KR20130031812A

KR20130031812A - Filter having multi nano membrane layer for collection dust

Info

Publication number: KR20130031812A
Application number: KR1020120105485A
Authority: KR
Inventors: 이계일
Original assignee: (주)한남세라믹
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-03-29

Abstract

PURPOSE: A filter with a multilayer nanomembrane for collecting dust is provided to minimize solidification into a cake state and to extend filter lifetime. CONSTITUTION: A filter comprises: a support layer, a primary membrane layer covering the support layer, and a secondary nanomembrane covering the primary membrane layer. A space is formed inside the support layer. The thickness of the primary membrane is 5-10 um. The thickness of the secondary nanomembrane layer is 0.1-1 um. [Reference numerals] (AA,EE) Nanomembrane layer; (BB,FF) Membrane layer; (CC) Coating layer; (DD) Support

Description

Filter having multi nano membrane layer for collection dust

본 발명은 석탄화력발전용의 집진시스템에 설치되는 집진용 필터에 관한 것으로, 미세분진이 필터의 지지층까지 유입되는 것을 방지하여 지지층을 보호하고, 기공을 막아 케이크 상태로 고착되는 현상을 최소화하여 탈진 작업의 효과가 극대화될 수 있고, 미세분진이 필터의 지지체까지 유입되는 것을 방지하는 멤브레인 층과 세라믹 필터의 목(Neck) 부위의 내충격성과 열전도성을 높이는 코팅층을 갖는 집진용 다층 나노 멤브레인층을 갖는 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a dust collecting filter installed in a dust collection system for coal-fired power generation, to prevent the fine dust from entering the support layer of the filter to protect the support layer, to prevent the pore to minimize the phenomenon of sticking in the cake state to exhaust dust It has a multi-layer nanomembrane layer for dust collection, which has a membrane layer which prevents the inflow of fine dust to the support of the filter and a coating layer which increases the impact resistance and thermal conductivity of the neck of the ceramic filter. It is about a filter.

최근 고효율 연료 발전시스템으로서 차세대 석탄화력발전 시스템인 석탄가스화 복합발전 플랜트(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle), 석탄가스화 연료전지발전 플랜트(IGFC, Integrated coal Gasification Feul cell Combined Cycle) 또는 석탄가스화 합성석유 제조 플랜트(CTL, Coal to Liquid)가 각광받고 있으며, 이러한 시스템에는 석탄가스화시 발생되는 연소배가스를 정제하는 세라믹 필터가 필수적이다.Recently, as a high efficiency fuel power generation system, IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC), Integrated Coal Gasification Feul Cell Combined Cycle (IGFC) or Coal Gasification Synthetic Petroleum Plant Coal to Liquid (CTL) is in the spotlight, and such a system requires a ceramic filter to purify the flue-gas generated from coal gasification.

도1은 석탄가스화 복합발전 시스템의 기본 개념도이고, 도2는 기존 캔들형 집진용 필터의 구조 및 문제점을 보여주는 개념도이다.1 is a basic conceptual view of a coal gasification combined cycle power generation system, Figure 2 is a conceptual diagram showing the structure and problems of the existing candle-type dust collector filter.

그러한, 석탄가스화 복합발전 시스템의 기본 개념도는 도1과 같으며, 그림에서 점선 영역으로 나타낸 부분이 집진 시스템으로서 이후의 시스템을 정상적으로 가동하기 위해서는 석탄가스화기 바로 후단에 설치되어 연소배가스를 초청정 합성가스로 정제시켜 공급해야 하는 필수적인 시스템이며, 이를 위해서는 집진시스템 내에 고온, 내부식성 및 내산화성이 우수한 다공성 세라믹 필터가 필수적으로 요구된다.The basic conceptual diagram of the coal gasification combined cycle power generation system is as shown in FIG. 1, and the portion indicated by the dotted line in the figure is a dust collection system, which is installed immediately after the coal gasifier in order to operate the subsequent system normally. It is an essential system that needs to be purified and supplied with gas. For this purpose, a porous ceramic filter having excellent high temperature, corrosion resistance, and oxidation resistance is essential in the dust collection system.

