KR100222778B1 - 2상형 열재생식 소각방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 방법으로 대단히 높은 정화도를 얻을 수 있는 열재생식 소각방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 유해물 함유 폐가스를 열재생적으로 소각하는 방법 및 상기 방법을 실시하는 장치에 관한 것으로서, 유해물 함유 폐가스를 열재생적으로 소각하는 2상 장치의 전단에 유량감소를 위한 유입가스 방해댐퍼를 구성하고, 2상형 열재생식 소각로 후단의 가스배출관에 배출가스 차단밸브를 설치하고, 상기 배출가스 차단밸브 전단에 배출가스관과 완충용기의 유입부를 연결하고, 상기 완충용기의 유출부는 압력릴리프밸브를 통해 완충용기 퍼지관으로 유도되어 대기배출관 또는 대기로 연결하고, 압력릴리프밸브 하단에 미반응 가스순환관을 구성하고 완충용기의 내부에는 가스의 혼합을 방지하는 차단판을 설치하여 배출가스관 내의 가스의 일부가 완충용기와 미반응 가스순환관을 통해 저압부위인 유입가스관으로 자동순환됨으로써 기존의 3상 장치에서와 같은 동일한 정화성능을 얻을 수 있으며, 많은 수의 밸브를 생략할 수 있으며, 세 번째 상 전체가 완충용기로 대체되므로 장치 제작비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 완충용기는 세 번째 상보다 작은 크기로 제작될 수 있으므로 설치공간을 절감할 수 있으며, 밸브 동작 제어가 매우 단순하여 제어기 투자비를 절감할 수 있으며, 동작부위가 감소되므로 장치의 운전정지 및 유지보수 시간을 최소화 할 수 있는 유용한 발명이다.

Description

2상형 열재생식 소각방법 및 장치
본 발명은 2상형(2-bed) 열재생식 소각방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 유해물 함유 폐가스 배출을 역류시켜 열재생적으로 소각시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유해물 함유 폐가스를 열재생적으로 소각하는 방법 및 장치는 세라믹 또는 연와공업, 화학공업, 도료공업, 식료품공업, 전자공업, 제지공업 등 광범위한 분야에서 사용되고 있다.
소망되는 정화정도에 따라 이들 장치는 2상 또는 3상으로 실시되며, 보통 2상 방법이 정화성능 96-98
Figure kpo00002
를 얻을 수 있는 경제적 방법이다.
그러나, 최근에는 화학공정에 있어 폐가스 정화에 대한 요구 규정이 점차 강화되므로 정화성능의 개선을 위해서 99
Figure kpo00003
이상의 정화효율을 보장하는 3상 설비가 사용되었다.
제1도에 도시된 바와 같이, 종래에는 유해물 함유 유입가스(100)가 개방된 밸브(101)를 통하여 제1상의 축열 세라믹층(110)내로 그리고 상기 축열 세라믹층(110)으로부터 보조 열공급장치(113)가 있는 소각공간(114)내로 도입된다.
밸브(102,103,104,106)는 먼저 폐쇄한다.
가스는 제1상 축열 세라믹층(110)에서 예열되어 소각공간(114)에서 유기물이 완전 소각된 후, 제2상 축열 세라믹층(111)을 통하여 냉각된 후 개방된 밸브(105)를 지나 배출관(115)으로 유도된다.
청정공기밸브(107,108)는 먼저 폐쇄하고 청정공기밸브(109)를 개방하여 제3상 축열 세라믹층(112)이 청정공기로 치환되게 한다.
청정공기를 밸브(109)를 통하여 제3상 축열 세라믹층(112)에 유도하여 그곳에 체류하던 공기를 소각공간(114)에서 재연소시키고 제2상 축열 세라믹층(111)을 지나 유도되게 한다.
상기 공정 동안에 제2상 축열 세라믹층(111)은 강하게 가열되고 배출되는 가스는 냉각된다.
예정된 절환 기간 후 밸브(101,105,109)를 폐쇄하고 밸브(102,106,107)를 개방한다.
유입가스는 밸브(102)를 지나 가열된 제2상 축열 세라믹층(111)에 유도되어 예열된 뒤 보조 열공급장치(113)를 가진 소각공간(114)내에서 연소된다.
청정공기류에 의해 정화된 유입가스는 제3상 축열 세라믹층(112)을 지나 밸브(106)를 통해 배출관(115)에 도달한다.
