KR101680561B1 - 선회류 가이더가 구비된 축열식 연소설비 - Google Patents

Abstract

축열재의 관리가 용이한 축열식 연소설비가 개시된다. 본 발명은, 공정 가스 분배기구, 열교환층 및 연소 챔버를 포함하여 공정 가스를 연소하기 위한 축열식 연소설비에 있어서, 상기 축열식 연소설비는, 상기 분배기구로 공정 가스를 유동하기 위한 유동 챔버; 및 상기 유동 챔버 내의 상기 공정 가스가 상기 유동 챔버 외측에서 내측으로 선회류를 형성하도록 가이드하는 선회류 가이드 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비를 제공한다. 본 발명에 따르면, 먼지, 미스트와 같은 오염물의 포집 및 제거가 용이하게 된다. 나아가, 본 발명은 축열재의 폐색을 감소시키면서도 간단한 구조를 갖는 축열식 연소설비를 제공할 수 있게 된다.

Description

선회류 가이더가 구비된 축열식 연소설비 {Regenerative Oxidizer with Rotating Flow Guider}

본 발명은 연소 폐열을 축열 및 재생하는 축열식 연소설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축열재의 관리가 용이한 축열식 연소설비에 관한 것이다.

산업 현장에서 공정 가스로 발생하는 악취나 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound)을 포함하는 유해 가스를 산화시켜 대기로 방출하는 연소 설비에는 다양한 형태가 있으나, 연소 후 방출 가스가 갖는 높은 열에너지로 공급 가스를 예열하는 방식의 축열식 연소 설비가 에너지 절감 측면 및 유해 가스 제거 효율 측면에서 유리하다는 것은 주지의 사실이다.

종래의 축열식 연소 설비를 개략적으로 설명한다.

유입구를 통하여 연소 설비 내로 유입된 공정 가스는 축열부를 통과하면서 연소 온도까지 예열되고, 공정 가스에 포함된 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등은 산화되기 시작하여 연소 장치를 구비한 연소 챔버에서 적정한 체류기간 동안 연소된다.

연소된 공정 가스는 다시 회수부를 통과하면서 상기 회수부를 축열시킨 후 배출구를 통하여 대기 중으로 배출되며, 열에너지의 효율적 활용을 위해 상기 공정 가스의 경우 일정 시간 간격으로 유입구 및 배출구에 교대로 유입될 수 있다.

그러나, 종래의 축열식 연소 설비의 경우 유입구 및 배출구에 교대로 유입되는 상기 공정 가스 중에 포함되어 있는 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등이 축열부 및 회수부에 포함된 축열재의 표면에 흡착되는 현상이 발생하며, 이로 인해 축열재층이 막히는 경우 축열식 연소 설비의 운전 자체가 불가능해지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국실용신안등록 제20-0349267호 공보는 격자모양의 지지대를 구성하고 그 상부에 세라믹 필터를 적재하고, 지지대 하부에 맨홀을 형성하여 세라믹 필터의 교체나 세척이 가능하게 하는 기술을 적용하고 있고, 실용신안등록 제20-0369022호는 세라믹 하니콤 간 적층 시, 일정 틈을 두고 적층한 후, 그 틈에 공기를 분사하여 오염물을 세척하는 에어노즐을 이용하는 방식을 적용하고 있다.

그러나, 이들 종래 기술들은 구조에 기인한 시스템의 대형화와 이에 따른 관리 곤란의 문제가 발생한다. 또한, 응집물질이 많은 경우 축열재 청소와 교체가 용이하지 않다는 문제점을 가지고 있다. 결국, 종래에는 축열재 청소 및 교체가 어려워 많은 시간과 에너지 소모가 발생하게 된다.

KR 20-0349267 B KR 20-0369022 B

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 축열재의 폐색을 억제하는 축열식 연소설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 먼지, 미스트와 같은 오염물의 포집을 용이하게 하는 축열식 연소설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 축열재의 폐색을 감소시키면서도 간단한 구조를 갖는 축열식 연소설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 공정 가스 분배기구, 열교환층 및 연소 챔버를 포함하여 공정 가스를 연소하기 위한 축열식 연소설비에 있어서, 상기 축열식 연소설비는, 상기 분배기구로 공정 가스를 유동하기 위한 유동 챔버; 및 상기 유동 챔버 내의 상기 공정 가스가 상기 유동 챔버 외측에서 내측으로 선회류를 형성하도록 가이드하는 선회류 가이드 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비를 제공한다.

