KR20230164276A - Plasma thermal Oxidation System - Google Patents

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KR20230164276A KR1020220063808A KR20220063808A KR20230164276A KR 20230164276 A KR20230164276 A KR 20230164276A KR 1020220063808 A KR1020220063808 A KR 1020220063808A KR 20220063808 A KR20220063808 A KR 20220063808A KR 20230164276 A KR20230164276 A KR 20230164276A
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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브(Microwave)을 이용하여 유입된 대상물질을 1차 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 물질을 제공하는 M/W 플라즈마 버너 시스템과; 상기 MW 플라즈마 버너 시스템에서 1차 처리된 대상물질을 글라이딩아크 플라즈마를 이용하여 2차 연소/산화/파괴/분해처리하여 출구를 통해 정화된 물질을 제공하는 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템;을 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템을 제공한다.The present invention includes an M/W plasma burner system that provides purified material by performing primary combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment on the introduced target material using microwaves; A PTO plasma comprising a gliding arc plasma burner system that performs secondary combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment on the target material primarily treated in the MW plasma burner system using gliding arc plasma to provide purified material through an outlet. Provides a combustion oxidation system.

Description

PTO 플라즈마 연소산화시스템{Plasma thermal Oxidation System}PTO plasma thermal oxidation system

본 발명은 연소산화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PTO 플라즈마를 이용하여 악취가스와 유해독성물질 및 VOCs를 효과적으로 처리할 수 있어 클린 환경을 제공하는 연소산화시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion oxidation system, and more specifically, to a combustion oxidation system that can effectively treat odorous gases, harmful toxic substances, and VOCs using PTO plasma, thereby providing a clean environment.

현재 지자체별 각종 산업단지가 조성되고 급속한 산업화에 따라 전국에 약 440,000개의 제조업체 및 공장이 존재하고 있는데, 이들 제조업체 중에서 유해독성물질, 복합 악취, 미세먼지, 특정 대기유해물질 등을 발생시키는 사업장과 화학물질 취급 사업장은 전국적으로 13만여 사업장이 존재하고 있다.Currently, there are about 440,000 manufacturers and factories across the country due to the construction of various industrial complexes in each local government and rapid industrialization. There are over 130,000 material handling businesses nationwide.

또한, 대기환경보전법 시행령에 따른 업종별 사업장 분류기준에 따른 중·소형 사업장(4~5종) 및 직화구이 음식점 등에서도 유해오염물질의 배출이 증가하고 있다.In addition, emissions of hazardous pollutants are increasing in small and medium-sized businesses (4 to 5 types) and direct-fired restaurants according to the workplace classification standards for each industry in accordance with the Enforcement Decree of the Air Quality Conservation Act.

이에, 대상지역 주민들의 건강권 확보 문제가 지속적으로 제기되고 있고, 각종 환경민원 및 농작물 피해도 증가하는 실정이다.Accordingly, the issue of securing the right to health for residents of target areas continues to be raised, and various environmental complaints and damage to crops are also increasing.

특히, 악취가스와 유해독성물질은 인간의 후각을 자극하여 불쾌감을 줄뿐 아니라 건강상에도 유해한 영향을 미친다. 또한, 악취가스와 함께 배출 전구물질인 휘발성 유기화합물(VOCs)은 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되며 대기 중에서질소산화물(NOx)과 광화학반응을 일으켜 광화학 스모그를 유발시켜 대기중의 오존층을 파괴하고 인체에 악영향을 미칠 수 있다. In particular, odorous gases and harmful toxic substances not only cause discomfort by stimulating the human sense of smell, but also have a harmful effect on health. In addition, volatile organic compounds (VOCs), which are emission precursors along with odorous gases, have high vapor pressure and are easily evaporated into the atmosphere. They cause photochemical reactions with nitrogen oxides (NOx) in the atmosphere, causing photochemical smog, destroying the ozone layer in the atmosphere and destroying human bodies. may have a negative impact.

이러한 악취가스와 VOCs, PAHs, HAPs를 제거하기 위해 활성탄 흡착제거법, 세정제 흡수법, 불꽃산화 연소법, 촉매 산화법, 오존을 이용한 화학적 산화법, 저온 플라즈마를 이용하여 분해하는 방법, 생물학적 여과(bio-filtation) 방식을 이용하는 기술들이 개발되고 있으나, 유해독성물질, VOCs와 난분해성 악취가스를 효과적으로 제거하는 데는 한계가 있다.To remove these odorous gases, VOCs, PAHs, and HAPs, activated carbon adsorption and removal method, detergent absorption method, flame oxidation combustion method, catalytic oxidation method, chemical oxidation method using ozone, decomposition method using low-temperature plasma, and biological filtration (bio-filtration). Although technologies using this method are being developed, there are limits to effectively removing hazardous toxic substances, VOCs, and non-decomposable odor gases.

한국등록특허 10-1400669호(2014.05.29. 공고)Korean Patent No. 10-1400669 (announced on May 29, 2014) 한국공개특허 10-2010-0069213호(2010.06.24. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2010-0069213 (published on June 24, 2010)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로웨이브 플라즈마 버너 시스템과 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템을 이용하여 악취 가스와 VOCs, 유해독성물질 성분을 효율적으로 제거하여 클린(clean) 환경을 제공하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the problems described above, and provides a clean environment by efficiently removing odorous gases, VOCs, and harmful toxic substances using a microwave plasma burner system and a gliding arc plasma burner system. The purpose is to provide a PTO plasma combustion oxidation system.

이를 위해, 본 발명은 마이크로웨이브(Microwave)을 이용하여 유입된 대상물질을 1차 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 물질을 제공하는 M/W 플라즈마 버너 시스템과; 상기 MW 플라즈마 버너 시스템에서 1차 처리된 대상물질을 글라이딩아크 플라즈마를 이용하여 2차 연소/산화/파괴/분해처리하여 출구를 통해 정화된 물질을 제공하는 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템;을 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템을 제공한다.For this purpose, the present invention includes an M/W plasma burner system that provides purified materials by performing primary combustion/oxidation/destruction/decomposition of the introduced target materials using microwaves; A PTO plasma comprising a gliding arc plasma burner system that performs secondary combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment on the target material primarily treated in the MW plasma burner system using gliding arc plasma to provide purified material through an outlet. Provides a combustion oxidation system.

또한, 상기 M/W 플라즈마 버너 시스템은, M/W 제너레이터로부터 발생된 M/W를 전달하는 도파관과; 상기 도파관의 말단부에 위치하고 상기 도파관과 관통되어 연결되는 제1 연소로와; 상기 제1 연소로 내로 대상물질이 유입되는 유입통로로서 대상물질 주입부와; 상기 제1 연소로 내에서 제공된 M/W 플라즈마에 점화하여 플라즈마 토치를 발생시키는 점화부와; 상기 제1 연소로의 플라즈마 토치 발생 영역으로 탄화수소계 연료를 주입하는 연료 주입부;를 포함할 수 있다.In addition, the M/W plasma burner system includes a waveguide that transmits M/W generated from the M/W generator; a first combustion furnace located at an end of the waveguide and penetrated and connected to the waveguide; an inlet passage through which the target material flows into the first combustion furnace, and an injection portion for the target material; an ignition unit that ignites the M/W plasma provided in the first combustion furnace to generate a plasma torch; It may include a fuel injection unit that injects hydrocarbon-based fuel into the plasma torch generation area of the first combustion furnace.

