KR100530428B1 - 매연처리 필터백, 매연처리장치 및 매연처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매연 처리 필터백, 매연처리장치 및 매연처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 중공을 가지며, 소정 형상을 갖는 다공성 부재와, 상기 다공성 부재가 형성하는 공간의 내부표면에 코팅되고, 저온에서 활성 가능한 촉매 입자층을 포함하여 구성되고, 상기 다공성 부재는 최소한 한 개 이상이 연결되어 서로 연통되어 있는 매연 처리 필터백 및 이를 이용한 매연처리장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 매연에 포함된 오염물질과 반응하는 물질을 주입하는 반응물질 주입수단과, 저온에서 활성 가능한 촉매가 코팅된 필터백과 상기 반응물질을 이용하여 상기 매연에 포함된 오염물질을 동시에 제거하는 필터링 수단과, 상기 필터링에 의해 정화된 공기를 배출하는 배출수단을 포함하여 구성되는 매연처리장치 및 매연처리방법을 제공한다.

Description

매연처리 필터백, 매연처리장치 및 매연처리방법{Filter bag for filtering smoke, Apparatus and Method for filtering smoke}

본 발명은 매연처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조를 개선한 필터백과 이를 이용하여 설치비가 저렴하고 효율적인 매연처리장치 및 매연처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 공장이나 자동차의 매연에는 자연환경을 훼손시키는 유해물질들을 다량 포함하고 있다. 특히, 매연에 포함된 질소산화물(NO_X) 및 황산화물(SO_X )은 인체의 호흡기에 직접적인 피해를 주기도 하지만 대기오염의 일종인 산성비의 주요인으로 인식되고 있다. 따라서 매연에 대한 규제가 국제적으로 행해지고 있으며, 에너지 효율의 증대와 환경오염의 방지의 측면에서 점차 엄격하게 요구되고 있다. 결과적으로 화력발전소, 소각로 그리고 각종 산업공정등의 오염발생원으로부터 발생되는 공해물질을 효과적이고, 경제적으로 처리하는 기술이 더욱 필요하다. 상기 오염발생원에서 배출되는 공해물질은 주로 먼지, 황산화물, 질소산화물, 염화물 그리고 중금속 등으로 분류된다.

도 1은 종래기술에 따른 매연처리장치의 개략도이다. 이를 참조하여, 매연처리의 전체공정과 매연처리장치를 간단하게 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로 매연처리공정은 보일러로부터 배출되는 매연을 처리하기 위하여 적절한 반응온도를 제공해주는 공정을 거치게 된다. 상기 공정을 거친 후에는 황산화물을 제거하는 공정과 질소산화물을 제거하는 공정을 거치게 된다. 그리고, 집진기를 이용하여 먼지를 제거하는 공정을 거친후, 굴뚝을 통하여 외부 대기로 깨끗한 공기가 배출된다. 물론 매연을 처리하는 전체공정의 순서는 산업체별로 차이가 있으며, 먼지를 제거하기 위한 집진기는 전기 집진기나 여과 집진기를 모두 사용해도 되지만 하나만을 선택해도 무관하다.

상술한 바와 같은 매연처리공정을 수행하는 매연처리장치는 일반적으로 연료를 연소하여 매연을 발생시키는 보일러(5), 상기 매연에 포함된 먼지를 제거하는 여과 집진기(1)와 전기 집진기(2)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 매연에 포함된 황산화물 및 질소산화물을 제거하는 탈황설비(3)와 탈질설비(4), 매연처리장치내의 공기가 이동하는 통로인 송풍유로(6), 정화된 공기를 외부로 배출하는 굴뚝(7) 등을 포함하여 구성된다.

먼저 상기 보일러(5)는 연료, 예를 들면 중유, 석유, 미분탄 등을 연소시키는 장소로서 고온의 매연을 발생시킨다. 그리고 상기 보일러(5)에서 발생한 매연에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 반응온도를 유지시키기 위하여 적절한 설비가 설치되기도 한다. 후술하겠지만, 질소산화물의 제거 방법 중 선택적 촉매 환원법에서는 300 ~ 400℃가 되어야 하며, 선택적 비촉매 환원법에서는 870 ~ 1150℃가 되어야 한다.

상기 전기 집진기(2) 및 여과 집진기(1)는 매연에 포함된 먼지를 제거하기 위하여 별도로 설치된다. 그러나 전체공정 중에서 설치되는 위치 및 갯수는 임의로 선택될 수 있다. 상기 여과 집진기(1)는 여과포를 이용하여 매연에 포함된 먼지 등을 분리하는 장치이며, 여과포의 종류, 집진기내의 여과포 설치방법, 여과포 표면에 표집된 분진을 탈진하는 방법 등에 따라 종류가 달라진다. 또한, 탈진방법에 따라 진동 탈진, 역기류 탈진, 충격기류 탈진 방식 등이 있는데 역기류 탈진 방식과 충격기류 탈진 방식이 산업체에서 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 전기 집진기(2)는 정전기력을 이용하여 먼지 등을 집진하는 장치이며, 집진원리, 탈진방법, 가스 흐름 방향 등에 따라서 종류가 달라진다. 그리고, 탈진방법에 따라 건식 전기 집진기와 습식 전기 집진기로 구분되며, 가스 흐름 방향에 따라 수평류식 전기 집진기, 수직류식 전기 집진기로 구분된다.

상기 탈황설비(3)는 매연에 포함된 SO₂를 제거하기 위하여 별도로 설치된다. 그리고, 황산화물 제거방법으로는 크게 흡수액으로 가스를 제거하는 습식방법, 고체 흡수제 혹은 흡착제에 의한 건식방법 그리고 고체 흡수제를 물과 혼합하여 슬러리상태로 분사하여 황산화물을 제거하는 반건식 방법이 있다. 상기 습식방법은 가스온도가 낮아 대기로 배출될 때 백연이 생성되는데, 이를 방지 하기 위해서 매연의 재가열이 필요하게 된다. 그리고, 다량의 폐수가 발생되므로 추가적인 폐수처리설비가 필요하게 되며, 설치비나 운전비가 상당히 높으므로 경제적 부담이 있게 된다.

