KR20020016228A - 펄스젯 여과집진기용 분사노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직경을 가변적으로 형성하여 토출되는 1차공기량 및 그 1차공기량의 토출시 발생되어 여과포를 향해 유입되는 2차공기량의 합인 총괄 공기량 또는 총괄 에너지를 극대화시킴으로써, 여과포의 탈진성능을 향상시킬 수 있는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐을 제공한다. 그 분사노즐은 송풍튜브내부와 연통하여 공기를 배출시키도록 그 송풍튜브에 고정되는 인입구; 그 인입구에 일체로 형성되며 그 인입구로부터 외측을 향해 직경이 가변적으로 수렴 형성되는 본체부; 및 그 본체부의 단부에 일체로 형성되며 송풍튜브의 공기를 여과포를 향해 분출시키기 위한 분출구로 구성된다. 본체부의 직경은 상기 인입구로부터 상기 분출구를 향해 약 21°내지 61°의 수렴각(a)으로 점진적으로 감소하도록 형성된다.

Description

펄스젯 여과집진기용 분사노즐{nozzle for pulse-jet baghouse system}

본 발명은 펄스젯 여과 집진기에서 여과포 표면에 부착된 분진을 탈진시키기 위한 분사노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동일한 탈진조건에서 여과포내의 압력분포 또는 최대압력을 높일 수 있어 성능을 극대화시킬 수 있는 펄스젯 여과 집진기용 분사노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 또는 대기중에 함유된 분진을 포집하기 위해, 여과집진기술, 전기집진기술, 세정집진기술 등 다양한 기술이 제안되어 있다. 이와 같은 포집방식들 중 여과집진 기술은 배기가스 중에 함유된 분진을 여과포를 이용하여 포집하는 방법이다. 이 같은 여과집진기술은 산업체의 분진발생공정에서는 대부분 이용될 수 있으며, 대표적인 산업공정으로는 철강공정, 소각공정, 시멘트공정, 연소공정, 제지공정, 코크스공정 등에 유용하게 이용되고 있다. 한편, 이와 같은 여과집진기술에 사용되는 여과집진기는 사용되는 여과포의 종류, 집진기 내의 여과포의 설치방법, 여과포 표면에 포집된 분진을 탈진하는 방법 등에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 이 중에서 탈진 방법에 따라, 크게 진동 탈진방식(shake cleaning), 역기류 탈진방식(reverse air cleaning), 펄스젯방식(pulse-jet cleaning) 등이 있다. 이 중에서, 가장 널리 사용되고 있는 펄스젯방식은 고압의 압축공기를 여과포에 여과방향과 반대방향으로 주기적으로 분사하여 그 충격력을 이용하여 여과포 표면에 부착된 분진을 탈진시키는 방식이며, 이와 같은 방식을 채용한 집진기를 펄스젯 여과집진기라 칭한다.

이 같은 펄스젯 여과집진기는, 여과포에 부착된 분진을 탈진시킬 때 탈진에 사용되는 총괄 탈진에너지는 여과포 내부로 유입되는 총괄 유입공기량 이다. 또한, 총괄 유입공기량은 1차공기량과 2차공기량의 합으로 이루어지며, 여기서 1차공기량은 압축공기 저장탱크에서 나오는 압축공기량 이다. 압축공기가 분사노즐을 통하여 여과포 내부로 분사될 때, 분사노즐의 유출부는 순간적인 압력차가 발생되며 이때 발생한 압력차에 의해 분사노즐 유출부 주변의 공기가 압축공기와 함께 여과포 내부로 유입된다. 이때, 유입되는 주변의 유입공기량이 2차공기량 이다. 이 같은 펄스젯 여과집긴기 시스템에서, 분사노즐의 성능은 동일한 탈진조건에서, 즉 동일한 압축공기(1차공기) 소모량의 조건에서 주변공기(2차공기)를 최대로 유입시킬수록 성능이 우수해지는 것이다. 다시 말해, 동일한 탈진조건에서 여과포내의 압력분포를 측정할 경우 여과포내의 압력분포 또는 최대압력이 높을수록 분사노즐의 성능이 우수해지는 바, 이는 유입되는 탈진 공기량이 많을수록 여과포 내부표면에 미치는 압력이 증가하기 때문이다. 다라서, 최근에는 분사노즐을 테스트하여 동일한 탈진조건에서 최대의 주변공기 유입량(2차공기)을 유발하는 분사노즐을 개발하는데 노력을 기울이고 있다.