또한, 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템은, 1차 M/W 플라즈마 버너 시스템의 제1 연소로와 연통되어 1차 연소 처리된 대상물질이 유입되는 제2 연소로와; 고전압의 전력을 공급하여 상기 제2 연소로에서 방전을 통해 아크를 형성하고 생성된 플라즈마는 반응물에 의해 대류되어 상기 제2 연소로 후단으로 밀려나고 전극으로부터 상기 제2 연소로로 유입된 1차 연소 처리된 대상물질을 상기 생성된 플라즈마 화염을 통해 산화반응으로 2차 플라즈마 처리하는 글라이딩아크 버너부;를 포함할 수 있다.In addition, the gliding arc plasma burner system includes a second combustion furnace in communication with the first combustion furnace of the primary M/W plasma burner system into which the target material subjected to primary combustion treatment flows; High-voltage power is supplied to form an arc through discharge in the second combustion furnace, and the generated plasma is convected by reactants and pushed to the rear of the second combustion furnace, and primary combustion flows into the second combustion furnace from the electrode. It may include a gliding arc burner unit that performs secondary plasma treatment on the treated target material through an oxidation reaction through the generated plasma flame.

또한, 상기 글라이딩아크 버너부는, 내부 할로우를 통해 연료가 주입되는 글라이딩아크 전극바와, 상기 글라이딩아크 전극바와 연결되고 외부 전극이 구비되어 내부에 방전가스가 주입되는 전극바 홀더와, 상기 글라이딩아크 전극바의 말단부에 연결되고 상기 제2 연소로의 내부에 위치하여 플라즈마 화염을 발생시키는 내부 전극을 포함할 수 있다.In addition, the gliding arc burner unit includes a gliding arc electrode bar into which fuel is injected through an internal hollow, an electrode bar holder connected to the gliding arc electrode bar and provided with an external electrode into which discharge gas is injected, and the gliding arc electrode bar. It may include an internal electrode connected to the distal end of and located inside the second combustion furnace to generate a plasma flame.

또한, 상기 M/W 플라즈마 버너 시스템과 상기 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템을 통해 1차 및 2차 처리된 대상물질을 필터링하는 세라믹 필터부를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a ceramic filter unit that filters target materials that have been primary and secondary treated through the M/W plasma burner system and the gliding arc plasma burner system.

또한, 상기 세라믹 필터부는 외부 표면에 SiC 코팅층이 형성되고, 상기 세라믹 필터부의 내부에는 MnOX, V2O5, TiO2 촉매 중의 어느 하나 또는 이들의 결합 코팅층이 형성될 수 있다.Additionally, a SiC coating layer may be formed on the outer surface of the ceramic filter unit, and any one of MnO

본 발명에 따른 PTO 플라즈마 연소산화 시스템은 전단의 M/W 플라즈마 버너 시스템과 후단의 글라이딩 아크 플라즈마 버너 시스템에서 연속적으로 연소 및 산화반응을 수행하여 난분해성 가스 물질 및 유해독성물질 및 악취가스, VOCs, PAHs, HAPs를 연소산화 분해한 후, 출구를 통해 처리된 클린(clean) 물질을 배출하여 친환경을 제공할 수 있다.The PTO plasma combustion oxidation system according to the present invention continuously performs combustion and oxidation reactions in the M/W plasma burner system at the front and the gliding arc plasma burner system at the rear to remove non-decomposable gaseous substances, harmful toxic substances, odorous gases, VOCs, After decomposing PAHs and HAPs through combustion and oxidation, the treated clean material can be discharged through the outlet, making it environmentally friendly.

이를 통해, 산업공정 및 산업체 배출 현장 및 악취가스 발생지역에 설치하여 유기화합물(SOx, NOx, VOCs), 악취가스를 제거하여 환경성 민원을 해결할 수 있다.Through this, it is possible to resolve environmental complaints by removing organic compounds (SOx, NOx, VOCs) and odorous gases by installing them at industrial processes and industrial discharge sites and areas where odorous gases are generated.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 글라이딩아크 플라즈마 발생부의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 세라믹 PM 집진 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 세라믹 PM 집진 시스템에서 세라믹 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of a PTO plasma combustion oxidation system according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram showing the configuration of the microwave plasma generator in the PTO plasma combustion oxidation system of Figure 1;
Figure 3 is a diagram showing the configuration of the gliding arc plasma generator in the PTO plasma combustion oxidation system of Figure 1;
Figure 4 is a diagram showing the configuration of a PTO plasma combustion oxidation system according to a second embodiment of the present invention;
Figure 5 is a diagram showing the configuration of the ceramic PM dust collection system in the PTO plasma combustion oxidation system of Figure 4;
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a ceramic filter in the ceramic PM dust collection system of FIG. 5.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may also be a second component within the technical spirit of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The size and thickness of each component shown in the drawings are shown for convenience of explanation, and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the components shown.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention can be partially or fully combined or combined with each other, and as can be fully understood by those skilled in the art, various technical interconnections and operations are possible, and each embodiment may be implemented independently of each other. It may be possible to conduct them together due to a related relationship.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템의 구성을 나타낸 도면, 도 2는 도 1의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 구성을 나타낸 도면, 도 3은 도 1의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 글라이딩아크 플라즈마 발생부의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a PTO plasma combustion oxidation system according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a microwave plasma generator in the PTO plasma combustion oxidation system of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a microwave plasma generator in the PTO plasma combustion oxidation system of FIG. 1. This is a diagram showing the configuration of the gliding arc plasma generator in the PTO plasma combustion oxidation system.

본 발명에 따른 PT0(Plasma thermal Oxidation) 플라즈마 연소산화시스템은, 공장 등의 산업시설, 음식점 등에서 발생하는 악취 가스와 VOCs, 유해독성물질 등을 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 가스 또는 물질을 제공하는 친환경 시스템을 제공한다. 여기서, 공장 등의 산업시설, 음식점 등에서 발생하는 악취 가스와 VOCs, 유해독성물질 등은 이하에서 "대상물질"이라 한다. The PT0 (Plasma thermal oxidation) plasma combustion oxidation system according to the present invention is a gas or substance purified by combustion/oxidation/destruction/decomposition of odorous gases, VOCs, and harmful toxic substances generated in industrial facilities such as factories, restaurants, etc. Provides an eco-friendly system that provides. Here, odorous gases, VOCs, harmful toxic substances, etc. generated in industrial facilities such as factories, restaurants, etc. are hereinafter referred to as “target substances.”

