KR20200137701A - 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법 - Google Patents

배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 세정액과 배기가스를 효과적으로 혼합할 수 있어 배기가스 정화율이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 세정액을 세분하여 세정액과 배기가스의 접촉 면적을 넓혀 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 스크러버 내에서 미세한 크기의 액적을 형성됨에 따라 단위 당 액적 생산량이 높아 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.

Description

배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법{Exhaust gas purifying scrubber and exhaust gas purifying method using the same}
본 발명은 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세한 크기의 마이크로 액적을 형성함으로써 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화력 발전소, 선박을 비롯한 발전 시스템에 설치되는 각종 엔진은 각종 화학연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 초미세먼지(PM), 산성가스 등의 각종 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다. 특히, 선박의 경우 황산화물(SOx) 및 질산화물(NOx)은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에 의해 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기오염물질이다.
일반적으로, 선박을 비롯한 발전 시스템에 설치되는 각종 엔진은 각종 화학연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 초미세먼지(PM), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다. 특히, 선박의 경우 황산화물(SOx) 및 질산화물(NOx)은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에 의해 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기오염물질이다.
현존하는 대부분의 습식 스크러버는 한 방향으로 또는 때때로 두 방향으로 대략 90°내지 대략 120°의 분사 원 뿔 각도를 제공하는 분무 노즐이 전형적으로 2 내지 3m의 간격으로 이격된 몇개의 분사 레벨 시스템을 갖는다.
그러나, 기존의 스프레이 노즐을 이용한 습식 스크러버는 세정액과 배기가스의 혼합이 완전히 이루어지지 못하며, 세정액의 크기를 줄이는 것에 한계가 있어 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 낮았다. 또한, 다소 큰 사이즈의 액적이 형성됨에 따라 단위 당 액적 생산량이 저하되어 배기가스 정화 효율이 저하되는 한계점이 있었다.
국내등록특허 제10-2008-0060094호
본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 세정액 및 배기가스를 효과적으로 혼합하여 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 미세한 크기의 세정액이 배기가스와 접촉함으로써 미세한 크기의 마이크로 액적을 형성할 수 있어 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스크러버 본체와 연결되고, 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체 내로 분사하는 회전자; 및 상기 분사된 세정액 및 배기가스가 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성하는 스크러버 본체;를 포함하는 배기가스 정화용 스크러버를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 배기가스를 가열하는 히터; 및 상기 가열된 배기가스를 히터로부터 스크러버 본체로 이송하는 배기가스 이송관;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체와 연결되고, 상기 마이크로 액적을 응축시키는 열교환기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 회전자는 디스크 타입일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체 내에서 형성되는 마이크로 액적의 평균입경은 200㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체 내부 벽면에는 적어도 하나의 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 열교환기는 상기 스크러버 본체 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 열교환기는 별도로 구비되며, 상기 스크러버 본체와 액적 배출관을 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체와 연결되고, 세정액을 스크러버 본체 내로 고압 분사하는 분사 노즐;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체로 이송되는 배기가스는 1차 배기가스와 2차 배기가스로 분리되어 이송되고, 상기 1차 배기가스 및 2차 배기가스는 각각 제1 배기가스 이송관 및 제2 배기가스 이송관을 통해 분리되어 이송될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 세정액은 상기 회전자의 샤프트를 통해 스크러버 본체 내로 주입되며, 상기 제1 배기가스는 상기 회전자의 고정부와 연결되어 제1 배기가스가 스크러버 본체 내로 주입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 열교환기에서 열교환을 수행한 후의 냉각수는 스팀 발생기로 이송되어 스팀화되어 스크러버 본체 내로 주입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체 내에서 형성된 청정가스는 가스 배출구를 통해 배출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체가 복수 개로 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 스크러버 본체는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 어느 하나의 배기가스 정화용 스크러버를 이용한 배기가스 정화 방법을 제공한다.
본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 세정액과 배기가스를 효과적으로 혼합할 수 있어 배기가스 정화율이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 세정액을 세분하여 세정액과 배기가스의 접촉 면적을 넓혀 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 스크러버 내에서 미세한 크기의 액적을 형성됨에 따라 단위 당 액적 생산량이 높아 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 본체의 단면도 및 부분 확대도이다.
도 3는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 본체의 정면도이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열교환기가 별도로 구비된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분사노즐이 장착된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체가 직렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체가 병렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체가 병렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 단면도이다.
도 9은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버를 이용한 배기가스 정화 과정을 나타낸 모식도이다.
도 10는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버를 이용한 배기가스 정화 과정을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
우선, 본 발명의 명세서에 사용되는 용어에 대해 간략히 설명한다.
용어 '배기가스'는 오염물질을 포함하고 있는 가스로, 각종 공정, 선박 등으로부터 배출되는 것으로 오염물질을 포함하고 있어 정화할 필요성이 있는 가스를 통칭하는 것일 수 있다.
용어 '마이크로 액적'은 마이크로 사이즈의 물방울(droplet)로, 배기가스 및 세정액이 혼합되면서 형성되는 마이크로 사이즈의 물방울을 의미하는 것일 수 있다.
용어 '회전자'는 유체를 회전시켜 고속 및 고압으로 분출할 수 있는 것으로, 고속 회전을 통해 유체를 회전시키며 분출할 수 있는 것을 폭넓게 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이 기존의 스프레이 노즐을 이용한 습식 스크러버는 세정액과 배기가스의 혼합이 완전히 이루어지지 못하며, 세정액의 크기를 줄이는 것에 한계가 있어 오염된 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 떨어졌다. 또한, 다소 큰 사이즈의 액적이 형성됨에 따라 단위 당 액적 생산량이 저하되어 배기가스 정화 효율이 저하되는 한계점이 있었다.
