KR101011411B1

KR101011411B1 - 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백및 그 제조 방법, 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치

Info

Publication number: KR101011411B1
Application number: KR1020080128357A
Authority: KR
Inventors: 박영옥; 이충중; 최호경
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2011-01-28
Also published as: KR20100069822A

Abstract

본 발명은 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법, 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치에 관한 것으로, 그 목적은 1,000℃ 이내의 고온조건에 적용되는 기존의 세라믹 캔들 필터를 초고온용 일체형 실리카 섬유필터로 대체하므로서 기존 세라믹 캔들 필터 대비 여과면적을 3∼5배 증대시킬 수 있는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법 그리고 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 원통형상 타공구조의 내부코어와; 내부코어를 감싸는 1,200 ℃의 내열성을 가지는 초고온용 실리카 섬유와; 실리카 섬유가 감긴 내부코어 상부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 상부가 개방된 상부캡과; 실리카 섬유가 감긴 내부코어 하부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 하부가 밀폐된 하부캡;이 일체로 형성된 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법, 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치를 특징으로 한다.

섬유, 집진필터, 석탄가스화, 복합발전시스템, 실리카 섬유, 구리용융법

Description

구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법, 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치{One-touch silica filter bag by copper powder melting method and its manufacturing method, dust collecting apparatus for reduction of dust loading using thereof}

본 발명은 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법과 이를 사용한 먼지부하저감형 집진장치에 관한 것으로, 자세하게는 주름필터 백의 상부 캡과 하부 캡에 실리카 섬유와 원통형 타공판 스텐레스 내부코어 간을 고온 고압조건에서도 기밀유지가 탁월한 구리분말을 고주파 가열로로 용융한 후 냉각하여 영구적인 결합방법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백과 그 제조방법 및 이를 사용한 집진장치에 관한 것이다.

필터 백( Filter bag)은 집진장치내에서 더스트(Dust)와 가스(Gas)가 혼합된 유체를 더스트(Dust)와 가스(Gas)로 분리하여 더스트(Dust)는 농축되어 집진기 하부로 방출되고 가스(Gas)는 다음공정으로 이송되거나 굴뚝을 통하여 대기로 방출된다. 이러한 필터백은 철강,시멘트 등 분체를 사용하는 모든산업과 소각로 화력발전 등 연소 후의 후공정에 필수적인 제품이다.

필터백(Filter bag)은 분리여과할 유체의 온도 화학조성등에 따라서 다양한소재와 형태로 제작된다. 고온의 유체(Dust and Gas)를 여과하려면 여과재의 내열성, 제품은 내구성이 보장되어야 한다.

현재 사용되고 있는 초고온용(1000℃) 필터 백(Filter Bag)은 세라믹 필터(filter)가 유일하나 강도가 약하고 일반필터(직물 부직포 재질)에 비해 10배이상의 동력부하가 발생하며 또한 생산공정이 복잡하고 열처리시간이 길어서 단가 또한 매우 비싸다.

고온의 유체(Dust and Gas)를 여과하면 열에너지를 재활용 할 수 있어 경제적인 이익이 매우 크다. 하지만 세라믹 필터는 고가이며, 유지관리가 힘들고, 에너지비용이 크고 또한 내구성이 떨어져서 연구목적이나 특수용도에 일부 사용되고 있다.

한편, 종래의 석탄가스화 복합발전시스템의 배가스의 온도는 400∼500℃, 압력은 10∼20 기압, 배출먼지의 농도는 10,000∼20,000 mg/m³의 범위이고, 가압유동층 복합화력발전 시스템의 배가스의 온도는 750∼900℃, 압력은 6∼10 기압으로 배가스는 정제하여 가스터빈으로 유입시키고 있다. 현재는 배가스를 정제하기 위해서는 일차적으로 싸이크론에서 큰 먼지입자를 제거한 후, 세라믹 필터를 이용하여 이차 집진을 하고 있다.

하지만 상기와 같은 종래의 장치는 집진장치에 클레이 접착 실리카 카바이드 캔들 세라믹 캔들 필터(clay bonded silica carbide ceramic candle filter)를 적용하여 운전하므로 인해, 세라믹 캔들 클러스터(Ceramic candle cluster)에서 필터(filter)와 필터(filter) 사이에 애쉬(ash)가 부착된 가교형성으로 인해 국부적인 가열 형상이 발생되어 도 7과 같이 필터(filter)가 파손되고 있다는 문제점과,

또한 종래 세라믹 캔들 필터(Ceramic candle filter)의 자체 무게가 무거워 도 8에서 보는 바와 같이 필터 목부분이 파손되고 있다는 문제점과,

또한 도 9와 같이 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter)의 재질 특성상 필터(filter)의 규격을 직경 60mm, 길이 1,500mm 정도로 제작해야하는 한계가 있어 필터(filter)의 단위면적이 극히 좁다는 문제점과,

또한 세라믹 캔들 필터(Ceramic candle filter)를 이용하여 대유량의 고온 배가스를 처리 하기위해서는 많은 개수의 필터(filter)가 필요하고 많은 개수의 필터(filter)를 탈진조작하기 위해서는 도 10과 같이 필터 클러스터(filter cluster) 형태로 제작하여야 하기 때문에 집진장치의 규모가 엄청 커져 설비비 뿐만 아니라 필터(filter) 비용도 많이 소요되는 문제점이 있다.

