KR20130092789A - 대유량 난분해성 폐가스 처리장치 - Google Patents

대유량 난분해성 폐가스 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 대용량의 난분해성 폐가스(G)를 공급받아 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 있어서, 대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된 제1반응기(110); 양단이 관통되며 내부에는 내부공간(121)이 형성되고, 일단은 상기 내부공간(121)와 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)가 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되며, 타단에는 상기 폐가스(G)를 정화시키기 위한 플라즈마 화염(F)이 유입되는 화염유입공(122)이 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 폐가스(G)와 상기 플라즈마 화염(F)을 상기 내부공간(121) 내에서 상호 반응시키는 제2반응기(120); 및 상기 제2반응기(120)의 타단에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제2반응기(120)의 내부공간(121)으로 발산시키는 플라즈마 연소기(130);를 포함하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치를 개시한다.

Description

대유량 난분해성 폐가스 처리장치{Apparatus for eliminating high-velocity, large-volume waste gases}
본 발명은 다양한 산업에서 배출되는 난분해성 폐가스(VOCS*,PFCS**,NF3,SF6) 및 악취가스(NH3,H2S) 등의 배출시 오염원 제거를 위한 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와류(Swirl Gas Flow)에 의해 안정화된 고온, 고밀도의 플라즈마 화염을 이용하여 대용량의 난분해성 폐가스를 단시간 내에 효율적으로 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 관한 것이다.
최근 VOCS*,PFCS**,NF3,SF6 등의 난분해성 폐가스는 대기온난화 등 대기오염의 주원인으로 평가되면서 국제적인 규제가 확산되고 있는 추세이다.
종래에는 이러한 난분해성 폐가스를 정화시키기 위해 탄화수소 연료를 연소시켜 제거하는 방식이 이용되었으나, 정화 처리 용량에 한계가 있었으며, 처리비용이 매우 고가이기 때문에 고효율의 대유량 난분해성 폐가스 처리장치가 필요한 실정이다.
한국 공개특허공보 제2012-0007597호(2012,01.25), 유해가스 정화 시스템
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 와류(Swirl Gas Flow)에 의해 안정화된 고온, 고밀도의 플라즈마 화염을 이용하여 대용량의 난분해성 폐가스를 단시간 내에 효율적으로 정화시켜 배출할 수 있는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 대용량의 난분해성 폐가스(G)를 공급받아 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 있어서, 대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된 제1반응기(110); 양단이 관통되며 내부에는 내부공간(121)이 형성되고, 일단은 상기 내부공간(121)와 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)가 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되며, 타단에는 상기 폐가스(G)를 정화시키기 위한 플라즈마 화염(F)이 유입되는 화염유입공(122)이 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 폐가스(G)와 상기 플라즈마 화염(F)을 상기 내부공간(121) 내에서 상호 반응시키는 제2반응기(120); 및 상기 제2반응기(120)의 타단에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제2반응기(120)의 내부공간(121)으로 발산시키는 플라즈마 연소기(130);를 포함한다.
여기서, 상기 제2반응기(120)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 각각의 제2반응기(120)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 상기 제2반응기(120)에 의해 플라즈마 화염(F)과 반응하며 1차적으로 정화된 폐가스(G)는 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 2차적으로 정화될 수 있다.
또한, 상기 제2반응기(120)는, 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부와 하부에 각각 복수의 개수로 설치되되, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ2)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ3)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출할 수 있다.
또한, 상기 제2반응기(120)는 원통형으로 형성되어 외주면의 일측에는 외부로부터 상기 폐가스(G)가 공급되는 폐가스주입구(123)가 형성되고, 내부에는 상기 화염유입공(122)과 연통되며 상기 내부공간(121)을 상기 폐가스(G)가 공급되는 공간인 폐가스공간부(121b)와 상기 플라즈마 화염(F)이 공급되는 공간인 화염공간부(121a)로 구분되도록 구획하는 원통형의 내관부(124)가 형성되며, 상기 내관부(124)에는, 상기 폐가스공간부(121b)로 공급된 폐가스(G)가 상기 화염공간부(121a)로 유입되어 상기 플라즈마 화염(F)과 상호 반응할 수 있도록 상기 폐가스공간부(121b)와 화염공간부(121a)를 상호 연통시키는 슬릿공(125a)이 형성된 슬릿부(125)가 배치될 수 있다.