이에 본 발명은 스크러버 본체와 연결되고, 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체 내로 분사하는 회전자; 및 상기 분사된 세정액 및 배기가스가 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성하는 스크러버 본체;를 포함하는 배기가스 정화용 스크러버를 제공하여 상술한 한계점의 해결책을 모색하였다.
이에 따라 본 발명은 세정액과 배기가스를 효과적으로 혼합할 수 있어 배기가스 정화율이 우수한 효과가 있다. 또한, 세정액을 세분하여 세정액과 배기가스의 접촉 면적을 넓혀 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 증대되는 효과가 있으며, 스크러버 내에서 미세한 크기의 액적을 형성됨에 따라 단위 당 액적 생산량이 높아 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버(1)는 스크러버 본체(10)와 연결되고, 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체(10) 내로 분사하는 회전자(30) 및 상기 세정액 및 배기가스가 분사되어 배기가스의 정화 과정이 이루어지는 스크러버 본체(10)를 포함한다.
즉, 스크러버 본체(10) 내로 회전자(30)에 의해 분사된 세정액 및 배기가스는 상호 접촉하여 배기가스 내에 포함된 오염물질이 세정액에 고효율로 흡착되어 마이크로 액적이 형성된다. 이러한 배기가스 정화 과정은 스크러버 본체(10) 내에서 수행된다. 또한, 마이크로 액적이 응축된 응축수를 회수하여 배출한 후 이를 별도로 정화함으로써 배기가스는 청정가스로, 오염물질이 흡착된 세정수는 청수로 완전히 정화할 수 있다.
한편, 상기 도 1은 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 상부에 연결되는 경우를 도시한 것으로, 본 발명의 일실시예에 불과하다.
먼저, 스크러버 본체(10)와 연결되고, 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체(10) 내로 분사하는 회전자(30)에 대해 설명한다.
회전자(30)는 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체(10) 내로 고속 분사하여, 세정액 및 배기가스를 균일하게 혼합되게 할 수 있다. 또한, 세정액 입자의 크기를 미세하게 쪼개거나 세분할 수 있어 배기가스 내에 포함된 오염물질이 고효율로 세정액에 흡착되도록 할 수 있다.
구체적으로, 회전자(30)는 스크러버 본체(30) 내에 배치되어 세정액 및 배기가스를 고속 회전을 통해 강하게 분사함에 따라 용오름 현상(Water Spout)이 발생하게 되는 효과가 있다. 이에 따라 강력한 소용돌이가 형성되어 스크러버 본체(30)의 하부에서부터 상부 또는 상부에서 하부로 발생하게 되고, 나선형의 소용돌이 형태에 의하여 세정액과 배기가스의 접촉시간이 향상됨에 따라 접촉효율이 향상하게 된다. 이에 따라 배기가스는 세정액과 효과적으로 혼합되어 미세한 크기의 마이크로 액적의 생성효율이 향상하게 된다. 뿐만 아니라, 이러한 용오름 현상이 일어나는 경우 배기가스, 세정액 및 마이크로 액적들이 스크러버 본체(30)의 측면에 보다 밀착되며 혼합될 수 있다. 이 때 만일 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되어 있다면, 이와 같은 밀착 현상에 의하여 마이크로 액적의 응축 효율이 향상되는 효과가 발생할 수 있다.
한편, 회전자(30)는 고속 및 고압으로 세정액 및 배기가스를 분사할 수 있는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디스크 타입 회전자(30)를 사용할 수 있다.
디스크 타입 회전자(30)를 사용하는 경우에는 세정액을 미세하게 쪼개거나 세분할 수 있고, 배기가스와 접촉 가능한 표면적이 커지게 되어 배기가스 내에 포함된 오염물질이 보다 효율적으로 세정액에 흡착될 수 있다. 또한, 배기가스 및 세정액이 보다 균일하게 혼합될 수 있으며, 미세한 크기의 마이크로 액적을 형성할 수 있어 단위 당 액적 생산량이 증대된다. 이에 따라 배기가스 정화 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 배기가스는 회전자(30)의 회전하는 샤프트(310) 주변에 형성된 고정부를 통해 스크러버 본체(10)로 고속 및 고압으로 주입된다. 또한, 세정액은 B 방향으로 회전자(30)의 회전하는 샤프트(310)를 통해 스크러버 본체(10)로 고속 및 고압으로 주입되며 미세한 크기로 쪼개진다. 이와 같이 미세한 크기로 쪼개진 세정액 입자는 세정액의 크기가 작아져 오염물질과의 접촉 면적이 향상되므로 오염물질의 흡착이 잘 일어날 수 있게 된다. 또한, 고속 및 고압으로 주입됨에 따라 세정액과 배기가스가 효율적으로 혼합될 수 있으므로 오염물질의 흡착 효율이 더욱 향상되는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 미세한 크기의 세정액을 형성함에 따라 미세한 크기의 마이크로 액적을 형성할 수 있는데, 이에 따라 단위 당 액적 생성량이 증대됨에 따라 배기가스 정화 효율도 현저히 향상될 수 있다.
구체적으로, 이와 같이 회전자(30)는 세정액을 미세한 크기의 입자로 쪼갤 수 있고, 미세한 크기의 세정액 입자는 공기와 유사한 성질을 가지게 된다. 즉, 미세한 크기의 세정액 입자의 흐름은 공기의 흐름과 유사한 성격으로 이루어질 수 있으므로, 상술한 세정액과 배기가스의 혼합 효율 및 오염물질의 흡착 효율이 현저히 향상하게 되는 것이다.
