KR101040213B1 - Condensing boiler has scrubber for reducing the carbon and the nitrogen oxide - Google Patents
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Abstract
보일러의 부하에 적응하여 배기가스의 배출통로인 연도에 용매를 분사하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감시키는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템이 제공된다. 상기 보일러 시스템은, 이코노마이저의 내부에 보일러 동체의 워터-셀로 급수되는 물을 분사하는 스크러버를 설치하고, 상기 스크러버에 공급되는 물을 보일러 부하와 이코노마이저로부터 생성되어 배출되는 응축수의 온도에 따라 선택적으로 공급함으로써 배기가스에 포함된 CO2와 NOx을 물과 반응시켜 CO2와 NOx의 배출을 크게 저감시키도록 한 구조를 갖는다.
CO2저감, NOx저감, 물 분사, 스크러버, 이코노마이저
A condensing boiler system is provided having a scrubber that reduces the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas by injecting a solvent into the flue, the exhaust passage of the exhaust gas, according to the load of the boiler. The boiler system includes a scrubber for spraying water supplied to the water-cell of the boiler body in the economizer, and selectively supplies water supplied to the scrubber according to the temperature of the condensate generated and discharged from the boiler load and the economizer. As a result, CO 2 and NO x contained in the exhaust gas are reacted with water, thereby reducing the CO 2 and NO x emissions.
CO2 reduction, NOx reduction, water jet, scrubber, economizer
Description
본 발명은 이산화탄소(carbon dioxide : 이하 "CO2"라 칭함) 및 질소산화물(Nitrogen Oxide: "이하 "NOx"라 칭함)의 배출을 최대로 저감시킬 수 있는 저탄소/저 NOx 보일러(Low CO2/NOx boiler)에 관한 것으로, 특히 보일러의 부하에 적응하여 배기가스의 배출통로인 연도에 용매를 분사하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감시키는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템에 관한 것이다. The present invention provides a low carbon / low NOx boiler (Low CO 2 /) capable of maximally reducing emissions of carbon dioxide (hereinafter referred to as “CO 2 ”) and nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”). NOx boiler, and more particularly relates to a condensing boiler system having a scrubber to reduce the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas by injecting a solvent in the flue, the exhaust passage of the exhaust gas adapted to the load of the boiler.
통상적으로 버너 등과 같은 연소기를 가지는 보일러 시스템 등은 연료가 연소·합성·분해될 때 인체이 유해한 많은 성분의 유해가스를 생성하여 배출하며, 대기환경과 인체에 악영향을 주는 것으로서는 CO2와 NOx를 그 대적인 예로 들 수 있다. In general, a boiler system having a combustor such as a burner generates and emits harmful gases of many constituents that are harmful to the human body when fuel is combusted, synthesized, and decomposed, and CO 2 and NOx are harmful to the atmosphere and the human body. This is an example.
NOx는 질소와 산소의 화합물로, 연소과정에서 공기 중의 질소가 고온에서 산화되어 발생하며, 대략 7종류가 알려져 있는데 공해문제로 중요한 것은 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)이다. 위와 같은 NOx의 배출원은 자동차, 항공기, 선박, 산업용 보일러, 소각로, 전기로 등이 있다. NOx is a compound of nitrogen and oxygen. Nitrogen in air is oxidized at high temperature during combustion, and about 7 types are known. Nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are important for pollution. Sources of NOx emissions include automobiles, aircraft, ships, industrial boilers, incinerators, and electric furnaces.
산업생산 현장, 예를 들면, 공장이나 가정 및 사무 빌딩 등에서 배출되는 배기가스 중의 CO2와 NOx는 지구의 온난화를 촉진시켜 지구환경을 파괴하는 주점으로 대두되고 있어 그 대책이 강력히 요구되고 있으며, 우리나라의 경우 대기환경보존법 및 환경정책기본법 시행령에 의하여 규제되고 있다. CO 2 and NOx in the exhaust gases emitted from industrial production sites, for example, factories, homes and office buildings, are emerging as pubs that promote global warming and destroy the global environment. In this case, they are regulated by the Enforcement Decree of the Atmospheric Environment Conservation Act and the Framework Act on Environmental Policy.
산업생산 및 대형건축물에 사용하는 보일러 시스템 중에서 콘덴싱 보일러(condensing boiler)는 연소가스의 CO2와 NOx 성분을 저효율 보일러에 비해 약 40% 이상 저감시키므로 지구 온난화 방지에 따른 환경 친화적인 보일러로 유럽의 일부 국가에서 사용이 의무화되고 있다. Among boiler systems used in industrial production and large-scale construction, condensing boilers reduce CO 2 and NOx in combustion gases by more than 40% compared to low-efficiency boilers. Use is mandatory in the country.
보일러 시스템과 같은 연소장치에서 NOx 발생의 억제원리로서는 ①불꽃(연소가스) 온도의 억제, ② 고온 연소 가스의 체류시간의 단축, ③산소 분압을 낮게 하는 것 등이 알려져 있다. 그리고 이들 원리를 응용한 여러 저 NOx화 기술이 있다. 예를 들면 2단 연소법, 농염 연소법, 배기가스 재순환 연소법, 물첨가 연소법, 증기분사 연소법, 수관군(水管群) 등에 의한 불꽃 냉각 연소법 등이 제안되어 실용화되고 있다. As a suppression principle of NOx generation in a combustion apparatus such as a boiler system, (1) suppression of flame (combustion gas) temperature, (2) shortening of residence time of high temperature combustion gas, and (3) lower oxygen partial pressure are known. And there are several low NOx techniques that apply these principles. For example, a two-stage combustion method, a concentrated flame combustion method, an exhaust gas recirculation combustion method, a water-added combustion method, a steam injection combustion method, a flame cooling combustion method using a water pipe group, and the like have been proposed and put into practical use.
