KR102024505B1 - 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법 - Google Patents

배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법이 개시된다.
배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터는 PSET(Phenylene Sulfide Ethylene Terephthalate) 섬유, PPS(Polyphenylene Sulfide) 섬유, 저용융점(Low Melting) 폴리에스터 섬유가 혼합되어 직조된 부직포 필터; 상기 부직포 필터의 표면에 코팅되는 점착층; 및 상기 부직포 필터의 표면에 코팅되는 수지발포층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법은 PSET 섬유, PPS 섬유, 저용융점 폴리에스터 섬유를 혼합하여 혼합섬유를 만들고 상기 혼합섬유를 직조하여 부직포 필터를 만드는 필터성형단계; 상기 부직포 필터 표면에 제1 수지용액을 도포하여 상기 부직포 필터 상에 점착층을 형성하는 점착층형성단계; 및 상기 부직포 필터 표면에 제2 수지용액을 도포하고 도포된 제2 수지용액을 발포시켜서 상기 부직포 필터 상에 수지발포층을 형성하는 수지발포층형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법{HIGH PERFORMANCE DUST FILTER FOR IRON OXIDES AND ITS MANUFACTURING TECHNOLOGY FOR HRSG}
본 발명은 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고성능의 집진 효과를 갖는 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반 집진필터나 공조용 필터는 집진설비가 필요한 일반 공장 등에서 많이 사용하고 있으나 복합 화력발전소에서는 천연가스의 고온 열 및 내화학성이 부족하여 필터의 섬유 조직 및 물성이 약해지면서 부스러져서 장시간 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다.
또한, 기존의 집진필터는 사용 후 필터 일부가 검게 탄화되고 파손되어 분진 포집량 비율이 크게 떨어지므로 사용시간이 짧고, 친환경적인 발전소를 운영하기 위해 매년 배열회수보일러(HRSG) 집진필터의 이용률이 증가하고 있으나 기존 필터가 고가인 관계로 운영비가 많이 들어가며 보편화되지 못하는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0134613호
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배열회수보일러에 영향이 적고 장시간 사용할 수 있으며, 높은 내구성을 갖도록 한 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터는 PSET(Phenylene Sulfide Ethylene Terephthalate) 섬유, PPS(Polyphenylene Sulfide) 섬유, 저용융점(Low Melting) 폴리에스터 섬유가 혼합되어 직조된 부직포 필터; 상기 부직포 필터의 표면에 코팅되는 점착층; 및 상기 부직포 필터의 표면에 코팅되는 수지발포층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 부직포 필터는, 상기 PSET 섬유 50~80중량%, PPS 섬유 10~35중량%, 저용융점 폴리에스터 섬유 2~15중량%로 이루어진 혼합섬유로 직조되어 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부직포 필터는, 상기 혼합섬유 총 중량대비 0.1~0.2중량%의 계면활성제가 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 혼합섬유는 1~5 데니어의 상기 PSET 섬유, 7~15 데니어의 상기 PPS 섬유, 2~6 데니어의 상기 저용융점 폴리에스터 섬유가 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 점착층은 수성 아크릴바인더 5~20중량%, 물 80~95중량%로 이루어진 제1 수지용액이 도포 및 건조되어 형성되고, 상기 수지발포층은 수성 폴리우레탄 2~8중량%, 발포제 1~3중량%, 증점제 0.1~0.5중량%, 물 90~95중량%로 이루어진 제2 수지용액이 도포 및 발포되어 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부직포 필터에 결합되는 메쉬 직물인 보강제를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수지발포층은 상기 혼합섬유의 공극들 내에 형상이 불균일한 비드 형태로 돌출되는 마이크로 크기의 발포입자들로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 코팅되는 발수층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법은 PSET 섬유, PPS 섬유, 저용융점 폴리에스터 섬유를 혼합하여 혼합섬유를 만들고 상기 혼합섬유를 직조하여 부직포 필터를 만드는 필터성형단계; 상기 부직포 필터 표면에 제1 수지용액을 도포하여 상기 부직포 필터 상에 점착층을 형성하는 점착층형성단계; 및 상기 부직포 필터 표면에 제2 수지용액을 도포하고 도포된 제2 수지용액을 발포시켜서 상기 