KR101656608B1 - 화력발전소의 조대입자 포집장치 - Google Patents

화력발전소의 조대입자 포집장치 Download PDF

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황재민
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두산중공업 주식회사
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Abstract

화력발전소의 조대입자 포집장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위한 조대입자 포집장치는, 제1 방향으로 연장되는 제1 덕트; 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 덕트; 제1 덕트와 제2 덕트 사이에 설치되어, 제1 덕트 및 제2 덕트에 연결되는 연결덕트; 및 연결덕트에 설치되고, 제1 덕트에서 제2 덕트로 유동하는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하는 사이드 호퍼;를 포함한다.

Description

화력발전소의 조대입자 포집장치{LARGE PARTICLE ASH CAPTURE APPARATUS FOR THERMAL POWER PLANT}
본 발명은 조대입자 포집장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위한 화력발전소의 조대입자 포집장치에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전소에서는 석탄(coal) 연료의 연소시에 환경적으로 유해한 물질을 함유하는 가스를 엄청난 양으로 발생시키게 되며, 이러한 연소가스에는 플라이 애쉬(fly ash)라고 하는 분진 입자들을 함유한다. 연소시에 발생되는 플라이 애쉬 중 일부는 응집에 의해 큰 입경으로 성장하여 조대입자(large particle)가 된다. 그 크기는 일반적으로 100㎛ 내지 150㎛에 이르며 혼소율과 보일러의 온도에 따라 발생할 수 있는 조대입자의 경우는 크기가 150mm까지 이를 수 있다.
조대입자는 연소시 발생하여 연소 가스에 이어로졸 형태로 연소 가스에 떠서 에어로졸(aerosol) 형태로 다니게 되는데, 이러한 에어로졸에 대한 특성은 현재 많은 연구 기관에서 연구되고 있다. 10㎛ 이상의 조대입자는 유체의 움직임을 잘 따라가지 못하는 특성이 있다. 이러한 에어로졸의 운동 특성은 크기에 따른 관성에 영향을 받고, 관성은 입자의 지름의 제곱에 비례하기 때문에, 입자의 크기가 커질 수록 크기의 제곱에 비례하는 관성이 가해지게 된다.
특히, 연소가스가 배출되는 배기덕트에 있어서, 배기가스의 방향이 전환되는 부분에서는 조대입자가 덕트 내에 골고루 분포되지 못하여 연소가스와 함께 유동하지 못할 수 있다. 덕트 내에서의 조대입자의 편향된 분포는 덕트 내의 특정부위를 침식시키거나 덕트 내의 국부적인 퇴적현상을 야기시키는 문제점이 있다.
화력발전소에서는 환경적으로 유해물질의 방출을 줄이기 위해 조대입자와 같은 유해한 물질을 함유하는 연도가스(flue gases)를 대기에 배출하기 전에 정화시킬 의무가 있다. 오염물질의 특성에 따라 연도가스를 정화하기 위한 여러 가지 방법이 개발되어 왔으며, 비회 조대입자의 경우는 전기 집진장치(ESP), 직물필터(FF), 또는 습식 스크러버로 제거될 수 있다.
그러나, 상술한 조대입자를 전기 집진장치로 가기 전에 호퍼(Hopper)를 통하여 포집시킬 수 있다면, 전기 집진장치(ESP) 등의 장치의 효율을 높이거나 이를 대체할 수 있을 것이다.
미국 등록특허 제4278067호
본 발명의 실시예는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자의 포집 효율을 증가시켜, 대기중으로 배출되는 배기가스 중 유해성분을 효과적으로 감소시킬 수 있는 화력발전소의 조대입자 포집장치를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 화력발전소의 조대입자 포집장치는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위한 조대입자 포집장치로서,
제1 방향으로 연장되는 제1 덕트; 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 덕트; 상기 제1 덕트와 상기 제2 덕트 사이에 설치되어, 상기 제1 덕트 및 상기 제2 덕트에 연결되는 연결덕트; 및 상기 연결덕트에 설치되고, 상기 제1 덕트에서 상기 제2 덕트로 유동하는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하는 사이드 호퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결덕트는 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 굴곡진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 사이드 호퍼는, 상기 제1 덕트와 연통되는 개구부를 가지고, 상기 연결덕트 하부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 사이드 호퍼는, 상기 제1 덕트로부터 연장되는 박스형상일 수 있다.
