KR100735174B1 - 정전형 먼지 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심 하우징 축 (3)에 대해 실질적으로 회전 대칭적인 하우징 (2)을 포함하는, 수평 가스 통류를 위한 정전형 먼지 분리기 (8)에 관한 것이다. 본 발명의 먼지 분리기는 단일 원추형 부분 (10) 형태로 하우징 직경 (D)의 80 내지 95% 이하로 벌어지는 관형 흡입구를 또한 포함한다. 하우징 직경 (D)의 나머지 5 내지 20%의 나머지 확장부는 하우징 축 (3)에 대해 실질적으로 수직이고 하우징 축 (3)에 방사상 대칭적인 스텝 (5) 형태로 나타난다. 본 발명의 먼지 분리기는 원추형 부분에 배열되어 있고 하우징 축에 대해 실질적으로 수직인 2개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트 (6,6',6'')을 또한 포함한다.

Description

정전형 먼지 분리기 {ELECTROSTATIC DUST SEPARATOR}

본 발명은 중심 하우징 축에 대해 실질적으로 회전 대칭적인 하우징을 갖춘, 수평 가스 통류 (throughflow)를 위한 정전형 먼지 분리기에 관한 것이다.

이러한 정전형 필터는 종래 기술에 이미 알려져 있고, 하우징의 주축에 대해 평행하게 등거리 간격으로 배열된 직립의 플레이트 형태의 침전용 전극을 통상적으로 지닌다. 이러한 경우 침전용 전극은 하우징의 주축에 대해 평행하게 등거리 간격으로 배열되며, 이는 원의 현의 각 길이에 상응하는 전체 유효 높이를 실질적으로 능가하여 연장되어 있다. 프레임에 고정된 스프레이용 전극이 침전용 전극들 사이에 제공된다. 또한, 침착된 먼지를 하우징의 내벽으로부터 분리시키기 위해, 스크레이핑 (scraping) 장치가 제공될 수 있는데, 예를 들어 스크레이핑 장치는 하우징 벽의 하부 영역에 걸쳐 하우징 축을 중심으로 하여 회전할 수 있으며 먼지 배출구를 갖추고 있다.

이러한 타입의 먼지 분리기는 EP 0 252 371 A1에 기재되어 있다. 이 먼지 분리기는 3개의 상이한 원추형 부분에 의해 각각 형성된 관형 흡입구 및 배출구를 지니며, 원추형 부분은 먼지 분리기의 하우징 직경과 크기 및 높이 면에서 특이적인 방식으로 관련된다. 중심 원추형 부분에는 3개의 천공된 가스 분배 플레이트가 배열되어 있다.

이러한 타입의 설계를 지닌 먼지 분리기는 유용한 공업용 가스 및 폐 공업용 가스로부터 먼지를 건식 분리하는 데에 사용되며, 특히 영구적으로 또는 주기적으로 폭발성 가스 혼합물이 관련된 경우에 사용된다. 예를 들어, 먼지는 1.5 내지 2.5 bar의 정압에서 동작하는 노의 상단 가스로부터 이러한 방식으로 분리되어, 터빈에서의 에너지 회수에 대한 침식의 위험없이 노의 압력을 40 내지 80 mbar로 감소시킬 수 있으며, 먼지 함량은 미리 5 내지 20 ㎎/㎥로 감소되어야 한다. 가능한 한 높은 사용가능한 압력 구배를 위해, 1 내지 2 mbar의 압력 손실을 지닌 정전형 필터만이 고려되는데, 이는 동등한 분리성능을 지닌 고성능 스크러버가 200 내지 400 mbar의 압력 손실을 지니기 때문이다.

이러한 타입의 먼지 분리기의 또 다른 적용 분야는 석탄 분쇄 플랜트 분야이며, 이러한 플랜트의 폐가스는 석탄 먼지 함량으로 인해 특정 한도내에서 폭발성이 있다. 소용돌이치는 석탄 먼지 침착물 또는 2차 공기의 침투에 의해 일어나는 가스 조성의 비제어성 변화는 여하간 방지되어야 한다.

