KR890002205B1 - 2단식 전기집진 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

2단식 전기집진 장치

제1도는 종래의 전기집진 장치의 구성도.

제2도는 그 평면도.

제3도는 전극부의 확대도.

제4도는 그 전류전압 특성도.

제5도는 그 방전극의 사시도.

제6도는 본 발명의 일실시예를 표시한 2단식 전기집진 장치의 구성도.

제7도는 그 평면도.

제8도는 그 전극부의 확대도.

제9도는 그 대전부와 집진부의 결합배치도.

제10도는 그 대전부의 전류전압 특성도.

제11도는 그 방전극의 사시도.

제12도는 집진극과 방전극의 평면상의 배열을 표시한 전극구성 설명도로서 제12(a)도는 정4각형배열, 제12(b)도는 정3각형 배열을 표시한 도면.

제13도는 집진극의 전류밀도 분포 특성도로서, 제13(a)도는 본 발명 실시예의 특성도, 제13(b)도는 종래의 특성도.

제14도는 전계강도 분포 특성도로서 제14(a)도는 본 발명 실시예의 전계 강도가 높은 영역을 표시한 도면, 제14(b)도는 그 전개 강도 분포곡선을 표시한 도면, 제14(c)도는 종래의 전계 강도가 높은 영역을 표시한 도면, 제14(d)도는 그 전개 강도 분포곡선을 표시한 도면.

제15도는 제6도에 있어서의 2단식 전기집진 장치의 개략 구성을 표시한 측면도.

제16도는 소구분 댐퍼의 일례를 표시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1a),(1b) : 집진극 (4),(5) : 방전극

(6) : 대전부 (7) : 집진부

(3c),(3f) : 직류고전압 발생장치 (8a),(8b) : 펄스전압 발생장치

G : 가스흐름 방향 (10) : 본체

(11) : 소구분댐퍼 (12) : 호퍼

(13) : 가동차단판 (14) : 가스통로

(15),(16) : 스프로킷 (17) : 체인

(18) : 전달기구 (19) : 구동모우터

(20) : 구획판 (21),(22) : 가이드레일

(23) : 리밋스위치

본 발명은 대전부와 집진부로 이루어지는 2단식 전기집진 장치의 개량에 관한 것이다.

종래의 전기집진 장치(이하 EP라함)는 먼지 저항이 커져서 그 고유 저항치가 10"~10¹²Ω-cm를 초과하게 되면, 집진극에 퇴적한 먼지층내에서의 절연파괴, 즉 역전리현상이 발생하기 때문에, 포집성이 대폭적으로 저하되는 결점이있다.

따라서, 석탄화력용 혹은 소결기용 EP 등의 고저항 먼지를 취급할 경우에는, 일반적으로 포집성의 저하를 보충하기 위해서 EP 용량을 크게 하지 않을 수 없다.

이 때문에, 고저항 먼지 대책으로서 여러가지의 개선이 시도되고 있느며, 그 하나로서 공기청정기 등으로 널리 실용화되고 있는 2단계식 EP(Two stage EP), 즉 먼지에 하전(荷電)을 주는 대전부와 고전계(高電界)이고 먼지를 집진하는 집진부로 나누어서, 고전계부에서 전류를 극력적게 하므로서 역전리를 억제하는 방법(역전리의 시발조건은 Pd×id Edc이며, 먼지 저항(Pd)이 높아도 먼지층을 흐르는 전류(id)가 적으면 먼지층의 파괴 내압(Edc)을 넘지 않는다.)을 일반산업용에 적용할려고 하는 시도가 있다.

그러나 이 경우도 먼지의 대전부에서의 역전리의 억제가 어렵고, 현재 여러가지 방식이 시도되고 있다.

예를 들면, 파이프를 전극으로 사용해서, 파이프속에 물을 흐르게 하므로서 전극을 냉각하여 먼지의 전기 저항을 낮추어서 역전리를 억제하는 방식, 혹은, 또 집진극과 방전극의 사이에 제3의 전극을 설치하여, 역전리시에 발생하는 역극성의 이온을 흡수하므로서 역전리를 억제할려고 하는 제3전극 방식등이 있다.

