KR101617759B1 - 건식 회전혼합유동 반응가속장치 - Google Patents

건식 회전혼합유동 반응가속장치 Download PDF

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Abstract

건식 회전혼합유동 반응가속장치는 사이클론 챔버, 가속확산부, 반응제 공급부, 반응부, 여과집진부 및 반응제 재공급부를 포함한다. 상기 사이클론 챔버는 유입된 배가스를 회전유동시켜 상기 배가스에 함유된 입자상물질을 제거한다. 상기 가속확산부는 상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 균일하게 분산 및 확산된다. 상기 반응제 공급부는 상기 가속확산부로 상기 반응제를 공급한다. 상기 반응부는 상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 배가스와 상기 반응제가 상부로 회전 상승하며 서로 반응한다. 상기 여과집진부는 상기 반응부에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집한다. 상기 반응제 재공급부는 상기 여과집진부에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부로 재공급한다. 상기 반응제 공급부 및 상기 반응제 재공급부는 상기 가속확산부에서 회전하는 상기 배가스의 회전 방향을 따라 상기 반응제를 상기 가속확산부의 내부로 공급한다.

Description

건식 회전혼합유동 반응가속장치{DRY CYCLO-FLUID MIXING REACTOR}
본 발명은 건식 회전혼합유동 반응가속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스 중에 함유된 산성가스(HCI, SO2, HF 등)를 제거하기 위한 건식 회전혼합유동 반응가속장치에 관한 것이다.
화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스 중에 함유된 황산화물을 제거하기 위한 배연 탈황기술로는 건식, 습식 및 반건식의 3가지 종류가 있다.
이 중, 건식 탈황법의 경우 배연가스를 분말이나 펠릿(pellet) 형태의 촉매층을 통과시키는 것으로, 습식 공정에 비해 용수사용이 거의 없으며 SO2 제거 후 배출가스의 온도 변화가 거의 없어 재가열이 필요 없는 장점이 있으나 반응속도가 느리기 때문에 반응영역 확장에 따른 대형장치가 필수적이고 SO2 제거율이 높지 않아 경제성이 낮은 단점이 있다.
습식 탈황법의 경우 물이나 알칼리 용액 등으로 배연가스를 세정하여 흡수하는 것으로, 1차 생성물이 용액 또는 슬러리 형태이며 SO2와 약체 반응제이 혼합이므로 반응속도가 빨라 SO2 제거율이 높으며 부속 장치가 크지 않아 공간 확보가 용이한 장점이 있으나 공정과정에서 배출되는 가스의 온도가 낮아 연돌에서의 상승력을 위해서는 재가열이 필요하며 공정에 따라 다량의 폐수가 생성되는 단점이 있다.
한편, 반건식 탈황법의 경우 배출가스에 알칼리성 용액이나 슬러리를 분사하여 고온의 배출가스가 알칼리성 물질과 접촉하도록 하는 것으로, 가스 내의 산성 물질을 알칼리성 물질로 흡수 및 중화시키므로 산성가스의 높은 제거효율 뿐 아니라 폐수의 발생이 없으며 장치의 부식 및 백연현상이 없는 장점이 있다.
그러나, 상기 반건식 탈황법의 경우 배가스와 슬러리상 흡수제와 함께 장치의 하부방향으로 하강하므로 배가스와 슬러리상 흡수제와의 접촉율이 낮아 탈황효율이 60~70% 정도로 낮으며, 반응시간을 10초 이상 길게 유지하여 탈황효율을 향상시키기 위해서는 장치의 높이가 높아야 하며, 반건식 배연탈황장치에 유입되는 배가스의 유입온도가 160℃ 이상으로 높으려면 슬러리상 흡수제에 함유된 수분의 건조가 신속히 발생하여 기-액반응이 일어나는 시간을 감소하여 탈황효율이 낮아지고, 배가스의 유입온도를 낮게 유지하면 배가스 중에 함유된 수증기가 응축하여 장치의 내벽면에 응축하게 되어 반응장치 내벽면에 고착 반응 고형물의 고착량이 증가하여 장치의 부식을 야기하며, 내벽에 고착된 반응 고형물이 증가하면 장치의 내부 직경이 감소하여 탈황효율이 더욱 감소하므로 주기적으로 고형물을 제거하는 작업이 필요한 단점이 있다.