스틸 컨버터 (steel converter)의 폐가스로부터 먼지를 분리하는 것도 특히 중요한데, 이는 불연속식 동작 모드로 인해 먼지 분리기가 연소성 가스의 통류, 및 단지 소량의 먼지 및 가스와 혼합된 주위 공기에 교대로 노출되기 때문이다. 연소성 가스는 용기에 수집되거나 먼지 분리 후에 가스 공급 시스템내로 공급되는 반면, 컨버터의 실제 블로잉 페이즈 (blowing phase) 외부에서 간헐적으로 발생하는 가스는 먼지 분리 후 연도를 통해 대기로 배출된다. 이러한 목적을 수행하는 것은 먼지 분리기의 다운스트림에 위치한 스위칭 장치이며, 이는 시간을 기준으로 제어되거나 가스 조성에 의존하여 제어된다. 가스 흐름에서의 압력 서지 (surge)는 스위칭 장치, 컨버터 및 먼지 분리기의 업스트림에서의 폭연 발생에 의해 개시된 후, 먼지 분리기 또는 덕트의 업스트림 시스템내에서 먼지 축적물을 떼어내어 가스 흐름에서 소용돌이치게 할 수 있다. 이러한 "먼지 서지"는 한편으로는 먼지 분리기의 분리 성능을 손상시키고, 다른 한편으로는 폭연의 위험 증가를 수반한다.

그러나, 현재의 더욱 엄격한 환경 입법으로 인해, 단지 먼지 서지 및 폭연 발생의 위험이 최소화된 먼지 분리기를 사용하는 것은 이미 충분치 않다. 종래 기술, 특히 EP 0 252 371 A1에 기재된 관련 정전형 필터의 경우, 청정 가스의 먼지 함량과 관련된 현재의 법적 규제를 충족시키는 것은 거의 불가능한 지경이다. EP 0 252 371 A1에 기재된 정전형 필터의 또 다른 단점은 관형 흡입구 및 배출구의 3개의 원추형 부분이 실현하기가 기술적으로 곤란하고 비용이 많이 든다는 데에 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술과 비교하여 개선된 분리 효율을 지니고 적은 비용으로 제조될 수 있으면서, 종래 기술에 알려진 폭연에 대한 낮은 경향이 유지되는 정전형 먼지 분리기를 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은, 단일 원추형 부분의 형태로 하우징 직경의 80 내지 95% 이하로 벌어지는 관형 흡입구가 있고, 하우징 직경의 나머지 5 내지 20%를 차지하는 확장부가, 하우징 축에 대해 실질적으로 수직하게 배열되고 하우징 축에 대해 방사상 대칭적인 스텝 (step) 형태를 이루는 특징과, 원추형 부분에 배열되며 하우징 축에 대해 실질적으로 수직인 2개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트를 지니는 특징이 결합된 본 발명의 정전형 먼지 분리기에 의해 달성된다.

상기 특징들의 결합은 폭연을 일으키지 않으려는 경향을 유지시키는 것 뿐만 아니라 종래 기술에 따른 먼지 분리기와 비교하여 분리 효율을 증가시키는 것에도 의외로 성공적이다. 분리 효율의 증가는 이 경우 먼지 분리기의 횡단면에 걸쳐 대부분 더욱 고르게 생성되는 가스 속도 프로파일에 기초하며, 이로써 체류 시간 분포가 마찬가지로 더욱 고르게 생성된다. 이들 인자가 정전형 필터의 운전 작업에 영향을 미치지만, 단지 하나의 원추체와 스텝을 갖춘 본 발명에 따른 먼지 분리기의 간단한 구성으로 인해 더욱 간단하고 비용이 덜 드는 제조가 가능하다. 또한, 기존의 먼지 분리기를 매우 많은 비용을 들이지 않고 신속하게 본 발명에 따른 먼지 분리기로 개조시킬 수 있다.

가스 속도 분포의 추가 최적화에 기여하는 유리한 구체예에 따르면, 원통형 부분이 원추형 부분과 스텝 형태의 확장부 사이에 제공되며, 상기 원통형 부분의 높이 (h₁)는 하우징 직경 D의 5 내지 15%, 바람직하게는 약 10% 이다.

최적 가스 분포를 보장하기 위해, 원추형 부분의 높이 (h₂)가 하우징 직경에 대해 특정 크기 비를 이루는 것이 편리하다. 원추형 부분의 높이 (h₂)가 하우징 직경의 20 내지 40%인 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다.

3개 이상, 바람직하게는 정확히 3개의 천공된 가스 분배 플레이트가 관형 흡 입구의 원추형 부분에 제공되는 것이 또한 유리한 것으로 입증되었으며, 천공된 가스 분배 플레이트의 가스 투과도는 가스 흐름 방향으로 51 내지 47%에서 48 내지 44%로 증감한 후, 45 내지 41%로 증감한다.

