KR101695473B1 - 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 건조기 또는 음식물 건조기에서 건조과정 중 증발하는 건조 배가스의 폐열은 회수하고 배가스의 수분은 대폭 낮출 수 있는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 슬러지 건조기(1)를 통과한 배가스를 내측 상부에 설치된 급수관을 통해 분무되는 응축수와 직접 접촉시켜 배가스를 냉각시키고 미세분진을 포집하기 위한 직접접촉식 응축기와; 상기 직접접촉식 응축기 하부에서 응축수배출관에 배관되어 수집된 응축수을 순환시키는 펌프와; 공정수관에 연결되며, 상기 펌프로 이송된 응축수를 유입시켜 응축수의 폐열을 공정수가 회수토록 하는 열회수용 열교환기와; 상기 열회수용 교환기 후단에 형성되며, 유입된 응축수를 순환되는 냉각수로 냉각시키는 탈습용 열교환기와; 상기 탈습용 열교환기와 직접접촉식 응축기의 급수관 사이에 배관되는 응축수공급관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 이용하면, 별도의 탈습장치 없이도 배가스의 함수율을 낮출 수 있고, 다단계의 엘리미네이터스택이 설치된 직접접촉식 응축기를 구비하여 배가스 중의 분진 포집 및 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다는 장점이 있다.

Description

배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치 {Waste heat recovery of exhaust gas and dehumidification device}

본 발명은 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치로서, 이를 보다 상세히 설명하면 간접 가열식 디스크형 또는 패들형의 슬러지 건조기 또는 음식물 건조기에서 건조과정 중 증발하는 건조 배가스의 폐열은 회수하고 배가스의 수분은 대폭 낮출 수 있는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치에 관한 것이다.

각종 슬러지나 음식물 등을 건조하는 건조기는 건조시 발생하는 배가스 중에 분진 및 폐열을 처리하기 위해 다양한 폐열 회수 및 분진 처리장치가 사용되고 있다.

일예로 국내 등록특허 10-0912867 에는 응축잠열 회수기, 폐수 저장조, 습식 세정기를 포함하는 폐열 처리장치가 개시되어 있으며, 응축잠열 회수기는 슬러지 건조기에서 배출된 폐열 및 오염물질을 함유한 배가스가 상부로부터 유입되어 하부로 이동하는 중에 배가스의 폐열을 회수하고, 배가스를 하부로 배출토록 하며, 폐수 저장조는 응축잠열 회수기의 하부에 연통설치되며, 배가스가 상부로부터 유입되며, 응축잠열 회수기의 폐열 회수시 발생된 응축수가 저장된다.

습식 세정기는 폐수 저장조의 상부에 연통설치되며, 배가스가 하부로부터 유입되어 상부로 이동하는 중에 배가스를 습식 세정하고, 배가스를 상부로 배출하며, 습식 세정에서 발생된 세정수를 폐수 저장조로 배출한다. 따라서 배가스 중의 폐열 및 오염물질의 처리를 행할 수 있도록 되어 있다.

그러나 일반적으로 알려진 건조기용 폐열 회수장치의 경우 열교환 효율이 낮고, 배가스 중의 미립분진을 확실하게 처리하지 못하여 대기오염의 주된 요인으로 작용하는 등 개선의 소지를 안고 있었던 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 대한민국 등록특허공보 10-1580679호에서와 같이 슬러지 건조기용 폐열 회수장치를 제안한 바 있다.

이는 슬러지 건조기용 폐열 회수장치에 있어서; 배가스 중의 분진을 포집하기 위한 사이클론 포집기(2)와; 상기 사이클론 포집기(2)를 통과한 배가스를 용수와 접촉시켜 열교환 및 미립분진을 포집하기 위한 벤츄리 세정탑(3)과; 상기 벤츄리 세정탑(3)을 통과한 배가스가 가진 폐열을 회수하기 위해 응축수 저장탱크(6) 상부에 하나 이상 설치되는 수직형 폐열 회수 열교환기(7)를 구비한 것을 특징으로 하고 있는 것으로, 상기 발명은 1,2차 배가스 중의 분진을 포집하기 위한 사이클론 포집기 및 벤츄리 세정탑과, 폐열을 회수하기 위한 수직형 폐열 회수 열교환기를 응축수 저장탱크 상부에 하나 이상 설치한 것으로 배가스 중의 분진 포집및 폐열을 효과적으로 회수할 수 있는 장점은 있으나, 폐열 회수 열교환기(7)를 통과한 배가스의 습도가 높아 별도의 탈습장치가 더 구비해야 하는 문제점이 있었다.

