KR101334937B1 - 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치 - Google Patents

탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 관한 것이며, 본 발명의 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치는 배기가스의 유동경로 상에 마련되며, 배기가스에 포함된 질소산화물을 처리하는 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction); 복수개가 서로 이격되게 마련되어 상기 선택적 촉매 환원부를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스가 유입되도록 이격 공간을 형성하며, 상기 이격 공간을 유동하는 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 포집하는 집진판, 상기 이격 공간 사이에 마련되며 고전압을 인가받아 상기 전기집진부와의 사이에서 전기장을 발생시키는 고전압판, 상기 고전압판의 외면상에 부착되며 고전압을 인가받아 입자상 물질을 하전시킴으로써 상기 전기장을 통해 입자상 물질을 상기 집진판에 포집시키는 탄소와이어를 구비하는 전기집진부; 상기 전기집진부로부터 배기가스를 제공받아 황산화물을 처리하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 입자상 물질을 처리하는 전기집진부를 소형화시킴과 동시에 전기집진부의 관리를 용이하게 할 수 있는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치가 제공된다.

Description

탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치{APPARATUS FOR PURIFYING EXHAUST GAS USING CARBON WIRE COLLECTING SYSTEM}
본 발명은 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자상 물질의 집진 공간을 최소화할 수 있으며, 교체, 수리 또는 청소 등을 위하여 배기가스 유동경로로부터 착탈할 수 있는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 관한 것이다.
최근 들어, 오염물이 처리되지 않은 배기가스를 외부로 직접 배출하는 사건이 자주 발생하여 배기가스 내부에 포함되는 오염물을 처리하는 장치 및 방법에 대한 많은 관심이 집중되고 있다.
이러한 배기가스 내에 포함되는 오염물을 처리하기 위하여 보통 습식 스크러버 방식의 포집 방법과 전기집진법(Electrostatic precipitation)과 이들의 혼합된 방식을 사용한다.
일반적인 습식 스크러버 방식의 포집 방법은 오염된 공기에 물을 분사시켜 생성되는 액적, 액막, 기포 등에 공기 중의 부유하고 있는 먼지입자들이 접촉함으로써 관성충돌, 직접흡수, 확산이 이루어져 먼지입자들을 제거하는 방식이다. 이러한 방식은 구조가 간단하고 별도로 필터를 청소, 교체할 필요 없이 사용한 세정용 물만 교체하면 되므로 유저비용이 작을 뿐만 아니라, 단일 장치에서 가스 흡수와 분진을 동시에 포집가능하다는 장점이 있다. 하지만, 비교적 큰 입자만 처리할 수 있으며 집진 효율이 낮다는 단점이 있다.
전기집진법(Electrostatic precipitation)은 기체 중에 부유하는 입자를 코로나 방전(corona discharge)으로 하전하고 여기에 전계를 형성시켜 정전기력으로 포집 제거하는 것으로, 그 성능 특성은 포집되는 입자의 전기저항률에 크게 좌우된다. 특히, 전기저항률이 높은 입자의 경우 '역전리(back corona) 현상' 이라고 하는 이상현상이 발생하여 집진 성능이 저하된다. 이러한 역전리 현상은 대전되어 집진판에 부착된 분진압자를 전기적으로 중화시켜 입자를 재비산시키는 경우도 발생시킨다. 따라서, 포집하려는 입자의 특성에 집진 성능이 크게 영향을 받게 되며, 집진판에 포집된 입자의 제거를 위한 추가 공정이 필요할 뿐만 아니라, 가스상의 배출물질의 경우 포집이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해 국내 특허등록 제634,490호 및 제929,905호의 양극성 복합 정전 유전체 응집 방식의 입자상 물질(PM:Particulate Matter) 포집장치가 제시되었다.