본 발명의 축열식 연소 설비는 제2 선회류 가이드 덕트를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서 상기 선회류 가이드 덕트는, 유입부, 만곡부 및 개구부를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 선회류 가이드 덕트로는 공정 가스가 유입될 수 있다. 또한, 상기 선회류 가이드 덕트로 퍼지 공기 또는 상기 연소 챔버에서 연소되어 배출되는 공정 가스가 추가로 유입될 수 있다.

본 발명에서 상기 선회류 가이드 덕트의 만곡부의 최소한 일부는 상기 연소설비의 외벽에서 돌출될 수 있다. 또한, 상기 선회류 가이드 덕트의 만곡부의 최소한 일부는 상기 연소설비의 내부로 함몰될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 축열재의 폐색을 억제하는 축열식 연소설비를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 먼지, 미스트와 같은 오염물의 포집 및 제거가 용이하게 된다. 나아가, 본 발명은 축열재의 폐색을 감소시키면서도 간단한 구조를 갖는 축열식 연소설비를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 연소설비를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 축열식 연소설비(100) 내의 공정 가스 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류 가이드 덕트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열식 연소설비(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 연소설비를 개략적으로 도시한 정면도이다. 도시 편의상, 도면은 설비의 단면을 기준으로 도시하였다.

도 1을 참조하면, 축열식 연소 설비(100)는 공정 가스 분배 기구(120), 열교환층(130), 및 연소 챔버(140) 및 연소 장치(150)를 포함한다.

본 발명에서 상기 가스 분배 기구(120)로는 예컨대 로터형 분배 기구가 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 설비는 상기 로터형 분배 기구를 구동하기 위한 로터축(160)을 구비할 수 있다.

본 발명에서 상기 열교환층(130)은 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소 챔버(140)와 접하며 둘 이상의 영역으로 구분되어 상기 공정 가스와 열교환한다. 상기 열교환층은 공정 가스의 유입측에서 유입되는 공정 가스를 예열시키는 제1 열교환 영역(130A)과 연소 챔버(140)를 통과한 공정 가스의 배출측에서 열을 회수하기 위한 제2 열교환 영역(130B)을 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 열교환층(130)은 촉매층을 추가로 구비할 수 있으며, 그러한 의미에서 본 발명의 축열식 연소설비는 축열촉매식(RCO) 연소설비를 포함한다.

또한, 상기 축열식 연소설비(100)는 상기 제1 열교환 영역을 통과한 공정 가스를 연소시키기 위한 연소 장치(150)를 구비하는데, 상기 연소 장치는 버너 또는 전기 히터일 수 있다.

본 발명의 축열식 연소설비(100)는 공급되는 공정 가스가 선회류를 형성하도록 하는 선회류 가이드 덕트(200)를 포함한다. 상기 선회류 가이드 덕트(200)는 유입되는 공정 가스를 상기 설비 내로 도입하며, 상기 공정 가스를 상기 분배 기구(120)로 유도한다. 이 때, 상기 공정 가스는 상기 설비 내부에서 선회하여 외측에서 내측으로 유동하며, 분배 기구로 유입된다.

도 2는 본 발명의 축열식 연소설비(100) 내의 공정 가스 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 예컨대 선회류 가이드 덕트(200)와 같은 유입구로 유입된 공정 가스는 분배 기구(120) 즉 로터형 분배 기구를 통해 열교환층(130)의 제1 영역(130A)으로 유입된다. 유입된 공정 가스는 열교환층을 통과하여 연소 챔버로 유입되어 연소된다. 연소된 공정 가스는 열교환층의 제2 영역(130B)을 통과하여 로터형 분배 기구와 같은 분배 기구(120)를 거쳐 배출 덕트(170)로 배출된다. 이를 위하여 상기 배출 덕트(170)에는 송풍팬(도시하지 않음)이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 로터형 분배기구는 공정 가스를 분배하기 위한 유로를 제공하도록 적절히 설계될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 축열식 연소설비(100)의 하단에는 배출 포트(180)가 구비될 수 있다. 상기 배출 포트(180)를 통하여 상기 연소설비(100) 하단에 낙하하여 축적된 오염 물질을 배출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류 가이드 덕트(200)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 편의상, 본 도면에서 상기 선회류 가이드 덕트(200)를 포함하는 도 1의 설비를 A-A' 방향으로 절단하여 도시하였다.

