KR100519747B1 - Sequential catalytic combustion system and its method - Google Patents

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KR100519747B1 KR10-2003-0024581A KR20030024581A KR100519747B1 KR 100519747 B1 KR100519747 B1 KR 100519747B1 KR 20030024581 A KR20030024581 A KR 20030024581A KR 100519747 B1 KR100519747 B1 KR 100519747B1
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Abstract

본 발명은 순차식 촉매연소 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 그 목적은 촉매연소를 적용하여 일반 화염연소기를 대체하는 열 발생 장치를 구현하기 위하여 이를 위해서는 첫째, 혼합가스 예열의 부담이 최소화되어야 하며, 둘째, 혼합가스의 조건에 대해 독립적이어야 하고, 혼합가스의 예열과정에 초기 시동시, 정상상태 연소시 모두 화염연소를 배재하고 시스템 자체적으로 해결함으로써 촉매연소의 장점을 극대화시키며, 그러함으로써 화염연소가 유발하는 내구성 문제와 고온생성물 발생, 혼합가스 폭발 등의 단점 등을 제거하고, 또한 촉매연소 반응이 혼합가스 조건에 독립적이서 대유량 처리가 가능하고, 급격한 온도나 당량비의 변화에도 안정성을 유지하는 촉매연소 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention relates to a sequential catalytic combustion system and a method thereof, and an object thereof is to implement a heat generating device that replaces a general flame burner by applying catalytic combustion. Second, it should be independent of the conditions of the mixed gas and maximize the advantages of catalytic combustion by eliminating the flame combustion during initial start-up and the steady state combustion in the preheating process of the mixed gas and solving the system itself. Eliminates the problems of durability, high temperature product generation, and mixed gas explosions.The catalyst combustion reaction is independent of the mixed gas conditions, so that it can handle large flow rates and maintain stability even under rapid temperature or equivalence ratio changes. It is to provide a combustion system and method.

본 발명의 구성은 촉매 연소부와 열 교환부로 구성된 촉매 연소기 유닛을 조합하여 촉매연소에 발생한 열의 일부를 혼합가스의 예열과정으로 전달하여 순차적인 촉매연소 반응을 유도하는 시스템 및 방법을 특징으로 한다.The configuration of the present invention is characterized by a system and method for inducing a sequential catalytic combustion reaction by combining a catalytic combustor unit comprising a catalytic combustion unit and a heat exchanger to transfer a part of the heat generated in the catalytic combustion to a preheating process of the mixed gas.

Description

순차식 촉매연소 시스템 및 그 방법{Sequential catalytic combustion system and its method} Sequential catalytic combustion system and its method

본 발명은 순차식 촉매연소 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 자세하게는 촉매 연소부와 열 교환부로 구성된 촉매 연소기 유닛을 조합하여 촉매연소에 발생한 열의 일부를 혼합가스의 예열과정으로 전달함으로써 순차적인 촉매연소 반응을 유도하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sequential catalytic combustion system and a method thereof, and in particular, by combining a catalytic combustor unit composed of a catalytic combustion unit and a heat exchanger, the catalytic combustion is sequentially performed by transferring a part of heat generated in the catalytic combustion to a preheating process of a mixed gas. It relates to a system and a method for inducing a reaction.

촉매연소는 촉매표면에서 혼합가스가 연소반응을 일으키는 것을 일컫는다. 일반 화염연소와 비교할 때, 촉매연소는 표면연소와 희박연소의 특징을 갖는다. Catalytic combustion refers to the combustion of mixed gas at the catalyst surface. Compared with general flame combustion, catalytic combustion has the characteristics of surface combustion and lean combustion.

이는 주어진 혼합가스에 대해 충분한 촉매 표면적만 주어지면 연소기의 성상에 관계없이 완전연소를 구현할 수 있으며, 일반 화염연소에서는 연소될 수 없는 초희박 가스(LPG 기준, 당량비 0.2 근처)를 직접 연소함으로써 상대적으로 매우 낮은 단열화염온도(일반 화염온도 1400℃ 전후, 촉매연소 500℃ 전후)를 갖는 것을 의미한다. This allows full combustion, regardless of the nature of the combustor, given a sufficient catalyst surface area for a given gas mixture, and relatively relatively by burning directly on ultra-lean gases (approximately equivalent to 0.2 equivalents in LPG) that cannot be combusted in normal flame combustion. It means having a very low adiabatic flame temperature (general flame temperature around 1400 ℃, catalytic combustion around 500 ℃).

저온 연소특성은 NOx와 같은 고온 연소 생성물의 발생이 없으며, 나아가 장치의 내구성 측면에 유리하다. The low temperature combustion characteristics are free of high temperature combustion products such as NOx and furthermore advantageous in terms of durability of the device.

이와 같은 장점들에도 불구하고 촉매연소는 그 적용범위가 특정한 조건하로 한정되어 있다. Despite these advantages, catalytic combustion is limited in certain conditions.

이것은 기존의 촉매 연소기가 화염연소기에 비해 일반적인 연소조건에 대해 효율성과 안정성 측면에서 적용성이 떨어지기 때문이다. This is because the conventional catalytic combustor is less applicable in terms of efficiency and stability to the general combustion conditions than the flame combustor.

따라서 촉매연소의 장점을 극대화하는 연소기를 개발하기 위해서는 세 가지의 기술적 문제를 극복해야 한다. Therefore, to develop a combustor that maximizes the advantages of catalytic combustion, three technical problems must be overcome.

첫째는 촉매의 내구성인데 이는 최근의 활발한 소재개발을 통해 일정수준의 경제성과 적용성을 확보했다. 따라서 여기서는 논외로 한다.The first is the durability of the catalyst, which has secured a certain level of economics and applicability through recent active material development. Therefore, it is left out here.

둘째는 혼합가스 예열문제이다. 촉매연소는 연료가스의 종류에 따라 특정한 촉매연소 개시온도를 갖는데, 그 온도 이상에서만 반응을 시작한다.(도 8 참조) Second is the mixed gas preheating problem. Catalytic combustion has a specific catalytic combustion start temperature according to the type of fuel gas, and the reaction starts only at that temperature (see FIG. 8).

따라서 촉매연소가 개시되려면 혼합가스를 촉매연소 개시온도 이상으로 예열해 주어야 하며, 이 때 화염연소를 이용한 예열방식이 가장 경제적이고 효과적인 방법으로써 일반적으로 사용된다. Therefore, in order to start catalytic combustion, the mixed gas needs to be preheated above the catalytic combustion initiation temperature. At this time, preheating using flame combustion is generally used as the most economical and effective method.

그러나 대용량 처리설비일수록 예열용 화염연소의 사용이 비례하여 증가하므로, 이에 따른 추가적인 화석연료의 공급, 장치의 내구성 저하, 폭발 위험성, 고온 생성물 발생 등의 문제가 발생한다. However, in the case of a large-capacity treatment facility, the use of preheating flame combustion increases proportionally, thus causing problems such as supply of additional fossil fuel, deterioration of durability of the apparatus, explosion risk, and high temperature product generation.