그러나, 이러한 양극성 복합 정전 유전체 응집 방식의 입자상 물질(PM:Particulate Matter) 포집 장치는 HCL, HF 등의 강부식성 산성가스가 포함되는 배기가스에는 적용하기 어렵다. 즉, 방전판 및 집진판이 쉽게 부식되어 교체시기가 빨라지므로 교체비용, 교체시 가동중지로 인한 유지비용 상승 및 처리효율 저감 등의 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입자상 물질을 처리하는 전기집진부를 소형화시킴과 동시에 전기집진부의 관리를 용이하게 할 수 있는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 선박으로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리장치에 있어서, 배기가스의 유동경로 상에 마련되며, 배기가스에 포함된 질소산화물을 처리하는 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction); 복수개가 서로 이격되게 마련되어 상기 선택적 촉매 환원부를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스가 유입되도록 이격 공간을 형성하며, 상기 이격 공간을 유동하는 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 포집하는 집진판, 상기 이격 공간 사이에 마련되며 고전압을 인가받아 상기 집진판과의 사이에서 전기장을 발생시키는 고전압판, 상기 고전압판의 외면상에 부착되며 고전압을 인가받아 입자상 물질을 하전시킴으로써 상기 전기장을 통해 입자상 물질을 상기 집진판에 포집시키는 탄소와이어를 구비하는 전기집진부; 상기 고전압판 및 상기 탄소와이어 중 적어도 어느 하나에 고전압을 인가하는 고전압인가부; 상기 전기집진부로부터 배기가스를 제공받아 황산화물을 처리하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 집진판 또는 상기 고전압판은 금속판, 탄소가 코팅된 비금속판 또는 도전성 폴리머 중 어느 하나로 마련되는 것이 바람직하다.
또는, 상기 전기집진부는 상기 처리부로부터 착탈가능하게 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 탄소와이어는 상기 고전압판의 전단부에 부착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리부는 챔버; 상기 챔버 내부에 마련되며 상기 전기집진부로부터 제공되는 배기가스를 향하여 유체를 분무하는 분무부; 상기 분무부로부터 분사되는 유체의 유동경로 상에 마련되며, 상기 분무부로부터 분무되는 유체의 유동속도를 감소시켜 유체와 배기가스와의 접촉시간을 향상시키는 패킹(packing) 부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전기집진부의 크기를 최소화함으로써 집진되는 공간을 축소할 수 있는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치가 제공된다.
또한, 배기가스의 유동경로로부터 착탈가능하게 마련되어 청소 및 교체 등 전기집진부의 관리가 용이하다.
또한, 탄소 와이어를 통해 이온을 발생시킴으로써 이온발생량을 증가시킴과 동시에 요구되는 전압의 크기가 감소한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에서 전기집진부를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 3은 도 1의 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에서 전기집진부를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 4는 도 1의 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에서 전기집진부를 배기가스의 유동경로 상에서 분리하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예 따른 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예 따른 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치는 전기집진부의 성능을 향상시킴과 동시에 소형화시키며, 전기집진부의 용이한 사후관리를 위하여 배기가스 처리장치로부터 탈착가능하게 마련한 것으로서, 선택적 촉매 환원부(110)와 전기집진부(120)와 처리부(130)를 포함한다.
상기 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction)(110)는 선택적 촉매 환원법을 통해 배기가스에 포함되는 질소산화물을 처리하는 것이다. 선택적 촉매 환원부(110)로 유입되는 배기가스에 포함되는 NO, NO2 등의 질소산화물은 선택적 촉매 환원부(110)을 통해 N2 및 O2와 같이 유해하지 않은 물질로 환원되어 다음 과정을 수행하도록 배출된다.
상기 전기집진부(120)는 선택적 촉매 환원부(110)를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스를 제공받아 배기가스에 포함된 입자상 물질을 처리하는 것으로서 집진판(121)과 고전압판(122)과 탄소와이어(123)와 고전압인가부(124)를 포함한다.
상기 집진판(121)은 복수개가 서로 이격되게 마련되어 선택적 촉매 환원부(110)를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스가 유입되도록 이격 공간을 형성하며, 이격 공간을 유동하는 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 외면상에 포집하는 것이다.
즉, 고전압판(122)과 집진판(121) 사이에 발생하는 전기장에 의해 후술할 탄소와이어(123)를 통해 하전된 입자상 물질들이 집진판(121)을 향하여 유동하여 집진판(121) 외면상에 입자상 물질들이 포집된다.
여기서, 집진판(121)은 후술할 고전압판(122) 과의 전압차를 최대화하기 위하여 지면에 접지되는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고전압판(122)은 집진판(121) 사이의 공간인 이격 공간에 마련되며, 고전압을 인가받아 고전압판(122)과 집진판(121) 사이에 전기장을 형성하는 것이다.
즉, 고전압판(122)에 고전압이 인가되면, 접지된 상태의 집진판(121) 사이에 전위차가 발생하여 고전압판(122)에서 집진판(121)을 향하는 전기장이 형성된다.
한편, 집진판(121) 또는 고전압판(122)을 세척시 부식되는 것을 방지하기 위하여 집진판(121) 또는 고전압판(122)은 외면이 탄소로 코팅된 금속판 또는 전도성 폴리머로 마련될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소 와이어(123)는 고전압판(122)의 외면에 부착되어 고전압판(122)에 인가되는 전압의 영향을 받아 고전압판(122)의 외측으로 이온을 발생하여 이격 공간을 통과하는 입자상 물질을 하전시키는 것이다.
