KR20110071647A - 고온 배기가스의 처리방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융로와 같은 고온처리로에 투입된 원료로부터 2차 제품(추출원료)의 생산을 위한 용융과정에서 고온 배기가스 속에 포함된 추출원료를 최대 회수하여 재사용 할 수 있도록 여과집진수단 전에 비례적으로 제어 공급되는 인입공기에 의한 배기가스 속에 함유된 추출원료의 용융점 이하로 냉각하고 여과 포에 의한 포집으로 수거율을 극대화함과 동시에 여과 포의 추출원료의 침착을 최대한 방지하여 기공 막힘을 최대한 줄여 수명보장을 보장한다.
또한 배출가스의 폐 열을 이용하여 고온처리로에 공급되는 버너의 연소공기인 에너지 재활용이 제공되어 고온처리로 운행에 따른 연료의 절감을 최대한 제공할 수 있다.
고온처리로, 배출가스, 원료 재사용, 용융점 이하, 차압, 폐 열 재활용
Description
본 발명은 용융로와 같은 고온처리로에 투입된 원료로부터 2차 제품(추출원료)을 생산하는 용융과정에서 발생하는 고온 배기가스 속에 포함된 추출원료의 최대 회수에 의한 경제성 극대화 및 폐 열 재활용으로 고온처리로 운행에 따른 연료의 절감을 제공할 수 있는 고온 배기가스의 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 2차 제품(추출원료)의 생산을 위한 광물원료를 처리하는 용융로와 같은 고온처리로는 외부에 배출되는 고온 배기가스가 법규에서 지정하는 기준치 이내로 처리하게 된다.
즉, 원료(광물, 분말)를 용융 처리하는 과정에서 고온 배기가스 내에는 추출하고자 하는 2차 제품(추출원료)인 중금속 원료가 미립자로 용융되어 고체상 및 액체상으로 포함된 상태로 배출된다.
이러한 상태의 고온 배기가스를 그대로 방출하는 경우에는 심각한 환경오염을 초래함으로써 반드시 고온 배기가스를 공중에 방출할 수 있는 기준치로 여과하여 무해한 상태로 배출하게 된다.
다시 말하여, 고온 배기가스 내의 분진(미립자)를 처리하기 위해서는 가스상 물질과 분리하여 집진 하게 되는 데, 이러한 집진수단으로서 고온세라믹필터(백 필터)를 갖는 여과집진설비에 의해 포집한다.
이러한 고온처리로에서 배출되는 고온 배기가스의 처리기술은 종래에도 다양한 기술로 개시되고 있다.
이러한 처리기술은 고온의 배기가스에 의해 여과집진설비가 손상되는 것을 방지하기 위해 필연적으로 상기 여과집진설비의 전단에 가스냉각장치를 구성하여 고온 배기가스를 냉각한 상태로 투입하여 여과집진설비의 보호 및 분진의 효과적인 분리를 행하고 있다.
그러나 이러한 종래의 고온 배기가스 처리기술에서 구현된 배기가스 냉각수단은 단순히 여과집진설비의 보호에 궁극적인 목적이 있다.
그 결과 용융된 상태로 그대로 고온 배기가스 속에 함유된 미립자가 여과집진설비의 여과 포에 침착(沈着)되어 고가의 세라믹필터(백 필터)의 기능 저하로 수명을 보장하지 못하였다.
그리하여 강구된 수단이 고온 배기가스와 약품 처리된 가스를 반응시켜 고온 배기가스 중의 용융된 분진(비산재)가 여과 포에 침착 시키지 않는 상태로 포집한다.
결국, 이러한 원료의 용융에 의한 소기의 2차 제품(추출원료)을 수득하는 고온 배기가스 처리장치는 배기가스 속에 포함된 추출원료의 수거에 의한 재사용 수단이 강구되지 않고, 강제적인 약품처리에 의한 폐기물로 수거하여 처리하는 수단이 강구됨으로써, 원료의 낭비가 심하고 장치 운용에 따른 비용이 과대하게 소용되는 단점이 있었다.
