KR20150129509A

KR20150129509A - 고체연료 보일러용 습식 정화장치

Info

Publication number: KR20150129509A
Application number: KR1020140056582A
Authority: KR
Inventors: 최영환
Original assignee: 최영환
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-20

Abstract

본 발명은 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 관한 것으로, 특히 고체연료 보일러의 배출가스에 포함된 오염물질을 무화(atomization)된 미스트로 흡착하여 제거하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 관한 것이다.

Description

고체연료 보일러용 습식 정화장치{Wet type exhaust gas purifying apparatus for solid fuel boiler}

본 발명은 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체연료 보일러의 배출가스에 포함된 오염물질을 무화(atomization)된 미스트로 흡착하여 제거하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 관한 것이다.

최근 목재를 비롯하여 각종 바이오매스(biomass)를 이용한 펠릿 연료(pellet fuel)나 석탄(갈탄, 무연탄 등) 등과 같은 고체연료를 이용한 보일러의 사용이 점차 늘어나고 있다.

한편, 이상과 같은 고체연료를 연소시켜 보일러를 가동하면 배기가스가 배출되며, 배기가스에는 인체에 유해한 아황산가스, 암모니아 및 이산화질소 등과 같은 오염물질이 포함되어 있다.

특히, 고체연료는 석유나 가스에 비해 고화된 상태의 물질로 이루어져 있고 또한 상대적으로 분자량이 큰 고분자 물질이어서, 그 배기가스에 재, 분진, 목초액 입자 등과 같이 입자가 큰 오염물질도 포함되어 있다.

이에, 종래에는 도 1과 같이 중력 침강식 정화장치(10)를 사용하였다. 중력 침강식 점화장치(10)는 보일러의 배기연관(11)을 통해 공급된 배출가스가 배기구(12)를 통해 배출되는 과정에서 오염물질이 중력에 의해 가라앉게 한다.

따라서, 중력 침강식 정화장치(10)을 사용하면 비교적 입자가 크고 무거운 오염물질의 처리가 가능하다. 그러나, 상대적으로 입자가 작고 가벼운 오염물질의 처리는 어렵다는 문제가 있다.

또한, 한국등록실용신안 제20-0426875호 등에서는 도 2와 같이 세정식 정화장치(20)를 제안하였다. 세정식 정화장치(20)는 흡입구(21)를 통해 공급된 배출가스가 배출구(22)를 통해 배출되는 과정에서 수조(23)에 채워진 물에 의해 오염물질이 포획된다.

따라서, 세정식 정화장치(20)를 사용하면 비교적 미세한 크기의 오염물질까지 처리할 수 있다. 그러나, 그 구조가 복잡하고 설비비가 많이 들며, 초미세 크기의 오염물질은 제거하지 못한다. 특히, 수면에 포획된 오염물질의 양이 증가함에 따라 그 처리능력이 급격히 저하되는 문제가 있다.

또한, 도 3과 같이 싸이클론식 정화장치(30)를 사용하기도 한다. 싸이클론식 정화장치(30)는 공급구(31)를 통해 유입된 배출가스가 배기구(32)를 통해 배출되는 과정에서 싸이클론장치(33)에 의해 소용돌이치고, 이때 오염물질이 제거된다.

