KR101855828B1 - 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치가 개시된다. 본 스크러버 장치는 선박 엔진에서 발생되는 배가스가 유입되는 가스 유입부, 세정액을 분사하는 분사노즐을 포함하는 세정액 공급부, 상기 배가스가 유입되며 상기 세정액이 분사되는 내부공간이 마련되는 세정액 혼합부, 상기 세정액 혼합부에서 세정된 배가스가 통과하는 가스 통과부 및 상기 세정액 통과부를 통과한 배가스가 배출되는 가스 배출부를 포함한다. 이에 의해, 세정액과 황산화물 및 질소산화물의 혼합효율을 증대시킬 수 있는 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치를 제공할 수 있다.

Description

선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치{Wet scrubber apparatus to improve mixture efficiency of cleaning liquid and NOx, SOx of exhaust gas}

본 발명은 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 엔진에서 발생하는 배가스의 세정을 위하여, 그 구성이 되는 황산화물 및 질산화물을 세정액과 혼합하여 분리 배출하는 선박 배가스 습식 스크러버 장치에 관한 것이다.

선박의 디젤엔진에서 배출되는 배가스에는 SOx(sulfur oxides, 황산화물) 및 NOx(nitrogen oxide, 질소산화물)이 다량 포함되어 있으며 이는 인간과 동물의 점막을 자극하고 산성비를 유발하며 식물의 엽록소를 파괴하며 오존형성(ozone formation)에 기여하는 주원인으로 주목되고 있다.

이에 세계적으로 해양환경보존에 대한 의식이 확대되면서, 선박기관에서 배출되는 환경오염물질을 규제하고 있다. 따라서 선박 배가스에 포함된 유해 성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화 처리 과정이 반드시 필요하며 정화 처리 과정을 거친 배가스만이 대기 중으로 배출되도록 의무화되고 있다.

그러나 선박의 열기관의 주종을 이루는 디젤기관에서는 일산화탄소, 질소산화물, 매연 등의 대기오염물질이 배출되고 있는바 이들의 저감 대책이 요구되고 있다.

각종 유해성 배기가스를 처리하는 방법에는 연소(burning) 방식, 습식(Wetting) 방식, 흡착(absorption) 방식 등이 있으며, 버닝 방식은 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 약 500℃ 내지 800℃의 고온에서 분해시켜 배가스를 처리하는 방식이고, 습식 방식은 주로 수용성 가스를 물에 통과시켜 용해되게 함으로써 배가스를 처리하는 방식이며, 흡착 방식은 발화되지 않거나 물에 녹지 않는 유해성 가스를 흡착제에 통과시켜 물리적 또는 화학적인 흡착에 의하여 정화되게 하는 방식이다.

습식 세정 집진장치는 크게 나누어 유수식, 가압수식, 회전식으로 분류된다. 특히 가압수식 방식에는 각종 scrubber, packing tower, spray tower 등이 있다.

액체를 가압, 공급하여 가스를 세정하는 방식(가압수식 방식)에 있어서, 구체적으로 세정액(물, 알칼리 흡수제)을 분사함으로써 황산화물 및 질소산화물과 응집하게 하여 혼합 및 분리하는 과정을 거치므로, 혼합효율을 높이기 위해서는 분사액과 기체의 접촉 면적을 높여 포집효과를 증가시키는 것이 주요한 문제점이다.

이를 위해 분사노즐의 종류를 달리하여 물방울의 모양을 달리하거나 분출시키는 수압을 높여주어 접촉면적을 늘리기도 하지만, 이러한 경우 효율은 높지만 폐수처리와 공업용수의 과잉 사용과 공급펌프의 동력비용 등 경제적인 문제점이 있다.