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화 시스템은 크게, 마이크로웨이브(Microwave)을 이용하여 제1 연소로로 유입된 상기 대상물질을 1차 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 가스 또는 물질을 제공하는 마이크로웨이브 플라즈마 버너 시스템과, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 버너 시스템에서 1차 처리된 대상물질을 제2 연소로에서 글라이딩아크 플라즈마를 이용하여 2차 연소/산화/파괴/분해처리하여 출구를 통해 정화된 가스 또는 물질을 제공하는 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템으로 구성될 수 있다. 여기서, 마이크로웨이브(Microwave)는 이하에서 약칭하여 "M/W"라 표기하고, 상기 대상물질을 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 가스 또는 물질은 이하에서 약칭하여 "처리된 물질"이라 표기할 수 있다. Referring to FIG. 1, the PTO plasma combustion oxidation system according to the first embodiment of the present invention largely uses microwaves to perform primary combustion/oxidation/destruction/destruction of the target material introduced into the first combustion furnace. A microwave plasma burner system that provides purified gas or material by decomposition treatment, and secondary combustion/oxidation/destruction of the target material that has been primarily treated in the microwave plasma burner system using gliding arc plasma in a second combustion furnace. /It can be composed of a gliding arc plasma burner system that provides purified gas or material through the outlet through decomposition processing. Here, Microwave is hereinafter abbreviated as "M/W", and the gas or material purified by combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment of the target material is hereinafter abbreviated as "processed material". It can be marked.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화 시스템은 고온 플라즈마를 이용하는 공정으로서 1차 M/W 플라즈마 버너 시스템에서의 플라즈마 처리 공정과 2차 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템에서의 플라즈마 처리 공정은 연속공정으로 순차적으로 이루어지며, 이를 위해 제1 연소로와 제2 연소로는 상호 연통되어 연속 및 순차적인 플라즈마 공정이 이루어질 수 있다.In addition, the PTO plasma combustion oxidation system according to the first embodiment of the present invention is a process using high temperature plasma, and the plasma treatment process in the first M/W plasma burner system and the plasma treatment process in the second gliding arc plasma burner system are It is performed sequentially as a continuous process, and for this purpose, the first combustion furnace and the second combustion furnace are connected to each other so that a continuous and sequential plasma process can be performed.

이를 자세히 살펴보면, 대상물질 유입구(IN)를 통해서 유입되는 대상물질은 연속적으로 M/W 플라즈마 버너 시스템과 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템에서 1차 및 2차 연소산화반응을 통해 연소/산화/파괴/분해처리하여 제거되며, 처리된 물질은 후단의 가스 출구를 통해 대기중으로 배출된다. Looking at this in detail, the target material flowing in through the target material inlet (IN) is continuously burned/oxidized/destructed/decomposed through primary and secondary combustion oxidation reactions in the M/W plasma burner system and the gliding arc plasma burner system. is removed, and the treated material is discharged into the atmosphere through the gas outlet at the rear end.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 먼저 M/W 플라즈마 버너 시스템을 설명하고, 이어 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템에 대해 설명한다.With reference to FIGS. 1 to 3, the M/W plasma burner system will first be described, and then the gliding arc plasma burner system will be described.

먼저, M/W 플라즈마 버너 시스템은, M/W 제너레이터(101)로부터 발생된 M/W를 전달하는 도파관(123)과, 상기 도파관(123)의 말단부에 위치하고 상기 도파관(123)과 관통되어 연결되는 제1 연소로(100)와, 상기 제1 연소로(100) 내로 대상물질이 유입되는 유입통로로서 대상물질 주입부(IN)와, 상기 제1 연소로(100) 내에서 제공된 M/W 플라즈마에 점화하여 플라즈마 토치를 발생시키는 점화부(122)와, 플라즈마 토치 발생 영역으로, 상기 제1 연소로(100)의 플라즈마 토치 발생 영역으로 탄화수소계 연료를 주입하는 연료 주입부(미도시)를 구비한다.First, the M/W plasma burner system is connected to a waveguide 123 that transmits M/W generated from the M/W generator 101, and is located at the end of the waveguide 123 and penetrates the waveguide 123. a first combustion furnace 100, a target material injection unit (IN) as an inlet passage through which the target material flows into the first combustion furnace 100, and M/W provided within the first combustion furnace 100. An ignition unit 122 that ignites plasma to generate a plasma torch, and a fuel injection unit (not shown) that injects hydrocarbon-based fuel into the plasma torch generation area of the first combustion furnace 100. Equipped with

이때, 상기 제1 연소로(100)는 방전관으로서 도파관(123)과 연결되며, 상기 도파관(123)을 통해 전달된 M/W에 의해 상기 방전관내의 플라즈마 토치 발생 영역(방전공간)에서 플라즈마 화염이 발생된다. 이때, 상기 방전관 내에 플라즈마가 생성되고, 유입된 대상물질은 상기 방전공간에 공급되어 연소/산화/파괴/분해처리 될 수 있다. At this time, the first combustion furnace 100 is connected to the waveguide 123 as a discharge pipe, and a plasma flame is generated in the plasma torch generation area (discharge space) within the discharge pipe by the M/W transmitted through the waveguide 123. occurs. At this time, plasma is generated within the discharge tube, and the introduced target material can be supplied to the discharge space and burned/oxidized/destructed/decomposed.

또한, 상기 제1 연소로(100)는 석영 또는 유리 등의 재질로 이루어진 관형의 반응기가 사용될 수 있으며, 여기서는 석영 재질의 관형 반응기로 석영 홀더(110)를 통해 지지된다. Additionally, the first combustion furnace 100 may use a tubular reactor made of a material such as quartz or glass. Here, the tubular reactor made of quartz is supported through a quartz holder 110.

또한, 플라즈마 연료를 이용하여 화염을 증폭시켜 연소 온도를 높게 증가할 수 있어 일반 가스버너보다 높은 온도에서 화염을 형성할 수 있다. 이를 위해, 연료 주입부와 결합되어, 탄화수소로 이루어진 연료가스(탄화수소계 연료)가 주입되도록 구성된다. 여기서, 탄화수소계 연료로는 LPG, LNG, 등유 등이 사용될 수 있고, 저에너지로 플라즈마를 발생시켜 일정량의 탄화수소계 연료를 주입하면 빠르게 완전 연소 반응 진행이 가능하다. 이때, M/W 플라즈마 연소산화 시스템에서의 운전 온도는 900 ~ 1,600℃로 매우 높은 연소 온도를 제공한다. 이와 같이 탄화수소로 이루어진 연료 가스의 연소에 의한 화염을 이용하여 대용량의 대상물질을 단시간 내에 효율적으로 처리할 수 있다. In addition, the flame can be amplified using plasma fuel to increase the combustion temperature to a high level, making it possible to form a flame at a higher temperature than a regular gas burner. For this purpose, it is connected to the fuel injection unit and configured to inject fuel gas consisting of hydrocarbons (hydrocarbon-based fuel). Here, LPG, LNG, kerosene, etc. can be used as hydrocarbon fuels, and by generating plasma with low energy and injecting a certain amount of hydrocarbon fuel, a complete combustion reaction can proceed quickly. At this time, the operating temperature in the M/W plasma combustion oxidation system is 900 to 1,600°C, providing a very high combustion temperature. In this way, a large volume of target materials can be efficiently processed within a short period of time using flames generated by combustion of fuel gas made of hydrocarbons.

또한, 제1 연소로(100)의 방전공간에는 방전가스, 예컨대 공기, 산소, 스팀 등이 대상물질 주입부 또는 연료 주입부를 통해 주입될 수 있고, 방전가스로 산화제가 포함된 가스를 사용하여 2000℃ 이상의 불꽃 부피를 제공할 수 있어, 아크 플라즈마의 50배에 달해 더 높은 온도를 제공할 수 있다.In addition, discharge gas, such as air, oxygen, steam, etc., may be injected into the discharge space of the first combustion furnace 100 through the target material injection portion or fuel injection portion, and a gas containing an oxidizing agent may be used as the discharge gas to produce 2000 It can provide a flame volume of ℃ or higher, reaching a temperature 50 times higher than that of arc plasma.