또, 하전제어의 연구에 의해서, 역전리를 이르키는 일없이 먼지에 전하만을 주는 "박서차아저"라고 불려지는 입자하전장치(일본특허원소화 52년 제106400호)등도 제안되고 있다.

그러나, 이들 방법은 모두 일반산업용의 상용 규모로서의 실기화(實機化)가 곤란하기 때문에, 실용화에는 이르지 못하고 있다.

한편, 하전제어에 의해서 종래의 형식인 EP의 성능 향상을 시도로서 펄스하전방식, 즉 순간적으로 펄스 상태의 고전압을 인가하므로서, 높은 피이크전압을 인가하고, 또 균일한 전류를 얻으므로서 집진효율을 높이는 방법이 있으나, 이 경우도 펄스 전원의 가격문제 및 전력소비량의 저감을 어떻게 하느냐하는 문제점이 있다.

그런데, 제1도~제5도에 표시한 종래형 EP에서는 제1도에 표시한 직류고전압 발생장치(3a),(3b)로부터 제2도 및 제3도에 표시한 집진극(1) 및 방전극(2)에 고전압이 인가되면 제4도에 표시한 바와같이 정상시에는 (a)와 같은 전류전압 특성을 나타내며, 이 때문에 높은 전류전압이 인가된 조건에서 운전가능하기 때문에, 높은 포집성을 얻을 수 있으냐, 고 저항 먼지의 집진으로 역전리 발생시에는 (b)와 같은 특성이 되어, 운전전압은 낮고, 또 유효한 운전전류도(P2)로 억제되기 때문에(그 이상은 역전리부에서의 무료 전류로 소비된다), 포집성이 저하된다.

이 때문에, 제1도에 표시한 바와같이 직류 고전압장치(3a),(3b)에 결합콘덴서(9c),(9b)를 개재해서 펄스고전압 장치(8c),(8b)를 추가설치 하므로서 제4도에서 점선(h)으로 표시한 바와 같이 하전 특성을 변화시켜, 펄스 하전이 가진 균일한 방전특성을 이용해서 보다 높은 운전 전류밀도를 운전하므로서 성능 개선을 도모하는 방법도 생각 될 수 있다.

그러나, 종래형의 EP의 경우에는, 각각의 분야에서 먼지의 대전 및 집진을 함께 행하기 때문에, 어느정도 방전특성이 좋은, 예를 들어 제5(a)도 제5(b)도 제5(c)도에 표시한 바와같은 가시가 붙은 것 혹은 제5(d)도 제5(e)도에 표시한 바와 같이 곡률 반경이 작은 방전극(2)(d=1~3mmψ)으로 구성되어 있기 때문에, 펄스 하전을 중첩해도 먼지의 대전에 유효한 전류를 증대할 수는 있으나, 집진에 유효한 전계의 증대는 기대할 수 없어, 대폭적인 개선은 바랄 수 없다.

또, 펄스 하전을 EP의 전분야에 하전하므로서, 펄스 발생장치의 코스트가 높아지는 일, 및 펄스 전압 발생을 위한 수단으로서 에너지를 파형성형장치(波形成形抵抗)으로 주울열로해서 소모시키는 경우에는 소비전력도 많아지는 등 많은 결점이 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 결점을 감안하열 고안된 것으로서 주로 먼지에 전하를 주는 대전부와, 주로 먼지를 집진하는 집진부로 구성된 2단식 전기집진 장치에 있어서, 대전부에 균일 단면을 가진 방전극을 사용하고, 이 방전극에 직류 고전압과 펄스 고전압을 중첩해서 인가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

즉, 본 발명은, 통상의 직류 고전압을 인가했을 경우에는 코로나 개시 전압이 높고, 전류가 흐르기 힘든 특성을 가진 균일한 단면으로된 방전극과, 극판표면에 높은 균일한 전계를 구성할 수 있는 집전극의 결함에 있어서, 양극간에 직류 고전압과 수 10ns~수백 ㎲의 펄스폭을 가진 펄스 고전압을 중첩시키므로서 고저항 먼지에도 높은 전계강도를 유지하면서, 높은 전류밀도를 얻을 수 있는 성질에 착안해서 당해부분을 주로 먼지의 대전부로 이용하고, 후속하는 직류 고전계를 인가하는 하전구분을 집진 부분으로 이용하므로서 양자의 결합에 의해서, 전체적으로는, 경제적으로 펄스 전원을 이용하고 또 콤펙트 하면서 고성능의 전기집진 장치를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 제6도~제16도에 표시한 실시예에 의거해서 구체적으로 설명한다.

