KR101044813B1 - 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 1차적으로 집진 처리된 배기가스의 미세 더스트와 수분을 최종적으로 집진한 후 스택으로 배출시키도록 구성된 통상의 배기가스 처리장치에 있어서, 상기 스택(100)의 하부에 연결되어 배기가스의 통로를 제공하도록 상하로 길게 형성된 본체(2)와, 배기가스의 흐름 방향에 수직하게 배치되도록 상기 본체(2)의 내부에 고정 설치되고 여러 개의 배기가스 통로(4a)가 관통 형성된 집진판(4)과, 상기 집진판(4)의 상부에 집진수를 공급하는 집진수 공급관(6)과, 상기 집진판(4)의 상부에 위치되어 배기가스의 흐름에 의해 회전되도록 상기 본체(2)의 내부에 장착되고 배기가스에 포함된 미세한 물방울을 타격하여 본체(2)의 벽면 쪽으로 이동시키는 여러 개의 날개(5a)를 갖는 집진베인(5)을 포함하고, 상기 집진판(4)은 뾰족한 원뿔 형상을 갖도록 형성되어 뾰족한 부위가 상부로 향하도록 배치되며, 상기 집진판(4)의 중앙 상부에 상기 집진수 공급관(6)에서 공급된 집진수를 받도록 형성된 원통 형상의 물받이통(4b)이 고정 설치됨으로써, 이에 의하면 미세한 더스트를 함유하는 배기가스가 스택을 통해 외부로 배출되기 전에 수막을 통과하면서 기액접촉에 의해 1차 집진되고 계속하여 원심력에 의해 2차 집진 처리됨으로써 미세분진의 배출량이 획기적으로 줄어드는 우수한 효과를 갖는다.

집진, 더스트, 수분, 배기가스

Description

더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치{Wet scrubbing apparatus of fine solids containing mist}

도1은 종래 기술에 따른 배기가스 처리장치를 갖는 석회 소성설비를 나타낸 전체 구성도;

도2는 도1의 요부 상세도;

도3은 본 발명에 따른 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치를 나타낸 개략 구성도;

도4는 도3의 요부 상세도;

도5는 본 발명의 요부인 집진판을 나타낸 상세 구성도;

도6은 본 발명의 요부인 집진베인을 나타낸 상세 구성도;

도7은 벤츄리 스크러버형 습식 세정기의 내부로 세정수를 공급하는 구성을 나타낸 평면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

2 : 본체 4 : 집진판

4a : 배기가스 통로 4b : 물받이통

5 : 집진베인 5a : 날개

6 : 집진수 공급관 100 : 스택

본 발명은 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차 세정설비를 거친 배기가스의 더스트와 수분을 스택에서 제거할 수 있도록 된 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철공정이나 쓰레기 또는 산업폐기물의 소각과정에서 발생되는 고온의 배기가스는 다량의 더스트를 함유하기 때문에, 여러 가지 형태의 집진장치를 통해 더스트가 상당량 제거된 상태로 대기로 배출되며, 주로 습식 세정에 의해 더스트를 제거하는 기술이 널리 알려져 있다.

특히, 최근에 더스트와 같은 환경 오염원의 대기 방출에 대한 규제 강화로 인하여, 배기가스 집진장치의 성능 확보는 매우 중요한 과제가 되고 있다.

현재까지 알려진 배기가스 처리를 위한 집진장치로는 사이클론과 스크루버를 이용한 것이며, 사이클론은 건식으로 배기가스를 처리하기 위한 장치로서 사이클론 내부로 배기가스를 유입시킨 후 원심력을 이용하여 더스트를 제거하는 구성을 가지며, 스크루버는 습식으로 배기가스를 처리하기 위한 장치로서 물이 분사되는 스크루버 내부로 배기가스를 유입시켜 더스트를 제거하는 구성을 갖는다.

통상적으로 산업설비에서 발생된 배기가스는 그 설비의 특성 및 배기가스의 종류와 재활용 가능성에 따라 그 처리 방법이 다르게 나타난다.

