KR102049831B1 - 배기가스 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 배기가스의 처리 효율을 높일 수 있는 배기가스 처리장치를 제공한다. 여기서, 배기가스 처리장치는 정전분무부, 제1방전부 그리고 제2방전부를 포함한다. 정전분무부는 배기가스와, 제1첨가수용액을 하전된 미세액적의 형태로 분사시킨다. 제1방전부는 정전분무부와 연결되며 배기가스 및 미세액적이 통과하고 제1세정수가 흘러내리는 제1포집유로를 가지는 제1전극과, 제1전극의 내부에 구비되는 제2전극을 가지며 코로나 방전을 일으킨다. 제2방전부는 제1방전부의 하부에 설치되고, 제1방전부를 거친 배기가스 및 미세액적이 통과하며 제2세정수가 흘러내리는 제2포집유로를 가지고, 내부에 제2전극이 구비되어 코로나 방전을 일으키는 제3전극을 가진다. 정전분무부는 제1전극의 상부에 연결되고, 제1세정수 및 제2세정수가 각각 제1포집유로 및 제2포집유로의 내주면에 회전되면서 흘러 균일한 수막이 형성되도록, 배기가스 및 미세액적을 제1전극의 내주면의 상부에 원주방향으로 유입시킨다.

Description

배기가스 처리장치{APPARATUS FOR TREATING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스의 처리 효율을 높일 수 있는 배기가스 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대규모 연소설비를 갖춘 발전소, 제철소, 소작장 등에서는 입자상 물질과 함께 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 등과 같은 2차 미세먼지를 생성시키는 전구물질이 발생될 수 있다.
특히 인체에 해롭다고 알려진 PM2.5의 미세먼지의 대부분이 2차 미세먼지로 이루어져 있기 때문에, 질소산화물과 황산화물에 대한 처리 방안은 더욱 중요해지고 있으며, 이를 처리하기 위하여 대규모 연소설비를 갖춘 발전소, 제철소, 소작장 등에는 배기가스 처리장치가 설치되어 있다.
배기가스 처리장치는 질소산화물의 경우 선택적 촉매환원법(SCR)이 사용되고 있으며, 황산화물은 전기집진기로 입자상 물질을 처리한 후 배연탈황법(FGD)으로 처리하는 것이 널리 상용화되어 있다.
도 1은 종래의 배기가스 처리장치의 일예를 나타낸 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 근래 사용되고 있는 배기가스 처리장치는 플라즈마 반응부(10) 및 전기집진부(20)를 가진다.
플라즈마 반응부(10)에서는 고전압 인가 방전극과 대응 접지극을 가진다. 방전극과 접지극 사이에 고전압 펄스전압이 인가되고, 암모니아(NH3) 또는 탄화수소(HC)와 같은 첨가제가 첨가되면 배기가스(G) 중의 질소산화물(NOx)은 질산염으로 변환되고 황산화물(SOx)은 황산염으로 변환된다. 변환된 질산염과 황산염은 질산암모늄, 황산암모늄 등의 입자상 물질로 변환되어 후단에 설치되어 있는 전기집진부(20)에서 포집하여 제거된다.
그러나, 종래의 배기가스 처리장치에서는 생성되는 황산염이 방전극 내부에 포집되어 방전극을 오염시키고, 이상방전을 야기시켜 장기 운전이 어렵게 되도록 하는 문제점이 있다. 그리고, 질소산화물은 질산염으로 변환되지 못하고 대부분이 가스상 물질로 배출되어 처리 효율이 낮은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2010-0136607호(2010.12.29. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배기가스의 처리 효율을 높일 수 있는 배기가스 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 배기가스와, 제1첨가수용액을 하전된 미세액적의 형태로 분사시키는 정전분무부; 및 수직방향으로 설치되고 상기 정전분무부와 연결되며 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 통과하고 제1세정수가 흘러내리는 제1포집유로를 가지는 제1전극과, 상기 제1전극의 내부에 구비되는 제2전극을 가지며 코로나 방전을 일으키는 제1방전부;를 포함하고, 상기 정전분무부는, 상기 배기가스가 유입되어 이동되는 제1챔버부와, 상기 제1첨가수용액이 저장되는 제1수용액저장부와, 상기 제1수용액저장부와 연결되고, 상기 제1챔버부의 내측에 마련되어 상기 배기가스의 배출 방향으로 상기 제1첨가수용액이 단일 극성으로 분사되도록 하는 제1분사노즐부와, 상기 제1챔버부를 상기 제1전극에 연결하여 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 상기 제1포집유로로 배출되도록 안내하며, 상기 제1분사노즐부와는 반대 극성이 형성되는 제2챔버부를 구비하며, 상기 정전분무부는 상기 제1전극의 상부에 연결되어 상기 배기가스 및 상기 미세액적을 상기 제1전극의 내주면의 상부에 원주방향으로 유입시켜, 상기 제1세정수가 상기 제1포집유로의 내주면을 따라 원주방향으로 회전되면서 동시에 수직방향으로 흘러내려 균일한 수막이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1방전부의 하부에 수직방향으로 설치되고, 상기 제1방전부를 거친 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 통과하며 제2세정수가 흘러내리는 제2포집유로를 가지고, 내부에 상기 제2전극이 구비되어 코로나 방전을 일으키는 제3전극을 가지는 제2방전부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2챔버부는 상기 제1전극에 상기 제1전극의 접선 방향으로 연결될 