KR101255656B1

KR101255656B1 - 오염기체 정화장치용 정화용액분사장치

Info

Publication number: KR101255656B1
Application number: KR1020110021853A
Authority: KR
Inventors: 윤영철
Original assignee: 아니코생활환경 주식회사
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-04-17
Also published as: KR20120103904A

Abstract

본 발명은 오염기체 특히 1차 정화된 저농도 오염기체의 정화효율을 극대화하기 위한 것으로, 정화장치 내로 분출되는 오염기체의 분사방향을 계면 접촉효율을 향상시켜 기포가 소멸될 수 있는 방향으로 설정하여 정화효율을 극대화하고, 오염기체의 기포 소멸거리를 축소하여 정화장치의 설비 규모를 적게 할 수 있는 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)에 있어서, 정화용액분사관(30)을 원주형수조(15) 내의 용액표면수위(31)에 연장 설치함으로서 공기중에서 분무되는 정화용액이 수조내의 용액이 와류되어 회전하는 방향으로 분사되도록 한 오염기체 정화장치의 정화용액 분사장치에 관한 것이다. 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)는 오염기체분사관(50)(50a)(50b)의 최상부 1단 복수개는 용액상부 표면에서 그 관의 입구 직경의 1배 이상 깊숙히 설치하고 최상단 1단에 형성되는 분사노즐은 도 2의 오염기체분사관(50)의 수평중심선에서 하방향으로 2열로 하부경사노즐(60a)(60b)을 설치하며, 그 아래 2단부터는 수평 중심선에서 수평중심방향으로 1열로 수평노즐(70)(72)을 배치하고, 하방향으로 2열로 하부경사노즐(80a)(80b)(80c)(80d)이 설치되어 있으므로 미세기포의 표면과 정화액체의 표면과의 계면 접촉효율을 향상시켜 정화효율이 향상될 수 있으나 이러한 과정에서도 아직까지 미정화된 오염기체 특히 저농도 오염기체는 용액 상부표면수위(31)로 떠오르고 미정화된 상태로 와류속에 혼합되게 되므로 용액표면수위(31)의 상부 공기중에서 정화용액을 추가로 와류 회전방향으로 분사하여 줌으로서 잔존 오염기체나 저농도 오염기체를 더욱 효율적으로 정화할 수 있다.

Description

오염기체 정화장치용 정화용액분사장치{Puryfing Liquid Spray Apparatus In Polluted Gas Absorbing Apparatus}

본 발명은 다이옥신(Dioxin)등 유해물질 및 유해가스 또는 악취로 오염된 기체를 정화하기 위하여 정화장치 내로 분출되는 오염기체의 분사방향을 계면접촉효율을 향상시켜 기포가 소멸될 수 있는 방향으로 설정하여 정화효율을 극대화하고, 오염기체의 기포 소멸거리를 축소하여 정화장치의 설비 규모를 적게 할 수 있는 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)의 개량에 관한 것으로 좀더 상세하게는 상기 오염기체 정화장치용 기체분사장치에서 정화용액이 분사되는 원주형수조 내의 정화용액분사관(30)을 용액표면수위 외부에까지 연장 설치하고 이에 연결된 분사노즐에서 정화용액이 분사되도록 함으로서 1차 정화후 미정화된 상태로 용액표면으로 떠오른 오염기체의 와류방향으로 정화용액을 용액 표면수위 상부의 대기중에서 추가 분사하여 정화효율을 극대화하고 특히 저농도 오염기체를 효율적으로 정화할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 다이옥신과 이산화황가스 등의 오염기체는 대기 중에 방출되어 대기오염이 날로 악화됨은 물론 유해성분에 의한 인체의 건강악화가 급증하는 추세에 있다.

이러한 오염된 기체를 정화하기 위한 정화장치가 여러 형태로 제안되어 사용되고 있다.