이와 같은 문제점들은 대용량일수록 촉매연소 적용의 장점을 상쇄하는 수준으로까지 발전한다. These problems are developed to a level that offsets the advantages of the application of catalytic combustion as the large capacity.

이를 해결하기 위해 촉매 지지체에 전열작용을 일으켜 촉매표면의 온도를 촉매연소 개시온도 이상으로 가열하는 EHC 방식의 접근이 있었으나, 이 경우 연소시 촉매 지지체내의 고온으로 인한 단선이 자주 발생하는 단점이 있어서 적용에 제약을 받는다. In order to solve this problem, there has been an EHC approach to heat the surface of the catalyst by heating the catalyst support above the initiation temperature of the catalyst combustion, but in this case, there is a disadvantage in that disconnection due to the high temperature in the catalyst support occurs frequently during combustion. Application is restricted.

또 다른 해결방안으로 촉매 핀 튜브를 이용한 방식이 있다.(도 6참조) 이 방식은 촉매 핀 튜브 쉘 측면에는 촉매를 담지하고, 핀 튜브 측면에는 혼합가스를 흘려보낸다. Another solution is to use a catalyst fin tube (see FIG. 6). This method carries a catalyst on the side of the catalyst fin tube shell and flows a mixed gas to the fin tube side.

이 때, 쉘 측면에서 촉매연소가 발생, 발열량의 일부가 튜브 측면의 혼합가스를 예열, 발열과 예열이 동시에 구현된다. At this time, catalytic combustion occurs on the shell side, and a part of the heat generation preheats the mixed gas on the tube side, and simultaneously generates heat and preheating.

그러나 이 방식 역시 화염연소를 이용한 예열 부담이 크고, 특히 촉매표면에서의 열평형 유지가 매우 어려운 단점이 있다. 다음으로 열 교환 방식의 촉매연소기가 있다.(도 7참조) However, this method also has a high preheating load using flame combustion, and in particular, it is very difficult to maintain thermal equilibrium at the catalyst surface. Next, there is a heat exchange type catalytic combustion device (see FIG. 7).

촉매 연소부와 고온용 열 교환기로 구성되어 있으며, 촉매 발열량의 일부가 고온용 열 교환기 내부를 흐르는 혼합가스를 예열한다. 따라서 일단 촉매연소가 정상상태에 이르면 자체적인 예열과정을 통해 화염연소를 통한 예열이 필요하지 않다. 핀 튜브 방식에 비해 혼합가스에 대해 독립적이므로 제어가 쉬우나, 역시 초기 구동시에는 화염연소를 이용한 예열이 필요하며, 대유량 처리시 큰 약점이 된다. It consists of a catalytic combustion part and a high temperature heat exchanger, and a part of the catalyst calorific value preheats the mixed gas flowing inside the high temperature heat exchanger. Therefore, once catalytic combustion reaches a steady state, it is not necessary to preheat through flame combustion through its own preheating process. It is easy to control because it is independent of the mixed gas compared to the fin tube method, but also requires preheating using flame combustion during the initial operation, which is a big disadvantage in the large flow rate treatment.

셋째는 촉매연소의 혼합가스에 대한 종속성 문제이다. 촉매연소는 표면연소로써 혼합가스의 촉매 표면적으로의 접촉을 극대화하며, 이는 혼합가스의 물리적 화학적 조건에 대해 촉매연소가 매우 민감하게 반응하는 것(Vulnerability)을 의미한다. 즉, 혼합가스의 온도, 유속분포, 당량비 등의 조건에 따라 일반적으로 수 초단위의 응답속도를 갖는다. 혼합가스의 유량이 많을수록, 조건의 변동성이 클수록 연소제어의 난이도가 비례한다. 따라서 실제 대용량 산업장치에의 적용에 따른 혼합가스의 급격한 조건변동에 대한 안정적인 촉매연소 유지가 요구된다. 또한 반응이 소화되고 나서 다시 점화되기까지 시동시간이 짧아야하며, 촉매표면 온도제어에 대해 변수가 적어 제어가 용이해야 한다.Third, there is a dependency problem on the mixed gas of catalytic combustion. Catalytic combustion maximizes the contact of the mixed gas to the catalyst surface by surface combustion, which means that the catalytic combustion reacts very sensitively to the physical and chemical conditions of the mixed gas. That is, it generally has a response speed of several seconds depending on the conditions of the temperature of the mixed gas, flow velocity distribution, equivalent ratio, and the like. The greater the flow rate of the mixed gas, the greater the variability of the condition, the more the difficulty of the combustion control is proportional. Therefore, it is required to maintain stable catalytic combustion against the rapid change of condition of the mixed gas according to the application to the large-capacity industrial equipment. In addition, the start-up time must be short before the reaction is extinguished and ignited again, and the control of the catalyst surface temperature should be low and easy to control.

이상 언급한 점들은 촉매연소의 여러 장점에도 불구하고 그 적용범위를 한정지은 요인들이며, 이를 해결하는 것이 가장 중요한 현안이라고 할 수 있다.The above-mentioned points are factors limiting the scope of application despite the advantages of catalytic combustion, and solving these problems is the most important issue.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 촉매연소를 적용하여 일반 화염연소기를 대체하는 열 발생 장치를 구현하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to implement a heat generating device to replace the general flame burner by applying catalytic combustion.

이를 위해서는 첫째, 혼합가스 예열의 부담이 최소화되어야 하며, 둘째, 혼합가스의 조건에 대해 독립적이어야 하고, 혼합가스의 예열과정에 초기 시동시, 정상상태 연소시 모두 화염연소를 배재하고 시스템 자체적으로 해결함으로써 촉매연소의 장점을 극대화시키며, 그러함으로써 화염연소가 유발하는 내구성 문제와 고온생성물 발생, 혼합가스 폭발 등의 단점 등을 제거하고, 또한 촉매연소 반응이 혼합가스 조건에 독립적이서 대유량 처리가 가능하고, 급격한 온도나 당량비의 변화에도 안정성을 유지하는 촉매연소 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. To this end, first, the burden of preheating the mixed gas should be minimized. Second, the condition of the mixed gas should be independent, and the combustion of the mixed gas should be eliminated during initial start-up and steady-state combustion. By maximizing the advantages of catalytic combustion, it eliminates the durability problems caused by flame combustion, the generation of high temperature products, the explosion of mixed gas, etc., and the catalytic combustion reaction is independent of the mixed gas conditions so that large flow rate treatment is possible. In addition, the present invention provides a catalytic combustion system and method which maintains stability even in a sudden change in temperature or equivalent ratio.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 촉매연소장치에 있어서, 균일한 유속분포를 유도하기 위해 촉매 지지체 상류영역에 위치한 유동제어기와, 촉매가 담지된 촉매 담지 지지체와, 촉매표면으로부터의 열손실을 방지하기 위한 단열층이 순차적으로 연결 장치된 촉매 연소부와; 상기 촉매 연소부에 접하여 설치되어 촉매연소 발생열의 일부를 혼합가스로 전달하여 예열과정을 수행하도록 고온용 핀 튜브로 구성된 열 교환부로 이루어진 촉매 열교환기를 하나의 유닛;으로 구성하여 유닛 내 열교환부의 고온용 핀 튜브가 촉매연소부에서 연소된 가스가 유동하는 방향에 직교하는 구조로 배치되고, 한 유닛의 열교환부와 다른 유닛의 촉매연소부가 연통하도록 배치함으로써 독립적으로 예열과 연소를 동시에 구현토록 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention, which achieves the above object and accomplishes the problem for eliminating the conventional drawback, in the catalytic combustion apparatus, includes a flow controller positioned in an upstream region of the catalyst support to induce a uniform flow rate distribution, and a catalyst is supported. A catalyst burner comprising a catalyst carrying support and a heat insulating layer sequentially connected to prevent heat loss from the catalyst surface; A catalytic heat exchanger is installed in contact with the catalytic combustion unit and consists of a heat exchange unit consisting of a high-temperature fin tube to transfer a portion of the heat generated by the catalytic combustion to the mixed gas to perform a preheating process. The fin tube is arranged in a structure orthogonal to the direction in which the gas burned in the catalytic combustion section flows, and the heat exchange unit of one unit and the catalytic combustion unit of the other unit communicate with each other so as to independently preheat and burn simultaneously. It is done.

