KR20110047740A - 습식전기집진기의 집진판 균일수막 유지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습식집진기의 집진판 표면에 균일한 세정수 수막을 유지하는 기술에 관한 것이다. 개시발명은 세정수량 조절장치 및 세정수막 두께조절장치를 포함하고, 세정수량 조절장치는 제어판을 포함하고, 판형 제어판과 집진판 사이로 흐르는 세정수에 전기장을 발생시키는 전기장 발생장치를 더 포함하고, 세정수막 두께조절장치는 세정수 공급부에서 공급된 세정수에 직류 전류를 흘려주는 전류공급장치를 포함하고, 세정수 공급시 내산피막제를 함께 공급하기 위한 내산피막제 공급부를 더 포함한다.

따라서, 집진판 표면에 균일한 수막 유지는 물론이고 필요에 따라 수막의 두께를 자유로이 조절함으로써 습식전기집진기의 효율을 높일 수 있고, 드라이스폿 및 블루헤이즈의 발생을 억제할 수 있게 된다.

Description

습식전기집진기의 집진판 균일수막 유지시스템{System for Maintenance of Uniform Water-Film on Wet Electrostatic Precipitator}

본 발명은 습식전기집진기의 집진판 균일 수막의 유지에 관한 것으로, 특히 전착도장의 원리를 이용하여 집진판 표면에 균일 수막을 유지하는 기술에 관한 것이다.

전기집진 장치는 산업현장에서 발생하는 입자상 오염물질을 제거하는 장치로 널리 사용되어 왔고, 일반적인 입자상의 단일 오염물질에 대한 연구는 많은 연구자들에 의하여 연구가 진행되어 왔다. 그러나 최근의 미국을 중심으로 초미세먼지 입자와 중금속, 백연 등의 새로운 미량 유해성 공기오염의 입자상 물질에 대한 배출 허용농도가 더욱 강화될 추이에 따라, 초미세먼지와 가스상 및 액체 미스트(mist) 상의 복합적 오염물질에 대한 새로운 집진 및 유해가스 제거기술이 요구되어 진다.

현재 국내 미세먼지 연간기준이 70에서 50μg/m³으로 강화예정에 있으나, 이는 여전히 미국 캘리포니아 기준인 20μg/m³에 비하여 높은 값으로, 향후 더욱더 강화될 추세이다. 한편, 미국에서는 1997년부터 PM(Particulate Matter) 2.5의 미세입자에 대한 규제를 시작으로 2005년 12월부터 기준을 더욱 강화시키기로 발표하였으며, 2006년도에 발표된 미세먼지 저감대책은 미국 대기환경정책의 가장 중요한 이슈로 중점 추진하고 있다.

국내에서도 2010년부터 발전소, 소각로 등의 사업장 배출허용기준의 대폭적인 강화 및 배출부과금 개편과 반도체제조시설, 액정표시장치(LCD) 등 신규 첨단산업시설에 대한 배출허용기준이 강화되는 추세이다.

반도체 공정과 같은 다양한 유해성 화학물질을 사용하는 공정에서도 기존의 집진장치에서는 제거가 어려운 미세먼지, 미스트와 각종 인체유해 화학물질들이 배기가스로 배출되고 있다. 이러한 유해 배출가스의 정화를 위하여 습식세정장치(Wet scrubber) 등이 사용되고 있으나, 이들의 처리효율상의 한계와 구조적 문제로 효과적인 습식 전기집진기를 이용한 저감기술이 개발, 적용되고 있다.

습식전기집진기(WESP, Wet Electrostatic Precipitator)는 건식 전기집진기를 구성하는 방전극, 집진판 및 고전압 인가 장치에 세정수 공급장치와 순환장치가 추가되어 구성된다. 건식 전기집진기에서의 집진판에 부착된 오염물질의 제거를 위하여 추타(Rapping) 과정 대신에 습식 전기집진기에서는 세정수를 집진판에 공급하여 부착된 오염물질을 제거한다.

습식 전기집진기는 서브마이크론(Sub-micron) 미세입자, 중금속 입자, 미스트(mist), 흄(fume), 다이옥신, 푸란(furan) 등의 입자와 가스상 오염물질의 배출 제어에 뛰어난 성능을 보인다. 섬유상 필터(fabric filter)나 건식 전기집진기 등의 오염방지 설비 등의 집진 효율은 제거 대상 입자의 물리화학적 물성에 따라 민감한 반면, 습식 전기집진기는 다양한 영역의 오염방지 설비에 적용이 가능하며, 대상 입자의 물리화학적 물성에 관계없이 서브 마이크론 입자의 제거에 효과적이다.

그러나, 일반적인 금속 판형의 습식 전기집진기는 집진판 설치의 초기 불완전성과 세정수와 집진판의 표면 장력으로 인하여 세정수가 구슬형태로 되는 경향이 있고, 이로 인하여 집진판에 세정수가 존재하지 않는 드라이 스폿(dry spot)이 존재하여 입자들의 빌드업(build up)을 초래하며 전류를 감소시켜 결과적으로 전체 효율을 저해하는 주원인이 된다.