상기 반건식 방법에는 대표적으로 석회 슬러리(Slurry)로 연소가스를 세정하여 SO₂ 를 황산칼슘형으로 제거하는 방법이 있다. 그리고, 상기 건식방법은 소석회, 석회석 등의 분말을 주입하여 황산화물과 반응시켜 제거하는 방법이다. 상기 건식방법에 의한 반응결과 생성된 반응생성염류는 집진장치에서 제거된다. 상기 습식방법에 보다 장치가 비교적 간단하며, 설치비가 낮다.

상기 탈황설비(3)는 흡수탑, 리액터(Reactor), 흡수탑 재순환 펌프, 산화공기 송풍기, 미스트(Mist) 제거기 등으로 구성된다. 상기 구성요소들의 작동원리 및 방법은 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 알려진 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 탈질설비(4)는 마찬가지로 배기가스 중 질소산화물을 제거하기 위하여 별도로 설치되며, 일반적으로 질소산화물을 제거하는 방법으로는 선택적 촉매환원법과 선택적 비촉매 환원법 등이 있다. 상기 선택적 촉매환원법은 환원제인 암모니아 등을 매연속으로 흡입하고 이들을 촉매에 접촉시킴으로써 질소산화물을 질소와 수증기로 분해하는 방법이다. 상기 선택적 촉매환원법을 통하여 질소산화물을 제거하는 방법을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 물질 또는 바나듐, 철, 코발트, 구리 등의 전이 금속을 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 등에 반응시켜 촉매를 제조한다. 그리고, 상기 촉매를 내구성이 강한 벌집(Honeycomb)형 코디에라이트(Cordierite) 등의 기질에 결합시켜 반응탑에 여러 단으로 적재시킨다. 이 후에 환원제인 암모니아 또는 암모니아수를 고온으로 가열된 촉매에 분사하여 질소산화물을 환원시켜 수증기와 질소가스로 바꾸게 된다. 상기 선택적 촉매환원법은 배출가스중의 질소산화물을 우선적으로 환원한다는 뜻에서 선택적 촉매환원법이라한다.

한편, 상기 선택적 비촉매 환원법은 촉매를 사용하지 않고, 암모니아 또는 요소와 같은 환원제를 보일러 내부의 연소 가스 온도가 870 ~ 1150℃ 인 영역에 주입하여 연소공정에서 발생된 질소산화물을 질소와 수증기로 환원시키는 방법이다.

상기 송풍유로(6)는 매연처리장치내에서 매연이 이동하는 통로가 되며, 상기 굴뚝(7)은 정화된 공기가 대기중으로 배출되는 통로의 역할을 한다. 일반적으로 상기 굴뚝(7)의 높이와 폭은 배출가스의 속도와 온도, 배출장소나 연소된 연료 종류 등에 의하여 결정된다.

도 2는 도 1의 매연처리장치 중에서 먼지를 제거하는 여과 집진기 내부의 필터본체 단면도이다. 이를 참조하여, 종래기술에 따른 필터본체의 구조를 구체적으로 설명한다.

상기 여과 집진기 내부의 필터본체(10)는 상기 필터본체(10)의 외곽을 형성하는 필터 하우징(11a,11b)과, 매연을 필터링하는 필터백(9), 상기 필터백(9)의 내부에 끼워지는 필터 지지부재(16)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 필터본체(10)로 매연이 흡입되고 배출되도록 하는 매연 입구부(12) 및 매연 출구부(13), 필터링된 먼지를 처리하는 수단인 먼지 배출수단(15) 및 공기 분사수단(14)을 포함하여 구성된다.

상기 필터 하우징(11a,11b)은 필터백(9) 전체를 둘러 싸고 있는 하우징 상부(11b)와 상기 먼지 배출수단(15)과 연결되는 하우징 하부(11a)로 구성된다. 상기 하우징 상부(11b)는 사각기둥의 형상을 하고 있는데, 상기 형상은 필터본체 내부의 종방향 및 횡방향으로 복수개의 필터를 설치하기에 적합하다. 그리고, 상기 하우징 하부(11a)는 사각뿔 형상을 하고 있는데, 이는 매연에 포함된 먼지가 한곳에 모여서 용이하게 배출되도록 하기 위함이다.

상기 필터 지지부재(16)는 매연의 필터링을 위한 필터백(9)의 내부에 설치되는 철재 구조물로서 상기 필터백(9)을 지지하기 위한 것이다. 그리고, 상기 필터백(9)은 스냅 링(8)(Snap Ring)에 의하여 상기 필터본체(10) 내부에 형성된 내부 지지벽(17)과 결합된다. 즉, 상기 스냅 링(8)이 압축된 상태로 필터본체에 삽입되면, 상기 스냅 링(8)은 상기 내부 지지벽(17)에 복원력을 미치게 됨으로써, 상기 필터백(9)이 필터본체(10)에 결합된다.

상기 매연 입구부(12)는 상기 필터백(9)의 하부에 위치되며, 오염물질 발생원(미도시)과 연통되어 있다. 상기 매연 입구부(12)는 매연이 필터본체(10) 내부로 흡입되는 부분이며, 상기 매연 입구부(12)에서 흡입되는 매연은 상기 필터본체(10)에 설치되는 필터백(9)의 종방향 즉, 지구 중심방향에 대하여 수직으로 흡입된다.

