KR100856055B1 - 열교환형 세정장치 - Google Patents

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Abstract

배출가스의 폐열회수와 배출가스에 함유된 환경오염 성분의 습식세정에 의한 제거 및 함유된 수증기의 냉각과 응축을 통해 열교환 효율을 극대화한 열교환형 세정장치가 개시된다. 본 발명의 세정장치는, 고온이고 환경오염 성분과 다량의 수증기를 포함하는 배출가스를 세정 처리하는 세정장치로서, 폐쇄 공간을 통하여 냉각공기가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 배출가스와 1차 열교환 하는 공기냉각유닛; 공기냉각유닛에 배수유닛을 연통하고 폐쇄 공간을 통하여 냉각수가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 1차 열교환된 배출가스와 2차 열교환 하는 액체냉각유닛; 세정수를 분무시켜 2차 열교환 된 배출가스를 냉각함과 동시에 당해 배출가스에 포함된 환경오염 성분을 제거하고 수증기를 냉각 응축하는 세정유닛; 세정 처리된 배출가스에 포함된 액적을 제거하는 액적제거유닛(demister); 및 연돌 내에 설치되어 상기 액적이 제거된 배출가스에 핫 에어를 공급하여 백연을 방지하는 백연방지유닛을 포함한다.
다관, 튜브, 백연 방지, 냉각, 응축, 흡수, 분무, 총괄 열전달계수

