KR102120706B1 - 잔류시간 및 순환유동을 향상시킨 건식 반응가속장치 - Google Patents

잔류시간 및 순환유동을 향상시킨 건식 반응가속장치 Download PDF

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Abstract

잔류시간 및 순환유동을 향상시킨 건식 반응가속장치는 반응유닛을 포함하고, 상기 반응유닛은, 사이클론 챔버, 가속확산부, 하부 및 상부 반응챔버들, 및 실린더부를 포함한다. 상기 사이클론 챔버는 유입부로 유입된 입자상물질을 포함한 배가스를 회전유동시켜 상기 입자상물질을 제거한다. 상기 가속확산부는 상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 분산 및 확산된다. 상기 하부 및 상부 반응챔버들은 상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 반응제와 상기 배가스가 상부로 회전 상승하며 서로 반응하여 유출부로 배출된다. 상기 실린더부는 상기 상부 반응챔버의 상측 내부에 배치된다.

Description

잔류시간 및 순환유동을 향상시킨 건식 반응가속장치{DRY REACTION ACCELERATOR WITH INCREASED TIME AND CYCLO-FLUID MIXING FLOW}
본 발명은 건식 반응가속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스 중에 함유된 산성가스(HCI, SO2, HF 등)를 제거하며 반응제의 잔류 시간을 연장하며, 산성가스 제거율과 분말흡수제의 반응률을 향상시킨 잔류시간 및 순환 유동을 향상시킨 건식 반응가속장치에 관한 것이다.
화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스 중에 함유된 황산화물을 제거하기 위한 배연 탈황기술로는 건식, 습식 및 반건식의 3가지 종류가 있다.
이 중, 건식 탈황법의 경우 배연가스를 분말이나 펠릿(pellet) 형태의 촉매층을 통과시키는 것으로, 습식 공정에 비해 용수사용이 거의 없으며 SO2 제거 후 배출가스의 온도 변화가 거의 없어 재가열이 필요 없는 장점이 있으나 반응속도가 느리기 때문에 반응영역 확장에 따른 대형장치가 필수적이고 SO2 제거율이 높지 않아 경제성이 낮은 단점이 있다.
습식 탈황법의 경우 물이나 알칼리 용액 등으로 배연가스를 세정하여 흡수하는 것으로, 1차 생성물이 용액 또는 슬러리 형태이며 SO2와 약체 반응제이 혼합이므로 반응속도가 빨라 SO2 제거율이 높으며 부속 장치가 크지 않아 공간 확보가 용이한 장점이 있으나 공정과정에서 배출되는 가스의 온도가 낮아 연돌에서의 상승력을 위해서는 재가열이 필요하며 공정에 따라 다량의 폐수가 생성되는 단점이 있다.
한편, 반건식 탈황법의 경우 배출가스에 알칼리성 용액이나 슬러리를 분사하여 고온의 배출가스가 알칼리성 물질과 접촉하도록 하는 것으로, 가스 내의 산성 물질을 알칼리성 물질로 흡수 및 중화시키므로 산성가스의 높은 제거효율 뿐 아니라 폐수의 발생이 없으며 장치의 부식 및 백연현상이 없는 장점이 있다.
그러나, 상기 반건식 탈황법의 경우 배가스와 슬러리상 흡수제와 함께 장치의 하부방향으로 하강하므로 배가스와 슬러리상 흡수제와의 접촉율이 낮아 탈황효율이 60~70% 정도로 낮으며, 반응시간을 10초 이상 길게 유지하여 탈황효율을 향상시키기 위해서는 장치의 높이가 높아야 하며, 반건식 배연탈황장치에 유입되는 배가스의 유입온도가 160℃ 이상으로 높으려면 슬러리상 흡수제에 함유된 수분의 건조가 신속히 발생하여 기-액반응이 일어나는 시간을 감소하여 탈황효율이 낮아지고, 배가스의 유입온도를 낮게 유지하면 배가스 중에 함유된 수증기가 응축하여 장치의 내벽면에 응축하게 되어 반응장치 내벽면에 고착 반응 고형물의 고착량이 증가하여 장치의 부식을 야기하며, 내벽에 고착된 반응 고형물이 증가하면 장치의 내부 직경이 감소하여 탈황효율이 더욱 감소하므로 주기적으로 고형물을 제거하는 작업이 필요한 단점이 있다.