상기의 NOx 발생의 억제 기술 중에서 물 첨가법은 버너에서 발생되는 연소 가스의 온도를 제어하는 것으로, 버너로 공급되는 연소용 공기에 물 또는 증기를 첨가하여 연소가스온도의 상승을 억제함으로써 배기가스의 질소산화물을 억제하는 것이다. 이와 같은 물 첨가법의 연소장치의 대표적인 일 예로서는 2004. 02. 11. 공개된 공개특허공고 제10-2004-0012525호 "저산화질소 연소방법과 그 장치"가 있다. In the above-described technology for suppressing NOx generation, the water addition method controls the temperature of the combustion gas generated in the burner, and adds water or steam to the combustion air supplied to the burner to suppress the rise of the combustion gas temperature. It is to suppress nitrogen oxides. As a representative example of the combustion apparatus of such a water addition method is published Patent Publication No. 10-2004-0012525 "Low nitrogen oxide combustion method and apparatus thereof" published Feb. 11, 2004.
그러나 상기와 같은 물 첨가에 의한 저 NOx 연소장치는 연소기의 내부로 공급되는 연소용 공기에 물 또는 증기를 직접적으로 첨가하는 것으로, 연소영역에서 발생되어 대기로 배출되는 배기가스에 포함된 NOx와 이산화산소(CO2)를 크게 낯추는데 한계가 있었다. However, the low NOx combustion apparatus by adding water as described above is to add water or steam directly to the combustion air supplied into the combustor, and NOx and dioxide contained in the exhaust gas generated in the combustion zone and discharged to the atmosphere. There was a limit in greatly reducing oxygen (CO 2 ).
왜냐하면, 버너로 공급되는 연소용 공기에 물 또는 증기를 첨가하여 연소영역의 온도를 낮추더라도 버너로부터 제공되는 화염이 연소되는 연소실내의 온도는 매우 높은 상태이므로 공기 중의 질소(N)가 고온에서 산화됨으로써 일산화질소(NO)가 필수적으로 발생되어 대기 중으로 배출됨으로써 이산화질소(NO2)로 산화되는 것이 일반적이기 때문이다. 따라서 버너가 작동되는 경우 연소실로부터 배출되는 배기가스에는 이산화질소(NO2)와 CO2가 필수적으로 배출됨으로써 대기환경에 악영향을 주게 된다. This is because even if the temperature of the combustion zone is lowered by adding water or steam to the combustion air supplied to the burner, the temperature in the combustion chamber where the flame provided from the burner is combusted is very high, so nitrogen (N) in the air is oxidized at a high temperature. This is because nitrogen monoxide (NO) is essentially generated and released into the atmosphere, thereby oxidizing to nitrogen dioxide (NO 2 ). Therefore, when the burner is operated, nitrogen dioxide (NO 2 ) and CO 2 are essentially discharged from the exhaust gas discharged from the combustion chamber, which adversely affects the atmospheric environment.
따라서 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 CO2와 NOx 등의 유해가스를 용매로 용해한 후 중화처리(neutralization)하여 저감시키는 탄소 및 질소산화물 저감용 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a condensing boiler system having a scrubber for reducing carbon and nitrogen oxides by dissolving harmful gases such as CO 2 and NOx contained in the exhaust gas with a solvent and then neutralizing the same.
본 발명의 다른 목적은 연도(smokestack)상에서 보일러 부하에 적응하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 용해하기 위한 용매를 분사하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx의 배출을 억제하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention has a scrubber to suppress the emission of CO 2 and NOx contained in the exhaust gas by injecting a solvent for dissolving the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas to adapt to the boiler load on the smoke (stack) In providing a condensing boiler system.
본 발명의 또 다른 목적은 이코노마이저에서 생성되는 응축수의 온도에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 용해하기 위한 용매를 상기 이코노마이저의 내부에 적절하게 분사여 콘덴싱 효율과 CO2와 NOx의 저감효율을 극대화한 콘덴싱 보일러 시스템을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to properly spray the solvent for dissolving CO 2 and NOx contained in the exhaust gas in the interior of the economizer according to the temperature of the condensate produced in the economizer to reduce condensing efficiency and CO 2 and NOx reduction efficiency To provide a condensing boiler system that maximizes.