부직포 필터 상에 수지발포층을 형성하는 수지발포층형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 필터성형단계에서 상기 PSET 섬유 50~80중량%, PPS 섬유 10~35중량%, 상기 저용융점 폴리에스터 섬유 2~15중량%를 혼합할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 PSET 섬유는 1~5 데니어이고, 상기 PPS 섬유는 7~15 데니어이고, 상기 저용융점 폴리에스터 섬유는 2~6 데니어일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 필터성형단계에서 상기 혼합섬유에 계면활성제가 혼합되며, 상기 계면활성제는 상기 혼합섬유 총 중량대비 0.1~0.2중량%로 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 수지용액은 수성 아크릴바인더 5~20중량%, 물 80~95중량%로 이루어진 수지용액이고, 상기 제2 수지용액은 수성 폴리우레탄 2~8중량%, 발포제 1~3중량%, 증점제 0.1~0.5중량%, 물 90~95중량%로 이루어진 수지용액일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 점착층형성단계는, 상기 제1 수지용액이 공급되는 제1 상부망글롤러 및 상기 제1 상부망글롤러의 하부에 배치되는 제1 하부망글롤러의 사이로 상기 부직포 필터가 지나도록 하여 상기 제1 상부망글롤러를 통해 상기 제1 수지용액을 상기 부직포 필터에 도포 및 스퀴징(squeezing)하는 제1 수지용액도포단계; 및 상기 제1 수지용액을 건조시키는 제1 수지용액건조단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수지발포층형성단계는, 수지통 내에 저장된 상기 제2 수지용액에 일부가 침전된 상태의 제2 하부망글롤러 및 상기 제2 하부망글롤러의 상부에 배치되는 제2 상부망글롤러의 사이로 상기 부직포 필터가 지나도록 하여 상기 제2 하부망글롤러를 통해 상기 제2 수지용액을 상기 부직포 필터에 도포하는 제2 수지용액도포단계; 상기 제2 하부망글롤러의 일측에 배치된 코팅 나이프를 통해 상기 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 일부를 제거하면서 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 도포 두께를 일정하게 형성시키는 제2 수지용액도포두께조절단계; 및 상기 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 6~10m 노출되도록 하여 건조 및 발포시키는 제2 수지용액발포단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수지발포층형성단계에서 형성되는 상기 수지발포층은 상기 혼합섬유의 공극들 내에 형상이 불균일한 비드 형태로 돌출되는 마이크로 크기의 발포입자들로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부직포 필터에 메쉬 직물인 보강제를 결합시키는 보강제결합단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수층을 코팅하는 발수층코팅단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발수층코팅단계는, 상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수 수지액을 도포하는 발수 수지액도포단계; 및 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 도포된 발수 수지액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 2~5m 노출되도록 하여 상기 발수 수지액을 건조시키는 발수 수지액건조단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발수 수지액은 실리콘 발수제 5~20 중량% 및 물 80~95중량%로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법에 의하면, 배열회수보일러에 영향이 적고 장시간 사용할 수 있으며, 높은 내구성을 갖는 집진필터를 생산 및 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고성능 철산화물 집진필터의 상부면의 기공 사이즈 분석 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 고성능 철산화물 집진필터의 하부면의 기공 사이즈 분석 사진이다.
도 3은 제1 수지용액을 도포하기 위한 수지도포 및 스퀴징 장치를 도시한다.
도 4는 제2 수지용액을 도포하기 위한 수지 발포 도포장치를 도시한다.
도 5는 비교예의 집진필터의 외관 상태의 현미경 분석 결과를 나타내는 사진이다.
도 6은 실시예의 집진필터의 외관 상태의 현미경 분석 결과를 나타내는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터는 부직포 필터, 점착층, 수지발포층, 보강제 및 발수층을 포함한다.
부직포 필터는 다공 구조를 이루어 통기되는 기체로부터 분진을 포집하고, 점착층은 부직포 필터를 구성하는 섬유들을 변형이 방지되게 고정시키며 강도를 보강하며, 수지발포층은 분진 포집력을 증대시키며, 보강제는 부직포 필터를 지지하여 강도를 보강하고, 발수층은 부직포 필터 및 보강제가 젖는 것을 방지한다.
