KR100966736B1 - 자동 선회 와류형 반건식 반응장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분무형태 및 가스의 흐름을 조절하여 쉘(shell)의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현할 수 있고, 또한 가스와 약품의 믹싱 효과의 극대화를 통한 반응성 향상 및 반응시간 단축으로 인해 발생되는 처리 효율의 극대화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 풍량 부하변동에 민첩하게 대응할 수 있으며, 나아가 반응률에 비해 과대하게 투입될 수 있는 약품량을 감소시킬 수 있어 유지 관리비의 절감과 함께 설비의 부식 등의 악영향을 최소화함으로써 설비의 내구성을 증진시킬 수 있고, 설비의 규모를 줄임으로써 초기 설비비를 절약할 수 있는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 가스 대 액체의 반응이 이루어진 최종의 반응 물질이 배출되는 배출부를 구비한 장치본체; 상기 장치본체 내에 마련되며, 강제 기류를 형성함으로써 난류의 조성과 함께 난류의 정도를 가변하는 적어도 하나의 싸이밴 조절유닛(CY-VANE CONTROL UNIT); 상기 장치본체의 가스 인입부(gas inlet) 영역에 결합되어 가스를 상기 다수의 사이클론부로 인입되도록 안내하면서 가스를 상기 다수의 사이클론부로 분배하는 가스 유도 분배관; 및 상기 가스 유도 분배관에 마련되어 상기 가스 유도 분배관으로 유동하는 가스의 부하량을 조절하는 유량 자동 조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

반건식, 반응, 반응기, 액체, 가스, 혼합, 믹싱, SDR

Description

자동 선회 와류형 반건식 반응장치{Auto Circle Turbulence Semi Dry Reactor System}

본 발명은, 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분무형태 및 가스의 흐름을 조절하여 쉘(shell)의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현할 수 있고, 또한 가스와 약품의 믹싱 효과의 극대화를 통한 반응성 향상 및 반응시간 단축으로 인해 발생되는 처리 효율의 극대화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 풍량 부하변동에 민첩하게 대응할 수 있으며, 나아가 반응률에 비해 과대하게 투입될 수 있는 약품량을 감소시킬 수 있어 유지 관리비의 절감과 함께 설비의 부식 등의 악영향을 최소화함으로써 설비의 내구성을 증진시킬 수 있고, 설비의 규모를 줄임으로써 초기 설비비를 절약할 수 있는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 관한 것이다.

산업 현장에서는 가스와 액체를 믹싱(mixing)하여 별도의 2차 혼합물을 생성하는 경우가 많다. 즉, 바이오 가스를 생산한다거나 혹은 오염 물질을 처리하는 곳에서도 가스와 액체의 혼합 현상을 이용한다.

보통, 이러한 처리 장치를 반건식 반응장치(Semi-Dry Reactor), 혹은 영문자 SDR라 부르기도 한다.

통상적으로 알려진 반건식 반응장치는 액체를 집수하는 호퍼를 구비하고 있다. 이에, 호퍼로부터 제공된 액체가 반응장치에 도달하고, 이와 더불어 별도의 라인을 통해 반응장치로 가스가 공급되면 반응장치 내에서 액체와 가스가 믹싱된다.

다만, 이러한 단순 구조로는 가스와 액체 간의 원활한 믹싱이 진행되지 않기 때문에, 종래의 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 있어서는, 종래의 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에는 제공되는 가스의 흐름을 정류시켜주거나 혹은 일정하게 혼합시켜주기 위한 배플(BAFFLE) 및 정류판을 설치하는 경우가 일반적이었다.

