WO2020045694A1 - 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버 - Google Patents

고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버 Download PDF

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WO2020045694A1
WO2020045694A1 PCT/KR2018/009886 KR2018009886W WO2020045694A1 WO 2020045694 A1 WO2020045694 A1 WO 2020045694A1 KR 2018009886 W KR2018009886 W KR 2018009886W WO 2020045694 A1 WO2020045694 A1 WO 2020045694A1
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liquid
electrostatic spray
unit
spray scrubber
gas flow
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PCT/KR2018/009886
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최종원
김정근
이계중
최영찬
이영주
김진한
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한국에너지기술연구원
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/06—Spray cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/035—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by gasless spraying, e.g. electrostatically assisted airless spraying
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic spray scrubber for simultaneously reducing solid and gaseous dust, and more particularly, by applying a high voltage to a body part and spraying fine droplets generated at this time to remove particulate and gaseous contaminants contained in exhaust gas at the same time.
  • the present invention relates to an electrostatic spray scrubber for simultaneously reducing solid and gaseous dust.
  • Gases emitted from thermal power plants or waste incineration contain various air pollutants such as dust, nitrogen oxides, and sulfur oxides. Among them, fine dusts having a small particle diameter enter the human body and cause respiratory diseases as well as plant growth. It has a harmful effect on the environment.
  • gravitational dust collection, inertial dust collection, filter dust collection, cleaning dust collection, and electrostatic dust collection techniques are generally known dust collection techniques.
  • Gravity dusting technology is a technology that naturally precipitates particles as air moves by using gravity of particles, and inertial force dusting technology uses the principle of collecting dust by inertia at the turning point by rapidly changing the flow direction of gas. It is effective for removing relatively large particles, but hardly removes fine particles.
  • a filtration technique for removing particles by passing a gas through a filter having fine pores and an electrostatic precipitating technique for supplying electricity to remove dust by charging it is known to have a relatively high dust collection efficiency.
  • the throughput of the exhaust gas is drastically reduced because the particles block fine pores, and thus frequent replacement of the filter leads to an increase in the cost of treating the exhaust gas.
  • the dry process is carried out in the order of particle charging, adhesion of particles to the collector, desorption of particles attached to the collector, and removal of particles accumulated in the collector, but unstable corona discharge and electrical characteristics of the particles Due to the particle's resistivity, re-scattering, back corona, etc. occur, and dust collection efficiency is reduced.
  • Wet electrostatic precipitator which washes particles attached to electrodes with water, The use of water, the formation of uneven water film in the dust collector and the corrosion have been pointed out as big problems.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrostatic spray scrubber that can effectively remove particulate matter and various gaseous contaminants contained in exhaust gas and the like at the same time.
  • an object of the present invention to provide an electrostatic spray scrubber that is easy to operate and simple in structure, and which can reduce the amount of secondary pollutants.
  • Electrostatic spray scrubber of the present invention for solving the above problems, the exhaust gas inlet 110 for inducing the exhaust gas containing any one or more of the particulate and gaseous pollutants are provided on the lower side outer surface, An upright body portion 100 having an empty inside having a gas outlet 120 through which the removed gas is discharged; A porous plate 200 provided in the body portion 100; A first liquid injection part 300 provided inside the body part 100 and positioned above the porous plate 200; A gas flow guide part 400 provided inside the body part 100 and positioned above the first liquid injection part 300; A second liquid injection part 500 provided inside the body part 100 and positioned between the first gas flow induction part 400 and the inner wall surface of the body part 100; '+' Lead wire 600 connected to the body portion 100; And a ' ⁇ ' lead wire 610 connected to the first liquid spraying part 300 and the second liquid spraying part 500.
  • the gas flow guide unit 400 and the second liquid spray unit 500 is characterized in that it is further provided below the porous plate 200.
  • the porous plate 200 is located in contact with the inner wall of the body portion 100, the center is provided with a perforation portion 220 having one or more through holes 221
  • the periphery of the perforation part 220 is characterized in that it consists of a closed part (210).
  • the gas flow induction part 400 is made of a side of the same shape as the side of the body portion 100, the lower surface is open, the side and the upper surface is sealed, the inside is empty, the inside Characterized in that the spaced apart from the wall by a predetermined distance.
  • the first liquid spray unit 300, the first liquid moving tube 310 and the first injection nozzle 320 of the bottom of the first liquid moving tube 310 is made of The first injection nozzle 320 is positioned on a virtual extension line extending from the center point of the through hole 221.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrostatic spray scrubber according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the first liquid injection part from below.
  • FIG. 2 is a view of the first liquid injection part from below.
