KR20110108971A - 집진 장치 - Google Patents

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송창병
김상빈
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 내부로 공기가 유입되며 유입된 공기를 여과하는 여과부가 내부에 구비되어 유입된 공기를 여과부로 여과시켜 배출시키는 여과 집진기와, 상기 여과 집진기 내부로 유입되는 공기에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 기기를 포함하여 연소 공기 내의 분진 및 미세 먼지, 그리고 황산화물을 황산 암모늄으로 변형하여 상기 여과부로 여과하여 동시에 처리 가능한 것이다.
본 발명은 연소 중에 발생하는 대기 오염 물질인 분진, 질소 산화물, 황 산화물을 제거하여 공기 정화 처리를 위한 시설 비용 및 공간, 유지 관리 비용을 크게 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 연소 중 발생하는 연소 가스에 포함된 공기 오염 물질을 효율적으로 제거하여 배출함으로써 공기 오염 물질의 제거 효율을 극대화하는 효과가 있다.

Description

집진 장치{Dust Collecting Apparatus}
본 발명은 집진 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 소결 배가스에 포함된 대기 오염물질을 효과적으로 여과 처리할 수 있는 집진 장치에 관한 발명인 것이다.
일반적으로 제철 공장, 제강 공장, 자동차 제조 공장, 선박 제조 공장, 산업 기계 제조 공장 및 화력 발전소 등에는 공장 내에서 발생하는 분진을 제거하여 배출하기 위한 집진 장치가 구비된다.
그리고 상기한 집진 장치는 관성을 이용한 관성 집진기, 원심력을 이용한 사이클론 집진기, 전기력을 이용한 전기 집진기, 필터를 사용하여 입자를 포집하는 여과 집진이 있다.
한편, 제철 공장 및 제강 공장에서는 연소에 의한 작업이 많고, 상기 연소 작업 시에 먼지 뿐만 아니라 질소 산화물(NOx)와 황산화물(SOx)와 같은 대기 오염물질이 포함된 소결 배가스가 대량 배출되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 소결 배가스에 포함된 먼지 및 질소 산화물, 황산화물을 함께 제거하여 처리할 수 있는 집진 장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은 내부로 공기가 유입되며 유입된 공기를 여과하는 여과부가 내부에 구비되어 유입된 공기를 여과부로 여과시켜 배출시키는 여과 집진기와;
상기 여과 집진기 내부로 유입되는 공기에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 기기를 포함한 집진 장치를 제공함으로써 해결되는 것이다.
상기 여과부는 복수의 여과포가 적층된 것이며,
상기 여과포는 미세 공극으로 분진 및 미세 입자를 차단하는 표면 필터와;
상기 표면 필터를 통과한 공기 중에 포함된 질소 산화물(NOx)를 제거하는 촉매가 담지되며 상기 표면 필터의 일 측면에 부착된 촉매 필터와;
상기 촉매 필터의 일 측면에 부착되는 필터 지지체를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 공기 온도 조절 기기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기 온도 조절 기기는 상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 가열하는 가열부와;
상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 냉각하는 냉각부와;
상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 측정하는 온도 감지 센서와;
상기 온도 감지 센서, 상기 가열부, 상기 냉각부에 연결되며 상기 가열부 및 냉각부의 작동을 제어하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 냉각부는 상기 여과 집진기 내로 공기를 유입시키는 유입 관부재의 내부에 배열되는 냉각수 순환관와;
상기 냉각수 순환관으로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 탱크와;
상기 냉각수 순환관의 유로를 개폐하는 밸브와;
상기 냉각수 순환관으로 순환되는 냉각수를 냉각시키는 열 교환기와;
상기 냉각수 순환관으로 냉각수를 순환시키는 펌프를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 여과 집진기는 공기가 유입되는 유입구가 일 측에 구비되고 내부로 유입된 공기가 팽창되는 공간부가 형성된 하부 본체부와;