또한, 상기 슬릿부(125)의 슬릿공(125a)에는, 상기 폐가스공간부(121b)로 와류되며 유입된 폐가스(G)가 상기 화염공간부(121a) 내부로 가이드되며 유입되도록 벽면이 테이퍼(Taper)된 형태로 경사진 경사면(125b)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1반응기(110)의 하부에는, 상기 정화공간부(111) 내부의 압력을 제어하여 상기 제2반응기(120)로부터 배출된 폐가스(G)의 와류 형성을 조절하는 압력제어부(140);가 더 설치될 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 대용량의 난분해성 폐가스를 공급받아 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 있어서, 대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된 제1반응기(110); 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)와 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 발산시키는 플라즈마 연소기(130); 및 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)와 상호 연통된 관로로서, 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고 외부로부터 폐가스(G)를 공급받아 상기 정화공간부(111)의 내부로 유입시키는 폐가스주입부(150);를 포함한다.
여기서, 상기 플라즈마 연소기(130)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 각각의 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 점화된 플라즈마 화염(F)이 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 폐가스주입부(150)를 통해 유입된 폐가스(G)와 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응할 수 있다.
또한, 상기 폐가스주입부(150)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 각각의 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 외부로부터 공급되는 폐가스(G)가 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 플라즈마 연소기(130)를 통해 발산된 플라즈마 화염(F)과 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부에 복수의 개수로 설치되고, 상기 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 하부에 복수의 개수로 설치되되, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 폐가스주입부(150)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ4)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 플라즈마 연소기(130)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ5)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 플라즈마 화염(F)을 발산할 수 있다.
본 발명에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 의하면, 와류(Swirl Gas Flow)에 의해 안정화된 고온, 고밀도의 플라즈마 화염을 이용하여 대용량의 난분해성 폐가스를 단시간 내에 효율적으로 정화시켜 배출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치의 전체 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제2반응기의 구성을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제2반응기의 슬릿부의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제2반응기가 접선된 형태로 제1반응기에 설치되어 정화공간부에서 폐가스(G)가 와류되는 동작원리를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 플라즈마 연소기의 구성을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 플라즈마 연소기에 전자파공급부가 연결된 구성을 나타낸 측면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치의 동작원리를 나타낸 개략도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치의 전체 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 플라즈마 연소기 및 폐가스주입부가 접선된 형태로 제1반응기에 설치되어 정화공간부에서 폐가스 및 플라즈마 화염이 와류되는 동작원리를 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 와류(Swirl Gas Flow)에 의해 안정화된 고온, 고밀도의 플라즈마 화염을 이용하여 대용량의 난분해성 폐가스를 단시간 내에 효율적으로 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1반응기(110), 제2반응기(120), 플라즈마 연소기(130) 및 압력제어부(140)를 포함한다.
상기 제1반응기(110)은, 제2반응기(120)에 의해 1차적으로 정화된 폐가스(G)를 공급받아 내부공간 내에서 반응시켜 2차적으로 정화하기 위한 구성요소로서, 대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된다.
여기서, 상기 정화가스 배출구(112)에는 습식방식의 스크러브(Scrubber, 160)가 배치되어 상기 정화가스 배출구(112)로부터 배출되는 정화된 가스에 포함될 수 있는 고형물과 유해가스성분을 반응액과 반응시켜 제거되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1반응기(110)은 내부가 통공된 원통형상을 갖되, 상측과 하측이 중앙부와 비교하여 상대적으로 좁은 형상 즉, 중앙부에서 상측 및 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 단지 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 폐가스(G)가 반응되는 공간의 부피를 확장시켜 제1반응기(110)에 설치되는 제2반응기(120)로부터 배출되는 폐가스(G)를 대용량으로 처리할 수 있음은 물론, 상기 압력제어부(140)에 의해 압력제어가 용이하도록 하기 위함이다.
