KR20140048131A

KR20140048131A - 습식 배기 가스 정화 장치

Info

Publication number: KR20140048131A
Application number: KR1020137032849A
Authority: KR
Inventors: 타카미치 호소노; 카츄히로 요시자와; 히로타카 타카타; 히데카즈 이와사키; 모토히코 니시무라; 마사노리 히가시다
Original assignee: 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2014-04-23
Also published as: JP2012236143A; WO2012153706A1; EP2708274A1; JP5759782B2; CN103702739A; KR101655736B1; EP2708274A4; CN103702739B

Abstract

데미스터에 퇴적된 PM을 용이하게 제거할 수 있음과 아울러 포집 효율이 높은 공극률의 데미스터를 사용하는 것이 가능하고, 배기 가스의 정화 효율이 높은 습식 배기 가스 정화 장치를 제공한다. 본 발명의 습식 배기 가스 정화 장치는 데미스터[50(51)]를 가열하기 위한 가열 수단에 의해 내부에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM의 점도가 저점도로 되는 온도(60℃) 또는 그 유분을 포함한 PM이 자기 착화하는 온도(600℃ 이상)로 가열할 수 있다. 그 결과, 세정수(상온 또는 가온)에 의해 액체상으로 연화되어 적하되기 시작하고 있는 PM을 씻어낼 수 있다. 또는 그 PM을 연소 제거한 후의 잔류물을 완전하게 제거할 수 있다. 이에 따라, 퇴적되어 있던 PM의 제거에 요하는 세정 시간과 세정수량이 매우 작아도 된다. PM이 제거된 후의 데미스터[50(51)]는 거의 신품에 가까운 상태에서 재사용할 수 있다.

Description

습식 배기 가스 정화 장치{WET EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}

본 발명은 습식 배기 가스 정화 장치에 관한 것이고, 특히 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 미연소 탄소 성분이나 미연소 유분(油分) 등의 더스트(dust)를 제거 가능한 습식 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

디젤 엔진 등의 디젤 기관은 경유 또는 A중유 등의 액체 연료를 연소실 내에 직접 분사하여 증발한 연료가 주위의 공기에 확산되면서 연소되는 연소 방법이다. 이 때문에, 연료와 공기(산소)의 혼합이 불균일하게 되기 쉽고, 파티큘레이트 매터(이하,「PM」이라고 칭한다.)라고 일컬어지는 입자상 물질의 더스트가 발생한다. 또한, 일반적으로 디젤 기관에서는 NOx(질소산화물)가 발생하기 쉽지만, NOx가 발생하기 어려운 영역까지 연소 온도를 낮추면 PM의 배출량은 더욱 증대한다.

PM에는 연소에 의하여 연료 중의 황분이 반응하여 생성되는 황산화물, 연료가 연소할 때 연소용 공기와 미접촉 부분으로부터 생성되는 매연, 및 연소실의 벽 등에 부착된 연료와 윤활유에 기인하는 SOF(Soluble Organic Fraction: 연료나 윤활유의 미연소분) 등이 포함되어 있다. 이것들은 호흡기에 중대한 장애를 초래하고 디젤 배기 가스를 정화하는데 가장 고려해야 하는 물질이다.

종래, 배기 가스(피처리 가스) 중의 더스트를 제거하여 정화하는 배기 가스 정화 장치가 다양하게 제안되어 있다. 그 일례로, 연도에 세라믹제 다공질 필터(DPF: 디젤 미립자 필터)를 설치하여 더스트를 여과 포집하고, 또한 필터를 가열함으로써 포집한 미연소 탄소 성분이나 미연소 유분 등의 더스트를 연소 제거하는 배기 가스 정화 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

다른 일례로서, 장치 내에 도입된 피처리 가스에, 예를 들면 스프레이 노즐로부터 분무되는 안개 형상(미스트 형상)의 물을 접촉시킴으로써 피처리 가스 중에 포함된 더스트를 포착하고, 그 후 기체와 안개 형상 액체의 혼합 분위기를 데미스터에 통과시켜서 액적을 분리하고, 정화된 처리 가스를 흡인 블로워에 의해 계외로 배출하는 습식 배기 가스 정화 장치도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조.).

일본 특허 공개 2004-162626호 공보 일본 특허 공개 2006-231170호 공보 일본 실용신안 공개 평 7-013420호 공보

특허문헌 1에 개시되어 있는 배기 가스 정화 장치는 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중 PM과 같은 수㎛ 이하 입경의 미세한 더스트의 포집 효율이 낮고, 또한 더스트의 양이 많을 경우에는 필터가 눈막힘을 일으키기 쉽다는 문제가 있다.

특허문헌 2에 개시되어 있는 습식 배기 가스 정화 장치는 주방 공간으로부터 배출된 피처리 가스 중 오일 미스트를 제거하는 데미스터와 필터를 갖고, 데미스터와 필터에 부착된 부착물을 가열 수단에 의해 가열된 세정액으로 세정한다.

또한, 특허문헌 3에 개시되어 있는 습식 배기 가스 정화 장치는 물 펌프로부터 공급되는 세정수에 의해 스크러버에 부착된 더스트를 세정한다. 데미스터의 세정수는 장치 내의 축적된 물을 이용하므로 다른 계통으로부터 세정수을 공급할 필요가 없다.

