KR101525155B1 - 배기가스 재연소 히팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소장치에서 발생되는 미연소 배기가스 및 일반 생산설비공정에서 발생되는 연기나 냄새, 미세분진 등의 유해물질을 연소시켜 대기오염을 줄일 수 있는 재연소 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소장치를 통해 연소된 후 잔존하는 배기가스가 재연소로 본체 내부로 유입되어 본체에 설치되는 재연소버너를 통해 배기가스를 재연소시키는 재연소 장치에 있어서, 상기 재연소로 본체는 측면 일측에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 재연소로 본체 선단에는 토출구가 형성되어, 상기 배기가스가 상기 유입구을 통해 재연소로 본체 내부로 유입되어 상기 재연소로 본체 선단으로 이송되어 상기 토출구으로 토출되되, 상기 재연소로 본체 후단에 재연소버너가 설치되어, 상기 배기가스가 토출구로 이송되는 방향과 동일한 방향으로 재연소용 화염이 상기 재연소로 본체 후단에서 선단으로 토출된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 연소장치를 통해 연소된 배기가스를 재연소로 본체 내부로 유입시켜, 재연소버너의 화염방향과 동일한 일방향으로 배출되도록 하여 배기가스의 이동간에 지속적으로 완전연소가 이루어져 연소효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 배기가스가 본체 후단에서 제공되는 재연소 화염에 의해 1차 재연소가 이루어진 다음, 본체 선단 토출구으로 배출되기 전에 출구측에 설치된 2차 연소플레이트에 의해 2차 재연소가 이루어지도록 하여, 구조가 간단하고 외부로 배출되는 배기가스에 미연가스의 함유가 극히 적어 우수한 성능을 나타내는 효과가 있다.
또한, 2차 연소플레이트에 배기가스가 접촉되는 선단에 믹싱가이드부를 설치하여 배기가스가 믹싱가이드부에 부딪히면서 와류가 형성되어 배기가스가 공기와의 혼합이 잘 이루어지도록 하고, 2차 연소플레이트 근방에서 배기가스가 일정시간 체류되도록 하여 연소효율을 높이게 되는 효과가 있다.

Description

배기가스 재연소 히팅장치 {EXHAUST GAS RECOMBUSTION HEATING APPARATUS}

본 발명은 연소장치에서 발생되는 미연소 배기가스 및 일반 생산설비공정에서 발생되는 연기나 냄새, 미세분진 등의 유해물질을 연소시켜 대기오염을 줄일 수 있는 재연소 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재연소버너의 화염방향을 배기가스 이동방향과 동일한 방향으로 설치하여 연소효율을 높이고, 연소로 본체 배기가스 출구측에 와류형성에 따른 2차 연소가 이루어지도록 하여 미연소된 가스 등의 유해물질이 완전연소되도록 하는 배기가스 재연소 히팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 화장로나 생활 폐기물 소각로나 일반 보일러 등에서 사용되는 연소장치는 연소용 버너를 이용하여 주연소로에서 폐기물을 연소시키고, 배출되는 배기가스 내에는 완전연소되지 않고 발생되는 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 미연탄소, 황산화물(SOx), 등의 유기화합물과, 버너를 이용한 식품조리나 일반 생산설비공정에서 발생되는 연기나 냄새, 미세분진 등의 유해물질에 의해 대기가 심각하게 오염되는 문제점이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 완전연소가 이루어지도록 주연소실 또는 일반 생산설비공정에서 배출되는 미연소 배기가스 및 연기나 냄새, 분진 등의 유해물질을 열분해시키는 재연소실이 구비된 연소장치가 개시되어 있다.

아래에서는 재연소실이 포함되는 화장로를 일예로 하여 재연소 장치에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 화장로의 단면도로서, 주연소실(1)의 상부벽(1d)에는 재연소실(12)이 형성되어 있고, 이 재연소실(12)의 뒷벽(12b)에는 재연소버너(13)가 설치되어 있다.