또한, 배출가스의 폐열 재활용 수단이 강구되지 못함으로 인한 용융로와 같은 고온처리로의 운용에 따른 효과적인 에너지 절약이 보장되지 못하였다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고온 배기가스의 처리방법 및 장치는,
원료(분말이나 광물)을 용융처리에 의해 필요한 2차 제품(추출원료)의 원활한 생산 및 고온 배기가스 중에 함유되어 배출되는 분진 속의 추출원료를 수거하여 재사용에 의한 경제성 극대화 및 배기가스의 폐 열의 재활용에 의한 사용연료의 절약을 극대화하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 여과집진수단의 효율적인 운용에 의해 장기간 사용이 가능하도록 하는데 다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고온 배기가스의 처리장치는,
원료(분말이나 광물)를 용융 분해하여 필요한 2차 제품(추출원료)을 분리 추출하는 고온처리로;
상기 고온처리로에서 용융된 상태로 배출되는 고온 배기가스에 포함된 추출원료를 여과 포집하는 여과집진수단;
상기 고온 배기가스의 여과집진수단의 인입 전 온도와 연동하여 배기가스 속에 용융상태로 포함된 추출원료의 용융점 이하의 설정온도로 냉각시키는 냉각수단;
상기 여과집진수단에서 여과된 고온 배기가스를 인입공기와 열 교환하여 냉각 방출함과 동시에 상기 고온처리로의 가열 가스버너에 예열된 인입공기를 공급하는 공기예열수단; 및
상기 공기예열수단에서 배기가스를 흡인하여 외부 배출과 동시에 상기 고온처리로의 내부압력을 ±0mmAq로 유지하도록 송풍회전수를 제어하여 고온처리로의 공기비산을 방지하는 유인송풍수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각수단은 액츄에이터(actuator)에 의한 비례제어로 공기 량을 조절 투입하여 자연냉각으로 제품원료의 용융점 이하로 유지하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 여과집진수단의 입구와 출구의 차압이 설정 값 이상으로 상승하면 여과포 상부에서 압축공기의 투입으로 털어주어 배출가스의 원활한 흐름을 유지하도록 세척하는 여과포세척수단이 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 고온 배기가스의 처리방법은,
고온처리로 내에 원료를 용융하여 2차 제품(추출원료)을 분리하는 용융단계;
상기 고온처리로의 고온 배기가스에 포함된 추출원료의 용융점 이하로 냉각한 상태로 여과집진수단에 투입하여 여과 포에 의해 걸러 추출원료를 수거하는 여과집진단계;
상기 여과 배출되는 고온 배기가스를 인입공기와 열 교환으로 자연 냉각한 상태로 배출함과 동시에 예열된 인입공기를 상기 고온처리로의 가열버너에 공급하는 예열공급단계; 및
상기 배기가스를 흡인하여 공중 배출과 동시에 상기 고온처리로의 내부압력을 ±0mmAq로 유지하여 고온처리로의 공기비산을 방지하는 유인송풍단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 여과집진단계는 여과 포에 의한 여과 전에 액츄에이터의 비례제어에 의한 공기 량을 조절 투입으로 고온 배출가스를 자연 냉각하여 추출원료의 용융점 이하로 유지한 상태로 투입하는 것을 특징으로 한다.
상기 여과집진단계는 입구와 출구의 차압이 설정 값 이상 되면 압축공기를 불어 여과 포를 세척하는 것을 특징으로 한다.
상기 예열공급단계는 여과 배출되는 고온 배기가스와 인입공기와의 열 교환에 의해 냉각된 배기가스를 배출하고 예열된 인입공기를 상기 고온처리로의 가열버너의 연소공기로 활용하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 의하면, 고온처리로에 의한 원료의 용융과정에서 고가의 원료 손실을 방지하여 경제성 및 환경오염을 최대한 방지할 수 있고, 폐 열의 재활용에 의한 연료절감 효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 적용되는 원료에 따라서 운용이 간편함으로써 사용범위를 높일 수 있어 신뢰성이 보장된다.