상기 매연 출구부(13)는 상기 필터 지지부재(16)의 상부에 위치하며, 연결관(미도시)에 의해 외부 대기와 연통된다. 상기 매연 출구부(13)는 상기 필터본체(10)에서 정화된 공기가 배출되는 부분이고, 필터백(9)에서 정화된 공기는 상기 매연 입구부(12)와 마찬가지로 상기 필터본체(10)에 설치된 상기 필터백(9)의 종방향 즉, 지구 중심방향과 수직으로 배출된다. 즉, 매연은 상기 필터본체(10)의 하부로 유입되어 상기 필터본체(10)의 상부로 배출되는 과정을 거치게 된다. 이때 상기 필터본체(10) 내부에서 매연의 진행방향과 매연속에 포함된 오염물질의 침강방향 즉, 지구 중심방향은 서로 반대가 된다. 따라서, 매연에 포함된 오염물질은 필터본체로 유입되는 매연으로 인해 먼지 배출수단(15)으로 쉽게 침강되지 않는다.

상기 먼지 배출수단(15)은 상기 필터 지지부재(16) 및 매연 입구부(12)의 하부에 설치되며, 게이트(Gate)(15a)와 밸브(15b)로 구성된다. 상기 게이트(15a)는 필터백(9)에서 걸러진 먼지가 배출되는 출구역할을 한다. 상기 게이트(15a)에는 원형 또는 사각형의 슬라이드 게이트(Slide Gate), 링(Ring) 게이트, 디스크(Disk) 게이트 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 밸브(15b)는 상기 게이트(15a)에 모인 먼지들을 상기 필터본체(10) 외부로 배출하는 역할을 한다. 상기 밸브(15b)에는 앵글(Angle) 밸브, 로터리(Rotary) 밸브, 플레이트(Plate) 밸브 등이 사용될 수 있다. 상기 게이트(15a)와 밸브(15b)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 일반적으로 알려진 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 게이트(15a) 및 밸브(15b)의 모양은 입출구가 원형, 사각형 등 다양하나 상기 필터본체(10)에 맞게 설치된다.

상기 공기분사수단(14)은 상기 필터본체(10)의 상부에 설치되며, 공기 저장 탱크(14a), 유량 조절 밸브(14b), 공기 분사관(14c)를 포함하여 구성된다. 상기 공기 저장 탱크(14a) 및 유량 조절 밸브(14b)는 상기 필터본체(10)의 외부에 위치하며, 상기 공기 분사관(14c)은 상기 필터 본체 내부의 필터 지지부재(16) 상부에 위치한다. 상기 공기 저장 탱크(14a)는 압축된 고압공기가 저장되는 곳으로서 압축된 공기압을 견딜 수 있는 재질과 형상으로 만들어 진다. 그리고, 상기 유량 조절 밸브(14b)는 상기 공기 저장 탱크(14a)로부터 배출되는 압축공기의 유량을 조절하는 역할을 한다. 상기 유량조절 밸브(14b)에는 솔레노이드(Solenoid) 밸브를 비롯한 앵글(Angle) 밸브, 나비형 밸브 등이 사용된다. 또한, 상기 공기 분사관(14c)는 상기 유량 조절 밸브(14b)로부터 유입된 압축공기를 상기 필터본체(10) 내부에 분사하는 역할을 한다. 상기 공기 분사관(14c)은 튜브 형상으로 되어 있으며, 상기 공기 분사관(14c)에는 노즐이 장착되어 압축공기를 균일하게 분사하여 필터백 표면에 부착되어 있는 먼지를 제거할 수도 있다. 상기 구성 요소의 작동원리나 방법은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 일반적을 알려진 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 도 2의 필터본체의 내부에 설치되는 필터백을 나타낸 도면이다. 이를 참조하면, 상기 필터백(9)은 일체형으로서 원통형상을 하고 있으며, 일측은 막혀 있어 내부에 공간을 형성한다. 그리고, 상기 필터백(9)이 필터본체에 결합되는 부분에는 스냅 링(Snap Ring)(8)이 설치되어 있다. 상기 스냅 링(8)은 필터본체에 형성된 내부 지지벽(미도시)과 결합된다.

도 4는 도 3의 필터백을 이용한 필터링 과정을 나타낸 도면인데, 이를 참조하여 필터링 과정을 구체적으로 설명한다.

종래의 필터백(9)은 여과작용을 하는 직물(9b)과 상기 직물의 표면에 얇게 코팅을 한 코팅막(9a)을 포함하여 구성된다. 상기 직물(9b)은 필터백의 형상을 유지하는데 기본 구조를 제공하며, 매연에 포함된 먼지를 필터링하기 위하여 먼지 크기보다 작은 미세한 구멍을 가진다. 상기 코팅막(9a)은 테프론(Teflon) 코팅의 일종인 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)를 이용한 코팅막으로서 사용온도(290℃)가 높고, 내마모성, 내화학성 등이 뛰어난 특성을 가지고 있다.

상기 필터백(9)을 통과하기 전의 매연에는 질소산화물(NO_X), 황산화물(SO_X), 먼지 등이 포함되어 있다. 그리고, 상기 필터백(9)을 통과한 후의 공기에는 먼지만 제거되고, 질소산화물(NO_X), 황산화물(SO_X)이 그대로 포함되어 있다. 즉, 상기 필터백(9)은 매연에 포함된 먼지만을 제거하게 되고, 매연에 포함된 질소산화물이나 황산화물을 제거하기 위한 과정을 다시 거치게 된다.

그러나, 종래기술에 의한 매연처리장치 및 처리방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 종래의 매연처리장치에서 필터백은 단순히 먼지만을 제거하는 역할을 뿐이므로 매연에 포함된 질소산화물이나 황산화물을 제거하기 위해서는 별도의 처리장치가 요구되는 문제점이 있었다.