그리고 재연소실(12)의 앞벽(12a)에는 재연소버너(13)보다 낮게 재연소실(12)을 상하측 공간부(S1)(S2)가 되도록 구획함과 아울러 재연소실(12)의 뒷벽(12b) 사이에 세로 통로(17)를 형성하도록 수평 구획벽(15)이 소정 길이 돌출 형성되어 있다.

그리고 주연소실(1)의 상부벽(1d)중 내화문(4)에 인접한 부분에는 세로 통로(16)가 형성되며, 이 세로 통로(16)로 인해 주연소실(1)과 재연소실(12)의 하측 공간부(S2)가 서로 연통된다.

상기와 같이 구성된 종래 화장로는 주연소실(1)에서 자연 연소 및 주연소버너(5)를 이용해서 연소량을 조절하면서 연소를 행함과 아울러 공기공급부(21)에서 부족한 연소용 공기를 공급하게 되면, 주연소실(1)의 연소에 의해 발생한 배기가스는 세로 통로(16)를 지나 하측 공간부(S2)를 경유한 다음 세로 통로(17)를 지나게 된다.

이후, 세로 통로(17)를 지나가면서 재연소실(12)의 재연소버너(13)에 의해 배기가스에 함유된 미연소 유기물이 열분해된 된 후 외부로 배출된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 화장로는 재연소실(12)에서 배기가스가 충분히 체류할 수 있도록 연소로가 상측 공간부(S1)와 하측 공간부(S2)로 나뉘어져 연소로 내부 구조가 복잡하여 설치 및 운용비용이 많이 발생된다.

아울러, 실제 세로 통로(16)를 통과한 배기가스가 하측 공간부(S2)로 진입할때 하측 공간부(S2)내에서 충분한 체류 시간을 가지지 못한 상태에서 배출되게 된다.

또한, 배기가스가 상측 공간부(S1)의 재연소버너(13)에 의해 가열되나, 가스가 체류되지 않고 짧은 시간에 가열됨과 동시에 상방으로 배출되어 버리는 문제점을 가진다.

따라서, 배기가스가 하측 공간부(S2)내에서 충분한 체류 시간을 가지지 못한 상태로 배출되어, 미연소된 유기물이 재연소버너(13)에 의해 열분해된다고 하더라도 완전 연소되지 못한 상태로 배출되는 문제점이 있었다.

한국공개특허 2002-0082186호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스 재연소를 위한 연소로 내부 구조가 복잡하지 않고, 충분한 체류시간을 가지도록 하여 미연소된 배기가스를 완전연소시키도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 연소장치를 통해 연소된 후 잔존하는 배기가스가 재연소로 본체 내부로 유입되어 본체에 설치되는 재연소버너를 통해 배기가스를 재연소시키되, 상기 재연소로 본체는 측면 일측에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 재연소로 본체 선단에는 토출구가 형성되며, 상기 재연소로 본체 후단에 재연소버너가 설치되어, 상기 배기가스가 상기 유입구을 통해 재연소로 본체 내부로 유입되어 상기 재연소로 본체 선단으로 이송되어 상기 토출구로 토출되는 방향과 동일한 방향으로 재연소용 화염이 상기 재연소로 본체 후단에서 선단으로 토출되는 재연소 장치에 있어서, 상기 재연소로 본체 내부 일측에 설치되고, 방사상으로 와류형성수단이 형성되는 믹싱가이드부를 더 포함하되, 상기 와류형성수단은 중심부가 개구된 원형플레이트로서, 상기 원형플레이트의 원호를 따라 방사형으로 절곡편이 일정간격으로 복수개 형성되고, 상기 절곡편은 상기 토출구를 향하여 돌출된 'ㄱ'자 형상으로 절곡된 편으로서, 상기 원형플레이트의 원호를 따라 일정간격으로 형성된 절개부에 결합된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 연소장치를 통해 연소된 배기가스를 재연소로 본체 내부로 유입시켜, 재연소버너의 화염방향과 동일한 일방향으로 배출되도록 하여 배기가스의 이동간에 지속적으로 완전연소가 이루어져 연소효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 배기가스가 본체 후단에서 제공되는 재연소 화염에 의해 1차 재연소가 이루어진 다음, 본체 선단 토출구으로 배출되기 전에 출구측에 설치된 2차 연소플레이트에 의해 2차 재연소가 이루어지도록 하여, 구조가 간단하고 외부로 배출되는 배기가스에 미연가스의 함유가 극히 적어 우수한 성능을 나타내는 효과가 있다.

