KR101702219B1 - 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템 및 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템 및 회수 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 연소장치로부터 발생되는 수증기를 함유한 고온의 연소 배가스로부터 응축열을 회수하여 고온의 온수를 생산하기 위한 배가스 전단 열교환기, 흡수액 유동층 열교환기, 재생장치 그리고 흡수액-급수 열교환기와 수증기-급수 열교환기를 조합한 흡수액을 사용한 배가스 응축열회수 시스템에 관한 것이다.

Description

배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템 및 회수 방법{The optimized condensing heat recovery system using absorbing liquid fluidized bed heat exchanger and front heat exchanger for boiler flue gas}

본 발명은 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템 및 회수 방법에 대한 것이다.

종래의 연소 배가스의 폐열회수를 위하여 물 유동층 열교환기를 사용하여, 고온의 부식성 배가스에 함유된 수증기의 응축 잠열과 현열을 회수하였다. 또한, 기존의 열매체 유동층 열교환기를 사용하여 약 80^oC 정도의 고온의 온수를 생산할 수 있으나, 주로 현열만을 회수하였다.

도 1은 종래 물 유동층 열교환기의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 물 유동층 열교환기는, 사각동체(1)의 내저부에 설치된 열교환 전열관(2)의 저면에 다공판(3)을 설치하고 사각동체(1)의 상부에는 물방울 제거필터(4)가 설치되어 있다.

또한, 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하여 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하되 사각외동체(1a)와 저면판(1b)의 연접부를 도 1에서와 같이 각이 지게 연접되어 있다.

그리고 사각동체(1)의 상부 일측에 자동조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 연관시켜 이 급수관(7a)을 통하여 적당량의 물을 공급시키면 보일러 가동 중지시에는 다공판(3)을 통하여 배기가스 유도통로(5)(5a)와 사각동체(1)의 저면에 모여 있다가 보일러 가동시에는 공급되는 배기가스압력에 의하여 다공판(3)을 통하여 사각동체(1)의 내부로 유입되어 열교환 전열관(2) 사이에서 물 유동층을 형성하게 된다. 또한, 사각외동체(1a)의 상부에는 배기가스 배출구(8)와 연통되게 배기가스 바이패스(by-pass)관(9)을 설치하여 고온의 배기가스 일부가 바이패스관(9)을 통하여 배기가스 배출구(8)로 유입되어 물방울 제거필터(4)를 통과하여 나오는 냉각된 수분 포화상태의 배기가스와 혼합되므로 수분이 포화된 배기가스는 재가열되어 배기가스 배출구(8) 이후의 연도에서는 배기가스의 냉각으로 인한 수분의 응축현상을 방지할 수 있는 구성을 기재하고 있다.

그러나 이러한, 기존의 물 유동층 열교환기에서는 물 유동층에서의 배가스의 온도는 물 유동층에서의 습공기의 포화온도 이하로 제한되기 때문에 물 유동층 내에 설치한 전열관 내의 급수의 온도도 이러한 포화온도 이하로 제한된다. 따라서 일반적인 보일러의 배가스의 폐열회수의 경우, 이러한 물유동층에서의 습공기의 포화온도는 대략 55^oC 이하가 된다. 이에 따라 물유동층 열교환기만을 사용하는 경우, 물유동층을 통과한 급수 온도는 약 55^oC 이하로 제한된다.

또한 물유동층의 출구에서 포화 배가스가 배출되어 백연의 문제가 발생할 수 있다.

그리고 현재의 선진국의 경우, 배가스의 응축열회수를 위한 충진탑을 사용하여 흡수액과 배가스를 직접접촉하여 배가스 내의 수증기를 흡수하여 응축잠열을 회수하고 있다. 이 경우, 배가스의 응축열회수 과정에서 수분을 흡수한 저농도의 흡수액을 재생하기 위하여 스팀을 사용하여 흡수액을 가열하여 흡수액 내의 수분을 일부 증발시킨다.