이에, 대한민국 등록특허 제10-1015154호에서는 개선된 반건식 유동층 반응기를 통해 종래의 습식 배연탈황장치에서의 액상 슬러리 제조장치, 석고상 슬러리 분리장치, 폐수처리 장치 및 백연배출 방지용 열교환기 등을 생략할 수 있으며, 종래 반건식 배연탈황장치에서의 낮은 탈황효율을 개선하고 고형물의 고착으로 인한 주기적 제거작업을 생략할 수 있으며, 분말 흡수제의 유동화와 장치내의 내부 순환과 재순환으로 흡수제의 반응이 극대화되어 탈황효율이 높게 유지되며, 유리용해로 배가스 중에 함유된 가스 붕소화합물을 효과적으로 제거하며 이와 동시에 입자상 붕소화합물로 전환되어 후단의 분말 흡수제 싸이클론 집진장치에서 포집 제거가 용이한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 개발되고 있는 반응기의 경우 유동화부에서의 체류시간이 상대적으로 짧아 탈황률이 높지 않은 단점이 있으며, 상기와 같은 특징을 구현하기 위한 반응기의 구조가 상대적으로 복잡해지는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1015154호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 간단한 구조를 가지며, 반응제의 잔류 시간을 연장하고, 반응제와 산성가스와의 반응시간을 배가스 회전을 통해 상대적으로 길게 유지할 수 있으며, 반응률를 향상시키고, 반응제의 특성에 따른 산성가스 체류시간의 변동이 용이하고, 유지관리의 편의성이 향상된 회전 혼합 유동이 증대한 건식 반응가속장치에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 건식 반응가속장치는 반응유닛을 포함하고, 상기 반응유닛은, 사이클론 챔버, 가속확산부, 실린더부, 및 하부 및 상부 반응챔버들을 포함한다. 상기 사이클론 챔버는 유입부로 유입된 입자상물질을 포함한 배가스를 회전유동시켜 상기 입자상물질을 제거한다. 상기 가속확산부는 상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 분산 및 확산된다. 상기 하부 및 상부 반응챔버들은 상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 반응제와 상기 배가스가 상부로 회전 상승하며 서로 반응하여 유출부로 배출된다. 상기 실린더부는 상기 상부 반응챔버의 상측 내부에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 상부로 상승하는 반응제는 상기 실린더부에 의해 하부로 이동되어, 상기 상부 및 하부 반응챔버들의 내부에서의 잔류 시간이 연장되며, 상기 배가스와의 재순환이 유도될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실린더부는, 내부가 상기 상부 반응챔버와 밀폐된 실린더 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실린더부는, 상기 상부 반응챔버의 상면에 접촉되는 상면, 상기 상면과 소정거리 이격되는 하면, 및 상기 상면과 하면의 사이를 밀폐하는 측면을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실린더부의 측면의 외부를 따라 상기 상부 반응챔버의 내부에 도우넛 형상의 상부 공간이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가속확산부는, 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 가속확산챔버, 및 상기 가속확산챔버의 내부로 인입되는 복수의 노즐유닛들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사이클론 챔버의 상측 끝단과 상기 가속확산챔버의 하측 끝단 사이를 동일한 반경을 가지는 원통형 형상으로 연결하는 벤츄리부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유출부는, 상기 상부 반응챔버의 외주면을 따라, 상기 상부 반응챔버의 상부에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유입부는, 상기 사이클론 챔버의 원주면을 따라 복수개가 연결되어, 선택적으로 상기 입자상물질을 유입시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 건식 반응가속장치는, 상기 가속확산부로 상기 반응제를 공급하는 반응제 공급부, 상기 반응챔버에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집하는 여과집진부, 및 상기 여과집진부에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부로 재공급하는 반응제 재공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 반응챔버에 배치된 실린더부에 의해, 반응제와 배가스의 균일한 분산 및 확산이 보다 유도된다. 즉, 상기 실린더부가 배치됨에 따라, 상기 반응제와 배가스가 유출부를 통해 바로 유출되는 것을 차단하며 상기 반응제의 체류 시간을 증가시키고, 하부로의 재순환을 유도하여 이에 따른 분산 및 확산이 보다 유도되며, 상기 반응챔버 내부의 압력을 저감시켜 보다 안정적인 분산 및 확산이 수행될 수 있다. 이에 따라 상기 반응제와 상기 배가스 사이의 반응성이 보다 향상된다.
