KR100375523B1 - 콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로, 특히, 화석 연료를 사용하는 연소기에 적용 가능한 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 배기 가스가 배출되는 배기 통로 상에 물을 분무함으로써, 배기 가스 중에 포함된 연소 유해 물질이 상기 분무된 물속에 용해될 수 있도록 할 수 있어, 배기 가스 중에 포함된 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 현저히 감소시킬 수 있다.

Description

콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치 {WASTE GAS PURIFICATION DEVICE FOR CONDENSING BOILER}

본 발명은 화석 연료(기체, 액체, 고체)를 사용하는 연소기에 적용될 수 있는 배기 가스 정화 장치에 대한 것으로써, 특히 배기 가스가 공기 중으로 방출되기 전에 물과 접촉시켜, 상기 배기 가스 중에 포함된 일산화 탄소, 질소 산화물, 황 산화물 등의 연소 유해 물질을 물에 용해시킴으로써, 배기 가스 중에 포함된 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 최소화하고, 이에 따라 대기 오염을 줄일 수 있는 콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

화석 연료(기체, 액체, 고체)를 사용하는 연소기들의 경우 연소실에서 연소를 하게 되면, 연소 유해 물질인 CO(일산화 탄소), NO_X(질소 산화물), SO_X(황 산화물) 등이 발생하게 된다. 상기와 같은 연소 유해 물질은 상기 연소기내의 버너에 의한 연소 후 배기 가스 중에 포함되어 기체 상태로 대기 중에 방출되게 되는데, 이렇게 방출된 연소 유해 물질은 잘 알려진 바와 같이, 대기의 오염을 초래할 수 있고, 건축물 등의 외면이나, 철골 구조에 부식을 가져올 수도 있으며, 인체에도 치명적인 피해를 가져올 수 있다.

상기와 같은 연소 유해물질의 폐해를 줄이기 위하여 종래부터 많은 노력이 있어왔으며, 이에 따라 많은 결과물이 도출되어 왔다. 이 중 가장 일반적인 것은 버너의 효율을 향상시킴으로써, 배기 가스 중의 상기 연소 유해 물질의 농도를 최소화하거나, 연료의 소비량 자체를 감소시켜 배기 가스의 배출량 자체를 줄이려는 시도이다. 이는 가장 일반적이고, 예전부터 있어온 시도로써, 예전에는 버너의 연소 기술이 미흡하여, 상기와 같은 시도를 통해 유해 물질의 배출을 상당히 감소시킬 수 있었으나, 최근에는 버너에 대한 연소 기술이 지속적으로 향상되어, 이제는 상기와 같은 시도에 의한 배기 가스 배출량 감소의 효과가 한계에 이르게 되었다.

이와 같이 버너 성능 향상에 의한 배출 유해 물질의 감소가 한계에 다다름에 따라, 버너 연소시 발생된 유해 물질이 대기 중으로 방출되기 전에 최대한 억제하여 배출 유해 물질의 양을 줄일 수 있는 구조를 가지는 시스템에 대한 연구의 필요성이 요청되기에 이르렀으며, 상기와 같은 연구 결과의 하나로 나타난 것이 콘덴싱 보일러 시스템이다.

상기 콘덴싱 보일러 시스템에서는 배기 경로 중에 배기 가스를 응축시킬 수 있는 열 교환 구조를 구성함으로써, 배기 가스에 포함된 열 에너지를 다시 한번 활용할 수 있도록 하여 보일러의 열효율을 극대화하고, 이러한 효율 극대화의 결과로 보일러의 가동 시간을 감소시킬 수 있어, 최적의 버너를 사용하는 경우에도 불가피하게 발생할 수 밖에 없는 연소 유해 물질의 배출량을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 콘덴싱 보일러 시스템에서는 배기 가스의 응축 과정에서 일산화 탄소, 질소 산화물, 황 산화물 등의 연소 유해 물질이 배기 가스에 함유된 수분에 용해되게 함으로써, 기체의 형태로 배기 가스 중에 포함되어 공기 중으로 방출되는 연소 유해 물질의 양을 줄일 수 있다.