종래의 습식 배기 가스 정화 장치에 있어서 피처리 가스로서 디젤 배기 가스를 처리할 경우, 이하와 같은 문제가 일어날 수 있다. 기체와 안개 형상 액체의 혼합 분위기가 데미스터를 통과할 때 액적은 분리될 수 있다. 그러나 액적 중에는 PM이 포착되어 있기 때문에 액적과 함께 적하되지 않는 PM이 데미스터에 일부 잔류한다. 또한, 디젤 배기 가스에 포함되는 PM은 수㎛ 이하의 매우 작은 입경이므로 장치 내에서 처리수를 분무하여도 PM이 가스 흐름을 타고 처리수의 분무 액적을 용이하게 우회하기 때문에, 액적과 관성 충돌하여 포착되지 않는 PM이 데미스터에 부착된다.

PM이 데미스터에 부착되면 시간 경과와 함께 데미스터의 공극부가 서서히 좁아져 데미스터를 통과하는 배기 가스의 속도가 저하된다. 이 속도 저하에 의해 PM이 더욱 퇴적되는 악순환이 생기고, 데미스터의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)가 높아져서 흡인 블로워의 동력이 증대한다.

또한, 데미스터 내에서의 PM의 퇴적이 증가하면 눈막힘이 발생해 흡인 블로워가 배기 가스 흡인 부족에 빠진다. 이 데미스터의 눈막힘 문제는 포집 효율이 높은 데미스터(공극률이 낮은 데미스터) 일수록 조기에 발생한다.

이 때문에 종래의 습식 배기 가스 정화 장치는 스프레이 노즐에 의해 데미스터의 상하 방향으로부터 세정수를 분무해 데미스터 내에 퇴적되어 있는 PM을 세정ㆍ제거했다. 그러나 데미스터의 공극부를 막는 PM의 퇴적물에는 연료나 윤활유의 미연소분이 포함되어 있으므로, 그 퇴적물은 매우 고점도이며 세정수에 대하여 습윤성이 낮다.

그러나, 단지 세정수를 분무하기만 하는 종래의 세정 방법에서는 데미스터 내에 퇴적되어 있는 PM을 완전히 세정ㆍ제거하는 것(데미스터를 사용 전의 상태로 세정ㆍ제거하는 것)은 곤란한 것에 추가하여, 세정에 시간을 요하여 다량의 세정수를 소비해 버린다.

이와 같이, 종래의 습식 배기 가스 정화 장치에서는 데미스터에 퇴적된 PM을 완전히 세정ㆍ제거하는 것이 곤란하기 때문에 포집 효율이 높은 데미스터(공극률이 낮은 데미스터)를 사용할 수 없어, 배기 가스의 정화 효율이 높은 습식 배기 가스 정화 장치를 제공할 수 없다는 문제가 있었다.

한편, 습식 배기 가스 정화 장치의 조업 중(가스 통과 중)에 데미스터를 세정하는 경우, 데미스터의 전역에 세정수를 분무하면 세정수의 수막이 데미스터의 공극부를 막아 버려 세정 중에 데미스터의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)가 높아진다. 이 때문에, 종래는 세정 범위를 부분적으로 바꾸어서 세정수를 분무하고 있었다. 그러나, 이러한 방법으로도 세정수량이 지나치게 많거나 세정 시간이 지나치게 길거나 하면, 결과적으로 세정수의 수막이 데미스터의 공극부를 막는 영역이 커져서 세정 중에 데미스터의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)가 높아진다는 문제는 여전히 해소하지 못했다.

따라서, 본 발명은 데미스터에 퇴적된 PM을 용이하게 세정ㆍ제거할 수 있음과 아울러 포집 효율이 높은 공극률의 데미스터를 이용하는 것이 가능하여, 배기 가스의 정화 효율이 높은 습식 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 습식 배기 가스 정화 장치의 조업 중에 데미스터를 세정하는 경우라도 데미스터의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차가 높아지는 문제를 회피할 수 있는 습식 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 습식 배기 가스 정화 장치는 처리액을 저류하는 액저류 수단과, 그 액저류 수단에 저류된 처리액과 연소 장치로부터 배출된 배기 가스를 기액(氣液) 접촉시켜 배기 가스 중에 함유된 더스트를 처리액 중에 흡수해서 포착시키는 기액 접촉 수단과, 기액 접촉 수단의 하류측에 배치되어 더스트를 포착하는 처리액을 포함한 처리 후의 배기 가스로부터 액체를 분리하는 기액 분리 수단을 갖는 습식 배기 가스 정화 장치이다. 이 습식 배기 가스 정화 장치는 기액 분리 수단을 가열하는 가열 수단을 갖고 있다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 데미스터에 퇴적된 PM을 용이하게 세정ㆍ제거할 수 있다. 이 때문에, 포집 효율이 높은 공극률의 데미스터를 이용하는 것이 가능하여 배기 가스의 정화 효율이 높은 습식 배기 가스 정화 장치를 제공할 수 있다.

또한, 습식 배기 가스 정화 장치의 조업 중에 데미스터를 세정하는 경우라도 데미스터의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차가 높아지는 문제를 회피할 수 있는 습식 배기 가스 정화 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 배기 가스 정화 시스템을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 습식 배기 가스 정화 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 A부(가열 수단)의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 가열 수단의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 의한 습식 배기 가스 정화 장치(이하, 「스크러버」라고 칭한다.)에 대해서 첨부 도면에 따라 설명한다. 이하의 실시형태에서는 주로 선박용, 육상 주행 차량용, 육상 정치용의 디젤 기관의 연소 장치로부터 배출되는 배기 가스 중의 더스트를 제거하는 것에 적합한 스크러버를 설명하지만, 본 발명은 예를 들면, 공업용의 보일러나 가스 화로 등의 연소 장치로부터 배출되는 배기 가스 중의 더스트를 제거하는 스크러버에도 마찬가지로 채용할 수 있다.

