KR101172719B1 - 방사형 다중 세라믹필터 집진기 - Google Patents

방사형 다중 세라믹필터 집진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분진 배출이 원활한 습식 세라믹 필터 집진기에 관한 것이다. 개시발명은 상부면 및 외벽을 포함하는 본체 외부, 상부면 중앙에 개구된 가스 유입구, 가스 유입구에 연결되어 오염가스를 받아들이는 오염가스 중앙 유입관, 오염가스 중앙 유입관에서 방사형으로 분기되어 오염가스를 분기하는 다수의 오염가스 분기관, 오염가스 분기관을 통하여 분기된 오염가스를 받아들여 분진을 분리제거하는 세라믹필터를 포함하는 다수의 집진실, 각 집진실에서 분리된 분진이 쌓이는 중앙분진실 및 중앙분진실에 모인 분진을 배출하는 분진배출관을 포함한다. 또한, 각 집진실을 분리하는 차단판을 포함한다. 따라서, 각 분리되어 배치된 집진실의 여과 결과가 타 집진실에 영향을 주지 않아 효율적으로 분진을 여과할 수 있다.

Description

방사형 다중 세라믹필터 집진기{Radial Multi Ceramic Filter Collector}
본 발명은 세라믹 필터 집진기에 관한 것으로, 특히 오염가스를 다수의 집진실에 독립적으로 배분하고, 하나의 집진기에서 제거된 분진이 타 집진기에 영향을 주는 것을 감소시키는 기술에 관한 것이다.
석탄가스화복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)의 경우 발전의 결과로 다량의 분진이 발생한다. IGCC 가스 중의 분진은 가스터빈을 마모시키기 때문에 99.95% 이상의 정밀 집진, 즉 5μm 이상의 분진을 97% 이상 제거하도록 권장되고 있다. 또한, 청정 대기실 실현을 위하여 장차 미세입자상물질(EPA기준 PM2.5)를 제어하기 위해서는 세라믹필터만이 합리적인 대안으로 지목되고 있다. 그리고 IGCC와 같은 고효율 발전 기술에 있어서는 고온고압에서 집진을 수행함으로써 전체 시스템의 열효율을 향상시킬 수 있기 때문에 고온에서 작동할 수 있는 세라믹필터 집진기는 IGCC 공정에서 필수적이다.
종래의 필터집진기로 활용되고 있는 여과포(Filter Cloth) 집진기는 상업적 으로 다양하게 활용되고 있는 검증된 기술이다. 그러나 여과포는 통상적으로 150℃ 이하의 저온 배기가스에 적합한 것으로 온도에 따른 사용 범위가 제한적이고 분진처리 효율이 월등하지 못하여 차세대에 요구되는 정밀 여과기능에는 한계가 있다.
근래에는 고온고압 배기가스의 집진에 적합한 세라믹필터가 개발되고 있다. 세라믹을 소재로 하는 필터 중 실리콘카바이드(SiC), 알루미나/뮬리아트, 코디어라이트 등을 소재로 한 캔들필터는 500℃ 이상의 온도를 가진 배기가스에서 집진할 수 있는 고온 고압여과체로서 신화력발전 및 일반산업체의 고온 배기가스처리에 매우 유용한 소재로 알려져 있다.
이러한 세라믹 캔들필터는 다공질 소재로서 일단은 개방되고 다른 일단은 폐쇄된 튜브형태를 취하고 있으며 외벽에서 분진을 여과하고 내부의 공동으로 청정가스를 모은다. 즉 청정가스와 오염가스는 세라믹 필터가 설치되는 튜브시트에 의하여 분리되며, 필터가 고정될 수 있도록 튜브시트에 홈을 내어 이 뚫어진 공간에 필터를 끼워서 가스켓으로 오염부의 가스가 청정부로 누출되는 것을 방지한다.
다만 세라믹필터는 구조가 부적합한 경우 열 충격에 의하여 파손될 수 있고, 여과포에 비하여 상당한 중량을 가지므로 다량의 세라믹필터를 설치? 운영하는 데 특별한 설계와 기술이 요구된다.
