KR20190037610A - 분산형(소형) 가스화 발전을 위한 가스엔진 적용 가능한 Tar/Dust 동시 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치에 관한 것으로 종래 별도의 콘덴서와 별도의 전기집진기에서 타르 및 더스트를 저감한 것을 한 공간에서 진행이 가능하게 함으로써, 설치면적을 줄일 수 있고, 응축되는 수분함량이 집진극에 수막을 형성하여 집진효율을 높이는 역할이 가능한 효과가 있다.

Description

분산형(소형) 가스화 발전을 위한 가스엔진 적용 가능한 Tar/Dust 동시 제거 장치{Apparatus for Simultaneous Removal of Tar and Dust with Gas Engine Application for Distributed Power Generation}

발명은 전기집진기 모듈에서 간접 냉각과 집진을 동시에 하여 타르 및 더스트를 포집하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 합성가스가 유입, 유출되는 유입구 및 유출구를 구비하는 하우징과 상기 하우징 내부의 중심축에 형성된 피쉬본 형태의 방전극, 타르를 응축하기 위한 응축수의 유입, 배출을 위한 유입구 및 배출구를 포함하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치에 관한 것이다.

최근 국내외, 특히 바이오매스가 풍부하지만 전력이 부족한 국가에서 분산형 발전의 필요성이 매우 증대되고 있는 실정이며, 바이오매스 가스화장치를 통해 생성되는 Producer Gas를 가스엔진을 활용하여 발전하기 위해서는 Producer Gas을 냉각하기 위한 기술이 반드시 필요하다.

그러나 가스엔진에 적용 전 Producer Gas 내 타르가 충분히 제거되지 않을 경우 가스엔진 입구에서 생성되는 타르에 의해 문제점이 발생되고 있으며, 이를 해결하기 위해 종래기술로는 스크러버를 활용하여 Producer Gas를 냉각시키고, Producer Gas 내 타르 및 더스트를 저감하고 있다.

하지만 상기와 같은 방법의 종래기술은 직접 분사를 위해 많은 물이 사용되어 폐수 발생량이 매우 크며, 최근 미세먼지 배출 강화로 인해 화력 발전플랜트들 에서는 고비용이지만 저감효과가 뛰어난 BAT(Best available technology) 기술이 대두되고 있으며, 그 예로 습식 전기집진기가 있다.

습식 전기집진기는 전기 집진 장치의 집진극 표면에 물을 연속으로 공급하여 수막을 형성하고, 이것에 의해 전극면에 부착한 더스트를 씻어 떨어지도록 한 장치로, 전극면을 항상 세정하므로 강한 전계를 얻을 수 있으며, 역전리와 재비산을 방지할 수 있고, 가스 처리량은 건식보다 약 2배 정도 높은 효율을 나타내고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1187926호 한국 공개특허공보 제10-2017-0076948호 한국 등록특허공보 제10-1153008호 한국 등록특허공보 제10-0708544호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기집진기 모듈에서 간접 냉각과 집진을 동시에 하여 타르 및 더스트를 포집하는 기술이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 하우징, 상기 하우징의 하부에 형성된 합성가스가 유입되는 유입구, 상기 하우징의 상부에 형성된 합성가스가 유출되는 유출구, 상기 하우징의 중심축에 형성된 피시본 형태의 '-' 하전으로 인가되는 방전극, 유입되는 상기 합성가스 내의 타르를 응축하기 위한 응축수가 유입되는 응축수 유입구 및 상기 하우징의 하부에 형성된 응축수가 배출되는 응축수 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은 '+' 하전으로 인가될 수 있다.

또한, 상기 방전극은 파이프형태의 중심바로 형성될 수 있다.

또한, 상기 중심바의 외측에 복수의 돌출핀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 돌출핀은 상기 중심바의 수직방향 동일 위치에 하나 이상이 형성될 수 있다.

또한, 상기 돌출핀은 상기 중심바와 상기 하우징의 내면 상의 평행선을 기준으로 일정 각도를 가지고 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징의 내면에는 상기 합성가스내의 하전된 응축 타르 및 더스트를 집진하기 위한 집진판이 형성될 수 있다.

또한, 상기 집진판은 상기 돌출핀이 수직방향으로 형성되는 위치 사이에 형성될 수 있다.

또한, 상기 방전극은 상기 하우징의 상부에 형성된 애자를 통해 결합될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는 별도의 콘덴서와 별도의 전기집진기에서 타르 및 더스트를 저감한 것을 한 공간에서 진행이 가능함으로써, 설치면적을 줄일 수 있고, 응축되는 수분함량이 집진극에 수막을 형성하여 집진효율을 높이는 역할이 가능하다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 분산형 타르 더스트 동시제거 장치의 전원이 연결된 단면도 이다.
도2는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기를 포함하는 장치의 단면도이다.
도3은 본 발명의 내부에 구비된 돌출핀과 집진판 부분에서의 응축수 흐름 및 가스 흐름을 나타낸 확대도이다.
도4는 본 발명의 도1 또는 도2의 A-A' 을 따라 컷팅하여 상부에서 본 단면도이다.
도5 및 도6은 본 발명의 일실시 예에 따른 돌출핀 형태의 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.

