KR101536202B1 - 무화염 축열식 연소설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무화염 축열식 연소설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 악취 및 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 연소설비의 열효율을 높이기 위해서 보조연료를 주입하되, 악취 및 휘발성 유기화합물이 보조연료와 완벽하게 혼합될 수 있도록 하고, 청소가 용이하도록 하여 유지 및 관리가 편리할 수 있도록 한 무화염 축열식 연소설비에 관한 것이다.
본 발명의 무화염 축열식 연소설비에 의하면 유해가스의 온도와 농도가 변화함에 따라서 혼합기가 공기 및 보조연료를 유해가스가 보조연료투입기와 혼합기로 인해서 완전히 혼합되어 유해가스가 완전하게 산화되고, 축열장치의 공급축열제의 교체용축열제층만 교체하면 찌꺼기가 쌓이는 문제를 해결할 수 있으며, 축열장치의 공급축열제를 모두 교환하지 않고 교체용축열제층만을 교체하여 유지 및 관리할 수 있어서 효율적인 등의 효과가 발생한다.

Description

무화염 축열식 연소설비{FLAMELESS REGENERATIVE THERMAL OXIDIZER SYSTEM}

본 발명은 무화염 축열식 연소설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 악취 및 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 연소설비의 열효율을 높이기 위해서 보조연료를 주입하되, 악취 및 휘발성 유기화합물이 보조연료와 완벽하게 혼합될 수 있도록 하고, 청소가 용이하도록 하여 유지 및 관리가 편리할 수 있도록 한 무화염 축열식 연소설비에 관한 것이다.

일반적으로 쓰레기 소각로, 보일러, 석유화학 업체 등을 포함한 각종 공장에서 발생하는 가스 중에는 악취물질 및 휴발성 유기화합물(VOC, Volatile Organic Compound) 등의 유해가스가 존재한다.

상기와 같은 유해가스는 인간의 각종 호흡기를 통해서 유입될 경우 호흡기 장애 등의 질병을 유발할 폐해가 있어서 각 산업현장에서는 이러한 유해가스를 완전하게 처리한 후 배출할 것을 법률로 정하고 있다.

상기 유해가스를 처리하기 위해서는 축열식 연소설비(regenerative thermal oxidizer system)를 사용하는데, 상기 축열식 연소설비는 유해가스를 고열로 산화하여 처리한다.

종래의 유해가스 처리방식은 유해가스가 갖는 고유의 열량을 그대로 이용하고, 소량의 열량을 추가해줌으로써 고온을 발생시켜 다시 한번 연소시킴으로써 깨끗한 공기로 환원시키는 방법이다.

종래의 축열식 연소설비는 도 5와 같이 송풍팬을 포함하는 유해가스 공급부가 유해가스를 축열연소장치에 제공할 수 있도록 형성된다.

그러나, 종래의 축열식 연소설비는 화염을 사용하기 때문에 장치의 내구성이 떨어지고, 공급되는 유해가스의 농도가 다를 때 희석공기와 유해가스가 고르게 혼합되지 않기 때문에 발열량이 일정하지 않게 되거나, 이로 인해서 축열제에 가해지는 열충격이 커지는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 종래의 축열식 연소설비의 문제점들을 개선하기 위해서 무화염 축열식 연소설비가 제공되는데, 이러한 무화염 축열식 연소설비는 대한민국특허청 등록특허공보 제0803764호 및 제1061765호 등에 개시된 바 있다.

종래의 무화염 축열식 연소설비는 도 6과 같이 내부 상단에 버너(4)가 형성되는 연소실(5)이 형성되고, 상기 연소실의 하단에 축열장치(20)가 형성되며, 상기 축열장치(20)의 하단에 유해가스를 유출입시키는 순환배기장치(30)가 형성된 본체(1)와;

상기 본체(1)의 순환배기장치(30)의 일측에 유입구(42)가 형성되고, 유해가스, 유입공기 및 보조연료를 혼합하는 혼합기(41)가 상기 유입구(42)에 연결되는 유입장치(40)와;

상기 본체(1)의 순환배기장치(30)의 타측에 배기구(43)가 형성되고, 배기구(43)를 통해 배출되는 처리된 가스가 배출되는 굴뚝(50)이 형성된다.

