KR101838139B1 - 배기가스 복합처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 복합처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 수용공간을 가지며 저부에는 일정량의 물이 담수되는 저수공간이 형성되며, 일측에 형성된 유입구를 통해 배기가스가 유입되어 내부로 이동되는 통과유로가 형성되는 챔버와, 상기 통과유로상에 길이방향으로 전극봉이 삽입된 방전부가 복수개 설치되어, 상기 전극봉에 전원이 인가되어 플라즈마 방전이 이루어지는 제1 반응부와, 일측이 상기 저수공간과 연통되고, 타측으로는 상기 제1 반응부를 통과하여 상기 물로 세정된 배기가스가 배출되는 배기구가 형성되는 이송안내관부와, 상기 배기구에 연결된 상태로 흡입력을 발생시켜 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 내부 기압차에 의해 상기 저수공간에서 상기 이송안내관부 내측 상부로 물이 상승하도록 유도하는 팬부와, 상기 팬부의 작동으로 발생된 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 압력차에 의해 상기 저수공간에 유입되는 배기가스가 상기 이송안내관부 내측으로 유입되도록 통로 구조를 형성하고, 상기 통로를 통과한 상기 배기가스가 상기 이송안내관부의 상측으로 상승하는 물로 분사되도록 복수 개의 노즐이 형성되는 노즐부를 포함하여 습식세정이 이루어지는 제2 반응부를 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 배기가스에 포함된 다양한 대기오염물질을 제거하기 위해 플라즈마 처리방식과 습식세정 방식을 단일의 장비로 컴팩트화시켜 설비 설치부지면적을 최소화하며, 고효율을 유지하도록 하여 유지관리 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 원형 및 판형 타입의 방전기의 장점을 융합하여 절곡된 형상으로 수직방향으로 설치도어 미반응존을 최소화시켜 동일면적 대비 대용량 가스처리가 가능하여 운용효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

배기가스 복합처리 시스템{Combined exhaust gas cleaning system}

본 발명은 배기가스 복합처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 방전방식과 습식세정 집징방식을 하나의 시스템으로 융합시켜 컴팩트화되어 설비부지면적을 최소화시키고 고효율 저압력손실 유지가 가능하도록 하여 유리관리 비용을 절감시킬 수 있는 배기가스 복합처리 시스템에 관한 것이다.

화석 연료를 연소시키는 화력발전소, 제철소, 소각로 등의 산업시설에서 배출되는 배기가스에는 유해한 대기오염물질, 예를 들어 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 다이옥신, 미세먼지(PM) 또는 유해대기오염물질(HAPs) 등이 혼화되어 있기 때문에, 이러한 대기오염물질을 제거하기 위해 종래에는 단위 오염물질 성분 및 조건에 따라 각기 다른 처리 설비를 구바하게 된다.

일반적으로 배기가스의 이산화황을 제거하는 탈황 공정으로 가장 널리 상용화되어 있는 기술은 석회석 슬러리를 이용한 습식 석회/석고 법이고, 그 밖에 건식 흡수제, 활성탄 등을 이용한 건식 공정이 일부 상용화되어 있다.

한편, 질소산화물 제거방법으로는 원천적으로 질소산화물이 생성되는 것을 억제하기 위하여 화석연료의 연소방법을 개선하거나, 연소 후의 배기가스를 처리하는 탈질 방법 등이 있다. 여기서 배기가스 탈질 방법은 질소산화물을 수용액에 흡수시키는 지의 여부에 따라 습식법과 건식법으로 나누어지는데, 이 중 습식법은 건식법에 비해 경제성이 떨어지고 수질 오염 등의 2차 오염물질 처리가 요구되므로 건식법에 비해 상대적으로 열등한 방법이다. 건식법의 대표적인 상용화공정으로는 선택적 촉매 환원법(selective catalytic reduction,SCR)이 있다. 선택적 촉매 환원법은 배기가스와 환원제를 촉매 층에 동시에 통과시키면서 배기가스 내의 질소산화물을 질소와 물로 선택적으로 환원시키는 방법이다.

아울러, 매연, 액적, 먼지 등의 용해도가 높은 물질을 처리하기 위해서는 습식집진장치(스크러버)가 널리 적용되고 있으나, 이러한 습식집진장치 중 주로 사용되는 침액식 세정 집진장치는 압력손실이 크며 집진효율이 낮아 장치를 대형화하여야 한다.