또한, 이하의 설명에서는 방향과 위치를 표시하는 용어(예를 들면,「상부」, 「하부」등)를 편의상 사용하지만, 이것들은 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서이며, 그러한 용어의 의미에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명은 본 발명의 한 형태의 예시에 불과하며, 본 발명, 그 적용물 또는 그 용도를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.

또한, 이하의 실시형태에서의 기액 분리에 있어서의 「액체」란, 최종적으로는 액체의 상태로 되어서 유체 중에서 제거된다는 정도의 의미이며, 제거 전의 유체 중에 포함된 상태에서 「액체」의 상태임을 반드시 필요로 하지 않는다. 기액 분리에 있어서의 「액체」는 공중에 부유하는 입자이지만, 단독의 기체 분자의 상태가 아닌 모든 것을 포함한다. 또한, 기액 분리를 행하는 것으로서 「데미스터」의 용어를 사용하지만, 본 발명의 「데미스터」의 개념은 「미스트 세퍼레이터」로 불리는 것도 포함한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 부호 1은 디젤 엔진을 나타내며, 본 실시형태에 있어서는 선박용의 2사이클 디젤 엔진을 나타낸다. 디젤 엔진(1)은 실린더 헤드나 측벽 부분 등에 도시하지 않은 수냉 재킷을 갖고, 냉각수가 수냉 재킷 내를 흐름으로써 해당 부분이 소정 온도로 냉각된다.

디젤 엔진(1)의 배기관(10)에는 제 1 관로(100)가 접속되어 있고, 흡기관 (11)에는 제 2 관로(110)가 접속되어 있다. 도시하는 바와 같이, 디젤 엔진(1)에는 과급기(2)가 구비되어 있다. 과급기(2)는 터빈 로터(20)와 압축기 임펠러(21)가 축체(22)에 의해 연결되어서 구성되어 있다. 터빈 로터(20)는 제 1 관로(100)(배기측)에 접속되고, 압축기 임펠러(21)가 제 2 관로(110)(흡기측)에 접속되어 있다.

디젤 엔진(1)의 배기 가스를 터빈 로터(20)에 공급함으로써 그 배기 가스의 열 에너지가 회전 에너지로 변환되고, 그 터빈 로터(20)에 연결되어 있는 압축기 임펠러(21)가 회전하여 공기(산소를 포함한 유체)를 대기로부터 흡인한다. 과급기(2)의 압축기 임펠러(21)에 의해 압축된 공기는 에어 쿨러(3)에 의해 냉각된 후, 디젤 엔진(1)의 연소실에 공급된다. 이 과급기(2)의 작용에 의해 디젤 엔진(1)의 연소실로의 충전율이 높아지고, 그 디젤 엔진(1)의 출력이 증대한다.

디젤 엔진(1)으로부터 NOx의 발생량을 억제하는 수단으로서 연소 배기 가스의 일부를 흡기측으로 도입하는 배기 재순환(EGR)이 사용된다. 도시하는 바와 같이, EGR을 적용한 디젤 엔진(1)은 제 1 관로(100)와 제 2 관로(110)를 바이패스하도록 접속된 제 3 관로(120)를 갖는다. 제 3 관로(120)에는 가스 흐름 상류측으로부터 순서대로 디젤 엔진(1)의 배기 가스 중에 포함된 PM을 처리수와 접촉시켜서 포착하는 스크러버(4)와, 스크러버(4)에서 정화된 처리 가스를 흡인하는 흡인 블로워(7)와, 그 처리 가스를 냉각하는 가스 쿨러(8)가 접속되어 있고, 디젤 엔진(1)의 배기 가스의 일부(예를 들면, 전체 배기 가스량의 30%에 상당하는 배기 가스량)를 제 2 관로(110)에 환류시켜서 그 디젤 엔진(1)에 재순환하도록 하고 있다. 또한, 스크러버(4)에서는 배기 가스와 처리수를 접촉시켜 SOx(황산화물)를 포착할 수 있다.

이어서, 본 실시형태의 스크러버(4)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 스크러버(4)는 세로형의 통 형상으로 형성되고, 하부 케이싱(4a)과 하부 케이싱(4a)의 상부에 설치된 상부 케이싱(4b)을 갖는다.

하부 케이싱(4a)의 저부에는 처리수(처리액)(40)를 저류하는 액저류부(41)가 형성되어 있다. 액저류부(41)에는 처리수(40)를 소정 온도로 가온하는 히터(42)가 설치되어 있음과 아울러 하부 케이싱(4a)의 외측을 글라스 울 등의 단열재로 외장하여 처리수(40)가 예를 들면, 60℃로 유지되도록 하고 있다.

액저류부(41)의 상방 위치이며 하부 케이싱(4a)의 측벽에는 디젤 엔진(1)의 배기 가스(이하, 「피처리 가스」라고 칭한다.)를 스크러버(4) 내에 도입하는 피처리 가스 도입관(43)이 접속되어 있다.

