KR102469555B1 - 입자 및 가스 물질 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입자 및 가스 물질 처리장치에 관한 것으로서, 상기 처리장치는, 배관을 통해 유입되는 상기 배가스 중 중량이 상대적으로 큰 입자가 포집되는 침강챔버; 상기 침강챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 침강챔버의 어느 일단에 형성된 제 1 혼합챔버; 상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 제 1 혼합챔버의 일단에 형성된 제 2 혼합챔버; 및 상기 제 1 혼합챔버 및 상기 제 2 혼합챔버의 사이에 연결된 배관 중 어느 일부에 형성되어, 상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부에 회전력을 인가하여 상기 제 2 혼합챔버로 배출하기 위한 스테틱 믹서(static mixer);를 포함하고, 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버는, 위치에 따라 가이드 베인(guide vane), 금속 메쉬(metal mesh) 및 분사부(water spray)를 각각 포함할 수 있다.

Description

입자 및 가스 물질 처리장치{Treatment apparatus of particle and gas material}
본 발명은 입자 및 가스 물질 처리장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유해물질을 포함하는 배가스의 처리를 위한 입자 및 가스 물질 처리장치에 관한 것이다.
제철소, 발전소 등 유연탄을 사용하는 공정에는 하역에서부터 이송, 저장, 분쇄, 연소과정 등 모든 공정에서 석탄 분진에 노출될 수 있다. 특히, 저탄장에 적치되어 있는 석탄은 자연 발화로 인해 휘발성유기화합물(VOCs)이 생성되기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 일반적으로, 여과 집진기를 설치하여 유해 배가스에 포함된 입자상 물질, 분진 등과 같은 이물질을 포집하고 정화시킨다. 하지만, 다양한 1급 발암물질인 휘발성유기화합물이 존재함에도 불구하고 적절한 관리가 이루어지지 않아 노동자의 건강관리에 많은 문제가 있는 것으로 확인 되었다.
또한, 저탄장의 경우, 자연발화를 막기 위해서 물을 분사하는데, 분진과 수분이 응집하여 필터에 붙게 되고 기존 펄싱 방법으로는 탈진이 안되어 팬(FAN)에 부하가 생기게 된다. 따라서, 입자상 물질 및 휘발성유기화합물을 효율적으로 제거하기 위한 설비 및 운전 방법의 수립이 필요하다.
종래에는 이와 같이, 휘발성유기화합물은 자연발화를 막기 위해 분사되는 물과 응집되어 장치에 과부하가 걸리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 효율적으로 휘발성유기화합물을 제거함으로써, 후단부에 연결된 백필터(bag filter)의 부하를 줄일 수 있는 입자 및 가스 물질 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 및 가스 물질 처리장치를 제공한다. 상기 입자 및 가스 물질 처리장치는 배관을 통해 유입되는 상기 배가스 중 중량이 상대적으로 큰 입자가 포집되는 침강챔버; 상기 침강챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 침강챔버의 어느 일단에 형성된 제 1 혼합챔버; 상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 제 1 혼합챔버의 일단에 형성된 제 2 혼합챔버; 및 상기 제 1 혼합챔버 및 상기 제 2 혼합챔버의 사이에 연결된 배관 중 어느 일부에 형성되어, 상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부에 회전력을 인가하여 상기 제 2 혼합챔버로 배출하기 위한 스테틱 믹서(static mixer);를 포함하고, 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버는, 위치에 따라 가이드 베인(guide vane), 금속 메쉬(metal mesh) 및 분사부(water spray)를 각각 포함할 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 금속 메쉬(metal mesh)는 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 중앙 부분에 형성되며, 상기 배가스를 구성하는 입자에 정전을 부여함으로써 상기 입자를 이온화시켜서 메쉬에 포집되도록 각 챔버의 외부에 형성된 전력공급장치 및 인버터를 이용하여 전력을 공급할 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 전력은 펄스(pulse) 형태로 인가될 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 가이드 베인은 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 유입구에 형성되어 상기 배가스를 구성하는 입자에 회전력과 유입되는 속도를 증가시킬 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 분사부는 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 배출구에 형성되어 상기 가이드 베인 및 금속 메쉬가 위치한 방향으로 물을 분사할 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 침강챔버는 제 1 구역 및 제 2 구역으로 구분되며, 상기 제 1 혼합챔버는 상기 제 1 구역의 어느 일단에 연결되고, 상기 제 2 혼합챔버는 상기 제 2 구역의 어느 일단에 연결될 수 있다.