상기 하부 본체부의 상부에 구비되며 상부에 상기 하부 본체부로 유입된 공기가 배출되는 배출구가 구비된 상부 본체부와;
상기 상부 본체부 내에 배치되며 상기 하부 본체부의 유입구로 유입되어 상기 배출구를 통해 배출되는 공기가 통과되는 복수의 여과포로 이루어진 여과부와;
상기 하부 본체부와 상부 본체부 사이에 배치되며 상기 하부 본체부의 공기를 상기 여과부로 유입시키는 복수의 공기 구멍이 형성된 다공판을 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연소 중에 발생하는 대기 오염 물질인 분진, 질소 산화물, 황 산화물을 제거하여 공기 정화 처리를 위한 시설 비용 및 공간, 유지 관리 비용을 크게 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 연소 중 발생하는 연소 가스에 포함된 공기 오염 물질을 효율적으로 제거하여 배출함으로써 공기 오염 물질의 제거 효율을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명인 집진 장치를 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 여과 필터 구조를 도시한 요부 확대 단면도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명인 여과 집진기(100)는 공기가 유입되는 유입구(21)가 일 측에 구비되고 내부로 유입된 공기가 팽창되는 공간부(22)가 형성된 하부 본체부(20)와;
상기 하부 본체부(20)의 상부에 구비되며 상부에 상기 하부 본체부(20)로 유입된 공기가 배출되는 배출구(31)가 구비된 상부 본체부(30)와;
상기 상부 본체부(30) 내에 배치되며 상기 하부 본체부(20)의 유입구(21)로 유입되어 상기 배출구(31)를 통해 배출되는 공기가 통과되는 복수의 여과포(11)로 이루어진 여과부(10)와;
상기 하부 본체부(20)와 상부 본체부(30) 사이에 배치되며 상기 하부 본체부(20)의 공기를 상기 여과부(10)로 유입시키는 복수의 공기 구멍(32a)이 형성된 다공판(32)을 포함한다.
상기 배출구(31)는 상기 상부 본체부(30)의 상부 중앙에 형성되며, 상기 여과부(10)는 상기 상부 본체부(30)의 상부 중앙에 형성된 배출구(31)와 연통되는 중공부(12)가 형성되게 복수의 여과포(11)가 적층 배치된 것이다.
상기 다공판(32)은 중앙에 상기 여과부(10)의 중공부(12)를 커버하는 중공 커버부(32b)가 구비되고, 중공 커버부(32b)의 주위로 상기 하부 본체부(20) 내의 공기를 상기 여과부(10)의 여과포(11)로 통과시키는 복수의 공기 구멍(32a)이 배치되는 것이다.
또 상기 유입구(21)에는 연소된 연소 공기가 유입되는 유입 관부재(100a)가 연결되며, 상기 하부 본체부(20)는 흡입된 공기 내에 포함된 분진 또는 미세 먼지 응집체가 낙하되어 쌓이는 호퍼로 하부에 낙하되어 쌓인 분진 및 미세 먼지를 배출하는 토출구가 구비된다.
상기 하부 본체부(20)의 하부에는 상기 토출구를 개폐하는 개폐 도어(23)가 구비되어 분진 또는 미세 먼지 등이 내부에 일정량 이상 쌓이면 토출구를 개방하여 토출시켜 처리하는 것이다.
상기 여과 집진기(100)로 연결된 유입 관부재(100a)는 메인 팬(미도시)에 의해 연소된 공기를 상기 하부 본체부(20)의 공간부(22) 내로 흡입하는 것으로 이는 집진 설비에서 공지된 것으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또 본 발명인 집진 장치는 상기 여과 집진기(100) 내부 즉, 상기 하부 본체부(20)의 공간부(22)로 유입되는 공기에 암모니아(NH3)를 분사하는 암모니아 분사 기기(200)를 포함한다.
상기 암모니아 분사 기기(200)는 상기 하부 본체부(20) 내로 공기를 유입시키는 상기 유입 관부재(100a)의 내부에 장착되어 암모니아를 분사하는 분사 노즐부(40)와;
상기 분사 노즐부(40)로 암모니아를 공급하는 암모니아 공급부(50)를 포함한다.
상기 암모니아 분사 기기(200)는 상기 분사 노즐부(40)로 상기 유입 관부재(100a)를 통과하는 공기 즉, 연소된 공기에 암모니아를 분사시켜 황화 산화물(SOx)을 황산 암모늄((NH4)2SO4 )의 입자로 변형시키는 것이다.
상기 황화 산화물이 암모니아와 반응하여 황산 암모늄으로 변형되는 반응식은 하기와 같다.
[반응식 1]
2NH3 + SO2 + H2O → (NH4)2SO4
상기한 바와 같이 반응된 황산 암모늄은 상기 여과부(10)의 여과포(11)의 표면에서 공기 내에 포함된 분진 및 미세 먼지와 함께 제거되는 것이다.