상기 제2반응기(120)는, 내부로 유입된 폐가스(G)와 플라즈마 화염(F)을 혼합하여 상호 반응시킴으로써 상기 폐가스(G)를 1차적으로 정화하는 구성요소로서, 양단이 관통되며 내부에는 내부공간(121)이 형성되고, 일단은 상기 내부공간(121)과 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)가 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되며, 타단에는 상기 폐가스(G)를 정화시키기 위한 플라즈마 화염(F)이 유입되는 화염유입공(122)이 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 폐가스(G)와 상기 플라즈마 화염(F)을 상기 내부공간(121) 내에서 상호 반응시킨다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2반응기(120)는, 원통형으로 형성되어 외주면의 일측에는 외부로부터 폐가스(G)가 공급되는 폐가스주입구(123)가 형성되고, 내부에는 상기 화염유입공(122)과 연통되며 상기 내부공간(121)을 폐가스(G)가 공급되는 공간인 폐가스공간부(121b)와 상기 화염유입공(122)을 통해 상기 플라즈마 연소기(130)로부터 점화된 플라즈마 화염(F)이 공급되는 공간인 화염공간부(121a)로 구분되도록 구획하는 원통형의 내관부(124)가 형성된다.
여기서, 상기 내관부(124)에는, 상기 폐가스공간부(121b)로 공급된 폐가스(G)가 화염공간부(121a)로 유입되어 플라즈마 화염(F)과 상호 반응할 수 있도록 폐가스(G)와 화염공간부(121a)를 상호 연통시키는 슬릿공(125a)이 형성된 슬릿부(125)가 배치된다.
따라서, 상기 폐가스주입구(123)를 통해 상기 폐가스공간부(121b)로 공급되는 고압의 폐가스(G)는 상기 슬릿공(125a)을 통해 상대적으로 압력이 낮은 화염공간부(121a)의 내부로 유입되며 이로 인해 상기 화염공간부(121a) 내부로 공급되는 플라즈마 화염(F)과 상기 폐가스(G)가 상호 혼합되면서 반응하여 제2반응기(120) 내에서 1차적으로 정화될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 제2반응기(120)의 일단부에는 상기 제1반응기(110)와 체결되는 연결부(126a)가 구비되며, 상기 연결부(126a)에는 화염공간부(121a)와 연통되어 1차적으로 정화된 폐가스(G)를 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)으로 배출하는 배출공(126)이 형성된다.
이때, 상기 슬릿부(125)의 슬릿공(125a)에는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 폐가스공간부(121b)로 와류되며 유입된 폐가스(G)가 상기 화염공간부(121a) 내부로 가이드되며 유입되도록 벽면이 테이퍼(Taper)된 형태로 경사진 경사면(125b)이 형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 제2반응기(120)는, 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부와 하부에 각각 복수의 개수로 설치되되, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ2)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ3)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하도록 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 제2반응기(120)로부터 배출되는 폐가스(G)는 정화가스 배출구(112)로 정화된 폐가스(G)가 배출되도록 정화된 가스의 진행방향(E)에 대하여 순방향 와류(Conventional Vortex flow)로서 작용하며, 상기 수평중심선(L)의 상부에 설치된 제2반응기(120)로부터 배출된 폐가스(G)는 상기 정화된 가스의 진행방향(E)에 대하여 역방향 와류(Reverse Vortex flow)로서 작용하게 된다.
이와 같이, 수평중심선(L)을 기준으로 상부와 하부에 각각 구분되어 설치된 제2반응기(120)들의 가스유동의 상호작용으로 제1반응기(110)의 정화공간부(111) 내부에서 플라즈마 화염(F)과 폐가스(G)가 상호 반응되는 시간이 증가되고, 상기 제2반응기(120)에서 점화된 플라즈마 화염(F)이 제1반응기(110)의 정화공간부(111)의 내부로 와류되며 유입되므로 제1반응기(110) 내의 열전달이 향상되면서 고온으로 유지되어 폐가스(G)의 분해반응을 촉진시킬 수 있는 것이다.
여기서, 상기 상부에 설치된 제2반응기(120)로부터 배출되는 폐가스(G)의 배출유량(F1)과 하부에 설치된 제2반응기(120)로부터 배출되는 폐가스(G)의 배출유량(F2)의 상호 유량비율(F1/F2)은 1 내지 100인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1반응기(110)의 하부에는, 상기 정화공간부(111) 내부의 압력을 제어하여 제2반응기(120)로부터 배출된 폐가스(G)의 와류 형성을 조절하기 위한 압력제어부(140)가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2반응기(120)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 제2반응기(120)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 상기 제2반응기(120)에 의해 플라즈마 화염(F)과 반응하며 1차적으로 정화된 폐가스(G)는 도4에 도시된 점선A의 진행방향과 같이 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 2차적으로 정화될 수 있다. 즉, 상기 제2반응기(120)는 배출되는 폐가스(G)가 제1반응기(110)의 내벽면(113)을 따라 내부를 유동하며 와류되도록 제1반응기(110)의 외주면에서 일정각도(θ1)로 기울어진 상태로 설치되는 것이다.
