KR20190016343A

KR20190016343A - 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치

Info

Publication number: KR20190016343A
Application number: KR1020170100451A
Authority: KR
Inventors: 홍성구; 강구; 윤여성; 김관태
Original assignee: 한경대학교 산학협력단
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-18
Also published as: KR101957031B1

Abstract

본 발명은 바이오매스 합성가스에 포함된 타르와 분진을 제거하는데 사용되는 습식전기집진기에서 산소농도가 기준치를 초과할 경우 합성가스의 흐름을 우회하여 습식전기집진기 내부에서의 연소 또는 폭발을 방지할 수 있도록 한 것으로, 일 실시 예에서는 가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기(300)로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관(L1)의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서(100)와, 상기 산소농도센서(100)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 가스 홀더(200)와, 상기 가스 홀더(200)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 밸브(V2)와, 상기 밸브(V2)의 전단에서 분기되는 분기관(L3)과, 상기 분기관(L3)에 설치되는 또 다른 밸브(V3)와, 상기 분기관(L3)에 연결되는 연소기(400)를 포함하여 이루어진다.

Description

바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치{A Device for prevent explosion of wet type electrostatic precipitator}

본 발명은 바이오매스 합성가스에 포함된 타르와 분진을 제거하는데 사용되는 습식전기집진기에서 미정제 합성가스 중의 산소농도가 기준치를 초과할 경우 합성가스의 흐름을 우회하여 연소기에서 시킴으로써 습식전기집진기 내부에서의 연소 또는 폭발을 방지할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 바이오매스 가스화 공정에서 생산되는 미정제 합성가스 중에는 다량의 타르와 분진이 존재하는데, 미정제 합성가스를 내연기관(엔진) 등에 이용하기 위해서는 이러한 타르와 분진을 제거하기 위하여 습식전기집진기를 이용하고 있다.

한편, 바이오매스 가스화 공정에서는 공기나 산소가 산화제로 이용되는데, 산소가 반응하지 않거나 산소가 유입되어 일정 농도 이상이 되는 경우 고압의 전류로 운영되는 습식전기집진기의 내부에서 스파크에 의해 폭발의 위험이 존재한다.

일반적으로 합성가스 내 CO, H₂, CH₄ 조성이 각 30%, 15%, 5% 일 때 5%의 산소량으로도 폭발이 발생할 수 있다. 합성가스 정제를 위한 습식전기집진기가 폭발하는 경우, 가스화 설비와 합성가스를 이용하는 설비에 영향을 미칠 뿐만 아니라 습식전기집진기 운전자의 생명에도 위협을 줄 수 있기 때문에 이를 방지할 수 있는 수단이 요구된다.

특허문헌 1에는 배기가스를 연소시켜 발화성 가스와 폭발성 가스를 제거하기 위한 버너부와, 버너부에 병렬로 연결되어 버너부에서 처리된 배기가스 중 수용성의 유독성 가스를 물에 용해시키는 한 쌍의 습식 세정부 및 버너부와 한 쌍의 습식 세정부를 연결하기 위한 한 쌍의 배관부를 포함하는 폐가스 정화처리장치가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정 중에 비정상 운전조건의 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 함유 합성가스를 열교환기나 배기휀을 통과하지 않고 타르함유 합성가스를 열교환기 입구에서 회수하여 연소실에서 연소함으로써 열교환기의 막힘 문제를 해결할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상술한 특허문헌들에서는 습식전기집진기 내부로 유입되는 미정제 합성가스 중의 산소농도를 변화를 측정하거나, 산소 농도가 기준치를 초과하여 폭발이 발생하는 것에 대한 별도의 대비책이 강구되어 있지 않다.

