KR100491955B1 - 고온 응축수 재이용 방법 - Google Patents

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Abstract

보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수하기 위한 회수탱크; 상기 회수된 응축수를 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거하기 위한 전처리장치; 상기 전처리장치를 통과한 응축수를 집수하기 위한 원수탱크; 상기 원수탱크로부터 응축수를 공급받아 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 일부의 오염된 응축수는 상기 원수탱크에 피드백시키는 세라믹필터; 및 상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 응축수를 연수화하고 이를 보일러 급수탱크로 공급하는 연수화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 응축수 재이용 시스템을 이용하면 90 ~ 95℃ 정도의 고온의 스팀 응축수를 연속적으로 재처리하여 보일러급수로 재이용할 수 있다. 따라서, 0 ~ 25℃ 정도의 원수를 사용하여 보일러에서 스팀을 발생시키는 경우와 비교할 때 그 온도차이 만큼 폐기되는 고온 응축수의 열에너지를 회수할 수 있으므로 에너지 소비량을 대폭 절감할 수 있다.

Description

고온 응축수 재이용 방법{Method for recycling high temperature condensate}
본 발명은 고온 응축수 재이용 시스템 및 이를 이용한 고온 응축수 재이용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온의 스팀 응축수를 고온 상태에서 이에 함유된 미세부유물질, 및 조대물질을 제거하고 연수화한 후 보일러용 급수로 재사용함으로써 에너지를 대폭 절감할 수 있는 고온의 응축수 재이용 시스템 및 재이용 공정에 관한 것이다.
건조공정, 가열공정 등 많은 제조공정에 있어서 보일러에서 생성시킨 고온의 스팀이 사용된다. 이렇게 사용된 스팀이 응축되어 생성된 고온의 응축수는 응축과정에서 오염되어 미세부유물질이 많이 포함된 경우가 많고 경도(hardness)가 높다.
그런데 종래의 응축수 재이용 공정에서는 이렇게 생성된 고온의 응축수에서 샌드 필터로 미세부유물질(SS)만 제거한 후 세척공정에서의 세척수와 같이 잡용수로 활용한 후 폐기하는 형편이다. 즉, 응축수에는 응축과정에서의 오염에 의하여 발생한 미세부유물질이 많이 포함되어 있고 경도(hardness)가 높아서 보일러 급수로 재사용될 수 없기 때문에 고온임에도 불구하고 세척수와 같은 잡용수로 사용된 후 폐기처분되므로 에너지의 손실이 큰 문제점이 있다.
도 1은 상술한 종래의 고온 응축수를 재이용하는 시스템 및 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 건조공정, 가열공정 등에서 사용된 스팀은 응축된 후 회수탱크(1)에 회수된다. 이때 스팀이 응축되어 응축수가 될 때 응축수가 많이 오염되어 미세부유물질이 고농도로 포함되어 있고 경도가 높은 경우에는 보일러 급수로 재사용할 수 없다. 따라서 회수탱크(1)로부터 응축수를 펌프(미도시)로 가압하여 샌드 필터(3)를 통과시킴으로써 미세부유물질만 제거한 후 세척공정(5)에서의 세척수와 같은 잡용수로 활용한 후 폐기하는 형편이어서 에너지의 낭비가 심하다.
한편 응축수를 보일러용 급수로서 재이용하기 위하여 세라믹 필터의 포아를 규조토 등으로 미리 코팅하여 포아 사이즈를 조정한 프리코팅 세라믹 필터을 이용하여 응축수를 여과하는 공정을 추가하여 사용하는 경우도 있다.