종래에 소개되어 있는 정화장치는 대부분 시설미비 및 정화효율이 저하되어 제대로 사용을 다하지 못하는 비경제적인 문제가 있으며, 대한민국 특허공보 제91-447호에 소개되어 있는 기술에 있어서도 원주형수조 내부에 정화용액을 분사하여 와류를 형성시키고 와류와 동일방향으로 오염기체를 분사하여 줌으로써 오염기체의 기포가 길고 가늘게 되다가 소멸되도록 하여 정화용액에 오염기체가 용해되는 것이었다.

그러나 이러한 것은 오염기체가 기포로 된 후, 회전하면서 상승하는 길이가 매우 길게 되어 정화용액과 접촉하는 시간이 습식 정화장치에 비하여 연장되어 오염기체의 유해성분이 정화용액에 효과적으로 흡수되므로 종래의 습식 정화장치에 비하여 정화효율을 향상시키고 설비의 크기를 줄일 수 있도록 개선되어 있으나, 엄격해진 환경기준에 맞는 정화기능이 되지 못하여 대량처리가 미흡하고, 또한 점유면적에 비례하여 과다한 시공이 이루어지는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 정화기능을 향상시키면서 설비를 더욱 컴팩트화 할 수 있는 오염기체분사장치가 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2000-012164호에 소개되고 있으나, 이는 분출형식이 한정되고 있어서 오염기체 기포의 부력에 의한 상승시간을 보다 길게 할 수 없고, 오염기체분사시 기포의 비표면적을 더욱 크게 하여 정화효율을 극대화하는데 한계가 있으며, 정화용액 내에서 기포의 소멸거리가 길게 되어 설비의 크기를 줄일 수 없는 문제가 있다.

또한 본원 출원인의 실용신안 등록 제232174호에서와 같은 오염기체 정화장치용 기체분사장치와 같이 오염기체분사관의 수직면상과 수평면상에 복수개 설치되어 있는 분사노즐에 의하여 정화액의 와류 속에서 같은 방향으로 강약의 비산분사를 이루도록 되어 있으나, 비산각도가 하향분사방향으로 집중되어 있기 때문에 미세기포와 정화액체의 계면접촉효율이 극대화되지 못하는 문제가 있었다. 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)는 정화를 위해 분출된 오염기체 기포가 수평면상으로 분출되는 정화용액에 대하여 복수의 분사력을 다르게 함으로써 용해 흡수되는 시간이 늘어나며 미세기포와 정화액체의 계면접촉효율을 향상시켜 정화효율을 극대화 할 수 있으며, 오염기체 기포의 소멸거리를 축소하여 설비의 크기를 줄여 규격을 컴팩트화 할 수 있게 하였다.

그러나 상기 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)에서는 원주형의 수조 내부에서 오염기체와 정화용액이 수계와 가스계에서 서로 계면 접촉을 하게 되므로 구조상 용액의 상부측에서는 오염기체와 정화용액의 계면 접촉율이 상대적으로 낮게 되어 용액 상부 표면상(수위면)으로는 미쳐 정화되지 못한 오염기체가 떠오르게 되지만 이들이 와류와 함께 다시 용액 내부로 정화되지 않은 채 스며들게 되는 단점이 있어 정화효율의 극대화에 한계가 있으며 특히 저농도 오염기체의 정화가 효율적으로 이루어지지 않았다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)의 원주형수조(15) 내부에 설치되는 수개의 정화용액분사관(30)에서 원주형수조(15) 내부에 있는 기존의 정화용액분사관(30)에 용액표면수위(31) 상부까지 수직으로 연장하여 수직배관(30a)을 설치하고 연장설치된 각 개소의 정화용액분사관(30)의 수직배관(30a) 측부에 일정방향으로 분사노즐(30b)을 설치한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 환형의 정화용액 급기관(40)을 원주형수조(15) 외부에 있는 펌프(P) 토출 배관에 별도로 연결한 후 원주형수조(15) 내부의 용액표면수위(31) 상부측에 수평의 환형배관(30a')으로 설치하고 상기 수평환형배관(30a')에 연결된 각각의 정화용액분사관 하부에 일정방향으로 다수의 분사노즐(30b)을 설치하는 것이다.