부직포 필터는 PSET(Phenylene Sulfide Ethylene Terephthalate) 섬유, PPS(Polyphenylene Sulfide) 섬유, 저용융점(Low Melting) 폴리에스터 섬유가 혼합되어 직조된다. 부직포 필터는 PSET 섬유 50~80중량%, PPS 섬유 10~35중량%, 저용융점 폴리에스터 섬유 2~15중량%로 이루어진 혼합섬유로 직조되어 형성된다. 이때, 1~5 데니어의 상기 PSET 섬유, 7~15 데니어의 상기 PPS 섬유, 2~6 데니어의 상기 저용융점 폴리에스터 섬유가 혼합되어 혼합섬유를 이룰 수 있다.
부직포 필터에는 계면활성제가 혼합될 수 있고, 계면활성제가 혼합섬유 총 중량대비 0.1~0.2중량%가 혼합될 수 있다. 계면활성제가 혼합된 후 12시간 숙성하여 부직포 필터 표면에 계면활성제가 도포될 수 있다. 계면활성제가 혼합됨에 따라 제품의 균제도를 증가시키고 점착성이 있도록 하여 포집율을 높일 수 있다.
점착층은 상기 부직포 필터 상에 제1 수지용액이 도포 및 건조되어 형성될 수 있다. 상기 제1 수지용액은 수성 아크릴바인더 5~20중량%, 물 80~95중량%로 이루어진 수지용액일 수 있다.
수지발포층은 부직포 필터 상에 제2 수지용액이 도포 및 발포되어 형성될 수 있다. 상기 제2 수지용액은 수성 폴리우레탄 2~8중량%, 발포제 1~3중량%, 증점제 0.1~0.5중량%, 물 90~95중량%로 이루어진 수지용액일 수 있다.
수지발포층은 상기 혼합섬유의 공극들 내에 형상이 불균일한 비드 형태로 돌출되는 마이크로 크기의 발포입자들로 구성된다.
보강제는 메쉬 직물로 이루어지며, 내열성, 내화학성, 강도가 우수한 레노(leno)조직으로 길이 방향과 폭 방향의 조직강도를 높여 제작된 유리섬유일 수 있다. 보강제는 부직포 필터가 배열회수보일러의 강한 연소가스의 공기 흐름에 견딜 수 있도록 한다.
발수층은 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 코팅된다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법은 PSET 섬유, PPS 섬유, 저용융점 폴리에스터 섬유를 혼합하여 혼합섬유를 만들고 상기 혼합섬유를 직조하여 부직포 필터를 만드는 필터성형단계; 상기 부직포 필터 표면에 제1 수지용액을 도포하여 상기 부직포 필터 상에 점착층을 형성하는 점착층형성단계; 및 상기 부직포 필터 표면에 제2 수지용액을 도포하고 도포된 제2 수지용액을 발포시켜서 상기 부직포 필터 상에 수지발포층을 형성하는 수지발포층형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터성형단계는 부직포 필터 미디어(반제품) 생산 공정에 해당될 수 있고, 상기 점착층형성단계 및 수지발포층형성단계는 부직포 필터 후가공 및 완제품 제조 공정에 해당될 수 있다. 이하에서는 크게 부직포 필터 미디어 생산 공정 및 부직포 필터 후가공 및 완제품 제조 공정으로 분류하여 설명한다.
1) 부직포 필터 미디어(반제품) 생산 공정
집진필터를 구성하는 부직포 필터는 고열 내구성과 내약품성, 내산성 등의 내화학성이 강한 섬유인 PSET 섬유, PPS 섬유를 사용한다.
부직포 필터의 제조 공정은 섬유 원료인 내화학성이 강한 섬유의 굵기가 다른 3종류 이내로 혼합하며, 혼합과정은 섬유원료를 조합하여 계면활성제를 혼합하는 공정이 마치면 12시간 숙성하고, 이 숙성된 원료를 최종 제품에 맞는 일정량을 혼합공정(Mixing) - 숙성공정(Ageing) - 조합(Blending)공정 - 카딩(Carding)공정 ?? 성형(Lapping)공정 - 2쌍의 니들 펀칭(Needle Punching)공정 - 아이롱(Ironing)공정 - 검침(Metal Detecting) - 권취(Wraping)공정을 거쳐서 집진필터의 반제품을 만든다.