둘째, 종래의 매연처리장치에서 필터본체는 매연의 진행방향과 매연속에 포함된 오염물질의 침강방향은 서로 반대가 됨으로써 필터링의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 그리고, 종래 필터백은 필토본체에 견고하게 결합되지 못함으로써 압축공기분사시 필터백 하부가 흔들리며, 특정방향으로 치우치는 문제점이 발생하고, 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

셋째, 종래의 질소산화물을 제거하는 방법은 운전비용이 높은 문제점이 있으며, 특히 선택적 비촉매 환원법은 탈질효율이 낮고, 환원제 소요량이 많은 문제점이 있었다.

넷째, 종래 매연처리장치에서는 매연에 포함된 공해물질들을 각각 처리하는 별개의 장치가 필요하게 됨으로써 넓은 설치공간이 요구되며, 각각의 설비의 비용등의 초기 설비 투자비가 높은 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 매연에 포함된 공해물질들을 별도의 처리장치 없이 동시에 처리할 수 있는 필터백과 이를 이용한 매연처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필터본체의 내부구조를 개선하여 필터링의 효율을 높일 수 있는 매연처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 낮은 온도에서 질소산화물을 제거할 수 있으며, 매연 처리공정을 간소화하여 초기 설비 투자비가 낮은 매연처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 중공을 가지며, 소정 형상을 갖는 다공성 부재와, 상기 다공성 부재가 형성하는 공간의 내부표면에 코팅되고, 저온에서 활성 가능한 촉매 입자층을 포함하여 구성되고, 상기 다공성 부재는 최소한 한 개 이상이 연결되어 서로 연통되어 있는 매연 처리 필터백을 제공한다. 그리고, 상기 촉매 입자층은 질소산화물 제거용 촉매이고, 상기 다공성 부재는 직물인 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 상기 필터백은 일체형의 삽입부를 가지며, 분리형의 연결부, 일체형의 배출부를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 매연 처리 필터본체 내부에 설치되며, 저온에서 활성 가능한 촉매가 코팅된 매연 처리 필터백과; 상기 필터백을 상기 필터본체에 결합시키는 결합수단과; 상기 필터백의 상부 일측에 위치되는 매연 입구부와; 상기 필터백의 하부 일측에 위치되는 매연 출구부를 포함하여 구성되는 매연처리장치를 제공한다. 상기 결합수단은 상기 필터백의 삽입부를 누르는 평판, 상기 평판의 하부 일측에 설치되는 패킹수단, 상기 평판과 상기 필터본체를 체결하는 체결구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 매연처리장치는 상기 필터본체의 하단부에 위치하며, 상기 필터백의 배출부를 고정시키는 고정수단을 더욱 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 매연 입구부는 상기 필터백의 종방향 즉, 지구 중심방향과 평행하게 설치되며, 상기 매연 입구부의 하단에 설치되는 유동조절 부재를 더욱 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 매연처리장치는 상기 필터백 및 상기 매연 출구부 하부에 설치되는 먼지 배출 수단을 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 매연처리장치는 상기 필터백의 상부에 위치하며, 일정 시간 간격으로 압축공기를 분사하는 공기 분사 수단을 더욱 포함하여 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 매연에 포함된 오염물질과 반응하는 물질을 주입하는 반응물질 주입수단과, 저온에서 활성 가능한 촉매가 코팅된 필터백과 상기 반응물질을 이용하여 상기 매연에 포함된 오염물질을 동시에 제거하는 필터링 수단과, 상기 필터링에 의해 정화된 공기를 배출하는 배출수단을 포함하여 구성되는 매연처리장치를 제공한다. 그리고, 상기 매연 처리 시스템은 매연에 포함된 황산화물이 상기 반응물질과 반응하는 공간을 제공하는 수단을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 매연에 포함된 오염물질과 반응하는 물질을 주입하는 반응물질 주입단계와; 저온에서 활성 가능한 촉매가 코팅된 필터백과 상기 반응물질을 이용하여 상기 매연에 포함된 오염물질을 동시에 제거하는 필터링 단계와; 상기 필터링에 의해 정화된 공기를 배출하는 공기배출단계를 포함하여 구성되는 매연처리방법을 제공한다. 보다 상세하게는 상기 매연처리방법은 매연에 포함된 황산화물이 상기 반응물질과 반응하는 공간을 제공하는 반응조를 통과하는 단계를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 목적을 실현할 수 있는 바람직한 실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 매연처리장치에 관한 일 실시예를 나타낸 개략도이다. 이를 참조하여, 본 발명에 따른 매연처리장치를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 매연처리장치는 황산화물 및 질소화물과 반응하는 물질을 주입하는 반응물질 주입수단(30,40)과 실질적으로 매연을 필터링 하는 수단인 필터본체(100) 그리고 정화된 공기를 배출하는 배출수단(70)을 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 반응물질 주입수단은 황산화물 흡수제 주입수단(30)과 질소산화물 환원제 주입수단(40)을 포함하여 구성된다.

상기 황산화물 흡수제 주입수단(30)은 상기 황산화물 흡수제를 저장하는 저장탱크(31)와 상기 황산화물 흡수제를 일정하게 공급하는 정량공급기(33)로 구성된다. 상기 저장탱크(31) 및 정량공급기(33)의 작동원리나 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 일반적으로 알려진 사항이므로 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 본 실시예에서는 소석회를 황산화물의 흡수제로 사용하며, 상기 소석회를 분말 혹은 슬러리 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 황산화물 흡수제는 황산화물을 중화시키는 강알칼리성 물질들을 포함한다. 또한, 상기 황산화물 흡수제를 주입하는 수단은 일정량의 흡수제를 주입할 수 있는 모든 수단을 포함한다.

