KR20070017208A - 먼지 입자 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

연도 가스 플로우(F)로부터 입자들(MP)을 분리하기 위한 장치는 연도 가스 플로우(F)가 실질적으로 수평하게 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 전달되면서 관통하는 수평한 연도 가스 덕트(18)를 갖는다. 제 1 위치(P1)에서 장치(16)는 적어도 하나의 플레이트(34, 36, 38)를 포함하는 배플 장치(32)를 가지며, 적어도 하나의 플레이트는 입자들(MP)을 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)으로 입자들(MP)을 편향하도록 기울어져 있고, 연도 가스 덕트(18) 내에 설치된다. 제 2 위치(P2)에서, 장치(16)는 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)으로 플레이트(34, 36, 38)에 의해 아래 방향으로 편향된 입자들(MP)을 수집하기 위하여 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)에 설치되는 수집 수단(40)을 갖는다.
먼지, 입자, 연도 가스, 플로우, 덕트, 배플 장치, SCR 반응기

Description

먼지 입자 분리 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE SEPARATION OF DUST PARTICLES}
본 발명은 연도 가스 덕트 내에서 실질적으로 수평하게 제 1 위치로부터 제 2 위치로 통과되는 연도 가스 플로우(flow)로부터 입자들을 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 연도 가스 플로우로부터 입자들을 분리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 연도 가스가 실질적으로 수평하게 제 1 위치로부터 제 2 위치로 통과하는 수평한 연도 가스 덕트(duct)를 가진다.
무엇보다도 석탄-연소 및 오일-연소 발전소들, 쓰레기 소각로 등에 대한 연도 가스 정화 플랜트들은 종종 SCR 반응기로 불리는 것을 갖는다. SCR(Selective Catalytic Reduction: 선택적 촉매 환원) 반응기는 촉매 반응으로 유도되는 질소산화물의 선택적인 감소가 일어나는 반응기를 포함한다. SCR 반응기는 최대 반응 표면을 제공하기 위해 종종 벌집 구조(honeycomb) 또는 다수의 근접 플레이트들(plate)로 구성된 촉매를 구비한다. 다수의 SCR 반응기들에 있어서 단점은, 예컨대 석탄, 오일, 및 폐기물을 연소할 때 형성되는 미세 먼지가 SCR 반응기에 끼어 운전을 방해한다는 것이다.
Kaneko외 다수 명의의 US 5,687,656은 SCR 반응기에 이르러 운전을 방해하는 먼지의 양을 감소시키는 방법을 개시하고 있다. US 5,687,656에 따른 방법에서, 연도 가스는 먼저 수평한 연도 가스 덕트를 지나고, 다음 수직한 연도 가스 덕트를 지나, 이어서 분리되어야 입자들보다 더 작은 구멍 크기를 갖는 다공성 플레이트를 관통한다.
US 5,687,656에 따른 방법은 SCR 반응기에 이르는 먼지의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이 다공성 플레이트의 문제점은 먼지 입자들에 의해 막히게 되는 위험이 있다는 것이다. 이러한 고장은 압력 강하를 증가시켜 운용 비용을 증가시켰다.
본 발명의 목적은 연도 가스로부터의 입자를 분리하는 방법으로서, 상기 단점들을 완전히 또는 부분적으로 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은, 연도 가스 덕트 내에서 제 1 위치에서 제 2 위치로 실질적으로 수평하게 전달되는 연도 가스 플로우로부터 입자들을 분리하는 방법에 있어서, 상기 제 1 위치에서, 상기 입자들은 상기 연도 가스 덕트의 하부 부분에서 아래쪽으로 편향되고, 및 상기 제 2 위치에서, 상기 입자들은 상기 연도 가스 덕트의 상기 하부 부분에 수집되는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.
이 방법의 장점은, 간단한 수단에 의해 제공될 수 있고 낮은 압력 강하가 제공될 수 있는, 제 1 위치에서의 편향이 놀랍게도 덕트의 하부 부분에서 입자들의 상당한 집결(up-concentration)을 제공한다는 것이다. 특히, 약 1mm 보다 큰 입자들과 같은 큰 입자들이 매우 크게 편향되어 그들은 연도 가스 플로우 내에서 재분산되지 않는다. 제 2 위치에서의 수집이 연도 가스 덕트의 하부 부분, 즉 정확하게는 입자들이 집결되는 곳에서 일어난다. 이것은 수집이 전체 연도 가스 플로우로부터가 아니라, 단지 입자들이 집결되는 연도 가스 플로우의 부분 플로우로부터 발생하면 된다는 것을 의미한다.
바람직한 실시예에서, 입자들은 수평면에 대해 40~70°의 각도로 아래 방향으로 편향된다. 40~70°의 각도가 입자들의 최적의 편향을 제공한다고 공지되어 있다. 약 40°보다 작은 각도에서는 편향이 충분히 크게 일어나지 않으며, 따라서 입자들은 연도 가스 덕트의 하부 부분에서 집결되지 않고 연도 가스 속에 재분산된다. 약 70°보다 큰 각도에서, 압력 강하가 증가한다. 또한 편향이 너무 커서 입자들이 연도 가스 덕트의 바닥에 반사되어 연도 가스 플로우 내에서 재분산될 위험이 있다.