일례로서, 0∼80㎜ 범위의 광범위한 입도를 갖는 고체원료를 처리하는 석회 소성공장이나 시멘트 소성로 및 용광로의 경우, 배기가스의 온도가 매우 높고 배출량이 매우 많으며 원료로서 사용되는 광석의 입도가 불균일하여 더스트가 대량으로 발생되는 특징을 가지므로, 고온의 배기가스 중 80% 정도를 1차적으로 건식 집진 처리하도록 된 멀티 싸이크론과, 나머지 20% 정도를 2차적으로 습식 집진 처리하도록 된 벤츄리 스크러버 또는 비숍 스크러버를 모두 포함하는 형태의 혼합 방식의 집진 처리 방식을 채택하고 있다. 그럼에도 불구하고, 최근의 환경규제 강화로 인한 규제조건을 만족시킬 수 없는 기술적인 한계를 갖는 문제점이 있다.

특히, 석회 소성로나 용광로 또는 소각로와 같이 다량의 더스트를 함유하는 고온의 배기가스가 발생되는 공정에서, 배출되는 가스의 양은 대략 50000N㎥/hr 이상이며, 석회 소성로의 경우, 도1에 도시된 것처럼 흡기팬(13)을 통해 유입되어 생석회 냉각기(12)에서 냉각된 후 버너(11)를 통해 다시 가열되어 로터리킬른(10)을 통해 광석예열기(14)로 배기되는 대략 300℃의 고온 배기가스가 다중 싸이크론(15)을 통해 1차적으로 건식 집진되고, 벤츄리 스크러버형 습식 세정기(20)와 싸이크론형 분리기(30)를 통해 2차 집진 처리된 후에도 스택(100)으로 배출되는 더스트의 농도는 45∼100㎎/N㎥ 정도로 매우 높게 형성된다. 게다가 습식 세정 과정에서 과포화 상태로 배출되는 수분의 함량이 20∼25% 정도로 높게 형성되는바, 스택(100)을 통해 배출되는 과정에서 미스트에 부착된 미세 더스트가 미스트의 급냉 과정에서 백연 현상을 나타냄은 물론, 주변으로 낙하하여 환경을 오염시키는 문제점을 발생시킨다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제2003-17738호는 벤츄리 스크러버를 사용하는 집진시스템의 경우 다량의 집진수를 분사함에 의해 스택을 통해 대기로 배출되는 대기가스 중에 미세 더스트를 함유하는 다량의 미스트가 포함되는 문제를 해결하고자, 스택으로 배출되는 미스트를 처리할 수 있는 미스트 컬렉터 장치를 기반으로 한 배기가스 처리장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 대한민국 공개특허공보 제2003-17738호는 미스트의 포집을 위해 설치되는 금망의 경우 다량의 더스트 처리과정에서 금망에 부착물이 형성되는 바, 이는 압력 손실을 발생시켜 배기가스의 배출에 장애 요인으로 부각됨으로써 대량의 배기가스를 처리하는데 한계를 갖는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대량으로 발생되어 1차 세정설비를 거친 배기가스의 더스트와 수분을 스택에서 효과적으로 제거할 수 있도록 된 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 1차적으로 집진 처리된 배기가스의 미세 더스트와 수분을 최종적으로 집진한 후 스택으로 배출시키도록 구성된 통상의 배기가스 처리장치에 있어서, 상기 스택의 하부에 연결되어 배기가스의 통로를 제공하도록 상하로 길게 형성된 본체와, 배기가스의 흐름 방향에 수직하게 배치되도록 상기 본체의 내부에 고정 설치되고 여러 개의 배기가스 통로가 관통 형성된 집진판과, 상기 집진판의 상부에 집진수를 공급하는 집진수 공급관과, 상기 집진판의 상부에 위치되어 배기가스의 흐름에 의해 회전되도록 상기 본체의 내부에 장착되고 배기가스에 포함된 미세한 물방울을 타격하여 본체의 벽면 쪽으로 이동시키는 여러 개의 날개를 갖는 집진베인을 포함하고, 집진판은 뾰족한 원뿔 형상을 갖도록 형성되어 뾰족한 부위가 상부로 향하도록 배치되며, 상기 집진판의 중앙 상부에 상기 집진수 공급관에서 공급된 집진수를 받도록 형성된 원통 형상의 물받이통이 고정 설치됨을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도3은 본 발명에 따른 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치를 나타낸 개략 구성도이고, 도4는 도3의 요부 상세도로서, 고온 배기가스가 건식 및 습식 집진된 후 스택(100)으로 배출되기 전에 본 발명의 배기가스 처리장치(1)를 통과한다.