제6도 및 제7도에 표시한 바와같이, EP의 구성은 대전부(6)와 집진부(7)에 의해서 구성되며, 그들의 결합은 제9도에 표시한 바와같이 대전부+집진부 혹은 대전부+집진부+집진부 등의 결합예가 단수 혹은 복수로서 구성되어 있다.

또, 대전부(6)는 제11도에 표시한 제11(a)도와 같이 3~10mm의 둥근선 혹은 제11(b)도와 같이 4~10mm의 각이난 선 혹은 또 그들과 유사한 현상이며 길이방향으로 균일한 단면을 가진 제11(c)도 제11(d)도에 표시한 바와같이 방전극(4)과 제8도에 표시한 바와같이 요철이 적고 그 표면에 균일한 전계를 구성할 수 있는, 예를 들면 평판 혹은 둥근형상등의 집진극(1a)으로 구성되며, 양전극(4)-(1a)간에는 제6도에 표시한 직류고전압 발생장치(3c) 및 (3f)에 의해서 직류 고전압이 인가되고, 또 결합콘덴서(9a),(9b)를 개재해서 펄스 전압 발생장치(8a),(8b)에 의하여 공급되는 수 10ns~수 100㎲의 펄스 고전압이 중첩해서 인가되도록 되어 있다.

또, 집진부(7)에 대해서는 통상의 종래 널리 사용되고 있는 집진극과 방전극의 결합이라도 상기한 대전부(6)와의 결합에서 효과가 있으나, 보다 효과적인 결합으로서는 제8도에 표시한 바와같이 방전극(5)의 가스흐름방향의 피치를 작게하던지, 혹은 또 방전극(5)의 곡률반격(방전극으로서 둥근 형상이외의 방전극을 사용하는 경우에는 등가(等價)의 곡률반경)을 크게하는 등으로 가능한한 높은 전압을 얻을 수 있는 방전극(5)과 집진극(1b)의 결합을 생각할 수 있다.

본 발명의 전기집진 장치는 상기한 바와같이 구성되어 있으므로, 통상의 직류 고전압을 인가한 상태에서는 제10도의 (c) 또는 (d)에 표시한 바와같이 고전계형이지만 전류가 흐르지 않는다. 혹은 대단히 흐르기 힘든 특성을 나타내는 방전극(4)과 집진극(1a)의 결합에 의해서 이루어진 대전부(6)에, 펄스 고전압을 중첩시키므로서, 고저항 먼지라도 (e)와 같이 높은 전계강도를 유지하면서 비교적 높은 전류밀도를 얻을 수 있는 전류전압 특성을 얻을 수 있기 때문에 먼지에 높은 전하를 주는 것이 가능해진다.

이 경우, 대전부(6)는 주로 먼지에 전하를 주지만, 물론 어느 정도의 집진기능을 가지기 때문에, 통상의 집진기와 마찬가지로 적절히 망치 때림등에 의해서 먼지를 털어내는 일을 하도록 되어 있다.

다음에, 전하를 받은 먼지는 집진부(7)에서 전계의 쿨롱의 힘에 의해서 집진극에 포집된다. 이 경우 집진부(7)의 전극구성으로서 전류가 거이 흐르지 않고 높은 전계강도를 가진 전극결합을 상기한 대전부(6)와 결합 시키므로서 높은 집진효율을 얻을 수 있다. 즉 집진부(7)에서는 먼지는 대전부(6)에서 미리 전하를 받고 있기 때문에, 전류의 공급은 재비산(再飛散)을 방지할 수 있을 정도의 필요 최저한 이며되며, 이 때문에 역전리를 발생함이 없이 높은 전계강도를 유지할 수 있고, 높은 집진효율을 얻을 수 있게되어, 총합적으로 콤펙트이면서도 고효율을 달성할 수 있다.

