KR102022344B1 - 배기가스 성분 분석 시스템 - Google Patents

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Abstract

배기가스 성분 분석 시스템이 개시된다. 본 발명에 따르면, 배기덕트에 제1 배관 및 제2 배관의 이중관을 삽입하고, 제1 배관 및 제2 배관의 직경을 달리하여 발생하는 압력차에 의하여, 배기덕트 내 배기가스가 제1 배관으로부터 제2 배관으로 흐르는 유동 흐름을 형성함으로써, 별도의 흡입 장치 없이도 배기덕트로부터 시료가스를 추출할 수 있으며, 이에 따라 배기덕트 외부에 설치된 가스 분석기에서 배기가스의 성분 분석을 실시한다.

Description

배기가스 성분 분석 시스템 {GAS ANALYZING SYSTEM}
본 발명은 배기가스 성분 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기덕트를 통과하는 배기가스의 일부를 추출하여, 배기덕트 외부에서 배기가스의 분석을 실시하는 배기가스 성분 분석 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 석유 화학 관련 제품을 취급하는 선박용 연소시설물 또는 육상 플랜트에서는, 각 공정을 거치며 인체에 유해한 다양한 종류의 유해물질들이 연소 과정에서 발생하여 배기가스의 형태로 배출된다.
상기의 유해물질로는 황산화물이나 질소산화물, 일산화탄소, 아황산가스, 염화수소, 암모니아 등이 있으며, 이와 같은 유해물질들은 인체에 해로울 뿐만 아니라 환경에 미치는 영향도 매우 크기 때문에, 배기가스의 배출은 전 세계적으로 법적/행정적 규제를 받고 있다.
따라서 선박용 연소시설물, 육상 플랜트 등과 같이 배기가스가 다량 발생하는 곳에서는, 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 추출하여 배기가스의 각종 성분을 상시적으로 분석하는 분석기를 구비하며, 분석 결과에 따라 적절한 조취를 취하고 있다.
배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 성분을 분석 및 측정하는 방식으로는, 배기덕트로부터 배출되는 배기가스의 일부 샘플을 추출하여 이를 샘플링 라인을 통해 특정 장소로 설치된 측정기로 보낸 후 성분을 측정하는 샘플링(Sampling) 측정 방식과, 배기덕트 내에 프로브를 직접 삽입하여 현장에서 실시간으로 배기가스의 성분을 측정하고 분석하는 인시츄(In-Situ) 측정 방식이 있다.
최근에는 배기가스의 적합성은 배기덕트에서 바로 측정하는 것이 가장 정확하다 하여, 인시츄 측정 방식이 선호되는 추세이다.
도 1은 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치(1)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치(1)는, 본체(10); 일단은 본체(10)에 연결되고, 배기덕트(D)의 벽체를 관통하여 배기덕트(D)의 내부를 가로지르도록 연장되는 프로브(20); 및 배기덕트(D)의 벽체를 관통할 때 배기덕트(D)의 벽체에 고정되어 프로브(20)를 지지하는 플랜지(30);로 구성된다.
도 2는 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치(1)가 배기덕트(D) 내부로 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 프로브(20) 내부에는 가스의 성분 분석을 위한 가스센서(21)가 구비되며, 프로브(20)의 타단에는 프로브(20) 내부로 배기가스를 유입하기 위한 가스유입구(22)가 형성된다.
또는 도 2에 도시된 가스유입구(22) 대신, 프로브(20)의 외주면에 배기덕트(D) 내 배기가스의 흐름 방향으로 개구된 측정홀(미도시)을 형성하여, 배기가스의 흐름을 그대로 통과시키면서 가스의 성분을 분석할 수도 있다.
인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치(1)는, 프로브(20)를 직접 배기덕트(D) 내부로 삽입하는 방식으로, 프로브(20) 내부에 구비된 가스센서(21)가 배기덕트(D) 내부에 배치되기 때문에, 고온의 열에 의해 가스센서(21)의 손상이 발생할 수 있으며, 이는 가스센서(21)에 의한 가스 성분의 정확한 검출을 방해하거나 가스센서(21)의 수명이 저하되는 문제로 이어질 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 일본 공개특허 2009-42165호에는 프로브 내부의 가스센서 측에 냉각용 공기를 공급하는 구성이 개시되어 있다.
하지만, 이러한 구성은 가스센서 측에 냉각용 공기를 공급하는 구성이 추가로 구비되어야 하므로 장치가 복잡해지고, 가스센서를 고온의 열로부터 완전히 분리시키는 것이 아니기 때문에 근본적인 해결책이라고 볼 수는 없다.