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상기 촉매 열교환기로 이루어진 유닛을 4개로 병렬 연결구성하되, 첫 번째 유닛을 혼합가스 예열기에 의해 연소 반응이 개시되는 트리거 유닛으로 구성한 후 인접하여 병렬 연결된 각 유닛들이 트리거 유닛의 최초 연소에 의해 순차적으로 직렬 연소되어 촉매연소가 개시되도록 구성한다.The unit consisting of the catalytic heat exchanger is connected in parallel to four units, the first unit is composed of a trigger unit in which the combustion reaction is initiated by the mixed gas preheater, and then the adjacent units connected in parallel are sequentially serialized by the initial combustion of the trigger unit. And is configured to combust to commence catalytic combustion.

또한 상기 각 유닛을 하나의 촉매연소시스템으로 구성한 후 이를 다시 복수개의 촉매연소시스템으로 병렬구성하되, 그 중 하나의 촉매연소시템을 트리거시스템으로 구성한다.In addition, after each unit is composed of one catalytic combustion system, it is configured in parallel with a plurality of catalytic combustion systems, and one catalytic combustion system is configured as a trigger system.

또한 본 발명의 촉매연소방법은,In addition, the catalytic combustion method of the present invention,

촉매연소부와 열교환부로 구성된 유닛 복수개가 병렬 조합되어 이루어진 시스템을 구비한 후 이를 초기 구동모드에서는 복수개의 유닛중 하나를 트리거 유닛으로 하여 촉매연소시킨 후 이웃하는 유닛을 순차적으로 발열 및 예열시켜 직렬연소하는 단계와,In the initial operation mode, the catalyst is composed of a plurality of units composed of a catalytic combustion unit and a heat exchanger in parallel, and then, in the initial driving mode, the catalytic combustion is performed using one of the plurality of units as a trigger unit, and the neighboring units are sequentially heated and preheated. To do that,

정상상태모드에서는 복수개의 각 유닛이 전체 혼합가스 유량을 동시에 나누어 처리하는 병렬연소단계로 이루어져 연소하는 방법을 특징으로 한다.In the steady state mode, each of the plurality of units is characterized by a combustion method consisting of a parallel combustion step of simultaneously dividing and processing the total mixed gas flow rate.

이하 상기 내용을 보다 자세히 설명한다.The above will be described in more detail below.

촉매연소의 장점을 극대화하는 시스템은 다수의 개별 유닛으로 구성된 병렬 연소방식이 적합하다. A system that maximizes the advantages of catalytic combustion is suitable for parallel combustion, which consists of a number of individual units.

개별 유닛들은 각각 촉매연소 반응과 혼합가스 예열을 동시에 수행하는 촉매연소 열교환기를 적용한다. Individual units each employ a catalytic combustion heat exchanger which simultaneously performs catalytic combustion reaction and mixed gas preheating.

촉매연소 열교환기는 촉매연소 발생열의 일부를 고온용 열교환기를 통해 혼합가스의 예열과정으로 연속적으로 전달하므로 초기 시동시 혼합가스 예열 부담이 상당부분 자체적으로 해결된다. The catalytic combustion heat exchanger continuously transfers a portion of the heat generated from the catalytic combustion to the preheating process of the mixed gas through the high temperature heat exchanger, and thus, the burden of preheating the mixed gas during the initial start-up is largely solved by itself.

나아가 정상상태에 이르면 혼합가스의 당량비 제어를 통해 화염연소를 배재한 연속적인 혼합가스의 예열이 가능하다. Further, when the steady state is reached, the preheating of the continuous mixed gas excluding flame combustion is possible by controlling the equivalence ratio of the mixed gas.

그러나 하니컴 방식 촉매 열 교환기는 소유량 혼합기체 처리에는 안정적이나 대용량 혼합기체 처리시 몇 가지 단점을 갖는다. However, honeycomb type catalytic heat exchangers are stable for low flow mixed gas treatment, but have some disadvantages for high volume mixed gas treatment.

혼합기체의 용량이 커질수록, 촉매 하니컴 상류에서의 혼합기체 유속과 당량비 분포의 균일성 유지가 힘들어지고, 초기 촉매연소를 개시하기 위한 혼합기체 예열에 대한 부담이 상승한다. The larger the volume of the mixed gas, the more difficult it is to maintain uniformity of the mixed gas flow rate and equivalence ratio distribution upstream of the catalyst honeycomb, and the burden on preheating the mixed gas to initiate initial catalytic combustion increases.

일단 혼합가스 불균일 상태가 발생하면 촉매표면에서의 제어 안정성이 떨어지고, 블로우 오프(Blow off)가 자주 발생한다. Once the mixed gas non-uniformity occurs, control stability at the catalyst surface is low and blow off occurs frequently.

따라서 소규모(100,000 kcal/hr 이하)가 아닌, 실제 대용량 처리를 위주로 하는 산업 배가스 처리(500,000 kcal/hr 이상)에 적용키 위해서는 다른 접근방식이 요구된다.Therefore, a different approach is required to apply to industrial flue gas treatments (500,000 kcal / hr or more) that are not really small (100,000 kcal / hr or less) but mainly to large volume treatments.

위에서 언급한 것처럼 대용량의 혼합가스를 하나의 연소기에서 일괄 처리하는 것은 많은 문제점을 가지므로, 대용량의 혼합가스는 여러 연소기 유닛으로 병렬 방식으로 구성된 시스템에 의해 처리되는 것이 이상적이다. As mentioned above, batch processing of a large volume of mixed gas in one combustor has many problems, so it is ideal that a large volume of mixed gas is processed by a system configured in parallel with multiple combustor units.