또한 배가스의 폐열을 회수하여 흡수액 유동층 내의 설치한 전열관 내의 급수를 가열하는 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 응축열회수 시스템이 제안되었다. 이러한 흡수액 유동층 열교환기를 적용함으로써 응축회수열량을 극대화시킬 수 있는 장점이 있으나 이 경우에도 흡수액 유동층 열교환기로 유입되는 배가스 조건을 최적화하기 위한 장치가 고려되지 않았다.

대한민국 등록특허 제1118509호 대한민국 등록특허 제0242226호 대한민국 등록특허 제0578109호 대한민국 등록특허 제0213303호 대한민국 공개특허 제2013-0096317호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 연소장치로부터 배출되는 다량의 수증기를 함유한 고온 배가스의 폐열을 회수하여 고온의 온수를 생산하기 위한 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다량의 수증기를 포함하고 있는 고온 배가스는 흡수액 유동층 열교환기 이전에 설치된 배가스 전단 열교환기를 통과하면서 배가스 폐열 일부가 회수된다. 배가스 전단 열교환기의 응축 열회수과정에서 배가스의 온도 및 습도는 낮아지고, 배가스 내의 수증기가 일부 제거되어 흡수액 다단 유동층 열교환기로 최적으로 열회수가 가능한 상태로 공급하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 배가스의 유로에 여러 개의 다공판을 설치하여 각 다공판 위에 흡수액 유동층을 형성하고, 배가스 내의 수증기를 흡수하여 배가스의 현열과 함께 응축잠열을 회수하게 되는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 수증기를 흡수한 흡수액의 재생을 위하여 흡수액을 가열하여 흡수액 내의 물을 증발시켜 수증기를 발생시키고, 배가스 열회수 과정에서 배가스 전단 열교환기에서 온수를 1차적으로 생산하고, 흡수액 유동층 열교환기에서 배출된 고온의 흡수액과 재생장치에서 배출된 수증기로부터 온수를 2차 가열하여 고온수를 생산하여 에너지를 회수할 수 있으며, 흡수액 유동층 열교환기로부터 습도가 낮은 건가스가 대기로 배출되어 백연문제를 효과적으로 해결할 수 있고, 이에 따라, 흡수액 유동층 열회수 시스템의 성능향상을 위해 흡수액 다단 유동층 열교환기 이전에 추가적인 배가스 전단 열교환기를 설치함으로써 배가스 폐열의 일부를 회수하고 배가스 내의 수분을 일부 사전에 제거할 수 있다. 그리고 흡수액 다단 유동층 열교환기에 최적화된 온도와 습도를 가진 배가스를 공급함으로써, 배가스의 현열 및 잠열을 회수함과 동시에 흡수액의 재생에 요구되는 열량을 최소화함으로써 고가의 스팀의 사용량을 줄여서, 전체적인 흡수액 유동층 열회수 시스템 효율향상을 도모할 수 있는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 배가스 응축열 회수 장치에 있어서, 연소장치에서 배출되는 고온의 배가스와 급수가 열교환되어, 상기 고온의 배가스의 일부 현열과 수분을 제거하고 급수가 가열되는 배가스 전단 열교환기; 상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체와, 몸체 내에 구비되어 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 잠열과 현열을 흡수하는 흡수액 유동층을 갖는 흡수액 유동층 열교환기; 및 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 배출구를 통해 배출되는 흡수액에 의해 상기 급수가 가열되는 흡수액 급수 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 장치로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 배가스 배출구와 상기 흡수액 유동층 사이의 상기 몸체 내에 구비되어 배가스의 액적을 제거하는 데미스터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 흡수액 유동층 열교환기는, 다공판이 서로 소정간격 이격되어 배치되는 다단 형식으로 구성되며, 상부측 몸체 외면에 형성되어 흡수액이 유입되는 