KR101272072B1 - 재생 축열식 연소장치의 축열매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열식 연소장치의 축열매체에 관한 것으로, 특히 세라믹재로 성형된 제1축열매체 유닛(20A)과 제2축열매체 유닛(20B)을 포함하고, 제1축열매체 유닛(20A)는 외측벽(23)에 복수개의 길이방향 리브(25)를 구비하고, 제2축열매체 유닛(20B)는 외측면(23)을 리브가 없는 평면으로 구성하고, 제1축열매체 유닛(20A)과 제2축열매체 유닛(20B)을 사방으로 교대로 반복하여 격자형으로 배열하여, 서로 인접한 제1축열매체 유닛(20A)의 외측벽(23)과, 제2축열매체 유닛(20B)의 외측벽(23)들의 사이에 상기 리브(25)에 의한 간극(27)을 형성함으로써, 축열매체의 기계적 강도의 향상은 물론 축열매체의 축열성능을 향상시킨다.

Description

재생 축열식 연소장치의 축열매체{HEAT ACCUMULATING MEDIA FOR A HEAT-REGENERATIVE BURNING FURNACE}
본 발명은 폐열 재생 축열식 연소장치의 축열매체에 관한 것으로, 특히 연소장치에서 연소되어 배출되는 배출가스의 폐열을 회수하여 피연소가스의 재열을 위하여 축열하는 축열매체에 관한 것이다.
소각로, 제강로, 용해로 등과 같은 공업로에서 배출되는 가스에는 대기를 오염시키고 유해한 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Component: VOC)가 포함되어 있다. 이러한 배출가스의 휘발성 유기화합물을 제거하기 위하여 배출가스를 연소하기 위한 연소장치(Regenerative Thermal Oxidization: RTO)가 널리 사용되고 있다.
이러한 배출가스 연소장치는 연소실에서 피연소가스를 연소한 후 배출하는 연소가스(이하, '연소가스'라 한다)의 폐열을 축열하기 위하여 통상 도 1에 도시된 바와 같이 연소실(10)의 입구(10a)와 출구(10b)에 각각 허니콤 형상의 축열매체(20)를 설치한다. 입구측 축열매체(20)는 연소실(10)의 출구(10b)에서 회수한 연소가스를 가스통로(24)를 통과시키면서 그 연소가스로부터 축열하는 동시에 입구측 축열매체(20)를 통과하여 연소실(10)로 공급되는 피연소가스와 열교환시켜 피연소가스를 예열시킨다. 이러한 축열 연소장치는 피연소가스를 연소가스의 폐열로 예열하여 연소실(10)로 공급하므로 연소장치의 열효율을 높일 수 있는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
여기서, 축열매체를 통과하는 피연소가스와 연소실의 출구를 거쳐 회수되는 연소가스의 혼합가스가 축열매체와 접촉하는 접촉면적은 축열 연소장치의 효율에 중요한 영향을 미치고, 이 연소가스의 축열매체와의 접촉면적은 축열매체의 비표면적(부피에 대한 표면적의 비율)에 의해 결정된다. 축열매체의 비표면적이 증가할수록 축열매체를 통과하는 피연소가스와 축열매체 사이의 열전달량이 증가하여 연소장치의 축열성능이 증가하게 된다. 이에 비하여, 축열매체의 개공율, 즉 축열매체(20)의 전체 횡단면적에 대한 가스통로(24)의 총 개구면적의 비율이 증가할 수록 피연소가스의 유동저항이 감소하여 연소효율이 증가한다.
그러나, 축열매체(20)의 개공율이 증가할수록 축열매체(20)의 가스통로(24)의 벽두께가 감소하게 되어 축열매체(20)의 강도를 저하시키게 되므로 축열매체(20)의 개공율을 증가시키는 데 한계가 있다.
뿐만아니라 축열매체는 내열성을 고려하여 통상 세라믹재로 성형하여 만들어지므로 열응력 또는 기계적인 충격에도 견딜 수 있는 강도가 요구된다.