이에, 대한민국 등록특허 제10-1015154호에서는 개선된 반건식 유동층 반응기를 통해 종래의 습식 배연탈황장치에서의 액상 슬러리 제조장치, 석고상 슬러리 분리장치, 폐수처리 장치 및 백연배출 방지용 열교환기 등을 생략할 수 있으며, 종래 반건식 배연탈황장치에서의 낮은 탈황효율을 개선하고 고형물의 고착으로 인한 주기적 제거작업을 생략할 수 있으며, 분말 흡수제의 유동화와 장치내의 내부 순환과 재순환으로 흡수제의 반응이 극대화되어 탈황효율이 높게 유지되며, 유리용해로 배가스 중에 함유된 가스 붕소화합물을 효과적으로 제거하며 이와 동시에 입자상 붕소화합물로 전환되어 후단의 분말 흡수제 싸이클론 집진장치에서 포집 제거가 용이한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 개발되고 있는 반응기의 경우 유동화부에서의 체류시간이 상대적으로 짧아 탈황률이 높지 않은 단점이 있으며, 상기와 같은 특징을 구현하기 위한 반응기의 구조가 상대적으로 복잡해지는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1015154호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 간단한 구조를 가지며, 반응제와 산성가스와의 반응시간을 상대적으로 길게 유지할 수 있으며, 반응률를 향상시키고, 반응제의 특성에 따른 산성가스 체류시간의 변동이 용이하고, 유지관리의 편의성이 향상된 건식 회전혼합유동 반응가속장치에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 건식 회전혼합유동 반응가속장치는 사이클론 챔버, 가속확산부, 반응제 공급부, 반응부, 여과집진부 및 반응제 재공급부를 포함한다. 상기 사이클론 챔버는 유입된 배가스를 회전유동시켜 상기 배가스에 함유된 입자상물질을 제거한다. 상기 가속확산부는 상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 균일하게 분산 및 확산된다. 상기 반응제 공급부는 상기 가속확산부로 상기 반응제를 공급한다. 상기 반응부는 상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 배가스와 상기 반응제가 상부로 회전 상승하며 서로 반응한다. 상기 여과집진부는 상기 반응부에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집한다. 상기 반응제 재공급부는 상기 여과집진부에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부로 재공급한다. 상기 반응제 공급부 및 상기 반응제 재공급부는 상기 가속확산부에서 회전하는 상기 배가스의 회전 방향을 따라 상기 반응제를 상기 가속확산부의 내부로 공급한다.
일 실시예에서, 상기 가속확산부는 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 가속확산챔버를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가속확산부는 상기 가속확산챔버의 내부로 인입되는 복수의 노즐유닛들을 포함하며, 상기 복수의 노즐유닛들 각각은 끝단에 상기 가속확산부에서 회전하는 상기 배가스의 회전 방향을 따라 휘어지도록 연장된 노즐을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 노즐유닛들 각각은, 상기 가속확산챔버의 중앙을 향해 인입되는 인입부, 및 상기 인입부의 끝단으로부터 연장된 연장부를 더 포함하며, 상기 노즐은 상기 연장부의 끝단에서 상기 인입부 및 상기 연장부의 연장 방향과 45°의 경사각을 이루며 휘어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응제 공급부 및 상기 반응제 재공급부는 상기 노즐유닛들 중 적어도 하나에 연결되어 상기 가속확산챔버의 내부로 반응제를 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가속확산챔버의 내면에는 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시키는 복수의 제1 가이드들이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응부는 원통형 형상의 반응챔버를 포함하며, 상기 반응챔버의 내면에는 상기 배가스와 상기 반응제의 회전 상승을 가속시키는 복수의 제2 가이드들이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사이클론 챔버는, 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 제1 사이클론 챔버, 상기 제1 사이클론 챔버의 상부에 연결되는 원통형 형상의 제2 사이클론 챔버, 상기 제2 사이클론 챔버와 연결되어 상기 배가스가 유입되는 유입부, 및 상기 제2 사이클론 챔버의 중앙에 상기 제2 사이클론 챔버의 