하지만 상기와 같은 문제점에도 불구하고 이를 해결할 방법이 없어서 현재까지 적용, 운전되고 있다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같은 제철공장의 신개념의 제철공정(FINEX process)에서는 유동화로에서 배출되는 배가스의 온도는 600℃, 압력은 3 기압이며 배출되는 철분진(fine ore)의 농도는 20,000 mg/m³으로 배가스 중에 일산화탄소가 36%, 이산화탄소가 23% 함유되어 있으며, 배출되는 철분진을 회수하기 위해 현재는 습식인 세정식 집진장치(scrubber)를 이용하고 있다.

또한 환원로에서 배출되는 배가스도 유동화로에서 배출되는 배가스 조건과 같으며 여기에서도 배출되는 철분진을 회수하기 위해 습식인 세정식 집진장치를 설치하여 활용하고 있다. 세정식 집진장치에서 정제된 배가스는 발전소의 연소용 공기로 활용하고 있다.

이와 같이 배가스를 습식인 세정식 집진장치로 활용하여 배가스를 정제하므로 인해, 3기압의 600℃의 배가스가 세정식 집진장치를 통과하면서 1기압 20℃로 냉각된 조건으로 발전소에서 연소용 공기로 활용하고 있다.

3기압의 600℃의 청정 배가스를 활용하는 조건과 비교해 보면, 배가스 처리용량이 300,000m³/hr 인 경우 176,716,000 kJ/hr의 에너지를 낭비하고 있고, 약 5.4 ton/hr의 탄소를 소비하며, CO₂로 환산하면 약 19.8 ton-CO₂/hr를 발생시키고 있다. 3기압 600℃의 청정 배가스를 활용하면 1기압 20℃의 청정 배가스를 활용하는 조건에 비해 천연가스로 환산하면 약 3,272kg/hr(발열량 54 kJ/g)의 절감효과에 해당된다.

또한 세정식 집진장치에서 배가스중에 함유된 철분진을 회수하기 위해 많은 량이 세정액을 분사시켜야 하고, 이에 따라 폐수처리 설비가 필수적으로 가동되어야 한다. 이에 따라 대용량이 공업용수가 필수적으로 필요로 한다.

또한 세정액으로 회수한 철분진을 재사용하기 위해서는 철분진에 함유된 수분을 제거하기 위해 건조공정이 부가적으로 필요하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 1,000℃ 이내의 고온조건에 적용되는 기존의 세라믹 캔들 필터를 초고온용 일체형 실리카 섬유필터로 대체하므로서 기존 세라믹 캔들 필터 대비 여과면적을 3∼5배 증대시킬 수 있는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 동일한 유량의 고온고압배가스 처리장치에서 기존의 세라믹 캔들 필터 대비 1/3∼1/5로 축소시킬 수 있는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 급격한 온도변화에 의한 온도변화에 애쉬 브리지(ash bridge)에 의한 세라믹 캔들 필터의 파손과 자체무게에 의한 목부분 파손 등과 같은 사고가 원천적으로 발생되지 않는 특성을 갖는 구조의 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 필터(Filter) 표면에 포집된 먼지층을 털어 내기 위해서 기존의 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter)가 클러스터(cluster) 탈진방식의 구조를 일렬로 설치하여 1개의 탈진용 압축공기 분사관(pulse manifold pipe)으로 여러개의 초고온용 일체형 실리카섬유 필터의 표면에 포집된 먼지층으로 효율적으로 동시에 털어낼 수 있는 구조가 단순하고 규모가 작은 장치구조가 가능한 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 제철공장의 신개념의 제철공정(FINEX process의 유동화로에서 배출되는 배가스 온도 800℃, 압력은 3 기압, 철분진(fine ore)의 농도 20,000 mg/m³이며 진밀도가 3.3g/cm³의 배가스 중에 함유된 철분진을 고효율로 회수하고 먼지부하저감을 최소화하여 필터수명 연장과 효율상승을 유도하기 위한 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백이 설치된 하이브리형 집진장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 제철공장의 신개념의 제철공정(FINEX process의 유동화로에서 배출되는 철분진을 회수하기 위해 현재 사용중인 습식인 세정식 집진장치(scrubber)를 대체하여 에너지절약과 동시에 온실가스 배출저감 효과 극대화화 할수 있는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백이 설치된 하이브리형 집진장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 원통형상 타공구조의 내부코어와;

내부코어를 감싸는 1,200 ℃의 내열성을 가지는 초고온용 실리카 섬유와;

실리카 섬유가 감긴 내부코어 상부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 상부가 개방된 상부캡과;

실리카 섬유가 감긴 내부코어 하부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 하부가 밀폐된 하부캡;이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 제공함으로써 달성된다.

