KR20120008454A - 유체 스트림으로부터 미립자 제거 방법 및 시스템 - Google Patents

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시몬 찰스 라콤베
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

덕트(102)를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자를 집진하기 위한 방법(200) 및 시스템이 제공된다. 시스템은 덕트 내로 가스의 흐름(104)을 허가하도록 구성되는 유입구(106) 개구부(134)를 포함하는 덕트(102)로서, 작동 중 상기 가스는 미립자 오염물 및 수분을 포함하는, 상기 덕트(102)와, 상기 덕트와 유체 연통 방식으로 연결되는 소수성화제의 소스(122)를 포함한다. 상기 시스템은, 가스의 흐름 내로 소수성화제의 흐름을 채널링하도록 구성되어, 작동 중 소수성화된 미립자 오염물 및 수분을 포함하는 가스의 흐름이 형성되는, 노즐과, 소수성화된 미립자를 가스 흐름으로부터 분리시키는 필터 매체를 또한 포함한다.

Description

유체 스트림으로부터 미립자 제거 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR REMOVING PARTICULATES FROM A FLUID STREAM}
본 발명의 분야는 일반적으로 가스 또는 다른 유체의 스트림으로부터 입자상 물질을 제거하는 것에 관한 것이고, 특히 유체 스트림으로부터 소수성화된 미립자를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
직물 여과는 가스 터빈 엔진에 유입되기 전에 가스 스트림내 입자상 물질을 분리시키기 위한 공통적 기술이다. 산업적 설정에서, 직물 여과는 필터 하우스로 알려진 장치에서 달성되는 경우가 자주 있다. 일반적으로, 필터 하우스는 오염된, 미립자를 실은 가스를 수용하기 위한 유입구와, 가스 터빈 엔진과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 이용 장치에 유입되기 전에 필터 하우스로부터 청정 가스를 내보내는 유출구를 갖는 하우징을 포함한다. 하우징의 내부는 청정 여과 가스로부터 여과되지 않은 오염된 가스를 분리시키는 튜브 시트에 의해 나누어진다. 튜브 시트는 일반적으로 복수의 개구를 포함하고 복수의 필터 요소를 지지하며, 각각의 필터 요소는 개구들 중 하나를 커버한다.
작동 시에, 미립자를 실은 또는 오염된 가스가 유입구를 통해 필터 하우스 내로 운반되고, 특히, 오염 가스 플레넘 내로 운반된다. 그후 가스는 직물 필터 매체를 통해 필터 카트리지 내의 내부 공간으로 유동한다. 가스가 필터 매체를 통해 유동함에 따라, 가스가 운반하는 입자상 물질은 필터 매체의 외부와 결합되고, 필터 상에 누적되거나 또는 오염된 측부 가스 플레넘의 하측부에 떨어진다. 그후, 탈진된 가스가 튜브 시트 내 개구를 통해 청정 가스 플레넘 내로 유동한다. 청정 가스는 그후 필터 하우스 바깥으로 유동한다.
그러나, 유입 덕트 내로 유입된 에어가 역시 습할 때, 예를 들어, 바다 속이나 연안 환경에 있을 때, 또는, 비가 내리거나 안개가 끼었거나, 습도가 높을 때, 펄스 탈진 시스템의 효과는 크게 저하된다. 먼지 및 수분의 혼합물은 펄스 탈진 시스템에 의해 제거하기 어려운 점착성 덩어리가 된다. 이에 따라, 필터 매체 간에 차동 압력(ΔP)이 급격하게 증가하고 펄스에 의해 크게 감소되지도 않는다. 에어 온도가 수준의 빙점 근처로 하강할 경우, 점착성 먼지는 다시 고체로 변하여 급속한 필터 차단을 이끈다.