Description

열교환형 세정장치{Heat-exchange type scrubbing apparatus for exhaust gas}
본 발명은 열교환형 세정장치에 관한 것으로, 특히 배출가스의 폐열회수와 배출가스에 함유된 환경오염 성분의 습식세정에 의한 제거 및 함유된 수증기의 냉각과 응축을 통해 열교환 효율을 극대화한 열교환형 세정장치에 관련한다.
일반적으로, 쓰레기소각로, 산업용 보일러, 각종 용융로와 연소로, 하수 슬러지 및 제지 슬러지 소각로, 건조기, 또는 산업용 열풍 건조기, 생산 제조설비로부터 배출되는 배출가스는 온도가 높고 환경오염 성분을 포함하며 수증기를 함유하고 있다.
따라서, 배출가스에 포함된 환경오염 성분을 포집하고 수증기를 제거하며, 배출가스의 온도를 낮추어 백연(white smoke)을 방지하는 등의 총괄적 기능을 수행할 수 있는 장치에 대한 필요성이 대두하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 환경오염 성분을 포집하고 수증기를 제거하며, 배출가스의 온도를 낮추어 백연을 방지할 수 있는 열교환형 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배출가스로부터 폐열을 회수하여 백연 방지를 위해 사용할 수 있는 열교환형 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수증기의 냉각과 응축에 의한 액체-액체 열교환 방식으로 총괄 열전달계수를 극대화하여 열교환 효율을 증가시킨 열교환형 세정장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 고온이고 환경오염 성분과 다량의 수증기를 포함하는 배출가스를 세정 처리하는 세정장치로서, 폐쇄 공간을 통하여 냉각공기가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 배출가스와 1차 열교환 하는 공기냉각유닛; 상기 공기냉각유닛에 배수유닛을 연통하고 폐쇄 공간을 통하여 냉각수가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 상기 1차 열교환된 배출가스와 2차 열교환 하는 액체냉각유닛; 세정수를 분무시켜 상기 2차 열교환 된 배출가스를 냉각함과 동시에 당해 배출가스에 포함된 환경오염 성분을 제거하고 상기 수증기를 냉각 응축하는 세정유닛; 상기 세정 처리된 배출가스에 포함된 액적을 제거 하는 액적제거유닛(demister); 및 연돌 내에 설치되어 상기 액적이 제거된 배출가스에 핫 에어를 공급하여 백연을 방지하는 백연방지유닛을 포함하는 열교환형 세정장치에 의해 달성된다.
상기 세정유닛은, 상기 액체냉각유닛의 각 튜브 상단에 설치된 세정수 분무노즐; 및 상기 배수유닛과 세정수 분무노즐 사이에 배치되어 세정수를 공급하는 세정수 순환펌프를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 공기냉각유닛 및 액체냉각유닛의 각 튜브의 상단과 중간에는, 상기 유입된 배출가스를 회전시켜 교반 및 혼합 효과를 증대시키고, 흡수 세정효과를 유도하며, 터뷸런스(turbulence)를 형성하여 열교환 효율을 극대화하기 위한 선회류 형성부재가 설치될 수 있다.
상기 배수유닛에는, 상기 공기냉각유닛으로부터 배출된 배출가스를 상기 액체냉각유닛으로 유입하기 전에 혼합하도록 세정수를 분무하는 분무 노즐이 더 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 백연방지유닛에 공급되는 핫 에어는 상기 공기냉각유닛에서 배출가스와 열교환한 후 배출되는 핫 에어일 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 배출가스에 포함된 환경오염 성분을 포집하고 수증기를 제거하며, 배출가스의 온도를 낮추어 백연을 방지할 수 있다.
또한, 배출가스로부터 폐열을 회수하여 백연 방지를 위해 사용할 수 있다.
또한, 수증기의 냉각과 응축에 의한 액체-액체 열교환 방식으로 총괄 열전달계수를 극대화하여 열교환 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 따른 열교환형 세정장치의 구성을 나타내고, 도 2는 도 1을 위에서 본 구성도이다.
본 발명에 따른 열교환형 세정장치는, 직렬 연결된 공기냉각유닛(100), 액체냉각유닛(200), 이들을 연통시키는 배수유닛(300), 세정유닛(400), 액적제거유닛(500), 및 백연방지유닛(600)으로 이루어진다.
도 1과 같이, 공기냉각유닛(100), 액체냉각유닛(200), 배수유닛(300), 세정유닛(400), 액적제거유닛(500), 및 백연방지유닛(600)은 모두 단일의 하우징(10) 내에 배치되어 계(System)를 이룬다.
도 2를 참조하면, 공기냉각유닛(100)은 내부에 폐쇄 공간이 형성된 통 형상으로 이 폐쇄 공간과 구획되도록 상부와 하부를 관통하는 다수의 튜브(110)가 형성되어 상부에 위치한 배출가스 유입구(12)와 하부에 위치한 배수유닛(300)을 연통시킨다.
공기냉각유닛(100)의 상부 외측과 하부 외측에는 각각 핫 에어 배출구(140)와 콜드 에어 유입구(130)가 형성되고, 핫 에어 배출구(140)는 후술하는 백연방지유닛(600)과 연결되며 콜드 에어 유입구(130)는 냉각공기 송풍기(20)와 연결된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각 튜브(110)에는 상단과 중간에 각각 선회류 형성부재(120)를 설치하여 유입된 배출가스를 회전시켜 교반 및 혼합 효과를 증대시키고, 이어지는 세정단계에서 높은 흡수 세정효과를 유도하며, 터뷸런스(turbulence)를 형성하여 콜드 에어에 의한 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 액체냉각유닛(200)은 공기 냉각유닛(100)과 같이 내부에 폐쇄 공간이 형성된 통 형상으로 이 폐쇄 공간과 구획되도록 상부와 하부를 관통하는 다수의 튜브(210)가 형성되어 상부에 위치한 연돌(610)과 하부에 위치한 배수유닛(300)을 연통시킨다. 액체냉각유닛(100)의 상부 외측과 하부 외측에는 각각 냉각수 유입구(230)와 냉각수 배출구(240)가 형성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각 튜브(210)에는, 공기냉각유닛(100)의 튜브(110)와 같이, 상단과 중간에 각각 선회류 형성부재(220)를 설치하여 유입된 배출가스를 회전시켜 교반 및 혼합 효과를 증대시키고, 세정 시 높은 흡수 세정효과를 유도하며, 터뷸런스를 형성하여 냉각수에 의한 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
배수유닛(300)은 공기냉각유닛(100)과 액체냉각유닛(200)을 연결하면서 세정수를 저장 및 공급함과 동시에 처리된 물을 배수하는 역할을 한다. 배수유닛(300)은 적어도 하나 이상의 세정수 탱크(350)로 이루어지며 세정수 탱크(350)의 하부에는 드레인 노즐(352)이 설치되고, 외측 대향하는 위치에 각각 세정수 유입구(310)와 세정수 배출구(330)가 설치된다. 또한, 바람직하게, 세정수 탱크(350)의 외측에 오버플로 노즐(340)을 설치할 수 있다.
도 1을 참조하면, 세정유닛(400)은 액체냉각유닛(200)의 각 튜브(210) 상단에 설치된 세정수 분무노즐(420)과, 세정수 배출구(330)와 세정수 분무노즐(420) 사이에 배치되어 세정수를 공급하는 세정수 순환펌프(410)로 이루어진다.
또한, 세정유닛(400)의 상단에는 액적제거유닛(500; demister)이 설치되어 세정되어 배출되는 배기가스에 포함된 액적을 제거한다.
액적제거유닛(500) 상부에 위치한 연돌(610)에는 백연방지유닛(600)이 설치되는데, 백연방지유닛(600)은 연돌(610) 내부에 설치되고 상기의 핫 에어 배출구(140)와 연결되는 핫 에어 유입구(620)를 포함한다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 열교환형 세정장치의 동작을 설명한다.
쓰레기소각로, 산업용 보일러, 각종 용융로와 연소로, 하수 슬러지 및 제지 슬러지 소각로, 건조기, 또는 산업용 열풍 건조기, 그리고 생산 제조설비로부터 배출되는 배출가스는 배출가스 유입구(12)를 통하여 유입된다. 이 배출가스는 고온이고, 환경오염 성분과 다량의 수증기를 함유한다.
유입된 배출가스는 공기냉각유닛(100)의 튜브(110)를 통하여 배수유닛(300)으로 진행하면서, 냉각공기 송풍기(20)에 의해 튜브(110)와 구획된 폐쇄 공간에 공급되는 콜드 에어와 열교환 하여 배출가스의 온도가 강하한다. 이와 함께, 핫 에어 배출구(140)를 통하여 배출되는 핫 에어는 연돌(610) 내에 설치된 백연방지부재(620)에 공급된다. 선택적으로, 이 핫 에어는 소각로 또는 보일러 연소용 공기로 사용될 수 있다.
1차 열교환으로 온도가 강하한 배출가스는 배수유닛(300)을 거쳐 액체냉각유닛(200)의 튜브(210)로 유입된다. 이때, 바람직하게, 배수유닛(300)에 설치된 분무노즐(320)에 의해 분무된 세정수와 배출가스가 혼합하도록 할 수 있다.
액체냉각유닛(200)의 튜브(210)로 유입된 배출가스는 냉각수 유입구(230)를 통하여 유입된 냉각수와 2차 열교환 하여 온도가 강하한다. 또한, 세정수 순환펌프(410)에 의해 공급되고 세정수 분무노즐(420)로부터 분무되는 세정수와 직접 접촉에 의한 냉각으로 온도가 더 강하함과 동시에 배출가스에 포함된 환경오염 성분이 흡수 세정 처리된다. 이때, 배출가스에 포함된 수증기는 냉각 응축되어 세정수와 액체 대 액체의 열교환 방식으로 열교환 함으로써 총괄 열전달계수를 극대화할 수 있다.
여기서, 배출가스의 세정과 열교환에 사용된 세정수는 하강하여 배수유닛(300)의 세정수 탱크(350)에 집수되어 드레인 노즐(352)을 통해 배수된다. 미설명 부호 14는 감시창을 나타낸다.
응축된 수증기를 포함하는 청정공기가 거의 포화상태의 낮은 온도로 배기되고 액적제거유닛(500)을 통과하면서 포함된 수증기 액적이 제거된다.
이어, 연돌(610) 내에 설치된 백연방지부재(620)로부터 공급되는 핫 에어와 혼합되면서 배기가스의 온도를 높여 백연을 방지한다.
상기에서, 액체냉각유닛(200)에는 냉각탑의 낮은 온도의 냉각용수나 시수(지하수)를 공급하여 최대한 폐열을 회수하여 보일러용 급수나 제조공정의 따뜻한 온수로 변환하는데 사용함으로써 에너지 절감에 기여할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 되며, 이하에 기재된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 따른 열교환형 세정장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1을 위에서 본 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 공기냉각유닛 200 : 액체냉각유닛
300 : 배수유닛 400 : 세정유닛
500 : 액적제거유닛 600 : 백연방지유닛