또한 촉매연소의 장점을 극대화하는 시스템은 초기구동시 각각의 연소기 유닛에 촉매연소 작용을 순차적으로 유도, 연쇄반응을 일으키는 직렬 연소방식이 적합하다. In addition, a system that maximizes the advantages of catalytic combustion is suitable for a series combustion method in which a catalytic reaction is sequentially induced and a chain reaction is induced in each combustor unit during initial driving.

대용량의 혼합가스의 예열과정을 최소화하려면 일단 정상상태에 이르렀을 때는 실증된 기술방식(정상상태 운전에서 촉매연소 발열량을 이용하여 예열하는 방식)을 고수하되, 초기 구동시의 예열부담을 최소화하는 것에 초점을 맞춘다. In order to minimize the preheating process of a large amount of mixed gas, it is advisable to adhere to the proven technical method (preheating by using the catalytic combustion calorific value in the steady state operation) when the steady state is reached, and to minimize the preheating burden during the initial operation. Focus.

따라서 시스템은 촉매 열교환기로 구성된 다수의 유닛으로 구성된다. The system thus consists of a number of units consisting of catalytic heat exchangers.

기존 방식과 같이 대용량의 혼합가스를 하나의 연소기에 대해 일괄적으로 예열하는 것은 많은 문제점을 가지므로(전체 유량/시스템 구성 유닛의 수) 만큼을 우선적으로 예열하도록 한다.As a conventional method, preheating a large amount of mixed gas to one combustor has a number of problems (previously, the total flow rate / number of system configuration units).

초기 구동시 방아쇠 역할을 하는 연소기 유닛의 촉매연소 반응개시 이후, 이 때 발생한 열을 이용하여 전체 유닛으로의 연소를 순차적으로 유도한다.(도 3참조)After the start of the catalytic combustion reaction of the combustor unit which acts as a trigger during the initial operation, the heat generated at this time is used to induce combustion to the entire unit sequentially (see FIG. 3).

이와 같은 도미노(Domino)식 연쇄반응을 사용하면 초기 혼합가스 예열문제와는 상관없이 촉매연소의 처리용량의 무제한 확장이 안정적으로 가능하다.The use of such Domino chain reactions allows for unlimited expansion of the catalytic combustion capacity regardless of the initial mixed gas preheating problem.

본 발명의 시스템은 이론적으로 2개의 유닛으로도 구현이 가능하지만, 실제로는 혼합기체 유동제어를 위해 4개의 유닛조합을 기본으로 한다.(도 1 참조)The system of the present invention can theoretically be implemented in two units, but in practice it is based on a combination of four units for mixed gas flow control (see Figure 1).

이 기본 시스템을 기준으로 다수 시스템의 연결조합이 가능하며 이는 곧 혼합가스 처리용량의 무제한을 의미한다. 즉, 처리용량에 따라 케이스-바이-케이스(case-by-case)로 모든 조건에 대한 유동제어 설계를 해야 했던 기존의 방식과는 달리, 단순한 유닛의 가감을 통해 처리용량을 커버할 수 있다. Based on this basic system, a combination of multiple systems is possible, which means unlimited mixed gas processing capacity. In other words, unlike the conventional method of having to design the flow control for all conditions on a case-by-case basis according to the processing capacity, the processing capacity can be covered by simply adding or subtracting the unit.

초기 구동시에는 직렬 연소방식으로 반응이 시작되고, 정상상태 운전에는 병렬 연소방식으로 반응이 유지된다. In the initial operation, the reaction starts in series combustion and in steady state operation, the reaction is maintained in parallel combustion.

초기 구동시 트리거 유닛에 대한 예열, 정상상태시 촉매연소 이용 자체예열이 구현됨으로써 대용량 혼합기체 예열에도 화염연소를 완전히 배재 가능하다. The preheating of the trigger unit during initial operation and the use of catalytic combustion in the steady state are realized so that flame combustion can be completely eliminated even in the preheating of a large amount of mixed gas.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and the operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템의 개략적인 구성을 도시한 실시예도이고, 도 2는 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템을 구성하는 촉매 열 교환기 유닛의 상세도이며, 도 3은 순차식 촉매연소 시스템의 반응 순서 및 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템을 이루는 촉매 열 교환기 유닛을 3차원 적으로 도시한 실시예도이며, 도 5는 유닛의 열 교환부의 상세도를 도시하고 있는데, 본 발명 순차식 촉매연소 시스템의 구성요소는 다음과 같다. 1 is an exemplary view showing a schematic configuration of a sequential catalytic combustion system according to the present invention, Figure 2 is a detailed view of a catalytic heat exchanger unit constituting a sequential catalytic combustion system according to the present invention, Figure 3 Reaction sequence and configuration diagram of the sequential catalytic combustion system, Figure 4 is an embodiment showing a three-dimensional catalytic heat exchanger unit constituting the sequential catalytic combustion system according to the present invention, Figure 5 is a heat exchange unit of the unit Although shown in detail, the components of the sequential catalytic combustion system of the present invention are as follows.

하나의 시스템은 총 4개의 유닛(1, 2, 3, 4)으로 구성된다(도 1 참조). 시스템을 이루는 각각의 유닛은 연소부(6)와 열 교환부(7)로 구성된 촉매 열교환기이다. One system consists of a total of four units 1, 2, 3, 4 (see FIG. 1). Each unit constituting the system is a catalytic heat exchanger consisting of a combustion section 6 and a heat exchanger 7.

상기 촉매 열교환기를 구성하는 연소부(6)는 촉매가 담지된 촉매 지지체(9), 유동제어기(8) 그리고 단열층(10)으로 이루어진다.Combustion portion 6 constituting the catalytic heat exchanger is composed of a catalyst support (9), a flow controller (8) and a heat insulating layer (10) carrying a catalyst.

상기 촉매 지지체(9)는 용량에 따라 계산된 부피의 세라믹 하니컴을 사용한다. 세라믹 하니컴은 보통 200 cell/inch2 를 사용하고 처리가스의 종류에 따라 적합한 촉매를 일정량 담지 시킨다. 일반적으로 LPG, Toluene 등의 처리에는 백금촉매를 사용한다.The catalyst support 9 uses a ceramic honeycomb in a volume calculated according to the capacity. Ceramic honeycomb usually uses 200 cell / inch 2 and supports a certain amount of suitable catalyst depending on the type of processing gas. Generally, platinum catalyst is used to treat LPG and Toluene.

상기 유동제어기(8)는 표면연소의 특성상 균일한 유속분포를 유도하기 위해 촉매 지지체(9) 상류에 위치하며 100~150cell/inch2 의 세라믹 하니컴이 이용된다. 유동제어기(8)를 통해 유속과 당량비 불균일로 인한 핫 스폿(Hot Spot) 발생을 억제하며, 축열로 인한 연소안정화 효과를 얻는다.The flow controller 8 is located upstream of the catalyst support 9 in order to induce a uniform flow rate distribution due to the characteristics of surface combustion, and a ceramic honeycomb of 100 to 150 cells / inch 2 is used. The flow controller 8 suppresses the occurrence of hot spots due to the nonuniformity of the flow rate and the equivalent ratio, and obtains the combustion stabilization effect due to the heat storage.