대한민국 등록실용 제20-0407845호(2006.01.27.등록) 대한민국 등록특허 제10-1197720호(2012.10.30.등록)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 바이오매스 합성가스에 포함된 타르와 분진을 제거하는데 사용되는 습식전기집진기에서 산소농도가 기준치를 초과할 경우 합성가스의 흐름을 우회하여 습식전기집진기 내부에서의 연소 또는 폭발을 방지할 수 있는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에서는 가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서와, 상기 산소농도센서와 습식전기집진기 사이에 설치되는 가스 홀더와, 상기 가스홀더와 습식전기집진기 사이에 설치되는 밸브와, 상기 밸브의 전단에서 분기되는 분기관과, 상기 분기관에 설치되는 또 다른 밸브와, 상기 분기관에 연결되는 연소기를 포함하여 이루어지며, 상기 2개의 밸브는 산소농도센서에서 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 교호적으로 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 미정제 합성가스가 습식전기집진기로 공급되어 분진과 타르가 제거되고, 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 미정제 합성가스가 연소기로 공급되어 연소되도록 한 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치를 제공한다.

본 발명의 변형례에서 상기 2개의 밸브는 3웨이 밸브로 대체되고, 이 3웨이밸브에서 연소기로 분기관이 연결되는 방식으로 변형될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서는 가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서와, 상기 산소농도센서와 습식전기집진기 사이에 설치되는 가스 홀더와, 상기 산소농도센서와 가스홀더 사이에 설치되는 3웨이 밸브와, 상기 가스 홀더와 습식전기집진기 사이에 설치되는 밸브와, 상기 3웨이 밸브에서 분기되는 분기관과, 상기 분기관에 연결되는 연소기와, 상기 가스홀더와 연소기 사이에 연결되는 제2분기관과, 상기 제2분기관에 설치되는 또 다른 밸브를 포함하여 이루어지며, 상기 3개의 밸브는 산소농도센서에서 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 미정제 합성가스가 습식전기집진기로 공급되어 분진과 타르가 제거되고, 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 공급관 및 가스 홀더에 잔류하는 미정제 합성가스가 연소기로 공급되어 연소되도록 한 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치를 제공한다.

본 발명의 변형례에서 상기 제2분기관과 이 제2분기관에 설치되는 밸브는 가스홀더와 습식전기집진기 사이에 설치되는 밸브를 3웨이밸브로 대체하고, 이 3웨이 밸브에서 연소기 쪽으로 제2분기관은 연결하는 방식으로 변형될 수 있다.

본 발명에 의하면 미정제 합성가스중의 산소농도가 기준치를 초과하여 습식전기집진기로 도입되는 것을 차단하고, 산소농도가 기준치를 초과한 미정제 합성가스는 연소기로 우회시켜 연소시킴으로써 습식전기집진기의 폭발을 방지할 수 있으므로 안전운전이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치의 개략구성도,
도 2는 도 1에 도시된 폭발방지장치의 운전흐름도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 습식전기집진기의 폭발방지장치의 센서 및 밸브 설치상태를 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 정면도,
도 5는 도 3의 평면도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않늡 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치가 개략적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 폭발방지장치의 운전흐름상태가 도시되어 있는바, 본 실시 예에서는 미도시된 가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기(300)로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관(L1)의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서(100)와, 상기 산소농도센서(100)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 가스 홀더(200)와, 상기 산소농도센서(100)와 가스 홀더(200) 사이에 설치되는 3웨이 밸브(V1)와, 상기 가스 홀더(200)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 밸브(V2)와, 상기 3웨이 밸브(V1)에서 분기되는 분기관(L2)과, 상기 분기관(L2)에 연결되는 연소기(400)와, 상기 가스홀더(200)와 연소기(400) 사이에 연결되는 제2분기관(L3)과, 상기 제2분기관(L3)에 설치되는 또 다른 밸브(V3)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 3개의 밸브(V1,V2,V3)는 도 2의 운전흐름도에서 알 수 있는 바와 같이 미정제 합성가스 중의 산소농도 측정단계(S1)에서 산소농도센서(100)로부터 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 3웨이 밸브(V1)는 가스 홀더(200) 쪽으로 열리고, 가스 홀더(200)에서 연소기(400) 사이의 제2분기관(L3)에 설치된 밸브(V3)가 개방되어 가스 홀더(200) 측에 잔류하는 미정제 합성가스를 연소기(400)쪽으로 흘려보내되 가스 홀더(200)의 용량을 감안하여 소정 시간동안 상기 단계(S20)를 유지하며(S20), 밸브(V2)를 개방하고, 습식전기집진기(300)를 가동시킴과 동시에 가스 홀더(200)에서 연소기(400)사이의 제2분기관(L3)에 설치된 밸브(V3)를 폐쇄하고, 연소기(400)도 운전을 정지시켜 습식전기집진기(300)에서 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 정제한다(S30).

