KR20120139922A

KR20120139922A - 다공판 배플을 이용한 기액분리장치

Info

Publication number: KR20120139922A
Application number: KR1020110059468A
Authority: KR
Inventors: 최상일; 진경태; 이상호; 김정근; 박영철
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-28
Also published as: KR101261822B1

Abstract

본 발명은 내부에 다공판 배플이 설치된 기액분리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 고함수 슬러지를 건조배출하는 건조시스템 중 건조기의 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기의 후단에 설치되어 응축기에서 제거되지 않은 잔량수분 또는 배출되는 기체에 실려서 배출된 수분을 효율적으로 제거하는 장치에 관한 것이다. 특히 내부의 가스 이동 유로상에 다공판 배플을 설치하여 고속으로 이동하는 가스와의 접촉면적을 증가시켜 유속을 저감시킴은 물론 배플과 내벽면에서 1차적으로 수분이 제거되도록 하고, 잔량의 수분은 상부 데미스트에서 최종적으로 분리 제거되게 함으로써 기체성분에 포함된 수분 제거율을 증대시키는 유속변화와 접촉면적 증대에 의한 기액분리장치에 관한 것이다.

Description

다공판 배플을 이용한 기액분리장치{GAS-LIQUID SEPARATING APPARATUS USING THE BAFFLE}

일반적으로 슬러지상의 고함수 폐기물은 80% 이상 다량의 수분을 함유하고 있는 물질로 하수/폐수 처리공정을 비롯하여 염색, 제철, 화학공정 등에서의 유/무기화학 폐기물 등과 더불어 발생량은 매년 현저한 증가를 나타내고 있다. 특히 고함수슬러지는 악취발생으로 인해 수질 및 토양오염에 큰 영향을 미치고 있다.

상기 축산폐수를 포함한 고함수슬러지는 대부분 매립에 의존해 왔는데, 최근 국내외적으로 이러한 폐기물을 자원화 또는 에너지화 하려는 연구개발이 다양하게 이루어지고 있으며, 선진국에서는 건조후 퇴비화, 소각 용융 후 건설자재 등으로 상당부분 실용화되고 있다.

상기 슬러지를 건조시키기 위한 종래 건조장치는 고함수 슬러지를 일정량으로 공급하는 공급피더인 공급부와, 상기 공급된 슬러지에 열을 가하여 건조시키고 이를 배출하는 건조기와, 상기 건조기에서의 배출가스에 포함된 수분을 응축하여 제거하는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 배출가스의 악취와 유해성분을 제거하는 후처리장치를 포함하여 구성된다.

상기 건조기에서는 고온상태의 배출가스를 배출하기 때문에 배출되는 량 만큼의 에너지 손실이 발생된다. 따라서, 에너지의 손실을 최소화하기 위해서 건조기의 운전온도를 100℃ 이하로 설정하여 운전하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 온도에서의 운전은 건조에 소요되는 시간이 증가되기 때문에 건조기의 처리량이 저하되고, 슬러지 처리용량당 소요열량이 크게 소요되는 단점이 있다.

따라서 최근에는 건조기에서 건조효율을 증대시키기 위해 건조시스템에 예열기를 설치하는 방법이 제시되었다. 상기 예열기 설치방법은 공급부에서 건조기로 투입되는 고함수슬러지와 건조로에서 배출되는 고온 배출가스를 모두 예열기를 통해 건조로와 응축기로 투입되게 한 것이다. 이러한 과정에서 상기 예열기에서는 고온 배출가스와 고함수슬러지가 열교환되어 고함수슬러지를 예열시키게되며, 예열기에서 예열된 고함수슬러지는 건조기에서 추가 예열시간을 단축시켜 건조시간단축 및 건조효율을 증대시키게 된다.

또한, 상기 건조효율을 더욱 증대시키기 위해서는 건조기 배출가스에서 수분을 제거하는 응축기로부터 배출되는 건조배출가스를 건조기의 이송가스로 재공급하는 방법이 사용될 수 있다.