또한, 2차 연소플레이트에 배기가스가 접촉되는 선단에 믹싱가이드부를 설치하여 배기가스가 믹싱가이드부에 부딪히면서 와류가 형성되어 배기가스가 공기와의 혼합이 잘 이루어지도록 하고, 2차 연소플레이트 근방에서 배기가스가 일정시간 체류되도록 하여 연소효율을 높이게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 화장로의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 내부 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 측단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 평단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 주요구성을 분해한 분해사시도이다.
도 6과 도7은 2차 연소플레이트와 믹싱가이드부의 다른 상세 구조를 나타낸 사시도로, 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 재연소 장치 내부 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 내부 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 측단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 평단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 주요구성을 분해한 분해사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치는 재연소로 본체(100)와, 본체의 일측에 설치되어 재연소로 본체(100) 내부로 연소화염을 제공하는 재연소버너(200)를 포함하여 연소장치를 통해 1차로 연소되어 배출되는 미연탄소 및 유기화합물을 포함하는 배기가스를 재연소로 본체(100) 내부로 유입하여 고온에서 혼합시켜 미연소된 가스를 완전 연소시키도록 한다.

본 발명에서의 재연소로 본체(100)는 원통형 드럼형상으로, 외통(102)과 내통(101)으로 이루어진 이중벽 구조로 이루어지며, 이중벽 사이공간에는 내화단열재가 충진되며, 일반적으로 세라크울 재질로 이루어짐이 바람직하다. 아울러, 내통(101)의 외면에는 일정간격으로 보강판(101a)이 설치되어 내부 온도변화에 따라 재연소로 본체(100)의 변형을 방지하도록 한다.

그리고 재연소로 본체(100) 내부로 배기가스가 유입되는 유입구(110)가 본체의 전면 일측에 형성되며, 도면에서와 같이 유입구(110)가 재연소로 본체(100) 하부로부터 배기가스가 유입되도록 한다.

그리고 재연소로 본체(100)의 선단에는 배기가스가 배출되는 토출구(120)가 형성되며, 본체의 후단에는 재연소버너(200)가 설치되어 재연소용 화염이 재연소로 본체(100)의 후단으로부터 전단으로 토출된다.

더욱이, 본 발명에서는 재연소로 본체(100)의 측면으로부터 본체 내부로 유입된 배기가스가 재연소용 화염에 의해 연소되면서 본체의 선단 토출구(120)로 함께 이송된다.

즉, 배기가스가 토출구(120)로 이송되는 본체 내부 통로상에서 이동간에 화염에 노출되도록 하여, 완전 연소가 이루어지도록 한다.

그리고 재연소로 본체(100)의 상측면에는 배기가스가 이동되는 길이방향으로 방열판(130)이 설치되어, 내부에서의 뜨거운 화염이 본체 상측면에 닿아 재연소로 본체(100)가 변형되는 것을 방지하도록 한다.

재연소버너(200)는 재연소로 본체(100)의 후단측에 설치되어 본체 선단방향으로 재연소용 화염을 제공하며, 버너로는 덕트버너가 바람직하나, 그 외에 메탈버너, 건 타입(Gun tvpe) 등의 다양한 버너가 사용될 수 있다. 도면에서 같이 본 발명에서는 재연소버너(200)의 화염이 수평방향으로 형성되도록 설치하여 전술한 배기가스 이동방향과 화염이동 방향이 동일하도록 한다.

또한, 본 발명에서는 배기가스가 재연소로 본체(100) 내부에서 재연소버너(200)에 의해 1차적으로 연소되고 토출구(120)로 배출되기 전에 2차 연소가 더 이루어지도록 한다.

