KR101030918B1 - 폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템 - Google Patents

폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템 Download PDF

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박도원
이종환
이재용
유정민
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Abstract

고온용 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템에 대한 발명이 개시된다. 개시된 고온용 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템은, 폐기물고형화연료, 폐플라스틱연료, 화석연료, 바이오매스 등을 태워서 연소가스를 상측으로 배출하는 토출구가 형성된 소각 및 연소로와, 토출구의 상측에 결합되고, 고온 영역의 열을 본체 내에 수용 및 흡수하여 증기를 생성하며, 열을 상측에서 하측으로 가이드하여 배출하는 고온용 폐열 회수보일러와, 고온용 폐열 회수보일러에서 배출 측에 결합되는 본체에 저온 영역의 열이 공급되어 증기를 생성하는 저온용 폐열 회수보일러를 포함하고, 저온용 폐열 회수보일러는 고온용 폐열 회수보일러보다 낮은 위치에 형성되어 고온영역의 열이 저온영역으로 이동하기 용이하도록 구성되어 전열면적을 줄이면서 증기 생산량은 증대시키는 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수보일러 시스템이다.

Description

폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템{WASTE HEAT RECOVERY BOILER FOR HIGH TEMPERATURE AND DOUBLENESS WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 폐열회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소각 및 연소로 상에 폐열 회수보일러를 배치하고, 배출 측에 저온용 폐열 회수보일러를 배치하여 2단계에 걸쳐 고온 및 저온영역의 여열을 최대한 흡수하여 증기 생산을 극대화하는 고온용으로 사용되는 폐열 회수보일러를 추가 구비하여 소각 여열을 이중화하는 폐열 회수시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 폐기물소각시설 등에서 폐기물고형화연료(RDF), 폐플라스틱연료 (RPF), 화석연료, 바이오매스 등을 사용하여 연소할 때 발생하는 고온의 연소가스에 발생된 소각여열 및 연소 폐열을 회수하기 위한 폐열 회수보일러와 이를 구비한 폐열 회수설비가 현재 사용되어 지고 있다.
지금까지의 폐열 회수보일러 설비는 운영적/부지여건 등에 따라 대규모의 폐열 회수보일러 1대를 설치하여 사용된다.
그러나, 이는 폐열회수에 있어서 비효율적인 측면이 적지 않음이 사실인 것으로서. 고온영역에서의 폐열회수는 작은 전열면적에 의해 회수가 되지만, 저온영역에서는 기존의 폐열 회수보일러 1대로는 한정된 전열면적에서 소각 및 연소시설에서 발생되는 연소가스의 열을 충분하게 이용하는 데 한계가 있었다.
이를 개선하기 위하여 다양한 형상의 폐열 회수보일러의 구조를 제안하여 고온영역의 여열과 저온영역의 여열을 최대한 흡수하려고 하지만 구조상 문제로 인하여 충분하게 여열을 회수하지 못하는 실정이다.
특히, 기존의 폐열 회수보일러는 소각 및 연소시설의 폐기물감량화 측면부분에 우선으로 이용하므로 소각 및 연소시설의 연소가스의 열을 효율적으로 이용하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 폐열 회수보일러는 큰 전열면적에도 불구하고 비산재의 부착 및 침적으로 인한 낮은 열전달 효율로 인하여 증기 생산이 지속적으로 저하되는 문제점을 지닌다.
또한, 기존의 폐열 회수보일러는 고온영역에서 (약 800℃이상) Cl, S, K, Na 등의 +2가 금속물질들이 고온에서 비산재 등과 반응하여 생성물들이 축적되어 석출부식(Deposite Attack)을 유발함과 동시에 클링커(Clinker)를 형성하여 이를 처리하는데 비용적인 측면, 연속가동불량 및 오염물질 배출 등이 야기될 우려가 있었다.
전술한 발명은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다. 본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 소각 및 연소로 상에 폐열 회수보일러를 배치하고, 배출 측에 저온용 폐열 회수보일러를 배치하여 2단계에 걸쳐 고온 및 저온영역의 여열을 최대한 흡수하여 증기 생산을 효율을 높여주고, 기존로 상부에 고온용으로 사용되는 폐열 회수보일러를 구성하여 설치면적을 최대한 줄여주는 것이 목적이다.
또한, 폐열 회수보일러와 저온용 폐열 회수보일러의 본체에 부착분진 제거기를 구비하여 수관에 적층되는 비산재를 수시로 제거하므로 열전달효율이 저하되는 것을 방지하는 것이 목적이다.
또한, 폐열 회수보일러의 본체 저면에서 유입된 소각 및 연소로의 연소가스 여열이 본체 내에 머무르는 시간을 증가시켜 고온 영역을 열을 최대한 흡수한 후, ㄷ자 형상의 가스챔버 관로를 거쳐 저온의 여열을 열기 이동 원리를 이용하여 하측에 위치한 저온용 폐열 회수보일러로 공급하므로 전체적으로 20~30%정도의 전열면적이 감소함에도 불구하고 증기 발생량을 10~15% 증가시키는 것이 목적이다.