그러므로, 상기와 같은 시스템을 사용함으로써, 이전의 연소기 시스템을 사용할 때보다, 연소 유해 물질의 양의 배출량 및 배출 농도를 획기적으로 줄일 수 있었던 것이 사실이다.그러나, 이러한 시스템의 등장에도 불구하고, 화석 연료를 사용하는 연소기들에 있어서 여전히 연소 오염 물질의 배출량 및 배출 농도를 줄일 수 있도록 하는 연구에 대한 필요성이 제기되고 있는데,

이는 첫째로, 구조적, 기술적, 경제적 이유로 인하여, 종래부터 사용되던 보일러 등의 모든 연소기들에 상기 콘덴싱 보일러와 같은 시스템을 적용할 수는 없고, 둘째로, 상기 콘덴싱 보일러 시스템을 사용하는 경우에도 배기 가스에 포함된 연소 유해물질의 배출량 및 배출 농도를 더욱 획기적으로 줄여야할 필요성이 있기 때문이다.

따라서, 간단한 구조 및 싼 가격으로 화석 연료를 사용하는 모든 연소기에 쉽게 적용할 수 있으면서도, 기존의 시스템에 비하여 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 획기적으로 줄일 수 있는 배기 정화 장치 및 상기와 같은 배기 가스 정화장치를 가진 연소기 시스템이 절실히 요청되고 있다.

이에 본 발명의 목적은 화석 연료를 사용하는 모든 연소기 시스템에 간단하고, 경제적으로 적용할 수 있는 배기 정화 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 콘덴싱 보일러 시스템에 상기와 같은 배기 정화 장치를 적용함으로써, 종래의 콘덴싱 보일러 시스템에 비하여 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도가 획기적으로 감소된 보일러 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치가 적용된 콘덴싱 보일러 시스템을 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

113 : 배기 통로 114 : 사이폰

115 : 전자 밸브 116 : 노즐

117 : 콘트롤러 118 : 가스 콘트롤 밸브

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치는, 배기 가스가 공기 중으로 배출되는 배기 통로 상에 설치되어 배기 가스에 물을 분무할 수 있도록 해주는 노즐과; 상기 노즐의 일단에 연결되어 상기 노즐에 물을 공급하는 급수관과; 상기 급수관의 노즐과 연결되지 않은 다른 일단에 설치되어 상기 급수관을 개폐할 수 있도록 하는 전자 밸브 및; 상기 전자 밸브의 개폐를 제어하여 주는 콘트롤러로 구성됨을 특징으로 한다.

상기의 구성에 있어서, 노즐에서 물이 분무되는 각도는 물과 배기 가스의 접촉 면적을 최대한으로 하기 위하여 적어도 60°이상으로 함이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 배기 가스 정화 장치는 일반적으로 화석 연료를 사용하는 모든 연소기 시스템에 적용될 수 있다. 다만, 종래의 연소기 시스템 중에서 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도가 가장 적은 콘덴싱 보일러 시스템에 적용하면, 연소 물질의 배출량을 가장 획기적으로 줄일 수 있어서, 상기 콘덴싱 보일러 시스템과 함께 적용하는 것이 가장 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 배기 가스 정화기를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러 시스템은 보일러의 상부에 버너(103)가 있고, 그 하부에는 연소실(104), 현열을 흡수하는 열 교환부(105), 열 매체가 흐르는 열 매체 통로부(106), 그리고 배기 가스 통로(107)로 구성되는 현열 열 교환기(108)가 설치되어 있다.또한, 상기 현열 열 교환기(108)의 하부에는 응축 잠열을 흡수하는 열 교환부(109), 배기 통로(110), 그리고 열 매체가 흐르는 열 매체 통로부(111)로 구성되는 잠열 열 교환기(112)가 설치되어 있다.그리고, 상기 잠열 열 교환기(112)의 하부에는 배기 가스 응축 과정에서 발생한 응축수를 배출시키기 위한 사이폰(114)이 설치되며, 상기 버너(103)의 일단에는 연소용 연료와 연소용 공기가 혼합된 혼합 가스를 상기 버너(103)에 공급하는 혼합 유로(102)가 연결되어 있다.상기 혼합 유로(102)의 다른 일단에는 모터와 팬을 구비한 송풍기(101)가 설치되어 믹서(100)에서 공급된 연료와 연소용 공기의 혼합 가스를 최적의 연소 조건이 되도록 다시 한번 완벽하게 혼합하여 상기 혼합 유로(102)에 공급하게 되며, 상기 송풍기(101)의 입구측에는 믹서(100)가 설치되어 연소용 연료를 가스 콘트롤밸브(118)와 연결된 가스 공급관(119)을 통하여 공급받고 연소용 공기를 대기 중에서 취하여 최적의 연소 조건으로 혼합하여 상기 송풍기(101)로 공급함으로써, 열 요구 발생시 연소를 하도록 하여 요구하는 열을 얻도록 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 콘덴싱 보일러 시스템에서, 본 발명은 연소 배기 가스가 공기중으로 방출되는 배기 통로(113) 상에 물을 분무할 수 있는 노즐(116)을 설치하고, 상기 노즐(116)의 일단에는 물을 공급하는 급수관을 연결하며, 상기 급수관의 다른 일단에는 급수 통로의 개폐를 위한 전자 밸브(115)를 설치하고, 상기 전자 밸브(115)의 개폐를 제어해 주는 콘트롤러(117)를 설치함으로써, 본 발명에 의한 배기 가스 정화장치가 적용된 콘덴싱 보일러 시스템이 완성된다.