상기 단열층(10)은 촉매표면으로부터 열손실을 방지해서 열평형을 유지한다.The heat insulating layer 10 maintains thermal equilibrium by preventing heat loss from the catalyst surface.

상기 촉매 열교환기를 구성하는 열 교환부(7)는 촉매연소 발생열의 일부를 혼합가스로 전달하여 예열과정을 수행한다.(도 5참조 ) The heat exchanger 7 constituting the catalytic heat exchanger transfers a part of the heat generated from the catalytic combustion to the mixed gas to perform a preheating process (see FIG. 5).

상기 열교환부(7)는 고온용 핀 튜브(11)로 구성되어 있으며, 핀 튜브의 쉘 측면(111)으로는 고온 연소가스가, 튜브측면(112)으로는 혼합가스가 통과한다. The heat exchange part 7 is composed of a high-temperature fin tube 11, a hot combustion gas passes through the shell side 111 of the fin tube, and a mixed gas passes through the tube side surface 112.

핀 튜브(11)의 개수와 배열에 관한 설계인자는 혼합가스 유속, 온도, 당량비, 성분에 따른 단열화염온도, 촉매연소 개시온도, 연소가스의 배출온도, 연소가스의 유속, 열손실 등이 고려된 열평형 계산치에 영향을 받는다. Design factors related to the number and arrangement of fin tubes 11 are taken into account the mixed gas flow rate, temperature, equivalence ratio, adiabatic flame temperature, catalytic combustion start temperature, combustion gas discharge temperature, combustion gas flow rate, heat loss, etc. Influenced thermal equilibrium calculations.

특히 중요한 설계인자인 열전달 계수는 유속에 비례하므로 서로 상관관계에 있는 혼합가스와 연소가스에 종속적이다. The heat transfer coefficient, which is a particularly important design factor, is proportional to the flow rate and therefore dependent on the mixed and combusted gases.

실제 예를 들면, 범용적인 연료가스인 LPG를 기준으로 20% 정도의 설계여유를 두어 약 250℃까지의 혼합가스 예열을 목표로 하며 연소가스 유속범위는 15~30 m/s를 갖는다. In practice, for example, with a 20% design margin based on LPG, a general purpose fuel gas, it aims to preheat the mixed gas up to about 250 ° C and has a flue gas flow rate of 15 to 30 m / s.

일반적으로 상온기준 동일 유량의 연소가스와 혼합가스의 열 교환에는 2 또는 3패스 핀 튜브(11) 뱅크 배열이 적용된다. In general, a two or three pass fin tube 11 bank arrangement is applied to the heat exchange between the combustion gas and the mixed gas at the same flow rate at room temperature.

시스템의 유닛(1, 2, 3, 4) 하나는 LPG 기준으로 최소 20,000 kcal/hr 가량의 발열량을 갖는다. One unit (1, 2, 3, 4) of the system has a calorific value of at least 20,000 kcal / hr on an LPG basis.

이는 촉매 하니컴의 공간속도, 당량비, 열전달 계수, 그리고 내구성을 고려한 실험적으로 도출된 값이다. This is experimentally derived value considering space velocity, equivalence ratio, heat transfer coefficient, and durability of catalyst honeycomb.

따라서 순차식 촉매연소 시스템은 최소 80,000 kcal/hr (= 20,000 kcal/hr * 4) 이상의 발열량을 갖는다. The sequential catalytic combustion system thus has a calorific value of at least 80,000 kcal / hr (= 20,000 kcal / hr * 4).

개별 유닛(1, 2, 3, 4)과 발열량을 축소할 경우, 유닛(1, 2, 3, 4)의 열 교환부(7)에 고온용 핀 튜브(11)의 적용은 적합지 않다. In the case of reducing the heat generation amount of the individual units 1, 2, 3, 4, the application of the high temperature fin tube 11 to the heat exchanger 7 of the units 1, 2, 3, 4 is not suitable.

낮은 유속의 낮은 열전달 계수 아래서 열 교환 효율이 월등한 컴팩트 열 교환기를 사용할 수 있으나 이 경우 고온에 취약해서 누출(Leakage)이 생길 가능성이 크다. A compact heat exchanger with superior heat exchange efficiency can be used under low flow rate and low heat transfer coefficients, but this is susceptible to high temperatures and is likely to lead to leakage.

반면에 개별 유닛(1, 2, 3, 4)과 발열량을 확장할 경우, 열 교환부(7)는 문제가 없으나, 연소부(6)를 다단연소 타입 또는 매트릭스 타입으로 구성한다. On the other hand, when the individual units 1, 2, 3, 4 and the heat generation amount are extended, the heat exchanger 7 has no problem, but the combustion unit 6 is composed of a multi-stage combustion type or a matrix type.

이 경우 각각의 유닛(1, 2, 3, 4)은 고부하 촉매 연소부(6)와 열 교환부(7)로 구성된 형태가 예상된다. In this case, it is expected that each unit 1, 2, 3, 4 consists of a high load catalytic combustion section 6 and a heat exchanger section 7.

유닛(1, 2, 3, 4)의 촉매 연소부(6)를 고부하화하여 시스템의 처리용량을 200,000 kcal/hr 이상으로 확장하는 것이 가능하다. It is possible to increase the throughput of the system to 200,000 kcal / hr or more by high-loading the catalytic combustion section 6 of the units 1, 2, 3, 4.

고부화하는 방법은 촉매 지지체(9)의 집적화, 다단연소 그리고 혼합기체의 당량비 제어 등이 있다.The method of high enrichment includes integration of the catalyst support 9, multi-stage combustion and control of the equivalence ratio of the mixed gas.

순차식 촉매연소 시스템을 기본적인 구성유닛(1, 2, 3, 4) 4개로 정한 중요한 이유 중 하나는 혼합기체 유동제어의 편리성 때문이다. One of the important reasons for setting the sequential catalytic combustion system as the four basic building blocks (1, 2, 3, 4) is the convenience of flow control of the mixed gas.

기존의 촉매연소 시스템은 열 교환부(7)에서 예열된 혼합기체가 촉매 연소부(6)로 유입될 때 유로가 곡선을 그리게 되어 있었다.(도 7 참조)In the conventional catalytic combustion system, the flow path is curved when the mixed gas preheated in the heat exchange unit 7 flows into the catalytic combustion unit 6 (see FIG. 7).

대용량일수록 촉매 연소부(6)는 촉매 지지체(9)가 매트릭스 형태로 조합되기 때문에 유동과 수직인 면적이 넓어진다. The larger the capacity, the wider the area of the catalyst combustion section 6 is perpendicular to the flow because the catalyst support 9 is combined in a matrix form.