또한, 기존의 폐열 회수보일러 설비는 소각 및 연소로에서 발생되는 바닥재 및 폐열 회수보일러의 본체 내에서 발생하는 비산재 등을 수거하여 컨베이어로 이송하여 재활용하는 것이 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수보일러는, 소각 및 연소로의 토출구 상측에 결합되고, 연소가스의 열을 상측으로 유입하여 고온영역의 열을 수용하는 본체; 상기 본체의 상측에서 배치되고, 물을 공급하는 급수구와 발생된 증기를 배출하는 배출구가 형성된 상부드럼; 상기 상부드럼에서 상기 본체의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 상기 연소가스로부터 열을 흡수하는 다수의 측벽수관; 상기 측벽수관의 하단에 연결되어 상기 상부드럼 및 상기 측벽수관에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 배출하는 하부드럼; 및 상기 본체의 일측에 결합되어 상기 본체보다 낮은 위치로 연소가스를 이송 및 배출하고, 온도가 낮아진 연소가스의 열을 흡수하는 다수의 가스챔버 튜브가 측면에 형성된 가스챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부드럼은 상기 소각 및 연소로의 토출구 양측에 각각 하나씩 한 쌍 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체에는 상기 소각 및 연소로의 토출구에서 상측으로 직접 공급되는 열을 흡수하도록 상기 본체의 공간부에 상부드럼과 하부 드럼을 연결하는 다수의 증발관으로 이루어진 뱅크튜브 존이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스챔버 하단에는 상기 가스챔버 튜브와 결합되는 가스챔버 헤더가 형성되고, 상기 가스챔버 헤더와 상기 하부드럼 사이에는 물이 이동되도록 연결되는 연결관이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부드럼의 양측에는 상기 본체와 상기 하부 드럼을 감싸도록 연결되어 고온의 물과 증기가 순환되게 하는 순환관이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체의 측면에는 상기 본체 내에 침적되는 비산재를 제거하기 위한 본체 내부로 고압의 스팀을 불어 넣어주는 부착분진제거기가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템은, 폐기물고형화연료, 폐플라스틱연료, 화석연료, 바이오매스를 태워서 연소가스를 상측으로 배출하는 토출구가 형성된 소각 및 연소로; 상기 토출구의 상측에 결합되고, 고온 영역의 열을 본체 내에 수용 및 흡수하여 증기를 생성하며, 열을 상측에서 하측으로 가이드하여 배출하는 폐열 회수보일러; 상기 폐열 회수보일러에서 배출 측에 결합되는 본체에 저온 영역의 열이 공급되어 증기를 생성하는 저온용 폐열 회수보일러를 포함하고, 상기 저온용 폐열 회수보일러는 상기 폐열 회수보일러보다 낮은 위치에 형성되어 고온영역의 열이 저온영역으로 이동하기 용이하도록 구성되어 전열면적을 줄이면서 증기 생산량은 증대시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소각 및 연소로는 유동상 타입, 로터리 킬른(Rotary kiln type) 타입 또는 스토카 타입 중에 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐열 회수보일러는 상기 본체의 상측에서 배치되고, 물을 공급하는 급수구와 발생된 증기를 배출하는 배출구가 형성된 상부드럼; 상기 상부드럼에서 상기 본체의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 상기 연소가스로부터 열기를 흡수하여 증기를 생산하는 다수의 측벽수관; 상기 측벽수관의 하단에 연결되어 상기 상부드럼 및 상기 측벽수관에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 배출하는 하부드럼; 및 상기 본체의 일측에 결합되어 상기 본체보다 낮은 위치로 연소가스를 이송 및 배출하고, 온도가 낮아진 연소가스의 열을 흡수하여 증기를 생산하는 다수의 가스챔버 튜브가 측면에 형성된 가스챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부드럼은 상기 소각 및 연소로의 토출구 양측에 각각 하나씩 한 쌍 구비되고, 상기 본체에는 상기 소각 및 연소로의 토출구에서 상측으로 직접 공급되는 열을 흡수하도록 상기 본체의 공간부에 상부드럼과 하부 드럼을 연결하는 다수의 증발관으로 이루어진 뱅크튜브 존이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스챔버 하단에는 상기 가스챔버 튜브와 결합되는 가스챔버 헤더가 형성되고, 상기 가스챔버 헤더와 상기 하부드럼 사이에 물이 이동하도록 연결되는 연결관이 형성되고, 상기 상부드럼의 양측에는 상기 본체와 상기 하부 드럼을 감싸도록 연결되어 고온의 물이 순환되게 하는 순환관이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소각 및 연소로의 하측에는 상기 소각 및 연소로에서 발생되는 바닥재를 수집하여 재활용하는 바닥재수집부를 포함하고, 상기 바닥재수집부는 상기 소각 및 연소로 내부에서 형성된 바닥재를 소각 및 연소로 하측에서 모아주는 호퍼; 및 상기 호퍼에 연결되어 상기 소각 및 연소로 내에서 발생된 바닥재를 이송하는 바닥재 이송컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스챔버의 하측에는 상기 본체와 상기 가스챔버에서 발생하는 비산재를 수집하여 재활용하는 비산재수집부를 포함하고, 상기 비산재수집부는 상기 가스챔버 하측에 형성되고, 본체와 가스챔버에서 생성된 비산재가 수용되는 비산재 수용부; 상기 비산재 수용부에서 모여진 비산재를 이송하는 이송관로; 및 상기 이송관로에 연결되어 상기 본체 및 상기 가스챔버에서 발생된 비산재를 이송하는 비산재 이송컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템은 소각 및 연소로 상에 폐열 회수보일러를 배치하고, 배출 측에 저온용 폐열 회수보일러를 배치하여 2단계에 걸쳐 고온 및 저온영역의 여열을 최대한 흡수하여 증기 생산을 효율을 높여주고, 기존로 상부에 고온용으로 사용되는 폐열 회수보일러를 구성하여 설치면적을 최대한 줄여줄 수 있다.