이와 같은 드라이 스폿을 제거하기 위하여 집진판에 세정수를 분사하는 방법은 세정수 분사에 의한 미스트가 발생하여 방전극과 집진극 사이의 전도체 역할을 하여 전기장을 파괴시키는 스파크오버(spark-over) 현상이 발생한다. 습식 전기집진기 운전시, 스파크오버 현상은 집진 효율 감소의 원인이 되어 오염방지 설비 후단 배출시에 블루헤이즈(blue haze)가 발생하는 문제가 있다. 이러한 스파크오버 현상을 방지하기 위하여 세정수 분사시 인가 전압을 감소시키거나 고전압 인가를 정지해야 하는데 이로 인하여 습식 전기집진기의 효율을 떨어뜨리고 연속적 운전을 보장할 수 없는 문제를 초래한다. 또한, 습식 전기집진기에서 산성 입자의 부착에 따른 집진판 부식 문제는 비연속 운전을 하는 일반적인 습식 전기집진기에서 중요한 단점이 된다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 급수량 을 제어하고 세정수막의 두께를 조절할 수 있는 습식집진기 집진판 균일수막 유지 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 세정수량 조절장치 및 세정수막 두께조절장치를 포함하고, 세정수량 조절장치는 제어판을 포함하고, 제어판과 집진판 사이로 흐르는 세정수에 전기장을 발생시키는 전기장 발생장치를 더 포함한다. 세정수막 두께조절장치는 세정수 공급부에서 공급된 세정수에 직류 전류를 흘려주는 전류공급장치을 포함한다. 또한, 세정수 공급시 내산피막제를 함께 공급하기 위한 내산피막제 공급부를 더 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 세정수량 조절장치 및 세정수막 두께조절장치를 포함하는 습식전기집진기의 균일 수막 유지 기술에 의하면,

균일한 수막 유지는 물론이고 필요에 따라 수막의 두께를 자유로이 조절함으로써 습식전기집진기의 효율을 높일 수 있고, 드라이스폿 및 블루헤이즈의 발생을 억제할 수 있게 된다. 또한, 고 비용의 내부식성 재질을 사용하지 않아서 비교적 저가의 습식전기집진기를 생산할 수 있으므로 경제적이다.

이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 습식전기집진기의 내부 구성을 구성을 보여주는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 단위 집진부는 집진판(100) 및 세정수 공급부(300)를 포함하는 다수의 단위 집진부 및 다수의 방전판(200)으로 구성된다. 분진은 상기 방전판(200)과 상기 집진판(100) 사이에 형성되는 전기장에 의하여 상기 집진판(100)에 부착되고, 상기 집진판(100)에 모이는 분진은 상기 세정수 공급부(300)에서 공급된 세정수에 의하여 제거된다. 도 1은 본 발명의 일실시예로서 3개의 단위 집진부를 가지는 습식전기집진기를 보여주고 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 습식전기집진기의 단위 집진부의 구성을 보여주는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 단위 집진부는 세정수 공급부(300), 세정수량 조절장치(310), 집진판(100) 및 세정수막 두께조절장치(120)를 포함한다.

세정수 공급부(300)는 집진기 기동 초기에 원활한 세정수막을 생성하고 세정 수량의 변화에 대비하여 일정량의 세정수를 저장하고 공급한다.

상기 세정수량 조절장치(310)는 집진판(100)과 세정수 공급부(300) 사이에 개도조절이 가능한 제어판(320)을 포함한다.

상기 제어판(Control Blade)(320)은 세정수 공급부(300) 하단에서 집진판(100)의 양면에 간격을 두고 설치된다. 세정수 공급부(300)에 채워진 세정수가 집진판(100)으로 퍼져나갈 때의 세정수의 두께를 조절하여 적량의 세정수가 집진판(100) 표면으로 공급되도록 한다. 제어판(320)은 실리더형 엑츄에이터(Cylinder Type Actuator)(325)를 포함할 수 있고 상기 실린더형 엑츄에이터(325)는 오염물질의 양에 따라 자동으로 개도조절되도록 구성할 수 있다.

또한, 제어판(320)에는 전기장 발생장치(330)를 포함할 수 있는데, 전기장에 의하여 세정수의 표면장력을 조절하여 세정수의 수량 조절시 제어판(320)과 집진판 사이에서 비산(飛散, Entrainment)될 수 있는 액적(液滴)(mist)을 막고 수량 조절이 이루어지도록 할 수 있다. 전기장 발생장치(330)는 제어판(320)과 연동하는데, 제어판(320)이 오염물질의 양이 많아서 자동으로 벌어질 때에 전기장 발생장치(330)도 이에 맞추어 작동하도록 구성할 수 있다.

세정수 공급부(300) 내에는 지그재그 형태로 설치된 격벽(340)을 포함할 수 있다. 상기 격벽(340)에 의하여 세정수가 외부의 충격이나 급속한 수량 변동에 의한 충격을 흡수하게 하여 원하는 수량조절이 이루어지게 한다. 격벽(340)의 구성은 도 4에 상세히 도시되어 있다.