또한, 천공된 가스 분배 플레이트의 위치 x₁ 내지 x₃는 하기 관계식을 따르며, x₁ 내지 x₃는 하우징 축을 따라 측정되고, 정확하게는 스텝 형태의 셋백 (setback)의 횡단면 평면, 즉, 스텝/원추체 전이부 또는 스텝/원통형 부분 전이부로부터 가스 흐름 방향과 반대 방향으로 측정된다:

x _1,2,3 = ξ_1,2,3 x h₂ + h₁

상기 식에서,

ξ₁ 은 0.18 내지 0.28 이고,

ξ₂ 는 0.45 내지 0.60 이고,

ξ₃ 는 0.76 내지 0.92 이다.

또 다른 유리한 구체예에 따르면, 하우징의 가스 배출면 상에, 하우징 직경의 80 내지 95% 이하를 차지하는 스텝 형태의 협소부 (narrowing)가 존재하며, 이러한 협소부는 하우징 축에 대해 실질적으로 수직이고 방사상 대칭적이다.

스텝 형태의 협소부에 이어 단일 부분으로 원추형으로 작아지는 부분이 위치하는 것이 또한 편리한데, 상기 원추형 부분에는 하우징 축에 대해 실질적으로 수직인 1개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트가 배열되고, 원추형 부분의 높이 (h₄)는 하우징 직경 D의 20 내지 40% 이다.

원추형 부분 및 스텝 형태의 협소부는 이러한 경우 함께, 본 발명에 따른 먼지 분리기의 관형 배출구를 형성한다.

이러한 경우, 스텝 형태의 협소부와 관형 배출구 사이에 원통형 부분이 유리하게 배열되며, 원통형 부분의 높이 (h₃)는 하우징 직경 D의 5 내지 15% 이다.

한 가지 바람직한 방식에 있어서, 3개의 천공된 가스 분배 플레이트가 관형 배출구의 원추형 부분에 제공되며, 상기 천공된 가스 분배 플레이트의 가스 투과도는 가스 흐름 방향으로 41 내지 45%에서 44 내지 48%로 증감한 후, 47 내지 51%로 증감한다.

본 발명에 따른 먼지 분리기의 한 가지 바람직한 구체예에 있어서, 관형 흡입구 및 배출구는 동일하지만 뒤집어진 거울 대칭 형태를 지닌다.

관형 흡입구 및 배출구와 관련하여 본원에서 특히 바람직한 것은, 각각의 경우 원추형 부분과 스텝 형태의 확장부 사이에 배열된 원통형 부분 및 각각의 원추형 부분에 배열된 3개의 천공된 가스 분배 플레이트이다.

관형 흡입구 및 배출구를, 유사하고 뒤집어진 거울 형태로 배열하는 사실 자체는 종래 기술에 명백히 공지되어 있지만, 본 발명에 따라 원추체, 스텝 형태의 확장부 및 천공된 가스 분배 플레이트를 결합하는 것은 공지된 사실이 아니다.

현재까지 정전형 필터의 분리 성능은 관형 배출구 전방에 있는 경로의 최종 부분에서 급격히 감소하였지만, 본 발명에 따른 관형 배출구의 형태는 가스 속도 분포를 이 영역에서의 횡단면에 걸쳐 더욱 고르게 하는 데 성공적이었고, 이로써 먼지 분리기의 전체 길이에 걸쳐 일정한 분리 성능을 달성하는 데 성공적이었다.

본 발명에 따른 먼지 분리기는 도 1 및 도 2에 도시된 전형적인 구체예를 기초로 하여 하기 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 천공된 가스 분배 플레이트를 지닌 관형 흡입구를 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 먼지 분리기를 도시한다.