액저류부(41)의 상방 위치에는 스크러버(4) 내에 도입된 피처리 가스에 대해 하향으로 안개 형상의 처리수(40)를 분무하는 기액 접촉 수단으로서의 스프레이 노즐(44)이 배치되어 있다. 스프레이 노즐(44)에는 액저류부(41) 내의 처리수(40)를 이송하기 위한 순환 펌프(45)를 갖는 순환 배관(451)이 접속되어 있다. 스프레이 노즐(44)로부터 분무된 처리수(40)는 액저류부(41) 내에 일단 회수되고, 순환 배관 (451)에 의해 이송되어 다시 스프레이 노즐(44)로부터 분무되는 순환 라인을 형성한다. 도시하는 바와 같이, 스프레이 노즐(44)에 이송되는 처리수(40)는 필터(452)에 의해 불순물이 제거된다. 또한, 스프레이 노즐(44)로부터 분무되는 처리수(40)의 유량은 밸브(453)의 개방도를 조절함으로써 적절하게 변경할 수 있다.

본 실시형태에서는 스프레이 노즐(44)로부터 분무되는 안개 형상의 처리수(40)를 피처리 가스에 접촉시키고 있지만, 이것 대신에 액저류부(41) 내의 처리수(40)를 버블링시켜 기체와 안개 형상의 액체의 혼합 분위기를 만들고, 이것을 피처리 가스에 접촉시켜도 좋다.

상부 케이싱(4b)의 상부에는 스크러버(4)에 의해 정화된 처리 가스를 배출하는 처리 가스 배출관(46)이 접속되어 있다.

상부 케이싱(4b) 내에는 기액 분리 수단으로서의 데미스터가 가스 유로(47)를 따라 2개 배치되어 있다. 각 데미스터는 가스 흐름 상류로부터 가스 흐름 하류를 향해 데미스터(50), 데미스터(51)로 되어 있다. 가스 흐름 상류측의 데미스터(50)와 가스 흐름 하류측의 데미스터(51)는 각각 소정 거리를 두고 배치되어 있다. 또한, 데미스터의 개수는 스크러버(4)에 있어서의 피처리 가스의 처리량과 피처리 가스의 성상 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.

데미스터(50, 51)는 유연한 금속 소선을 서로 얽히게 해서 파형으로 형성하고, 그 파형이 엇갈리게 되도록 원판 형상의 부재를 중합시킨 구조물이다. 데미스터(50, 51)는 하부 케이싱(4a) 내로부터 보내져온 기체와 안개 형상의 액체의 혼합 분위기를 데미스터(50, 51)에 통과시킴으로써 액적을 분리하는 기능을 갖는다.

여기서, 데미스터(50)에 있어서의 공극률과 데미스터(51)에 있어서의 공극률은 거의 동일하여도 상관없지만, 가스 흐름 상류측의 데미스터(50)가 막히기 쉬운 경우도 있기 때문에, 가스 흐름 상류측의 데미스터(50)의 공극률을 가스 흐름 하류측의 데미스터(51)의 공극률보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 또한 데미스터[50(51)]에 있어서의 「공극률」이란, 예를 들면 금속 소선으로 구성되는 격자의 눈 거칠기이며, 눈이 거칠수록 공극률이 높은 것을 의미한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 본 실시형태의 데미스터(50, 51)에는 가열 수단인 히터가 장착되어 있다. 데미스터(50, 51)를 가열하기 위한 히터는, 예를 들면 시즈 히터 등의 전기 저항 가열식 히터이다. 히터는 데미스터(50, 51)의 중앙 영역을 가열하는 내측 히터(52)와 데미스터(50, 51)의 외주 영역을 가열하는 외측 히터 (53)로 구획되어 있다. 내측 히터(52)와 외측 히터(53)는 각각 전원 회로(도시하지 않음)와 전기적으로 접속되고, 열전대(501, 511)로부터 출력되는 온도 신호에 기초하여 각 히터(52, 53)의 출력이 제어 수단(도시하지 않음)에 의해 개별로 제어된다. 제어 수단에는 데미스터[50(51)] 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM이 저점도로 되는 제 1 설정 온도와, 그 유분을 포함한 PM이 자기 점화하는 제 2 설정 온도가 설정되어 있다. 본 실시형태에서는 제 1 설정 온도는 예를 들면 60℃이며, 제 2 설정 온도는 600℃ 이상이다. 제 1 설정 온도와 제 2 설정 온도는 스위칭 가능하게 구성되어 있다.

데미스터[50(51)]에 장착된 내측 히터(52)와 외측 히터(53)는, 예를 들면 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 데미스터[50(51)]를 구성하는 원판 형상의 부재 [500(510)] 사이에 히터 소선(525)을 끼워서 데미스터[50(51)] 내에 장착해도 좋다. 또한, 예를 들면 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 데미스터[50(51)]를 구성하는 원판 형상의 부재[500(510)] 내에 히터 소선(525)을 짜 넣도록 해서 데미스터 내에 장착하는 것도 가능하다.