도 1은 종전의 기체분사장치가 적용된 정화장치의 사시도 이고,
도 2는 종전의 기체분사장치의 작동을 설명하는 요부 구성도 이고,
도 3은 종전의 기체분사장치의 다른 실시예의 요부 구성도 이다.
도 4는 본 발명에 의한 정화용액분사장치의 요부 구성도 이고,
도 5는 본 발명에 의한 정화용액분사장치의 다른 실시례의 요부 구성도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)는 원주형수조(15) 내부에 정화용액을 분사하여 와류를 형성시키고 와류와 동일 방향으로 팬(fan)으로 압송되어온 오염기체를 분사하여 기포를 소멸 정화시키도록 구성된다.

상기 원주형수조(15)는 환형급기관(40) 내부에 설치되고 있으며 그 내부에는 방사상으로 설치된 다수의 오염기체분사관(50)(50a)(50b)에 일방향으로 노즐이 형성되어 있다. 그리고 상기 오염기체분사관(50)(50a)(50b)과 환형급기관(40)은 연통되고 또한 원주형수조(15) 내부에 정화용액을 분사하기 위한 다수의 정화용액분사관(30)을 용액외부까지 입설 또는 수평환형배관으로 설치하고 있으며 일방향으로 다수의 노즐을 수직선상으로 배열하며 다수의 정화용액분사관(30)에 펌프(P)를 연결하고 원주형수조(15)의 중심에 정화용액이 일류할 수 있는 보조수조(20)가 설치되는 오염기체정화장치(100)가 구비된다.

정화용액이 와류로 회전하는 원주형수조(15)의 중앙에 세워져 소정기준이상의 넘침을 예방하기 위한 보조수조(20)가 마련되어 있고, 상기 원주형수조(15)에 설치되어 정화용액을 분사하기 위한 용액분사관(30)에 정화용액을 분사하기 위한 펌프(P)가 연결되어 있으며, 상기 원주형수조(15)의 둘레에 배치된 환형급기관(40)에 연통되어 원주형수조(15) 내부에 설치된 오염기체분사관(50)(50a)(50b)을 포함하는 오염기체정화장치(100)가 구성되어 있다.

상기 오염기체분사관(50)(50a)(50b)은 상기 정화용액분사관(30)의 사이에서 동일 수직면상으로 1단 이상으로 배열되어 있으며, 적어도 하나 이상 동일 수평면상에 설치되어 있다. 그리고 최상단 1단 복수개는 용액상부 표면에서 그 관의 입구 직경의 1배 이상 깊숙히 설치하고 도 2의 최상단 1단에 하부경사노즐(60a)(60b)이 설치되어 있다.