흡수액 유입구과, 상부측 다공판과 소정간격 이격되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관과, 상기 오버플로우 배출관을 통해 배출된 흡수액이 하부측 다공판으로 유입되는 오버플로우 유입관과, 하부측 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 흡수액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 배가스 전단 열교환기의 유입단측과 토출단측 사이를 연결하는 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 바이패스라인 일측에 구비되어, 상기 배가스 전단 열교환기로 유입되는 고온의 배가스의 유량을 조절하는 바이패스 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 배가스 전단 열교환기는 물유동층 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 배가스 응축열 회수 방법에 있어서, 연소장치에서 배출된 고온의 배가스가 배가스 전단 열교환기를 통과하며, 급수에 일부 현열과 응축잠열을 전달하는 단계; 상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 흡수액 유동층 열교환기의 몸체에 구비된 배가스 유입구를 통해 몸체 내의 다공판 하부로 유입되는 단계; 상기 배가스가 다공판을 통과하여 흡수액 유동층으로 유입되는 단계; 상기 흡수액 유동층의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 잠열, 현열을 흡수하여 가열되는 단계; 배가스가 데미스터에 의해 액적이 제거되어 배가스 배출구를 통해 배출되는 단계; 및 수증기를 흡수하고, 가열된 흡수액이 흡수액 급수 열교환기에 통과하며 급수측으로 열을 방출하여 고온수를 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 일부 현열과 응축잠열을 전달하는 단계에서, 바이패스 라인을 통해 연소장치에서 배출된 일부 배가스는 흡수액 유동층 열교환기 측으로 유입되고, 나머지 배가스는 배가스 전단 열교환기를 통과한 후 흡수액 유동층 열교환기 측으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 바이패스 라인에 구비된 바이패스 밸브에 의해 전단 열교환기 측으로 유입되는 배가스의 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 다공판은 서로 소정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되며, 다수의 상기 다공판 상부 각각에 흡수액 유동층이 구비되며, 몸체의 상단측 다공판과 소정간격 상부측으로 이격되어 구비된 오버플로우 배출관을 통해 흡수액이 배출되는 단계; 오버플로우 배출관을 통해 배출된 흡수액이 하단측 다공판 상부측으로 오버플로우 유입관을 통해 유입되는 단계; 및 상기 하단측 다공판과 소정간격 상부측으로 이격되어 구비된 흡수액 배출구를 통해 흡수액 급수 열교환기 측으로 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 배가스 응축열 회수 시스템에 있어서, 연소장치에서 배출되는 고온의 배가스와 급수가 열교환되어, 상기 고온의 배가스의 일부 현열과 수분을 제거하고 급수가 가열되는 배가스 전단 열교환기; 상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체와, 몸체 내에 구비되어 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 잠열과 현열을 흡수하는 흡수액 유동층을 갖는 흡수액 유동층 열교환기; 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 배출구에서 토출된 흡수액의 수분을 제거하여 재생시키는 재생장치; 및 상기 재생장치를 통해 배출되는 흡수액에 의해 상기 급수가 가열되는 흡수액 급수 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 재생장치는, 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 