이에 본 발명은 상기 종래 축열식 연소장치의 축열매체가 가진 단점을 해결하기 위하여, 축열매체와 가스와의 접촉면적을 증가시켜 축열식 연소장치의 축열효율은 증가시키면서, 강도도 증가시킬 수 있는 구조의 축열매체를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 세라믹재로 구성되고 내부에 내측 격벽으로 구획된 복수개의 가스통로를 길이방향으로 구비하고, 연소장치의 연소가스 출구에서 회수한 연소가스의 폐열을 축열하여 피연소가스를 예열하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체에 있어서,
상기 축열매체는 사방으로 적층된 복수개의 축열매체 유닛들로 구성되고, 상기 축열매체 유닛은 일측 외측벽에 길이방향을 따라 연장되게 형성되고 외측벽 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치된 복수개의 리브를 구비한 것에 특징이 있다.
상기 축열매체 유닛은, 외측벽에는 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치된 복수개의 리브를 구비한 제1축열매체 유닛과, 외측벽이 리브를 가지지 않은 평면으로 된 제2축열매체 유닛으로 구성되고, 제1축열매체 유닛과 제2축열매체 유닛은 교대로 반복하여 배치되어 격자형으로 배열된다.
그리고, 상기 제1축열매체 유닛의 외측벽과, 인접하는 제2축열매체 유닛의 외측벽들의 사이에는 제1축열매체 유닛의 리브에 의해 간극이 형성된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 축열매체는, 축열매체 외측면에 형성된 리브에 의해 축열매체의 기계적 강도를 증가시킬 수 있고, 서로 인접하여 배치되는 2개의 축열매체 유닛사이에 리브에 의해 별도의 가스통로를 형성함으로써 축열매체의 비표면적이 증대되어 축열성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 축열매체가 설치된 축열식 연소장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 축열매체의 횡단면도이다.
도 3는 도 2의 축열매체를 구성하는 제1축열매체 유닛의 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 제1축열매체 유닛의 사시도이다.
도 5는 도 4의 'X-X'선을 따라 절단하여 도시한 길이방향 단면도이다.
도 6는 도 2의 'A'부의 부분확대도이다. 축열매체 유닛의 평단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 축열식 연소장치의 축열매체의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 축열식 연소장치는, 피연소가스가 유입되는 입구(10a)와 연소된 가스를 배출하는 출구(10b)를 가진 연소실(10)과, 연소실(10)의 입구(10a)를 통하여 공급되는 피연소가스를 연소시키도록 연소실(10)에 설치된 연소버너(12)와, 상기 연소실(10)의 입구(10a)와 출구(10b)에 각각 장착된 허니콤 형상의 축열매체(20)와, 공업로(도시생략)로부터 배출되는 피연소가스를 흡입하여 상기 입구측 축열매체(20)로 공급하는 블로워(14)와, 상기 출구측 축열매체(20)를 통과한 연소가스의 일부를 회수하여 상기 입구측 축열매체(20)로 공급하는 폐열 회수관(16)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 축열매체(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 세라믹재로 성형된 제1축열매체 유닛(20A)과 제2축열매체 유닛(20B)을 포함하고, 이들 제1축열매체 유닛(20A)과 제2축열매체 유닛(20B)은 사방으로 교대로 반복하여 격자형으로 배열되어 축열매체(20)를 구성한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1축열매체 유닛(20A)은, 다수의 내측 격벽(22)으로 구획되고 상하 길이방향으로 관통하여 피연소가스를 통과시키는 다수개의 가스통로(24)들을 구비한다. 그리고 제1축열매체 유닛(20A)는 외측벽(23)에 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치된 복수개의 리브(25)를 구비하고, 각각의 리브(25)들은 외측벽(23)에서 일정한 높이로 돌출되어 상하 길이방향을 따라 연장되어 있다. 이러한 리브(25)들은 제1축열매체 유닛(20A)의 열변형 또는 물리적인 외력에 대한 기계적인 강도를 증가시킨다.
제2축열매체 유닛(20B)은 다수의 내측 격벽(22)으로 구획되고 상하 길이방향으로 관통하는 다수개의 가스통로(24)들을 구비하고, 제1축열매체 유닛(20A)와 동일한 세라믹재로 동일한 크기로 만들어진다. 그러나 제2축열매체 유닛(20B)은 외측벽(23)이 리브가 없는 평면으로 이루어진다.
상기 외측벽(23)에 리브(25)가 형성된 제1축열매체 유닛(20A)과, 외측벽(23)에 리브(25)가 없는 제2축열매체 유닛(20B)들은 도 2에 도시된 바와 같이 사방으로 교대로 반복배치되어 격자형 축열매체(20)를 구성한다.