이러한 집진 시스템내에 유입되는 연소배가스는 일반적으로 모든 연료들은 부식성이 강한 어느 정도의 황 성분을 포함하고 있고, 연소시 연료의 산화 또는 부분 산화에 의해 이산화탄소, 황산가스가 형성될 수 있고, 석탄의 연소시 산화질소 성분이 형성된다. 특히, IGCC시스템의 경우, 합성가스중에는 가스터빈을 마모시키는 미세먼지 입자가 다량 함유되어 있고, 부식 및 침식을 유발하는 알칼리성 금속화합물과 황산염, 질소 함유 이온, 염화물, 불화물 및 인산염 등의 이온 성분과 미량 원소 또는 유기화합물 등이 함유되어 있다. 특히 알칼리성 금속 화합물은 수분을 함유한 미세한 분진형태, 휘발된 증기상태, 분진에 응축되어 입자로 응집된 여러 가지 상태로 존재하고 있다. 이에 따라 미세분진이나 화합물들은 가스터빈 뿐만 아니라 집진을 위해 사용되는 세라믹 필터의 내구성을 열화시키게 되며, 집진용 세라믹 필터는 열악한 고온 고압의 환경에 노출되게 되며, 분진 입자들이 필터내에 쌓이면서 필터의 성능은 떨어지게 되어 탈진을 필요로 하게 되고, 이에 따라 필터는 열악한 고온 고압의 환경내에서 노출되어 분진 입자들은 필터내에 쌓이면서 필터의 성능을 떨어지게 한다.Combustion flue gas flowing into the dust collection system generally contains a certain amount of sulfur, which is highly corrosive, and carbon dioxide and sulfuric acid gas can be formed by oxidizing or partial oxidation of fuel during combustion, and combustion of coal. Nitric oxide components are formed. In particular, in the IGCC system, the synthesis gas contains a large amount of fine dust particles that wear gas turbines, and ionic components such as sulfates, nitrogen-containing ions, chlorides, fluorides, and phosphates that cause corrosion and erosion. Trace elements or organic compounds are contained. In particular, alkaline metal compounds exist in various forms of fine dust containing moisture, volatilized vapor state, and condensed in dust and aggregated into particles. As a result, fine dusts and compounds deteriorate the durability of not only gas turbines but also ceramic filters used for dust collection, and the ceramic filters for dust collection are exposed to poor high temperature and high pressure environments. As a result, the filter may be dedusted, and thus, the filter may be exposed in an environment of poor high temperature and high pressure, and dust particles may accumulate in the filter and degrade the filter.

집진 시스템에서 세라믹 캔들 필터의 집진/탈진 방법에 대한 개념도로서 도2에 나타낸 바와 같이, 집진/탈진의 기본 원리는 배가스 내에 함유되어 있는 수분을 포함한 알칼리성 분진들이 필터의 표면에 부착되어 일정 두께를 형성하게 되면 일정 주기로 필터 내부에 압축공기에 의한 백 펄스(back pulse)를 주기적으로 인가하여 외부 표면에 부착된 분진을 떨어내는 방식으로 탈진을 하게 된다.As shown in FIG. 2 as a conceptual diagram of a dust collecting / dedusting method of a ceramic candle filter in a dust collecting system, the basic principle of dust collecting / dedusting is that alkaline dust including moisture contained in exhaust gas adheres to the surface of the filter to form a certain thickness. In this case, by periodically applying a back pulse of compressed air to the inside of the filter at regular intervals, dust is removed by dropping dust attached to the outer surface.

즉, 기존 집진용 필터는 미세분진이 멤브레인층의 내부로 침투하게 되어 지지층의 기공 내에서 수분과 함께 케이크(cake)상으로 고착되어 기공 눈막힘(plugging) 현상이 발생하여 집진효율이 저하되고, 시간이 경과됨에 따라 케이크상에 의한 산화물 형성 및 부식에 의하여 필터가 파괴되며, 필터의 수명이 짧아지게 되고, 이에 따라 필터 교체 비용이 증가하며, 탈진 주기만큼 집진시스템을 정지시켜 정비를 해야 하는 문제점이 있다.That is, in the existing dust filter, fine dust penetrates into the inside of the membrane layer and adheres to the cake with moisture in the pores of the support layer, resulting in pore plugging, which reduces dust collection efficiency. As time passes, the filter is destroyed by oxide formation and corrosion by the cake phase, and the life of the filter is shortened. As a result, the filter replacement cost increases, and the dust collection system needs to be stopped and maintained by the exhaustion cycle. There is this.