  • FIG. 3 is a view of a porous plate viewed from below to illustrate an arrangement structure of a first liquid injection part and a porous plate.
  • FIG. 4 is a view for explaining the direction of the droplets injected from the first injection nozzle.
  • FIG. 6 is a view for explaining the direction of the droplets injected from the second injection nozzle.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the electrostatic spray scrubber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an electrostatic spray scrubber according to a third embodiment of the present invention.
  • the particulate contaminant means a substance present in the form of particles having a size of several ⁇ m or more, and the gaseous contaminant may be in a gas state that may adversely affect the human body or ecosystem such as odor-causing substances, nitrogen oxides, and sulfur oxides. Means contaminants present.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrostatic spray scrubber according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrostatic spray scrubber includes a body part 100, a porous plate 200, a first liquid spray part 300, a gas flow guide part 400, '+' Lead wire 600 connected to the second liquid spraying part 500 and the body part 100 and '-' lead wire 610 connected to the first liquid spraying part 300 and the second liquid spraying part 500. It is made, including.
  • the lower portion of the body portion 100 is a cone of a vertical light narrowing structure whose cross-sectional area gradually decreases downward, and the upper portion is vertically upright in a long cylindrical shape having a predetermined height and an inner diameter. .
  • the lower side predetermined position is provided with an exhaust gas inlet 110 for inducing exhaust gas containing any one or more of the particulate contaminants and gaseous contaminants, and at the bottom of the various contaminants removed from the introduced exhaust gas and Waste liquid discharge port 130 for discharging the injected liquid is provided.
  • the waste liquid outlet 130 may be provided with a valve for opening and closing.
  • the upper ceiling is provided with a gas outlet 120 smaller than the inner diameter of the body portion 100 to discharge the gas from which the pollutants have been removed.
  • the body portion 100 is made of a conductive material so that a positive (+) charge can be applied, and in the accompanying drawings, the horizontal cutting surface is shown as being circular, but also polygonal, excluding a triangle such as a square, a pentagon, a hexagon, and the like. It's okay.
  • the porous plate 200 which is first contacted with the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 110 includes a closure 210 and a perforation 220.
  • the perforation part 220 positioned at the center of the porous plate 200 has one or more through holes 221 formed therein to allow the exhaust gas to pass therethrough, and exhaust gas is formed outside the perforation part 220.
  • the sealing part 210 is provided so as not to pass.
  • the sealing unit 210 is preferably inclined downward at a predetermined angle toward the center so that the liquid sprayed from the second liquid spraying unit 500, which will be described later, and the pollutants collected flow well to the waste liquid outlet 130. .
  • the porous plate 200 is made of a conductive material because a positive (+) charge is applied like the body portion 100.
  • the first liquid injection part 300 of the conductive material is positioned on the porous plate 200. As shown in FIG. 2, which is a view of the first liquid spray unit from below, the first liquid spray unit 300 may spray liquid to the exhaust gas rising while passing through the through hole 221 of the porous plate 200.
  • One or more first liquids for injecting the liquid in the liquid transfer tube 310 and the liquid of the first liquid transfer tube 310 and the liquid storage tank (not shown) provided separately to the first injection nozzle 320 to the bottom so that It consists of a supply pipe (330).
  • the first liquid injection part 300 is made of a conductive material because negative (-) charge is applied, but on the side wall of the body part 100 to prevent a short with the body part 100 applied with a positive (+) charge.
  • the insulation insulator 140 is wrapped along the outer circumference of the first liquid supply pipe 330 to be fixed.
  • FIG. 3 is a view of the porous plate from below.
  • FIG. 3 is a view for explaining an arrangement structure of the first liquid injection unit and the porous plate.
  • FIG. 4 is a view for explaining the direction of the droplets injected from the first injection nozzle.
  • the outer diameter of the circular liquid moving tube 311 is the outer diameter of the perforation part 220 so as to minimize the number of nozzles and the liquid injection amount and effectively contact the exhaust gas rising while passing through the through hole 221. Smaller ones are preferred, and more preferably similar to a virtual circular inner diameter connecting the outside of the apertures 221 located at the edges.
  • the porous plate 200 electrically connected to the body part 100 is charged with a positive (+).
  • the first liquid injection unit 300 including the first injection nozzle 320 positioned on the center point of the through hole 221 and an imaginary extended extension line is negatively charged, so that when the high voltage is applied, Fine droplets are generated through the injection nozzle 320, and the droplets move toward the edge of the through hole 221. Therefore, most of the exhaust gas rising through the through hole 221 comes into contact with the microdroplets, so that the particulate matter is trapped in the droplets or agglomerates that the particles grow, and the soluble material is dissolved in the droplets and removed from the gas stream.
