KR100530845B1 - 유동층 소각로의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 보다 많은 열에너지를 회수하여 소각로로 공급되는 연소용 공기의 온도를 보다 더 높일 수 있도록 된 유동층 소각로의 열교환기를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 유동층 소각로의 열교환기 상부 경판에 냉각수단이 설치되고, 상기 냉각수단은 경판 일면에 일정간격을 두고 설치되어 경판 사이에 공간을 형성하는 보조경판과, 상기 경판과 보조경판 사이의 공간으로 냉각공기를 유입시키기 위한 냉각공기 입구와, 상기 공간을 거친 냉각공기를 배출시키기 위한 출구를 포함하는 유동층 소각로의 열교환기를 제공한다.

Description

유동층 소각로의 열교환기{Heat exchanger of fluidized bed incinerator}

본 발명은 일반 및 산업폐기물을 처리하는 유동층 소각로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소각로로부터 배출되는 배가스의 폐열을 이용하여 연소용 공기를 예열시키기 위한 유동층 소각로의 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 유동층 소각로는 폐기물에 대한 수용폭이 넓고, 노내 탈황 및 탈할로겐 등의 편이성을 가지며 노내 온도제어가 용이하고 비교적 낮은 온도에서 소각이 이루어져 질소생성물이 작고 소각로내에서 폐기물의 혼합효과가 뛰어난 점과 타 폐기물과 혼소할 수 있는 장점으로 인해 폐기물의 소각에 있어 광범위하게 적용되고 있다.

상기 유동층 소각로는 통상 외벽으로 구분되어 소각로를 이루는 본체와, 이 본체 내측 하부에 수평설치되는 분산판, 이 분산판에 배열 형성되는 공기분사노즐, 상기 분산판 하부에 마련되어 공기분사노즐로 분사되는 공기를 공급하기 위한 공기공급챔버를 포함한다.

또한, 소각로에서 발생되는 고온의 배가스는 폐기물 관리법에 의해 최초 집진시설 전단의 온도를 200℃이하로 냉각하여야 하고, 또한 고온의 배가스에서 에너지를 회수하여 유효하게 사용하기 위하여 통상 소각로에는 열교환기를 설치하여 배가스의 폐열로 연소용 공기를 예열시키게 된다.

여기서 종래의 열교환기를 살펴보면, 소각로에서 배출되는 고온의 배가스는 열교환기 상부로 인입되어 수직형 튜브를 통과하여 하부로 배출되고 연소용 공기는 하부로 인입되어 튜브를 따라 배치된 셀을 지그재그로 거치면서 열교환되어 500℃ 정도로 승온된 상태로 소각로로 투입되며, 열교환기를 거친 배가스는 냉각되어 폐열보일러로 공급된다.

그런데 상기 종래의 열교환기는 배가스가 지나는 튜브를 지탱하는 내부 경판의 내구성 저하로 수명이 단축되는 문제점이 있다.

즉, 상기 경판은 튜브를 열교환기 내부에 수직으로 지지하고 있는 부재로 고온의 배가스와 직접 접촉됨에 따라 평균온도가 700℃에 이르게 되고 이에 따라 부식 등으로 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

또한, 경판의 운전조건에 의해 회수되어 예열된 연소용 공기의 온도도 650℃이하로 한정되므로 열 회수율이 낮고 이에 따라 소각로 내에서의 슬러지 소각시 보조연료의 사용량이 늘어나 운전 경비의 증가를 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 보다 많은 열에너지를 회수하여 소각로로 공급되는 연소용 공기의 온도를 보다 더 높일 수 있도록 된 유동층 소각로의 열교환기를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 경판의 온도를 저하시켜 경판의 내구성을 높일 수 있도록 된 유동층 소각로의 열교환기를 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유동층 소각로의 열교환기 상부 경판에 냉각수단이 설치된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 냉각수단은 냉각수를 이용하거나 냉각공기를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 열교환기로 유입되는 연소용 공기를 냉각공기로 이용한다.

상기 냉각수단은 경판 일면에 일정간격을 두고 설치되어 경판 사이에 공간을 형성하는 보조경판과, 상기 경판과 보조경판 사이의 공간으로 냉각공기를 유입시키기 위한 냉각공기 입구와, 상기 공간을 거친 냉각공기를 배출시키기 위한 출구를 포함한다.

여기서 본 발명은 상기 보조경판이 경판의 상부 또는/및 하부에 설치될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유동층 소각로와 열교환기를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 소각로 열교환기의 일부 구성을 상세히 도시한 단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 소각로(10)는 원통형의 외피와 내화물로 이루어져 상기 외피 내주면에 부착설치되는 내피를 포함하여 소각로(10) 외형을 이루는 본체(11)와, 상기 본체(11) 내측 하부에 수평설치되어 소각실로 고온의 기체를 공급해주는 분산판(12), 상기 분산판(12)에 의해 본체(11) 저부에 마련되는 공기공급챔버(13), 이 공기공급챔버(13) 측면에 연결되어 연소용 공기가 투입되는 투입구(14), 상기 본체(11) 상단에 연통설치되어 슬러지 소각 시 발생된 고온의 배가스를 배출시키기 위한 덕트(15)를 포함한다.