그런데, 이러한 종래의 반건식 반응장치에 있어서는, 분무형태 및 가스의 흐름 조절이 어려워 쉘(shell)의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현하기가 용이하지 않고, 또한 가스와 약품의 믹싱 효과가 다소 미흡하여 반응성이 떨어짐은 물론 반응시간이 지연되며, 특히 풍량 부하변동에 민첩하게 대응하지 못하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 종래의 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 있어서는, 반응률에 비해 약품량이 과대하게 투입될 소지가 높아 유지 관리비가 증가함은 물론 과대하게 투입된 약품으로 인해 설비의 부식 등의 악영향이 야기될 수 있어 전반적으로 설비의 내구성이 감소될 수 있고, 특히 설비의 규모가 거대해짐으로써 초기 설비비가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 분무형태 및 가스의 흐름을 조절하여 쉘(shell)의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현할 수 있고, 또한 가스와 약품의 믹싱 효과의 극대화를 통한 반응성 향상 및 반응시간 단축으로 인해 발생되는 처리 효율의 극대화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 풍량 부하변동에 민첩하게 대응할 수 있으며, 나아가 반응률에 비해 과대하게 투입될 수 있는 약품량을 감소시킬 수 있어 유지 관리비의 절감과 함께 설비의 부식 등의 악영향을 최소화함으로써 설비의 내구성을 증진시킬 수 있고, 설비의 규모를 줄임으로써 초기 설비비를 절약할 수 있는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 가스 대 액체의 반응이 이루어진 최종의 반응 물질이 배출되는 배출부를 구비한 장치본체; 상기 장치본체 내에 마련되며, 강제 기류를 형성함으로써 난류의 조성과 함께 난류의 정도를 가변하는 적어도 하나의 싸이밴 조절유닛(CY-VANE CONTROL UNIT); 상기 장치본체의 가스 인입부(gas inlet) 영역에 결합되어 가스를 다수의 사이클론부로 인입되도록 안내하면서 가스를 상기 다수의 사이클론부로 분배하는 가스 유도 분배관; 및 상기 가스 유도 분배관에 마련되어 상기 가스 유도 분배관으로 유동하는 가스의 부하량을 조절하는 유량 자동 조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 적어도 하나의 싸이밴 조절유닛은 다수개 마련되며, 다수의 싸이밴 조절유닛 각각은, 선회와류를 통한 난류를 강제적으로 발생시키는 사이클론 부(cyclone portion); 및 상기 사이클론부에 각각 마련되어 상기 사이클론부에 의해 형성된 난류의 정도를 조절하는 다수의 베인 콘트롤 댐퍼(vain control damper)를 포함할 수 있다.

상기 다수의 사이클론부에 각각 하나씩 구비된 스프레이 노즐로서, 사이클론부로 액체의 약품을 주입하는 스프레이 노즐(spray nozzle)을 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 사이클론부는 3개의 사이클론부일 수 있으며, 상기 3개의 사이클론부는 동심적으로 상호간 등각도 간격을 가지고 배열될 수 있다.

상기 가스 유도 분배관은, 상기 다수의 사이클론부에 각각 하나씩 대응되는 다수의 단위관; 및 상기 다수의 단위관에 마련되는 다수의 가스이동로를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 분무형태 및 가스의 흐름을 조절하여 쉘(shell)의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현할 수 있고, 또한 가스와 약품의 믹싱 효과의 극대화를 통한 반응성 향상 및 반응시간 단축으로 인해 발생되는 처리 효율의 극대화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 풍량 부하변동에 민첩하게 대응할 수 있으며, 나아가 반응률에 비해 과대하게 투입될 수 있는 약품량을 감소시킬 수 있어 유지 관리비의 절감과 함께 설비의 부식 등의 악영향을 최소화함으로써 설비의 내구성을 증진시킬 수 있고, 설비의 규모를 줄임으로써 초기 설비비를 절약할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 선회 와류형 반건식 반응장치의 평면도, 도 2 및 도 3은 각각 도 1을 다른 각도에서 도시한 측면도들, 도 4는 가스 유도 분배관 영역의 확대도, 도 4는 하나의 사이클론부에 대한 확대도, 및 도 5는 가스 유도 분배관 영역의 확대도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동 선회 와류형 반건식 반응장치는, 크게 장치본체(10), 싸이밴 조절유닛(CY-VANE CONTROL UNIT, 70), 가스 유도 분배관(20), 유량 자동 조절유닛(30) 및 스프레이 노즐(spray nozzle, 60)을 구비한다.

각 구성에 대해 순차적으로 부연한다.

장치본체(10)는, 실질적으로 가스 대 액체의 반응, 다시 말해 소각로 연소가스와 슬러리 상태의 약액 반응을 촉진하기 위한 반응이 이루어지는 구성들의 외관을 형성하는 부분이다. 따라서 장치본체(10)에는 도시된 바와 같이, 가스 유도 분배관(20), 유량 자동 조절유닛(30), 싸이밴 조절유닛(70) 및 스프레이 노즐(60) 등이 갖춰진다.