한편, 상기 단계(S1)에서 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 3웨이 밸브(V1)는 연소기(400) 쪽으로 열리고, 가스 홀더(200)에서 습식전기집진기(300) 사이에 설치된 밸브(V2)는 폐쇄되며, 습식전기집진기(300)는 운전이 정지되고(S10), 연소기(400)의 운전이 개시되어 산소농도가 높은 미정제 합성가스를 연소시키며, 이에 의해 산소농도가 설정치 이상인 미정제 합성가스가 습식전기집진기로 유입되어 폭발하는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 연소기는 미정제 합성가스의 완전 연소를 위하여 LPG 또는 기타의 상용 연료를 이용하는 버너를 구비하는 것이 바람직하다.

본 실시 예에서, 상기 산소농도의 기준치(설정값)은 합성가스내 산소함량 2%를 기준으로 하고 있는데, 바이오매스에 의한 미정제 합성가스 내 산소함량이 약 5%이상에서 폭발현상이 발생하는 것을 감안하여 안전한 범위 이하로 설정한 것이다.

본 실시 예의 변형예에서는 상기 제2분기관(L3)과 이 제2분기관(L3)에 설치되는 밸브(V3)는 가스홀더(200)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 밸브(V2)를 3웨이밸브로 대체하고, 이 3웨이 밸브에서 연소기(400) 쪽으로 제2분기관을 연결하는 방식으로 변형될 수 있으나, 이러한 변형례를 본 실시 예의 구성으로부터 당업자에 의해 용이하게 변형할 수 있는 것이므로 이러한 변형례 또한 본 발명의 권리범위에 속함이 자명하다.

도 3 내지 도 5에는 본 발명의 다른 실시 예가 좀 더 구체적으로 도시되어 있는데, 본 실시 예에서는 미도시된 가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기(300)로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관(L1)의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서(100)와, 상기 산소농도센서(100)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 가스 홀더(200)와, 상기 가스 홀더(200)와 습식전기집진기(300) 사이에 설치되는 밸브(V2)와, 상기 밸브(V2)의 전단에서 분기되는 분기관(L3)과, 상기 분기관(L3)에 설치되는 또 다른 밸브(V3)와, 상기 분기관(L3)에 연결되는 연소기(미도시됨, 도 1 참조)를 포함하여 이루어져 있다.

본 실시 예에서, 상기 산소농도센서(100)는 미정제 합성가스를 냉각시키기 위한 냉각용 가스 홀더(200a)의 내부 관로 중에 삽입 설치되어 있으며, 상기 냉각용 가스 홀더(200a)는 수조의 하부에 냉각수 유입구(210)가 형성되고, 수조의 상부에 냉각수 배출구(220)가 설치되어 있어 냉각수가 순환되면서 열교환을 이루어 미정제 합성가스를 냉각시키게 되는바, 수조 내부의 관로는 지그재그 형태를 이루면서 길게 연장되어 있다.

또, 상기 냉각용 가스 홀더(200a)를 거쳐 냉각된 미정제 합성가스는 내부에 배플 플레이트가 좌우로 교차되게 세워진 체류형 가스 홀더(200b)로 유입되도록 되어 있으며, 이 체류형 가스 홀더(200b)를 거쳐 숩식 전기집진기(300)로 공급되도록 되어 있다.