본 실시형태에서는 데미스터[50(51)]에 포함되는 히터는 데미스터[50(51)]의 중앙 영역을 가열하는 내측 히터(52)와 데미스터[50(51)]의 외주 영역을 가열하는 외측 히터(53)로 구획된 예를 설명했지만, 이는 단순한 일례이며 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가열하는 구획을 더욱 세분화해도 좋고, 1개의 히터로 데미스터[50(51)]의 전부를 가열하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시형태에서는 데미스터[50(51)]를 가열하기 위한 가열 수단으로서 데미스터[50(51)] 내에 장착되는 전기 저항 가열식 히터를 예시했지만, 이것은 단순한 일례이며 이에 한정되는 것은 아니다. 전기 저항 가열식 히터 대신에 가스 버너 또는 오일 버너로 데미스터[50(51)]를 가열해도 좋다. 그 구체예를 도 4에 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 데미스터[50(51)]가 설치되어 있는 상부 케이싱(4b)의 측벽에 버너 부착 플랜지(400)를 통해 버너(가스 연소식 또는 오일 연소식)(526)를 설치하고, 데미스터[50(51)]의 측방으로부터 그 데미스터[50(51)] 전체를 가열해도 좋다. 이 경우, 버너(526)의 연소 용량을 제어할 수 있는 연소 제어 장치(도시하지 않음)를 장착하는 것이 바람직하다. 이렇게 가열 수단을 구성함으로써 제 1 설정 온도를 선택한 경우에는 데미스터[50(51)] 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM을 저점도 할 수 있고, 제 2 설정 온도를 선택한 경우에는 그 유분을 포함한 PM을 연소(번 아웃)할 수 있다.

도 2로 되돌아가, 상부 케이싱(4b)의 측벽에는 각 데미스터(50, 51)의 내부에 눈막힘이 발생하고 있는지의 여부를 확인하기 위한 압력계(540, 541)가 접속되어 있다. 압력계(540, 541)는 각 데미스터(50, 51)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)를 측정한다.

데미스터(50, 51)의 근방에는 그 데미스터(50, 51)를 세정하기 위한 세정 스프레이 노즐(세정 수단)이 설치되어 있다. 구체적으로, 가스 흐름 상류 근방으로부터 데미스터(50)의 중앙 영역을 향해 상향으로 세정수(세정액)를 분무하는 2개의 세정 스프레이 노즐(55aa)과, 데미스터(50)의 외주 영역을 향해 상향으로 세정수를 분무하는 2개의 세정 스프레이 노즐(55ab)이 배치되어 있다. 또한, 데미스터(50)의 가스 흐름 하류 근방에는 그 데미스터(50)의 중앙 영역을 향해 하향으로 세정수를 분무하는 2개의 세정 스프레이 노즐(55ba)과, 데미스터(50)의 외주 영역을 향해 하향으로 세정수를 분무하는 2개의 스프레이 노즐(55bb)이 배치되어 있다.

또한, 데미스터(51)의 가스 흐름 하류 근방에는 그 데미스터(51)의 중앙 영역을 향해 하향으로 세정수를 분무하는 2개의 세척 스프레이 노즐(55ca)과, 데미스터(51)의 외주 영역을 향해 하향으로 세정수를 분무하는 2개의 스프레이 노즐(55cb)이 배치되어 있다.

세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab)의 각각을 접속하는 분기 배관(L1)에는 밸브 (V1, V2)가 실치되어 있고, 이들 밸브(V1, V2)의 개폐를 각각 독립적으로 제어함으로써 스프레이 노즐(55aa, 55ab)의 양쪽을 동시에 사용하거나, 어느 한쪽을 선택하여 사용하거나 할 수 있다. 세정 스프레이 노즐(55ba, 55bb)의 각각을 접속하는 분기 배관(L1)에도 밸브(V3, V4)가 설치되어 있고, 마찬가지로 스프레이 노즐(55ba, 55bb)의 양쪽을 동시에 사용하거나, 어느 한쪽을 선택하여 사용하거나 할 수 있다.

마찬가지로, 세정 스프레이 노즐(55ca, 55cb)의 각각을 접속하는 분기 배관(L1)에도 밸브(V5, V6)가 설치되어 있고, 스프레이 노즐(55ca, 55cb)의 양쪽을 동시에 사용하거나, 어느 한쪽을 선택하여 사용하거나 할 수 있다.

각 분기 배관(L1)은 밸브(V7, V8)를 갖는 분기 배관(L2), 온수 공급 배관(56)을 통하여 세정액 가열 수단인 급탕기(60)에 접속되어 있다. 급탕기(60)는 세정수가 예를 들면, 60℃의 온수가 되도록 설정되어 있다. 이에 따라, 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab, 55ba, 55bb 및 55ca, 55cb)로부터 가온된 세정수가 분무된다.

또한, 본 실시형태에서는 각 히터(52, 53)의 가열에 의해 데미스터[50(51)] 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM을 제 1 설정 온도 또는 제 2 설정 온도로 가열했을 때, 액체 형상으로 연화되어 적화되기 시작하고 있는 PM을 씻어내는 것, 또는 그 PM을 연소 제거한 후의 잔류물을 완전히 제거하는 것을 목적으로 해서 가온된 세정수를 이용하고 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 잔류물의 제거에는 상온의 세정수로도 충분히 목적을 달성할 수 있다.

또한, 스프레이 노즐의 설치 개수는 스크러버(4)에 있어서의 피처리 가스의 처리량, 스크러버(4) 및 데미스터(50, 51)의 사이즈나, 소망하는 세정 범위 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.

본 실시형태에서는 급탕기(60)에 의해 가온된 세정수를 만들고, 그것을 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab, 55ba, 55bb 및 55ca, 55cb)에 공급하는 예를 설명하고 있지만 이것에 한정하는 것이 아니라, 다른 열 매체와 열 교환함으로써 가온된 세정수를 얻어도 좋다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이 예를 들면, 디젤 엔진(1)의 배기 가스 현열을 회수하기 위한 열 교환기(65)를 별도 설치하고, 세정수 공급원(70)으로부터 공급되는 상온의 세정수를 열 교환기(65)에 공급함으로써 약 60℃로 가온된 세정수를 만들고, 이를 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab, 55ba, 55bb 및 55ca, 55cb)에 공급해도 좋다. 이 경우 열 교환기(65)는 디젤 엔진(1)의 배기 가스 현열을 회수하는 것 대신에, 디젤 엔진(1)의 냉각수(약 80~90℃)의 현열을 회수하는 것이라도 좋다.