따라서, 싸이클론식 정화장치(30)를 사용하면 비교적 입자가 크고 무거운 오염물질의 처리가 가능하다. 그러나, 상기한 중력 침강식 정화장치(10)와 마찬가지로 상대적으로 입자가 작고 가벼운 오염물질의 처리가 어렵다는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 이산화질소와 같은 초미세 오염물질에서부터 재나 분진과 같이 상대적 큰 오염물질까지 정화시킬 수 있어서 고체연료 보일러에 최적화된 고체연료 보일러용 습식 정화장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 고체연료 보일러의 배출가스에 포함된 오염물질을 무화(atomization)된 미스트로 흡착하여 제거함으로써 장치가 간단하면서도 설비비를 줄일 수 있는 고체연료 보일러용 습식 정화장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치는 내부에 배기가스가 유동하는 공간이 있으며, 상부에는 상기 배기가스가 자연배출되는 배기구가 구비되어 있는 정화장치 몸체와; 고체연료 보일러에서 발생한 배기가스를 상기 정화장치 몸체 내부로 공급하며, 상기 배기구의 하측에 위치하도록 상기 정화장치 몸체에 연결된 가스 배출관과; 상기 가스 배출관에서 배출된 배기가스가 상기 배기구를 향해 유동하는 통로에 무화(atomization)된 정화수를 분사함으로써 미스트 필터 커튼(mist filter curtain)을 형성하는 분사노즐; 및 상기 분사노즐에 상기 정화수를 공급하는 정화수 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가스 배출관은 상기 정화장치 몸체의 내부 중심까지 연장되도록 설치되고, 상기 배기가스가 분출되는 개방 단부가 하측을 바라보는 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 배출관의 개방 단부에는 하측으로 갈수록 직경이 커지는 배기가스 확산판이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정화장치 몸체의 하단부에는 상기 오염물질을 흡착하면서 낙하된 무화된 정화수를 수집하는 저수조가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정화수 공급장치는 정화수를 저장하는 상기 저수조와; 상기 저수조 내부에 설치되며, 상기 저수조에 낙하된 오염물질을 제거하는 흡입필터와; 일단은 상기 흡입필터에 연결되고 타단은 상기 분사노즐에 연결되어, 상기 오염물질이 제거된 정화수를 상기 분사노즐에 공급하는 정화수 공급관; 및 상기 정화수 공급관에 설치되며, 상기 정화수를 상기 분사노즐을 향해 공급하는 공급펌프;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분사노즐은 복수개이고, 상기 복수개의 분사노즐들은 각 분사노즐에 의해 형성된 미스트 필터 커튼이 서로 중첩되게 하는 방향에 이격 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 고체연료 보일러에 연결되어 배출가스의 배기통로를 향해 무화된 정화수를 분사함으로써 미스트 필터 커튼을 형성한다.

따라서, 고체연료 연소시 발생하는 여러 오염물질을 미스트 필터 커튼을 이용하여 포획하고 제거함으로써 고체연료 보일러에 최적화된 정화장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 자연 배기중인 배출가스를 향해 무화된 정화수를 분사하는 방식을 채택함으로써 장치가 간단하면서도 설비비를 줄일 수 있게 한다.

도 1은 종래기술에 따른 중력 침강식 정화장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 세정식 정화장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 3은 종래기술에 따른 싸이클론식 정화장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치를 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 대해 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치는 정화장치 몸체(110)와, 가스 배출관(120)과, 분사노즐(130) 및 정화수 공급장치(140)를 포함한다.

이때, 정화장치 몸체(110)는 고체연료 보일러(미도시)에 조립되거나 일체로 결합된 것으로, 그 내부에 배기가스가 유동하는 공간이 있으며, 상부에는 배기가스가 자연배출되는 배기구(111)가 구비되어 있다.

배기가스는 고체연료 보일러의 가동시 고체연료를 연소시킬 때 발생한 것으로, 이러한 배기가스는 정화장치 몸체(110) 내부에서 정화된 후 배기구(111)를 통해 배출된다.

배기구(111)는 배기가스가 자연배출될 수 있도록 정화장치 몸체(110)의 상단부 중심에 구비되며, 자연배출만 가능하면 정화장치 몸체(110)의 형상에 따라 다소 다른 위치(예: 상부 측면 등)에 구비될 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 배기가스를 자연배출시키는 방식으로 오염물질이 정화되게 하므로, 배풍기와 같은 추가 설비를 불필요하게 하고, 후술할 미스트 필터 커튼(M1, M2)의 흔들림을 최소화하여 필터링 특성을 극대화시킨다.

한편, 정화장치 몸체(110)의 하단부에 구비된 저수조(WT)는 배기가스에 포함된 오염물질이 미스트 필터 커튼(M1, M2)에 흡착(혹은, 포획)되어 낙하시 이를 수집한다. 저수조(WT)는 이하에서 설명할 정화수 공급장치(140)의 일 구성으로 사용되기도 한다.