섬유 원료의 혼합은 필터의 성능을 높이는데 매우 중요하다. 섬유의 굵기인 1~5데니어(denier), 7~5데니어의 섬유 굵기를 일정 비율로 혼합한다. 제품의 성능을 높이기 위한 조건은 강도，통기도，포집효율의 3가지 조건을 동시에 만족해야 한다. 일정한 중량의 펄터에서 1-5 데니어 섬유만을 사용하면 포집 효과는 좋으나 강도가 낮아지며, 7-15 데니어 섬유만을 사용하면 강도는 개선되나 포집 효율이 낮아점으로 섬유원료 2가지를 적당 비율로 혼합한다.
최종적으로 섬유 원료는 PSET 섬유 1~5데니어 50~80중량%, PPS 섬유 7~15데니어 10~35중량%, 저용융점(Low Melting) 폴리에스터 섬유 2~6데니어 2~15중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
섬유 원료 화이버를 혼합하고 분진 포집량을 높이도록 혼합섬유 총 중량대비 0.1~2.0중량%로 계면활성제를 같이 조합 및 12시간 숙성하여 화이버 표면에 계면활성제를 도포시킴으로써 제품의 균제도를 증가시키고 점착성이 있도록 하여 포집율을 높이도록 한다.
커팅공정에서는 내화학성이 있는 신소재 섬유 원료인 PSET 화이버와 PPS 화이버가 일반적인 폴리에스터 섬유보다도 매우 부드러워 일반 공정의 카딩(Carding)기의 섬유를 빗질하고 평평히 만드는 섬유층 웹(web)을 기존의 거친 침포 와이어로는 생산이 불가능하여 고밀도 침포 와이어((0.5~1.5)×(8~15)/두께×본수/인치)를 사용한다.
동시에 섬유 원료의 기능상의 특성인 크림프(crimp)를 변형시켜 카딩 작업이 원활하도록 하며 공극의 크기를 조절하고 일정 두께가 유지되도록 한다. 섬유 특성의 견경은 카딩이 잘 되도록 섬유(화이버)에 크림프를 가해서 규격을 변경한다. 일반적인 크림프 수보다 적은 본 제품의 크림프 수는 5~12개로 섬유의 굴곡 폭을 넓고 크게 하면서, 크림프의 꼭지점의 끝이 예각으로 뾰족하게 만들어 고속도의 카딩공정을 원활하게 하면서 두께층이 벌키(Bulky)성이 많이 생기도록 부풀게 제품을 성형시킨다. 고속도의 카딩공정에서의 메인실리더와 도피의 표면속도(300~1,200rpm)가 중요하여 화이버의 크림프의 끝의 굴곡점이 예각인 화이버가 잘 운송되도록 하는 것이 매우 중요하다.
다음으로 카딩공정에서 나온 웹상태의 섬유층을 다수층으로 성형하여 다음 니들 펀칭 공정으로 옮겨 보낸다. 니들 펀칭 공정은 부직포 필터를 만드는 반제품 생산 공정으로 니들 펀칭기의 바늘 개수는 1개의 바늘판(폭 30~50cmㅧ너비 120~140cm)에 5,000~8,000개의 바늘이 일렬로 나란히 배열되어 있으며 성형공정에서 다수층으로 성형된 웹을 부직포 필터로 만든다. 이 공정에서 2쌍의 펀칭기의 바늘판의 바늘수를 사선방향으로 30%정도만 적게 사용하여 약 2,000~3,000개로 축소하고, 바늘의 배열을 W형태로 배열하여 니들 펀칭하는 것이 핵심기술이다.
2쌍의 니들 펀칭 공정은 1회(상에서 하로) 또는 2회(하에서 상으로, 상에서 하로)로 주로 작업하며 경우에 따라 3회도 할 수 있다. 니들 펀칭 공정은 프리펀칭(Free Punching) 작업 후 메인펀칭(Main Punching)도 할 수 있다.