만일 세정액이 미세한 크기의 입자로 쪼개지지 않는 경우에는, 기체인 공기보다는 액체의 성질이 강하게 나타나게 된다. 이에 따라 세정액 입자의 흐름이 공기의 흐름에 원활하게 섞이지 못하게 된다. 따라서, 세정액과 배기가스의 혼합 효율 및 오염물질의 흡착 효율이 다소 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 후술한 바와 같이 배기가스를 1차 배기가스 및 2차 배기가스로 분리하여 각각 독립적으로 스크러버 본체(10)로 이송하는 경우에는 상기 제1 배기가스는 상기 회전자의 고정부와 연결되어 제1 배기가스가 스크러버 본체(10) 내로 주입될 수 있다. 또한, 상기 세정액은 상기 회전자의 회전하는 샤프트를 통해 스크러버 본체(10) 내로 주입될 수 있다. 또한, 제2 배기가스는 직접적으로 스크러버 본체(10)로 주입될 수 있다. 이 경우 효과적으로 세정액을 미세하게 세분할 수 있으며, 배기가스와 세정액의 혼합 효율을 높일 수 있어 효과적으로 미세한 크기의 마이크로 액적을 형성할 수 있다.
한편, 회전자(30)는 스크러버 본체(10)에 연결되어 스크러버 본체(10) 내로 세정액 및 배기가스를 고속 회전을 통해 분사할 수 있는 위치이면 스크러버 본체(10)의 상부, 하부, 측부 등 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 배치되는 위치에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 회전자(30)에 의해 스크러버 본체(10) 내로 세정액이 고속 분사되는 방향은 스크러버 본체(10) 내의 배기가스의 유입 방향과 일치할 수 있다. 이에 따라, 미세한 크기의 세정액 입자와 배기가스가 동일한 진행방향으로 흐름을 형성하게 되므로, 세정액 입자와 배기가스가 보다 효율적으로 접촉되어 혼합될 수 있는 효과가 있다.
만일 회전자(30)에 의해 세정액이 고속 분사되는 방향이 배기가스의 유입 방향과 상반되거나 일정한 각도를 이루어 분사되는 경우에는 배기가스가 세정액과 함께 흐름을 형성하지 않고, 오히려 세정액을 빗겨서 흐름을 형성하게 됨으로써 세정액 입자와 배기가스의 접촉 효율 및 혼합 효율이 다소 저하되는 어려움이 발생할 수 있다. 이에 따라 세정액을 비교적 다량 주입하여야 하는 한계점이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 분사된 세정액 및 배기가스가 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성하는 스크러버 본체(10)에 대해 설명한다.
스크러버 본체(10)는 배기가스 내에 포함된 오염물질을 제거함으로써 배기가스를 정화할 수 있는 공간으로, 세정액 및 배기가스가 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성함으로써 배기가스 내에 포함된 오염물질이 제거될 수 있다.
이 때, 오염물질이 세정액에 충분히 흡착되면 배기가스는 청정가스로 정화될 수 있으며, 충분히 정화된 청정가스는 가스 배출구(130)를 통해 배출될 수 있다. 도 1을 참조하면, 스크러버 본체(10) 내에서 정화된 청정가스는 가스 배출구(130)를 통해 외부로 배출(D)됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크러버 본체(10) 내에서 형성되는 마이크로 액적의 평균입경은 200㎛ 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는 100㎛ 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40㎛ 이하일 수 있다.
마이크로 액적의 평균입경이 상기 범위를 만족하는 경우에는, 단위 당 마이크로 액적의 생성량이 증가함으로써 배기가스의 정화 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 마이크로 액적의 평균입경을 낮추어 배기가스를 정화하기 위한 기존의 방법으로는 초음파를 이용하는 방법 및 스팀을 이용하는 방법 등이 있다. 그러나, 초음파를 이용하는 경우에는 발진기가 추가로 필요하며, 스팀을 이용하는 경우에는 고온 조건이 필요하여 공정 비용 및 공정 효율이 낮은 한계점이 있었다.
이에 본 발명에서는, 상술한 바와 같이 회전자, 바람직하게는 디스크타입 회전자를 이용하여 세정액을 미세하게 세분하여 바람직하게는 평균입경이 200㎛ 이하인 마이크로 액적을 형성함으로써 배기가스 정화효율을 높임과 동시에 발진기, 고온 조건 등을 위한 별도의 공정이나 장치를 최소화할 수 있도록 하여 고정 효율을 향상시켰다.
한편, 스크러버 본체(10)의 형태는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 스크러버 본체 내주면을 최대화할 수 있는 원기둥 형태일 수 있다. 스크러버 본체(10)가 원기둥 형태인 경우에는, 후술하는 바와 같이 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 경우에 마이크로 액적의 응축 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 바람직하게는 스크러버 본체(10)의 형태는 원뿔 형태 또는 원뿔대 형태일 수 있다. 이 때, 보다 바람직하게는 상기 원뿔 형태는 회전자(30)와 대향하는 방면에 꼭짓점이 형성되는 형태일 수 있고, 상기 원뿔대 형태는 회전자(30)와 대향하는 방면이 좁은 밑면이 형성되는 형태일 수 있다.
스크러버 본체(10) 내로 유입된 세정액 및 배기가스가 고속 회전을 통해 강하게 분사되어 용오름 현상에 의하여 나선형의 소용돌이 형태로 회전하며 이동하게 되는데, 상술한 원뿔 형태 또는 월뿔대 형태로 스크러버 본체(10)가 형성되는 경우에는 세정액 및 배기가스가 보다 빠른 속도로 회전하며 이동할 수 있어 접촉 효율 및 혼합 효율이 향상될 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 마이크로 액적이 응축된 응축수를 보다 용이하게 분리 및 회수할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 원기둥 형태와 마찬가지로 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 경우에 마이크로 액적의 응축 효율을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 스크러버 본체(10) 내부 벽면에는 적어도 하나의 돌기가 형성될 수 있다. 이 경우 스크러버 본체(10) 내로 유입된 세정액 및 배기가스는 스크러버 본체(10)의 내부 벽면을 따라 나선형의 소용돌이 형태로 회전함과 동시에 스크러버 본체(10)의 내부 벽면에 형성된 적어도 하나의 돌기에 의하여 부분적인 소용돌이가 추가로 형성됨에 따라 접촉 시간이 증가하게 되고, 이에 따라 접촉 효율이 현저히 향상되는 효과가 있다.