바람직한 실시예에서, 연도 가스 플로우(F)는 제 2 위치에서 제 1 부분 플로우 및 제 2 부분 플로우로 나누어지고, 제 1 부분 플로우는 상기 편향된 입자들을 포함하고 연도 가스 덕트의 하부 부분으로부터 편향되어 수집 챔버 내부로 아래 방향으로 전달된다. 제 1 부분 플로우는 연도 가스 플로우로부터 연도 가스 덕트의 하부 부분에 집결된 입자들의 제거 가능한 몇몇 부분들을 제거하는, 단순하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 제 1 부분 플로우는 수집 챔버 내에서 급회전되도록 만들어져, 이에 의해 입자들은 제 1 부분 플로우로부터 나와 수집 챔버 내에서 분리된다. 제 1 부분 플로우로부터 원심력에 의해 입자들을 제거하는 것은 쉽게 구멍이 막힐 수 있는 네트, 다공성 플레이트들 및 그 밖의 수단이 입자들을 분리하는데 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 이것은 작동에 있어서 상당한 신뢰성을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 연도 가스 플로우가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 전달됨에 따라 연도 가스 플로우의 속도는 1.2~2.5의 계수(factor)만큼 감소 된다. 이것의 장점은 제 1 위치에서 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 편향된 입자들이 제 1 위치에서 제 2 위치로 전달됨에 따라 연도 가스 플로우 내로 재분산되지 않는다는 것이다. 반면, 감소하는 가스 속도는 침전(settling) 효과라는 것에 인해 덕트의 하부 부분에 입자들을 더욱 많이 집결시킨다.
본 발명은 또한 연도 가스로부터 입자들을 효과적으로 분리하기 위한 장치로서, 전술한 단점들을 완전히 또는 부분적으로 극복하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 도입부의 방식으로 규정된 유형의 장치로서, 제 1 위치에 배플 장치(baffle arrangement)를 포함하고 제 2 위치에 수집 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치에 의해 달성되는데, 이 배플 장치는 적어도 하나의 플레이트를 포함하고, 적어도 하나의 플레이트는 입자들을 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 입자들을 편향하도록 기울어져 있으며, 상기 연도 가스 덕트 내에 배치되는 수집 수단은 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 플레이트에 의해 아래 방향으로 편향된 입자들을 수집하기 위하여 연도 가스 덕트의 하부 부분에 배치된다. 이 장치의 장점은, SCR 반응기를 막히게 할 것(clog)으로 예상되는 입자들을 높은 압력 강하 또는 장치의 고장 위험을 유발하지 않으면서 효과적으로 분리할 수 있도록 한다는 것이다.
바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 플레이트는 수평면에 대해 40~70°의 각도(α)를 이룬다. 이러한 각도를 갖는 플레이트는 입자들이 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 효과적으로 반사될 수 있도록 한다.
바람직하게, 수집 수단은 편향벽을 갖고, 편향벽은 연도 가스 덕트의 하부 부분에서 연도 가스 플로우의 플로우 방향에 대향하여 연도 가스 덕트 내부로 연장하고, 연도 가스 덕트의 바닥 위에서 편향 라인에 의해 종결되고, 연도 가스 플로우로부터의 편향된 입자들을 포함하는 부분 플로우를 편향하도록 배치되고, 상기 수집 수단 내에 포함된 수집 챔버 내부로 전달되도록 배치된다. 편향벽은 제 1 위치에서 편향된 입자들을 높은 압력 강하 또는 고장의 위험을 유발하지 않으면서 효과적으로 수집할 수 있도록 한다.
적합하게는, 수집 챔버는 수집벽을 갖고, 수집벽은 상기 제 1 위치에 가장 근접하여 위치되는 수집 챔버의 부분으로부터 편향 라인 보다 아래의 레벨에서 편향벽으로 연장한다. 수집벽의 장점은 그것이 부분 플로우로부터 입자들의 제거를 향상시키고, 수집 챔버 내의 이미 분리된 입자들이 연도 가스 플로우로 유입될 위험을 감소시킨다는 것이다.