이러한 장치본체(10)는 본 자동 선회 와류형 반건식 반응장치에서 가장 큰 부피적인 공간을 형성한다. 실질적으로 장치본체(10)는 거대한 구조물로 마련된다. 따라서 장치본체(10)의 외측에는 작업자의 접근을 허용하는 플랫폼 및 계단(미도시) 등이 구비될 수 있다.

자세히 도시되어 있지는 않지만 장치본체(10)는 높이 방향을 따라 상호 적층 되어 있는 다단의 셀 구조를 가질 수 있으며, 가스 대 액체의 반응이 이루어진 최종의 반응 물질은 배출부(11)로 배출되는 구조를 갖는다. 장치본체(10)의 측면에는 다수의 관부(12)가 마련된다.

싸이밴 조절유닛(70)은, 장치본체(10) 내에 마련되며, 강제 기류를 형성함으로써 난류의 조성과 함께 난류의 정도를 가변하는 역할을 한다.

이러한 싸이밴 조절유닛(70)은, 선회와류를 통한 난류를 강제적으로 발생시키는 사이클론부(cyclone portion, 40) 및 사이클론부(40)에 각각 마련되어 사이클론부(40)에 의해 형성된 난류의 정도를 조절하는 다수의 베인 콘트롤 댐퍼(vain control damper, 50)를 포함한다.

사이클론부(40)는, 선회와류를 통한 난류를 강제적으로 발생시키는 부분이다. 대략 깔때기 구조를 갖는다.

참고로, 사이클론이란 선회운동을 일으켜 분체에 작용하는 원심력에 의해 입자를 분리시키는 원리 및 구조이다.

도시된 바와 같이, 원통하부로 갈수록 좁아지므로 선회류 속도가 증가하여 입자는 충분한 원심력을 얻는다. 그러므로 미세입자의 포집이 효과적으로 된다. 이처럼 하향의 선회류가 내부원통의 말단부를 지나므로 직경이 큰 외부 와류의 내층은 중심축을 따라 낮은 압력 영역으로 이탈하여 스스로 분리된다.

외부 와류로부터의 이러한 분리는 원추하부의 정점에 접근함에 따라 더욱 커져 최종적으로 상승하는 내부와류에 합류되어 상향으로 선회운동을 하면서 내부 원통을 통하여 흘러 나가게 된다.

이러한 사이클론은 구조가 간단하고 설치비 및 유지비가 저렴하며 고온에서 운전 가능하다는 이점이 있는데, 본 실시예에서 이를 적용하고 있는 것이다.

사이클론부(40)는 필요에 따라 단일개로 마련되어도 무방하지만 본 실시예의 경우에는, 장치본체(10) 내에서 복수개로 마련된다. 즉 3개의 사이클론부(40)가 마련되는데, 이들은 동심적으로 상호간 등각도 간격을 가지고 배열된다.

베인 콘트롤 댐퍼(50)는, 난류의 정도를 조절하는 역할을 한다. 베인 콘트롤 댐퍼(50)는 사이클론부(40)에 장착된다.

본 실시예서 베인 콘트롤 댐퍼(50)는 횡류식 팬 형태로 적용되며, 팬의 속도 차에 기인하여 난류의 정도를 조절하고 있다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제하되는 것은 아니다.

결국, 하나의 사이클론부(40)와 하나의 베인 콘트롤 댐퍼(50)는 하나의 단위유닛을 형성하게 되는데, 이러한 사이클론부(40)와 베인 콘트롤 댐퍼(50)는, 선회와류를 통한 난류의 발생 및 그에 따른 가변 조절을 통해 가스 대 액체의 반응시간을 최소화시키면서도 가스와 액체의 믹싱을 극대화시켜 오히려 반응효율을 향상시키는 역할을 한다.

또한 본 실시예에서 사이클론부(40)와 베인 콘트롤 댐퍼(50)는, 선회 와류를 통한 난류의 발생 및 그에 따른 가변 조절을 통해 분무형태 및 가스의 흐름을 조절할 수 있도록 하여 쉘의 직경 및 높이 등을 설치조건에 맞는 최적의 설계가 가능하도록 한다.

가스 유도 분배관(20)은, 장치본체(10)의 일측, 다시 말해 장치본체(10)의 가스 인입부(gas inlet) 영역에 결합되어 가스(배기가스)를 다수의 사이클론부(40)로 인입되도록 안내하면서 가스를 다수의 사이클론부(40)로 적절하게 분배하는 역할을 한다.

본 실시예의 경우, 3개의 사이클론부(40)가 마련되므로 이에 대응되도록 가스 유도 분배관(20)이 형성된다.