이러한 종래의 대기오염물질 처리 방법에서는 대량의 배기가스가 성격이 전혀 다른 탈황 및 탈질 두 공정을 순차적으로 거치면서 오염물질이 처리됨에 따라 초기 투자비 및 운전비가 상승하고, 탈황 및 탈질 공정의 최적 공정결합이 요구될 뿐만 아니라 습식법에서의 폐수 배출 등이 문제점으로 지적되고 있다.

더욱이 각각의 공정을 설치하여 운영하기 때문에 넓은 부지가 필요하게 되며, 처리설비의 개체수가 많아 다양한 배출물질 농도변화에 따른 설비별 연도제어가 어렵게 된다. 또한, 여러 공정에 하나의 유인송풍기를 사용하기 때문에 각 공정의 압력손실을 고려할 경우 대용량 송풍기의 운영이 불가피하여 전력사용량이 높아 운영효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.

최근에는 이러한 종래의 대기오염물질 처리 방법에서의 문제점을 개선하기 위하여, 플라즈마를 이용하여 대기오염물질을 제거하는 방법들이 개시되고는 있다.

그러나 플라즈마를 이용하여 대기오염물질을 처리하는 종래 장치 및 방법들은 대부분 전체적인 구성이 너무 복잡하여 제조비용이 커지는 문제점이 있고, 최적의 방전 조건을 갖추지 못한 상태에서 실행되어 오히려 기존 개별공정에 비해 배기가스 내에서 대기오염물질을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 발생된다.

따라서 플라즈마 방식과 습식집진 방식의 각 설비를 하나의 시스템으로 융합하여 컴팩트화시켜 설비 설치부지면적을 최소화시키고 고효율을 유지하도록 하여 유지관리비용을 절감시킬 수 있는 배기가스 복합처리 시스템에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

한국공개특허 제 0000-00000000호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 방전방식과 습식세정 집징방식을 하나의 시스템으로 융합시켜 컴팩트화되어 설비부지면적을 최소화시키고 고효율 저압력손실 유지가 가능하도록 하여 유리관리 비용을 절감시키도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 내부에 수용공간을 가지며 저부에는 일정량의 물이 담수되는 저수공간이 형성되며, 일측에 형성된 유입구를 통해 배기가스가 유입되어 내부로 이동되는 통과유로가 형성되는 챔버와, 상기 통과유로상에 길이방향으로 전극봉이 삽입된 방전부가 복수개 설치되어, 상기 전극봉에 전원이 인가되어 플라즈마 방전이 이루어지는 제1 반응부와, 일측이 상기 저수공간과 연통되고, 타측으로는 상기 제1 반응부를 통과하여 상기 물로 세정된 배기가스가 배출되는 배기구가 형성되는 이송안내관부와, 상기 배기구에 연결된 상태로 흡입력을 발생시켜 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 내부 기압차에 의해 상기 저수공간에서 상기 이송안내관부 내측 상부로 물이 상승하도록 유도하는 팬부와, 상기 팬부의 작동으로 발생된 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 압력차에 의해 상기 저수공간에 유입되는 배기가스가 상기 이송안내관부 내측으로 유입되도록 통로 구조를 형성하고, 상기 통로를 통과한 상기 배기가스가 상기 이송안내관부의 상측으로 상승하는 물로 분사되도록 복수 개의 노즐이 형성되는 노즐부를 포함하여 습식세정이 이루어지는 제2 반응부를 포함하여 제공된다.

여기서 상기 챔버는 일측에 상기 유입구가 형성되고, 일측에서 타측으로 길이방향을 따라 저수공간이 형성되며, 타측에 상기 이송안내관부와 연통되도록 설치되는 제1 케이스와, 일측이 상기 제1 케이스의 일측 상부면에 결합되어 상방으로 연장되어 상기 저수공간과 연통되는 유도관과, 상기 제1 케이스의 상부에 이격설치되되, 내측에 수용공간이 형성되며 하부면 일측이 상기 유도관의 타측에 결합되어 상기 수용공간이 상기 유도관과 연통되는 제2 케이스를 포함하되, 상기 제1 케이스 내측 저수공간에는 상기 유입구를 통해 유입되는 배기가스가 상기 이송안내관부로 직접적으로 이동되지 않도록 상기 제1 케이스의 내측 상부벽면에서 상기 저수공간에 담수되는 물의 수면 아래로 잠기도록 하방으로 연장되는 차단플레이트가 설치된다.