또한, 멤브레인 층과 지지체의 기공내에서 미세분진이 수분과 함께 케이크(cake)상으로 고착되어 시간이 경과됨에 따라 케이크상에 의한 산화물 형성 및 부식에 의해 필터가 열화되고, 고온 환경에서 고압의 백 펄스(back pulse)에 의해 열적 충격 및 기계적 충격을 받게 되어 세라믹 필터의 목(Neck) 부위가 쉽게 부서지는 문제점이 있었다.In addition, the fine particles are adhered to the cake with moisture in the pores of the membrane layer and the support, and as time passes, the filter is deteriorated by oxide formation and corrosion by the cake phase. There was a problem that the neck of the ceramic filter is easily broken due to thermal shock and mechanical shock by the back pulse.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수분을 함유한 고온 고압의 환경하에서 집진기능이 극대화된 필터로서 미세분진이 필터의 지지층까지 유입되는 것을 방지하여 지지층을 보호하고, 기공을 막아 케이크 상태로 고착되는 현상을 최소화하여 탈진 작업의 효과가 극대화될 수 있는 최상의 필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, as a filter that maximizes the dust collection function in the environment of high temperature and high pressure containing water to prevent the fine dust from entering the support layer of the filter to protect the support layer, to prevent pores The purpose is to provide the best filter that can minimize the sticking to the cake state to maximize the effect of the dust removal operation.

또한, 본 발명은 미세분진과 수분으로 된 케이크상이 세라믹 필터의 지지체 및 멤브레인 층의 산화물 형성 및 부식으로 인한 열화를 방지하고, 고온·고압의 환경에서 열적 충격 및 기계적 충격을 받아 세라믹 필터의 목(Neck) 부위가 부서지지 않도록 열적 강도 및 기계적 강도를 갖는 세라믹 캔들 필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.In addition, the present invention prevents deterioration due to oxide formation and corrosion of the support and membrane layers of the ceramic filter and the fine dust and water, and is subjected to thermal shock and mechanical shock in a high-temperature and high-pressure environment to the neck of the ceramic filter ( It is an object of the present invention to provide a ceramic candle filter having thermal strength and mechanical strength so that the neck portion does not break.

본 발명에 따른 집진용 다층 나노 멤브레인층을 갖는 필터는 내부에 공간이 형성된 지지층, 상기 지지층을 감싸는 5~10um의 1차 멤브레인층, 상기 1차 멤브레인층을 감싸는 0.1~1um의 2차 나노 멤브레인층을 포함한다.The filter having a multi-layer nanomembrane layer for dust collection according to the present invention has a support layer having a space formed therein, a primary membrane layer of 5-10 μm surrounding the support layer, and a secondary nanomembrane layer of 0.1-1 μm surrounding the primary membrane layer. It includes.

즉, 본 발명에 따른 다층 코팅을 갖는 필터는 내부에 공간이 형성된 지지체, 세라믹 필터의 목(Neck) 부위에 열적·기계적 강도를 갖도록 하는 지지층에 해당하는 1차 코팅층, 상기 지지체를 감싸고 미세분진과 수분을 필터링하는 1차 멤브레인 층, 상기 1차 멤브레인 층을 감싸는 2차 나노 멤브레인층을 포함한다.That is, the filter having a multilayer coating according to the present invention includes a support having a space formed therein, a primary coating layer corresponding to a support layer having thermal and mechanical strength at the neck of the ceramic filter, surrounding the support, and fine dust and A primary membrane layer for filtering moisture, and a secondary nanomembrane layer surrounding the primary membrane layer.

본 발명에 따른 집진용 다층 나노 멤브레인층을 갖는 필터는 최상의 조건으로 지지층을 제조하고, 집진시스템의 필터로서 미세분진이 필터의 지지층까지 유입되는 것을 방지하여 지지층을 보호하고, 기공을 막아 케이크 상태로 고착되는 현상을 최소화하여 탈진 작업의 효과가 극대화되며, 탈진 작업의 시간이 단축되며, 필터의 수명을 늘리고, 교체 비용을 절감시키며, 출시 초기의 집진 성능 및 효율을 유지할 수 있게 하고, 그만큼 집진시스템을 정지시켜 정비할 횟수 및 시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The filter having the multi-layer nanomembrane layer for dust collection according to the present invention manufactures a support layer under the best conditions, and protects the support layer by preventing fine dust from entering the support layer of the filter as a filter of the dust collection system, and prevents pores into a cake state. Minimize sticking to maximize the effectiveness of dedusting operations, shorten the time of dedusting operations, extend filter life, reduce replacement costs, maintain dust collection performance and efficiency at the beginning of the release, There is an effect to improve the productivity by reducing the number and time of maintenance by stopping.