상기 배플 장치는 적합하게는 적어도 3개의 경사진 플레이트들을 포함한다. 배플 장치는 적어도 3개의 경사진 플레이트들이 제공될 수 있고, 낮은 압력 강하를 가지며, 입자들이 플레이트에 반사되어 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 편향되지 않고 배플 장치를 지나칠 작은 위험을 유발한다. 연도 가스 덕트의 수직 방향으로의 높이에 따라서, 더 많은 플레이트들 예컨대 4, 5 또는 6개 이상의 플레이트들을 이용하는 것이 편리할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 수평한 연도 가스 덕트의 단면적은 제 1 위치에서 보다 제 2 위치에서 1.2~2.5배 더 크다. 단면적 사이의 이러한 관계는 연도 가스의 속도가 감소된다는 것을 의미하며, 이것은 제 2 위치에서의 입자들의 분리를 향상시킨다. 제 2 위치에서의 연도 가스 덕트의 단면적은 제 1 위치에서의 연도 가스 덕트의 단면적에 적어도 1.2배가 되어야, 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 편향된 입자들이 연도 가스 속으로 재분산되는 것을 방지할 수 있다. 2.5 배보다 더 큰 면적 관계에서, 매우 작은 입자들의 분리 또한 제공되는데, 이는 예컨대 SCR 반응기가 막히는 위험을 일으키지는 않지만, 오히려 SCR 반응기 이후에 배치되는 먼지 분리기에서 분리된다.
바람직하게, 제 1 위치로부터 제 2 위치까지의 연도 가스 덕트의 길이는 제 1 위치에서의 직경 또는 높이와 같은 그 특징적인 단면 치수의 적어도 2배이다. 이러한 길이는 또한, 배플 장치에 의해 편향되는 때에 연도 가스 덕트의 상단부에 근접하여 위치되는 입자들에게, 연도 가스 덕트의 하부 부분으로 이동할 수 있는 충분한 시간을 제공하여 수집 수단 내에서 분리되도록 한다. 연도 가스 덕트의 단면적이 제 1 위치로부터 제 2 위치에 이르면서 증가한다면, 전술한 길이는 또한 연도 가스들이 증가된 단면적에 퍼지는데 시간을 갖도록 할 필요가 있고, 이 경우 요구되는 속도의 감소가 일어난다.
덧붙여, 본 발명의 특징들 및 장점들은 하기의 설명 및 첨부된 도면들로부터 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 복수의 실시예들에 의해 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 설치된 발전소를 나타내는 개략적인 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 더 상세히 도시한 측면도.
도 3은 도 2에 도시된 장치에서 입자들이 어떻게 편향되고 수집되는지를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 택일적인 실시예에서 어떻게 입자들이 편향되고 수집되는지를 나타내는 측면도.
도 5는 택일적인 실시예에 따른 배플 장치(baffle arrangment)를 나타내는 측면도.
도 6은 다른 택일적인 실시예에 따른 배플 장치를 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명의 다른 택일적인 실시예를 나타내는 측면도.
도 1은 발전소(1)를 나타낸다. 발전소(1)는 보일러(2)를 가지며, 보일러(2)에서는 석탄, 오일, 폐기물과 같은 연료가 공급된 공기와 접촉함으로써 연소된다. 연소시 형성되는 연도 가스들(F) 및 입자들은 덕트(4)를 관통하여 또한 열회수장치(economiser)로도 불리는 연도 가스 냉각기(6)로 전달된다. 연도 가스들이 튜브 들의 패키지(8)를 관통하여 수직하게 아래 방향으로 전달됨에 따라 보일러(2)의 급수와 간접 접촉이 일어나, 연도 가스 냉각기(6)에서 연도 가스들로부터 열이 추출된다. 연도 가스 냉각기(6)는 그 하부 부분(10)에, 거친 입자들을 수집하는 먼지 호퍼(hopper; 깔대기 모양의 장치)(12)를 갖는다. 배출 장치(14)는 이 수집된 거친 입자들을 제거하기 위하여 이용된다. 연도 가스 냉각기(6)의 하부 부분(10)에서 연도 가스들은 수직 방향 플로우에서 수평 방향 플로우로 변하고, 본 발명에 따른 장치(16)로 전달된다.
장치(16)는 실질적으로 수평 방향으로 연도 가스들을 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 전달하는 수평한 연도 가스 덕트(18)를 갖는데, 제 1 위치(P1)는 연도 가스 덕트(18)가 연도 가스 냉각기(6)의 하부 부분(10)에 연결되는 지점에 위치되고, 제 2 위치(P2)는 연도 가스들의 방향이 수직으로 변경되어 연도 가스들이 수직한 연도 가스 덕트(20) 내에서 수직 상방으로 전달되는 지점이다. 연도 가스는 이어서 180도 방향이 바뀌어, 질소산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 SCR 반응기(22)로 전달된다. 도시된 실시예에서, SCR 반응기(22)는 벌집 구조로 형성된 촉매를 포함하는 3개의 촉매층들(24, 26, 28)을 가진다. 연도 가스들은 연도 가스의 질소산화물 함유량이 감소되는 동안, 촉매 안으로 전형적으로 단면이 4mm ×4mm인 개구들을 갖는 다수의 좁은 덕트들을 관통한다. 연도 가스들이 가스 덕트(30)를 관통하여 SCR 반응기(22)를 떠나고, 이어서, 도 1에 도시되지 않은, 예컨대 정전기 침전기 및 연도 가스 탈황 플랜트에서 더욱 정화되어, 대기중으로 방출된다.