표면연소의 특성상 혼합기체는 균일한 유속분포를 가져야 촉매 지지체(9) 매트릭스가 균일한 연소반응을 갖는다. Due to the surface combustion characteristics, the mixed gas must have a uniform flow rate distribution so that the matrix of the catalyst support 9 has a uniform combustion reaction.

그러나 곡선유로에서 넓은 평면에 균일유속을 구현하는 것은 매우 어려운 일이다. 게다가 고부화하기 위해 유속을 증가시키면 유속분포 왜곡은 가중된다. 곡선유로는 표면적이 넓어 열손실이 클 뿐 아니라, 댐퍼(damper)나 다공판 등의 설치로 인해 압력손실이 크다. However, it is very difficult to realize a uniform flow velocity in a wide plane in a curved channel. In addition, increasing the flow rate for higher loads will increase the flow distribution distortion. The curved flow path has a large surface area and not only a large heat loss, but also a large pressure loss due to the installation of a damper or a porous plate.

그러나 순차식 촉매연소 시스템에서는 4개의 유닛(1, 2, 3, 4)의 유로가 모두 일직선으로 구성되어서 위의 단점들이 제거된다. However, in the sequential catalytic combustion system, the flow paths of the four units 1, 2, 3, and 4 are all formed in a straight line, thereby eliminating the above disadvantages.

장치의 구성이 콤팩트해져서 열손실이 적고, 같은 용량에 대해 장치가 차지하는 공간이 감소한다. The configuration of the device is compact, resulting in less heat loss and less space for the device for the same capacity.

순차식 시스템의 연소반응을 개시하는 트리거 유닛(1)은 촉매 열 교환기와 추가적인 혼합가스 예열기(5)로 구성된다. The trigger unit 1 which initiates the combustion reaction of the sequential system consists of a catalytic heat exchanger and an additional mixed gas preheater 5.

본 발명 시스템의 트리거 유닛(1)을 통한 순차적인 점화방식은 기존의 촉매 연소기들이 갖고 있던 약점들을 보완한다.상기에서 순차식 시스템의 연소반응을 개시하는 유닛은 트리거 유닛(1)이라고 기재하고 있는데, 도 1의 도시를 보면 혼합가스 예열기(5)는 물리적으로는 유닛3(4)에 연결되어 있다. 따라서 혼합가스 예열기에서 예열된 연료가스는 유닛 3(4)의 열교환부를 지나 트리거 유닛(1)의 촉매연소부 입구에 이르러 연소반응이 개시된다. 즉, 유닛 3(4)의 열교환부는 연료가스가 아무 반응 없이 지나치는 통로에 불과하며, 실질적으로 연결되어 연소반응이 개시되는 곳은 트리거 유닛(1)의 촉매연소부이다. 따라서 실제 연소 메카니즘적으로는 혼합가스 예열기가 트리거 유닛(1)의 촉매연소부에 연결되어 있다고 볼 수 있다.The sequential ignition method through the trigger unit 1 of the system of the present invention compensates for the weaknesses of the existing catalytic combustor. The unit for initiating the combustion reaction of the sequential system is described as the trigger unit 1. 1, the mixed gas preheater 5 is physically connected to the unit 3 (4). Therefore, the fuel gas preheated in the mixed gas preheater passes through the heat exchange part of the unit 3 (4) and reaches the inlet of the catalytic combustion part of the trigger unit 1 to start the combustion reaction. That is, the heat exchange part of the unit 3 (4) is only a passage through which the fuel gas passes without any reaction, and the catalytic combustion part of the trigger unit 1 is substantially connected and the combustion reaction is started. Therefore, the actual combustion mechanism can be seen that the mixed gas preheater is connected to the catalytic combustion section of the trigger unit (1).

기존의 연소기에서는 촉매연소가 정상상태에 이르기 전까지 혼합가스 예열을 전적으로 화염연소에 의존했는데, 혼합가스 유량의 100%를 대상으로 총발생 열량의 최대 50%의 열량을 투입해야 했다. Conventional combustors rely solely on flame combustion for mixed gas preheating until catalytic combustion reaches a steady state, requiring up to 50% of the total heat generated at 100% of the mixed gas flow rate.

실례로 1,000,000 kcal/hr의 촉매연소를 위해서는 최대 500,000 kcal/hr의 화염연소를 초기 구동시 필요로 한다. For example, up to 500,000 kcal / hr of flame combustion is required for initial combustion for catalytic combustion of 1,000,000 kcal / hr.

사용 혼합가스의 초기온도에 따라 화염연소 예열의 부담량이 결정되므로 촉매연소의 적용처가 고온 저발열 혼합가스 처리로 국한되는 가장 결정적인 이유가 되었다. Since the burden of flame combustion preheating is determined by the initial temperature of the mixed gas used, the application of catalytic combustion is the most decisive reason to be limited to the treatment of high temperature and low heat mixed gas treatment.

게다가 대유량 혼합가스 예열시 가장 경제적인 방식인 화염연소를 이용한 예열방식을 선택해야 했으며, 이로 인한 장치의 내구성 문제, 추가적인 화염연소기 설비의 필요, 유동제어의 어려움, 폭발 위험성과 함께 촉매연소의 사용이점 상쇄라는 약점들을 지니게 됐다. In addition, the preheating method using flame combustion, which is the most economical method for preheating large flow gas mixtures, had to be selected, resulting in the durability of the device, the need for additional flame burner equipment, the difficulty of flow control, and the use of catalytic combustion with explosion risk. This has the weakness of offsetting.

하지만, 순차식 시스템의 트리거 유닛(1)은 총 혼합가스의 25%의 유량만을 우선 예열한다. 이 정도의 유량은 화염연소에 비해 제어가 용이하고 청정한 전기히터가 사용가능하다. However, the trigger unit 1 of the sequential system first preheats only the flow rate of 25% of the total mixed gas. This flow rate is easier to control than flame combustion and a clean electric heater can be used.

실제 운전시에는 25% 이하 유량에 대해 당량비 제어로 연소온도를 높임으로써, 예열부담을 한층 더 줄일 수 있을 것으로 예상된다.In actual operation, it is expected that the preheating burden can be further reduced by increasing the combustion temperature by controlling the equivalence ratio for flow rates below 25%.

일단 트리거 유닛(1)에 촉매연소가 개시되면, 트리거 유닛(1)의 고온용 열 교환기를 통과한 예열 혼합가스가 다음 유닛(2)으로 주입된다. Once catalytic combustion is started in the trigger unit 1, the preheated mixed gas which has passed through the high temperature heat exchanger of the trigger unit 1 is injected into the next unit 2.

예열된 혼합가스에 의해 촉매연소 반응이 시작되면, 역시 같은 원리도 다음 유닛(3)으로 순차적인 연소반응이 개시된다. When the catalytic combustion reaction is started by the preheated mixed gas, the same principle is also sequentially started in the next unit (3).