그리고 상기 소각로(10)에서 배출되는 배가스와 연소용 공기의 열교환을 위한 본 열교환기(20)는 수직으로 설치되는 원통형 하우징(21)과, 이 하우징(21) 상단에 설치되는 공급챔버(22), 상기 공급챔버(22)와 소각로(10)의 덕트(15)를 연결하는 배가스 유입관(23), 상기 하우징(21) 하단에 설치되는 배출챔버(24), 상기 공급챔버(22)와 배출챔버(24) 사이에 연통가능하게 설치되어 배가스가 지나는 다수의 수직 튜브(25), 상기 공급챔버(22) 하단에 수평설치되어 상기 튜브(25)를 지지하는 경판(26), 상기 하우징(21) 하단 측면에 설치되어 연소용 공기를 하우징(21) 내부로 투입시키기위한 공급구(27), 상기 하우징(21) 상단 측면에 설치되어 하우징(21)을 거치면서 예열된 연소용 공기가 배출되는 배출구(28), 이 배출구(28)와 상기 소각로(10)의 연소용 공기 투입구(14)를 연결하는 연소용 공기 공급관(29), 상기 하우징(21) 내측에 일정간격으로 배치되어 하우징(21) 내부를 지그재그로 연결시키는 바플판(30), 상기 경판(26)에 설치되어 경판(26)을 냉각시키기 위한 냉각수단을 포함한다.

미설명된 도면부호 (31)은 하우징(21) 내에 수직설치되어 바플판(30)을 지지하는 바플판 지지대이다.

이에 따라 배가스는 공급챔버(22)에서 튜브(25)를 통해 배출챔버(24)로 빠져나가게 되고, 연소용공기는 공급구(27)를 통해 하우징(21) 하부로 들어와 바플판(30) 사이에 만들어지는 공간인 셀(32)을 지그재그로 지나면서 예열되어 하우징(21) 상부의 배출구(28)를 통해 소각로(10)로 들어가게 된다.

여기서 상기 냉각수단은 열교환기(20)로 투입되는 연소용공기를 이용하여 경판(26)을 냉각시키기 위한 것으로, 상기 경판(26)의 상부와 하부에 일정간격을 두고 수평설치되는 상부보조경판(40)과 하부보조경판(41), 상기 하우징(21)에 설치되고 상기 경판(26)과 상부보조경판(40) 사이로 연결되는 상부 입구(42), 상기 하우징(21) 측면에 설치되고 상기 경판(26)과 하부보조경판(41) 사이로 연결되는 하부 입구(43), 상기 연소용 공기 공급구(27)에서 분기되고 상부로 연장되어 상기 상부입구(42)와 하부입구(43)에 연결되어 연소용 공기를 냉각용 공기로 공급시키기 위한 공급라인(44), 상기 경판(26)과 상,하부보조경판(40,41) 사이를 지나는 튜브(25)에 형성되어 냉각용 공기를 배출시키기 위한 출구(45)를 포함한다.

따라서 공급라인(44)을 따라 유입된 냉각용 공기는 입구를 통해 경판(26)과 각 보조경판(40,41) 사이로 유입되어 경판(26) 전후면을 냉각시킨 후 출구(45)를 통해 튜브(25)로 빠져나가게 된다.

미설명된 도면 부호 (46)은 각 입구(42,43)에 설치되어 경판(26)과 각 보조경판(40.41) 사이로 진입되는 연결관이다.

또한, 바람직하게는 상부보조경판(40)과 경판(26) 사이에는 다수개의 지지부재(47)를 수직으로 연결시켜 경판(26)과 상부보조경판(40)이 상호 지지되도록 한다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

소각로(10) 상부의 덕트(15)로부터 배출되는 고온의 배가스는 덕트(15)와 연결되어 있는 배가스 유입관(23)을 따라 열교환기(20)로 공급된다.

배가스 유입관(23)으로 배출된 배가스는 먼저 유입관(23)과 연결된 공급챔버(22)로 유입되어 공급챔버(22) 저부에 수직으로 관통되어 있는 다수개의 튜브(25)를 따라 흘러나가 하우징(21) 하부의 배출챔버(24)로 이동된다.

그리고 연소용 공기는 하우징(21) 하부의 공급구(27)를 통해 하우징(21) 내부로 유입되어 하우징(21)의 길이방향을 따라 설치되어 있는 다수의 버플판(30)에 의해 지그재그 형태로 만들어지는 셀(32)을 지그재그로 지나가면서 상부로 이동되어 하우징(21) 상부에 설치된 배출구(28)로 빠져나가게 된다.

여기서 연소용공기는 하우징(21) 하부에서 상부로 이동하는 중에 내부에 수직 설치된 다수의 튜브(25) 사이를 지나게 되고, 이 과정에서 튜브(25)를 지나는 고온의 배가스와 열교환이 이루어져 예열된다.