그러나, 이러한 방식은 미세부유물질의 농도가 낮은 경우에만 사용할 수 있으며, 응축수가 고농도의 미세부유물질에 의해 오염되고 경도(hardness)가 높은 경우에는 필터의 오염으로 기술적 관점에서 사용이 실질적으로 불가능하다. 또한, 규조토와 같은 프리코팅제가 역세시에 유실되어 포아 사이즈가 커지기 때문에 다시 필터내의 포아를 코팅제를 코팅하여야 필터 사이즈를 조정할 수 있기에 코팅제가 다량 필요하여 운전비가 고가가 되어서 경제적 관점에서도 적용할 수 없는 문제점이 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고농도의 미세부유물질에 의해 오염되고 경도가 높은 고온의 스팀 응축수를 보일러 급수로 재사용할 수 있도록 처리할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고농도의 미세부유물질에 의해 오염되고 경도가 높은 고온의 스팀 응축수를 보일러 급수로 재사용할 수 있도록 처리하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 태양에 따른 응축수 재이용 시스템으로서,
보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수하기 위한 회수탱크;
상기 회수된 응축수를 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거하기 위한 전처리장치;
상기 전처리장치를 통과한 응축수를 집수하기 위한 원수탱크;
상기 원수탱크로부터 응축수를 공급받아 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 일부의 오염된 응축수는 상기 원수탱크에 피드백시키는 세라믹필터; 및
상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 응축수를 연수화하고 이를 보일러 급수탱크로 공급하는 연수화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 시스템을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 또한 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템으로서,
보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수하기 위한 회수탱크;
상기 회수탱크를 통과한 응축수를 집수하는 원수탱크;
상기 원수탱크로부터 응축수를 공급받아 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 일부의 오염된 응축수는 상기 원수탱크에 피드백시키기 위한 세라믹 필터 장치;
상기 세라믹 필터 장치로부터 피드백되는 오염된 응축수를 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거한 후 이를 상기 원수탱크로 피드백시키는 전처리장치; 및
상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 응축수를 연수화하고 이를 보일러 급수탱크로 공급하는 연수화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 시스템을 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 태양에 따른 응축수 재이용 시스템을 이용하여 고온 보일러 응축수를 재이용하는 방법으로서,
보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수탱크에서 회수하는 단계;
상기 회수된 응축수를 전처리장치에 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거하는 단계;
상기 전처리장치를 통과한 응축수를 원수탱크에서 집수하는 단계;
상기 응축수를 세라믹 필터 장치에 통과시켜 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 일부의 오염된 응축수를 상기 원수탱크에 피드백시키는 단계; 및
상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 혼합수를 연수화하고 이를 보일러 급수탱크로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 방법을 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 또한 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템을 이용하여 고온 보일러 응축수를 재이용하는 방법으로서,
보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수탱크에서 회수하는 단계;
상기 회수탱크를 통과한 응축수를 원수탱크에서 집수하는 단계;
상기 응축수를 세라믹 필터 장치에 통과시켜 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 일부의 오염된 응축수를 전처리장치에 통과시켜 조대물질을 제거한 후 상기 원수탱크에 피드백시키는 단계; 및
상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 혼합수를 연수화하고 이를 보일러 급수탱크로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법에 있어서, 상기 세라믹 필터 장치는 이에 농축된 미세부유물질을 제거하기 위하여 압축공기에 의해 역세될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법에 있어서, 상기 세라믹 필터 장치는 압축공기에 의한 역세 도중에도 연속적인 응축수 처리가 가능하도록 2 ~ 5개의 필터 모듈이 병렬로 결합된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법에 있어서, 상기 연수화장치를 통과한 응축수의 온도는 90 ~ 95℃이 바람직하다.
본 발명에 따른 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법에 있어서, 상기 세라믹 필터 장치의 포아 사이즈는 0.1 ~ 10㎛인 것이 바람직하다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 고온 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 태양에 따른 고온 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
먼저, 보일러(21)에서 생산된 스팀은 건조공정과 같이 다른 물질과 접촉되는 개방된 스팀사용공정(7)에서 사용된 후 응축되어 회수탱크(9)에 집수된다. 이때 스팀이 응축되어 응축수가 될 때 응축수가 많이 오염되어 미세부유물질이 고농도로 포함되어 있고 경도가 높은 경우, 본 발명의 재이용 시스템을 이용하면 아래에서 설명하는 바와 같이 이러한 응축수도 연속적으로 보일러 급수로서 재이용할 수 있게 된다.
이어서 회수탱크(9)로부터 응축수를 전처리장치(11)로 이송시켜 응축수중에 포함된 미세부유물질, 고형물과 같은 조대물질을 제거한다. 전처리장치로는 부유물질(SS)이 적을 때에는 카트리지 필터를 사용하고, 부유물질이 많을 때에는 원심력을 이용하여 조대물질을 제거하는 하이드로사이클론를 사용한다.