2쌍의 니들펀칭기의 상부 바늘과 하부 바늘이 웹을 관통하지 않고 30% 미만으로 얇게 펀칭하여 표면만을 결속함으로써 부직포 필터의 양쪽면 표면이 잘 형성되고, 필요한 두께를 유지하면서 공극을 확보할 수 있도록 한다. 일반적인 집진 필터의 평균 공극은 20~40㎛이나 배열회수보일러의 공기의 유속을 원활히 하면서 보일러 가동에 부하가 걸리지 않도록 본 발명의 부직포필터(도면 1 및 도면 2 참조)의 평균 공극을 50㎛~80㎛로 유지하도록 하여 부직포 필터를 만든다.
2) 부직포 필터 후가공 및 완제품 제조 공정
부직포 필터 후가공 및 완제품 제조 공정은, 점착층형성단계 및 수지발포층형성단계를 포함하는데, 점착층형성단계에서 상기 혼합섬유의 상부로부터 공급되는 제1 수지용액이 혼합섬유 상에 도포되고, 수지발포층형성단계에서 상기 혼합섬유의 하부로부터 공급되는 제2 수지용액이 혼합섬유 상에 도포된다.
부직포 필터는 고성능의 집진 효과를 갖기 위해서 수지발포층형성단계를 거친다.
점착층형성단계는 제1 수지용액도포단계 및 제1 수지용액건조단계를 포함하고, 수지발포층형성단계는 제2 수지용액도포단계, 제2 수지용액도포두께조절단계 및 제2 수지용액발포단계를 포함한다.
상기 점착층형성단계 및 수지발포층형성단계를 진행하기 위해 도 3 및 도 4에 도시된 망글롤러들이 이용된다. 도 3은 제1 수지용액을 도포하기 위한 수지도포 및 스퀴징 장치를 도시하고, 도 4는 제2 수지용액을 도포하기 위한 수지 발포 도포장치를 도시한다.
제1 수지용액도포단계는 수지 투입관(110)을 통해 제1 수지용액이 공급되는 제1 상부망글롤러(120) 및 제1 상부망글롤러(120)의 하부에 배치되는 제1 하부망글롤러(130)의 사이로 상기 부직포 필터가 지나도록 하여 제1 상부망글롤러(120)를 통해 제1 수지용액을 부직포 필터에 도포 및 스퀴징(squeezing)하고, 제1 수지용액도포단계는 제1 수지용액을 일정 시간 건조시킨다.
제2 수지용액도포단계는 수지통(210) 내에 저장된 제2 수지용액에 일부가 침전된 상태의 제2 하부망글롤러(230) 및 제2 하부망글롤러(230)의 상부에 배치되는 제2 상부망글롤러(220)의 사이로 부직포 필터가 지나도록 하여 제2 하부망글롤러(230)를 통해 제2 수지용액을 부직포 필터에 도포한다.
제2 수지용액도포두께조절단계는 제2 하부망글롤러(230)의 일측에 배치된 코팅 나이프(310)를 통해 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 일부를 제거하면서 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 도포 두께를 일정하게 형성시킨다.
상기 제2 수지용액도포두께조절단계에서 코팅 나이프(310)의 경사각도가 45°이하인 경우 도포되는 층이 두껍게 형성되고, 80°이상인 경우에는 도포층이 너무 얇게 형성되므로 코팅 나이프(310)의 경사각도는 50°~ 70°의 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 도포될 제2 수지용액의 점도는 1000~3000CPS가 유지될 때 부직포 필터 미디어에 도포가 적합하다.
제2 수지용액발포단계는 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 6~10m 노출되도록 하여 건조 및 발포시킨다.
상기 제1 수지용액도포단계에서 부직포 필터 미디어 상단으로 분사되는 제1 수지용액은 수성 아크릴바인더 5~20중량%, 물 80~95중량%로 이루어진 수지용액이고, 제2 수지용액도포단계에서 부직포 필터 미디어 하단에서 도포되는 제2 수지용액은 수성 폴리우레탄 2~8중량%, 발포제 1~3중량%, 증점제 0.1~0.5중량%, 물 90~95중량%로 이루어진 수지용액이다. 발포제를 혼합시킨 제2 수지용액은 안정화된 섬유 간의 공극사이로 조밀하게 묻은 수지를 발포시킴으로써 공극이 분진 사이즈별로 미세하게 형성되면서 분진 포집을 증가시킬 뿐 아니라 수성 폴리우레탄에 의한 분진 점착성도 증가시켜 집진필터 성능 향상에 유효하다.