직경보다 작은 직경으로 형성되어, 일 끝단은 상기 제2 사이클론 챔버의 내부로 인입되고 다른 끝단은 상기 가속확산부와 연결되는 벤츄리부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유입부는 상기 제2 사이클론 챔버의 측부에 연결되며, 상기 유입부의 너비는 상기 제2 사이클론 챔버의 내면과 상기 벤츄리부의 외면 사이의 길이와 동일하고, 상기 유입부의 높이는 상기 벤츄리부의 일 끝단이 상기 제2 사이클론 챔버의 내부로 인입된 깊이와 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유입부로 인입되는 상기 배가스는 상기 제2 사이클론 챔버의 내면과 상기 벤츄리부의 외면 사이의 측부 공간으로 유입되어 회전하며 상기 제1 사이클론 챔버로 하강하고, 상기 제1 사이클론으로 하강된 상기 배가스는 상기 벤츄리부를 통해 회전하며 상승하여 상기 가속확산부로 유동될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여과집진부는, 상기 반응이 종료된 상기 배가스가 배출되는 제1 배출덕트와 연결되어, 상기 반응부에서 반응하지 않은 반응제가 축적되는 하부 호퍼, 상기 하부 호퍼에 축적된 반응제를 포집하여 상기 반응제 재공급부로 제공하는 제1 반응제 순환부, 상기 하부 호퍼의 상부에 위치하여 상기 배가스 중에 포함된 이물질을 필터링하는 백필터, 및 상기 필터링된 배가스가 배출되는 제2 배출덕트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 가속확산부에서 배가스의 회전유동 및 상승속도가 가속화되어 반응제와 배가스의 균일한 분산 및 확산이 도모되므로 반응부에서의 반응이 보다 균일하고 효과적으로 수행될 수 있으며, 특히 상기 반응부에서도 회전유동이 유도되므로 반응제와 배가스의 반응시간을 상대적으로 길게 유지할 수 있으며 이에 따라 반응성이 향상될 수 있다.
특히, 상기 가속확산부는 원추형 형상으로 반경이 확장되며 반응제가 인입되는 노즐유닛들의 끝단이 회전유동을 가속화할 수 있도록 회전방향을 따라 휘어지도록 형성되므로, 상기 회전유동을 통한 반응시간의 연장 및 반응성 향상이 가능하게 된다.
또한, 상기 노즐유닛들은 신규 반응제를 공급받는 것은 물론, 재포집된 반응제도 공급받을 수 있으므로 에너지 재활용 성능을 향상시키고, 상기 노즐유닛들이 복수개가 균일하게 형성되므로 설계에 따라 신규 반응제와 재포집된 반응제를 선택적으로 공급할 수 있어 사용의 효용성이 향상된다.
나아가, 상기 가속확산챔버에는 제1 가이드들이 형성되고, 반응챔버에는 제2 가이드들이 형성되므로 상기 회전유동을 유지 또는 가속화할 수 있다.
또한, 사이클론 챔버를 원추 형상의 제1 사이클론 챔버, 중앙의 내부로 벤츄리부가 인입되며 측부에 유입부가 연결된 제2 사이클론 챔버로 구성함으로써, 유입된 배가스가 1차적으로 회전하며 하강한 후 2차적으로 벤츄리부를 통해 회전 상승하도록 유도되므로, 상기 가속확산부 및 상기 반응부에서의 회전유동을 도모할 수 있게 되어, 회전유동에 따른 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 건식 회전혼합유동 반응가속장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 사이클론 챔버, 가속확산부 및 반응부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 가속확산부의 내부를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 사이클론 챔버 및 가속확산부의 내부의 유동상태의 예를 도시한 이미지이다.
도 5는 도 1의 사이클론 챔버, 가속확산부 및 반응부의 내부에서의 소각 배가스의 유동 흐름을 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 유동흐름의 예를 도시한 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 건식 회전혼합유동 반응가속장치를 도시한 개략도이다. 도 2는 도 1의 사이클론 챔버, 가속확산부 및 반응부를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 가속확산부의 내부를 도시한 평면도이다. 도 4는 도 1의 사이클론 챔버 및 가속확산부의 내부의 유동상태의 예를 도시한 이미지이다. 도 5는 도 1의 사이클론 챔버, 가속확산부 및 반응부의 내부에서의 소각 배가스의 유동 흐름을 도시한 개략도이다. 도 6은 도 5의 유동흐름의 예를 도시한 이미지이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 건식 회전혼합유동 반응가속장치(10)는 사이클론 챔버(100), 가속확산부(200), 반응제 공급부(300), 반응부(400), 여과집진부(500), 반응제 재공급부(600) 및 제2 입자배출부(700)를 포함한다.