조대물질이 제거된 응축수는 원수탱크(13)에 집수된다. 원수탱크(13)에 집수된 응축수는 필터 피드 펌프(미도시)에 의하여 2 ~ 5kg/cm2의 압력으로 세라믹 필터 장치(15)로 공급되어 세라믹 필터 장치를 통과하면서 미세부유물질이 제거된다. 이때 응축수의 온도는 통상적으로 약 95℃ 정도이다. 펌프압력이 2kg/cm2의 미만이면 처리수량이 너무 적어지는 문제점이 있고, 5kg/cm2를 초과하면 응축수내의 오염물질이 세라믹 필터 장치의 포아에 들어가 포아를 폐색시키고 세라믹 필터 장치를 오염시키는 현상이 심해지는 문제점이 있다.
상기 세라믹 필터 장치(15)은 종래의 폴리머 마이크로 필터와 달리 90℃ 이상의 고온에서도 운전이 가능하며 압축공기에 의한 역세(backwash)도 가능한 형태의 것을 사용한다.
종래의 미세부유물질의 농도가 낮은 응축수 회수 시스템에서 사용되는 프리코팅 세라믹 필터은 운전비도 고가일 뿐만 아니라 미세부유물질의 농도가 높은 응축수에서는 필터가 오염되어 사용이 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 세라믹 필터 장치중에서 미세부유물질의 농도가 높은 응축수의 처리에 적합한 공기역세 방식의 세라믹 필터 장치를 사용한다.
세라믹 필터 장치에 농축된 미세부유물질은 세라믹 필터 장치의 여과성능을 저하시키기 때문에 주기적으로 압축공기에 의한 역세를 실시하여 이를 제거한다. 또한, 세라믹 필터 장치의 공기역세 중에도 연속적인 운전이 가능하도록 본 발명의 시스템에서 사용되는 세라믹 필터는 바람직하게는 2 ~ 5개, 더욱 바람직하게는 3개의 필터 모듈이 병열로 결합되어 있는 형태의 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템에 사용되는 세라믹 필터 장치에 병렬로 장착되는 필터 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 필터 모듈(33)은 세라믹 필터 장치에 2 ~ 5개 병열로 장착되는데, 각각의 필터 모듈(33)은 19개의 세라믹 필터(31)를 구비하고 있다. 세라믹 필터(31)의 포아는 종래에 사용되는 프리코팅 세라믹 필터의 경우와 같이 규조토 등의 코팅제로 포아를 코팅하여 포아 사이즈를 조정하는 방식이 아니라 응축수의 오염의 정도에 따라 0.1 ~ 10㎛ 정도로 세라믹 필터의 제조시 미리 조정되기 때문에 경제적으로 응축수를 처리할 수 있다.
응축수는 세라믹 필터(31)의 내부로 유입되어 세라믹 필터의 포아를 통과하면서 미세부유물질이 제거된 후 처리수는 세라믹 필터(31)의 측면을 통하여 배출되고, 세라믹 필터(31)의 포아로 유입되지 않고 세라믹 필터(31)의 사이를 그대로 통과하여 필터 모듈(33)의 출구에서 집수된 응축수는 오염물질을 많이 포함하고 있는 상태인데 이는 순환수로서 원수탱크(도 2의 13)로 피드백된다.
상기 필터 모듈(33)의 직경은 약 25cm이고, 세라믹 필터(31)의 직경은 약 5cm이다.
상기한 바와 같이, 필터 모듈(33)은 병렬로 연결되어 있으므로 이를 주기적으로 1개씩 번갈아 공기역세하면서도 나머지 필터 모듈(33)을 이용하여 응축수의 처리를 멈추지 않을 수 있다. 공기역세주기는 응축수중의 미세부유물질의 농도에 의하여 결정된다.
세라믹 필터 장치는 포아를 통과하지 않은 일부의 오염된 응축수를 원수탱크(13)에 순환수로서 피드백시킨다.
계속해서 세라믹 필터 장치(15)에서 포아를 통과하여 미세부유물질이 제거된 응축수는 연수화장치 펌프(미도시)에 의하여 가압되어 고온용 연수화장치(17)로 이송된다.
