KR100525649B1 - 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치 - Google Patents

Abstract

유류(B/C)를 사용하는 산업용 보일러 또는 소각시설 등에서 발생되는 고온의 배기가스를 대기중으로 그대로 방출하지않고 회수하여 에너지를 절감하고, 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로,

본 발명은, 외부공기 공급용 송풍기와 연결되는 버너 점화로 인해 보일러 가동시 배출되는 고온의 배기가스중 폐열을 회수하여 보일러에 공급되는 냉수와 연소용 공기를 예열하는 폐열 회수장치에 있어서,

보일러의 배기가스 배출통로에 설치되며, 보일러에서 배출되는 고온의 배기가스와 보일러에 공급되는 2차 급수의 상호 열교환으로 폐열을 회수하는 절탄기와, 보일러와 절탄기에 연통되고, 보일러에서 유입되는 고온의 증기를 1차 급수와 상호 열교환후 절탄기에 공급하여 절탄기의 저온으로 인한 전열관의 부식을 방지하는 보조 열교환기와, 버너에 연소용 외부공기를 공급하는 공기통로에 설치되며, 버너에 유입되는 외부공기와 보조 열교환기로 부터 배출되는 증기상태의 응축수를 상호 열교환시켜 버너에 공급되는 연소용 외부공기를 예열하는 에어히터를 구비한다.

Description

저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치{waste heat retrieval device of having means of protect erosion in the low temperature}

본 발명은 유류(B/C)를 사용하는 산업용 보일러 또는 소각시설 등에서 발생되는 고온(200∼300℃)의 배기가스를 대기중으로 그대로 방출하지않고, 폐열을 회수하여 보일러에 공급되는 냉수를 예열하여 에너지를 절감하고, 보일러 효율을 향상시킬 수 있도록 한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 보조 열교환기 및 해당 설비에서 발생되는 응축수를 응축수탱크로 곧바로 보내지않고, 버너와 송풍기사이에 설치되는 에어히터로 부터 토출되는 연소용 공기와 응축수를 상호 열교환시켜 응축수 탱크에서 발생되는 재증발 증기로 인한 에너지 손실을 줄임에 따라, 보일러 효율을 극대화시키고, 연소 효율을 높일 수 있도록 한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업용 보일러 등의 연료로서 사용되는 유류(B/C)에는 가연성의 유황(S)성분이 다량 포함되어 있는 데, 이 유황성분이 연소되면 아황산가스(SO₂)가 발생되고, 이 이황산가스가 연소중 과잉산소와 결합하여 무수황산(SO₃)이 생성된다.

또한, 연료중의 수소(H₂)성분이 연소되면서 수중기(H₂O)가 발생되는 동시에, 이 수증기는 무수황산과 결합하게 되므로 저온에서 응결핵화하기 쉬운 황산(H₂SO₄)성분으로 변형된다.

전술한 황산 성분은 연소 배기가스가 저온으로 되는 폐열회수장치의 하단부에서 관내벽에 쉽게 응결핵화되며, 특히 철재관인 경우 황산 성분으로 인한 심한 부식현상을 초래하게 된다.

이러한 작용을 화학식으로 표기하면 아래와 같다.

S + O₂= SO₂

SO₂+ 1/2 O₂= SO₃

H₂+ 1/2 O₂= H₂O

H₂O + SO₃= H₂SO₄

H₂SO₄+ Fe₂= Fe₂SO₃+ H₂O

따라서, 유류(B/C) 등의 연소 배기가스를 취급하는 폐열회수 장치에서는 전술한 폐열회수장치 후반부의 배기가스 관로내 저온 부식현상을 최소화하기 위한 방안이 확보되어야 한다.

또한, 배기가스중의 폐열을 효율적으로 회수하되, 절탄기(economizer) 후단의 최종 배기가스 온도가 그 액화가능 성분의 노점이하가 될 정도로 지나치게 많은 양을 회수하는 경우, 전열관내 저온 부식현상을 심화시킬 수 있고, 연도 주변에 미연탄소분의 심한 응결낙진 현상을 초래할 수 있는 점을 사전에 고려되어야 할 것이다.

한편, 유류 등에는 많은 불순물이 포함되므로 폐기 유체가 소정의 관로내를 이동할 경우, 그 불순물의 일부가 관로중에 누적되거나 관벽에 빠른 속도로 침착되어 심한 슈트(슬래그)를 형성하게 된다.

전술한 침착물을 방치하는 경우, 관로내 심한 스케일 형성 및 일부 관로의 폐쇄현상으로 열전도율 및 전열면적이 현저히 감소되어 폐열회수 효율이 대폭 저하된다.