다음, 가스 배출관(120)은 고체연료 보일러에서 발생한 배기가스를 정화장치 몸체(110) 내부에 공급하는 것으로, 그 유입측은 고체연료 보일러의 배기연관에 조립되거나 혹은 일체로 결합된다.

또한, 가스 배출관(120)의 배출측 개방 단부(121)는 정화장치 몸체(110) 내부에 연결되며, 배기구(111)의 하부에 위치한다. 따라서, 정화장치 몸체(110)로 공급된 배기가스는 그 상부로 상승하여 배기구(111)를 통해 배출된다.

고체연료 보일러는 바이오매스(biomass) 및 석탄 등과 같은 고체연료를 연소시키고, 고체연료를 연소시킴에 따라 발생한 열원으로 온수나 난방을 공급한다.

이때, 고체연료를 연소시켜 보일러를 가동하면 배기가스가 배출되며, 배기가스에는 인체에 유해한 아황산가스, 암모니아 및 이산화질소 등과 같은 초미세 오염물질이 포함되어 있다.

특히, 고체연료는 석유나 가스에 비해 고화된 상태의 물질로 이루어져 있고 또한 상대적으로 분자량이 큰 고분자 물질이어서 그 배기가스에 재, 분진, 목초액 입자 등과 같이 입자가 큰 오염물질도 포함되어 있다.

따라서, 위와 같은 여러 오염물질을 포함한 고체연료 보일러의 배기가스를 가스 배출관(120)을 통해 정화장치 몸체(110)에 공급함으로써, 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하고 깨끗한 배기가스만 외부로 배기시킨다.

다만, 가스 배출관(120)은 정화장치 몸체(110)의 내측 중심부까지 연장되도록 설치되고, 배기가스가 분출되는 개방 단부(121)가 하측을 바라보는 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

이상과 같이 가스 배출관(120)을 정화장치 몸체(110)의 내부에서 하측으로 굽은 형상을 갖게 하면, 배기가스가 상측으로 방향을 전환하는 과정에서 균일하게 확산되므로 오염물질 제거 효과를 배가시킨다.

또한, 필요에 따라 가스 배출관(120)의 개방 단부(121)에는 하측으로 갈수록 직경이 커지는 배기가스 확산판(122)을 부착할 수 있는데, 배기가스 확산판(122)을 더 구비하면 이상과 같은 확산 효과를 더욱 높인다.

다음, 분사노즐(130)은 일 예로 정화장치 몸체(110) 내부에 설치되며, 가스 배출관(120)에서 배출된 배기가스가 배기구(111)를 향해 이동하는 통로에 정화수를 분사한다. 특히, 분사노즐(130)은 무화(atomization)된 정화수를 분사한다.

무화된 정화수는 배기가스의 유동 통로에 미스트 필터 커튼(mist filter curtain)(M1, M2)을 형성한다. 따라서, 이를 통과하는 배기가스의 오염물질을 흡착한다. 흡착된 오염물질은 분무된 정화수 미스트와 함께 낙하한다.

이러한 방식은 정화수 미스트에 흡착된 오염물질이 자중에 의해 낙하하는 점에서 도 1의 중력 침강식과 유사한 면이 있고, 오염물질을 물로 제거하는 점에서 도 2의 세정식과 유사한 면이 있으며, 자연배출중인 배기가스의 기류를 이용한다는 점에서 도 3의 싸이클론식과 유사한 면이 있다.

따라서, 본 발명은 중력 침강식 정화장치(10), 세정식 정화장치(20) 및 싸이클론식 정화장치(30)의 각 장점을 모두 이용하여 고체연료 보일러에 특화된 최적의 정화장치를 제공한다. 아울러 장치가 단순하고 설비비가 적게 드는 효과도 있다.

이를 위해, 상술한 바와 같은 분사노즐(130)의 정화수 유입측은 후술한 정화수 공급장치(140)에 연결되고, 그 노즐에는 극히 미세한 구멍들이 복수개 형성되어 있어서 정화수의 분무를 가능하게 한다.