  • the droplets are not sprayed because the electric force acting on the liquid surface and the repulsive force of the cations is smaller than the surface tension of the liquid, Increasingly, the repulsive force of the cations and the electric force acting on the liquid surface is greater than the surface tension of the liquid, and the droplet is sprayed at the capillary tip.
  • the scrubber in the present invention since the scrubber in the present invention generates droplets by using the electrostatic spraying method as described above, the diameter of the droplets is very small, in particular, the generated droplets have the same polarity as the pole applied to the nozzle and have a very high charge amount. Since the coagulation phenomenon of the liver does not appear, it is possible to maintain the initial diameter for a long time and collect various contaminants including fine particles having a particle diameter of 0.1 ⁇ m or less.
  • the high voltage is not particularly limited as long as the electrostatic spray is possible and the heat of the insulating material is destroyed, but preferably 2-10 kV / cm, and the front end portion and the perforation portion 220 of the first injection nozzle 320. It is preferable that the separation distance from the body is 5-20 cm.
  • the gas flow guide part 400 is positioned above the first liquid injection part 200.
  • the gas flow guide part 400 of the conductive material changes or blocks the flow direction of the exhaust gas rising while passing through the porous plate 200 and the first liquid injection part 300 to remove some contaminants that cannot be removed from the gas flow. Exclude and further remove the contaminants through organic bonding with the second liquid spraying unit 500 to be described later.
  • the gas flow guide part 400 has a side surface having the same shape as the side of the body part 100, and the inside is empty while the bottom surface is opened and the side and top surfaces are closed.
  • two or more support rods 420 are provided on the side surface and are fixed to the inner wall of the body portion 100 by the support rods 420, while being spaced a predetermined distance from the inner wall surface in the center of the body portion 100.
  • the exhaust gas rising near the center of the body part 100 collides with the gas flow induction part 400 and some of the large particles fall by their own weight, and the exhaust gas containing some of the fine particles is the inner wall surface of the body part 100. And the gas flow guide part 400 moves upwardly between the outer wall surfaces.
  • the second liquid injection part 500 is positioned inside the body part 100, more precisely between the inner wall surface of the body part 100 and the outer wall surface of the gas flow guide part 400.
  • the second liquid injection unit 500 may include a second injection nozzle 520 on a bottom surface thereof so as to spray liquid on the rising exhaust gas.
  • the second liquid supply pipe 530 is made of a conductive material because a negative (-) charge is applied, but fixed to the side wall of the body portion 100 to prevent a short with the body portion 100 applied with a positive (+) charge
  • insulated insulator 140 is wrapped.
  • the second liquid supply pipe 530 is shown as being made of one circle, but this is only an example and may be changed according to the inner diameter of the body part 100 and the outer shape of the induction part body 410.
  • FIG. 6 is a view for explaining a direction of droplets injected from the second injection nozzle 520.
  • the body part 100 and the induction part body 410 are positively charged, whereas the second liquid injection part 500 including the second injection nozzle 520 is negatively charged.
  • a high voltage is applied, fine droplets are generated through the second injection nozzle 520, and the droplets move toward the body portion 100 and the second injection nozzle 520. Therefore, the exhaust gas rising through the inner wall surface of the body portion 100 and the outer wall surface of the gas flow induction portion 400 comes into contact with the microdroplets, and thus, the particulate matter having a larger size while passing through the first liquid spraying portion 300.
  • the sum of the total area of the through holes 221 formed in the perforation part 220 is smaller than the sum of the total area between the inner wall surface of the body part 100 and the outer wall surface of the gas flow guide part 400, and thus the induction part at a high speed. It may collide with the body 410, which may increase the dust collection efficiency of ultrafine dust.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the electrostatic spray scrubber according to the second embodiment of the present invention.
  • the gas flow guide part 400 and the second liquid injection part 500 are the same as the first embodiment except that the bottom plate 200 is further provided.
  • the induction part body 410 positioned below the porous plate 200 is preferably inclined slightly so that the sealed upper part protrudes upward, and the injected liquid and the collected pollutants are disposed of the waste liquid outlet 130. This is to induce it to flow well.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an electrostatic spray scrubber according to a third embodiment of the present invention.
  • the third invention except that the three pairs of porous plates 200 and the first liquid injection unit 300, two pairs of gas flow guide unit 400 and the second liquid injection unit 500 disposed therebetween Is the same as the first embodiment.
  • a high voltage is applied to generate fine droplets and contact the fine droplets with the exhaust gas, thereby removing various gaseous contaminants together with particulate contaminants having a small particle diameter.