또한, 300℃ 이상의 고온 배기가스가 배출되는 배기덕트(D) 내부에 가스센서(21)가 배치되므로, 종래의 가스 분석 장치(1)의 정비를 위해서는 기존 설비를 반드시 멈추도록 하여 안전을 확보한 상태에서 정비가 이루어져야만 했다.
한편, 배기가스의 성분을 분석 및 측정하는 방식 중 샘플링 측정 방식에 의하면, 배기덕트에서 추출된 시료가스는 배기덕트와 분석기 사이에 설치된 전처리 장치에 의해, 배기가스 중의 수분 또는 기타 이물질 제거 과정을 포함한 전처리 과정을 거친 후, 분석기에서 가스의 분석이 이루어진다.
하지만, 도 1 및 도 2에 도시된 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치(1)는 배기덕트(D) 내부에서 바로 가스의 성분 분석이 이루어지기 때문에, 전처리 장치가 설치될 별도의 공간이 없다.
따라서, 프로브(20) 내부로 유입되는 일부 배기가스 중에는 수분이나 애쉬(Ash)와 같은 기타 이물질이 함께 혼합되어 있을 수 있으며, 이는 가스의 분석 작업의 정확성을 저해하는 요인이 된다.
또한, 프로브(20) 내에 잔존하는 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 이물질을 제거하기 위하여 별도의 퍼지(purge) 장치(40)가 구비되어야 하는 번거로움이 발생하며, 이는 장치의 구성을 복잡하게 만들고 설비 비용을 증가시키는 문제가 있다.
일본 공개특허 제2009-042165호 (2009.02.26 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가스 분석기 부착 부위를 배기덕트의 외부에 마련하고, 배기덕트를 통과하는 배기가스의 일부를 가스 분석기 측으로 추출함으로써, 가스의 성분 분석을 배기덕트의 외부에서 바로 실시할 수 있도록 하고자 한다.
또한, 본 발명은 배기덕트 외부로 추출된 일부 배기가스가 가스 분석기로 유입되기 전에 전처리 과정을 거치도록 함으로써, 별도의 퍼지 장치가 필요없는 배기가스 성분 분석 시스템을 구성하고자 하며, 전처리 과정을 별도의 추가 장치 없이도 간단하게 수행할 수 있도록 하고자 한다.
또한, 본 발명은 편류 현상이 발생하는 배기덕트에서도 하나의 가스 분석기만을 사용하여 배기가스의 성분 표준값을 설정할 수 있도록 하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스 성분 분석 시스템을 제공한다.
배기덕트를 통해 배출되는 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기덕트의 벽체를 관통하여 일단이 상기 배기덕트 내부로 연장되는 제1 배관; 상기 배기덕트 내의 배기가스 흐름에 대하여 상기 제1 배관의 하류 측에 설치되며, 상기 배기덕트의 벽체를 관통하여 일단이 상기 배기덕트 내부로 연장되는 제2 배관; 상기 제1 배관의 타단 및 상기 제2 배관의 타단이 연결되며, 상기 제1 배관을 통해 유입되는 배기가스에 포함된 수분 또는 이물질이 제거되는 전처리부; 및 상기 전처리부에 부착되어 수분 또는 이물질이 제거된 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;를 포함하고, 상기 제2 배관의 직경은 상기 제1 배관의 직경보다 크게 구비되어, 상기 배기덕트의 출구에 음압이 작용할 때, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관에 압력차가 발생하여, 상기 배기덕트 내의 일부 배기가스가 상기 제1 배관으로 유입되어 상기 전처리부를 거쳐 상기 제2 배관을 통해 다시 상기 배기덕트 내로 배출되는 유동장을 형성한다.
상기 제2 배관의 직경은, 상기 제2 배관의 직경 단면적이 상기 제1 배관의 직경 단면적의 1.5배 내지 3배가 되도록 설정될 수 있다.
상기 제1 배관에는 상기 배기덕트 내의 일부 배기가스가 유입되는 다수 개의 유입홀이 형성될 수 있다.
상기 제2 배관에는 상기 제2 배관으로부터 상기 배기덕트 내부로 배기가스를 배출하는 다수 개의 배출홀이 형성될 수 있다.
상기 가스 분석기는 중력방향에 대하여 상기 전처리부의 상측에 부착될 수 있다.