상기와 같이 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치가 적용된 콘덴싱 보일러 시스템의 작용에 대해 구체적으로 살펴 보면, 우선 콘트롤러(117)에 열 요구 작동 명령이 전달되면, 송풍기(101)가 작동하고 뒤이어 가스 콘트롤밸브(118)가 열려 연소용 연료와 공기가 공급되어 믹서에서 1차로 혼합되고, 송풍기(101)에서 2차로 혼합되어 혼합유로(102)를 통해 공급되면, 상기 연소용 공기와 연료의 혼합 가스는 버너(103)에서 연소하게 된다.상기와 같이 연소가 일어나게 되면, 연소열이 발생함과 동시에 연소 배기 가스가 발생하게 되고, 상기와 같이 발생한 연소열은 현열 열 교환기(108)에서 현열이 흡수되고, 잠열 열 교환기(112)에서 추가적으로 현열과 응축 잠열이 흡수된다.상기 잠열 열 교환기(112)에서는 배기 가스를 응축할 수 있는 열 교환 구조를 구성함으로써, 현열 및 응축 잠열을 흡수하게 되는데, 상기와 같은 연소 배기 가스의 응축 과정에 있어서, 배기 가스 중에 포함된 일산화 탄소, 질소 산화물, 황 산화물 및 이산화 탄소 등은 발생된 응축수에 1차로 용해되어, 결과적으로 배기 가스 중에 포함된 상기 연소 유해 물질의 배출 농도가 낮아진다.상기와 같이 잠열 열 교환기(112)를 거치면서, 1차 용해된 연소 배기 가스는 배기용 연도와 연결된, 상기 연소 배기 가스가 외부로 방출되는 배기 통로(113) 상에 도달하게 된다.이때, 배기 통로(113) 사이에 설치된 노즐(116)에서 급수용 전자 밸브(115)로부터 공급된 물이 분무 각도 60°이상의 각도로 상기 배기 통로(110) 상에 도달한 연소 배기 가스에 분무되면, 상기 연소 배기 가스가 분무된 물과 최대의 접촉 면적을 가지고 접촉하게 되어, 연소 가스 중에 포함된 CO(일산화 탄소), NO_X(질소 산화물), SO_X(황 산화물) 및 CO₂(이산화 탄소)등의 연소 유해 물질이 분무된 물 속에 2차로 용해되므로, 배기 가스 중에 포함된 연소 유해 물질의 배출 농도가 더욱 낮아지게 된다.결국, 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치를 적용한 콘덴싱 보일러 시스템에서는 상기와 같은 2차의 용해 과정을 통해, 배기 가스에 포함되어 공기 중으로 방출되는 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 최소화할 수 있다.