또한, 상기 제 1연소로(100)의 방전공간에서 미리 설정된 주파수의 M/W를 공급받아 상기 방전공간내에서 플라즈마를 생성하는데, 이를 위해 상기 도파관(123)과 마이크로웨이브 플라즈마 발생부가 연결된다.In addition, M/W of a preset frequency is supplied from the discharge space of the first combustion furnace 100 to generate plasma within the discharge space. For this purpose, the waveguide 123 and the microwave plasma generator are connected.

여기서, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부는, 외부로부터 공급되는 구동전력을 인가받아 M/W 파워(power)를 생성하는 M/W 제너레이터(101)과, 상기 M/W 제너레이터(101)를 통해 발생된 파워 중 반사되어 오는 부분에 의한 마그네트론의 손상을 방지하기 위해 파워의 흐름을 한 방향으로 고정하는 아이솔레이터(isolator)(109)와, 상기 M/W 제너레이터의 일측에 연통설치되고 타측의 제1 연소로(100)와 연결되어 생성된 M/W가 이동하는 통로로서 도파관(123)을 구비한다. 이때, 상기 도파관(123)의 끝단에 제1 연소로(100)가 연결된다. Here, the microwave plasma generator includes a M/W generator 101 that receives driving power supplied from the outside and generates M/W power, and a portion of the power generated through the M/W generator 101. An isolator (109) that fixes the flow of power in one direction to prevent damage to the magnetron due to reflected parts, and a first combustion furnace (100) installed in communication on one side of the M/W generator and on the other side. ) and is provided with a waveguide 123 as a passage through which the generated M/W moves. At this time, the first combustion furnace 100 is connected to the end of the waveguide 123.

또한, 상기 아이솔레이터(109)와 커플러(107)로부터 출력된 M/W의 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 상기 M/W로 유도된 전기장이 방전관 내에서 최대가 되도록 하는 3-스토브 튜너(107)을 더 포함한다. 이때, 양방향 커플러(108)는 상기 M/W 제너레이터(101)에서 생성된 M/W를 수신하여 상기 방전관으로 전달하면서 수신된 M/W를 분리하거나 결합하는 데 사용된다. 또한, 상기 방전관의 반응공간에서 흡수되지 않은 M/W의 반사전력은 감쇄시킨다. 또한, 상기 양방향 커플러(108)를 통과한 M/W 반사력은 방전관에서 다시 반응하게 되고, 상기 방전관에서 반응하지 못한 잔여 M/W가 상기 3 stub 터너를 통해 흡수되게 한다.In addition, the intensity of the incident and reflected waves of the M/W output from the isolator 109 and the coupler 107 are adjusted to induce impedance matching, so that the electric field induced by the M/W is maximized within the discharge tube. It further includes a stove tuner (107). At this time, the two-way coupler 108 is used to receive the M/W generated by the M/W generator 101 and transfer it to the discharge tube while separating or combining the received M/W. In addition, the reflected power of M/W that is not absorbed in the reaction space of the discharge tube is attenuated. In addition, the M/W reflection force passing through the two-way coupler 108 reacts again in the discharge tube, and the remaining M/W that has not reacted in the discharge tube is absorbed through the 3-stub turner.

또한, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 제어하여 상기 도파관을 통해 제1연소로(100)에 제공되는 M/W 파워를 제어하는 M/W 플라즈마 버너 제어부가 더 구비된다. 이때, M/W 플라즈마 버너 제어부는, 상기 제1 연소로(100)로 제공되는 탄화수소계 연료의 주입양 또는 대상물질의 유입양으로서 질량 또는 부피 등의 유량를 측정하는 유량계(flowmeter) 박스(103)와, 상태표시 LED와 단위 표시 LED가 내장되어 현재의 동작 상태와 데이터 설정, 수정 등의 상태를 표시하는 인디케이터(indicator)(112)와 상기 인디케이터를 통해 표시된 상태값을 통해 설정 M/W 파워 또는 연료의 주입양 또는 대상물질의 유입양을 제어하는 MCU(114)와, M/W 제너레이터에 구동전력을 인가하는 전원공급장치(113) 등을 구비한다. 이때, 상기 전원공급장치(113)는 고전압의 교류 전원이 인가될 수 있다.In addition, a M/W plasma burner control unit that controls the microwave plasma generator to control the M/W power provided to the first combustion furnace 100 through the waveguide is further provided. At this time, the M/W plasma burner control unit is a flowmeter box 103 that measures the flow rate, such as mass or volume, as the injection amount of the hydrocarbon-based fuel provided to the first combustion furnace 100 or the inflow amount of the target material. Wow, there is an indicator (112) with built-in status display LED and unit display LED to display the current operating status and status of data setting, modification, etc., and the status value displayed through the indicator is used to set M/W power or It is equipped with an MCU (114) that controls the injection amount of fuel or the inflow amount of target materials, and a power supply device (113) that applies driving power to the M/W generator. At this time, high voltage alternating current power may be applied to the power supply device 113.

또한, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부에는 냉각장치로서 냉각팬(111)이 구비되고, 전체 PTO 플라즈마 연소산화 시스템의 냉각장치로서 챔버의 하부에 오일 압축기(104)와 칠러(105)가 구비되어 반응 챔버의 온도를 조절할 수 있다. In addition, the microwave plasma generator is equipped with a cooling fan 111 as a cooling device, and an oil compressor 104 and a chiller 105 are provided at the bottom of the chamber as cooling devices for the entire PTO plasma combustion oxidation system to form a reaction chamber. The temperature can be adjusted.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 1차 M/W 플라즈마 버너 시스템은 대상물질을 고온의 플라즈마로 연소시켜 처리함에 주된 기능이 있으며, 2차 글라이딩 아크 플라즈마 버너 시스템은 역시 고온 플라즈마이나 대상물질의 산화 처리로 특히 휘발성 유기화합물(VOCs)의 제거에 효과가 있음을 확인할 수 있다.Referring to Figures 1 to 3, the primary function of the primary M/W plasma burner system is to burn and process the target material with high-temperature plasma, and the secondary gliding arc plasma burner system also oxidizes the target material through high-temperature plasma. It can be confirmed that the treatment is particularly effective in removing volatile organic compounds (VOCs).

즉, 2차 글라이딩 아크 플라즈마 버너 시스템은, 고품질(높은 온도)의 화염을 생성하게 되고, 고온산화반응을 통해 VOC 제거가 수월하게 된다. 여기서, “휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)”이란, 대기 오염 물질 중에서 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 총칭하는 의미이다.In other words, the secondary gliding arc plasma burner system generates a high-quality (high temperature) flame and makes it easy to remove VOC through a high-temperature oxidation reaction. Here, “Volatile Organic Compounds (VOCs)” refers to a general term for liquid or gaseous organic compounds that easily evaporate into the atmosphere due to high vapor pressure among air pollutants.

