KR101548656B1 - 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치 - Google Patents

연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체; 제 1 순환 라인; 제 2 순환 라인; 제 1 공급 라인; 제 2 공급 라인; 용수 공급 라인; 및 열교환기를 포함하고, 제 1 수용액 및 제 2 수용액에는 연도 가스에 포함된 오염물질 및 수분을 흡착하는 약품이 포함되고, 상기 제 1 순환 라인 및 상기 제 2 순환 라인 중 적어도 어느 하나 이상은, 분리 탱크를 포함하고, 감압밸브에 의해 상기 분리 탱크의 내부를 감압시켜서 수용액의 비등점을 낮춰서 수용액에 함유된 물을 분리하는 감압 분리기를 포함하는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.

Description

연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치{APPARATUS FOR RECOVERING WASTE HEAT OF FLUE GAS AND REMOVING POLLUTANT}
본 발명은 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치에 관한 것으로서, 연도 가스에 포함된 에너지를 회수하는데 본 발명의 주된 목적이 있다.
각종 발전소, 소각장, 금속 용해로, 보일러, 습식 탈황시설 등은 연료를 사용하여 열을 발생시키고, 발생된 열을 이용하여 발전 등을 하는 가스 터빈, 보일러 등의 연소 설비를 포함한다.
이러한 연소 설비는 고농도의 오염물질이 포함된 배기가스를 발생시키는데, 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 제거하기 위해 일반적으로 흡수탑 즉, 습식집진장치가 이용된다.
습식집진장치는 고온의 배기가스에 물을 분무하여 배기가스 내의 오염물질을 제거하는 장치이며, 습식집진장치에서 배출되는 연도가스(flue gas)는 고온다습한 상태 즉, 포화상태로 연돌을 통해 대기 중으로 배출된다.
연돌을 통해 배출되는 연도가스는 포화 수분을 함유하고 있기 때문에 하얀 연기인 백연의 형태로 배출된다. 배출되는 연도가스는 통상, 60∼200℃의 온도를 갖는데, 외부의 차가운 공기와 접촉하게 되면 연도가스 내의 포화 수분이 응결되어 낙하된다.
그런데, 연도가스 내에는 다양한 오염물질이 포함되어 있으므로, 연도가스가 응결되어 낙하되는 수분에는 인체에 유해한 물질이 다량 포함되어, 인체에 해를 끼치고, 환경을 오염시키는 원인이 된다.
이러한 환경 오염의 원인이 되는 백연 현상을 저감하고, 연도가스에 포함된 오염물질을 제거함과 동시에, 연도가스의 잠열과 수분을 흡수하여 재활용하기 위한 처리 장치에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 실시예는 연소 설비에서 발생되는 연도 가스에 의한 백연 현상을 효과적으로 억제하고, 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치 장치를 제공하고자 한다.
또한, 연도 가스를 배출하는 연소 설비의 잠열을 회수하여 에너지 효율을 높일 수 있는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부로 공급되는 연도 가스에 제 1 수용액을 분사하는 제 1 분사 노즐과, 상기 연도 가스에 제 2 수용액을 분사하는 제 2 분사 노즐을 포함하는 본체; 상기 본체의 저부에 고인 수용액을 상기 제 1 분사 노즐로 공급하는 제 1 순환 라인; 상기 제 2 분사 노즐의 하측에 제공되는 중앙 호퍼에 수집된 수용액을 상기 제 2 분사 노즐로 공급하는 제 2 순환 라인; 제 1 저장 탱크에 저장된 상기 제 1 수용액을 상기 제 1 순환 라인으로 공급하는 제 1 공급 라인; 제 2 저장 탱크에 저장된 상기 제 2 수용액을 상기 제 2 순환 라인으로 공급하는 제 2 공급 라인; 외부로부터 용수가 공급되는 용수 공급 라인; 및 상기 제 2 순환 라인과 상기 용수 공급 라인 상에 제공되어 상기 제 2 순환 라인을 흐르는 상기 제 2 수용액과 상기 용수 공급 라인을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 열교환기를 포함하고, 상기 제 1 수용액 및 상기 제 2 수용액에는 상기 연도 가스에 포함된 오염물질 및 수분을 흡착하는 약품이 포함되고, 상기 제 1 순환 라인 및 상기 제 2 순환 라인 중 적어도 어느 하나 이상은, 분리 탱크를 포함하고, 감압밸브에 의해 상기 분리 탱크의 내부를 감압시켜서 수용액의 비등점을 낮춰서 수용액에 함유된 물을 분리하는 감압 분리기를 포함하는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 본체는, 상기 연도 가스에 포함된 수증기와 오염물질을 포집하는 플라즈마 필터; 및 상기 연도 가스가 통과하는 복수의 공극이 형성된 패킹을 더 포함하는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 본체는, 상기 본체의 상부에 제공되고, 상기 연도 가스에 포함된 수증기와 오염물질을 포집하는 헤파 필터를 더 포함하는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 연도 가스는 상기 본체의 하부로 공급되고, 상기 제 1 분사 노즐이 상기 제 2 분사 노즐의 하측에 제공되고, 상기 중앙 호퍼는 상기 제 1 분사 노즐과 상기 제 2 분사 노즐의 사이에 배치되고, 상기 제 2 분사 노즐과 상기 중앙 호퍼의 사이에 상기 패킹이 하나의 층을 이루면서 제공되고, 상기 제 1 분사 노즐의 하측에 상기 패킹이 또 다른 하나의 층을 이루면서 