도1은 분산형 가스화 발전을 위한 가스엔진 적용 가능한 타르/더스트 동시 제거 장치(100)에 하전장치(200)가 연결된 단면도 이고, 도2는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(400)를 포함하는 장치의 단면도이고, 도3은 본 발명의 내부에 구비된 돌출핀(160)과 집진판(170) 부분에서의 응축수 흐름 및 가스 흐름을 나타낸 확대도이고, 도4는 본 발명의 상부에서 본 단면도이다.

도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 분산형 가스화 발전을 위한 가스엔진 적용가능한 타르/더스트 동시 제거 장치(100)는 하우징(110); 상기 하우징의 하부에 합성가스가 유입되는 유입구(120); 상기 하우징의 상부에 형성된 합성가스가 유출되는 유출구(130); 상기 하우징의 중심축에 형성된 피쉬본 형태의 '-' 하전으로 인가되는 방전극(150); 유입되는 상기 합성가스 내의 타르를 응축하기 위한 응축수가 유입되는 응축수 유입구(310); 및 상기 하우징의 하부에 형성된 응축수가 배출되는 응축수 배출구(320);를 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)의 중심축에 형성된 피쉬본 형태의 방전극은 '-' 하전으로 인가되는 것이 비해 상기 하우징은 '+' 하전으로 인가될 수 있다.

상기 방전극(150)은 파이프형태의 중심바(140)로 형성될 수 있다.

상기 방전극 중심바(140)의 외측에는 복수의 돌출핀(160)이 형성될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 상기 중심바(140)의 수직방향과 동일한 위치에 하나 이상이 형성될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 상기 중심바(140)와 상기 하우징(100)의 내면 상의 평행선을 기준으로 일정 각도를 가지고 형성될 수 있다.

상기 하우징(100)의 내면에는 상기 합성가스내의 하전된 응축 타르 및 더스트를 집진하기 위한 집진판(170)이 형성될 수 있다.

상기 집진판은 상기 돌출핀이 수직방향으로 형성되는 위치 사이에 형성될 수 있다.

상기 방전극(150)은 상기 하우징의 상부에 형성된 애자(180)를 통해 결합될 수 있다.

상기 유입구는 상기 하우징(100)의 측면 및/또는 하단에 형성될 수 있다. 상기 하우징의 하단의 형성될 경우 벤츄리 형태의 상관하엽구조를 형성하여 유입되는 합성가스가 상기 하우징 집진부로 상대적으로 높은 유속을 가지고 유입되도록 설계할 수 있다.

상기 하우징의 측면에 형성될 경우, 복수의 유입구를 상기 하우징의 측면에 접전방향으로 형성하여 선회를 형성하며 상기 하우징의 집진부로 유입될 수 있도록 설계할 수 있다.

도2에서 보는 바와 같이, 상기 유입구의 전단에는 상기 고온의 합성가스와 열교환할 수 있는 열교환기(400)가 형성될 수 있다.

상기 열교환기(400)는 향류형, 병류형 또는 핀타입 등일 수 있음은 자명하다.

상기 유입구(120)가 측면에 형성될 경우, 상기 하우징의 하단에 순환할 수 있는 유체 열교환부(300)가 형성될 수 있다.

상기 유체 열교환부는 일정한 유속으로 상기 하우징 내부와 외부에 형성된 응축수 저장조(330)를 순환하면서 상기 합성가스의 온도 저감 및 합성가스의 더스트 등을 제거할 수 있다.

상기 응축수 저장조(330)는 응축수의 순환을 위해 펌프(340)를 추가로 구비할 수 있다.

상기 유체 열교환부(300)의 유체 유속은 0.01m/sec 내지 1m/sec일 수 있으며, 바람직하게는 0.03m/sec 내지 0.8m/sec일 수 있다.

상기 유속보다 크거나 작다면 적절한 합성가스 온도 저감 및 더스트 제거 효율을 얻을 수 없다.

상기 열교환기(400) 및 상기 유체 열교환부(300)는 독립적 또는 동시에 형성될 수 있다.

상기 유출구(130)는 상기 하우징의 상단에 형성되거나 상기 하우징의 측면에 형성될 수 있다.

상기 하우징(100)의 상단에 형성될 경우, 벤츄리 형태의 상관하엽구조를 형성하여 유입되는 합성가스가 상대적으로 높은 유속을 가지고 유출되도록 설계할 수 있다.