먼지 호퍼(12)에 수집된 입자들은 오직 가장 거친 입자들뿐이다. 따라서 연 도 가스 냉각기(6)의 하부 부분(10)을 떠나는 연도 가스는 매우 작은 크기를 갖는 매우 많은 입자들을 함유하는데, 그것들이 촉매층들(24, 26, 28)에 이른다면 그것들은 벌집 구조의 좁은 덕트들을 막고, 증가된 압력 강하 및 질소산화물의 감소 약화를 유발할 것이다. 이러한 문제들을 피하기 위하여, 장치(16)는 1 위치(P1)에 3개의 경사진 플레이트(34, 36, 38)를 갖고, 제 2 위치(P2)에 수집 수단(40)을 갖는 배플 장치(baffle arrangement)(32)가 제공되어 왔다.
도 2는 장치(16)를 더욱 상세히 도시한다. 전술한 바와 같이, 제 1 위치(P1)에 배치된 배플 장치(32)는 3개의 플레이트들(34, 36, 38)을 갖는다. 수직으로 차례로 배치된 이 플레이트들은 기울어져 있어 연도 가스 플로우(F)의 형태로 연도 가스들을 편향시키고, 특히 입자들을 "반사 효과(bouncing effect)"에 의해 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)의 아래쪽으로 편향시킨다. 도 2를 통해 명확히 이해할 수 있는 바와 같이, 플레이트들(34, 36, 38)은 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향으로 보여지는 수평면에 대해 약 45°의 각도(α)로 기울어져 있고, 따라서 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향으로 볼 때 아래 방향으로 향하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연도 가스 덕트(18)는 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향으로 볼 때 수평면에 대해 각도(β)로 위로 기울어져 있는 상부벽(44)을 갖는다. 각도(β)는 약 10°이다. 이 각도는 제 2 위치(P2)에서 연도 가스 덕트(18)의 단면적(A2)이 제 1 위치(P1)에서의 단면적의 약 1.5배임을 의미한다. 연도 가스 덕트(18)는 길이 L을 가지며, 이는 제 1 위치(P1)에서 덕트의 모양에 따라서 높이 또는 직경일 수 있는 연도 가스 덕트(18)의 치수(D)의 약 3.5배이다.
연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)에 배치되는 수집 수단(40)은 제 2 위치(P2)에 위치된다. 수집 수단(40)은 연도 가스 덕트(18)의 하부에 배치되고, 가운데 꼭지점이 아래를 향하는 이등변 삼각형의 모양이다. 수집 챔버(46)의 벽들은 수평면에 대해 약 60°의 각도(γ)를 이룬다. 유체 전송 시스템을 포함할 수 있는 배출 장치(48)는 수집 챔버(46)를 주기적으로 비우는데 이용된다. 수집 수단(40)은 또한 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42) 내에서 연도 가스 덕트(18) 내부로 연도 가스 플로우의 플로우 방향에 대향하는 방향으로 연장하는 편향벽(50)을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 벽(50)은 연도 가스 플로우 방향에서 볼 때 멀리 있는 단부인 수집 챔버(46)의 단부에서 시작하여, 연도 가스 덕트(18) 내부로 위쪽 방향으로 비스듬히 연장한다. 편향벽(50)은 수평면에 대해 약 60°의 각도(δ)를 이루고, 수평 방향에서 연장하는 연도 가스 덕트(18)를 가로질러 편향 라인(52)에 의해 종결된다. 수직한 연도 가스 덕트(20)에 포함되는 후벽(54)은 편향 라인(52)으로부터 연도 가스 플로우 방향으로 연장한다.
수집 챔버(46)는 또한 수집벽(56)을 가지며, 이 벽은 제 1 위치(P1)에 가장 근접한 수집 챔버(46)의 벽(58)으로부터 편향벽(50)으로 연장하고, 또한 그 수직 방향 레벨은 연도 가스 덕트(18)의 바다(60) 위에 위치되는 편향 라인(52)의 수직 방향 레벨 밑보다 아래에 위치된다.
도 3은 연도 가스들(F) 및 중간-크기의 입자들(MP)이 운전시 장치(16) 내에서 움직임이 어떻게 예상될 수 있는지를 도시한다. 중간-크기의 입자들은 본 명세서에서 약 1mm 보다 크지만 약 10mm 보다 작은 입자들을 말하며, 10mm의 입자 크기 는 촉매층들(24, 26, 28)에서 구멍을 막는 최대 문제점들을 일으킬 것으로 예상되는 입자 크기이다. 약 10mm 이상 크기의 입자를 말하는 거친 입자들은 대부분 연도 가스 냉각기(6)의 먼지 호퍼(12)에서 분리될 것이지만, 그렇게 되지 않은 경우 이 입자들은 또한 장치(16)에서 분리될 것이다. 1mm 보다 작은 크기의 입자를 가리키는 미세 입자들은 장치(16)에서 제한된 정도까지만 분리될 것이다. 전술한 바와 같이, 연도 가스 플로우(F)는 연도 가스 냉각기(6)의 하부 부분(10)를 떠날 때, 실질적으로 수평 플로우 방향으로 역류된다. 연도 가스 플로우(F)가 제 1 지점(P1)에 배열된 배플 장치(32)에 도착함에 따라, 연도 가스 플로우(F)는 아래 방향으로 편향되어 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)으로 향한다. 제 1 위치(P1)에서의 연도 가스 플로우(F)의 속도는 약 20m/s이다. 연도 가스 플로우(F)가 제 2 위치(P2)에 전달될 때, 편향의 효과들은 실질적으로 사라지고, 제 2 위치(P2)에서의 연도 가스 플로우(F)는 실질적으로 일정한 가스 속도 프로파일(profile)을 가질 것이다. 제 2 위치(P2)에서의 단면적(A2)은 제 1 위치(P1)에서의 단면적(A1)보다 크기 때문에, 연도 가스 플로우(F)의 속도는 점진적으로 감소하여, 제 2 위치(P2)에서 약 13m/s가 될 것이다.
