KR100678335B1 - 전환밸브가 없는 축열연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 연소과정에서 발생되는 유해가스를 유입시키는 송풍팬과, 이 송풍팬의 출력단과 연결되는 공급관으로 구성된 유해가스 공급부와; 이 유해가스 공급부측 공급관의 외주변에 일정간격을 두고 연통되게 고정되어 연소로의 내부에 배치되는 적어도 하나의 히트파이프와, 이 각 히트파이프의 외주부 사이에 형성된 공간부의 하방에 고정되고 다수 개의 관통홀이 형성된 지지판과, 이 지지판에 의해 지지되는 상태로 상기 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부에 적어도 부분적으로 채워져 복사열로 유해가스를 연소시키는 세라믹메디아로 구성되는 세라믹메디아층부와; 연소로의 연소실 상부에 배치되어 미리 일정온도로 연소로의 내부를 승온시키는 가열부와; 상기 세라믹메디아층부의 각 히트파이프 사이의 하방 출력단과 연통되고 상기 유해가스 공급부의 공급관을 그 공급관의 외주면으로부터 일정간격을 두고 감싸며 적어도 부분적으로 연소로의 하방과 연결되어 정화처리된 가스를 대기로 유도하는 배출관과; 상기 유해가스 공급부의 송풍팬 및 연소실의 상부 가열부와 각각 전기적으로 연결되어 그 송풍팬과 가열부를 제어 가능하게 하는 제어패널로 이루어진 것을 특징으로 한다.

축열, 연소, 장치, 세라믹

Description

전환밸브가 없는 축열연소장치{REGENERATIVE THERMAL OXIDIZER WITH NO SWITCHING VLAVE}

도 1은 종래 기술에 따른 축열연소장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 세라믹메디아층부에 열교환기가 구비된 상태의 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 세라믹메디아층부에 열교환기가 구비된 상태의 도면.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 히트파이프중 상부부분이 세라믹으로 이루어진 상태의 개략 부분 확대도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 세라믹메디아층부의 공간부 상부부분에 촉매메디아가 구비된 상태의 구성도.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

3: 버너 4: 연소실

8: 송풍팬 9, 9': 공급관

10: 유해가스 공급부 11: 연소로

12: 히트파이프 13: 공간부

14: 지지판 15: 세라믹메디아

16, 16', 16'': 세라믹메디아층부 17: 가열부

18: 배출관 19: 보조연료공급부

20: 희석공기공급부 21: 촉매메디아

22: 비상배출밸브 23: 폐열회수설비부

24: 단속밸브 25: 열교환기

본 발명은 휘발성 유기화합물(VOC)을 비롯한 각종 유해가스를 연소시키는 축열연소장치(RTO)에 관한 것으로, 특히 초기에 버너를 이용하여 연소로 내의 온도를 일정수준(약 700℃ 이상)으로 올린 후 휘발성 유기화합물을 함유한 미처리 유해가스를 송풍팬에 의해 연소로 내부의 세라믹메디아층부로 유입시켜 800℃ 내외에서 미처리 유해가스를 완전히 정화시킨 후 대기로 배출시킬 수 있도록 한 축열연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 축열연소장치란 인쇄, 도장, 코팅 및 폐기물 소각 등과 같은 화학공정에서 발생하는 VOC, 특정 대기유해물질, 일반 대기유해물질 및 대기 중의 부식성 가스 등을 연소시킬 때 발생되는 폐열을 세라믹축열재를 통해 축열시키고, 이 축열된 열로 새롭게 유입되는 VOC 가스 등을 승온시켜 연소실에서 재연소과정을 통해 정화처리한 후 대기 중으로 배출시키는 장치를 말한다.

이러한 기술을 이용한 축열연소장치는 유기용제나 유기성 악취물질을 제거할 때 발생되는 상당량의 연소열을 외부로 배출시키지 않고 필요한 공정으로 회수 공급하여 고온연소에 의해 불연소가스를 재연소시킬 수 있게 함으로써 궁극적으로 대기오염을 막을 수 있게 한다.