상기 상부 캡은 탈진용 압축공기 유입시 외부공기를 유도하도록 벤추리 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 상부 캡은 끝단부 외경 형상이 설치될 타공판의 내경보다 크게 형성되어 설치와 제거가 한번의 동작에 의해 이루어 지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 내부코어는 SUS 316L 재질의 스텐레스 타공판을 원통형태로 형성하되,두께는 0.8mm 내지 2.0mm를 가지며 직경은 130mm 내지 200mm이며 길이는 500mm 내지 2,000mm이며 타공율은 60∼80%를 갖도록 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 실리카 섬유는 실리카 직물 또는 니들 펀칭된 실리카 부직포를 사용하 되, 내굴곡성과 내마모성 및 형태 안정성을 보강하기 위해 내부코어와 일체형으로 밀착 제작된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 실리카 섬유 중 실리카 직물은 5매 주자직 형태로 800g/m²의 중량을 가진것을 사용하되, 섬유를 구성하는 원사는 40~100데니어인 것을 사용하고, 원사를 구성하는 필라먼트는 800데니아~1,200 데니어인 것을 사용하고,
상기 니들 펀칭된 실리카 부직포는 섬도가 2~5데니어, 섬유길이는 4mm~7mm, 중량은 600 ~ 700g/m², 두께는 2.0~3.0mm, 보강기포는 2,500~3,500데니어인 것을 사용하고, 조직은 16 가닥 필라멘트 x 16 가닥 필라멘트/inch ~ 19 가닥 필라멘트 x 19 가닥 필라멘트/inch인 것을 특징으로 한다.

삭제

상부캡과 하부캡의 재질은 SUS 316L로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 실리카 섬유는 내부 코어 외부에 실리카 직포 또는 부직포를 목표로 하는 여과성능에 따라 1회 내지 10회 감고, 감는 끝부분은 실리카재용 실을 사용하여 마무리한 것을 특징으로 한다.

상기 구리용융법은 상부 및 하부 캡과 실리카 섬유가 감긴 내부코어 간에 구리분말을 넣고 고주파가열장치로 구리를 용융 후 냉각시켜 서로간의 경계를 결합시키는 방법을 특징으로 한다.

또한 본 발명은,

(A) 원통형상 타공구조의 내부 코어를 제작하는 단계;

(B) 내부 코어에 1,200 ℃의 내열성을 가지는 초고온용 실리카 섬유재를 감는 단계;

(C) 실리카 섬유재를 감은 내부 코어와 상부 캡 및 하부 캡을 구리분말을 용융후 냉각시켜 일체화접착하는 단계;로 이루어져 상기 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 제조하는 방법을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 (A) 단계는 재질은 SUS 316L, 두께는 0.8~2mm, 타공률은 60~80%인 타공판을 사용하여 직경 130~200mm이고, 길이 500~2000mm를 가지는 원형형상으로 만드는 단계인 것을 특징으로 한다.

상기 (B) 단계는 내부코어 둘레에 실리카 직물 또는 실리카 부직포 중 어느 하나의 실리카 섬유를 사용하여 목표로 하는 여과성능에 따라 1회 내지 10회를 감고, 감는 끝 부분은 실리카재용 실을 사용하여 마무리 하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 실리카 섬유 중 실리카 직물은 5매 주자직 형태로 800g/m²의 중량을 가진것을 사용하되, 섬유를 구성하는 원사는 40~100데니어인 것을 사용하고, 원사를 구성하는 필라먼트는 800데니아~1,200 데니어인 것을 사용하고,

상기 니들 펀칭된 실리카 부직포는 섬도가 2~5데니어, 섬유길이는 4mm~7mm, 중량은 600 ~ 700g/m², 두께는 2.0~3.0mm, 보강기포는 2,500~3,500데니어인 것을 사용하고, 조직은 16 가닥 필라멘트 x 16 가닥 필라멘트/inch ~ 19 가닥 필라멘트 x 19 가닥 필라멘트/inch인 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 (C)단계는 하부캡과 상부캡을 실리카 섬유가 감겨진 내부코어와 일체화 하기 위해 고주파 가열로를 1,100∼1,200℃로 유도 가열하여, 상부 및 하부 캡에 넣은 구리를 녹인 후 냉각시켜 일체화함으로써 하부캡, 상부캡 및 실리카 섬유가 감겨진 내부코어가 내열온도 1000℃에서 사용되도록 하는 단계인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 하부로 고온가스가 접선방향으로 유입되는 가스유입구를 가진 사이클론 형상의 하부 저장조와, 하부 저장조 상부에 위치하여 타공판에 다수개의 필터 백이 설치된 집진챔버와, 타공판 상부에서 필터 백의 표면 및 필터 백의 상부캡으로 탈진용 압축공기를 배출시키는 탈진용 압축공기 분사관 및 이 분사관에 다수개 형성된 분사노즐과, 하나 이상의 분사관으로 탈진용 압축공기를 공급하도록 외부에 설치된 탈진용 압축공기 저장조와 공기 유입량을 조절하는 솔레노이드밸브와, 탈진된 청정공기가 배출되도록 타공판 상부를 지나 집진챔버 일측에 형성된 가스배출구를 포함하여 구성된 먼지부하저감형 집진장치에 있어서,