또한, 상기 조대입자의 포집율을 증가시키도록, 상기 사이드 호퍼의 하부는 경사질 수 있다.
또한, 상기 사이드 호퍼의 높이는 1m일 수 있다.
또한, 상기 사이드 호퍼는, 상기 제1 덕트에 연통되는 연장덕트; 및 상기 연장덕트에 연결되는 깔때기 형상의 포집부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조대입자의 포집율을 증가시키도록, 상기 연장덕트의 하부는 경사질 수 있다.
또한, 상기 연장덕트의 높이는 1m일 수 있다.
또한, 상기 제1 덕트로 유입되는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하도록, 상기 제1 덕트에 연결되는 메인 호퍼;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 호퍼는 상기 제1 덕트와 공기예열기(Gas-Air-Preheater) 사이에 설치되고, 상기 제2 덕트는 가스-가스 열교환기(Gas-Gas Heater)와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화력발전소의 조대입자 포집장치는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자의 포집 효율을 증가시켜, 대기로 배출되는 배출가스 중 유해성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 화력발전소의 조대입자 포집장치는, 전기 집진장치 이전에 조대입자를 호퍼를 통하여 제거함으로써, 전기 집진장치(ESP)의 효율을 증가시키거나, 이를 대체할 수 있다.
또한, 방향이 전환되는 배기덕트 부분에 호퍼를 설치함으로써, 조대입자가 덕트 내의 특정부위를 침식시키는 것을 방지하고, 덕트 내에 국부적으로 퇴적되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 사이드 호퍼의 확대 개략도이다.
도 3은 도 1에 있어서, 사이드 호퍼의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이다.
도 5는 도 4의 조대입자 포집장치의 사시도이다.
도 6은 도 4에 있어서, 연장덕트의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이다.
도 8은 사이드 호퍼를 구비하지 않는 경우의 조대입자의 유동경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 50㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 100㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 150㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치(100)는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것이다. 상기 조대입자 포집장치(100)는, 제1 덕트(130), 제2 덕트(120), 연결덕트(110), 및 사이드 호퍼(140)를 포함한다. 조대입자 포집장치(100)는 화력발전소 전체 시스템에 있어서, 예컨대 공기예열기(Gas-Air-Preheater; GAP)와 가스-가스 열교환기(Gas-Gas Heater; GGH) 사이에 마련되어, 화력발전소의 보일러에서 연소된 연소가스가 상기 공기예열기와 상기 가스-가스 열교환기 사이를 지나갈 때, 연소가스에 포함된 조대입자(Large Particle)을 포집할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 덕트(130)는 단면이 사각형일 수 있으며 제1 방향으로 연장된다. 제1 덕트(130)의 일단은 공기예열기(GAP; Gas-Air-Preheater)에 연결되거나, 후술할 메인 호퍼에 연결될 수 있고, 제1 덕트(130)의 타단은 상기 연결덕트(110)에 연결된다. 화력발전소의 보일러(미도시)에서 연소된 연소가스는 탈질설비(SCR; Selective Catalytic Nox Reduction System) 등을 거쳐 제1 덕트(130)로 유입된 후, 연결덕트(110)를 거쳐 제2 덕트(120)로 배출된다.
