KR101552003B1 - 배기가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 처리장치에 관한 것이며, 본 발명의 배기가스 처리장치는 배기가스가 배출되는 경로 상에 마련되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버 내부에 마련되어 벽면을 통과하는 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질이 상기 벽면에 포집되도록 중공이 형성된 기둥형상으로 마련된 여과부, 상기 중공 내부에 설치되며 상기 여과부로부터 처리된 배기가스에 포함된 황산화물 또는 질소산화물을 처리하도록 상기 여과부로부터 처리된 배기가스를 플라즈마화하는 펄스방전부를 구비하는 제1 처리부; 상기 제1 처리부로부터 처리된 배기가스에 포함되는 이산화질소(N02)를 처리하도록 환원제를 분무하는 제2 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 작은 공간을 이용하여 입자상 물질. 황산화물 및 질소산화물을 순차적으로 처리할 수 있는 배기가스 처리장치가 제공된다.

Description

배기가스 처리 장치{APPARATUS FOR PURIFICATING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물, 황산화물, 입자상 물질을 통합적으로 처리하면서도 설치 면적을 축소할 수 있는 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유해대기오염물질인 질소산화물 및 황산화물을 포함하는 배기가스를 처리하는 설비에서는 대형의 배기가스 처리장치를 이용한다.
도 1은 종래의 배기가스 처리장치의 일례를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 오염가스 처리장치(10)의 경우에는 황산화물은 배연탈황장치(Flue Gas Desulfurization : FGD)(11)으로 처리한 후에 질소산화물을 선택적촉매환원장치(Selective Catalystic Reduction : SCR)(12)로 처리하며, 건식 전기집진기(14)로 입자상 물질을 처리한다.
그러나, 상술한 배연탈황장치(11) 및 선택적촉매환원장치(12)는 대량의 오염가스가 성격이 전혀 다른 탈질 및 탈황의 두 공정을 순차적으로 거치면서 오염가스에 포함된 오염물질이 처리됨에 따라 초기 투자비 및 운전비가 상승하게 되고, 탈질 및 탈황 공정의 최적 공정결합이 요구되었다.
특히, 배연탈황장치(11)에 의하는 경우 전체적인 스케일이 커지고, 배압 증가 문제로 인하여 사용상의 불편함이 많았다.
또한, 질소산화물의 처리를 위하여 이용되는 선택적촉매환원장치(12)의 경우에 최소 400˚C 이상의 고온에서만 작동하여 운전조건이 까다롭고, 고가의 촉매(13)를 이용하기 때문에 시설비용이 과도하게 소모되는 문제점이 있었다.
더 나아가, 질소산화물, 황산화물 및 입자상 물질을 모두 처리하기 위해 상술한 배연탈황장치, 선택적촉매환원장치, 건식 전기집진기를 모두 설치해야 하므로설치공간이 과도하게 소모되어 설치공간의 축소가 중요한 문제로 연구되고 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 축소된 사이즈의 구조만으로 배기가스에 포함된 입자상 물질. 황산화물 및 질소산화물을 통합하여 처리할 수 있는 배기가스 처리장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 배기가스가 배출되는 경로 상에 마련되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버 내부에 마련되어 외벽면을 통과하는 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질이 상기 외벽면 상에 포집되도록 중공이 형성된 기둥형상으로 마련된 여과부, 상기 중공 내부에서 상기 여과부의 중심축과 평행한 방향을 따라 연장형성되어 일단이 상기 중공 외측으로 돌출되며 상기 여과부를 통과한 배기가스에 포함된 황산화물을 처리하되 일산화질소를 이산화질소로 개질하도록 상기 여과부를 통과한 배기가스를 플라즈마화하는 펄스방전부를 구비하는 제1 처리부; 상기 제1 처리부로부터 처리된 배기가스에 포함되는 이산화질소(N02)를 처리하도록 환원제를 분무하는 제2 처리부;를 포함하고, 상기 제1 챔버는 하부에 상기 배기가스가 유입되는 제1 유입구, 상부에 상기 배기가스가 상기 제2 처리부로 유입되는 제1 배출구를 형성하며, 상기 여과부는 상기 배기가스가 통과하며 상기 배기가스의 상측 유동을 하도록 상방이 개방되고 상기 배기가스가 상기 펄스방전부 측으로 밀집되도록 상기 배기가스의 유동을 안내하며 폼 필터(Foam Filter)로 마련되는 필터부, 상기 필터부의 상부로부터 상기 제1 챔버의 내벽면 사이를 연결하여 상기 배기가스의 유동을 차단하는 상부 밀폐면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치에 의해 달성된다.