한 예로, 축열연소방식을 이용한 종래의 대기 유해물질연소설비는 도 1에 도시된 바와 같이 표면적이 넓은 제1,2 세라믹축열재(1, 2)와; 이 제1,2 세라믹축열재와 연통되고 상부부분에 버너(3)가 구비되어 유해가스를 고온연소를 통해 정화처리하는 연소실(4)과; 상기 제1 세라믹축열재(1)로부터 차례로 연소실(4) 및 제2 세라믹축열재(2)로 유해가스를 공급하는 송풍팬(도시되지 않음)과; 이 송풍팬과 각 제1,2 세라믹축열재(1, 2) 사이에 구비되어 유해가스의 흐름을 단속하는 유입제어밸브(5), 그리고 상기 각 제1,2 세라믹축열재(1, 2)와 연돌(6) 사이에 구비되어 정화처리된 가스의 흐름을 단속하는 배출제어밸브(7)로 이루어져 있다.

여기에서, 상기 각 유입제어밸브(5)와 배출제어밸브(7)(이들 밸브는 통상 "전환밸브"라 칭함)는 댐퍼식, 포펫식, 또는 로터리식으로 이루어질 수 있으며, 그 각 유입제어밸브(5)와 배출제어밸브(7)는 제어부(도시되지 않음)와 전기적으로 연 결되어 그 제어부를 통해 일정 시간간격을 두고 반복적으로 온/오프되도록 되어 있다.

그에 따라, 전술한 바와 같은 대기 유해물질연소설비를 가동하게 되면 상기 유입제어밸브(5)가 개방된 상태에서 휘발성 유기화합물을 함유한 유해가스가 송풍팬의 가동에 의해 미리 예열된 제1,2 세라믹축열재(1, 2)를 통과하면서 일정온도(약 700℃전후)로 승온되어 연소실(4) 내로 유입되게 되며, 이렇게 유입된 유해가스는 연소실에서 자체 연소열(만약 유기용제가 부족할 경우 보조버너가 가동됨)에 의해 고온연소(약 800~850℃)되어 정화된 후, 상기 유입제어밸브(5)가 폐쇄되고 배출제어밸브(7)가 개방된 상태에서 다시 제1,2 세라믹축열재(1, 2)를 통과하면서 열을 빼앗긴 후 그 배출제어밸브(7)를 지나 연돌(6)을 통해 대기 중으로 배출되게 된다.

그러나, 종래는 송풍팬에 의해 제1,2 세라믹축열재로 공급되는 유해가스의 흐름이 유입제어밸브에 의해, 그리고 제1,2 세라믹축열재로부터 연돌쪽으로 배출되는 정화가스의 흐름이 배출제어밸브에 의해 각각 제어되게 되어 있었기 때문에 그러한 전환밸브들을 구성하기도 복잡한 데다 그들 전환밸브를 작동시키는 측면에서도 매우 불편할 수밖에 없었다.

또한, 종래는 상기 유입제어밸브와 배출제어밸브의 전환작동시 정화처리된 가스와 함께 정화되지 못한 유해가스가 그대로 외부로 배출될 수밖에 없었기 때문에 기껏해야 유해가스 정화효율이 95%정도에 그치는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 구조를 간단하게 하면서도 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 완전히 정화시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생산공정의 변화시 유해 배기가스의 농도변화 및 배출량의 변화에도 적절히 대처할 수 있게 하여 언제나 고효율의 정화성능을 유지시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유해가스 연소시 발생되는 폐열을 열교환기를 통해 회수하여 유용하게 이용할 수 있도록 하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소정의 연소과정에서 발생되는 유해가스를 유입시키는 송풍팬과, 이 송풍팬의 출력단과 연결되는 공급관으로 구성된 유해가스 공급부와; 이 유해가스 공급부측 공급관의 외주변에 일정간격을 두고 연통되게 고정되어 연소로의 내부에 배치되는 적어도 하나의 히트파이프와, 이 각 히트파이프의 외주부 사이에 형성된 공간부의 하방에 고정되고 다수 개의 관통홀이 형성된 지지판과, 이 지지판에 의해 지지되는 상태로 상기 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부에 적어도 부분적으로 채워져 복사열로 유해가스를 연소시키는 세라믹메디아로 구성되는 세라믹메디아층부와; 연소로의 연소실 상부에 배치되어 미리 일정온도로 연소로의 내부를 승온시키는 가열부와; 상기 세라믹메디아층부의 각 히트파이프 사이의 하방 출력단과 연통되고 상기 유해가스 공급부의 공급관을 그 공급관의 외주면으로부터 일정간격을 두고 감싸며 적어도 부분적으로 연소로의 하방과 연결되어 정화처리된 가스를 대기로 유도하는 배출관과; 상기 유해가스 공급부 의 송풍팬 및 연소실의 상부 가열부와 각각 전기적으로 연결되어 그 송풍팬과 가열부를 제어 가능하게 하는 제어패널로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전환밸브가 없는 축열연소장치의 구성도이다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 연소과정에서 발생되는 유해가스를 유입시키는 송풍팬(8)과, 이 송풍팬의 출력단과 연결되는 공급관(9)으로 구성된 유해가스 공급부(10)와;

