KR101485002B1 - 백필터 탈진용 분사 노즐과 수은제거능력을 구비한 집진여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집진기의 여과장치에 관한 것이다. 그러한 여과장치는 집진이 이루어지는 여과부재와; 상기 여과부재의 상부에 배치되며 공기를 상부에서 나선방향을 따라 하부방향으로 주입함으로써 상기 공기가 여과부재의 내측에서 외측방향으로 진행함으로써 여과부재의 내측면에 충돌하여 탈진을 실시하는 인젝터(Injector)와; 그리고 상기 여과부재를 지지하는 지지부재를 포함한다. 이러한 여과장치는 인젝터에 형성된 공기유로가 나선형으로 형성됨으로써, 분사된 공기가 여과포의 내측에서 외측방향으로 흘러서 여과포가 용이하게 탈진될 수 있는 장점이 있다. 또한, 여과포를 지지하는 지지부재의 표면에 흡착제 혹은 산화촉매층을 형성함으로써 가스에 함유된 오염물질을 추가로 제거할 수 있는 장점이 있다.

Description

백필터 탈진용 분사 노즐과 수은제거능력을 구비한 집진여과장치{APPARATUS FOR FILTERING EXHAUST GAS OF DUST COLLECTOR WITH ABILITY OF MERCURY REMOVAL}

본 발명은 집진기의 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기유로를 나선형으로 형성함으로써 여과포에 흡착된 이물질을 효율적으로 탈진할 수 있고, 흡착제 또는 산화촉매가 코팅된 다공성 지지체를 구비하여 가스상 수은의 산화 또는 제거가 가능한 여과장치에 관한 것이다.

기존의 먼지를 제거하는 방법으로는 전기집진장치 또는 여과집진장치를 적용하여 제거하였다.

전기집진장치는 대용량의 배가스 처리량에 적합하지만, 여과 집진장치에 비해 상대적으로 미세먼지에 대한 집진효율이 낮아 상대적으로 배출농도가 높은 편이고, 여과 집진장치의 경우 시간의 경과에 따라 먼지가 집진필터에 부착되어 압력손실이 급격하게 증가하여 주기적으로 고압의 압축공기를 이용하여 탈진을 해야 하며, 또한 주기적으로 여과포를 교체해야하는 단점을 가지고 있다.

최근에는 정전 여과 집진기의 단점을 보완하기 위하여 정전 여과 집진 장치와 여과포 집진장치를 하나의 장치에 융합한 기술도 현장에 적용되고 있다.

상기와 같은 여과 집진기 또는 여과를 기능으로 하는 집진기에는 일반적으로 여과포(filter bag)가 구비될 수 있다.

그리고, 여과포는 주기적인 에어펄싱(air pulsing)을 통하여 표면의 부착된 먼지를 털어내는 탈진을 실시한다.

이때, 에어펄싱은 노즐(nozzle)을 통하여 여과포의 내부로 에어를 불어넣는 에어 인젝션 방식(Air injection)을 적용하고 있다.

분진을 탈리시키는 과정에서 에어펄싱을 할 경우, 기존집진기에 적용되는 인젝터는 상단부에서 필터내부를 통해 하단부로 강하게 공기를 주입하는 방식이다.

그리고, 일반적으로 여과포는 측면의 여과면적을 통해 집진이 실시되지만, 탈진을 위한 기존 에어펄스 인젝터의 경우, 공기를 상부에서 여과포 방향으로 순간적으로 강하게 주입하여 여과포 내부의 바닥면에 강하게 충돌시킨다.

이때, 여과포에서 발생하는 충격과 여과포의 상하진동에 의해 1차적으로 탈진이 이루어지게 되며, 2차적으로는 여과포의 내부에서 외부로의 공기배출에 따라 탈진이 이루어진다.

그러나, 실제 집진기에서는 외부에서 내부로 가해지는 공기의 압력으로 인해 사실상 2차적인 탈진을 잘 이루어지지 못한다.

따라서, 상하로 전해지는 진동과, 충격에 의한 1차적인 탈진이 주로 이루어지게 되지만, 여과포의 특성상 측면의 여과포에 의해 집진이 이루어지기 때문에 상하진동 및 충격에 의한 탈진은 효율적이지 못하다.

또한, 여과포에 전달되는 강한 상하진동 및 충격에 의하여 여과포가 여과포 지지대로부터 이탈되는 바, 이러한 이탈을 방지하여야 하는 문제점이 있다.