상기 종래의 무화염 축열식 연소설비의 작동기재는 초기에 보조연료로 버너(4)를 작동하여 연소실(5)의 온도를 상승시킨 상태에서 유입구(42)로 유해가스가 유입되면, 공급축열제(A)에 의해서 열량이 공급되어 유해가스가 고온산화되고, 산화된 처리가스는 연소실(5)을 지나서 회수축열제(B)를 통해서 포함되어 있던 폐열이 회수된 후 배기구(43)를 통해 배기되는데, 이때 회수된 폐열은 공급축열제(A)로 다시 공급됨으로써 본체(1) 내부의 추가 열공급 없이도 유해가스를 처리할 수 있도록 형성된다.

그러나, 종래의 무화염 축열식 연소설비는 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 유해가스의 온도와 농도가 변화함에 따라서 혼합기가 공기 및 보조연료를 유해가스와 적절히 혼합하지 못하여 유해가스의 산화효율이 떨어진다.

(2) 축열장치의 공급축열제에 재와 같은 찌꺼기에 의해서 막히거나 표면에 쌓이게 되어 열교환이 제대로 이루어지지 않아서 온도하강의 원인이 된다.

(3) 축열장치의 공급축열제가 오염됨으로써 압력이 증가하게 되어 본체 내부의 가스흐름에 영향을 주어서 장치 운용경비가 증가하고 내구성이 떨어진다.

상기한 문제점을 극복하기 위해서 본 발명은 내부 상단에 버너가 형성되는 연소실이 형성되고, 상기 연소실의 하단에 축열장치가 형성되며, 상기 축열장치의 하단에 유해가스를 유출입시키는 순환배기장치가 형성된 본체와;

상기 순환배기장치의 일측에 형성된 유입구와 연결되는 유입관이 형성되고, 상기 유입관에 유입공기와 보조연료를 혼합하여 공급하는 보조연료투입기가 형성되며, 상기 보조연료투입기와 이격되게 혼합기가 형성된 유입장치와;

상기 순환배기장치의 타측에 배기구와 연결되고, 배기구를 통해 배출되는 처리된 가스가 배출되는 굴뚝이 형성되되,

상기 축열장치는 원형으로 배열된 다수개의 세라믹축열제가 형성되고, 상기 각 세라믹축열제는 상하로 나뉘는 다단으로 형성되어 최하단이 교환가능하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무화염 축열식 연소설비에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.

(1) 유해가스의 온도와 농도가 변화함에 따라서 혼합기가 공기 및 보조연료를 유해가스가 보조연료투입기와 혼합기로 인해서 완전히 혼합되어 유해가스가 완전하게 산화된다.

(2) 축열장치의 공급축열제의 교체용축열제층만 교체하면 찌꺼기가 쌓이는 문제를 해결할 수 있다.

(3) 축열장치의 공급축열제를 모두 교환하지 않고 교체용축열제층만을 교체하여 유지 및 관리할 수 있어서 효율적이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 무화염 축열식 연소설비를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 무화염 축열식 연소설비의 유입장치 부분의 연결 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 무화염 축열식 연소설비의 축열장치를 나타낸 측면개념도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 무화염 축열식 연소설비의 축열장치의 세라믹축열제의 사시도.
도 5는 종래의 축열식 연소설비의 개념도.
도 6은 종래의 무화염 축열식 연소설비의 개념도.