또, 일반적인 2단식 EP와 마찬가지로, 방전극쪽을 평판으로 구성하고 평행평판의 고전계로 집진부를 구성하는 것도 물론 가능하다.

또, 본 발명에서는 제11도에 표시한 바와같이 가시가 없는 균일단면으로 이루어진 방전극(4)을 가진 소하전구분에 통상의 직류 고전압과 수 10ns~수100㎲의 펄스 고전압을 중첩인가하여, EP의 속에서 주로 대전을 행하는 대전부(6)로서 기능하도록 하고, 후단의 저전류 고전계로 하전구분인 집진부(7)와의 결합에 의해서 높은 집진성능을 얻을 수 있도록 하였으므로, (1) 가시가 없는 균일단면으로 이루어진 방전극(4)은 통상의 직류고전압을 인가해도 제10도의 (c) 또는 (d)와 같이 전류가 거이 흐르지 않는채 불꽃을 이행하거나, 혹은 또 대단히 저전류 고전압의 상태에서 역전리에 이행하지만, 수 10ns~수 100㎲의 펄스전압을 중첩인가하므로서, 제10도의 (e)와 같은 전류전압 특성을 얻을 수 있으며, 펄스량을 중첩하기 이전의 역전리의 개시운전 조건(P3)보다도 높은 전류밀도로 역전리를 일으키는 일없이(P4)로 표시한 바와같이 운전할 수 있기 때문에 신속히 먼지에 전하를 주는 기능을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

(2) 또, 종래의 지견으로서는, 본 발명에 의해서 얻어지는 제10도의 전류전압 특성의 역전리 개시조건(P4)보다 전류를 상승시켜도 역극성의 이온만이 증대하게 되는 고로 전류의 소비 및 전압이 상승하지 않기 때문에, 집진효율을 증대하지 않는다.

그러나 본 발명에서는 (P4)를 넘어서 운전할 경우라도 먼지의 전하량이 증대하기 때문에, 대전부 단독의 집진효율은 향상되지 않으나, 후단의 고전계부에서의 집진효율이 향상되기 때문에 전체로서의 집진효율을 향사시킬 수 있다.

이것은 종래의 하전방법에서는 역전리가 발생하면 국부적으로 전류가 흘러서, 그 부분에서만 전류가 소비되지만, 펄스를 중첩시킨 경우에는 역전리 발생시에 있어서도 균일하게 전류가 흐르고, 이 때문에 역극성의 이온의 증대는 있으나 그래도 전류를 증가하므로서 이온의 공급량의 절대량이 증가해서 먼지의 하전량이 증가하는 것으로 생각되며, 이것을 실험에 의해서도 확인되고 있다.

(3) 또, 본 발명에서는 EP를 2단식으로 가능을 분산시켜, 주로 먼지에 대전을 향하게 하는 부분인 대전부(6)의 소구분에만 한정해서 수 10ns~수 100㎲의 펄스 고전압을 중첩하므로서, 경제적으로도 또 효율좋게 펄스 전원을 이용하는 일이 가능하다.

또, 본 발명의 전기집진 장치에 있어서는, 예를 들면 1미크론의 입자면, 전류밀도 0.2mA/㎡, 전계강도 2KV/cm의 조건에서의 계산예에서는 하전 시간 0.1초에서 포화대전량의 65%, 1초에서 95%의 대전량이 확보될 수 있기 때문에 가스속도를 1m/s로 잡으면 대전부분의 길이는 실용상 10cm~1m만 있으면 충분하다. 여기에 펄스 전원의 코스트 및 소비전력은 개략 방전극과 집진전극간의 콘덴서 용량에 비례하기 때문에, 대전부에만 한정해서 펄스전원을 이용하는 것은 매우 경제적이다.

다음에 본 발명에 있어서의 먼지의 대전기능과 집진효율을 더욱 높이기 위한 대전부의 전극의 형상과 배치에 대해서 제12도~제14도를 참조함녀서 상세히 설명한다.

제12도에 본 발명에 표시한 2단식 EP의 대전부의 집진극과 방전극의 평면상의 구성을 표시한다.

