KR20040103655A - 백연 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백연 제거장치에 관한 것으로, 종래 백연 제거장치는 열교환기를 사용함으로써 전체 설비의 크기가 크고, 설비의 설치비가 증가하는 문제점이 있으며, 열교환기의 효율이 좋지 않아 백연을 완전히 제거할 수 없는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 상용 교류전원을 인가받아 고전압의 교류전원을 발생시키는 고전압 발생부와, 상기 고전압 발생부의 출력 교류전압을 직류전압으로 변경하는 정류부와, 상기 정류부의 음전압을 인가받아 전자를 방출하여 배출되는 배기가스에 포함된 수증기를 음의 전하로 대전시키는 다수의 음전극선과, 상기 정류부의 양전압을 인가받아 상기 음의 전하로 대전된 수증기를 포획하는 하나 또는 그 이상의 양전극판과, 상기 음전극선과 정류부 사이에서 서지의 발생을 방지하는 리액터로 구성된다. 이와 같이 구성된 본 발명은 아크 방전을 이용하여 배기가스에 포함된 수증기를 대전시키고, 이를 포획하여 백연을 제거함으로써, 장치를 소형화하는 효과가 있다.

Description

백연 제거장치{Removal Apparatus For White Plume}

본 발명은 백연 제거장치에 관한 것으로, 특히 아크방전을 이용하여 배기가스 중의 오염물질을 포함하는 수분을 제거하여 환경오염을 줄일 수 있는 백연 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로, 습식집진시설과 산업용 건조시설 등에서 배출되는 백연은 가시적 공해뿐만 아니라 배출구 주변에 오염물질을 함유한 응축수분이 낙하되어 많은 민원을 야기한다.

백연 현상(white plume phenomenon)이란 수분을 함유하고 있는 배기가스가 굴뚝에서 배출되어 대기와 혼합, 확산될 때 온도가 내려가 배기가스 중의 수증기가 노점 이하로 되면, 결로하여 미세한 액적 상태로 되어 흰 연기와 같이 보이는 현상이다.

습식백연탈황설비나 배기가스처리설비로 웨트 스크류버(wet scrubber), 워터 퀀처(water quencher) 등을 사용하는 쓰레기 소각설비, 발전설비 등에서는 배기가스 중에 수분이 다량으로 포함되어 있기 때문에, 상기와 같은 백연 현상이 빈번하게 나타나게 되며, 일반 보일러의 경우는 습도가 낮아 그 심각도는 적으나, 백연 현상은 동일하다.

백연 현상에 대해서 법적 규제는 없으나, 일반적으로 이 백연 현상을 제거하려고 하는 이유는 배기가스 내의 수분과 산화물이 반응하여 굴뚝 내부를 부식시키는 것을 방지하고, 배기가스 온도를 높여 배기가스의 통풍력을 향상시켜 배기가스의 대기 확산을 용이하게 하고, 비행장 근처에서 항공기 이착륙시 시계를 확보하고, 도시, 관광지에서의 미관을 해치는 것을 방지하고, 웨트 스크류버에서 배출되는 백연의 경우 완전히 기화되지 못한 산성물질 및 중화반응 부산물인 액적 상태의 수증기가 확산되지 못하고 굴뚝 아래로 낙하하여 주위의 차량, 건물, 인체 등에 접촉하여 약영향을 미치게 하는 것을 방지하기 위함이다.

현재 사용하고 있는 백연 제거장치는 건조한 공기와 습한 공기 사이의 열교환 원리를 이용하고 있다.

이와 같은 종래 백연 제거장치는 등록실용신안공보 20-0290638호 "굴뚝 일체형 백연방지 시스템"에 나타나 있으며, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 종래의 백연방지 시스템의 구성이 도시되어 있다. 종래의 백연방지 시스템은, 공랭식 열교환기(응축기)(1, 1), 송풍팬(2, 2), 배기가스 유입관(3, 3), 외부공기 유입관(4, 4), 굴뚝(5) 및 상기 굴뚝(5) 내부 하단에 설치된 응축수 저장소(6) 등을 포함하고 있다.