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전극의 상부에 구비되고, 상기 제1포집유로의 내주면을 따라 흐르도록 상기 제1세정수를 공급하는 제1세정수공급부; 상기 제1전극의 하부에 구비되고, 상기 제1전극을 통과하는 배기가스와 흘러 내려오는 상기 제1세정수를 분리하는 제1분리부; 그리고 상기 제1전극의 내주면의 상부에서 하부로 상기 제1세정수가 연속해서 흐르도록 상기 제1분리부의 제1세정수를 상기 제1세정수공급부로 순환시키는 제1순환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3전극의 상부에 구비되고, 상기 제2포집유로의 내주면을 따라 흐르도록 상기 제2세정수를 공급하는 제2세정수공급부; 상기 제3전극의 하부에 구비되고, 상기 제3전극을 통과하는 배기가스와 흘러 내려오는 상기 제2세정수를 분리하는 제2분리부; 그리고 상기 제3전극의 내주면의 상부에서 하부로 상기 제2세정수가 연속해서 흐르도록 상기 제2분리부의 제2세정수를 상기 제2세정수공급부로 순환시키는 제2순환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1첨가수용액은 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상이고, 상기 제1세정수에는 산화제가 포함되며, 상기 제2세정수에는 환원제가 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1첨가수용액은 산화제 수용액이고, 상기 제1세정수는 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상이며, 상기 제2세정수에는 환원제가 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1분리부는 상기 제1전극의 내측에 구비되고 상기 제1포집유로를 통과하는 배기가스가 배출되는 제1분리관부를 가지고, 상기 제1포집유로와 상기 제2포집유로는 상기 제1분리관부에 의해 연결되어 연속적인 유로를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 정전분무부에서 하전된 미세액적이 분사되도록 함으로써, 미세액적이 반대 극성을 가지는 제2챔버부 및 제1전극에 정전기력에 의해 지속적으로 부착될 수 있고, 제1포집유로 및 제2포집유로의 상단부에는 지속적으로 수막이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1세정수 및 제2세정수의 흐름 초기부터 균일한 수막이 형성되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 제1포집유로 및 제2포집유로의 내주면에는 각각 전체적으로 제1세정수 및 제2세정수에 의한 수막이 효과적으로 형성될 수 있으며, 이산화질소의 흡수율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1분사노즐부에서 분사되는 하전된 미세액적은 제1전극에 접선방향으로 유입될 수 있으며, 제1포집유로로 유입되는 배기가스 및 미세액적은 제1포집유로의 내주면을 따라 회전하면서 이동될 수 있다. 특히, 정전분무부에서 배출되는 배기가스 및 미세액적이 포집유로의 원주방향으로 이동하면서 발생되는 원심력은 제1세정수가 제1포집유로의 내주면을 따라 회전하면서 흐르도록 더욱 도울 수 있으며, 이를 통해, 제1포집유로의 내주면에는 전체적으로 제1세정수에 의한 수막이 효과적으로 형성될 수 있다. 또한, 배기가스와 하전된 미세액적의 회전 이동에 따라 제2세정수가 제2포집유로의 내주면을 따라 회전하면서 흐르도록 도울 수 있으며, 제2포집유로의 내주면에도 전체적으로 제2세정수에 의한 수막이 효과적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 배기가스 처리장치의 일예를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치의 정전분무를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름에 따른 세정수의 흐름을 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
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 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치를 나타낸 예시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치의 정전분무를 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름을 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름에 따른 세정수의 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 배기가스 처리장치는 제1방전부(100), 정전분무부(200) 그리고 제2방전부(600)를 포함할 수 있다.
제1방전부(100)는 제1전극(110) 및 제2전극(120)을 가질 수 있다.
제1전극(110)은 수직방향으로 설치될 수 있으며, 제1포집유로(111)를 가질 수 있다. 제1포집유로(111)는 제1전극(110)의 내측에 제1전극(110)의 길이방향으로 형성될 수 있다. 제1전극(110)은 전류가 흐르는 금속 재질로 형성될 수 있다.
제2전극(120)은 제1포집유로(111)의 내측에 구비될 수 있다. 제2전극(120)은 와이어형태로 형성될 수 있다. 제2전극(120)의 상단부는 제1전극(110)의 상측에 설치되는 상부지지부(130)에 연결될 수 있으며, 하단부는 제1전극(110)의 하측에 설치되는 하부지지부(131)에 연결될 수 있다.