제공되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 순환 라인 및 제 2 순환 라인 중 어느 하나 이상은 필터와 사이클론을 포함하고, 상기 필터와 상기 사이클론에 의해 수용액의 오염물질이 제거되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 수용액 및 상기 제 2 수용액에는 수산화나트륨(NaOH), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO3), 과염산바륨(Ba(CIO4)2), 탄산수소칼륨(KHCO3), 질산나트륨(NaNO3), 염소산나트륨(NAClO3), 질산칼륨(KNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 과염소산나트륨(NaClO4), 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 개미산칼륨 중 어느 하나의 약품이 포함되고, 상기 제 1 수용액과 상기 제 2 수용액에는 서로 다른 약품이 포함되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연소 설비에서 발생되는 연도 가스에 포함된 잠열을 회수하여 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 연도 가스에 의한 백연 현상이 효과적으로 억제되고, 오염물질도 효과적으로 제거됨으로써, 연도 가스에 의한 환경 오염을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 감압 분리기의 구조를 도식화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
설명에 앞서, 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치는 넓게 봐서 연도 가스를 후처리하여 대기중에 배출하기 위한 장치이므로, 편의상 연도 가스 처리 장치라고 부를 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(1)는 외부로부터 입구(10)로 투입되는 연도 가스가 투입되어 오염물질과 수분이 일정 수준 이하로 제거되고, 폐열이 회수되는 본체(100)와, 입구(10)로 투입된 연도 가스가 본체(100)를 우회하여 펀넬(14)로 배출되는 바이패스 라인(12)을 포함한다.
여기서, 투입되는 연도 가스는 연소 설비에서 연소 후 배출되는 배기 가스이고, 상기 연소 설비의 예로는 각종 발전소, 소각장, 금속 용해로, 보일러, 습식 탈황시설 등을 들 수 있다.
본 실시예에서는 본체(100)에서 배출되는 처리 후 연도 가스가 바이패스 라인(12)에 합류되는 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 예시에 불과하며, 바이패스 라인(12)과 별도의 라인을 통해 펀넬(14)과 연결되는 구성도 가능하다.
바이패스 라인(12)과 입구(10)에서 본체(100)로 공급 및 배출되는 각 라인 상에는 가스의 유동을 제어하는 밸브가 적절히 제공될 수 있다.
본체(100)는 내부에 제 1 분사 노즐(102), 제 2 분사 노줄(108), 상부 패킹(106), 하부 패킹(101), 중앙 호퍼(104), 플라즈마 필터(103), 및 헤파 필터(105)를 포함할 수 있다.
상부 패킹(101)과 하부 패킹(101)은 스테인리스 재질로 형성되어 연도 가스가 통과하는 복수의 공극이 형성된 두꺼운 플레이트 형상의 부재이다.
제 1 분사 노즐(102)을 통해 분사되는 수용액에 포함되는 약품으로는, 수산화나트륨(NaOH), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO3), 과염산바륨(Ba(CIO4)2), 탄산수소칼륨(KHCO3), 질산나트륨(NaNO3), 염소산나트륨(NAClO3), 질산칼륨(KNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 과염소산나트륨(NaClO4), 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 개미산칼륨 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
중앙 호퍼(104)는 연도 가스가 중앙으로 통과하도록 중앙에 홀이 형성된 에뉼러(annular) 형상으로 제공되며, 중앙에서 외측으로 갈수록 하측으로 경사지게 형성되어 상측에서 응결되어 하강하는 수분이 에뉼러 부분에 모일 수 있는 형상을 갖는다.
*또한, 상측에서 하강하는 수분이 중앙 호퍼(104)의 하측으로 전달되지 않도록 중앙부분에 루프(roof)가 형성될 수 있다.
플라즈마 필터(103)는 음으로 대전되고 미세공이 형성된 방전극과 양으로 대전된 집진극을 포함한다.
집전극과 방전극에 고전압을 걸어주면, 방전극 자체에서 전자가 생성되거나 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어져 방전극 주위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마란 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로 전기 전도율이 높은 특성을 갖는다.
불순물이 포함된 기체가 방전극을 통과하면, 방전극에서 생성된 전자가 불순물 입자에 부착되어 입자들이 음전하를 띠게 되고, 음전하를 띤 입자는 정전기적 인력에 의해 양전하가 걸려 있는 집전극으로 이동하여 부착됨으로써 불순물들이 제거된다.
또한, 헤파 필터(High Efficiency Particulate Arrestor Filter)(105)는 인조 섬유로 제조되는 필터로서, 직경 0.3 이상의 입자에 대해서 95~99.97%의 제거율을 가지는 필터이다.