중간-크기의 입자들(MP)은 도 3으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 플레이트들(34, 36, 38)에 부딪히고, 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)의 아래 방향으로 반사된다. 도 3은 이들 입자들(MP)에 대한 전형적인 입자들의 패턴들을 점선들로 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 몇몇 입자들(MP)은 연도 가스 냉각기(6)의 하부 부분을 떠날 때 비스듬히 위쪽으로 향하는 움직임을 가지지만, 또한 이들 입자들(MP)은 플레이트들(34, 36, 38)에 의해 아래로 편향된다. 따라서 연도 가스 덕트(18)의 하부 부분(42)으로 아래로 반사된 후, 중간-크기의 입자들(MP)은 연도 가스 플로우(F) 내로 재분산되지 않고, 덕트(18)의 바닥(60)을 따라 계속해서 이동할 것이다. 배플 장치(32)는 연도 가스 덕트(18)에서 연도 가스 플로우(F)의 속도 프로파일에 대한 균등(equalizing) 효과를 가질 것이며, 하부 부분(42)으로부터 입자들(MP)을 소용돌이쳐 오르게 하는 소용돌이들(eddy)의 형성을 감소시킬 것이다. 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 감에 따라 연도 가스 플로우(F)의 속도가 감소한다는 사실은 또한 연도 가스 플로우(F)가 중간-크기의 입자들(MP)을 다시 유지하여 그것들을 반입하려는 경향을 감소시킨다. 반대로, 침전 효과(setteling effect)는 이 속도의 감소로 인해 달성되고, 중간-크기 입자들(MP)은 덕트(18)의 바닥(60)에 더욱 근접하게 이동된다. 제 2 위치(P2)에서, 정체점이 형성되는 편향 라인(52)은 편향벽(50)에 의해 수집 챔버(46) 내부로 아래 방향으로 전달되는 제 1 부분 플로우(FP)를 편향시킨다. 편향 라인(52)은 바닥(60)보다 위의 레벨에 위치되어야 하고, 편향벽(50)은 수평면에 대해 각도(δ)를 가져야 제 1 부분 플로우(FP)는 수집 챔버(46) 내에서 형성된 정지 소용돌이에서 약 5-6m/s의 최대 가스 속도를 갖는다. 나머지 연도 가스 플로우는 제 2 부분 플로우(FF)로서 벽(54)에 의해 위쪽으로 수직한 연도 가스 덕트(20) 내부로 편향시킨다. 편향된 제 1 부분 플로우(FP)는 중간-크기의 입자들(MP)을 동반하고, 그것들을 수집 챔버(46) 내부로 아래 방향으로 압력을 가한다. 수집 챔버(46)에서, 부분 플로우(FP)는 급회전을 일으켜서 중간-크기의 입자들(MP)은 챔버(46)의 벽들(58)에 대 향하는 원심력에 의해 압력을 받아 분리된다. 수집벽(56)은 부분 플로우(FP)에 강제되는 급회전에 기여하며, 또한 부분 플로우(FP)로부터 제거되는 입자들(MP)의 양을 증가시킨다. 더욱이, 수집벽(56)은 입자들이 수집 챔버(46)로부터 연도 가스에 반입되어 재분산될 위험을 감소시킨다. 도 3으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 부분 플로우(FP)는 수집벽(56)을 지나 급회전 한 후 다시 연도 가스 플로우와 혼합될 것이다. 수집 수단(40)의 디자인에 따라서, 부분 플로우(FP)는 주된 연도 가스 플로우와 많은 혹은 적은 가스 교환을 하는, 수집 챔버(46) 내에서 다소 안정적인, 정지 소용돌이를 형성할 수 있다. 그러나 가스 교환과 상관없이, 부분 플로우(FP)는 입자들(MP)을 수집 챔버(46) 내부로 반입할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 택일적인 실시예를 장치(116)의 형태로 도시한다. 이 장치(116)는 연도 가스 플로우(F)를 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 실질적으로 수평 방향으로 전달하는 수평한 연도 가스 덕트(118)를 갖는데, 제 1 위치(P1)는 연도 가스 덕트(118)가 연도 가스 냉각기(도 4에 도시되지 않음)와 연결되는 부분에 위치되고, 제 2 위치(P2)는 연도 가스 플로우(F)가 수평한 연도 가스 덕트(120) 내에서 수평으로 SCR 반응기(도 4에 도시되지 않음)로 전달되는 지점이다. 