KR20220033632A - 사이클론 포그 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사이클론 포그 필터에 관한 것으로, 분진을 포함하는 공기가 유입되는 1차유입구와 1차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 1차유출구를 구비한 1차사이클론, 1차사이클론을 통과한 공기가 유입되는 2차유입구와 2차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 2차유출구를 구비한 2차사이클론, 및 유체를 미세한 액적으로 변환하며 분출 안내하는 포그노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중 미세한 분진에 대한 제거 효율을 향상시키고, 이로써 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있으며, 설비에 대한 유지, 보수가 용이할 수 있다.
본 발명은 종래 기술과 달리 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중 미세한 분진에 대한 제거 효율을 향상시키고, 이로써 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있으며, 설비에 대한 유지, 보수가 용이할 수 있다.
Description
본 발명은 사이클론 포그 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중 미세한 분진에 대한 제거 효율을 향상시키고, 이로써 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있으며, 설비에 대한 유지, 보수를 용이하게 하고자 하는 사이클론 포그 필터에 관한 것이다.
국내의 미세먼지 발생량이 매년 증가하고 있는 실정이다. 이러한 미세먼지는 심각한 대기 오염의 원인으로 작용하고 있어 사람들의 건강을 위협하고 있다. 우리나라의 미세먼지 농도는 연간 평균 45㎍/m3 정도이다.(PM10 기준 LA 보다 1.5배 높고, 영국보다 2.3배 높은 수준) 미세먼지는 인체에 치명적인 악영향(폐기종, 천식 알레르기 등의 병 유발)을 미치므로 반드시 줄여야 할 필요성이 제기되고 있으며 이를 위한 다양한 방안이 제시되고 있다.
이러한 방안의 일예가 백필터를 이용한 집진기, 단순하게 물을 분사하여 먼지 내지 분진을 포집하고 있다.
국립환경원의 국가대기오염물질배출량 자료에 따르면 전국 단위 배출원별 비중은 제조업의 연소에 의한 발생이 54%로 가장 많다고 한다. 또한, 환경부의 시도별 대기오염배출량 자료에 따르면, 충남이 가장 많이 배출되는 것으로 나타났고, 충남은 보령, 태안 등 석탄 화력발전소가 밀집되어 있는 곳이므로, 국내 미세먼지 발생의 주요 요인은 석탄 화력발전소인 것으로 분석된다.
2018년 상반기 국내 석탄 화력발전소 39기에 대한 분진 방지 시설 강화, 분지 배출 허용 기준 현행 2배 강화, 노후 석탄 화력발전소 폐기 등을 추진하고 있다.
화력발전소에서 발생되는 미세먼지는 석탄회와 석탄분진의 2종류가 있다. 이중 석탄회는 전기집진기, 백필터 등의 설비로 먼지를 제거하지만 석탄 야적장과 컨베이어벨트에서 발생되는 석탄분진의 발생을 저감시키는 설비에 대한 개발이 미진한 실정이다. 화력발전소의 석탄 야적장, 갤러리 룸의 석탄분진 농도는 약 15,000 내지 10,000㎍/m3 정도로 예상되며, 이를 포집할 수 있는 시스템 구축 필요성이 제기되고 있다.
특히, 석탄 화력발전소의 옥내 야적장, 컨베이어벨트 룸(갤러리 룸)에서 발생되는 석탄분진을 포집 제거하기 위한 시스템의 구축이 보다 절실하다.
관련 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-2131364호(등록일: 2020.07.01. 발명의 명칭: 화력발전소 굴뚝 미세먼지 제거시스템)가 제안된 바 있다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
기존의 화력발전소에서 발생되는 석탄분진은 입자의 크기가 약 30㎛로 미세하여 포집이 어려울 뿐만 아니라 마찰에 의한 발화로 화재의 위험이 있어 백필터 또는 전기집진기로 포집하기 어렵다는 문제점이 있다. 아울러, 현재 발전소에서 미세한 석탄분진 포집은 이루어지지 않고 있으며, 특히 동절기에 수시로 화재가 발생할 가능성이 매우 높다.
특히, 기존의 석탄분진을 포집하는 기술은 건식으로 석탄분진을 포집하는 백필터 방식(건식방식)과 습식으로 석탄분진을 포집하는 스크러브방식(습식방식)이 있는데, 건식방식의 경우 백필터의 막힘, 화재 및 폭발, 미세 석탄분진의 재비산 문제가 있고, 습식방식의 경우 과다한 폐수 발생으로 수처리 설비를 별도로 구축함에 따라 발생되는 시설 및 운영비 과다의 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 1차사이클론, 2차사이클론, 송풍기, 포그노즐 및 슬러지회수부를 서로 유기적으로 연결함으로써, 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중 미세한 분진에 대한 제거 효율을 향상시키고, 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있으며, 설비에 대한 유지, 보수를 용이하게 하고자 하는 사이클론 포그 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발병은 미세한 포그액적으로 미세먼지를 포집하는 것으로, 사이클론내부에 포그액적을 분사하여 Packing Density(체적당 포그액적의 수)를 높이고, 포그액적의 크기를 작게 하며, 사이클론 내에서 포그액적 덩어리가 사이클론의 선회류를 따라 회전하면서 미세먼지 입자와 충돌 및 간섭의 효과에 의해 서로 부착되어 미세입자를 포집하고자 하는 사이클론 포그 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 포그액적이 선회류를 따라 이동 유도함으로써 입자와 액적이 서로 간섭 및 충돌의 가능성을 높일 수 있는 체류시간[Retention Time]을 길게 하고자 하는 사이클론 포그 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 액적의 크기를 작게 하고, 패킹 밀도[Packing Density]를 높이며, 체류시간[Retention Time]을 길게 함으로써, 미세입자의 포집 효율을 향상시키고자 하는 사이클론 포그 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 사이클론포그필터로부터 포집된 석탄분진을 슬러지 형태로 회수되어 사이로와 같은 저장조 또는 컨베이어 벨트와 같은 이송시설로 보냄으로써 폐수발생을 방지하고자 하는 사이클론 포그 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 사이클론 포그 필터는: 분진을 포함하는 공기가 유입되는 1차유입구와, 상기 1차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 1차유출구를 구비한 1차사이클론; 상기 1차사이클론을 통과한 공기가 유입되는 2차유입구와, 상기 2차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 2차유출구를 구비한 2차사이클론; 및 유체를 미세한 액적으로 변환하며 분출 안내하는 포그노즐을 포함한다.