상기 질소산화물의 환원제 주입수단(40)은 상기 황산화물 흡수제 주입수단(30)과 마찬가지로 상기 질소산화물 환원제를 저장하는 저장탱크(41)와 상기 질소산화물 환원제를 일정하게 공급하는 유량계(43)로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 대한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략한다. 그리고 본 실시예에서는 상기 질소산화물의 환원제로서 무수암모니아, 수용성 암모니아, 요소용액을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 질소산화물을 환원시키는 알칼리성 물질을 모두 포함한다.

한편, 상기 필터본체(100)는 필터본체 외곽을 형성하는 필터 하우징(110), 매연을 필터링하는 필터백(90), 상기 필터백(90)의 내부에 설치되는 필터 지지부재(미도시), 매연의 입출구인 매연 입구부(120) 및 매연 출구부(130)를 포함하여 구성된다. 또한, 여과된 오염물질을 배출하는 먼지 배출수단(150) 그리고 필터백(90)에 부착된 오염물질을 제거하기 위한 공기 분사수단(140)으로 구성된다.

상기 필터백(90)은 상기 필터본체(100) 내부에 설치되며, 상기 필터본체(100)의 내부에 형성된 내부 지지벽(미도시)과 결합된다. 이에 대한 상세한 설명은 관련도면을 참조하여 후술한다. 그리고 상기 필터백(90)의 하부, 즉 필터백의 배출부(도 8 참조)는 상기 필터본체(100)에 형성된 고정수단(123)에 의하여 고정된다. 상기 고정수단(123)은 매연 입구부(120)의 최하단과 매연 출구부(130)에 설치되며, 일정형상 고리 및 와이어로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 고정수단(123)은 종래와는 달리 상기 공기 분사수단(140)에 의하여 고압의 공기가 분사될 때 상기 필터백(90)의 흔들림이나 한쪽방향으로 치우치는 것을 방지해주는 역할을 한다. 또한, 상기 고정수단(123)은 고압의 공기 분사시 필터백(90)이 하부방향으로 늘어나면서 찢어지는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 매연 입구부(120)는 종래기술과는 달리 상기 필터본체(100)의 상단부에 위치되며, 흡입 연결관(60a)에 의해 오염물질 발생원(60)과 연통되어 있다. 상기 매연 입구부(120)는 매연이 필터본체 내부로 흡입되는 부분이며, 상기 매연 입구부(120)에서 흡입되는 매연은 서로 연통된 필터백 내부로 유입된다. 구체적으로, 매연는 필터본체(100)에 설치되는 필터백의 종방향 방향(지구중심 방향)에 수직한 방향으로 흡입되거나, 상기 필터백의 하부측으로 유동하다가 지구중심 방향과 평행한 방향으로 필터백의 하측에서 상측으로 유입된다. 즉, 상기 매연 입구부(120)에서 흡입되는 매연은 일정구간에 있어서 상기 필터본체(100)의 하부, 즉 지구 중심방향으로 향하게 된다. 따라서, 매연에 포함된 덩어리 물질이나 먼지는 중력 및 관성의 영향으로 쉽게 상기 먼지 배출수단(150)에 모이게 된다.

그리고, 상기 매연 입구부(120)에는 필터본체(100)로 유입되는 매연이 한쪽방향으로 흐르지 않도록 하여 필터본체 내부에서 매연이 용이하게 확산되도록 하는 역할을 하는 유동 조절부재(121)가 설치된다. 보다 상세하게는 상기 유동 조절부재(121)는 일정항 형상의 판으로서 일정 각도로 상하 운동을 할 수도 있다. 그러나, 상기 유동조절부재(121)의 형상은 이에 한정되지 않고, 부채꼴 형상 등 유동이 용이하게 확산되도록 하는 모든 형상을 포함한다.

상기 매연 출구부(130)는 종래기술과는 달리 상기 필터백(90)의 하부에 위치하며, 배출 연결관(60b)에 의해 외부 대기와 연통된다. 상기 매연 출구부(130)는 필터본체(100)에서 정화된 공기가 배출되는 부분이며, 상기 매연 출구부(130)에서 배출되는 정화된 공기는 필터본체에 설치되는 상기 필터백(90)의 종방향즉, 지구 중심방향과 수직으로 배출된다.

상기 먼지 배출수단(150)은 여과된 오염물질을 배출하는 출구인 게이트(151)와 상기 게이트(151)에 모인 먼지를 배출하는 밸브(153)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 공기 분사수단(140)은 압축공기를 저장하는 공기 저장탱크(141), 상기 압축공기의 유량을 조절하는 유량 조절밸브(143), 압축공기를 필터본체 내부에 분사하는 공기 분사관(145)를 포함하여 구성된다. 상기 먼지 배출수단(150) 및 공기 분사수단(140)은 종래기술에서 설명한 바와 대부분 동일하므로 생략한다. 그리고, 상기 필터 하우징(110)과 필터 지지부재(미도시)에 대하여는 관련 도면을 참조하여 상세히 후술한다.

한편, 상기 배출수단(70)은 신축이음부(71), 댐퍼(72), 팬(73) 및 굴뚝(74)을 포함하여 구성된다. 상기 신축 이음부(71)는 매연의 이동통로인 연결관을 이어주는 부분에 설치되며, 팬의 진동이나 이음부의 열팽창을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 공장, 건물, 기타 설비의 배관 연결시 이음부분의 한 방식으로서, 온도, 기타 물리적 조건에 의해 변형이 생기는 경우에 이를 방지하는 일종의 안전 연결구에 해당된다.