여기서, 탄소 와이어(123)는 이격 공간으로 유입되는 배기가스와의 접촉 면적을 향상시키도록 고전압판(122)의 길이방향을 따라, 다시 말하면 배기가스의 유동방향과 수직하게 마련되는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 탄소 와이어(123)는 입자상 물질이 집진판(121)의 외면상에 포집되도록 양이온을 발생하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 탄소 와이어(123)는 전기집진부(120)를 통과하는 배기가스들에 포함되는 입자상 물질들이 충분히 하전되도록 고전압판(122)의 전면부에 형성되는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고전압 인가부(124)는 고전압판(122) 및 탄소 와이어(123) 측에 전압을 인가하는 것이다. 고전압 인가부(124)를 통해 고전압판(122) 및 탄소 와이어(123)에 전압을 인가한 경우의 작용에 대해서는 상술하였으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치(100)는 전기집진부(120)를 배기가스의 유동경로 상에 복수개 설치하여 입자상 물질의 처리효율을 향상시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 처리부(130)는 선택적 촉매 환원부(110) 및 전기집진부(120)를 통해 질소산화물 및 입자상 물질이 처리된 배기가스를 내부로 제공받아 황산화물을 처리하는 것으로, 챔버(131)와 분무부(132)와 패킹부재(133)를 포함한다.
상기 챔버(131)는 내부로 질소산화물 및 입자상 물질이 처리된 배기가스를 내부로 제공받는 처리부(130)의 몸체 역할을 하는 것이다.
상기 분무부(132)는 챔버(131) 내부를 유동하는 배기가스에 포함된 황산화물과 반응하는 유체를 분사하여 황산화물을 습식처리하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치에 따르면, 분무부(132)는 하방을 향하여 유체를 분사하는 복수개의 분사노즐로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 배기가스의 pH를 고려하여 유체의 pH 농도를 조절하는 pH조절부(미도시)를 추가적으로 마련할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 분무부(132)로 제공되는 유체는 별도의 유체 저장탱크를 통해 제공될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 챔버(131) 하측에 저장된 배기가스와 반응한 유체를 정화시켜 재사용할 수 있다.
한편, 전기집진부(120)를 통해 입자상 물질의 일부가 챔버(131) 내부로 유입될 수 있으므로 분무부(132)는 음극 상태의 유체를 분사함으로써, 유체와 입자상 물질의 전기적 인력에 의해 전기집진부(120)로부터 집진되지 않은 입자상 물질을 유체에 결합시켜 처리할 수 있으나 이에 제한되는 것이다.
상기 패킹부재(133)는 챔버(131) 내부에서 상측으로 유동하는 배기가스와 분무부(132)로부터 분사되어 하측으로 유동하는 유체들이 접촉하는 공간으로서, 배기가스 또는 유체 중 적어도 어느 하나의 유동속도를 감속시켜 유체와 배기가스의 접촉시간을 향상시키고 유체와 배기가스가 접촉되는 공간을 확대하는 것이다.
즉, 배기가스에 포함되는 황산화물이 유체와 결합하여 포집되기 위해서는 유체와 배기가스가 접촉해야 하므로 패킹부재(133)를 통해 유체와 배기가스의 접촉공간을 협소하게 유도함으로써 접촉확률을 향상시키고, 유체가 패킹부재(133)를 따라 유동하므로 패킹부재(133)가 마련된 공간 내에서 유동속도를 감속시켜 배기가스와 반응할 수 있는 시간을 향상시킬 수 있다.
한편, 처리부(132)는 분무부(132)와 패킹부재(133)를 하나의 층으로 하여, 챔버(131) 내부에 복수개의 층으로 마련되어 배기가스에 포함되는 황산화물과 유체와의 결합 확률을 크게 향상시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
지금부터는 상술한 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치의 일실시예의 작동에 대하여 배기가스의 유동을 기준으로 설명한다.
질소산화물, 황산화물 또는 입자상 물질을 포함하는 배기가스가 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용하는 배기가스 처리장치(100)로 유입되는 경우, 먼저 선택적 촉매 환원부(110)를 통과하며 선택적 촉매 환원부(110)에서 배기가스에 포함되는 질소산화물을 처리하며 NO, NO2 등의 질소산화물을 N2 및 O2 로 분해한다.
이러한, 선택적 촉매 환원 반응은 주지한 기술이므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.
선택적 촉매 환원부(110)를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스는 전기집진부(120)로 유입된다.