이 유해가스 공급부측 공급관(9)의 외주변에 일정간격을 두고 연통되게 고정되어 연소로(11)의 내부에 배치되는 적어도 하나의 히트파이프(12)와, 이 각 히트파이프의 외주부 사이에 형성된 공간부(13)의 하방에 고정되고 다수 개의 관통홀이 형성된 지지판(14)과, 이 지지판에 의해 지지되는 상태로 상기 각 히트파이프(12)의 외주부 사이의 공간부(13)에 적어도 부분적으로 채워져 복사열로 유해가스를 연소시키는 세라믹메디아(15)로 구성되는 세라믹메디아층부(16)와;

연소로(11)의 연소실(4) 상부에 배치되어 미리 일정온도로 연소로(11)의 내부를 승온시키는 가열부(17)와;

상기 세라믹메디아층부(16)의 각 히트파이프(12) 사이의 하방 출력단과 연통되고 상기 유해가스 공급부(10)의 공급관(9)을 그 공급관의 외주면으로부터 일정간 격을 두고 감싸며 적어도 부분적으로 연소로(11)의 하방과 연결되어 정화처리된 가스를 대기로 유도하는 배출관(18)과;

상기 유해가스 공급부(10)의 송풍팬(8) 및 연소실(4)의 상부 가열부(17)와 각각 전기적으로 연결되어 그 송풍팬(8)과 가열부(17)를 제어 가능하게 하는 제어패널(도시되지 않음)로 이루어져 있다.

여기에서, 상기 유해가스 공급부(10)의 송풍팬(8)의 입력단에는 유해가스의 연소효율을 높일 수 있도록 보조연료공급부(19), 또는 유해가스의 농도를 조절할 수 있도록 희석공기공급부(20)가 구비될 수 있다.

상기 가열부(17)는 버너(3)가 바람직하며, 그밖에 점화를 가능하게 하는 것이면 어느 것이든 무방하다. 한편, 상기 연소로(11)의 하방측 배출관(18) 내에는 세라믹메디아(15)가 더 채워질 수 있으며, 이 경우 상기 각 히트파이프(12)의 공간부(13) 하방의 지지판(14)은 제거된다.

상기 세라믹메디아층부(16)의 각 히트파이프(12)의 상부부분은 세라믹재질로 이루어지고 나머지부분은 SUS로 이루어지는 것이 바람직하며, 그밖에 상기 각 히트파이프(12)는 전체가 SUS 또는 세라믹으로 이루어지는 것도 가능하다. 또한, 상기 세라믹 재질의 히트파이프(12)는 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부(13)와 상호 연통되는 구조로 이루어져 있다.

상기 각 히트파이프의 상부부분을 세라믹재질로 형성한 경우, 상기 각 히트파이프(12)의 세라믹부분은 그 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부(13)에 채워진 세라믹메디아(15)와 거의 동일한 온도로 가열되므로 열부식 및 열변형의 우려가 없으며, 반복적으로 버너(3)에 의해 높은 온도로 가열되었다가 다시 상온으로 냉각되더라도 균열 등의 파손이 일어나지 않게 된다.