본 발명의 목적은 가스 또는 다른 유체의 스트림으로부터 입자상 물질을 제거, 특히 유체 스트림으로부터 소수성화된 미립자를 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에서, 덕트를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자를 집진하는 시스템은, 덕트 내로 가스의 흐름을 허가하도록 구성되는 유입구 개구부를 포함하는 덕트로서, 작동 중 상기 가스는 미립자 오염물과 수분을 포함하는, 상기 덕트와, 상기 덕트와 유체 연통 방식으로 연결되는 소수성화제의 소스를 포함한다. 상기 시스템은 가스의 흐름 내로 소수성화제의 흐름을 채널링하도록 구성되는 노즐로서, 작동 중 소수성화된 미립자 오염물 및 수분을 포함하는 가스의 흐름이 형성되는, 상기 노즐과, 소수성화된 미립자를 가스 흐름으로부터 분리시키는 필터 매체를 또한 포함한다.
다른 실시예에서, 덕트를 통해 유동하는 수분-함유 유체에 현탁된 미립자를 집진하는 방법은, 덕트를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자를 덕트 내 소수성화제의 흐름과 혼합시켜서 소수성화제의 흐름 중 적어도 일부분이 미립자의 적어도 일부와 조합하는 단계를 포함한다. 이 방법은 소수성화된 미립자를 필터 매체로 운반하는 단계와, 필터 매체를 이용하여 유체로부터 소수성화된 미립자를 분리하는 단계를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에서, 유체의 흐름에 현탁된 미립자를 제거하기 위한 미립자 여과 시스템은, 소수성화제 스프레이 및 재순환 시스템을 포함하는 덕트와, 상기 소수성화제 스프레이로부터 하향에 배치되는 덕트 내의 필터 매체와, 상기 필터 매체에 작동가능하게 연결되는 역흐름 펄스 탈진 시스템을 포함한다.
도 1 및 도 2는 여기서 설명되는 방법 및 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
본 발명의 앞서 설명한, 그리고 그외 다른 특징 및 형태가, 첨부 도면과 연계하여 읽을 때 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 대한 다음의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 유입구 필터 시스템의 개략적 블록도,
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 덕트를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자를 집진하는 방법의 순서도.
다음의 상세한 설명은 본 발명의 실시예들을 제한적인 사항이 아니라 예를 이용하여 설명한다. 본 발명은 산업적, 상업적, 및 주거적 애플리케이션에서 신뢰성있는 탈진 유체 흐름을 제공하는 해석학적 및 방법론적 실시예에 일반적으로 적용된다.
여기서 사용되는, 단수로 언급되는, 그리고, 단어 "일", 또는 "하나"로 진행되는 요소 또는 단계는, 달리 명확히 언급하지 않을 경우 복수의 요소나 단계를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 "일 실시예"에 대한 참조는 언급되는 특징들을 또한 포함하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되고자 하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 유입구 필터 시스템(100)의 개략적 블록도이다. 예시적 실시예에서, 시스템(100)은 유입구(106)로부터 유출구(108)로 유체의 흐름(104)을 운반하도록 구성되는 덕트(102)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 흐름(104)은 먼지와 습기를 실은 에어 스트림을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 덕트(102)는, 소수성화제 분사부(120)와 같은 실리콘-기반 습식 스크러버 시스템을 포함한다. 소수성화제 분사부(120)는 실리콘 기반 용액과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 소수성화제의 소스(122)를 포함한다. 소스(122)는 유체 연통 방식으로 유체 분배 헤더(124)에 연결되고, 유체 분배 헤더(124)는 복수의 노즐(130)을 통한 흐름(104) 방향(128)으로 지정 축방향 길이(26)에 대해 덕트(102) 사이에서 균등하게 소수성화제의 흐름을 전달한다. 소수성화제 분사부(120)는 흐름(104)을 통과시키는 과량의 소수성화제를 수용하기 위해 헤더(14) 아래에 위치하는 소수성화제 수집 호퍼(132)를 포함한다. 소수성화제의 적어도 일부는 흐름(104) 내 미립자와 상호작용하여, 흐름(104)으로부터 미립자를 호퍼(132) 내로 운반한다. 호퍼(132)는 재순환 펌프(136)의 흡입관에 유체 연통 방식으로 연결되는 개구부(134)를 포함한다. 펌프(136)는 수집된 소수성화제를 다시 노즐(130)로 펌핑하기 전에, 소수성화제 탈진 시스템(138)을 통해 방출할 수 있다. 흐름 제어 밸브(140)를 이용하여 호퍼(132) 내 지정 레벨을 유지할 수 있다.