아울러, 상기 제1 반응부는 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 연결시키도록 복수개 설치되며, 내측에 상기 전극봉이 상하 길이방향으로 삽입되는 방전기와, 상기 제1 케이스 내측 수용공간에 상기 각 전극봉에 연결되는 전원선과, 상기 전원선에 전원을 인가하여 상기 방전기 내측에서 플라즈마 방전이 이루어지도록 하는 전원공급부를 포함하여 제공된다.

더욱이, 상기 방전기는 내측면이 일정 길이를 가지는 직사각형 단면으로 형성되고, 상기 직사각형 단면의 길이방향을 따라 복수개의 전극봉이 일정 간격으로 배열되되, 상기 방전기의 내측벽면은 상기 각 전극봉을 향하여 돌출되어 둘러싸도록 연속적으로 절곡형성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 배기가스에 포함된 다양한 대기오염물질을 제거하기 위해 플라즈마 처리방식과 습식세정 방식을 단일의 장비로 컴팩트화시켜 설비 설치부지면적을 최소화하며, 고효율을 유지하도록 하여 유지관리 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 원형 및 판형 타입의 방전기의 장점을 융합하여 절곡된 형상으로 수직방향으로 설치도어 미반응존을 최소화시켜 동일면적 대비 대용량 가스처리가 가능하여 운용효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 측면 일부가 절단된 상태의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 수직 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 수평 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 반응기와 종래 반응기의 단면구조를 비교한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 측면 일부가 절단된 상태의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 수직 단면구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템의 수평 단면구조를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 복합처리 시스템은 챔버(100)와, 제1 반응부(200)와, 이송안내관부(300)와, 제2 반응부(400)를 포함하여 챔버(100) 내측 제1 반응부(200)에서 플라즈마 방전을 통해 배기가스 내의 대기오염물질을 제거하도록 하고, 제1 반응부(200)를 통과한 배기가스가 이송안내관부(300)를 통해 이송되면서 제2 반응부(400)에서 습십세정 공정을 거쳐 배기가스 중의 매연 먼지 등의 이물질이 제거되도록 한다.

여기서 챔버(100)는 내부에 수용공간(131)을 가지며 저부에는 일정량의 물이 담수되는 저수공간(112)이 형성되며, 일측에 형성된 유입구(111)를 통해 배기가스가 유입되어 내부로 이동되는 통과유로가 형성되도록, 제1 케이스(110), 유도관(120) 및 제2 케이스(130)를 포함하여 구성된다.

제1 케이스(110)는 내부 수용공간(131)을 가지도록 직육면체 형태로 형성되어, 일단부측에 배기가스가 유입되는 유입구(111)가 형성되고, 일측에서 타측 길이방향을 따라 저부에 저수공간(112)이 형성되어 물이 담수되며, 타단부측에는 이송안내관부(300)와 연통되도록 설치된다.

유도관(120)은 일측 하단부가 제1 케이스(110)의 일단부측 상부면에 결합되어 상방으로 연장되고, 타측 단부가 제2 케이스(130)의 하부면에 결합되며, 제1 케이스(110) 내부 저수공간(112)과 연통되어 제1 케이스(110) 내부로 유입되는 배기가스를 제2 케이스(130)로 안내하는 역할을 수행하게 된다.

제2 케이스(130)는 제1 케이스(110)의 상부에 유도관(120)이 설치되는 일정 간격만큼 이격설치되고, 내측에 수용공간(131)이 형성되며, 이러한 수용공간(131)은 유도관(120)과 연통되어 배기가스가 제2 케이스(130) 내부로 이동된다.

아울러, 제1 케이스(110) 내측 저수공간(112)에는 유입구(111)를 통해 유입되는 배기가스가 저수공간(112)을 통해 제1 케이스(110)의 타측에 연결된 이송안내관부(300)로 바로 직접적으로 이동되지 않도록 유입구(111)에 인접한 제1 케이스(110)의 내측 상부 벽면에는 저수공간(112)에 담수되는 물의 수면 아래로 잠기도록 하방으로 연장되는 차단플레이트(113)가 설치되어, 유입구(111)를 통해 유입되는 배기가스가 차단플레이트(113)에 의해 제1 케이스(110)의 저수공간(112)을 따라 이동되지 않도록 한다.