상기 필터 백은 상기에 기재된 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백이 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 사용한 먼지부하저감형 집진장치를 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 1,000℃ 이내의 고온조건에 적용되는 기존의 ceramic candle filter(직경 60mm 길이 1,500mm)를 초고온용 일체형 실리카 섬유필터(직경 156mm, 길이 2,000mm)로 대체하므로서 기존 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter) 대비 여과면적을 3∼5배 증대 가능하다는 장점과,

또한 동일한 유량의 고온고압배가스 처리에서 장치의 기존의 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter) 대비 1/3∼1/5로 축소 가능하다는 장점과,

또한 급격한 온도변화에 의한 온도변화에 애쉬 브리지(ash bridge)에 의한 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter)의 파손과 자체무게에 의한 목부분 파손 등과 같은 사고 등 원천적으로 제거된다는 장점과,

또한 필터(Filter) 표면에 포집된 먼지층을 털어 내기 위해서 기존의 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter)의 클러스터(cluster) 탈진방식의 구조를 일렬로 설치하여 1개의 탈진용 압축공기 분사관(pulse manifold pipe)으로 여러개의 초고온용 일체형 실리카섬유 필터의 표면에 포집된 먼지층으로 효율적으로 동시에 털어낼 수 있는 구조가 단순하고 규모가 작은 장치 구조가 가능하다는 장점과,

또한 제철공장의 신개념의 제철공정(FINEX process)의 유동화로에서 배출되는 배가스 온도 800℃, 압력은 3 기압, 철분진(fine ore)의 농도 20,000 mg/m³이며 진밀도가 3.3g/cm³의 배가스 중에 함유된 철분진을 고효율로 회수하기 위해 초고온용 일체형 실리카 섬유필터를 하이브리형 건식 집진장치에 적용하므로서 먼지부하저감을 최소화하고 필터수명 연장이 가능하여 효율상승이 가능하다는 장점과.

또한 제철공장의 신개념의 제철공정(FINEX process)의 유동화로에서 배출되는 철분진을 회수하기 위해 현재 사용중인 습식인 세정식 집진장치(scrubber)를 초고온용 실리카 섬유필터 백이 적용된 하이브리형 건식 집진장치로 대체하므로서 에너지절약과 동시에 온실가스 배출저감 효과 극대화가 가능하다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 내부 코어 제작 단계를 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제 조단계에 따른 내부 코어에 여과재를 감는 제작 단계를 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 하부 캡과 여과재를 감은 내부 코어를 구리분말을 사용하여 접착하는 제작 단계를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 상부 캡과 여과재를 감은 내부 코어를 구리분말을 사용하여 접착하는 제작 단계를 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 하부 캡과 상부캡을 구리분말을 사용하여 접착후 냉각하는 제작 단계를 보인 예시도이다.

도시된 도 1 내지 도 5의 제작 단계를 거친 본 발명 구리용융법을 이용한 초고온용 실리카 섬유 필터 백(10)의 구성을 살펴보면 상부캡(9)은 벤츄리 기능을 갖으며 상부가 개방되게 구성되고, 여과부분은 실리카 섬유가 1회 내지 10회 감긴 실리카 섬유(3)를 구비하고, 그 실리카 섬유(3)의 형상을 스텐레스 타공판(1)을 이용하여 원통형상(4)으로 형성한 내부 코어(2)로 유지하며, 하부는 재질이 스테레스 강인 하부 캡(5)과 밀폐된 원통 형상으로 이루어진다.

또한 실리카 섬유 필터 백(10)의 여과부분은 실리카 섬유(3)를 원통형상(4)으로 유지하기 위해 그 내부는 스텐레스 타공판(1)을 원통형태의 구조로 형성한 내부코어(2)로 구성하고,
하부에는 재질이 스테레스 강인 하부 캡(5), 상부는 벤추리(venturi) 기능을 갖으며 상부가 개방된 상부캡(9)을 포함하는 구성을 갖는다.

또한 하부 캡(5)과 원통형 타공판 스텐레스 내부 코어(2)와 실리카 섬유(3)와의 결합, 그리고 상부 캡(9)과 원통형 타공판 스텐레스 내부 코어(2)와 실리카 섬유(3)와의 결합은 고온 고압조건에서도 기밀유지가 탁월한 구리분말(6)을 고주파 가열로(7)에서 1,100∼1,200℃로 유도 가열되어 액체상태의 구리(8)로 융융한 후 냉각시켜 서로 영구적으로 결합된 구성을 가진다.