상기 포그노즐은 상기 1차사이클론에 유입되는 공기와 접촉 가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 1차사이클론에서는 분진과 미세한 액적이 결합하여 분진이 포집되어 하강하여 하부에서 제거되고, 상기 2차사이클론에서는 상기 1차사이클론에서 포집되지 않은 분진과 액적이 제거되는 것을 특징으로 한다.
상기 1차사이클론은 내부공간을 형성하는 1차원통집진부, 및 상기 1차원통집진부 내부공간 측으로 매입된 1차매입유출구를 포함한다.
상기 2차사이클론은 내부공간을 형성하는 2차원통집진부, 및 상기 2차원통집진부 내부공간 측으로 매입된 2차매입유출구를 포함한다.
상기 2차원통집진부의 높이 대비 상기 2차매입유출구의 길이의 비율이 상기 1차원통집진부의 높이 대비 상기 1차매입유출구의 길이보다 2~3배 더 큰 것을 특징으로 한다.
상기 2차원통집진부에서는 미세한 액적와 미세한 분진이 상호 결합 가능하게 하강하여 선회하면서 체류하는 시간이 증대되는 것을 특징으로 한다.
상기 포그노즐에서 분무되어 형성되는 액적의 평균 입도는 5~30㎛를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차사이클론의 1차포집부로 배출되는 분진과, 상기 2차사이클론의 2차포집부로 배출되는 분진은 포그(fog) 상태의 물에 응집된 채 석탄 저장조 또는 이송시설로 보내어짐에 따라 폐수의 발생이 방지되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터는 종래 기술과 달리 1차사이클론, 2차사이클론, 송풍기, 포그노즐 및 슬러지회수부를 서로 유기적으로 연결함으로써, 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중 미세한 분진에 대한 제거 효율을 향상시키고, 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있으며, 설비에 대한 유지, 보수를 용이하게 할 수 있다.
본 발명은 건식과 습식의 문제를 동시에 해결하는 것으로, 필터 막힘 현상이 없고, 화재 및 폭발의 우려가 없으며 재비산이 발생되지 않고, 포그 액적에 의해 포집된 석탄분진은 석탄이송시설(켄베이어벨트) 또는 저장시설(사이로)로 보내기 때문에 폐수가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발병은 미세한 포그액적으로 미세먼지를 포집하는 것으로, 사이클론내부에 포그액적을 분사하여 Packing Density(체적당 포그액적의 수)를 높이고, 포그액적의 크기를 작게 하며, 사이클론 내에서 포그액적 덩어리가 사이클론의 선회류를 따라 회전하면서 미세먼지 입자와 충돌 및 간섭의 효과에 의해 서로 부착되어 미세입자를 포집할 수 있다.
본 발명은 포그액적이 선회류를 따라 이동 유도함으로써 입자와 액적이 서로 간섭 및 충돌의 가능성을 높일 수 있는 체류시간[Retention Time]을 길게 설정할 수 있다.
본 발명은 액적의 크기를 작게 하고, 패킹 밀도[Packing Density]를 높이며, 체류시간[Retention Time]을 길게 함으로써, 미세입자의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 석탄 분진의 입도분포 분석표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적(fog droplet)과 석탄 분진 입자의 포집 특성 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적과 석탄 분진 입자의 포집 특성 분석표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 입자 충돌 조건에 따른 거동특성 맵핑을 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 따른 분진 제거 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 분진 포집율을 측정한 데이터이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 운전 설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 설치 상태를 보인 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 집진율 측정결과를 보인 데이터이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 석탄 분진의 입도분포 분석표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적(fog droplet)과 석탄 분진 입자의 포집 특성 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적과 석탄 분진 입자의 포집 특성 분석표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 입자 충돌 조건에 따른 거동특성 맵핑을 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 따른 분진 제거 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 분진 포집율을 측정한 데이터이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 운전 설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 설치 상태를 보인 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 집진율 측정결과를 보인 데이터이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 석탄 분진의 입도분포 분석표이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적(fog droplet)과 석탄 분진 입자의 포집 특성 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 포그 액적과 석탄 분진 입자의 포집 특성 분석표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 의한 입자 충돌 조건에 따른 거동특성 맵핑을 위한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터에 따른 분진 제거 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 사진이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터를 적용한 파이로트 장치의 분진 포집율을 측정한 데이터이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 운전 설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 설치 상태를 보인 사진이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터의 집진율 측정결과를 보인 데이터이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 포그 필터(100)는 분진(이하에서 '분진'또는 '먼지'를 포함하는 개념임)을 제거하고자 하는 설비로써, 편의상 도 3에 도시된 바와 같은 입도분포를 갖는 화력발전소에서 사용되고 있는 석탄에서 발생되는 분진을 제거하는 설비로 한다.
본 발명에 따른 사이클론 포그 필터는(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 1차사이클론(110), 2차사이클론(120), 송풍부(130) 및 고압발생부(140)를 포함한다. 사이클론 포그 필터(100)는 센서부(150)와 슬러지회수부(160)를 포함한다.