한편, 상기 제2반응기(120)의 폐가스주입구(123)로 유입되는 폐가스(G)가 VOCs 등과 같이 플라즈마 화염(F)과 반응하여 연료로서 작용하는 폐가스인 경우, 외부로부터 상기 폐가스주입구(123)에 폐가스(G)가 공급되는 유동경로상에는 상기 폐가스(G)를 미리 정해진 일정농도로 농축하여 상기 폐가스주입구(123)에 공급하기 위한 농축기(Concentrator, 미도시)가 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 농축기에 의해 폐가스(G)가 농축된 상태로 폐가스주입구(123)에 주입되어 플라즈마 화염(F)과 반응하면서 연료로서 작용하여 발화효율이 상대적으로 증가하게 될 뿐만 아니라, 폐가스(G)의 공급유량을 감소시킬 수 있는 것이다.
더불어, 제2반응기(120)의 내부로 공급되는 폐가스(G)에는 플로틴(F)이 함유되어 있어 분해 부산물들(주로, HF)이 내관부(124)와 접촉할 경우 내관부(124)의 벽면이 부식될 수 있으며, 내관부(124)의 내부 즉, 화염공간부(121a)에서 점화되는 플라즈마 화염(F)의 고열에 의해 상기 내관부(124)가 손상될 수 있다. 따라서, 상기 내관부(124)는 상기 분해 부산물과 고열로부터 내벽을 보호하기 위해 내산성 및 내화성이 우수한 내화재 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내관부(124)와 제2반응기(120)의 외벽 사이의 간격에는 화염공간부(121a)에서 점화된 플라즈마 화염(F)에 의해 가열된 열이 유지될 수 있도록 내관부(124)의 외부를 단열하는 단열부재(128)이 구비되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 단열부재(128)는 폐가스주입구(123)를 통해 폐가스(G)가 폐가스공간부(121b)으로 공급되는 경로 및 폐가스공간부(121b)에 공급된 폐가스(G)가 화염공간부(121a)으로 유입되는 경로 영향을 미치지 않는 범위에서 적절하게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 연소기(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이 플라즈마를 생성시켜 내부로 공급되는 연료로 플라즈마 화염(F)을 점화시켜 상기 제2반응기(120)의 내부공간(121), 보다 구체적으로는 화염공간부(121a)로 배출하는 구성요소로서, 상기 제2반응기(120)의 타단에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 제2반응기(120)의 내부공간(121)으로 발산시킨다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 플라즈마 연소기(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자파공급부(131)와, 바디부(132)와, 방전관(133) 및, 연료공급부(135)를 포함하여 구비된다.
먼저, 상기 전자파공급부(131)는, 기 설정된 주파수의 전자파를 발생시키는 구성으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 외부로부터 공급되는 구동전력을 인가받아 전자파를 발진하는 고주파발진기(131a)와, 상기 고주파발진기(131a)에서 발진된 전자파를 출력함과 동시에 임피던스 부정합으로 반사되는 전자파 에너지를 소멸시켜 상기 고주파발진기(131a)를 보호하는 순환기(131b)와, 상기 순환기(131b)로부터 출력된 전자파의 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 상기 전자파로 유도된 전기장이 방전관(133) 내에서 최대가 되도록 하는 튜너(131d) 및, 상기 튜너(131e)와 방전관(133) 사이에 연결되어 튜너(131e)로부터 입력되는 전자파를 방전관(133)으로 전송하는 도파관(131)을 포함하여 이루어진다.