상기 전처리부로 유입된 배기가스 중의 수분 또는 이물질은 중력에 의해 하방으로 이동하여, 상기 제2 배관의 배출 압력에 의해 상기 배기덕트 내로 다시 배출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 분석기의 부착 부위가 배기덕트 외부에 위치하므로, 가스 분석기가 배기덕트 내부의 고온의 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 가스 분석기의 이상 발생시, 기존 설비를 계속 가동한 상태에서도 가스 분석기를 수시로 점검 및 정비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배관의 압력차에 의해 발생하는 유동장에 의해 배기덕트로부터 시료가스를 추출하므로, 별도의 흡입 장치를 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 별도의 가열장치 또는 필터 없이도, 배기가스의 성분 측정 전 전처리를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기가스의 성분을 현장에서 실시간으로 측정하고 분석할 수 있는 인시츄 측정 방식의 장점과, 시료가스를 분석기로 공급하기 전 전처리 과정을 거치도록 하는 샘플링 측정 방식의 장점을 모두 갖는다.
그리고 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기가스가 유입되는 배관에 다수 개의 유입홀을 형성하고, 각각의 위치에서 유입된 배기가스의 성분이 혼합된 상태에서 가스 분석기에 의해 성분 분석이 이루어짐으로써, 편류 현상이 발생하는 배기덕트에서도 하나의 가스 분석기만을 사용하여 배기가스의 성분 표준값을 설정할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따르면, 배관 청소구를 통해 배기덕트의 배관 정비 및 청소를 간단히 수행할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 인시츄 측정 방식에 의한 종래의 가스 분석 장치가 배기덕트 내부로 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제1 배관의 변형 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 탈질 설비 내부의 배기가스의 유동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제1 배관만 확대 도시한 도면으로, (a)는 배기가스의 흐름을 개략적으로 나타낸 것이고, (b)는 실제 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제2 배관의 변형 실시예를 나타낸 도면으로, (a)는 종단면도, (b)는 횡단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제1 배관의 변형 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)은 배기덕트(D)의 벽체를 관통하여 일단이 배기덕트(D) 내부로 연장되는 제1 배관(110); 배기덕트(D)의 벽체를 관통하여 일단이 배기덕트(D) 내부로 연장되는 제2 배관(120); 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 타단과 연결되며, 제1 배관(110)을 통해 유입되는 배기가스에 포함된 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질이 제거되는 전처리부(130); 및 전처리부(130)의 상부에 부착되어 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기(140);를 포함한다.
제1 배관(110)은 타단이 전처리부(130)에 연결되며, 제1 배관(110)의 일단은 배기덕트(D)의 벽체를 관통하여 배기덕트(D) 내부로 연장된다.
제2 배관(120)은 배기덕트(D) 내 배기가스 흐름에 대하여, 제1 배관(110)의 하류 측에 배치되고, 제1 배관(110)과 마찬가지로 타단이 전처리부(130)에 연결되며, 제2 배관(120)의 일단은 배기덕트(D)의 벽체를 관통하여 배기덕트(D) 내부로 연장된다.
본 실시예에서 제1 배관(110)은 제2 배관(120)보다 작은 직경을 가진다.
배기덕트(D) 내부는 배기덕트(D) 출구에 설치된 배출팬(미도시)에 의해 음압이 작용하고, 이때, 제1 배관(110)의 직경이 제2 배관(120)의 직경보다 작게 형성되면, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)에 압력차가 발생하며, 이러한 압력차에 의해, 도 3에서 가로방향으로 표시한 굵은 화살표와 같이 일부 배기가스에 대하여 유동장이 형성된다.
더욱 상세하게는, 제1 배관(110)에 작용하는 압력보다 제2 배관(120)에 작용하는 압력이 낮아져서, 배기덕트(D) 내 일부 배기가스가 제1 배관(110)을 통해 유입되는 흐름이 발생하고, 제1 배관(110)으로 유입된 배기가스는 전처리부(130)를 거쳐 제2 배관(120)을 통해 다시 배기덕트(D) 내부로 배출된다.
상기와 같이, 제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 직경 차이에 의해 유동장이 형성되는 효과는, 제1 배관(110)과 제2 배관(120)이 인접하게 설치되었을 때 더욱 확실하게 얻어진다. 더욱 구체적으로는, 제1 배관(110)과 제2 배관(120) 사이의 거리는 0cm ~ 30cm 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)은 진공 발생기 등과 같은 별도의 배기가스 추출 장치 없이도, 배관의 압력차에 의해 형성된 유동장에 의하여, 배기덕트(D)로부터 배기가스의 일부를 자연스럽게 배기덕트(D) 외부로 추출되도록 할 수 있다.