상기 하부경사노즐(60a)(60b) 아래 2단부터는 수평중심선에서 수평중심방향으로 1열로 수평노즐(70)(72)이 배치되어 있으며, 하방향으로 2열로 하부경사노즐(80a)(80b)(80c)(80d)을 설치하여 구성되어 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성된 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)에서 원주형수조(15) 내부에 정화용액을 분사하기 위하여 설치된 다수의 정화용액분사관(30)을 용액표면수위(31) 외부까지 수직으로 연장한 수직배관(30a)을 설치하고 수직배관(30a)의 상단에 각각 정화용액이 분사되는 분사노즐(30b)을 연결한다. 이때 수직배관(30a)의 정화용액 분사노즐(30b)의 분사방향은 하부의 정화용액분사관(30)에서 분사노즐의 분사방향과 동일하게 즉, 오염기체분사관의 분사로 와류가 회전하는 방향으로 분사되도록 설치한다.
본 발명의 또다른 실시예는 원주형수조(15) 외부에 설치된 펌프(P)와 환형의 정화용액급기관(40)에 연결된 환형배관인 정화용액분사관을 별도로 연결한 후 이 환형배관을 원주형수조(15) 내부에 상부측에 수평으로 환형배관(30a')을 설치하고 수평의 환형배관 하부에 다수의 분사노즐(30b)을 설치하되 분사노즐(30b)의 분사방향은 상기 실시예와 같이 와류가 회전하는 방향과 동일 방향으로 분사되도록 설치한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 정화용액 분사장치의 작동은 기본적으로는 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)와 동일하게 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 정화용액분사관(30)에서 분출되는 정화용액은 원주형수조(15) 내에서 와류를 형성하면서 오염기체분사관(50)(50a)(50b)에서 분사되는 오염기체와 계면접촉하여 1차 정화되어 용액표면 위로 와류를 형성하면서 떠오르는데 이때 용액표면수위(31) 외부에 연장설치된 수직배관(30a) 또는 수평배관(30a')에 설치된 분사노즐(30b)로부터 정화용액을 공기중에서 용액표면의 와류방향으로 추가 분사한다. 즉, 상, 중, 하단으로 배열되어 있는 오염기체분사관(50)(50a)(50b)에서 분사되는 오염기체가 기포로 되어, 상기 와류에 의해 회전하면서 흡수, 용해되고 미처리된 오염기체는 용액과 혼합되어 용액표면수위(31)로 떠오르게 되면서 와류방향으로 흘러가는데 이때 상부에 있는 분사노즐(30b)에서 추가로 정화용액이 분사되어 2차 정화가 일어나는 것이다.

특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)에서는 정화용액을 분사하는 용액분사관(30)의 사이에 상기 오염기체 분사관(50)(50a)(50b)을 3단으로 배열하고 적어도 하나 이상 동일수평면상에 설치되어 각각의 하부경사노즐(60a)(60b), 수평노즐(70)(72)과 하부경사노즐(80a)(80b)(80c)(80d)을 통하여 오염기체가 하향과 수평 그리고 상향등으로 분사 및 비산되고 있으므로 무수한 작은 기포체(B)가 생성되고, 그 기포체(B)는 용액분사관(30)에서 분출되는 정화용액의 와류에 의하여 회전되면서 신속한 파괴로 무수히 많고 작은 기포가 제거되고, 이에 따라 분사되었던 오염기체의 유해물질이 정화용액에 반응하여 정화를 이루게 되는데 더하여 미처리된 오염기체가 용액표면수위(31) 위에서 와류방향으로 흘러갈 때 상부의 분사노즐(30b)에서 추가로 분사되는 정화용액이 와류중에서 미처 정화되지 못한 기포체에 비산 혼합되어 와류에 의해 회전하면서 동일한 과정을 거쳐 보다 확실한 정화를 이루게 된다.

이러한 정화과정을 좀 더 살펴보면 정화용액이 정화용액분사관(30)을 통하여 수평분사됨과 동시에 그 분사력을 기초로 원주형수조(15) 내에서 와류를 형성하게 되고, 오염기체는 상기 정화용액분사관(30)의 사이에 배열된 오염기체분사관(50)(50a)(50b)을 통하여 분사되는데 최상단에 배치되어 있는 상단 오염기체분사관(50)에는 하향으로만 분사될 수 있는 하부경사노즐(60a)(60b)이 2열로 설치되어 반부채살모양으로 하향분사를 이루게 되어 정화용액의 분사력을 방해하지 않고 강력한 와류 형성을 이루게 되어 상부에서 오염기체가 하부로 양호하게 공급된다.

또한 중단에 배치되어 있는 중단 기체분사관(50a)에는 수평중심방향으로 수평으로 분사될 수 있는 수평분사노즐(70)이 1열로 설치되고, 하향으로 분사될 수 있는 하향경사노즐(80a)(80b)이 2열로 설치되어 있어서 반부채살모양으로 분사를 이루게 되어 강력한 분사력으로 와류를 일으키게 되므로 기포체(B)의 생성을 극대화하여 용액분사관(30)에서 분사되는 정화용액과의 정화효율을 극대화하고, 오염기체의 기포 소멸거리를 축소할 수 있다.