이를 위해, 재연소로 본체(100) 내부 선단측 벽면에 설치되는 2차 연소플레이트(300)와 믹싱가이드부(400)에 의해 배기가스를 토출구(120)로 배출시키기 전에 일정시간 체류시켜 2차연소가 이루어지도록 한다.

도 6과 도 7은 2차 연소플레이트와 믹싱가이드부의 다른 상세 구조를 나타낸 사시도로, 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

2차 연소플레이트(300)는 재연소로 본체(100) 내부 선단측 벽면에 고정설치되는 플레이트로서, 플레이트는 내열성 금속이나 SUS 재질 등으로 이루어짐이 바람직하며, 플레이트의 표면에 다수개의 홀이 타공된 타공플레이트가 사용되는 것이 바람직하다.

아울러, 도 6에서와 같이 2차 연소플레이트(300)는 재연소로 본체(100) 내부 중심측이 재연소버너(200)측을 향하여 뾰족한 원뿔형상으로 이루어지거나, 도 7에서와 같이 본체 내부 중심부로 배가 부른 반구형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 2차 연소플레이트(300) 표면은 버너에서 제공되는 화염에 직접적으로 노출되어 표면이 1000℃ 가량 고온으로 재연소가 원활하게 이루어지며, 플레이트가 평판이 아닌 구형으로 이루어지도록 하여 배기가스가 플레이트에 접촉되면서 외곽으로 흘러갈 수 있도록 흐름을 유도하게 된다.

그리고 믹싱가이드부(400)는 재연소로 본체(100) 선단측 내부벽면에 설치되는 부재로서, 2차 연소플레이트(300)의 후단에 설치됨이 바람직하다.

믹싱가이드부(400)는 재연소로 본체(100) 내벽을 따라 방사형으로 와류형성수단(401)이 형성되어 재연소버너(200)의 화염에 의해 1차적으로 연소된 배기가스를 토출구(120)로 배출하기 전에 배기가스가 와류형성수단(401)에 부딪히면서 일정방향으로 와류를 형성시키도록 한다.

도 6에서 와류형성수단(401)은 중심부가 개구된 원형플레이트로서, 재연소로 본체(100) 내부에 방사형으로 절곡편(410)이 원형플레이트의 표면에 복수개 형성된다. 여기서 절곡편(410)은 토출구(120)를 향하여 돌출된 'ㄱ'자 형상으로 절곡된 편으로서, 원형플레이트의 원호를 따라 일정간격으로 형성된 절개부(420)에 결합된다.

이로 인해, 절개부(420)를 통해 빠르게 유입되는 배기가스가 절곡편(410)의 단부에 부딪히면서 일정방향으로 와류가 형성된다.

도 7은 믹싱가이드부(400)의 다른 형태의 실시예로서, 와류형성수단(402)의 구조는 동일한 회전방향으로 경사진 경사플레이트(430)가 방사형으로 형성되어, 배기가스가 이송중에 경사플레이트(430)에 부딪히면서 일정방향으로 와류가 형성되도록 하는 구조이다.

아래에서는 본 발명에 따른 배기가스 재연소 히팅장치의 동작에 따른 배기가스의 연소 및 재연소 장치 내부에서 배기가스의 흐름에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명에 따른 재연소 장치 내부 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 연소장치를 통해 연소된 후 잔존하는 배기가스는 유입구(110)를 통해 재연소로 본체(100) 내부로 유입된다. 도면에서와 같이 재연소로 본체(100)는 횡방향으로의 기체흐름을 유도하도록 설치되고, 본체 측면 하부에서 본체 내부로 배기가스가 유입되어 본체 후단에 설치되는 재연소버너(200)의 화염에 의해 1차 재연소가 이루어진다.

이와같이 1차 재연소가 이루어지는 배기가스는 재연소화염과 함께 재연소로 본체(100) 선단으로 이송되며, 이때에 본체 후단에서 선단으로 제공되는 2000℃ 이상의 높은 온도의 버너 재연소화염이 본체 선단측에 설치되는 2차 연소플레이트(300) 표면에 닿아 2차 연소플레이트(300)가 가열되어, 2차 연소플레이트(300)의 표면온도가 1000℃ 가량을 유지하게 되어 재연소가 원활하게 이루어지며, 특히 2차 연소플레이트(300)는 다수개의 타공이 형성되어 신속하게 표면이 가열된다.