본 발명의 또 다른 목적은 연소실로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해가스를 연도에 설치되어 보일러 부하에 따라 분사량이 제어되는 물에 용해한 후 중화처리기(neutralizer)에 의해 중성(pH7)수로 중화처리 하여 CO2와 NOx의 배출을 억제하는 저 탄소/저 질소산화물 보일러 시스템을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to install the harmful gas contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber in the flue to dissolve in water that the injection amount is controlled in accordance with the boiler load and then neutralized with neutral (pH7) water by a neutralizer (neutralizer) It is to provide a low carbon / low nitrogen oxide boiler system that suppresses the emission of CO 2 and NOx.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 불꽃이 연소되는 연소공간과 상기 연소된 후의 배기가스를 배출하는 배기가스 배출통로와, 입력되는 연료와 연소용 공기의 혼합비에 대응하는 불꽃을 상기 연소공간에 제공하는 버너 및 상기 연소공간을 감싸고 있으며 상기 버너의 불꽃에 의해 내부에 채워진 물을 가열하여 가열된 유체를 토출하는 보일러 동체(boiler shell)와; 상기 배기가스 배출통로와 연도(smokestack) 사이에 설치되며 유입관으로 입력되는 유체를 상기 배기가스로 가열하여 상기 보일러 동체의 내부로 공급함과 동시에 상기 유입 유체의 일부를 상기 배기가스에 분사하여 그에 포함된 CO2와 NOx를 용해하는 스크러버를 부착한 이코노마이저와; 유체주입신호에 대응하는 속도로 회전되어 유체탱크에 저장된 유체를 펌핑하여 상기 유입관으로 공급하는 유체펌프와; 송풍제어신호에 대응하는 속도로 회전되어 상기 배기가스 배출통로 상의 배기가스와 외부의 공기를 흡입·혼합하여 상기 버너의 연소공간으로 공급하는 송풍기와; 상기 보일러 동체내의 워터-셀로 유·출입되는 유체량를 감지하기 위한 증기유량센서, 유체유량센서와 상기 워터-셀에 채워진 유체레벨을 감지하는 유체레벨센서 및 상기 유체의 온도를 감지하는 온도센서의 출력에 의하여 상기 보일러의 부하를 산출하고, 상기 산출된 보일러 부하에 따른 송풍제어신호와 유체주입신호를 상기 송풍기와 유체펌프로 제공하는 제어유닛을 포함함을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object is provided in the combustion space the combustion space in which the flame is combusted, the exhaust gas discharge passage for discharging the exhaust gas after the combustion, and the flame corresponding to the mixing ratio of the input fuel and the combustion air. A boiler shell surrounding the burner and the combustion space and discharging the heated fluid by heating water filled therein by the flame of the burner; It is installed between the exhaust gas discharge passage and the smoke (stack) and the fluid input to the inlet pipe is heated to the exhaust gas to supply to the inside of the boiler body and at the same time spraying a portion of the inlet fluid to the exhaust gas included therein An economizer attached with a scrubber for dissolving CO 2 and NO x; A fluid pump that rotates at a speed corresponding to a fluid injection signal to pump the fluid stored in the fluid tank and to supply the fluid to the inlet pipe; A blower which is rotated at a speed corresponding to a blow control signal and sucks and mixes the exhaust gas and the outside air on the exhaust gas discharge passage to supply the combustion space of the burner; Steam flow sensor for detecting the amount of fluid flowing in and out of the water-cell in the boiler body, fluid level sensor and the fluid level sensor for detecting the fluid level filled in the water-cell and the output of the temperature sensor for sensing the temperature of the fluid And a control unit for calculating a load of the boiler and providing a blow control signal and a fluid injection signal according to the calculated boiler load to the blower and the fluid pump.
상기 유체는 보일러의 보충수로 사용되는 물(H2O)임을 특징으로 한다. The fluid is characterized in that the water (H 2 O) used as supplemental water in the boiler.
상기 이코노마이저는 상기 배기가스 배출통로 상에 설치된 하우징과, 상기 유체펌프와 상기 보일러 동체 사이에 연결된 핀-튜브의 내부로 흐르는 유체와 배기가스의 온도차에 의하여 배기가스 중에 포함되어 있는 현열(sensible heat)과 수증기의 응축잠열(latent heat)을 회수하는 열교환기와, 상기 하우징의 내부 상부에 설치되어 유체 펌프로부터 공급되는 유체를 상기 배기가스에 분사하여 그에 포함된 CO2와 NOx를 용해하는 스크러버(scrubber)로 구성되어 있다. The economizer is sensible heat contained in the exhaust gas by the temperature difference between the exhaust gas and the fluid flowing into the housing installed on the exhaust gas discharge passage and the fin-tube connected between the fluid pump and the boiler body. Heat exchanger for recovering the latent heat of condensation and steam, and a scrubber installed in the upper portion of the housing to inject the fluid supplied from the fluid pump to the exhaust gas to dissolve CO 2 and NOx contained therein Consists of
상기 스크러버와 상기 유체펌프의 사이에는 밸브제어신호에 대응하여 개도량이 제어되어 상기 스크러버에 유입되는 유체량을 조절하는 전자밸브가 설치되며, 상기 전자밸브는 상기 유입관으로 유입되는 유체의 온도에 적응하여 상기 전자밸브의 개도량을 제어하는 밸브제어기에 의해 제어됨을 특징으로 한다. Between the scrubber and the fluid pump, an opening amount is controlled in response to a valve control signal to adjust an amount of fluid flowing into the scrubber, and the solenoid valve is adapted to the temperature of the fluid flowing into the inlet pipe. It characterized in that it is controlled by a valve controller for controlling the opening amount of the solenoid valve.
상기 밸브제어기는 상기 유체관으로 유입되는 유체의 온도에 비례하여 상기 전자밸브의 개폐량을 제어하도록 설계되는 것이 좋다. The valve controller may be designed to control the opening and closing amount of the solenoid valve in proportion to the temperature of the fluid flowing into the fluid pipe.