대한민국등록특허 제10-1431081호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 세정액을 분사하는 분사노즐의 분사방향 및 위치의 조절을 통해 액적을 미립화하며, 배가스와 세정액이 혼합되는 내부공간의 구조 변화를 통해, 세정액과 황산화물 및 질소산화물의 혼합효율을 증대시킬 수 있는 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치는 선박 엔진에서 발생되는 배가스가 유입되는 가스 유입부, 세정액을 분사하는 분사노즐을 포함하는 세정액 공급부, 상기 배가스가 유입되며 상기 세정액이 분사되는 내부공간이 마련되는 세정액 혼합부, 상기 세정액 혼합부에서 세정된 배가스가 통과하는 가스 통과부 및 상기 세정액 통과부를 통과한 배가스가 배출되는 가스 배출부를 포함한다.

여기서, 상기 세정액 혼합부는, 상부에서 하부로 유입되는 상기 배가스와 상기 세정액의 혼합효율을 증대시키기 위해, 유로가 하향으로 갈수록 점점 축소되어 벤츄리형으로 형성되고, 상기 가스 통과부는, 상기 세정액 혼합부의 하부에 연결되되, 유로가 하향으로 갈수록 점점 확대될 수 있다.

또한, 상기 분사노즐은, 상기 내부공간의 가상의 한 점을 향하여 분사함으로써, 상기 세정액이 상기 한 점에서 교차하여 분사할 수 있다.

그리고, 상기 한 점은 상기 유로가 가장 축소된 높이의 한 점일 수 있다.

또한, 상기 한 점에 구조물이 마련되어, 분사된 상기 세정액과 상기 구조물의 충돌을 통해 상기 세정액의 액적이 미립화될 수 있다.

그리고, 상기 세정액 혼합부는, 상기 내부공간에 위치하고 상부가 원뿔형상으로 마련되는 내부기둥을 포함함으로써, 상기 가스 유입부로부터 유입되는 배가스가 상기 내부공간의 가장자리를 향해 이동하게 되어, 상단 가장자리에서 분사되는 세정액과의 접촉면적을 늘릴 수 있다.

또한, 상기 세정액 공급부는, 상기 세정액 유입부에 대비하여 직경이 크게 마련된 상기 세정액 혼합부 상부를 덮는 형상으로 마련되며, 상기 가스 유입부를 회전축으로 상기 분사노즐을 360°회전시킴으로써, 상기 배가스와 상기 세정액의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

그리고, 상기 세정액 공급부는, 상기 가스 유입부를 중심축으로 120° 간격으로 가장자리에 마련되는 3개의 분사노즐을 포함할 수 있다.

또한, 상기 분사노즐은, 분사하는 세정액이 상기 배가스 1㎥ 당 6L일 수 있다.

그리고, 상기 가스 배출부는, 상기 가스 통과부 외주연의 접선방향으로 마련됨으로써, 배출되기 전의 배가스가 원형으로 순환하는 싸이클론 효과가 발생되어, 상기 세정액과 상기 배가스의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

이에 의해, 세정액을 분사하는 분사노즐의 분사방향 및 위치의 조절을 통해 액적을 미립화하며, 배가스와 세정액이 혼합되는 내부공간의 구조 변화를 통해, 세정액과 황산화물 및 질소산화물의 혼합효율을 증대시킬 수 있는 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 습식 스크러버 장치를 설명하기 위해 제공되는 사시도,
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 세정액의 교차를 설명하기 위해 제공되는 사시도,
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 세정액과 구조물의 충돌을 설명하기 위해 제공되는 사시도,
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 내부기둥의 구조 및 배가스의 흐름을 설명하기 위해 제공되는 사시도,
도 5는 발명의 일 실시예에 따른 분사노즐의 위치를 설명하기 위해 제공되는 평면도, 그리고,
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부로 배출되는 배가스의 흐름를 설명하기 위해 제공되는 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 본 발명의 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 습식 스크러버 장치(10)를 설명하기 위해 제공되는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 습식 스크러버 장치(10)는, 선박 엔진에서 발생하는 배가스의 세정을 위해, 그 구성이 되는 황산화물 및 질산화물을 세정액과 혼합하여 분리 배출하는 스크러버 장치에 관한 것으로써, 가스 유입부(100), 세정액 공급부(200), 세정액 혼합부(300), 가스 통과부(400) 및 가스 배출부(500)를 포함하여 구성된다.