본 발명의 특징적 핵심요지는 원료의 용융과정에서 고온 배기가스에 포함된 상태로 배출되는 추출원료를 수거하여 재사용에 의한 경제성 보장과 추출원료의 무단 방출에 의한 환경오염의 적극적인 방지 및 폐 열의 재활용에 의한 고온 처리로의 운전 연료를 절감할 수 있는 기술로 특정할 수 있다.
이하, 첨부되는 도면과 참조하여 본 발명의 구성과 작동에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고온 배기가스의 처리장치의 구조를 개략적으로 도시한 구조도로서, 용융로와 같은 고온처리로(100)와 여과집진수단(200), 공기예열수단(300) 및 유인송풍수단(400)의 구성요소를 포함하고 있다.
이때, 상기 고온처리로(100)와 여과집진수단(200)의 배관(P/L)에는 냉각수단(500)이 구성된다.
상기 고온처리로(100)는 추출하고자 하는 2차 제품(추출원료)를 포함하는 분말이나 광물 형태의 원료가 공급구(110)에 의해 도입되고, 열원(LNG 버너: 120)에 의한 850℃~1000℃ 정도의 고열로 용융된다.
이렇게 용융되어 분리된 2차 제품(추출원료)는 배출구(130)에서 배출되고, 냉각에 의한 고체화(固體化) 상태로 수거된다.
이때, 상기 고온처리로(100)에서 배출되는 고온 배기가스에는 상기 추출원료가 용융된 상태로 포함되어 그대로 배출된다.
이렇게 배출되는 고온 배기가스는 상기 여과집진수단(200)에 도입된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 여과집진수단(200)은 하측의 입구(220)와 상측의 출구(230)를 갖는 호퍼 형상의 하우징(210)과, 상기 입, 출구(220,230) 사이 내부에 구성된 세라믹소재의 여과 포(240)와, 상기 여과 포의 상부에 구성되어 상기 입구(220) 측의 압력과 상기 출구(230) 측의 압력 차가 설정된 차압 값에 도달하면 상기 여과포(240)의 상부에서 압축공기를 불어 세척을 행하는 여과포 세척수단(250)으로 이루어진다.
상기 고온 배기가스는 상기 여과집집수단(200)의 도입 전에 배관(P/L)에 구성된 냉각수단(500)에 의해 추출원료가 갖는 용융점 이하의 냉각된 상태로 공급된다.
그 결과, 상기 고온 배기가스에 함유된 추출원료는 상기 여과 포(240)에 침착 되지 않고 걸러져 하우징(210)의 하부에 포집되어 재사용할 수 있다.
상기 여과집진수단(200)의 입구(220)와 연결된 배관(P/L)에 구성된 상기 냉각수단(500)은,
상기 하우징(210)의 입구(220) 측에 구성된 온도조절용 댐퍼(510)과,
상기 온도조절용 댐퍼를 구동 제어하는 액츄에이터(520)와,
상기 하우징(210)의 출구(230)에 구성되어 감지에 의해 상기 액츄에이터(520)를 구동하는 온도감지센서(530)로 구성된다.
이러한 냉각수단(500)은 상기 고온처리로(100)에서 용융되는 원료에 따라서 냉각제어가 설정된다.
즉, 원료로부터 추출되는 추출원료의 용융점 온도에 비하여 상기 하우징(210)의 출구(230)을 통하여 배출되는 고온 배기가스의 온도가 설정된 온도 이상이 되면 상기 감지센서(530)에 의해 상기 액츄에이터(520)를 구동하여 추출원료의 용융점 온도 이하로 냉각되도록 온도조절용 댐퍼(510)을 제어하여 인입공기의 공급을 조절하게 된다.