상기 수지발포층형성단계에서 형성되는 상기 수지발포층은 상기 혼합섬유의 공극들 내에 형상이 불균일한 비드 형태로 돌출되는 마이크로 크기의 발포입자들로 구성된다.
일반적으로 수지통에서 침지하는 방법은 수지가 원단이 침지되어 망글에 올라가는 원단의 질량이 3~4배 정도 무거워서 밀도가 작은 부직포는 위치에너지에 의한 그의 하중이 증가되면서 원단의 기공이 커지고 변형이 발생되는 문제가 발생되었으나, 본 발명과 같이 제1 수지용액도포단계, 제2 수지용액도포단계, 제2 수지용액도포두께조절단계 및 제2 수지용액발포단계를 수평한 위치에서 진행시킴으로써 부직포 필터의 길이방향으로 텐션이 발생되지 않게 하여 향상된 분진 포집 성능을 유지시킬 수 있다.
또한 후가공시 분사 스퀴징 공정으로만 진행할 경우 수지 함량의 균제도가 불균일하며 통기성의 편차가 많이 발생하는 문제의 우려가 있으나, 본 발명의 제2 수지용액도포두께조절단계에서 나이프에 의해 부직포 필터 미디어에 수지가 균일하게 처리되도록 하여 통기성의 편차가 많이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
이러한 수지용액도포단계를 거쳐서 최종 가공된 부직포 필터는 50~80㎛의 평균 공극을 가질 수 있고, 이에 의해 배열회수보일러의 공기의 유속을 원활히 하면서 배열회수보일러의 가동에 부하가 걸리지 않도록 하고 높은 포집성을 가질 수 있다.
한편, 제1 수지용액도포단계 및 제2 수지용액도포단계에서 수지용액의 양을 조절하기 위해 분사에 의한 스퀴징 공정, 즉 제1 수지용액도포단계에서 수지 투입관(110)에 센서를 부착하여 제1 수지용액의 유량을 조절하고, 제2 수지용액도포단계에서도 수지통(210)에 센서를 부착하여 수지용액의 수위를 조절함으로써 충분하고 균일한 제2 수지용액이 제2 하부망글롤러(230)를 타고 올라갈 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법은 보강제결합단계를 더 포함할 수 있다.
보강제결합단계는 부직포 필터에 메쉬 직물인 보강제를 결합시킨다. 보강제결합단계에서 메쉬 직물인 보강제를 결합하면 배열회수보일러의 강한 연소가스의 공기압에 견딜 수 있다.
상기 메쉬 직물은 내열성, 내화학성, 강도가 우수한 레노 조직으로 길이 방향과 폭 방향의 조직강도를 높여 제작된 유리섬유 직물일 수 있고, 유리섬유의 중량은 100~150g/m2, 밀도기 10~12개/5cm, 두께는 0.3~0.5mm로 인장강도는 700~1400N/25mm일 수 있다. 메쉬 직물은 부직포 필터 이면에 봉제하여 결합될 수 있다. 이때, 메쉬 직물은 부직포 필터의 길이 방향으로 연속 봉제하여 부직포 필터와 메쉬 직물을 부착시키고 폭 방향으로는 강한 바람에 견딜 수 있도록 14~20cm의 간격으로 봉제하여 부착 결합시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법을 통헤 제조된 집진필터는 중량이 150~250g/m2이고, 두께는 3.0~6.0mm이며, 인장강도는 0.2N/mm2~1.0N/mm2일 수 있다. ASHRAE 52.2 시험방법으로 Flow rate 0.76m2/sec에서 초기 압력손실이 600Pa 이하이며, 포집 효율은 MERV 7의 효율을 가지며, 분지유지량은 70g 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법은 발수층코팅단계를 더 포함할 수 있다.
발수층코팅단계는 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수층을 코팅한다.
발수층코팅단계는 상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수 수지액을 도포하는 발수 수지액도포단계; 및 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 도포된 발수 수지액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 2~5m 노출되도록 하여 상기 발수 수지액을 건조시키는 발수 수지액건조단계를 포함한다.