그리고 하단에 배치되어 있는 오염기체분사관(50b)에는 수평방향과 하방향으로 분사될 수 있는 하부경사노즐(80c)(80d)과 수평분사노즐(72)이 설치되어 부채살모양으로 수평과 하향분사를 이루게 하여 상기 하향경사노즐(80a)(80b)의 분사력과 혼합되어 오염기체분사관(50a)(50b)의 사이로 강한 분사력을 이루므로 정화용액에 의하여 정화를 이룰 수 있게 되고, 하부경사노즐(60a)(60b)(80a)(80b)(80c)(80d)에 의한 하부분사로 인하여 오염기체의 강한 분사로 와류에 의한 기포분쇄를 더욱 촉진하게 된다. 이와 같은 과정으로 정화처리가 이루어지는 것이나 아직도 와류중에서 미정화된 기포나 저농도 오염기체가 기포 상태로 용액표면위로 떠오르게 되는데 이때 정화용액분사관(30)에 연장설치되어 대기중에 위치하는 수직배관(30a) 또는 수평환형배관(30a')에 설치된 분사노즐(30b)에서 분사되는 정화용액이 와류 방향으로 추가로 분사되면서 기포와 혼합되어 정화를 더욱 촉진하게 된다.

이때 정화용액이 와류상태에서 오염기체분사관(50)(50a)(50b)의 1단, 2단, 3단 및 수직배관(30a)또는 수평환형배관(30a')의 분사노즐(30b)의 각 단에서 분사량은 동일하게 한다. 또 각 단의 오염기체분사관(50)(50a)(50b)의 분사노즐(60a)(60b)(70)(80a)(80b)(72)(80c)(80d)에서 분사속도는 1단〉2단〉3단이 되게 하고, 분사노즐(60a)(60b)(70)(80a)(80b)(72)(80c)(80d)의 면적은 1단〈2단〈3단으로 한다.

이러한 정화용액의 와류 속에서 오염기체의 분사거리가 1단〉2단〉3단이 되어 기존보다 기체와 액체의 접촉길이 및 시간이 길어지고, 경사부 상하 기포는 분사관에 충돌분산 흡수되므로서 종래보다 정화효율이 증가 되고 미처리된 오염기체가 더욱 정화될 수 있는 것이다.

따라서 정화용액의 와류상태에서 오염기체분사관(50)(50a)(50b) 1단,2단,3단의 각단의 오염기체분사량을 1단인 상단에서 3단인 하단으로 내려갈수록 증가시킨다. 이때 각단의 오염기체분사관(50)(50a)(50b)에서 분사노즐(60a)(60b)(70)(80a)(80b)(72)(80c)(80d)의 분사속도는 1단〉2단〉3단이 되게 하고, 분사노즐(60a)(60b)(70)(80a)(80b)(72)(80c)(80d)의 면적은 1단〈2단〈3단으로 한다.

이러한 정화용액의 와류속에서 오염기체의 분사거리가 1단〉2단〉3단이 되어 기존보다 기액접촉길이 및 시간이 길어지고, 경사부 상하 기포는 분사관에 충돌분산흡수 되므로서 정화효율이 증가되는데 대기중에서 와류방향으로 분사되는 정화용액에 의하여 추가 정화가 이루어지는 것이다.

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 하였다. 특허 제594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)와 동일한 구조를 가진 원주형수조(15) 내부에 있는 정화용액분사관(30)에, 수직으로 연장하여 액체외부에까지 수직배관(30a)을 연장 설치하고 연장설치된 각 개소의 정화용액분사관(30a) 상부에는 분사노즐(30b)을 설치한다. 분사노즐(30b)의 분사방향은 하부에 있는 정화용액분사관(30a)에서의 분사노즐의 분사방향과 동일하게 즉 액체의 와류방향과 일치하여 분사하도록 한다.