상기 제어유닛은 상기 보일러 동체의 스팀 배출관에 설치된 증기유량센서와, 상기 유체펌프의 배출관에 설치된 유체유량센서와 상기 워터-셀에 설치된 유체레벨센서 및 온도센서의 출력을 입력하여 보일러의 부하를 산출하여 그에 대응한 송풍제어신호와 유체주입제어신호를 발생하기 위한 제어신호들을 출력하는 제어기와, 상기 제어신호들에 대응하는 구동주파수전압에 대응하는 유체주입제어신호와 송풍제어신호를 발생하는 인버터로 구성되어 있다. The control unit calculates the load of the boiler by inputting the steam flow sensor installed in the steam discharge pipe of the boiler body, the fluid flow sensor installed in the discharge pipe of the fluid pump and the fluid level sensor and the temperature sensor installed in the water-cell. And a controller for outputting control signals for generating the blow control signal and the fluid injection control signal corresponding thereto, and an inverter for generating the fluid injection control signal and the blow control signal corresponding to the driving frequency voltage corresponding to the control signals. Consists of.
상기 이코노마이저의 하우징에는 내부 공간으로 분사된 유체에 의하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx가 용해되어 산성을 띤 유해처리수를 배출하는 응축수관이 설치되며, 상기 응축수관은 마그네슘(Mg)의 중화제가 담아진 탱크에 연결되어 상기 응축수의 산도를 pH7로 중화되어 외부로 배출하는 중화처리기를 더 포함함을 특징으로 한다. The economizer housing is installed with a condensate tube for dissolving CO 2 and NOx contained in the exhaust gas and discharging the harmful treatment water in the exhaust gas by the fluid injected into the inner space, the condensate tube is magnesium (Mg) neutralizer It is connected to the tank containing the neutralization of the acidity of the condensate to pH7 characterized in that it further comprises a neutralization treatment to discharge to the outside.
본 발명의 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감시키는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템은 배기가스가 배출되는 경로 상에 설치된 이코노마이저의 내부에서 물 등과 같은 유체를 분사하여 배기가스에 포함된 CO2와 NOx와 물의 화학반응에 의해 녹여 대기로 CO2와 NOx를 저감시킴으로서 연소용 공기에 물 또는 증기를 첨가하여 NOx의 발생을 억제하는 것보다 효율적이다. 또한, 대기로 배출되기 직전에 물 등의 유체로 배기가스에 포함된 유해가스를 용해하여 처리수로 배출하고, 이를 마그네슘 등과 같은 중화제로 중화 처리함으로써 산도가 pH7이상의 염기성으로 배출할 수 있어 친환경적이다. Condensing boiler system having a scrubber to reduce the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas according to an embodiment of the present invention is included in the exhaust gas by injecting a fluid such as water from the inside of the economizer installed on the exhaust gas discharge path the addition of water or steam to the combustion air for the CO 2 and NOx to the atmosphere and dissolved by the water reaction with CO 2 to the reducing NOx sikimeuroseo efficient than suppress the generation of NOx. In addition, by dissolving harmful gas contained in the exhaust gas with a fluid such as water immediately before being discharged to the atmosphere and discharging it into treated water, and neutralizing it with a neutralizing agent such as magnesium, the acidity can be discharged to a basic value of pH7 or more, which is environmentally friendly. .