미세부유물질과 조대물질이 제거된 응축수는 고온용 연수화장치(17)에서 공정에서의 오염에 의하여 증가된 경도가 저하되어 연수화 된다. 연수화장치에서는 이온교환수지를 사용하여 칼슘 이온, 마그네슘 이온 등 금속이온을 제거하여 응축수를 연수화한다.
이렇게 하여 조대물질, 미세부유물질이 제거되고 연수화된 응축수는 펌프(미도시)에 의하여 가압되어 보일러 급수탱크(19)로 이송된다. 이때 응축수의 온도는 90℃ 이상, 통상적으로 약 90℃ 정도가 된다.
보일러 급수탱크(19)에 집수된 고온의 응축수는 다시 보일러(21)로 보일러급수로서 재공급되어 스팀발생에 재이용된다. 한편 도 2에서는 도시되어 있지 않지만 보일러 급수탱크(19)에는 다른 용수탱크와 다른 연수화장치를 거친 보일러급수가 공급되는 파이프 라인이 연결되어 있어 재이용되는 응축수만으로는 부족한 보일러 급수가 보충된다.
도 4는 본 발명의 제2 태양에 따른 고온 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4를 참조하면, 도 3의 경우와 동일한 인용부호는 도 3의 경우와 동일한 장치를 나타낸다. 도 4의 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템은 조대물질을 제거하기 위한 전처리장치(11)가 도 2의 경우와 같이 회수탱크(9)와 원수탱크(13)의 사이에 직렬적으로 위치하지 않고, 세라믹 필터 장치(15)와 원수탱크(13)의 사이에 병렬적으로 위치하는 점에서 제1 태양의 응축수 재이용 시스템과 다른다.
따라서, 본 발명의 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템에서는 세라믹 필터 장치(15)로부터 원수탱크(13)로 피드백되는 오염된 응축수를 중간에서 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거한 후, 이를 원수탱크(13)로 피드백시키게 된다.
이상에서 설명한 제1 및 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템에서는 상술한 고온 응축수 재이용 시스템의 각 유니트 프로세스가 이루어지는 장치 및 이들을 연결하는 파이프 배관라인 등은 전부 보온되어 응축수의 온도저하를 방지하도록 한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되지 않음은 명백하다.
<실시예>
아래 표 1은 응축수 유량을 500m3/day 이하로 하여 본 발명에 따른 고온 응축수 재이용 시스템을 사용하여 고온 응축수를 재이용하기 위하여 운전한 결과이다.
세라믹 필터 장치는 동서세라컴사의 세라믹 필터 장치를 사용하였는데, 이 세라믹 필터 장치는 포아사이즈 1.0㎛, 길이 500mm의 세라믹 필터가 19개 병렬적으로 장착되어 있는 모듈이 다시 3개 병렬적으로 설치된 것이다.
고온 응축수 처리시의 운전자료
항목 원수 처리수
응축수 유량(m3/day) 500이하 -
pH 5 ~ 9 5 ~ 9
CODMn(mg/L) 20이하 3이하
SS(mg/L) 30이하 3이하
탁도(NTU) 100이하 1이하
경도(mg/L) 20이하 1이하
온도(℃) 95이하 90이하
여기서 CODMn은 망간법으로 측정한 화학적 산소 요구량을, SS는 미세부유물질의 농도를 각각 나타내며, 모두 표준공정시험방법에 따라 측정되었다.
표 1을 참조하면, 본 발명의 고온 응축수 재이용 시스템을 이용하여 응축수를 처리하면 미세부유물질, 유기물함량, 및 탁도가 대폭 감소되고 처리수도 연수화되어 있으므로 보일러 급수로 재사용할 수 있으며, 처리수의 온도는 약 90℃ 이상으로 높기 때문에 0 ~ 25℃ 정도의 원수를 사용하여 보일러로부터 스팀을 발생시키는 것에 비하여 에너지 소비량을 대폭 절감할 수 있음을 알 수 있다. 특히 보일러 원수의 온도가 낮은 동절기에는 그만큼 에너지 절감 효과도 더욱 커지게 된다.