상기 액츄에이터는 밸브 또는 댐퍼, 슬라이드 등을 반복적으로 정확한 위치에 놓이게 하는 구동기인 모듀트롤 모터(MODUTROL MOTER)가 바람직하다. 이러한 모듀트롤 모터는 엔코더 또는 포텐쇼미터로 구성된 전자회로에 의하여 정확한 위치를 검출 제어 하거나, 샤프트의 회전각을 디지털 또는 아날로그 신호에 의하여 제어 구동이 정밀하다.
이렇게 고온 배기가스에 포함된 추출원료가 용융점 이하로 냉각된 상태로 상기 하우징(210)의 하부측 입구(220)를 통해 도입되고 내부 중앙의 여과 포(240)를 경유 여과되어 상기 추출원료는 하우징(210)의 하부에 포집되어 수집됨과 동시에 상부 측 출구(230)를 통해서는 여과된 배기가스가 배출된다.
이러한 추출원료 여과 수득과정에서 상기 여과집진수단(200)의 여과포(240)는 장기간 사용에서 기공이 막히게 되어 여과효율이 떨어짐으로 여과포 세척수단(250)에 의해 주기적으로 세척이 행해진다.
상기 여과포 세척수단(250)은 차압세팅부(260)와,
상기 차압세팅부에 의해 상기 여과집진수단(200)을 구성하는 하우징(210)의 입구(220)와 출구(230)의 차압을 검출하는 압력게이지(270)와,
상기 압력게이지의 차압이 설정 값에 도달하면 이를 감지하여 밸브(291)를 개방 제어하는 감지센서(280)와,
상기 밸브(291)를 통해 압축공기를 공급하는 콤프레샤(290)로 구성된다.
이러한 여과포 세척수단(250)은 상기 여과집진수단(200)의 사용과정에서 여과포(240)의 기공을 털어서 원활한 가스의 흐름의 제공을 위하여 주기적인 세척을 목적으로 하고 있다.
즉, 상기 차압세팅부(260)에 의해 압력게이지(270)를 통해 상기 하우징(210)의 입구(220)와 출구(230)의 차압을 설정하게 되고, 상기 여과포(240)의 기공이 막히면서 상기 차압 설정값에 도달하면 감지센서(280)가 감지하게 된다.
이러한 감지센서(280)의 감지에 의해 차압세팅부(280)의 제어에 의해 밸브(291)을 개방함으로써 콤프레샤(290)에 의해 여과포(240)의 상부에서 강한 압축공기로 불어 털어줌으로써 여과포(240)의 세척과 동시에 기공에 막혀있던 추출원료를 상기 하우징(210)의 하부토출구(211)에 수집하게 된다.
이렇게 상기 하부토출구(211)에 수집된 추출원료는 일측의 공압실린더(212)의 작동으로 슬라이드 게이트(213)가 개방하고, 포집운반수단(215)에 의해 수집되어 운반된다.
상기 여과집진수단(200)에서 여과된 고온 배기가스는 공기예열수단(300)을 경유하면서 강제 인입되는 공기와 열교환으로 더욱 냉각된 상태로 유인송풍수단(400)에 의해 외부로 방출되고, 상기 인입공기는 예열되어 고온처리로(100)의 가열버너(120)의 연소공기로 공급된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공기예열수단(300)은 상호 열 교환이 가능한 배출튜브(310) 및 인입튜브(320)가 구성되고, 상기 배출튜브(310)는 상기 여과집진수단(200)의 출구(230)와 배관(P/L)으로 연결되어 상기 유입송풍수단(400)의 흡인으로 배기가스가 도입되고 동시에 상기 인입튜브(320)는 외부에 설치된 송풍팬(350)에 의해 인입공기의 강제 공급으로 도입되어 상호간 열 교환된다.
즉, 상기 고온 배기가스는 더욱 냉각되어 상기 유인송풍수단(400)에 의해 외부(대기 중)에 배출되고, 상기 인입공기는 예열된 상태로 상기 고온처리로(100)의 가열버너(120)의 연소공기로 공급된다.