  • the electrostatic spray scrubber of the present invention can generate fine droplets, thereby minimizing the amount of waste liquid generated, thereby reducing the secondary treatment cost.

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Abstract

본 발명은 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자상 및 가스상 오염물질 중 어느 하나 이상의 오염물질을 함유하는 배기가스를 유도하는 배기가스 유입구가 하부 측면 외면에 구비되며, 오염물질이 제거된 가스가 방출되는 가스 배출구가 상부에 구비된 내부가 비어 있는 직립형 몸체부; 상기 몸체부 내부에 구비되는 다공판; 상기 몸체부 내부에 구비되며 상기 다공판 상부에 위치하는 제1 액체분사부; 상기 몸체부 내부에 구비되며 상기 제1 액체분사부 상부에 위치하는 가스흐름 유도부; 상기 몸체부 내부에 구비되며 상기 제1 가스흐름 유도부와 몸체부 내부 벽면 사이에 위치하는 제2 액체분사부; 상기 몸체부와 연결된 '+' 리드선; 및 상기 제1 액체분사부와 제2 액체분사부와 연결된 '-' 리드선을 포함하는 정전분무 스크러버에 관한 것이다.

Description

고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버
본 발명은 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 몸체부에 고전압을 인가하고 이때 발생하는 미세한 액적을 분무하여 배기가스에 포함된 입자상 및 가스상 오염물질을 동시에 제거할 수 있는 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버에 관한 것이다.
화력발전소나 폐기물 소각 시 배출되는 가스에는 분진, 질소산화물, 황산화물 등 각종 대기오염물질이 포함되어 있으며, 이들 중 특히 입경이 작은 미세분진은 인체에 유입되어 호흡기 질환을 유발시킬 뿐만 아니라 식물의 성장을 억제하는 등 환경에 유해한 영향을 미친다.
이러한 대기오염물질 중 특히 유해한 것으로 알려져 있는 지름이 2.5 ㎛보다 작은 미세먼지(PM2.5)를 관리하기 위하여, 미환경보호국(EPA)과 유럽연합(EU)은 2013년, 우리나라는 2015년부터 법을 개정하여 이들 물질에 대한 환경 규제를 강화 실시하고 있는 상황이다.
한편, 중력집진, 관성력 집진, 여과집진, 세정집진, 전기집진 기술들은 일반적으로 알려져 있는 집진 기술이다. 중력집진기술은 입자가 갖는 중력을 이용하여 공기가 이동하면서 자연적으로 입자를 침전시키는 기술이고, 관성력 집진 기술은 기체의 흐름 방향을 급변시켜 전환점 부분에서 관성에 의하여 먼지를 집진하는 원리를 이용한 기술로서, 비교적 큰 입자의 제거에는 효과적이지만 미세한 입자는 거의 제거할 수 없다.
이에 반해, 미세한 공극을 갖는 필터에 가스를 통과시켜 입자를 제거하는 여과기술과 전기를 공급하여 먼지에 하전을 부여하여 제거하는 전기집진 기술은 비교적 집진효율이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 여과기술의 경우에는 입자가 미세한 공극을 막기 때문에 배출가스의 처리량이 급격히 저하되며, 이로 인한 필터의 빈번한 교체는 배기가스처리비용 증가로 직결된다.
또 전기집진 기술 중 건식방법은 입자 하전, 입자의 집진극 부착, 집진극에 부착된 입자의 탈착, 집진극에 쌓인 입자 제거의 순으로 집진 과정이 진행되지만, 불안정한 코로나 방전, 입자의 전기적 특성인 전기비저항(Particle’s resistivity)에 따라 재비산, 역코로나(Back corona) 등이 발생하여 집진효율이 떨어지는 문제점이 있고, 전극에 부착된 입자를 물로 씻어내는 습식전기집진방법(Wet electrostatic precipitator)은 다량의 물 사용, 집진극의 불균일한 수막 형성, 부식은 큰 문제점으로 지적되고 있다.