배출구에서 토출된 흡수액이 유입되어 저장되는 흡수액 탱크; 및 상기 흡수액 탱크에서 토출되는 흡수액 일부가 유입되어 공급되는 재생열에 의해 수증기를 발생시켜 수분이 제거된 흡수액을 상기 흡수액 탱크로 순환시키는 증발기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 증발기에서 발생된 수증기가 유입되어, 상기 흡수액 급수 열교환기에서 토출된 급수가 상기 수증기에 의해 가열되어 고온수를 배출시키는 수증기 급수 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 증발기 측으로 유입되는 흡수액의 유량을 조절하는 흡수액조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 흡수액 탱크에 저장된 흡수액을 토출시키기 위한 동력을 제공하는 흡수액펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법에 있어서, 연소장치에서 배출된 고온의 배가스가 배가스 전단 열교환기를 통과하며, 급수에 일부 현열과 응축잠열을 전달하는 단계; 상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 흡수액 유동층 열교환기의 몸체에 구비된 배가스 유입구를 통해 몸체 내의 다공판 하부로 유입되는 단계; 상기 배가스가 다공판을 통과하여 흡수액 유동층으로 유입되는 단계; 상기 흡수액 유동층의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 잠열, 현열을 흡수하여 가열되는 단계; 및 배가스가 데미스터에 의해 액적이 제거되어 배가스 배출구를 통해 배출되는 단계;를 포함하고, 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액배출구를 통해 토출된 흡수액은 재생장치에 의해 수증기 일부가 제거되고, 흡수액 급수열교환기에서 급수로 열을 전달한 후, 다시 상기 흡수액 유동층 열교환기로 유입되는 것을 특징으로 하는 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 흡수액배출구를 통해 토출된 흡수액이 흡수액 탱크에 저장되는 단계; 흡수액펌프 가동에 의해 흡수액 탱크 내의 흡수액 일부가 증발기로 유입되고 증발기로 공급되는 재생열에 의해 수증기를 발생시켜 수분일부가 제거된 상태로 다시 흡수액 탱크로 유입, 순환되고, 동시에 나머지 흡수액은 상기 흡수액 급수 열교환기로 유입되는 단계; 및 흡수액 급수 열교환기에서 급수를 가열한 흡수액이 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 유입구로 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 급수의 유동경로는, 급수펌프에 의해 급수가 상기 배가스 전단열교환기로 유입되어 배가스에 의해 가열되는 단계; 온수배관을 통해 급수가 흡수액 급수 열교환기로 유입되어 흡수액에 의해 가열되는 단계; 및 급수가 수증기 급수 열교환기에서, 상기 증발기에 토출된 수증기에 의해 가열되어 고온수가 생성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 발명은 수증기를 함유한 고온의 연소 배가스의 응축잠열을 흡수액 유동층 열교환기를 사용하여 회수하여 온수를 생산하고, 흡수액 유동층 열교환기로부터 습도가 낮은 건가스를 대기로 배출하여 백연 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다단의 흡수액 유동층을 사용하여, 전열효율이 높고, 자체 청소 기능을 보유할 수 있고, 흡수액 유동층 열교환기로 유입되는 배가스의 온습도를 제어하기 위해 흡수액 유동층 열교환기의 전단에 배가스 전단 열교환기를 설치하여 배가스의 폐열을 일부 회수하여 활용하고, 배가스 내의 수분을 일부 응축시켜 제거하여 온도와 습도가 낮아진 배가스를 흡수액 유동층 열교환기로 공급한다. 이에 따라, 흡수액 유동층 열교환기에 유입되는 배가스 온습도 조건이 최적이 되도록 하여, 흡수액 재생을 위한 고가의 스팀을 사용한 재생 열량이 최소화하도록 하여 응축열회수 시스템의 성적계수(C.O.P)를 증대 시킬 수 있는 효과를 갖는다.