상기 상부 캡(cap)은 벤추리 기능을 갖고 타공판에 설치와 제거시 한번의 동작에 의해 이루어진다. 그 이유는 상부캡의 끝단부 외경 형상이 내부코어 외경 및 설치될 타공판의 내경보다 크게 형성도록 구성되어, 타공판에 설치시 구멍보다 크기 때문에 상부에서 하부방향으로 끼우면 걸리게 된다.

상기 내부코어의 재질은 SUS 316L 스텐레스 타공판을 사용한다.

특히 타공판형 내부 코어(core)는 재질이 SUS 316L로서 두께는 0.8mm 내지 2.0mm를 가지며 직경은 130mm 내지 200mm이며 길이는 500mm 내지 2,000mm이며 타공율은 60∼80%를 갖는 것을 사용한다. 이와 같이 수치 구간을 한정한 이유는 이러한 수치 구간을 만족할 때 본 발명 따른 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 기능이 원활이 유지되기 때문이다.

상기 실리카 섬유(3)는 1,200 ℃까지 운용될 수 있는 초고온용 실리카 직물(포) 또는 니들 펀칭(needle puching)된 부직포 여재를 사용한다. 이와 같은 온도를 견딜 수 있어야만 초고온에서 견딜수 있을 뿐만 아니라 구리를 사용하여 용융접착시 견딜 수 있기 때문이다. 또한 실리카 섬유(3)는 내굴곡성과 내마모성 및 형태 안정성을 보강하기 위해 타공판형 내부 코어와 일체형으로 밀착하여 제작한다.

상기 실리카 섬유(3)는 5매 주자직 형태로 800g/m²의 중량을 가진것을 사용하되, 섬유를 구성하는 원사는 40~100데니어인 것을 사용하고, 원사를 구성하는 필라먼트는 800데니아~1,200 데니어인 직물(포)을 적용하거나,
섬도가 2~5데니어, 섬유길이는 4mm~7mm, 중량은 600 ~ 700g/m², 두께는 2.0~3.0mm, 보강기포는 2,500~3,500데니어인 것을 사용하고, 조직은 16 x 16/inch ~ 19 x 19/inch인 부직포를 적용한다.
보충적으로 설명하면,
상기 주자직은 날실과 씨실의 교점인 조직점이 규칙적으로 성기게 산재하여 연속되지 않도록 건너 뛰어 직조하는 방식으로, 5매 주자직은 주자의 飛數를 2뜀 또는 3뜀 방식으로 직조하는 방식이다. 먼지입자 포집용 필터의 백의 직조는 5매 주자직만을 사용한다.
상기 조직이 16x16/inch ∼ 19 x 19/inch 란 의미는 필터 백 원단을 직조할 때 inch당 가로 16가닥의 필타멘트와 세로 16가닥의 필라멘트로 구성하여 직조하는 방식으로 마찬가지로 19 x 19/inch도 필터 백 원단을 직조할 때 inch당 가로 19가닥의 필타멘트와 세로 19가닥의 필라멘트로 구성하여 직조하는 방식을 말한다. 이와 같은 표현은 본원 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 표현이다.
상기 보강기포(scrim)란 필터 백 원단을 부직포 형태로 직조하기 위한 격자망 모양의 망을 말하는 것으로, 보강기포의 상부에 섬유층을 일정한 두께로 균일하게 덮은 상태에서 상부에서 여러개의 바늘로 고속으로 바느질(needle punching)하여 부직포 형상의 필터 백 원단을 제조하게 된다.
상기에서 섬유의 원사는 섬유를 구성하는 가는 실모양의 섬유를 의미하고, 필라멘트는 가능 실모양이 섬유 원사를 여러가닥으로 합쳐서 꼬인 상태의 실가닥을 의미한다.

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상기와 같이 수치 조건을 한정한 이유는 이와 같은 수치 조건을 만족시에만 본원 발명의 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백이 집진과 같은 기능을 원활히 수행하기 때문이다.

또한 본 발명에서는 순수한 실리카만 사용한다.

또한 타공판형 내부 코어 외부에 감기는 실리카 직포 또는 부직포는 목표로하는 여과성능을 조건에 따라 맞추기 위해 종이 지관에 휴지를 감듯이 1회 내지 10회를 감으며, 감은 끝부분은 실리카재용 실로 바느질하여 풀어지지 않도록 마무리한다.

상기 실리카 섬유(3), 상부 캡(cap과), 하부 캡(cap) 및 타공판형 내부 코어(core)와의 접착은 내충격성이 강하고, 탈진과정에서 파손에 의한 접착력 상실을 없애기 위해 구리분말의 녹는점 1,030℃을 유지하는 고주파가열로 장치를 이용하여 완벽하게 접착되어 운전온도 1,000℃에서 사용하도록 구성한다.

상기 필터 백 상부캡의 재질은 SUS 316L이고, 그 형상은 표준형 벤추리 형상이며, 탈진용 압축공기 유입시 외부공기를 유도하는 기능을 갖도록 한 형태로 이루어진다. 또한 필터백 상부와 타공판 내부 코어(core) 상부 기밀을 유지하도록 결합한다.