그리고, 여과포를 장시간 사용하는 경우에는 여과포 지지대와 여과포의 사이에 간격이 발생함으로써 여과포의 고정상태가 약해지는 문제점이 있다.

아울러, 기존 집진기에 적용되는 에어 인젝터의 경우, 여과포의 상부에서 하부로 공기를 강하게 주입하는 방식이나, 전처리 공정에서 유입된 공기는 여과포의 측방향에서 유입되므로, 상하방향의 공기주입에 의하여 여과포에 흡착된 이물질을 효율적으로 제거하는 것이 어렵다.

수은은 석탄을 사용하는 발전소나 산업폐기물 소각로에서 년간 약 2,000 ~ 4,000 톤이 만들어진다는 보고가 있다. 특히 발전소는 배가스 단위부피당 수은 농도는 낮지만(<10㎍/㎥) 배출가스의 양이 많아 배출되는 수은의 총량은 굉장히 많다.

대표적 유해 중금속인 수은은 증기압이 특히 높아서 증기상으로 배출될 가능성이 크다. 증기상 수은은 크게 원소수은과 산화수은으로 대별된다.

그리고 산화수은은 물에 대한 용해도가 커서 기존에 설치된 습식 배가스 처리설비로 제거가 가능하지만 원소수은(배가스 수은의 약 50% 차지)은 물에 대한 용해도가 낮아 제거되지 않는다.

따라서, 원소수은을 제거하기 위해서는 촉매나 산화제를 이용하여 산화수은으로 전환시켜 제거하거나, 활성탄과 같은 흡착제를 이용한 분사/흡착 방법을 이용하여야 한다.

그러나, 현재까지 발전소 또는 현장에서 발생하는 수은을 제거하려는 노력은 많이 이루어지지 않고 있는 실정이며, 관련 기술 또한 그 수준이 매우 낮은 상황이다.

특허출원 제10-2003-24127호(명칭:먼지부하 저감형 미세먼지/질소산화물 동시제거용 여과집진장치)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 인젝터에 형성된 공기유로를 나선형으로 형성함으로써 공기가 여과포에 보다 강한 힘으로 충돌하여 흡착된 이물질을 효율적으로 제거할 수 있는 집진기의 여과장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 과제는 필터 백 내부에 흡착제 또는 산화촉매가 코팅된 다공성 지지체를 적용하여 1차 섬유 필터로는 집진이 불가능했던 원소상 수은을 산화 또는 흡착하여 최종 배출되는 수은 양을 줄일 수 있는 여과 집진장치를 제공하는 것이다.

따라서, 상기한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 집진이 이루어지는 여과부재와;
상기 여과부재의 상부에 배치되며 공기를 상부에서 나선방향을 따라 하부방향으로 분사하여 상기 여과부재에 주입함으로써 상기 공기가 여과부재의 내측에서 외측방향으로 진행하도록 함으로써 여과부재의 내측면에 충돌하여 탈진을 실시하는 인젝터(Injector)와; 그리고
상기 여과부재를 지지하는 지지부재를 포함하며,
상기 인젝터는 내부에 공간이 형성된 도우넛 형상을 갖으며, 공기가 주입되는 유입구와; 상기 유입구를 통하여 유입된 공기를 수평방향으로 흐르도록 하는 수평유로와; 상기 수평 유로의 하부에 연통되어 공기가 나선방향을 따라 하부로 흐르도록 하고, 하부로 갈수록 내직경이 좁아짐으로써 공기가 가속되는 수직 유로와; 상기 수직 유로의 하부에 형성되며 하단이 외측 반경방향으로 확장됨으로써 수직유로의 직경보다 큰 직경을 갖으며 전면적에 걸쳐서 개방됨으로써 공기를 반경 외측방향으로 분사하는 분사구를 포함하며,
상기 지지부재는 표면에는 산화 촉매층이 형성되어 수은을 산화처리하는 것을 특징으로 하는 집진기의 여과장치를 제공한다.

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본 발명에 따른 전기 집진기의 여과장치는 인젝터에 형성된 공기유로가 나선형으로 형성됨으로써, 분사된 공기가 여과포의 내측에서 외측방향으로 흘러서 여과포가 용이하게 탈진될 수 있는 장점이 있다.