본 실시 예에서도 상술한 첫번째 실시 예와 마찬가지로 산소농도에 따라서 미정제 합성가스를 습식전기집진기로 공급하거나, 연소기로 우회하여 연소시킴으로써 폭발사고를 예방할 수 있도록 되어 있는데, 이는 상기 2개의 밸브(V2,V3)는 산소농도센서(100)에서 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 교호적으로 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 미정제 합성가스가 습식전기집진기(300)로 공급되어 분진과 타르가 제거되고, 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 미정제 합성가스가 연소기(400)로 공급되어 연소되게 된다.

본 발명의 변형례에서 상기 2개의 밸브(V2,V3)는 3웨이 밸브로 대체될 수 있고, 이 3웨이 밸브에서 연소기(400)로 분기관(L3)이 연결되는 방식으로 변형될 수 도 있음은 물론이며, 이와 같은 단순한 변형은 이하에 기재될 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 산소농도센서
200 : 가스홀더
200a : 냉각용 가스 홀더
200b : 체류형 가스 홀더
210 : 냉각수 유입구
220 : 냉각수 배출구
300 : 습식전기집진기
400 : 연소기
L1 : 공급관
L2 : 분기관
L3 : 제2분기관
V1 : 3웨이 밸브
V2 : 밸브
V3 : 밸브

Claims

가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서와; 상기 산소농도센서와 습식전기집진기 사이에 설치되는 가스 홀더와; 상기 가스홀더와 습식전기집진기 사이에 설치되는 밸브와; 상기 밸브의 전단에서 분기되는 분기관과; 상기 분기관에 설치되는 또 다른 밸브와; 상기 분기관에 연결되는 연소기를 포함하여 이루어지며,
상기 2개의 밸브는 산소농도센서에서 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 교호적으로 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 미정제 합성가스가 습식전기집진기로 공급되어 분진과 타르가 제거되고, 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 미정제 합성가스가 연소기로 공급되어 연소되도록 한 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치.
가스화기에서 생산된 미정제 합성가스 중의 분진과 타르를 제거하기 위한 습식전기집진기로 미정제 합성가스가 공급되는 공급관의 전단에 설치되어 미정제 합성가스 중의 산소농도를 측정하는 산소농도센서와; 상기 산소농도센서와 습식전기집진기 사이에 설치되는 가스 홀더와; 상기 산소농도센서와 가스홀더 사이에 설치되는 3웨이 밸브와; 상기 가스 홀더와 습식전기집진기 사이에 설치되는 밸브와; 상기 3웨이 밸브에서 분기되는 분기관과; 상기 분기관에 연결되는 연소기와; 상기 가스홀더와 연소기 사이에 연결되는 제2분기관과; 상기 제2분기관에 설치되는 또 다른 밸브를 포함하여 이루어지며,
상기 3개의 밸브는 산소농도센서에서 감지된 산소농도에 따라서 개폐상태가 전환되어 산소농도가 설정치 이하인 경우에는 미정제 합성가스가 습식전기집진기로 공급되어 분진과 타르가 제거되고, 산소농도가 설정치 이상인 경우에는 공급관 및 가스 홀더에 잔류하는 미정제 합성가스가 연소기로 공급되어 연소되도록 한 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 산소농도의 설정치는 합성가스내 산소함량 2%인 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 연소기는 LPG를 포함하는 상용 연료를 이용하는 버너를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치.
청구항 2에 있어서,
상기 가스 홀더는 미정제 합성가스를 냉각시키기 위한 냉각용 가스 홀더와, 상기 냉각용 가스 홀더를 거쳐 냉각된 미정제 합성가스가 체류하도록 내부에 배플 플레이트가 좌우로 교차되게 세워진 체류형 가스 홀더로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 정제용 습식전기집진기의 폭발방지장치.