상기 필터 백의 형상유지는 타공율이 60∼80% 이상인 SUS 316L 타공판을 원통형상으로 하여 외부에 초고온용 실리카 직포 또는 부직포를 입자상물질을 함유한 고온의 배가스의 통과시 압력저항을 견디는 범위에서 외부 필터층을 만든다.

상기 필터 백의 하부캡은 막힌 형태로 SUS 316L로서 마모방지와 필터백 하부와 타공판 내부 코어(core) 하부 기밀을 유지하도록 결합한다.

상기와 같이 구성된 초고온용 실리카 섬유 필터 백은 먼지부하저감형 집진장치에 사용하게 되는데 이러한 건식 장치는 종래와 같은 습식 세정장치가 필요치 않아 신개념의 제철공정(FINEX process의 유동화로에서 배출되는 배가스 온도 800℃, 압력은 3 기압, 철분진(fine ore)의 농도 20,000 mg/m³이며 진밀도가 3.3g/cm³의 배가스 중에 함유된 철분진을 고효율로 회수하고 먼지부하저감을 최소화하여 필터수명 연장과 효율이 상승하게 된다.

이하 본 발명 초고온용 실리카 섬유 필터 백(10)의 제조방법을 설명한다.

본 발명 초고온용 실리카 섬유 필터 백(10)의 제조방법은,

(A) 원통형상 타공구조의 내부 코어를 제작하는 단계;

(B) 내부 코어에 실리카 섬유재를 감는 단계;

(C) 실리카 섬유를 감은 내부 코어와 상부 캡 및 하부 캡을 구리분말을 용융후 냉각시켜 일체화접착하는 단계;로 이루어진다.

상기 원통형상 타공구조의 내부 코어를 제작하는 (A)단계는 도 1에 도시된 바와 같이 재질은 SUS 316L이며, 두께는 0.8~2mm, 타공률은 60~80%인 타공판을 사용하여 직경은 130~200mm이고, 길이는 500~2000mm가 되도록 원형형상으로 만드는 단계이다. 이러한 재질과 수치 조건을 한정한 이유는 이러한 수치 조건을 만족할 때 본원 발명의 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백이 집진과 같은 기능을 원활히 수행하기 때문이다.

상기 내부 코어에 실리카 섬유를 감는 (B)단계는 도 2에 도시된 바와 같이 내부코어 둘레에 여과재인 실리카 직물 또는 실리카 부직포를 감는 것으로, 목표로 하는 여과성능에 따라 여과재를 1회 내지 10회를 감는다. 또한 끝 부분은 실리카재용 실로 바느질하여 마무리함으로써 하여 풀어지지 않도록 한다.

여기에 사용되는 직물 또는 부직포의 재질을 살펴보면, 아래 표와 같은 재질을 가진다.

<표 - 여과재 재질 >

상기 실리카 섬유를 감은 내부 코어와 상부 캡 및 하부 캡을 구리분말을 용융 후 냉각시켜 일체화 접착하는 (C)단계는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 하부캡과 상부캡을 여과재가 감겨진 내부코어와 일체화하는 단계로 본원발명에서 가장 중요한 부분이다. 그 이유는 종래에는 1000℃의 내열 온도를 가진 접착제로 세라믹계의 접착제가 있는데 내충격성이 약해서 탈진과정에서 쉽게 깨지거나 접착력을 상실한다는 문제점이 있었지만 본원 발명은 구리를 용융하여 접착하는 일체화 단계에 의해 해결하였기 때문이다. 즉, 필터 백(Filter bag)은 사용시 주기적으로 압축공기를 사용하여 탈진(Cleaning)하는 과정이 있는데, 실리카 섬유는 내열성은 뛰어나나 내굴곡성, 내마모성이 화학섬유에 비해 매우 약하고 직물이나 부직포 제조 후에도 형태 안정성이 취약하므로, 본원발명은 제조시 필터 케이지(Filter Cage)인 내부코어와 여과재가 일체형으로 제작되도록 하였고 또한 여과재는 탈진과정에서 형태의 변형이 없도록 케이지인 내부코어와 밀착되어 제작하였다.

본 발명에서 사용하는 실리카 섬유의 내열성은 1200℃로 매우 높은 것을 사 용하는데 그 이유는 Cu(구리분말)의 녹는점이 1030℃인 점을 착안하였기 때문으로, 고주파 용해 유도가열 장치를 이용하여 특수열판인 고주파 가열로를 제작하고 구리를 상부 및 하부 캡에 넣은 다음 전원을 켜 녹인 후 전원을 끄면 바로 수 분안에 냉각되어 고체상태로 굳어진다. 결국 실리카 섬유가 감긴 내부코어, 상하부캡이 완벽하게 접착되어 내열온도 1000℃에서 사용 할 수 있게 된다.

상기와 같은 단계에 따라 제조된 본 발명의 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 장치한 먼지부하저감형 집진장치에서의 공정 동작을 설명한다.

