KR100406769B1 - 잠열회수식 축열연소 장치 - Google Patents

잠열회수식 축열연소 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업체에서 가동되고 있는 각종 연소로에서 배출되는 배기가스가 보유하고 있는 열을 회수하여 재 이용함으로서 공정에 소요되는 에너지를 절감하여 생산 원가를 저감하고 환경공해 물질의 배출량을 줄이기 위한 폐열회수 기술로서 잠열회수식 축열연소장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 축열기의 상부에 세라믹 재질의 축열체(13)와 그 하부에 있는 망상의 금속재질의 축열체(21)로 구성하고 축열체의 하부에는 와류실(22)이 설치되며 와류실(22)의 하부에 있는 응축액조(23)로 구성되어 짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 세라믹 재질의 축열체(13)와 망상의 금속재 축열체(21) 그리고 응축액과 배가스를 분리 배출하기 위한 와류실(22)의 작용에 의하여 연소배가스가 포함하고 있는 수증기의 잠열까지 회수하여 연소공기의 예열을 위한 열에너지 원으로 사용가능하며 대기중으로는 수분이 제거된 순수한 연소배가스(19)만이 배출되도록 함으로서 연소로의 폐열회수를 극대화 할 수 있는 유리한 효과를 가진다.

Description

잠열회수식 축열연소 장치{REGENERATIVE BURNER FOR LATENT HEAT RECOVERY}
본 발명은 산업체에서 가동되고 있는 각종 연소로에서 배출되는 배기가스가 보유하고 있는 열을 회수하여 재 이용함으로서 공정에 소요되는 에너지를 절감하여 생산 원가를 저감하고 환경공해 물질의 배출량을 줄이기 위한 폐열회수 기술로서 잠열회수식 축열연소장치에 관한 것이다.
일반적으로 이러한 배가스 중의 잠열회수를 위해서는 제1도에서 보는 바와 같이 연도배가스(1)가 흐르는 덕트나 연도중에 전열관 외통(2)과 전열관 내통(3)으로 구성되는 다수개의 2중관을 설치하여 두고 전열관 내통(3)을 통하여 저온유체(6)를 통과시키고 이 저온유체(6)가 전열관 내통(3)과 전열관 외통(2) 사이를 흐르는 동안 연도 배가스(1)와 열 교환이 이루어지도록 하는 방법을 주로 사용하여 왔다.
상기 전열관 외통(2)의 외표면에는 연도 배가스(1)에 증기 상태로 포함되어 있던 수증기가 응축하여 잠열을 방출하면서 응축되고, 이 잠열은 전열관 외통(2)의 유체에 전달되어짐으로서 연도 배가스(1) 중의 잠열회수가 가능하다.
전열관 외통(2)에 응축된 응축수는 중력에 의하여 전열관 외통(2)의 외표면을 따라 하강하면서 집적되며 응축수 배출 파이프(5)를 통하여 외부로 배출된다.
이와 같이 연도 배가스(1)의 현열과 잠열을 회수하여 온도가 상승된 고온유체(7)는 각종 공정에 필요한 열원으로 사용된다.
그러나 이러한 배열회수를 통하여 얻어진 고온유체(7)는 반드시 공정에서 사용처가 확보되어 있어야 이용할 수 있게 되며 그렇지 못할 경우에는 다시 배출되어야만 한다. 일반적으로 공업용 연소 설비에서는 열의 공급량과 이용량이 결정되어 있으며 요구되는 열량에 따라 설비가 설계되므로 배열회수로부터 얻어진 열량의 이용처를 확보하기가 대단히 어렵고 이로 인해서 배가스(1)의 열을 상기와 같은 방법으로 회수하더라도 이용하지 못하는 경우가 빈발하고 있다.
상기의 회수열에 대한 이용처 확보의 문제를 해결하여 배열의 이용을 극대화 할 수 있는 방안으로서 도2에 보여진 바와 같은 축열식 버너 연소장치가 종래부터 사용되어 왔다.
상기의 축열식 연소방식에서는 버너와 축열체(13)로 이루어진 2대의 버너를 이용하여 교대로 연소와 연소배가스(20)의 흡입작용을 반복함으로서, 흡입시 축열체(13)에 흡수된 연소배가스(20)의 열을 연소공기(11)에 전달하여 연소배가스(20)가 보유하고 있는 열을 회수하여 연소공기(11)를 예열 함으로서 폐열의 회수가 이루어지도록 고안되어 있다.
상기 두 대의 버너와 축열체(13)는 4개의 절환밸브(17)를 적절히 조절함으로서 한 대의 버너와 축열체(13) 세트가 연소과정에 있는 동안 다른 한 대의 버너와 축열체(13) 세트는 연소 배가스(20)를 흡입하게 되고 이러한 작용이 교대로 이루어짐으로서 고온 연소배가스의 현열을 회수하여 연소에 필요한 연소공기(11)를 예열함으로서 회수된 열량에 대한 이용처 확보의 문제를 해결할 수 있다는 점에서 타 배열회수 기술에 비하여 대단히 유리하다.
즉 배열회수량이 많을수록 연소공기(11)의 예열온도를 높게 할 수 있으므로 회수된 배열의 이용처 확보문제에 제약을 받지 않고 배열의 회수량을 극대화 시킬 수 있는 것이다. 이러한 기술의 적용으로 연소용 공기의 온도는 종래 일반적인 상한치인 600℃ 에서 1000℃ 이상까지 높게 유지할 수 있고 연소로의 열효율을 종래 60% 수준에서 85% 수준까지 향상시킬 수 있다.