필터부(142)가 소수성화제 분사부(120)로부터 하향으로 위치한다. 예시적인 실시예에서, 필터부(142)는 방향(128)에 대향된 방향으로 튜브시트(146)를 통해 연장되는 복수의 필터 매체(144)를 포함한다. 흐름(104) 내 소수성화된 미립자는 소수성화제 분사부(120)로부터 필터부(142)에 대한 유입구(147)로 운반되어, 소수성화된 미립자가 필터 매체(144)에 의해 흐름(104)으로부터 분리된다. 미립자들이 소수성화되기 때문에, 흐름(104)의 어떤 물이나 습기도 미립자를 적시지 않으며, 실질적으로 건식 미립자들이 필터 매체(144)에 의해 집진된다. 건식 미립자들은 필터 매체(144)의 표면에서 덩어리져지거나 부착되지 않고, 대신에 건식 미립자들이 서로로부터, 그리고, 필터 매체(144)로부터 손쉽게 분리되는 경향이 있다. 필터부(142)는 집진된 미립자를 수용하여 미립자 제거 시스템(150)을 이용하여 배출하기 위해 이들을 저장하는 미립자 집진 호퍼(148)를 포함한다.
펄스 탈진 시스템(152)은 필터부(142)로부터 하향에 위치한다. 예시적인 실시예에서, 펄스 탈진 시스템(152)은 헤더(154)와 복수의 탈진 노즐(156)을 포함하며, 일반적으로 필터 매체(144) 당 하나의 탈진 노즐이 구성된다. 비교적 미립자 없는 흐름(104)이 유출구(108)를 통해 덕트(102)를 빠져나온다.
작동 시에, 소수성화제 분사부(120)가 예를 들어, 가스 터빈 엔진의, 필터부(142) 상향에 설치된다. 도시되는 바와 같이 실리콘을 소수성화제로 사용하지만, 다른 소수성화제가 실리콘 대신에 사용될 수 있다. 소수성화제 분사부(120)는 일련의 스프레이 노즐(130)을 포함하며, 상기 스프레이 노즐(130)은 실리콘 미립자들의 미세 연무를 흐름(104)으로 스프레잉한다. 이러한 비교적 작은 실리콘 미립자들이 에어 내 먼지 미립자 오염물과 접촉하여 먼지 미립자 오염물을 코팅한다. 소수성화제로 적어도 부분적으로 코팅되는 먼지의 비교적 큰 미립자들이 질량 증가 때문에 호퍼(132) 내로 떨어지는 경향이 있고, 배출을 위해 집진된다. 그후 청정 실리콘이 재순환되고, 소수성화제 분사부(120) 내로 다시 공급된다.
소수성화제 분사부(120) 내의 흐름(104)으로부터 벗어나지 않을 만큼 충분히 작은 질량/표면적 비를 갖는 코팅된 먼지 미립자는, 필터부(142)에 유입되어 필터 매체(144)에서 캡처될 때까지 흐름(104) 내에서 진행한다. 먼지 미립자는 소수성화제에 의해 코팅된 후 크기가 더 커져서, 더욱 효율적인 여과 성능을 나타내고 흐름(104) 내에 존재하는 임의의 수분에 대한 내성을 또한 나타낸다.