그리고 재연소로 본체(100) 내측에서 1차 재연소가 이루어진 배기가스는 본체 전방으로 이송되는데, 믹싱가이드부(400)에 충돌되어 일정한 방향으로 와류가 형성되어 대기중에서 배기가스의 혼합이 잘 이루어지도록 한다.

그리고 상기와 같이 믹싱가이드부(400)에 의해 와류가 형성되는 배기가스는 믹싱가이드부(400) 선단에 설치되는 2차 연소플레이트(300)의 표면에 접촉되면서 체류되면서 배기가스의 2차 연소가 이루어지게 된다.

이는 폐기물관리법에서 제시한 우수연소를 위한 일반소각시설 출구온도 850℃ 이상, 체류시간 2초 이상으로 시설기준이 마련되어 있는데, 본 발명에서는 상기와 같이 믹싱가이드부(400)에서 배기가스가 와류를 형성하여 고온의 대기와 골고루 혼합이 잘 이루어지도록 하며, 고온의 2차 연소플레이트(300)의 표면에서 일정시간 체류되면서 완전연소가 이루어지도록 하여 우수연소를 위한 시설기준에 적합하도록 한다.

아울러, 출구측 온도가 상시 850℃로 유지되도록 출구측에 온도센서를 설치하여 출구온도변화에 따른 비례제어를 통해 화염의 길이 및 폭 등을 조절하도록 한다.

또한, 본체 내부 배기가스의 2차 연소구간에서 재연소로 본체(100) 내벽과 믹싱가이드부(400)와 2차 연소플레이트(300) 사이에 이격공간이 형성되어 재연소화염이 이격공간을 통해 일정부분이 2차 연소플레이트(300)에서 체류되지 않고 바로 본체 선단으로 이송되도록 하여, 토출구(120) 근방에서 2차 연소플레이트(300)에 의해 2차연소된 배기가스와 맞닿아 와류현상에 의해 신속하게 배출되도록 한다.

상기와 같이 배기가스를 재연소로 본체(100) 내부에서 수차례에 걸쳐 완전연소된 가스를 토출구(120)를 통해 외부로 배출되도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100 : 재연소로 본체 101 : 내통
101a : 보강판 102 : 외통
110 : 유입구 120 : 토출구
130 : 방열판
200 : 재연소버너
300 : 2차 연소플레이트
400 : 믹싱가이드부 410 : 절곡편
420 : 절개부 430 : 경사플레이트

Claims (1)

1. 연소장치를 통해 연소된 후 잔존하는 배기가스가 재연소로 본체 내부로 유입되어 본체에 설치되는 재연소버너를 통해 배기가스를 재연소시키되, 상기 재연소로 본체는 측면 일측에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 재연소로 본체 선단에는 토출구가 형성되며, 상기 재연소로 본체 후단에 재연소버너가 설치되어, 상기 배기가스가 상기 유입구을 통해 재연소로 본체 내부로 유입되어 상기 재연소로 본체 선단으로 이송되어 상기 토출구로 토출되는 방향과 동일한 방향으로 재연소용 화염이 상기 재연소로 본체 후단에서 선단으로 토출되는 재연소 장치에 있어서,
   상기 재연소로 본체 내부 일측에 설치되고, 방사상으로 와류형성수단이 형성되는 믹싱가이드부를 더 포함하되,
   상기 와류형성수단은 중심부가 개구된 원형플레이트로서, 상기 원형플레이트의 원호를 따라 방사형으로 절곡편이 일정간격으로 복수개 형성되고,
   상기 절곡편은 상기 토출구를 향하여 돌출된 'ㄱ'자 형상으로 절곡된 편으로서, 상기 원형플레이트의 원호를 따라 일정간격으로 형성된 절개부에 결합되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재연소 히팅장치.
   

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