그러나 상기와 같은 축열식 연소장치라 하더라도 연소 배가스(1)중에 포함된 수중기가 보유하고 있는 잠열은 회수되지 않고 대기중으로 방출되고 있으며, 보다 철저한 배열의 회수와 이용을 통한 연소로의 열효율 향상을 위해서는 이러한 잠열의 회수가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같이 축열식 연소장치가 가지고 있는 배열회수량 극대화의 특징을 활용하여 연소배가스의 현열은 물론 연소배가스 중에 포함된 수증기의 잠열까지 회수하여 연소용 공기의 예열을 위한 열에너지로 사용함으로서 연소로의 배열회수를 극대화하고 이를 통하여 연료사용량 저감과 더불어 연소공해 물질의 배출을 저감하고자 하는데 그 목적이 있다.
도1은 종래의 연소배가스의 잠열회수를 위한 열교환 장치의 구성도
제2도는 종래의 축열식 연소장치의 구성도
제3도는 본 발명에 의한 잠열회수식 축열연소 장치의 구성도
*도면의 주요 부호에 대한 설명 *
1 : 연도 배가스 2 : 전열관 외통
3 : 전열관 내통 4 : 응축수
5 : 응축수 배출 파이프 6 : 저온유체
7 : 고온유체 8 : 고온유체 파이프
9 : 연소로 10 : 화염
11 : 연소공기 12 : 연료노즐
13 : 축열재 14 : 공기 공급구
15 : 배가스 흡출구 16 : 연소공기 공급관
17 : 절환밸브 18 : 흡인배출기
19 : 배가스 20 : 연소배가스
21 : 망형 금속축열재 22 : 와류실
23 : 응축액조 24 : 응축액
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 축열기의 상부에 세라믹 재질의 축열체(13)와 그 하부에 있는 망상의 금속재질의 축열체(21)로 구성하고 축열체의 하부에는 와류실(22)이 설치되며 와류실(22)의 하부에 있는 응축액조(23)로 구성되어 짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 의한 잠열회수식 축열연소 장치의 구성을 나타낸 것으로,
1200℃ 이상에 달하는 고온의 연소배가스(20)는 세라믹 축열체(13)의 상부에서 하부로 유동하면서 세라믹 축열체(13)를 가열하면서 온도가 저하된다. 연소 배가스는 세라믹 축열체(13)의 하부에 도달할 때 약 150℃ 수준까지 저하되며 이 상태에서 다시 망상의 금속 축열체(21)와 열교환을 하면서 하부로 유동한다. 연소 배가스가 망상의 금속 축열체(21)를 통과하는 과정에서 온도는 더욱 저하되어 배가스중에 포함되어 있는 수증기의 노점온도 이하까지 도달하게 되며 수분이 응축되어 잠열을 방출하도록 고안되었다.
상기 망상의 금속 축열체(21)는 일반적인 세라믹 축열체(13)에 비하여 전열면적을 획기적으로 넓게 할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 150℃ 이하의 저온 배가스와 접촉하게 되므로 고온 부식의 염려가 없고, 또한 응축액에 의한 부식작용을 방지할 수 있는 특징을 가진다. 이러한 상기의 작용을 통하여 수분이 제거된 연소배가스와 응축액(24)은 와류실(22)에서 유체의 회전에 의하여 발생되는 원심력에 의하여 분리되어 수분이 제거된 연소배가스(19)만이 흡인배출기(18)를 통하여 대기중으로 방출된다.
상기 응축액(24)은 하부의 응축액조(23)에 중력에 의하여 낙하된 후 집적되며 적절한 배출관을 이용하여 외부로 수시 배출한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 세라믹 재질의 축열체(13)와망상의 금속재 축열체(21) 그리고 응축액과 배가스를 분리 배출하기 위한 와류실(22)의 작용에 의하여 연소배가스가 포함하고 있는 수증기의 잠열까지 회수하여 연소공기의 예열을 위한 열에너지 원으로 사용가능하며 대기중으로는 수분이 제거된 순수한 연소배가스(19)만이 배출되도록 함으로서 연소로의 폐열회수를 극대화 할 수 있는 유리한 효과를 가진다.

Claims (1)

  1. 축열식 연소장치에 있어서,
    축열기의 상부에 장입된 세라믹 축열체(13)와;
    상기 세라믹 축열체(13)의 직하방에 장입되어 이중 적층된 형태를 이루는 망상의 금속 축열체(21)와;
    상기 금속 축열체(21)의 하측에 공간으로 형성되며 연소배가스(20)와 응축액(24)을 분리하도록 배관에 의해 흡인배출기(18)와 연결된 와류실(22)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잠열회수식 축열연소장치.
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