KR100803764B1 - 무화염 축열식 연소설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무화염 축열식 연소설비에 관한 것으로, 연소설비본체, 공기유입구, 보조연료유입구, 버너, 유입가스덕트, 유인송풍기 및 처리가스배출덕트를 구비한 축열식 연소설비에 있어서, 상기 유입가스덕트로부터 유입된 유입가스와 보조연료를 혼합하여 연소설비본체에 유입하도록 하는 보조연료유입구 2를 추가로 설치하도록 구성되어, 보조연료를 유입가스와 함께 유입하여 고농도의 유입가스로 자동연소온도를 유지함으로써, 버너를 사용하여 연소실의 온도를 올리는데에 요구되는 보조연료의 양보다 훨씬 적은 양으로도 축열식 연소설비를 가동시킬 수 있도록 하고, 버너의 가열에 의한 유입가스와 배출가스의 온도차가 증가하지 않아 이로 인한 에너지의 손실이 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

축열식, 연소, 보조연료, 온도, 농도

Description

무화염 축열식 연소설비 { FLAMELESS REGENERATIVE THERMAL OXIDIZER }

도 1은 종래의 축열식 연소설비장치의 개략적인 모습을 그린 구성도.

도 2는 본 발명 무화염 축열식 연소설비의 구성도.

도 3은 상기의 추가 장비가 설치된 본 발명 무화염 축열식 연소설비를 나타낸 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연소용공기유입구 2 : 보조연료유입구 1

3 : 유입가스덕트 4 : 버너

5 : 연소설비본체 6 : 배출가스덕트

7 : 보조연료유입구 2 11 : 온도센서

12 : 가스센서 13 : 자동조절밸브

14 : 감압밸브 15 : 혼합기

16 : 유입가스송풍기 17 : 연소용공기송풍기

본 발명은 무화염 축열식 연소설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축열식 연소설비장치내로 유입가스와 함께 보조연료를 유입하여 연소설비장치로 유입되는 가스의 농도를 고농도로 유지함으로써, 버너에 의한 가열이 없이도 연소설비장치내의 온도를 일정하게 유지하여 연소장치의 자동운전이 가능하도록 한 무화염 축열식 연소설비에 관한 것이다.

악취물질 및 휘발성 유기화합물질(VOC, Volatile Organic Compound)(이하, 'VOC'로 약기하는 경우가 있음)은 입자(분자)가 휘발, 확산, 희석되면서 사람의 코를 자극하여 냄새를 느끼게 하고, 동식물에 호흡곤란, 성장 장애를 일으키고 있다. VOC 입자는 고유의 열량 및 연소 온도를 가지고 있다. 축열산화장식(RTO, Regenerative Thermal Oxidation)(이하, 'RTO', '축열식'으로 약기하는 경우가 있음)은 이 열량을 이용하여 보조연료 소비량을 최소화하고, 악취 및 VOC 가스를 연소시켜 무해한 청정공기를 만드는 시스템이다.

축열식 연소장치의 기본 원리는 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여, 흡입가스 예열에 이용하는 것이다. 폐열 회수를 극대화 하기 위해서 열교환기를 사용하지 않고 표면적이 넓은 세라믹(Ceramic)을 직접 가열 및 방열시켜 리제너레이션(Regeneration) 방법을 사용한다. 세라믹은 최고 사용온도가 1300℃로 매우 높고 리제너레이션시 온도차를 30℃내외로 관리할 수 있어 열 회수율이 95% 이상 높 다.

축열식 연소장치 RTO는 축열제를 이용한 직접적인 열교환법을 채용, 열회수 효율이 95%이상으로 높고 연료소비량을 대폭적으로 절감할 수 있는 경제적 연소장치로, 에너지 절감효과가 크고, NOx 발생량 억제 등에 효율이 있다.

도 1은 종래의 축열식 연소설비장치의 개략적인 모습을 그린 개념도이다.

도시한 바와 같이 유입가스덕트(3)로 유입된 유입가스는 A 베드의 세라믹을 통과하면서 온도가 연소로의 온도까지 예열되고, 가스에 포함된 악취물질, 휘발성유기화합물질(VOC)은 산화되기 시작하여, 적정한 체류시간 동안 연소된다. 연소된 휘발성유기화합물질은 B 베드의 세라믹을 통과하면서 B 세라믹에 축열되고, 유입온도보다 일정온도 높게되어 배출가스덕트(6)를 통하여 대기 중으로 배출된다. 이때 연소로의 온도를 휘발성유기화합물질의 산화 온도로 유지하기 위하여 버너(4)를 사용한다. 이렇게 함으로써 유해물질은 무해한 가스로 배출하고, 필요한 에너지 소비를 최소화할 수 있다.