상기 입자 및 가스 물질 처리장치에 있어서, 상기 제 2 혼합챔버에서 제거되지 않고 배출되는 입자를 제거하도록 상기 제 2 구역의 어느 일단에 연결된 백필터(bag filter)를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조대한 입자 및 휘발성유기화합물을 효율적으로 제거함으로써, 필터 및 팬의 수명을 증가시킬 수 있는 입자 및 가스 물질 처리장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 및 가스 물질 처리장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실험예에 따른 입자 가스 물질 처리장치에 인가되는 전력 방식에 따른 에너지 소모량을 비교분석한 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
종래에는 발전소 및 제철소 저탄장에 설치된 기존 집진기의 경우, 연소 공정이 아니기 때문에 수분에 취약한 문제점이 있었다. 이를 해소하기 위해서, 싸이클론(cyclone)과 백필터(bag filter)를 융합한 장치를 사용하고 있다. 그러나, 실제로는 싸이클론 역할이 제대로 이루어 지지 않아 백(Bag)에 분진과 수분이 응집하여 탈진이 안되는 문제점을 갖고 있다. 여기서, 상기 싸이클론은 흡입된 공기와 먼지가 원심력에 의해 먼지만 먼지통으로 보내고, 공기는 외부로 배출되는 방식을 의미한다.
이렇게 탈진이 제대로 작동하지 않을 경우, 차압이 상승하여 팬(FAN)에 과부하 현상이 일어나게 되며, 이로 인해, 주기적인 청소 작업 및 팬(FAN) 교체 작업을 수행해야 한다. 또, 석탄에는 함량 기준으로 30% 내지 40% 정도의 휘발성유기화합물이 포함되어 있다. 상기 휘발성유기화합물은 열에 약해, 온도가 상승하게 되면 가스 상태로 공기 중으로 휘발되어 작업자들의 건강을 위협하게 되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 상기 문제점을 개선하고자 여과 집진기 전단에 선회류식 스크러버(Scrubber)를 설치하여 조대한 입자 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하고자 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 및 가스 물질 처리장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다. 이하에서, 각 구성요소들은 유입구와 배출구를 각각 포함하며, 배가스 입자들의 유입 및 배출되는 방향에 대해 각 도면에 별도로 표기하였다. 도면에서 Flue gas stream은 유해 배가스의 흐름을 도시한 것을 의미하며, Cooling water는 분사부에서 분사되는 흡수제의 흐름을 도시한 것을 의미한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 및 가스 물질 처리장치(100)는 침강챔버(10), 제 1 혼합챔버(20), 스테틱 믹서(static mixer; 30), 제 2 혼합챔버(40) 및 백필터(bag filter; 60)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 혼합챔버(20) 및 제 2 혼합챔버(40)는 동일한 형태의 챔버이며, 유해 배가스를 구성하는 입자 및 가스들이 챔버 내부에서 혼합되어 챔버의 벽에 포집된다.
침강챔버(10)는 배관을 통해 유입되는 상기 배가스 중 중량이 상대적으로 큰 입자가 포집될 수 있다. 침강챔버(10)는 제 1 구역(12) 및 제 2 구역(14)으로 구분되며, 제 1 혼합챔버(20)는 제 1 구역(12)의 어느 일단에 연결되고, 제 2 혼합챔버(40)는 제 2 구역(14)의 어느 일단에 연결된다. 백필터(60)는 침강챔버(10)의 제 2 구역(14)의 배출구에 연결되며, 제 2 혼합챔버(40)에서 제거되지 않고 배출되는 입자를 제거하는 기능을 수행한다.
한편, 제 1 혼합챔버(20)는 침강챔버(10)로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집한다. 제 2 혼합챔버(40)는 제 1 혼합챔버(20)의 일단에 형성되어 제 1 혼합챔버(20)로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집한다. 제 1 혼합챔버(20) 및 제 2 혼합챔버(40) 배관에 의해 서로 직렬로 연결되며, 상기 배관의 어느 일부에는 스테틱 믹서(30)를 포함한다. 스테틱 믹서(30)는 제 1 혼합챔버(20)로부터 유입되는 상기 배가스의 일부에 회전력을 인가하여 제 2 혼합챔버(40)로 배출하는 기능을 수행한다. 여기서, 스테틱 믹서(30)는 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 구체적인 내용은 생략한다.