이런 순서로 4개 유닛(1, 2, 3, 4)의 촉매연소 반응이 정상상태에 이르면, 트리거 유닛(1)의 혼합가스 예열기(5)는 역할을 다하게 된다. When the catalytic combustion reaction of the four units 1, 2, 3, 4 in this order reaches a steady state, the mixed gas preheater 5 of the trigger unit 1 plays a role.

이와 같이 순차식 촉매연소 시스템은 초기 구동시에는 유닛(1, 2, 3, 4)이 차례대로 점화하는 직렬 처리방식이지만, 정상상태로 들어서면 4개의 유닛(1, 2, 3, 4)이 동시에 연소되는 병렬 처리방식으로 전환된다. As described above, the sequential catalytic combustion system is a series processing method in which the units 1, 2, 3, and 4 are ignited in sequence during initial operation, but when the steady state is entered, four units 1, 2, 3, and 4 are operated. It is switched to a parallel process that burns at the same time.

도 9는 순차식 촉매연소 시스템을 여러 개 연결하여 처리용량을 확장시킬 수 있는 시스템을 예시하고 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다. 9 illustrates a system that can expand the processing capacity by connecting a plurality of sequential catalytic combustion systems, which will be described below.

4개의 유닛(1, 2, 3, 4)이 이루는 순차식 촉매연소 시스템을 기본으로 각각의 유닛(1, 2, 3, 4)이 연결된 다른 시스템의 트리거 유닛의 역할을 하는 것이다. On the basis of a sequential catalytic combustion system composed of four units (1, 2, 3, 4), each unit (1, 2, 3, 4) serves as a trigger unit of another system to which it is connected.

즉, 4개의 유닛(1, 2, 3, 4) 모두 다른 시스템의 방아쇠 역할을 하는 이 시스템을 트리거 시스템(13)이라고 부르기로 한다. That is, this system, in which all four units 1, 2, 3, and 4 trigger other systems, will be referred to as a trigger system 13.

트리거 시스템을 통과한 연소가스는 연결된 시스템의 트리거 유닛(1)에서 이중 연소된다. The combustion gas passing through the trigger system is double burned in the trigger unit 1 of the connected system.

일단 연결된 시스템의 트리거 유닛(1)이 반응하면, 나머지 3개의 유닛(2, 3, 4)도 순차적으로 반응하게 된다. Once the trigger unit 1 of the connected system responds, the remaining three units 2, 3, 4 also react sequentially.

이 때, 트리거 시스템에서 발생한 연소가스는 전기히터의 도움을 받으며 동시에 혼합기체에 LPG와 같은 연료가스를 분사시켜 또 다른 트리거 유닛(1)을 점화시킨다.At this time, the combustion gas generated in the trigger system is assisted by an electric heater and at the same time injects fuel gas such as LPG into the mixed gas to ignite another trigger unit 1.

정상상태로 접어들면 모든 시스템은 촉매연소의 발열량만으로 스스로 예열되고 스스로 연소한다. At steady state, all systems preheat themselves and burn on their own with only the calorific value of catalytic combustion.

이와 같은 메카니즘으로 순차식 촉매연소 시스템(12)의 조합을 통해 처리용량이 무한대로 확장될 수 있다. With such a mechanism, the processing capacity can be infinitely expanded through the combination of the sequential catalytic combustion system 12.

또한 조합을 3차원적으로 할 경우에는 장치가 컴팩트화되어 열손실을 줄일 수 있다.In addition, when the combination is three-dimensional, the device can be compact, and heat loss can be reduced.

초기구동시간의 측면에서도 순차식 시스템은 표면연소로서 응답속도가 빠른 촉매연소의 특성상, 전체 유량을 가열하는 기존의 시스템보다 오히려 구동시간이 단축될 것으로 예상된다. In terms of the initial driving time, the sequential system is expected to shorten the running time rather than the existing system that heats the entire flow rate due to the characteristics of the catalytic combustion which is the response speed as the surface combustion.

이런 차이는 대유량으로 갈수록 초기 구동시간의 차이가 극명해진다.This difference becomes more noticeable in the initial run time as the flow rate increases.

요컨대, 본 발명은 총 처리유량의 25% 이하만 직접예열해서 촉매연소를 순차적으로 유도, 100% 예열과 100% 연소를 촉매연소로 구현하는 시스템을 제공한다. In short, the present invention provides a system that induces catalytic combustion sequentially by direct preheating of only 25% or less of the total flow rate, thereby implementing 100% preheating and 100% combustion with catalytic combustion.

본 발명은 기존 촉매연소 시스템이 지녔던 예열과정과 유동제어의 약점을 극복하고, 촉매연소의 장점을 극대화시킨다.The present invention overcomes the preheating and flow control weaknesses of existing catalytic combustion systems and maximizes the advantages of catalytic combustion.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

상기와 같은 본 발명은 궁극적으로 순차식 촉매연소 시스템은 화염연소로부터 완전히 독립하는 것뿐만 아니라, 기존의 화염연소방식 연소기를 대체하는 효과가 있다.In the present invention as described above, the sequential catalytic combustion system is not only completely independent from flame combustion, but also has an effect of replacing a conventional flame combustion combustor.

즉, 본 발명은 종래 촉매연소는 일반 화염연소가 존재할 수 없는 매우 희박한 혼합가스 조건(LPG 기준 당량비 0.2~0.3, 일반 화염연소는 극한치 0.5)에서도 연소가 가능하고, 또한 일반 화염연소에 비해 고효율 연소(약 100% 완전연소), 청정연소(NOx 등의 고온생성물, CO 등의 불완전연소물 발생 전무)를 구현하는 장점이 있음에도 불구하고 적용이 제한됐던 문제를 혼합기체 예열과 유동제어를 해결함으로써 촉매연소의 장점을 극대화한 시스템 구현이 가능하다는 장점이 있어, 기존 촉매연소가 우월했던 고온 저발열 폐가스 처리 분야뿐 아니라, 다양한 용량의 1000℃ 이하 열원을 발생하는 열 발생 장치분야에 대한 경쟁이 가능하다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 기대되는 발명인 것이다. That is, in the present invention, conventional catalytic combustion can be burned even under very rare mixed gas conditions (LPG equivalent equivalence ratio 0.2 to 0.3, general flame combustion is an extreme value of 0.5) where general flame combustion cannot exist, and high-efficiency combustion compared to general flame combustion. (Approximately 100% complete combustion), clean combustion (high-temperature products such as NOx, no incomplete combustion products such as CO) despite the advantages of limited application to solve the problem of the mixed gas preheating and flow control It is possible to realize the system that maximizes the advantages of the system, and it is possible to compete not only in the field of high-temperature low-heat waste gas treatment, which is superior to conventional catalytic combustion, but also in the heat generation device field that generates heat sources of various capacity under 1000 ℃. It is a useful invention having an industrial invention that is expected to use.