전기집진부(120)의 이격 공간으로 유입되는 배기가스, 그 중에서도 특히 입자상 물질은 탄소 와이어(123)로부터 방출되는 양이온의 영향을 받아 양극으로 하전된다.
또한, 양극으로 하전됨과 동시에 고전압판(122)과 집진판(121) 사이에 형성되는 전기장의 영향을 받아 전기집진부(121) 측으로 이동하며, 결국 전기집진부(121)의 외면상에 포집된다.
즉, 전기집진부(120)에서는 탄소와이어(123)로부터 방출되는 양이온에 의해 배기가스의 포함되는 입자상 물질은 양극의 성질을 가지도록 하전되며, 양극으로 하전된 입자상 물질들이 고전압판(122)과 집진판(121) 사이에 형성되는 전기장의 영향을 받아 전기적 인력에 의해 집진판(121)으로 포집되는 것이다.
한편, 전기집진부(120)를 통해 입자상 물질이 처리된 배기가스는 처리부(130)의 내부로 유입된다.
먼저, 배기가스의 포함된 황산화물을 분무부(132)를 통해 분무되는 유체에 흡수되어 습식 집진되며, 처리부(130) 내측에서 하전된 배기가스가 처리부(130) 내부에서 유동하며, 유동하는 과정에서 패킹부재(133)가 마련된 영역을 통과하여 패킹부재(133)가 마련된 영역에서 분무부(132)를 통해 분무되는 유체에 흡수된다.
여기서, 패킹부재(133)는 접촉면적이 넓게 마련되고, 패킹부재(133) 사이의 공극이 최소화하도록 마련되므로 분무부(132)로부터 분무되는 유체는 패킹부재(133)의 외면을 따라 유동하기 때문에 유동 속도가 크게 감소한다.
즉, 유체가 패킹부재(133)를 통과하는 동안에 유동속도가 감소하기 때문에 단위시간당 반응하는 배기가스의 양이 많아지므로 동일한 영역에서 배기가스에 포함된 황산화물과 유체의 반응량을 향상시킬 수 있다.
한편, 전기집진부(120)를 통해 입자상 물질이 전부 포집되는 것이 바람직하나 입자상 물질 중 일부가 처리부(130) 내측으로 유입되는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 경우에 유입되는 입자상 물질을 처리하기 위하여, 음극의 성질을 가지는 유체를 분무부(132)를 통해 분무함으로써 전기적 인력에 의해 입자상 물질이 유체에 부착시켜 포집할 수 있다.
한편, 처리부(130)를 통해 황산화물까지 처리된 배기가스는 외부 또는 다른 장치로 배출된다.
본 발명의 일실시예에 따른 탄소 와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치(100)는 처리부(132)를 복층 구조로 마련하여 배기가스의 처리효율을 더 향상시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 탄소 와이어 시스템을 이용하는 배기가스 처리장치
110: 선택적 촉매 환원부 120: 전기집진부
130: 처리부

Claims (5)

  1. 선박으로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리장치에 있어서,
    배기가스의 유동경로 상에 마련되며, 배기가스에 포함된 질소산화물을 처리하는 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction);
    복수개가 서로 이격되게 마련되어 상기 선택적 촉매 환원부를 통해 질소산화물이 처리된 배기가스가 유입되도록 이격 공간을 형성하며, 상기 이격 공간을 유동하는 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 포집하는 집진판, 상기 이격 공간 사이에 마련되며 고전압을 인가받아 상기 집진판과의 사이에서 전기장을 발생시키는 고전압판, 상기 고전압판의 외면상에 부착되며 고전압을 인가받아 입자상 물질을 하전시킴으로써 상기 전기장을 통해 입자상 물질을 상기 집진판에 포집시키는 탄소와이어를 구비하는 전기집진부;
    상기 고전압판 및 상기 탄소와이어 중 적어도 어느 하나에 고전압을 인가하는 고전압인가부;
    상기 전기집진부로부터 배기가스를 제공받아 황산화물을 처리하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 집진판 또는 상기 고전압판은 탄소가 코팅된 비금속판 또는 도전성 폴리머 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기집진부는 상기 처리부로부터 착탈가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소와이어는 상기 고전압판의 전단부에 부착되는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    챔버; 상기 챔버 내부에 마련되며 상기 전기집진부로부터 제공되는 배기가스를 향하여 유체를 분무하는 분무부; 상기 분무부로부터 분사되는 유체의 유동경로 상에 마련되며, 상기 분무부로부터 분무되는 유체의 유동속도를 감소시켜 유체와 배기가스와의 접촉시간을 향상시키는 패킹(packing) 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소와이어 집진시스템을 이용하는 배기가스 처리장치.
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