따라서 상기와 같은 대기오염물질, 특히 입자가 작은 물질을 효과적으로 제거하고 나아가 각종 가스상 오염물질을 함께 제거하여 강화된 대기환경기준을 달성하기 위해서는 경제적이면서도 높은 제거 효율을 갖는 새로운 집진 장치의 개발이 절실히 필요한 상황이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배기가스 등에 포함된 입자상 물질과 각종 가스상 오염물질을 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 정전분무 스크러버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 운전이 용이하면서도 구조가 간단하고, 게다가 2차 오염물질의 발생량을 저감할 수 있는 정전분무 스크러버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 정전분무 스크러버는, 입자상 및 가스상 오염물질 중 어느 하나 이상의 오염물질을 함유하는 배기가스를 유도하는 배기가스 유입구(110)가 하부 측면 외면에 구비되며, 오염물질이 제거된 가스가 방출되는 가스 배출구(120)가 상부에 구비된 내부가 비어 있는 직립형 몸체부(100); 상기 몸체부(100) 내부에 구비되는 다공판(200); 상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 다공판(200) 상부에 위치하는 제1 액체분사부(300); 상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 제1 액체분사부(300) 상부에 위치하는 가스흐름 유도부(400); 상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 제1 가스흐름 유도부(400)와 몸체부(100) 내부 벽면 사이에 위치하는 제2 액체분사부(500); 상기 몸체부(100)와 연결된 ‘+’ 리드선(600); 및 상기 제1 액체분사부(300)와 제2 액체분사부(500)와 연결된 ‘-’ 리드선(610)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 정전분무 스크러버에서, 상기 가스흐름 유도부(400)와 제2 액체분사부(500)가 상기 다공판(200) 아래에 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 정전분무 스크러버에서, 상기 다공판(200)은, 몸체부(100) 내측 벽면과 접하도록 위치하되, 가운데는 1개 이상의 통공(221)이 구비된 타공부(220)가 구비되고, 타공부(220) 주연부는 밀폐부(210)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 정전분무 스크러버에서, 상기 가스흐름 유도부(400)는, 몸체부(100) 측면과 동일한 형상의 측면으로 이루어지되, 하면은 개방되고, 측면과 상면이 밀폐되어 내부가 비어 있고, 내부 벽면과 소정 거리 이격되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 정전분무 스크러버에서, 상기 제1 액체분사부(300)는, 제1 액체 이동관(310) 및 상기 제1 액체 이동관(310) 저부의 제1 분사노즐(320)을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 분사노즐(320)은 상기 통공(221)의 중심점과 연장된 가상의 연장선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다.
도 2는 제1 액체분사부를 아래에서 바라본 도면이다.
도 3은 다공판을 아래에서 바라본 도면으로 제1 액체분사부와 다공판과의 배치구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제1 분사노즐에서 분사된 액적의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제2 액체분사부를 아래에서 바라본 도면이다.
도 6은 제2 분사노즐에서 분사된 액적의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다.
이하, 본 발명에 따른 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 명세서에서 입자상 오염물질은 수 ㎛ 이상의 크기를 갖는 입자상으로 존재하는 물질을 의미하고, 가스상 오염물질은 악취유발물질, 질소산화물, 황산화물 등 인체나 생태계에 악영향을 줄 수 있는 가스상태로 존재하는 오염물질을 의미한다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전분무 스크러버는, 몸체부(100), 다공판(200), 제1 액체분사부(300), 가스흐름 유도부(400), 제2 액체분사부(500), 몸체부(100)와 연결된 ‘+’ 리드선(600) 및 제1 액체분사부(300)와 제2 액체분사부(500)와 연결된 ‘-’ 리드선(610)을 포함하여 이루어진다.
상기 구성들을 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 몸체부(100) 하부는 아래로 갈수록 점차 단면적이 줄어드는 상광하협 구조의 원뿔모양이며, 상부는 소정의 높이와 내경을 갖는 긴 원통형으로 수직으로 직립하고 있다.
하부 측면 소정 위치에는 입자상 오염물질과 가스상 오염물질 중 어느 하나 이상의 오염물질을 함유하는 배기가스를 유도하기 위한 배기가스 유입구(110)가 구비되고, 바닥에는 유입된 배기가스로부터 제거된 각종 오염물질과 분사한 액체를 배출하기 위한 폐액 배출구(130)가 구비된다. 도면에는 도시하지 않았지만 폐액 배출구(130)에는 개폐를 위한 밸브가 구비될 수 있음은 자명하다.
상부 천정에는 오염물질이 제거된 가스를 외부로 방출시키기 위하여 몸체부(100) 내경보다 작은 가스 배출구(120)가 구비되어 있다.
여기서, 상기 몸체부(100)는 플러스(+) 하전이 인가될 수 있도록 전도성 재질로 이루어지고, 첨부한 도면에서는 수평 절단면이 원형인 것으로 도시하고 있으나, 사각형, 오각형, 육각형 등 삼각형을 제외한 다각형도 무방하다.