다만, 이상과 같은 분사노즐(130)은 복수개이고, 복수개의 분사노즐(130)들은 각 분사노즐(130)에 의해 형성된 미스트 필터 커튼(M1, M2)이 서로 중첩되게 하는 방향에 이격 배치되어 있는 것이 바람직하다.

예컨대, 도 4에서의 분사노즐(130)은 정화장치 몸체(110)의 최상단 좌우 양측에 2개 설치되며, 각 분사노즐(130)은 하측을 바라보도록 하향 경사지게 설치된다.

따라서, 일측 분사노즐(130)에서 분무된 정화수에 의해 제1 미스트 필터 커튼(M1)을 형성하고, 타측 분사노즐(130)에서 분무된 정화수에 의해 제2 미스트 필터 커튼(M2)을 형성하여 필터링 효과를 제공한다.

특히, 상기한 제1 미스트 필터 커튼(M1)과 제2 미스트 필터 커튼(M2)이 중첩되는 영역에 형성된 중첩부(O)에 의해서는 오염물질을 제거하는 필터링 효과를 더욱 배가시킨다.

다음, 정화수 공급장치(140)는 분사노즐(130)에 정화수를 공급한다. 바람직하게 정화수 공급장치(140)는 정화수를 일정 압력 이상으로 공급하여 분사노즐(130)을 통해 분무된 정화수 미스트가 일정 거리 이상 펼쳐지게 한다.

이를 위해 정화수 공급장치(140)는 정화수 저수조(WT), 흡입필터(141), 정화수 공급관(142a, 142b) 및 공급펌프(143)를 포함한다. 정화수 공급관(142a, 142b)은 흡입관(142a) 및 토출관(142b)을 포함한다.

저수조(WT)는 정화수를 저장하는 것으로 정화장치 몸체(110)의 하단부에 연결된다. 따라서, 저수조(WT)는 정화수를 공급하는 물탱크 역할을 함과 동시에 분무된 미스트와 함께 낙하한 오염물질을 수집하는 역할도 한다.

흡입필터(141)는 저수조(WT) 내부에 설치되며 저수조(WT)로 낙하된 오염물질을 제거한다. 흡입필터(141)는 가급적 저수조(WT)의 바닥측에 가깝게 설치되며, 흡입필터(141)에 의해 깨끗해진 정화수는 다시 분사노즐(130)로 공급된다.

정화수 공급관(142a, 142b)은 일단은 흡입필터(141)에 연결되고 타단은 분사노즐(130)에 연결됨으로써 오염물질이 제거된 정화수를 분사노즐(130)까지 이송한다.

정화수 공급관(142a, 142b)이 흡입관(142a) 및 토출관(142b)으로 이루어진 경우, 흡입관(142a)은 흡입필터(141)와 공급펌프(143) 사이를 연결하고, 토출관(142b)은 공급펌프(143)와 분사노즐(130) 사이를 연결한다.

공급펌프(143)는 정화수 공급관(142a, 142b)에 설치되며 정화수를 분사노즐(130)에 공급한다. 공급시 분사노즐(130)의 타입 및 분사노즐(130)의 설치 위치에 따라 적정한 수압을 발생시킴으로써 최적의 위치에 미스트 필터 커튼(M1, M2)이 형성되게 한다.

다만, 도시는 생략하였지만 정화수 공급장치(140)로써 직수 공급관(예: 수도관)을 분사노즐(130)에 연결하고, 직수 공급관에 공급조절밸브를 설치함으로써 직수를 정화수로 사용할 수도 있음은 자명할 것이다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치에 대해 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 고체연료 보일러용 습식 정화장치는 정화장치 몸체(110)와, 가스 배출관(120)과, 분사노즐(130) 및 정화수 공급장치(140)를 포함한다. 이점은 위에서 설명한 바와 같다.

그러나 본 발명의 제2실시예는 위에서 도 4를 첨부하여 설명한 본 발명의 제1실시예와 비교하여 분사노즐(130)의 설치 위치 및 설치 각도에 차이가 있다.

즉, 본 발명의 제2실시예에서 분사노즐(130)은 복수개이고, 각 분사노즐(130)은 정화장치 몸체(110)의 최상단으로부터 일정 거리 하측으로 이격 설치된다.