본 실시예에서는 본체(100)의 상부에 제공되는 필터로서 헤파 필터가 제공되는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 헤파 필터 이외에도 미스트 필터 등 임의의 필터가 제공될 수 있다.
제 1 분사 노즐(102)은 제 1 순환 라인(110)과 연결되어 약품을 포함하는 수용액이 전달되고, 제 1 순환 라인(110)은 본체(100)의 저부에 고인 수용액을 제 1 분사 노즐(102)로 순환시켜서 공급하도록 제공된다.
또한, 제 1 분사 노즐(102)을 통해 분사될 수용액이 저장되는 제 1 저장 탱크(132)로부터 수용액이 주입되는 제 1 공급 라인(130)이 제 1 순환 라인(110)과 연결된다.
또한, 제 1 순환 라인(110)을 흐르는 수용액은 오염물질의 농도가 높아지거나, 순환 주기가 오래되어 폐기될 필요가 있을 때는 폐수 처리 라인(160)을 통해 폐수 처리된다. 이를 위해, 제 1 순환 라인(110)은 폐수 처리 라인(160)과 연결된다.
제 2 분사 노줄(108)은 제 2 순환 라인(120)과 연결되어 수용액이 전달되고, 제 2 순환 라인(120)은 제 2 분사 노줄(108)의 하측에 제공되는 중앙 호퍼(104)에 수집된 수용액을 제 2 분사 노줄(108)로 순환시켜서 공급하도록 제공된다.
여기서, 제 1 순환 라인(110)을 순환하여 제 1 분사 노즐(102)로 분사되는 수용액을 제 1 수용액이라고 하고, 제 2 순환 라인(120)을 순환하여 제 2 분사 노즐(108)로 분사되는 수용액을 제 2 수용액이라고 할 수 있다.
또한, 제 2 수용액에는 약품이 포함될 수 있으며, 제 2 수용액에 포함되는 약품으로는, 수산화나트륨(NaOH), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO3), 과염산바륨(Ba(CIO4)2), 탄산수소칼륨(KHCO3), 질산나트륨(NaNO3), 염소산나트륨(NAClO3), 질산칼륨(KNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 과염소산나트륨(NaClO4), 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 개미산칼륨 중 제 1 수용액에 포함된 약품과 다른 하나가 사용될 수 있다.
그러나 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 2 수용액은 약품이 포함되지 않은 응축수일 수 있고, 또는 제 1 수용액에 포함된 약품과 동일한 약품이 포함된 수용액일 수도 있다.
중앙 호퍼(104)에서 수집된 수용액은 고온의 연도 가스의 폐열을 흡수하여 온도가 높아진 상태이며, 제 2 순환 라인(120)의 도중에 제공되는 열교환기(170)로 전달되어 외부로부터 제공되는 용수와 열교환을 한다.
이에 따라, 연도 가스의 폐열을 흡수한 제 2 수용액이 용수 공급 라인(150)으로 공급되는 용수와 열교환기(170)에서 열교환을 함으로써, 용수의 온도를 높이게 된다. 온도가 높아진 용수는 에너지원으로써 활용될 수 있으며, 일 예로 지역 난방수로 활용될 수 있다.
열교환기(170)를 거친 제 2 수용액은 다시 제 2 분사 노줄(108)로 공급된다. 이때, 열교환기(170)의 하류 측에 제 2 저장 탱크(142)가 제 2 공급 라인(140)을 통해 연결되며, 이로써 저온의 제 2 수용액이 충전될 수 있다.
또한, 제 2 순환 라인(120)의 열교환기(170) 상류 측에는 고온의 제 2 수용액이 폐수 처리될 수 있도록 폐수 처리 라인(160)과 연결된다.
*상술한 각 라인들(110, 120, 130, 140, 150, 160)에는 필요에 따라 펌프와 개폐 밸브가 적절히 제공될 수 있으며, 각 펌프와 개폐 밸브의 작동은 별도로 제공되는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치의 작용 및 효과에 대하여 설명하겠다.
본체(100)의 하부에서 투입되는 연도 가스는 본체(100)의 상부로 상승하여 바이패스 라인(12)으로 합류하여 펀넬(14)로 배출된다.
이때, 본체(100)를 상승하는 과정에서 하부 패킹(101), 제 1 분사 노즐(102)에서 분사되는 제 1 수용액, 상부 패킹(106), 제 2 분사 노줄(108)에서 분사되는 저온의 제 2 수용액, 플라즈마 필터(103), 및 헤파 필터(105)를 차례로 통과하면서 연도 가스 내에 함유된 오염물질과 수분이 제거되고, 고온의 연도 가스에 포함된 폐열이 회수되어 용수를 가열하는데 사용된다.
하부 패킹(101)에 형성된 공극을 연도 가스가 통과할 때 제 1 분사 노즐(102)에서 분사되는 제 1 수용액과 접촉하고, 좁은 공극 내에서 연도 가스와 제 1 수용액이 접촉함으로써, 제 1 수용액으로 인한 오염물질의 제거 효과가 높아질 수 있다.