따라서, 상기 고온 배기가스의 폐열은 상기 가열버너(120)에 연소공기의 예열수단으로 활용되어 에너지 재활용에 의한 연료 사용량을 절감할 수 있다.
그리고 상기 유인송풍수단(400)은 대기 중에 배출하기 위하여 굴뚝의 하부에 구성된 흡인팬(410)이 구성된다.
상기 흡인팬(410)은 일측 모터(420)에 의해 구동되되, 상기 모터(420)는 상기 고온처리로(100)의 내부압력을 감지하여 설정 가능한 컨트롤러(430)에 의해 송풍회전수가 제어된다.
이러한 유인송풍수단(400)은 상기 컨트롤러(430)의 제어에 의해 상기 고온처리로(100) 내부에 원료 투입 시에 내부압력을 ±0mmAq로 유지하도록 상기 흡인팬(410)의 송풍회전 수를 제어하여 고온처리로(100)의 공기비산을 방지함과 동시에 고온처리로(100)의 내부 비산원료들은 여과집진수단(200)에 의해 여과하여 회수할 수 있다.
실시 예
고온처리로(100)를 850℃ 이상으로 가열한 상태에서 암모늄메타바나데이트(NH4VO3) 분말가루(원료)를 투입하고 용융시켜 배출구(130)를 통해 2차 제품(추출원료)인 오산화바나듐(V2O5)을 수거하였다.
이러한 추출원료의 용융과정에서 상기 고온처리로(100)에서 배출되는 고온 배기가스에는 암모니아 가스와 오산화바나듐(V2O5)의 추출원료가 용융상태로 포함되어 배출된다.
상기 추출원료인 오산화바나듐(V2O5)은 황산제조촉매, 나프탈렌의 무수프탈산 제조용촉매, 벤젠으로부터 무수말렌인산 제조용 촉매, 바나듐화합물의 제조원료, 섬유염색, 착색, 기타촉매 등에 사용된다.
그리고 배출되는 고온 배기가스에 포함된 추출원료는 상기 여과집진수단(200)에 의해 여과 포집되어 재사용할 수 있다.
상기 고온 배기가스는 상기 집진여과수단(200)의 도입 전에 설치된 상기 냉각수단(500)에 의해 상기 추출원료인 오산화바나듐(V2O5)의 용융점(약 650℃) 이하인 500~550℃로 냉각 제어하여 여과포(240)에서 여과 포집으로 재사용할 수 있었다.
상기 여과포(240)는 고온(1000℃)에서 사용되는 세라믹 계열로 사용하였다.
이러한 여과집진과정에서 여과포(240)의 기공은 여과포 세척수단(250)에 의해 털어 원활한 배기가스의 흐름을 유도하고 자동 차압관리에 의한 장치 효율을 최대한 높일 수 있었다.
상기 공기예열수단(300)은 고온처리로(100)의 가열원인 가열버너(120)의 연소공기를 배기가스의 폐열로 예열하여 공급함으로써 상시 운전을 안정되게 하고, 고온으로 예열(약 350℃ 정도)된 공기를 공급함으로써 사용연료의 20% 정도를 절감할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고온 배기가스의 처리장치의 구조를 개략적으로 도시한 구조도 이다.
도 2는 도 1의 여과집진수단 부분을 발췌한 확대도 이다.