1차사이클론(110)은 분진(또는 먼지를 포함)을 갖는 공기가 1차유입구(113)로부터 내부공간을 형성하는 영역이면서 상측은 원통형상이고, 하측은 원뿔형상을 갖는 1차원통집진부(117)로 유입되어 원심력과 구심력에 의하여 입자가 큰 분진은 분리되어 1차포집부(118)로 쌓이게 된다.
동시에, 고압발생부(140)의 고압펌프(143)에서 발생한 고압의 물이 포그노즐(147)을 통해 1차원통집진부(117)로 분무되어 원심력 등에 의하여 포집되지 않은 분진이 분무되는 액적(water droplet)과 결합되어 포집된 후 하측으로 하강되어 공기로부터 분리되어 1차포집부(118)에 모인다.
1차유입구(113)를 거처 1차원통집진부(117)를 통해 선회한 공기 중 일부의 분진과 분진 및 액적은 결합된 상태로 1차포집부(118)에서 포집되고, 1차유입구(113)를 거처 1차원통집진부(117)를 통해 선회한 공기 중 나머지인 분진과 분진 및 액적은 다소 깨끗해진 상태에서 1차원통집진부(117)의 공간 중에서 중앙 영역에 매입되어 있는 1차매입유출구(115a)를 거쳐 1차매입유출구(115a)와 연통된 1차노출유출구(115b)를 통해 2차사이클론(120)으로 이동하게 된다.
즉, 1차유출구(115)는 1차원통집진부(117) 중앙에 하측으로 매입된 1차매입유출구(115a) 및 1차원통집진부(117)로부터 노출된 1차노출유출구(115b)로 구성된다. 이러한 구조는 2차유출구(125)도 동일한 것으로 한다.
특히, 2차사이클론(120)에 연결된 채 송풍팬(131)을 구비한 송풍부(130)가 공기가 이동할 수 있도록 공기의 흐름을 유도한다. 이러한 송풍부(130)는 1차사이클론(110)의 상류에 존재할 수도 있다.
그리고, 1차유출구(115)와 연통된 2차유입구(123)를 통해 유입되는 1차사이클론(110)에서 포집되지 않은 액적과 먼지가 2차원통집진부(127)로 유입되어 선회한 후 2차유출구(125)를 통해 송풍부(130)의 송풍라인(133)을 통해 대기 등을 포함하는 외부로 배출된다.
즉, 1차사이클론(110)의 1차유입구(113) 측으로부터 분진을 포함하는 미세먼지가 공기와 함께 유입되어 상측은 원통형상을 가지고 하측은 원뿔 형상을 갖는 1차원통집진부(117) 내부에서 선회하고, 1차원통집진부(117) 상부 공간에 배치되어 있는 다수의 포그노즐(147)에서 분사되는 미세액적(이하 액적)이 공기 선회류를 따라 이동하면서 미세먼지 입자와 간섭 충돌에 의해 미세먼지와 액적이 결합되며 부착된다.
이렇게 액적과 결합된 입자는 공기 선회류를 벗어나 1차원통집진부(117) 하부인 1차포집부(118)로 모여지고, 선회한 공기는 1차원통집진부(117)의 1차유출구(115)를 통해 안내되어 2차사이클론(120)으로 유입된다.
1차사이클론(110)에서 필터링 되지 못하거나 또는 제거되지 못한 입자와 액적이 2차사이클론(120)으로 유입된다. 2차사이클론(120)의 목적은, 1차사이클론(110) 상부에서 분사된 액적이 입자와 결합하지 못하게 되면 공기를 따라 이동한 액적을 포집하는 것과 1차사이클론(110)에서 포집되지 못한 미세한 분진 입자를 포집하는 것이다.
1차사이클론(110)에서 포집되어 하강되지 않은 미세 액적은 2차사이클론(120)으로 유입되어 2차원통집진부(127)에서 포집되어 2차포집부(128)로 모이게 된다. 이렇게 미세 액적이 2차포집부(128)로 포집될 수 있는 것은 후술하는 액적과 미세먼지(또는 미세분진)가 상하방향으로 긴 공간을 갖는 2차원통집진부(127)의 상측에서 하측으로 하강하는 동안 상호 결합할 수 있다. 이는 2차원통집진부(127)의 상측에서 하측으로 하강하는 동안 체류시간을 많이 가지면서 충돌(Impaction)보다 간섭(Interception) 현상에 의하여 미세한 액적과 미세한 먼지가 상호 결합되어 결합된 후 선회류와 자중에 의하여 하측인 2차포집부(128)로 모이게 된다.
이러한 일예는, 도 5에 도시된 바를 보면, 도 5(a)는 간섭에 의한 포집효율을 도시한 그래프이고, 도 5(b)는 충돌에 의한 포집효율을 도시한 그래프로 각각 분진의 입자 크기별로 나타낸 것이다. 도 5의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 입자가 클수록 충돌에 의해서 포집되는 효율이 높고 입자가 작을수록 간섭에 의하여 포집되는 효율이 높아진다.
따라서, 1차사이클론(110)에서는 입자가 큰 분진이나 먼지를 주로 액적과 충돌(도 4의 두 번째 그림 'Inertial Impaction' 참조)에 의하여 포집하여 제거하고, 2차사이클론(120)에서는 입자가 더 미세한 분진이나 먼지를 주로 액적과 간섭(도 4의 세 번째 그림 'Interception' 참조)에 의해서 포집하여 제거한다.
이러한 효과를 얻을 수 있도록 1차사이클론(110)의 1차매입유출구(115a)와 2차사이클론(120)의 2차매입유출구(125a)의 구조가 상이하다. 즉, 1차사이클론(110)의 1차매입유출구(115a)는 통상의 사이클론이 가지는 구조로 1차원통집진부(117)의 높이(도 2(a)에서 'H1a' 참조)와 1차매입유출구(도 2(a)에서 'H1b' 참조)의 높이의 비율이 약 25% 정도를 원칙으로 하며, 분진 입자의 종류에 따라 15~30%까지 변화 시켜 설계한다.