한편, 상기 여과부(10)의 여과포(11)는 도 2에서 도시한 바와 같이 미세 공극으로 분진 및 미세 입자를 차단하는 표면 필터(11a)와;
상기 표면 필터(11a)를 통과한 공기 중에 포함된 질소 산화물(NOx)를 제거하는 촉매가 담지되며 상기 표면 필터(11a)의 일 측면에 부착된 촉매 필터(11b)와;
상기 촉매 필터(11b)의 일 측면에 부착되는 필터 지지체(11c)를 포함한다.
상기 촉매 필터(11b)는 폴리아미드계 또는 유리 섬유(Glass Fiber)를 사용하며, 상기 촉매는 산화 망간, WO3-V2O5/TiO2 등을 사용하는 것을 일 예로 하며 질소 산화물과 반응하여 질소 산화물을 제거하는 어떠한 물질도 사용 가능함을 밝혀둔다.
질소 산화물은 상기 촉매와 반응하여 질소 가스와, 물로 변형되며 그 반응식은 하기와 같다.
[반응식 2]
4NO + 4NH3 + O2 (촉매) →4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 (촉매)→3N2 + 6H2O
상기 반응식 2에서 보는 바와 같이 일산화 질소 및 이산화 질소와 같은 질소 산화물은 상기 촉매 필터(11b)에 담지된 촉매와 반응하여 질소 가스와, 물로 변형되어 제거되는 것이다.
상기 질소 산화물은 하기 표 1에서 보는 바와 같이 공기의 온도가 200℃ 이상의 고온에서 제거 효율이 향상된다.
공기와 촉매의 반응 온도(℃) NOx 제거 효율(%)
140 이상 ~ 160 미만 75 이상 ~ 80 미만
160 이상 ~ 180 미만 80 이상 ~ 83 미만
180 이상 ~ 200 미만 83 이상 ~ 85 미만
200 이상 ~ 230 미만 85 이상 ~ 90 미만
그리고 상기 질소 산화물은 상기 표 1에서 확인되는 바와 같이 상기 공기와 촉매의 반응 온도가 200℃ 이상의 고온으로 갈수록 제거 효율이 증대되는 것을 알 수 있다.
그러나 상기 공기의 온도가 250℃ 이상인 경우 상기 여과포(11)를 손상시켜 여과포(11)의 수명을 저하시키고, 여과포(11)의 손상으로 공기가 여과되지 못하고 바로 배출되는 경우가 발생될 수 있으므로 상기 공기의 온도는 200℃ 이상 250℃ 미만이 바람직하며, 더 바람직하게는 230℃로 유지하는 것이다.
상기한 바와 같이 질소 산화물과 촉매의 반응 온도가 질소 산화물을 제거하는데 큰 영향을 미치는 것이다.
따라서 본 발명인 집진 장치는 상기 여과 집진기(100) 내로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 공기 온도 조절 기기(300)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공기 온도 조절 기기(300)는 상기 여과 집진기(100) 내로 유입되는 공기의 온도를 가열하는 가열부(60)와;
상기 여과 집진기(100) 내로 유입되는 공기의 온도를 냉각하는 냉각부(70)와;
상기 여과 집진기(100) 내로 유입되는 공기의 온도를 측정하는 온도 감지 센서(80)와;
상기 온도 감지 센서(80), 상기 가열부(60), 상기 냉각부(70)에 연결되며 상기 가열부(60) 및 냉각부(70)의 작동을 제어하는 제어부(90)를 포함한다.
상기 가열부(60)는 상기 유입 관부재(100a)의 내부에 배치되는 전열선을 포함한다.
상기 냉각부(70)는 상기 유입 관부재(100a)의 내부에 배열되는 냉각수 순환관(71) 및 상기 냉각수 순환관(71)으로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 탱크(72), 상기 냉각수 순환관(71)의 유로를 개폐하는 밸브(73)와, 상기 냉각수 순환관(71)으로 순환되는 냉각수를 냉각시키는 열 교환기(74), 상기 냉각수 순환관(71)으로 냉각수를 순환시키는 펌프(75)를 포함한다.
상기 냉각부(70)는 상기 밸브(73)와 펌프(75)가 상기 제어부(90)에 연결되어 상기 밸브(73)와 펌프(75)의 작동을 제어부(90)로 제어하여 냉각수의 순환을 제어하는 것이다.
즉, 상기 제어부(90)는 상기 온도 감지 센서(80)에 의해 상기 공기의 온도가 200℃보다 낮으면 상기 가열부(60)를 작동시켜 공기의 온도를 상승시키고, 상기 공기의 온도가 230℃보다 높으면 상기 냉각부(70)를 작동시켜 공기의 온도를 낮춤으로써 상기 공기의 온도를 제어하는 것이다.