상기 팬(73)은 필터본체(100)와 정화된 공기를 외부로 배출하는 굴뚝(74) 사이에 설치되며, 상기 굴뚝(74)을 통하여 정화된 공기를 외부로 배출시키기거나 오염물질 발생원(60)에서 매연을 흡입하는 역할을 한다. 상기 댐퍼(72)는 배출되는 공기의 유량을 조절하는 기구로서 상기 팬(73)을 기준으로하여 상기 필터본체(100)가 위치하는 방향으로 상기 팬(73)에 가깝게 설치된다. 그리고, 상기 굴뚝(74)에는 매연처리장치를 통과한 공기의 오염정도를 검사하기 위해 측정홀(75)을 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 매연처리장치에는 황산화물의 반응조(50)를 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 상기 황산화물 반응조(50)는 상기 필터본체(100)에 매연이 유입되기 전에 설치되며, 매연에 포함된 황산화물이 1차적으로 황산화물의 흡수제와 반응하도록 일정한 공간을 제공하는 역할을 한다. 상기 반응조(50) 내부에서는 매연과 흡수제가 충분히 섞여지도록 내부유동을 교란시켜 난류유동을 형성하게 된다. 결과적으로 황산화물을 일부 걸러내게 됨으로써 상기 필터본체(100)의 필터링에 있어서 보다 효과적으로 질소산화물을 제거할 수 있게 된다.

도 6은 도 5의 매연처리장치에서 매연을 필터링하는 필터본체의 상부 평면도를 나타낸다.

이를 참조하면, 필터본체(100)에 설치된 필터백(90)은 가로, 세로 일정한 개수를 가지도록 설치된다. 그리고 상기 필터백(90)은 상기 필터백을 누르는 평판(81)과 체결구(83)에 의하여 상기 필터본체(100)에 견고하게 체결된다.

필터 지지부재(160)는 상기 필터백(90) 내부에 설치되며, 필터백(90)을 지지하는 역할을 한다. 상기 필터 지지부재(160)는 철재 구조물인 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 일정한 강도를 가지는 플라스틱이나 합금으로도 제작이 가능하다. 그리고, 상기 필터 지지부재(160)는 긴 원통형상인데, 상기 원통형상의 벽면이 폐곡면을 형성하지 않고, 원통형상의 틀만 갖추면서 벽면의 내부와 외부는 서로 연통되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 사각기둥 형상을 비롯한 모든 다각형의 형상이 가능하다.

공기 분사관(145)은 상기 필터백(90)이 설치된 필터 지지부재(160) 각각의 상부 중심에 설치된다. 그리고, 상기 공기 분사관(145)에 유입되는 압축공기의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(143)는 상기 필터본체(100)의 외부에 설치된다.

필터 하우징(110)은 종래의 것과 대부분 동일하나, 상기 필터본체(100) 내부로 매연이 유입되는 매연 입구부(120)의 형상에는 차이가 있다. 상기 매연 입구부(120)의 형상은 상기 필터본체(100)로 들어가면서 매연의 확산이 용이하게 일어날 수 있도록 공간이 넓어진다. 즉 매연 입구부(120)와 필터본체(100)가 단차를 형성할 수도 있고, 매연 입구부(120)에서 필터본체(100)로 일정한 기울기를 가질 수도 있다.

도 7을 참조하여, 필터백이 필터본체의 내부에 형성된 내부 지지벽에 결합수단을 이용하여 결합되는 구조를 설명한다.

필터백(90)은 필터백의 결합수단(80)에 의하여 필터본체에 형성된 내부 지지벽(170)과 결합된다. 상기 결합수단(80)은 상기 필터백을 누르는 평판(81), 상기 평판의 하부 일측에 설치되는 패킹수단(85), 상기 평판(81)과 상기 필터백을 체결하는 체결구(83)를 포함하여 구성된다. 보다 상세하게는 상기 평판(81)에는 체결구가 체결되는 구멍을 가지고 있으며, 상기 체결구(83)는 볼트 및 너트인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 패킹수단(85)은 상기 체결구에 의한 결합이 견고하게 이루어지도록 탄성부재를 사용하는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기 결합수단(80)에 의하여 필터백(90)이 견고하게 필터본체(100)에 결합됨으로써 상기 필터백(90)의 무게에 제한을 받지 않게 된다. 즉, 코팅되는 촉매의 양이나 필터백의 길이를 늘릴 수 있게 되어 효율적인 필터링을 할 수 있게 된다. 그러나, 본 실시예의 결합수단은 이에 한정되지 않고, 클램프 등을 비롯한 일반적인 체결구를 포함하는 모든 결합수단이 가능하다.

도 8은 본 발명에 따른 매연처리 필터백에 관한 일 실시예를 나타낸 도면이다. 이를 참조하여, 본 발명에 따른 매연처리 필터백의 형상을 구체적으로 설명한다.

상기 필터백(90)은 서로 연통되어 있는 삽입부(91), 연결부(92) 및 배출부(93)로 구성된다. 그리고, 상기 필터백(90)은 적어도 한개 이상이 서로 연결되어 연통되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 필터백(90)의 삽입부(91)는 일체형으로 형성되어 있으며, 필터본체의 내부 지지벽에 결합되는 부분이다. 상기 삽입부(91)에는 필터 지지부재가 설치되는 복수개의 원형 구멍이 일정한 간격을 가지면서 형성되어 있다. 상기 연결부(92)는 복수개의 원통형상의 필터백이 일렬로 나열되어 있으며, 이들은 각각 분리되어 있다. 물론 상기 연결부(92)의 형상은 사각기둥 형상 등을 비롯한 다각형 기둥형상도 가능하다. 상기 배출부(93)는 필터본체의 매연 배출부와 연결되는 부분으로서, 일체형으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 배출부(93)는 사각기둥 형상을 하고 있으며, 상기 연결부(92)와 수직을 유지하면서 형성된다. 즉, 상기 연결부(92)의 밑면이 상기 배출부(93)의 측면과 연통되어 있다. 물론 상기 배출부(93)의 형상도 마찬가지로 원통형을 비롯한 다각형의 기둥형상이 될 수 있다. 그리고, 상기 필터백의 배출부(93)는 필터본체의 매연 배출부와 밀착되게 설치됨으로써 필터본체에 흡입된 매연은 모두 필터백을 통과하게 된다. 그러나, 본 발명에 의한 필터백의 형상은 이에 한정되지 않고, 다각형의 단면을 갖는 모든 기둥 형상을 포함한다. 또한, 상기 필터백이 최소한 한개 이상이 서로 연결되어 일체형으로 형성되는 경우도 포함한다.