가스 유입부(100)는 배가스가 유입되는 통로를 제공하기 위해 마련되며, 수직으로 뻗은 원통 형태의 유로가 세정액 혼합부(300)의 상부와 연결된다.

가스 유입부(100)를 통해, 선박 엔진에서 발생되어 외부의 입자처리장치에서 1차 처리된 배가스가 세정액 혼합부(300)로 유입될 수 있다.

세정액 공급부(200)는 외부의 세정액 저장소에 저장된 세정액을 세정액 혼합부(300) 내부로 공급하기 위해 마련되며, 분사노즐(210)을 포함한다.

그리고, 세정액 혼합부(300) 상부는 가스 유입부(100)와 비교하여 직경이 크게 형성되므로, 세정액 공급부(200)는 세정액 혼합부(300) 상부를 덮는 형태로 마련된다.

세정액을 분사하는 분사노즐(210)의 구체적인 실시예에 관련하여서는 후술할 도 2에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

한편, 세정액 혼합부(300)는, 선박 엔진에서 발생되는 배가스의 세정을 목적으로, 배가스와 세정액을 혼합할 수 있는 내부 공간을 제공하기 위해 마련된다.

가스 유입부(100)와 분사노즐(210)이 세정액 혼합부(300)의 내부공간에 연결되어 있으며, 분사노즐(210)을 통해 내부로 세정액이 분사되면 알칼리 흡수제인 세정액이 배가스에 포함되어 있는 오염물질(황산화물 및 질소산화물)과 응집하여 분리됨으로써 배가스가 세정될 수 있다.

또한, 세정액 혼합부(300) 내부는 하향으로 갈수록 점점 축소되는 벤츄리형으로 마련된다.

더욱 자세하게는, 유로가 축소되는 벤츄리형으로 마련됨으로써, 일자의 원통 형태로 형성되는 것과 비교하여, 스로트(350)를 통과하는 배가스의 유속이 빨라지는 효과를 얻을 수 있으며, 배가스의 유속이 빨라짐으로써 약 60~90m/sec의 고속가스 유속에 의하여 분사노즐로부터 분사되는 세정액이 미립화될 수 있다.

세정액이 미립화될수록 집진율이 높아져 미세한 입자의 포집이 가능하며, 이를 통해 혼합효율을 높일 수 있다.

한편, 가스 통과부(400)는 세정액 혼합부(300)에서 세정액을 통해 세정된 배가스가 가스 배출부(500)를 향하기 위한 유로를 제공하기 위해 마련된다.

가스 통과부(400)는 세정액 혼합부(300)의 하부에 연결되며 세정액 혼합부(300) 하단과 가스 통과부(400) 상단은 직경이 동일하게 형성되므로 세정액 혼합부(300)와 가스 통과부(400) 사이에 형성되는 스로트(350)의 내부 유로가 매끄럽게 이어진다.

또한, 가스 통과부(400)의 내부 유로는 수직으로 길게 뻗은 형태가 되며, 하향으로 갈수록 유로가 점점 확대되는 형태로 마련된다.

오염물질 입자가 기체흐름의 유선을 이탈하여 세정액 액적을 향하여 접근할 때, 정지거리가 입자가 유선을 이탈한 점부터 세정액 방울까지의 거리보다 크다면 입자와 액적이 관성충돌하게 된다.

따라서, 가스 통과부(400)는 유로가 점점 확대되는 형태로 마련됨으로써, 배가스의 유속이 감소되어 가속된 세정액의 액적과 오염물질의 관성충돌에 의한 부착이 더욱 효과적이 된다.

한편, 가스 배출부(500)는 가스 통과부(400)를 통과한 배가스가 외부의 2차 세정장치 또는 백필터로 이동할 수 있는 통로를 제공하기 위해 마련된다.

가스 배출부(500)는 가스 통과부(400) 하부에 연결되며, 가스 통과부(400) 외주연의 접선방향으로 마련됨으로써, 배가스 흐름에 싸이클론 효과를 발생시켜 배가스와 세정액의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

배가스의 이동 흐름에 대한 구체적인 실시예에 대하여는, 후술할 도 6에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 발명의 일 실시예에 따른 세정액의 교차를 설명하기 위해 제공되는 사시도이고, 도 3은 발명의 일 실시예에 따른 세정액과 구조물의 충돌을 설명하기 위해 제공되는 사시도이다.