상기 제2 덕트(120)는 단면이 사각형일 수 있으며 전체적으로 제2 방향으로 연장된다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 다른 방향으로 도시된 실시예에서, 제1 방향과 제2 방향은 거의 수직이다. 도시된 실시예에서, 상기 제2 덕트(120)의 일단은 연결덕트(110)에 연결되고, 제2 덕트(120)의 타단은 가스-가스 열교환기(GGH; Gas-Gas Heater)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 연결덕트(110)와 연결되는 제2 덕트(120)의 일단은 수직으로 꺾어진 굴곡부를 가지고 있다. 다시 말해, 연결덕트(110)와 연결되는 제2 덕트(120)는 제3 방향에서 제2 방향으로 꺾이는 굴곡부를 가진다. 본 실시예에서, 상기 제3 방향과 제2 방향은 서로 수직을 이루고 있다.
상기 연결덕트(110)는 제1 덕트(130)와 제2 덕트(120) 사이에 설치되어, 양단이 각각 제1 덕트(130)와 제2 덕트(120)에 연결된다. 본 실시예에서, 연결덕트(110)의 단면은 사각형을 이루고 있으며, 제1 방향에서 제3 방향으로 방향이 전환되는 굴곡진 형상을 가진다.
상기 사이드 호퍼(140)는 연결덕트(110)에 설치되는 것으로, 제1 덕트(130)로부터 제2 덕트(120)를 향하여 유동하는 연소 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것이다.
이하, 상기 사이드 호퍼(140)의 형상에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 있어서, 사이드 호퍼의 확대 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 실시예에서, 사이드 호퍼(140)는 단면이 사각형의 박스형상을 갖고, 제1 덕트(130)와 연통되는 개구부(142)를 포함하며, 소정의 높이(h)를 갖는다. 사이드 호퍼(140)는 제1 덕트(130)로부터 제1 방향으로 연장되는 박스형상을 지니고, 제1 덕트와 연결되는 부위에 조대입자가 유입될 수 있는 개구부(142)를 갖는다. 사이드 호퍼(140)의 높이(h)는 제1 덕트(130) 및 제2 덕트(120)의 형상과 연장방향, 그리고 유입되는 연소가스의 유량에 따라 최대한 많은 양의 조대입자가 사이드 호퍼(140)로 유입되도록 설정될 수 있다. 본 실시예에서 사이드 호퍼(140)의 높이(h)는 1m일 수 있다.
제1 덕트(130)로 유입되는 연소가스 내부에 포함된 조대입자는 조대입자의 크기가 클 수록, 조대입자의 관성 및 무게에 의하여 제1 덕트(130)의 바닥으로 편중될 수 있다. 조대입자의 크기가 클 수록, 제1 방향으로 유동하던 조대입자는 연결덕트(110)에서 제3 방향으로 전환되지 못하고 바닥에 머무르는 경향이 있다. 본 실시예에 따른 사이드 호퍼(140) 덕분에, 제1 덕트(130)로 유입되는 조대입자는 사이드 호퍼(140)로 포집될 수 있어, 조대입자가 연결덕트(110)에 퇴적되거나 연결덕트(110) 내의 특정부위를 침식시키는 것을 방지할 수 있다. 한편, 사이드 호퍼(140)의 길이(L)는 유입되는 연소가스의 유량에 따라 최대한 많은 양의 조대입자가 사이드 호퍼(140)로 유입되도록 설정될 수 있다.
도 3은 도 1에 있어서, 사이드 호퍼의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1에 도시된 실시예와의 차이점만을 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 도시된 사이드 호퍼(140)는 도 1에 도시된 사이드 호퍼에 있어서, 사이드 호퍼(140)의 바닥면(145)이 제1 덕트(130)를 기준으로 보다 아래를 향하도록 소정의 각도(α)로 경사져 있다. 바닥면(145)이 각도(α)로 경사진 구조 덕분에, 사이드 호퍼(140)로 유입되는 조대입자는 사이드 호퍼(140)의 바닥부터 차례로 쌓일 수 있다. 만약, 사이드 호퍼(140)의 바닥면(145)이 경사지지 않고 제1 덕트(130)와 평행한 면을 이룬다면, 사이드 호퍼(140)로 진입되는 조대입자가 개구부(142) 부근에 퇴적될 수 있고, 이에 따라 조대입자가 사이드 호퍼(140)로 진입하는 것을 방해할 수 있다. 본 실시예에서는, 경사진 바닥면(145) 덕분에 사이드 호퍼(140)의 개구부(142) 부근에 조대입자가 퇴적되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 사이드 호퍼(140)에서의 조대입자 포집율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이고, 도 5는 도 4의 조대입자 포집장치의 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 조대입자 포집장치(101)는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에 따른 조대입자 포집장치(101)는, 제1 덕트(130), 제2 덕트(120), 연결덕트(110), 및 사이드 호퍼(140)를 포함한다. 