상기 바디부(132)는, 플라즈마 연소기(130)의 외부형상을 이루는 구성으로서 원통형으로 형성되고, 내부에는 상기 방전관(133)이 안착되기 위한 내부공간이 형성된다. 또한, 상단에는 내부에서 형성된 플라즈마 화염(F)이 발산하며 배출되는 화염배출구(136)가 형성되며 하부에는 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 생성가스가 공급되는 플라즈마 생성가스 주입공(134)이 형성된다. 여기서, 상기 플라즈마 생성가스는 공기, 산소, 스팀 또는 공기, 산소와 스팀의 혼합가스 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 상기 플라즈마 생성가스 주입공(134)으로 주입된 플라즈마 생성가스는 상기 방전관(133) 내에서 와류를 형성함으로써 생성된 플라즈마를 안정화시킴과 동시에 고온의 플라즈마 화염(F)으로부터 방전관(133)의 내벽을 보호하게 된다
상기 방전관(133)은, 상기 전자파공급부(131)로부터 공급되는 전자파 및 플라즈마 생성가스로부터 플라즈마를 생성(도 5의 점선B 영역)하는 원통형상의 구성요소로서, 상기 바디부(132)의 내부공간 내에서 상기 도파관(131e)와 연결되도록 배치되며, 내부의 플라즈마 생성공간부(133a)에서 생성된 플라즈마로 연료공급부(135)로부터 공급되는 연료를 연소시켜 플라즈마 화염(F)이 점화되도록 한다.
상기 연료공급부(135)는, 플라즈마 화염(F)을 형성하기 위한 연료를 외부로부터 공급받아 상기 바디부(132)의 내부로 주입하는 구성요소로서, 상기 연료는 가솔린, 등유 및 경유 등의 액체연료, LNG 및 LPG 등의 기체연료, 석탄 등의 고체연료일 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 난분해성 폐가스(G)를 정화하여 처리하는데 고열이 필요하며 긴 반응시간이 요구되는 폐가스(G)를 정화하는데 이용될 수 있으며, 상술한 바와 같이 폐가스(G)가 제2반응기(120)로 공급되어 상기 제2반응기(120) 내부공간(121)에서 플라즈마 화염(F)과 반응하며 1차적으로 정화처리되며, 1차적으로 정화처리된 폐가스(G)는 제1반응기(110)의 정화공간부(111)으로 유입되면서 상기 정화공간부(111) 내에서 플라즈마 화염(F)과 반응하며 2차적으로 정화처리됨으로써 보다 효율적으로 요구되는 고열 및 긴 반응시간을 충족할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치의 각 구성 및 기능을 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 상술한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치와 비교하여, 난분해성 폐가스(G)를 정화하여 처리하는데 상대적으로 저열이 필요하며 짧은 반응시간이 요구되는 폐가스(G)를 정화하는데 이용될 수 있으며, 제1반응기(110)의 구성은 동일하며 폐가스(G)가 공급되는 경로를 포함하여 제2반응기(120), 플라즈마 연소기(130) 및 폐가스주입부(150)가 각각 배치되는 구성에 있어서 차이가 있다. 따라서, 상기 제1실시예의 구성과 중복되는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 대유량 난분해성 폐가스 처리장치는, 제1반응기(110), 플라즈마 연소기(130) 및 폐가스주입부(150)를 포함한다.
상기 제1반응기(110)는, 상기 플라즈마 연소기(130)로부터 점화되어 발산된 플라즈마 화염(F)을 공급받아 폐가스주입부(150)를 통해 내부로 유입된 폐가스(G)와 반응시켜 정화하기 위한 구성요소로서, 대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된다.
상기 플라즈마 연소기(130)는, 플라즈마를 생성시켜 내부로 공급되는 연료로 플라즈마 화염(F)를 점화시켜 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)의 내부로 배출하는 구성요소로서, 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)와 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 발산시킨다.
여기서, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 플라즈마 연소기(130)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 각각의 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 점화된 플라즈마 화염(F)이 도 9에 도시된 점선C의 진행방향과 같이 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 폐가스주입부(150)를 통해 유입된 폐가스(G)와 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응하도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 폐가스주입부(150)는, 상기 제1반응기(110)의 내부와 상호 연통되어 상기 정화공간부(111)로 폐가스(G)를 공급하는 관로로서, 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고 외부로부터 폐가스(G)를 공급받아 상기 정화공간부(111)의 내부로 유입시킨다.