상기한 바와 같이 공기의 온도가 제어되어 질소 산화물의 제거 효율을 극대화할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기 유입 관부재(100a)를 통해 유입되는 공기 즉, 연소 공기 내에 암모니아를 분사시켜 공기 내에 포함된 황산화물을 황산 암모늄으로 입자화하는 것이다.
상기 공기 중에 포함된 분진, 미세 분진, 상기 황산 암모늄은 상기 유입 관부재(100a)를 통해 상기 하부 본체부(20)의 공간부(22) 내로 유입되면서 공기의 팽창으로 유속이 저하됨으로써 입자가 큰 것들이 1차적으로 낙하되어 제거된다.
또 입자가 작은 분진, 미세 분진, 상기 황산 암모늄은 상기 다공판(32)의 공기 구멍(32a)을 통해 상기 여과포(11)의 표면 필터(11a)에 의해 여과되어 처리되는 것이다.
그리고 상기 공기 중에 포함된 질소 산화물은 상기 여과포(11)의 촉매 필터(11b)를 통과하면서 촉매와 반응 질소와 물로 변형되어 제거되는 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명인 집진 장치는 연소 공기 내의 분진, 미세 먼지와 같은 오염 물질 이외에도 황산화물, 질소 산화물의 오염 물질을 동시에 제거하여 공기를 배출시키는 것이다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 여과부 11 : 여과포
12 : 중공부 20 : 하부 본체부
30 : 상부 본체부 31 : 배출구
32 : 다공판 40 : 분사 노즐부
50 : 암모니아 공급부 60 : 가열부
70 : 냉각부 80 : 온도 감지 센서
90 : 제어부 100 : 여과 집진기
200 : 암모니아 분사 기기 300 : 온도 조절 기기

Claims (6)

  1. 내부로 공기가 유입되며 유입된 공기를 여과하는 여과부가 내부에 구비되어 유입된 공기를 여과부로 여과시켜 배출시키는 여과 집진기와;
    상기 여과 집진기 내부로 유입되는 공기에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사 기기를 포함한 것을 특징으로 하는 집진 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과부는 복수의 여과포가 적층된 것이며,
    상기 여과포는 미세 공극으로 분진 및 미세 입자를 차단하는 표면 필터와;
    상기 표면 필터를 통과한 공기 중에 포함된 질소 산화물(NOx)를 제거하는 촉매가 담지되며 상기 표면 필터의 일 측면에 부착된 촉매 필터와;
    상기 촉매 필터의 일 측면에 부착되는 필터 지지체를 포함한 것을 특징으로 하는 집진 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 공기 온도 조절 기기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집진 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 공기 온도 조절 기기는 상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 가열하는 가열부와;
    상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 냉각하는 냉각부와;
    상기 여과 집진기 내로 유입되는 공기의 온도를 측정하는 온도 감지 센서와;
    상기 온도 감지 센서, 상기 가열부, 상기 냉각부에 연결되며 상기 가열부 및 냉각부의 작동을 제어하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 집진 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 여과 집진기 내로 공기를 유입시키는 유입 관부재의 내부에 배열되는 냉각수 순환관와;
    상기 냉각수 순환관으로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 탱크와;
    상기 냉각수 순환관의 유로를 개폐하는 밸브와;
    상기 냉각수 순환관으로 순환되는 냉각수를 냉각시키는 열 교환기와;
    상기 냉각수 순환관으로 냉각수를 순환시키는 펌프를 포함한 것을 특징으로 하는 집진 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과 집진기는 공기가 유입되는 유입구가 일 측에 구비되고 내부로 유입된 공기가 팽창되는 공간부가 형성된 하부 본체부와;
    상기 하부 본체부의 상부에 구비되며 상부에 상기 하부 본체부로 유입된 공기가 배출되는 배출구가 구비된 상부 본체부와;
    상기 상부 본체부 내에 배치되며 상기 하부 본체부의 유입구로 유입되어 상기 배출구를 통해 배출되는 공기가 통과되는 복수의 여과포로 이루어진 여과부와;
    상기 하부 본체부와 상부 본체부 사이에 배치되며 상기 하부 본체부의 공기를 상기 여과부로 유입시키는 복수의 공기 구멍이 형성된 다공판을 포함한 것을 특징으로 하는 집진 장치.

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