또한 도시된 바와 같이, 밸브(671)를 갖는 배관(67)을 순환 배관(451)으로부터 분기시켜 그 배관(67)을 온수 공급 배관(56)에 접속하고, 액저류부(41)에 저류되어 있는 약 60℃의 처리수(40)를 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab, 55ba, 55bb 및 55ca, 55cb)에 공급해도 좋다.

이어서, 상술한 바와 같이 구성된 스크러버(4)의 동작에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1에서 나타내는 바와 같이, 우선 디젤 엔진(1)을 기동하면 그 디젤 엔진(1)으로부터 배출되는 배기 가스는 배기관(10)에서 정압되어 제 1 관로(100)를 거쳐 과급기(2)에 인도된다.

과급기(2)에서는 배기 가스가 갖는 열 에너지가 회전 에너지로 변환되고, 터빈 로터(20)에 연결되어 있는 압축기 임펠러(21)가 회전하여 공기(산소를 포함한 유체)를 대기로부터 흡인한다. 과급기(2)의 압축기 임펠러(21)에 의해 압축된 공기는 에어 쿨러(3)에 의해 냉각된 후, 디젤 엔진(1)의 연소실에 공급된다. 한편, 과급기(2)로부터 배출된 배기 가스는 도시하지 않은 배기 소음기를 통하여 대기 방산된다.

한편, 디젤 엔진(1)의 배기 가스의 일부(예를 들면, 전체 배기 가스량의 30%에 상당하는 배기 가스량)는 피처리 가스로서 제 3 관로(120)를 통하여 스크러버(4)에 도입된다. 스크러버(4)에서는 피처리 가스에 처리수를 접촉시킴으로써 피처리 가스 중에 포함된 PM이 포착된다. 이 스크러버(4)에서의 피처리 가스의 처리에 대해서는 도 2를 이용하여 후술한다. 그리고, 스크러버(4)에서 정화된 처리 가스는 흡인 블로워(7)에 의해 배출됨과 아울러 가스 쿨러(8)에서 소정 온도로 냉각되고, 제 2 관로(110)를 통하여 디젤 엔진(1)에 재순환된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 스크러버(4) 내에 도입된 피처리 가스는 스프레이 노즐(44)로부터 분무된 안개 형상의 처리수(40)(약 60℃)와 향류 접촉한다. 이것에 의해, 피처리 가스 중에 포함된 PM이 처리수(40) 내에 흡수되어서 포착된다. 그 후, 기체와 안개 형상 액체[처리수(40)]의 혼합 분위기는 가스 유로(47)를 따라 상부 케이싱(4b) 내의 기액 분리 수단으로서의 데미스터(50, 51)로 보내진다. 하부 케이싱(4a) 내로부터 보내져온 기체와 안개 형상의 액체의 혼합 분위기가 데미스터(50, 51)를 통과함으로써 액적이 분리되고, 그 액적이 하부 케이싱(4a) 내의 액저류부(41)에 회수된다. 한편, 데미스터(50, 51)를 통과함으로써 정화된 처리 가스는 흡인 블로워(도시하지 않음)에 의해 배출된다.

[배경 기술]의 설명에서 서술한 바와 같이, 기체와 안개 형상 액체의 혼합 분위기가 데미스터(50, 51)를 통과할 때, 그 데미스터(50, 51)에 의해 액적은 분리된다. 그러나, 액적 중에는 PM이 포착되어 있기 때문에 액적과 함께 적하하지 않는 PM이 데미스터(50, 51)에 일부 잔류한다. 또한, 디젤 배기 가스에 포함되는 PM은 수㎛ 이하의 매우 작은 입경이므로 장치 내에서 처리수를 분무해도 PM이 가스 흐름을 타고 처리수의 분무 액적을 용이하게 우회하기 때문에, 액적과 관성 충돌하여 포착되지 않는 PM이 데미스터에 부착된다.

PM이 데미스터(50, 51)에 부착되면 시간 경과와 함께 데미스터(50, 51)의 공극부가 서서히 좁아져 데미스터(50, 51)를 통과하는 배기 가스의 속도가 저하된다. 이 속도 저하에 의해 PM이 더욱 퇴적되는 악순환이 생기고, 데미스터(50, 51)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)가 높아짐과 아울러 흡인 블로워(도시하지 않음)의 동력이 증대하여 스크러버(4)의 배기 가스 정화 효율이 저하된다.

데미스터(50, 51)의 눈막힘에 의한 스크러버(4)의 조업 정지를 회피하기 위해서, 스크러버(4)의 조업 중에는 각 데미스터(50, 51)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)를 측정하는 압력계(540, 541)의 지시값을 상시 또는 일정 시간마다 감시하는 것이 바람직하다.