제1 반응부(200)는 플라즈마 방전이 이루어지는 것으로, 방전기(210), 전원선(230) 및 전원공급부를 포함하여 구성된다.

방전기(210)는 내측에 전극봉(220)이 삽입되는 통로를 제공하는 것으로, 본 발명에서는 제1 케이스(110)와 제2 케이스(130)를 연결시키도록 상하 길이방향으로 복수개 설치되며, 내측에는 전극봉(220)이 상하 길이방향으로 삽입된다.

전원선(230)은 제1 케이스(110) 내측 수용공간(131)에 배열되어 복수개로 설치되는 방전부에 삽입된 전극봉(220)에 각각 전기적으로 결합되어 전원을 각 전극봉(220)에 전달시키도록 한다.

전원공급부는 도면에는 도시되지 않으나, 전원선(230)에 연결되어 전원을 인가시켜 방전기(210) 내측에서 플라즈마 방전을 통해 배기가스의 산화 및 전환을 유도하여 배기가스 내에 포함된 대기오염물질이 제거되도록 한다.

이송안내관부(300)는 일측이 제1 케이스(110)의 내측 저수공간(112)과 연통되고 타측으로는 제1 반응부(200)를 통과하여 물로 세정된 배기가스가 배출되는 배기구(310)가 형성된다.

제2 반응부(400)는 배기구(310)측에 연결되어 배기가스가 습식세정 방식으로 오염물질이 제거되도록 하는 것으로서, 팬부(410) 및 노즐부(420)를 포함하여 구성된다.

팬부(410)는 배기구(310)에 연결된 상태로 흡입력을 통해 저수공간(112)과 이송안내관부(300)의 내부 기압차를 발생시켜 저수공간(112)에 담수된 물이 이송안내관부(300) 내측 상방으로 물이 상승하도록 유도한다.

노즐부(420)는 팬부(410)의 작동으로 발생된 저수공간(112)과 상기 이송안내관부(300)의 압력차에 의해 저수공간(112)에 유입되는 배기가스가 이송안내관부(300) 내측으로 유입되도록 통로 구조를 형성하고, 이러한 통로를 통과하는 배기가스가 이송안내관부(300)의 상측으로 상승하는 물로 분사되도록 복수 개의 노즐이 형성된다.

이러한 제2 반응부(400)에 의해 배기가스가 노즐부(420)를 통과되면서 물 속에서 첨가된 약액과 빠른 속도로 접촉하여 미세하게 분산된 유해가스와 먼지 입자가 포집되며, 청정 공기만 외부로 배출되도록 한다.

이와 같이, 본 발명에서는 플라즈마 방식과 습식세정 방식을 하나의 시스템으로 융합시켜 컴팩트화하여, 전기화학적으로 생선된 강한 산화에 의해 저온에서도 황산화물과 질소산화물의 동시처리가 가능하며, 습식 세정 효과가 복합적으로 작용하여 미처리 가스, 2차 생성물, 미세먼지 및 악취를 저감할 수 있어, 종래 SDR(Semi Dry Reactor), SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator) 및 활성탄흡착법과 같은 배가스 처리방법이 가지고 있는 낮은 처리효율, 고가의 유지비용, 설비 대형화, 압력손실에 의한 에너지 손실 등과 같은 문제점을 해결하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 반응기와 종래 반응기의 단면구조를 비교한 도면으로, 도면을 참조하면, 종래 반응기는 실린더 타입(a)과 플레이트 타입(b)이 주를 이루고 있으며, 이러한 실린더 타입(a)은 효율은 높으나 처리풍량이 약하며 설치비가 증대되는 문제점을 가지게 되며, 그리고 플레이트 타입(b)은 처리풍량은 실린더 타입(a) 기준 2.5배로 높으나 전극봉(220) 사이마다 미반응존(D)이 발생되어 효율이 떨어지게 된다.