반면에서, 2차사이클론(120)의 2차원통집진부(127)에서는 액적과 먼지가 체류하면서 하강하는 시간을 많이 주어 상호 간섭을 발생시킬 기회를 많이 주기 위하여 2차매입유출구(125a)의 높이(도 2(a)에서 'H2b' 참조)가 2차원통집진부(127)의 높이(도 2(a)에서 'H2a' 참조)에 근접하게 하여 'H2b/H2a'의 비율이 약 50%를 기준으로 하며 분진의 양 및 종유에 따라 45~80%가 되게 하였다.
즉, 1차사이클론(110)의 1차매입유출구(115a)에 비하여, 각 원통집진부(117, 127)에 대한 2차사이클론(120)의 2차매입유출구(125a)의 비율이 약 2~3배 정도 더 크도록 한다. 이러한 2차사이클론(120)의 특징적인 구조에 의하여, 2차사이클론(120)에서 미세한 액적과 먼지가 종래기술에 비하여 보다 효과적으로 포집, 제거될 수 있다.
다시 말해서, 1차사이클론(110)은 분진과 미세한 액적이 결합하여 분진이 포집되어 하강시 하부에서 제거하는 역할을 하고, 2차사이클론(120)은 1차사이클론(110)에서 포집되지 않은 분진과 액적을 제거하는 역할을 한다. 이때, 2차사이클론(120)은 포그를 분사할 수 있는 구조와 분사하지 않는 구조 2가지가 있는데, 사이클론 포그 필터(100)로 유입되는 분진의 농도가 높을 때는 2차사이클론(120)에서 포그액적을 분사하여 1차사이클론(110)에서 포집되지 못한 분진을 2차사이클론(120)에서 포집하고, 분진의 농도가 낮을 경우 2차사이클론(120)에서는 포그를 분사하지 않고 1차사이클론(110)에서 포집되지 못한 포그액적만을 포집한다.
여기서, 특히 미세한 액적을 제거하는 것은 미세한 먼지를 더 제거하여 시스템에서 제거되는 먼지의 제거 효율을 증대시키고, 액적의 배출로 인해 팬에 물이 고이는 현상을 제거하며, 액적이 2차사이클론(120) 하류로 배출되어 송풍라인(133)인 관에 부착 되면 관에 수분이 많아 포집되지 않은 아주 미세한 소량의 석탄 분진들이 시간이 갈수록 송풍라인(133)에 달라붙어 파울링(fouling) 현상을 발생시킬 수 있고, 이러한 현상으로 인해 관이 막힐 우려를 예방하기 위함이다.
즉, 2차사이클론(120)에서는 1차사이클론(110)에서 완전히 포집하지 못한 미세한 분진 입자를 제거하는 역할을 하고, 이에, 2차사이클론(120)에서 포그를 분사 하지 않는다. 필요에 따라 2차사이클론(120) 후단에 포집되지 않은 분진, 먼지 등을 포집할 수 있는 디미스트(135, De-mist)가 포함될 수 있다. 디미스트(135)는 제거해야할 먼지의 양이 많아 1차사이클론(110)의 포그노즐(147)을 아주 많이 설치했을 때 1차사이클론(110) 및 2차사이클론(120)에서 침강되지 않은 액적을 포집하기 위한 것으로 디미스트(135)를 설치하는 경우 압력 손실이 크다는 단점이 있으므로 대부분은 설치하지 않는 것이 바람직하다.
특히, 2차사이클론(120)은 2차유입구(123)를 거처 2차원통집진부(127)를 통해 선회한 공기 중 나머지인 분진과 분진 및 액적은 다소 깨끗해진 상태에서 2차원통집진부(127)의 공간 중에서 중앙 영역에 매입되어 있는 2차매입유출구(125a)를 거쳐 2차매입유출구(125a)와 연통된 2차노출유출구(125b)를 통해 송풍기(130) 측으로 강제 이송된다.
1차 및 2차 사이클론(110, 120)의 하부인 1차 및 2차포집부(118,128)로 포집된 먼지가 함유 된 슬러지는 슬러지회수부(160)에서 처리된다. 슬러지회수부(160)는, 1차 및 2차포집부(118,128)에 모인 슬러지는 슬러지배관(161)에 부착된 밸브가 개방되면 슬러지펌프(163)가 슬러지를 가압하여 필터프레스를 포함하는 여과필터(도시하지 않음)를 이용하여 고체와 액체를 분리시켜 맑은 여과액은 회수하고 탁한 여과액은 폐수처리장 등으로 이송시킬 수 있다. 이러한 슬러지회수부(160)는 1차 및 2차포집부(118,128)에 설치된 레벨센서(119,129)와 연동되어 자동으로 작동될 수도 있다. 즉, 1차레벌센서(119)가 1차포집부(118)에 저장되는 슬러지를 감지시, 슬러지회수부(160) 중 슬러지펌프(163)의 가동 신호를 발생한다. 마찬가지로, 2차레벌센서(129)가 2차포집부(128)에 저장되는 슬러지를 감지시, 슬러지회수부(160) 중 슬러지펌프(163)의 가동 신호를 발생한다.
그리고, 송풍부(130)가 작동하여 분진을 포집한 이후에 1차사이클론(110) 및 2차사이클론(120)으로 공기가 유입되지 않는 먼지 포집이 종료되면, 1차사이클론(110, 필요시 2차사이클론에도 설치됨) 내부에 설치되어 있는 세정노즐(170)으로 물을 사방으로 분사하면 1차 또는 2차원통집진부(117 또는 127) 내부 벽에 부착되어 있는 액적과 먼지가 혼합된 것을 씻어내려 1차 및 2차포집부(118,128)로 모인다. 이때, 세정 노즐은 1차 또는 2차사이클론(110,120)에 상하로 이동하면서 설정된 압력(예를 들면, 3kgf/cm2의 압력)으로 물을 분사한다. 세정노즐(170)은 세정액공급부(172)로부터 세정수를 설정량만큼 설정압력으로 공급받게 된다.