이러한 방법은 공급되는 이송가스의 수분함량이 적을수록 건조기의 건조효율을 증대시킬 수 있으므로, 상기 이송가스의 수분함량을 최대한으로 낮출 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명의 다공판 배플을 이용한 기액분리장치는,

응축기 다음 공정에 배치되어 배출가스의 유속을 급속하게 감속시켜 응축기의 건조기체 배출과정에서 고압에 의해 기체와 함께 강제배출된 수분을 제거하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 유입된 배출가스의 이동로 상에 다공판의 배플을 설치하여 유입된 배출가스의 이동경로를 저해하지 않으면서 유속을 감속시킬 수 있는 장치의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 다공판 배플을 이용한 기액분리장치는,

고함수슬러지를 건조기에서 가열하여 건조시키고, 상기 건조기에서 배출되는 수분함량이 높은 고온 배출가스는 응축기에서 온도를 낮춰 기체수분의 응축으로 분리하고, 상기 응축기의 후단에 설치되어 응축기에서 고압배출시 기체와 함께 실려서 강제배출되는 수분을 이송되는 기체의 유속을 감속시켜 분리제거하는 기액분리기에 있어서, 통체로 하단에는 분리수배출구가 형성되고 상단에는 가스배출구가 형성된 본체와; 상기 본체 내부의 중간부분에 설치되어 상하공간을 하부의 고압가스도입실과 상부의 건조가스배출실로 구획하는 데미스터와; 상기 구획된 고압가스도입실 내벽면의 접선방향으로 응축기에서 배출된 고압 건조배출가스를 유입하여 유입된 건조배출가스가 내벽면을 선회하면서 상부로 이동되게 하는 가스유입구;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 본체 고압가스도입실의 내벽면에는 건조배출가스의 이동경로상에 본체 중심을 향하도록 배플을 다수 설치하여 유입된 고압 배출가스의 유속을 감속시키는 것을 특징으로 한다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 다공판 배플을 이용한 기액분리장치는,

응축기에서 배출되는 건조배출가스에 실려서 함께 이송되는 수분을 제거하여 최종배출되는 건조배출가스의 수분함유량을 낮출수 있어 건조배출가스를 건조기로 재투입해 건조효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 내벽면에 형성된 배플에 의해 건조배출가스와의 접촉면적증대와 감속이 이루어지도록 하여 고속으로 유동되는 건조배출가스로부터의 수분분리가 용이하게 이루어져 수분함유율을 대폭적으로 낮출수 있는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기액분리기가 장착된 건조시스템을 도시한 개략공정도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기액분리기를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 가스유입구의 설치상태를 나타낸 A-A단면도.
도 4는 도 3에서 본 발명에 따른 배플이 설치된 상태를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공판 배플을 도시한 부분사시도.
도 6은 본 발명에 따른 비틀림각으로 배플을 설치한 예를 도시한 설치개략도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 기액분리기(1)는 기체에 포함되어 있는 수분을 분리하는 장치로 도시된 바와같이 수분함량이 80%이상인 고함수슬러지 폐기물을 건조하는 건조시스템에 사용될 수 있다.

상기 건조시스템은 고온의 스팀 또는 전열에 의해 열을 발생시켜 고함수슬러지를 가열해 수분을 증발시키는 건조기(2)를 구비한다. 상기 건조기에는 펌프인 공급부(3)에 의해 고함수슬러지를 공급하도록 한다. 또한, 상기 건조기에서 증발된 수분을 포함하는 고온 배출가스는 응축기로 공급되어 온도를 낮춰 기체상태의 수분을 응집시켜 분리되도록 한다.

이 때 상기 공급부에서 공급되는 고함수슬러지는 예열기(4)를 통해 건조기로 투입되도록 하고, 상기 건조기에서 배출되는 고온 배출가스는 상기 예열기를 통해 응축기로 이송되게 할 수 있다. 따라서, 상기 예열기에서는 건조기로 투입되는 고함수슬러지가 고온배출가스로부터 열을 전달받아 예열된 다음 건조기로 투입하여 건조효율을 증대시킬 수 있다.

이러한 건조시스템에서 상기 응축기(5)는 온도를 낮춰 기체의 포함된 수분을 응축시켜 분리하는 장치이다. 이때 상기 응축기는 응축작용이 이루어진 후 배출되는 수분을 제거한 건조 배출가스는 고압으로 이동됨으로 배출압력에 의해 분리된 액상 수분 중 일부가 건조배출가스에 실려서 함께 이송된다.

따라서, 상기 응축기의 다음 공정으로 본 발명에 따른 기액분리기(1)를 장착하여 건조 배출가스에 포함되어 있는 잔량의 수분을 제거하도록 한다.