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 하기에 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention can be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It should be noted that the embodiments of the present invention described below are intended to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 열전달 회로 전개도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유체펌프의 동작 제어 흐름도이다. 1 is a front view of a condensing boiler system having a scrubber to reduce CO 2 and NO x contained in the exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a CO included in the exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention 2 is a longitudinal cross-sectional view of a condensing boiler system having a scrubber for reducing NO 2, and FIG. 3 is a development diagram of a heat transfer circuit of a condensing boiler system having a scrubber for reducing CO 2 and NO x contained in exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention. to be. 4 is an operation control flowchart of the fluid pump according to the preferred embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템(10)은 원통형상으로 밀폐된 구조를 가지고 그 내부가 워터-셀(water-shell)(17)을 형성하는 보일러 동체(12)를 갖는다. 상기 보일러 동체(12)의 내부에는 일측이 개구되어 버너(18)와 결합되며, 상기 버너(18)의 분사노즐(20)로부터 제공되는 불꽃을 연소하는 연소 공간(15)인 노통(furance)(14)이 설치되고, 상기 노통(14)의 상부에는 연소 공간(15)의 내부에 채워진 배기가스(연소완결가스)(BEG: Boiler Exhaust Gas)를 보일로 동체(12)의 외부로 배출하기 위한 다수의 연관(Smoke tube)(16)이 설치되어 있다. 1 to 3, the
상기 보일러 동체(12)의 전면에 형성된 연관(16)의 개구부측의 상부에는 히트 파이프 등이 설치된 프리히터(air pre-heater)(24)가 설치되어 상기 연관(16)으로부터 배출되는 배기가스(BEG)의 열로서 외부로부터 제공되는 연소용 공기(CA : Combustion Air)를 예열하며, 상기 예열된 연소용 공기(CA)는 보일러 동체의 버너(18) 주변에 형성된 윈드 박스(wind box)를 통하여 상기 버너(18)로 공급된다. An air pre-heater 24 provided with a heat pipe or the like is installed at an upper portion of the opening 16 of the
위와 같은 프리히터(24)는 상기 보일러 동체(12)의 연관(16)들로부터 배출된 고온의 배기가스(BEG)를 유입/배출하는 배기상자(24a)와 연소용 공기(CA)를 유입/배출하는 유입상자(24b)가 결합되어 구성되며, 상기 배기상자(24a)와 유입상자(24b)의 사이에는 배기상자(24a)의 내부를 통하여 배출되는 고온의 배기가스(BEG)에 의해 가열되어 그 열로서 유입상자(24b)의 연소용 공기(CA)를 예열하는 히트 파이프(heat pipe)(24c)가 설치되어 있다. The
상기 버너(20)의 하부에는 송풍제어신호(CTL2)의 입력에 응답하는 속도로 회전되어 배기가스 재순환경로(Exhaust Gas Recirculation-Path)(EGR-P)를 통한 배기가스와 외부의 신선한 공기를 혼합하여 상기 프리히터(24)의 유입상자(24b)를 통하여 상기 버너(20)의 연소용 공기로 공급하는 송풍기(22)가 설치되어 있다. 상기에서 배기가스 재순환 경로(EGR-P)는 상기 프리히터(24)의 배기상자(24a)와 상기 송풍기(22)의 흡입구의 사이에 연결되어 있고, 외부의 신선한 공기는 송풍기(22)의 측면에 형성된 구멍을 통하여 흡입되도록 되어 있다. 이때, 상기 송풍기(22)의 전동기는 인버팅된 전압에 의하여 구동되는 유도전동기를 사용하는 것이 바람직하다. The lower portion of the
또한, 상기 프리히터(24)의 배기상자(24a)의 배출구는 스크러버(scrubber)가 설치된 이코노마이저(26)를 통하여 연도(Smoke stack)(30)에 연결되어 있다. 상기 연도(30)는 주지된 바와 같이 버너(18)의 연소에 의하여 노통(14)에서 발생된 배기가스를 외부로 배출하는 통로이다. In addition, the outlet of the
상기 프리히터(24)의 배기상자(24a)의 배출구와 연도(30)의 사이에 연결된 이코노마이저(26)는 하우징(HS)의 내부에 열교환기(27)가 설치되고 그 상부에 유체 를 분사하는 스크러버(28)가 설치되어 구성되어 있다. 상기 열교환기(27)의 유입관(Liquid inlet pipe)(LP)은 유체탱크(33)에 저장된 유체를 펌핑하여 공급하는 유체펌프(34)에 연결되어 있고, 배출관(Drain pipe)(DP)은 워터-셀(17)의 내부로 연결되어 있다. 또한, 상기 스크러버(28)는 다수의 분사노즐이 형성되며, 전자밸브(V1)를 통하여 상기 유체펌프(34)에 연결되어 그로부터 공급되는 유체를 하우징(HS)의 내부로 분사한다. 또한 상기 하우징(HS)의 하부에는 내부에 담겨진 응축수를 배출하기 위한 응축수관(condensation water : CWP)이 연결되어 있고, 이는 마그네슘(Mg)와 같은 중화제가 담겨진 중화처리장치(36)에 연결되어 있다. 상기 중화처리장치(36)에서 중화 처리된 유체는 유체탱크(33)로 보내져 보일러의 유체 급수에 재이용된다. The
상기 스크러버(28)에 연결된 전자밸브(V1)의 개폐량은 밸브제어유닛(VCU : Valve Control Unit)의 제어에 의해 제어된다. 상기 VCU는 보일러 작동에 의해 이네이블(enable)되며 상기 유체관(LP)의 내부에 흐르는 유체의 온도를 감지하는 유체온도센서(CTS)의 출력에 비례하는 밸브제어신호를 상기 전자밸브(V1)로 공급하여 유체펌프(34)로부터 상기 스크러버(28)로 공급되는 유체량을 조절한다. The opening / closing amount of the solenoid valve V1 connected to the