상기 발수 수지액은 부직포 필터 및 보강제 상에 발수 수지액을 분무하는 형태로 도포될 수 있고, 상기 발수 수지액은 실리콘 발수제 5~20중량% 및 물 80~95중량%로 이루어진다.
복합화력발전소 배열회수보일러는 우천시 가동을 일시 정지할 경우 빗물 일부가 굴뚝을 통해 스며 들어와 분진 필터 표면이 젖는 문제가 종종 발생하고 있다. 그리고 가동 중에도 연소가스 배출시 상온과의 온도 차이로 인해 수증기가 발생하고 이 수증기의 물방울이 굴뚝 안의 집진필터 일부를 젖게 한다. 이와 같이 젖은 집진필터는 통기성을 떨어뜨리기 때문에 필터 성능의 저하를 가져오고 발전 설비의 운영 효율을 저하시키는 요인이 된다.
따라서, 상기 발수층코팅단계를 진행함에 따라 집진필터의 표면이 물에 쉽게 젖거나 오염되는 것이 방지되므로 배열회수보일러의 공기의 유속을 원활히 하고 높은 분진 효율 및 점착성능을 유지시킬 수 있다.
이러한 과정으로 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터의 분진 포집 성능을 시험하였다.
비교예
비교예로서, 앞서 설명한 필터성형단계 및 점착층형성단계를 수행하되, 필터성형단계에서 PSET 섬유 70중량%, PPS 섬유 25중량%, 저용융점 폴리에서터 섬유 5중량%를 혼합하였고, 필터성형단계에서 계면활성제를 혼합섬유 총 중량대비 0.15중량%로 혼합하였고, 수성 아크릴바인더 15중량% 및 물 85중량%로 이루어진 제1 수지용액을 도포하여 집진필터를 제조하였다. 이러한 비교예의 집진필터 제조과정에서 수지발포층형성단계는 수행하지 않았다. 집진필터가 45m의 길이를 갖도록 제조하였다.
실시예
실시예로서, 앞서 설명한 필터성형단계, 점착층형성단계 및 수지발포층형성단계를 수행하되, 상기 필터성형단계 및 점착층형성단계는 상기 비교예와 동일하게 수행하였고, 수지발포층형성단계에서 수성 폴리우레탄 5중량%, 발포제 2.5중량%, 증점제 0.5중량%, 물 92중량%로 이루어진 제2 수지용액을 도포하고, 제2 수지용액의 두께를 0.5mm로 설정하고, 제2 수지용액이 170℃의 온도의 건조실에 분당 8m 노출되도록 하여 건조 및 발포시켰다. 집진필터가 45m의 길이를 갖도록 제조하였다.
테스트 1. 집진필터 개발품 철산화물 포집중량 측정
비교예 및 실시예 모두 HRSG에 장착하여 500시간 사용 후 철산화물 포집중량을 각각 측정하였고, 그 결과는 아래 표 1과 같다.
검사항목
 중량(kg)
사용 전 사용 후 분진량 분진비율
비교예 2.45 2.75 0.30 12％
실시예 2.34 3.10 0.76 33％
철산화물 포집중량 측정결과, 실시예의 집진필터가 비교예의 집진필터보다 철산화물 및 분진 포집량이 약2.5배 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
테스트 2. SEM 분석 및 EDS 성분 분석
비교예 및 실시예 모두 HRSG에 장착하여 500시간 사용 후 SEM, EDS 성분 분석을 통해 Fe 성분의 포집함량 분석을 각각 실시하였고, 그 결과는 아래 표 2과 같다.
제품 Fe 성분(%)
비교예 2.01
실시예 2.49
Fe 성분의 포집함량 분석 결과, 실시예의 집진필터의 Fe 성분의 포집함량이 더 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
테스트 3. 사용 후의 집진필터 외관 상태 분석
비교예 및 실시예 모두 HRSG에 장착하여 500시간 사용 후 현미경으로 외관 상태를 분석하였다. 현미경 분석 결과는 도 5 및 도 6에 나타낸다. 도 5는 비교예의 집진필터의 외관 상태의 현미경 분석 결과를 나타내는 사진이고, 도 6은 실시예의 집진필터의 외관 상태의 현미경 분석 결과를 나타내는 사진이다.