상기 사이클론 챔버(100)는 인입되는 배가스에 함유된 입자상물질을 상기 반응부(400)로 제공하기 전에 미리 제거하는 것으로, 인입되는 배가스의 속도를 저하시켜 하강을 유도하면 상기 입자상물질이 중력을 통해 하강되는 메커니즘을 이용한다.
보다 구체적으로, 상기 사이클론 챔버(100)는 제1 사이클론 챔버(110), 제2 사이클론 챔버(120), 유입부(130), 벤츄리부(140) 및 제1 입자배출부(150)를 포함한다.
상기 제1 사이클론 챔버(110)는 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상을 가지며, 내부에 공간이 형성된다.
상기 제1 사이클론 챔버(110)의 하측에는 상기 제1 입자배출부(150)가 연결되며, 상기 제1 입자배출부(150)를 통해 중력에 의해 하강되는 상기 입자상물질, 예를 들어 먼지 등과 같은 이물질 등이 배출되며, 이렇게 배출되는 입자상물질은 상기 제1 입자배출부(150)의 하측에 연결되는 제1 포집부(151)를 통해 포집될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 입자배출부(150)는 밸브를 포함하여, 개방 또는 폐쇄를 통해 상기 입자상물질을 상기 제1 포집부(151)로 배출할 수 있다.
상기 제2 사이클론 챔버(120)는 상기 제1 사이클론 챔버(110)의 상부에 연결되어 내부 공간이 상기 제1 사이클론 챔버(110)가 형성하는 공간과 연결되며, 원통형 형상을 가진다.
상기 제2 사이클론 챔버(120)의 측부에는 상기 유입부(130)가 연결되며, 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 중앙에는 상기 벤츄리부(140)가 연결된다.
이 경우, 상기 벤츄리부(140)는 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 외경보다 작은 외경을 갖는 원통형 형상으로 형성되며, 일 끝단은 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 내부로 인입되고, 다른 끝단은 상기 가속확산부(200)에 연결된다.
상기 벤츄리부(140)의 일 끝단이 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 내부로 인입되는 깊이는, 예를 들어 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 높이의 절반이상일 수 있다.
상기 벤츄리부(140)의 일 끝단은 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 중앙으로 인입되며, 이에 따라 상기 인입된 깊이까지의 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 내부에서는 상기 벤츄리부(140)에 의해 도넛 형태로 외측 공간과 내측 공간이 구분될 수 있다.
한편, 상기 유입부(130)는 배가스가 유입되며, 상기 유입부(130)는 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 측부에 연결된다.
이 경우, 상기 유입부(130)의 높이는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 벤츄리부(140)의 일 끝단이 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 내부로 인입된 깊이와 동일할 수 있다. 또한, 상기 유입부(130)의 너비는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 벤츄리부(140)의 외면과 상기 제2 사이클론 챔버(120)의 내면 사이의 길이와 동일할 수 있다.
그리하여, 상기 유입부(130)를 통해 유입된 배가스는 상기 제2 사이클론 챔버(120)와 상기 벤츄리부(140) 사이의 외측 공간을 통해 유입되고, 이에 따라 상기 제2 사이클론 챔버(120)와 상기 벤츄리부(140) 사이의 공간을 따라 회전 유동이 유도된다.
이렇게 회전 유동되며 유입된 상기 배가스는 상기 사이클론 챔버(100)에서 상대적으로 속도가 저하되도록 유도되어 하부, 즉 상기 제1 사이클론 챔버(110) 방향으로 회전유동하며 하강한다.
이 후, 상기 제1 사이클론 챔버(110)의 하부까지 하강된 상기 배가스는 상기 입자상물질의 중력에 의해 분리되면서 중앙에 위치한 상기 벤츄리부(140)를 향해 상승이 유도되어, 회전유동되며 상승하여 상기 벤츄리부(140)를 통과하여 후술되는 상기 가속확산부(200)로 유도된다.
이러한, 상기 배가스의 상기 사이클론 챔버(100)에서의 유동은 도 5 및 도 6에 상세히 도시된다.
상기 가속확산부(200)는 상기 벤츄리부(140)에 연결되며 상기 사이클론 챔버(100)의 상부에 위치하여, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시키며, 유입되는 반응제와 상기 배가스의 균일한 분산 및 확산을 유도한다.
보다 구체적으로, 상기 가속확산부(200)는 가속확산챔버(210), 복수의 노즐유닛들(220, 230), 및 복수의 제1 가이드들(211)을 포함한다.
상기 가속확산챔버(210)는 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상을 가지며, 내부에 공간이 형성된다.