제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 직경은 배기덕트(D)의 크기, 배기덕트(D) 내를 흐르는 배기가스의 유량 등에 따라 결정될 수 있는데, 제2 배관(120)의 단면적이 제1 배관(110)의 단면적의 1.5배 ~ 3배가 되도록, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 직경을 설정하였을 때, 상기와 같이 배기가스의 유동장을 형성하는 효과가 가장 뚜렷하게 나타난다. 여기서 배관의 단면적은 배관이 형성하는 통로의 단면적을 의미한다.
본 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)에서, 배기덕트(D) 내의 일부 배기가스는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배관(110)의 일단에 형성된 개구를 통해 유입될 수도 있지만, 도 4에 도시된 변형 실시예와 같이, 제1 배관(110)의 일단은 막힌 상태로 구성하고, 배기가스의 흐름을 마주하는 방향의 제1 배관(110) 상에 유입홀(111)을 형성하여, 유입홀(111)을 통하여 배기덕트(D) 내의 일부 배기가스가 유입되도록 할 수도 있다. 도 4에 도시된 변형 실시예에서, 배기가스의 더욱 원활한 유입을 위하여, 제1 배관(110)의 막힌 일단은 배기가스가 유입되는 흐름을 따라 굴곡진 형태를 가질 수 있다.
다시 도 3을 참조하여, 제2 배관(120)이 제1 배관(110)보다 짧게 구비되었을 때 얻는 추가적인 효과를 설명한다.
본 실시예에서, 제1 배관(110)과 제2 배관(120)은 배기가스의 흐름 방향에 대하여 동일선상에 배치되고, 제2 배관(120)은 제1 배관(110)의 하류 측에 제1 배관(110)에 인접하게 설치되며, 제2 배관(120)의 길이가 제1 배관(110)보다 짧게 구비되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되면, 배기덕트(D) 내의 배기가스의 흐름이 제1 배관(110) 측에 도달하였을 때, 제1 배관(110)에 저항을 받아 압력이 다소 높아지게 된다.
배기가스의 흐름이 제1 배관(110)을 지난 후, A로 표시된 공간, 즉, 제2 배관(120)이 제1 배관(110)보다 짧게 구비됨으로써, 제1 배관(110)의 하류 쪽의 비어있는 공간으로 흐를 때, 배기가스의 흐름은 제1 배관(110)의 저항에서 벗어나 속도가 다소 빨라지고, 이에 따라 감압이 발생한다. (베르누이의 효과)
따라서, 제2 배관(120)을 제1 배관(110)보다 짧게 구비하면, 제2 배관(120) 측에서 발생하는 감압에 의하여, 제2 배관(120) 내부의 배기가스가 배기덕트(D)의 감압된 A 공간으로 더 쉽게 배출될 수 있으므로, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 압력차에 의해 유동장을 형성하는데 있어서 더욱 확실한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)은, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)이 관통되는 배기덕트(D)의 벽체에 고정되어, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 지지하는 플랜지(150);를 더 포함할 수 있다.
전처리부(130)는 제1 배관(110)으로부터 이송된 배기가스 내에 포함된 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질이 제거되는 공간을 제공한다.
전처리부(130)에는 가스 분석기(140)가 부착되는 분석기 부착부(131)가 형성될 수 있다. 분석기 부착부(130)는 가스 분석기(140)가 중력방향에 대하여 전처리부(130)의 상측에 부착되도록 형성되는 것이 바람직하다.
전처리부(130)에서는 제1 배관(110)을 통해 유입되는 배기가스 성분 중 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질이 중력에 의해 낙하되고, 제1 배관(110)의 하류에 설치된 제2 배관(120)을 통해 배기가스가 배출되는 압력에 의해, 수분 또는 기타 이물질이 함께 배기덕트(D) 내부로 다시 배출된다.
가스 성분의 정확한 분석이 이루어지기 위해서는, 가스가 균일한 기체상을 유지하는 것이 바람직하므로, 배기덕트(D)로부터 추출된 일부 배기가스가 가스 분석기(140) 측으로 유입되기 전에 적절한 처리가 필요하다.
이를 위해 종래의 샘플링 측정 방식은, 배기덕트에서 추출된 시료가스를 분석로 보내기 전에 전처리 장치에 의해 전처리 과정을 거치게 한다. 이러한 전처리 장치에는 배기가스 중의 수분을 제거하기 위한 히터, 또는 기타 이물질을 제거하기 위한 필터 등이 구비된다.