KR 공개특허 10-2010-0083898 KR 등록특허 10-0912867 KR 등록특허 10-1580679

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서,

다단계의 엘리미네이터스택이 설치된 직접접촉식 응축기를 통해 슬러지 등을 건조할 시에 발생되는 배가스가 가진 열원을 효과적으로 회수할 수 있도록 함과 동시에 미립분진도 확실하게 포집할 수 있으며, 별도의 탈습장치 없이도 배가스의 함수율을 낮출 수 있는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치를 제공함을 발명에서 해결하고자 하는 과제로 한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 참작할 수 있다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치를 구성하되,

슬러지 건조기(1)를 통과한 배가스를 내측 상부에 설치된 급수관을 통해 분무되는 응축수와 직접 접촉시켜 배가스를 냉각시키고 미세분진을 포집하기 위한 직접접촉식 응축기와; 상기 직접접촉식 응축기 하부에서 응축수배출관에 배관되어 수집된 응축수을 순환시키는 펌프와; 공정수관에 연결되며, 상기 펌프로 이송된 응축수를 유입시켜 응축수의 폐열을 공정수가 회수토록 하는 열회수용 열교환기와; 상기 열회수용 열교환기 후단에 형성되며, 유입된 응축수를 순환되는 냉각수로 냉각시키는 탈습용 열교환기와; 상기 탈습용 열교환기와 직접접촉식 응축기의 급수관 사이에 배관되는 응축수공급관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 직접접촉식 응축기는, 급수관 상부에 형성되는 상수납실 및 상수납실 전면을 개폐시키는 상커버와; 상기 직접접촉식 응축기의 급수관 하부에 형성되는 하수납실 및 하수납실 전면을 개폐시키는 하커버와; 상기 상수납실과 하수납실에 양 측면에 설치되는 레일과; 상기 레일을 따라 상수납실과 하수납실에 인입 및 인출이 가능한 엘리미네이터스택;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면,

첫째, 기체-기체나 기체-액체에 비해 열전달 효율이 훨씬 우수한 액체-액체를 열교환 하도록 시스템을 구축하여 장치의 부피를 줄일 수 있게 되고, 특히 별도의 탈습장치 없이도 배가스의 함수율을 낮출 수 있어 보다 콤팩트한 설비의 구성이 가능하여 설치 및 관리비용을 절감할 수 있다.

둘째, 열교환기를 수리, 보수하는 동안에도 시스템이 가동될 수 있는 예비라인을 구축하기가 쉽다.

둘째, 다단계의 엘리미네이터스택이 설치된 직접접촉식 응축기를 구비하여 배가스 중의 분진 포집 및 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다.

셋째, 장치의 세척과 관리를 쉽게 할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치가 적용된 예를 보인 전체 계통도
도 2는 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치의 계통도
도 3은 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치에 있어서, 직접접촉식 응축기를 보인 사시도
도 4는 직접접촉식 응축기를 보인 측단면도
도 5는 직접접촉식 응축기에 설치되는 엘리미네이터스택을 보인 사시도

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치가 적용된 예를 보인 전체 계통도로서, 본 발명은 오폐수나 음식물 쓰레기 등을 공급받아 고온의 스팀으로 슬러지를 건조시키는 슬러지건조기(1)에서 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고 탈습을 하기 전 1차로 사이클론 포집기(2)를 통과하여 이물과 분진들을 포집하게 된다.

상기 사이클론 포집기 (2)를 거진 배가스는 높은 열에너지와 함께 미세분진을 내포하고 있으므로, 이를 그대로 외부로 내보낼 경우 설비 주변의 환경을 오염시키고 에너지를 낭비하는 결과를 초래하게 되므로 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치(100)를 거쳐 배출시키고자 한다.