제2전극(120)에는 제1전압인가부(140)로부터 플러스(+) 전압이 인가될 수 있으며, 제1전극(110)에는 제1전압인가부(140)로부터 마이너스(-) 전압이 인가될 수 있다. 또는, 제1전극(110)은 접지될 수 있다. 이를 통해, 제1전극(110)과 제2전극(120)의 사이, 즉, 제1포집유로(111)에서는 코로나 방전이 일어날 수 있으며, 다량의 산소(O), 수산화물(OH), 물(H2O) 등과 같은 라디칼 이온이 생성될 수 있다.
정전분무부(200)는 제1챔버부(210), 제1수용액저장부(220), 제1분사노즐부(230) 및 제2챔버부(240)를 가질 수 있다.
제1챔버부(210)는 배기가스(G)가 유입되어 이동되는 유로를 형성할 수 있다.
배기가스는 질소산화물 및 황산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1수용액저장부(220)에는 제1첨가수용액(221)이 저장될 수 있다. 제1첨가수용액(221)은 첨가제를 함유한 수용액으로, 첨가제의 종류에 대해서는 후술한다.
제1분사노즐부(230)는 제1챔버부(210)의 내측에 마련될 수 있다. 제1분사노즐부(230)는 제1수용액저장부(220)와 연결될 수 있으며, 제1수용액저장부(220)에 저장된 제1첨가수용액(221)은 제1분사노즐부(230)로 유입되어 이동된 후 제1분사노즐부(230)에서 분사될 수 있다.
제1분사노즐부(230)는 제1챔버부(210)의 길이방향으로 마련될 수 있으며, 제1첨가수용액(221)은 배기가스의 배출 방향으로 분사될 수 있다.
제2챔버부(240)는 제1챔버부(210)의 후단에 연결될 수 있으며, 제1분사노즐부(230)에서 분사되는 제1첨가수용액(221)은 제2챔버부(240)로 유입되어 이동될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상, 배기가스의 흐름 방향을 기준으로 전단/전단부, 후단/후단부로 설명한다. 즉, 배기가스가 제1지점에서 제2지점으로 이동되는 경우, 제1지점을 전단/전단부로, 제2지점을 후단/후단부로 하여 설명한다.
그리고, 제1분사노즐부(230) 및 제2챔버부(240)에는 반대 극성이 형성될 수 있다. 여기서, 제1분사노즐부(230) 및 제2챔버부(240)에 반대 극성이 형성된다는 것은 제1분사노즐부(230)에는 플러스(+)극이 형성되고, 제2챔버부(240)에는 마이너스(-)극이 형성되거나, 또는, 제1분사노즐부(230)에는 플러스(+)극이 형성되고, 제2챔버부(240)는 접지된다는 의미일 수 있다.
제1분사노즐부(230)에는 제2전압인가부(250)에 의해 플러스(+) 전압이 인가될 수 있고, 제2챔버부(240)에는 제2전압인가부(250)에 의해 마이너스(-) 전압이 인가될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 제2챔버부(240)에 마이너스(-) 전압이 인가되는 것으로 설명한다.
제1분사노즐부(230)에는 플러스(+)극이 형성되고, 제2챔버부(240)에는 마이너스(-)극이 형성되도록 함으로써, 정전분무부(200)는 제1첨가수용액(221)을 하전된 미세액적(222)의 형태로 분사시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2전압인가부(250)에 의해 제1분사노즐부(230)에 플러스(+)극의 전압이 인가되면, 제1분사노즐부(230) 내의 제1첨가수용액(221)은 하전되게 되고, 이에 따라, 하전된 미세액적(222)이 생성될 수 있다. 그리고, 플러스(+)로 하전된 미세액적(222)은 제1분사노즐부(230)에서 발생되는 분사압력에 의해 제2챔버부(240) 방향으로 이동된다. 한편, 분사되어 이동되는 미세액적에서는 미세액적이 가지는 플러스(+) 극성에 의해 플러스(+) 극끼리 밀어내는 척력이 발생하게 되므로, 미세액적(222)은 제2챔버부(240) 방향으로 갈수록 넓게 퍼져나가게 된다. 그리고, 플러스(+)로 하전된 미세액적은 마이너스(-)극의 제2챔버부(240)와의 인력에 의해 효과적으로 제2챔버부(240)에 부착될 수 있다. 더욱이, 척력에 의해 미세액적끼리는 서로 멀어지게 되기 때문에, 제2챔버부(240)에 도달되는 미세액적(222)은 미스트 형태의 작은 입자크기를 가지게 되어 제2챔버부(240)에 얇으면서도 넓게 포집될 수 있다.
제1챔버부(210)는 절연소재로 형성될 수 있다. 이를 통해, 하전된 미세액적(222)이 제1챔버부(210)에는 잘 달라붙지 않도록 하면서 제2챔버부(240) 방향으로 이동되도록 할 수 있다.