보다 상세하게 상기 백연방지시스템에 대한 구성을 설명하면, 다음과 같다.

상기 백연방지시스템은 지상의 베이스(10)에 직립하여 고정설치되어 하단부 양 측부에 관통된 개구(11)가 형성되어 있는 굴뚝(5)을 포함하고 있다.

또한, 상기 백연방지시스템은 상기 굴뚝(5)의 양 측부에 상기 굴뚝(5)과 일체로 고정 배치되어 상기 양 개구(11) 각각에 상응하는 공랭식 열교환기(1, 1)가구비되어 있다. 상기 공랭식 열교환기(1, 1) 각각은 상용화된 공지의 제품으로서 배기가스량에 따라 공랭식 열교환기(1, 1)의 크기가 결정되며, 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략된다.

상기 배기가스 유입관(3, 3)은 상기 굴뚝(5)과 일체로 설치되어 있는 공랭식 열교환기(1, 1) 각각의 도시되지 않은 유입내관에 각각 접속되어 상기 공랭식 열교환기(1, 1)의 각각의 유입내관에 배기가스를 각각 유입시키며, 이 각각 유입된 배기가스는 각각의 열교환기(1, 1)에서 각각 열교환되어 상기 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)의 도시되지 않은 유출내관에 각각 접속되어 있는 각각의 배기가스 유출관(7, 7)을 통하여 각각 굴뚝(5)내로 방출되고, 열교환되어 응축처리된 각각의 배기가스의 응축수는 중력에 의해 각각의 상기 배기가스 유출관(7, 7) 도중에 각각 접속되어 있는 응축수 유출관(8, 8)을 통하여 응축수 저장소(6)에 낙하되어 저장된다.

상기 송풍팬(2, 2)도 역시 상용화된 제품으로서 외부공기를 상기 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)에 유입시키는 역할을 하며, 도시되지 않은 베이스 프레임에 설치되어 있다. 이 각각의 송풍팬(2, 2)의 용량은 유입시킬 외부 공기의 양에 따라 결정된다.

외부공기를 상기 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)의 유입외관에 유입시키는 통로가 되는 각각의 외부공기 유입관(4, 4)은 각각의 일단이 송풍팬(2, 2) 각각의 출구에 접속되어 있고, 각각의 타단이 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)의 도시되지 않은 유입외관에 접속되어 상기 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)의 유입외관에 각각 외부공기를 유입시키며, 이 유입된 각각의 외부공기는 각각의 열교환기(1, 1)에서 열교환되어 상기 각각의 공랭식 열교환기(1, 1)의 각각의 유출외관에 형성되어 있는 각각의 도시되지 않은 개구를 통하여 굴뚝(5)내로 방출된다.

여기에서, 상기 각각의 유출외관에 형성되어 있는 개구는 상기 배기가스 유출관(7, 7)의 출구 레벨 보다 높은 레벨에 배치되어 있다.

따라서, 배기가스 유입관(3, 3)과 외부공기 유입관(4, 4)을 통해 공랭식 열교환기(1, 1)에 유입된 습포화상태의 배기가스와 외부공기는, 공랭식 열교환기(1, 1)를 통해 배기가스에 포함된 다량의 수분이 응축되어진다.

응축된 응축수는 굴뚝(5) 하부로 중력에 의해 흘러 내려가 응축수 저장소(6)에서 저장되어지며, 이 저장된 응축수는 상기 응축수 저장소(6)에 구비되어 있는 밸브(12)를 통하여 배출되어 재활용되거나 도시되지 않은 폐수처리시설로 보내진다.

수분이 제거된 배기가스는 열교환 과정에서 온도가 높아진 외부공기와 혼합되어지며 부력에 의해 상승되어 굴뚝(5)으로 배출되어지며, 이 과정에서 혼합가스의 온도와 절대습도가 백연을 방지할 수 있는 적절한 수준으로 유지됨으로써 백연은 방지될 수 있다.