도 1은 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템의 개략적인 구성을 도시한 실시예도,1 is an embodiment showing a schematic configuration of a sequential catalytic combustion system according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템을 구성하는 촉매 열 교환기 유닛의 상세도이며,2 is a detailed view of a catalytic heat exchanger unit constituting a sequential catalytic combustion system according to the present invention,

도 3은 순차식 촉매연소 시스템의 반응 순서 및 구성도이고,3 is a reaction sequence and configuration diagram of a sequential catalytic combustion system,

도 4는 본 발명에 따른 순차식 촉매연소 시스템을 이루는 촉매 열 교환기 유닛을 3차원 적으로 도시한 실시예도이며,4 is an exemplary view showing in three dimensions the catalytic heat exchanger unit constituting the sequential catalytic combustion system according to the present invention,

도 5는 유닛의 열 교환부의 상세도이고,5 is a detailed view of the heat exchanger of the unit,

도 6은 기존의 핀 튜브 방식의 촉매 연소기의 모습을 보인 실시예도이며,6 is an exemplary view showing a state of a conventional fin tube type catalytic combustor,

도 7은 기존의 하니컴 타입의 촉매 연소기의 모습을 보인 실시예도이고,7 is an exemplary view showing a state of a conventional honeycomb type catalytic combustor,

도 8은 혼합가스의 연료가스 종류에 따른 촉매연소 개시온도를 나타낸 표이며,8 is a table showing the catalyst combustion start temperature according to the fuel gas type of the mixed gas,

도 9는 순차식 촉매연소 시스템을 여러 개 연결하여 처리용량을 확장시킨 것을 보인 실시예도이다.FIG. 9 is an exemplary view showing an expansion of a processing capacity by connecting a plurality of sequential catalytic combustion systems.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(1) : 트리거 유닛 (2) : 유닛 1(1): Trigger unit (2): Unit 1

(3) : 유닛 2 (4) : 유닛 3(3): unit 2 (4): unit 3

(5) : 혼합가스 예열기 (6) : 촉매 연소부(5): mixed gas preheater (6): catalytic combustion section

(7) : 열 교환부 (8) : 유동제어기 (7): heat exchanger (8): flow controller

(9) : 촉매 담지 지지체 (10) : 단열층(9): catalyst support support 10: heat insulating layer

(11) : 고온용 핀 튜브 (12) : 순차식 촉매연소 시스템(11): high temperature fin tube (12): sequential catalytic combustion system

(13) : 트리거 시스템 (111) : 고온용 핀 튜브의 쉘 측면(13): trigger system 111: shell side of the high temperature fin tube

(112) : 고온용 핀 튜브의 튜브 측면112: tube side of the high temperature fin tube

Claims (4)

촉매연소장치에 있어서, In the catalytic combustion device, 균일한 유속분포를 유도하기 위해 촉매 지지체 상류영역에 위치한 유동제어기(8)와, 촉매가 담지된 촉매 담지 지지체(9)와, 촉매표면으로부터의 열손실을 방지하기 위한 단열층(10)이 순차적으로 연결 장치된 촉매 연소부(6)와; In order to induce a uniform flow rate distribution, the flow controller 8 located in the upstream region of the catalyst support, the catalyst supporting support 9 on which the catalyst is supported, and the heat insulating layer 10 for preventing heat loss from the catalyst surface are sequentially A catalytic combustion section 6 connected; 상기 촉매 연소부에 접하여 설치되어 촉매연소 발생열의 일부를 혼합가스로 전달하여 예열과정을 수행하도록 고온용 핀 튜브(11)로 구성된 열 교환부(7);로 이루어진 촉매 열교환기를 하나의 유닛으로 구성하여 유닛 내 열교환부(7)의 고온용 핀 튜브가 촉매연소부에서 연소된 가스가 유동하는 방향에 직교하는 구조로 배치되고, 한 유닛의 열교환부와 다른 유닛의 촉매연소부(6)가 연통하도록 배치함으로써 독립적으로 예열과 연소를 동시에 구현토록 구성한 것을 특징으로 하는 순차식 촉매연소 시스템.A catalytic heat exchanger is installed in contact with the catalytic combustion unit, a heat exchanger (7) consisting of a high temperature fin tube (11) to perform a preheating process by transferring a portion of the heat generated by the catalyst combustion to the mixed gas. Thus, the high temperature fin tube of the heat exchange unit 7 in the unit is arranged in a structure orthogonal to the direction in which the gas burned in the catalytic combustion unit flows, and the heat exchange unit of one unit and the catalyst combustion unit 6 of the other unit communicate with each other. Sequential catalytic combustion system, characterized in that configured to implement the preheating and combustion at the same time independently. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 열교환기로 이루어진 유닛을 4개로 병렬 연결구성하되, 첫 번째 유닛을 혼합가스 예열기(5)에 의해 연소 반응이 개시되는 트리거 유닛(1)으로 구성한 후 인접하여 병렬 연결된 각 유닛(2, 3, 4)들이 트리거 유닛(1)의 최초 연소에 의해 순차적으로 직렬 연소되어 촉매연소가 개시되도록 구성한 것을 특징으로 하는 순차식 촉매연소 시스템. The unit consisting of the catalytic heat exchanger is connected in parallel to four units, the first unit is composed of a trigger unit (1) in which the combustion reaction is initiated by the mixed gas preheater (5) and then adjacent to each unit (2, 3, And 4) sequentially burned in series by the initial combustion of the trigger unit (1) to start catalytic combustion. 제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 각 유닛(1, 2, 3, 4)을 하나의 촉매연소시스템(12)으로 구성한 후 이를 다시 복수개의 촉매연소시스템으로 병렬구성하되, 그 중 하나의 촉매연소시템을 트리거시스템(13)으로 구성한 것을 특징으로 하는 순차식 촉매연소 시스템.Each unit (1, 2, 3, 4) is composed of one catalytic combustion system 12, and then again configured in parallel with a plurality of catalytic combustion systems, one of the catalytic combustion system to the trigger system (13) Sequential catalytic combustion system characterized in that the configuration. 촉매연소방법에 있어서,In the catalytic combustion method, 촉매연소부와 열교환부로 구성된 유닛 복수개가 병렬 조합되어 이루어진 상기 1항 내지 2항 중 어느 한 항의 시스템을 구비한 후, 이를 초기 구동모드에서는 복수개의 유닛 중 하나를 트리거 유닛으로 하여 촉매연소시킨 후 이웃하는 유닛을 순차적으로 발열 및 예열시켜 직렬연소하는 단계와,After having a system according to any one of claims 1 to 2, wherein a plurality of units comprising a catalytic combustion unit and a heat exchange unit are combined in parallel, the catalyst is burned in the initial operation mode using one of the plurality of units as a trigger unit, and then Sequentially heating and preheating the unit to perform series combustion; 정상상태모드에서는 복수개의 각 유닛이 전체 혼합가스 유량을 동시에 나누어 처리하는 병렬연소단계로 이루어져 연소하는 방법을 특징으로 하는 순차식 촉매연소방법.In the steady state mode, each of the plurality of units are composed of a parallel combustion step of simultaneously dividing the total mixed gas flow rate processing method characterized in that the combustion method.
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