KR100761445B1

KR100761445B1 - 모듈화된 하이브리드 집진장치

Info

Publication number: KR100761445B1
Application number: KR1020060037575A
Authority: KR
Inventors: 박현설; 임경수; 김상도; 최호경
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-10-04
Also published as: DE112007000871B4; US20100018173A1; WO2007142406A1; DE112007000871T5; CN101426560A; US7850750B2; CN101426560B

Abstract

본 발명은 다양한 산업공정에서 발생하는 분진을 처리하기 위한 모듈화된 하이브리드 집진장치에 관한 것으로서, 관성충돌 및 원심력 집진원리가 접목된 박스형 1차 집진부와 집진필터로 구성된 박스형 2차 집진부가 접목된 하이브리드 집진장치로 기존 원통형 하이브리드 여과 집진 장치의 단점인 탈진장치 적용의 문제점과 처리용량의 한계를 극복할 수 있는 박스형의 하이브리드 집진 장치 및 이를 기본 모듈로 하여 다수의 집진기 모듈을 조합한 대용량의 모듈화된 하이브리드 집진장치에 관한 것이다.

집진장치, 하이브리드 집진, 가상 관성충돌, 원심력집진, 집진필터

Description

모듈화된 하이브리드 집진장치{A Modularized Hybrid Dust Collector}

도 1은 기본형 하이브리드 집진장치의 외형도 및 투시도이고,

도 2는 기본형 하이브리드 집진장치의 내부 구조도이고,

도 3는 기본형 하이브리드 집진장치에서 1차 집진부가 원통형인 것의 외형도 및 내부 구조도이고,

도 4는 기본형 하이브리드 집진장치의 박스형 1차 집진부의 외형도이고,

도 5은 박스형 1차 집진부를 구성하는 외부 박스 및 슬릿이 있는 외부 원통 구조물의 외형도이고,

도 6은 박스형 1차 집진부의 집진원리에 대한 개념도이고,

도 7은 원통형 1차 집진부의 외형도이고,

도 8은 집진필터와 충격기류 방식 탈진장치의 배치도이고,

도 9는 격자구조물이 설치된 1차 집진부 내부 원통의 외형도이고,

도 10은 격자구조물이 설치된 1차 집진부 내부 원통의 평면도이고,

도 11은 가스흐름 방해판이 설치된 1차 집진부 내부 원통의 외형도이고,

도 12는 가스흐름 방해판이 설치된 1차 집진부 내부 원통의 평면도이고,

도 13은 경사면이 다수의 블레이드로 구성된 1차 집진부 내부 원통의 외형도이고,

도 14는 다양한 함진가스 유입구 배치형태를 갖는 하이브리드 집진기 모듈의 평면도이고,

도 15는 기본형 하이브리드 집진기 모듈을 1열로 조합하여 다양한 배치 및 크기를 갖는 대용량 집진장치의 평면도이고,

도 16은 기본형 하이브리드 집진기 모듈을 2열로 조합하여 다양한 배치 및 크기를 갖는 대용량 집진장치의 평면도이고,

도 17은 8개의 기본형 하이브리드 집진기 모듈이 2열로 조합되어 구성된 대용량 집진장치의 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유입구 2 : 박스형 1차 집진부

3 : 분진 저장조 4 : 분진 배출관

5 : 2차 집진부 6 : 탈진용 압축공기 저장용기

7 : 격막식 솔레노이드 밸브 8 : 압축공기 분사관

9 : 압축공기 분사노즐 10 : 집진필터

11 : 집진필터 고정판 12 : 배출구

17 : 격자 구조물 18 : 슬릿

19 : 분진 미끄럼판 20 : 원통형 1차 집진부

21 : 분진 저장조 28 : 가스흐름 방해판

30 : 블레이드 31 : 하이브리드 집진기 모듈

일반적인 집진기술로는 관성충돌, 중력침강, 습식세정, 원심력집진, 전기집진, 그리고 여과집진이 있으며, 본 발명은 관성충돌과 원심력집진, 그리고 여과집진 기술이 복합된 하이브리드 집진기술에 해당된다.