도 1에는 본 발명에 따른 먼지 분리기용의 관형 흡입구 (1)와 함께 실질적으로 원통형인 하우징 (2) 및 중심 하우징 축 (3)이 개략적으로 도시되어 있다. 관형 흡입구 (1)는 먼지 분리기의 하우징 (2)의 직경 D의 약 90% 까지 단일 원추형 부분 (10)의 형태로 벌어지며, 원추형 부분 (10)의 높이 (h₂)는 하우징 직경 D의 약 35% 이다. 원추형 부분 (10) 다음에는 원통형 부분 (4)이 위치하며, 이의 높이 (h₁)는 하우징 직경 D의 약 5% 이다. 하우징 직경 D에 대한 직경의 나머지 10% 확장부는 스텝 형태의 방사상 대칭형 셋백 (5)의 형태를 취한다. 원추형 부분 (10)에 있어서, 천공된 가스 분배 플레이트 (6, 6', 6'')는 간격 x₁ 내지 x₃ 으로 배열되며, 간격 x₁ 내지 x₃ 은 스텝 형태의 셋백 (5)의 평면으로부터 측정된다. 가스 흐름의 방향은 화살표 (7)로 표시되어 있다.

도 2에는 관형 흡입구 (1), 하우징 (2) 및 관형 배출구 (9)를 갖춘 본 발명에 따른 먼지 분리기 (8)가 개략적으로 도시되어 있으며, 화살표 (7)는 역시 가스 흐름 방향을 나타낸다.

하우징 (2)에 존재하는 내부 부속품, 예를 들어 침전 및 스프레이용 전극, 스크레이핑 장치 등은 도면에 나타나 있지 않은데, 이는 이들 부속품이 본 발명에 있어서 필수적이지 않기 때문이다.

관형 흡입구 (1) 및 관형 배출구 (9)는 도 2에 동일하게 작도되어 있으므로, h₁ 은 h₃ 이고, h₂ 는 h₄ 이다. 또한, 관형 흡입구 및 배출구의 각각의 치수 x₁ 내지 x₃는 동일한 크기를 지닌다.

Claims (11)

1. 중심 하우징 축에 대하여 실질적으로 회전 대칭적인 하우징을 갖춘, 수평 가스 통류(throughflow)를 위한 정전형 먼지 분리기로서,

   단일 원추형 부분의 형태로 하우징 직경의 80 내지 95% 이하로 벌어지는 관형 흡입구가 있고, 하우징 직경의 나머지 5 내지 20%를 차지하는 확장부가, 하우징 축에 대해 실질적으로 수직하게 배열되고 하우징 축에 방사상 대칭적인 스텝 (step) 형태를 취하는 특징과,

   원추형 부분에 배열되며 하우징 축에 대해 실질적으로 수직인 2개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트를 지니는 특징이 결합되어 있음을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
2. 제 1항에 있어서, 원추형 부분과 스텝 형태의 확장부 사이에 원통형 부분이 제공됨을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
3. 제 2항에 있어서, 원통형 부분의 높이 (h₁)가 하우징 직경 D의 5 내지 15%임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 원추형 부분의 높이 (h₂)가 하우징 직경의 20 내지 40%임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 3개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트가 원추형 부분에 제공됨을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 3개의 천공된 가스 분배 플레이트가 관형 흡입구의 원추형 부분에 제공되고, 이러한 천공된 가스 분배 플레이트의 가스 투과도가 가스 흐름 방향으로 51 내지 47%에서 48 내지 44%로 증감한 후, 45 내지 41%로 증감함을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징의 가스 배출면 상에, 하우징 직경의 80 내지 95% 이하를 차지하는 스텝 형태의 협소부 (narrowing)가 위치하며, 이러한 협소부가 하우징 축에 대해 실질적으로 수직이고 방사상 대칭적임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
8. 제 7항에 있어서, 스텝 형태의 협소부에 이어 단일 부분으로 원추형으로 작아지는 부분이 위치하고, 2개 이상의 천공된 가스 분배 플레이트가 원추형 부분에 배열되고 이들 플레이트가 하우징 축에 대해 실질적으로 수직이며, 원추형 부분의 높이 (h₄)가 하우징 직경 D의 20 내지 40%임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
9. 제 8항에 있어서, 스텝 형태의 협소부와 관형 배출구 사이에 원통형 부분이 배열되고, 원통형 부분의 높이 (h₃)가 하우징 직경 D의 5 내지 15%임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
10. 제 7항에 있어서, 3개의 천공된 가스 분배 플레이트가 관형 배출구의 원추형 부분에 제공되어 있고, 천공된 가스 분배 플레이트의 가스 투과도가 가스 흐름 방향으로 41 내지 45%에서 44 내지 48%로 증감한 후, 47 내지 51%로 증감함을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.
11. 제 3항에 있어서, 원통형 부분의 높이 (h₁)가 하우징 직경 D의 약 10%임을 특징으로 하는 정전형 먼지 분리기.

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