일례로서, 석회 소성로의 경우, 로터리킬른을 통해 광석예열기로 배기되는 대략 300℃의 고온 배기가스가 다중 싸이크론을 통해 1차적으로 건식 집진되고, 벤츄리 스크러버형 습식 세정기(20)에서 2차 집진 처리된 후, 스택(100)으로 배출되기 전에 본 발명의 배기가스 처리장치(1)를 거치게 된다.

본 발명의 장치(1)는 스택(100)에 비하여 더 큰 직경을 갖고 상하로 긴 길이를 갖는 중공 원통 형상의 본체(2)를 가지며, 상기 본체(2)의 일측 중앙 부위가 배 기가스 유입관(3)을 통해 상기 벤츄리 스크러버형 습식 세정기(20)와 연결됨으로써 습식 세정기(20)에서 배출된 배기가스가 본체(2)의 내부로 유입되고, 상기 본체(2)의 상단에 스택(100)이 연결 설치됨으로써 본체(2)로 유입된 배기가스가 스택(100)을 통해 외부로 배출된다.

상기 본체(2)의 내측에는 배기가스 유입관(3)이 설치된 부위보다 상부에 위치되고 그 본체(2)의 상, 하부를 차단하는 판재 형상을 갖는 집진판(4)이 고정 설치된다.

또한, 상기 본체(2)의 내측에는 상기 집진판(4)의 상부에 위치되어 그 집진판(4)을 통과한 후 스택(100)으로 배출되는 배기가스에 의해 동력을 제공받아 회전되도록 집진베인(5)이 설치된다.

그리고, 본 발명의 장치는 내부 구조가 유사한 2개의 본체(2)(2')가 서로 병렬로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 추가된 본체(2')의 하단 부위와 상단 부위는 주 본체(2)의 하단 부위 및 상단 부위에 각각 연결된 형태를 가짐으로써, 배기가스가 대량으로 발생될 때 본체(2)(2')를 모두 가동하여 배기가스를 분배하여 집진처리를 수행하는 구성을 갖는다.

특히, 본 발명은 집진판(4)을 통해 배출되는 배기가스의 유동속도가 너무 빠르면 충분한 기액접촉이 이루어지지 않아 집진 효율이 감소될 수 있으므로, 배기가스의 배출량이 많은 경우, 배기가스를 여러 개로 구비된 본체의 각각으로 분배하여 최적의 집진 효율이 유지될 수 있도록 하는 것이다.

도5는 본 발명의 요부인 집진판(4)을 나타낸 상세 구성도로서, 상기 집진판(4)은 대략 15°의 경사를 갖는 원뿔로 형성되어 뾰족한 부위가 상부로 향하도록 배치되며, 하단 가장자리와 본체(2)의 내측 표면과의 사이에 소정 거리(d)가 형성되도록 떨어진 구성을 갖는다.

상기 집진판(4)은 중앙 상단 부위에 원통 형상의 물받이통(4b)이 고정 설치되며, 그 물받이통(4b)의 상부에는 집진수를 공급하기 위한 집진수 공급관(6)이 설치된다. 또한, 상기 집진판(4)에는 물받이통(4b)의 외측에 위치된 부분에 일정 간격을 갖도록 떨어져 촘촘하게 배치된 여러 개의 배기가스 통로(4a)가 관통 형성된다.

도6은 본 발명의 요부인 집진베인(5)을 나타낸 상세 구성도로서, 상기 집진베인(5)은 여러 개의 날개(5a)를 가짐으로써 하부에서 상부로 흐르는 배기가스에 의해 회전되고, 그 회전에 의해 집진베인(5)을 통과한 배기가스에 원심력이 가해지는 구성을 갖는다.