이렇게 하여 제3상 축열 세라믹층(112)은 가열되고 제2상 축열 세라믹층(111)과 가스는 냉각된다.
제2상 축열 세라믹층(111)에서 설명한 것처럼, 제1상 축열 세라믹층(110)은 이 단계에서 밸브(107)를 개방하여 제1상 축열 세라믹층(110)에 체류하던 불완전 연소가스는 청정공기로 치환되고, 제1상 축열 세라믹층(110)에 체류하는 불완전 연소가스는 재소각공간(114)으로 배출된다.
추가의 절환 기간 후 밸브(102,106,107)를 폐쇄하고 밸브(103,104,108)를 개방하면, 미연소가스는 밸브(103)를 지나 가열되고 소각공간(114)에서 보조 열공급장치(113)에 의해 재소각되고 앞서 정화된 제1상 축열 세라믹층(110) 및 밸브(104)를 통해 배출관(115)에 이르고, 제2상 축열 세라믹층(111)은 밸브(108)를 통해 청정공기에 의해 정화되며, 다시 추가의 절환 기간 후 상술한 작동은 순환된다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기존의 3상 공정의 경우에는 열교환기가 부설된 같은 크기의 3개의 상을 이용할 수 있어야 하기 때문에 대단히 고가의 절환장치, 복잡한 전자 제어장치 및 큰 점유면적이 요구된다.
또한, 2상 장치로부터 3상 장치로 재설비하는 것은 높은 환경부담으로 인해 막대한 비용이 소모되고, 추가의 절환장치 및 세 번째의 상을 위한 충분한 공간을 필요로 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 작은 점유면적에 제어방법이 간단하면서도 3상 장치와 같은 정화효율을 갖는 2상형 열재생식 소각방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2상형 열재생식 소각방법 및 장치는, 유해물 함유 폐가스를 열재생적으로 소각하는 2상 장치의 전단에 유량감소를 위한 유입가스 방해댐퍼를 구성하고, 2상형 열재생식 소각로 후단의 가스배출관에 배출가스 차단밸브를 설치하고, 상기 배출가스 차단밸브 전단에 배출가스관과 완충 용기의 유입부를 연결하고, 상기 완충용기의 유출부는 압력릴리프밸브를 통해 완충용기 퍼지관으로 유도되어 대기배출관 또는 대기로 연결하고, 압력릴리프밸브 하단에 미반을 가스순환관을 구성하고 완충용기의 내부에는 가스의 혼합을 방지하는 차단판을 설치하여 배출가스관 내의 가스의 일부가 완충용기와 미반응 가스순환관을 통해 저압부위인 유입가스관으로 자동순환되도록 구성된다.
제1도는 종래 3상형 열재생식 소각장치의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 2상형 열재생식 소각장치의 개략도.
제3도는 제2도의 변형도.
제4도는 댐퍼의 내부도.
제5(a)도는 댐퍼의 개방도.
제5(b)도는 댐퍼의 폐쇄도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200 : 유입가스관 201,202,203,204 : 가스 유로변경 밸브
205 : 배출가스 차단밸브 206,207 : 축열 세라믹층
208 : 소각공간 209 : 보조 열공급장치
210 : 완충용기(Buffer) 211 : 압력릴리프밸브
212 : 대기배출관 213 : 완충용기 퍼지(Purge)관
214 : 미반응 가스순환관 215 : 배출가스관
216 : 유입가스 방해댐퍼(Damper) 217 : 순환량 조절밸브
218 : 송풍기 219 : 차단판(Baffle)
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다. 제2도에 도시된 바와 같이 본 발명은 기존의 가스유로변경밸브(201,202,203,204)와 2개의 축열 세라믹층(206,207) 및 소각공간(208), 보조 열공급장치(209)로 구성되고, 2상 장치에 가스유입관(200)의 가스흐름을 제어하는 유입가스 방해댐퍼(216)와 2상형 열재생식 소각로 후단의 가스배출관(215)에 배출가스 차단밸브(205)기존의 완충용기 상단부의 압력릴리프밸브(211)로 구성되어 있다.
배출가스 차단밸브(205)가 열린상태에서 배출가스는 대기배출관(212)을 통해 대기로 배출되며, 밀폐시는 완충용기(210)의 압력릴리프밸브(211)가 배출가스 압력으로 열려 완충용기(210)에 존재하는 가스를 밀어내며 배출가스는 완충용기(210)내에 포집된다.