한편, 전술된 펄스젯 여과집진장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브형의 분사노즐(1)을 구비하고 있다. 이 튜브형 분사노즐(1)은 개략적이며 부분적으로 도시된 송풍튜브(blow tube)(2)에 일체로 연통하는 인입구(1a)로부터 실제로 공기가 외부로 분출되는 토출구(1b)까지 동일한 직경을 갖는 원통형 또는 튜브형으로 형성된다.

그러나, 이와 같은 튜브형 분사노즐은 동일한 직경을 갖는 원통형으로 형성되므로 압축공기가 송풍튜브(2)로부터 인입구(1a)를 통해 유입되어 토출구(1b)를 통해 토출될 때, 그 토출구에서의 순간적인 압력차가 상대적으로 작게 발생됨으로써, 여과포를 향해 토출되는 분사노즐의 토출구(1b)주변의 공기와 압축공기의 양 및 압력이 작게된다. 이에 따라, 여과포에 인가되는 총괄 유입공기량 또는 총괄 탈진에너지가 작게되어 여과포가 충분하게 탈진되지 못하는 문제점이 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같은 홀형 분사노즐(3)은 송풍튜브(2) 자체에 오목한 형태의 홀이 형성된 방식을 취하고 있다.

그러나, 이 홀형 노즐(3) 또한 그 주변에 압력의 변화가 발생되지 않으므로 여과포에 인가되는 공기양이 부족한 것으로 나타났다. 즉, 분사노즐(3)은 오목형의 홀형태를 지니므로 압축공기가 송풍튜브(2)로부터 토출될 때 주변과의 압력차가 상대적으로 작게 발생됨으로써, 여과포에 인가되는 총괄 유입공기량이 부족하여 그 여과포가 충분하게 탈진되지 못하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 집진장치의 여과포에 대한 주변공기의 유입량을 최대화할 수 있는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 집진장치의 여과포에 대해 인가되는 총괄에너지 또는 총괄공기량을 극대화할 수 있는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 펄스젯 여과집진기용 분사노즐을 보여주는 부분 단면도.

도 2는 종래의 다른 하나의 실시예에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐을 보여주는 부분 단면도.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노즐의 구조를 보여주는 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 노즐의 구조를 보여주는 단면도.

도 5는 펄스젯 여과집진기의 성능평가용 실험장치를 보여주는 구성도.

도 6은 도 5의 실험장치에 의해 종래의 노즐과 본 발명에 따른 노즐의 압력분포를 보여주는 그래프.

도 7은 도 4에 따른 축소형 노즐의 수렴각의 변화에 대한 압력분포도를 보여주는 그래프.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♠

10,20: 분사노즐 12,22: 송풍튜브

14,24: 인입구 16,26: 본체부

18,28: 토출구

상기 목적들은 압축공기를 주기적으로 여과방향과 반대방향으로 분사하여 그 충격력을 이용하여 여과포 외면에 부착된 분진을 탈진시키기 위해 공기공급원에 연결된 송풍튜브로부터 공기를 공급받아 여과포를 향해 공기를 토출시키 위한 펄스젯 집진기용 분사노즐에 있어서, 상기 송풍튜브내부와 연통하여 공기를 배출시키도록 그 송풍튜브에 고정되는 인입구; 상기 인입구에 일체로 형성되며 그 인입구로부터 외측을 향해 직경이 가변적으로 수렴 형성되는 본체부; 및 상기 본체부의 단부에 일체로 형성되면 상기 송풍튜브의 공기를 여과포를 향해 분출시키기 위한 분출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐(10)은 기본적으로 상세히 도시되지 않은 펄스젯 여과집진기의 송풍튜브(12)에 일체로 또는 착탈 가능하게 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 분사노즐(10)은 송풍튜브(12)에 일체로 고정되며 그 송풍튜브내의 공기를 배출시키도록 그 송풍튜브의 내부와 연통하는 인입구(14)를 구비한다. 인입구(14)에는 원통형의 본체부(16)가 일체로 형성된다. 특히, 본체부(16)는 송풍튜브(12) 또는 인입구(14)로부터 외측을 향해 또는 후술되는 토출구를 향해 직경이 점차적으로 커지도록 수렴되는 것이 바람직하다. 본체부(16)의 단부, 즉, 인입구(14)의 맞은편에는 실제로 송풍튜브(12)내의 공기를 도시되지 않은 여과포를 향해 분출시키기 위한 토출구(16)가 형성된다. 토출구(16)는 본체부(16)의 외측방향으로 직경이 확대 수렴 형성됨으로써 인입구(14)의 직경보다 큰 직경을 갖게된다.