도7은 벤츄리 스크러버형 습식 세정기(20)의 내부로 세정수를 공급하는 예를 나타낸 것으로서, 여러 개의 세정수 분사관(21)이 방사상으로 여러 개소에 설치되어 세정수를 분사함으로써 습식 집진을 수행하는 구성을 갖는다.

이러한 구성에 의하면, 벤츄리 스크러버형 습식 세정기(20)에서 집진된 후 배기가스 유입관(3)으로 배출되는 배기가스에 포함된 미세 더스트의 제거를 목표로 하며, 상기 배기가스 유입관(3)을 통해 본체(2)의 내부로 유입된 배기가스는 집진판(4)과 집진베인(5)을 순차적으로 통과하면서 집진 처리된 후 스택(100)을 통해 외부로 배출된다.

먼저, 배기가스가 집진판(4)을 통과하면서 집진되는 작용을 설명한다.

집진수 공급관(6)을 통해 물받이통(4b)에 집진수가 공급되면, 공급수는 물받이통(4b)에 채워진 후 그 물받이통(4b)에서 넘쳐 집진판(4)에 공급되며, 이렇게 공급된 집진수는 집진판(4)의 상부면을 따라 하부로 이동하면서 수막을 형성시킨다.

따라서, 집진판(4)의 배기가스 통로(4a)에 형성된 수막을 통과하여 상부로 이동하는 배기가스는 수막과 기액접촉되며, 이에 의해 배기가스에 포함된 미세 더스트가 집진수에 의해 포집되며, 이렇게 미세 더스트를 포집한 집진수는 집진수(4)의 가장자리와 본체(2)의 내측 사이에 형성된 공간을 통해 하부로 낙하된다.

여기에서, 상기 집진판(4)은 소정 두께를 갖는 철판을 사용하여 제작되고, 그 집진판(4)에 형성된 배기가스 통로(4a)는 대략 6㎜ 정도의 직경을 갖도록 관통 형성되어 약 10∼20% 정도의 기공율을 갖도록 한 것으로, 배기가스는 집진판(4)의 하부 표면에 일정 간격 떨어져 여러 개로 형성된 배기가스 통로(4a)를 통해 균일한 흐름 조건으로 상승하면서 기액접촉에 의한 포집이 수행된다.

다음에, 배기가스가 집진베인(5)을 통과하면서 집진되는 작용을 설명한다.

상기 집진판(4)을 통과하여 집진베인(5) 쪽으로 상승하는 배기가스에는 미세한 물방울이 과포화 상태로 존재하며, 또한 이 물방울의 표면에는 미세 더스트가 부착되어 있는바, 이러한 미세한 물방울이 집진베인(5)의 날개(5a)에 충돌하여 본체(2)의 벽면 쪽으로 뿌려지고, 이렇게 본체(2)의 벽면에 뿌려진 미세한 물방울이 서로 합쳐져 일정한 무게를 갖게 되면서 벽면을 따라 하강한다.

따라서, 미세한 물방울 및 그 물방울의 표면에 부착된 미세 더스트가 집진베 인(5)에 의해 포집되는 것이다.

한편, 본 발명의 집진시스템과 종래의 집진시스템을 1일 300톤의 생석회 생산설비에 적용하여 성능을 비교하였다.

여기에서, 사용된 생석회 생산설비는 석회석 또는 백운석을 원료로 사용하여 생석회 또는 경소백운석을 생산하는 로타리킬른형 석회소성로로서 조업조건은 다음과 같다.

기존의 석회소성로 배기가스처리설비는 다중싸이크론에서 1차 집진된 배기가스가 2차 벤츄리스크러버에서 주로 제진되고 다음으로 사이크론형 분리기를 통해 미세분진 및 수분을 분리한 후 굴뚝을 통해 대기로 방출된다. 대상 로타리킬른형 석회소성로는 10∼30㎜ 입도의 석회석을 원료로 사용하여 약 300톤/일의 생석회를 생산하는 경우 발생되는 가스량은 57000n㎥/hr으로서, 다중싸이크론의 운전온도는 220∼240℃이며, 벤츄리스크러버로 배기가스가 공급되는 온도는 240℃로서, 벤츄리스크러버에서 배기가스의 냉각 및 더스트의 제진기능을 주로 담당하게 된다. 이때 벤츄리스크러버의 출구덕트온도는 약 50℃이며, 굴뚝을 나가는 배기가스온도는 35℃이다. 그리고, 벤츄리스크러버의 입구압력은 870∼930㎜Aq이고 배출구는 50㎜Aq 으로 조업이 이루어졌다.