배기가스 유입구(110)를 통해 유입된 배기가스와 가장 먼저 접촉하는 다공판(200)은, 폐쇄부(210)와 타공부(220)로 이루어져 있다. 구체적으로, 다공판(200) 중심부에 위치하는 타공부(220)는 유입된 배기가스가 관통할 수 있도록 1개 이상의 통공(221)이 형성되어 있고, 타공부(220) 외측으로는 배기가스가 통과하지 못하도록 밀폐부(210)가 구비되어 있다. 특히 밀폐부(210)는 후술할 제2 액체분사부(500)에서 분사된 액체와 포집된 오염물질들이 폐액 배출구(130)로 잘 흐를 수 있도록, 중심부를 향하여 소정 각도로 하향 경사져 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다공판(200)은 몸체부(100)와 마찬가지로 플러스(+) 하전이 인가되므로 전도성 재질로 이루어진다.
다공판(200) 상부에는 전도성 재질의 제1 액체분사부(300)가 위치한다. 제1 액체분사부를 아래에서 바라본 도면인 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 액체분사부(300)는 다공판(200)의 통공(221)을 통과하면서 상승하는 배기가스에 액체를 분무할 수 있도록 저면에 제1 분사노즐(320)이 장착되어 있는 제1 액체 이동관(310)과, 별도로 마련된 액체저장탱크(미도시)의 액체를 액체 이동관(310)으로 주입하기 위한 1개 이상의 제1 액체공급관(330)으로 구성된다.
여기서, 제1 액체분사부(300)는 마이너스(-) 하전이 인가되므로 전도성 재질로 이루어지지만, 플러스(+) 하전으로 인가되는 몸체부(100)와의 쇼트방지를 위하여 몸체부(100) 측벽에 고정되는 제1 액체공급관(330) 외측둘레를 따라서는 절연애자(140)가 감싸고 있다.
첨부한 도면에서는 수직으로 배치된 다수개의 직선 액체 이동관(312)과 이들 이동관을 감싸는 1개의 원형 액체 이동관(311)으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 몸체부(100)의 내경, 다공판(200)에 형성된 통공(221)의 배치에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 다공판을 아래에서 바라본 도면으로 제1 액체분사부와 다공판과의 배치구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 제1 분사노즐에서 분사된 액적의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
노즐의 개수와 액체 분사량을 최소화하고 통공(221)을 통과하면서 상승하는 배기가스와 효과적으로 접촉할 수 있도록, 도 3에 도시한 바와 같이, 원형 액체 이동관(311) 외경은 타공부(220)의 외경보다 작은 것이 바람직하고, 가장자리에 위치하는 통공(221)들 외측을 연결하는 가상의 원형 내경과 유사한 것이 보다 바람직하다.
도 4를 참조하면서, 제1 분사노즐(320)에서 분사된 액적의 이동방향을 설명하면, 몸체부(100)와 전기적으로 연결되어 있는 다공판(200)은 플러스(+)로 하전되어 있는 반면, 통공(221)의 중심점과 연장된 가상의 연장선상에 위치한 제1 분사노즐(320)을 포함하는 제1 액체분사부(300)는 마이너스(-)로 하전되어 있어, 고전압을 인가하면 제1 분사노즐(320)을 통하여 미세한 액적들이 생성되고, 이들 액적은 통공(221) 가장자리를 향하여 이동한다. 따라서 통공(221)을 관통하여 상승하는 대부분의 배기가스가 미세액적과 접촉하게 되어, 입자상 물질은 액적에 포획되거나 입자가 커지는 응집현상이 일어나고, 용해성 물질은 액적에 용해되어 가스흐름으로부터 제거된다.
상기와 같은 고전압을 이용한 정전분무방식(Electrostatic spray)의 원리를 설명하면, 전도성 액체를 노즐에 통과시키면서 플러스(+)와 마이너스(-)의 고전압을 인가하면 노즐과 액체속의 이온들이 척력과 인력에 의해 액체표면으로 이동하게 된다. 이때, 쿨롱반발력이 표면장력 이상의 힘이 되면 미세한 액적으로 분사되며, 전극에 걸리는 전압이 작을 경우 액체 곡면에 작용하는 전기력과 양이온들의 반발력이 액체의 표면장력 보다 작기 때문에 액적이 분무되지 않지만, 전압을 증가시키게 되면 액체 곡면에 작용하는 전기력과 양이온들의 반발력이 액체의 표면장력보다 커지게 되면서, 모세관 팁에서 액적이 분무되는 원리이다.