제12(a)도에 있어서, 집진극(2a)은 가스흐름(G)에 수직방향으로 둥근형상 또는 동등한 균일 단면을 가지며, 또 방전극(1a)은 집진극(2a)의 중심이 구성하는 다각형내에 다각형의 각 정점으로부터 등거리의 점에 배치된다.

여기에, 제12(a)도에서는 다각형의 구성이 정4각형의 편성 및 제12(b)도에서는 정3각형의 예를 표시하나, 이들 편성에 있어서, 반드시 정4각형, 정3각형으로 한정하지 않으며, 예를 들면, 장방형 혹은 2등변 3각형과 같이 구성되는 다각형 중에서 각 정점 각각에서부터 등거리인 점이 존재하는 조건을 만족시키는 것이라면 되지만, 가능하면 정4각형, 정3각형 등의 다각형이 바람직하다.

또, 제12도의 예는(G)로 표시한 가스흐름 방향의 다각형의 구성수가 1개의 대전부당 2개의 예를 표시하나, 물론 2개에 한정되지 않고 단수 혹은 3개 이상의 구성이라도 관계없다. 또, 제12도의 (3)은 직류전압 발생장치, (8)은 펄스 발생장치, (9)는 펄스전압을 인가하기 위한 결합콘덴서이다.

이상에서 표시한 전극의 배열편성에 의해서, 집진극(2a) 또는 (2b)의 전류밀도 분포 특성은 제13(a)도에 표시한 바와같이 제13(b)도의 종래형의 전극편성(1b+2b)에 의한 전류밀도(I9₂)에 비해서, 둥근형상의 집진극(2a)의 표면에서는 대단히 균일한 전류밀도(I9₂)를 얻게된다. 이들은, 본 출원인에 의해서 이론적계산 및 실험계측의 결과 이것을 확인하고 있다.

또, 한편으로는 제14(a)도와 제14(c)도에 표시한 방전극과 집진극의 등(等)전계강도 분포가 표시한 바와같이 제14(c)도와 제14(d)도에 표시한 종래의 전극 구성에서는 방전극(1b)의 근처에만 전계 강도가 높은 부분(Pb)가 존재하고 있으나, 제14(a)도 제14(b)도에 표시한 본 발명의 전극 구성에서는 방전극(1a)의 근처 뿐만 아니라 집진극(2a)의 근처에도 높은 전계 강도를 가진 부분(Pa)을 구성할 수 있으며, 이에 대해서도 또 이론계산 및 실험계측의 결과에 의해서 확인하고 있다.

상기한 바와같이, 본 발명에 표시한 전극구성에 의해서, 집진극 근처에 균일한 전류밀도를 얻을 수 있고, 또 전계강도가 높은 영역을 방전극 근처와 집진극 근처양쪽에 만들 수 있는 특성을 이용해서 2단식 EP의 대전부로서의 기능, 즉 먼지에 전하를 주는 기능이 향상될 수 있는 점에 대해서 다음에 설명한다.

먼저, EP에서 취급하는 먼지는 주로 전계대전, 즉 코로나 방전으로 만들어진 단극성 이온이 전계에 구동되어서 입지표면에 사돌(射突)하므로서 대전되지만, 이 경우 먼지의 대전량(q)은 다음식으로 표시할 수 있다.

....................................................... (1)

여기에 q∞(포화대전량)은 대전부의 전계강도(E)에 비례하고, 또(대전시 상수)는 전계강도(E)에 비례해서, 전류밀도(i)에 반비례하기 때문에, 대전량을 증가시키기 위해서는 전계강도(E)를 가능한한 올리는 것이 좋으며, 또 단시간으로 대전량을 증가시키기 위해서는 전류밀도를 증가시켜 줄 필요가 있다.

여기서, 제4도에서 표시한 바와같이 본 발명에서는 전류밀도가 종래형의 전극에 비해 균일한 고로 그 효과로서 먼지에 균일하게 전하를 주는 효과외에, 고저항 먼지에 대해서 높은 운전전계 강도를 얻을 수 있어 그 결과 대전 기능을 향상시킨다.