또한, 폐열 회수보일러와 저온용 폐열 회수보일러의 본체에 부착분진 제거기를 구비하여 수관에 적층되는 비산재를 수시로 제거하므로 열전달효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폐열 회수보일러의 본체 저면에서 유입된 소각 연소가스 여열이 본체 내에 머무르는 시간을 증가시켜 고온 영역의 폐열을 최대한 흡수한 후, ㄷ자 형상의 가스챔버 관로를 거쳐 저온의 여열을 열기 이동 원리를 이용하여 하측에 위치한 저온용 폐열 회수보일러로 공급하므로 전체적으로 20~30%정도의 전열면적이 감소함에도 불구하고 증기 발생량을 10~15% 증가시킬 수 있다.
또한, 기존의 폐열 회수보일러 설비는 소각 및 연소로에서 발생되는 바닥재 및 폐열 회수보일러의 본체 내에서 발생하는 비산재 등을 수거하여 컨베이어로 이송하여 재활용할수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 좌측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러 우측면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 평면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템을 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템은, 소각 및 연소로(2), 폐열 회수보일러(10), 연결덕트(46) 및 저온용 폐열 회수보일러(50)를 포함한다.
소각 및 연소로(2)는 폐기물고형화연료(RDF), 폐플라스틱연료(RPF), 화석연료, 바이오매스 등을 태워서 연소가스를 상측으로 배출하는 토출구(4)가 형성된다.
토출구(4)는 정면에서 보았을 때, 상측으로 갈수록 외측으로 벌려지도록 구성된다.
소각 및 연소로(2)는 유동상 타입, 로터리 킬른(Rotary kiln type) 타입 또는 스토카 타입 중에 선택된 적어도 어느 하나 이상을 적용할 수 있다.
소각 및 연소로(2)는 주로 폐기물고형화연료(RDF), 폐플라스틱연료(RPF), 화석연료, 바이오매스 등을 사용하지만, 필요에 따라 목재 칩(Wood Chip)이나 폐기유기용제 및 기타 적절한 연료를 사용하는 것이 가능하다.
폐열 회수보일러(10)는 토출구(4)의 상측에 결합되고, 고온 영역의 열을 본체(12) 내에 수용 및 흡수하여 증기를 생성하며, 열을 가이드하여 배출한다.
폐열 회수보일러(10)에서 적용하는 고온 영역은 개략적으로 1,017℃ → 650℃까지 여열(餘熱, Remaining heat)을 회수하여 증기를 생산할 수 있다.
물론, 폐열 회수보일러(10)의 고온 영역의 온도는 다양한 온도로 설정하는 것이 가능하다.
폐열 회수보일러(10) 상세 구성은 아래에서 자세하게 설명하도록 한다.
저온용 폐열 회수보일러(50)는 폐열 회수보일러(10)의 배출측에 결합되는 본체(52)에 저온 영역의 열이 공급되어 증기를 생성한다.
폐열 회수보일러(10)의 배출 측과 저온용 폐열 회수보일러(50)의 유입측 사이에는 여열을 이송하는 연결덕트(46)가 구비된다.
연결덕트(46)는 폐열 회수보일러(10)에서 배출된 여열을 측 방향으로 이송되도록 나사 또는 볼트, 너트 등에 의해 플랜지 결합될 수 있다.
저온용 폐열 회수보일러(50)는 저온영역의 여열을 수용하는 본체(52), 본체(52)의 상측에 설치되고 물을 수용하여 증기를 생산하는 상부드럼(54), 상부드럼(54)에서 본체(52)의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 수용 여열을 흡수하여 증기를 생산하는 다수의 측벽수관(58) 및 측벽수관(58)의 하단에 연결되어 상부드럼(54) 및 측벽수관(58)에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 배출하는 하부드럼(56)을 포함한다.