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여기서, 상기 제2 처리부는 제2 챔버; 상기 제2 챔버 내부에 마련되어 환원제를 분무하는 분사노즐; 상기 분사노즐로 제공되는 환원제를 저장하는 저장부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 환원제는 아황산나트륨(Na2SO3) 수용액인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2 챔버는 하부에 제1 처리부로부터 배기가스가 유입되는 제2 유입구, 상기 배기가스가 배출되며 분사노즐이 구비된 위치보다 상측에 마련되는 제2 배출구가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 작은 공간을 이용하여 입자상 물질. 황산화물 및 질소산화물을 순차적으로 처리할 수 있는 배기가스 처리장치가 제공된다.
또한, 여과부를 이용하여 배기가스가 플라즈마화하기 이전에 입자상 물질을 처리할 수 있는 배기가스 처리장치가 제공된다.
여기서, 펄스방전부를 이용하여 배압이 감소하는 동시에 전체적으로 사이즈를 줄일 수 있다.
또한, 펄스방전부를 통해 일산화질소와 같은 질소산화물을 이산화질소로 개질하고, 이산화질소를 환원제를 통해 제거함으로써 탈질 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 하나의 챔버 내부에서 여과부, 펄스방전부를 설치하여 전체 구조의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고,
도 3은 도 2의 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 도 2의 배기가스 처리장치에서 제1 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 도 2의 배기가스 처리장치에서 제2 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6는 제2 실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 제2 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 7은 도 2의 배기가스 처리장치에 따른 배기가스의 처리 순서를 개략적으로 도시한 순서도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 또는 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)는 배기가스에 포함된 입자상 물질, 황산화물 및 질소산화물을 처리하여 제거하는 것으로서, 입자상 물질(Particulate Matter : PM), 황산화물 및 일산화질소(NO)을 처리하는 제1 처리부(110)와 이산화질소(NO2)을 처리하는 제2 처리부(120)를 포함한다.
도 4는 도 2의 배기가스 처리장치에서 제1 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 처리부(110)는 배기가스의 유동 경로 상에 설치되어 배기가스 내부에 포함된 입자상 물질, 황산화물 및 질소산화물을 처리하는 것으로 제1 챔버(111)와 여과부(114)와 펄스방전부(117)와 전원공급부(118)를 포함한다.
상기 제1 챔버(111)는 배기가스의 외부 누설을 방지하도록 밀폐되며, 여과부(114)와 펄스방전부(117)를 내부에 수용한다.
또한, 배기가스가 유입되는 제1 유입구(112)와 여과부(114) 및 펄스방전부(117)를 거치면서 입자상 물질, 황산화물, 일산화질소가 처리된 배기가스를 배출하는 제1 배출구(113)가 형성되며, 본 발명의 제1실시예에 따르면 배기가스의 유동방향을 고려하여 제1 유입구(112)는 제1 챔버(111)의 하부에 제1 배출구(113)는 제1 챔버(111)의 상부에 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 여과부(114)는 입자상 물질을 포집하기 위한 것으로서, 배기가스가 통과하여 입자상 물질이 포집되는 필터부(115)와 상부 밀폐면(116)을 포함한다.
상기 필터부(115)는 중공이 형성된 기둥형상으로 마련되며, 입자상 물질이 포함된 배기가스가 필터부(115)의 외벽면을 통과하여 입자상 물질이 제거된 상태로 필터부(115)의 내벽면으로 배출되며 필터부(115)의 벽면 사이에 입자상 물질이 포집된다.