이를 감안하여 관로내 불순물을 주기적으로 청소하여 제거하는 경우, 청소 주기가 지나치게 잦으면 폐열회수장치의 가동율이 떨어지고 효율성이 저하되는 문제점을 갖는다.

또한, 폐열회수장치의 열교환부는 폐열회수 효율을 높이기 위하여 전열관이 지그재그 다단식으로 배열되어 있어 기기 내부를 청소하기가 매우 힘들고, 전열관 중간 부분에서 폐쇄되는 경우 복구수리가 불가능하여 해당 전열관을 교체해야 되는 문제점을 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 폐열 회수장치는, 보일러(100)의 배기가스 통로(100a,200a)에 급수 예열기(200)와 공기 예열기(300)를 직렬형으로 연결하되, 급수 예열기(200)와 공기 예열기(300)는 다수의 다발관(200b,300b)으로 형성되며, 보일러(100)에서 배출되는 고온의 배기가스는 다발관(200b,300b)을 경유하여 대기중으로 방출된다.

급수관(400)은 응축수 탱크(500)의 급수를 급수 예열기(200)를 경유하여 보일러(100)에 공급하고, 급수 예열기(200)는 고온의 배기가스와 냉수를 상호 열교환시켜 급수를 예열시킨다.

연소용 외부공기 공급덕트(600)는 공기 예열기(300)를 경유하여 보일러(100)에 연결되므로 연소용 외부공기는 공기 예열기(300)에서 고온의 배기가스와 열교환되어 예열된 상태로 보일러(100)의 버너(800)에 공급된다.

전술한 보일러(100) 작동시 열교환기 및 생산설비에서 발생되는 고온의 응축수는 응축수 회수관(700)을 통하여 응축수 탱크(500)로 회수되어 급수 예열기(200)를 경유하여 보일러(100)에 공급된다.

이때, 응축수는 고온 상태이므로 높은 압력이 발생되는 바, 고압에 의한 작동 불능을 방지하기 위해 응축수 탱크(500)는 개방식으로 설치된다.

전술한 폐열회수장치 구조에서는, 배기가스와 냉수, 배기가스와 연소용 외부공기가 대류에 의한 열전달을 하므로 전열효과가 떨어져 폐열 회수율이 저하되는 문제점을 갖는다.

또한, 실온 이내인 저온의 공기와 고온의 배기가스가 접촉되는 공기 예열기 (300) 출구부분이나, 배가가스와 냉수가 접촉되는 급수 예열기(200) 출구부분에서는 황산 노점에 의한 저온 부식현상이 발생되어 전열관의 사용수명이 단축되는 문제점을 갖는다.

또한, 폐열 회수율을 높이기 위하여 지그재그 배열로 배치하고, 서로 독립된 급수 예열기(200)와 공기 예열기(300)를 구비함에 따라, 이들을 설치하기 위한 공간을 확보해야되며, 급수 예열기(200)와 공기 예열기(300)를 동시에 설치하는 것은 극히 제한적일 수 밖에 없는 문제점을 갖는다.

또한, 응축수를 회수하는 경우 응축수는 보유열량이 많기 때문에 응축수 회수율이 높을수록 에너지 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

반면에, 응축수 탱크가 개방식으로 형성되어 응축수 배출압력과 대기압의 차이만큼 고온의 후레쉬 증기가 발생되어 대기로 배출되는 바, 막대한 에너지 손실,보일러 보충수의 처리비용 증가 및 보일러 관수의 스케일화 등이 발생되는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 유류(B/C)를 사용하는 산업용 보일러 또는 소각시설 등에서 배출되는 고온의 배기가스에서 폐열을 회수하며, 저온으로 인해 전열관의 부식되는 것을 방지하여 사용수명을 연장할 수 있도록 한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 열교환기 및 생산설비에서 발생되는 응축수를 응축수 탱크로 곧바로 보내지않고, 버너 입구측에 설치되는 에어히터에 공급하여 연소용 공기를 예열시키고, 응축수 탱크에서 발생되는 재증발 증기로 인한 에너지 손실을 줄임에 따라 폐열회수 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 폐열회수 장치의 구조를 간단화시켜 제작비용을 절감하고, 공간에 제한을 받지않고 설치할 수 있도록 한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 외부공기 공급용 송풍기와 연결되는 버너 점화로 인해 보일러 가동시 배출되는 고온의 배기가스중 폐열을 회수하여 보일러에 공급되는 냉수와 연소용 공기를 예열하는 폐열 회수장치에 있어서,