도 4에서는 설명의 편의 상, 제2챔버부(240)가 제1분사노즐부(230)에 대향되도록 마련된 것으로 도시되었다. 그러나, 제2챔버부(240)는 제1분사노즐부(230)와 동일한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1분사노즐부(230)에서 분사되는 하전된 미세액적은 제2챔버부(240) 방향으로 치우치면서 이동될 수 있다.
배기가스는 제1챔버부(210) 및 제2챔버부(240)를 통해 이동하면서 제1분사노즐부(230)에서 분사되는 미세액적(222)과 혼합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 미세액적(222)은 미스트 형태를 이루기 때문에, 배기가스와의 접촉면적이 증가되어 배기가스와의 반응성이 높아질 수 있다. 이를 통해, 배기가스와 제1첨가수용액의 기액 접촉을 위한 별도의 믹싱(Mixing) 챔버와 같은 구성이 생략될 수 있다.
제2챔버부(240)는 제1챔버부(210)를 제1전극(110)에 연결할 수 있으며, 배기가스 및 미세액적(222)이 제1전극(110)의 제1포집유로(111)로 유입되도록 안내할 수 있다.
제2챔버부(240)는 제1전극(110)에 제1전극(110)의 접선 방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제1전극(110)이 수직방향으로 마련된 상태에서 제2챔버부(240)는 수평방향으로 마련될 수 있다.
따라서, 제2챔버부(240)의 길이방향 중심축(241)은 제1전극(110)의 길이방향 중심축(112)과 이격(D)되어 구비될 수 있으며, 제2챔버부(240)를 통해서 배출되는 배기가스 및 미세액적(222)은 제1포집유로(111)의 중심으로부터 벗어나 편심된 방향으로 유입될 수 있다.
그리고, 배기가스 처리장치는 제1세정수공급부(300), 제1분리부(400) 및 제1순환부(500)를 포함할 수 있다.
제1세정수공급부(300)는 제1전극(110)의 상부에 구비될 수 있다.
제1세정수공급부(300)는 제1전극(110)의 상부에 제1전극(110)의 원주방향을 따라 제1전극(110)을 감싸도록 구비될 수 있으며, 제1세정수공급부(300)에는 제1세정수(301)가 채워질 수 있다.
제1전극(110)의 상부에서 제1세정수공급부(300)에 의해 감싸진 부분에는 제1전극(110)의 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 제1관통공(115)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1세정수공급부(300)에 제1관통공(115)의 높이 이상으로 제1세정수(301)가 채워지면 제1세정수(301)는 제1관통공(115)을 통해 배출될 수 있으며, 제1관통공(115)을 통해 배출되는 제1세정수(301)는 제1포집유로(111)의 내주면을 따라 흐를 수 있게 된다.
제1분리부(400)는 제1전극(110)의 하부에 구비될 수 있다.
제1분리부(400)는 제1세정수저장부(420) 및 제1분리관부(430)를 가질 수 있다.
제1세정수저장부(420)는 제1전극(110)의 하부와 연결될 수 있다. 제1세정수저장부(420)에는 제1세정수(301)가 저장될 수 있다.
제1분리관부(430)는 제1세정수저장부(420)의 내측에 수직방향으로 마련될 수 있다. 제1분리관부(430)는 제1전극(110)과 동심축을 가지도록 마련될 수 있다.
그리고, 제1분리관부(430)의 상단부는 제1전극(110)의 하단부보다 상측에 위치될 수 있으며, 제1분리관부(430)는 제1전극(110)의 내측지름, 즉, 제1포집유로(111)의 지름보다 작은 외측 지름을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1분리관부(430)의 외주면과 제1포집유로(111)의 내주면의 사이는 이격되어 제1틈(421)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1세정수공급부(300)에서 제1관통공(115)으로 배출되어 제1포집유로(111)의 내주면을 따라 흘러내린 제1세정수(301)는 제1틈(421)을 통해 제1세정수저장부(420)로 유입되어 제1세정수저장부(420)에 채워질 수 있다.
또한, 제1분리관부(430)는 상단부 및 하단부가 관통되도록 형성될 수 있으며, 이를 통해, 제1포집유로(111)를 통과하는 배기가스는 제1분리관부(430)를 통해 하측으로 배출될 수 있다.
제1순환부(500)는 제1전극(110)의 하부로 배출되는 제1세정수를 제1세정수공급부(300)로 공급할 수 있다.
제1순환부(500)는 제1펌프(510)를 가질 수 있으며, 제1펌프(510)는 제1세정수저장부(420)에 저장되는 제1세정수를 제1세정수공급부(300)로 공급할 수 있다. 이를 통해, 제1세정수는 순환될 수 있으며, 제1관통공(115)을 통해 배출되어 제1포집유로(111)의 내주면에 연속해서 흐를 수 있다.