상기 복수의 노즐유닛들(220, 230)은 상기 가속확산챔버(210)의 내측으로 인입된다.
보다 구체적으로, 상기 노즐유닛들(220, 230)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가속확산챔버(210)의 내면으로 90도의 간격으로 네 개가 형성될 수 있다. 물론, 도시된 4개 외에 다양한 개수로 형성될 수도 있다.
또한, 예를 들어, 제1 노즐유닛(220)은 상기 반응제 공급부(300)와 연결되어 반응제를 공급받을 수 있으며, 제2 노즐유닛(230)은 상기 반응제 재공급부(600)와 연결되어 반응제를 재공급받을 수도 있다.
이 때, 상기 반응제 공급부(300)와 연결된 제1 노즐유닛과 상기 반응제 재공급부(600)와 연결된 제2 노즐유닛은 서로 마주보도록 배치될 수도 있으며, 상기 90도 간격의 네 개의 노즐유닛들 중 일부는 반응제 공급부와 연결되고, 나머지는 반응제 재공급부와 연결될 수도 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 노즐유닛들(220, 230) 각각은, 인입부(221, 231), 연장부(222, 232) 및 노즐(223. 233)을 포함한다.
상기 인입부(221, 231)는 상기 반응제 공급부(300) 또는 상기 반응제 재공급부(600)와 연결되어 반응제를 공급받으며 상기 가속확산챔버(210)의 내측으로 연장되며, 상기 연장부(222, 232)는 상기 인입부(221, 231)의 연장방향으로 연장되어 상기 가속확산챔버(210)의 내측으로 보다 연장된다.
한편, 상기 노즐(223, 233)은 상기 연장부(222, 232)의 끝단에 연장되며, 상기 연장부(222, 232)의 연장방향에 대하여 45도의 각을 이루며 휘어진다.
이 경우, 상기 연장부(222, 232)는 상기 가속확산챔버(210)의 내면으로부터 상기 벤츄리부(140)가 위치한 중앙부를 향해 연장되므로 상기 노즐(223, 233)은 상기 가속확산챔버(210)의 내면과 상기 중앙부를 연장한 연장면에 대하여 45도의 각을 이루도록 연장되고, 이에 따라 상기 노즐(223, 233)을 통해 분사되는 반응제도 상기 연장면에 대하여 45도의 각을 이루며 분사된다.
따라서, 상기 노즐(223, 233)을 통해 분사되는 반응제는 상기 가속확산챔버(210)의 내부에서 회전유동하며 이동되는 상기 배가스의 이동방향을 따라 자연스럽게 분사되며, 이에 따라 상기 반응제는 상기 배가스와 보다 용이하게 혼합될 수 있다.
한편, 상기 제1 가이드들(211)은 상기 가속확산챔버(210)의 내면에, 상기 복수의 노즐들(220, 230) 보다 상측에 형성되며, 상기 가속확산챔버(210)의 내면으로부터 하측으로 기울어진 상태로 연장된다.
이 경우, 상기 제1 가이드들(211)은 도시하지는 않았으나, 나사산의 형상과 같이 상기 가속확산챔버(210)의 내면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
그리하여, 상기 제1 가이드들(211)에 의해 상기 가속확산챔버(210)의 내부에서 상기 배가스의 회전유동이 가속화될 수 있다.
이상과 같이, 상기 가속확산부(200)에서는, 상기 벤츄리부(140)를 통해 회전하며 상승한 상기 배가스에 회전력과 상승력이 가속되도록 유도하며, 상기 회전하며 상승하는 상기 배가스의 회전유동을 상쇄하지 않으면서 반응제를 분사하여, 상기 배가스는 상기 반응제와 보다 균일하게 분산 확산되며 회전 순환유동이 가속화되며 상부에 위치한 상기 반응부(400)로 상기 배가스와 반응제를 이동시키게 된다.
상기 반응제 공급부(300)는 반응제 공급관(310), 반응제 저장부(320) 및 반응제 공급유닛(330)을 포함한다.
상기 반응제가 저장된 상기 반응제 저장부(320)로부터 상기 반응제 공급유닛(330)을 통해 상기 반응제는 상기 반응제 공급관(310)으로 공급되며, 상기 반응제 공급관(310)은 앞서 설명한 상기 제1 노즐유닛(220)의 인입부(221)와 연결되어, 상기 반응제는 상기 가속확산부(200)의 내부로 인입된다.