제1축열매체 유닛(20A)와 제2축열매체 유닛(20B)는 도 2에 도시한 바와 같이 배치되어, 제1축열매체 유닛(20A)의 외측벽(23)과 이에 인접하는 제2축열매체 유닛(20B)의 외측벽(23)들의 사이에는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1축열매체 유닛(20A)의 리브(25)에 의해 리브(25)의 높이에 해당하는 간극(27)이 형성되고, 이 간극(27)은 제1축열매체 유닛(20A)와 제2축열매체 유닛(20B)들의 가스통로(24)와는 별개의 추가적인 가스통로의 역할을 하게 된다.
이상에서는 제1축열매체 유닛(20A)에만 리브(25)가 형성된 것에 관하여 설명하였지만, 제1축열매체 유닛(20A)와 제2축열매체 유닛(20B)에 모두 리브(25)를 형성하여, 서로 인접하는 외측벽(23)들의 리브(25)들이 겹치지 않게 제1축열매체 유닛(20A)의 리브가 제2축열매체 유닛(20B)의 리브(25)들 사이에 위치하도록 배열하는 것도 본 발명에 포함된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 축열매체(20)는 외측벽에 형성된 리브(25)에 의해 기계적 강도가 증가하여 열변형에 대한 내열충격성이 향상되고, 아울러 리브(25)에 의해 형성되는 간극(27)에 의해 축열매체(20)의 전체 비표면적과 개공율이 증대되어 축열성능이 향상되고, 이에 따라 축열식 연소장치의 연소효율이 향상된다.
한편, 상기 축열매체 유닛(20A,20B)은, SiO2 22~35중량%, Al203 55~70중량%, TiO 1.0~5.0 중량%, 및 CaO,K2O, Na2O 중에서 선택된 1종 이상의 산화불순물 1.0중량% 이하를 포함하는 세라믹재로 이루어진다.
상기한 조성으로 된 세라믹재의 축열매체 유닛(20A,20B)는 1300도 이상의 고온에서도 팽창율이 상대적으로 낮아 상대적으로 양호한 내열충격성과 내열성을 가지므로 고온의 열유체와 반복적으로 접촉하는 축열매체로서 적합하다.
10: 연소실 10a: 입구
10b: 출구 12: 연소버너
14: 블로워 16: 폐열 회수관
20: 축열매체 20A: 제1축열매체 유닛
20B: 제2축열매체 유닛 22: 내측 격벽
23: 외측벽 24: 가스 통로
25: 리브(rib) 27: 간격

Claims (4)

  1. 세라믹재로 구성되고 내부에 내측 격벽(22)으로 구획된 복수개의 가스통로(24)를 길이방향으로 구비하고, 연소장치의 연소가스 출구(10b)에서 회수한 연소가스의 폐열을 축열하여 피연소가스를 예열하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체(20)에 있어서,
    상기 축열매체(20)는 사방으로 적층된 복수개의 축열매체 유닛들로 구성되고, 상기 축열매체 유닛은 일측 외측벽에 길이방향을 따라 연장되게 형성되고 외측벽 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치된 복수개의 리브(25)를 구비한 것을 특징으로 하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축열매체 유닛은, 외측벽(23)에는 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치된 복수개의 리브(25)를 구비한 제1축열매체 유닛(20A)과, 외측벽(23)에 리브(25)가 형성되지 않은 제2축열매체 유닛(20B)으로 이루어지되, 상기 제1축열매체 유닛(20A)과 제2축열매체 유닛(20B)은 사방으로 교대로 반복하여 격자형으로 배열된 것을 특징으로 하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1축열매체 유닛(20A)의 외측벽(23)과, 인접하는 제2축열매체 유닛(20B)의 외측벽(23)들의 사이에는 상기 제1축열매체 유닛(20A)의 리브(25)에 의해 리브(25)의 높이에 해당하는 간극(27)이 형성되는 것을 특징으로 하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축열매체 유닛(20A,20B)는 SiO2 21~23중량%, Al203 60~70중량%, 1.0~5.0 중량%의 TiO, 및 CaO, K2O, Na2O 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 불순물 1.0중량 %이하를 포함한 세라믹재로 구성된 것을 특징으로 하는 축열식 재생 연소장치의 축열매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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