결과적으로, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐은 직경이 송풍튜브로부터 여과포를 향해 직경이 커지도록 수렴 형성됨으로써, 그 송풍튜브내의 공기가 분사노즐을 통해 분출될 때, 그 분사노즐뿐 아니라 그 주변에서의 순간적인 압력차가 충분하게 발생되는 것이다.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐은 도 3에 도시된 분사노즐의 구조와 반대인 구조를 갖는다. 즉, 분사노즐(20)은 기본적으로 상세히 도시되지 않은 펄스젯 여과집진기의 송풍튜브(22)에 일체로 또는 착탈가능하게 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 분사노즐(20)은 송풍튜브(22)에 일체로 고정되며 그 송풍튜브내의 공기를 배출시키도록 그 송풍튜브의 내부와 연통하는 인입구(24)를 구비한다. 인입구(24)에는 원통형의 본체부(26)가 일체로 형성된다. 특히, 본체부(26)는 송풍튜브(22) 또는 인입구(24)로부터 외측을 향해 또는 후술되는 토출구를 향해 직경이 점차적으로 작아지도록 수렴되는 것이 바람직하다. 본체부(26)의 단부, 즉, 인입구(24)의 맞은편에는 실제로 송풍튜브(22)내의 공기를 도시되지 않은 여과포를 향해 분출시키기 위한 토출구(28)가 형성된다. 토출구(28)는본체부(26)의 외측방향으로 직경이 축소 수렴 형성됨으로써 인입구(24)의 직경보다 작은 직경을 갖게된다.

결과적으로, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐 또한 직경이 송풍튜브로부터 여과포를 향해 직경이 작아지도록 수렴 형성됨으로써, 그 송풍튜브내의 공기가 분사노즐을 통해 분출될 때, 그 분사노즐뿐 아니라 그 주변에서의 순간적인 압력차가 발생되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 각각의 실시예에 대한 작동 및 그 실시예들과 종래의 분사노즐을 비교한 실험예에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 각각의 실시예에 따른 분사노즐과 종래의 분사노즐의 성능을 비교하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같은 펄스젯 여과집진기 성능평가 실험장치를 이용한다. 그 실험장치는 대기중의 공기를 고압으로 압축하여 송풍하기 위한 콤프레셔(30)를 구비한다. 콤프레셔(30)에는 그로부터 압축공기를 송출받아 저장하는 공기저장탱크(32)가 연결된다. 그 공기저장탱크(32)에는 압축공기를 주기적으로 배출 및 차단하기 위한 다이아프램 또는 개폐밸브(34)가 연결된다. 그리고, 그 개폐밸브(34)에는 여과 집진기용 분사노즐이 설치될 수 있으며 그 분사노즐에 공기를 송풍시키기 위한 송풍튜브(36)가 연설된다. 그 송풍튜브(36)는 별도의 송풍튜브를 이용하거나 또는 집진기의 일부를 구성하는 송풍튜브로 될 수 있다. 또한 성능실험장치는, 분사노즐의 주변에서 발생되는 2차공기량의 발생을 촉진시키기 위한 벤츄리(38)가 상부에 배치되며 내측에는 여과포(40)가 내설되는 백케이지(bag cage)(42)를 구비한다. 한편, 백케이지(42)에는 그 팩케이지의 여러 위치에서 여과포(40)의 압력을 아날로그 신호로 측정하기 위해 등간격으로 설치되는 다수의 압력센서(44)가 설치되고, 각각의 압력센서(44)는 그 센서로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환해 주기 위한 아날로그-디지털 전환카드(46)가 설치되며, 그 아날로그-디지털 전환카드(46)에는 그로부터 전송되는 디지털 신호를 시간 및 압력센서의 위치별로 정리하여 이를 파일로 저장하기 위해 컴퓨터와 같은 처리장치(48)가 연결된다. 물론, 그 처리장치(48)에는 상기 각각의 파일을 디스플레이 하거나 또는 인쇄할 수 있는 디스플레이 또는 프린터와 같은 출력장치(50)가 연결되어 있어, 측정자 또는 실험자는 집진기를 구성하는 분사노즐의 성능을 가시적으로 확인 또는 비교할 수 있는 것이다.