도시된 바와 같이, 상기 선회류 가이드 덕트(200)는 유입부(210), 만곡부(220) 및 개구부(230)를 포함할 수 있다.

상기 선회류 가이드 덕트(200)는 예컨대 상기 유입부(210)을 통해 도입된 가스 흐름(예컨대 공정 가스 흐름)을 상기 연소설비(100)의 외벽 형상에 부합하는 적절한 곡률을 갖는 만곡부(220)를 거쳐 개구부(230)에서 유동 챔버(240)와 연결되며, 공정 가스의 유로를 형성한다.

상기 유동 챔버(240)에서, 상기 유입 가스 흐름은 상기 연소 설비(100)의 내벽 형상을 따라 외측에서 내측으로 선회류를 형성한다. 본 실시예에서는 상기 로터형 분배기구(120)가 상기 유동 챔버(240)의 중심부 상방에 위치하기 때문에, 상기 유동 챔버(240) 내의 가스 흐름은 외측 하방에서 내측 상방으로 이어지는 나선형의 가스 흐름이 된다. 물론, 이와 달리 상기 선회류 가이드 덕트(200) 및 로터형 분배 기구의 상대적인 설치 위치에 따라 선회류는 외측 상방에서 내측 하방으로 흐를 수도 있을 것이다.

상기 선회류 가이드 덕트(200)를 통한 적절한 유로 및 유속의 형성을 위하여, 본 발명은 상기 선회류 가이드 덕트(200)의 일단 예컨대 유입부(210)에 송풍팬(도시하지 않음)을 부가할 수 있다.

본 발명에서 만곡부(220)는 유동 챔버 내에서 선회류를 형성하기에 적합하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 상기 만곡부(220)는 상기 유동 챔버의 외주를 따르는 곡선형 유로로 구성될 수도 있고, 이와 달리 상기 유동 챔버의 외주를 따라 꺽여지는 유로로 구성될 수도 있다. 또한, 본 발명에서 상기 만곡부의 길이 및 단면적 또한 공정 가스의 유량 및 유속에 따라 적절히 설계할 수 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다. 나아가, 상기 만곡부에는 상기 개구부와는 별도로 최소한 일부의 부분에 상기 유동 챔버와 연통되는 추가의 개구부를 구비할 수도 있다.

본 발명에서 상기 선회류 가이드 덕트(200)에 의하여 상기 유동 챔버(240)에는 공급 가스의 나선형 흐름 및 와류가 형성된다. 형성된 나선형 흐름 및 와류에 의하여 유입되는 공정 가스에 포함된 먼지나 미스트가 충돌 및/또는 응축하여 낙하하게 한다. 따라서, 본 발명의 축열식 연소설비(100)는 열교환층으로 유입되는 먼지나 미스트를 감소시킬 수 있게 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열식 연소설비(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 선회류 가이드 덕트(300)를 제외하고는 나머지 구성은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 것과 대동 소이하다.

본 실시예에서 상기 선회류 가이드 덕트(300)는 여전히 축열식 연소설비(100)의 외벽 형상을 따라 원주 방향으로 가스 흐름을 가이드한다.

도 4와 마찬가지로, 도 5의 선회류 가이드 덕트(300)는 유입부(310), 만곡부(320) 및 개구부(330)를 구비하고 있으며, 공정 가스의 유동을 위한 유동 챔버(240)가 제공된다.

다만, 본 실시예에서는 도 3과 관련하여 설명한 선회류 가이드 덕트(200)와는 만곡부의 설치 위치에 있어서 상이하다. 즉 도 3의 만곡부를 포함하는 선회류 가이드 덕트(200)의 일부가 연소설비 외벽에 돌출되도록 설치된 반면, 도 5의 선회류 가이드 덕트(300)는 만곡부(220)가 연소설비(100)의 외벽 내측에 매몰되어 형성되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 공정 가스는 전형적으로 선회류 가이드 덕트를 통해 유동 챔버로 유동하여 분배 기구에 의하여 열교환층으로 분배될 수 있다. 이 때, 상기 공정 가스는 공장 등에서 배출되는 유해 가스 그 자체일 수 있으며, 이와 달리 이를 농축하거나 희석한 것일 수 있다. 본 발명에서 상기 선회류 가이드 덕트를 통해 유입되는 공정 가스의 농도는 연소설비(100)의 효율을 고려하여 적절히 설계될 수 있다.