또한, 본 발명에 따른 다층 코팅을 갖는 필터는 미세분진이 지지층까지 유입되는 것을 방지하여 지지체를 보호하면서 멤브레인 층의 기공률을 최대한 확보하여 미세분진이 케이크상 상태로 고착되는 것을 최소화하고, 고온·고압의 환경에서 세라믹 필터의 목(Neck) 부위에 열적 강도 및 기계적 강도를 갖도록 하여 세라믹 캔들 필터의 수명을 연장하는 효과가 있다.In addition, the filter having a multi-layer coating according to the present invention prevents fine dust from entering the support layer to protect the support, while ensuring the maximum porosity of the membrane layer to minimize the fine dust is fixed in the cake-like state, high temperature, high pressure In this environment, the neck and neck of the ceramic filter have thermal and mechanical strength, which has the effect of extending the life of the ceramic candle filter.

도1은 석탄가스화 복합발전 시스템의 기본 개념도.
도2는 세라믹 캔들 필터의 집진/탈진 방법에 대한 개념도.
도3은 다층 코팅을 갖는 세라믹 캔들 필터의 개념도.
도3은 멤브레인층의 기공크기 개념도.1 is a basic conceptual view of a coal gasification combined cycle system.
2 is a conceptual diagram of a dust collecting / dedusting method of a ceramic candle filter.
3 is a conceptual diagram of a ceramic candle filter having a multilayer coating.
Figure 3 is a conceptual diagram of the pore size of the membrane layer.

본 발명에 따른 집진용 다층 나노 멤브레인층을 갖는 필터는 내부에 공간이 형성된 지지층(1), 상기 지지층(1)을 감싸는 1차 멤브레인층(2), 상기 1차 멤브레인층을 감싸는 1um이하의 2차 나노 멤브레인층(3)을 포함한다.
The filter having a multi-layer nanomembrane layer for dust collection according to the present invention includes a support layer 1 having a space formed therein, a primary membrane layer 2 surrounding the support layer 1, and 2 μm or less covering the primary membrane layer. Primary nanomembrane layer (3).

더 구체적으로, 도3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 코팅층을 갖는 필터는 내부에 공간이 형성된 지지체, 세라믹 필터의 목(Neck) 부위에 열적·기계적 강도를 갖도록 하는 지지층인 1차 코팅층, 상기 지지체를 감싸고 미세분진과 수분을 필터링하는 1차 멤브레인층, 상기 1차 멤브레인층을 감싸는 2차 나노 멤브레인층을 포함한다.More specifically, as shown in Figure 3, the filter having a multilayer coating layer according to the present invention is a support having a space formed therein, the primary coating layer which is a support layer to have thermal and mechanical strength in the neck (Neck) of the ceramic filter, It includes a primary membrane layer surrounding the support and filtering the fine dust and water, the secondary nanomembrane layer surrounding the primary membrane layer.

상기 지지체는 집진시스템내의 미세분진과 정제된 가스를 구획하는 필터의 본체로써, 원료는 실리콘카바이드인 탄화규소(SiC)를 주원료로 하고 산화물, 질화물, 탄화물, 유기물 중 어느 하나 이상을 용도에 따라 소정 질량비로 조절 및 혼합하여 사용한다. 이때, 실리콘카바이드(SiC)인 탄화규소 85~98%, 뮬라이트(Mullite) 1~10%, 스트론튬카보네이트인 탄산스트론튬(SrCO₃) 0.2~5%의 질량비로 혼합한 후, 상기 혼합물의 전체 중량비에 대해 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 2~8% 중량과 물 3~10% 중량을 혼합하여 소성온도 800~1400℃에서 1~6시간동안 열처리하는 것이 것이 바람직하다.The support is a main body of a filter that separates fine dust and purified gas in a dust collecting system. The raw material is silicon carbide (SiC), which is silicon carbide, and any one or more of oxides, nitrides, carbides, and organic materials are used depending on the purpose. Adjust and mix by mass ratio. At this time, the silicon carbide (SiC) silicon carbide 85 ~ 98%, Mullite (Mullite) 1-10%, strontium carbonate strontium carbonate (SrCO ₃ ) After mixing at a mass ratio of 0.2 ~ 5%, the total weight ratio of the mixture It is preferable to mix 2-8% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) and 3-10% by weight of water, and then heat-treat for 1 to 6 hours at a firing temperature of 800 to 1400 ° C.