상기 압력릴리프밸브(211)는 일정한 압력을 받으면 그 압력에 의해 스스로 개방되어 한쪽 방향으로 가스가 유출되도록 구성되어 있다.
또한 완충용기(210)는 약간의 압력을 갖고 있으므로 압력릴리프밸브(211)하단에는 유입가스관(200)으로 연결되는 미반응 가스순환관(214)을 통해 항상 저압부위인 유입가스관(200)으로 완충용기(210)에 존재하는 가스가 계속 순환되며, 배출가스 차단밸브(205)가 개방되어 압력릴리프밸브(211)가 자동 폐쇄된 상태에서 상기 완충용기(210)에 존재하는 가스가 자동 순환됨에 따라 배출가스관(215)으로 배출되는 처리가스의 일부가 완충용기(210)에 존재하는 미반응가스를 치환한다.
상기 완충용기(210)에는 내부에 있는 유입가스와 유출가스의 혼합을 방지할 수 있도록 차단판(219)이 설치되어 있다.
송풍기(218)는 소각장치와 완충용기(210)사이에 설치되나, 소각장치 전단에 설치하는 것도 가능하며, 이 경우 역시 미반응 가스순환관(214)과 완충용기(210)와의 연결점은 송풍기의 흡입측이어야 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 작동을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 밸브(201,204)를 개방하고 밸브(202,203)를 폐쇄하여 유입가스가 제1상 축열 세라믹층(206)에서 예열되고 소각공단(208)에서 완전소각 처리된 후 제2상 축열 세라믹층(207)에서 냉각되어 처리가스가 대기배출관(212)을 통해 대기로 배출된 수 있도록 배출가스 차단밸브(205)를 개방하며 유입가스의 유로 흐름에 방해가 되지 않게 한다.
이 과정에서 제1상 축열 세라믹층(206)은 냉각되고 제2상 축열 세라믹층(207)은 가열되므로 일정시간이 경과된 후 유입가스관(200)의 흐름 방향을 제2상 축열 세라믹층(207)
Figure kpo00004
소각공간(208)
Figure kpo00005
제1상 축열 세라믹층(206)으로 변화시키기 위하여 밸브(202,203)를 개방하고 밸브(201,204)를 폐쇄하는 밸브 절환(Switching)을 실시한다.
밸브(201,202,203,204)가 작동하는 동안은 상기 밸브가 부분적으로 개방된 상태가 되므로 유입가스관(200)으로 유입된 미연소가스가 소각로(206,207,208)를 거치지 않고 밸브(201,202,203,204)를 통과하여 배출가스관(215)으로 직접 유도되고, 밸브 절환이 완료된 직후 유입가스가 제2상 축열 세라믹층(207)과 소각공간(208)을 거쳐 제1상 축열 세라믹층(206)으로 유입될 때 이전 운전상태에서 제1상 축열 세라믹층(206)에 체류하여 소각공간(208)에 도달하지 못한 불완전 연소가스가 제1상 축열 세라믹층(206)으로부터 역류되어 배출가스관(215)으로 유도된다.
상기 가스 유로변경을 위한 밸브(201,202,203,204)절환 동작시점에 배출가스 차단밸브(205)를 폐쇄하여 미연소가스 및 불완전 연소가스가 대기로 방출되지 않도록 하면 배출가스 차단밸브(205) 폐쇄와 동시 배출가스관(215)과 완충용기(210)의 압력이 증가되고, 완충용기(210) 상부의 압력릴리프밸브(211)가 자동 개방되여 완충용기(210)에 존재하던 처리가스가 밀려나면서 대기로 배출되며 미연소가스 및 불완전 연소가스는 완충용기(210)의 하단부로부터 상단부로 이동하며 완충용기(210) 내부에 포집된다.
상기 완충용기(210)는 미연소 및 불완전 연소가스의 전량을 수납할 수 있는 용적을 갖도록 형성되어 불완전 연소가스의 배출이 완료되는 시점에서 배출가스 차단밸브(205)를 개방하여 2상형 열재생식 소각장치의 처리가스를 대기로 다시 직접 배출하며, 상기 배출가스 차단밸브(205)가 개방됨에 따라 완충용기(210)는 자동 감압되며 압력릴리프밸브(211)가 자동 폐쇄되어 완충용기(210) 내의 가스는 대기와 격리된다.