저온용 폐열 회수보일러(50)에서 적용하는 저온 영역은 개략적으로 650℃ → 170℃까지 여열(餘熱, Remaining heat)을 회수하여 증기를 생산할 수 있다.
물론, 저온용 폐열 회수보일러(50) 가지는 저온 영역의 온도는 다양한 온도로 설정하는 것이 가능하다.
저온용 폐열 회수보일러(50)는 폐열회수보일러(10)보다 낮은 위치에 형성되어 고온영역의 열이 저온영역으로 이동하기 용이하도록 구성되어 전열면적을 줄이면서 증기 생산량은 증대시킨다.
기존의 폐열 회수보일러를 1대 적용하였을 때보다 본 발명의 폐열 회수보일러(10)와 저온용 폐열 회수보일러(50)를 함께 적용하였을 때 전체적으로 20~30%정도의 전열면적이 감소함에도 불구하고 증기 발생량은 10~15% 증가될 수 있다.
이것은 기존의 폐열 회수보일러를 1대 적용하였을 때에는 한정된 전열면적하에서 저온영역을 250℃까지만 활용하므로 증기생산량이 저하되는 것에 반하여, 폐열 회수보일러(10)와 저온용 폐열 회수보일러(50) 2대를 적용하는 경우에는 폐열 회수보일러의 구조가 개선되었을 뿐만 아니라 저온영역에서 170℃까지 열 회수를 추가로 함에 따라 증기생산량이 증대될 수 있는 것이다.
한편, 소각 및 연소로(2)의 하측에는 소각 및 연소로(2)에서 발생되는 바닥재를 수집하여 재활용하는 바닥재수집부(60)를 포함한다.
바닥재수집부(60)는 소각 및 연소로(2) 내부에서 형성된 바닥재를 소각 및 연소로(2) 하측에서 모아주는 호퍼(62) 및 호퍼(62)에 연결되어 바닥재를 이송하는 바닥재 이송컨베이어(64)를 포함한다.
호퍼(62)는 하나 이상 형성될 수 있다.
바닥재 이송컨베이어(64)는 스크류 컨베이어를 적용하는 것이 바람직하다,
물론, 바닥재 이송컨베이어(64)는 필요에 따라 다양한 컨베이어를 적용하는 것이 가능하다.
이하, 첨부도면에 의거하여 폐열 회수보일러의 상세한 구성을 살펴 본다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 좌측면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러 우측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수보일러의 평면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수보일러(10)는, 본체(12), 상부드럼(18), 측벽수관(24), 하부드럼(26) 및 가스챔버(30)를 포함한다.
본체(12)는 소각 및 연소로(2)의 토출구(4) 상측에 결합되고, 연소가스의 열을 상측으로 유입하여 고온영역의 열을 수용한다.
본체(12)에는 내부에 수용되는 열을 견디기 위하여 열의 이동을 차단하는 단열재(Insulation)가 구비되는 것이 바람직하다.
단열재는 본체(12)의 외측, 내측 또는 양측에 구비되는 것이 바람직하다.
상부드럼(18)은 본체(12)의 상측에서 배치되고, 물을 공급하는 급수구(20)와 발생된 증기를 배출하는 배출구(22)가 형성된다.
상부드럼(18)의 양단은 고압을 견디기 위하여 반구형상으로 형성되고, 중심부분은 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
물론, 상부드럼(18)은 필요에 따라 다양한 형상으로 적용하는 것이 가능하다.
상부드럼(18)은 하측부분에는 고온의 물이 저장되고, 상측부분에는 고온의 증기가 저장된다.
상부드럼(18)의 양측에는 본체(12)와 하부드럼(26)을 감싸도록 연결되어 고온의 물과 증기가 순환되게 하는 순환관(38)이 형성된다.
순환관(38)은 물과 증기가 순환되면서 열이 골고루 전달되도록 해준다.
본체(12)에는 소각 및 연소로(2)의 토출구(4)에서 상측으로 직접 공급되는 열을 흡수하도록 본체(2)의 공간부(14)에 상부드럼(18)과 하부드럼(26)을 연결하는 다수의 증발관(16)으로 이루어진 뱅크튜브 존(17, Bank tube zone)이 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 뱅크튜브 존(17, Bank tube zone)의 증발관(16)은 1개의 상부드럼(18)에서 양측으로 일정 구간 벌려 졌다가 본체(12) 내의 공간부(14)에서 수직으로 하향하다가 하단부근에서 양측으로 서서히 벌려져서 2개의 하부드럼(26)에 반반씩 연결되므로 결합이 이루어진다.
증발관(16)은 급수구(20)를 통하여 물이 상부드럼(18)에 공급되면 증발관(16)을 통하여 하강하게 되고, 하강한 물이 소각 및 연소로(2)의 토출구(4)에서 공급되는 연소가스에 직접 열을 받으므로 고온의 증기로 변환된다.