제 1 분사 노즐(102)을 통해 분사되는 제 1 수용액에 의해 제거되는 오염물질로는, 염산화물, 황산화물, 먼지 등이 있다.
제 1 순환 라인(110)을 흐르는 제 1 수용액 중 폐수 처리 라인(160)으로 폐수 처리되는 유량과 제 1 공급 라인(130)으로 보충되는 제 1 수용액의 유량은 제어부에 의해 제어될 수 있다.
제 2 분사 노줄(108)에서 분사되는 제 2 수용액은 상부 패킹(101)에 형성된 공극을 통과하는 연도 가스와 접촉하여 고온의 연도 가스에 함유된 수증기를 응결시키면서, 연도 가스의 열을 흡수하여 온도가 높아지게 된다.
이렇게 제 2 분사 노줄(108)에서 분사되는 제 2 수용액과 연도 가스에 함유되었던 수증기가 응결된 수분은 하강하여 중앙 호퍼(104)에 모이게 된다.
중앙 호퍼(104)에 모인 제 2 수용액은 연도 가스의 열을 흡수한 상태이므로, 제 2 분사 노줄(108)에서 분사된 제 2 수용액보다 온도가 높아진 상태이다.
온도가 높아진 제 2 수용액은 제 2 순환 라인(120)으로 순환되면서, 일부는 폐수 처리 라인(160)으로 폐수 처리되고, 나머지는 열교환기(170)를 통과하면서 용수 공급 라인(150)으로 공급된 용수와 열교환을 하여 용수를 가열한다.
열교환기(170)를 통과한 제 2 수용액은 제 2 저장 탱크(142)로부터 공급되는 제 2 수용액과 합류하여 온도가 낮아진다. 이때, 폐수 처리되는 제 2 수용액의 유량과 제 2 공급 라인(140)을 통해 공급되는 제 2 수용액의 유량은 제어부에 의해 제어될 수 있다.
제 2 수용액이 분사되면서 수분이 제거되고 열이 흡수된 연도 가스는 본체(100) 내에서 상승하면서 플라즈마 필터(103)와 헤파 필터(105)를 차례로 통과하고, 이 과정에서 잔여 수분과 오염물질이 걸러지게 된다.
상술한 바와 같은 제 1 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(1)는, 연소 설비에서 발생되는 연도 가스의 백연 현상의 원인이 되는 수분이 효과적으로 제거되므로, 백연 현상을 억제할 수 있고, 오염물질도 효과적으로 제거됨으로써, 결과적으로 연도 가스에 의한 환경 오염을 저감할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 연도 가스를 배출하는 연소 설비의 잠열을 회수하여 재활용할 수 있으므로, 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.
한편, 제 1 순환 라인을 흐르는 제 1 수용액에 포함된 오염물질의 농도가 높아지면 연도 가스의 오염물질이 효과적으로 제거되지 못할 수 있다.
이에 따라, 오염물질의 농도가 너무 높아지면 이를 폐수 처리하고 새로 제 1 수용액을 공급하여 제 1 순환 라인(110)을 흐르는 제 1 수용액의 오염물질 농도를 적절히 조절하는 것이 필요하나, 상술한 제 1 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(1)는 이를 위한 수단이 결여되어 효율적인 운용이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 고온의 연도 가스에 포함된 수증기와 저온의 제 2 수용액이 만나서 연도 가스의 수증기가 응결되어 제거되어야 하는데, 공급되는 제 2 수용액의 온도가 높으면 수증기가 제대로 응결되지 않고 오히려 고온의 연도 가스에 의해 제 2 수용액이 기화되어 버릴 수 있다.
이러한 현상을 억제하기 위해, 제 2 분사 노줄(108)에서 분사되는 제 2 수용액의 온도가 일정 수준 이하로 조절될 필요가 있으나, 고온의 연도 가스와 만나서 온도가 높아진 제 2 수용액이 중앙 호퍼(104)에서 제 2 순환 라인(120)으로 순환되어 제 2 수용액의 온도가 충분히 낮지 않은 상태에서 제 2 분사 노줄(108)로 분사됨으로써, 연도 가스의 수증기 함유량이 오히려 높아지게 되는 문제가 있을 수 있다.
상술한 문제점들을 해결하기 위해, 아래에서 설명되는 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(2)가 제안된다. 이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(2)에 대하여 도 2를 참조하여 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(2)는 제 1 실시예와 마찬가지로 외부로부터 입구(20)로 투입되는 연도 가스가 투입되어 오염물질과 수분이 일정 수준 이하로 제거되고, 폐열이 회수되는 본체(200)와, 입구(20)로 투입된 연도 가스가 본체(200)를 우회하여 펀넬(24)로 배출되는 바이패스 라인(22)을 포함한다.
또한, 본체(200)는 내부에 제 1 분사 노즐(202), 제 2 분사 노즐(208), 상부 패킹(206), 하부 패킹(201), 중앙 호퍼(204), 플라즈마 필터(203), 및 헤파 필터(205)를 포함할 수 있다.