도 2는 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치의 계통도로, 사이클론 포집기(2)를 통과한 배가스는 배가스공급관(3)을 타고 직접접촉식 응축기(10)로 유입된다.

상기 직접접촉식 응축기(10)는 단면이 직사각형인 사각통 형상의 기체(11) 내부에 응축수를 분무하는 급수관(15)과 다단으로 엘리미네이터스택(12)이 설치된 것으로, 기체(11) 하부로 유입된 배가스가 응축수와의 직접접촉에 의해 폐열과 미세먼지를 효과적으로 포집하기 위한 설비이다.

직접접촉식 응축기(10)를 거친 배가스는 상부에 배관된 배가스배출관(4)에 설치된 송풍기에 의해 탈취설비로 압송되며, 배가스와 기액접촉하여 승온된 응축수는 펌프(7)에 의해 기체(11) 하부에 연결된 응축수배출관(6)을 타고 열회수용 열교환기(8)로 이송된다.

상기 열회수용 열교환기(8)는 고온의 응축수에 저온의 공정수를 간접적으로 접촉시켜 응축수가 갖는 폐열을 공정수가 회수토록 한 것으로, 이를 위해 상하부에 각각 공정수유입관(8a)과 공정수배출관(8b)이 배관 설치된다.

폐열을 회수한 공정수는 수탱크나 공기예열기와 같은 소요처로 전달되어 열원으로 사용된 다음 공정수탱크(50)로 회수 저장되며, 이는 다시 온수펌프(51)에 의해 열회수용 열교환기(8)로 전달되는 폐순환 구조를 갖는다.

상기 열회수용 열교환기(8) 후단에는 탈습용 열교환기(9)를 설치하여 1차적으로 폐열이 회수된 응축수를 유입시켜 다시 냉각시키도록 한다. 이를 위해 탈습용 열교환기(9) 상하부에는 냉각수유입관(9a)과 냉각수배출관(9b)이 배관 설치하여 냉각수를 유입시켜서 응축수와 간접 접촉시켜 응축수를 충분히 냉각시킬 수 있게 한다.

이렇게 냉각이 이루어진 응축수는 응축수공급관(5)을 타고 직접접촉식 응축기(10)의 급수관(15)에 형성된 노즐(16)을 통해 미립자로 분무되어 배가스의 온도를 충분히 냉각시킴으로써, 배출되어 나가는 배가스 온도의 포화습도 만큼 함수량은 낮아져 배가스의 탈습이 이루어지게 되는 것이다.

열회수용 열교환기(8)와 탈습용 열교환기(9)는 내부에 다수개의 전열판을 구성한 판형 열교환기를 적용하며, 전열판 사이로 기체보다 비열이 높은 액체와 액체가 서로 전열판을 사이에 두고 접촉되어 장치의 부피를 크게 만들지 않고도 효과적인 열회수가 가능토록 한 것이다.

한편, 상기 열교환기(8)(9)에는 예비 열회수용 열교환기(8')와 예비 탈습용 열교환기(9')를 각각 병렬 구성하고 응축수관, 공정수관, 냉각수관 및 유체제어밸브를 함께 배관 설치함으로써 간단하게 예비라인 구축이 가능하다. 이로써 메인 열교환기(8)(9)가 유지, 보수 하는 중에도 필요한 유체제어밸브를 개폐하고 예비 열교환기(8')(9')를 가동하면 연속적으로 배가스의 폐열을 회수하고 냉각할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에서 제공하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치에 있어서, 직접접촉식 응축기를 보인 사시도이며, 도 4는 직접접촉식 응축기를 보인 측단면도이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 직접접촉식 응축기(10)는 직사격형 통체 형상의 기체(11) 내부로 유입된 배가스의 높은 열과 미세먼지를 다중 적층된 엘리미네이터스택(12)을 거치면서 충분한 기액접촉을 이루어 배가스의 미세먼지와 폐열을 효과적으로 수집함과 동시에 배가스의 탈습도 동시에 이룰 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

기체(11) 상부에는 둘 이상의 급수관(15)이 나란히 형성되고, 급수관 하부에는 일정간격으로 노즐(16)이 구비되어 냉각 순환되는 응축수를 하방으로 미립 분무시킨다.