Claims (5)

  1. 고온이고 환경오염 성분과 다량의 수증기를 포함하는 배출가스를 세정 처리하는 세정장치로서,
    폐쇄 공간을 통하여 냉각공기가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 배출가스와 1차 열교환 하는 공기냉각유닛;
    상기 공기냉각유닛에 배수유닛을 연통하고 폐쇄 공간을 통하여 냉각수가 공급되어 이 폐쇄 공간과 구획된 다수의 튜브를 통과하는 상기 1차 열교환된 배출가스와 2차 열교환 하는 액체냉각유닛;
    세정수를 분무시켜 상기 2차 열교환 된 배출가스를 냉각함과 동시에 당해 배출가스에 포함된 환경오염 성분을 제거하고 상기 수증기를 냉각 응축하는 세정유닛;
    상기 세정 처리된 배출가스에 포함된 액적을 제거하는 액적제거유닛(demister); 및
    연돌 내에 설치되어 상기 액적이 제거된 배출가스에 핫 에어를 공급하여 백연을 방지하는 백연방지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환형 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정유닛은,
    상기 액체냉각유닛의 각 튜브 상단에 설치된 세정수 분무노즐; 및
    상기 배수유닛과 세정수 분무노즐 사이에 배치되어 세정수를 공급하는 세정수 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환형 세정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기냉각유닛 및 액체냉각유닛의 각 튜브의 상단과 중간에는, 상기 유입된 배출가스를 회전시켜 교반 및 혼합 효과를 증대시키고, 흡수 세정효과를 유도하며, 터뷸런스(turbulence)를 형성하여 열교환 효율을 극대화하기 위한 선회류 형성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 열교환형 세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배수유닛에는, 상기 공기냉각유닛으로부터 배출된 배출가스를 상기 액체냉각유닛으로 유입하기 전에 혼합하도록 세정수를 분무하는 분무 노즐이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환형 세정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 백연방지유닛에 공급되는 핫 에어는 상기 공기냉각유닛에서 배출가스와 열교환한 후 배출되는 핫 에어인 것을 특징으로 하는 열교환형 세정장치.
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