펄스 탈진 시스템(152)이 활성화될 때, 탈진 노즐(156)로부터 에어 블라스트가 여과 매체(144)로부터 점착성없는 작은 먼지 미립자를 제거할 수 있고, 필터 매체(144)에서 먼지 미립자들이 집진 및 배출을 위해 호퍼(148) 내로 떨어진다. 마찬가지로, 물과 먼지가 얼어붙는 추운 기상 조건에서도, 이들은 서로로부터 분리된 상태를 유지할 것이며, 따라서, 펄스 탈진 시스템(152)이 더욱 효과적으로 유지됨을 보장할 수 있다.
매우 작은 질량을 갖는, 소수성화제 분사부(120)로부터의 임의의 자유로운 실리콘 액적이 필터 매체(144) 내로 압출되어 매체 자체의 소수성 특성을 증가시키도록 작용하여, 필터 수명의 지속시간에 대한 펄스 시스템 유효성을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에서, 소수성화제 분사부(120)는 흐름(104)에서 결정된 수분의 양에 근거하여 활성화된다. 예를 들어, 소수성화제 분사부(120)는 흐름(104)에 물이 존재한다고 결정될 경우에만, 또는, 흐름(140)의 온도가 섭씨 약 4.0도 미만, 또는, 얼음 형성을 촉진시킨다고 결정된 온도와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 지정 범위를 넘을 때만 활성화될 수 있다. 실시예에서, 강우계, 수분 또는 습도 센서, 및/또는 온도 센서와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 기상 센서(146)가 독자적으로 사용되거나 조합하여 사용되어, 소수성화제 분사부(120)에 대한 활성화 지점의 결정을 촉진시킨다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 덕트를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자의 집진 방법(200)의 순서도이다. 예시적인 실시예에서, 이 방법은 덕트를 통해 유동하는 유체에 현탁된 미립자를 덕트 내 소수성화제의 흐름과 혼합시켜서 소수성화제의 흐름 중 적어도 일부분이 미립자의 적어도 일부와 조합하는 단계(202)와, 소수성화된 미립자를 필터 매체로 운반하는 단계(204)와, 필터 매체를 이용하여 유체로부터 소수성화된 미립자를 분리하는 단계(206)를 포함한다.
유체의 흐름에 현탁된 미립자를 집진하는 방법 및 시스템의 상술한 실시예들은 필터 매체에 의해 캡처되기 전에 실리콘-기반 습식 스크러버 시스템을 통해 오염물을 통과시키는 신뢰성있고 가격 경쟁력있는 수단을 제공한다. 습식 스크러버에서 오염물을 소수성화시킴으로써, 오염물 및 물이 함께 혼합되어 점착성의 습한 혼합물을 형성하는 것을 방지한다. 미립자를 소수성화시키면, 필터 매체로부터 펄스에 의해 효과적으로 탈진될 수 없는, 필터 매체 표면 상의 점착성 습식 먼지 덩어리가 형성되는 것을 방지한다. 특히, 여기서 설명되는 방법 및 시스템은 젖은, 또는 습한, 및/또는 추운 기상 조건에서 펄스 탈진 시스템의 효과를 크게 개선시킨다. 먼지 오염물을 소수성화시킴으로써, 필터 매체 간에 비교적 낮은 ΔP의 유지를 촉진시킬 수 있다. 추가적으로, 상술한 방법 및 시스템은 필터 매체의 가용 수명을 연장시킨다. 연장된 필터 수명은 필터 비용을 절감할 수 있게 할 뿐 아니라, 어렵고 값비싸며, 소정 시간 주기동안 필터 하우스의 서비스를 못받게 하는 것을 요건으로 하는, 필터 교체의 비용도 절감하게 한다. 그 결과, 여기서 설명되는 방법 및 시스템은 수분이 존재할 때 유체 흐름의 입자상 물질 형태를 효율적으로 제거하는 것을 촉진시키고, 가격 경쟁력 있는 그리고 신뢰할 수 있는 방식으로 필터 매체 상에 집진되는 미립자를 더 용이하게 제거할 수 있게 한다.