상기 세정수막 두께조절장치(120)는 전류공급장치로 구성된다. 전착도장의 원리를 이용하여 세정수막의 두께를 조절하는 것으로, 세정수를 집진판(100) 상단에 위치한 세정수 공급부(300)를 통하여 집진판(100) 표면에 균일하게 흘려 준 뒤 집진판(100)과 방전판(도시되지 않음) 사이의 세정수막이 형성된 부분에 세정수막 두께조절장치(120)를 통하여 직류 전류를 흘려주면 이하의 4가지의 현상이 동시에 일어나면서 집진판(100) 표면의 전 부분에 균일하게 수막이 형성된다. 이때 가해주는 전류의 양을 조정하여 손쉽게 세정수의 수막 두께를 조정할 수 있게 된다.

(1) 전기분해(Electrolysis)

집진판(100) 표면에 퍼져있는 세정수 용액 중에 직류전류를 통하면, 양극과 음극 사이에서 각각 방전하여 화학 분해가 일어나고 양극과 음극에서 각각 이온을 방출하게 된다.

(2) 전기영동(Electro-phoresis)

세정수 용액 속에서 콜로이드 상태로 분산된 세정수 입자에 전장을 인가하면 콜로이드 상태의 세정수 입자는 분산질의 해리, 온의 흡착 등에 의하여 전하를 가지게 되기 때문에 반대 전하를 띤 전극을 향하여 이동한다.

(3) 전기석출(Electro-deposition)

양극과 음극으로 이동한 세정수 입자가 각각 반응하여 집진판(100) 표면에서 분자 상태로 석출되어 전착수막을 형성한다.

(4) 전기침투(Electro-osmosis)

상기 석출된 전착수막이 다공질판의 역할을 하여, 물을 분리하게 되는데, 분리된 상기 전착수막의 양면에 전극을 설치하여 전위차를 주면 물이 전위차에 의하여 상기 전착수막을 통과하여 이동하게 된다. 따라서, 두 액면 사이의 높이가 다르게 된다. 음이온보다 양이온이 쉽게 다공질판을 통과하는 성질을 이용한 것이다. 상기 전착수막을 통한 물의 전기침투에 의하여 탈수현상이 일어난다.

이상의 4가지 현상 중에서 전기분해와 전기영동 현상은 주로 전극 부근에서 일어나는 세정수 입자의 이동에 관계되며, 전기석출과 전기침투 현상은 주로 집진판(100) 표면에서 부착과 관계된 현상이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내산피막제 공급부를 보여주는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 상기 세정수 공급부(300)는 내산피막제 공급부(30)를 더 포함한다. 습식전기집진기에서 산성입자의 부착에 따른 집진판(100)의 부식 문제는 비연속 운전을 하는 일반적인 습식전기집진기에서의 또 다른 중요한 단점이다. 이를 극복하기 위하여 세정수량 조절장치의 세정수 공급부(300)에 내산피막제 공급부(30)를 두어 주기적으로 공급하여 주면 내산 코팅을 정기적으로 시행하는 효과를 가지게 된다.

상기 내산피막제 공급부(30)는 내산제 저장 및 교반장치(32) 및 공급관(31)을 포함한다. 내산피막제 공급부(30)에 의하여 공급된 내산피막제에 대하여도 상기 세정수막 두께조절장치가 세정수를 집진판(100) 표면에 고루 퍼지게 하는 전착도장의 원리를 이용할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부한 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 습식전기집진기의 내부 구성을 구성을 보여주는 개념도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 습식전기집진기의 단위 집진부의 구성을 보여주는 개념도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내산피막제 공급부를 보여주는 개념도, 및

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 격벽의 구성을 보여주는 개념도이다.

Claims (7)

1. 집진판, 방전판 및 세정수 공급부을 포함하는 습식 전기집진기에 있어서,

   상기 집진판에 공급되는 세정수의 급수량을 조절하는 세정수량 조절장치; 및

   상기 집진판에 공급된 세정수에 의하여 형성되는 세정수막의 두께를 조절하는 세정수막 두께조절장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정수량 조절장치는 상기 세정수 공급부 하단에서 상기 집진판과 평행하게 설치된 제어판을 포함하고, 상기 제어판은 상기 집진판과의 간격을 조절하기 위하여 움직일 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어판은 오염물질의 축적량에 따라 자동으로 상기 집진판과의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 세정수량 조절장치는 상기 제어판에 연결되어 상기 제어판과 상기 집진판 사이로 흐르는 세정수에 전기장을 형성시키는 전기장 발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 세정수막 두께조절장치는 상기 집진판으로 공급되는 세정수에 직류 전류를 흘려주는 전류공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 세정수 공급부는 내부에 지그재그 형태로 격벽을 설치하는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세정수 공급부는 세정수 공급시 내산피막제를 함께 공급하기 위한 내산피막제 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식전기집진기 집진판 균일수막 유지시스템.

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