상기 반응제 공급관(310)은, 예를 들어 스크류피더관일 수 있으며, 상기 반응제 공급유닛(330)은 상기 스크류피더관을 회전시키는 모터 또는 상기 스크류피더관으로 압축공기를 인가하는 컴프레셔일 수 있다.
상기 반응부(400)는 반응챔버(410), 제2 가이드(420), 유출부(430) 및 제1 배출덕트(440)를 포함한다.
상기 반응챔버(410)는 상기 가속확산챔버(210)의 상측에 연결되며 원통형 형상으로 상부방향으로 길게 연장된다.
상기 제2 가이드(420)는 상기 반응챔버(410)의 내면에 형성되며, 상기 반응챔버(410)로부터 하부방향을 향해 연장된다.
이 경우, 상기 제2 가이드(420)는 상기 제1 가이드(211)와 동일하게, 나사산의 형상을 가지며 상기 반응챔버(410)의 내면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
그리하여, 상기 제2 가이드(420)에 의해 상기 반응챔버(410) 내부에서 상기 배가스 및 상기 반응제가 혼합된 상태에서 회전유동이 유도될 수 있다.
즉, 상기 가속확산부(200)를 통과하며 회전유동과 상승속도가 가속되며 보다 균일하게 분산 및 확산된 상기 배가스 및 상기 반응제는 상기 반응챔버(410)의 내부에서 상부방향으로 회전 유동이 유동되며 반응하게 된다.
이러한 회전 유동은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같다.
한편, 예를 들어, 상기 배가스가 황산화물을 포함하는 경우, 상기 황산화물을 제거하기 위한 반응제로 알칼리성 분말 흡수제로 Ca(OH)2가 사용될 수 있다. 나아가, 상기 배가스가 화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스라면 이에 함유된 산성가스를 제거하기 위한 알칼리성 분말 흡수제로 NaOH, KOH, Na2CO3 중 어느 하나가 사용되어 상기 배가스 중의 붕소화합물을 제거할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상기 반응챔버(410)의 내부에서도 지속적으로 회전 유동이 유도되므로, 상기 반응제와 상기 배가스 사이의 반응시간이 상대적으로 길게 유도되며, 이에 따라 상기 배가스의 유해물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 상기 가속확산부(200) 및 상기 반응챔버(410)의 구조나 상기 제1 및 제2 가이드들(211, 420)의 구조 및 형상을 변형함으로써 상기 반응챔버(410) 내부에서의 반응시간을 제어할 수 있으며, 이에 따라 반응제 및 배가스의 조합에 따른 효과적인 유해물질의 제거가 가능하게 된다.
나아가, 상기에서 설명한 회전유동 및 상승유도는 별도의 유동 유도 없이 상기 사이클론 챔버(100), 상기 가속확산부(200) 및 상기 반응챔버(400)의 구조를 통해 자연스럽게 유도되는 것으로 별도의 인위적인 유동 유도 공정 또는 장치를 생략할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 반응챔버(410)를 통해 유해물질의 제거된 상기 배가스는 상기 반응챔버(410)의 상측에 연결된 상기 유출부(430)를 통해 유출되며, 상기 유출부(430)와 연결된 제1 배출덕트(440)를 통해 상기 여과집진부(500)로 제공된다.
상기 여과집진부(500)는 하부 호퍼(510), 백필터(520), 제2 배출덕트(530) 및 제1 반응제 순환부(540)를 포함한다.
상기 제1 배출덕트(440)는 상기 하부 호퍼(510)로 연장되고, 상기 제1 배출덕트(440)를 통해 제공된 상기 배가스는 상기 여과집진부(500) 상에서 상승하며 상기 백필터(520)를 통해 필터링되어 상기 제2 배출덕트(530)를 통해 배출된다.
이 경우, 상기 백필터(520)는 상기 배가스 중에 포함된 입자상물질, 예를 들어 먼지 등과 같은 이물질을 추가로 필터링하여 제거한다. 이 때, 상승하는 상기 배가스 중에 포함된 반응하지 않은 반응제는 중력에 의해 하강하여 상기 하부 호퍼(510)로 축적된다.
이와 같이, 상기 하부 호퍼(510)에 축적된 반응제는 상기 하부호퍼(510)와 연결된 상기 제1 반응제 순환부(540)를 통해 재활용을 위해 순환된다.