구체적으로, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 본체(10)의 단면도 및 부분 확대도이다. 도 2(a)는 스크러버 본체(10)의 수평 단면도이다. 도 2(a)를 참조하면, 스크러버 본체(10)의 내부 벽면에는 적어도 하나의 돌기(11)가 형성되어 있다. 또한, 회전자(30)의 회전 방향(P)에 따라 세정액 및 배기가스의 흐름 방향(Q)이 동일한 방향이고, 이에 따라 배기가스의 유입 방향과 세정액의 분사 방향이 일치하게 되어 접촉 효율 및 혼합효율이 향상됨을 확인할 수 있다. 도 2(b)는 상기 도 2(a)의 중 Y~Y'까지의 돌기(11)가 형성된 스크러버 본체(10)의 내부 벽면을 펼친 상태의 부분 확대도이다. 도 2(b)를 참조하면, 배기가스의 흐름(Q)은 크게 보면 회전자(30)의 회전 방향과 동일하나, 부분적으로 확대하면 돌기(11)에 의하여 부분적으로 작은 소용돌이를 추가로 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 작은 소용돌이들에 의하여 세정액 및 배기가스의 접촉 시간이 상승하게 되므로, 접촉 효율 및 혼합 효율이 현저히 향상될 수 있는 것이다.
또한, 세정액은 배기가스와 혼합하여 미세먼지, SO3 2-, NO3 -, CO2 등의 오염물질을 흡착하여 배기가스를 정화할 수 있는 것이로 해당 기술 분야에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 담수 또는 해수를 사용할 수 있다. 특히, 해수의 경우에는 선박에서 배출되는 배기가스를 정화하는 경우에 유용하게 활용될 수 있다.
상기 세정액은 바람직하게는 해수일 수 있다. 세정액으로 해수를 사용하는 경우에는 하기 반응식 1과 같이 배기가스 내에 포함된 황 물질들의 탈황 메커니즘이 수반될 수 있다.
[반응식 1]
2NaCl + SO3 2- + H2O → Na2SO4 + 2HCl
MgCl2 + SO3 2- + H2O → MgSO4 + 2HCl
CaCl2 + SO3 2- + H2O → CaSO4 + 2HCl
또한, 상기 세정액은 바람직하게는 해수를 전기분해한 알칼리수 또는 담수에 NaOH를 첨가한 용액일 수 있다. 이들을 세정액으로 사용하는 경우에도 하기 반응식 2와 같이 배기가스 내에 포함된 오염물질을 제거하는 메커니즘이 수반될 수 있다.
[반응식 2]
2NaOH + SO3 2- → Na2SO4 + H2O
Mg(OH)2 + SO3 2- → MgSO4 + H2O
Ca(OH)2 + SO3 2- → CaSO4 + H2O
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Mg(OH)2 + CO2 → MgCO3 + H2O
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 배기가스를 가열하는 히터 및 상기 가열된 배기가스를 히터로부터 스크러버 본체로 이송하는 배기가스 이송관을 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버(1)는 유입되는 배기가스를 가열하는 히터(20), 상기 가열된 배기가스를 히터(20)로부터 스크러버 본체(10)로 이송하는 배기가스 이송관(210, 220)을 더 포함할 수 있다.
히터(20)는 오염물질을 포함하는 배기가스를 가열하며, 이를 통해 가열된 배기가스가 스크러버 본체 내로 주입됨으로써 배기가스에 포함된 오염물질이 스크러버 세정액에 효율적으로 흡착될 수 있다.
또한, 히터(20)는 배기가스를 일정 온도 이상으로 가열함으로써 배기가스를 열분해할 수도 있다. 이 경우 배기가스 중에 함유된 파우더를 선제거할 수 있어, 배기가스를 효과적으로 정화할 수도 있다.
각종 공정들을 통해 배출된 배기가스는 배기가스 유입관을 통해 히터로 유입(A)될 수 있다. 이 때 히터(20)의 가열 온도는 유입되는 배기가스 자체의 온도에 따라 결정될 수 있으며, 충분히 고온의 배기가스가 히터(20)로 유입되는 경우에는 가열을 수행하지 않을 수 있고, 저온의 배기가스가 히터(20)로 유입되는 경우에는 고온으로 가열이 수행될 수 있다.
또한, 히터(20)를 통해 가열된 배기가스는 배기가스 이송관(210, 220)을 통해 스크러버 본체(10)로 이송된다. 이 때, 전체 배기가스가 한번에 스크러버 본체(10)로 이송될 수도 있고, 배기가스를 1차 배기가스와 2차 배기가스로 분리하여 각각 독립적으로 이송될 수도 있다.
히터(20)를 통해 가열된 배기가스는 배기가스 이송관(210, 220)을 통해 스크러버 본체(10)로 이송된다. 이 때, 전체 배기가스가 한번에 스크러버 본체(10)로 이송될 수도 있고, 배기가스를 1차 배기가스와 2차 배기가스로 분리하여 각각 독립적으로 이송될 수도 있다.
이와 같이 배기가스를 1차 및 2차로 분리하여 각각 독립적으로 스크러버 본체(10)로 이송하는 경우, 1차 배기가스는 1차 배기가스 이송관(210)을 통해 세정액과 함께 회전자(30)를 통해 고속 회전을 통해 스크러버 본체(10) 내로 주입됨으로써 세정액과 배기가스과 효과적으로 혼합될 수 있으며, 미세한 크기로 쪼개진 세정액 입자에 배기가스 내에 포함된 오염물질이 효율적으로 흡착될 수 있다. 또한, 2차 배기가스는 2차 배기가스 이송관(220)을 통해 회전자(30)를 거치지 않고 직접적으로 스크러버 본체(10) 내로 주입됨으로써 마이크로 액적과의 접촉하여 오염물질이 흡착되도록 할 수 있다. 이 경우 마이크로 액적의 크기가 작으므로 넓은 표면적에 의해 고효율로 오염된 배기가스를 정화할 수 있게 된다.