제1순환부(500)는 제1세정수의 유량을 측정하기 위한 제1유량계(520)를 더 가질 수 있다.
제2방전부(600)는 제3전극(610) 및 제2전극(120)을 가질 수 있다.
제3전극(610)은 수직방향으로 설치될 수 있으며, 제2포집유로(611)를 가질 수 있다. 제2포집유로(611)는 제3전극(610)의 내측에 제3전극(610)의 길이방향으로 형성될 수 있으며, 제3전극(610)은 제1전극(110)과 동심축을 가질 수 있다. 제3전극(610)은 전류가 흐르는 금속 재질로 형성될 수 있다.
제3전극(610)의 내측에는 제2전극(120)이 연장되어 구비될 수 있다. 전술한 하부지지부(131)는 제3전극(610)의 하측에 설치될 수 있다.
제3전극(610)에는 제1전압인가부(140)로부터 마이너스(-) 전압이 인가되거나, 또는 접지될 수 있다. 이를 통해, 제3전극(610)과 제2전극(120)의 사이, 즉, 제2포집유로(611)에는 코로나 방전이 일어날 수 있으며, 다량의 산소(O), 수산화물(OH), 물(H2O) 등과 같은 라디칼 이온이 생성될 수 있다.
또한, 제2포집유로(611)는 제1분리관부(430)와 연결되어 연속적인 유로를 형성할 수 있다. 이를 통해, 제1방전부(100)를 거친 배기가스 및 미세액적은 제2방전부(600)로 자연스럽게 유입될 수 있다. 제1포집유로(111)에서 제2포집유로(611)로 유입되는 배기가스 및 미세액적은 나선형태의 유체 흐름을 가질 수 있으며, 제2포집유로(611)에서도 나선형태의 유체 흐름이 유지될 수 있다.
더하여, 제2포집유로(611)의 내측지름은 제1분리관부(430)의 내측지름과 동일하도록 형성될 수 있으며, 이를 통해, 제1포집유로(111)에서 제2포집유로(611)로 유입되는 배기가스 및 미세액적의 흐름저항이 감소될 수 있어 나선형태의 유체 흐름이 유지될 수 있다.
그리고, 배기가스 처리장치는 제2세정수공급부(700), 제2분리부(800) 및 제2순환부(900)를 포함할 수 있다.
제2세정수공급부(700)는 제3전극(610)의 상부에 구비될 수 있다.
제2세정수공급부(700)는 제3전극(610)의 상부에 제3전극(610)의 원주방향을 따라 제3전극(610)을 감싸도록 구비될 수 있으며, 제2세정수공급부(700)에는 제2세정수(701)가 채워질 수 있다.
제3전극(610)의 상부에서 제2세정수공급부(700)에 의해 감싸진 부분에는 제3전극(610)의 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 제2관통공(615)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2세정수공급부(700)에 제2관통공(615)의 높이 이상으로 제2세정수(701)가 채워지면 제2세정수(701)는 제2관통공(615)을 통해 배출될 수 있으며, 제2관통공(615)을 통해 배출되는 제2세정수(701)는 제2포집유로(611)의 내주면을 따라 흐를 수 있게 된다.
제2분리부(800)는 제3전극(610)의 하부에 구비될 수 있다.
제2분리부(800)는 덕트부(810), 제2세정수저장부(820) 및 제2분리관부(830)를 가질 수 있다.
덕트부(810)는 내부에 유로를 형성할 수 있으며, 유입되는 배기가스가 외부로 배출되도록 할 수 있다.
제2세정수저장부(820)는 덕트부(810)의 상부에 구비될 수 있으며, 제3전극(610)의 하부와 연결될 수 있다. 제2세정수저장부(820)에는 제2세정수(701)가 저장될 수 있다.
제2분리관부(830)는 덕트부(810)의 상부에 구비될 수 있으며, 제2세정수저장부(820)의 내측에 수직방향으로 마련될 수 있다. 제2분리관부(830)는 제3전극(610)과 동심축을 가지도록 마련될 수 있다.
그리고, 제2분리관부(830)의 상단부는 제3전극(610)의 하단부보다 상측에 위치될 수 있으며, 제2분리관부(830)는 제3전극(610)의 내측지름, 즉, 제2포집유로(611)의 지름보다 작은 외측 지름을 가질 수 있다. 이에 따라, 제2분리관부(830)의 외주면과 제2포집유로(611)의 내주면의 사이는 이격되어 제2틈(821)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 제2세정수공급부(700)에서 제2관통공(615)으로 배출되어 제2포집유로(611)의 내주면을 따라 흘러내린 제2세정수(701)는 제2틈(821)을 통해 제2세정수저장부(820)로 유입되어 제2세정수저장부(820)에 채워질 수 있다.