종래 액체 분무 방식을 이용한 스크러버 장치에서는 분무하는 액적이 크기 때문에 입경이 작은 입자를 포집하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 과량의 액체를 사용할 수밖에 없어 이로 인한 2차 처리비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
그러나 본 발명에서의 스크러버는 상기와 같은 정전분무방식을 이용하여 액적을 발생시키기 때문에 액적의 직경이 매우 작고, 특히 발생된 액적은 노즐에 가한 극과 같은 극성을 띄며 매우 높은 하전량을 가지고 있어 액적간의 응집현상이 나타나지 않으므로 장시간 초기의 직경을 유지할 수 있어 0.1 ㎛ 이하의 입경을 갖는 미세입자를 포함한 각종 오염물질을 포집하는 것이 가능하다.
한편, 상기 고전압은 정전분무가 가능하며 절연재의 전열이 파괴되는 전압이라면 특별히 제한하지 않지만, 바람직하게는 2-10 kV/cm 일 수 있고, 제1 분사노즐(320)의 선단부와 타공부(220)와의 이격거리는 5~20cm인 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참조하면서 설명하면, 제1 액체분사부(200) 상부에는 가스흐름 유도부(400)가 위치한다.
전도성 재질의 가스흐름 유도부(400)는 다공판(200)과 제1 액체분사부(300)를 통과하면서 상승하는 배기가스의 흐름방향을 변경하거나 차단하여, 제거되지 못한 일부 오염물질을 가스흐름으로부터 배제시키고, 또 후술할 제2 액체분사부(500)와의 유기적 결합을 통하여 오염물질을 보다 완벽하게 제거하기 위한 것이다.
이를 위해 가스흐름 유도부(400)는 몸체부(100) 측면과 동일한 형상의 측면을 가지며, 하면은 개방되고 측면과 상면이 밀폐된 채 내부가 비어 있다. 그리고 측면에는 2개 이상의 지지봉(420)이 구비되어 있고, 이들 지지봉(420)에 의해 몸체부(100) 내측 벽면에 고정되는 한편, 내측 벽면과는 소정 거리 이격된 채 몸체부(100) 중앙에 위치한다.
따라서 몸체부(100) 중앙부근으로 상승하는 배기가스는 가스흐름 유도부(400)와 충돌하여 일부의 거대입자는 자중에 의해 낙하하고, 일부 미세입자를 포함하는 배기가스는 몸체부(100) 내측 벽면과 가스흐름 유도부(400) 외측 벽면 사이를 경유하여 상부로 이동한다.
몸체부(100) 내부, 보다 정확하게는 몸체부(100) 내측 벽면과 가스흐름 유도부(400) 외측 벽면 사이 상부에는 제2 액체분사부(500)가 위치한다. 제2 액체분사부(500)를 아래에서 바라본 도면인 도 5를 참조하면서 설명하면, 제2 액체분사부(500)는 상승하는 배기가스에 액체를 분무할 수 있도록 저면에 제2 분사노즐(520)이 장착되어 있는 제2 액체 이동관(510)과, 별도로 마련된 액체저장탱크(미도시)의 액체를 액체 이동관(510)으로 주입하기 위한 1개 이상의 제2 액체공급관(530)으로 구성된다.
여기서, 제2 액체공급관(530)은 마이너스(-) 하전이 인가되므로 전도성 재질로 이루어지지만, 플러스(+) 하전으로 인가되는 몸체부(100)와의 쇼트방지를 위하여 몸체부(100) 측벽에 고정되는 제2 액체공급관(530) 외측둘레를 따라서는 절연애자(140)가 감싸고 있다.
첨부한 도면에서는 제2 액체공급관(530)이 1개의 원형으로 이루어진 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 몸체부(100)의 내경, 유도부 몸체(410)의 외형에 따라 변경될 수 있다.
도 6은 제2 분사노즐(520)에서 분사된 액적의 방향을 설명하기 위한 도면이다. 몸체부(100)와 유도부 몸체(410)는 플러스(+)로 하전되어 있는 반면, 제2 분사노즐(520)을 포함하는 제2 액체분사부(500)는 마이너스(-)로 하전되어 있어, 고전압을 인가하면 제2 분사노즐(520)을 통하여 미세한 액적들이 생성되고, 이들 액적은 몸체부(100)와 제2 분사노즐(520)을 향하여 이동한다. 따라서 몸체부(100) 내측 벽면과 가스흐름 유도부(400) 외측 벽면 사이를 경유하여 상승하는 배기가스는 미세액적과 접촉하게 되며, 따라서 제1 액체분사부(300)를 통과하면서 크기가 커진 입자상 물질은 분사되는 액적에 의해 몸체부(100) 내측 벽면 및/또는 가스흐름 유도부(400) 외측 벽면을 따라 낙하하고, 오염물질이 제거된 가스는 몸체부(100) 상부의 가스 배출구(120)를 통하여 외부로 배출된다. 물론 일부 입자들은 그냥 낙하하기도 하고 또 미처 제거되지 못한 각종 오염물질들이 액적에 포획되는 것은 당연하다.