보일러의 배기가스 배출통로에 설치되며, 보일러에서 배출되는 고온의 배기가스와 보일러에 공급되는 2차 급수의 상호 열교환으로 폐열을 회수하는 절탄기와,

보일러와 절탄기에 연통되고, 보일러에서 유입되는 고온의 증기를 1차 급수와 상호 열교환후 절탄기에 공급하여 절탄기의 저온으로 인한 전열관의 부식을 방지하는 보조 열교환기와,

버너에 연소용 외부공기를 공급하는 공기통로에 설치되며, 버너에 유입되는 외부공기와 보조 열교환기로 부터 배출되는 증기상태의 응축수를 상호 열교환시켜 버너에 공급되는 연소용 외부공기를 예열하는 에어히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 절탄기의 전방 또는 후방의 배기가스 덕트에 설치되며, 보일러에서 배출되는 배기가스에 포함되는 분진 등의 이물질을 집진시키는 집진기를 더 구비한다.

또한, 전술한 절탄기 외측에 개폐가능하게 장착되며, 절탄기 내부를 확인할 수 있도록 하는 투시창을 더 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 폐열 회수장치는, 외부공기 공급용 송풍기와 연결되는 버너 점화로 인해 보일러 가동시 배출되는 고온의 배기가스중 폐열을 회수하여 보일러에 소정의 전열관과 덕트를 통하여 공급되는 냉수와 연소용 공기를 예열하는 폐열 회수장치에 적용되며, 이들은 본원발명이 속하는 기술분야에서 이용하는 기술내용에 속하므로 구성 및 작동의 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치는, 보일러(10)의 배기가스 배출통로(11a,12a)에 설치되며, 보일러(10)에서 배출되는 고온(200∼300℃)의 배기가스와 보일러(10)에 공급되는 2차 급수의 상호 열교환으로 폐열(150∼160℃)을 회수하는 절탄기(12)와,

보일러(10)와 절탄기(12)에 각각 연통되고, 보일러(10)에서 유입되는 고온의 증기를 응축수 탱크(21)에서 유입되는 1차 급수와 상호 열교환후 절탄기(12)에 공급하여, 절탄기(12)의 저온으로 인한 전열관(A)의 부식을 방지하는 보조 열교환기(19)와,

버너(16)에 연소용 외부공기를 공급하는 공기통로(14)에 설치되며, 버너(16)에 유입되는 연소용 외부공기와 보조 열교환기(19) 및 현장에서 배출되는 증기상태의 응축수를 상호 열교환시켜 버너(16)에 공급되는 연소용 외부공기를 예열하는 에어히터(15)를 구비한다.

도면중 23은 연도, 24는 절탄기(12)에 개폐가능하게 장착되며 절탄기(12) 내부를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 투시창이다.

이하에서, 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치의 작동을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 보일러(10)의 작동으로 배출되는 고온의 배기가스(200∼300℃)는 배기가스 배출통로(11a,12a)에 설치된 절탄기(12)를 통과한다. 이때 급수펌프(20)에 의해 응축수 탱크(21)로 부터 급수라인(25)을 통해 공급되는 냉수와 전술한 배기가스는 상호 열교환되므로 고온의 폐열(150∼160℃)을 회수하게 된다.

이로 인해, 전술한 보일러(10) 효율(4∼5％)을 상승시키며, 보일러(10)에 공급되는 급수와 보일러(10) 관수의 온도 차이가 적어 보일러(10) 내부에서 발생되는 응력(stress)을 최소화하여 보일러(10)의 사용수명을 연장할 수 있다.

폐열이 회수된 배기가스(150∼160℃)는 배기가스 배출통로(11a,12a)를 통하여 집진기(22) 내부에 유입되므로 인체에 유해한 분진 등의 유해물질이 제거되어 연도(23)를 통해 대기중으로 방출된다.

이때, 전술한 송풍기(13)에 의해 보일러(10)의 버너(16)에 공급되는 연소용 외부공기는 공기통로(14)에 설치된 에어히터(15)를 통과하게 되므로 소정온도로 가열된후 버너(16)에 공급된다.

이를 상세하게 설명하면, 전술한 보조 열교환기(19)로 부터 배출되는 증기상태의 응축수 및 생산설비로 부터 배출되는 응축수(90∼100℃)가 전술한 응축수 공급라인(17,17a)을 통해 에어히터(15)에 공급됨에 따라, 송풍기(13)에 의해 버너(16)에 공급되는 외부공기는 응축수와 상호 열교환되어 예열된후 버너(16)에 공급되므로 보일러(10)의 연소효율을 높일 수 있다.