또한, 상기와 같은 보일러 시스템의 2차 용해 과정에서는 소량의 연소 유해 물질(일산화 탄소, 황 산화물, 질소 산화물 등)에 과량의 물을 분무하여 용해시키므로, 상기 과정에서 발생한 물은 거의 중성을 띄거나 아주 약한 산성을 띄게 되는데 비해, 잠열 열 교환기에서 발생한 응축수(연소 유해 물질이 1차로 용해된 물)는 많은 양의 연소 유해 물질이 용해되어 PH 3-4 정도의 비교적 강한 산성을 띄게 되는 바, 상기 보일러 시스템에서는 상기 2차 용해된 물과 1차 용해된 응축수를 혼합함으로써, 상기 1차 용해된 응축수의 강한 산성도를 희석시킨 후 사이폰(114)을 통해 외부로 방출할 수 있으므로, 종래의 콘덴싱 보일러 시스템과는 달리 산성에 약하여 부식되기 쉬운 재질이라도 배수 통로의 재질로 사용할 수 있고, 보일러에서 배출되는 배출수에 의해 수질이 산성화되어 오염될 염려가 없다.

상기의 모든 과정은 콘트롤러(117)에 의해 제어되는 바, 상기 콘트롤러(117)에서는 보일러가 작동하여 버너가 연소되는 상황에서만 전자 밸브(115)를 개방하므로, 이에 의해 본 발명에 의한 배기 가스 정화장치는 열 요구가 있는 경우에만 작동하여 정화 기능을 수행하고, 열 요구가 없을 시 상기 전자 회로는 폐쇄된 상태로 유지될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 배기 가스 정화장치를 종래의 콘덴싱 보일러 시스템에 적용하여, 배기 가스에 포함되어 공기 중으로 방출되는 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 획기적으로 즐일 수 있다.다만, 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 배기 가스 정화장치를 콘덴싱 보일러 시스템에 한정하여 적용할 수 있는 것은 아니고, 매우 간단한 구조를 가지고 있으므로, 화석 연료를 사용하는 모든 연소기 시스템에 간단하게 적용하여, 배출되는 연소 유해 물질의 양을 획기적으로 줄일 수 있다.

상기에서 본 바와 같이, 본 발명은 종래의 콘덴싱 보일러 시스템에 물을 분무할 수 있는 노즐, 상기 노즐에 물을 공급할 수 있는 급수관, 상기 급수관의 개폐를 위한 전자 밸브 및 상기 전자 밸브의 개폐를 제어하기 위한 콘트롤러로 구성된 배기 가스 정화 장치를 설치함으로써, 배기 가스에 포함된 연소 유해 물질을 다량의 물에 용해시켜 배기 가스 중에 포함되어 공기중으로 방출되는 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 획기적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기에서 연소 유해 물질이 용해된 물을 잠열 열 교환기에서 발생한 응축수와 혼합함으로써, 응축수의 강한 산성을 희석시켜 외부로 방출할 수 있으므로, 산성에 의한 배수 통로의 부식을 최소화할 수 있고, 강한 산성을 가지는 응축수에 의한 수질 및 토양 오염을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치는 콘덴싱 보일러 시스템 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 모든 연소기 시스템에 간단하게 적용할 수 있으므 로, 구조적, 경제적 이유로 콘덴싱 보일러 시스템을 적용할 수 없는 많은 경우에 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치를 적용하여, 배기 가스에 포함된 연소 유해 물질의 배출량 및 배출 농도를 획기적으로 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 연소 배기 가스가 공기중으로 방출되는 배기 통로를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템에 있어서,

   상기 배기 가스가 공기 중으로 배출되는 배기 통로 상에 설치되어 배기 가스에 60°이상의 각도로 물을 분무할 수 있도록 해주는 노즐과;

   상기 노즐의 일단에 연결되어 상기 노즐에 물을 공급하는 급수관과;

   상기 급수관의 노즐과 연결되지 않은 다른 일단에 설치되어 상기 급수관을 개폐할 수 있도록 하는 전자 밸브 및;

   상기 전자 밸브의 개폐를 제어하여 주는 콘트롤러로 구성된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러용 배기 가스 정화 장치.