한편, 전술한 타공부(220)에 형성된 통공(221)들의 전체 면적의 합은 몸체부(100) 내측 벽면과 가스흐름 유도부(400) 외측 벽면 사이의 전체 면적의 합보다 작음으로써 높은 속도로 유도부 몸체(410)에 충돌할 수 있으며, 이로 인해 초미세먼지의 집진 효율이 높아질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다. 제2 실시예에서는 가스흐름 유도부(400)와 제2 액체분사부(500)가 다공판(200) 아래에 더 구비되어 있는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하다.
제2 실시예에서 다공판(200) 아래에 위치하는 유도부 몸체(410)는 밀폐된 상부가 상방향으로 돌출하도록 다소 경사져 있는 것이 바람직하고, 이는 분사된 액체와 포집된 오염물질들이 폐액 배출구(130)로 잘 흐를 수 있도록 유도하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전분무 스크러버의 개략도이다. 제3 발명에서는 3쌍의 다공판(200)과 제1 액체분사부(300), 이들 사이에 배치되는 2쌍의 가스흐름 유도부(400)와 제2 액체분사부(500)로 이루어져 있는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
- 부호의 설명
100 : 몸체부
110 : 폐가스 유입구 120 : 가스 배출구
130 : 폐액 배출구 140 : 절연애자
200 : 다공판
210 : 밀폐부
220 : 타공부 221 : 통공
300 : 제1 액체분사부
310 : 제1 액체 이동관
311 : 원형 액체 이동관 312 : 직선 액체 이동관
320 : 제1 분사노즐
330 : 제1 액체 공급관
400 : 가스흐름 유도부
410 : 유도부 몸체 420 : 지지봉
500 : 제2 액체분사부
510 : 제2 액체 이동관 520 : 제2 분사노즐
530 : 제2 액체 공급관
600 : + 리드선
610 : - 리드선
본 발명의 고체 및 가스상 먼지 동시 저감용 정전분무 스크러버에 의하면, 고전압을 인가하여 미세한 액적을 발생시키고 이러한 미세 액적과 배기가스를 접촉시키기 때문에, 입경이 작은 입자상 오염물질과 함께 각종 가스상 오염물질의 제거효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명의 정전분무 스크러버는 미세한 액적을 발생시킬 수 있기 때문에 폐액체 발생량을 최소화할 수 있어 2차 처리비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 입자상 및 가스상 오염물질 중 어느 하나 이상의 오염물질을 함유하는 배기가스를 유도하는 배기가스 유입구(110)가 하부 측면 외면에 구비되며, 오염물질이 제거된 가스가 방출되는 가스 배출구(120)가 상부에 구비된 내부가 비어 있는 직립형 몸체부(100);
    상기 몸체부(100) 내부에 구비되는 다공판(200);
    상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 다공판(200) 상부에 위치하는 제1 액체분사부(300);
    상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 제1 액체분사부(300) 상부에 위치하는 가스흐름 유도부(400);
    상기 몸체부(100)와 연결된 ‘+’ 리드선(600); 및
    상기 제1 액체분사부(300)와 제2 액체분사부(500)와 연결된 ‘-’ 리드선(610)을 포함하는 정전분무 스크러버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부(100) 내부에 구비되며 상기 제1 가스흐름 유도부(400)와 몸체부(100) 내부 벽면 사이에 위치하는 제2 액체분사부(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분무 스크러버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스흐름 유도부(400)와 제2 액체분사부(500)가 상기 다공판(200) 아래에 더 구비된 것을 특징으로 하는 정전분무 스크러버.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공판(200)은, 몸체부(100) 내측 벽면과 접하도록 위치하되, 가운데는 1개 이상의 통공(221)이 구비된 타공부(220)가 구비되고, 타공부(220) 주연부는 폐쇄부(210)로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전분무 스크러버.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스흐름 유도부(400)는, 몸체부(100) 측면과 동일한 형상의 측면으로 이루어지되, 하면은 개방되고, 측면과 상면이 밀폐되어 내부가 비어 있고, 내부 벽면과 소정 거리 이격되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 정전분무 스크러버.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액체분사부(300)는, 제1 액체 이동관(310) 및 상기 제1 액체 이동관(310) 저부의 제1 분사노즐(320)을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 분사노즐(320)은 상기 통공(221)의 중심점과 연장된 가상의 연장선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 정전분무 스크러버.
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