또한, 본체(200)의 저부에 고인 수용액을 제 1 분사 노즐(202)로 공급하는 제 1 순환 라인(210)과, 제 2 분사 노즐(208)의 하측에 제공되는 중앙 호퍼(204)에 수집된 제 2 수용액을 제 2 분사 노즐(208)로 공급하는 제 2 순환 라인(220)과, 제 1 저장 탱크(232)에 저장된 수용액을 제 1 순환 라인(210)으로 주입하는 제 1 공급 라인(230)과, 제 2 저장 탱크(242)에 저장된 제 2 수용액을 제 2 순환 라인(220)으로 공급하는 제 2 공급 라인(240)과, 외부로부터 용수가 공급되는 용수 공급 라인(250)과, 제 2 순환 라인(220) 및 용수 공급 라인(250) 상에 제공되어 제 2 순환 라인(220)을 흐르는 제 2 수용액과 용수 공급 라인(250)을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 열교환기(270)를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 각 라인들(210, 220, 230, 240, 250, 260)에는 필요에 따라 펌프와 개폐 밸브가 적절히 제공될 수 있으며, 각 펌프와 개폐 밸브의 작동은 별도로 제공되는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 제 1 순환 라인(210) 상에는 본체(200)의 저부에 고인 수용액에 함유된 오염물질의 농도를 측정하는 농도 측정 센서(212)가 제공되며, 농도 측정 센서(212)에서 측정된 오염물질의 농도 수치는 제어부로 전달된다.
제어부는 기 설정된 농도 수치보다 측정된 농도 수치가 더 높은 경우 제 1 순환 라인(210)의 밸브를 폐쇄하고, 제 1 순환 라인(210)으로부터 폐수 처리 라인(260)으로 분기되는 라인의 밸브를 개방하여, 본체(200)의 저부에 고인 수용액을 모두 폐수 처리할 수 있다.
이때, 상기 기 설정된 농도 수치는 소정의 수용액의 유량에 대하여 오염물질의 제거가 소망하는 수준 이상으로 이루어질 수 있도록 하는 오염물질 농도의 최대치로 설정될 수 있다.
수용액이 폐수 처리되는 동안, 제 1 저장 탱크(232)에서 제 1 수용액이 공급되어, 제 1 분사 노즐(202)로 분사되는 제 1 수용액의 유량은 폐수 처리되는 동안에도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(2)는, 제 2 순환 라인(220) 상의 열교환기(270) 하류 측에서 분기되어 제 2 순환 라인(220) 상의 열교환기(270)의 상류 측으로 연결된 환류 라인(280)을 더 포함한다.
이에 따라, 열교환기(270)를 통과한 제 2 수용액이 환류 라인(280)을 통해 제 2 순환 라인(220) 상의 열교환기(270)의 상류 측으로 선택적으로 환류될 수 있다.
또한, 제 2 순환 라인(220) 상에는 열교환기(270)의 상류 측에 배치되어 제 2 수용액의 온도를 측정하는 온도 센서(222)가 제공되고, 온도 센서(222)는 환류 라인(280)이 접속되는 지점의 하류 측에 배치된다. 온도 센서(222)에서 측정된 제 2 수용액의 온도는 제어부로 전달된다.
제어부는 온도 센서(222)에 의해 측정되는 제 2 수용액의 온도가 기 설정된 온도 이상일 경우에는 제 2 순환 라인(220)을 폐쇄함과 동시에 제 2 공급 라인(240)을 개방하여 제 2 저장 탱크(242)로부터 제 2 분사 노즐(208)로 제 2 수용액을 공급하고, 환류 라인(280)을 개방하여 열교환기(270)에서 배출된 제 2 수용액이 환류 라인(280)을 흐르도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 기 설정된 온도는 소정의 온도 범위 내에서 투입되는 연도 가스의 온도에 의해 분사되는 제 2 수용액이 기화되지 않고, 연도 가스에 포함된 수증기가 응결될 수 있는 제 2 수용액의 온도로 설정될 수 있다.
또한, 중앙 호퍼(204)로부터 제 2 수용액이 계속 공급되는 상태에서 환류 라인(280)이 개방된 경우, 순환하는 제 2 수용액의 유량을 일정 수준으로 유지시키기 위해, 환류되는 제 2 수용액 중 일부는 폐수 처리 라인(260)을 통해 폐수 처리되도록 제어될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(2)는 제 1 분사 노즐(202)로 분사되는 수용액의 오염물질 농도를 적절히 조절할 수 있으므로, 연도 가스의 오염물질 제거가 효과적으로 이루어질 수 있다는 효과가 있다.
또한, 제 2 분사 노즐(208)로 분사되는 제 2 수용액의 온도가 일정 수준 이하로 제어됨으로써, 연도 가스와 접촉한 제 2 수용액이 기화하는 현상이 억제되면서도, 환류 라인(280)에 의해 고온의 제 2 수용액이 환류되면서 열교환이 지속적으로 이루어질 수 있으므로, 열교환기(270)에서 제 2 수용액과 용수가 열교환되는 제 2 수용액의 온도가 고온으로 유지될 수 있다는 효과가 있다.