글라이딩아크(Gliding Arc) 플라즈마 버너 시스템은, 1차 M/W 플라즈마 버너 시스템의 제1 연소로(100)와 연통되어 1차 연소 처리된 대상물질이 유입되는 제2 연소로와, 고전압의 전력을 공급하여 상기 제2 연소로에서 방전을 통해 아크를 형성하고 생성된 플라즈마는 반응물에 의해 대류되어 상기 제2 연소로 후단으로 밀려나고 전극으로부터 상기 제2 연소로로 유입된 1차 연소 처리된 대상물질을 상기 생성된 플라즈마 화염을 통해 산화반응으로 2차 플라즈마 처리하는 글라이딩아크 버너부를 구비한다.The Gliding Arc plasma burner system is connected to the first combustion furnace 100 of the primary M/W plasma burner system and has a second combustion furnace into which the target material subjected to primary combustion treatment flows, and high-voltage power. An arc is formed through discharge in the second combustion furnace, and the generated plasma is convected by reactants and pushed to the rear end of the second combustion furnace. The target material subjected to primary combustion treatment flows into the second combustion furnace from the electrode. It is provided with a gliding arc burner unit that performs secondary plasma treatment through an oxidation reaction through the generated plasma flame.

상기 제2 연소로는, 글라이딩 아크 방전이 일어나는 아크 반응기로서, 운전 온도는 900 ~ 1,600℃의 고온이며, 석영 또는 유리 등의 재질로 이루어진 관형의 반응기가 사용될 수 있다. 또한, 상기 제2 연소로는 외부 하우징이 단열재로 구비되어 외부로의 열방출을 방지하고, 상기 아크 반응기의 하부에는 아크 또는 플라즈마 화염에 따른 화재예방을 위해 내화물 또는 방화장치(118)가 구비되고, 연소 또는 산화반응에 따른 먼지 등을 집진하는 집진기(117)가 더 구비될 수 있다. The second combustion furnace is an arc reactor in which gliding arc discharge occurs. The operating temperature is high at 900 to 1,600°C, and a tubular reactor made of a material such as quartz or glass may be used. In addition, the second combustion furnace has an external housing made of an insulating material to prevent heat release to the outside, and a refractory material or fire prevention device 118 is provided at the lower part of the arc reactor to prevent fire due to arc or plasma flame. , a dust collector 117 that collects dust resulting from combustion or oxidation reaction may be further provided.

이때, 전원부는 고전압의 교류 전원이 인가될 수 있으며, 글라이딩아크 유량계(102)를 통해 제2 연소로로 제공되는 탄화수소계 연료의 주입양 또는 대상물질의 유입양으로서 질량 또는 부피 등의 유량를 측정할 수 있다.At this time, the power supply unit may be supplied with high-voltage AC power, and may measure the flow rate such as mass or volume as the injection amount of hydrocarbon-based fuel provided to the second combustion furnace or the inflow amount of the target material through the gliding arc flow meter 102. You can.

또한, 글라이딩아크 버너부를 제어하여 제2 연소로에 제공되는 M/W 파워를 제어하는 글라이팅아크 버너 제어부가 더 구비될 수 있다. 이때, 전원공급장치는 고전압의 교류 전원이 인가될 수 있고, M/W 플라즈마 버너 시스템의 전원부(113)과 별도 설치되거나 통합되어 1개로 설치될 수 있다. 또한, 글라이딩아크 제어부, 전원공급장치, 인디케이터 등에서도 M/W 플라즈마 시스템과 통합하여 1개로 설치될 수 있다.In addition, a gliding arc burner control unit may be further provided to control the M/W power provided to the second combustion furnace by controlling the gliding arc burner unit. At this time, the power supply device may be supplied with high-voltage AC power, and may be installed separately or integrated with the power supply unit 113 of the M/W plasma burner system. In addition, the gliding arc control unit, power supply, indicator, etc. can be integrated with the M/W plasma system and installed as a single unit.

도 3a를 참조하면, 글라이딩아크(G.A) 버너부는, 내부 할로우를 통해 연료가 주입되는 글라이딩아크 전극바(121)와, 상기 글라이딩 아크 전극바(121)를 지지하는 제1 전극바 홀더(120)와, 상기 제1 전극바 홀더(120)와 연결되고 외부 전극이 구비되어 내부에 방전가스가 주입되는 제2 전극바 홀더(124)와, 상기 제2 전극바 홀더(124)를 지지하는 글라이딩아크 바디와, 상기 글라이딩아크 전극바의 말단부에 연결되고 상기 제2 연소로의 내부에 위치하여 플라즈마 화염(126)을 발생시키는 내부 전극(125)와, 상기 내부 전극(125)을 커버하고 아크(127)가 발생하는 제3 전극바 홀더를 구비한다. 이때, 글라이딩아크 버너부는 소형장치로서 복수개 구성될 경우 열처리 효과에서 상승의 효과를 가져올 수 있어, 본 발명에서는 3모듈 전극바가 좌우 대칭으로 각 2개씩 총 12개의 글라이딩아크 버너부를 구성할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 전극바 홀더는 화염 등으로 내열성이 좋은 세라믹 소재가 바람직하다.Referring to FIG. 3A, the gliding arc (G.A.) burner unit includes a gliding arc electrode bar 121 into which fuel is injected through an internal hollow, and a first electrode bar holder 120 that supports the gliding arc electrode bar 121. and a second electrode bar holder 124 connected to the first electrode bar holder 120 and equipped with an external electrode and into which discharge gas is injected, and a gliding arc supporting the second electrode bar holder 124. A body, an internal electrode 125 connected to the distal end of the gliding arc electrode bar and located inside the second combustion furnace to generate a plasma flame 126, and an arc 127 that covers the internal electrode 125 and ) is provided with a third electrode bar holder that generates. At this time, the gliding arc burner unit is a small device, and when it is configured in plural, the heat treatment effect can be increased. In the present invention, a total of 12 gliding arc burner units can be formed with 3 module electrode bars, 2 each symmetrically on the left and right. In addition, the first to third electrode bar holders are preferably made of ceramic material with good heat resistance due to flame, etc.

또한, 상기 글라이딩아크 버너부에서는 회전 글라이딩 아크 방전을 통해 소용돌(Swirl) 방전을 형성하게 된다. 즉, 상기 글라이딩아크 버너부의 외부 전극 및 다른 하나의 내부 전극에 교류의 고전압을 인가하게 되면 전력값이 증가하면서 열에너지로 변환되어 온도가 증가하고, 고온 상태가 형성되면서 낮아진 밀도로 인해 전자의 가속이 발생하고 방전이 일어난다. Additionally, the gliding arc burner unit forms a swirl discharge through a rotating gliding arc discharge. That is, when a high voltage of alternating current is applied to the external electrode of the gliding arc burner unit and the other internal electrode, the power value increases and is converted to heat energy, thereby increasing the temperature. As a high temperature state is formed, the acceleration of electrons occurs due to the lowered density. occurs and discharge occurs.

이때, 상대적으로 다수인 강한 전자에 의해 형성된 플라즈마가 충분히 이온화되어 있을 경우 방전이 쉽게 개재된다.At this time, if the plasma formed by a relatively large number of strong electrons is sufficiently ionized, discharge easily occurs.

또한, 플라즈마가 이탈되고 다시 방전이 이루어질 때, 전극 최단거리가 아닌 플라즈마 이탈 지점에서 직접 방전이 일어나는 연속 방전이 개재된다. 이과정에서 전력 공급값에 따라서 발생하는 연속 방전이 한쪽 끝은 내부 전극 끝단, 또 다른 끝은 외부 전극 내벽에 형성되다가 전력값이 증가하면서 플라즈마 영역이 팽창을 하게 된다.Additionally, when the plasma escapes and discharge occurs again, a continuous discharge occurs where the discharge occurs directly at the plasma departure point rather than at the shortest distance from the electrode. In this process, a continuous discharge that occurs depending on the power supply value is formed at one end at the end of the internal electrode and at the other end at the inner wall of the external electrode, and as the power value increases, the plasma area expands.