특히, 상기 실린더부는 밀폐된 형상으로 상기 상부 반응챔버의 상부에 고정된 형태로 형성됨으로써, 상기 반응챔버의 내부에서의 반응제와 배가스 사이의 분산이나 확산에 대한 방해를 최소화하면서 상승된 반응제와 배가스를 하부방향으로 재순환할 수 있도록 유도할 수 있어 반응성을 향상시킬 수 있다.
한편, 유출부는 상기 상부 반응챔버의 외주면을 따라 형성되므로, 상기 실린더부에 의해 사이클론의 형태 또는 도우넛 형태로 형성되는 상부공간에서의 유동 상태를 고려하여, 최적화된 형태로 자연스럽게 상기 반응제와 배가스를 외부로 유출할 수 있다.
또한, 유입부는 상기 사이클론 챔버의 원주면을 따라 복수개가 연결되어, 보다 다양한 방향으로 입자상물질을 인입시켜, 반응성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 사이클론 챔버와 가속확산 챔버 사이가 원통형 형상의 벤츄리부를 통해 연결됨으로써, 상기 사이클론 챔버를 통해 인입되는 배가스가 상기 벤츄리부를 통과하면서 가속화가 유도되어 상기 가속확산 챔버를 통해 인입되는 상기 반응제와의 보다 효과적인 혼합이 가능하게 된다.
도 1은 종래 기술에 의한 건식 반응가속장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 건식 반응가속장치에서의 반응유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 반응유닛을 측부에서 관찰한 투영도이다.
도 4는 도 2의 반응유닛을 상부에서 관찰한 투영도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2의 반응유닛의 내부에서의 시간의 흐름에 따른 배가스와 반응제의 유동 상태를 도시한 이미지들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 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. 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. 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 건식 반응가속장치를 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 건식 반응가속장치(1)(대한민국 등록특허공보 제10-1617759호 참조)는 사이클론 챔버(2), 가속확산부(3), 반응제 공급부(4), 반응챔버(5), 여과 집진부(6), 반응제 재공급부(7) 및 입자 배출부(8)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 사이클론 챔버(2)는 유입된 배가스를 회전유동시켜 상기 배가스에 함유된 입자상물질을 제거하며, 상기 가속확산부(3)는 상기 사이클론 챔버(2)의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 균일하게 분산 및 확산되도록 한다.
상기 반응제 공급부(4)는 상기 가속 확산부(3)로 상기 반응제를 공급하고, 상기 반응챔버(5)는 내부에서 상기 가속확산부(3)의 상부에 연결되어 상기 배가스와 상기 반응제가 상부로 회전 상승하며 서로 반응한다.
상기 여과 집진부(6)는 상기 반응챔부(5)에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집하고, 상기 반응제 재공급부(7)는 상기 여과 집진부(6)에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부(3)로 재공급한다.
한편, 상기 입자 배출부(8)는 상기 여과 집진부(6)에서 포집된 반응제 중 이물질 등과 같은 입자상 물질을 제거하여 상기 반응제 공급부(7)로 제공한다.