이 분야의 종래 기술을 찾아보면, 함진 와류형성 유동방식 집진장치(특허 10-0096843-0000/1996.03.12)", "집진기(특허10-0034978-0000/1990.08.09)", "고효율 일체형 원심여과집진장치(특허10-0242228-0000/1999.11.09)" 등이 있는데, 상기 선행기술은 모두 기본 몸체가 원통형 단면을 가지고 있어 가스 처리용량의 한계가 있으며, 집진필터의 배치 및 탈진장치를 구성하는데 있어 문제점을 안고 있다. 또한 상기 기술은 공통적으로 유입되는 처리가스의 원심력을 이용한 집진과 집진필터를 이용한 여과집진 기술을 접목하였으나, 여과집진부로 유입되는 처리가스의 유동장이 균일한 분포를 이루어지지 않아, 여과집진 성능을 저하시킨다는 단점을 가지 고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1차 집진부의 구조를 기존의 원통형 하이브리드 집진장치에 적용된 원심력 집진기술 외에 가상 관성충돌(virtual impaction)에 의한 집진기술을 추가 적용하여 구성하되, 구체적으로는 이형 싸이클론의 외벽에 슬릿을 설치하여, 접선방식으로 유입된 처리가스 중 관성이 매우 큰 분진입자는 싸이클론 외벽을 따라 돌다가 슬릿을 통과하여 외부 박스 벽면에 부딪혀 제거되며, 관성이 보다 작은 입자는 이형 싸이클론에서 제거할 수 있는 묘듈화된 하이브리드 집진장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 하이브리드 집진장치를 기본 모듈로 하고, 다수의 집진기 모듈을 조합하여 처리용량의 한계를 극복할 수 있는 모듈화된 하이브리드 집진장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다수의 집진원리를 복합적으로 적용하여 처리가스 중 분진을 고효율로 제거하는 집진장치에 있어서, 유입구를 통해 들어온 처리 가스 내의 분진이 관성충돌과 원심력 집진에 의해 제거되는 박스형의 1차 집진부와; 상기 1차 집진부의 한 변에 접하는 방향으로 유입되어 대부분이 제거된 처리 가스 내 분진이, 완전히 제거된 상태의 가스로 배출구를 통해 대기로 배출되도록 집진필터가 설치되는 정사각형 단면의 박스형 2차 집진부와; 상기 박스형 1차 집진부에서 제거된 분진과, 집진필터에 부착 제거되어 주기적인 탈진 조작에 의해 집진필터 표면으로부터 탈리된 분진이 저장되는 분진 저장조와; 상기 분진 저장조에 저장된 분진을 배출하는 분진 배출관; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

본 발명에서 제안된 모듈화된 하이브리드 집진 장치는 수직방향으로 상단에는 탈진장치, 중간단은 집진필터가 설치된 박스형 2차 집진부(5), 하단은 가상 관성충돌(virtual impaction) 및 원심 집진 원리가 접목된 박스형 1차 집진부(2), 그리고 마지막 단은 분진 저장조(3) 및 분진 배출관(4)으로 구성된다.

하단의 박스형 1차 집진부(2)는 가상 관성충돌판(virtual impactor)과 이형 싸이클론(modified cyclone)이 접목된 형태의 것으로 관성충돌 및 원심력 집진에 분진이 처리된다. 가상 관성충돌에 의해 분진이 제거될 수 있도록 이형 싸이클론의 외벽에 가상 관성충돌판의 역할을 하는 슬릿(18)을 설치하여 , 접선방식으로 유입된 처리가스 중 관성이 매우 큰 분진입자는 싸이클론 외벽을 따라 돌다가 슬릿(18)을 통과하여 외부 박스 벽면에 부딪혀 제거되도록 하였다. 또한 박스형 1차 집진부(2)의 이형 싸이클론 내부 원통(16)은 처리가스의 소용돌이 흐름을 정류할 수 있도록 구조가 되어있다.

중단단의 2차 집진부(5)는 집진필터(10)에 의해 분진이 완전히 제거되는 곳 이며, 정사각형 단면의 박스 형태이다. 상단의 충격기류탈진장치 또는 진동식, 역기류방식 탈진장치가 설치되어 있으며, 배출구(12)와 연결된다.

본 발명에서는 고안된 대용량 하이브리드 집진장치는 상기 하이브리드 집진장치를 기본 모듈로 하고, 다수의 집진기 모듈을 조합하여 처리한계를 무한히 확대할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이를 달성하기 위해서 기본 하이브리드 집진기 모듈의 외형이 정사각형 단면을 갖는 박스 형태를 취해야 한다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 기본형 하이브리드 집진장치를 보여주고 있다.

도 1에서처럼 본 발명의 기본형 하이브리드 집진장치는 함진 가스가 유입구(1)를 통해 들어오면, 관성충돌과 원심력 집진에 의해 분진을 제거하는 박스형 1차 집진부(2)에서 대부분의 분진을 제거하고, 박스형태의 2차 집진부(5)인 집진필터(10)를 통해 나머지 분진을 완전히 제거한 후, 청정가스를 배출구(12)를 통해 대기 중으로 배출한다.