상기 본 발명에 따른 기액분리기(1)는 도 2를 참조한 바와같이 하단에 분리수배출구(13)가 형성되고, 상단에는 가스배출구(14)가 형성된 통체인 본체(10)와, 상기 본체의 내부를 상하부로 구획하는 데미스터(20)와, 상기 구획된 하부공간으로 응축기에서 배출된 건조배출가스를 유입하는 가스유입구(30)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(10)는 분리수배출구(13)가 형성된 하부를 원뿔형태로 테이퍼지게 형성하여 분리된 액상수분(물)의 포집이 용이하게 이루어져 배출되도록 할 수 있으며, 상부에도 테이퍼진 원뿔형태로 형성하여 수분을 분리한 건조 배출가스의 배출이 용이하게 이루어지도록 할 수 있고, 측면에는 확인창(15)을 형성하여 내부상태를 확인하여 공급유량을 조절하도록 할 수 있다.

다음으로 상기 데미스터(20)는 본체 내부의 중간부분에 설치되어 본체 내부공간을 하부의 고압가스도입실(11)과 상부의 건조가스배출실(12)로 구획하도록 한다. 상기 데미스터는 하부의 고압가스도입실로 유입되어 상부의 건조가스배출실로 이동되는 건조배출가스와의 접촉면적을 증가시켜 기체내에 포함되어 있는 잔량의 수분을 분리하도록 한다. 따라서, 데미스터의 두께를 증가시켜 데미스터를 통한 수분분리효율을 증가시킬 수 있다.

상기 가스유입구(30)는 도 3을 참조한 바와같이 하부 고압가스도입실(11)의 내벽면과 접선방향으로 형성된다. 상기 가스유입구로 유입되는 고압의 건조배출가스는 고압가스도입실의 내벽면을 따라 선회하면서 상부로 이동되어 데미스터를 통해 상부의 건조가스배출실로 이동된다. 이때 상기 고압의 건조배출가스는 내벽면과의 접촉에 의해 가스에 포함된 수분 또는 고속 이송에 의해 강제 이송되는액체상태의 수분이 분리된다. 또한 가스유입구에서 고압가스도입실로 이동되면서 유로가 확장됨으로 유로확장에 의한 이송속도 감속으로 상기 분리가 더욱 용이하게 이루어진다.

이러한 기액분리기에서 상기 본체의 고압가스도입실(11) 내벽면에는 도 4에 도시된 바와같이 다수의 배플(40)이 형성될 수 있다. 상기 배플은 가스유입구를 통해 유입된 건조배출가스의 이동경로 상에서 본체 내면으로부터 본체 중심을 향하여 돌출형성된다. 상기 돌출된 배플 면은 유입된 건조배출가스의 진행방향을 향하도록 하여 건조배출가스의 흐름을 방해해 속도를 저감시키도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배플은 다수의 배플이 동일 수평선상에 배치되는 것 이외에 유입된 건조배출가스가 고압가스도입실의 내벽면을 따라 선화하면서 상승함으로 다수의 배플도 가스유입구와 멀어질수록 이전 배플보다 상부에 위치하도록 하여 상승하는 건조배출가스에 대응되도록 할 수 있다. 또한, 상기 배플을 고압가스도입실 내벽면에 상하방향으로 길게(하부의 원뿔진 테이퍼가 형성되지 않는 통체면 전체 길이) 형성하여 건조배출가스의 유속저하와 접촉면을 제공할 수 있다.

상기 배플(40)은 도 5에 도시된 바와같이 다수의 통공(41)이 형성된 다공판으로 형성될 수 있다. 상기 고압가스도입실로 유입된 건조배출가스는 고압상태임으로 이러한 건조배출가스가 직접 배플에 부딪치게 되면 배플에 큰 하중이 전달되어 파손될 수 있다. 따라서, 상기 배플을 다공판으로 형성하여 유입된 건조배출가스와의 저항을 줄이면서 감속이 이루어지도록 하고, 건조배출가스의 이동경로도 유지할 수 있다. 이러한 배플(40)은 도시된 다공판 형상 이외에 망체, 가로 또는 세로바 등 통공이 형성된 다양한 형태를 사용하여 배플과 응축기로부터 전달받은 건조배출가스와의 접촉면적을 증가시켜 기체성분으로부터 액체성분인 물의 분리가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 도 6과 같이 상기 배플(40)은 일정 경사를 갖도록 비틀리게 설치할 수 있다. 상기 배플은 판 또는 다공판 또는 망체의 형태로 유입된 건조배출가스의 진행방향으로 면이 향하게 설치되어 있는데, 상기 배플면을 하부를 향하도록 본체 축방향을 기준으로 일정각 비틀리게 장착됨으로 배플과 건조배출가스의 접촉에 의해 분리된 물이 경사진 배플면을 따라 하향으로 이동되면서 분리수배출구로 떨어지도록 한 것이다.