세정액 공급부(200)은 제1분사노즐(210a), 제2분사노즐(210b) 및 제3분사노즐(210c)을 포함하며 각각의 분사노즐(210)은 세정액 혼합부(300) 내부에 기설정된 가상의 한 점(310)을 향하여 분사하게 된다.

따라서, 각각의 분사노즐(210)로부터 분사된 세정액은 기설정된 가상의 한점(310)에서 교차하게 분사하게됨으로써, 세정액의 충돌을 발생시키며, 이를 통해 세정액을 더욱 미립화할 수 있고, 세정액과 배가스의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 가상의 한 점(310)은 세정액 혼합부(300)와 가스 배출부(400) 사이의 연결부분인 스로트(350) 위치에 설정될 수 있으며, 배가스의 이동속도가 가장 높아지는 스로트(350) 위치에 세정액을 분사함으로써, 세정액을 더욱 미립화 할 수 있다.

제1분사노즐(210a), 제2분사노즐(210b) 및 제3분사노즐(210c)이 분사하는 총 세정액은 배가스 1㎥ 당 6L 이다.

한편, 도 3을 참조하면, 세정액 혼합부(300) 내부의 가상의 한 점(310)의 위치에 구조물(320)을 형성할 수 있다.

구조물(320)은 분사노즐(210)로부터 분사된 세정액과의 충돌을 위해 마련되며, 가스 통과부(400) 하부에 지지되고 수직으로 길게 뻗은 지지대를 포함하며 지지대에 연결되어 상부가 구의 형태로 형성된다.

분사노즐(210)로부터 분사된 세정액이 구조물(320)에 충돌함으로써 세정액을 미립화시킬 수 있으며, 세정액과 배가스의 접촉면적을 늘리고 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 상부가 구의 형태로 형성된 구조물(320)과 충돌함으로써, 방향성을 가지고 분사된 세정액이 배가스가 수렴하는 위치에서 사방으로 반사됨으로써, 세정액과 배가스의 접촉면적을 늘릴 수 있다.

그리고, 구조물(320) 상부는 가상의 한 점(310)과 마찬가지로 스로트(350)의 높이에 위치할 수 있다.

도 4는 발명의 일 실시예에 따른 내부기둥(300)의 구조 및 배가스의 흐름을 설명하기 위해 제공되는 사시도, 도 5는 발명의 일 실시예에 따른 분사노즐(210)의 위치를 설명하기 위해 제공되는 평면도이다.

세정액 혼합부(300)는 내부에 내부기둥(330)을 포함할 수도 있다.

내부기둥(330)은 세정액 유입부(100)로부터 유입되는 배가스의 흐름을 변경하기 위해 마련되며, 내부기둥(300)은 가스 통과부(400) 하부에 지지되는 수직으로 길게 뻗은 지지대를 포함하며, 벤츄리형으로 형성된 세정액 혼합부(200)에 대응하여 배가스의 흐름을 변경할 수 있도록, 세정액 혼합부(200) 내부에서는 상부로 갈수록 직경이 증가하는 형태의 기둥이 형성되며, 상단은 다시 직경이 작아지는 원뿔형태로 형성된다.

이에 의해, 유입되는 배가스는 스토르(350)로 직접 향하지 않고 세정액 혼합부(200) 내부의 가장자리로 향하게 되는 효과를 발생시킨다.

한편, 세정액 공급부(200)는 분사노즐(210)의 분사방향을 조절할 수 있으며, 각각의 분사노즐(210)은 세정액 혼합부(200) 내부의 가장자리로 분사하게 된다.

또한, 세정액 공급부(200)는 분사노즐(210)의 분사방향을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 유입부(100)를 회전축으로 360°회전함으로써, 상기 분사노즐의 위치가 그에 따라 회전되어, 세정액이 세정액 혼합부(300)의 가장자리를 따라 균일하게 분사될 수 있다.