상기 유체펌프(34)는 외부로부터 입력되는 유체주입신호에 따른 속도로 회전되어 상기 유체탱크(33)에 저장된 유체, 예를 들면, 물(H2O) 등과 같은 유체를 펌핑하여 상기 이코노마이저(26)에 연결된 유입관(LP)으로 공급하는 하는 것으로, 인버팅된 전압에 의하여 회전되는 유도전동기를 사용하는 것이 바람직하다. The
상기 보일러 동체(12)의 어느 일 측, 예를 들면, 워터-쉘(17)의 내부에 채워진 유체, 즉, 보일러 작동수의 온도를 감지하는 온도감지센서(TS)가 설치되며, 상기 보일러 동체(12) 내부에 위치된 기수분리기(32)의 증기출구에는 그로부터 토출되는 증기의 유량을 감지하는 증기유량센서(PS) 및 워터-셀(17)의 유체레벨을 감지하는 수위센서(13)로 구성된 보일러 부하감지기들이 설치된다. 또한 이코너마이저(26)의 배출관(DP)에는 상기 워터-셀(17)로 공급되는 유체량, 즉 급수량을 계량하기 위한 유체유량센서(LS)가 설치되어 있다. One side of the
상기 증기유량센서(PS), 유체유량센서(LS), 온도센서(TS) 및 수위센서(13)에 의해 감지된 각종 감지신호들은 보일러 시스템(10)의 외부의 일측에 설치되어 보일러의 전반적인 동작을 제어하는 제어유닛(38)내의 제어기(40)로 공급된다. Various detection signals detected by the steam flow sensor PS, the fluid flow sensor LS, the temperature sensor TS, and the
상기 제어기(40)는 상기 감지된 워터-셀(17)에 채워진 물의 온도, 수위레벨과 그로부터 토출되는 증기유량 및 그로 공급되는 유체유량(급수량) 감지신호를 입력하여 보일러 부하량을 계산하고, 상기 계산된 보일러 부하량에 대응하여 송풍기(22) 및 유체펌프(34)의 동작 제어를 위한 인버터 제어신호를 출력하는 제어기(40)와, 상기 제어기(40)로부터 출력되는 인버터 제어신호에 대응하는 유제주입신호(CTL1)와 송풍제어신호(CTL2)를 발생하는 인버터(42)로 구성되어 있다. 이때, 상기 제어기(40)는 상기 감지된 수위레벨, 온도, 증기유량 및 유체유량의 값들에 대응한 유체주입제어신호(CTL1) 및 송풍제어신호(CTL2)가 상기 인버터(42)로부터 출력되도록 하는 인버터제어신호들을 내장된 메모리 테이블에서 액세스하여 출력하도록 프로그램 되어 있다. The
도 1의 구성 중에서 노통(14), 워터-쉘(17), 연관(16)을 포함하는 보일러 동체(12), 상기 보일러 동체(12)에 결합된 버너(18) 및 상기 보일러 동체(12)의 상부에 설치된 프리히터(20)와 유체펌퍼(34)의 작동에 의한 유체의 공급 동작은 일반적인 콘덴싱 보일러의 동작과 그 기능과 동작이 유사하므로 본 발명의 핵심을 이루는 내용 이외의 상세한 설명은 생략됨에 유의 바란다. 1,
이하 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 및 질소산화물을 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템(10)에서 연소공간(15)에서 발생된 배기가스(BEG)에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, an operation of reducing CO 2 and NO x contained in exhaust gas (BEG) generated in the
도 1에 도시된 보일러 동체(12)의 워터-쉘(17)에 보일러 작동에 필요한 유체, 바람직하기론 물(water)이 적절한 레벨로 채워진 상태에서, 점화장치(점화장치는 보일러 시스템에서 주지관용의 기술임)가 작동되어 버너(18)가 점화되면, 송풍기(22)는 인버터(42)로부터 출력되는 송풍제어신호(CTL2)의 초기 설정 값에 의해 회전되고, 점화장치의 작동에 의하여 버너(18)의 노즐(20)로부터는 불꽃이 발생된다. With the water-
상기 버너(18)로부터 발생되는 불꽃이 연소공간인 노통(14)에서 연소되면 보일러 동체(12)의 노통(14)에는 고온의 화염이 채워지고 이로 인하여 연소용 공기에 포함된 질소(N)가 고온에 산화됨으로써 일산화질소(NO), 이산화탄소(CO2) 등의 유해한 가스를 포함한 배기가스(BEG)가 생성된다. When the flame generated from the
상기와 같이 생성된 배기가스(BEG)는 연관(16), 프리히터(20), 이코노마이 저(26) 및 연도(30)의 경로를 통하여 외부로 배출된다. 위와 같은 보일러가 작동되면, 워터-셀(17)내에 채워진 유체, 즉 물이 가열된 후 기수분리기(32)에 의해 분리된 증기가 배출된다. Exhaust gas (BEG) generated as described above is discharged to the outside through the path of the
이때, 보일러 동체(12)에 설치된 증기유량센서(PS)는 보일러 동체(12)로부터 외부로 배출되는 증기량을 감지하고, 워터-셀(17)에 설치된 온도센서는 내부에 채워진 물의 온도를, 수위센서(13)는 워터-셀(17)내의 수위레벨을 각각 감지하여 제어유닛(38)내의 제어기(40)로 제공한다. 그리고 이코노마이저(26)의 배출관(DP)에 설치된 유체유량센서(LS)는 이코노마이저(26)의 하우징(HS) 내부로 유입되는 고온의 배기가스(BEG)와 유체펌프(34)의 작동에 의하여 물 등의 유체가 흐르는 열교환기(27)에 열교환에 의하여 가열되어 상기 워터-셀(17)의 내부로 공급되는 유체의 유량을 감지하여 상기 제어기(40)로 공급한다. At this time, the steam flow sensor (PS) installed in the
상기 제어기(40)는 도 4의 S12과정에서 상기 수위센서(13)의 출력을 읽어 워터-셀(17)에 채워진 수위가 고수위인지를 검색하고, 그 결과 고수위로 판단되면 S20과정에서 유체펌프(34)의 작동을 정지시키기 위한 제어신호를 출력하여 펌핑동작을 중지한다. 만약, 위 S12과정의 검색결과 워터-셀(17)에 채워진 유체의 레벨이 고수위가 아니라면 상기 제어기(40)는 S14과정에서 상기 증기유량센서(PS), 온도센서(TS) 및 유체유량센서(LS)의 출력을 읽어 보일러의 부하를 산출(감지)한 후, S16과정에서 그에 대응하는 인버터 제어신호를 내부 메모리 테이블로부터 액세스하여 인버터(42)로 출력한다. The