그러나 본 실시예에 의하면, 전처리부(130)로 이송된 배기가스 내 포함된 수분 또는 기타 이물질이 중력에 의해 하방으로 이동하여, 제2 배관(120)의 배출 압력에 의해 다시 배기덕트(D) 내부로 배출되므로, 별도의 가열장치 또는 필터 없이도 배기가스의 성분 측정 전 전처리를 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 분석기 부착부(131)가 전처리부(130)의 상부에 형성되기 때문에, 분석기 부착부(131)에 부착된 가스 분석기(140)에는 상대적으로 가벼운 기체상의 배기가스 성분이 유입될 수 있는 것이다.
배기가스 중에 포함된 수분 또는 기타 이물질의 더욱 확실한 제거를 위하여, 분석기 부착부(131)에 수분 필터 또는 이물질 필터를 설치할 수도 있다.
그러나 본 발명은 별도의 추가 장치 없이도 배기가스의 전처리 과정을 간단하게 수행하고자 하는 것을 목적으로 하고 있고, 배기가스 중에 포함된 수분과 기타 이물질은 중력과 제2 배관(120)의 배출 압력에 의해 효율적으로 분리될 수 있으므로, 시스템의 효율성이나 비용적 측면에서 상기와 같은 추가적인 필터는 설치되지 않는 것이 바람직하다.
가스 분석기(140)는 분석기 부착부(131)에 부착되며, 전처리부(130)에서 수분 또는 기타 이물질이 제거된 균일한 기체상의 배기가스를 공급받아, 가스의 분석을 수행한다.
분석기 부착부(131)에는 개폐밸브가 설치되어, 전처리부(130)로부터 가스 분석기(140)로의 배기가스 유입을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)은, 가스 분석기(140)의 부착 부위가 배기덕트(D)의 외부에 위치하므로, 고온의 열에 의한 가스 분석기(140)의 손상을 염려할 필요가 없으며, 가스 분석기(140)의 이상 발생시 기존 설비를 계속 가동한 상태에서도 가스 분석기(140)의 정비가 가능하다.
한편, 분석기 부착부(131)에 가스 분석기(140) 대신 샘플링 라인(미도시)과 연결된 프로브 건(미도시)을 부착하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)을 샘플링 측정 방식으로 활용하는 것도 가능하다.
전처리부(130)에는 공기 도입 밸브(132)가 설치될 수 있다. 공기 도입 밸브(132)가 개방되면, 외부공기가 배기덕트(D) 내부로 유입되면서, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)에 쌓여 있는 수분 또는 기타 이물질을 함께 배기덕트(D) 내부로 불어넣는다.
공기 도입 밸브(132)는 자동밸브일 수 있으며, 전기적 신호로 밸브 개폐 시간을 설정하여, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120) 내에 잔존하는 수분 또는 기타 이물질이 주기적으로 제거되도록 할 수 있다.
공기 도입 밸브(132)의 자동 개폐는 분 단위 또는 시간 단위로, 비교적 짧은 주기로 실행시키는 것이 바람직하다.
전처리부(130)의 일측에는 배관 청소구(133)가 형성될 수 있으며, 배관 청소구(133)의 입구에 퍼지 밸브(134)가 설치될 수 있다.
배관 청소구(133)는 배기덕트(D) 내부를 청소하기 위한 구성으로서, 퍼지 밸브(134)를 개방하여 배관 청소구(133)를 통해 압축공기를 배기덕트(D) 내부로 불어넣어 배기덕트(D) 내부에 잔존하는 이물질을 간단하게 청소할 수 있다.
이때, 배관 청소구(133)로부터 배기덕트(D) 내부로 공급되는 압축공기는, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 거치게 되므로, 자연스럽게 제1 배관(110) 및 제2 배관(120) 내부에 잔존하는 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질도 함께 제거될 수 있다.
공기 도입 밸브(132)에 의해 외부공기를 유입하는 것에 의해서도 제1 배관(110) 및 제2 배관(120) 내 잔존하는 수분 또는 기타 이물질이 제거되지만, 공기 도입 밸브(132)를 통해 유입되는 외부공기는 압축공기에 비해 힘이 약하기 때문에, 배관 청소구(133)를 통해 더욱 확실하게 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 퍼징(purging) 시키는 것이다.
퍼지 밸브(134)는 볼 밸브일 수 있으며, 일 단위 또는 주 단위로 개방하여 배관 내 청소를 실시할 수 있다.
하지만, 상술한 바에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 시스템의 특성에 맞추어, 공기 도입 밸브(132)의 개폐 주기 또는 배관 청소구(133)를 통한 청소 주기가 설정될 수 있다.