이때, 상기 탄화규소가 85% 미만이면 강도 및 내충격성이 떨어지게 되고, 98% 초과이면 너무 강도가 높아 균열이 생기거나 깨지기 쉬운 단점이 있다. 또한, 상기 뮬라이트가 1% 미만이면 필터로서 요구되는 필터의 강도 및 물성을 달성할 수 없고, 10% 초과이면 강도가 지나치게 높아져 오히려 필터가 부서지는 등의 문제점이 발생한다. 또한, 상기 탄산스트론튬이 0.2% 미만이면 소결이 완전하게 이루어지지 못하여 강도가 떨어지며, 5% 초과이면 소결시간을 단축시킬 수 있으나, 뒤틀림현상이 발생하게 된다. 또한, 카르복시메틸셀룰로오스가 2% 미만이면 갈라짐 현상과 파손율이 높아지고, 8% 초과이면 강도는 향상되나 과도한 밀집력에 의한 변형이 발생된다. 또한, 물이 3% 미만이면 재료들간의 혼합이 원활하게 이루어지지 않아 강도, 물성 및 필터링 효율이 부분적으로 불규칙해지는 문제점이 있으며, 10% 초과이면 강도가 약해지고 물러짐 현상과 함께 변형률이 높아지게 된다.In this case, when the silicon carbide is less than 85%, the strength and impact resistance is inferior, and if it is more than 98%, the strength is too high, there is a disadvantage that it is easy to crack or break. In addition, if the mullite is less than 1%, the strength and physical properties of the filter required as the filter cannot be achieved. If the mullite is more than 10%, the strength is excessively high and the filter breaks. In addition, when the strontium carbonate is less than 0.2%, the sintering is not completed completely, the strength is lowered, and when the strontium carbonate is more than 5%, the sintering time can be shortened, but the warping phenomenon occurs. In addition, when the carboxymethyl cellulose is less than 2%, the cracking phenomenon and the breakage rate are increased, and when the carboxymethyl cellulose is more than 8%, the strength is improved, but deformation due to excessive compaction force occurs. In addition, if the water is less than 3%, there is a problem that the mixing between the materials is not made smoothly, the strength, physical properties and filtering efficiency is partially irregular, and if more than 10%, the strength is weakened and the strain is increased along with the falling off phenomenon.

또한, 상기 소성온도가 800℃미만이면 세라믹 필터가 충분히 열처리되지 않아 요구되는 설계 물성인 표면의 응집도 및 조직감이 떨어지게 되며, 1400℃ 초과이면 세라믹 필터가 타면서 변형되게 되고, 상기 소성온도대에서 상기 열처리 시간이 1시간 미만이면 충분한 열처리가 되지 않아 품질이 떨어지며, 상기 열처리 시간이 6시간 초과이면 세라믹 필터가 연소되면서 불량이 발생하게 된다.In addition, when the firing temperature is less than 800 ℃ the ceramic filter is not heat-treated enough to reduce the degree of cohesion and texture of the surface of the required design properties, and if it exceeds 1400 ℃ the ceramic filter is burned and deformed, in the firing temperature range If the heat treatment time is less than 1 hour is not enough heat treatment, the quality is degraded, if the heat treatment time is more than 6 hours, the ceramic filter is burned and a defect occurs.

이에 따라 제조된 세라믹 필터는 기계적 강도 30MPa 이상, 기공율 35% 이상, 기공 크기분포 20~40㎛를 만족하게 된다.The ceramic filter thus manufactured satisfies mechanical strength of 30 MPa or more, porosity of 35% or more, and pore size distribution of 20 to 40 μm.