한편, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 공정 가스의 흐름이 분기되어 유동 챔버 및 선회류 가이드 덕트를 통해 유입될 수 있다.

또, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 분배 기구로 도입된 퍼지 공기의 최소한 일부가 공정 가스 흐름에 합류하도록 설계될 수도 있다. 이와 달리, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 배출 덕트로부터 배출되는 연소된 공정 가스의 일부 흐름이 공정 가스 흐름에 합류하도록 설계될 수도 있다. 이 실시예는 유입되는 공정 가스의 유량의 실질적인 증가 없이도 유동 챔버로 유입되는 공정 가스의 유량 및/또는 유속을 제어할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 본 실시예에서 분기 되는 퍼지 가스 및 공정 가스의 유량은 먼지나 미스트의 제거 효율 및 연소 효율의 관점에서 적절히 설계될 수 있을 것이다. 한편, 도면에는 추가의 송풍 팬이 부가된 것으로 도시되어 있으나, 추가의 숭풍 팬 없이 선회류 가이드 덕트로 공정 가스를 유입하는 송풍 팬(도시하지 않음)으로 분기 퍼지 공기의 흐름을 유도할 수도 있을 것이다.

또 다른 실시예로서, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 선회류 가이드 덕트를 이용하여 공정 가스가 도입될 수도 있다. 예컨대, 연소 설비의 유동 챔버의 적절한 위치 예컨대 대칭 위치에 설치된 제1 및 제2 선회류 가이드 덕트로부터 도입된 연소 가스 흐름은 유동 챔버 내에 와류의 형성에 보다 유리할 수 있다.

이상 상술한 실시예들은 열교환층을 복수의 영역으로 구분하여 로터식 분배 기구를 기반으로 하여 공정 가스의 유입 및 유출을 제어하는 것에 관한 것이지만, 본 발명은 둘 이상의 별도의 열교환층을 교대로 축열 및 재생시키는 배치 타입의 연소설비에도 적용될 수 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다. 이 경우, 상기 분배 기구는 상기 열교환층으로 유입되는 공정 가스의 흐름을 차단 또는 전환하는 밸브류에 의해 구성될 수 있을 것이다.

또한, 도 1, 도 2 및 도 5의 실시예에서는 배출 덕트(170)가 로터형 분배 기구의 상부에서 상기 연소 챔버의 내부를 관통하여 형성된 것으로 설명하고 있지만, 상기 배출 덕트는 상기 연소 챔버를 관통하지 않고 로터 하단에서 상기 연소설비 외부로 연결될 수 도 있다.

100 축열식 연소설비
120 분배 기구
130 열교환층
130A 제1 영역
130B 제2 영역
140 연소 챔버
150 연소 장치
160 로터축
170 배출 덕트
180 배출 포트
200, 300 선회류 가이드 덕트
210, 310 유입부
220, 320 만곡부
230, 330 개구부
240, 340 유동 챔버

Claims (8)

1. 로터형 공정 가스 분배기구, 열교환층 및 연소챔버를 포함하여 악취나 휘발성 유기 화합물을 포함하는 공정 가스를 산화하여 방출하는 축열식 연소설비에 있어서,
   상기 분배 기구로 유입된 공정 가스는 열교환층을 통과하여 연소챔버에서 연소되며, 연소된 공정 가스는 열교환층을 통과하여 배출되며, 상기 열교환층은 공정 가스의 유입측에서 유입되는 공정 가스를 예열하고 연소챔버를 통과한 공정 가스의 배출측에서 열을 회수하며,
   상기 연소설비는,
   상기 설비 내로 유입되는 공정 가스를 상기 분배기구로 유동하기 위한 유동 챔버; 및
   상기 유동 챔버 내의 상기 공정 가스가 상기 유동 챔버 외측에서 내측으로 선회류를 형성하도록 가이드하는 선회류 가이드 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
2. 제1항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트는 둘 이상의 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
3. 제1항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트는,
   유입부;
   만곡부; 및
   개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
4. 제3항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트로 공정 가스가 유입되는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
5. 제4항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트로 퍼지 공기가 추가로 유입되는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
6. 제4항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트로 연소되어 배출되는 공정 가스가 추가로 유입되는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
7. 제3항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트의 만곡부의 일부는 상기 연소설비의 외벽에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
8. 제3항에 있어서,
   상기 선회류 가이드 덕트의 만곡부의 일부는 상기 연소설비의 내부로 함몰되는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.

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