조업 중에 그 지시값이 소정치 이상을 나타낸 경우, 해당하는 데미스터[50(51)]에 눈막힘이 발생하고 있을 개연성이 높다. 본 동작 설명에서는 데미스터(50)에 눈막힘이 발생했다고 가정해서 설명한다. 이 경우, 우선 급탕기(60)를 기동한다. 이어서, 데미스터(50)의 중앙 영역을 가열하는 내측 히터(52)를 통전시킨다. 내측 히터(52)의 가열 온도를 제 1 설정 온도로 선택했을 경우, 데미스터(50)의 중앙 영역 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM은 내측 히터(52)의 온도 상승에 따라서 저점도의 액체 형상으로 되어 적하하기 시작한다. 한편, 내측 히터(52)의 가열 온도를 제 2 설정 온도로 선택했을 경우, 그 유분을 포함한 PM은 연소(번 아웃)하고, 데미스터(50)의 중앙 영역에는 연소 후의 잔류물이 부착된 상태가 된다.

그 후, 분기 배관(L2)의 밸브(V7)를 개방으로 하고, 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ba)과 연통해 있는 분기 배관(L1)의 밸브(V2, V3)를 개방한다. 그러면, 데미스터(50)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측으로부터 그 데미스터(50)의 중앙 영역에 대하여 약 60℃로 가온된 세정수가 분무된다. 내측 히터(52)를 제 1 설정 온도로 선택했을 경우, 유분을 포함한 PM은 저점도의 액체 형상으로 되어 적하하기 시작하고 있기 때문에, 세정수에 의해 용이하게 씻겨진다. 내측 히터(52)를 제 2 설정 온도로 선택한 경우, 그 유분을 포함한 PM은 연소(번 아웃)하기 때문에 데미스터(50)의 중앙 영역 내에 부착되어 있던 연소 후의 잔류물은 단시간에, 또한 극소량의 세정수로 간단하게 씻겨진다.

이와 같이, 데미스터(50)의 중앙 영역을 제 1 설정 온도와 제 2 설정 온도 중 어느 하나로 가열한 경우라도, 극소량의 세정수로 상기 퇴적물을 제거할 수 있으므로 세정수의 수막이 데미스터의 공극부를 막는다는 현상을 억제할 수 있고, 그 결과, 데미스터(50)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)의 상승을 억제할 수 있다.

데미스터(50)의 중앙 영역 내에 퇴적되어 있던 유분을 포함한 PM이 완전히 제거되면 내측 히터(52)로의 통전을 정지하고, 분기 배관(L2)의 밸브(V7)와 분기 배관(L1)의 밸브(V2, V3)를 폐쇄로 하여 세정 스프레이 노즐(55aa, 55ba)로의 세정수의 공급을 정지시킨다.

이어서, 데미스터(50)의 외주 영역을 가열하는 외측 히터(53)를 통전시킨다. 외측 히터(53)의 가열 온도를 제 1 설정 온도로 선택한 경우, 데미스터(50)의 외측 영역 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM은 외측 히터(53)의 온도 상승에 따라서 저점도의 액체 형상으로 되어 적하하기 시작한다. 한편, 외측 히터(53)의 가열 온도를 제 2 설정 온도로 선택한 경우, 그 유분을 포함한 PM은 연소(번 아웃)하고, 데미스터(50)의 외주 영역에는 연소 후의 잔류물이 부착된 상태가 된다.

그 후, 분기 배관(L2)의 밸브(V7)를 개방으로 하고, 세정 스프레이 노즐(55ab, 55bb)과 연통하고 있는 분기 배관(L1)의 밸브(V1, V4)를 개방한다. 그러면, 데미스터(50)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측으로부터 그 데미스터(50)의 외주 영역에 대해 약 60℃로 가온된 세정수가 분무된다. 이 경우도 마찬가지로, 외측 히터(53)를 제 1 설정 온도로 선택한 경우, 유분을 포함한 PM은 저점도의 액체 형상으로 되어 적하하기 시작하고 있기 때문에 세정수에 의해 용이하게 씻겨진다. 외측 히터(53)를 제 2 설정 온도로 선택한 경우, 그 유분을 포함한 PM은 연소(번 아웃)하기 때문에 데미스터(50)의 외주 영역 내에 부착되어 있던 연소 후의 잔류물은 단시간에, 또한 극소량의 세정수로 간단하게 씻겨진다.

상술과 마찬가지로, 데미스터(50)의 외주 영역을 제 1 설정 온도와 제 2 설정 온도 중 어느 하나로 가열한 경우라도 극소량의 세정수로 상기 퇴적물을 제거할 수 있으므로, 세정수의 수막이 데미스터의 공극부를 막는다는 현상을 억제할 수 있고, 그 결과 데미스터(50)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)의 상승을 억제할 수 있다. 데미스터(50)의 외주 영역 내에 퇴적되어 있던 유분을 포함한 PM이 완전히 세정ㆍ제거되면 외측 히터(53)로의 통전을 정지하고, 분기 배관(L2)의 밸브 (V7)와 분기 배관(L1)의 밸브(V1, V4)를 폐쇄로 하여 세정 스프레이 노즐(55ab, 55bb)로의 세정수의 공급을 정지시킨다.

또한, 데미스터(51)에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM을 세정ㆍ제거하는 경우도 상술과 같은 순서로 실시하기 때문에 설명을 생략한다.

또한, 상술한 각 데미스터(50, 51)의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)의 계측, 데미스터[50(51)]의 눈막힘 판정, 및 가온된 세정수의 분무는 작업자가 실시해도 좋고, 예를 들면 스크러버(4)의 제어 수단(도시하지 않음)이 압력 측정 데이터를 도입하여 데미스터[50(51)]의 눈막힘 판정을 행한 후, 각 히터의 통전 및 가온된 세정수의 분무 제어를 실행해도 좋다.