이에 대해 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 유도 분배관(20)은 3개의 사이클론부(40)에 각각 하나씩 대응되는 3개의 단위관(21a~23a)과, 3개의 단위관(21a~23a)에 마련되는 3개의 가스이동로(21b~23b)를 구비한다. 이에, 가스 유도 분배관(20)을 통해 인입된 가스는 3개의 단위관(21a~23a) 및 3개의 가스이동로(21b~23b)를 경유하여, 각각의 사이클론부(40)로 향하게 된다.

본 실시예의 경우, 3개의 사이클론부(40)가 마련되므로 이에 대응되도록 단위관(21a~23a)이 마련되나, 사이클론부(40)의 개수가 2개, 혹은 4개 이상이라면 그에 대응하도록 단위관(21a~23a)의 개수 역시 적절하게 조절되어야 할 것이다.

유량 자동 조절유닛(30)은, 가스 유도 분배관(20)에 마련되어 가스 유도 분배관(20)으로 유동하는 가스의 부하량을 조절한다. 이러한 유량 자동 조절유닛(30)으로서 소위, 오토 댐퍼(auto damper)가 적용될 수도 있다.

유량 자동 조절유닛(30)으로서 오토 댐퍼가 적용되는 경우, 오토 댐퍼는 가스량의 부하변동에 대응할 수 있도록 가스 유도 분배관(20)에 마련되어 가스 유도 분배관(20)의 해당 관로를 자동으로 개폐하는 역할을 할 수 있다.

본 실시예와 같이 가스 유도 분배관(20)의 개수에 맞게 가스 유도 분배 관(20)에 유량 자동 조절유닛(30)이 마련됨에 따라, 소각로 연소가스 부하량 변화에 따른 유량 변화를 연계(INTERLOCK)하여 자동으로 유량을 조절할 수 있는 이점이 있다.

이러한 유량 자동 조절유닛(30)의 자동적인 온/오프(on/off) 기능에 따라 풍량 부하의 민첩한 대응성을 향상시킬 수 있다. 특히, 예열 시, 부하 시, 과부하 시 등에서 풍량 부하가 발생될 소지가 높은데, 유량 자동 조절유닛(30)으로 인해 풍량 부하에 민첩하게 대응할 수 있게 된다.

유량 자동 조절유닛(30)에 대해서는 자세히 도시되어 있지는 않지만, 기계식 도어(door)의 형태이어도 좋고, 아니면 전자식 솔 밸브에 의해 도어가 자동으로 온/오프(on/off)되는 형태여도 좋다.

스프레이 노즐(60)은, 요소수나 암모니아, 혹은 기타의 약품을 주입하는 부분이다. 이러한 스프레이 노즐(60)은 사이클론부(40) 각각에 하나씩 마련되어, 소정의 액체, 다시 말해 요소수 또는 암모니아 및 기타의 약품이 될 수 있는 액체를 3개의 사이클론부(40) 각각으로 주입한다.

본 실시예에 의하면 액체는 스프레이 식으로 분사되면서 사이클론부(40)로 제공될 수 있게 된다.

이러한 구성을 갖는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치의 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

우선, 장치본체(10)의 가스 인입부(gas inlet)로 유입된 가스(배기가스, 소각로 연소가스)는 가스 인입부 영역에 설치된 다수의 가스 유도 분배관(20)을 통해 각기 일정한 양으로 분배되어 다수의 사이클론부(40)로 유입된다.

즉, 가스 유도 분배관(20)을 통해 인입된 가스는 3개의 단위관(21a~23a) 및 3개의 가스이동로(21b~23b)를 경유하여, 각각의 사이클론부(40)로 인입된다.

이때 만일, 가스의 유동 시 부하변동이 있을 경우라면 가스 유도 분배관(20)에 마련되어 있는 유량 자동 조절유닛(30)들이 각기 작동함으로써 가스의 부하량을 조절하게 된다. 예컨대, 부하가 큰 쪽의 유량 자동 조절유닛(30)은 해당 개구를 차폐하거나 반쯤 열어 부하량을 조절하게 된다.

다음, 가스 유도 분배관(20)으로 유입된 가스는 사이클론부(40)에 도달되고, 이와 더불어 스프레이 노즐(60)로부터 약품(슬러리 상태의 약액)이 유입된다.