그러나 이와 같은 종래 백연 제거장치는 굴뚝과 일체형의 구조를 가지므로, 설치 및 수리와 교체 등이 용이하지 않고, 기존 굴뚝 설비에 설치가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 열교환기를 사용함으로써 전체 설비의 크기가 크고, 설비의 설치비가증가하는 문제점이 있으며, 열교환기의 효율이 좋지 않아 백연을 완전히 제거하는데는 적당하지 않은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 열교환기를 사용하지 않고 백연을 제거할 수 있는 백연 제거장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 장치의 크기를 줄이고, 직접 수증기를 포획하여 백연 제거의 효율을 높일 수 있는 백연 제거장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용 교류전원을 인가받아 고전압의 교류전원을 발생시키는 고전압 발생부와, 상기 고전압 발생부의 출력 교류전압을 직류전압으로 변경하는 정류부와, 상기 정류부의 음전압을 인가받아 전자를 방출하여 배출되는 배기가스에 포함된 수증기를 음의 전하로 대전시키는 다수의 음전극선과, 상기 정류부의 양전압을 인가받아 상기 음의 전하로 대전된 수증기를 포획하는 하나 또는 그 이상의 양전극판과, 상기 음전극선과 정류부 사이에서 서지의 발생을 방지하는 리액터로 구성함에 그 특징이 있다.

도 1은 종래 백연 제거장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 백연 제거장치의 일실시 구성도.

도 3은 도 2에 있어서, 음전극선에서 방출되는 전자에 의해 백연을 제거하는 과정을 보인 모식도.

도 4는 도 2에 있어서, 음전극관과 양전극판의 다른 실시 사시도.

도 5는 본 발명 백연 제거장치를 적용하기 위한 시스템의 개략 구성도.

도 6은 본 발명을 이용하는 시스템의 개략적인 실시 구성도.

도 7은 본 발명 백연 제거장치를 이용하기 위한 각 팩터들의 범위를 나타낸 표.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21 : 하우징 22 : 양전극판

23 : 음전극선 24 : 고전압발생부

25 : 정류부 26 : 리액터

상기와 같이 구성되는 본 발명 백연 제거장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 백연 제거장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 마주하는 양면이 개방되어 배기가스가 통과할 수 있는 하우징(21)과; 상기 하우징(21) 내에서 상호 소정거리 이격되며, 소정의 면적을 가지는 다수의 양전극판(22)과; 상기양전극판(22)의 양면에서 소정거리 이격된 위치에 배치되며, 상호 연결된 다수의 음전극선(23)과; 상용교류전원(220V)을 인가받아 고전압(20kV)을 발생시키는 고전압발생부(24)와; 상기 고전압발생부(24)에서 발생시킨 교류 고전압을 직류전압으로 변경하여, 상기 양전극판(22)에 양의 전압을 인가하고, 상기 음전극판(23)에 음의 전압을 인가하는 정류부(25)와; 상기 정류부(25)와 음전극선(23) 사이에서 서지 현상을 방지하는 리액터(26)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 백연 제거장치를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 상기의 구성에서 음전극선(23)은 전자를 방출하는 방전극이며, 양전극판(22)은 전자의 집전극으로 동작한다.

이는 상호 이격된 두 전극 사이에 전압차가 크면, 음의 전극에서 전자가 방출되어 양의 전극으로 이동하는 현상을 이용하는 것으로, 하우징(21)을 지나는 배기가스 중 수증기를 대전시켜, 양전극판(22)에 집진시킨다.

상기 양전극판(22)과 음전극선(23)은 물 및 화학성분에 대한 내부식성이 강한 것을 사용한다.

이와 같이 집진된 수증기는 물로 되어 중력에 의해 하우징(21)의 저면 측으로 이동하게 되어, 배기가스에서 백연을 제거할 수 있게 된다.