상기 세라믹메디아층부(16)의 각 히트파이프(12) 사이의 공간부(13) 상부부분에는 촉매메디아(21), 그리고 나머지 부분에는 세라믹메디아(15)가 채워질 수 있다(도 7 참조). 이 경우, 본 발명의 축열연소장치는 700℃ 내외의 고온에 의하지 않고도 상기 촉매메디아(21)를 통해 350℃ 내외에서 유해가스를 저온연소시키는 것이 가능하다.

상기 연소로(11)의 연소실(4) 외부에는 그 연소실과 연통하는 비상배출밸브(22)가 구비되고, 이 비상배출밸브는 상기 연소실(4)의 내부에 과다한 압력이 걸릴 경우 자동 개방되고 다시 정상범위 내의 압력으로 낮아질 경우 폐쇄되는 방식으로 이루어질 수 있다. 그밖에도, 상기 비상배출밸브(22)는 연소실(4) 내의 압력을 적정범위 내로 관리할 수 있도록 제어패널(도시되지 않음)과 전기적으로 연결될 수 있다(도 2와 도 3 참조).

한편, 하나의 실시예로 상기 배출관(18)은 외부로 확장되고 그 확장된 부분중 폐열회수설비부(23)의 내부에는 다른 세라믹메디아층부(16')가 더 구비될 수 있다. 또한 다른 실시예로 상기 배출관(18)에 의해 둘러싸이는 공급관(9)의 일부분과 연소로(11)의 연소실(4) 사이에는 그 공급관(9)과 연소실(4)을 상호 연통시키는 다른 공급관(9')이 더 구비되고, 이 공급관의 내부에는 또 다른 세라믹메디아층부(16'')가 더 구비될 수 있다(도 8 참조).

상기 세라믹메디아층부(16'')의 입력단측 공급관(9')에는 제어패널에 의해 제어되는 단속밸브(24)가 구비될 수 있다. 한편, 상기 연소로(11)의 연소실(4), 상기 배출관(18)의 연돌부분 주위, 그리고 상기 각 세라믹메디아층부(16, 16', 16'')의 내부에는 선택적으로 열교환기(25)가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 축열연소장치의 작용을 편의상 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어패널(도시되지 않음)의 조작을 통해 연소로(11)의 연소실(4) 상부에 구비된 버너(3)를 연소시켜 연소로(11) 내의 온도가 일정수준(예를 들면, 700℃ 내외)에 도달되도록 세라믹메디아층부(16)를 가열한다.

그런 다음, 연소로(11) 내의 온도가 700℃ 내외가 되면 버너(3)의 가동을 중단시킨 후 송풍팬(8)을 가동시킨다. 그러면, 상기 송풍팬(8)을 통해 유입되는 유해가스가 유해가스 공급부(10)의 공급관(9)으로부터 세라믹메디아층부(16)의 각 히트파이프(12)를 통해 그 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부(13)에 채워진 세라믹메디아(15)측으로 유입된다.

그러면, 700℃ 내외로 예열된 세라믹메디아(15)를 지나는 유해가스는 주위의 고열에 의해 연소되어 그 세라믹메디아(15) 주위의 온도가 800℃ 내외로 유지되게 되며, 그 결과 상기 세라믹메디아(15)의 주위를 지나는 유해가스는 고온연소되어 배출관(18)을 통해 대기로 배출될 수 있게 된다.

이때, 상기 세라믹메디아층부(16)의 세라믹메디아(15)에는 유해가스의 연소시 발생되는 폐열이 축열될 수 있게 되며, 그 결과 송풍팬(8)을 통해 새롭게 유입되는 유해가스는 버너(3)로부터의 추가적인 발화열에 의하지 않고도 연소시 발생된 폐열에 의해 계속해서 연소될 수 있게 된다.

한편, 상기 연소로(11) 내로 유입되는 유해가스의 농도가 기준치에 비해 낮아 유해가스가 해당 세라믹메디아층부(16)의 세라믹메디아(15) 내에서 제대로 연소되지 않는 경우, 상기 송풍팬(8)의 입력단쪽 보조연료공급부(19)를 통해 보조연료를 공급해 연소조건을 최적화할 수 있다.