산업용 대형집진기의 경우 설치되는 필터의 개수가 천 개 이상의 대량이기 때문에 단일 층에 천 개 이상 다량의 필터를 설치하려면 필터를 설치하는 튜브시트의 직경이 5m 이상이 요구되므로 재료나 기계적 강도 측면에서 어려움이 많다. 이 를 극복하기 위하여 수직으로 다단층 구조를 한 집진기가 제시되었는데, 이러한 다단층 구조는 한 집진기 내부에 튜브 시트를 2단 내지 3단으로 구성하고 각 튜브시트에는 수 십 개의 필터를 한 단위로 하는 수 개의 그룹을 이루게 하였다. 예를 들어 필터의 단위 그룹을 56개의 필터로 구성하고 한 층의 튜브시트에 8개의 그룹을 형성하면 집진기 한 층에 448개의 필터를 설치할 수 있고 이러한 층이 세 개면 전체적으로 1,300개 이상의 필터가 설치된다. 그러나, 이러한 다단층 구조의 경우 필터 세척시에 상부층이 필터에서 분리된 분진케이크가 집진기 하부로 떨어질 때 중간 및 하부 층에 설치된 필터에 대부분이 재부착하는 것이 큰 문제로 지적되어 왔다.
여과필터로 향하는 가스가 상부에서 떨어지는 분진의 낙하를 방해할 수 있고, 또한 하부로 떨어지는 분진케이크가 여과가 진행되는 필터의 각 방으로 진입하는 부작용이 있다. 또한, 필터가 외벽과 떨어져 있어 필터의 설치, 교체가 까다로운 불편함이 있고, 필터가 설치된 단위 그룹의 각 방이 분리되어 있지 않아 각 그룹에 문제가 발생한 경우 펄스 가스와 정제가스 흐름을 독립적으로 차단할 수 없는 문제가 있어 운전 중에 집진기의 동작을 전체적으로 중지시키게 되어 공정의 가동률을 저감시킴으로써 신뢰성을 낮추는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 집진기 중앙에 유입되는 오염가스를 각 집진실에 독립적으로 배분하고, 각 집진실에서 제거되는 분진이 타 집진실을 오염시키는 것을 방지하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부면 및 외벽을 포함하는 본체 외부, 상부면 중앙에 개구된 가스 유입구, 가스 유입구에 연결되어 오염가스를 받아들이는 오염가스 중앙 유입관, 오염가스 중앙 유입관에서 방사형으로 분기되어 상기 오염가스를 분기하는 다수의 오염가스 분기관, 오염가스 분기관을 통하여 분기된 오염가스를 받아들여 분진을 분리제거하는 세라믹필터를 포함하는 다수의 집진실, 각 집진실에서 분리된 분진이 쌓이는 중앙분진실 및 중앙분진실에 모인 분진을 배출하는 분진배출관을 포함하고, 각 집진실을 분리하는 차단판을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 방사형 오염가스 분기관이 각 집진실에 독립적으로 연결됨으로써 필터에 걸리는 집진부하를 균등하게 해줄 뿐만 아니라 필터의 집진부하를 최소화시킬 수 있고, 각 집진실을 차단판에 의하여 격리시킴으로써 상단 에서 떨어지는 분진이 하단의 필터에 유입되는 것을 막아주는 효과를 높이고 또한 오염가스가 각 집진부의 상단에서 유입되어 각 집진부의 분진뿐만 아니라 상단에서 떨어지는 분진도 아래로 향하는 낙하속도를 증가시키는 효과를 가짐으로써 집진기 운전에 많은 어려움을 겪는 집진기의 분진 배출문제를 해결하여 전체 공정의 가동률을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 필터가 집진기의 외벽으로 설치되게 함으로써 필터의 설치 및 교체가 편리하다. 그리고 각 집진실에서 생산되는 청정가스실이 분리되어 있고 청정가스 배출밸브와 역세정가스 분사밸브를 갖추고 있기 때문에 필터 파손 또는 시스템의 이상으로 분진누출이 발생할 경우 해당되는 집진실을 선택적으로 관리할 수 있기 때문에 시스템의 신뢰도를 크게 향상시키는 효과를 가진다.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 내부구성을 보여주는 종단면구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 세라믹 필터 집진기는 상부면 (10)및 외벽(20)을 포함하는 본체 외부, 가스 유입구(30), 오염가스 중앙 유입 관(40), 오염가스 분기관(50), 집진실(60), 중앙분진실(70) 및 분진배출관(80)을 포함한다.