또한, 공기 도입 밸브(132) 측에도 압축공기가 공급되도록 할 수도 있으며, 퍼지 밸브(134)를 자동밸브로 마련하여 전기적 신호에 의해 주기적으로 자동 퍼징이 이루어지도록 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제1 배관만 확대 도시한 도면으로, (a)는 배기가스의 흐름을 개략적으로 나타낸 것이고, (b)는 실제 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템에서, 제2 배관의 변형 실시예를 나타낸 도면으로, (a)는 종단면도, (b)는 횡단면도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100')은, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)에서, 제1 배관(110)의 형상 외에 다른 구성은 동일하므로, 같은 부재번호를 사용하며 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100')을 설명하기에 앞서, 도 5를 참조하면, 일반적인 탈질 설비에서는 배기덕트의 형상에 의해 배기덕트 내부에서 한쪽 방향(X 부분)으로 배기가스가 과다하게 흐르고, Y 부분에서는 배기가스의 유량이 비교적 적게 흘러 애쉬(Ash, h)가 쌓이는 편류 현상이 발생한다.
따라서, 배기덕트 내의 하나의 포인트(point)에서만 배기가스의 성분을 측정하는 것으로는 배기가스 성분의 정확한 측정이 이루어지기 어려우며, 종래에는 배기덕트의 여러 포인트에 각각 분석기를 설치하여 배기가스의 성분을 측정하고, 측정치의 평균을 표준값으로 설정하였다.
도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100')은, 여러 개의 가스 분석기가 구비되어야 하는 종래의 불합리한 점을 해소하고, 한 대의 가스 분석기로 배기덕트 내의 멀티 포인트 측정이 가능한 배기가스 성분 분석 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 배관(110)에는 배기가스의 흐름을 마주하는 방향으로 다수 개의 유입홀(111)이 형성된다.
유입홀(111)은 개수 및 크기는, 기존 설비의 크기 또는 기존 설비의 유동 해석 결과에 따라 산정될 수 있다.
유입홀은(111)은 원형, 타원형 또는 사각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 유입홀(111)이 타원형 또는 직사각형의 형상으로 제1 배관(110)의 길이 방향을 따라 길쭉하게 형성되면, 배기가스가 유입되는 구멍(hole)의 면적이 늘어남에 따라, 배기가스가 유입홀(111)을 통해 더욱 수월하게 유입될 수 있다.
다만, 유입홀(111)의 면적이 너무 넓어지면, 하기에서 설명할 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 직경 차이에 의해 배기가스의 유동장이 발생하는 효과가 미미해질 수 있으므로, 유입홀(111)의 면적은 제1 배관(110)의 단면적의 1.5배 이상을 넘어가지 않도록 형성되는 것이 좋다.
더욱 구체적으로는, 유입홀(111)의 면적이 제1 배관(110)에 형성되는 통로의 단면적의 0.5배 ~ 1.5배가 되도록 형성되는 것이 가장 바람직하다.
제1 배관(110)은 배기덕트(D)의 내부에서 최대한 길게 연장되는 것이 바람직하다. 배기덕트(D) 내부에 배기가스의 흐림이 한쪽 측면으로 과다하게 쏠리는 편류 현상이 발생하여, 배기덕트(D) 내부에서 배기가스 성분의 편차가 발생하더라도, 최대한 많은 지점에서 배기가스를 유입시킨 후 혼합하여 성분의 측정값을 표준값으로 산정해야, 측정 데이터의 신뢰도를 높일 수 있기 때문이다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100')은, 배기덕트(D) 내의 멀티 포인트(multi-point)에서 배기가스를 추출하여, 혼합된 배기가스 성분을 분석함으로써, 배기덕트(D)로 배출되는 배기가스의 성분을 더욱 정밀하게 측정하고자 하는 것이다.
제1 배관(110)의 형상을 더욱 자세히 살펴보면, 제1 배관(110)의 일단은 배기가스가 유입되는 흐름을 따라 굴곡진 형태를 가지도록 하여, 제1 배관(110)의 일단의 마지막 위치에 형성된 유입홀(111f)로 유입되는 배기가스가 전처리부(130) 측으로 용이하게 유도될 수 있게 한다.
또한, 제1 배관(110)의 중간 지점에 형성된 다수의 유입홀(111c)에는 배기가스의 원활한 유입을 유도하는 유도판(112)이 설치될 수 있다.
유도판(112)은 유입홀(111c)의 일측에 경사지게 설치되어, 유입홀(111c)로 유입되는 배기가스가 유도판(112)의 경사진 면을 따라 슬라이딩되도록 하여, 배기가스의 제1 배관(110)으로의 유입을 유도한다.