이하에서, 제 1 혼합챔버(20) 및 제 2 혼합챔버(40)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
도 2를 참조하면, 제 1 혼합챔버(20)와 제 2 혼합챔버(40)에는 위치에 따라 가이드 베인(guide vane; 22, 42), 금속 메쉬(metal mesh; 24, 44) 및 분사부(water spray; 26, 46)를 각각 포함할 수 있다.
침강챔버(10)에 유입된 배가스 중 중량이 상대적으로 더 큰 입자 및 가스들은 급격히 줄어드는 유속에 의해 침강되어 침강챔버(10)의 하부에 포집된다. 침강챔버(10) 내에 포집되지 않은 상기 배가스는 침강챔버(10)의 배출구에 연결된 제 1 혼합챔버(20)로 유입된다. 이때, 제 1 혼합챔버(20)의 유입구에는 제 1 가이드 베인(22)이 형성되어 있어서, 유입되는 배가스를 구성하는 입자 및 가스에 회전력과 유속을 증대시켜서 제 1 혼합챔버(20)의 배출구로 배출시킨다.
이후에 제 1 혼합챔버(20)의 배출구에 형성된 제 1 분사부(26)에서 제 1 가이드 베인(22)이 형성되어 있는 방향으로 미세 액적을 분무하여 기체-액체 접촉 및 고체-액체 접촉을 촉진하여 미세 분진 및 액적이 상기 회전력에 의해 제 1 혼합챔버(20)의 벽면에 포집처리될 수 있다. 제 1 분사부(26)에서 분사되는 흡수제는 예를 들어, VOCs 제거용인 알칼리 수용액(HCl), 에칸올, 아민, 가성소다, 차염소산 등을 사용할 수 있다. 또, 사용된 흡수제는 재활용을 통해 흡수제 사용량을 저감 할 수 있다.
한편, 제 1 혼합챔버(20) 내부에 정전기력을 인가하여 미세 분진 및 액적의 집진 기능을 더 향상시킬 수 있다. 상기 정전기력은 제 1 혼합챔버(20)의 중앙부분에 위치한 제 1 금속 메쉬(24)에 전력을 공급함으로써 인가할 수 있다. 제 1 금속 메쉬(24)에 전력이 인가되면, 상기 배가스를 구성하는 입자에 정전을 부여함으로써 상기 입자를 이온화시켜서 메쉬에 포집시킬 수 있다. 여기서, 제 1 금속 메쉬(24)는 약 지름 2cm 내외의 복수개의 홀을 구비한다.
전력 공급은 제 1 혼합챔버(20)의 외부에 배치된 전력공급장치(52)에 인버터(54)를 추가로 설치하여 펄스(pulse) 형태의 전기공급방식으로 제 1 금속 메쉬(24)에 간헐적으로 공급한다. 구체적으로 본 발명의 실험예에 따른 입자 가스 물질 처리장치에 인가되는 전력 방식에 따른 에너지 소모량을 비교분석한 결과인 도 3 및 도 4를 참조할 경우, 종래의 직류(DC) 형태의 전기공급방식(도 4)보다 펄스 형태의 전기공급방식(도 3)이 상대적으로 에너지의 소모량이 감소하여 경제적으로 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이, 입자 포집 과정이 수행된 후 제 1 혼합챔버(20)의 내벽에 포집되지 않은 배가스의 일부가 배관을 거쳐 스테틱 믹서(30)로 이동된다. 상기 배가스를 구성하는 입자 및 가스의 유속이 초기에 챔버 내로 유입될 때보다 많이 감소한 상태이므로, 스테틱 믹서(30)를 이용하여 상기 배가스에 재차 회전력을 인가한 후 일측에 연결된 제 2 혼합챔버(40)로 유입시킨다.
제 2 혼합챔버(40)는 제 1 혼합챔버(20)와 동일한 형태를 가지며, 유입구에 제 2 가이드 베인(42)이 형성되어 유입된 상기 배가스에 원심력을 강하게 인가할 수 있다. 이후에 출입구에 형성된 제 2 분사부(46)에서 연속적으로 흡수제를 분수할 수 있다. 이와 동시에 전력공급장치(52) 및 인버터(54)를 이용하여 제 2 혼합챔버(40)의 중앙부분에 형성된 제 2 금속 메쉬(44)에 전력을 인가함으로써, 상기 배가스를 구성하는 입자에 정전을 부여함으로써 상기 입자를 이온화시켜서 메쉬에 포집시킬 수 있다.