세정 스프레이 노즐(55aa, 55ab, 55ba, 55bb 및 55ca, 55cb)에 의한 세정수의 분무는 데미스터[50(51)]에 대하여 상하 방향으로부터 서로 동시에 분무해도 좋고, 동시가 아니어도 좋다. 또한, 이들의 분무 시간은 서로 겹치게 해도 좋고, 겹치지 않아도 좋다. 또한 데미스터[50(51)]에 대하여 세정수를 연속적으로 분무해도 좋고, 소정 시간마다 간헐 분무하는 것도 가능하다.

이와 같이, 본 실시형태의 스크러버(4)에 의하면 데미스터[50(51)]를 가열하기 위한 가열 수단에 의해 내부에 퇴적되어 있는 유분을 포함한 PM을 자기 착화 온도(600℃ 이상)까지 승온시켜 PM을 연소(번 아웃)시킨다. 세정수(상온 또는 가온)의 분무는 데미스터[50(51)]에 연소 후의 잔류물이 부착된 상태에서 실행하므로 제거에 필요한 세정 시간과 세정수량이 매우 작아도 된다. 또한, 세정수가 극소량으로 억제되므로 세정수의 수막이 데미스터[50(51)]의 공극부를 막는다는 현상을 억제할 수 있고, 그 결과 데미스터[50(51)]의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다. 제거된 후의 데미스터[50(51)]는 신품에 거의 가까운 상태로 재사용할 수 있다.

상술과 같이 세정ㆍ제거된 후의 데미스터[50(51)]는 신품에 거의 가까운 상태로 재사용할 수 있기 때문에 데미스터[50(51)]의 가스 흐름 상류측과 가스 흐름 하류측 사이에 있어서의 압력차(압력 손실)의 증대, 압력 손실이 커지는 것에 기인하는 흡인 블로워(7)의 동력이 증대, 및 흡인 블로워(7)가 배기 가스 흡인 부족에 빠진다는 문제를 회피할 수 있다. 또한 본 실시형태와 같이 디젤 엔진(1)의 배기 가스의 일부를 그 디젤 엔진(1)에 재순환시키는 경우라도, 배기 가스 재순환량이 부족한 사태에 빠질 일은 없다.

종래, 공극률이 낮은(포집 효율이 높은) 데미스터는 조기에 눈막힘되어 사용하기 곤란했지만, 본 실시형태에서는 데미스터[50(51)] 내에 퇴적되어 있는 유분을 포함하는 PM의 세정ㆍ제거를 용이하게 할 수 있기 때문에 공극률이 낮은(포집 효율이 높은) 것을 사용할 수 있다. 이에 따라, 스크러버(4)의 탈진 성능이 향상된다. 스크러버(4)의 탈진 성능이 향상되기 때문에 그 스크러버(4)의 하류측에 배치되어 있는 흡인 블로워(7), 가스 쿨러(8) 및 이것들과 접속되어 있는 디젤 엔진(1)에 혼입되는 더스트를 매우 적게 할 수 있다. 그 결과, 그것들의 설비의 유지 보수가 용이하게 됨과 아울러 수명을 늘릴 수 있다.

금회, 개시한 실시형태는 예시이며 이것에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 상기에서 설명한 범위가 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타내어지며, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위에서의 모든 변경을 포함한다.

1: 디젤 엔진 2: 과급기
3: 에어 쿨러 4: 스크러버
5: 하부 케이싱 6: 상부 케이싱
7: 흡인 블로워 8: 가스 쿨러
40: 처리수 41: 액저류부
44: 스프레이 노즐 47: 가스 유로
50, 51: 데미스터 52: 내측 히터
53: 외측 히터
55aa, 55ab, 55ba, 55bb: 세정 스프레이 노즐
55ca, 55cb: 세정 스프레이 노즐 526: 버너

Claims

처리액을 저장하는 액저류 수단과,
그 액저류 수단에 저류된 처리액과 연소 장치로부터 배출되는 배기 가스를 기액 접촉시키고, 상기 배기 가스 중에 함유된 더스트를 상기 처리액 내에 흡수하여 포착시키는 기액 접촉 수단과,
상기 기액 접촉 수단의 하류측에 배치되고, 상기 더스트를 포착한 처리액을 포함한 처리 후의 배기 가스로부터 액체를 분리하는 기액 분리 수단을 갖는 습식 배기 가스 정화 장치로서,
상기 기액 분리 수단을 가열하는 가열 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 습식 배기 가스 정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기액 분리 수단에 세정액을 분사하여 그 기액 분리 수단에 부착된 상기 더스트를 제거하는 세정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 습식 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가열 수단은 상기 기액 분리 수단에 있어서의 미리 설정된 적어도 2개의 영역을 개별적으로 가열하도록 배치되어 있고,
상기 세정 수단은 상기 가열 수단에 의해 가열되어 있는 상기 기액 분리 수단에 있어서의 가열 영역에 세정수를 분사하는 것을 특징으로 하는 습식 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 수단은 전기 저항 가열식 히터 또는 연료와 연소용 공기를 연소시키는 버너인 것을 특징으로 하는 습식 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소 장치는 디젤 기관이고,
상기 배기 가스는 상기 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스이며 그 배기 가스에 포함된 더스트는 파티큘레이트 매터인 것을 특징으로 하는 습식 배기 가스 정화 장치.