상기 인버터(42)는 상기 인버터 제어신호에 대응하는 유체주입신호(CTL1)와 송풍제어신호(CTL2)를 출력한다. 이때, 유체펌프(34)는 유체주입신호(CTL1)에 대응하는 속도로 회전되어 유체탱크(33)에 저장된 유체, 즉, 물을 펌핑하여 유체관(LP)으로 공급하며, 송풍기(22)는 상기 송풍제어신호(CTL2)에 대응하는 속도로 회전되어 상기 배기가스 재순환경로(EGR-P)를 통하여 재순환된 배기가스의 일부와 외부의 공기를 혼합하여 버너(18)의 연소용 공기(CA)로 공급한다. The
상기 유체펌프(34)의 펌핑에 의하여 유체탱크(33)에 저장된 유체 즉, 물이 유체관(LP)로 공급되면, 상기 유체는 이코노마이저(28)의 하우징(HS) 내부에 위치된 열교환기(27)를 통과하여 워터-셀(17)로 공급되어 보일러 작동수가 보충되게 된다. When the fluid stored in the
위 상술한 바와 같이, 유체펌프(34)의 작동에 의하여 워터-셀(17)로 유체가 공급되는 상태에서, 노통(14)에서 고온의 배기가스(BEG)가 생성되면, 이는 앞서 기술한 바와 같이 연관(16), 프리히터(24)의 배기상자(24a), 이코노마이저(26) 및 연도(30)를 통하여 대기로 배출된다. As described above, in the state where the fluid is supplied to the water-
이때, 상기 이코노마이저(26)의 하우징(HS) 내부에 위치된 열교환기(27)에는 유체펌프(34)의 작동에 의하여 공급되는 유체가 흐르고 있으므로 상기 배출되는 고온의 배기가스(BEG)와 비교적 낮은 온도의 유체가 흐르는 열교환기(27)간에 열교환이 이루어짐으로써 배출관(DP)를 통하여 워터-셀(17)로는 가열된 유체가 공급된다. At this time, since the fluid supplied by the operation of the
상기 이코노마이저(26)의 내부에서 위와 같은 열교환이 이루어지면, 상기 열교환기(27)에서는 응축수가 발생되며, 이와 같이 발생된 응축수는 하부에 형성된 응축수관(CWP)을 통하여 중화처리장치(36)로 공급된다. 위와 같이 생성된 응축수는 pH 4정도로 산성을 띠며, 중화처리장치(36)는 내부에 담겨진 중화제, 예를 들면, 마그네슘(Mg)과 상기 응축수를 접촉시켜 pH 7정도로 중화처리하여 배출한다. 상기 중화처리장치(36)에 의하여 처리된 응축수는 유체탱크(33)로 재보급되어 보일러 작동수로 재활용되도록 된다. When the heat exchange as described above is made in the
또한 상기 이코노마이저(26)의 열교환기(27)의 상부에 설치된 스크러버(28)는 유체관(LP)으로부터 공급되어 전자밸브(V1)를 통하여 유입되는 유체, 즉, 물을 하우징(HS)의 내부로 유입되어 연도(30)로 배출되는 고온의 배기가스(BEG)로 분사한다. 따라서 상기 배기가스(BEG)에 포함된 NOx와 CO2는 상기 스크러버(28)로부터 분사되는 유체(물 : H20)에 수학식 1과 2와 같이 녹아 들어가 대기로 방출시 CO2와 NOx는 약 40%도 저감된다.In addition, the
[수학식 1] CO2 + H2O → H2CO3 Equation 1 CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
[수학식 2] NOx + H2O → NHO2 → NHO3 [Equation 2] NOx + H 2 O → NHO 2 → NHO 3
즉, CO2와 NOx은 물과 화학 반응하여 탄산(Carbonic acid)(H2CO3)과 질산(nitric acid : NHO3)으로 변화되어 강산성(ph3~ph4)을 띠게 된다. 이때, 이코너마이저(26)내의 스크러버(28)는 는 보일러 부하량에 적응하여 급수탱크(33)에 저장된 물을 펌핑하는 유체펌프(34)에 의해 공급되는 물을 분사함으로써 배기가스(BEG)에 포함된 CO2와 NOx은 물에 녹아 들어가 탄산과 아질산으로 변환되며, 이와 같이 변환된 응축수는 응축수관(CWP)을 통하여 배출된다. That is, CO 2 and NOx are chemically reacted with water to be converted into carbonic acid (H 2 CO 3 ) and nitric acid (NHO 3 ) to have strong acidity (ph3 ~ ph4). At this time, the
상기 응축수는 강산성(ph3~ph4)이므로, 그 하단에 설치된 중화처리장치(36)에 담겨진 마그네슘(mg)과 접속하면서 하기 수학식 3과 4와 같은 화학반응에 의하여 중성수로 변화되어 유체탱크(33)로 공급됨으로써 환경오염을 방지하게 된다. Since the condensed water is strongly acidic (ph 3 ~ ph 4), while being connected to the magnesium (mg) contained in the
[수학식 3] H2CO3 + Mg → MgCO3 + 2H+ Equation 3 H 2 CO 3 + Mg → MgCO 3 + 2H +
[수학식 4] NHO3 + Mg → MgNO3 + 2H+ Equation 4 NHO 3 + Mg → MgNO 3 + 2H +
상기 스크러버(28)와 유체펌프(34)의 출구인 유입관(LP)의 사이에 연결된 전자밸브(V1)는 유체펌프(34)의 출력측인 유입관(LP)에 설치되어 이코노마이저(26)로 공급되는 유체의 온도를 감지하는 유체온도센서(CTS)를 입력하는 VCU(50)에 의하여 그 개도량이 제어되어 유체의 분사량을 제어한다. The solenoid valve V1 connected between the
상기 VCU(50)은 보일러 작동에 의해 이네이블(enable)되어 상기 유체온도센서(CTS)에서 감지한 유체온도, 즉, 이코노마이저(26)의 열교환기(27)로 공급되는 물의 감지온도를 읽어 들인다. 이때, 상기 이코노마이저(26)로 공급되는 물은 전술한 바와 같이 이코노마이저(26)로부터 배출되는 응축수를 중화처리한 것이므로 약 수십℃ 이상이 될 수 있다. The