한편, 상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 실시예들에 따르면, 수용액에 포함된 오염물질의 농도가 높아지면 폐수 처리될 수 밖에 없어서, 약품 소비 효율이 낮다는 문제가 있다.
또한, 제 2 순환 라인을 흐르는 제 2 수용액에 불순물이 포함될 경우 제 2 분사 노즐을 망가뜨리거나, 상부 패킹의 공극을 막는 등의 문제가 발생될 수 있다.
상술한 문제점들을 해결하기 위해, 아래에서 설명되는 제 3 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(3)가 제안된다. 이하, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(3)에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치를 도식화하여 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 감압 분리기의 구조를 도식화한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 3 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(3)는 제 1 실시예와 마찬가지로 외부로부터 입구(30)로 투입되는 연도 가스가 투입되어 오염물질과 수분이 일정 수준 이하로 제거되고, 폐열이 회수되는 본체(300)와, 입구(30)로 투입된 연도 가스가 본체(300)를 우회하여 펀넬(34)로 배출되는 바이패스 라인(32)을 포함한다.
*또한, 본체(300)는 내부에 제 1 분사 노즐(302), 제 2 분사 노즐(308), 상부 패킹(306), 하부 패킹(301), 중앙 호퍼(304), 플라즈마 필터(303), 및 헤파 필터(305)를 포함할 수 있다.
또한, 본체(300)의 저부에 고인 수용액을 제 1 분사 노즐(302)로 공급하는 제 1 순환 라인(310)과, 제 2 분사 노즐(308)의 하측에 제공되는 중앙 호퍼(304)에 수집된 수용액을 제 2 분사 노즐(308)로 공급하는 제 2 순환 라인(320)과, 제 1 저장 탱크(332)에 저장된 수용액을 제 1 순환 라인(310)으로 주입하는 제 1 공급 라인(330)과, 제 2 저장 탱크(342)에 저장된 수용액을 제 2 순환 라인(320)으로 공급하는 제 2 공급 라인(340)과, 외부로부터 용수가 공급되는 용수 공급 라인(350)과, 제 2 순환 라인(320) 및 용수 공급 라인(350) 상에 제공되어 제 2 순환 라인(320)을 흐르는 제 2 수용액과 용수 공급 라인(350)을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 열교환기(370)를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 각 라인들(310, 320, 330, 340, 350, 360)에는 필요에 따라 펌프와 개폐 밸브가 적절히 제공될 수 있으며, 각 펌프와 개폐 밸브의 작동은 별도로 제공되는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 제 1 순환 라인(310) 상에는 사이클론(312)과 필터(314)가 제공되어 제 1 수용액에 포함된 오염물질이 제거될 수 있으며, 감압밸브(3164)에 의해 분리 탱크(도 4, 3162) 내부를 감압시켜서, 수용액의 비등점을 낮춰서 수용액에 함유된 물을 분리하는 감압 분리기(316)를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 순환 라인(320) 상에도 사이클론(322)과 필터(324)가 제공되어 응축수에 포함된 불순물이 제거될 수 있다. 이때, 필터(324)와 사이클론(322)은 열교환기(370)의 하류 측에 배치될 수 있다.
또한, 제 2 순환 라인(320)에도 감압 분리기(326)가 제공될 수 있으며, 제 1 순환 라인(310)에 제공된 감압 분리기(316)와 제 2 순환 라인(320)에 제공된 감압 분리기(326)는 서로 동일한 구성 및 기능을 가질 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 순환 라인(310)과 제 2 순환 라인(320) 상에 필터와 사이클론이 각각 한 개씩 제공되는 경우를 예로 들어 도시하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 자유롭게 변형이 가능하다.
예를 들어, 제 1 순환 라인(310)과 제 2 순환 라인(320) 상에 필터만이 제공되거나, 사이클론만이 제공되는 경우도 가능하고, 각각 복수 개씩 제공되는 경우도 가능하다.
각 라인에 제공되는 사이클론(312, 322)은 내부로 유입된 수용액에 포함된 오염물질 또는 불순물을 원심력에 의해 분리하여, 오염물질 또는 불순물은 폐수 처리하고, 분리된 수용액은 내보내는 구성을 갖는다.
또한, 필터(314, 324)는 미세공을 갖는 필터링 멤브레인을 포함하여, 입자가 큰 오염물질 또는 불순물은 걸러내고, 입자가 작은 수용액만 통과시키는 구성을 갖는다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 감압 분리기(316)는 분리 탱크(3162), 감압 밸브(3164), 블로워(3166: Blower), 및 배출라인(2165)을 포함할 수 있다.
감압 밸브(3164)는 분리 탱크(3162)의 입구 측에 제공되고, 분리 탱크(3162)의 상측에 블로워가 제공된다. 또한, 배출라인(2165)은 블로워(3166)와 연결되어 분리 탱크(3162) 내에서 발생된 수증기가 배출된다.
분리 탱크(3162)로 투입되는 수용액은 물과 약품이 혼합된 상태이며, 감압 밸브(3164)에 의해 기 설정된 압력 이하로 감압된다.