이 조건에서 길이 방향으로 증가한 아크선에서는 높은 전자의 가속이 발생하고, 상기 생성된 아크 플라즈마는 고온의 온도와 산소 활성종 발생 환경을 조성한다. 상기 생성된 아크 플라즈마는 고온의 온도와 산소 활성종 발생 환경을 조성하고, 투입되는 연료(LPG)와의 플라즈마 화학반응을 통하여 연소효율을 높일 수 있어 잠재열량의 최대효과를 이끌어 낼 수 있다.Under this condition, high acceleration of electrons occurs in the arc line that increases in the longitudinal direction, and the generated arc plasma creates an environment for high temperature and oxygen active species generation. The generated arc plasma creates an environment of high temperature and oxygen active species generation, and can increase combustion efficiency through plasma chemical reaction with the injected fuel (LPG), thereby maximizing the effect of latent heat.

도 3b를 참조하면, 글라이딩 아크 버너 시스템에서는 고온 산화반응을 통해 VOCs를 CO2와 H2O로 분해하고 반응열은 재활용할 수 있어, 휘발성 유기화합물(VOCs)의 제거에 효과가 있음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 3b, the gliding arc burner system decomposes VOCs into CO 2 and H 2 O through a high-temperature oxidation reaction and the reaction heat can be recycled, confirming that it is effective in removing volatile organic compounds (VOCs). .

이어, 고온 연소반응에 의해 산화연소반응 처리후 가스 이송 유닛을 통해 가스 출구(OUT)로 배출하는데, 배출과정에서 광촉매 비드(116)과 하니콤(honeycom)형 하이브리드 복합촉매시스템(115)을 통과시켜 잔존하는 미반응 악취가스, 난분해성 물질, VOCs, HAPs 물질이 추가적으로 제거될 수 있다.Then, after oxidation combustion reaction treatment by high-temperature combustion reaction, it is discharged to the gas outlet (OUT) through the gas transfer unit. During the discharge process, it passes through the photocatalyst beads 116 and the honeycomb-type hybrid composite catalyst system 115. Remaining unreacted odorous gases, non-decomposable substances, VOCs, and HAPs can be additionally removed.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 PTO 시스템에서 플라즈마 연소/산화반응 원리는 다음과 같이 요약할 수 있다.As such, the principle of plasma combustion/oxidation reaction in the PTO system according to the first embodiment of the present invention can be summarized as follows.

즉, 플라즈마 연소산화 반응원리는 양극 및 음극의 두 방전극 사이에 10kV/cm 이상의 고전계를 극히 짧은 순간(수십~수백ns 이내)에 인가하면, 펄스 코로나(pulse corona) 방전에 의해 브러시 같은 형태의 전류채널이 형성되는데, 이를 유광(streamer)이라 한다. 유광은 두 전극 사이를 고에너지 전자가 106 ~ 107 cm/sec의 속도로 전파하며, 그 전계내의 분자와 충돌한다. 이와 같이, 고에너지 전자와 충돌하는 분자는 이온화하여 활성자유전자(active free electron)로 고온연소산화 분해된다.In other words, the plasma combustion oxidation reaction principle is that when a high field of 10 kV/cm or more is applied between two discharge electrodes, the anode and the cathode, for an extremely short moment (within tens to hundreds of ns), a brush-like shape is generated by pulse corona discharge. A current channel is formed, which is called a streamer. High-energy electrons propagate between two electrodes at a speed of 10 6 to 10 7 cm/sec and collide with molecules in the electric field. In this way, molecules that collide with high-energy electrons are ionized and decomposed by high-temperature combustion oxidation into active free electrons.

또한, 플라즈마 버너가 고속선회 화염을 형성하여, 연소로 내의 온도를 신속하게 고온으로 만들 수 있고, 연소 가스 중의 오염물질을 파괴, 분해하는 플라즈마 이온이 주입되는 산화연소장치이며, 공기비를 일정하게 분배하여 완전 연소를 일으키는 공기공급 분배장치가 더 포함될 수 있다.In addition, the plasma burner forms a high-speed rotating flame, which can quickly increase the temperature in the combustion furnace. It is an oxidation combustion device in which plasma ions that destroy and decompose contaminants in the combustion gas are injected, and the air ratio is evenly distributed. Thus, an air supply distribution device that causes complete combustion may be further included.

여기서, M/W 플라즈마 버너와 글라이딩 아크(Gliding Arc) 버너의 연소로(방전관)에서 PTO 고온플라즈마로 연소/산화/파괴/분해 처리한다. 즉, 연소반응과 산화 반응을 순차적으로 진행하면서 고온 연소반응에 의해 악취가스, 난분해성 물질, VOCs, HAPs가 제거될 수 있다.Here, combustion/oxidation/destruction/decomposition is performed with PTO high-temperature plasma in the combustion furnace (discharge tube) of the M/W plasma burner and the gliding arc burner. In other words, odorous gases, non-decomposable substances, VOCs, and HAPs can be removed through the high-temperature combustion reaction while the combustion reaction and oxidation reaction proceed sequentially.

가령, PTO(Plasma Thermal Oxidation) 악취저감 기술은, 저에너지로 고온 플라즈마를 발생시켜 일정량의 탄화수소체 연료를 주입하면 빠르게 완전연소반응을 진행할 수 있다.For example, PTO (Plasma Thermal Oxidation) odor reduction technology generates high-temperature plasma with low energy and can quickly proceed with a complete combustion reaction by injecting a certain amount of hydrocarbon fuel.

또한, 플라즈마 화염을 증폭시키고 연소로 온도를 일반 가스버너보다 높은 온도로 증가시킬 수 있다.Additionally, the plasma flame can be amplified and the combustion furnace temperature can be increased to a higher temperature than that of a regular gas burner.

또한, 마그네트론 에너지 효율 80% 이상, M/W 플라즈마 99%이상 전달 효율, 글라이딩아크(Gliding Arc) 전달율 증가시킬 수 있다.In addition, magnetron energy efficiency can be increased by more than 80%, M/W plasma transmission efficiency can be increased by more than 99%, and gliding arc transmission rate can be increased.

또한, 설치/운전비용이 저렴하고, 전기비용, 유지보수비, 운영비를 대폭적으로 절감시킬수 있는 효과가 있고, LPG, LNG, 등유를 선택적으로 사용가능하다.In addition, installation/operation costs are low, it has the effect of significantly reducing electricity costs, maintenance costs, and operating costs, and LPG, LNG, and kerosene can be selectively used.