1차 및 2차포집부(118,128)로 모인 혼합물은 슬러지회수부(160)에 의하여 처리됨을 앞에서 설명한 바와 같다.
그리고, 고압발생부(140)는 물을 저장하는 물탱크(141)에서 공급되는 물을 고압으로 가압하여 필요로 하는 미세한 액적으로 형성할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 필터, 고압펌프(143), 물이 이송되는 배관인 고압라인(145), 포그노즐(147), 릴리프밸브, 압력센서, 각종 밸브(148)를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 고압발생부(140)은 설명하지 않았지만 일반적인 펌프 시스템을 구성하는 체크밸브 등을 포함함은 물론이다.
고압펌프(143)는 물탱크(141)에서 공급된 물을 가압하며 다양한 펌프 형식으로 구비될 수 있다. 고압펌프(143)는 유입된 물이 가압되는 부분으로 인가되는 전원에 의해 회전하는 모터(예를 들면, DC모터 등)와 모터의 회전력으로 물에 고압을 발생시키는 플런저 타입을 포함하는 고압펌프를 포함하는 것이 바람직하고 필요로 하는 유량을 조절할 수 있도록 모터의 회전속도가 가변될 수 있는 것이 더 바람직하다.
고압펌프(143)에서 고압으로 가압된 물은 고압라인(145)을 통해 고압라인(145)의 말단에 결합된 포그노즐(147)에서 소정의 액적으로 분무가 될 수 있다. 포그노즐(147)은 다양한 크기로 구비되어 있으며, 압력에 따라 분무되는 액적의 평균 입자 크기가 상이하다.
특히, 1차사이클론(110)의 1차포집부(118)로 배출되는 분진과, 2차사이클론(120)의 2차포집부(128)로 배출되는 분진은 포그(fog) 상태의 물에 응집된 채 석탄 저장조 또는 이송시설로 보내어짐에 따라 폐수의 발생이 방지된다.
한편, 1차사이클론(110)과 2차사이클론(120)은 내부로 약액이 공급된다.
상세히, 약액저장탱크(180)가 물탱크(141)에 연결되어 약액을 물탱크(141)로 공급한다. 물탱크(141)에서 물과 약액이 혼합된 후 1차사이클론(110) 내부 또는 1차사이클론(110) 내부와 2차사이클론(120) 내부에 함께 공급된다. 이에 따라, 1차사이클론(110)의 1차포집부(118)로 배출되는 분진과, 선택적으로 2차사이클론(120)의 2차포집부(128)로 배출되는 분진은 약액저장탱크(180)로부터 공급받은 약액과 혼합되어 용이하게 뭉쳐진다(응집된다). 또는, 포그노즐(147)로부터 미스트(포그) 상태로 분사된 물이 분진과 응집되면서 오염되는데, 이 오염된 물의 오염원이 약액에 의해 응집됨에 따라, 분진과 응집된 미세 물방울이 정화된다.
아울러, 포그노즐(147)에서 분무되는 액적은 미세하면 미세할수록 바람직하나, 미세한 입자를 형성하기 용이하지 않으나 본 출원인이 2018년 2월 12일 출원한 한국특허등록공보 제10-20513787호의 '미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기'와 관련된 기술로 초미세 액적을 형성할 수 있으면 더욱 더 바람직하다.
필요에 따라 매우 미세한 액적을 형성할 수 있도록 포그노즐(147)과 고압펌프(143)의 압력을 제어부에서 조절하거나 선택하여 사용할 수 있다. 여기서, 가능하면 포그노즐(147)에서 분무되는 액적의 크기가 작은 것이 바람직하다. 즉, 미세할수록 공간에 머무는 시간이 오래되고 공간에 고르게 분산될 수 있을 뿐만 아니라 증발이 유효하게 발생할 수 있으며 보다 미세한 먼지까지 포집할 수 있어 각 기능을 수행하는 데 있어 매우 유용하기 때문이다. 액적의 크기에 따라 공간에 머무는 시간을 대략적으로 비교하면 다음의 <표 1>과 같다.
| 물입자 크기 (㎛) | 상태 | 3m 낙하에 걸리는 시간 (sec) |
| 5,000~2,000 | 폭우 | 0.05~0.9 |
| 2,000~1,000 | 강한 비(스프링 쿨러) | 0.9~1.1 |
| 1,000~500 | 보통 비 | 1.1~1.6 |
| 500~100 | 약한 비 | 1.6~11 |
| 100~50 | 안개비(micro fog) | 11~40 |
| 50~10 | 습한 안개 | 40~1,000 |
| 10~2.0 | 건조한 안개 | 1,020~25,400 |
| 1.0~0.01 | 연기 안개 | 공기 중에 부유 |
| 0.01 | 연기 | 공기 중에 부유 |
이상의 표 1에서와 같이, 본 발명에 따라 포그노즐(147)에서 형성되는 액적의 평균 입자 크기는 1 ~ 100㎛ 범위인 것이 좋으며 머무는 시간이 오래 걸리는 2 ~ 50㎛ 범위가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 10㎛ 이하이다. 센서부(150)는 각 기능이 적용되는 공간의 현재 상태 내지 정보를 감지하기 위한 계측기로 공간의 온도, 습도, 먼지 농도 등을 감지할 수 있는 온도센서, 습도센서, 먼지농도센서를 포함하는 것이 바람직하다. 1차사이클론(110) 내에 예를 들면, 일산화탄소(CO) 등)를 감지할 수 있는 가스센서(도시하지 않음)를 설치하여 가스 발생 여부를 체크 할 수도 있다. 이러한 각 센서부(150)는 공간의 넓이, 층고 등에 따라 하나 또는 다수 개가 적절한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 제어부에서는 이러한 센서부(150)의 감지 결과에 기초하여 각종 구성을 제어할 수 있다.