그리고, 도 5를 참조하면, 각각의 분사노즐은 상기 가스 유입부(100)를 중심축으로 120°(α)간격으로 마련된다.

따라서, 내부기둥을 통해 배가스의 흐름을 달리하고, 분사방향을 조절함으로써, 배가스 입자와 세정액의 접촉면적을 늘릴 수 있고, 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

도 6은 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부(500)로 배출되는 배가스의 흐름를 설명하기 위해 제공되는 사시도이다.

가스 배출부(500)는 가스 통과부(400)의 외주연의 접선방향으로 연결된다.

이를 통해, 가스 통과부(500)에서 배출되는 배가스가 원형으로 순환하는 싸이클론 효과가 발생되어, 세정액과 배가스의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 배출부(500)으로 유입되기 전의 배가스가 가스 통과부(400) 내부의 둘레를 원형으로 회전하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 가스 배출부(500)는 외부의 2차 세정장치의 접선방향으로 연결되어 외부로 유입되는 배가스 역시 싸이클론 효과를 발생 시킬 수 있다.

따라서, 습식 스크러버 장치(10)는 세정액을 분사하는 분사노즐(210)의 분사방향 및 위치의 조절을 통해 액적을 미립화하며, 배가스와 세정액이 혼합되는 내부공간의 구조 변화를 통해, 세정액과 황산화물 및 질소산화물의 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

10 : 습식 스크러버 장치 100 : 가스 유입부
200 : 세정액 공급부 300 : 세정액 혼합부
350 : 스로트 400 : 가스 통과부
500 : 가스 배출부 210 : 분사노즐
310 : 가상의 한 점 320 : 구조물
330 : 내부기둥

Claims (10)

1. 선박 엔진에서 발생되는 배가스가 유입되는 가스 유입부;
   상기 배가스 1㎥ 당 6L의 세정액을 분사하는 분사노즐을 포함하는 세정액 공급부;
   상기 세정액이 분사되는 내부공간이 마련되되, 상부에서 하부로 유입되는 상기 배가스와 상기 세정액의 혼합효율을 증대시키기 위해, 유로가 하향으로 갈수록 점점 축소되어 벤츄리형으로 형성되는 세정액 혼합부;
   상기 세정액 혼합부의 하부에 연결되어, 상기 세정액 혼합부에서 세정된 배가스가 통과하되, 유로가 하향으로 갈수록 점점 확대되는 가스 통과부; 및
   상기 가스 통과부를 통과한 배가스가 배출되되, 상기 가스 통과부 외주연의 접선방향으로 마련됨으로써, 배출되기 전의 배가스가 원형으로 순환하는 싸이클론 효과가 발생되어, 상기 세정액과 상기 배가스의 혼합효율을 증대시키는 가스 배출부;를 포함하고,
   상기 세정액 공급부는,
   상기 가스 유입부에 대비하여 직경이 크게 마련된 상기 세정액 혼합부 상부를 덮는 형상으로 마련되며, 상기 가스 유입부를 중심축으로 120° 간격으로 가장자리에 마련되는 3개의 분사노즐을 포함하고, 상기 가스 유입부를 회전축으로 상기 분사노즐을 360°회전시킴으로써, 상기 배가스와 상기 세정액의 혼합효율을 증대시키며,
   상기 분사노즐은,
   상기 내부공간의 가상의 한 점을 향하여 분사함으로써, 상기 세정액이 상기 한 점에서 교차하도록 분사하고,
   상기 세정액 혼합부는,
   하단부가 상기 가스 통과부의 하부에 지지되어, 수직으로 길게 뻗은 지지대의 형태로 마련되고, 상단부가 상기 지지대의 상측에 연결되어, 구의 형태로 마련되는 구조물;을 포함하며,
   상기 구조물은,
   상기 상단부가 상기 한 점에 위치하도록 마련되어, 분사된 상기 세정액이 상기 상단부와 충돌에 의해, 미립화되고 사방으로 반사되는 것을 특징으로 하는 선박 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물과 세정액의 혼합 효율이 증대되는 습식 스크러버 장치.
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