이 경우 굴뚝으로 나가는 분진의 농도는 약 40∼60㎜/N㎥으로 매우 높은 농도를 나타내었다.

본 발명에서는 이를 개선코자 도3 내지 도7에 도시된 것처럼 기존의 굴뚝 하단부 구조를 개조하여 집진효율을 높이기 위해 기액 접촉이 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 채택한 것으로서, 구멍크기 6㎜로 여러 개의 구멍을 뚤어 기공율이 13%인 다공판을 제작하여 설치하고 그 위로 세정용 집진수를 공급하였다.

본 발명의 집진구조는 벤츄리스크러버에서 이송되는 배기가스에 함유된 미세더스트 및 미세수분방울(미스트)을 분리제거하기 위한 것으로, 기존의 싸이크론 분리기와 달리 제진효율을 확보하기 위해서는 충분히 긴 체류시간을 필요로 한다. 따라서, 배기가스의 세정분리기내 속도(통상 0.5∼1.8m/sec)는 늦으면 늦을수록 유리하다. 그러나 실제 운전과정에서 운전조건에 따라 가스유량은 변동성을 가지는 바, 본 발명에서는 석회소성로 1일 생산량에 따라 가스발생량이 달라지는 것을 감안하여, 본체(2)(2')를 병렬로 설치하여 가스를 분배함으로써 배기가스의 체류시간을 장시간 유지시켜 집진능력을 향상시킬 수 있는 특징을 갖는다.

이와 같은 구조로 배기가스 처리장치를 설치하여 스택을 통해 배출되는 더스트의 농도를 측정한 결과, 20∼35㎎/N㎥, 수분은 5vol% 미만이었으며, 이는 기존의 배기가스 처리시스템을 적용한 경우에 나타나는 더스트 농도 50∼60㎎/N㎥와 수분농도 15∼20 vol%보다 개선됨을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치에 의하면, 미세한 더스트를 함유하는 배기가스가 스택을 통해 외부로 배출되기 전에 수막을 통과하면서 기액접촉에 의해 1차 집진되고 계속하여 원심력에 의해 2차 집진 처리됨으로써 미세분진의 배출량이 획기적으로 줄어드는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (2)

1차적으로 집진 처리된 배기가스의 미세 더스트와 수분을 최종적으로 집진한 후 스택으로 배출시키도록 구성된 통상의 배기가스 처리장치에 있어서,

상기 스택(100)의 하부에 연결되어 배기가스의 통로를 제공하도록 상하로 길게 형성된 본체(2)와, 배기가스의 흐름 방향에 수직하게 배치되도록 상기 본체(2)의 내부에 고정 설치되고 여러 개의 배기가스 통로(4a)가 관통 형성된 집진판(4)과, 상기 집진판(4)의 상부에 집진수를 공급하는 집진수 공급관(6)과, 상기 집진판(4)의 상부에 위치되어 배기가스의 흐름에 의해 회전되도록 상기 본체(2)의 내부에 장착되고 배기가스에 포함된 미세한 물방울을 타격하여 본체(2)의 벽면 쪽으로 이동시키는 여러 개의 날개(5a)를 갖는 집진베인(5)을 포함하고,

상기 집진판(4)은 뾰족한 원뿔 형상을 갖도록 형성되어 뾰족한 부위가 상부로 향하도록 배치되며, 상기 집진판(4)의 중앙 상부에 상기 집진수 공급관(6)에서 공급된 집진수를 받도록 형성된 원통 형상의 물받이통(4b)이 고정 설치됨을 특징으로 하는 더스트와 수분을 함유하는 배기가스 처리장치.

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