올라가는 과정에서 배가스에는 많은 충돌이 일어나 미세먼지 등이 그 입경을 증대시키게 되고 그리하면 이들과 함께 물방울이 하락하면서 바닥판(32) 아래로 배출된다. 정화된 배가스는 데미스터(34)에 의하여 최종적으로 여과되어 배출구(9)로 배출된다.

일반적으로 종래의 대기오염물질의 처리는 가스상물질과 입자상물질을 별도의 처리공정으로 수행함으로써 설치비 및 운영비가 증가되었고, 공정이 복잡해지면서 제거의 효율성 확보를 위하여 많은 노력이 뒷받침되어야 하는 결점이 있었다.

그러나 본 발명은 하나의 설비에서 가스상 오염물질과 입자상오염물질을 동시에 처리함으로써 설비의 설치 및 운전이 단순해지면서 설치비 및 운전비가 저렴해지는 장점을 갖게 되어, 대기오염방지설비의 설치에 대한 부담감을 줄여주는 장점을 갖는다.

그리고, 다수의 엘리미네이터(51)로 구성시킨 엘리미네이터층(5)을 다수개층 중복 설치하여 액기반응부(4)를 형성시킴으로서, 여기에서 심한 거품이 일게 하여 액기 반응을 향상시킨 본 발명은 배가스 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 하우징에 습식스크러버챔버와 원심력집진챔버를 설치하여 구성되고, 습식스크러버챔버는 액기반응부와, 액기반응부를 향하여 물 등을 분사시키는 분사노즐을 가진 분사기로 구성되며, 액기반응부는 다수개층의 엘리미네이터층(5)으로 구성되고, 엘리미네이터층(5)은 경사부(511)와 장애부(512)를 가진 엘리미네이터(51) 다수를 유통부(513)가 형성되도록 이격되게 설치하여 형성된 것임을 특징으로 하는 폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버.
4. 삭제
5. 하우징에 습식스크러버챔버와 원심력집진챔버를 설치하여 구성되고, 습식스크러버챔버로부터 원심력집진챔버로의 가스 유입부는 그 유입방향이 원심력집진챔버 벽체의 접선방향이며, 원심력집진챔버는 그 저부에 통공을 가진 바닥판을 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버.
6. 제5항에 있어서, 바닥판은 이를 2개 층으로 형성시키되 상층바닥판의 직경을 하층바닥판의 직경보다 2∼5mm 정도로 작게 하고, 상층과 하층의 높이는 2∼4mm로 하여 형성시켜서 된 것을 특징으로 하는 폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버.

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