이때, 증발관(16)은 변환된 증기를 상측으로 이송하여 상부드럼(18)의 상측 부분에 저장한 후, 상부드럼(18)의 일측에 형성된 배출구(22)를 통하여 양질의 증기를 배출한다.
배출구(22)로 배출된 증기는 증기분배기(미도시)를 거쳐 플랜트의 열원으로 사용하거나 열병합 발전소 등에 일부 매각할 수 있다.
측벽수관(24)은 상부드럼(18)에서 본체(12)의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 연소가스로부터 열을 흡수하도록 다수 개 형성된다.
한편, 본체(12)의 측면에는 본체(12) 내에 침적되는 비산재를 제거하기 위한 본체(12) 내부로 고압의 스팀을 불어 넣어주는 부착분진제거기(45)가 구비된다.
부착분진제거기(45)는 본체(12) 내부로 낮은 온도의 고압 스팀을 불어 주어 고온 증발관(16)과 측벽수관(24)에 공정상의 부식 분위기를 사전에 제거하므로 클링커(clinker) 생성을 미연에 방지하여 2차 오염물질을 감소시킬 수 있다.
만약, 고온 증발관(16)과 측벽수관(24)에 공정상의 부식 분위기에 장기간 있게 되면, 고온영역(약 800℃이상)에서 관로 외주 면에 Cl, S, K, Na 등의 +2가 금속물질들이 고온에서 비산재 등과 반응하여 +2가 금속물질의 생성물들이 축적되어 석출부식(Deposite Attack)을 유발함과 동시에 클링커를 형성하여 이를 처리하는데 비용적인 측면, 연속가동불량 및 오염물질 배출 등이 야기될 수 있는 것이다.
이럴 경우, 고온 증발관(16)과 측벽수관(24) 주변에 형성된 생성물로 인해 열전달효율이 저하되고 증기 생산 효율이 현저하게 저하되는 것이다.
부착분진제거기(45)는 본체(12) 측면에 다수 개 구비된다.
부착분진제거기(45)는 저온용 폐열 회수보일러(50)의 본체(52) 측면에도 구비될 수 있다.
측벽수관(24)은 본체(12)의 공간부(14)에 위치하여 사방에서 연소가스 열기를 받는 증발관(16)에 비하여 열기 흡수력은 낮지만 본체(12)의 내측에서 가하여지는 열기를 받아 상부드럼(18)에서 이동하는 물로부터 증기를 생산하여 상부드럼(18)으로 공급한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 측벽수관(24)은 본체(12)의 벽체 사이에 배치되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 측벽수관(24)은 원형관 또는 다각형 관을 적용할 수 있다. 본 발명의 도면에서는 원형관으로 적용하고 있다.
물론, 측벽수관(24)은 필요에 따라 다양 형상으로 본체(12)의 다양한 위치에 설치되는 것이 가능하다.
하부드럼(26)은 측벽수관(24)의 하단에 연결되어 상부드럼(18) 및 측벽수관(24)에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 드레인관(28)으로 배출한다.
하부드럼(26)은 상부드럼(18)의 물과 증기가 측벽수관(24)을 통해 순환되게 한다.
하부드럼(26)은 소각 및 연소로(2)의 토출구(4) 양측에 각각 하나씩 한 쌍 구비된다.
하부드럼(26)의 양단은 고압을 견디기 위하여 반구형상으로 형성되고, 중심부분은 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
물론, 하부드럼(26)은 필요에 따라 다양한 형상으로 적용하는 것이 가능하다.
하부드럼(26)은 물과 이물질이 저장되는 수드럼이다.
가스챔버(30)는 본체(12)의 일측에 결합되어 본체(12)보다 낮은 위치로 연소가스를 이송 및 배출하고, 온도가 낮아진 연소가스의 열을 흡수하는 다수의 가스챔버 튜브(32)가 측면에 형성된다.
가스챔버(30) 하단에는 가스챔버 튜브(32)와 결합되는 가스챔버 헤더(34)가 된다.
가스챔버 헤더(34)와 하부드럼(26) 사이에는 물이 이동되도록 연결되는 연결관(36)이 형성된다.
본체(12)에서 고온영역의 연소가스 열이 뱅크튜브존(17)에 있는 증발관(16)과 측벽수관(24)에서 대량의 증기를 생산하고, 고온 영역의 중에서 약간 낮은 영역의 여열로 변환되어 본체(12)의 우측으로 이동하여 측벽수관(24)에서 흡수되어 증기를 생산하다.
그리고, 본체(12)의 우측에 결합된 가스챔버(30)를 통하여 온도가 낮아진 고온영역의 여열이 자중에 의해 하강하게 된다.
이때, 가스챔버(3)의 측면에 형성된 가스챔버 튜브(32)에서는 낮아진 고온영역의 여열에서 잠열을 흡수하여 증기를 생산한다.