장치(116)는 또한 제 1 위치(P1)에 배플 장치(132)를 갖는데, 이 배플 장치는 경사진 플레이트들(134, 136, 138)을 가지며, 전술한 배플 장치(32)와 같은 유형이다. 배플 장치(132)에서, 중간-크기의 입자들(MP)은 연도 가스 덕트(118)의 하부 부분(142)으로 아래 방향으로 편향, 즉 "반사(bounce)"된다. 제 2 위치(P2)에서, 장치(116)는 도 2에 도시된 챔버(46)와 같은 유형인 수집 챔버(146)를 갖는 수집 수단(140)을 갖는다. 또한 수집 수단(140)은 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향에 대향하는 방향에서 연도 가스 덕트(118) 내부로 연장하고 연도 가스 덕트(118)의 바닥(160)보다 위에 위치되는 편향 라인(152)에 의해 종결되는 수평의 편향벽(150)을 갖는다. 수집 챔버(146) 내에는, 수집벽(56)과 같은 유형이고 편향벽(150)보다 아래의 레벨에서 연장하는 수집벽(156)이 장착된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 따라서 수평면에 대해 0°의 각을 이루는 편향벽(150)은 편향 라인(152)에서 챔버(146) 내부 아래로 전달되는 부분 플로우(FP)를 편향시키고, 중간-크기의 입자들(MP)은 분리되는 동안 급회전을 일으킨다. 부분 플로우(FF)로 표시되는 나머지 연도 가스 플로우는 수평한 연도 가스 덕트(120)로 계속된다. 또한 부분 플로우(FF)는 챔버(146)를 떠나는 연도 가스들을 포함하고, 이것은 부분 플로우(FF)가 연도 가스 덕트(118)에 공급된 연도 가스(F)와 동일한 크기라는 것을 의미한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 챔버(146) 내의 편향된 부분 플로우(FP)는 나머지 연도 가스 플로우와 다소의 교환을 하는 정지 소용돌이를 형성한다. 도 2에 도시된 연도 가스 덕트(18)와 동일한 연도 가스 덕트(118)는 연도 가스 플로우의 플로우 방향에서 볼 때 수평면에 대해 위로 기울어진 상부벽(144)을 갖는다. 따라서, 연도 가스 플로우의 속도는 제 1 지점(P1)에 비해 제 2 지점(P2)에서 더 작으며, 이것은 하부 부분(142) 아래로 반사된 입자들(MP)이 다시 연도 가스 내로 분산될 위험을 감소시킨다. 택일적인 실시예에서, 편향벽(150)에 그 부착점에 힌지가 제공될 수 있으며, 따라서 수평면에 대한 벽(150)의 각도 및 이에 따른 적절한 제 1 부분 플로우(FP)를 조정하여 도 4에서 점선으로 표시된 회전이 가능하다.
도 5는 택일적인 실시예에 따른 배플 장치(232)를 도시한다. 전술한 연도 가스 덕트(18)와 동일한 유형의 연도 가스 덕트(218) 내에 배열되는 배플 장치(232)는 5개의 경사진 플레이트들(234, 235, 236, 237, 238)을 갖는다. 이 플레이트들은, 수평면에 대해 약 45°의 각도(ε)로 기울어져서, 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향에서 볼 때, 그 라인은 위쪽으로 기울어진다. 따라서, 플레이트들(234, 235, 236, 237, 238)은 수직 상방으로 차례로 위치되지 않는다. 도 5로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 플레이트들(234, 235)은 수평 방향으로 볼 때, 거리(O)만큼 서로 중첩된다(나머지 플레이트들은 서로 대응하게 중첩된다). 이 중첩(O)은 입자(MP)가 플레이트(234, 235, 236, 237, 238)에 대해 충돌하지 않고 배플 장치(232)를 통과할 수 있는 위험을 감소시킨다. 중간-크기의 입자들(MP)에 대한 두 가지의 전형적인 이동 경로들이 또한 도 5에 도시되어 있다.