분진 가스는 집진기의 상부면에 있는 가스 유입구(30)에서 유입되어 다수의 필터가 설치된 각 집진실(60)로 독립적으로 유입된다. 각 집진실(60)에서 분리된 분진은 집진기(60)의 하부에 모여서 중앙분진실(70)을 통하여 분진배출관(80)으로 배출된다. 본 발명의 일실시예로서 바람직하게는 필터에 부착된 분진을 털어내어 필터를 세정하기 위한 역세정가스를 집진실에 주기적으로 주입할 수 있다. 상기 집진실은 집진기의 외벽(20) 부근에 설치되어 외부에서 직접 간편하게 필터의 설치 및 교체를 할 수 있도록 구성할 수 있다.
이하의 도 2 내지 도 4는 집진기의 집진과정에 따라 집진기를 상부, 중앙부 및 하부로 구분하여 본 발명의 집진기를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 상부 종단면 및 횡단면도이다. 도 2를 참조하면, 집진기의 상부는 가스 유입구(30), 오염가스 중앙 유입관(40), 다수의 오염가스 분기관(50), 필터(65)를 포함하는 다수의 집진실(60)을 포함한다.
분진이 다량 함유된 고온고압의 오염가스는 상기 가스 유입구(30)를 통하여 상기 오염가스 중앙 유입관(40)으로 유입된다. 상기 오염가스 분기관(50)은 오염가스 중앙 유입관(40)에서 방사형으로 분기된다. 상기 집진실(60)은 필터(65)를 포함하고, 오염가스 분기관(50)과 연결되어 유입 오염가스를 필터링한다. 필 터(65)는 세라믹필터를 사용할 수 있고, 캔들형 단위필터들을 치밀하게 그룹화하여 집진실(60)에 배치할 수 있다. 즉, 원형의 튜브시트(100)에 단위필터들을 설치한다. 따라서, 그룹화된 필터를 포함하는 집진실들은 각각 독립적으로 오염가스의 분진을 제거할 수 있다. 필터(65)를 통하여 분진이 제거된 청정가스는 집진실(60) 상부로 압력차에 의하여 빨려들어간다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서 상기 오염가스 분기관(50)은 오염가스 중앙 유입관(40)에서 다단으로 분기하도록 구성할 수 있으며, 각 단 마다 다수의 집진실(60)과 연결되어 집진실(60)들이 독립적으로 오염물질을 제거하도록 할 수 있다.
또한, 상기 집진실(60)의 상부에 위치하는 청정실(200)은 필터(65)에 역세정가스를 분사하는 역세정가스 분사기(300)를 포함할 수 있다. 역세정가스 분사기(300)는 역세정가스 도관(310)을 통하여 유입된 역세정가스를 펄스 노즐(320)을 통하여 필터(65) 상부를 향하여 균일하게 분사하여 필터(65) 내부로 유입시킬 수 있다.
또한, 상기 집진실(60)의 유입구에 오염가스 분기관(50)으로부터 유입되는 오염가스의 진행을 방해하여 오염가스가 집진실(60)에 고르게 분포하도록 하는 방해판(400)을 구비할 수 있다. 따라서, 오염가스가 집진실(60) 내의 각 필터(65)에서 고르게 필터링될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 중앙부 종단면도이 다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 세라믹 필터 집진기의 중앙부는 오염가스 중앙 유입관(40), 오염가스 분기관(50), 중앙분진실(70), 집진실(60), 청정실(200), 역세정가스 분사기(300), 및 차단판(500)을 포함한다.
중앙분진실(70)은 오염가스 중앙 유입관(40) 및 오염가스 중앙 유입관(40)에서 분기된 산가지 형태의 오염가스 분기관(50)이 차지하는 영역 이외의 중앙에 있는 공간으로서 필터로부터 분리된 분진케이크가 떨어지는 공간이다.
상기 차단판(500)은 상기 청정실(200)을 중앙분진실(70)과 경사면으로 격리하고, 상기 각 집진실(60)의 하부를 중앙분진실(70)과 수직면으로 격리할 수 있다. 집진실(60) 내의 필터에서 떨어지는 분진이 다른 집진실(60)에 영향을 주는 것을 최소화할 수 있도록 각 집진실(60)을 구분할 뿐만 아니라 오염가스의 집진실(60)로의 유입 과정에서 각 집진실(60)에 독립적으로 오염가스가 유입되도록 함으로써 집진실(60) 사이의 여과 방해 효과를 감소시킬 수 있다. 또한, 필터에서 떨어지는 분진케이크가 아래로 잘 흘러내리도록 하기 위하여 차단판(500) 상부를 경사면을 가지도록 형성할 수 있다. 또한, 특정 집진실(60)의 필터에서 떨어지는 분진케이크가 다른 집진실(60) 내부로 들어가는 것을 방지하기 위하여 오염가스를 각 집진실(60)의 상부에서 주입하도록 오염가스 주입부(55)를 배치할 수 있다.