상기 전자의 방전을 위해서는 8~20kV 이상의 고전압이 필요하며, 이를 위해서 고전압 발생부(24)에서는 220V의 교류전압을 인가받아, 20kV의 교류전압을 출력한다.

이와 같이 출력된 고전압은 정류부(25)에서 직류전압으로 변환된다.

상기와 같이 변환된 직류 고전압은 상기 양전극판(22)과 음전극선(23)에 인가된다.

이처럼 양전극판(22)과 음전극선(23) 사이에 전압차가 크게 발생하면, 음전극선(23)에서 전자가 양전극판(22)으로 방출된다.

도 3은 상기 음전극선(23)에서 방출되는 전자에 의해 백연을 제거하는 과정을 보인 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 하우징(21)을 통해 방출되는 배기가스에 포함된 수증기(H₂O (g))는 음전극선(23)에서 방출되는 전자(e^-)에 의해 대전 된다(H₂O^-(g)).

이처럼 음의 전자로 대전된 수증기와 양의 전압이 인가되는 양전극판(22) 사이에는 인력이 발생하며, 이에 따라 대전된 수증기는 양전극판(22)으로 이동한다.

이와 같이 이동한 수증기는 양전극판(22)의 표면에 흡착된다.

상기 수증기는 액적화(H₂O (l)) 되어, 상기 양전극판(22)의 표면을 따라 중력에 의해 그 양전극판(22)의 저면 측으로 흐르게 되며, 이를 폐수 처리장치 등에 연결하여 폐수를 처리한다.

도 4는 상기 음전극관(23)과 양전극판(22)의 다른 실시 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 음전극관(23)은 그 단면이 일측이 돌출된 원형일 수 있으며, 상기 양전극판(22)에 향하는 부분이 첨점이 되도록 구성하여, 그 첨점으로부터 전자의 방출이 더욱 용이하도록 구성할 수 있다.

이때의 첨점은 음전극관(2)의 전면에 위치하도록 한다.

도 5는 본 발명을 배기관에 적용하기 위한 시스템의 개략 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 유해가스는 스크러버(scrubber, 40)를 지나면서, 1차적으로 유해물질이 제거된다.

그 다음, 상기 스크러버(40)를 통과한 배기가스는 상기 설명한 본 발명 백연 제거장치를 통해 유해물질을 포함하는 수증기가 포획됨으로써, 백연을 제거할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명을 이용하는 시스템의 개략적인 실시 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 배기가스의 백연 제거장치의 하우징(21)으로 배출을 원활하게 하는 송풍기(50)와, 상기 송풍기(50)를 통해 백연 제거장치의 하우징(21)으로 배출되는 배기가스의 습도를 측정하는 습도계(51)와, 상기 습도계(51)에서 측정된 배기 가스의 습도에 따라 상기 송풍기(50)의 풍속/풍량을 제어하는 송풍제어기(52)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 시스템의 구성은 본 발명에 따르는 백연 제거장치의 처리용량을 감안하여 배기가스의 수증기량을 검출하여, 그 배기가스의 배기 속도를 조절하는 것이다.

즉, 배기가스의 수증기량이 백연 제거장치의 처리용량보다 많은 경우에는 상기 배기가스의 배출속도 및 배출량을 줄여, 백연 제거장치에서 완전히 백연을 제거할 수 있도록 한다.

또한, 풍속계(53)를 상기 백연 제거장치에 부착하여 배기가스에 포함된 수증기의 배출속도를 조절할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명 백연 제거장치를 이용하기 위한 각 팩터들의 범위를 나타낸 표로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 고전압 발생부(24)의 출력전압은 8~20kV의 전압 값을 가진다.

이때의 전류는 20mA 이하의 전류 값을 가지며, 배기가스의 유속은 5~16m/s의 범위를 가지도록 상기 송풍기(50)의 풍속을 제어한다.

상기 배기가스의 유속은 상기 설명한 바와 같이 배기가스에 포함된 수증기의 양에 따라 가변할 수 있다.