본 발명의 실시예에 의한 건식 반응가속장치에서는 상기 종래 기술에 의한 건식 반응가속장치(1)와 상기 사이클론 챔버(2), 가속확산부(3) 및 반응챔버(4)를 제외하고는, 상기 반응제 공급부(4), 여과 집진부(6), 반응제 재공급부(7) 및 입자 배출부(8)는 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 비록 반응유닛에 대하여만 설명하나, 종래 기술(대한민국 등록특허공보 제10-1617759호 참조)에 의한 상기 반응제 공급부(4), 여과 집진부(6), 반응제 재공급부(7) 및 입자 배출부(8)는 후술되는 반응유닛과 연결되어 전체적으로 건식 반응가속장치를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 건식 반응가속장치에서의 반응유닛을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 반응유닛을 측부에서 관찰한 투영도이다. 도 4는 도 2의 반응유닛을 상부에서 관찰한 투영도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 건식 반응가속장치에서의 반응유닛(10)은 상부 반응챔버(100), 사이클론 챔버(200), 벤츄리부(300), 가속확산부(400), 하부 반응챔버(500) 및 실린더부(600)를 포함한다.
상기 사이클론 챔버(200)는 유입부(210)를 포함하며, 상기 유입부(210)를 통해 입자상물질이 포함된 배가스가 유입된다.
이 경우, 상기 유입부(210)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 사이클론 챔버(200)의 원주면을 따라 복수개가 형성될 수 있으며, 이를 통해 다양한 방향으로 상기 사이클론 챔버(200)의 내측으로 입자상 물질이 포함된 배가스를 유입시킬 수 있다.
즉, 상기 유입부(210) 외에, 제1 및 제2 보조 유입부들(220, 230)이 상기 사이클론 챔버(200)의 원주면을 따라 연결되며, 상기 유입부(210) 및 상기 제1 및 제2 보조 유입부들(220, 230)은 모두 유입관(240)과 연결되어, 상기 입자상 물질이 포함된 배가스를 제공받는다.
그리하여, 상기 배가스는 상기 사이클론 챔버(200)의 내부에서 보다 다양한 방향으로의 회전유동이 유도되어, 상기 입자상물질의 효과적인 제거가 가능하게 된다.
상기 사이클론 챔버(200)는 원통형 형상의 중앙부 형상을 가지며, 상기 중앙부로부터 하측으로 연장됨에 따라 반경이 줄어드는 원추형 형상으로 형성된다.
상기 사이클론 챔버(200)에서는, 상기 유입된 배가스를 회전유동시켜 상기 배가스에 포함된 입자상물질, 예를 들어 먼지 등과 같은 이물질을 하측으로 제거한다. 이 경우, 상기 사이클론 챔버(200)에서는 인입되는 배가스의 속도를 저하시켜 하강을 유도함에 따라 중력을 통해 상기 입자상 물질을 하측으로 제거할 수 있다.
상기 사이클론 챔버(200)의 상측으로는 상기 벤츄리부(300)가 연결되며, 이 경우, 상기 사이클론 챔버(200)는 하측으로만 연장되면서 반경이 감소하는 원추형 형상을 가지므로 상기 벤츄리부(300)는 상기 사이클론 챔버(200)보다는 작은 반경을 가지는 원통형 형상을 가진다.
이 경우, 상기 입자상 물질이 제거된 상기 배가스가 상대적으로 좁은 반경의 상기 벤츄리부(300)를 통과하면서 상대적으로 속도가 저하되어 확산이 제한되고, 이에 따라 상기 벤츄리부(300)를 통과한 상기 배가스는 후술되는 상기 가속확산부(400)에서 급격하게 확산되며 상승하게 된다.
상기 가속 확산부(400)는 가속확산챔버(410) 및 노즐유닛(420)을 포함하며, 상기 가속확산챔버(410)의 하단은 상기 벤츄리부(300)의 상단에 연결된다.
이 경우, 상기 가속확산챔버(410)는 상측으로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상을 가지며 이에 따라, 상기 벤츄리부(300)를 통과한 상기 배가스는 상기 가속확산챔버(410)를 통과하면서 회전유동 및 상승속도가 가속된다.
상기 노즐유닛(420)은 상기 가속확산챔버(410)의 내측으로 인입되며, 복수개가 상기 가속확산챔버(410)의 원주방향으로 동일한 간격으로 형성될 수 있으며, 상기 노즐유닛(420)의 개수 및 간격은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 노즐유닛(420)은 도시하지는 않았으나, 앞서 설명한 반응제 공급부와 연결되어 반응제를 공급받을 수 있으며, 또한 상기 노즐유닛(420)의 일부는 도시하지는 않았으나 앞서 설명한 반응제 재공급부와 연결되어 반응제를 재공급받을 수도 있다.