한편, 전술한 보일러(10)로 부터 배출되는 고온의 배기가스와 절탄기(12)에 유입되는 냉수의 상호 열교환으로 인해 전열관의 전열면이 저온으로 인한 부식되는 것을 방지할 수 있다.

이를 상세하게 설명하면, 보일러(10) 작동시 배출되는 고온의 증기를 증기관(18)을 통해 보조 열교환기(19)에 공급하되, 응축수 탱크(21)에서 공급되는 1차 급수와 전술한 증기를 상호 열교환시켜 절탄기(2)에 공급함에 따라, 전열면의 온도가 노점온도(135∼140℃)이하로 떨어지는 온도를 보상하게 되므로, 절탄기(2) 내부에 설치되는 전열관(A)이 저온으로 인해 부식되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치는, 전술한 보일러(10) 가동시 배출되는 고온의 폐열을 회수하여 보일러 효율을 극대화시키고, 버너에 공급되는 외부공기를 예열후 연소시킴에 따라 연소 효율을 상승시킨다.

응축수 탱크(21)로 부터 공급되는 냉수와 고온의 폐열을 회수하는 절탄기(12)의 상호 열교환시 발생되는 저온부식 현상을 보상함에 따라, 절탄기(12)내부의 전열관(A)의 전열면에 저온으로 인해 부식되는 것을 사전에 방지할 수 있다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 보일러로 부터 방출되는 배기가스에 포함되는 인체 또는 환경에 유해한 분진 등의 성분이 대기중으로 직접 배출되는 것을 방지하기 위한 집진장치로서 용량에 따라 싸이클론 집진기는 물론, 전기식 집진기를 설치할 수 있다.

이때, 집진기를 열회수기의 전방에 설치하는 경우 배출되는 분진량을 상대적으로 감소시킬 수 있음은 물론이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치는 아래와 같은 이점을 갖는다.

유류(B/C)를 사용하는 산업용 보일러 또는 소각시설 등에서 배출되는 고온의 배기가스에서 폐열을 회수하는 폐열회수 장치에서 저온으로 인해 전열관의 저온부식 또는 미연탄소분의 응결낙하되는 것을 방지하여 사용수명을 연장할 수 있다.

또한, 응축수를 보충수 탱크로 곧바로 보내지않고 버너 입구측에 설치되는 에어히터에 공급하여 연소용 공기를 예열시켜 연소효율을 높이고, 응축수 탱크에서 발생되는 재증발 증기로 인한 에너지 손실을 줄임에 따라 폐열 회수율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 폐열 회수장치의 구조를 간단화시켜 제작비용을 절감하고, 공간에 제한을 받지않고 설치할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 폐열 회수장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치의 전체적인 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치의 사용상태도,

도 4(a,b)는 본 발명에 의한 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치에서 절탄기의 요부발췌확대도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

10; 보일러

11a,12a; 배출통로

12; 절탄기(economizer)

13; 송풍기

14; 공기통로(air duct)

15; 에어히터(air heater)

16; 버너

17; 응축수 배관

18; 증기관

19; 보조 열교환기(heat exchanger)

20; 급수펌프

Claims (3)

1. 외부공기 공급용 송풍기와 연결되는 버너 점화로 인해 보일러 가동시 배출되는 고온의 배기가스중 폐열을 회수하여 상기 보일러에 공급되는 냉수와 연소용 공기를 예열하는 폐열 회수장치에 있어서:

   상기 보일러의 배기가스 배출통로에 설치되며, 상기 보일러에서 배출되는 고온의 배기가스와 상기 보일러에 공급되는 2차 급수의 상호 열교환으로 폐열을 회수하는 절탄기;

   상기 보일러와 절탄기에 연통되고, 상기 보일러에서 유입되는 고온의 증기를 1차 급수와 상호 열교환후 상기 절탄기에 공급하여 절탄기의 저온으로 인한 전열관의 부식을 방지하는 보조 열교환기; 및

   상기 버너에 연소용 외부공기를 공급하는 공기통로에 설치되며, 상기 버너에 유입되는 외부공기와 상기 보조 열교환기로 부터 배출되는 증기상태의 응축수를 상호 열교환시켜 버너에 공급되는 연소용 외부공기를 예열하는 에어히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 절탄기의 전방 또는 후방의 배기가스 덕트에 설치되며, 상기 보일러에서 배출되는 배기가스에 포함되는 분진 등의 이물질을 집진시키는 집진기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 절탄기 외측에 개폐가능하게 장착되며, 상기 절탄기 내부를 확인할 수 있도록 하는 투시창을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 부식방지수단이 구비된 폐열 회수장치.