또한, 바람직하게는 1차 배기가스 이송관(210) 및 2차 배기가스 이송관(220)은 회전자(30)를 통한 회전이 용이하도록 각각 독립적으로 사선 방향으로 회전자(30)와 연결될 수 있다. 이 때, '사선 방향으로 회전자(30)와 연결'이라는 의미는 회전자(30) 및 스크러버 본체(10)에 대하여 1차 배기가스 이송관(210) 및 2차 배기가스 이송관(220)이 각각 수직 또는 수평의 직각 방향으로 연결되는 것이 아니라, 일정한 각도로 굴절되어 연결되어 연결되는 것을 의미할 수 있다. 이 경우 주입되는 배기가스의 회전이 보다 용이하게 일어날 수 있으며, 배기가스의 세정액과의 접촉 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 스크러버 본체(10)와 연결되고, 상기 마이크로 액적을 응축시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버(1)는 스크러버 본체(10)와 연결되어 상기 마이크로 액적을 응축시키는 열교환기(40) 및 상기 열교환기(40)를 더 포함할 수 있다. 또한, 경우에 따라 열교환기(40)에 의해 응축된 마이크로 액적 응축수 또는 마이크로 액적을 회수하여 배출하는 드레인 배관(120)을 포함할 수도 잇다.
열교환기(40)는 스크러버 본체(10)와 연결되며, 냉각수를 포함하여 배기가스 및 세정액이 접촉하여 형성된 마이크로 액적을 응축시켜 회수되기 용이하게 할 수 있다.
구체적으로, 배기가스과 세정액이 접촉하여 형성된 마이크로 액적 및 미처 반응하지 못한 배기가스는 열교환기에 의하여 내부 공간의 표면에서 표면결로에 의해 맺히게 된다. 표면결로란 공기 중의 수중기 등이 구조체의 저온부 표면에 접촉하여 응축되는 것을 의미하며, 본 발명에서는 마이크로 액적 또는 오염물질을 포함하는 배기가스 등이 내부 공간의 저온부 표면에 접촉함으로써 응축되는 것을 의미할 수 있다.
이와 같이 표면결로에 의하여 응축된 마이크로 액적 응축수를 수집 및 회수하여 배출함으로써 청정가스와 오염물질을 효과적으로 분리할 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 열교환기(40)는 상기 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이 경우 배기가스와 세정액이 접촉하여 형성된 마이크로 액적 및 미처 반응하지 못한 배기가스가 스크러버 본체(10) 내부 공간의 표면에 접촉하여 응축될 수 있으며, 이들을 회수함으로써 청정가스와 오염물질을 효과적으로 분리할 수 있다.
이 때, ‘스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부’란 스크러버 본체(10)의 외주면 중 일정 부분의 면적을 의미할 수 있으며, 바람직하게는 스크러버 본체(10)의 외주면 중 일정 높이 구간을 전부 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 스크러버 본체(10)의 외주면에 접하여 스크러버 본체(10)와 연결되도록 열교환기(40)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 경우 스크러버 본체(10) 내에서 마이크로 액적의 형성 및 이들의 응축과 회수 과정이 모두 수행될 수 있어 공간 효율성 및 공정 효율이 우수한 장점이 있다.
이와 관련하여, 도 3는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 본체(10)의 정면도이다. 도 3는 도 1과 마찬가지로 열교환기(40)가 스크러버 본체(10)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 경우를 도시한 것이다.
도 3를 참조하면, 스크러버 본체(10)를 외부에서 보았을 때 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면 중 특정 높이 구간 부분을 둘러싸도록 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 바람직하게는 스크러버 본체(10)는 원기둥 형상일 수 있고, 열교환기(40)는 상기 스크러버 본체(10)의 특정 높이 구간 부분을 둘러싸도록 외주면을 따라 형성될 수 있는 것이다. 이 경우 열교환기(40)에 의하여 응축된 마이크로 액적 응축수는 응축수 수집부(110)를 통해 수집 및 회수된 후 드레인 배관(120)을 통해 배출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 열교환기(40)는 별도로 구비되며, 상기 스크러버 본체(10)와 액적 배출관을 통해 연결될 수 있다. 즉, 열교환기(40)가 스크러버 본체(10)와 별도로 구비되어 있어 스크러버 본체(10)에서 형성된 마이크로 액적과 청정공기가 액적 배출관을 통해 열교환기(40)로 이송된 후 열교환기(40) 내에서 응축수로 응축될 수 있다. 이 경우 열교환기(40)가 별도로 구비되어 응축수를 회수 및 배출함에 따라 청정가스와 오염물질의 분리 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 액적 배출관은 스크러버 본체(10)에 형성된 드레인 배관(120)일 수 있다. 즉, 열교환기(40)가 스크러버 본체(10)와 별도로 구비되는 경우에는 마이크로 액적 응축수가 아닌 마이크로 액적 그 자체가 드레인 배관(120)을 통해 배출되어 열교환기(40)로 이송될 수 있는 것이다.
이와 관련하여, 도 4은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열교환기(40)가 별도로 구비된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다. 도 4을 참조하면, 스크러버 본체(10)와 열교환기(40)가 별도로 구비되어 있으며, 드레인 배관(120), 즉 액적 배출관을 통해 이들이 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이 열교환기(40)가 별도로 구비되는 경우에는 스크러버 본체(10) 내에서 형성된 마이크로 액적이 수집되어 열교환기(40)로 이송되고, 냉각수에 의해서 열교환기(40) 내부 표면에서 응축수로 응축된다. 응축된 마이크로 액적 응축수는 열교환기(40) 내부의 응축수 수집부(410)에서 수집 및 회수되어 드레인 배관(420)을 통해 배출될 수 있다.