상기 배플의 비틀림각도는 본체 축방향을 중심으로 5~45°로 형성할수 있다. 상기 45° 이상일 경우에는 유입된 건조배출가스의 유속이 저하되는 효과가 감소되며, 5°이하일 경우에는 배플에 큰 하중이 전달받게 되어 파손을 야기시킬 수 있으므로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 상기 비틀림각도를 10~20°의 범위 내로 형성하여 건조배출가스의 유속을 저감시키면서 배플이 받는 하중을 최소화하는 최적비율을 제공하는 것이다.

본 발명의 작용상태를 설명하면,

응축기(5)에서 수분이 제거된 건조배출가스는 고압으로 기액분리기(1)의 가스유입구(30)에 공급된다. 상기 가스유입구(30)로 유입되는 건조배출가스는 본체(10)의 고압가스도입실(11) 내벽면에 접선방향으로 공급되며, 내벽면을 따라 선회하면서 상부로 이동된다.

이러한 이동과정에서 건조배출가스는 고압가스도입실(11) 내벽면과의 접촉에 의해 유속이 점차 낮아지고, 내벽면에는 건조배출가스에 포함된 수분이 묻어서 액체성분의 분리가 이루어진다.

상기 선회하면서 이동되는 건조배출가스는 고압가스도입실 내벽면에 형성된 배플과 접하여 기-액 분리가 더 이루어지도록 한다.

상기 배플은 다공판으로 형성됨으로 건조배출가스와의 접촉면적을 더욱 증가시켜 건조배출가스 내에 포함된 수분의 분리가 용이하게 이루어진다.

또한, 상기 배플 면이 하부를 향하도록 일정각 비틀려 있으므로, 배플면에 묻은 수분은 건조배출가스의 유속에 의해 배플 하부로 밀려서 즉시 제거되고, 제거된 수분(물)은 본체 하부의 분리수배출구(13)를 통해 배출이 이루어진다.

상기 배플(40)에 의해 수분이 1차 제거된 건조배출가스는 데미스터(20)를 통과하여 건조가스배출실(12)로 공급된다. 이때 건조배출가스는 데미스터를 통과하면서 잔량의 수분이 데미스터 면과 접촉되어 분리제거됨으로 최종적으로 건조가스배출실의 가스배출구를 통해 배출되는 건조배출가스는 수분함유량을 대폭적으로 절감시킬 수 있다.

1 : 기액분리기 2 : 건조기
3 : 공급부 4 : 예열기
5 : 응축기
10 : 본체
11 : 고압가스도입실 12 : 건조가스배출실
13 : 분리수배출구 14 : 가스배출구
15 : 확인창
20 : 데미스터
30 : 가스유입구
40 : 배플
41 : 통공

Claims

고함수슬러지를 건조기에서 가열하여 건조시키고, 상기 건조기에서 배출되는 수분함량이 높은 고온 배출가스는 응축기에서 온도를 낮춰 기체수분의 응축으로 분리하고, 상기 응축기의 후단에 설치되어 응축기에서 고압배출시 기체와 함께 실려서 강제배출되는 수분을 이송되는 기체의 유속을 감속시켜 분리제거하는 기액분리기에 있어서,
통체로 하단에는 분리수배출구(13)가 형성되고 상단에는 가스배출구(14)가 형성된 본체(10)와;
상기 본체 내부의 중간부분에 설치되어 상하공간을 하부의 고압가스도입실(11)과 상부의 건조가스배출실(12)로 구획하는 데미스터(20)와;
상기 구획된 고압가스도입실 내벽면의 접선방향으로 응축기에서 배출된 고압 건조배출가스를 유입하여 유입된 건조배출가스가 내벽면을 선회하면서 상부로 이동되게 하는 가스유입구(30);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
제1항에 있어서,
상기 본체 고압가스도입실의 내벽면에는 건조배출가스의 이동경로상에 본체 중심을 향하도록 배플(40)을 다수 설치하여 유입된 고압 배출가스의 유속을 감속시키는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
제2항에 있어서,
상기 배플(40)은 다공판으로 형성하여 이동경로를 유지하면서 감속이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 기액분리기.
제3항에 있어서,
상기 배플(40)은 상기 건조배출가스가 유입되는 방향의 면이 하부를 향하도록 본체 축방향을 기준으로 일정각 비틀리게 장착됨을 특징으로 하는 기액분리기.
제4항에 있어서,
상기 배플(40)의 비틀림 각도는 10~20°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기액분리기.