도 6은 다른 택일적인 실시예에 따른 배플 장치(443)를 도시한다. 전술한 연도 가스 덕트(18)와 동일한 유형인 연도 가스 덕트(318)에 배열된 배플 장치(332)는 3개의 기울일 수 있는 플레이트들(334, 336, 338)을 갖는다. 도 6에서 점선으로 표시된 각각의 플레이트에 의해 도시되는 바와 같이, 각각의 플레이트(334, 336, 338)는 부속 수평 샤프트(335, 337, 339) 상에서 회전될 수 있다. 수평 샤프트들(335, 337, 339)은 액츄에이터(341)에 연결되며, 이 액츄에이터는 연도 가스 덕트(318)의 외부에 배치되어 개략적으로 도시되고, 모터(345)에 연결되는 가이드 레일(343)을 포함한다. 수직 방향에서의 가이드 레일(343)의 위치는 모터(345)에 의해 설정될 수 있고, 결과적으로 플레이트들(334, 336, 338)은 수평면 에 대해 희망하는 각도(α)로 회전될 수 있다. 따라서, 배플 장치(332)에 걸쳐 불필요한 높은 압력 강하를 일으키지 않고 SCR 반응기의 구멍을 막는 것을 방지하기 위해 중간-크기의 입자들을 충분히 분리하는 각도(α)의 값은 실험에 의해 결정될 수 있다. 배플 장치(332)는 또한 플레이트들이 수평면에 대해 90의 각도(α)로 회전될 수 있도록 구성될 수 있고, 이 경우 배플 장치(332)는 또한 차단 완충기(shut-off damper)로 동작할 수 있다.
도 7은 다른 택일적인 실시예에 따른 장치(416)를 도시한다. 도 2에 도시된 장치(16)와 매우 유사하며 따라서 상세한 설명을 생략하도록 하는, 장치(416)가 도7에 부분적으로 도시된 연도 가스 냉각기(406) 뒤에 연결된다. 연도 가스 냉각기(406)는 위로 향하는 수직한 연도 가스 플로우(F)가 통과된다. 연도 가스 냉각기(406)의 상단부(410)에서, 연도 가스 플로우(F)가 수평 플로우 방향으로 바뀌고 장치(416)로 유입된다. 장치(416)는 연도 가스 덕트(418) 및 그 안에 배열되고 3개의 경사진 플레이트들(434, 436, 438)을 갖는 배플 장치(432)를 갖는다. 도7을 통해 명확히 알 수 있는 바와 같이, 중간-크기의 입자들(MP)은 플레이트들(434, 436, 438) 상에 반사되어, 덕트(418)의 하부 부분(442) 아래로 크게 편향된다. 배플 장치(432)는 또한 연도 가스 플로우(F)를 편향시키고, 덕트(418) 내에서의 가스 속도 프로파일을 일정하게 만든다. 이는 편향된 입자들(MP)이 다시 연도 가스 플로우(F)에 분산될 위험을 감소시킨다. 장치(416)는 또한 편향벽(450)을 갖는 수집 수단(440)을 갖는다. 편향벽(450)은 도 3을 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로, 부분 플로우(FP)가 중간-크기의 입자들(MP)을 수집 챔버(446) 내부 아래로 전 달하는 부분 플로우(FP)를 편향시킨다.
전술한 실시예들의 많은 변형들이 첨부된 청구범위 내에서 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 장치에 의해 수행되는 입자들의 분리는 수평면에 대한 플레이트들의 각도, 크기, 개수에 있어서 배플 장치의 적절한 플레이트들을 선택함으로써 조정될 수 있으므로, 포함된 촉매층들의 구멍을 막을 위험이 있는 그러한 크기의 입자들이 장치 내에서의 압력 강하를 불필요하게 높이지 않으면서 희망하는 정도로 분리된다. 촉매에서의 개구들은 dH로 디자인될 수 있는 크기를 갖는다. 0.5×dH 이상의 크기를 갖는 입자들의 대부분은 그들이 촉매에 도달하기 전에 분리되어야 한다는 것을 경험으로 알고 있다. 도 1에 도시된 예에서, 개구들은 4mm 측면들(즉, dH=4mm)을 갖는 정사각형이며, 이것은 2mm 이상의 크기를 갖는 입자들이 촉매 전에 분리되어야 한다는 것을 의미한다.
수집 챔버(46)의 벽들은 반드시 수평면에 대해 약 60°도의 각도(γ)를 이룰 필요는 없다. 각도(γ)는 수집 챔버(46) 내에서의 부분 플로우(FP)의 적절한 플로우 비율을 얻을 수 있는 정도로 선택되고, 분리된 입자들은 수집 챔버(46)의 바닥에서 배출 장치(48) 아래로 미끄러질 수 있다. 많은 경우에 있어서, 약 40~70°의 각도(γ)가 이들 기준들을 잘 만족시키는 것으로 밝혀졌다.
전술한 바로부터 명확한 바와 같이, 편향벽(50, 150)은 수평면에 대해 상이한 각도들(δ)을 이룰 수 있다. 많은 경우에 있어서, 약 0~70°의 각도(δ)가 적 합한 제 1 부분 플로우(FP)를 제공하는데 바람직하다.
연도 가스 덕트(18; 118)에서의 연도 가스 플로우의 속도는 넒은 범위에서 변경될 수 있다. 그러나, 제 1 위치(P1)에서의 연도 가스 플로우(F)의 속도가 약 13~25m/s인 것이 특히 바람직한데, 왜냐하면 이 범위의 속도가 중간-크기의 입자들(MP)이 플레이트들(34, 36) 등에 효과적으로 부딪혀 연도 가스 덕트(18; 118)의 하부 부분(42, 142) 아래로 떨어지도록 하기 때문이다.