가스챔버(30)의 하측에는 본체(12)와 가스챔버(30)에서 발생하는 비산재를 수집하여 재활용하는 비산재 수집부(70)를 포함한다.
비산재 수집부(70)는 가스챔버(30) 하측에 형성되고, 본체(12)와 가스챔버(30)에서 생성된 비산재가 수용되는 비산재 수용부(72), 비산재 수용부(72)에서 모여진 비산재를 이송하는 이송관로(74) 및 이송관로(72)에 연결되어 본체(12) 및 가스챔버(30)에서 발생된 비산재를 이송하는 비산재 이송컨베이어(76)를 포함한다.
비산재 수용부(72)에는 이송관로(72)로 비산재를 밀어 이송하도록 구동모터의 동력을 동력전달장치로 전달 및 구동하는 비산재 이송부재(80)가 더 구비된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수보일러를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템의 작용 및 효과를 살펴보도록 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 소각 및 연소로(2)에 폐기물고형화연료(RDF), 폐플라스틱연료(RPF), 화석연료, 바이오매스, 목재 칩(Wood Chip) 및 폐기유기용제 중에 적어도 어느 하나 이상을 공급하여 연소가스를 발생한다.
소각 및 연소로(2)에서 발생하는 바닥재는 바닥재 수집부(60)의 호퍼(62)에서 모아주고, 바닥재 이송컨베이어(64)를 통하여 소정의 장소로 이송하여 저장하고 재활용하도록 한다.
그리고, 연소가스가 소각 및 연소로(2)의 토출구(4)를 통하여 폐열 회수보일러(10)의 본체(12) 내부의 공간부(14)로 유입되면, 뱅크튜브존(17)에 있는 증발관(16)과 측벽수관(24)에 직접 열을 가하여 증기를 생산하여 상부드럼(18)으로 공급된다.
상부드럼(18)에 저장된 증기는 배출구(22)를 통하여 증기분배기(미도시)로 공급되어 필요한 사용처로 분배 공급된다.
상부드럼(18)에는 급수구(20)가 있어 필요한 물이 수시로 공급된다.
한편, 상부드럼(18), 증발관(16)과 측벽수관(24)에서 사용하다 보면, 물 자체 있는 이물질, 관로 내측에서 발생된 부식물 및 관의 청정을 유지하기 위해 물에 넣어주는 청관제 등이 석출되어 하부드럼(26)에 저장된다.
이때, 하부드럼(26)의 밸브(미도시)를 개폐하여 드레인관(28)으로 이물질을 물과 함께 배출하는 블로우 다운(Blow down) 작업을 수시로 수행한다.
블로우 다운(Blow down)은 물을 일정한 시기에 일정한 양을 항상 배출시킴으로서 불순물을 최소한으로 유지시킬 수 있도록 수시로 이물질과 더러워진 물을 함께 배출하는 작업을 지칭한다.
하부드럼(26)에서 이물질을 배출하는 블로우 다운이 제대로 이루어지지 않는 경우 관로가 막혀서 증기 생산 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 상부드럼(18)에서 하부드럼(26)으로 물이 공급되므로 블로우 다운 손실률이 낮아서 많은 증기와 우수한 품질의 증기를 생산할 수 있다.
예들 들어, 물공급량이 100kg인 데 97~98kg의 증기를 생산된다면 약 2~3%(2~3kg)의 블로우 다운 손실률이 발생된다.
그리고, 본체(12) 내의 뱅크튜브존(17)에 증발관(16)과 측벽수관(26)에서 증기를 생산한 후, 고온 영역 중에서 약간 낮은 고온영역의 여열로 변환된 열기가 본체(12)의 우측으로 이동하여 본체 측벽에 측벽수관(24)에서 흡수되어 증기를 추가 생산하다.
연이어서, 본체(12)의 우측에 결합된 가스챔버(30)를 통하여 온도가 낮아진 고온영역의 여열이 자중에 의해 하강하게 된다.
이때, 가스챔버(30)의 측면에 형성된 가스챔버 튜브(32)에서는 더 낮아진 고온영역의 여열에서 잠열(潛熱)을 흡수하여 증기를 추가 생산하여 상부드럼(18)으로 공급한다.
잠열은 어떤 물체가 온도의 변화 없이 상태(기체 ⇔ 액체, 액체 ⇔ 고체)가 변할 때 방출되거나 흡수되는 열로서, 가스챔버 튜브(32)에서 이동하는 액체 상태의 물이 액체 상태의 수증기로 변환되면서 최대한 여열을 흡수할 수 있다.
따라서, 기존 폐열회수보일러에 전혀 없는 가스챔버(30) 및 가스챔버 튜브(32)로 인하여 최대한 잠열을 흡수하므로 증기 발생 효율을 극대화할 수 있는 것이다.
특히, 가스챔버(30)는 너비는 좁고 상하길이가 매우 길게 형성되므로 낮은 상태의 고온영역의 여열(잠열)을 최대한 흡수할 수 있다. 한편, 폐열 회수보일러(10)에서 배출된 순간 650℃이하의 저온영역의 여열로 변환되어 배출된다.