또한, 필터부(115)는 상측은 개방되어, 입자상 물질이 처리된 배기가스가 개방된 상측을 통해 자유롭게 유동할 수 있게 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 필터부(115)는 폼 필터(foam filter)로 형성되어 입자상 물질을 포집하도록 마련되나 이에 제한되는 것은 아니며, 입자상 물질로 미세 먼지를 포집할 수 있는 필터라면 자유롭게 대체가능하다.
상기 상부 밀폐면(116)은 제1 챔버(111)의 제1 배출구(113) 측으로 배기가스를 유동하도록 필터부(115)의 상부와 제1 챔버(111)의 내벽면 사이는 서로 연결되어 필터부(115)와 제1 챔버(111)의 내벽면 사이로 배기가스가 유동하는 것을 방지하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 펄스방전부(117)는 제1 챔버(111) 내부에 설치되며, 일부 또는 전부가 여과부(114)의 중공 내부에 마련되어 여과부(114)를 통과하면서 입자상 물질이 처리된 배기가스에 펄스를 발생시켜 플라즈마화함으로써 내에 포함되는 황산화물(SOx)을 처리하는 동시에 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 개질하기 위한 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 펄스방전부(117)는 나노초(nano second)의 펄스 방전을 발생시켜 배기가스를 처리하도록 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전원공급부(118)는 펄스방전부(117)과 전기적으로 연결되어 펄스전압을 인가하기 위한 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따르면 제1 챔버(111)의 외부에 마련되나 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 챔버(111)의 내부에 설치되도 무방하다.
한편, 여과부(114)와 펄스방전부(117)의 결합관계를 다시 설명하면, 펄스방전부(117)가 여과부(114)의 중공 내부에 일부 또는 전부 삽입되어 여과부(114)를 통과한 배기가스가 밀집된 상태로 펄스방전부(117)의 영향을 받게 된다.
즉, 넓은 영역에 존재하던 배기가스들이 여과부(114)의 중공이라는 협소한 공간을 통과하고, 협소한 공간 내에서 펄스방전부(117)의 영향을 받게 되어 여과부(114)를 통과한 황산화물(SOx) 및 일산화질소(NO)의 대부분, 바람직하게는 전부가 펄스방전부(117)에 의해 플라즈마화된다.
도 5는 도 2의 배기가스 처리장치에서 제2 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 처리부(120)는 배기가스의 포함된 질소산화물, 특히 이산화질소(NO2)의 처리를 위하여 배기가스 측으로 환원제를 분사하기 위한 것으로 배기가스가 처리되도록 밀폐된 공간인 제2 챔버(121)와 환원제를 분사하는 분사노즐(124)과 환원제를 저장하는 저장부(125)를 포함한다.
상기 제2 챔버(121)는 제1 처리부(110)에 의해 처리된 배기가스가 유동하는 경로 상에 배치되어 이산화질소(NO2)를 처리하기 위한 밀폐된 공간으로 제1 처리부(110)를 통과한 배기가스가 유입되는 제2 유입구(122)와 제2 처리부(120)에 의해 처리된 배기가스를 외부로 배출하는 제2 배출구(123)가 형성된다.
여기서, 제2 배출구(123)는 제2 챔버(121)의 상부에 형성되며 분사노즐(122)에 의해 분사되는 환원제와 배기가스가 충분히 반응한 이 후에 배출되는 위치에 형성되어야 한다.
상기 분사노즐(124)은 제2 챔버(121) 내부로 환원제를 분사하는 것으로서, 제2 챔버(121) 내부에 설치된다. 본 발명의 제1실시예에 따르면 분사노즐(124)은 제2 챔버(121)의 상측 벽면에 설치되나 이에 제한되는 것은 아니나, 적어도 제2 챔버(121)를 통과하는 배기가스가 외부로 배출되는 통로보다 상측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 저장부(125)는 환원제를 저장하기 위한 것으로서, 제2 챔버(121)의 내외부 어디에 설치되도 무방하다.