또한, 제2분리관부(830)는 상단부 및 하단부가 관통되도록 형성될 수 있으며, 제2분리관부(830)의 하단부는 덕트부(810)와 연통될 수 있다. 이를 통해, 제2포집유로(611)를 통과한 배기가스는 제2분리관부(830)를 통해 덕트부(810)로 유입된 후 덕트부(810)의 배출부(811)를 통해 외측으로 배출될 수 있다.
제2순환부(900)는 제3전극(610)의 하부로 배출되는 제2세정수(701)를 제3전극(610)의 상부로 순환시킬 수 있다.
이를 위해, 제2순환부(900)는 제2펌프(910)를 가질 수 있다. 제2펌프(910)는 제2세정수저장부(820)에 저장되는 제2세정수를 제2세정수공급부(700)로 공급할 수 있다. 이를 통해, 제2세정수는 순환될 수 있으며, 제2포집유로(611)의 내주면에 연속해서 흐를 수 있다.
제2순환부(900)는 제2세정수의 유량을 측정하기 위한 제2유량계(920)를 더 가질 수 있다.
이하에서는 정전분무부(200)가 제1세정수공급부(300)에서 배출되는 제1세정수(301) 및 제2세정수공급부(700)에서 배출되는 제2세정수(701)에 어떠한 영향을 제공하는 지에 대해 더욱 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름을 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 처리장치에서 하전된 미세액적의 분사흐름에 따른 세정수의 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 5 및 도 6을 더 포함하여 보는 바와 같이, 제1분사노즐부(230)에서 분사되는 하전된 미세액적(222)은 제1전극(110)의 중심축(112)과 수직한 방향으로 유입되어 이동되되, 제1전극(110)의 중심축(112)에서 벗어난 방향으로 유입될 수 있다. 이에 따라, 제1포집유로(111)로 유입되는 배기가스(G) 및 미세액적(222)은 제1포집유로(111)의 내주면을 따라 회전하면서 이동될 수 있다.
한편, 제1세정수공급부(300)에서 제1관통공(115)을 통해 제1포집유로(111)의 내주면을 따라 수직방향으로 흐르는 제1세정수(301)는 배기가스(G) 및 미세액적(222)의 흐름에 의해 제1포집유로(111)의 내주면에서 원주방향으로 흐를 수 있게 된다. 특히, 정전분무부(200)에서 배출되는 배기가스(G) 및 미세액적(222)이 제1포집유로(111)의 원주방향으로 이동하면서 발생되는 원심력은 제1세정수(301)가 제1포집유로(111)의 내주면을 따라 회전하면서 흐르도록 더욱 도울 수 있다.
또한, 하전된 미세액적(222)은 반대 극성을 가지는 제2챔버부(240) 및 제1전극(110)에 정전기력에 의해 지속적으로 부착될 수 있기 때문에, 제1포집유로(111)의 상단부에 지속적으로 수막이 형성될 수 있도록 촉진될 수 있다.
이에 따라, 제1세정수(301)의 흐름 초기부터 균일한 수막이 형성되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 제1포집유로(111)의 내주면에는 전체적으로 제1세정수(301)에 의한 수막이 효과적으로 형성될 수 있다.
배기가스가 일산화질소(NO)인 경우, 제1방전부(100)를 통과하면서 산화되어 이산화질소(NO2)가 될 수 있는데, 이산화질소는 친수성을 가지기 때문에, 제1포집유로(111)의 내주면을 타고 흐르는 제1세정수(301)에 흡수될 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전분무부(200)에 의해 제1세정수(301)는 제1포집유로(111)의 내주면에 전체적으로 수막을 형성하면서 흐를 수 있기 때문에, 이산화질소의 흡수율이 더욱 향상될 수 있다.
이격 형성되는 제1관통공(115)으로부터 공급되는 세정수는 물의 표면장력 때문에, 초기부터 횡방향으로의 퍼짐이 거의 없이 아래로 흐르게 된다. 즉, 각 제1관통공(115)에서 배출되어 흐르는 세정수의 흐름 사이에는 초기에 세정수가 흐르지 않는 영역(Dry Spot)(50)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 정전분무부(200)의 구성이 없게 되면, 제1포집유로(111)의 원주방향으로 유체의 흐름이 발생하지 않게 되기 때문에, 포집유로의 내주면에는 세정수가 흐르지 않는 영역(50)이 넓게 형성될 수 있다. 이러한 세정수가 흐르지 않는 영역(50)이 넓어 지는 만큼, 포집유로의 내주면에 형성되는 수막의 면적은 작아지기 때문에, 이산화질소의 흡수율은 저하될 수 있다.
제1분리관부(430)를 통해 배출되는 배기가스(G) 및 미세액적(222)은 나선형태로 회전하면서 제2포집유로(611)로 유입될 수 있다.