도 9는 도 8의 필터백을 이용한 필터링 과정을 나타낸 단면도이다. 이를 참조하여, 상기 필터백(90)의 구조와 필터링의 과정을 구체적으로 살펴본다.

상기 매연처리 필터백(90)은 일정형상의 다공성 부재(95)(상세도시 생략), 코팅막(94), 촉매 입자층(96)을 포함하여 구성된다. 상기 다공성 부재(95)는 직물인 것이 바람직하며, 상기 직물은 견직물, 모직물, 면직물 뿐만아니라, 폴리이미드 화이버(Polyimide Fiber) 등을 원료로 한 다공성 부재를 모두 포함한다. 그리고 상기 코팅막(94)은 상기 직물을 보호하는 막으로서 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene) 코팅막을 비롯하여 내마모성, 내화학성 및 내열성이 우수한 일반적인 코팅막을 모두 포함한다. 상기 촉매 입자층은 저온에서 활성 가능한 촉매 입자들로 형성된 층이다. 그리고, 상기 촉매 입자들을 상기 다공성 부재(95)에 코팅시키는 방법은 졸-겔(Sol-gel)법, 스프레이(Spray)법 그리고 딥(Dip)코팅 방법 등이 주로 사용된다.

한편, 상기 필터백(90)을 이용한 매연의 필터링 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 상기 필터백(90)을 통과하기 전의 매연에는 질소산화물, 황산화물, 먼지, 환원제, 흡수제 등이 포함되어 있다. 보다 상세하게는 상기 흡수제는 황산화물 흡수제인 수산화 칼슘인 것이 바람직하고, 상기 환원제는 질소산화물 환원제인 암모니아인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 필터백(90)은 바깥표면에서 부터 순차적으로 코팅막(94), 다공성 부재(95) 그리고, 촉매 입자층(96)으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 매연에서 먼지가 제거되는 원리는 먼지 입자보다 작은 구멍을 가지는 코팅막(94)을 포함한 필터백(90)에 매연을 통과시킴으로써 먼지가 여과된다. 물론 코팅막이 없을 경우에는 상기 다공성 부재(95)에 의하여 먼지가 걸러지게 된다.

상기 매연에서 황산화물이 제거되는 원리는 다음과 같다. 먼저 흡수제가 포함된 매연이 상기 필터백(90)을 통과하면 상기 흡수제인 수산화 칼슘이 상기 코팅막(94)에 부착된다. 그러면, 상기 코팅막(94)에 부착된 수산화 칼슘은 필터백을 통과하는 매연에 포함된 황산화물과 반응하게 된다. 결과적으로 상기 수산화 칼슘은 황산화물과 반응하여 황산칼슘과 수증기로 바뀌게 된다. 그리고, 생성된 황산칼슘은 자중에 의하거나 공기 분사수단에 의하여 먼지 배출수단으로 떨어지게되고, 생성된 수증기는 필터백을 통과하여 최종적으로는 공기중으로 배출된다. 상기 수산화 칼슘은 황산화물을 중화시켜 황산칼슘이라는 황산염을 생성하게 되므로 별도의 촉매가 사용되지 않는다. 물론 촉매를 사용하여 고체 상태의 황으로 황산화물을 회수 하는 방법도 가능하다.

한편, 상기 매연에 포함된 질소산화물은 필터백에 코팅된 촉매 입자층(96)과 만나게 되면서 질소산화물의 환원제인 암모니아와 반응을 하게 된다. 상기 질소산화물은 암모니아와 반응하여 질소와 수증기로 바뀌게 되어 최종적으로 외부 대기로 배출된다. 일반적으로 질소산화물을 제거하기 위한 촉매는 고온에서 활성이 가능하지만 본 발명에 따른 촉매는 저온에서 활성가능한 촉매이다. 보다 상세하게는 상기 촉매는 150~ 250℃이하에서 활성가능한 질소산화물 제거용 촉매인 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태인 매연처리방법의 흐름도를 나타낸다. 이를 참조하여, 본 발명의 매연처리방법을 구체적으로 설명한다.

먼저 오염물질 발생원으로 부터 흡입 연결관을 통하여 매연을 흡수한다(S1). 상기 오염물질 발생원은 일반적으로 대규모 공장 등을 비롯한 모든 대기오염발생원을 포함한다.

이후에는 매연에 포함된 오염물질인 질소산화물이나 황산화물 등과 반응하는 반응물질을 주입한다(S3). 상기 반응물질은 상술한 바와 같이 질소산화물의 경우에는 암모니아, 황산화물인 경우에는 수산화칼슘을 주입하는 것이 바람직하다.

그리고, 저온에서 활성이 가능한 질소산화물 제거용 촉매가 코팅된 필터백을 통하여 상기 매연을 필터링하는 단계를 거친다(S7). 상기 필터백에서 필터링되고 필터백에 부착되어 있는 먼지나 황산칼슘은 필터본체의 상부에 위치하는 공기분사수단에 의하여 필터백의 표면에서 제거된다(S9).

최종적으로 먼지 배출 수단에 의하여 필터백 표면에서 제거된 오염물질들을 외부로 배출한다(S11).