도 6 은 본 발명에 따른 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백이 설치된 먼지부하저감형 집진장치 구조도인데, 도시된 바와 같이 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백이 설치된 집진장치로, 그 구조는 하부로 고온가스가 접선방향으로 유입되는 가스유입구를 가진 사이클론 형상의 하부 저장조와, 하부 저장조 상부에 위치하여 타공판에 다수개의 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백이 설치된 집진챔버와, 타공판 상부에서 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백의 표면 및 초고온용 일체형 실리카 섬유필터 백의 상부캡으로 탈진용 압축공기를 배출시키는 탈진용 압축공기 분사관 및 이 분사관에 다수개 형성된 분사노즐과, 하나 이상의 분사관으로 탈진용 압축공기를 공급하도록 외부에 설치된 탈진용 압축공기 저장조와 공기 유입량을 조절하는 솔레노이드밸브와, 탈진된 청정공기가 배출되도록 타공판 상부를 지나 집진챔버 일측에 형성된 가스배출구를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 집진장치 하부로 고온가스가 유입되어 고온가스 중 함유된 먼지입자는 유입부에 장치된 사이클론 형상의 하부 저장조의 원심력에 의해 1차적으로 제거된다.

이후 하강하지 않고 상승된 고온가스는 본 발명 실리카 섬유필터 백 표면에서 미세철입자까지 완전히 포집 제거 되고,

이후 실리카 섬유 필터 백 표면에 포집된 철입자는 실리카 섬유 필터 백 상부에서 압축공기의 분사에 털어져 장치의 하부 저장조로 하강 저장된다.

이후 실리카 섬유 필터 백을 통과하면서 철입자가 완전히 제거된 고온용 청정가스는 실리카 섬유 필터 백 상부로 배출된다.

이때 실리카 섬유 필터 백 상부의 탈진용 압축공기 분사노즐에서 분사된 압축공기가 실리카 필터 백의 상부캡으로 유입되면서 벤츄리(venturi) 효과에 의해 외부의 공기를 유도하여 동시에 유입시킴으로써 실리카 섬유 필터 백 내부로 하강하여 탈진효과를 상승시키게 된다.

또한 상기 실리카 섬유 필터 백의 상부를 이루는 상부캡은 한번의 동작에 의해 상기 실리카 섬유 필터 백을 타공망에 설치와 제거가 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 내부 코어 제작 단계를 보인 예시도이고,

도 2는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 내부 코어에 여과재를 감는 제작 단계를 보인 예시도이고,

도 3은 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 하부 캡과 여과재를 감은 내부 코어를 구리분말을 사용하여 접착하는 제작 단계를 보인 예시도이고,

도 4는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 상부 캡과 여과재를 감은 내부 코어를 구리분말을 사용하여 접착하는 제작 단계를 보인 예시도이고,

도 5는 본 발명의 초고온용 실리카 섬유 필터 백 제조단계에 따른 하부 캡과 상부캡을 구리분말을 사용하여 접착후 냉각하는 제작 단계를 보인 예시도이고,

도 6 은 본 발명에 따른 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백이 설치된 먼지부하저감형 집진장치 구조도이고,

도 7은 종래 장치내에서 애쉬 브리징(ash bridging)에 의해 파손된 세라믹 캔들 필터(ceramic candle filter)를 보인 사진이고,

도 8은 종래 세라믹 캔들 필터(Ceramic candle filter)의 자체무게에 의해 목부분이 균열 및 파손된 형상을 보인 사진이고,

도 9는 종래 상용제품의 세라믹 캔들(ceramic candle) 사진이고,

도 10은 종래 세라믹 캔들 필터 클러스터 필터(Ceramic candle filter clusters. filter)의 형상을 보인 사진이고,

도 11은 신 개념의 제절공정(FINEX process)도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 스텐레스 타공판 (2) : 내부 코어

(3) : 실리카 섬유 (4) : 원통형상

(5) : 하부 캡 (6) : 구리분말

(7) : 고주파 가열로 (8) : 액체상태의 구리

(9) : 상부 캡 (10) : 초고온용 실리카 섬유 필터 백

Claims

원통형상 타공구조의 내부코어와;

내부코어를 감싸는 1,200 ℃의 내열성을 가지는 초고온용 실리카 섬유와;

실리카 섬유가 감긴 내부코어 상부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 상부가 개방된 상부캡과;

실리카 섬유가 감긴 내부코어 하부와 접촉하는 부분이 기밀을 유지토록 구리용융법으로 접착되고, 하부가 밀폐된 하부캡;이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 상부 캡은 탈진용 압축공기 유입시 외부공기를 유도하도록 벤추리 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 상부 캡은 끝단부 외경 형상이 설치될 타공판의 내경보다 크게 형성되어 설치와 제거가 한번의 동작에 의해 이루어 지도록 구성된 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 내부코어는 SUS 316L 재질의 스텐레스 타공판을 원통형태로 형성하되,두께는 0.8mm 내지 2.0mm를 가지며 직경은 130mm 내지 200mm이며 길이는 500mm 내지 2,000mm이며 타공율은 60∼80%를 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 실리카 섬유는 실리카 직물 또는 니들 펀칭된 실리카 부직포를 사용하되, 내굴곡성과 내마모성 및 형태 안정성을 보강하기 위해 내부코어와 일체형으로 밀착 제작된 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
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청구항 5에 있어서,