또한, 분사노즐(130)은 정화장치 몸체(110)의 좌우 양측에 2개 설치되며, 각 분사노즐(130)은 타 분사노즐(130)이 위치한 정면을 바라보도록 설치된다.

특히, 상기한 제1 미스트 필터 커튼(M1)과 제2 미스트 필터 커튼(M2)이 중첩되는 영역에 형성된 중첩부(O)에 의해서는 오염물질을 제거하는 필터링 효과를 배가시킨다.

이때, 도 5와 같이 분사노즐(130)을 서로 마주보게 배치하면, 도 4와 같이 배치한 경우에 비해 중첩부(O)의 면적이 상대적으로 넓어지므로 오염물질 제거효과 역시 그에 비례하여 증가함을 알 수 있다.

한편, 위에서는 분사노즐(130)이 2개인 것을 예로 들었지만, 분사노즐(130)은 3개 이상 설치할 수도 있다. 예컨대, 정화장치 몸체(110)의 사방에 4개의 분사노즐(130)을 설치할 수도 있다.

또한, 위에서는 분사노즐(130)이 하향 경사진 각도(도 4)로 설치되거나, 정면을 바보도록 수평한 각도(도 5)로 설치된 것을 예로 들었지만, 분사노즐(130)은 상향 경사진 각도로 설치되는 등 필요에 따라 최적의 각도로 조절될 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 정화장치 몸체
111: 배기구
120: 가스 배출관
130: 분사노즐
140: 정화수 공급장치
141: 흡입필터
142a, 142b: 정화수 공급관
143: 공급펌프
WT: 저수조
M1, M2: 미스트 필터 커튼
O: 중첩부

Claims

내부에 배기가스가 유동하는 공간이 있으며, 상부에는 상기 배기가스가 자연배출되는 배기구(111)가 구비되어 있는 정화장치 몸체(110)와;
고체연료 보일러에서 발생한 배기가스를 상기 정화장치 몸체(110) 내부로 공급하며, 상기 배기구(111)의 하측에 위치하도록 상기 정화장치 몸체(110)에 연결된 가스 배출관(120)과;
상기 가스 배출관(120)에서 배출된 배기가스가 상기 배기구(111)를 향해 유동하는 통로에 무화(atomization)된 정화수를 분사함으로써 미스트 필터 커튼(M1, M2)(mist filter curtain)을 형성하는 분사노즐(130); 및
상기 분사노즐(130)에 상기 정화수를 공급하는 정화수 공급장치(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 배출관(120)은 상기 정화장치 몸체(110)의 내부 중심까지 연장되도록 설치되고, 상기 배기가스가 분출되는 개방 단부(121)가 하측을 바라보는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.
제2항에 있어서,
상기 가스 배출관(120)의 개방 단부(121)에는 하측으로 갈수록 직경이 커지는 배기가스 확산판(122)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.
제1항에 있어서,
상기 정화장치 몸체(110)의 하단부에는 상기 오염물질을 흡착하면서 낙하된 무화된 정화수를 수집하는 저수조(WT)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.
제4항에 있어서,
상기 정화수 공급장치(140)는,
정화수를 저장하는 상기 저수조(WT)와;
상기 저수조(WT) 내부에 설치되며, 상기 저수조(WT)에 낙하된 오염물질을 제거하는 흡입필터(141)와;
일단은 상기 흡입필터(141)에 연결되고 타단은 상기 분사노즐(130)에 연결되어, 상기 오염물질이 제거된 정화수를 상기 분사노즐(130)에 공급하는 정화수 공급관(142a, 142b); 및
상기 정화수 공급관(142a, 142b)에 설치되며, 상기 정화수를 상기 분사노즐(130)을 향해 공급하는 공급펌프(143);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 분사노즐(130)은 복수개이고, 상기 복수개의 분사노즐(130)들은 각 분사노즐(130)에 의해 형성된 미스트 필터 커튼(M1, M2)이 서로 중첩되게 하는 방향에 이격 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 습식 정화장치.