상기 급수관(15) 상부에는 하기에 기술할 엘리미네이터스택(12)이 내입되는 상수납실(13-1)과 상수납실(13-1) 전면을 개폐시키는 상커버(14-1)가 형성되고, 급수관(15) 하부에는 엘리미네이터스택(12)을 다단으로 적층할 수 있는 공간을 갖는 하수납실(13-2) 및 그 전면을 개폐시키는 하커버(14-2)가 형성되며, 상기 상커버(14-1)와 하커버(14-2)는 일측에 힌지 결합하여 회동하여 개폐시킬 수 있는 도어타입으로 구성할 수도 있다.

도 5는 직접접촉식 응축기에 설치되는 엘리미네이터스택을 보인 사시도로, 도면을 참조하면 상기 엘리미네이터스택(12)은 다수개의 단위 엘리미네이터 부재를 병렬 결합 구성하여 배가스와 미립자로 분무되는 응축수가 직접 접촉이 잘 이루어지도록 접촉면적을 넓히고 미스트를 분리 여과시켜 함수율을 낮춘 배가스만 통과시키게 한다.

상기한 구성의 엘리미네이터스택(12)은 하수납실(13-2)에서 3단으로 적층하여 기액접촉 효율을 배가시키고, 급수관(15) 상부의 상수납실(13-1)에도 설치하여 마지막으로 배가스에 내포된 수증기가 엘리미네이터 부재와 접하여 응축되도록 함으로써 탈습효과를 높인 것이다.

한편 본 발명의 직접접촉식 응축기(10)는 오염된 엘리미네이터스택(12)을 세척 및 교체가 용이하게 수납실에 내입되는 엘리미네이터스택을 슬라이드식으로 인입, 인출할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 엘리미네이터스택(12)을 일정크기로 모듈화하여 제작하고 이를 수납실 내부에 슬라이드 인입되어 지지시키기 위한 레일을 설치하며, 수납실 외부를 개폐시키는 커버를 형성함으로써 가능하게 된 것으로, 특히 하수납실(13-2)의 양 측면에는 엘리미네이터스택의 다단적층을 위해 레일 일정 간격의 높이차로 추가 설치하여 엘리미네이터스택(12)을 안정적으로 거치되도록 하며, 추가적으로 엘리미네이터스택 하부 양측으로 지지프레임(12a)을 설치하고, 상기 지지프레임(12a)에는 롤러(12b)를 형성하면 중량체인 엘리미네이터스택(12)을 수납실에 용이하게 인입 인출 시킬 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명은 슬러지건조기(1)에서 발생하여 사이클론 포집기 (2)를 거쳐 배출되는 배가스에 내포되어 있는 폐열과 미세분진과 습도를 하나의 장치(100)에서 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

먼저 폐열이 회수되는 과정을 살펴보면, 직접접촉식 응축기(10) 하부로 유입된 배가스는 하수납실(13-2)을 통과하면서 3단으로 적층된 엘리미네이터스택(12)을 통과하게 되는데, 이 때 기체 상부에 형성된 급수관(15)의 노즐(16)을 통해 미립 분무되는 차가운 응축수 및 냉각된 엘리미네이터에 직접 접촉되어 배가스의 폐열이 응축수로 회수되게 된다.

한편, 상기 과정에서 승온된 응축수는 열회수용 열교환기(8)를 거치면서 공정수로 열회수되고, 재차 탈습용 열교환기(9)를 거치면서 냉각수에 의해 냉각되어 응축기로 순환 공급된다.