상기 음전극선(23)간의 거리는 50mm 이며, 양전극판(22)은 4개를 설치하였으며, 양면을 사용하므로, 그 총 면적은 270 X 750 X 8인 1620000mm²이다. 이와 같은 양전극판(22)의 면적은 설치환경에 따라 적당한 크기로 변경할 수 있으며, 그 면적이 클수록 단위 시간 내에 제거할 수 있는 백연의 양이 더 많다.

상기 4개의 양전극판(22) 상호간의 이격거리는 50mm로 하였다. 또한 음전극선(23)의 수량은 하나의 양전극판(22)의 양면에 21개씩 모두 84개의 전극을 배치한다.

이때의 음전극선(23)을 수로 표현하였지만, 음전극선(23)은 그 자체를 양전극판(22)에 연속적으로 감거나, 소정거리 이격된 상태에서 다른 전선으로 상호 연결하는 것으로 실질적으로 하나의 전극으로 작용한다.

상기의 범위를 가지는 팩터들을 사용하여 수증기를 포함하는 배기가스의 백연을 제거하는 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명 백연 제거장치의 크기는 그 하우징(21)의 높이가 120cm, 폭이 380cm, 길이가 240cm인 것을 사용하였으며, 이 크기는 변경될 수 있는 것이지만 종래 열교환식 장치에 비하여 그 크기를 대폭 축소하면서, 동일한 백연 제거 효과를 거둘 수 있는 특징이 있다.

이와 같이 백연 제거장치의 크기를 줄임으로써, 기존 설비를 변경하지 않고 설치가 가능하며, 특히 굴뚝 이외에 배기가스를 배출하는 관에 연결하여 사용할 수도 있게 된다.

또한, 설치와 제거, 및 수리가 용이하게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 아크 방전을 이용하여 배기가스에 포함된 수증기를 대전시키고, 이를 포획하여 백연을 제거함으로써, 장치를 소형화하는 효과가 있다.

또한, 종래의 열교환 방식의 백연제거 장치가 굴뚝과 일체형으로 형성했던 것에 반하여, 굴뚝에 설치하거나, 배기관 내에 설치함이 가능하도록 하여, 기존 설비의 변경을 최소화한 상태에서 설치가 가능한 효과와 아울러 백연제거 시스템의설치비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 배기가스에 포함된 수증기의 포획을 위하여 그 배기가스의 유량 및 유속을 제어함이 가능하여 배기가스의 성질에 무관하게 백연 제거율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상용 교류전원을 인가받아 고전압의 교류전원을 발생시키는 고전압 발생부와,

   상기 고전압 발생부의 출력 교류전압을 직류전압으로 변경하는 정류부와,

   상기 정류부의 음전압을 인가받아 전자를 방출하여 배출되는 배기가스에 포함된 수증기를 음의 전하로 대전시키는 다수의 음전극선과,

   상기 정류부의 양전압을 인가받아 상기 음의 전하로 대전된 수증기를 포획하는 하나 또는 그 이상의 양전극판과,

   상기 음전극선과 정류부 사이에서 서지의 발생을 방지하는 리액터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 백연 제거장치.
2. 제 1항에 있어서, 배기가스를 상기 양전극판과 음전극선 측으로 보내는 송풍기와,

   상기 송풍기를 통해 보내지는 배기가스의 습도를 측정하는 습도센서와,

   상기 양전극판과 음전극선을 지나는 배기가스의 풍속을 측정하는 풍속센서와,

   상기 습도 센서 및 풍속센서의 센싱결과에 따라 상기 송풍기의 풍속을 제어하는 송풍제어기를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 백연 제거장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 음전극선은 양전극판의 양면에서 소정거리 이격되어 다수 배치되며, 각 음전극선의 단면은 원형이거나, 양전극판에 대향하는 측면에 첨점부를 가지는 것을 특징으로 하는 백연 제거장치.