한편, 제2 처리부(120)에서 이산화질소(NO2)를 처리하기 위해 사용되는 환원제는 본 발명의 제1실시예에서는 아황산나트륨수용액(Na2SO3) 수용액을 채택하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 이와 유사한 반응을 하는 다른 환원제도 당연히 사용가능하다.
전체적으로 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)에 대하여 설명하면, 제1 챔버(111)와 제2 챔버(121)의 2개의 챔버로 구성되어 제1 챔버(111) 내에서 입자상 물질, 황산화물, 일산화질소를 처리하고 제2 챔버(121) 내에서는 이산화질소를 처리하게 된다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)는 배기가스 유동경로 상에 배치된 2개의 챔버(111,121)에 의해 입자상 물질, 황산화물, 질소산화물 모두를 처리할 수 있어 종래의 처리장치보다 설치 공간이 축소된다.
지금부터는 상술한 배기가스 처리 장치의 제1실시예의 작동에 대하여 배기가스의 유동방향을 기준으로 설명한다.
도 7은 도 2의 배기가스 처리장치에 따른 배기가스의 처리 순서를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상 물질(PM: Particulate Matter) 등이 포함된 배기가스가 제1 처리부(110)의 제1 챔버(111) 내로 진입한다.
배기가스가 제1 챔버(111) 내부에서 상승하면서 여과부(114)를 통과하게 된다. 여과부(114)를 통과하면서 여과부(114)의 벽면에 입자상 물질이 포집된다.
즉, 여과부(114)에 의해 미세 먼지와 같은 입자상 물질들이 필터링 되는 것이나, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)이 일부 필터링될 수 있어도 대부분은 여과부(114)를 통과하게 된다.
여과부(114)를 통과하여 입자상 물질이 처리된 배기가스는 펄스방전부(117)로부터 나노초(nano second) 단위의 펄스형 전압을 인가받아 플라즈마화된다.
이때, 펄스방전부(117)는 50ns 내지 500ns 펄스 상승시간을 가지고, 100ns 내지 1000ns의 펄스길이(FWHM: Full Width at Half Maximum)와 200Hz 내지 2000Hz 펄스 주기를 가지며, 펄스 최고인가전압은 100kV로 조절되는 사양을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 펄스방전에 의하여 플라즈마 처리되는 오염가스에 포함되는 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)은 하기와 같은 [화학식1] 내지 [화학식4]와 같은 반응이 발생한다.
[화학식 1]
SO2 + O2 -> SO3
[화학식 2]
SO3 + H2O -> H2SO4
[화학식 3]
NO2 + SO2 -> H2SO4 + NO
[화학식 4]
2NO + O2 -> 2NO2
즉, 펄스방전부(117)에서는 배기가스에 포함되는 황산화물(SOx)이 저감, 처리되고, 일산화질소(NO)는 이산화질소(NO2)로 개질된다.
제1 처리부(110)의 여과부(114) 및 펄스방전부(117)을 유동하면서 입자상 물질, 황산화물, 질소산화물이 처리된 배기가스는 제2 처리부(120)에 유입된다.
제2 처리부(120)는 저장부(125)에 저장된 환원제를 분사노즐(124)을 통해 분사하여 펄스방전부(117)를 통과하면서 개질된 이산화질소(NO2)를 처리한다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 처리장치를 유동하는 배기가스는 제1처리부(110) 및 제2처리부(120)를 유동하면서, 입자상 물질, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 순으로 처리되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 처리장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 처리장치(200)는 배기가스에 포함되는 입자상 물질, 질소 산화물 및 황산화물을 통합적으로 처리하는 것으로서, 제1 처리부(110)와 제2 처리부(220)을 포함한다.
상기 제1 처리부(110)는 제1실시예에서의 제1 처리부(110)와 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
도 6는 제2실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 제2 처리부에서 배기가스가 처리되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 처리부(220)는 제1 처리부(110)에 의해 처리된 상태로 이산화질소(NO2)를 포함하는 배기가스에 대하여 환원제를 분사하여 이산화질소(NO2)를 처리하는 것으로서, 제2 챔버(221)와 분사노즐(224)과 저장부(223)를 포함한다.