박스형 1차 집진부(2)는 외부 박스(34) 내부에 슬릿(18)을 갖는 외부 원통(14)과; 격자 구조물(17)을 갖는 내부 원통(16)과, 원뿔 외통(15)으로 구성되어 있다. 박스형 1차 집진부(2)와 집진필터(10)에서 제거된 분진은 분진 저장조(3)와 분진 배출관(4)을 통해 수거된다.

집진필터(10)는 집진필터 고정판(11)에 설치되며, 집진필터(10)에 부착된 분 진은 주기적인 탈진조작을 하여 분진 저장조(3)에 보내진다. 집진필터(10)의 탈진조작은 다양한 방식이 적용될 수 있으나, 도 1에서는 압축공기와 격막식 솔레노이드 밸브(7)를 이용한 충격기류 방식 탈진장치를 나타내었다. 충격기류 탈진장치는 탈진용 압축공기 저장용기(6)와, 격막식 솔레노이드 밸브(7)와, 압축공기 분사관(8)과, 압축공기 분사노즐(9)로 구성된다.

탈진 조작에 의해 집진필터(10) 표면에서 탈리된 분진은 분진 저장조(3)와 분진 배출관(4)을 통해 배출 수거되며, 박스형 1차 집진부(2) 상단의 모서리 부분에는 탈리된 분진이 쌓이지 않고 내부 원통(16)으로 흘러들 수 있도록 분진 미끄럼판(19)이 설치된다.

도 2는 박스형 1차 집진부(2)가 적용된 기본형 하이브리드 집진장치의 내부 구조를 보다 상세히 보여주고 있다. 박스형 1차 집진부(2)는 가상 관성충돌판(virtual impactor)과 이형 싸이클론(modified cyclone)이 접목된 형태로 구성되는데, 이형 싸이클론의 역할은 외부 원통(14)과 내부 원통(16)가 조합을 이루어 담당하게 되고, 외부 원통(14)의 슬릿(18)은 가상 관성충돌판의 역할을 하고; 1차 집진부의 외부 박스(34)가 슬릿을 통과한 분진을 제거 및 수거하는 역할을 한다.

외부 원통(14)에는 1차 집진부의 박스와 접하는 부분에 4개의 슬릿(18)이 뚫려 있으며, 원뿔 외통(15)의 하단(26)은 분진 배출관(4)에서 수직방향으로 일정 간격으로 떨어져 있어 분진 저장조(3) 안쪽 벽면을 따라 분진이 자연스럽게 흘러내려 분진 배출관(4)을 통해 수거되도록 되어있다.

박스형 1차 집진부(2)는 유입 가스가 오로지 내부 원통(16)을 통해서만 2차 집진부(5)로 유입되는 구조로 되어 있으며, 1차 집진부 내부 원통(16)의 격자 구조물(17)은 내부 원통(16)을 통과하는 소용돌이 흐름을 균일하게 분산시켜 2차 집진부(5)로 유입되도록 한다.

도 3은 원통형 1차 집진부(20)를 갖는 하이브리드 집진장치의 외형 및 내부 구조를 보여주고 있다. 박스형 1차 집진부(2)와 분진 저장조(3) 대신에 원통형 1차 집진부(20)와 원뿔 외통형 분진 저장조(21)가 설치된 구조를 갖는다. 원통형 1차 집진부(20) 내부에 설치된 내부 원통(16)은 박스형 1차 집진부(2)와 동일하다.

도 4는 내부 원통(16)을 제외한 박스형 1차 집진부(2)와 분진 저장조(3)를 별도로 나타낸 것이다. 외부 원통(14) 슬릿(18)의 높이는 외부 원통(14)의 높이와 동일하게 되어 있다.

도 5는 내부 원통(16)을 제외한 박스형 1차 집진부(2)로부터 슬릿(18)이 있는 외부 원통(14)과 원뿔 외통(15)을 분리하여 나타낸 것이다. 슬릿(18)은 외부 원통(14)과 1차 집진부의 외부 박스(34)가 접하는 4개의 지점에 위치한다.