한편, 열교환기(40)에 포함된 냉각수는 열교환을 충분히 수행한 후에는 냉각수 이송관(410)을 통해 스팀 발생기(50)로 이송되어 증기화될 수 있다. 증기화된 후에는 노즐을 통해 스크러버 본체(10) 내로 주입될 수 있다. 이 때, 바람직하게는 상기 냉각수는 스팀 발생기(50)로 이송되어 증기화된 후 세정액으로서 스크러버 본체(10)내로 주입되는 것일 수 있다.
이와 관련하여, 도 1을 참조하면 열교환기(40)의 냉각수는 열교환을 수행하여 마이크로 액적을 응축시킨 후, 냉각수 이송관(410)을 통해 스팀 발생기(50)로 이송될 수 있다. 스팀 발생기(50)로 이송된 냉각수는 증기화되고, 노즐을 통해 스크러버 본체(10)내로 주입(S)될 수 있다.
또한, 도 4을 참조하면, 열교환기(40)가 별도로 구비된 경우에도 열교환을 수행한 후의 냉각수는 냉각수 이송관(410)을 통해 스팀 발생기(50)로 이송될 수 있으며, 스팀 발생기(50)에 의해 증기화되어 노즐을 통해 스크러버 본체(10)내로 주입(S)될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명은 상기 스크러버 본체(10)와 연결되고, 세정액을 스크러버 본체(10) 내로 고압 분사하는 분사 노즐을 더 포함할 수 있다.
이 경우 회전자를 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체(10) 내로 주입함과 동시에 분사 노즐을 통해 고압으로 세정액을 분사하는 경우에는 세정액을 보다 효과적으로 세분하여 배기가스 내에 포함되는 오염물질이 보다 효과적으로 세정액에 흡착되도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분사노즐(60)이 장착된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 스크러버 본체(10)에는 회전자(30) 뿐만 아니라 분사노즐(60)이 추가적으로 연결되어 포함될 수 있다. 즉 회전자(30)를 통해 고속 회전하며 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체(10) 내로 주입함과 동시에 분사노즐(60)을 통해 고압으로 세정액을 주입함으로써 마이크로 액적을 보다 효과적으로 형성할 수 있다.
한편, 분사노즐(60)도 회전자(30)와 마찬가지로 세정액을 고압으로 분사할 수 있는 위치이면 스크러버 본체(10)의 상부, 하부, 측부 등 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 배치되는 위치에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 분사노즐(60)에 의해 스크러버 본체(10) 내로 세정액이 고속 분사되는 방향은 스크러버 본체(10) 내의 배기가스의 유입 방향과 일치할 수 있다. 이에 따라, 미세한 크기의 세정액 입자와 배기가스가 동일한 진행방향으로 흐름을 형성하게 되므로, 세정액 입자와 배기가스가 보다 효율적으로 접촉되어 혼합될 수 있는 효과가 있다.
만일 분사노즐(60)에 의해 세정액이 고압 분사되는 방향이 배기가스의 유입 방향과 상반되거나 일정한 각도를 이루어 분사되거나, 배기가스의 흐름 도중에 분사되는 경우에는 배기가스가 세정액과 함께 흐름을 형성하지 않고, 오히려 세정액을 빗겨서 흐름을 형성하게 됨으로써 세정액 입자와 배기가스의 접촉 효율 및 혼합 효율이 다소 저하되는 어려움이 발생할 수 있다. 이에 따라 세정액을 비교적 다량 주입하여야 하는 한계점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버(1)는 적어도 하나의 스크러버 본체(10)를 포함하면 족한 것으로, 복수 개의 스크러버 본체(10)를 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 스크러버 본체(10)는 복수 개로 연결될 수 있다. 이 때, 상기 복수 개의 스크러버 본체(10)는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
우선 복수 개의 스크러버 본체(10)가 직렬로 연결되는 경우에는 배기가스 및 세정액의 주입은 한 곳에서 일어나되, 스크러버 본체(10)가 연속적으로 연결되어 있어 일정량의 배기가스의 정화가 반복적으로 수행될 수 있다. 즉, 일정량의 배기가스가 주입되고, 상기 배기가스는 복수 개의 스크러버 본체(10)를 통과하면서 수차례 혼합 및 정화되므로 반복적·집중적으로 정화되는 효과가 있다.
이와 관련하여, 도 6는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체(10)가 직렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다. 도 6를 참조하면, 복수 개의 스크러버 본체(10, 10' 10"등)들이 직렬 연결되어 있고, 최상단의 스크러버 본체(10")로 배기가스 및 세정액이 주입될 수 있다. 또한, 최하단의 스크러버 본체(10)를 통해 응축수가 배출될 수 있다. 유입된 배기가스는 직렬로 연결된 복수 개의 스크러버 본체(10, 10' 10"등)들을 통과하면서 세정액과 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성할 수 있다. 이 경우 최상단의 스크러버 본체(10")에서 미처 마이크로 액적을 형성하지 못한 배기가스는 그 다음 스크러버 본체에서 마이크로 액적을 형성할 수 있으며, 이 경우에도 미처 마이크로 액적을 형성하지 못한 배기가스는 그 다음 스크러버 본체에서 마이크로 액적을 형성하게 되고, 이러한 과정이 반복적으로 수행됨으로써 배기가스가 보다 효과적으로 정화될 수 있게 된다.
한편 도 6는 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시한 것으로 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 상단에 형성된 경우에 대한 일례를 나타낸 것에 불과하며, 복수 개의 스크러버 본체(10)들은 회전자(30)의 위치 등에 따라 다양한 형태 및 배치를 이루며 직렬 연결될 수 있을 것이다.