상기 제2 챔버(221)는 제1 처리부(110)에 의해 처리된 배기가스가 유동하는 경로 상에 배치되어 이산화질소(NO2)를 처리하기 위한 밀폐된 공간으로 제1 처리부(110)를 통과한 배기가스가 유입되는 제2 유입구(222)와 제2 처리부(220)에 의해 처리된 배기가스를 외부로 배출하는 제2 배출구(223)가 형성된다.
여기서, 제2 배출구(223)는 제2 챔버(221)의 상면에 마련된다. 제1 실시예에서의 제2 챔버(121)와 상이한 점은 제2 챔버(221)의 유출구의 위치로, 제2 실시예에 따르면 배기가스가 외부로 배출되기 위하여 배기가스는 분사노즐(224)에 의해 환원제가 분사되는 경로를 지나쳐야 한다는 것이다.
즉, 대부분의 배기가스, 바람직하게는 제2 배출구(223)로 배출되는 배기가스의 전부는 환원제와 반응을 일으킨다.
상기 분사노즐(124)은 제2 챔버(221) 내부로 환원제를 분사하는 것으로서, 제2 챔버(221) 내부에 설치된다. 본 발명의 제2실시예(200)에 따르면 분사노즐(224)은 적어도 제2 챔버(221)로 배기가스가 유입되는 유입구보다 상측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 저장부(225)는 환원제를 저장하기 위한 것으로서, 제1 실시예(100)에서의 저장부(125)와 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상술한 배기가스 처리장치의 제2실시예(200)의 작동에 대하여 설명하면, 배기가스 처리장체(200)에 의해 처리된 배기가스가 배출되는 방향이 상이하고 배기가스의 처리과정 및 반응과정은 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
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: 배기가스 처리 장치 110: 제1 처리부
111: 제1 챔버 114: 여과부
117: 펄스방전부 118: 전원공급부
120: 제2 처리부 121: 제2 챔버
124: 분사노즐 125: 저장부
220: 제2 처리부 221: 제2 챔버
224: 분사노즐 225: 저장부

Claims (6)

  1. 배기가스가 배출되는 경로 상에 마련되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버 내부에 마련되어 외벽면을 통과하는 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질이 상기 외벽면 상에 포집되도록 중공이 형성된 기둥형상으로 마련된 여과부, 상기 중공 내부에서 상기 여과부의 중심축과 평행한 방향을 따라 연장형성되어 일단이 상기 중공 외측으로 돌출되며 상기 여과부를 통과한 배기가스에 포함된 황산화물을 처리하되 일산화질소를 이산화질소로 개질하도록 상기 여과부를 통과한 배기가스를 플라즈마화하는 펄스방전부를 구비하는 제1 처리부;
    상기 제1 처리부로부터 처리된 배기가스에 포함되는 이산화질소(N02)를 처리하도록 환원제를 분무하는 제2 처리부;를 포함하고,
    상기 제1 챔버는 하부에 상기 배기가스가 유입되는 제1 유입구, 상부에 상기 배기가스가 상기 제2 처리부로 유입되는 제1 배출구를 형성하며,
    상기 여과부는 상기 배기가스가 통과하며 상기 배기가스의 상측 유동을 하도록 상방이 개방되고 상기 배기가스가 상기 펄스방전부 측으로 밀집되도록 상기 배기가스의 유동을 안내하며 폼 필터(Foam Filter)로 마련되는 필터부, 상기 필터부의 상부로부터 상기 제1 챔버의 내벽면 사이를 연결하여 상기 배기가스의 유동을 차단하는 상부 밀폐면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 제2 챔버; 상기 제2 챔버 내부에 마련되어 환원제를 분무하는 분사노즐; 상기 분사노즐로 제공되는 환원제를 저장하는 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 환원제는 아황산나트륨(Na2SO3) 수용액인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 챔버는 하부에 제1 처리부로부터 배기가스가 유입되는 제2 유입구, 상기 배기가스가 배출되며 분사노즐이 구비된 위치보다 상측에 마련되는 제2 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
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