조대입자 포집장치(101)는 화력발전소 전체 시스템에 있어서, 예컨대 공기예열기(Gas-Air-Preheater)와 가스-가스 열교환기(Gas-Gas Heater) 사이에 마련되어, 화력발전소의 보일러에서 연소된 연소가스가 상기 공기예열기와 상기 가스-가스 열교환기 사이를 지나갈 때, 연소가스에 포함된 조대입자(Large Particle)을 포집할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 사이드 호퍼(140)는 연장덕트(143) 및 포집부(144)를 포함한다. 상기 연장덕트(143)는 단면이 사각형의 박스형상을 가지고, 연장덕트(143)의 일단은 제1 덕트(130)와 연통하며, 소정의 높이(h)를 갖는다. 연장덕트(143)는 제1 덕트(130)로부터 제1 방향으로 연장되는 박스형상을 가지고 있으며, 연장덕트(143)의 높이(h)는 제1 덕트(130) 및 제2 덕트(120)의 형상과 연장방향, 그리고 유입되는 연소가스의 유량에 따라 최대한 많은 양의 조대입자가 연장덕트(143)로 유입되도록 설정될 수 있다. 본 실시예에서 연장덕트(143)의 높이(h)는 1m일 수 있다.
상기 포집부(144)는 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것으로, 연장덕트(143)의 우측 하단에 연결되어 설치된다. 도시된 바와 같이, 포집부(144)는 복수개가 마련될 수 있으며, 각각 사각 깔때기 형상을 가지고 있어, 연장덕트(143)를 통하여 유입되는 연소가스에 포함된 조대입자들을 포집하여, 조대입자들이 제2 덕트(120)로 배출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 연장덕트(143)의 바닥면이 제1 덕트(130)를 기준으로 보다 아래를 향하도록 소정의 각도(α)로 경사지게 할 수 있다. 바닥면이 각도(α)로 경사진 구조 덕분에, 연장덕트(143)로 유입되는 포집부(144)로 보다 용이하게 유입되어 포집부(144)의 바닥부터 차례로 쌓일 수 있다. 만약, 연장덕트(143)의 바닥면이 경사지지 않고 제1 덕트(130)와 평행한 면을 이룬다면, 연장덕트(143)로 진입되는 조대입자가 연장덕트(143) 내에 퇴적될 수 있고, 이에 따라 조대입자가 포집부(144)로 진입하는 것을 방해할 수 있다. 본 실시예에서는, 연장덕트(143)의 경사진 구조 덕분에 연장덕트(143) 내에 조대입자가 퇴적되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 포집부(144)에서의 조대입자 포집율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치(102)는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것으로, 도 5에 도시된 실시예의 구성에 메인 호퍼(160)를 추가적으로 포함한다. 상기 메인 호퍼(160)는 제1 덕트(130)로 유입되는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하기 위하여 마련된 것으로, 제1 덕트(130)와 연통한다. 본 실시예에서, 상기 메인 호퍼(160)는 제1 덕트(130)와 공기예열기(Gas-Air-Preheater; 미도시) 사이에 설치될 수 있다.
상기 메인 호퍼(160)는 메인덕트(161)와 메인포집부(162)를 포함한다. 상기 메인덕트(161)는 일단면이 사다리꼴 형상의 박스형태를 지니고 있다. 메인포집부(162)는 조대입자를 포집하기 위해 마련된 것으로, 메인덕트(161)의 하부에 복수개 마련될 수 있다. 메인포집부(162)는 각각 사각 깔때기 형상을 가지고 있으며, 메인덕트(161)로 유입되는 연소가스에 포함된 조대입자들을 포집하여, 조대입자들이 제1 덕트(130)로 배출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 실시예에서는, 사이드 호퍼(140)에 추가적으로 메인 호퍼(160)를 포함하기 때문에, 화력발전소 전체 시스템에서 조대입자의 포집율을 더욱 향상시킬 수 있고, 대기로 배출되는 연소가스의 유해성분을 더욱 감소시킬 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 효과에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 사이드 호퍼를 구비하지 않는 경우의 조대입자의 유동경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 도 8은 메인 호퍼는 구비하나 사이드 호퍼를 구비하지 않는 경우의 조대입자의 유동경로를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 120㎛ 정도로 큰 조대입자의 경우 덕트의 우측으로만 조대입자가 관성에 의해 쏠리고 있고, 또 한번의 회전으로 인해 위측 상부로만 편향된 분포를 보이고 있다. 