또한, 여과포를 지지하는 지지부재의 표면에 흡착제 혹은 산화촉매층을 형성함으로써 가스에 함유된 오염물질을 추가로 제거할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 집진기의 여과장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 에어 인젝터의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 다공성 지지체가 여과포에 장착된 상태를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 "A"에 도시된 다공성 지지체의 일부분을 확대하여 보여주는 사진이다.
도 5는 도 3에 도시된 다공성 지지체의 표면에 산화촉매층이 코팅된 상태를 보여주는 측단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 집진기의 여과장치를 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 집진기의 여과장치(1)는 집진이 이루어지는 여과포(3)와; 상기 여과포(3)의 외측에 배치되며 공기를 상부에서 나선방향을 따라 하부방향으로 주입함으로써 탈진을 실시하는 인젝터(Injector;5)와; 상기 여과포(3)를 지지하는 지지부재(7)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 집진기의 여과장치에 있어서, 상기 여과포(3)는 통상적인 구조의 여과포(3)를 포함함으로써 전처리 공정에서 유입된 가스를 여과한다.

상기 인젝터(5)는 내부에 공간이 형성된 도우넛 형상을 갖으며, 주입된 공기가 나선방향을 따라 하부 방향으로 흐를 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 인젝터(5)는 공기가 주입되는 유입구(11)와; 상기 유입구(11)를 통하여 유입된 공기를 수평방향으로 흐르도록 하는 수평 유로(15)와; 상기 수평 유로(15)의 하부에 연통되어 공기가 나선방향을 따라 하부로 흐르도록 하고, 하부로 갈수록 내직경이 좁아짐으로써 공기가 여과포(3)의 내부에서 외측방향으로 흐르도록 하는 수직 유로(17)와; 상기 수직 유로(17)의 하부에 형성되며 수직 유로(17)의 직경(d2)보다 큰 직경(d1)을 갖음으로써 공기를 반경 외측방향으로 분사하는 분사구(13)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 인젝터(5)에 있어서, 상기 수평 유로(15)의 입측에는 유입구(11)가 형성되어 공기가 유입될 수 있다. 이때, 상기 유입구(11)는 수평 유로(15)의 입측 상단에 형성된다.

따라서, 유입구(11)를 통하여 유입된 공기는 초기 가속도에 의하여 수평 유로(15)의 내부를 원형궤적을 따라 흐르게 된다.

그리고, 인젝터 하부의 좁은 경로를 지나면서 점차 가속도가 증가된 공기는 하향 나선궤적을 따라 수직 유로(17)로 유입된다.

수직 유로(17)로 유입된 공기는 지속적으로 나선방향을 따라 회전하면서 낙하하고 최종적으로는 분사구(13)를 통하여 여과포(3)의 내부로 분사된다.

이때, 수직 유로(17)의 직경은 하부로 갈수록 작아지게 되므로, 수직 유로(17)의 내부를 흐르는 공기의 밀도는 높아지게 되어 나선방향으로 회전하는 공기의 회전속도는 보다 증가하게 된다.

이 상태에서 공기는 분사구(13)를 통하여 여과포(3)의 내부로 분사될 수 있다.

상기 분사구(13)는 수직 유로(17)의 하단이 외측 반경방향으로 확장된 상태에서 전면적에 걸쳐서 개방됨으로써 형성된다.

즉, 상기 분사구(13)의 직경(d1)은 수직 유로(17)의 직경(d2)보다 크게 형성된다.

따라서, 수직 유로(17)를 통과한 공기는 수직 유로(17)의 하부 전면적에 걸쳐서 형성된 분사구(13)를 통하여 하부로 분사될 수 있다.

이때, 분사구(13)가 외측 반경방향으로 확장된 상태이므로 분사된 공기는 나선방향을 유지한 상태로 외측 방향, 즉 여과포(3)의 내측벽면 방향으로 분사된다.

따라서, 분사구(13)로부터 분사된 공기는 여과포(3)의 내측에서 외측 방향으로 진행하면서 여과포(3)에 충격을 가하여 탈진을 하게 된다.

물론, 이러한 분사구(13)는 수직 유로(17)의 전면적 뿐만 아니라 설계에 따라서 다수개의 홀이 일정 간격을 유지하여 형성된 것으로도 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 여과장치는 에어 인젝터(5) 방식을 적용하여 여과포(3)의 상부에서 하부로 하강하는 공기에 나선방향의 흐름을 부여함으로써 공기가 일정한 형태의 소용돌이를 형성하여 여과포(3)의 측면에 진동 및 충격을 가하고 내부에서 외부방향으로 공기가 흐를 수 있도록 함으로써 탈진효율을 상승시킬 수 있다.