이때 사이클론부(40)에서는 소용돌이를 통한 원심력 또는 구심 흡인력이 발생하게 되는데, 발생하는 구심 흡인력에 의해 스프레이 노즐(60)에서 약품의 분사가 보다 용이하게 되므로 가스 대 액체의 믹싱(mixing) 효과가 상승되어 자연스럽게 가스 대 액체의 반응이 보다 용이해질 수 있게 된다.

특히, 사이클론부(40)에서 발생된 소용돌이는 사이클론부(40)에 장착된 베인 콘트롤 댐퍼(50)에 의해 분무형태 및 가스의 흐름을 조절시키게 되는 바, 각 조건에 맞게 원심력과 구심 흡인력은 극대화된 후 쉘로 확산되면서 난류가 형성되고 따라서 약품과 가스의 믹싱이 극대화된다.

특히, 본 실시예에서 가스 대 액체의 믹싱, 다시 말해 소각로 연소가스와 슬러리 상태의 약액 반응을 위한 믹식은 베인 콘트롤 댐퍼(50)에 의해 조정이 가능하므로 본 실시예에 따르면 최적의 믹싱 상태를 지속적으로 유지시킬 수 있게 되면서 하부 셀로 확산되면서 그 효과가 극대화되게 된다.

따라서 배플 및 정류판 정도의 구조만을 단순하게 채용했던 종래기술에 비해 가스와 액체 간의 믹싱 효과가 배가될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 분무형태 및 가스의 흐름을 조절하여 쉘의 직경 및 높이 등을 그 설치조건에 맞는 최적의 설계로 구현할 수 있다.

또한 가스와 약품의 믹싱 효과의 극대화를 통한 반응성 향상 및 반응시간 단축으로 인해 발생되는 처리 효율의 극대화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 풍량 부하변동에 민첩하게 대응할 수 있다.

그리고 반응률에 비해 과대하게 투입될 수 있는 약품량을 감소시킬 수 있어 유지 관리비의 절감과 함께 설비의 부식 등의 악영향을 최소화함으로써 설비의 내구성을 증진시킬 수 있고, 설비의 규모를 줄임으로써 초기 설비비를 절약할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 선회 와류형 반건식 반응장치의 평면도,

도 2 및 도 3은 각각 도 1을 다른 각도에서 도시한 측면도들,

도 4는 하나의 사이클론부에 대한 확대도,

도 5는 가스 유도 분배관 영역의 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 장치본체 20 : 가스 유도 분배관

30 : 유량 자동 조절유닛 40 : 사이클론부

50 : 베인 콘트롤 댐퍼 60 : 스프레이 노즐

70 : 싸이밴 조절유닛

Claims (5)

1. 가스 대 액체의 반응이 이루어진 최종의 반응 물질이 배출되는 배출부를 구비한 장치본체;

   상기 장치본체 내에 마련되며, 강제 기류를 형성함으로써 난류의 조성과 함께 난류의 정도를 가변하는 적어도 하나의 싸이밴 조절유닛(CY-VANE CONTROL UNIT);

   상기 장치본체의 가스 인입부(gas inlet) 영역에 결합되어 가스를 다수의 사이클론부로 인입되도록 안내하면서 가스를 상기 다수의 사이클론부로 분배하는 가스 유도 분배관; 및

   상기 가스 유도 분배관에 마련되어 상기 가스 유도 분배관으로 유동하는 가스의 부하량을 조절하는 유량 자동 조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 싸이밴 조절유닛은 다수개 마련되며,

   다수의 싸이밴 조절유닛 각각은,

   선회 와류를 통한 난류를 강제적으로 발생시키는 사이클론부(cyclone portion); 및

   상기 사이클론부에 각각 마련되어 상기 사이클론부에 의해 형성된 난류의 정 도를 조절하는 다수의 베인 콘트롤 댐퍼(vain control damper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다수의 사이클론부에 각각 하나씩 구비된 스프레이 노즐로서, 사이클론부로 액체의 약품을 주입하는 스프레이 노즐(spray nozzle)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 다수의 사이클론부는 3개의 사이클론부이며,

   상기 3개의 사이클론부는 동심적으로 상호간 등각도 간격을 가지고 배열되는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 가스 유도 분배관은,

   상기 다수의 사이클론부에 각각 하나씩 대응되는 다수의 단위관; 및

   상기 다수의 단위관에 마련되는 다수의 가스이동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 선회 와류형 반건식 반응장치.

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