도 1에 도시된 바와같은 종래의 축열식 연소설비(RTO)는 예를들어 800 ~ 850℃에서 연소되는 연소설비본체의 고온의 연소가스가 통과할 때 연소가스의 폐열을 회수하고, 새로 유입되는 유입가스에 이 회수된 열을 공급함으로써 열효율을 극대화하는 축열재가 들어있고, 초기승온 및 유입농도 변화에 따라서 보조연료를 공급하는 버너로 구성된다.

이러한 축열식 연소설비(RTO)의 가장 큰 특징은 고농도 VOC가스가 유입시에는 자체열량으로 운전이 가능해 보조연료가 필요없으나, 저농도 VOC가스 유입시에 는 연소설비본체 온도 800 ~ 850℃을 유지하기 위한 필요열량을 연소설비본체에 설치된 버너가 가동되어 보조연료를 계속적으로 공급함으로써 연소설비본체 온도를 유지하여야 하므로 버너 연소에 필요한 연소용 공기로 외부의 차가운 공기가 공급되기 때문에, 이 연소용 공기를 연소설비본체 온도 800 ~ 850℃로 승온하기 위한 필요열량만큼 에너지, 즉 보조연료의 소모가 많아진다는 단점이 있다.

또한, 버너가 연소설비본체에 위치하고 있으므로 버너가 보조연료 공급시 출구온도가 상승해 열효율을 저하시키기 때문에 그만큼의 에너지(보조연료)의 소실이 발생하는데, 이는 Q₃(배출가스량) = Q₁(유입가스량) + Q₂(연소용공기량)로 나타낼 수 있다. 즉, 축열재를 냉각(예열)시키는 유입가스량(Q₁)보다 축열재에 열을 가하는 배출가스량(Q₃)의 가스량이 연소용 공기량(Q₂) 만큼 많아지므로 출구온도를 상승시키는 역할을 하게된다.

또한, 상기와 같은 보조연료의 추가사용으로 인한 에너지의 손실과 더불어, 버너의 가동시 버너의 화염이 축열재에 영향을 주어 이로인한 열충격으로 축열재의 손상이 많아져 축열재의 수명을 단축시킨다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 연소설비내의 온도를 고온으로 유지시켜 주어 자동운전이 가능하게 함으로써, 버너에 의한 공기와 보 조연료의 유입을 감소시키므로 보조연료의 사용량 및 이에 따른 설비가동비용을 절감할 수 있도록 하는 무화염 축열식 연소설비를 제공하는데에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 버너를 사용하여 공기를 가열하는 공정을 요하지 않으므로, 축열재를 냉각(예열)시키는 유입가스량(Q₁)과다 축열재에 열을 가하는 배출가스량(Q₃)의 가스량이 동일하여 출구온도가 상승되는 것을 방지하여 연소설비의 열효율이 높은 무화염 축열식 연소설비를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 버너에 의한 가열로 인한 열충격으로 부터 축열재를 보호함으로써, 축열재의 손상을 막고 수명을 길게 함으로써 축열재를 장기간 사용할 수 있는 무화염 축열식 연소설비를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 무화염 축열식 연소설비는, 연소설비본체, 공기유입구, 보조연료유입구, 버너, 유입가스덕트, 유인송풍기 및 처리가스배출덕트를 구비한 축열식 연소설비에 있어서, 상기 유입가스덕트로부터 유입된 유입가스와 보조연료를 혼합하여 연소설비본체에 유입하기 위하여 보조연료유입구 2를 추가로 설치하며, 상기 보조연료유입구 2를 유입가스덕트에 통하도록 연결하여 보조연료유입구 2에서 유입된 보조연료와 유입가스덕트에서 유입된 유입가스가 함께 유인송풍기를 통해 혼합되어 연소설비본체로 유입되도록 하는 것을 특징으 로 한다.

또한, 상기 무화염 축열식 연소설비는, 본체에 온도센서, 및 보조연료유입구 2에 자동조절밸브를 추가적으로 설치하여, 상기 온도센서에 설정된 온도에 따라, 상기 보조연료유입구 2의 자동조절밸브가 상기 보조연료의 유입양을 조절 또는 정지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 무화염 축열식 연소설비는, 유입가스덕트에 가스센서를 추가적으로 설치하여, 상기 가스센서에 설정된 가스 농도에 따라 상기 보조연료유입구 2의 자동조절밸브가 상기 보조연료의 유입양을 조절 또는 정지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조연료 유입관 2에 갑압밸브를 추가로 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입가스덕트에 유입가스와 보조연료를 혼합하기 위한 혼합기를 추가로 설치한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 무화염 축열식 연소설비의 구성도이다. 본 발명은 종래의 축열식 연소설비에 따른 연소용공기유입구(1), 보조연료유입구 1(2), 유입가스덕트(3), 버너(4), 연소설비본체(5), 및 처리배출가스덕트(6)의 구성에 보조연료유입구 2(7)를 추가로 구성한 것이다.