한편, 상기 지지부재(7)는 여과포(3)를 직립 형태로 지지한다. 이러한 지지부재(7)는 여과포(3)의 외측에 배치되어 여과포(3)를 지지하거나, 여과포(3)의 내측에 지지되어 지지할 수도 있다.

본 발명에서는 지지부재(7)가 여과포(3)의 내측에 배치되는 구조에 의하여 설명한다.

상기 지지부재(7)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 다공성 지지체를 의미하며, 그 표면에는 흡착제 혹은 산화촉매층(22)이 코팅 등에 의하여 형성됨으로써 가스에 함유된 오염물질을 추가로 제거할 수 있다.

이러한 지지부재(7)는 그 표면에 흡착제층(22)을 형성할 경우에는 VOCs 등의 제거가 가능하고, HAPs 중에서도 그 위험성이 매우 높은 수은의 배출을 일정효율로 흡착 제거할 수 있다.

특히, 1차 섬유 필터로는 집진이 불가능한 원소상 수은을 흡착하여 최종 배출되는 수은 양을 줄일 수 있는 효과가 있다.

만약, 집진기의 후공정에 습식 스크러버(Scrubber) 또는 습식 FGD 등의 습식 공정이 설치되어 있는 경우에는, 여과포(3)에서 1차적으로 원소 수은을 산화하여 Hg⁺¹ 또는 Hg⁺²로 산화하여준다면 후단 습식 공정에서 매우 높은 효율로 제거가 가능하다.

따라서, 여과포(3)에서 산화촉매층(22)을 형성함으로써 원소상 수은을 산화시킬 필요가 있다.

이때, 산화촉매층(22)에 적용되는 산화촉매로는 TiO₂, Al₂O₃ 등이 포함될 수 있다.

따라서, 전처리 공정에서 공급된 가스가 여과포(3)의 산화촉매층(22)을 통과하는 경우, 산화촉매층(22)에 적층된 촉매제와 접촉함으로써 수은이 산화될 수 있다.

또한 흡착제의 단점인 시간경과에 따른 흡착율 저하 및 탈진시 증가하는 수은 배출 농도를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있으며, 압력강하 문제에 대한 해결책이 될 수 있다.

이와 같이, 여과포(3)의 내부에 배치된 다공성 지지부재의 표면에 산화촉매층(22)을 형성함으로써, 여과포(3)를 통과하는 가스에 함유된 수은을 산화시킴으로써 산화된 수은이 후공정의 습식 대기오염물질 처리공정에서 제거가 가능하다.

또한, 지지부재(7)의 표면에 적층된 흡착제층(22)에 의하여 수은이 흡착될 수 있다.

1: 여과장치
3: 여과포
5: 인젝터
7: 지지부재
13: 분사구
15: 수평 유로
17: 수직 유로

Claims (6)

1. 집진이 이루어지는 여과부재와;
   상기 여과부재의 상부에 배치되며 공기를 상부에서 나선방향을 따라 하부방향으로 분사하여 상기 여과부재에 주입함으로써 상기 공기가 여과부재의 내측에서 외측방향으로 진행하도록 함으로써 여과부재의 내측면에 충돌하여 탈진을 실시하는 인젝터(Injector)와; 그리고
   상기 여과부재를 지지하는 지지부재를 포함하며,
   상기 인젝터는 내부에 공간이 형성된 도우넛 형상을 갖으며, 공기가 주입되는 유입구와; 상기 유입구를 통하여 유입된 공기를 수평방향으로 흐르도록 하는 수평유로와; 상기 수평 유로의 하부에 연통되어 공기가 나선방향을 따라 하부로 흐르도록 하고, 하부로 갈수록 내직경이 좁아짐으로써 공기가 가속되는 수직 유로와; 상기 수직 유로의 하부에 형성되며 하단이 외측 반경방향으로 확장됨으로써 수직유로의 직경보다 큰 직경을 갖으며 전면적에 걸쳐서 개방됨으로써 공기를 반경 외측방향으로 분사하는 분사구를 포함하며,
   상기 지지부재는 표면에는 산화 촉매층이 형성되어 상기 공기 중의 수은을 산화처리하는 것을 특징으로 하는 집진기의 여과장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 여과부재는 여과포를 포함하는 집진기의 여과장치.
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5. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부재는 다공성 지지체를 포함하는 집진기의 여과장치.
   
   
   
   
6. 삭제

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