한편, 상기 황산화물과 수산화칼슘을 효과적으로 반응시키기 위하여 반응조를 설치하고, 매연이 상기 반응조를 통과하는 단계를 거치도록 하는 단계를 포함하는 것이 더욱 바람직하다(S5).

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상술한 본 발명에 따른 매연처리 필터백, 매연처리장치 및 그 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 의하면, 저온에서 활성이 가능한 촉매가 다공성 부재에 코팅된 필터백을 사용함으로써 매연에 포함된 질소산화물, 먼지, 황산화물을 동시에 처리할 수 있는 잇점이 있다.

둘째, 본 발명에 따른 필터본체의 매연 입구부에서 흡입되는 매연의 진행방향과 매연에 포함된 오염물질의 침강방향이 동일하도록 필터본체의 구조를 개선하고, 결합수단 및 고정수단을 사용하여 필터백을 상기 필터본체에 견고하게 결합시킴으로써 필터링의 효율을 높일 수 있는 잇점이 있다.

셋째, 본 발명에서는 집진기, 탈황장치, 탈질장치의 역할을 동시에 수행할 수 있는 하나의 필터링장치를 사용함으로써 매연 처리공정이 간소화되며 초기 설비 투자비 및 유지관리비가 줄어드는 경제적인 잇점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 매연처리장치의 개략도.

도 2는 도 1의 여과 집진기 내부의 필터본체 단면도.

도 3은 종래기술에 따른 필터백의 사시도.

도 4는 도 3의 필터백을 이용한 필터링 과정을 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 매연처리장치에 관한 일 실시예를 나타낸 개략도.

도 6은 도 5의 필터본체의 상부 평면도.

도 7은 도 6의 Ⅰ-Ⅰ단면을 부분적으로 나타낸 상부 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 필터백에 관한 일 실시예의 사시도.

도 9는 도 7의 필터백을 이용한 필터링 과정을 나타낸 단면도.

도 10은 본 발명에 따른 매연처리방법에 관한 일 실시예를 나타낸 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30: 황산화물 흡수제 주입수단 40: 질소산화물 환원제 주입수단

50: 반응조 60a: 흡입 연결관

60b: 배출 연결관 70: 배출수단

90: 필터백 100: 필터본체

110: 필터 하우징 120: 매연 입구부

121: 유동조절부재 130: 매연 출구부

140: 공기 분사수단 150: 먼지 배출수단

160: 필터 지지부재 170: 내부 지지벽

Claims (16)

1. 매연에 포함된 황산화물과 반응하는 황산화물 흡수제와, 매연에 포함된 질소산화물과 반응하는 질소산화물 환원제를 주입하는 반응물질 주입수단;

   내부에 중공을 가지며 최소한 한 개 이상이 연결되어 서로 연통되어 있는 다공성 부재와, 상기 다공성 부재가 형성하는 공간의 내부표면에 코팅되고 저온에서 활성 가능한 촉매 입자층을 가지는 매연 처리 필터백을 포함하며, 상기 필터백의 표면에서 상기 반응물질과 황산화물 및 질소산화물이 반응하여 먼지와 함께 상기 매연에 포함된 황산화물 및 질소산화물을 동시에 제거하는 필터링 수단;

   상기 매연에 포함된 황산화물이 상기 반응물질과 반응하는 공간을 제공하는 수단; 그리고,

   상기 필터링 수단에 의해 정화된 공기를 배출하는 배출수단을 포함하여 구성되는 매연처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 다공성 부재는 직물인 것을 특징으로 하는 매연 처리 필터백.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 상기 필터백은 일체형의 삽입부와, 분리형의 연결부와, 일체형의 배출부로 형성된 것을 특징으로 하는 매연 처리 필터백.
6. 제1항에 있어서,

   상기 필터링 수단은,

   상기 필터백을 매연처리 필터본체에 결합시키는 결합수단;

   상기 필터본체의 상부 일측에 위치하는 매연 입구부; 그리고,

   상기 필터본체의 하부 일측에 위치하는 매연 출구부를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매연처리장치.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 필터백의 삽입부를 누르는 평판, 상기 평판의 하부 일측에 설치되는 패킹수단, 상기 평판과 상기 필터본체를 체결하는 체결구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매연처리장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 매연 입구부는 상기 필터백의 종방향과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 매연처리장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 매연처리장치는 상기 매연 입구부의 하단에 설치되는 유동 조절부재를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매연처리장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 필터백 및 상기 매연 출구부 하부에 설치되는 먼지 배출수단을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매연처리장치.
12. 제6항에 있어서, 상기 필터백의 상부에 위치하며, 일정 시간 간격으로 압축공기를 분사하는 공기 분사수단을 더욱 포함하여 구성되는 매연처리장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 매연에 포함된 황산화물과 반응하는 황산화물 흡수제와, 매연에 포함된 질소산화물과 반응하는 질소산화물 환원제를 주입하는 반응물질 주입단계와;

    내부에 중공을 가지며 최소한 한 개 이상이 연결되어 서로 연통되어 있는 다공성 부재와, 상기 다공성 부재가 형성하는 공간의 내부표면에 코팅되고 저온에서 활성 가능한 촉매 입자층을 가지는 매연 처리 필터백을 포함하며, 상기 필터백의 표면에서 상기 반응물질과 황산화물 및 질소산화물이 반응하여 먼지와 함께 상기 매연에 포함된 황산화물 및 질소산화물을 동시에 제거하는 필터링단계;

    상기 매연에 포함된 황산화물이 상기 반응물질과 반응하는 공간을 제공하는 반응조를 통과하는 단계; 그리고,

    상기 필터링에 의해 정화된 공기를 배출하는 공기배출단계를 포함하여 구성되는 매연처리방법.
16. 삭제