한편, 밸브(201,202,203,204)절환 기간동안 제5(b)도에 도시된 것과 같은 모양의 유입가스 방해댐퍼(216)는 폐쇄되어 밸브(201,202,203,204)의 부분개방에 의한 유입가스관(200)의 2상 열재생식 소각장치의 By-pass에 의한 차압감소로 유입가스관(200)의 흡입량이 증가하는 것을 방지하고, 밸브의 절환동작 완료시 다시 유입가스 방해댐퍼(216)는 개방되어 유입가스관(200)의 유로 저항을 해제한다.
상기 유입가스 방해댐퍼(216)는 제5(b)도에 도시된 것과 같은 폐쇄상태에서도 유입가스관(200)의 일정량의 정상적인 유량이 흐를 수 있도록 제4도에 도시된 것과 같은 모양으로 구멍 또는 부분절결을 가지고 있다. 즉 제2도에 도시된 것과 같이 유입가스관의 일정한 지점에 가스가 통과할 수 있도록 설치되고 그 댐퍼(216)의 구성은 댐퍼(216)의 구경을 횡단하여 3개의 지지대(105)를 구성하고 그 지지대(105)에는 날개(106)가 제5(a)도에 도시된 것과 같은 모양으로 횡성되어, 댐퍼(216)의 외경에 설치된 레버(111)가 동력(101)에 연계하여 전·후로 작동되고 그 작동에 따라 날개(116)가 서로 겹치면 제5(a)도에 도시된 것과 같이 댐퍼(216)의 내경이 폐쇄되고 날개(116)가 풀어지면서 90°각으로 회전시키면 제5(b)도에 도시된 것과 같이 개방된다. 따라서 상기 제5(b)도에 도시된 것과 같이 폐쇄되더라도 날개(116) 밖으로 공간이 남아 있으므로 일정량의 가스는 통과되는 것이다.
완충용기(210)에 격리 수납된 미연소 및 불완전 연소가스는 미반응 가스순환관(214)을 통해 완충용기(210)보다 저압부위인 유입가스관(200)으로 계속하여 균일하게 순환 배출되며, 이에 따라 배출가스관(215)으로 배출되는 처리가스의 일부를 자동으로 완충용기(210)내로 흡입되며, 완충용기(210)의 내부는 다음 밸브 절환 시점 이전까지 배출가스관(215)에서 배출되는 처리가스로 치환된다.
일정 시간 경과 후 밸브(201,202,203,204)는 상술한 방법으로 절환되며, 밸브(201)와 배출가스 차단밸브(205) 또한 상기 방법으로 작동하여 미연소 및 불완전 연소가스의 대기방출을 방지하며 상기 순환동작이 반복된다.
이하, 제2도를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
유해물 함유 폐가스는 약 50,000N㎥/hr의 유속으로 밸브(201)에 공급되며, 이때 밸브(202,203)는 폐쇄되어 있고 밸브(204)는 개방되어 있으며, 가스는 약 40℃의 온도를 갖는다.
가스는 약간의 감압하에 있으며, 압력은 약 100mmAq, 유기 유해물의 함량은 약 800
Figure kpo00006
/N㎥이다.
먼저, 가스가 밸브(201)를 통해서 제1상 축열 세라믹층(206)에 공급되고, 상기 축열 세라믹층(206)에서 가열된 후 재소각에 의해 유기 유해물이 제거되도록 한다.
그후, 가스는 밸브(204)를 통해 배출가스 차단밸브(205)로 흐르고 거기서부터 배출공기로 되며, 상기 배출공기는 52,000N㎥/hr의 유속, 약 70
Figure kpo00007
의 온도에 약 20mmAq의 압력을 가지며 유기유해물의 양은 약 5
Figure kpo00008
/N㎥/이다.
절환기간후 밸브(201-204)는 폐쇄되고, 가스가 밸브(203)를 통해 소각공간(208)으로 흘러 제2상 축열 세라믹층(207)에서 예열되고, 냉각하의 제1상 축열 세라믹층(206)을 통해 밸브(202)로 흐르도록 절환된다.
밸브(201-204)가 절환되는 동안 발생하는 미처리가스의 방출을 막기 위해 배출가스 차단밸브(205)가 폐쇄되어 미연소 및 불완전 연소가스가 완충용기(210)내로 유입되면 완충용기(210)의 압력을 100mmAq로 상승시켜 50mmAq에서 폐쇄되어 압력릴리프밸브(211)를 자동으로 개방하여 상기 완충용기(210)에 존재하는 처리가스를 완충용기 퍼지관(213)을 통해 대기 방출시키며 완충용기(210)하부에서 상부로 미연소 및 불완전 연소가스가 충전된다.