제어부는 1차사이클론(110), 2차사이클론(120) 내부의 정보 내지 데이터를 감지하는 센서부(150)에 기초하여 송풍기(130), 슬러지회수부(160)의 작동을 자동으로 또는 수동으로 수행할 수 있다. 여기서, 먼지를 포집하는 과정에서 액적의 포집 능력을 향상시키기 위하여 화학약품을 포함하는 응집제를 물탱크(141)에 추가할 수 있다. 응집 물질을 물에 혼합하여 분사하면 액적과 먼지 입자가 보다 용이하게 결합할 수 있도록 하여 결합된 입자의 크기가 증대되어 1차 또는 2차사이클론(110, 120)의 하부로 포집되어 하강되는 확률을 증대시켜 먼지의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 미세액적(또는 미세한 액적)이 분사되는 포그노즐(147)은 오리피스 직경이 0.15mm, 0.2mm, 0.3mm,0.4mm그리고 0.5mm인 것이 바람직하다. 아울러 포그노즐(147)을 설치하는 위치로는, 1차사이클론(110)의 1차유입구(113)에만 설치하거나, 1차사이클론(110)의 1차원통집진부(117)의 상부 공간에만 설치하거나 전술한 두 곳에 모두 설치하는 방법이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)을 도 3과 같은 입도를 갖는 석탄 분진 내지 석탄 먼지에 대하여 검증한 결과, 석탄 분진의 직경이 감소할수록 포집이 어려우므로, 사이클론 포그 필터(100)에서 미세입자 포집 확률을 높이기 위해서는 포그노즐(147)에서 분무하는 액적의 크기 및/또는 농도를 제어할 필요가 있다. 그리고, Packing density(ㅱ)와 유속이 증가할수록 포집 확률이 증가하므로 1차사이클론(110) 및 2차사이클론(120) 내부에서 공기의 유동 조건을 최적화할 필요성이 대두되었다. 유입된 석탄 분진이 선회할 때 큰 입자는 선회류의 구심력과 원심력 차에 의해 공기로부터 제거되며, 미세 입자는 공기를 따라 이동 중 액적과 충돌 부착되어 제거된다.
본 발명에서 액적과 석탄 분진의 충돌 확률을 최대화하기 위해 1차 및 2차사이클론(110,120) 내에 액적 밀도를 높이도록 가능하면 액적의 평균 입도를 작게 하고, 1차 및 2차원통집진부(118, 128) 내부의 공기 유량과 유속에 의한 영향을 받아 유속이 느릴수록, 유량이 많을수록 액적에 의한 입자의 포집율은 증대되는 경향이 있음을 파악할 수 있었다.
도 4에서 보는 것과 같이 액적에 의한 석탄 분진 입자의 포집은 브라운 확산(Brownian diffusion), 관성 충돌(Inertial impaction), 간섭(Interception), 전기영동(Phoresis), 전기포집(Electro-scavenging) 의 원리에 의해 이루어진다. 여기서, 석탄 분진이 포함되는 직경 1μm 이상의 입자는 앞에서 설명한 원리 중 주로 충돌과 간섭에 의해 포집될 확률이 높으며, 그 포집 확률은 액적의 크기가 작을수록 높아지는 것으로 이해된다.
그리고, 식 (1)과 (2)는 충돌과 간섭에 의한 포집 확률을 나타낸 것으로 유체의 점도 μ, 입자의 밀도 ρ, packing density α, 유체의 유속 U, 입자와 액적의 직경 Dp, Da, 물 W를 이용해서 나타낼 수 있다.
[식 1] : 
[식 2] : 
한편, 전산해석 기법을 이용한 입자 충돌 조건에 따른 거동 특성을 시뮬레이션한 결과를 도시한 예는 도 8이다.
이러한 시뮬레이션 결과와 실증한 결과를 도출하여 다양한 크기의 먼지 입자에 대응하여 어느 정도의 액적입도가 가장 효과적인지, 공기의 흐름은 어느 정도로 하는 것이 바람직한지 등에 대한 데이터를 정립할 수 있다. 이렇게 정립된 데이터는 AI, 데이터베이스화하여 이를 정리된 맵핑으로 정리, 관리할 수 있다.
도 6은 동일한 크기의 물방울 입자 충돌 시 웨브수(Weber Number)와 충돌 변수(Impact parameter)의 변화에 따른 거동 특성을 매핑한 예를 보여주고 있는데 충돌 조건에 따라 두 물방울이 충돌했다 하더라도 다시 분리되거나 (Bouncing), 합쳐졌다 하더라도 다시 늘어나면서 떨어지는 경우 (Stretching, Reflexive)가 있다, 즉, 충돌 유속과 크기를 적절히 조절하여야 유착(coalescence) 되는 조건을 찾을 수 있음을 보여준다. 종래기술들에서의 입자 충돌 관련 연구들은 100 μm ~ 2 mm 수준의 큰 입자들을 대상으로 수행되었고 본 발명서는 주로 20 ~ 30 μm 크기의 액적과 석탄 분진을 대상으로 한다.
본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)을 적용한 결과에 석탄 분진을 제거한 효율을 종래기술과 비교한 그래프는 도 7과 같다. 우측의 어두운 부분이 본 발명에 따른 결과이고, 좌측 밝은 부분이 종래기술에 따른 결과이다.