상기 1차 코팅층은 세라믹 필터의 목(Neck) 부위에 열적·기계적 강도를 갖도록 하는 역할로서, 지지체와 열팽창계수가 비슷하고 열전도도가 좋으며 세라믹 필터의 목(Neck) 부위의 기공을 충진할 수 있는 무기 입자 및 무기 섬유를 일정 질량비로 혼합하여 사용한다. 이 때, 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이드(SiC) 70~80%, 뮬라이트(Mullite) 5~10%, 스트론튬카보네이트(SrCO3) 0.5~5%, 물(H2O) 10~20%의 질량비로 혼합한 슬러리에 세라믹 필터의 목(Neck) 부위를 5~30분 동안 담궈서 모세관현상에 의해 충진 및 코팅되도록 한 후, 온도 50~150℃의 건조기에서 건조하는 것이 바람직하다. The primary coating layer serves to have thermal and mechanical strength at the neck of the ceramic filter. The primary coating layer has a similar thermal expansion coefficient to the support, has good thermal conductivity, and can fill pores in the neck of the ceramic filter. Inorganic particles and inorganic fibers are mixed and used at a constant mass ratio. At this time, a mixture of 70 to 80% of silicon (Si) or silicon carbide (SiC), 5 to 10% of mullite, 0.5 to 5% of strontium carbonate (SrCO3), and 10 to 20% of water (H2O) was mixed. The neck portion of the ceramic filter is immersed in the slurry for 5 to 30 minutes to be filled and coated by capillary action, and then dried in a dryer having a temperature of 50 to 150 ° C.

또한, 상기 1차 멤브레인 층은 세라믹 필터의 지지체를 감싸고 미세분진과 수분을 필터링하는 역할의 기능으로서, 내화학성이 좋은 무기 입자 및 무기 섬유를 일정 질량비로 조절 및 혼합하여 사용한다. 이때, 뮬라이트(Mullite) 60~80%, 실리카(SiO2) 2~10%, 삼산화텅스텐(WO3) 5~10%, 물(H2O) 20~30%의 질량비로 혼합한 후, 온도 200~300℃의 건조기내에서 스프레이 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.In addition, the primary membrane layer serves to cover the support of the ceramic filter and to filter fine dust and water, and to control and mix inorganic particles and inorganic fibers having good chemical resistance at a certain mass ratio. At this time, after mixing at a mass ratio of 60% to 80% of mullite, 2% to 10% of silica (SiO2), 5% to 10% of tungsten trioxide (WO3), and 20% to 30% of water (H2O), the temperature is 200 to 300 ° C. It is preferable to coat by a spray method in the drier.

또한, 상기 2차 나노 멤브레인 층은 1차 멤브레인 층에서 필터링하지 못하는 더 미세한 분진과 수분을 필터링하는 역할의 구성으로서, 내화학성이 좋은 무기 입자 및 무기 섬유를 일정 질량비로 조절 및 혼합하여 사용한다. 이때, 뮬라이트(Mullite) 50~70%, 실리카(SiO2) 10~20%, 삼산화텅스텐(WO3) 5~10%, 물(H2O) 20~30%의 질량비로 혼합한 후, 온도 200~300℃의 건조기내에서 스프레이 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.In addition, the secondary nanomembrane layer is configured to filter finer dust and moisture that cannot be filtered in the primary membrane layer, and controls and mixes inorganic particles and inorganic fibers having good chemical resistance at a certain mass ratio. At this time, after mixing at a mass ratio of 50% to 70% of mullite, 10% to 20% of silica (SiO2), 5% to 10% of tungsten trioxide (WO3), and 20% to 30% of water (H2O), the temperature is 200 to 300 ° C. It is preferable to coat by a spray method in the drier.

다음, 이러한 1,2차 멤브레인층이 코팅된 세라믹 필터를 소성온도 900~1400℃에서 1~6시간동안 열처리하게 된다.Next, the first and second membrane layers coated ceramic filter is heat-treated for 1 to 6 hours at a firing temperature of 900 ~ 1400 ℃.

이러한 본 발명에 따른 일 실시예의 세라믹 필터는, 바람직하게 세라믹 필터의 목(Neck) 부위 기계적 강도 50MPa 이상, 기공율 10% 이하이고, 2차 멤브레인 층의 두께 100~150㎛, 기공크기 4~10㎛이며, 3차 나노 멤브레인 층의 두께 100~150㎛, 기공크기 0.1~1㎛가 되는 물성을 만족하게 된다.
The ceramic filter of one embodiment according to the present invention preferably has a neck mechanical strength of 50 MPa or more, a porosity of 10% or less, a thickness of a secondary membrane layer of 100 to 150 μm, and a pore size of 4 to 10 μm. The third nano-membrane layer has a thickness of 100 to 150 µm and a pore size of 0.1 to 1 µm.