배가스의 탈습은 일차적으로 엘리미네이터스택(12)을 통과하면서 미스트가 분리되고, 냉각된 미립 응축수에 의해 배가스 온도가 응축수로 회수됨에 따라 포화습도가 낮아져 그 만큼 배가스에 내포된 함수율은 낮아짐으로써 이루어진다. 또한 배가스배출관(4)으로 배출되기 직전에 상수납실(13-1)에 위치한 엘리미네이터스택을 통과하면서 배가스에 남은 잔여 수증기가 엘리미네이터 부재와 접할 때 응축되면서 추가적인 탈습이 이루어지게 되는 것이다.

특히, 오랜 사용에 의해 엘리미네이터스택(12)이 오염되어 열교환 성능이 떨어지면, 커버를 개폐하여 엘리미네이터스택을 인출하여 신속, 용이하게 세척을 하거나 새것으로 교체가 쉬워 장치의 유지 관리가 편리한 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

100:폐열회수 및 탈습겸용 장치
1:슬러지건조기 2:사이클론 포집기
3:배가스공급관 4:배가스배출관 5:응축수공급관 6:응축수배출관
7:펌프 8:열회수용 열교환기 8a:공정수유입관 8b:공정수배출관
8':예비 열회수용 열교환기 9':예비 탈습용 열교환기
9:탈습용 열교환기 9a:냉각수유입관 9b:냉각수배출관
10:직접접촉식 응축기 11:기체
12:엘리미네이터스택 12a:지지프레임 12b:롤러
13-1:상수납실 13-2:하수납실 14-1:상커버 14-2:하커버
15:급수관 16:노즐 50:공정수탱크 51:온수펌프

Claims (3)

1. 슬러지 건조기(1)에서 발생한 배가스가 하부로 유입되어 내측 상부에 설치된 급수관(15)을 통해 분무되는 응축수와 직접 접촉시켜 배가스를 냉각시키고 미세분진을 포집하기 위한 직접접촉식 응축기(10);
   상기 직접접촉식 응축기(10) 하부에서 응축수배출관(6)에 배관되어 수집된 응축수을 순환시키는 펌프(7);
   공정수탱크(50)와 배관 연결되며, 상기 펌프(7)로 이송된 응축수를 유입시켜 응축수의 폐열을 공정수가 회수토록 하는 열회수용 열교환기(8);
   상기 열회수용 열교환기(8) 후단에 형성되며, 유입된 응축수를 순환되는 냉각수로 냉각시키는 탈습용 열교환기(9);
   상기 탈습용 열교환기(9)와 직접접촉식 응축기(10)의 급수관(15) 사이에 배관되는 응축수공급관(5);
   직접접촉식 응축기(10) 상단에 배관되어 배가스를 배출시키는 배가스배출관(4);을 포함하며,
   
   상기 직접접촉식 응축기(10)에는,
   급수관(15)과 배가스배출관(4) 사이로 상커버(14-1)에 의해 개폐되는 상수납실(13-1)과 그 내부로 인입 인출되는 엘리미네이터스택(12)을 구비하여 배가스배출관(4)으로 배가스가 방출되기 직전에 배가스에 내포된 수증기가 엘리미네이터스택과 접하여 응축되도록 함으로써 탈습효과를 높이고,
   
   상기 열회수용 열교환기(8)와 탈습용 열교환기(9)는 내부에 다수개의 전열판을 구성한 수냉식 열교환기를 적용하며, 열회수용 열교환기(8)와 탈습용 열교환기(9)에는 예비 열회수용 열교환기(8‘와 예비 탈습용 열교환기(9’를 각각 병렬 구성하여 열교환기의 고장 시에도 연속운전이 가능토록 하며,
   
   상기 열회수용 열교환기(8)는 고온의 응축수와 상기 공정수탱크(50)으로부터 유입된 저온의 공정수가 상호 열교환하여 응축수가 갖는 폐열을 공정수가 회수할 수 있도록 공정수유입관(8a)과 공정수배출관(8b)이 배관 설치하고, 폐열을 회수한 공정수는 공정수 소요처에서 열원으로 사용된 다음 공정수탱크(50)로 회수 저장되며, 이는 다시 온수펌프(51)에 의해 열회수용 열교환기(8)로 전달되는 폐순환 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배가스의 폐열회수 및 탈습겸용 장치.
   
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