상기 실리카 섬유 중 실리카 직물은 5매 주자직 형태로 800g/m²의 중량을 가진것을 사용하되, 섬유를 구성하는 원사는 40~100 데니어인 것을 사용하고, 원사를 구성하는 필라먼트는 800데니아~1,200 데니어인 것을 사용하고,

상기 니들 펀칭된 실리카 부직포는 섬도가 2~5데니어, 섬유길이는 4mm~7mm, 중량은 600 ~ 700g/m², 두께는 2.0~3.0mm, 보강기포는 2,500~3,500데니어인 것을 사용하고, 조직은 16 가닥 필라멘트 x 16 가닥 필라멘트/inch ~ 19 가닥 필라멘트 x 19 가닥 필라멘트/inch인 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상부캡과 하부캡의 재질은 SUS 316L로 구성한 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 실리카 섬유는 내부 코어 외부에 실리카 직포 또는 부직포를 목표로 하는 여과성능에 따라 1회 내지 10회 감고, 감은 끝부분은 실리카재용 실로 바느질하여 풀어지지 않도록 마무리한 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
청구항 1에 있어서,

상기 구리용융법은 상부 및 하부 캡과 실리카 섬유가 감긴 내부코아 간에 구리분말을 넣고 고주파가열장치로 구리를 용융 후 냉각시켜 서로간의 경계를 결합시키는 방법을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백.
(A) 원통형상 타공구조의 내부 코어를 제작하는 단계;

(B) 내부 코어에 1,200 ℃의 내열성을 가지는 초고온용 실리카 섬유재를 감는 단계;

(C) 실리카 섬유재를 감은 내부 코어와 상부 캡 및 하부 캡을 구리분말을 용융후 냉각시켜 일체화접착하는 단계;로 이루어져 상기 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 중 어느 한항에 따른 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 제조하는 방법을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 (A) 단계는 재질은 SUS 316L, 두께는 0.8~2mm, 타공률은 60~80%인 타공판을 사용하여 직경 130~200mm이고, 길이 500~2000mm를 가지는 원형형상으로 만드는 단계인 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 (B) 단계는 내부코어 둘레에 실리카 직물 또는 실리카 부직포 중 어느 하나의 실리카 섬유를 사용하여 목표로 하는 여과성능에 따라 1회 내지 10회를 감고, 감은 끝 부분은 실리카재용 실로 바느질하여 풀어지지 않도록 마무리하는 단계인 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법.
청구항 13에 있어서,

상기 실리카 섬유 중 실리카 직물은 5매 주자직 형태로 800g/m²의 중량을 가진것을 사용하되, 섬유를 구성하는 원사는 40~100데니어인 것을 사용하고, 원사를 구성하는 필라먼트는 800데니아~1,200 데니어인 것을 사용하고,

상기 니들 펀칭된 실리카 부직포는 섬도가 2~5데니어, 섬유길이는 4mm~7mm, 중량은 600 ~ 700g/m², 두께는 2.0~3.0mm, 보강기포는 2,500~3,500데니어인 것을 사용하고, 조직은 16 가닥 필라멘트 x 16 가닥 필라멘트/inch ~ 19 가닥 필라멘트 x 19 가닥 필라멘트/inch인 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 (C)단계는 하부캡과 상부캡을 실리카 섬유가 감겨진 내부코어와 일체화 하기 위해 고주파 가열로를 1,100∼1,200℃로 유도 가열하여, 상부 및 하부 캡에 넣은 구리를 녹인 후 냉각시켜 일체화함으로써 하부캡, 상부캡 및 실리카 섬유가 감겨진 내부코어가 내열온도 1000℃에서 사용되도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 구리용융법을 이용한 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백의 제조 방법.
하부로 고온가스가 접선방향으로 유입되는 가스유입구를 가진 사이클론 형상의 하부 저장조와, 하부 저장조 상부에 위치하여 타공판에 다수개의 필터 백이 설치된 집진챔버와, 타공판 상부에서 필터 백의 표면 및 필터 백의 상부캡으로 탈진용 압축공기를 배출시키는 탈진용 압축공기 분사관 및 이 분사관에 다수개 형성된 분사노즐과, 하나 이상의 분사관으로 탈진용 압축공기를 공급하도록 외부에 설치된 탈진용 압축공기 저장조와 공기 유입량을 조절하는 솔레노이드밸브와, 탈진된 청정공기가 배출되도록 타공판 상부를 지나 집진챔버 일측에 형성된 가스배출구를 포함하여 구성된 먼지부하저감형 집진장치에 있어서,

상기 필터 백은 상기 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 중 어느 한항에 따른 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백이 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 초고온용 일체형 실리카 섬유 필터 백을 사용한 먼지부하저감형 집진장치.