Claims (13)

  1. 연도 가스 덕트(18; 118) 내에서 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 실질적으로 수평하게 전달되는 연도 가스 플로우(flow)(F)로부터 입자들(MP)을 분리하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 위치(P1)에서, 상기 입자들(MP)은 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 하부 부분(42; 142)으로 아래 방향으로 편향되고, 및
    상기 제 2 위치(P2)에서, 상기 입자들(MP)은 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42; 142)에 수집되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들(MP)은 수평면에 대해 40 ~ 70°의 각도로 아래 방향으로 편향되는 입자 분리 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연도 가스 플로우(F)는 상기 제 2 위치(P2)에서 제 1 부분 플로우(FP) 및 제 2 부분 플로우(FF)로 나누어지고,
    상기 제 1 부분 플로우는 상기 편향된 입자들(MP)을 포함하고 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42, 142)으로부터 편향되어 수집 챔버(46; 146) 내부로 전달되는 입자 분리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 부분 플로우(FP)는 수집 챔버(46; 146) 내에서 급회전되고, 이에 의해 상기 입자들(MP)은 상기 제 1 부분 플로우(FP)로부터 나와 상기 수집 챔버(46; 146) 내에서 분리되는 입자 분리 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연도 가스 플로우(F)가 상기 제 1 위치(P1)로부터 상기 제 2 위치(P2)로 전달되는 동안, 상기 연도 가스 플로우(F)의 속도는 1.2 ~ 2.5의 계수(factor)만큼 감소되는 입자 분리 방법.
  6. 수평한 연도 가스 덕트(18; 118)를 갖고, 상기 연도 가스 플로우(F)가 이를 통해 실질적으로 수평하게 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 전달되는 연도 가스 플로우(F)로부터 입자들(MP)을 분리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 제 1 위치(P1)에 있는 상기 장치(16; 116)는 적어도 하나의 플레이트(34, 36, 38; 134, 136, 138)를 포함하는 배플 장치(baffle arrangement)(32; 132)를 갖고, 상기 적어도 하나의 플레이트는 상기 수평한 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42; 142) 아래로 상기 입자들(MP)을 편향하도록 기울어져 있고, 상기 연도 가스 덕트(18; 118) 내에 설치되며,
    상기 제 2 위치(P1)에 있는 상기 장치(16; 116)는 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42; 142)로 상기 플레이트(34, 36, 38; 134, 136, 138)에 의해 아래 방향으로 편향되는 상기 입자들(MP)을 수집하기 위하여 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42; 142)에 설치되는 수집 수단(40; 140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플레이트(34, 36, 38; 134, 136, 138)는 상기 수평면에 대해 40 ~ 70°의 각도(α)를 이루는 입자 분리 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 수집 수단(40; 140)은 편향벽(50; 150)을 갖고,
    상기 편향벽은 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 하부 부분(42; 142)에서 상기 연도 가스 플로우(F)의 플로우 방향에 대향하여 상기 연도 가스 덕트(18; 118) 내부로 연장하고, 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 상기 바닥(60; 160)보다 위에서 편향 라인(52; 152)에 의해 종결되고, 상기 연도 가스 플로우(F)로부터의 상기 편향된 입자들(MP)을 포함하는 부분 플로우(FP)를 편향시키도록 배치되고, 상기 수집 수단(40; 140) 내에 포함된 수집 챔버(46; 146) 내부로 전달되도록 배치되는 입자 분리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 수집 챔버(46, 146)는 수집벽(56; 156)을 갖고,
    상기 수집벽은, 상기 제 1 위치(P1)에 가장 근접하여 위치되는 상기 수집 챔버(46, 146)의 부분(58; 158)으로부터 상기 편향 라인(52; 152)보다 아래의 레벨에서 상기 편향벽(50; 150)으로 연장하는 입자 분리 장치.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 배플 장치(32; 132)는 적어도 3개의 경사진 플레이트들(34, 36, 38; 134, 136, 138)을 포함하는 입자 분리 장치.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 수평한 연도 가스 덕트(18; 118)의 단면적(A1; A2)은 상기 제 1 위치(P1)에서 보다 상기 제 2 위치(P2)에서 1.2 ~ 2.5배 더 큰 입자 분리 장치.
  12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 위치(P1)로부터 상기 제 2 위치(P2)까지의 상기 연도 가스 덕트(18; 118)의 길이(L)는 상기 제 1 위치(P1)에서의 직경 또는 높이와 같은 그것의 특징적인 단면 치수(D)의 적어도 2배인 입자 분리 장치.
  13. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 배플 장치(332)는 상기 플레이트(334, 336, 338)의 각도(α)를 상기 수평면에 대해 설정하기 위한 액츄에이터(341)가 제공되는 입자 분리 장치.
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