본 발명은 내부 상단에 버너(4)가 형성되는 연소실(5)이 형성되고, 상기 연소실(5)의 하단에 축열장치(20)가 형성되며, 상기 축열장치(20)의 하단에 유해가스를 유출입시키는 순환배기장치(30)가 형성된 본체(1)와;

상기 순환배기장치(30)의 일측에 형성된 유입구(42)와 연결되는 유입관(48)이 형성되고, 상기 유입관(48)에 유입공기와 보조연료를 혼합하여 공급하는 보조연료투입기(45)가 형성되며, 상기 보조연료투입기(45)와 이격되게 혼합기(47)가 형성된 유입장치(40)와;

상기 순환배기장치(30)의 타측에 배기구(43)와 연결되고, 배기구(43)를 통해 배출되는 처리된 가스가 배출되는 굴뚝(50)이 형성되되,

상기 축열장치(20)는 원형으로 배열된 다수개의 세라믹축열제(21)가 형성되고, 상기 각 세라믹축열제(21)는 상하로 나뉘는 다단으로 형성되어 최하단이 교환가능하도록 형성된다.

상기 본체(1)는 원통형으로 형성되고, 하단에 베이스가 형성되며, 내부에는 상단부터 연소실(10), 축열장치(20) 및 순환배기장치(30)가 각각 형성된다.

상기 연소실(10)에는 초기온도(약 800℃)까지 가열하기 위한 버너(4)가 형성된다.

상기 축열장치(20)는 원형으로 형성되되, 대칭적으로 형성된 데드존(23)과 퍼지존(24)을 경계로 세라믹축열제로 형성된 다수개의 히팅존(21a)과 쿨링존(21b)이 연속하여 형성된다.

상기 히팅존(21a)의 세라믹축열제들을 공급축열제(25)라 하고, 쿨링존(21b)의 세라믹축열제들을 회수축열제(26)이라고 명명한다.

상기 데드존(23)은 열을 차단하도록 형성되고, 퍼지존(24)은 열을 쿨링존(21b)에서 히팅존(21a)으로 열을 이동시키도록 형성된다.

상기 공급축열제(25)와 회수축열제(26)의 각 세라믹축열제는 다공성으로 형성되어 가스가 유동할 수 있도록 형성되고, 열은 쿨링존(21b)에서 흡수되어 퍼지존(24)을 지나 히팅존(21a)으로 이송된다.

상기 히팅존(21a)은 높은 열을 포함하고 있는 구역(zone)으로, 유입장치(40)를 통해서 본체(1)로 유입되는 유해가스, 유입공기 및 보조연료가 혼합된 가스(이하, '유입가스'라 함)가 유입되면 연료와 함께 산화시켜 정화된다.

상기 본체(1)는 히팅존(21a)의 하단에서 유입가스가 계속적으로 유입되고 쿨링존(21d)의 상단에서 하단으로 빠져나가는 순환구조이기 때문에, 상기 히팅존(21a)의 공급축열제(25)의 하단이 유입가스에 포함된 어떤 이물질들이 공급축열제5)의 하단에 쌓이게 되는데, 이러한 문제점을 극복하기 위해서 공급축열제(25)는 상하로 분리되는 다단으로 형성되고, 최하단은 본체(1)의 외부로 쉽게 빼내어서 교체할 수 있도록 교체용축열제층(25a)이 형성된다.

상기 축열장치(20)가 다단으로 형성되되, 데드존(23), 퍼지존(24)에도 회수축열제(25)의 교체용축열제층(25a)와 같이 분리되어 함께 교체될 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 쿨링존(21b)은 열을 회수하는 구역(zone)로, 유입가스가 정화되면서 순화배기장치(30)에 의해서 연소실(10)의 격벽을 따라 유동하여 배기구(43)로 배출될 때 정화된 유입가스(이하, '배출가스'라 함)로부터 열을 빼앗고 배출가스는 배기구(43)를 통해서 굴뚝(50)으로 배출된다.

상기 순환배기장치(30)는 유동팬(32)이 축열장치(20)의 하단 가운데에 형성되어 히팅존(21a)과 쿨링존(21d)을 분리하여 유동시킬 수 있도록 형성된다.

상기 순환배기장치(30)에 의한 유입가스의 순환은 히팅존(21a)에서 유해가스가 연소 된 후 격벽을 따라 연소실(10)을 지난 후, 쿨링존(21d)을 통과하여 열교환을 한 후에 배기구(43)로 빠져나간다.