예열된 연소용공기는 배출구(28)에 연결설치되어 있는 공급관(29)을 따라 이동되어 공급관(29)과 연결된 소각로(10)의 투입구(14)를 통해 소각로(10)의 공기공급챔버(13)로 공급된다.

이때 연소용공기는 고온의 배가스와 열교환되므로 연소용 공기의 예열 온도를 750℃까지 승온시킬 수 있는 데, 이는 공급챔버(22) 하부에 위치한 경판(26) 자체의 온도를 저감시켜 고온 노출시 나타나는 균열이나 파손 등을 방지할 수 있기에 가능하게 된다.

즉, 연소용공기를 고온으로 예열시키기 위해서는 고온의 배가스가 공급챔버(22)에 공급되며 공급챔버(22) 하부에 위치한 경판(26)은 고온에 노출되나 경판(26)의 상하부를 흐르는 냉각용공기에 의해 경판(26) 자체의 평균 노출 온도를 저감시킬 수 있게 된다.

상기 냉각용 공기는 하우징(21)으로 투입되는 연소용공기로부터 얻어지는 데, 연소용공기가 투입되는 하우징(21) 하부의 공급구(27)에서 분기설치된 공급라인(44)을 따라 연소용 공기의 일부가 분기 공급되고, 이렇게 공급라인(44)을 따라 하우징(21) 상부로 이동된 연소용공기는 공급라인(44) 상단에 연결되어 있는 상부입구(42)와 연결관(46)을 통해 경판(26)과 상부보조경판(40) 사이로 투입되며, 마찬가지로 하부입구(43)와 연결관(46)을 통해 경판(26)과 하부보조경판(41) 사이로 투입된다.

이와같이 경판(26)과 각 보조경판(40,41) 사이로 투입된 연소용공기는 냉각용 공기의 역할을 수행하게 되어 경판(26)의 온도를 저하시키게 되는 것이다.

경판(26)을 지난 냉각용 공기는 경판(26)과 각 보조경판(40.41) 사이를 지나는 튜브(25)에 형성된 출구(45)를 통해 배가스와 함께 하우징(21) 하부의 배출챔버(24)로 배출된다.

본 발명은 이상과 같이 상당히 획기적인 기능을 갖는 소각로의 열교환기를 제공하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 유동층 소각로의 열교환기에 의하면, 경판의 평균온도를 낮춤으로써 고온의 배가스에 따른 내구성 저하를 방지할 수 있고 이에 따라 열교환기의 유지관리를 용이하게 하고 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

또한, 종래와 비교하여 약 100℃이상 더 높은 고온의 연소용공기를 회수하여 소각로에 공급할 수 있게 되어 소각로 작동시 보조 연료비의 사용을 줄이고 운전비용을 감소할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유동층 소각로와 열교환기를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 소각로 열교환기의 일부 구성을 상세히 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 소각로 20 : 열교환기

21 : 하우징 22 : 공급챔버

23 : 유입관 24 : 배출챔버

25 : 튜브 26 : 경판

27 : 공급구 28 : 배출구

29 : 공급관 30 : 배플판

32 : 셀 40 : 상부보조경판

41 : 하부보조경판 42 : 상부입구

43 : 하부입구 44 : 공급라인

45 : 출구 46 : 연결관

Claims (4)

1. 수직으로 설치되는 원통형 하우징과, 이 하우징 상단에 설치되는 공급챔버, 상기 공급챔버와 소각로의 덕트를 연결하는 배가스 유입관, 상기 하우징 하단에 설치되는 배출챔버, 상기 공급챔버와 배출챔버 사이에 연통가능하게 설치되어 배가스가 지나는 다수의 수직 튜브, 상기 공급챔버 하단에 수평설치되어 상기 튜브를 지지하는 경판, 상기 하우징 하단 측면에 설치되어 연소용 공기를 하우징 내부로 투입시키기위한 공급구, 상기 하우징 상단 측면에 설치되어 하우징을 거치면서 예열된 연소용 공기가 배출되는 배출구, 이 배출구와 상기 소각로의 연소용 공기 투입구를 연결하는 연소용 공기 공급관, 상기 하우징 내측에 일정간격으로 배치되어 하우징 내부를 지그재그로 연결시키는 바플판, 상기 경판에 설치되어 경판을 냉각시키기 위한 냉각수단을 포함하고,

   상기 냉각수단은 경판 일면에 일정간격을 두고 설치되어 경판 사이에 공간을 형성하는 보조경판과, 상기 경판과 보조경판 사이의 공간으로 냉각공기를 유입시키기 위한 냉각공기 입구와, 상기 공간을 거친 냉각공기를 배출시키기 위한 출구를 포함하는 유동층 소각로의 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조경판이 경판의 상부와 하부에 설치된 것을 특징으로 하는 유동층 소각로의 열교환기.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 입구는 상기 하우징의 투입구에서 분기된 공급라인과 연결되어 하우징으로 투입되는 연소용 공기가 투입되는 것을 특징으로 하는 유동층 소각로의 열교환기.