이러한 서면의 설명은 예를 이용하여 최적 모드를 포함한, 본 발명을 개시하고, 당 업자가, 임의의 장치나 시스템의 실시 및 이용과 채택된 방법의 수행을 포함한, 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당 업자에게 나타나는 다른 예도 포함할 수 있다. 일부 다른 예들도, 청구범위에 적힌 표현과 다르지 않은 구조적 요소를 가질 경우, 또는, 청구범위에 적힌 표현과 본질적인 차이가 없는 대등한 구조적 요소를 포함할 경우, 청구범위의 범위 내에 있다고 간주된다.
100 : 유입구 필터 시스템 102 : 필터
104 : 흐름 106 : 유입구
108 : 유출구 110 : 가이드 날개(guide vanes)
112 : 유입구 스크린 114 : 날개
116 : 다공질판 120 : 분사부
122 : 소스 124 : 흐름 분배 헤더
126 : 축방향 길이 128 : 방향
130 : 노즐 132 : 호퍼
134 : 개구부 136 : 재순환 펌프
138 : 탈진 시스템 140 : 흐름 제어 밸브
142 : 필터부 144 : 필터 매체
146 : 튜브 시트 148 : 호퍼
150 : 미립자 제거 시스템 152 : 펄스 탈진 시스템
154 : 헤더 156 : 탈진 노즐

Claims (10)

  1. 유입구 필터 시스템(100)에 있어서,
    덕트(102) 내로 가스의 흐름(104)을 허가하도록 구성되는 유입구(106) 개구부(134)를 포함하는 상기 덕트(102)로서, 작동 중 상기 가스는 미립자 오염물 및 수분을 포함하는, 상기 덕트(102)와,
    상기 덕트와 유체 연통 방식으로 연결되는 소수성화제의 소스(122)와,
    가스의 흐름 내로 소수성화제의 흐름을 채널링하도록 구성되는 노즐로서, 작동 중 소수성화된 미립자 오염물 및 수분을 포함하는 가스의 흐름이 형성되는, 상기 노즐과,
    소수성화된 미립자를 가스 흐름으로부터 분리시키는 필터 매체를 포함하는
    유입구 필터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐을 포함하는 복수의 노즐(130)을 포함하는 스프레이 헤더(154)를 더 포함하는
    유입구 필터 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐(130)은 소수성화제의 흐름(104)을 가스의 흐름 내로 채널링하는
    유입구 필터 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 덕트(102)와 유체(104) 연통 방식으로 연결되는 소수성화제 재순환 시스템을 더 포함하는
    유입구 필터 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성화제 재순환 시스템은,
    상기 덕트(102)로부터 과량의 소수성화제의 흐름(104)을 수용하고,
    수용한 과량의 소수성화제를 상기 노즐로 채널링하도록 구성되는
    유입구 필터 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성 미립자는 상기 덕트(102)와 유체 연통 방식으로 연결되는 배출 시스템을 이용하여 집진되는
    유입구 필터 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    소수성화제의 상기 소스(122)로부터 소수성화제의 흐름(104)을 활성화시키도록 구성되는 기상 센서를 더 포함하는
    유입구 필터 시스템.
  8. 유체의 흐름(104)에 현탁된 미립자를 제거하기 위한 미립자 여과 시스템에 있어서,
    소수성화제 스프레이 및 재순환 시스템을 포함하는 덕트(102)와,
    상기 소수성화제 스프레이로부터 하향에 배치되는 상기 덕트 내의 필터 매체(144)와,
    상기 필터 매체에 작동가능하게 연결되는 역흐름 펄스 탈진 시스템(152)을 포함하는
    미립자 여과 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소수성화제 스프레이 시스템은 소수성화제의 소스(122)와 유체(104) 연통 방식으로 연결되는 노즐을 포함하는
    미립자 여과 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 재순환 시스템은 상기 덕트(102)와 유체(104) 연통 방식으로 연결되는 과량의 소수성화제 집진기와, 상기 집진기와 상기 노즐 사이에 유체 연통 방식으로 연결되는 펌프를 포함하는
    미립자 여과 시스템.
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