본 발명에 따른 고온 응축수 재이용 시스템을 사용하면 고농도의 미세부유물질에 의해 오염되고 경도도 높은 고온의 보일러 응축수를 고온상태에서 연속적으로 재처리하여 보일러 급수로 재사용할 수 있다. 따라서, 90 ~ 95℃ 정도의 고온의 스팀 응축수를 보일러급수로 재이용할 수 있으므로 0 ~ 25℃ 정도의 원수를 사용하여 보일러에서 스팀을 발생시키는 경우와 비교할 때 그 온도 차이 만큼 폐기되는 고온 응축수의 열에너지를 회수할 수 있으므로 에너지 소비량을 대폭 절감할 수 있다.
도 1은 상술한 종래의 고온 응축수를 재이용하는 시스템 및 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 태양에 따른 고온 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 태양에 따른 응축수 재이용 시스템에 사용되는 세라믹 필터 장치에 병렬로 장착되는 필터 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 태양에 따른 고온 응축수 재이용 시스템 및 재이용 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 회수탱크 3 : 샌드 필터
5 : 세척공정 7 : 스팀사용공정
9 : 회수탱크 11 : 전처리장치
13 : 원수탱크 15 : 세라믹 필터 장치
17 : 고온용 연수화장치 19 : 보일러 급수탱크
21 : 보일러

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수탱크에서 회수하는 단계;
    상기 회수된 응축수를 카트리지 필터 또는 하이드로사이클론에 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거하는 단계;
    상기 카트리지 필터 또는 하이드로사이클론을 통과한 응축수를 원수탱크에서 집수하는 단계;
    상기 응축수를 포아 사이즈 0.1 ~ 10㎛의 범위에 있으며 압축공기에 의해 역세될 수 있는 타잎의 세라믹 필터 장치의 포아내에 2 ~ 5kg/cm2의 압력으로 통과시켜 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 또한 상기 세라믹 필터의 포아로 유입되지 않고 세라믹 필터의 사이를 그대로 통과한 오염된 응축수를 상기 원수탱크에 피드백시키는 단계; 및
    상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 응축수의 경도를 저하시킴으로써 응축수를 연수화하고 보일러에서 스팀을 발생시키는데 재이용할 수 있도록 상기 연수화된 응축수를 보일러 급수탱크로 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 세라믹 필터 장치는 압축공기에 의한 역세 도중에도 연속적인 응축수 처리가 가능하도록 2 ~ 5개의 필터 모듈이 병렬로 결합된 것이며, 또한 상기 연수화장치를 통과한 응축수의 온도는 90 ~ 95℃인 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 방법.
  8. 보일러에서 발생된 후 특정 공정에서 사용된 스팀이 응축하여 생성된 응축수를 회수탱크에서 회수하는 단계;
    상기 회수탱크를 통과한 응축수를 원수탱크에서 집수하는 단계;
    상기 응축수를 포아 사이즈 0.1 ~ 10㎛의 범위에 있으며 압축공기에 의해 역세될 수 있는 타잎의 세라믹 필터 장치의 포아내에 2 ~ 5kg/cm2의 압력으로 통과시켜 이에 포함된 미세부유물질을 제거하고, 또한 상기 세라믹 필터의 포아로 유입되지 않고 세라믹 필터의 사이를 그대로 통과한 오염된 응축수를 카트리지 필터 또는 하이드로사이클론에 유입시켜 이에 포함된 조대물질을 제거한 후 상기 원수탱크에 피드백시키는 단계; 및
    상기 세라믹 필터 장치를 통과한 응축수에 포함된 금속이온을 제거하여 응축수의 경도를 저하시킴으로써 응축수를 연수화하고 보일러에서 스팀을 발생시키는데 재이용할 수 있도록 상기 연수화된 응축수를 보일러 급수탱크로 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 세라믹 필터 장치는 압축공기에 의한 역세 도중에도 연속적인 응축수 처리가 가능하도록 2 ~ 5개의 필터 모듈이 병렬로 결합된 것이며, 또한 상기 연수화장치를 통과한 응축수의 온도는 90 ~ 95℃인 것을 특징으로 하는 응축수 재이용 방법.
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