한편, 예를 들어, 상기 배가스가 황산화물을 포함하는 경우, 상기 황산화물을 제거하기 위한 반응제로 알칼리성 분말 흡수제로 Ca(OH)2가 사용될 수 있다. 나아가, 상기 배가스가 화석연료 연소 배가스 또는 폐기물 소각 배가스라면 이에 함유된 산성가스를 제거하기 위한 알칼리성 분말 흡수제로 NaOH, KOH, Na2CO3 중 어느 하나가 사용되어 상기 배가스 중의 붕소화합물을 제거할 수 있다.
상기 하부 반응챔버(500)는 상기 가속확산챔버(410)의 상측으로 연결되며, 원통형 형상의 챔버 형상을 가진다.
그리하여, 상기 가속확산챔버(410)를 통과하며 회전유동과 상승속도가 가속되며 보다 균일하게 분산 및 확산된 상기 배가스 및 상기 반응제는 상기 하부 반응챔버(500)의 내부에서 상부방향으로 회전 유동이 유동되며 반응하게 된다.
또한, 상기 하부 반응챔버(500)의 상부에는 상기 하부 반응챔버(500)의 직경보다 큰 직경으로 형성되는 원통형 형상의 상부 반응챔버(100)가 연결되며, 이에 따라, 상기 하부 반응챔버(500)를 통과하며 반응이 수행되는 배가스 및 반응제는 상기 상부 반응챔버(100)로 추가로 이동되어 유동되며 반응이 수행된다.
이와 같이, 상기 배가스 및 상기 반응제는 상기 상부 반응챔버(100)를 통해 상부방향으로 회전 유동이 유도되어 반응된 후, 상기 상부 반응챔버(100)의 상측 일단에 연결된 유출부(110)를 통해 유출된다.
한편, 상기 상부 반응챔버(100)의 내부에는 실린더부(600)가 배치된다.
보다 구체적으로, 상기 실린더부(600)는 상기 상부 반응챔버(100)의 직경보다 작은 직경을 가지는 원통형, 즉 실린더 형상으로 형성되며, 상기 상부 반응챔버(100)의 챔버 상면(101) 상에 고정된다.
즉, 상기 실린더부(600)는 하면(610), 상면(620) 및 측면(630)을 포함하는데, 상기 상면(620)은 상기 챔버 상면(101)과 접하도록 형성된다.
이 경우, 상기 실린더부(600)의 상면(620)은 상기 챔버 상면(101)을 공유하도록 형성될 수도 있다. 그리하여, 상기 실린더부(600)의 상면(620)과 상기 상부 반응챔버(100)의 챔버 상면(101) 사이에는 별도의 공간이나 갭(gap)이 형성되지 않고 밀폐된다.
상기 하면(610)은 상기 상면(620)으로부터 소정거리 이격되어 위치하며, 상기 상면(620)과 동일한 형상인 원형 플레이트 형상을 갖는다.
상기 측면(630)은 상기 상면(620) 및 상기 하면(610)의 사이를 밀폐하며, 실린더 형상의 측부를 형성한다. 그리하여, 상기 실린더부(600)는 외부, 즉 상기 상부 반응챔버(100)의 내부와는 밀폐되며, 상기 상부 반응챔버(100)의 내부에서 반응되는 배가스 및 반응제는 상기 실린더부(600)의 내부로 인입되지는 않는다.
또한, 상기 실린더부(600)의 외부와 상기 상부 반응챔버(100)의 외주면의 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에서 관측하였을 때, 도우넛 형상 또는 사이클론 형상의 상부 공간(105)이 형성된다.