상기 제1 반응제 순환부(540)는 1차적으로 제2 입자배출부(700)와 연결되어 상기 하부 호퍼(510)에 축적된 반응제들 중 이물질과 같은 입자상물질이 제거된 상태에서 상기 반응제 재공급부(600)로 반응제를 재공급한다.
이 경우, 상기 제2 입자 배출부(700)는 상기 제1 반응제 순환부(540)와 연결된 제2 입자배출관(710) 및 상기 제2 입자배출관(710)과 연결된 제2 포집부(711)를 포함하여, 포집된 반응제에 포함될 수 있는 입자상물질을 추가로 제거한다.
한편, 상기 반응제 재공급부(600)는 반응제 재공급관(610), 제2 반응제 순환부(620) 및 반응제 재공급유닛(630)을 포함한다.
상기 제2 반응제 순환부(620)는 상기 제1 반응제 순환부(540)를 통해 반응제를 재공급받으며, 이렇게 재활용된 반응제를 상기 반응제 재공급관(610)으로 공급한다.
상기 반응제 재공급유닛(630)은 상기 반응제 재공급관(610)으로 공급된 재활용된 반응제를 상기 가속확산부(200)의 내부로 상기 반응제 재공급관(610)과 연결된 상기 제2 노즐유닛(230)을 통해 인입되도록 한다.
이 경우, 상기 반응제 재공급관(610)은, 예를 들어 스크류피더관일 수 있으며, 상기 반응제 재공급유닛(630)은 상기 스크류피더관을 회전시키는 모터 또는 상기 스크류피더관으로 압축공기를 인가하는 컴프레셔일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 가속확산부에서 배가스의 회전유동 및 상승속도가 가속화되어 반응제와 배가스의 균일한 분산 및 확산이 도모되므로 반응부에서의 반응이 보다 균일하고 효과적으로 수행될 수 있으며, 특히 상기 반응부에서도 회전유동이 유도되므로 반응제와 배가스의 반응시간을 상대적으로 길게 유지할 수 있으며 이에 따라 반응성이 향상될 수 있다.
특히, 상기 가속확산부는 원추형 형상으로 반경이 확장되며 반응제가 인입되는 노즐유닛들의 끝단이 회전유동을 가속화할 수 있도록 회전방향을 따라 휘어지도록 형성되므로, 상기 회전유동을 통한 반응시간의 연장 및 반응성 향상이 가능하게 된다.
또한, 상기 노즐유닛들은 신규 반응제를 공급받는 것은 물론, 재포집된 반응제도 공급받을 수 있으므로 에너지 재활용 성능을 향상시키고, 상기 노즐유닛들이 복수개가 균일하게 형성되므로 설계에 따라 신규 반응제와 재포집된 반응제를 선택적으로 공급할 수 있어 사용의 효용성이 향상된다.
나아가, 상기 가속확산챔버에는 제1 가이드들이 형성되고, 반응챔버에는 제2 가이드들이 형성되므로 상기 회전유동을 유지 또는 가속화할 수 있다.
또한, 사이클론 챔버를 원추 형상의 제1 사이클론 챔버, 중앙의 내부로 벤츄리부가 인입되며 측부에 유입부가 연결된 제2 사이클론 챔버로 구성함으로써, 유입된 배가스가 1차적으로 회전하며 하강한 후 2차적으로 벤츄리부를 통해 회전 상승하도록 유도되므로, 상기 가속확산부 및 상기 반응부에서의 회전유동을 도모할 수 있게 되어, 회전유동에 따른 효과를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 건식 회전혼합유동 반응가속장치는 소각 배가스에 함유된 입자상물질을 제거하기 위해 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 건식 회전혼합유동 반응가속장치
100 : 사이클론 챔버
110 : 제1 사이클론 챔버 120 : 제2 사이클론 챔버
130 : 유입부 140 : 벤츄리부
150 : 제1 입자배출부 151 : 제1 포집부
200 : 가속확산부 210 : 가속확산 챔버
211 : 제1 가이드 220 : 제1 노즐유닛
230 : 제2 노즐유닛 300 : 반응제 공급부
310 : 반응제 공급관 320 : 반응제 저장부
330 : 반응제 공급유닛 400 : 반응부
410 : 반응챔버 420 : 제2 가이드
430 : 유출부 440 : 제1 배출덕트
500 : 여과 집진부 510 : 하부 호퍼
520 : 백필터 530 : 제2 배출덕트
540 : 제1 반응제 순환부 600 : 반응제 재공급부
610 : 반응제 재공급관 620 : 제2 반응제 순환부
630 : 반응제 재공급유닛 700 : 제2 입자배출부
710 : 제2 입자 배출관 711 : 제2 포집부

Claims (11)

  1. 유입된 배가스를 회전유동시켜 상기 배가스에 함유된 입자상물질을 제거하는 사이클론 챔버;
    하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 가속확산챔버를 포함하고, 상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 균일하게 분산 및 확산되는 가속확산부;