또한, 조대입자는 덕트 후류에 설치된 가스-가스 열교환기(Gas-Gas Heater)의 상단에만 쏠리게 되고 입자의 충돌 속도는 6m/s 내지 8m/s로 배기가스 속도로 감속 되지 않고 부딪치고 있기 때문이다. 이러한 현상은, 조대입자의 이완시간(relaxation time)이 길 것에 비하여 가스-가스 열교환기로 확대된 관의 길이가 짧아서 조대입자가 충분히 감속을 할 수 없기 때문이다. 이는, 가스-가스 열교환기의 상단의 핀튜브의 침식의 원인이 될 수 있다. 여기서, 상기 이완시간은 아래의 수학식 1로부터 산출될 수 있다.
Figure 112015022113403-pat00001
여기서, ρP 입자의 밀도, d 입자의 지름, η 공기의 점성, C 커닝헴 코랙션 팩터 (조대입자의 경우 1 )
입자가 완전히 변화된 환경에 적응하는데 걸리는 시간은 3τ이고 이를 아래의 표 1에 나타내었다. 100mm 입자가 유속의 변화에 적응 하는 시간은 약 0.09 초가 걸리게 된다.
입자 직경 (mm) 3 x Relaxation time
0.01 2.1 x 10-8
0.1 2.7 x 10-7
1.0 1.0 x 10-5
10.0 9.3 x 10-4
100 9.1 x 10-2
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 50㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 100㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 150㎛크기의 입자의 궤적을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조대입자 포집장치의 유무에 따른 압력손실을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 50㎛크기의 입자에 대하여 사이드 호퍼의 설치 유무에 따른 입자의 거동 및 호퍼에서의 제거량을 비교해서 도시하고 있다. 조대입자의 크기가 50㎛ 내지 150㎛일 경우를 비교하였는데 도면 상 좌측에는 사이드 호퍼가 구비되지 않은 경우이고, 우측은 사이드 호퍼가 구비된 경우를 도시한다.
50㎛ 크기의 조대입자의 경우 조대입자의 제거율이 확연한 차이를 보이지는 않으나, 약 8% 정도 조대입자 제거율이 증가하였고, 100㎛ 크기의 경우 가스-가스-열교환기(Gas-Gas-Heater; GGH)로 진입하는 입자가 현저히 줄어든 것을 볼 수 있으며, 약 37% 정도 조대입자 제거율이 증가하였다. 150㎛의 경우는 사이드 호퍼를 설치하였을 때 조대입자가 가스-가스-열교환기에 도달하지 못하고, 사이드 호퍼에서 완벽히 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 가스-가스-열교환기의 침식 현상에 가장 큰 문제가 되는 큰 입자일 수록 그 제거량이 높게 나타났다. 즉, 메인 호퍼에서 제거되지 못한 입자들이 사이드 호퍼로 유입되어 제거되는 것을 확인할 수 있다.
아래의 표 2는 조대입자의 따라 사이드 호퍼의 설치 유무에 따른 조대입자의 제거량을 보여준다. 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 사이드 호퍼의 설치 시, 조대입자의 제거량이 1.5배 이상 증가하였음을 알 수 있다. 특히, 150㎛ 크기의 조대입자의 경우 사이드 호퍼 설치로 100% 제거될 수 있음을 보여준다.
제거량
사이드 호퍼
없음		 사이드 호퍼 있음
150μm 62% 100%
100μm 45% 82%
50μm 15% 23%
아래의 표 3은 사이드 호퍼의 높이(h)에 따라, 메인 호퍼 제거율과 사이드 호퍼 제거율을 비교한 것이다. 표 3에서 알 수 있듯이, 사이드 호퍼(h)의 높이가 변하여도, 메인 호퍼에서의 제거율은 차이가 없음을 볼 수 있다. 한편, 사이드 호퍼의 높이(h)에 따라, 사이드 호퍼에서의 조대입자의 제거율이 크게 변하였다. 표 3에서 알 수 있듯이, 사이드 호퍼의 높이(h)가 1.5m 경우가 조대입자의 제거율이 가장 컸고, 다음으로 사이드 호퍼의 높이(h)가 1m인 경우 제거율이 컸다. 그러나, 사이드 호퍼의 높이(h)가 1.5m인 경우에는 사이드 호퍼로 인한 압력손실이 크게 증가하였기 때문에, 압력손실과 조대입자의 제거율을 모두 고려할 때, 사이드 호퍼의 높이(h)는 1m인 경우가 가장 바람직하다.
높이 입자크기 메인 호퍼 제거율 사이드 호퍼 제거율 총제거율 압력손실