도 3은 도 1의 공기예열수단과 유인송풍수단 및 고온처리로와의 연결구조를 보인 발췌 확대도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100: 고온처리로 110: 공급구
120: 열원(LNG버너) 130: 배출구
200: 여과집진수단 210: 하우징
220: 입구 230: 출구
240: 여과포 250: 여과포세척수단
300: 공기예열수단 310: 배출튜브
320: 인입튜브 350: 송풍팬
400: 유인송풍수단 410: 흡인팬
430: 컨트롤러 500: 냉각수단
510: 온도조절용 댐퍼 520: 액츄에이터
530: 온도감지센서 P/L: 배관
Claims (9)
- 원료(분말이나 광물)를 용융 분해하여 필요한 2차 제품(추출원료)을 분리 추출하는 고온처리로;상기 고온처리로에서 용융된 상태로 배출되는 고온 배기가스에 포함된 추출원료를 여과 포집하는 여과집진수단;상기 고온 배기가스의 여과집진수단의 인입 전 온도와 연동하여 배기가스 속에 용융상태로 포함된 추출원료의 용융점 이하의 설정온도로 냉각시키는 냉각수단;상기 여과집진수단에서 여과된 고온 배기가스를 인입공기와 열 교환하여 냉각 방출함과 동시에 상기 고온처리로의 가열 가스버너에 예열된 인입공기를 공급하는 공기예열수단; 및상기 공기예열수단에서 배기가스를 흡인하여 외부 배출과 동시에 상기 고온처리로의 내부압력을 ±0mmAq로 유지하도록 송풍회전수를 제어하여 고온처리로의 공기비산을 방지하는 유인송풍수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각수단은 액츄에이터(actuator)에 의한 비례제어로 공기 량을 조절 투입하여 자연냉각으로 제품원료의 용융점 이하로 유지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 여과집진수단은 하측의 입구와 상측의 출구를 갖는 호퍼 형상의 하우징과, 상기 입, 출구 사이 내부에 구성된 세라믹소재의 여과 포와, 상기 여과 포의 상부에 구성되어 상기 입구 측의 압력과 상기 출구 측의 압력 차가 설정된 차압 값에 도달하면 상기 여과포의 상부에서 압축공기를 불어 세척을 행하는 여과포 세척수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 냉각수단은 상기 여과집진수단의 상기 하우징의 입구 측에 구성된 온도조절용 댐퍼와,상기 온도조절용 댐퍼를 구동 제어하는 액츄에이터와,상기 하우징의 출구에 구성되고 감지에 의해 상기 액츄에이터를 구동하는 온도감지센서로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 여과포 세척수단은 차압세팅부와,상기 차압세팅부에 의해 상기 여과집진수단을 구성하는 하우징의 입구와 출구의 차압을 검출하는 압력게이지와,상기 압력게이지의 차압이 설정 값에 도달하면 이를 감지하여 밸브를 개방 제어하는 감지센서와,상기 밸브를 통해 압축공기를 공급하는 콤프레샤로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리장치.
- 고온처리로 내에 원료를 용융하여 2차 제품(추출원료)을 분리하는 용융단계;상기 고온처리로의 배기가스에 포함된 추출원료의 용융점 이하로 냉각한 상태로 여과집진수단에 투입하여 여과 포에 의해 걸러 추출원료를 수거하는 여과집진단계;상기 여과 배출되는 고온 배기가스를 인입공기와 열 교환으로 자연 냉각한 상태로 배출함과 동시에 예열된 인입공기를 상기 고온처리로의 가열버너에 공급하는 예열공급단계; 및상기 배기가스를 흡인하여 공중 배출과 동시에 상기 고온처리로의 내부압력을 ±0mmAq로 유지하여 고온처리로의 공기비산을 방지하는 유인송풍단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리방법.
- 제6항에 있어서,상기 여과집진단계는 여과 포에 의한 여과 전에 액츄에이터의 비례제어에 의한 공기 량을 조절 투입으로 고온 배기가스를 자연 냉각하여 추출원료의 용융점 이하로 유지한 상태로 투입하는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리방법.
- 제6항에 있어서,상기 여과집진단계는 상기 여과집진수단의 입구와 출구의 차압이 설정 값 이상 되면 압축공기를 불어 여과 포를 세척하는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리방법.
- 제6항에 있어서,상기 예열공급단계는 여과 배출되는 고온 배기가스와 인입공기와의 열 교환에 의해 냉각된 배기가스를 배출하고 예열된 인입공기를 상기 고온처리로의 가열버너의 연소공기로 활용하는 것을 특징으로 하는 고온 배기가스의 처리방법.
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