제 2 혼합챔버(40)에 포집되지 않은 미세 분진이나 입자들은 다시 침강챔버(10)의 제 2 구역(14)으로 유입되며, 침강챔버(10)의 배출구에 연결된 백필터(60)로 이동되어 포집될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 및 가스 물질 처리장치는 침강챔버와 입자에 선회류(원심력)를 인가할 수 있는 2개의 존(zone)을 갖는 혼합챔버로 구성되어 있다. 이때, 배관 내에 빠르게 유입되는 유해 배가스가 침강챔버로 유입되면, 유속의 저하로 100um 이상의 조대한 입자는 침강챔버의 하부로 떨어지게 된다. 미세한 입자들은 혼합챔버 내에 구비된 가이드 베인을 이용하여 선회류를 인가하고, 흡수제를 분사함으로써 휘발성유기화합물을 제거할 수 있다. 이렇게 조대한 입자와 휘발성유기화합물을 상기 챔버들을 이용하여 제거한 이후에 유입되는 미세한 분진은 후단에 배치된 백필터(Bag Filter)에서 최종적으로 정화가 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 침강챔버
12: 제 1 구역
14: 제 2 구역
20: 제 1 혼합챔버
22: 제 1 가이드 베인
24: 제 1 금속 메쉬
26: 제 1 분사부
30: 스테틱 믹서
40: 제 2 혼합챔버
42: 제 2 가이드 베인
44: 제 2 금속 메쉬
46: 제 2 분사부
52: 전력공급장치
54: 인버터
60: 백필터
100: 입자 및 가스 물질 처리장치

Claims (7)

  1. 유해 배가스의 처리를 위한 입자 및 가스 물질 처리장치로서,
    상기 처리장치는,
    배관을 통해 유입되는 상기 배가스 중 중량이 상대적으로 큰 입자가 포집되는 침강챔버;
    상기 침강챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 침강챔버의 어느 일단에 형성된 제 1 혼합챔버;
    상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부를 포집하기 위해서, 상기 제 1 혼합챔버의 일단에 형성된 제 2 혼합챔버; 및
    상기 제 1 혼합챔버 및 상기 제 2 혼합챔버의 사이에 연결된 배관 중 어느 일부에 형성되어, 상기 제 1 혼합챔버로부터 유입되는 상기 배가스의 일부에 회전력을 인가하여 상기 제 2 혼합챔버로 배출하기 위한 스테틱 믹서(static mixer);를 포함하고,
    상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버는,
    위치에 따라 가이드 베인(guide vane), 금속 메쉬(metal mesh) 및 분사부(spray)를 각각 포함하며,
    상기 가이드 베인은 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 유입구에 형성되어 상기 배가스를 구성하는 입자에 회전력과 유입되는 속도를 증가시키고,
    상기 제 1 혼합챔버 내에 구비된 가이드 베인이 형성되어 있는 방향으로 미세 액적을 분무하여 미세 분진 및 액적이 회전력에 의해 상기 제 1 혼합챔버의 벽면에 포집처리되며,
    상기 금속 메쉬(metal mesh)는 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 중앙 부분에 형성되며, 상기 배가스를 구성하는 입자에 정전을 부여함으로써 상기 입자를 이온화시켜서 메쉬에 포집되도록 각 챔버의 외부에 형성된 전력공급장치 및 인버터를 이용하여 펄스(pulse) 형태의 전기공급방식으로 상기 금속 메쉬에 전력을 간헐적으로 공급할 수 있는,
    입자 및 가스 물질 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 제 1 혼합챔버 및 제 2 혼합챔버의 배출구에 형성되어 상기 가이드 베인 및 금속 메쉬가 위치한 방향으로 물을 분사하는,
    입자 및 가스 물질 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 침강챔버는 제 1 구역 및 제 2 구역으로 구분되며, 상기 제 1 혼합챔버는 상기 제 1 구역의 어느 일단에 연결되고, 상기 제 2 혼합챔버는 상기 제 2 구역의 어느 일단에 연결되는,
    입자 및 가스 물질 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 혼합챔버에서 제거되지 않고 배출되는 입자를 제거하도록 상기 제 2 구역의 어느 일단에 연결된 백필터(bag filter)를 더 포함하는,
    입자 및 가스 물질 처리장치.
KR1020200161210A 2020-11-26 2020-11-26 입자 및 가스 물질 처리장치 KR102469555B1 (ko)

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