상기 유입장치(40)는 순환배기장치(30)의 유입구(42)로 유입가스를 공급하도록 형성되는데, 유해가스가 공급되는 유입관(48)이 형성되고, 상기 유입관(48)에 보조연료가 투입되도록 보조연료투입기(45)가 형성되며, 상기 보조연료투입기(45)와 연이어 혼합기(47)가 형성된다.

상기 혼합기(47)의 일측에는 유입구(42)가 연결되는데, 상기 혼합기(47)의 내부에는 지그재그로 구성되고 벽면에서 유동방향으로 경사져서 형성되는 다수개의 날개식격벽(47a)이 형성된다.

상기 각 날개식격벽(47a)에는 다수개의 홀(47b)이 형성되어 난류를 더욱더 일으킬 수 있도록 형성된다.

상기 보조연료투입기(45)는 유입관(48)과 플랜지로 연결되고, 상단이 개방된 개방구(45a)가 형성되며, 상기 개방구(45a)를 덮을 수 있도록 커버(45b)가 형성되고, 상기 커버(45b)의 상단에는 보조연료투입관(45c)이 연결되며, 상기 커버(45b)의 하단으로 보조연료투입관(45c)와 연통되어 돌출되는 노즐부(45d)가 각각 형성된다.

상기 노즐부(45d)는 주관(45e)이 형성되고, 상기 주관(45e)의 주연부에 접선방향으로 돌출되는 다수개의 보조관(45f)이 형성되고, 상기 보조관(45f)의 끝단에는 각각 노즐(45g)이 형성된다.

상기 노즐(45g)은 보조연료를 혼합하여 안개형태로 분사할 수 있도록 형성되고, 분사되는 보조연료는 수평하게 유입되는 유해가스의 흐름에 난류를 일으켜 잘 혼합될 수 있도록 형성된다.

상기 보조연료가 주입될 때 유입공기도 동시에 주입되고, 유입공기와 보조연료 및 유해가스가 혼합기(47)를 통해서 확실하게 혼합되어 공급축열재(26)를 통과할 때 산화반응 즉 연소가 빠르게 이루어질 수 있도록 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 무화염 축열식 연소설비의 작동 및 사용방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 무화염 축열식 연소설비는 최초에 연소실 내부의 온도를 승온하기 위해서 버너(4)를 이용하여 열을 공급한다.

이후, 유해가스가 유입관(48)을 따라 유입되면 유해가스의 농도가 측정되고, 유해가스의 농도에 따라서 보조연료의 투입량이 결정되고, 보조연료와 유입공기를 혼합하여 보조연료투입기(45)를 통해서 유입시킨다.

이때, 보조연료와 유입공기는 주관(45e)의 원주방향으로 형성된 보조관(45f)을 따라서 노즐(45g)을 따라 미세분사되고, 미세분사되면서 유해가스와 일차로 혼합된다.

이후, 혼합기(47)로 유입되어 날개식격벽(47a)의 표면을 따라서 흘러가거나 홀(47b)을 통과하기도 하면서 많은 난류가 발생하게 되고 유해가스와 보조연료 및 유입공기가 완전하게 혼합된 유입가스가 된다.

상기 유입가스는 유동팬(32)에 의해서 빠르게 순환배기장치(30)로 유입된 후 축열장치(20)의 히팅존(21a)으로 유입되어 연소실(5)까지 이동한다.

이때, 히팅존(21a)의 공급축열재(25)가 포함하고 있는 열기에 의해서 보조연료와 함께 유해가스가 산화하게 된다.

이후, 유해가스가 산화된 유입가스는 연소실(5)을 통과하여 쿨링존(21b)으로 빨려들어서 유동팬(32)에 의해서 배기구(43)로 배출된다.

이때, 유해가스가 산화된 유입가스가 가지고 있던 열기는 쿨링존(21b)의 회수축열제(26)에 빼앗기게 되어 냉각된다.