이는 기존의 RTO 대비 고온의 환경을 유지할 수 있고, 사용되는 LPG량이 적어 플라즈마 연소효과와 연료비를 절감하고, 소형으로도 제작가능하여 초기 투자비를 절감할 수 있다.This can maintain a high-temperature environment compared to existing RTOs, reduces plasma combustion effects and fuel costs due to the small amount of LPG used, and can be manufactured in a small size, reducing initial investment costs.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템의 구성을 나타낸 도면, 도 5는 도 4의 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서 세라믹 PM 집진 시스템의 구성을 나타낸 도면, 도 6은 도 5의 세라믹 PM 집진 시스템에서 세라믹 필터의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a PTO plasma combustion oxidation system according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a ceramic PM dust collection system in the PTO plasma combustion oxidation system of FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a ceramic PM dust collection system in the PTO plasma combustion oxidation system of FIG. This is a diagram showing the configuration of the ceramic filter in the ceramic PM dust collection system.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템은 도 1 내지 도 3에서 설명한 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템을 그대로 이용하면서 집진 시스템이 추가된 형태이다. 이에 따라 제1 실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성에 대해서는 설명을 생략하고 차이점 위주로 설명한다.Referring to FIGS. 4 to 6, the PTO plasma combustion oxidation system according to the second embodiment of the present invention uses the PTO plasma combustion oxidation system according to the first embodiment described in FIGS. 1 to 3, but adds a dust collection system. It is in a formed form. Accordingly, descriptions of components using the same reference numerals as those of the first embodiment will be omitted and the description will focus on the differences.

도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화 시스템을 통해 고온 연소반응에 의해 산화연소반응 처리후 광촉매 비드(116)과 하니콤(honeycom)형 하이브리드 복합촉매시스템(115)을 통과시켜 잔존 대상물질을 후처리하고 나서, 가스 이송 유닛을 통해 집진 시스템으로 대상물질이 이송된다.Referring to FIG. 4, after processing the oxidation combustion reaction through a high temperature combustion reaction through the PTO plasma combustion oxidation system according to the first embodiment, it passes through the photocatalyst beads 116 and the honeycomb type hybrid composite catalyst system 115. After post-processing the remaining target material, the target material is transferred to the dust collection system through the gas transfer unit.

도 5를 참조하면, 집진 시스템은, 이송관을 통해 1차 및 2차 처리된 대상물질은 세라믹 필터(200)을 통과하면서 필터링된다. 이때, 세라믹 필터(200)는 3X4의 12개 필터로 배치되어 다단 또는 다층 구조로서 다단 여과가 가능하고 컴팩트하며 높은 비표면적을 자랑한다.Referring to FIG. 5, in the dust collection system, the target materials that are primary and secondary treated through the transfer pipe are filtered as they pass through the ceramic filter 200. At this time, the ceramic filter 200 is arranged as 12 filters of 3X4, has a multi-stage or multi-layer structure, enables multi-stage filtration, is compact, and boasts a high specific surface area.

도 6을 참조하면, 세라믹 필터(200)의 내부 구조를 살펴보면 외부 표면에 SiC 코팅층이 형성되고, 필터 내부에는 MnOX, V2O5, TiO2 촉매 코팅층이 형성되어 있다. 이에 따라, 외부 SiC 코팅층은 표면 여과층으로 미세분진과 NOX 성분을 집진 및 여과할 수 있고 미세먼지 표집효율이 99.99%으로 거의 완벽에 가까운 효율을 확인할 수 있다. 또한, 내부 복합 촉매 코팅층은 촉매지지층으로 Urea를 환원제로 사용하여 SCR 촉매반응 통해 높은 집진효율과 제거효율을 제공한다. Referring to FIG . 6, looking at the internal structure of the ceramic filter 200, a SiC coating layer is formed on the outer surface, and a MnO Accordingly, the external SiC coating layer is a surface filtration layer that can collect and filter fine dust and NO In addition, the internal composite catalyst coating layer uses Urea as a reducing agent as a catalyst support layer to provide high dust collection and removal efficiency through SCR catalytic reaction.

또한, 세라믹 재질로서 800℃ 이상의 고온에서 사용 가능하고, 고효율 집진이 가능한 집진장치이다. In addition, as it is made of ceramic material, it can be used at high temperatures above 800℃ and is a dust collection device capable of highly efficient dust collection.

또한, 내화학특성이 우수하며, 불연재로 구성되어 있고, 필터의 교환과 점검이 용이하며 필터 수명이 긴 장점이 있다. 즉, 세라믹 필터(200)가 12개 배열로 각각 필터 홀더(204)를 통해 체결되어 필터의 교환과 점검이 용이하다. 또한, 세라믹 필터(200)를 내장한 분리막 사용하여 역수세 가능한 구조로 여과기 내 도입하여 여과 처리용량 및 처리효율을 극대화시킬 수 있다.In addition, it has excellent chemical resistance, is made of non-flammable materials, is easy to replace and inspect the filter, and has a long filter life. That is, the ceramic filters 200 are arranged in an array of 12 and each is fastened through the filter holder 204, making replacement and inspection of the filters easy. In addition, by using a separator with a built-in ceramic filter 200 and introducing it into the filter with a structure that can be backwashed, filtration capacity and processing efficiency can be maximized.

이러한 세라믹 필터(200)는 미세한 먼지 입자(Dust)와 SOx, NOx 분진까지 거를 수 있어, PM25크기의 입자까지 제거할 수 있다. This ceramic filter 200 can filter fine dust particles (Dust), SOx, and NOx dust, and can even remove particles as large as PM25.

또한, 탈진 방식이 오프라인으로 되어 있어 탈진효율을 극대화할 수 있으며, 하부에 먼지집진기(202)가 연결되고, 볼 밸브(206)를 통해 상기 먼지집진기의 분리 및 체결이 용이아형 수시 점검 및 집진된 미세먼지의 수거 및 청소가 용이하다.In addition, the dust extraction method is offline, so dust extraction efficiency can be maximized, and the dust collector 202 is connected to the bottom, and the dust collector can be easily separated and fastened through the ball valve 206. It is easy to collect and clean fine dust.

또한, 에어 스프레이바(Air Spray bar)(203)를 통해 세라믹 필터(200)를 주기적으로 청소할 수 있어 집진 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 바로미터(barometer sensor)(205)를 통해 자동타이머 탈진 기능이 가능하다.Additionally, the ceramic filter 200 can be cleaned periodically through the air spray bar 203, thereby improving dust collection efficiency. At this time, an automatic timer exhaustion function is possible through the barometer sensor 205.

이때 공기 분배기(201)는 상기 바로미터(205)를 통해 세라믹 필터(200)의 점검 주기를 체크하고 에어 스프레이바(203)를 연동되어 에어 펄스로 수치 체크가 가능하다.At this time, the air distributor 201 checks the inspection cycle of the ceramic filter 200 through the barometer 205 and is linked to the air spray bar 203 to check the numerical value with an air pulse.

본 발명의 제2 실시예에 따른 PTO 플라즈마 연소산화시스템에서는 전술한 1차 M/W 플라즈마 버너 시스템과 2차 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템을 통한 연속 연소 및 산화공정으로 대상물질인 CO, NOx, SOx 및 VOCs 배출농도를 현저히 낮출 수 있다. 이에 따라 대상물질의 배출농도가 현저히 낮아 배기가스 후처리장치의 의존도가 낮은 건식처리 장치이나, 제2 실시예에서는 추가적으로 후처리 필터 시스템으로서 세라믹 PM 집진 시스템을 추가하여 SOx, NOx 저감이 가능하다. 이러한 세라믹 집진 시스템은 미세한 입자와 SOx, NOx 분진까지 거를 수 있는 세라믹 필터를 도입하여 PM25크기의 입자까지 제거할 수 있다.In the PTO plasma combustion oxidation system according to the second embodiment of the present invention, the target substances CO, NOx, SOx and VOCs emission concentration can be significantly reduced. Accordingly, it is a dry treatment device that is less dependent on the exhaust gas post-treatment device as the emission concentration of target substances is significantly low, but in the second embodiment, SOx and NOx reduction is possible by adding a ceramic PM dust collection system as an additional post-treatment filter system. This ceramic dust collection system can remove particles up to PM25 size by introducing a ceramic filter that can filter out fine particles, SOx, and NOx dust.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, but it is common knowledge in the art that various modifications and changes are possible without departing from the spirit and scope of the invention indicated by the patent claims. Anyone who has it will be able to easily understand it.