도 6은 내부 원통(16)을 제외한 박스형 1차 집진부(2)의 평면도와 박스형 1차 집진부에서의 분진 입자의 제거 원리를 나타낸 것이다. 유입 가스의 방향(22)은 외부 원통(14)의 면에 접하고 있다. 유입가스 내의 초기 위치가 벽면 가까이에 위치한 관성이 매우 큰 분진 입자의 경우에는 관성력에 의해 슬릿(18)을 통과하는 궤적(23)을 갖으며, 박스형 1차 집진부의 외부 박스(34)에 부딪혀 제거되며; 초기 위치가 벽면으로부터 떨어져 있는 보다 관성이 적은 분진 입자는 슬릿으로 빠져나가 지는 못하지만 원심력에 의해 외부 원통(14) 벽면에 충돌하여 제거되는 궤적(24)을 따르며; 관성이 매우 작은 입자의 경우에만 유입가스의 선회 유동을 따르는 궤적(25)을 갖는다. 외부 원통(14) 벽면에 충돌하여 제거되는 분진은 원뿔 외통의 하단(26)까지 선회하다가 분진 저장조(3)와 분진 배출관(4)을 통해 배출 수거되며; 슬릿(18)을 통과해 박스형 1차 집진부의 외부 박스(34)에 충돌 제거된 분진은 분진 저장조(3) 벽면을 따라 흘러내려 분진 배출관(4)을 통해 배출된다.

도 7은 내부 원통(16)을 제외한 원통형 1차 집진부의 외부 원통(35)과 원뿔 외통 분진 저장조(21)를 나타낸 것이다.

도 8은 집진필터 고정판(11)과; 집진필터(10)와; 탈진용 압축공기 저장용기(6)와; 격막식 솔레노이드 밸브(7)와; 압축공기 분사관(8)과; 압축공기 분사노즐(9)을 별도로 나타낸 것이다.

도 9는 격자 구조물(17)이 설치된 내부 원통(16)의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다. 격자 구조물(17)은 강한 선회류를 형성하며 내부 원통(16)을 통과하는 처리가스의 균일한 유동장 형성을 위해 설치된 것이다.

도 10은 격자 구조물(17)이 설치된 내부 원통(16)의 평면도를 나타낸 것으로 이때 단위 격자의 크기는 집진필터(10)의 직경보다 작다.

도 11은 가스 흐름 방해판(28)이 설치된 내부 원통(27)의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다. 가스 흐름 방해판(28)은 내부 원통(27)을 통과하는 처리가스의 선회류를 방해하려는 목적으로 설치되었다.

도 12는 가스 흐름 방해판(28)이 설치된 내부 원통(27)의 단면도를 보여주고 있다.

도 13은 경사면이 블레이드(30)로 이루어지고 격자 구조물(17)이 있는 내부 원통(29)을 보여주고 있다. 경사면은 블레이드(30)가 서로 일정한 면적이 겹치는 방식으로 구성되어 있어, 처리가스가 격자 구조물(17)과 내부 원통(29)을 거치지 않고 블레이드(30) 사이를 통과하여 2차 집진부(5)로 유입되는 가능성이 매우 낮고, 탈진 조작에 의해 집진필터(10)로부터 탈리되는 분진이 내부 원통(29) 뿐만 아니라 블레이드(30)사이로 빠져나갈 수 있다.

도 14는 처리가스의 유입구(1)를 다양한 위치에 배치한 단일 하이브리드 집진기 모듈의 단순화된 평면도를 나타낸다. 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31) 외에 반대방향으로 가스 유입구(1)가 2개 설치된 집진기 모듈(32)과 사각 단면의 각 변에 유입구가 총 4개 설치된 집진기 모듈(33)이 있다.

도 15는 다수의 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31)을 이용하여 일렬로 배열 조합한 대용량 집진장치의 단순화된 평면도를 보여주고 있다.

도 16은 다수의 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31)을 이용하여 2열로 배열 조합한 대용량 집진장치의 단순화된 평면도를 보여주고 있다. 대용량 집진장치는 처리가스의 유량에 따라 기본형 하이브리드 집진기 모듈의 수량을 조정하여 구성한다.