이와 같이, 폐열 회수보일러(10)를 벗어난 저온영역의 여열은 연결덕트(46)를 통하여 우측으로 이송되고, 저온용 폐열 회수보일러(50)의 본체(52)로 유입된다.
한편, 저온용 페열 회수보일러(50)의 본체(52)로 유입된 여열은 본체(52)의 측면에 형성된 측벽수관(58)에서 증기를 생산하여 상부드럼(54)으로 공급하여 증기 배출구(미도시)를 통하여 상기한 증기분배기로 공급되고 필요한 사용처로 분배공급된다.
그리고, 하부드럼(56)에는 상부드럼(54)과 측벽수관(58)에서 형성된 이물질을 저장하고 밸브를 개폐하여 드레인관(미도시)으로 배출된다.
상부드럼(54)에는 물공급용 급수구(미도시)가 형성된다.
그리고, 폐열 회수보일러(10)의 본체(12) 및 가스챔버(30)에서 발생하는 발생하는 비산재를 비산재수용부(72)에서 수집하여 비산재 이송부재(80)에 서 밀어주어 이송관로(74)를 거쳐 비산재 이송컨베이어(76)에서 이송하고 저장하여 재활용하도록 한다.
이때, 저온용 폐열 회수보일러(50)의 본체(52)에서 발생하는 비산재 역시 미도시된 관로를 통하여 이송하여 비산재 이송컨베이어(76)로 공급하여 재활용할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폐열 회수보일러 및 이를 추가로 구비한 이중화 폐열 회수시스템은 소각 및 연소로(2) 상에 폐열 회수보일러(10)를 배치하고, 배출 측에 저온용 폐열 회수보일러(50)를 배치하여 2단계에 걸쳐 고온 및 저온영역의 여열을 최대한 흡수하여 증기 생산을 효율을 높여주고, 기존로 상부에 폐열 회수보일러를 구성하여 설치면적을 최대한 줄여줄 수 있다.
또한, 폐열 회수보일러(10)와 저온용 폐열 회수보일러(50)의 본체에 부착분진제거기(45)를 구비하여 증발관(16)과 측벽수관(24)에 적층되는 비산재를 고압이 스팀으로 수시로 제거하므로 관에서 열전달효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폐열 회수보일러(10)의 본체(12) 저면에서 유입된 소각 및 연소로 연소가스 여열이 본체(12) 내에 머무르는 시간을 증가시켜 고온 영역의 폐열을 최대한 흡수한 후, ㄷ자 형상의 가스챔버(30) 관로를 거쳐 저온의 여열을 열기 이동 원리(온도가 낮으면 자중에 의해 하측으로 이동함)를 이용하여 하측에 위치한 저온용 폐열 회수보일러(50)로 공급하므로 전체적으로 20~30%정도의 전열면적이 감소함에도 불구하고 증기 발생량을 10~15% 증가시킬 수 있다.
또한, 기존의 폐열 회수보일러 설비와 달리 소각 및 연소로(2)에서 발생되는 바닥재 및 고온 및 저온용 폐열 회수보일러의 본체 내에서 발생하는 비산재 등을 수거하여 컨베이어로 이송하여 재활용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
2 : 소각 및 연소로 4 : 토출구
10 : 폐열 회수보일러 12 : 본체
14 : 공간부 16 : 증발관
18 : 상부드럼 20 : 급수구
22 : 배출구 24 : 측벽수관
26 : 하부드럼 30 : 가스챔버
32 : 가스챔버 튜브 34 : 가스챔버헤더
36 : 연결관 38 : 순환관
46 : 연결덕트 50 : 저온용 페열 회수보일러
52 : 본체 54 : 상부드럼
56 : 하부드럼 58 : 측벽수관
60 : 바닥재 수집부 62 : 호퍼
64 : 바닥재 이송컨베이어 70 : 비산재 수집부
72 : 비산재 수용부 74 : 이송관로
76 : 비산재 이송컨베이어

Claims (13)

  1. 폐기물고형화연료, 폐플라스틱연료, 화석연료, 바이오매스 등을 태워서 연소가스를 상측으로 배출하는 토출구가 형성된 소각 및 연소로;
    상기 토출구의 상측에 결합되고, 고온 영역의 열을 본체 내에 수용 및 흡수하여 증기를 생성하며, 열을 상측에서 하측으로 가이드하여 배출하는 폐열 회수보일러; 및
    상기 폐열 회수보일러에서 배출 측에 결합되는 본체에 저온 영역의 열이 공급되어 증기를 생성하는 저온용 폐열 회수보일러를 포함하고,
    상기 저온용 폐열 회수보일러는 상기 폐열 회수보일러보다 낮은 위치에 형성되어 고온영역의 열이 저온영역으로 이동하기 용이하도록 구성되어 전열면적을 줄이면서 증기 생산량은 증대시키고,
    상기 폐열 회수보일러는 상기 본체의 상측에서 배치되고, 물을 공급하는 급수구와 발생된 증기를 배출하는 배출구가 형성된 상부드럼;
    상기 상부드럼에서 상기 본체의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 상기 연소가스로부터 열기를 흡수하여 증기를 생산하는 다수의 측벽수관;
    상기 측벽수관의 하단에 연결되어 상기 상부드럼 및 상기 측벽수관에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 배출하는 하부드럼; 및