본 실시예에 따른 집진용 필터의 기술은 평판형, 튜브형 등 여러 형태의 필터에 적용가능하나, 그 중 캔들형 필터를 예로 들어 설명한다.The technique of the dust collecting filter according to the present embodiment is applicable to various types of filters, such as a flat plate type and a tube type.

상기 지지층은 집진시스템내의 석탄 미세 분진(4)과 정제된 가스를 구획하는 필터의 지지 본체층이다.The support layer is a support body layer of a filter that partitions the coal fine dust 4 and the purified gas in the dust collection system.

이러한 지지층은 차세대 석탄발전시스템에 적용하기 위한 최상의 필터로서 고온, 고압 및 부식 환경에서 기존의 PFBC용 캔들 필터의 상온강도 값의 2배 수준인 50MPa 이상에서 장기내구성을 갖도록 개발되어야 하기 때문에 기존의 점토(clay)계 무기바인더로 결합된 필터 지지층을 제조해서는 요구되는 성능을 달성할 수 없다.This support layer is the best filter to be applied to the next generation coal power generation system, and it has to be developed to have long-term durability at 50MPa or more, which is twice the room temperature strength value of the existing PFBC candle filter in high temperature, high pressure and corrosion environment. Producing a filter support layer bonded with a (clay) inorganic binder does not achieve the required performance.

따라서, 본 발명에서는 수분을 함유한 고온(500℃이상)의 합성가스 분위기에서 아래와 같은 특성을 갖도록 무기결합재가 개발되어 지지층에 적용되며, 지지층의 기공율이나 기공 크기 및 분포 등에 영향을 미치지 않고, 초기의 집진효율을 유지한 상태로 장기적으로 운전할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, an inorganic binder is developed and applied to a support layer in a high temperature (over 500 ° C.) synthetic gas atmosphere containing moisture, and is applied to a support layer, without affecting the porosity, pore size and distribution of the support layer. The long-term operation can be performed while maintaining the dust collection efficiency.

- 분진 케이크(5)에 대한 우수한 내산화성 무기바인더-Excellent oxidation resistance inorganic binder for dust cake (5)

- 고온에서 부피팽창 및 상전이 (phase transformation) 결정화 (crystallization)를 하지 않는 무기바인더-Inorganic binder without volume expansion and phase transformation crystallization at high temperature

- 알칼리 성분에 대한 우수한 내식성 무기바인더-Excellent corrosion resistance inorganic binder for alkali

또한, 상기 멤브레인층 중 2차 멤브레인층은 상기한 지지층보다 더 중요한 의미의 물리적, 화학적 특성을 갖추며, 표면층의 기공 크기, 분포, 기공율을 최적화함으로써 아래와 같은 기술 개발을 통해 그 효과를 실현한다.In addition, the secondary membrane layer of the membrane layer has a more important physical and chemical properties than the above-described support layer, and by optimizing the pore size, distribution, and porosity of the surface layer to achieve the effect through the following technology development.

- 1um 이하의 2차멤브레인 기공층 분말 적용 기술-Secondary membrane pore layer powder application technology below 1um

- 이중층(double-layer) 코팅에 의한 멤브레인층 형성 기술-Membrane layer formation technology by double-layer coating

- 이중층(double-layer) 멤브레인층 소재 및 무기바인더 선정 기술-Double-layer membrane layer material and inorganic binder selection technology

- 집진효율 및 투과도가 우수한 이중층(double-layer) 기공 분포 및 제어 기술-Double-layer pore distribution and control technology with excellent dust collection efficiency and permeability