여기서, 도 9에 도시된 바와 같이 폐가스주입부(150)는, 상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되, 각각의 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 외부로부터 공급되는 폐가스(G)가 도 9에 도시된 점선D의 진행방향과 같이 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 플라즈마 연소기(130)를 통해 발산된 플라즈마 화염(F)과 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응하도록 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부에 복수의 개수로 설치되고, 상기 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 하부에 복수의 개수로 설치되되, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 폐가스주입부(150)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ4)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 플라즈마 연소기(130)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ5)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 플라즈마 화염(F)을 발산하도록 구비될 수 있다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 폐가스주입부(150)로부터 배출되는 폐가스(G)는 제1반응기(110)의 정화가스 배출구(112)로 정화된 폐가스(G)가 배출되도록 정화된 가스의 진행방향(E)에 대하여 순방향 와류(Conventional Vortex flow)로서 작용하며, 상기 수평중심선(L)의 상부에 설치된 플라즈마 연소기(130)로부터 배출되는 플라즈마 화염(F)은 상기 정화된 가스의 진행방향(E)에 대하여 역방향 와류(Reverse Vortex flow)로서 작용하게 된다.
이와 같이, 수평중심선(L)을 기준으로 상부와 하부에 각각 구분되어 설치된 플라즈마 연소기(130) 및 폐가스주입부(150)들의 가스유동의 상호작용으로 제1반응기(110)의 정화공간부(111) 내부에서 플라즈마 화염(F)과 폐가스(G)가 상호 반응되는 시간이 증가하게 되고 플라즈마 연소기(130)에서 점화된 플라즈마 화염(F)이 제1반응기(110)의 정화공간부(111)의 내부로 와류되며 유입되므로 제1반응기(110) 내의 열전달이 향상되면서 고온으로 유지되어 폐가스(G)의 분해반응을 촉진시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 제1반응기(110)의 하부에는, 상기 정화공간부(111) 내부의 압력을 제어하여 제2반응기(120)로부터 배출된 폐가스(G)의 와류 형성을 조절하기 위한 압력제어부(140)가 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 폐가스주입부(150)로 유입되는 폐가스(G)가 VOCs 등과 같이 플라즈마 화염(F)과 반응하여 연료로서 작용하는 폐가스인 경우, 외부로부터 상기 폐가스주입부(150)에 폐가스(G)가 공급되는 유동경로 상에는 상기 폐가스(G)를 미리 정해진 일정농도로 농축하여 상기 폐가스주입부(150)에 공급하기 위한 농축기(미도시)가 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 농축기에 의해 폐가스(G)가 농축된 상태로 폐가스주입부(150)에 주입되어 플라즈마 화염(F)과 반응하면서 연료로서 작용하여 발화효율이 상대적으로 증가하게 될 뿐만 아니라, 폐가스(G)의 공급유량을 감소시킬 수 있는 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110...제1반응기 111...정화공간부
112...정화가스 배출구 120...제2반응기
121...내부공간 122...화염유입공
130...플라즈마 연소기

Claims (12)

  1. 대용량의 난분해성 폐가스(G)를 공급받아 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 있어서,
    대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된 제1반응기(110);
    양단이 관통되며 내부에는 내부공간(121)이 형성되고, 일단은 상기 내부공간(121)과 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)가 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되며, 타단에는 상기 폐가스(G)를 정화시키기 위한 플라즈마 화염(F)이 유입되는 화염유입공(122)이 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 폐가스(G)와 상기 플라즈마 화염(F)을 상기 내부공간(121) 내에서 상호 반응시키는 제2반응기(120); 및
    상기 제2반응기(120)의 타단에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제2반응기(120)의 내부공간(121)으로 발산시키는 플라즈마 연소기(130);를 포함하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2반응기(120)는,
    상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되,
    각각의 제2반응기(120)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 상기 제2반응기(120)에 의해 플라즈마 화염(F)과 반응하며 1차적으로 정화된 폐가스(G)는 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 2차적으로 정화되는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2반응기(120)는,
    상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부와 하부에 각각 복수의 개수로 설치되되,
    상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ2)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며,