상기 하우징(100)의 측면에 형성될 경우, 복수의 유출구를 상기 하우징의 측면에 접전방향으로 형성하여 상기 하우징의 외부로 유출될 수 있도록 설계할 수 있다.

상기 유출구(130)는 상기 애자(180) 주위에 환형 형태로 형성될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 상기 중심바(140)에 용접형태로 연결될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 상기 하우징(100)의 내면 방향으로 방사상으로 형성될 수 있다.

상기 중심바(!40)에 형성되는 돌출핀(160)은 수직방향으로 복수개 형성될 수 있다.

상기 수직방향으로 형성되는 돌출핀(160)의 길이는 상기 하우징(100)의 상부에서 하부로 갈수록 연장될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 평행선을 기준으로 하방향으로 일정 각도로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 각도는 0도 초과 내지 90도 미만일 수 있고, 더욱 바람직하게는 15도 초과 내지 75도 미만일 수 있고, 더욱 바람직하게는 30도 이상 내지 45도 이하일 수 있다.

상기 각도 범위를 벗어나면 상기 합성가스의 원활한 타르 및 더스트 제거 효율을 얻을 수 없다.

또한 상기 방전극(150)은 소정폭의 중심바에서 대칭으로서 복수의 돌출핀(160)이 상기 중심바(140)의 수직방향으로 형성될 수 있다.

상기 돌출핀(160)은 삼각형, 사각형, 다각형 및 무정형 중 어느 하나 이상의 형태를 가질 수 있다.

상기 돌출핀(160)의 첨단은 톱니형태가 될 수 있다.

상기 집진판(170)은 삼각형, 사각형, 다각형 및 무정형 중 어느 하나 이상의 형태를 가질 수 있다.

상기 집진판(170)은 상기 하우징의 내면 방향으로 방사상으로 형성될 수 있다.

상기 하우징(100)의 내면에 형성되는 집진판(170)은 수직방향으로 복수개 형성될 수 있다.

상기 수직방향으로 형성되는 집진판(170)의 길이는 상기 하우징(100)의 상부에서 하부로 갈수록 연장될 수 있다.

상기 집진판(170)은 중심바(140)와 상기 하우징(100)의 내면 상의 평행선을 기준으로 일정 각도를 가지고 형성될 수 있다.

상기 집진판(170)은 평행선을 기준으로 하방향으로 일정 각도로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 각도는 0도 초과 내지 90도 미만일 수 있고, 더욱 바람직하게는 15도 초과 내지 75도 미만일수 있고, 더욱 바람직하게는 30도 이상 내지 45도 이하일 수 있다.

상기 각도 범위를 벗어나면 상기 합성가스의 원활한 타르 및 더스트 제거 효율을 얻을 수 없다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 타르/더스트 제거장치
110: 하우징
120: 유입구
130: 유출구
140: 중심바
150: 방전극
160: 돌출핀
170: 집진판
180: 애자
200: 하전장치
300: 유체 열교환부
310: 응축수 유입구
320: 응축수 배출구
330: 응축수 저장조
340: 펌프
400: 열교환기

Claims (9)

1. 하우징;
   상기 하우징의 하부에 형성된 합성가스가 유입되는 유입구;
   상기 하우징의 상부에 형성된 합성가스가 유출되는 유출구;
   상기 하우징의 중심축에 형성된 피시본 형태의 '-' 하전으로 인가되는 방전극;
   유입되는 상기 합성가스 내의 타르를 응축하기 위한 응축수가 유입되는 응축수 유입구; 및
   상기 하우징의 하부에 형성된 응축수가 배출되는 응축수 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
2. 청구항1에 있어서,
   상기 하우징은 '+' 하전으로 인가되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
3. 청구항1에 있어서,
   상기 방전극은 파이프형태의 중심바로 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
4. 청구항3에 있어서,
   상기 중심바의 외측에 복수의 돌출핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
5. 청구항4에 있어서,
   상기 돌출핀은 상기 중심바의 수직방향 동일 위치에 하나 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
6. 청구항4에 있어서,
   상기 돌출핀은 상기 중심바와 상기 하우징의 내면 상의 평행선을 기준으로 일정 각도를 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
7. 청구항1에 있어서,
   상기 하우징의 내면에는 상기 합성가스내의 하전된 응축 타르 및 더스트를 집진하기 위한 집진판이 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
8. 청구항7에 있어서,
   상기 집진판은 상기 돌출핀이 수직방향으로 형성되는 위치 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
9. 청구항1에 있어서,
   상기 방전극은 상기 하우징의 상부에 형성된 애자를 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 분산형 가스화 발전의 가스엔진에 적용가능한 타르 및 더스트 제거 장치.
   
   

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