이때, 이중기공층 뿐만 아니라 삼중, 사중기공충을 갖을 수도 있으며, 이러한 본 발명의 다층기공 멤브레인층을 갖는 필터의 집진성능은 기공율이나 기공의 크기가 클 경우 합성가스나 연소배가스의 투과도는 우수하여 압력손실을 낮게 유지할 수 있으나, 집진효율과 필터의 기계적 성질이 낮아지며, 기공율이나 기공 크기가 작은 경우 집진효율과 기계적 성질은 향상될 수 있으나, 압력손실이 높아지고, 연소배가스 흐름에 문제가 발생되는 상반되는 점이 있어 그 중간의 최적화된 특성을 갖도록 세밀한 설정 및 작업이 요구된다.In this case, not only the double pore layer but also triple and quadruple pores may be provided, and the dust collection performance of the filter having the multilayer pore membrane layer of the present invention is excellent in the permeability of the synthesis gas or the combustion exhaust gas when the porosity or the pore size is large. Pressure loss can be kept low, but dust collection efficiency and filter mechanical properties are low, dust collection efficiency and mechanical properties can be improved when the porosity or pore size is small, but pressure loss is high, and the problem of combustion flue gas flow This requires detailed setup and work to have optimized properties in between.

상기 멤브레인층 중 특히 2차 멤브레인층은 집진효율, 연소배가스 흐름, 필터의 기계적 성질 등을 동시에 만족시키는 최적화 조건 및 범위내에 제작된다.Among the membrane layers, in particular, the secondary membrane layer is manufactured within optimization conditions and ranges that simultaneously satisfy dust collection efficiency, combustion exhaust gas flow, and mechanical properties of the filter.

그러한 물리적 수치로서, 수많은 실험을 통해 최적화된 범위대의 구성으로서, 1차 멤브레인층의 기공은 5~10um 로 제작되며, 2차 멤브레인층의 기공은 0.1~1um로 제작된다.As such physical values, as the configuration of the range optimized through numerous experiments, the pores of the primary membrane layer is made of 5 ~ 10um, the pores of the secondary membrane layer is made of 0.1 ~ 1um.

즉, 가장 최외곽에 위치하게 되는 2차 멤브레인층은, 일반적으로 미세분진의 크기가 1um를 초과하는 점을 감안하여 미세분진이 기공내로 침투하지 못하도록 1um이하로 제작되며, 나노 기공 제작 비용 및 고도의 기술력이 증가하는 점을 고려하여 0.1um이상의 범위대내에서 제조된다.
That is, the secondary membrane layer that is located at the outermost part is generally manufactured to be less than 1um to prevent the fine dust from penetrating into the pores in consideration of the size of the fine dust is more than 1um, nanopore manufacturing cost and altitude It is manufactured in the range of 0.1um or more in consideration of the increase in technology.

이러한 조건으로 지지층, 1차, 2차 멤브레인층은 탄화규소 세라믹 재료로 제조되며, 2차 멤브레인층이 1차 멤브레인층에 코팅되어 있어 미세분진이 수분과 함께 지지층 기공까지 침투하여 고착되는 것이 방지되며, 탈진 작업이 기존보다 훨씬 더 원활하고, 작업 효율이 높아지게 되며, 그만큼 집진시스템의 정비를 위한 정지 시간를 단축시키고, 최초 출시된 필터의 집진 효율을 최대한 유지하고, 최적화시키는 등 생산성을 높일 수 있게 된다.
Under these conditions, the support layer, the primary and secondary membrane layers are made of silicon carbide ceramic material, and the secondary membrane layer is coated on the primary membrane layer to prevent fine dust from penetrating into the support layer pores with moisture, thereby preventing them from sticking. In addition, the dust removal operation is much smoother than before, and the working efficiency becomes higher, thus reducing the downtime for maintenance of the dust collection system, and increasing productivity by maximizing and optimizing the dust collection efficiency of the first filter released. .

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention described above is merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 지지층 2 : 1차 멤브레인층
3 : 2차 멤브레인층 4 : 분진
5 : 분진이 적층된 케이크층1: support layer 2: primary membrane layer
3: secondary membrane layer 4: dust
5: cake layer in which dust is laminated

Claims

A support layer having a space formed therein;
Primary membrane layer of 5 ~ 10um surrounding the support layer; And
Comprising 0.1 ~ 1um of secondary nanomembrane layer surrounding the primary membrane layer
A filter having a multilayer nanomembrane layer for dust collection.

A support having a space formed therein,
A primary coating layer on the neck of the support,
A primary membrane layer surrounding the support layer,
Comprising a secondary nanomembrane layer surrounding the primary membrane layer
A filter having a multilayer nanomembrane layer for dust collection.