이와는 달리, 상기 연소로(11) 내로 유입되는 유해가스의 농도가 기준치에 비해 지나치게 높아 그 유해가스가 연소실(4)과 해당 세라믹메디아층부(16)의 세라믹메디아(15) 내에서 폭발적으로 연소되는 경우, 상기 송풍팬(8)의 입력단쪽 희석공기공급부(20)를 통해 공기를 공급하여 연소조건을 최적화할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 구조적으로 간단하면서도 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 완전히 정화시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 생산공정의 변화시 유해 배기가스의 농도변화 및 배출량의 변화에도 적절히 대처할 수 있게 하여 언제나 고효율의 정화성능을 유지시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 기존의 축열연소장치와는 달리 전환밸브가 없어 고장이 전혀 없고, 전환밸브로 인한 유해가스 흐름의 저해(맥동) 현상이 없어 안정된 운전을 가능하게 한다.

나아가, 본 발명은 기존의 직접산화연소장치의 열교환기에 비해 축열에 의한 열교환 효과가 우수하고, 히트파이프의 상부부분이 세라믹으로 되어 있어 열에 의 한 팽창 또는 수축으로부터 자유로워 히트파이프는 열변화에 따른 파손이 전혀 없다.

Claims (12)

1. 소정의 연소과정에서 발생되는 유해가스를 유입시키는 송풍팬과, 이 송풍팬의 출력단과 연결되는 공급관으로 구성된 유해가스 공급부와;

   이 유해가스 공급부측 공급관의 외주변에 일정간격을 두고 연통되게 고정되어 연소로의 내부에 배치되는 적어도 하나의 히트파이프와, 이 각 히트파이프의 외주부 사이에 형성된 공간부의 하방에 고정되고 다수 개의 관통홀이 형성된 지지판과, 이 지지판에 의해 지지되는 상태로 상기 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부에 적어도 부분적으로 채워져 복사열로 유해가스를 연소시키는 세라믹메디아로 구성되는 세라믹메디아층부와;

   연소로의 연소실 상부에 배치되어 미리 일정온도로 연소로의 내부를 승온시키는 가열부와;

   상기 세라믹메디아층부의 각 히트파이프 사이의 하방 출력단과 연통되고 상기 유해가스 공급부의 공급관을 그 공급관의 외주면으로부터 일정간격을 두고 감싸며 적어도 부분적으로 연소로의 하방과 연결되어 정화처리된 가스를 대기로 유도하는 배출관과;

   상기 유해가스 공급부의 송풍팬 및 연소실의 상부 가열부와 각각 전기적으로 연결되어 그 송풍팬과 가열부를 제어 가능하게 하는 제어패널

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 전환밸브가 없는 축열연소장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유해가스 공급부의 송풍팬의 입력단에는 유해가스의 연소효율을 높일 수 있도록 보조연료공급부가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유해가스 공급부의 송풍팬의 입력단에는 유해가스의 농도를 조절할 수 있도록 희석공기공급부가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹메디아층부의 각 히트파이프의 상부부분은 세라믹재질로 이루어지고, 이 세라믹 재질의 히트파이프는 각 히트파이프의 외주부 사이의 공간부와 상호 연통되는 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 세라믹메디아층부의 각 히트파이프 사이의 상부공간에는 촉매메디아, 그리고 나머지 부분에는 세라믹메디아가 채워진 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 연소로의 연소실에는 열교환기가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 배출관의 연돌부분 주위에는 열교환기가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 연소로의 연소실 외부에는 그 연소실과 연통하는 비상배출밸브가 구비되고, 이 비상배출밸브는 상기 연소실의 내부에 과다한 압력이 걸릴 경우 자동 개방되고 다시 정상범위 내의 압력으로 낮아질 경우 폐쇄되는 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 배출관은 외부로 확장되고 그 확장된 부분중 폐열회수설비부의 내부에는 다른 세라믹메디아층부가 더 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 배출관에 의해 둘러싸이는 공급관의 일부분과 연소로의 연소실 사이에는 그 공급관과 연소실을 상호 연통시키는 다른 공급관이 더 구비되고, 이 공급관의 내부에는 또 다른 세라믹메디아층부가 더 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 세라믹메디아층부의 입력단측 공급관에는 제어패널에 의해 제어되는 단속밸브가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.
12. 제1항, 제9항 및 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹메디아층부의 내부에는 열교환기가 구비된 것인 전환밸브가 없는 축열연소장치.

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