    상기 가속확산부로 상기 반응제를 공급하는 반응제 공급부;
    원통형 형상의 반응챔버를 포함하고, 상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 배가스와 상기 반응제가 상부로 회전 상승하며 서로 반응하는 반응부;
    상기 반응부에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집하는 여과집진부; 및
    상기 여과집진부에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부로 재공급하는 반응제 재공급부를 포함하며,
    상기 반응제 공급부 및 상기 반응제 재공급부는 상기 가속확산부에서 회전하는 상기 배가스의 회전 방향을 따라 상기 반응제를 상기 가속확산부의 내부로 공급하고,
    상기 가속확산챔버의 내면에는 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시키는 복수의 제1 가이드들이 형성되고,
    상기 반응챔버의 내면에는 상기 배가스와 상기 반응제의 회전 상승을 가속시키는 복수의 제2 가이드들이 형성되며,
    상기 제1 가이드들은 나사산의 형상으로 상기 가속확산챔버의 내면을 따라 연속적으로 형성되고, 상기 제2 가이드들은 나사산의 형상으로 상기 반응챔버의 내면을 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가속확산부는 상기 가속확산챔버의 내부로 인입되는 복수의 노즐유닛들을 포함하며,
    상기 복수의 노즐유닛들 각각은 끝단에 상기 가속확산부에서 회전하는 상기 배가스의 회전 방향을 따라 휘어지도록 연장된 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노즐유닛들 각각은, 상기 가속확산챔버의 중앙을 향해 인입되는 인입부, 및 상기 인입부의 끝단으로부터 연장된 연장부를 더 포함하며,
    상기 노즐은 상기 연장부의 끝단에서 상기 인입부 및 상기 연장부의 연장 방향과 45°의 경사각을 이루며 휘어진 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반응제 공급부 및 상기 반응제 재공급부는 상기 노즐유닛들 중 적어도 하나에 연결되어 상기 가속확산챔버의 내부로 반응제를 공급하는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 사이클론 챔버는,
    하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 제1 사이클론 챔버;
    상기 제1 사이클론 챔버의 상부에 연결되는 원통형 형상의 제2 사이클론 챔버;
    상기 제2 사이클론 챔버와 연결되어 상기 배가스가 유입되는 유입부; 및
    상기 제2 사이클론 챔버의 중앙에 상기 제2 사이클론 챔버의 직경보다 작은 직경으로 형성되어, 일 끝단은 상기 제2 사이클론 챔버의 내부로 인입되고 다른 끝단은 상기 가속확산부와 연결되는 벤츄리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유입부는 상기 제2 사이클론 챔버의 측부에 연결되며,
    상기 유입부의 너비는 상기 제2 사이클론 챔버의 내면과 상기 벤츄리부의 외면 사이의 길이와 동일하고, 상기 유입부의 높이는 상기 벤츄리부의 일 끝단이 상기 제2 사이클론 챔버의 내부로 인입된 깊이와 동일한 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유입부로 인입되는 상기 배가스는 상기 제2 사이클론 챔버의 내면과 상기 벤츄리부의 외면 사이의 측부 공간으로 유입되어 회전하며 상기 제1 사이클론 챔버로 하강하고,
    상기 제1 사이클론으로 하강된 상기 배가스는 상기 벤츄리부를 통해 회전하며 상승하여 상기 가속확산부로 유동되는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 여과집진부는,
    상기 반응이 종료된 상기 배가스가 배출되는 제1 배출덕트와 연결되어, 상기 반응부에서 반응하지 않은 반응제가 축적되는 하부 호퍼;
    상기 하부 호퍼에 축적된 반응제를 포집하여 상기 반응제 재공급부로 제공하는 제1 반응제 순환부;
    상기 하부 호퍼의 상부에 위치하여 상기 배가스 중에 포함된 이물질을 필터링하는 백필터; 및
    상기 필터링된 배가스가 배출되는 제2 배출덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 회전혼합유동 반응가속장치.
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