연소설비본체(5)는 베드타입(BED TYPE) 및 원캔타입(ONE CAN TYPE) 어느 것 이나 가능하다.

보조연료유입구 2(7)는 유입가스덕트(3)와 연결되어 연소설비본체(5)에 유입가스가 유입되기 전에 보조연료가 혼합되어 함께 유입되도록 구성되어 있는 것으로써, 유입가스와 함께 연소설비본체(5) 내의 가스의 농도를 높이는 역할을 할 수 있다.

버너(4)는 히터(HEATER)로 대체가 가능하다.

종래의 축열실 연소설비는 다음과 같은 기작으로 작동된다.

우선 초기승온시 연소설비본체 운전온도까지 버너(4)로 승온시킨다. 공기와 보조연료가 버너에 공급되어 본체(5) 내의 온도를 올리게 되는데, 기체연료(LNG, LPG등)를 보조연료로 사용하여 초기의 연소설비본체 온도를 일정한 온도, 즉 산화온도 이상으로 가열하면, 축열식연소설비(RTO)에서 유입되는 유입가스(Q₁)에는 연소에 충분한 산소를 갖고 있기 때문에 그 후에는 보조연료에 의한 버너(4)의 승온 공정이 없어도 자동운전이 된다.

그러나 상기와 같은 기작은 연소설비본체(5) 내의 가스 농도가 고농도일때는 원활히 이루어져 계속적으로 수행될 수 있으나, 유입가스의 양이 적어 일정 농도에 미치지 않을 경우에는 연소설비본체(5) 내의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시키기 위한 작업이 필요하게 된다.

종래의 축열식 연소설비(RTO)는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 체(5)에 설치된 버너(4)에 공기와 보조연료를 공급하여 가동시킴으로써 연소설비본체(5)의 온도를 유지하도록 하였다. 그러나, 본 발명에 따른 무화염 축열식 연소설비는 이와 같은 문제점에 대처하여 유입되는 가스의 농도를 높이는 방법을 택하였다. 이를 위해 유입가스를 유입하기 위한 유입가스덕트(3)에 보조연료유입구 2(7)를 추가로 연결하여, 상기와 같은 보조연료를 유입가스와 함께 연소설비본체(5)로 유입함으로써, 유입되는 가스의 농도가 일정 농도 이상이 되도록 조절하고, 일정 농도 이상으로 유지됨으로써 연소설비본체(5)의 온도가 일정온도로, 예를 들어 800~850℃ 로 유지가 되어, 유입되는 가스의 자체 에너지로 자동운전이 가능하다.

본 발명 무화염 축열식 연소설비는 상기와 같은 구성에 더하여, 다음과 같은 장비를 추가적으로 설치하여 공정의 효율을 도모할 수 있도록 하는 것이 가능하다.

도 3은 상기의 추가 장비가 설치된 본 발명 무화염 축열식 연소설비를 나타낸 개략도이다.

본 발명에 따른 연소설비의 운전을 조절하기 위하여, 온도센서(11), 가스센서(12), 자동조절밸브(13) 및 감압밸브(14) 등을 추가적으로 구성할 수 있다. 또한, 보조연료유입구 2로 유입된 보조연료와 유입가스의 공급관 상에 유입가스송풍기(16) 및 연소용공기유입구(1) 상에 연소용공기송풍기(17)를, 송풍기와 별도로 유입가스관 상에 혼합기(15)를 설치하여 유입가스와 보조연료의 혼합 및/또는 송풍을 용이하게 하는 것이 가능하다.

본 발명은 설비내의 온도에 의한 조절방식과, 농도에 의한 조절방식을 채택 할 수 있으며, 이를 위하여 연소설비본체(5)에 온도센서(11)를 부착함으로써, 온도센서(11)에 설정된 일정 온도에 이르면 자동으로 보조연료유입구 2(7)에서 유입되는 보조연료의 유입을 조절 또는 차단하여 본체내의 온도의 범위를 일정한 범위내로 유지할 수 있도록 할 수 있다.

또한 가스의 종류에 따라, 일정 농도 이상이 되면 폭발하는 등의 위험이 있으므로, 본체에 유입되는 가스의 농도를 감지하는 가스센서(12)를 부착하여 가스센서(12)에 설정된 각각의 가스의 일정 농도에 다다르면 마찬가지로 보조연료의 유입을 조절하거나 막는 장치를 할 수 있다.

보조연료의 유입을 조절하기 위한 장치로서 보조연료유입구 2(7)에 감압밸브(14)를 설치할 수 있다. 감압밸브(14)는 안전장치이므로 한개 이상의 복수개를 설치할 수 있으며, 자동조절밸브(13)는 가스센서(12) 및 온도센서(11)에 각각 또는 동시에 연동되어 작동이 된다.