상기 청정실(200)은 집진실(60)에서 여과된 청정가스를 배출하기 위한 청정가스배출구(210)를 포함한다. 청정가스를 한꺼번에 배출하기 위하여 각 단의 청정실(200)에 연결된 청정가스배출구(210)들을 모두 연결하는 청정가스 헤더(도 2의 250)를 포함할 수 있다. 각 단의 청정가스 헤더에 의하여 모여진 청정가스는 청정 가스 수집관(230)을 통하여 최상부의 청정가스 헤더에 연결된 배출구를 통하여 외부로 배출된다.
상기 청정가스배출구(210)는 청정가스 배출밸브(220)를 더 포함할 수 있고, 상기 역세정가스 분사기(300)는 역세정가스 주입밸브(315)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 어떤 집진실(60)의 필터가 일부 파손되어 분진이 청정가스 배출구(210)를 통하여 과다하게 유출될 경우 청정가스 배출밸브(210)를 조절하여 분진 배출을 완벽하게 차단할 수 있고, 이러한 분진 노출의 경우에 불필요하게 되는 역세정가스의 주입을 중단하기 위하여 역세정가스 주입밸브(315)를 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 하부 종단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 세라막 필터 집진기의 하부는 오염가스 중앙 유입관(40), 오염가스 분기관(50), 집진실(60), 청정실(200), 차단판(500), 중앙분진실(70) 및 분진배출관(80)을 포함한다.
상기 분진배출관(80)은 각 집진실(60)에서 분리되어 중앙분진실(70)을 통하여 차단판(500)에 의하여 미끄러져 아래로 쌓이는 분진을 외부로 배출하는 출구이다. 집진실(60)에서 포획된 분진은 전체적으로 집진기 하부로 떨어져서 모인다. 이때 분진배출관(80) 부근이 좁아지는 형태를 한 경사구조면(85)을 형성하여 최종적으로 집진기 하부에 쌓이는 분진을 모아 분진배출관(80)을 통하여 외부로 분진을 배출한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부한 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 내부구성을 보여주는 종단면구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 상부 종단면 및 횡단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 중앙부 종단면도, 및
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 필터 집진기의 하부 종단면도이다.

Claims (8)

  1. 상부면 및 외벽을 포함하는 본체 외부;
    상기 상부면 중앙에 개구된 가스 유입구;
    상기 가스 유입구에 연결되어 오염가스를 받아들이는 오염가스 중앙 유입관;
    상기 오염가스 중앙 유입관에서 방사형으로 분기되어 상기 오염가스를 분기하는 다수의 오염가스 분기관;
    상기 다수의 오염가스 분기관과 직접 연결되고, 상기 오염가스 분기관을 통하여 분기된 오염가스를 독립적으로 받아들여 분진을 분리 제거하는 세라믹필터를 포함하는 다수의 집진실;
    상기 각 집진실에서 분리된 분진이 쌓이는 중앙분진실; 및
    상기 중앙분진실에 모인 분진을 배출하는 분진배출관을 포함하는 세라믹 필터 집진기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 집진실은 상부에 청정실을 더 포함하고, 상기 청정실에 연결되어 상기 세라믹필터에 의하여 분진이 제거된 가스를 배출하는 청정가스 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 청정실을 상기 중앙분진실과 경사면으로 격리하고 상 기 각 집진실의 하부는 상기 중앙분진실과 수직면으로 격리하는 차단판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 오염가스 분기관은 상기 오염가스 중앙 유입관에서 다단으로 분기되며, 각 단 마다 상기 다수의 집진실과 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 청정실에 위치하여 상기 세라믹필터에 역세정가스를 분사하는 역세정가스 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 집진실의 유입구에 상기 오염가스 분기관으로부터 유입되는 오염가스의 진행을 방해하여 오염가스가 상기 집진실에 고르게 분포하도록 하는 방해판을 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 청정가스배출구는 청정가스 배출밸브를 포함하고, 상기 역세정가스 분사기는 역세정가스 주입밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 집진기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집진실은 상기 외벽에 설치되어 외부에서 직접 상기 세라믹필터의 설치 및 교체를 할 수 있는 것을 특징으로 하는 세라믹필터 집진기.
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