따라서, 제2세정수공급부(700)에서 제2관통공(615)을 통해 제2포집유로(611)의 내주면을 따라 수직방향으로 흐르는 제2세정수(701)는 배기가스(G) 및 미세액적(222)의 흐름에 의해 제2포집유로(611)의 내주면에서 원주방향으로 흐를 수 있게 된다. 특히, 제1분리관부(430)에서 배출되는 배기가스(G) 및 미세액적(222)이 나선형태로 이동하면서 발생되는 원심력은 제2세정수(701)가 제2포집유로(611)의 내주면을 따라 회전하면서 흐르도록 도울 수 있다.
또한, 하전된 미세액적(222)은 반대 극성을 가지는 제3전극(610)에 정전기력에 의해 지속적으로 부착될 수 있기 때문에, 제2포집유로(611)의 상단부에 지속적으로 수막이 형성될 수 있도록 촉진될 수 있다.
이에 따라, 제2세정수(701)의 흐름 초기부터 균일한 수막이 형성되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 제2포집유로(611)의 내주면에는 전체적으로 제2세정수(701)에 의한 수막이 효과적으로 형성될 수 있다.
제1방전부(100)에서 이산화질소로 산화되지 않은 일산화질소는 제2방전부(600)를 통과하면서 산화되어 이산화질소가 될 수 있기 때문에, 제2포집유로(611)의 내주면을 타고 흐르는 제2세정수(701)에 흡수될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1방전부(100) 및 제2방전부(600)가 다단으로 형성되기 때문에, 이산화질소의 흡수율이 더욱 향상될 수 있어 질소산화물의 처리효율이 높아질 수 있고, 황산화물의 처리효율도 높아질 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 제1첨가수용액(221)은 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상일 수 있다.
제1첨가수용액(221)을 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상으로 함으로써, 배기가스와 수소와의 기액 접촉을 더욱 촉진하여 배기가스와의 혼합효과가 향상될 수 있다. 또한, 암모니아 슬립(Slip) 현상 발생을 억제할 수 있다. 암모니아 슬립 현상은 공급되는 암모니아의 일부만이 배기가스와 작용하고 작용되지 않은 암모니아가 배출되는 현상을 말한다. 종래에는 암모니아 슬립 현상을 억제하기 위하여 더욱 많은 양의 암모니아를 공급하기도 하였다. 그러나, 제1첨가수용액을 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상으로 하고, 이를 하전된 미세액적으로 분사되도록 함으로써 제1방전부(100) 및 제2방전부(600) 내부에서 반응을 통해 황산화물이 황산염으로 변환되는 것이 더욱 촉진될 수 있으며, 질소산화물의 친수화도 더욱 촉진될 수 있다.
그리고, 제1세정수(301)에는 산화제가 포함될 수 있다. 이에 따라, 제1세정수(301)는 산화제 수용액이 될 수 있다. 상기 산화제 수용액은 오존을 포함하는 오존수 및 과산화수소를 포함하는 과산화수소수 중 하나 이상일 수 있다.
이를 통해, 배가가스는 제1방전부(100)를 거치면서 산화가 더욱 촉진될 수 있다. 즉, 정전분무부(200)를 거치면서 일산화질소의 일부는 이산화질소로 산화되고, 제1방전부(100)를 거치면서 나머지 일산화질소가 이산화질소로 산화되도록 할 수 있기 때문에, 제1세정수에 흡수되는 이산화질소의 양이 증가되도록 하여 질소산화물의 처리효율이 높아질 수 있다. 또한, 정전분무부(200)를 거치면서 일산화황의 일부가 이산화황으로 산화되도록 하고, 제1방전부(100)를 거치면서 이산화황이 황산염으로 산화되도록 함으로써, 황산화물이 황산염으로 생성되는 속도를 빨리 할 수 있어 황산화물의 처리효율도 높아질 수 있다.
또한, 제2세정수(701)에는 환원제가 포함될 수 있다. 상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 황화수소나트륨(NaHS), 황화나트륨(Na2S), 아황산나트륨(Na2SO3), 싸이오황산나트륨(Na2S2O3) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2세정수(701)에 이산화질소가 계속해서 흡수되면 제2세정수(701)가 산성화되고, 그러면 이산화질소의 포집성능이 저하될 수 있다. 환원제는 제2세정수(701)에 흡수된 이산화질소의 흡수 환원 처리를 유도하여 제2세정수(701)를 중화시킬 수 있으며, 이를 통해, 제2세정수(701)에서 이산화질소가 계속해서 흡수될 수 있도록 해서 포집성능이 유지되도록 할 수 있다.
또한, 제1방전부(100)를 거치면서 산화된 배기가스의 흡수 환원 처리가 유도될 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 제1첨가수용액(221)은 산화제 수용액일 수 있으며, 산화제 수용액은 오존수 및 과산화수소수 중 하나 이상일 수 있다.