왜냐하면, 응축수를 회수하는 산업용·난방용 보일러 시스템에서 회수되는 응축수 온도는 70℃이상의 노점(dew point) 이상으로 높아지고, 지속적으로 발생하 는 응축수를 중화처리하여 유체탱크(33)로 재보급하는 경우 유체탱크(33)에 저장된 유체의 온도가 약 70℃까지 상승할 수 있기 때문이다. This is because the temperature of condensate recovered in industrial and heating boiler systems recovering condensate rises above the dew point of 70 ° C or higher, and when the condensate is continuously neutralized and resupplied to the
상기에서 온도감지센서(CTS)의 출력을 읽어들인 VCU(50)는 유체펌프(34)의 작동에 의하여 이코노마이저(26)로 공급되는 유체(물)의 온도가 설정온도 이상이면 상기 전자밸브(V1)를 개방하여 유체관(LP)의 유체를 스크러버(28)로 공급하여 이코노마이저(26)의 내부를 통과하는 고온의 배기가스(BEG)에 유체를 분사하여 배기가스(BEG)에 포함된 NOx와 CO2를 유체에 용해하여 저감시킨다. The
이때, 상기 VCU(50)는 유체관(LP)로 흐르는 유체의 온도에 비례하여 상기 전자밸브(V1)의 개도량을 조절한다. 예를 들면, 유체의 온도가 설정온도 이상인 경에 상기 전자밸브(V1)를 1/2정도 개방한 후, 유체의 온도 상승에 비례하여 상기 전자밸브(V1)의 개도량이 더욱 커지도록 하여 스크러버(28)에서 분사되는 유체량을 조절하는 것이다. At this time, the
본 발명의 실시 예에 따른 질소산화물 저감처리기를 갖는 보일러 시스템은 연도에 이산화탄소와 질소산화물을 용해하는 용매, 예를 들면, 물을 보일러 부하에 따라 지속적으로 분사함으로써 배기가스에 포함된 유해가스의 배출을 보다 효율적으로 억제할 수 있다. The boiler system having a nitrogen oxide reduction processor according to an embodiment of the present invention discharges harmful gases contained in exhaust gas by continuously spraying a solvent, for example, water, which dissolves carbon dioxide and nitrogen oxides according to a boiler load. Can be suppressed more efficiently.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 정면도. 1 is a front view of a condensing boiler system having a scrubber to reduce the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 종단면도. Figure 2 is a longitudinal sectional view of a condensing boiler system having a scrubber to reduce the CO 2 and NOx contained in the exhaust gas in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 배기가스에 포함된 CO2와 NOx를 저감하는 스크러버를 갖는 콘덴싱 보일러 시스템의 열전달 회로 전개도. 3 is a development diagram of a heat transfer circuit of a condensing boiler system having a scrubber for reducing CO 2 and NO x contained in exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유체펌프의 동작 제어 흐름도. Figure 4 is a flow chart of the operation of the fluid pump according to a preferred embodiment of the present invention.
《도면의 주요부분에 대한 부호 설명》`` Explanation of symbols on the main parts of the drawings ''
10 : 콘덴싱 보일러 시스템, 12 : 보일러 동체, 10: condensing boiler system, 12: boiler fuselage,
13 : 수위센서, 14 : 노통, 13: water level sensor, 14: old pain,
15 : 연소공간, 16 : 연관, 15: combustion space, 16: association,
17 : 워터-셀(water shell), 18 : 버너, 17: water shell, 18: burner,
20 : 노즐, 22 : 송풍기,20: nozzle, 22: blower,
24 : 에어 프리히터, 26 : 스크러버 이코노마이저, 24: air preheater, 26: scrubber economizer,
27 : 열교환기, 28 : 스크러버,27: heat exchanger, 28: scrubber,
30 : 연도, 32 : 기수분리기, 30: year, 32: separator,
33 : 유체탱크, 34 : 유체펌프,33: fluid tank, 34: fluid pump,
36 : 중화처리장치, 38 : 제어유닛, 36: neutralization apparatus, 38: control unit,
40 : 제어기, 42 : 인버터, 40: controller, 42: inverter,
50 : 밸브조절유닛, EGR-P : 배기가스재순환통로,50: valve control unit, EGR-P: exhaust gas recirculation passage,
BEG : 버너배기가스, HAD : 가열공기통로,BEG: burner exhaust gas, HAD: heating air passage,
CA : 연소용 공기, LP : 유입관, CA: combustion air, LP: inlet pipe,
DP : 배출관, CWP : 응축수관, DP: discharge pipe, CWP: condensate pipe,
PS : 증기유량센서, TS : 온도센서, PS: Steam flow sensor, TS: Temperature sensor
LS : 유체유량센서, CTS : 응축수온도센서, LS: Fluid flow sensor, CTS: Condensate temperature sensor,
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