그리하여, 상기 상부 반응챔버(100)의 상부로 이동된 배가스 및 반응제는 상기 유출부(110)로 바로 유출되지 않고, 상기 실린더부(600)에 의해 상부 방향으로의 유동이 1차적으로 방해되어 하측으로 재순환된다. 그리하여, 상기 배가스 및 반응제는 상기 실린더부(600)에 의한 방해로 상기 상부 반응챔버(100), 나아가 상기 하부 반응챔버(500)의 내측에서 체류하는 시간이 증가하며 재순환된다.
이 후, 재 상승한 상기 배가스 및 반응제는 상기 실린더부(600)와 상기 상부 반응챔버(100)의 외주면의 사이인, 상기 상부 공간(105)을 따라서 회전 유동, 즉 사이클론 유동을 수행하게 된다.
한편, 상기 유출부(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부 반응챔버(100)의 외주면을 따라, 상기 상부 반응챔버(100)에 연결되며, 결국 상기 상부 공간(105)에 연결된다.
그리하여, 상기 상부 공간(105)을 따라서 회전 유동, 즉 사이클론 유동으로 혼합 효과가 향상된 상기 배가스와 반응제는 자연스럽게 상기 유출부(110)를 통해 유출되게 된다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2의 반응유닛의 내부에서의 시간의 흐름에 따른 배가스와 반응제의 유동 상태를 도시한 이미지들이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 상기 반응유닛의 상기 상부 반응챔버(100)까지 회전하여 혼합되며 상승하는 상기 배가스와 반응제는, 상기 실린더부(600)에 의해 1차적으로 추가 상승이 제어되며 하부로 재하강되는 것을 확인할 수 있다(도 5b 참조).
이 후, 다시 상승된 상기 배가스와 반응제는 상기 실린더부(600)와 상기 상부 반응챔버(100)의 외주면 사이의 공간인 상부 공간(105)을 따라 회전유동되며 추가적인 혼합이 발생하게 되며(도 5c 참조), 이러한 회전유동이 충분히 발생되면서 상기 유출부(110)를 통해 유출되는 것을 확인할 수 있다(도 5d 참조).
이상과 같이, 상기 실린더부(600)가 구비되지 않는 경우 상기 상부 반응챔버(100)에서 상기 유출부(110)로 바로 유출됨에 따라, 상기 반응제와 배가스의 혼합이 충분하지 못한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 상부 반응챔버(100)의 상부에서 별도의 유동 흐름이 발생하지 않아 상기 반응제와 배가스가 적체되거나 정체되는 문제를 해결할 수 있다.
즉, 상기 상부 공간(105)은 사이클론 형태의 회전이 가능하도록 도우넛 형태의 공간으로 형성됨에 따라, 상부 상승한 상기 반응제와 배가스는 상기 상부 공간(105)을 따라 자연스럽게 유동되며 혼합되며, 상기 상부 반응챔버(100)의 외주면을 따라 형성되는 상기 유출부(110)를 통해 자연스럽게 외부로 유출될 수 있으므로, 종래 단순 원통형 형상의 상부 반응챔버(100)에 유출부가 연결되는 경우 상부 반응챔버의 상부에서 상기 반응제와 배가스가 적체되거나 정체되는 문제가 해결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 반응챔버에 배치된 실린더부에 의해, 반응제와 배가스의 균일한 분산 및 확산이 보다 유도된다. 즉, 상기 실린더부가 배치됨에 따라, 상기 반응제와 배가스가 유출부를 통해 바로 유출되는 것을 차단하며 상기 반응제의 체류 시간을 증가시키고, 하부로의 재순환을 유도하여 이에 따른 분산 및 확산이 보다 유도되며, 상기 반응챔버 내부의 압력을 저감시켜 보다 안정적인 분산 및 확산이 수행될 수 있다. 이에 따라 상기 반응제와 상기 배가스 사이의 반응성이 보다 향상된다.
특히, 상기 실린더부는 밀폐된 형상으로 상기 상부 반응챔버의 상부에 고정된 형태로 형성됨으로써, 상기 반응챔버의 내부에서의 반응제와 배가스 사이의 분산이나 확산에 대한 방해를 최소화하면서 상승된 반응제와 배가스를 하부방향으로 재순환할 수 있도록 유도할 수 있어 반응성을 향상시킬 수 있다.