다수의 유입홀(111)을 통해 유입된 배기가스는 전처리부(130)로 이송되는 과정에서 혼합되고, 전처리부(130)에 의해 전처리 과정을 거친 후, 가스 분석기(140) 측으로 공급되어 가스 분석기(140)에 의해 가스의 성분 분석이 이루어진다.
즉, 가스 분석기(140)에 의해 분석된 배기가스의 성분은, 각각의 유입홀(111)에서 유입된 배기가스의 성분의 평균값이라고 볼 수 있으며, 이를 배기가스 성분의 표준값으로 선정하는 것이다.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)에서 설명한, 제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 직경 차이에 의한 유동장이 형성되는 효과와, 제2 배관(120)이 제1 배관(110)보다 짧게 구비됨으로써 추가적인 감압이 발생하는 효과는 본 실시예에서도 동일하게 적용된다.
한편, 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 제2 배관(120)에는 배기가스의 흐름의 반대 방향으로 다수 개의 배출홀(121)이 형성될 수 있다.
전술하였듯이, 제2 배관(120)이 제1 배관(110)보다 짧게 구비됨으로써, 제1 배관(110)의 하류 측인 A로 표시된 공간에 감압이 발생하는데, 같은 원리(베르누이 효과)로 제2 배관(120)의 하류 측인 B로 표시된 공간에서도 감압이 발생하게 된다.
즉, 배기가스의 흐름이 제2 배관(120)을 지난 후, B로 표시된 공간으로 흐를때, 배기가스의 흐름이 제2 배관(120)의 저항에서 벗어나 속도가 다소 빨라지고, 이에 따라 감압이 발생하는 것이다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 배관(120)에 다수 개의 배출홀(121)을 형성하면, 제2 배관(120) 내의 배기가스가 감압된 B 공간으로 더 쉽게 배출될 수 있다.
제2 배관(120)에 다수 개의 배출홀(121)을 형성하는 것은, 도 3에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100)에도 적용될 수 있다.
다음으로, 도 3 또는 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 방법을 설명한다. 도 3에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100) 및 도 6에서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 성분 분석 시스템(100')의 작동 메커니즘은 동일하므로 함께 설명하도록 한다.
배기덕트(D)를 통해 배출되는 배기가스는, 제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 압력차에 의해 제1 배관으로부터 제2 배관으로 흐르는 유동 흐름을 형성하고, 이에 따라 배기덕트(D)를 통해 배출되는 배기가스가 제1 배관(110) 측에 도달하면, 일부 배기가스가 제1 배관(110)을 통해 유입된다. (제1 단계)
제1 배관(110)을 통해 유입된 배기가스는 제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 유동 통로를 연결하는 전처리부(130)로 이송된다. (제2 단계)
전처리부(130)로 이송된 배기가스에 포함된 수분 또는 이물질이 중력에 의해 낙하되고, 기체상의 배기가스 성분은 전처리부(130)의 상부에 부착된 가스 분석기(140)로 유입된다. (제3 단계)
전처리부(130) 내부의 배기가스는 상기 유동 흐름에 의해 제2 배관(120)을 통해 다시 배기덕트(D) 내부로 배출된다. (제4 단계)
상기 제3 단계에서, 중력에 의해 낙하한 수분 또는 이물질은, 상기 제4 단계에서 제2 배관(120)의 배출 압력에 의해, 배기가스와 함께 배기덕트(D) 내부로 다시 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 방법은, 전처리부(130)에 설치되는 공기 도입 밸브(132)를 통해 외부공기를 유입하여, 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)에 잔류하는 수분 또는 기타 이물질을 배기덕트(D) 내부로 퍼징시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 방법은, 전처리부(130)의 일측에 형성되는 배관 청소구(133)를 통해 압축공기를 배기덕트(D) 내로 공급하여, 배기덕트(D) 내부를 청소하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 분석기의 부착 부위가 배기덕트 외부에 위치하므로, 가스 분석기가 배기덕트 내부의 고온의 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 가스 분석기의 이상 발생시, 기존 설비를 계속 가동한 상태에서도 가스 분석기의 수시 점검 및 정비가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 제1 배관 및 제2 배관의 압력차에 의해 발생하는 유동장에 의해, 배기덕트로부터 일부 배기가스를 추출하므로, 시료가스를 추출하기 위한 별도의 흡입 장치가 필요하지 않다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기덕트로부터 추출한 배기가스 내의 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질을, 중력과 제2 배관을 통해 배기가스가 배출되는 압력에 의해, 배기덕트 내로 다시 불어넣음으로써, 별도의 가열장치 또는 필터 없이도, 배기가스의 성분 측정 전 전처리를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기덕트로부터 일부 배기가스를 추출하여 배기덕트 외부에 설치되는 가스 분석기에서 바로 성분을 측정하고 분석할 수 있고, 배기덕트로부터 추출된 일부 배기가스는 전처리부에서 수분 또는 애쉬(Ash) 등의 기타 이물질이 제거된 채로 가스 분석기로 공급되므로, 인시츄 측정 방식의 장점과 샘플링 측정 방식의 장점을 모두 가진다고 할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배기가스가 유입되는 제1 배관에 다수 개의 유입홀을 형성하고, 각각의 위치에서 유입된 배기가스의 성분이 혼합된 상태에서, 가스 분석기 측으로 공급되어 성분 분석이 이루어지므로, 편류 현상이 발생하는 배기덕트에서도 하나의 가스 분석기만을 사용하여 배기가스의 성분 표준값을 설정할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 배기가스 성분 분석 시스템은, 배관 청소구에 부착된 퍼지 밸브를 열어 배기덕트 내 이물질을 간단하게 청소할 수 있다는 효과가 있다.