상기 회수된 열은 퍼지존(24)을 통과하여 히팅존(21a)의 공급축열재(25)로 공급된다.

상기와 같이 연속하여 유해가스를 처리하다가 보면, 유해가스에 포함된 여러가지 이물질에 의해서 공급축열재(25)의 일부가 막혀서 효율이 떨어지고 압력이 증가하는 등의 문제점이 발생하는데, 이때 전체 장치를 정지시킨 후 공급축열제(25)의 교체용축열제층(25a)만 교체하면 문제가 해결된다.

본 발명의 무화염 축열식 연소설비에 의하면 유해가스의 온도와 농도가 변화함에 따라서 혼합기가 공기 및 보조연료를 유해가스가 보조연료투입기와 혼합기로 인해서 완전히 혼합되어 유해가스가 완전하게 산화되고, 축열장치의 공급축열제의 교체용축열제층만 교체하면 찌꺼기가 쌓이는 문제를 해결할 수 있으며, 축열장치의 공급축열제를 모두 교환하지 않고 교체용축열제층 만을 교체하여 유지 및 관리할 수 있어서 효율적인 등의 효과가 발생한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

1 : 본체 4 : 버너
5 : 연소실 20 : 축열장치
21a: 히팅존 21b: 쿨링존
25 : 공급축열제 25a: 교체용축열제층
26 : 회수축열제 30 : 순환배기장치
32 : 유동팬 40 : 유입장치
42 : 유입구 43 : 배기구
45 : 보조연료투입기 45a: 개방구
45b: 커버 45c: 보조연료투입관
45d: 노즐부 45e: 주관
45f: 보조관 45g: 노즐
47 : 혼합기 47a: 날개식격벽
47b: 홀 48 : 유입관
48a: 개방구 50 : 굴뚝

Claims (1)

1. 내부 상단에 버너가 형성되는 연소실이 형성되고, 상기 연소실의 하단에 축열장치가 형성되며, 상기 축열장치의 하단에 유해가스를 유출입시키는 순환배기장치가 형성된 본체와;
   상기 순환배기장치의 일측에 형성된 유입구와 연결되는 유입관이 형성되고, 상기 유입관에 유입공기와 보조연료를 혼합하여 공급하는 보조연료투입기가 형성되며, 상기 보조연료투입기와 이격되게 혼합기가 형성된 유입장치와;
   상기 순환배기장치의 타측에 배기구와 연결되고, 배기구를 통해 배출되는 처리된 가스가 배출되는 굴뚝이 형성되는 일반적인 무화염 축열식 연소설비에 있어서,
   상기 축열장치는 원형으로 배열된 다수개의 세라믹축열제가 형성되고, 상기 각 세라믹축열제는 상하로 나뉘는 다단으로 형성되어 최하단이 교환가능하도록 형성되되,
   상기 세라믹축열제는 공급축열제와 회수축열제가 형성되는데, 공급축열제는 상하로 분리되는 다단으로 형성되고, 최하단은 본체의 외부로 쉽게 빼내어서 교체할 수 있도록 교체용축열제층이 형성되고,
   상기 보조연료투입기는 유입관과 플랜지로 연결되며, 상단이 개방된 개방구가 형성되고, 상기 개방구를 덮을 수 있도록 커버가 형성되며, 상기 커버의 상단에는 보조연료투입관이 연결되고, 상기 커버의 하단으로 보조연료투입관와 연통되어 돌출되는 노즐부가 각각 형성되는데,
   상기 노즐부는 주관이 형성되고, 상기 주관의 주연부에 접선방향으로 돌출되는 다수개의 보조관이 형성되며, 상기 보조관의 끝단에는 보조연료를 안개형태로 분사할 수 있는 노즐이 형성되고,
   상기 혼합기는 내부에 지그재그형태로 상하부 벽면에서 유동방향으로 경사져서 형성되는 다수개의 날개식격벽이 형성되며, 상기 각 날개식격벽에는 다수개의홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 무화염 축열식 연소설비.

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