한편, 유출부는 상기 상부 반응챔버의 외주면을 따라 형성되므로, 상기 실린더부에 의해 사이클론의 형태 또는 도우넛 형태로 형성되는 상부공간에서의 유동 상태를 고려하여, 최적화된 형태로 자연스럽게 상기 반응제와 배가스를 외부로 유출할 수 있다.
또한, 유입부는 상기 사이클론 챔버의 원주면을 따라 복수개가 연결되어, 보다 다양한 방향으로 입자상물질을 인입시켜, 반응성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 사이클론 챔버와 가속확산 챔버 사이가 원통형 형상의 벤츄리부를 통해 연결됨으로써, 상기 사이클론 챔버를 통해 인입되는 배가스가 상기 벤츄리부를 통과하면서 가속화가 유도되어 상기 가속확산 챔버를 통해 인입되는 상기 반응제와의 보다 효과적인 혼합이 가능하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 건식 반응가속장치는 소각 배가스에 함유된 입자상물질을 제거하기 위해 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 반응유닛 100 : 상부 반응챔버
105 : 상부공간 101 : 챔버 상면
110 : 유출부 200 : 사이클론 챔버
210 : 유입부 300 : 벤츄리부
400 : 가속 확산부 410 : 가속확산 챔버
420 : 노즐유닛 500 : 하부 반응챔버
600 : 실린더부

Claims (10)

  1. 반응유닛을 포함하는 건식 반응가속장치에서, 상기 반응유닛은,
    유입부로 유입된 입자상물질을 포함한 배가스를 회전유동시켜 상기 입자상물질을 제거하는 사이클론 챔버;
    상기 사이클론 챔버의 상부에 연결되어 반응제가 유입되며, 상기 배가스의 회전유동 및 상승속도를 가속시켜 상기 반응제와 상기 배가스가 분산 및 확산되는 가속확산부;
    상기 가속확산부의 상부에 연결되어 상기 반응제와 상기 배가스가 상부로 회전 상승하며 서로 반응하여 유출부로 배출되는 하부 및 상부 반응챔버들; 및
    상기 상부 반응챔버의 상측 내부에 배치된 실린더부를 포함하고,
    상기 실린더부는 원형 플레이트 형상의 상면 및 하면, 상기 상면 및 하면 사이를 밀폐하는 측부를 포함하고,
    상기 반응제와 상기 배가스는 상부로 이동하다 상기 실린더부에 의해 상부 방향으로의 유동이 1차적으로 방해되어 하측으로 재순환되어, 상기 상부 및 하부 반응챔버들의 내부에서의 잔류 시간이 연장되며, 상기 배가스와의 재순환이 유도되고,
    이 후 재상승한 상기 배가스 및 반응제는 상기 실린더부와 상기 상부 반응챔버의 외주면 사이인 상부 공간을 따라 회전유동한 후 상기 유출부를 통해 유출되는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 공간은 상기 실린더부의 측면의 외부를 따라 상기 상부 반응챔버의 내부에 도우넛 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가속확산부는,
    하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 형상의 가속확산챔버; 및
    상기 가속확산챔버의 내부로 인입되는 복수의 노즐유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 사이클론 챔버의 상측 끝단과 상기 가속확산챔버의 하측 끝단 사이를 동일한 반경을 가지는 원통형 형상으로 연결하는 벤츄리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유출부는,
    상기 상부 반응챔버의 외주면을 따라, 상기 상부 반응챔버의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유입부는,
    상기 사이클론 챔버의 원주면을 따라 복수개가 연결되어, 선택적으로 상기 입자상물질을 유입시키는 것을 특징으로 하는 건식 반응가속장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가속확산부로 상기 반응제를 공급하는 반응제 공급부;
    상기 반응챔버에서 반응이 종료된 상기 배가스를 여과하며, 반응하지 않은 반응제를 포집하는 여과집진부; 및
    상기 여과집진부에서 포집된 반응제를 상기 가속확산부로 재공급하는 반응제 재공급부를 더 포함하는 건식 반응가속장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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