분리 탱크(3162)로 투입된 수용액의 압력이 낮아지면, 수용액의 비등점이 낮아지게 되는데, 이에 따라 낮은 온도에서도 수용액에 포함된 물이 기화될 수 있다. 이때, 수용액에 포함된 물을 기화시키기 위해 필요한 열이 외부로부터 공급될 수도 있으나, 분리 탱크(3162) 내부의 압력이 충분히 낮아지면 이러한 외부 가열 없이도 물을 기화시키는 것이 가능하므로, 가열에 따른 연료 소비를 저감할 수 있다.
이에 따라, 분리 탱크(3162) 내부에서 수용액에 포함된 물의 적어도 일부가 기화되면, 분리 탱크(3162)의 상부로 상승하여 블로워(3166)에 의해 배출라인(2165)을 통해 외부로 배출되어 제거된다.
물이 제거된 수용액은 분리 탱크(3162)에서 배출되어 제 1 순환 라인(310)을 통해 제 1 분사 노즐(302)로 본체(300) 내부에 분사된다.
이로써, 제 1 분사 노즐(302) 및 제 2 분사 노즐(108)에 의해 분사되는 수용액의 약품 농도가 높은 수준으로 유지되어 오염물질의 제거 효율이 높아질 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(3)는 제 1 순환 라인(310) 상에 사이클론(312)과 필터(314)가 구비되므로, 수용액에 포함된 오염물질이 걸러짐으로써, 수용액이 폐수 처리되는 양을 큰 폭으로 줄일 수 있으므로, 약품 소비 효율이 높아진다는 효과가 있다.
또한, 제 2 순환 라인(320) 상에 제공되는 사이클론(322)과 필터(324)에 의해 응축수에 포함된 불순물이 제거되므로, 제 2 분사 노즐(308)이 망가지거나 상부 패킹(306)의 공극을 막는 등의 현상을 억제할 수 있다는 효과가 있다.
한편, 아래에서 설명하는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(4)는 상술한 제 1, 제 2, 제 3 실시예들과 비교하였을 때 열교한기가 제 1 순환 라인에도 제공된다는 점에서 차이가 있다. 이하, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(4)에 대하여 도 5를 참조하여 설명하겠다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치를 도식화하여 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 4 실시예에 따른 연도 가스 처리 장치(4)는 제 1 실시예와 마찬가지로 외부로부터 입구(40)로 투입되는 연도 가스가 투입되어 오염물질과 수분이 일정 수준 이하로 제거되고, 폐열이 회수되는 본체(400)와, 입구(40)로 투입된 연도 가스가 본체(400)를 우회하여 펀넬(44)로 배출되는 바이패스 라인(42)을 포함한다.
또한, 본체(400)는 내부에 제 1 분사 노즐(402), 제 2 분사 노즐(408), 상부 패킹(406), 하부 패킹(401), 중앙 호퍼(404), 플라즈마 필터(403), 및 헤파 필터(405)를 포함할 수 있다.
또한, 본체(400)의 저부에 고인 수용액을 제 1 분사 노즐(402)로 공급하는 제 1 순환 라인(410)과, 제 2 분사 노즐(408)의 하측에 제공되는 중앙 호퍼(404)에 수집된 수용액을 제 2 분사 노즐(408)로 공급하는 제 2 순환 라인(420)과, 제 1 저장 탱크(432)에 저장된 제 1 수용액을 제 1 순환 라인(410)으로 주입하는 제 1 공급 라인(430)과, 제 2 저장 탱크(442)에 저장된 제 2 수용액을 제 2 순환 라인(420)으로 공급하는 제 2 공급 라인(440)과, 외부로부터 용수가 공급되는 용수 공급 라인(450)과, 제 2 순환 라인(420) 및 용수 공급 라인(450) 상에 제공되어 제 2 순환 라인(420)을 흐르는 제 2 수용액과 용수 공급 라인(450)을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 제 1 열교환기(472)와, 제 1 순환 라인(410) 및 용수 공급 라인(450) 상에 제공되어 제 1 순환 라인(410)을 흐르는 제 1 수용액과 용수 공급 라인(450)을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 제 2 열교환기(474)를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 각 라인들(410, 420, 430, 440, 450, 460)에는 필요에 따라 펌프와 개폐 밸브가 적절히 제공될 수 있으며, 각 펌프와 개폐 밸브의 작동은 별도로 제공되는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 제 1 순환 라인(410) 상에는 사이클론(412)과 필터(414)가 제공되어 제 1 수용액에 포함된 오염물질이 제거될 수 있으며, 감압 분리기(418)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 감압 분리기(418)는 상술한 제 3 실시예의 감압 분리기(316)와 구성 및 작용 효과가 동일하다.
또한, 제 2 순환 라인(420) 상에도 사이클론(422)과 필터(424)가 제공되어 제 2 수용액에 포함된 불순물이 제거될 수 있으며, 감압 분리기(426)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 감압 분리기(426)는 상술한 제 3 실시예의 감압 분리기(316)와 구성 및 작용 효과가 동일하다.