즉, 고저항 먼지의 경우에는 운전전압이 역전리가 개시되는 포인트에 의해서 결정되고, 또 역전리의 개시 포인트는 먼지층을 흐르는 전류(id)와 먼지저항(pd)의 곱(id×pd)이 먼지층의 파괴내압(Edc)을 초과했을 때에 의해서 결정되지만, 집진극 표데로의 전류 밀도가 균일하다고 하는 것은 전체적으로 높은 전류·전압의 조건 까지는 역전리를 발생하지 않고 운전이 유지될 수 있는 효과가 발생하여, 그 결과로서 대전 기능을 향상시킬 수 있다.

또, 제5도에서 표시한 바와같이, 본 발명에서는 집진극 쪽에도 높은 전계 강도를 얻을 수 있는 영역[제5(a)도의 Pa로 표시한 부분]이 되지만, 이에 의해서 종래는 보다 높은 전하를 얻을 수 있는 영역이 방전극 근처로 한정되고 있는데 비해 먼지에 높은 전하를 주는 영역이 확대되었기 때문에 가스흐름(G)에 반송되어온 먼지는 그 대부분이 전계의 높은 영역, 즉 높은 전하를 받을 수 있는 영역을 통과하게 되므로서, 대전 기능이 향상되고, 따라서 집진 효과를 현저하게 증대시킨다.

또, 본 실시예에 있어서는 집진장치 본체(10)내에 2단으로 설치한 대전부와 집진부에 있어서 후단의 집진부(7)(복수의 집진극(1b)와 복수의 대향전극(1b')으로 이루어짐)의 하류쪽에 가스의 흐름을 차단하는 소구분댐퍼(11)가 착설되어 있다. 이 소구분댐퍼(11)는 예를 들어 제16도에 표시한 바와같이 구성되며, 집진부(7)에서 포집한 먼지를 아래쪽의 호퍼(12)에 털어 떨어지게 할때의 먼지의 재비산을 방지하는 것이다. 즉, 제16도에 있어서 (13)은 상기 복수의 집진극(1b)에 의해서 형성된 복수의 가스통로(14)를 하나씩 순번으로 폐쇄하는 가동차단판이다. 이 가동차단판(13)은 스프로킷(15),(16)간에 감겨진 체인(17)에 의해서 가스의 흐름 방향과 직각으로 이동하도록 되어 있으며 스프로킷(15)에는 전달기구(18)를 개재해서 구동모우터(19)가 연결되어 있다. 또, 상기 가동차단판(13)은 집진극(1b)의 후부에 설치된 구획판(20)의 상단과 하단에 착설된 가이드레일(21),(22)에 따라서 이동하도록 되어 있으며, 각 구획판(20)의 하단에는 가동차단판(13)의 위치를 검출하는 리밋스위치(23)가 착설되어 있다. 즉, 이 소구분댐퍼(11)는 망치 때림을 하고자 하는 집진극(1b)의 가스통로를 가동차단판(13)으로 폐쇄하여, 가스의 흐름을 차단하므로서 먼지의 재비산을 방지하도록 구성되어 있으므로 먼지의 재비산에 의한 집진 성능의 저하를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명은 펄스전원을 경제적으로 이용할 수 있고 또 대전부의 전극형상과 배치의 개선 및 집진부의 소구분댐퍼 장치에 의한 고율의 포집성능을 가진 콤펙트하고 고성능의 2단식 전기집진 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 주로 먼지에 전하를 주는 대전부와, 주로 먼지를 집진하는 집진부로 구성된 2단식 전기집진장치에 있어서, 대전부에 균일단면을 가진 방전극을 사용하고, 이 방전극에 직류고전압과 펄스고전압을 중첩해서 인가하는 것을 특징으로 하는 2단식 전기집진 장치.
2. 제1항에 있어서, 대전부가 가스 흐름과 수직방향으로 막대형상의 균일단면 형상을 가진 집진극을 다각형을 구성하도록 배설하고, 이 집진전극이 구성하는 다각형의 각 정점으로서부터 대략 등간격의 위치에 방전극을 배설해서 이루어진 것을 특징으로 하는 2단식 전기집진장치.
3. 제1항에 있어서, 집진부의 하류쪽에 가스의 흐름을 차단하는 소구분 댐퍼를 구비한 것을 특징으로 하는 2단식 전기집진장치.

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