상기 과정에서 유입가스 방해댐퍼(216)가 폐쇄되어 유입가스관(200)의 흡입량의 증가를 방지한다. 즉 다수개의 밸브가 한꺼번에 닫히고 한꺼번에 열리는 것이 아니기 때문에 밸브의 순차적 절환시 어느 순간에 전부가 개방되는 순간이 발생하여 유입가스의 순간 증가가 발생하므로 순간적으로 유입되는 유입가스의 증가를 방지하고 일정량이 필요에 따라 유입되도록 조절한다.
밸브 절환이 완료되고 제1상 축열 세라믹층(206)에 존재하는 불완전연소가스의 역류까지 완료되어 열재생식 소각장치의 배기가스가 예정된 정화도를 갖게 되면 배출가스 차단밸브(205)가 다시 개방되어 처리가스는 대기로 직접 배출되며, 이에 따라 압력릴리프밸브(211)는 자동 폐쇄된다.
한편, 완충용기(210)에 포집된 미연소 및 불완전 연소가스는 미반응 가스순환관(214)에 의해 약 2000N㎥/hr의 유량으로 유입가스관(200)으로 균일하게 순환하며, 배출가스관(215)으로 배출되는 처리가스의 일부가 완충용기(210)로 유입되어 상기 완충용기(210)의 미연소 및 불완전 연소가스를 치환한다.
미반응 가스순환관(214)은 별도의 송풍기를 사용할 수 있으며, 일반적으로 완충용기(210)의 압력이 유입가스관(200)보다 약 50mmAq 정도 높기 때문에 차압에 의한 자연 순환만으로도 순환이 가능하다.
대기중으로 배출되는 가스는 약 50,000N㎥/hr의 유속, 약 70의 온도, 잔류 유기물은 보장치 약 5
Figure kpo00009
/N㎥ 이하에서 다시 검출한계 이하로 낮아지게 되어 99
Figure kpo00010
이상의 정화성능이 보장된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 2상형 열재생식 소각방법 및 장치는, 기존의 3상 장치에서와 같은 동일한 정화성능을 얻을 수 있으며, 많은 수의 밸브를 생략할 수 있으며, 세 번째 상 전체가 완충용기로 대체되므로 장치 제작비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 완충용기는 세 번째 상보다 작은 크기로 제작될 수 있으므로 설치공간을 절감할 수 있으며, 밸브 동작 제어가 매우 단순하여 제어기 투자비를 절감할 수 있으며, 동작부위가 감소되므로 장치의 운전정지 및 유지보수 시간을 최소화할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. 유해물 함유 폐가스를 1상과 2상에 잔재하는 미 반응가스를 축적하는 완충용기(210)를 이용하여 열재생적으로 소각하는 장치에 있어서, 유량감소를 위한 유입가스 방해댐퍼(216)와 소각로에서 연소된 가스가 배출되는 대기배출관(212)에 형성되는 차단밸브(205)와, 상기 미 반응가스를 1상과 2상에서 완충용기(210)로 이송하는 배출가스관(215)과, 완충용기(210)의 미 반응 가스의 유입 이전의 잔존 가스를 유출시키는 압력릴리프밸브(211) 및 퍼지관(213)과, 완충용기(210)의 미반응 가스를 소각로로 되돌려 보내는 미반응 가스순환관(214)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2상형 열재생식 소각방법 및 장치.
  2. 제1항에 있어서, 차단 밸브(205)의 개방과 폐쇄에 따라 압력릴리프밸브(211)가 자동폐쇄 및 개방이 자동으로 작동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 2상형 열재생식 소각방법 및 장치.
  3. 송풍기(218)의 위치는 2상형 열재생식 소각장치와 완충용기(210) 사이에 형성되거나, 소각장치와 유입가스관(200) 사이에는 형성되는 것을 특징으로 하는 2상형 열재생식 소각방법 및 장치.
  4. 제1항에 있어서, 방해댐퍼(216)의 개방과 폐쇄 작동에 의해 가스유로변경밸브(201,202,203,204) 절환시 2상형 열재생식 소각장치의 By-pass에 의한 소각장치의 차압 감소로 유입가스의 흡입량이 방지되고 가스유로 변경밸브(201,202,203,204) 절환 완료시는 완충용기(210) 유로의 저항이 제거되는 기능을 특징으로 하는 2상형 열재생식 소각방법 및 장치.
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