본 발명의 실시예에 따른 무화염 축열식 연소설비가 작동하는 기작은 다음과 같다.

초기의 승온시 연소설비본체(7)의 운전온도까지 버너로 승온시킨다. 초기에 연소설비본체온도를 일정온도(산화온도이상)로 버너(B-1)로 상승시킨 이후부터는 유입가스에 보조연료를 공급시켜도 연소설비본체온도를 원하는 연소온도(800 ~ 850℃)를 유지시킬수 있기 때문이다.

상기와 같이 연소설비본체 운전온도까지 승온 후, 연소설비본체(7)에 설치된 온도센서(11)에 의해 연소설비본체(7) 내의 온도가 일정온도 이상으로 상승한 것이 감지되거나, 유입가스덕트(3)에 설치된 가스센서에 의해 연소설비본체(5) 내로 유입되는 가스의 농도가 일정농도 이하인 것이 감지될 때는 버너(4)에 의한 보조연료 공급은 차단되고, 유입가스덕트(3)에 설치된 보조연료가 공급되도록 한다.

유입가스덕트(3)에 공급된 보조연료는 혼합기에서 유입가스와 완전히 혼합되어 축열식 연소설비의 연소설비본체(5)에서 연소되어 연소설비본체(5) 온도를 800 ~ 850℃ 유지시킨다.

이와 함께 보조연료 배관에 설치된 자동조절밸브(13)를 연소설비본체에 설치된 온도센서(11) 및 유입가스덕트(3)에 설치된 가스센서(12)가 각각 또는 동시에 연동되도록 함으로써 최적의 보조연료 투입으로 연소설비본체(5) 운전이 자동운전되도록 제어한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 무화염 축열식 연소설비에 따르면, 유입가스의 농도가 저농도이어서 축열식 연소설비의 자동운전온도의 유지를 위하여 추가 에너지의 공급이 필요한 경우, 보조연료를 사용하여 버너를 작동시키는 대신에, 보조연료를 유입가스와 함께 혼합하여 유입함으로써 유입가스 자체를 고농도로 유지함으로써 버너를 사용하는데에 요구되는 보조연료의 양보다 훨씬 적은 양으로도 축열식 연소설비의 운전온도를 유지시키는 것이 가능하다.

또한, 버너를 사용하여 연소설비본체의 온도를 증가시키는 경우, 배출가스의 온도가 버너의 사용량만큼 상승하여, 유입가스의 온도와 배출가스의 온도의 차이가 증가되므로 에너지의 손실이 발생되는데 반해, 본 발명에 따르면 유입가스 자체의 농도를 고농도로 하는 것으로 버너를 사용하여 추가 에너지를 공급하는 것이 아니므로, 유입가스와 배출가스의 온도차가 증가하지 않아 이로 인한 에너지의 손실이 감소시킬 수 있다.

아울러, 버너에 의한 축열재 자체의 손실이 없으므로, 축열재의 마모가 적으며 수명이 길어져 그에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 연소설비본체, 공기유입구, 보조연료유입구, 버너, 유입가스덕트, 유인송풍기 및 처리가스배출덕트를 구비한 축열식 연소설비에 있어서,

   상기 유입가스덕트로부터 유입된 유입가스와 보조연료를 혼합하여 연소설비본체에 유입하기 위하여 보조연료유입구 2를 추가로 설치하며, 상기 보조연료유입구 2를 유입가스덕트에 통하도록 연결하여 보조연료유입구 2에서 유입된 보조연료와 유입가스덕트에서 유입된 유입가스가 함께 유인송풍기를 통해 혼합되어 연소설비본체로 유입되도록 하고, 상기 본체에 온도센서, 및 보조연료유입구 2에 자동조절밸브를 추가적으로 설치하여, 상기 온도센서에 설정된 온도에 따라, 상기 보조연료유입구 2의 자동조절밸브가 상기 보조연료의 유입양을 조절 또는 정지하도록 하는 것을 특징으로 하는 무화염 축열식 연소설비.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 무화염 축열식 연소설비는, 유입가스덕트에 가스센서를 추가적으로 설치하여, 상기 가스센서에 설정된 가스 농도에 따라 상기 보조연료유입구 2의 자동조절밸브가 상기 보조연료의 유입양을 조절 또는 정지하도록 하는 것을 특징으로 하는 무화염 축열식 연소설비.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 보조연료 유입관 2에 갑압밸브를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 무화염 축열식 연소설비.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유입가스덕트에 유입가스와 보조연료를 혼합하기 위한 혼합기를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 무화염 축열식 연소설비.

Images