    상기 본체의 일측에 결합되어 상기 본체보다 낮은 위치로 연소가스를 이송 및 배출하고, 온도가 낮아진 연소가스의 열을 흡수하여 증기를 생산하는 다수의 가스챔버 튜브가 측면에 형성된 가스챔버를 포함하고,
    상기 가스챔버 하단에는 상기 가스챔버 튜브와 결합되는 가스챔버 헤더가 형성되고,
    상기 가스챔버 헤더와 상기 하부드럼 사이에 물이 이동하도록 연결되는 연결관이 형성되며,
    상기 상부드럼의 양측에는 상기 본체와 상기 하부 드럼을 감싸도록 연결되어 고온의 물이 순환되게 하는 순환관이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소각 및 연소로는 유동상 타입, 로터리 킬른(Rotary kiln type) 타입 또는 스토카 타입 중에 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부드럼은 상기 소각 및 연소로의 토출구 양측에 각각 하나씩 한 쌍 구비되고,
    상기 본체에는 상기 소각 및 연소로의 토출구에서 상측으로 직접 공급되는 열을 흡수하도록 상기 본체의 공간부에 상부드럼과 하부 드럼을 연결하는 다수의 증발관으로 이루어진 뱅크튜브 존이 형성된 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소각 및 연소로의 하측에는 상기 소각 및 연소로에서 발생되는 바닥재를 수집하여 재활용하는 바닥재수집부를 포함하고,
    상기 바닥재수집부는 상기 소각 및 연소로 내부에서 형성된 바닥재를 소각 및 연소로 하측에서 모아주는 호퍼; 및
    상기 호퍼에 연결되어 상기 소각 및 연소로 내에서 발생된 바닥재를 이송하는 바닥재 이송컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스챔버의 하측에는 상기 본체와 상기 가스챔버에서 발생하는 비산재를 수집하여 재활용하는 비산재수집부를 포함하고,
    상기 비산재수집부는 상기 가스챔버 하측에 형성되고, 본체와 가스챔버에서 생성된 비산재가 수용되는 비산재 수용부;
    상기 비산재 수용부에서 모여진 비산재를 이송하는 이송관로; 및
    상기 이송관로에 연결되어 상기 본체 및 상기 가스챔버에서 발생된 비산재를 이송하는 비산재 이송컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중화 폐열 회수시스템.
  8. 소각 및 연소로의 토출구 상측에 결합되고, 연소가스의 열을 상측으로 유입하여 열을 수용하는 본체;
    상기 본체의 상측에서 배치되고, 물을 공급하는 급수구와 발생된 증기를 배출하는 배출구가 형성된 상부드럼;
    상기 상부드럼에서 상기 본체의 측벽을 거쳐 하부로 연결되어 상기 연소가스로부터 열을 흡수하는 다수의 측벽수관;
    상기 측벽수관의 하단에 연결되어 상기 상부드럼 및 상기 측벽수관에서 발생되는 이물질을 물과 함께 저장하고 배출하는 하부드럼; 및
    상기 본체의 일측에 결합되어 상기 본체보다 낮은 위치로 연소가스를 이송 및 배출하고, 온도가 낮아진 연소가스의 열을 흡수하는 다수의 가스챔버 튜브가 측면에 형성된 가스챔버를 포함하고,
    상기 가스챔버 하단에는 상기 가스챔버 튜브와 결합되는 가스챔버 헤더가 형성되고,
    상기 가스챔버 헤더와 상기 하부드럼 사이에는 물이 이동되도록 연결되는 연결관이 형성되며,
    상기 상부드럼의 양측에는 상기 본체와 상기 하부 드럼을 감싸도록 연결되어 고온의 물과 증기가 순환되게 하는 순환관이 형성되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수보일러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부드럼은 상기 소각 및 연소로의 토출구 양측에 각각 하나씩 한 쌍 구비되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수보일러.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 본체에는 상기 소각 및 연소로의 토출구에서 상측으로 직접 공급되는 열을 흡수하도록 상기 본체의 공간부에 상부드럼과 하부 드럼을 연결하는 다수의 증발관으로 이루어진 뱅크튜브 존이 형성된 것을 특징으로 하는 폐열 회수보일러.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 본체의 측면에는 상기 본체 내에 침적되는 비산재를 제거하기 위한 본체 내부로 고압의 스팀을 불어 넣어주는 부착분진제거기가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수보일러.
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