한편, 용수 공급 라인(450)을 따라 흐르는 용수는 제 1 열교환기(472)에서 연도 가스의 열을 흡수한 고온의 제 2 수용액과 열교환하여 1차적으로 가열되고, 제 2 열교환기(474)에서 제 1 수용액과 열교환하여 2차적으로 가열된 후 배출된다.
제 1 순환 라인(410)을 흐르는 제 1 수용액은 본체(400)의 저부에 고여있다가 제 1 순환 라인(410)에 제공되는 펌프에 의해 순환되므로, 본체(400)의 하부에서 공급되는 고온의 연도 가스와 직접적으로 접촉하여 가열된다.
이로써, 온도가 높아지게 되고, 이렇게 높은 온도의 제 1 수용액과 2차 열교환이 이루어짐으로써 용수의 온도가 더 높아지고, 연도 가스의 열이 2단계로 흡수될 수 있으므로, 열 효율이 높아지는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
1, 2, 3, 4: 연도 가스 처리 장치
100, 200, 300, 400: 본체
110, 210, 310, 410: 제 1 순환 라인
120, 220, 320, 420: 제 2 순환 라인
130, 230, 330, 430: 제 1 공급 라인
140, 240, 340, 440: 제 2 공급 라인
150, 250, 350, 450: 용수 공급 라인
160, 260, 360, 460: 폐수 처리 라인
170, 270, 370, 470: 열교환기
472: 제 1 열교환기
474: 제 2 열교환기

Claims (6)

  1. 내부로 공급되는 연도 가스에 제 1 수용액을 분사하는 제 1 분사 노즐과, 상기 연도 가스에 제 2 수용액을 분사하는 제 2 분사 노즐을 포함하는 본체;
    상기 본체의 저부에 고인 수용액을 상기 제 1 분사 노즐로 공급하는 제 1 순환 라인;
    상기 제 2 분사 노즐의 하측에 제공되는 중앙 호퍼에 수집된 수용액을 상기 제 2 분사 노즐로 공급하는 제 2 순환 라인;
    제 1 저장 탱크에 저장된 상기 제 1 수용액을 상기 제 1 순환 라인으로 공급하는 제 1 공급 라인;
    제 2 저장 탱크에 저장된 상기 제 2 수용액을 상기 제 2 순환 라인으로 공급하는 제 2 공급 라인;
    외부로부터 용수가 공급되는 용수 공급 라인; 및
    상기 제 2 순환 라인과 상기 용수 공급 라인 상에 제공되어 상기 제 2 순환 라인을 흐르는 상기 제 2 수용액과 상기 용수 공급 라인을 흐르는 용수 사이에 열교환을 일으키는 열교환기를 포함하고,
    상기 제 1 수용액 및 상기 제 2 수용액에는 상기 연도 가스에 포함된 오염물질 및 수분을 흡착하는 약품이 포함되고,
    상기 제 1 순환 라인 및 상기 제 2 순환 라인 중 적어도 어느 하나 이상은,
    분리 탱크를 포함하고, 감압밸브에 의해 상기 분리 탱크의 내부를 감압시켜서 수용액의 비등점을 낮춰서 수용액에 함유된 물을 분리하는 감압 분리기를 포함하고,
    상기 본체는,
    상기 연도 가스에 포함된 수증기와 오염물질을 포집하는 플라즈마 필터; 및
    상기 연도 가스가 통과하는 복수의 공극이 형성된 패킹을 더 포함하고,
    상기 연도 가스는 상기 본체의 하부로 공급되고,
    상기 제 1 분사 노즐이 상기 제 2 분사 노즐의 하측에 제공되고,
    상기 중앙 호퍼는 상기 제 1 분사 노즐과 상기 제 2 분사 노즐의 사이에 배치되고,
    상기 제 2 분사 노즐과 상기 중앙 호퍼의 사이에 상기 패킹이 하나의 층을 이루면서 제공되고,
    상기 제 1 분사 노즐의 하측에 상기 패킹이 또 다른 하나의 층을 이루면서 제공되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 본체의 상부에 제공되고, 상기 연도 가스에 포함된 수증기와 오염물질을 포집하는 헤파 필터를 더 포함하는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 순환 라인 및 제 2 순환 라인 중 어느 하나 이상은 필터와 사이클론을 포함하고,
    상기 필터와 상기 사이클론에 의해 수용액의 오염물질이 제거되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수용액 및 상기 제 2 수용액에는 수산화나트륨(NaOH), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO3), 과염산바륨(Ba(CIO4)2), 탄산수소칼륨(KHCO3), 질산나트륨(NaNO3), 염소산나트륨(NAClO3), 질산칼륨(KNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 과염소산나트륨(NaClO4), 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 개미산칼륨 중 어느 하나의 약품이 포함되고,
    상기 제 1 수용액과 상기 제 2 수용액에는 서로 다른 약품이 포함되는 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치.
KR1020150082772A 2015-06-11 2015-06-11 연도 가스 폐열 회수 및 오염물질 제거 장치 KR101548656B1 (ko)

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