또한, 복수 개의 스크러버 본체(10)가 병렬로 연결되는 경우에는 복수 개의 스크러버 본체(10) 각각에 대하여 배기가스 및 세정액이 주입되고, 각각의 스크러버 본체(10)로부터 응축수가 배출된다. 이 경우 각각의 스크러버 본체(10) 내에서 마이크로 액적이 형성되며 배기가스 정화가 수행되므로, 동시다발적으로 배기가스를 정화할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체(10)가 병렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 구조도이다. 도 7을 참조하면, 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들이 병렬적으로 연결되어 있으며, 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들 각각에 대하여 배기가스 및 세정액이 독립적으로 주입될 수 있다. 또한, 복수개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들 내에서 각각 독립적으로 배기가스와 세정액이 접촉하여 마이크로 액적이 형성되어 배기가스가 정화될 수 있다. 이에 따라 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들은 각각 응축수를 배출하게 된다.
이와 같이 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들에서 각각 개별적으로 배기가스의 정화가 수행됨에 따라, 배기가스의 정화가 동시다발적으로 수행될 수 있다. 이 경우 일정량의 오염된 배기가스를 하나의 스크러버 본체(10)만을 이용하여 정화를 수행하는 경우에 비하여, 배기가스를 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들로 분배하여 정화를 수행함으로써 배기가스 정화효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시한 것으로 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 하단에 형성된 경우에 대한 일례를 나타낸 것에 불과하며, 복수 개의 스크러버 본체(10)들은 회전자(30)의 위치 등에 따라 다양한 형태 및 배치를 이루며 병렬 연결될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명은 복수 개의 스크러버 본체(10)가 병렬로 연결되는 경우에 다발 형태(또는 번들(bundle) 형태)로 연결될 수 있다. 이 경우 보다 효율적으로 복수 개의 스크러버 본체(10)들을 병렬 연결할 수 있으며, 배기가스의 정화효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수 개의 스크러버 본체가 병렬 연결된 배기가스 정화용 스크러버의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등)들이 다발 형태로 병렬 연결되어 하나의 전체 본체(10A)를 구성할 수 있다. 이 경우 복수 개의 스크러버 본체(10, 10', 10" 등) 각각의 내부에 회전자(30, 30', 30"등)들이 형성될 수 있다. 이와 같이 복수 개의 스크러버 본체(10)들이 병렬적으로 연결되되, 다발 형태를 이루고 있는 경우에는 배기가스를 복수 개의 경로로 분배하여 정화를 수행함으로써 배기가스 정화효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 상술한 어느 하나의 배기가스 정화용 스크러버를 이용한 배기가스 정화 방법을 제공한다. 이 경우 별도의 발진기, 고압 장치 등을 설치하지 않고도 높은 효율로 미세한 크기의 마이크로 액적을 생성할 수 있다. 또한, 단위당 마이크로 액적 생산량이 높으므로 배기가스 정화 효율이 우수하다.
도 9은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버를 이용한 배기가스 정화 과정을 나타낸 모식도이다. 구체적으로 도 9은 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 상부에 형성되어 있는 경우의 일실시예에 관한 것이다. 이하, 도 9을 참조하여 본 발명의 스크러버를 이용한 배기가스 정화 방법의 과정을 설명한다.
먼저, 오염물질을 포함하는 배기가스가 히터(20)로 유입(A)된다. 히터(20)로 유입된 배기가스는 배기가스 이송관(210, 220)을 통해 스크러버 본체(10)로 이송된다. 이 때, 배기가스는 전체가 하나의 이송관을 통해 이송될 수도 있으며, 1차 배기가스 및 2차 배기가스로 분리되어 이송될 수 있다. 배기가스가 분리되어 이송되는 경우, 1차 배기가스는 1차 배기가스 이송관(210)을 통해 회전자(30)의 샤프트(310) 주변을 둘러싸는 고정부를 거쳐 스크러버 본체(10)로 유입될 수 있다. 또한, 2차 배기가스는 2차 배기가스 이송관(220)을 통해 스크러버 본체(10)로 바로 유입될 수 있다.
한편, 배기가스를 정화하기 위한 세정액은 회전자(30)를 통해 스크러버 본체(10)로 주입(B)될 수 있다. 회전자(30)는 고속 회전을 통해 세정액 입자들을 미세하게 세분 또는 쪼갤 수 있으며, 미세한 크기로 쪼개진 세정액 입자들은 표면적이 현저히 증대되어 배기가스 내에 포함된 오염물질을 보다 효율적으로 흡착할 수 있다. 이에 따라, 스크러버 본체(10) 내에서 미세한 크기, 바람직하게는 20㎛ 이하의 마이크로 액적이 다량 형성될 수 있다.
다량으로 형성된 마이크로 액적은 열교환기(40)에 의해 스크러버 본체(10) 내부 표면에 응축될 수 있으며, 응축수 수집부(110)를 통해 마이크로 액적 응축수를 수집 및 회수할 수 있다. 수집 및 회수된 마이크로 액적 응축수는 드레인 배관(120)을 통해 외부로 배출(C)될 수 있다. 이 경우, 외부로 배출된 마이크로 액적 응축수를 정화하는 별도의 수처리 공정을 추가로 실시하여 청수로 전환할 수도 있다.
또한, 상기의 과정에 따라 오염물질을 포함하고 있던 배기가스는 청정가스로 정화되고, 이러한 청정가스는 가스 배출구(13)를 통해 대기로 배출(D)될 수 있다.
한편, 열교환기에 사용되고 난 후의 냉각수는 냉각수 이송관(410)을 통해 스팀 발생기(50)로 이송되어 증기화될 수 있다. 상기 스팀 발생기(50)에서 발생한 증기는, 경우에 따라 스크러버 본체(10)로 유입(S)될 수 있다.