이하, 이와 같은 실험장치를 이용하여 종래의 집진기용 분사노즐(도 1 및 도 2)의 성능과 본 발명에 따른 각각의 분사노즐(도 3 및 도 4)의 성능을 비교하는 방식 및 그 결과는 다음과 같다.

먼저, 실험자는 실험장치의 콤프레셔(30)를 작동시켜 공기 저장탱크(32)에 소정의 압력까지 압축공기를 충진시킨다. 그리고 해당되는 여과포(40)를 백케이지(42)에 내설한 후 고정시킨다. 이후, 벤추리(38)를 백케이지(42)의 상부 또는 입구에 부착한 후, 각각의 압력센서(44)를 백케이지(42)의 소정의 위치에 등간격으로 설치한다. 이후 각각의 압력센서(44)와 아날로그-디지털 전환카드(46)간의 연결상태, 아날로그-디지털 전환카드(46)와 처리장치(48)간의 연결상태, 및 처리장치(48)와 출력장치(50)간의 연결상태가 정상인지를 확인한다. 이와 같이, 실험장치가 기본적으로 세팅된 후, 실험자는 해당되는 분사노즐(1,3,10 또는 20)을 송풍튜브(36)에 고정시킨 후, 해당되는 분사노즐의 중심부가 여과포(40)의 중심부와 직각을 이루도록 조절한 후 고정시킨다. 이후, 처리장치(48)에서 압축공기 분사시간 및 저장 파일을 입력하여 실험준비를 완료한 후, 실행 프로그램을 실행시키면 여과포의 각각의 위치 또는 지정된 위치에서의 여과포의 표면압력을 산출해낼 수 있으며, 이와 같은 결과는 처리장치에서 확인할 수 있음은 물론 출력장치를 이용하여 가시적으로 확인할 수 있다.

상술된 바와 같은 방식으로 각각의 분사노즐에 대한 실험결과가 도 6에 그래프로 도시되어 있다. 모든 분사노즐에 대한 실험조건은 통상적으로 산업체에서 이용되고 있는 여과집진기의 탈진시의 운전조건으로서, 분사노즐에서의 공기의 분사거리는 4㎝이고, 분사압력은 5기압이며, 분사기간은 100ms이다. 또한, 이때의 여과포의 직경은 실제적으로 사용되는 여과포와 같이 직경이 150㎜이고, 길이는 5m이다.

한편, 실험대상인 각각의 분사노즐의 사양을 살펴보면, 종래의 튜브형의 분사노즐(1) 및 홀형의 분사노즐(3)의 직경은 모두 6mm이며, 본 발명에 따른 확산타입의 분사노즐(10)의 인입구(14)의 직경 및 축소타입 분사노즐(20)의 토출구(28)의 직경은 모두 6mm이다. 또한, 측정시간은 순간적으로 이루어지며 압력분포에 대한 측정데이터는 600ms 동안 1ms 간격으로 입력되어 처리장치(48)에 저장화일로 입력되게 하였다. 그리고, 압력센서(44)는 모두 7개를 사용하였으며, 여과포내의 압력분포도를 여과포의 길이에 따라 측정하였다.

도 6에 나타난 그래프에 의하면, 동일한 탈진조건에서 본 발명에 따른 축소형 분사노즐(20)에 대한 여과포내에서의 압력분포 측정결과가 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로 본 발명에 따른 확대형 분사노즐(10)과 종래의 튜브형 분사노즐(1)이 비슷한 성능을 보였으며, 홀형의 분사노즐(3)이 가장 저조한 것으로 나타났다. 이것은 결국, 펄스젯 여과집진기에서 여과포에 부착된 분진을 탈진시킬 때, 본 발명에 따른 축소형 분사노즐(20)에서 생성되는 총괄 탈진에너지 또는 총괄 유입공기량, 즉, 압축공기 저장탱크(32)에서 나오는 1차 공기량과 그 1차 공기가 분사노즐을 통과하여 여과포를 향해 분사될 때 분사노즐의 토출구에서 발생되는 순간적인 압력차에 의해 그 분사노즐의 주변의 공기가 1차 공기와 함께 여과포를 향해 유입되는 2차공기량이 최상으로 되며, 확대형 분사노즐(10) 및 튜브형 분사노즐(1)이 그 뒤를 따르며, 홀형 분사노즐(3)이 가장 적은 것임을 의미한다.