도 7에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)의 분진 게거 효율은 99.2%(분진 농도 처리 전 3,498㎍/㎥에서 처리 후 28㎍/㎥으로 감소)이고, 종래기술에 따른 장치의 분진 제거 효율은 90.5%(분진 농도 처리 전 3,498㎍/㎥에서 처리 후 332㎍/㎥으로 감소)임을 알 수 있다.
도 8은 사이클폰 포그 필터의 제작된 사진을 나타낸 것으로 포그 액적을 분사하는 노즐이 장착된 사이클론 포그 필터 본체와 고압으로 물을 펌핑하는 펌프스테이션(포그 마스터라고 함)그리고 회수된 석탄분진 슬러지를 컨베이어 벨트 등으로 이송하는 펌프. 사이클론에 15~20m/sec의 속도로 공기를 흡입 또는 송풍하는 팬으로 구성되어 있다.
본 장치를 통해 컨베이어 벨트 룸에서 비산하는 석탄 분진을 흡입하여 포집할 때 도 9에서 보는 바와 같이 사이클론 포그 필터 입구 농도가 2120.83mg/m3이었으며 포그 액적에 의한 포집 후 출구의 농도가 7.03mg/m3으로 측정되어 포집효율은 99.67%이다. 이는 사이클론 포그 필터로 흡입되는 분진의 대부분을 포집하는 것으로 평가된다.
도 10은 사이클론 포그 필터 본체 내부에서 분진과 입자가 간섭에 의해 서로 결합하는 것을 나타낸 것이다. 분진 입자와 포그 액적은 선회류를 따라 사이클론 내부에서 회전하면서 <식 1>과 <식 2>의 간섭 및 충돌 효과에 의해 서로 결합한다.
도 11과 도 12는 발전소 현장의 석탄 분진이 발생하는 컨베이어 벨트 룸에 설치된 사이클론 포그 필터의 도면과 설치사진을 나타낸 것이다. 사이클론 포그 필터 본체와 팬 그리고 펌프스테이션(포그 마스터)로 구성되어 있으며 전자동 운전이 가능하도록 구성되어 있다. 이 장치의 운전을 통해 도 13과 같이 집진효율을 도출한다.
사이클론 포그 필터(100)의 입구 측 분진 농도는 65.55mg/m3이고 출구 측 분진 농도는 1.32mg/m3로 측정되어 집진효율은 97.99%로 조사되었다. 이는 기존의 집진장치 대비 효율이 매우 우수한 것으로 평가되었다.
여기서, 종래기술에서는 석탄 분진 포집에 적용 가능한 기술은 습식 스크러버(Wet scrubber), 사이클론, 백필터 등이 있다. 습식 스크러버 집진기는 물을 분사하여 분진 입자를 포집하며, 본 발명과 달리 물 입자의 크기가 크기 때문에 미세한 분진 입자를 포집하는데 어려움이 있고, 물 소모량도 많아 폐수가 발생한다. 폐수 처리 시설을 별도로 설치하여 운영함에 따른 설치 및 유지비 많이 소요된다는 단점을 갖는다. 그리고, 기존의 사이클론 집진기는 선회류만에 의해 분진을 집진하는데, 석탄 분진과 같이 비중이 낮은 입자의 경우 포집이 잘 안 되고, 사이클론 내에서 공기를 따라 입자들이 선회할 때 서로의 마찰에 의해 발화 가능성도 있다.
또한, 필터 집진기는 종래의 전술한 집진기에 비하여 상대적으로 집진 효율은 우수하나 백필터와 먼지 층에서 여과 속도에 비례하는 압력손실이 발생하기 때문에 대형 집진기를 구성할 수 없고, 또한 석탄 분진 간의 마찰에 의한 발화로 화재, 폭발 등의 위험성을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)를 적용한 시스템은 스크러브에 의한 습식 집진기에 비하여 폐수발생량이 1/10로 현저하게 적기 때문에 폐수처리와 같은 2차 오염물질이 발생하지 않으며, 폐수처리 시설 및 운영의 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다
이에 비하여 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)는 미세 액적으로 석탄 분진을 포집하기 때문에 습식 스크러버에 비해 집진 효율이 우수하고 석탄 분진의 마찰에 의한 발화 위험이 적고, 압력 손실이 적어 대형 집진기를 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 사이클론 포그 필터(100)는, 액적의 크기가 10㎛ 인 미세한 안개 분무를 하여 사이클론 내의 선회류를 따라 이동하면서 분진 입자와 충동 부착하여 사이클론의 하부로 떨어진다는 특징을 활용한다.
또한, 사이클론 포그 필터(100)는 미세액적과 분진 입자간의 충돌 부착 효율이 높아 종래기술의 집진기들에 비하여 포집 효율이 우수할 뿐만 아니라 액적을 생성시키는 물의 사용량이 적어 운영비가 저렴하고, 백필터 교체 등과 같은 작업이 불필요하여 유지, 보수에 따른 비용을 절감할 수 있다.
이에, 표 2를 참조하여, 특히 화력발전소에서 발생되는 석탄 분진 중에서 특히 미세한 분진을 효과적으로 제거할 수 있는 사이클론 포그 필터(100)가 제공될 수 있다.
또한, 종래기술에 비하여 효율을 향상시킬 수 있고, 미세한 분진으로 인해 발생할 수 있는 화재, 폭발 등의 위험을 예방할 수 있는 사이클론 포그 필터(100)가 제공될 수 있다.