제1첨가수용액(221)을 산화제 수용액으로 함으로써, 배가가스는 정전분무부(200)에서 미리 산화될 수 있어 배기가스의 산화가 더욱 촉진될 수 있다. 즉, 정전분무부(200)를 거치면서 일산화질소의 일부는 이산화질소로 산화되도록 하여 제1세정수(301) 및 제2세정수(701)에 흡수되는 이산화질소의 양이 증가되도록 하여 질소산화물의 처리효율이 높아질 수 있다.
그리고, 제1세정수(301)는 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상일 수 있다. 이를 통해, 제1방전부(100)에서 황산화물의 황산염화 및 질소산화물의 친수화가 촉진될 수 있다.
또한, 제2세정수(701)는 환원제가 포함될 수 있다. 상기 환원제는 수산화나트륨, 황화수소나트륨, 황화나트륨, 아황산나트륨, 싸이오황산나트륨 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2세정수(701)에 환원제가 포함되도록 함으로써, 정전분무부(200) 및 제1방전부(100)에서 산화된 배기가스의 흡수 환원 처리가 유도될 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제1방전부 110: 제1전극
120: 제2전극 200: 정전분무부
210: 제1챔버부 220: 제1수용액저장부
230: 제1분사노즐부 240: 제2챔버부
300: 제1세정수공급부 400: 제1분리부
500: 제1순환부 600: 제2방전부
610: 제3전극 611: 제2포집유로
700: 제2세정수공급부 800: 제2분리부
900: 제2순환부

Claims (9)

  1. 배기가스와, 제1첨가수용액을 하전된 미세액적의 형태로 분사시키는 정전분무부; 및
    수직방향으로 설치되고 상기 정전분무부와 연결되며 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 통과하고 제1세정수가 흘러내리는 제1포집유로를 가지는 제1전극과, 상기 제1전극의 내부에 구비되는 제2전극을 가지며 코로나 방전을 일으키는 제1방전부;를 포함하고,
    상기 정전분무부는, 상기 배기가스가 유입되어 이동되는 제1챔버부와, 상기 제1첨가수용액이 저장되는 제1수용액저장부와, 상기 제1수용액저장부와 연결되고, 상기 제1챔버부의 내측에 마련되어 상기 배기가스의 배출 방향으로 상기 제1첨가수용액이 단일 극성으로 분사되도록 하는 제1분사노즐부와, 상기 제1챔버부를 상기 제1전극에 연결하여 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 상기 제1포집유로로 배출되도록 안내하며, 상기 제1분사노즐부와는 반대 극성이 형성되는 제2챔버부를 구비하며,
    상기 정전분무부는 상기 제1전극의 상부에 연결되어 상기 배기가스 및 상기 미세액적을 상기 제1전극의 내주면의 상부에 원주방향으로 유입시켜, 상기 제1세정수가 상기 제1포집유로의 내주면을 따라 원주방향으로 회전되면서 동시에 수직방향으로 흘러내려 균일한 수막이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1방전부의 하부에 수직방향으로 설치되고, 상기 제1방전부를 거친 상기 배기가스 및 상기 미세액적이 통과하며 제2세정수가 흘러내리는 제2포집유로를 가지고, 내부에 상기 제2전극이 구비되어 코로나 방전을 일으키는 제3전극을 가지는 제2방전부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2챔버부는 상기 제1전극에 상기 제1전극의 접선 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극의 상부에 구비되고, 상기 제1포집유로의 내주면을 따라 흐르도록 상기 제1세정수를 공급하는 제1세정수공급부;
    상기 제1전극의 하부에 구비되고, 상기 제1전극을 통과하는 배기가스와 흘러 내려오는 상기 제1세정수를 분리하는 제1분리부; 그리고
    상기 제1전극의 내주면의 상부에서 하부로 상기 제1세정수가 연속해서 흐르도록 상기 제1분리부의 제1세정수를 상기 제1세정수공급부로 순환시키는 제1순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3전극의 상부에 구비되고, 상기 제2포집유로의 내주면을 따라 흐르도록 상기 제2세정수를 공급하는 제2세정수공급부;
    상기 제3전극의 하부에 구비되고, 상기 제3전극을 통과하는 배기가스와 흘러 내려오는 상기 제2세정수를 분리하는 제2분리부; 그리고
    상기 제3전극의 내주면의 상부에서 하부로 상기 제2세정수가 연속해서 흐르도록 상기 제2분리부의 제2세정수를 상기 제2세정수공급부로 순환시키는 제2순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1첨가수용액은 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상이고, 상기 제1세정수에는 산화제가 포함되며, 상기 제2세정수에는 환원제가 포함되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1첨가수용액은 산화제 수용액이고, 상기 제1세정수는 요소수 및 암모니아수 중 어느 하나 이상이며, 상기 제2세정수에는 환원제가 포함되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1분리부는 상기 제1전극의 내측에 구비되고 상기 제1포집유로를 통과하는 배기가스가 배출되는 제1분리관부를 가지고,
    상기 제1포집유로와 상기 제2포집유로는 상기 제1분리관부에 의해 연결되어 연속적인 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
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