분석결과, 도 5에 보이는 것처럼 비교예의 경우 섬유의 파손 및 검게 탄 흔적이 많지만, 도 6에 보이는 것처럼 실시예의 경우 섬유의 파손이 적고 검게 탄 흔적이 적은 것을 확인할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

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  7. PSET 섬유, PPS 섬유, 폴리에스터 섬유를 혼합하여 혼합섬유를 만들고 상기 혼합섬유를 직조하여 부직포 필터를 만드는 필터성형단계;
    상기 부직포 필터 표면에 제1 수지용액을 도포하여 상기 부직포 필터 상에 점착층을 형성하는 점착층형성단계; 및
    상기 부직포 필터 표면에 제2 수지용액을 도포하고 도포된 제2 수지용액을 발포시켜서 상기 부직포 필터 상에 수지발포층을 형성하는 수지발포층형성단계를 포함하고,
    상기 필터성형단계에서 상기 PSET 섬유 50~80중량%, 상기 PPS 섬유 10~35중량%, 상기 폴리에스터 섬유 2~15중량%를 혼합하고,
    상기 수지발포층형성단계에서 형성되는 상기 수지발포층은 상기 혼합섬유의 공극들 내에 형상이 불균일한 비드 형태로 돌출되는 마이크로 크기의 발포입자들로 구성되며,
    상기 점착층형성단계는,
    상기 제1 수지용액이 공급되는 제1 상부망글롤러 및 상기 제1 상부망글롤러의 하부에 배치되는 제1 하부망글롤러의 사이로 상기 부직포 필터가 지나도록 하여 상기 제1 상부망글롤러를 통해 상기 제1 수지용액을 상기 부직포 필터에 도포 및 스퀴징(squeezing)하는 제1 수지용액도포단계; 및
    상기 제1 수지용액을 건조시키는 제1 수지용액건조단계를 포함하고,
    상기 수지발포층형성단계는,
    수지통 내에 저장된 상기 제2 수지용액에 일부가 침전된 상태의 제2 하부망글롤러 및 상기 제2 하부망글롤러의 상부에 배치되는 제2 상부망글롤러의 사이로 상기 부직포 필터가 지나도록 하여 상기 제2 하부망글롤러를 통해 상기 제2 수지용액을 상기 부직포 필터에 도포하는 제2 수지용액도포단계;
    상기 제2 하부망글롤러의 일측에 배치된 코팅 나이프를 통해 상기 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 일부를 제거하면서 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액의 도포 두께를 일정하게 형성시키는 제2 수지용액도포두께조절단계; 및
    상기 부직포 필터에 도포된 제2 수지용액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 6~10m 노출되도록 하여 건조 및 발포시키는 제2 수지용액발포단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PSET 섬유는 1~5 데니어이고, 상기 PPS 섬유는 7~15 데니어이고, 상기 폴리에스터 섬유는 2~6 데니어인 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 필터성형단계에서 상기 혼합섬유에 계면활성제가 혼합되며,
    상기 계면활성제는 상기 혼합섬유 총 중량대비 0.1~0.2중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 수지용액은 수성 아크릴바인더 5~20중량%, 물 80~95중량%로 이루어진 수지용액이고,
    상기 제2 수지용액은 수성 폴리우레탄 2~8중량%, 발포제 1~3중량%, 증점제 0.1~0.5중량%, 물 90~95중량%로 이루어진 수지용액인 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 부직포 필터에 메쉬 직물인 보강제를 결합시키는 보강제결합단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수층을 코팅하는 발수층코팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발수층코팅단계는,
    상기 점착층 및 상기 수지발포층을 덮도록 상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 발수 수지액을 도포하는 발수 수지액도포단계; 및
    상기 부직포 필터 및 상기 보강제에 도포된 발수 수지액이 150℃~180℃의 온도의 건조실에 분당 2~5m 노출되도록 하여 상기 발수 수지액을 건조시키는 발수 수지액건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 발수 수지액은 실리콘 발수제 5~20 중량% 및 물 80~95중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    배열회수보일러용 고성능 철산화물 집진필터 제조방법.
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