오염기체 정화장치용 기체분사장치에서 상기와 같이 용액외부의 대기상에서 추가로 정화용액분사노즐(30b)을 설치하고 액체 상부 대기중에서 와류방향으로 정화용액을 추가 분사함으로서 개선되는 탈취효율을 다음 방법으로 측정하였다. 이 실험에서는 탈취약품에 의한 간섭을 받지 않도록 순수한 물(상수)만을 사용하였고 실험 대상 가스는 수용성 악취물질인 암모니아로 한정하였다.

악취농도 측정은 검지기와 검지관으로 하였다.

실험	탈취전(ppm)	종래 특허(594590호)		이건 발명
실험	탈취전(ppm)	탈취후(ppm)	제거량	탈취후(ppm)	제거량
1	30	2.3	27.7	0.7	29.3
2	28	2.2	25.8	0.8	27.2
3	28	2.2	25.8	0.7	27.3
4	27	2.0	25.0	0.6	26.4
평균 탈취율			92.2%		97.5%

결론 : 4회에 걸친 실험결과 종전의 특허 594590호(오염기체 정화장치용 기체분사장치)에 비하여 탈취효율이 약 5.3%정도 개선됨을 확인하였다.

15 : 원주형수조 20 : 보조수조
30 : 정화용액분사관 31 : 용액표면수위
30a : 수직배관 30a' : 수평환형배관
30b : 분사노즐 40 : 환형급기관
50, 50a, 50b : 오염기체분사관
60a, 60b, 80a, 80b, 80c, 80d, 90, 92a, 92b, 98 : 하부경사분사노즐
70,72,96 : 수평분사노즐 94 : 상부경사분사노즐
100 : 오염기체정화장치 P : 펌프
B : 기포체

Claims

정화용액의 와류가 회전하는 원주형수조(15)는 환형급기관(40) 내부에 설치 되고 그 내부에 방사상으로 설치된 다수의 오염기체분사관(50)(50a)(50b)에 일방향으로 다수의 노즐을 형성시키며 상기 오염기체분사관(50)(50a)(50b)과 환형급기관(40)이 연통되도록 하고
또한 원주형수조(15) 내부에 다수의 정화 용액분사관(30)을 입설하고 일방향으로 다수의 노즐을 수직선상으로 배열하며
다수의 정화용액분사관(30)에 펌프(P)를 연결하고 원주형수조(15)의 중심에 정화용액이 일류 할 수 있는 보조수조(20)가 설치되고,
상기 오염기체분사관(50)(50a)(50b)의 최상부 1단 복수개는 용액표면수위(31)에서 그 관의 입구 직경의 1배 이상 깊숙히 설치하고 최상단 1단에 형성되는 분사노즐은 오염기체분사관(50)의 수평중심선에서 하방향으로 2열로 하부경사노즐(60a)(60b)을 설치하며, 그 아래 2단부터는 수평 중심선에서 수평중심방향으로 1열로 수평노즐(70)(72)를 배치하고, 하방향으로 2열로 하부경사노즐(80a)(80b)(80c)(80d)을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염기체 정화장치용 기체분사장치에 있어서
원주형수조(15) 내부에 입설된 다수의 정화용액분사관(30)을 연장하여 용액표면수위(31) 상부 대기중에까지 수직배관(30a)으로 설치하고 연장설치된 각 개소의 정화용액분사관(30)의 수직배관 상부 측면에 분사노즐(30b)을 분사방향이 와류 회전방향과 일치하도록 설치한 것을 특징으로 하는 오염기체정화장치용 정화용액분사장치.
제 1항에 있어서,
원주형수조(15) 외부에 있는 펌프(P)와 환형급기관(40)에 정화용액분사관(30)을 연결하여 원주형수조(15) 내부의 용액표면수위(31) 상부 대기중에 수평으로 환형배관(30a')을 설치하고 그 하부에는 다수의 분사노즐(30b)을 분사방향이 와류회전 방향과 일치하도록 연결한 것을 특징으로 하는 오염기체 정화장치용 정화용액분사장치.