한편, 본 발명의 가장 바람직한 실시예인 축소형 분사노즐(20)은 도 7에 도시된 바와 같이, 분사노즐(10)의 인입구(14)로부터 몸체(16)를 지나 토출구(18)까지 직경이 점진적으로 축소되는 수렴각(a)에 따라 성능이 차이가 나는 것으로 나타났다. 예컨대, 수렴각(a)이 50°인 경우에서 여과포의 길이에 따른 최대의 여과포 표면압력이 형성되어 최상의 성능을 나타내고 있으며, 다음으로 수렴각(a)이 38°인 경우에서 중간의 표면압력이 형성되어 중간의 성능을 나타내고 있으며, 그 다음으로 수렴각(a)이 21°인 경우에서 최하의 표면압력이 형성되어 최하의 성능을 나타내고 있다. 이는 결국, 축소형 분사노즐의 성능은 수렴각(a)이 클수록 우수하다는 것을 의미한다.

물론, 실제적으로, 분사노즐의 수렴각(a)은 90°이상은 존재하지 않으며, 또한 펄스젯 여과집진기에서 분사노즐을 부착시키는 송풍튜브는 통상적으로 40mm인 파이프를 사용하므로 축소형 분사노즐의 경우에는 구경이 큰 단면, 즉, 인입구의 최대직경이 40mm 이상인 노즐은 제작이 사실상 곤란한 것으로 나타났다. 이에 따라, 펄스젯 여과집진기에 사용되는 축소형 분사노즐을 사용하는 경우, 전술된 바와 같은 사용조건을 고려하여 본 출원인의 실험 및 그 데이터에 의하면, 수렴각을 61°이하로 유지하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

이에 따라, 본사노즐의 직경을 가변적으로 형성되어 그 분사노즐로부터 여과포로 분사되는 총괄 에너지 또는 총괄 공기량이 증대되어 여과포내의 최대 압력분포가 증가하게됨으로써, 여과포의 탈진성능이 향상되는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 펄스젯 여과집진기용 분사노즐에 의하면, 펄스젯 여과집진기의 분사노즐의 직경이 가변적으로 형성되어 그 분사노즐로부터 토출되는 1차공기량 및 그 1차공기량의 토출시 발생되어 여과포를 향해 유입되는 2차공기량의 합인 총괄 공기량 또는 총괄 에너지가 극대화됨으로써, 여과포의 탈진성능이 최상으로 향상되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (4)

1. 압축공기를 주기적으로 여과방향과 반대방향으로 분사하여 그 충격력을 이용하여 여과포 외면에 부착된 분진을 탈진시키기 위해 공기공급원에 연결된 송풍튜브로부터 공기를 공급받아 여과포를 향해 공기를 토출시키기 위한 펄스젯 집진기용 분사노즐에 있어서,

   상기 송풍튜브내부와 연통하여 공기를 배출시키도록 그 송풍튜브에 고정되는 인입구;

   상기 인입구에 일체로 형성되며 그 인입구로부터 외측을 향해 직경이 가변적으로 수렴 형성되는 본체부; 및

   상기 본체부의 단부에 일체로 형성되며 상기 송풍튜브의 공기를 여과포를 향해 분출시키기 위한 분출구를 일체로 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 본체부의 직경은 상기 인입구로부터 상기 분출구를 향해 수렴각(a)으로 점진적으로 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐.
3. 제 2항에 있어서, 상기 수렴각(a)은 21°내지 61°범위인 것을 특징으로 하는 펄스젯 여과 집진기용 분사노즐.
4. 제 1항에 있어서, 상기 본체부의 직경은 상기 인입구로부터 상기 분출구를 향해 점진적으로 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 펄스젯 여과집진기용 분사노즐.