이와 같이 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 상부에 형성되어 있는 경우에는 상부에서 세정액 및 배기가스가 고속 회전을 통해 강하게 분사됨에 따라 용오름 현상(Water Spout)이 발생하고, 이와 같이 용오름 현상이 발생하는 경우에는 강력한 소용돌이가 형성된다. 나선형의 소용돌이 형태에 의하여 세정액과 배기가스의 접촉시간이 향상됨에 따라 접촉효율이 향상하게 된다. 이에 따라 배기가스는 세정액과 효과적으로 혼합되어 미세한 크기의 마이크로 액적의 생성효율이 향상하게 된다.
뿐만 아니라, 이러한 용오름 현상이 일어나는 경우 배기가스, 세정액 및 마이크로 액적들이 스크러버 본체(30)의 측면에 보다 밀착되며 혼합될 수 있다. 도 9과 같이 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되어 있다면, 이와 같은 밀착 현상에 의하여 마이크로 액적의 응축 효율이 향상되는 효과가 발생할 수 있는 것이다.
즉, 회전자(30)에 의하여 발생하는 강한 용오름 현상에 의하여 배기가스 및 세정액은 나선형 소용돌이 형태로 회전하면서 혼합되어 마이크로 액적을 형성하게 되고, 마이크로 액적은 스크러버 본체(30)의 측면과 용이하게 접촉하게 됨으로써 열교환기(40)에 의하여 응축되게 된다.
또한, 도 10는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버를 이용한 배기가스 정화 과정을 나타낸 모식도이다. 구체적으로 도 10는 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 하부에 형성되어 있는 경우의 일실시예에 관한 것으로, 배기가스 정화 과정의 대부분이 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 상부에 형성되어 있는 경우와 동일 또는 유사하게 수행됨을 알 수 있다.
그러나, 도 10을 참조하면, 회전자(30)가 스크러버 본체(10)의 하부에 형성되어 있는 경우에는 하부에서 세정액 및 배기가스가 고속 회전을 통해 강하게 분사됨에 따라 용오름 현상(Water Spout)이 발생하게 됨을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 용오름 현상이 발생하는 경우에는 강력한 소용돌이가 형성되어 스크러버 본체(30)의 하부에서부터 상부로 상승하게 되고, 나선형의 소용돌이 형태에 의하여 세정액과 배기가스의 접촉시간이 향상됨에 따라 접촉효율이 향상하게 된다. 이에 따라 배기가스는 세정액과 효과적으로 혼합되어 미세한 크기의 마이크로 액적의 생성효율이 향상하게 된다.
뿐만 아니라, 이러한 용오름 현상이 일어나는 경우 배기가스, 세정액 및 마이크로 액적들이 스크러버 본체(30)의 측면에 보다 밀착되며 혼합될 수 있다. 도 10와 같이 열교환기(40)가 스크러버 본체(10) 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되어 있다면, 이와 같은 밀착 현상에 의하여 마이크로 액적의 응축 효율이 향상되는 효과가 발생할 수 있는 것이다.
즉, 하부에서부터 강한 용오름 현상에 의하여 배기가스 및 세정액은 나선형 소용돌이 형태로 상승하면서 혼합되어 마이크로 액적을 형성하게 되고, 마이크로 액적은 스크러버 본체(30)의 측면과 용이하게 접촉하게 됨으로써 열교환기(40)에 의하여 응축되게 된다. 응축된 마이크로 액적 응축수는 스크러버 본체(30) 하부에 모이게 되므로, 이들을 회수하여 드레인 배관(120)을 통해 배출될 수 있다.
결국, 본 발명의 배기가스 정화용 스크러버 및 이를 이용한 배기가스 정화 방법은 세정액과 배기가스를 효과적으로 혼합할 수 있고, 세정액을 세분하여 세정액과 배기가스의 접촉 면적을 넓혀 배기가스 내에 포함된 오염물질이 물에 흡착되는 효율이 증대되는 효과가 있다. 이에 따라 스크러버 내에서 미세한 크기의 액적을 형성할 수 있고, 단위 당 액적 생산량이 높아 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 선박, 반도체 산업, 화학공장, 도금공장, 폐수처리장, 분뇨처리장, 기타 미세 입자물질 배출 사업장 등 다양한 분야에서 배출되는 오염된 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있어 유용하게 활용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 스크러버 본체와 연결되고, 고속 회전을 통해 세정액 및 배기가스를 스크러버 본체 내로 분사하는 회전자;및
    상기 분사된 세정액 및 배기가스가 상호 접촉하여 마이크로 액적을 형성하는 스크러버 본체;를 포함하는 배기가스 정화용 스크러버.
  2. 제1항에 있어서,
    배기가스를 가열하는 히터;및
    상기 가열된 배기가스를 히터로부터 스크러버 본체로 이송하는 배기가스 이송관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체와 연결되고, 상기 마이크로 액적을 응축시키는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 디스크 타입인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체 내에서 형성되는 마이크로 액적의 평균입경은 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체 내부 벽면에는 적어도 하나의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 스크러버 본체 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기는 별도로 구비되며, 상기 스크러버 본체와 액적 배출관을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체와 연결되고, 세정액을 스크러버 본체 내로 고압 분사하는 분사 노즐;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체로 이송되는 배기가스는 1차 배기가스와 2차 배기가스로 분리되어 이송되고,
    상기 1차 배기가스 및 2차 배기가스는 각각 제1 배기가스 이송관 및 제2 배기가스 이송관을 통해 분리되어 이송되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 세정액은 상기 회전자의 샤프트를 통해 스크러버 본체 내로 주입되며, 상기 제1 배기가스는 상기 회전자의 고정부와 연결되어 제1 배기가스가 스크러버 본체 내로 주입되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기에서 열교환을 수행한 후의 냉각수는 스팀 발생기로 이송되어 스팀화되어 스크러버 본체 내로 주입되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체 내에서 형성된 청정가스는 가스 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 본체가 복수 개로 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수 개의 스크러버 본체는 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 스크러버.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 배기가스 정화용 스크러버를 이용한 배기가스 정화 방법.
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