이에 본 발명에서는 방전기(210)의 내측면이 플레이트 타입(b)과 같이 일정길이를 가지는 직사각형 단면구조로 형성되도록 하고, 직사각형 단면의 길이방향을 따라 전극봉(220)이 일정간격으로 복수개 배열되도록 하되, 전극봉(220)과의 미반응존(D)이 발생되지 않도록 방전기(210)의 내측벽면은 각 전극봉(220)을 항하여 돌출되어 전극봉(220)을 둘러싸도록 길이방향을 따라 연속적으로 절곡형성되어 미반응존(D)이 최소화되도록 하여 동일면적 대비 대용량(실린더 타입의 2.5배)의 가스처리가 가능하도록 한다.

이와 같이 본 발명에서의 방전기(210)는 원형 실린더 및 판형 타입의 각 장점을 융합한 절곡된 형상으로 수직방향으로 설치되어 온도에 따른 가스 편류현상을 최소화시키도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100 : 챔버 110 : 제1 케이스
111 : 유입구 112 : 저수공간
113 : 차단플레이트 120 : 유도관
130 : 제2 케이스 131 : 수용공간
200 : 제1 반응부 210 : 방전기
220 : 전극봉 230 : 전원선
300 : 이송안내관부 310 : 배기구
400 : 제2 반응부 410 : 팬부
420 : 노즐부

Claims (4)

1. 내부에 수용공간을 가지며 저부에는 일정량의 물이 담수되는 저수공간이 형성되며, 일측에 형성된 유입구를 통해 배기가스가 유입되어 내부로 이동되는 통과유로가 형성되는 챔버와;
   상기 통과유로상에 길이방향으로 전극봉이 삽입된 방전부가 복수개 설치되어, 상기 전극봉에 전원이 인가되어 플라즈마 방전이 이루어지는 제1 반응부와;
   일측이 상기 저수공간과 연통되고, 타측으로는 상기 제1 반응부를 통과하여 상기 물로 세정된 배기가스가 배출되는 배기구가 형성되는 이송안내관부와;
   상기 배기구에 연결된 상태로 흡입력을 발생시켜 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 내부 기압차에 의해 상기 저수공간에서 상기 이송안내관부 내측 상부로 물이 상승하도록 유도하는 팬부와, 상기 팬부의 작동으로 발생된 상기 저수공간과 상기 이송안내관부의 압력차에 의해 상기 저수공간에 유입되는 배기가스가 상기 이송안내관부 내측으로 유입되도록 통로 구조를 형성하고, 상기 통로를 통과한 상기 배기가스가 상기 이송안내관부의 상측으로 상승하는 물로 분사되도록 복수 개의 노즐이 형성되는 노즐부를 포함하여 습식세정이 이루어지는 제2 반응부를 포함하되,
   상기 챔버는
   일측에 상기 유입구가 형성되고, 일측에서 타측으로 길이방향을 따라 저수공간이 형성되며, 타측에 상기 이송안내관부와 연통되도록 설치되는 제1 케이스와,
   일측이 상기 제1 케이스의 일측 상부면에 결합되어 상방으로 연장되어 상기 저수공간과 연통되는 유도관과,
   상기 제1 케이스의 상부에 이격설치되되, 내측에 수용공간이 형성되며 하부면 일측이 상기 유도관의 타측에 결합되어 상기 수용공간이 상기 유도관과 연통되는 제2 케이스를 포함하되,
   상기 제1 케이스 내측 저수공간에는 상기 유입구를 통해 유입되는 배기가스가 상기 이송안내관부로 직접적으로 이동되지 않도록 상기 제1 케이스의 내측 상부벽면에서 상기 저수공간에 담수되는 물의 수면 아래로 잠기도록 하방으로 연장되는 차단플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 복합처리 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 반응부는
   상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 연결시키도록 복수개 설치되며, 내측에 상기 전극봉이 상하 길이방향으로 삽입되는 방전기와,
   상기 제1 케이스 내측 수용공간에 상기 각 전극봉에 연결되는 전원선과,
   상기 전원선에 전원을 인가하여 상기 방전기 내측에서 플라즈마 방전이 이루어지도록 하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 복합처리 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 방전기는 내측면이 일정 길이를 가지는 직사각형 단면으로 형성되고, 상기 직사각형 단면의 길이방향을 따라 복수개의 전극봉이 일정 간격으로 배열되되,
   상기 방전기의 내측벽면은 상기 각 전극봉을 향하여 돌출되어 둘러싸도록 연속적으로 절곡형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 복합처리 시스템.

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