본래 배기덕트의 배관 정비 및 청소에는 1시간 이상이 소요되는 것이 보통이었으나, 본 발명에서는 배관 청소구를 열어 압축공기를 공급하는 것만으로 간단하게 배관의 청소가 가능하여, 약 5분 이내에 배관의 정비 및 청소를 마칠 수 있다.
즉, 본 발명에서는 배기가스의 성분을 분석하는 배기가스 성분 분석 시스템에 배관을 퍼징하는 기능까지 추가시킴으로써 상기의 효과를 달성할 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배기가스 성분 분석 시스템 110 : 제1 배관
111 : 유입홀 120 : 제2 배관
121 : 배출홀 130 : 전처리부
131 : 분석기 부착부 132 : 공기 도입 밸브
133 : 배관 청소구 134 : 퍼지 밸브
140 : 가스 분석기 150 : 플랜지

Claims (8)

  1. 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스 성분 분석 시스템에 있어서,
    배기덕트의 벽체를 관통하여 일단이 상기 배기덕트 내부로 연장되는 제1 배관;
    상기 배기덕트 내의 배기가스 흐름에 대하여 상기 제1 배관의 하류 측에 설치되며, 상기 배기덕트의 벽체를 관통하여 일단이 상기 배기덕트 내부로 연장되는 제2 배관;
    상기 배기덕트의 외부에 위치하여 상기 제1 배관의 타단 및 상기 제2 배관의 타단이 연결되며, 상기 제1 배관을 통해 유입되는 배기가스에 포함된 수분 또는 이물질이 제거되는 전처리부; 및
    상기 전처리부에 부착되어 수분 또는 이물질이 제거된 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;를 포함하고,
    상기 제2 배관의 직경은 상기 제1 배관의 직경보다 크게 구비되어, 상기 배기덕트의 출구에 음압이 작용할 때, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관에 압력차가 발생하여, 상기 배기덕트 내의 일부 배기가스가 상기 제1 배관으로 유입되어 상기 전처리부를 거쳐 상기 제2 배관을 통해 다시 상기 배기덕트 내로 배출되는 유동장이 형성되며,
    별도의 배기가스 추출 장치가 설치되지 않더라도, 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관의 압력차에 의해 형성되는 유동장에 의하여 상기 배기덕트 내의 배기가스 중의 일부가 상기 배기덕트의 외부로 추출되어, 상기 가스 분석기에 의한 배기가스 성분 분석이 상기 배기덕트의 외부에서 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 배관의 직경은, 상기 제2 배관의 직경 단면적이 상기 제1 배관의 직경 단면적의 1.5배 내지 3배가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 배관은 상기 제1 배관과 0cm ~ 30cm 범위 내의 거리를 가지도록, 상기 제1 배관의 하류 측에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 배관에는 상기 배기덕트 내의 일부 배기가스가 유입되는 다수 개의 유입홀이 형성되는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 배관에는 상기 제2 배관으로부터 상기 배기덕트 내부로 배기가스를 배출하는 다수 개의 배출홀이 형성되는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 분석기는 중력방향에 대하여 상기 전처리부의 상측에 부착되는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전처리부로 유입된 배기가스 중의 수분 또는 이물질은 중력에 의해 하방으로 이동하여, 상기 제2 배관의 배출 압력에 의해 상기 배기덕트 내로 다시 배출되는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 성분 분석 시스템.
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