아울러, 종래기술에 비하여 유지, 보수가 용이하고 사용이 간단하고 편리한 사이클론 포그 필터(100)가 제공될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)를 적용한 분진 제거시스템은 미세한 포그액적으로 미세먼지를 포집하는 것으로, 사이클론 포그 필터(100)의 1차사이클론(110)과 2차사이클론(120) 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 포그액적을 분사하여 Packing Density(체적당 포그액적의 수)를 높이고, 포그액적의 크기를 작게 하며, 사이클론 내에서 포그액적 덩어리가 사이클론의 선회류를 따라 회전하면서 미세먼지 입자와 충돌 및 간섭의 효과에 의해 서로 부착되어 미세입자를 최대로 포집할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 사이클론 포그 필터(100)는 포그액적이 선회류를 따라 이동 유도함으로써 입자와 액적이 서로 간섭 및 충돌의 가능성을 높일 수 있는 체류시간[Retention Time]을 길게 설정할 수 있고, 액적의 크기를 작게 하며, 패킹 밀도[Packing Density]를 높이고, 체류시간[Retention Time]을 길게 함으로써, 미세입자의 포집 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 사이클론 포그 필터 110: 1차사이클론
113: 1차유입구 115: 1차유출구
117: 1차원통집진부 118: 1차포집부
120: 2차사이클론 123: 2차유입구
125: 2차유출구 127: 2차원통집진부
130: 송풍기 131: 송풍팬
135: 디미스트 140: 고압발생부
143: 고압펌프 150: 센서부
160: 슬러지회수부 161: 슬러지배관
163: 슬러지펌프
113: 1차유입구 115: 1차유출구
117: 1차원통집진부 118: 1차포집부
120: 2차사이클론 123: 2차유입구
125: 2차유출구 127: 2차원통집진부
130: 송풍기 131: 송풍팬
135: 디미스트 140: 고압발생부
143: 고압펌프 150: 센서부
160: 슬러지회수부 161: 슬러지배관
163: 슬러지펌프
Claims (6)
- 분진을 포함하는 공기가 유입되는 1차유입구와, 상기 1차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 1차유출구를 구비한 1차사이클론;
상기 1차사이클론을 통과한 공기가 유입되는 2차유입구와, 상기 2차유입구에서 유입된 공기가 선회한 후 배출되는 2차유출구를 구비한 2차사이클론; 및
유체를 미세한 액적으로 변환하며 분출 안내하는 포그노즐을 포함하여,
상기 포그노즐은 상기 1차사이클론에 유입되는 공기와 접촉 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 1차사이클론에서는 분진과 미세한 액적이 결합하여 분진이 포집되어 하강하여 하부에서 제거되고,
상기 2차사이클론에서는 상기 1차사이클론에서 포집되지 않은 분진과 액적이 제거되는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 1차사이클론은 내부공간을 형성하는 1차원통집진부, 및 상기 1차원통집진부 내부공간 측으로 매입된 1차매입유출구를 포함하고,
상기 2차사이클론은 내부공간을 형성하는 2차원통집진부, 및 상기 2차원통집진부 내부공간 측으로 매입된 2차매입유출구를 포함하며,
상기 2차원통집진부의 높이 대비 상기 2차매입유출구의 길이의 비율이 상기 1차원통집진부의 높이 대비 상기 1차매입유출구의 길이보다 2~3배 더 큰 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
- 제 3항에 있어서,
상기 2차원통집진부에서는 미세한 액적와 미세한 분진이 상호 결합 가능하게 하강하여 선회하면서 체류하는 시간이 증대되는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 포그노즐에서 분무되어 형성되는 액적의 평균 입도는 5~30㎛를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 1차사이클론의 1차포집부로 배출되는 분진과, 상기 2차사이클론의 2차포집부로 배출되는 분진은 포그(fog) 상태의 물에 응집된 채 석탄 저장조 또는 이송시설로 보내어짐에 따라 폐수의 발생이 방지되는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 필터.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115824726A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-21 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 农业生产设备排放粉尘全量采集装置及采集方法 |
| WO2023219373A1 (ko) * | 2022-05-09 | 2023-11-16 | 보평그린(주) | 대형 선박 엔진으로부터 배출되는 카본 수트를 포함하는 분진 저감 시스템 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07289998A (ja) * | 1994-04-25 | 1995-11-07 | Fuji Seisakusho:Kk | 微粉研磨材に混在する異物の分離方法並びに微粉研磨材に混在する異物及び粉塵の分離方法及びそれらの分離装置 |
| JP2008272623A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Build Technology Laboratory Co Ltd | レンジ用除塵装置 |
| KR200483487Y1 (ko) * | 2016-12-07 | 2017-05-23 | 주식회사 원일공기정화 | 사이클론 집진장치 |
| KR20180095166A (ko) * | 2017-02-16 | 2018-08-27 | 보평그린(주) | 미세먼지 제거를 위한 포그 필터 시스템 |
| KR102051378B1 (ko) * | 2018-02-12 | 2019-12-04 | 보평그린(주) | 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 |
-
2020
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07289998A (ja) * | 1994-04-25 | 1995-11-07 | Fuji Seisakusho:Kk | 微粉研磨材に混在する異物の分離方法並びに微粉研磨材に混在する異物及び粉塵の分離方法及びそれらの分離装置 |
| JP2008272623A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Build Technology Laboratory Co Ltd | レンジ用除塵装置 |
| KR200483487Y1 (ko) * | 2016-12-07 | 2017-05-23 | 주식회사 원일공기정화 | 사이클론 집진장치 |
| KR20180095166A (ko) * | 2017-02-16 | 2018-08-27 | 보평그린(주) | 미세먼지 제거를 위한 포그 필터 시스템 |
| KR102051378B1 (ko) * | 2018-02-12 | 2019-12-04 | 보평그린(주) | 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023219373A1 (ko) * | 2022-05-09 | 2023-11-16 | 보평그린(주) | 대형 선박 엔진으로부터 배출되는 카본 수트를 포함하는 분진 저감 시스템 |
| CN115824726A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-21 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 农业生产设备排放粉尘全量采集装置及采集方法 |
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| KR102400974B1 (ko) | 2022-05-26 |
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