도 17은 8개의 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31)을 2열로 배열 조합한 대용량 집진장치의 구성 예를 보여주고 있다. 처리가스 유입구(1)의 위치 및 배출구(12)와 분진 배출관(4)의 구성은 현장 조건에 따라 조정한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 대부분의 분진을 집진필터의 전단에 설치한 1차 집진부에서 제거하고, 1차 집진부와 집진필터가 설치된 2차 집진부를 한 몸체로 조합하여 대부분의 분진을 1차 집진부에서 제거함으로써, 2차 집진부인 집진필터에 대한 분진부하가 대폭 저감됨으로 인해 집진필터의 수명을 크게 향상시키는 효과 및 3가지의 집진원리가 한 장치 안에 적용됨으로써 집진기 설치에 필요한 공간을 최소화하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기본 모듈이 되는 집진기 다수를 조합하여, 처리용량의 한계 없이 집진기 크기를 확대할 수 있음으로, 고성능 하이브리드 집진장치의 대형화가 가능하게 되어, 처리 가스유량이 대용량인 발전소, 시멘트 공장, 대형 소각장 및 보일러 등의 집진설비로서 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims

다수의 집진원리를 복합적으로 적용하여 처리가스 중 분진을 고효율로 제거하는 집진장치에 있어서,

유입구(1)를 통해 들어온 처리 가스 내의 분진이 관성충돌과 원심력 집진에 의해 제거되도록, 외부 박스(34)와, 다수개의 슬릿(18)이 벽면에 형성되는 외부 원통(14)과, 격자 구조물(17)이 결합되는 내부 원통(16)과, 상기 내부 원통(16)의 일측에 결합되는 원뿔 외통(15)으로 구성되되, 처리 가스가 상기 외부 박스(34)의 한 변과 외부 원통(14)에 접선방향으로 유입되어, 일부 분진은 가상의 관성충돌 기작에 의해 상기 외부 원통(14) 벽면의 슬릿(18)을 통과하여 상기 외부 박스(34)와 외부 원통(14) 사이의 공간에서 제거되고, 일부 분진은 상기 외부 원통(14)과 내부 원통(16)에 의한 원심력 집진에 의해 제거되는 박스형 1차 집진부(2)와;

상기 박스형 1차 집진부(2)의 한 변에 접하는 방향으로 유입되어 대부분이 제거된 처리 가스 내 분진이, 완전히 제거된 상태의 가스로 배출구(12)를 통해 대기로 배출되도록 집진필터(10)가 설치되는 정사각형 단면의 박스형 2차 집진부(5)와;

상기 박스형 1차 집진부(2)에서 제거된 분진과, 집진필터(10)에 부착 제거되어 주기적인 탈진 조작에 의해 집진필터(10) 표면으로부터 탈리된 분진이 저장되는 역 피라미드 구조의 분진 저장조(3)와;

상기 분진 저장조(3)에 저장된 분진을 배출하는 분진 배출관(4);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 집진필터(10)는 표면에 부착된 분진을 주기적으로 탈리시키기 위해 탈진용 압축공기 저장용기(6)와, 격막식 솔레노이드 밸브(7)와, 압축공기 분사관(8)과, 압축공기 분사노즐(9)로 구성된 충격기류 방식 탈진장치, 진동 방식 탈진장치, 역기류 방식 탈진 장치 중 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 박스형 1차 집진부(2)는 상단 모서리에 상기 집진필터(10)로부터 탈리된 분진이 쌓이지 않고 내부 원통(16)으로 흘러들어 갈수 있도록 분진 미끄럼판(19)이 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 박스형 1차 집진부(2)는 격자 구조물(17)이 설치된 내부 원통(16)을 가스 흐름 방해판(28)을 갖는 내부 원통(27)으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 박스형 1차 집진부(2)는 격자 구조물(17)이 설치된 내부 원통(16)을 블레이드(30)로 구성된 경사면과 격자 구조물(17)을 갖는 내부 원통(29)으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 박스형 1차 집진부(2)는 내부가 비어있는 외부 박스(34)와, 다수개의 슬릿(18)이 가스의 흐름 방향으로 일정한 폭과 높이를 가지며 상기 외부 박스(34)와 접하는 위치의 외주면에 관통 형성되는 외부 원통(14)과, 상기 외부 원통(14) 내부에 위치되는 내부 원통(16, 27, 29)으로 구성되되, 상기 외부 원통(14)의 일단과 결합하는 원뿔 외통(15)의 하단(26)이 상기 분진 저장조(3)와 분진 배출관(4)의 연결점 보다 높은 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 1항에 있어서,

상기 모듈화된 하이브리드 집진장치는 유입구가 1개인 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31)과, 유입구가 2개인 하이브리드 집진기 모듈(32)과, 유입구가 4개인 하이브리드 집진기 모듈(33) 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 7항에 있어서,

상기 기본형 하이브리드 집진기 모듈(31)은 복수개가 결합되어, 다수의 열을 형성하며 조합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
제 7항에 있어서,

상기 유입구가 2개인 하이브리드 집진기 모듈(32)은 복수개가 결합되어, 다수의 열을 형성하며 조합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 하이브리드 집진장치.
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