    상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 제2반응기(120)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ3)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2반응기(120)는 원통형으로 형성되어 외주면의 일측에는 외부로부터 상기 폐가스(G)가 공급되는 폐가스주입구(123)가 형성되고, 내부에는 상기 화염유입공(122)과 연통되며 상기 내부공간(121)을 상기 폐가스(G)가 공급되는 공간인 폐가스공간부(121b)와 상기 플라즈마 화염(F)이 공급되는 공간인 화염공간부(121a)로 구분되도록 구획하는 원통형의 내관부(124)가 형성되며,
    상기 내관부(124)에는, 상기 폐가스공간부(121b)로 공급된 폐가스(G)가 상기 화염공간부(121a)로 유입되어 상기 플라즈마 화염(F)과 상호 반응할 수 있도록 상기 폐가스공간부(121b)와 화염공간부(121a)를 상호 연통시키는 슬릿공(125a)이 형성된 슬릿부(125)가 배치되는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 슬릿부(125)의 슬릿공(125a)에는,
    상기 폐가스공간부(121b)로 와류되며 유입된 폐가스(G)가 상기 화염공간부(121a) 내부로 가이드되며 유입되도록 벽면이 테이퍼(Taper)된 형태로 경사진 경사면(125b)이 형성된 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응기(110)의 하부에는, 상기 정화공간부(111) 내부의 압력을 제어하여 상기 제2반응기(120)로부터 배출된 폐가스(G)의 와류 형성을 조절하는 압력제어부(140);가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  7. 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부로부터 상기 제2반응기(120)의 폐가스주입구(123)에 폐가스(G)가 공급되는 유동경로 상에는, 상기 폐가스(G)를 미리 정해진 일정농도로 농축하여 상기 폐가스주입구(123)로 공급하는 농축기가 배치되는 것을 특징으로 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  8. 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 제2반응기(120)의 내관부(124)는, 내화재 재질로 형성되며,
    상기 내관부(124)와 제2반응기(120)의 외벽 사이의 간격에는 화염공간부(121a)에서 점화된 플라즈마 화염(F)에 의해 가열된 열을 유지하기 위한 단열부재(128)이 구비되는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  9. 대용량의 난분해성 폐가스를 공급받아 정화시켜 배출하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치에 있어서,
    대용량의 폐가스(G)를 수용하기 위한 정화공간부(111)가 내부에 형성되며, 상부에는 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(112)가 형성된 제1반응기(110);
    상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)와 상호 연통되도록 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고, 내부에는 전자파 발진에 의한 플라즈마가 생성되며, 외부로부터 연료를 공급받아 상기 플라즈마에 의해 점화된 플라즈마 화염(F)을 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 발산시키는 플라즈마 연소기(130); 및
    상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)와 상호 연통된 관로로서, 상기 제1반응기(110)의 외주면에 설치되고 외부로부터 폐가스(G)를 공급받아 상기 정화공간부(111)의 내부로 유입시키는 폐가스주입부(150);를 포함하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 플라즈마 연소기(130)는,
    상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되,
    각각의 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 점화된 플라즈마 화염(F)이 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 폐가스주입부(150)를 통해 유입된 폐가스(G)와 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응하는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 폐가스주입부(150)는,
    상기 제1반응기(110)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 복수 개가 설치되되,
    각각의 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 설치되어, 외부로부터 공급되는 폐가스(G)가 상기 제1반응기(110)의 내벽면(113)에 의해 안내되어 와류를 형성하며 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)로 유입되면서 상기 플라즈마 연소기(130)를 통해 발산된 플라즈마 화염(F)과 상기 정화공간부(111) 내에서 상호 혼합되며 반응하는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
  12. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 연소기(130)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 상부에 복수의 개수로 설치되고, 상기 폐가스주입부(150)는 상기 제1반응기(110)의 수평중심선(L)을 기준으로 하부에 복수의 개수로 설치되되,
    상기 수평중심선(L)의 하부에 설치된 폐가스주입부(150)는 수평중심선(L)에 대하여 상부방향으로 일정각도(θ4)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 상향하면서 와류되는 폐가스(G)를 배출하며,
    상기 수평중심선(L)의 하부에 설치되는 플라즈마 연소기(130)는 수평중심선(L)에 대하여 하부방향으로 일정각도(θ5)로 기울어진 상태로 배치되어 상기 제1반응기(110)의 정화공간부(111)에 하향하면서 와류되는 플라즈마 화염(F)을 발산하는 것을 특징으로 하는 대유량 난분해성 폐가스 처리장치.
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