100: 제1 연소로
101: M/W 제너레이터
102: 글라이딩아크 유량계
103: 유량계 박스
104: 오일(oil) 압축기
105: 칠러(chiller)
106: 글라이딩아크 버너
107: 3 stub 터너
108: 양방향 커플러
109: 아이솔레이터
110: 석영 홀더
111: 냉각팬
112: 인디케이터
113: 전원공급장치
114: MCU
115: 하니콤 세라믹
116: 광촉매 비드
117: 먼지 집진기
118: 방화물(fire Proof)
119: 3모듈 플랜지
121: 아크플라즈마 전극바
122: 점화부
123: 도파관
200: 세라믹 필터
100: First combustion furnace
101: M/W generator
102: Gliding arc flow meter
103: Flow meter box
104: Oil compressor
105: chiller
106: Gliding arc burner
107: 3 stub turner
108: Two-way coupler
109: Isolator
110: Quartz holder
111: cooling fan
112: indicator
113: power supply device
114: MCU
115: Honeycomb ceramic
116: Photocatalyst bead
117: Dust collector
118: Fire Proof
119: 3-module flange
121: Arc plasma electrode bar
122: Ignition unit
123: waveguide
200: Ceramic filter

Claims (6)

마이크로웨이브(Microwave)을 이용하여 유입된 대상물질을 1차 연소/산화/파괴/분해처리하여 정화된 물질을 제공하는 M/W 플라즈마 버너 시스템과;
상기 MW 플라즈마 버너 시스템에서 1차 처리된 대상물질을 글라이딩아크 플라즈마를 이용하여 2차 연소/산화/파괴/분해처리하여 출구를 통해 정화된 물질을 제공하는 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템;을 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
An M/W plasma burner system that provides purified materials by performing primary combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment on the introduced target materials using microwaves;
A PTO plasma comprising a gliding arc plasma burner system that performs secondary combustion/oxidation/destruction/decomposition treatment on the target material primarily treated in the MW plasma burner system using gliding arc plasma to provide purified material through an outlet. Combustion oxidation system.
제1항에 있어서,
상기 M/W 플라즈마 버너 시스템은,
M/W 제너레이터로부터 발생된 M/W를 전달하는 도파관과;
상기 도파관의 말단부에 위치하고 상기 도파관과 관통되어 연결되는 제1 연소로와;
상기 제1 연소로 내로 대상물질이 유입되는 유입통로로서 대상물질 주입부와;
상기 제1 연소로 내에서 제공된 M/W 플라즈마에 점화하여 플라즈마 토치를 발생시키는 점화부와;
상기 제1 연소로의 플라즈마 토치 발생 영역으로 탄화수소계 연료를 주입하는 연료 주입부;를 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
According to paragraph 1,
The M/W plasma burner system,
A waveguide that transmits M/W generated from the M/W generator;
a first combustion furnace located at an end of the waveguide and penetrated and connected to the waveguide;
an inlet passage through which the target material flows into the first combustion furnace, and an injection portion for the target material;
an ignition unit that ignites the M/W plasma provided in the first combustion furnace to generate a plasma torch;
A PTO plasma combustion oxidation system comprising: a fuel injection unit for injecting hydrocarbon-based fuel into the plasma torch generation area of the first combustion furnace.
제1항에 있어서,
상기 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템은,
1차 M/W 플라즈마 버너 시스템의 제1 연소로와 연통되어 1차 연소 처리된 대상물질이 유입되는 제2 연소로와;
고전압의 전력을 공급하여 상기 제2 연소로에서 방전을 통해 아크를 형성하고 생성된 플라즈마는 반응물에 의해 대류되어 상기 제2 연소로 후단으로 밀려나고 전극으로부터 상기 제2 연소로로 유입된 1차 연소 처리된 대상물질을 상기 생성된 플라즈마 화염을 통해 산화반응으로 2차 플라즈마 처리하는 글라이딩아크 버너부;를 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
According to paragraph 1,
The gliding arc plasma burner system,
a second combustion furnace connected to the first combustion furnace of the primary M/W plasma burner system into which the target material subjected to primary combustion treatment flows;
High-voltage power is supplied to form an arc through discharge in the second combustion furnace, and the generated plasma is convected by reactants and pushed to the rear of the second combustion furnace, and primary combustion flows into the second combustion furnace from the electrode. A PTO plasma combustion oxidation system comprising a gliding arc burner unit that processes the treated target material through a secondary plasma oxidation reaction through the generated plasma flame.
제3항에 있어서,
상기 글라이딩아크 버너부는,
내부 할로우를 통해 연료가 주입되는 글라이딩아크 전극바와,
상기 글라이딩아크 전극바와 연결되고 외부 전극이 구비되어 내부에 방전가스가 주입되는 전극바 홀더와,
상기 글라이딩아크 전극바의 말단부에 연결되고 상기 제2 연소로의 내부에 위치하여 플라즈마 화염을 발생시키는 내부 전극을 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
According to paragraph 3,
The gliding arc burner unit,
A gliding arc electrode bar through which fuel is injected through an internal hollow,
An electrode bar holder connected to the gliding arc electrode bar and equipped with an external electrode into which discharge gas is injected,
A PTO plasma combustion oxidation system comprising an internal electrode connected to a distal end of the gliding arc electrode bar and located inside the second combustion furnace to generate a plasma flame.
제1항에 있어서,
상기 M/W 플라즈마 버너 시스템과 상기 글라이딩아크 플라즈마 버너 시스템을 통해 1차 및 2차 처리된 대상물질을 필터링하는 세라믹 필터부를 더 포함하는 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
According to paragraph 1,
A PTO plasma combustion oxidation system further comprising a ceramic filter unit for filtering target materials that are primary and secondary processed through the M/W plasma burner system and the gliding arc plasma burner system.
제5항에 있어서,
상기 세라믹 필터부는 외부 표면에 SiC 코팅층이 형성되고, 상기 세라믹 필터부의 내부에는 MnOX, V2O5, TiO2 촉매 중의 어느 하나 또는 이들의 결합 코팅층이 형성된 PTO 플라즈마 연소산화시스템.
According to clause 5,
A PTO plasma combustion oxidation system in which a SiC coating layer is formed on the outer surface of the ceramic filter unit, and one of MnO
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100069213A (en) 2008-12-16 2010-06-24 한국과학기술연구원 The apparatus and method on the treatment of volatile organic compounds using gliding arc plasma-catalyst process
KR101400669B1 (en) 2012-12-27 2014-05-29 한국기초과학지원연구원 Gasification device of solid hydrocarbon using microwave plasma torch

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