0.75m
 150μm 65% 34% 99%
37.91pa
100μm 44% 24% 68%
50μm 16% 4% 21%

1m
 150μm 65% 35% 100%
46.92pa
100μm 45% 37% 82%
50μm 15% 8% 23%

1.25m
 150μm 62% 37% 99%
42.36pa
100μm 44% 32% 76%
50μm 14% 4% 19%

1.5m
 150μm 62% 38% 100%
103.14pa
100μm 44% 47% 91%
50μm 15% 14% 29%
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화력발전소의 조대입자 포집장치는, 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자의 포집 효율을 증가시켜, 대기로 배출되는 배출가스 중 유해성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 화력발전소의 조대입자 포집장치는, 전기 집진장치 이전에 조대입자를 호퍼를 통하여 제거함으로써, 전기 집진장치(ESP)의 효율을 증가시키거나, 이를 대체할 수 있다. 또한, 방향이 전환되는 배기덕트 부분에 호퍼를 설치함으로써, 조대입자가 덕트 내의 특정부위를 침식시키는 것을 방지하고, 덕트 내에 국부적으로 퇴적되는 현상을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 101, 102: 조대입자 포집장치
110: 연결덕트 120: 제2 덕트
130: 제1 덕트 140: 사이드 호퍼
142: 개구부 143: 연장덕트
144: 포집부 160: 메인 호퍼
161: 메인덕트 162: 메인포집부

Claims (11)

  1. 화력발전소의 연소시 발생되는 조대입자를 포집하기 위한 조대입자 포집장치로서,
    제1 방향으로 연장되는 제1 덕트;
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 덕트;
    상기 제1 덕트와 상기 제2 덕트 사이에 설치되어, 상기 제1 덕트 및 상기 제2 덕트에 연결되는 연결덕트; 및
    상기 연결덕트에 설치되고, 상기 제1 덕트에서 상기 제2 덕트로 유동하는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하는 사이드 호퍼;를 포함하고,
    상기 사이드 호퍼는 상기 제1 방향을 따라 상기 연결덕트 및 상기 제2 덕트보다 외측으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결덕트는 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 굴곡진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드 호퍼는, 상기 제1 덕트와 연통되는 개구부를 가지고, 상기 연결덕트 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 사이드 호퍼는, 상기 제1 덕트로부터 연장되는 박스형상인 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 조대입자의 포집율을 증가시키도록, 상기 사이드 호퍼의 하부는 경사진 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 사이드 호퍼의 높이는 1m인 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 사이드 호퍼는,
    상기 제1 덕트에 연통되는 연장덕트; 및
    상기 연장덕트에 연결되는 깔때기 형상의 포집부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조대입자의 포집율을 증가시키도록, 상기 연장덕트의 하부는 경사진 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연장덕트의 높이는 1m인 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 덕트로 유입되는 가스 내에 포함된 조대입자를 포집하도록, 상기 제1 덕트에 연결되는 메인 호퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 메인 호퍼는 상기 제1 덕트와 공기예열기(Gas-Air-Preheater) 사이에 설치되고, 상기 제2 덕트는 가스-가스 열교환기(Gas-Gas Heater)와 연결되는 것을 특징으로 하는 조대입자 포집장치.
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