이에 따라, 본 발명은 기존의 기술에 비하여 배가스의 온도와 습도의 최적화를 통하여 재생열량을 최소화함으로써 고가의 스팀의 사용량이 줄어들고, 열회수 장치의 열회수 성능과 경제성이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 물 유동층 열교환기의 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스의 유동경로를 나타낸 흐름도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기 측의 구성도,
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배가스 전단 열교환기 측의 구성도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 유동층 열교환기 측의 구성도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 순환 경로를 나타낸 흐름도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 재생장치 측의 구성도를 나타낸 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는, 본 발명의 따른 배가스 전단 열교환기(20)와 흡수액 유동층 열교환기(30)를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20)와 흡수액 유동층 열교환기(30)를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20)와 흡수액 유동층 열교환기(30)를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20)와 흡수액 유동층 열교환기(30)를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템(100)은, 배가스 전단 열교환기(20), 흡수액 유동층 열교환기(30), 흡수액 급수 열교환기(40), 재생장치 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스의 유동경로를 나타낸 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20) 측의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20) 측의 구성도를 도시한 것이다.

도 2 및 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 연소장치(10)에서 발생된 다량의 수증기를 함유한 고온의 배가스를 송풍기를 사용하여 배가스 전단 열교환기(20)에 공급한다(S1). 배가스 전단 열교환기(20)에서는 배가스가 갖고 있는 일부 현열 및 잠열을 회수하도록 한다(S2). 온도와 습도가 낮아진 배가스를 흡수액 유동층 열교환기(30)의 배가스유입구(31)로 공급된다.

후에 설명되는 바와 같이, 흡수액 유동층 열교환기(30)의 배가스 유로에 여러 개의 다공판(3)을 설치하고 각각의 다공판(3) 위의 흡수액 유동층 내에 전열관 배열이 설치된다. 흡수액 유동층의 가장 상부에 데미스터를 설치하여, 흡수액의 액적이 상부로 배출되지 않도록 한다. 그리고, 가장 상부의 흡수액 유동층을 통과한 배가스는 데미스터에서 액적이 제거된 상태로 배가스배출구(33)인 연돌을 통하여 습도가 적은 건가스의 상태로 밖으로 배출된다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 배가스 전단 열교환기(20)에서는 급수펌프(21)를 통해 유입되는 급수와 연소장치(10)에서 토출되는 고온의 배가스 사이에 열교환이 발생되어, 급수가 배가스의 일부 현열 및 잠열을 흡수하여 가열되게 된다. 가열된 급수는 온수배관(22)으로 토출되며, 일부 현열 및 잠열이 제거된 배가스는 흡수액 유동층 열교환기(30) 측으로 유입되게 된다(S3).

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 3 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 배가스 전단 열교환기(20)의 전단과 후단을 연결하는 바이패스 라인(23)을 더 포함하여, 연소장치(10)에서 토출되는 배가스 일부를 바이패스시켜, 배가스 전단 열교환기(20)를 거친 배가스와 함께, 흡수액 유동층 열교환기(30) 측으로 유입시키도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 이러한 바이패스 라인(23) 일측에 바이패스 밸브(24)를 구비하여, 바이패스되는 배가스의 유량을 조절할 수 있다. 따라서, 배가스 전단 열교환기(20)를 거치게 되는 배가스의 유량을 조절하게 됨으로써, 흡수액 유동층 열교환기(30)로 유입되는 배가스의 온도와 습도를 제어할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 유동층 열교환기(30) 측의 구성도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 유동측 열교환기는 다단 형식으로 구성될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 유동층 열교환기(30)는, 몸체(32)와, 다공판(3), 흡수액 유동층 등을 포함하여 구성될 수 있다. 몸체(32)는 배가스 전단 열교환기(20)에서 토출된 배가스가 유입되는 배가스유입구(31)와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스배출구(33)를 구비한다.

또한, 다공판(3)은 몸체(32) 내에 구비되어 유입된 배가스가 통과되며, 이러한 다공판(3) 상부측에 흡수액으로 구성되며 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 잠열과 현열을 흡수하는 흡수액 유동층을 갖는다.

그리고, 흡수액 유동층 열교환기(30)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 다공판(3)과 흡수액유동층이 서로 소정간격 이격되어 배치되는 다단 형식으로 구성됨을 알 수 있다.

즉, 상부측 몸체(32) 외면에 형성되어 흡수액이 유입되는 흡수액유입구(34)와, 상부측 다공판(3)과 소정간격 이격되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관(35)과, 상기 오버플로우 배출관(35)을 통해 배출된 흡수액이 하부측 다공판(3)으로 유입되는 오버플로우 유입관(36)과, 하부측 다공판(3)과 특정간격 상부측의 몸체(32) 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 흡수액배출구(37)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 흡수액 유동층 열교환기(30)에서의 흡수액 유동층을 일정한 높이로 안정적으로 형성하기 위하여, 각각의 상단 흡수액유동층의 벽면에 오버플로우 배출관(35)을 설치하게 되고, 하단 흡수액 유동층의 벽면에 오버플로우유입관을 설치하게 된다.

또한, 후에 설명되는 바와 같이, 흡수액 유동층의 형성을 위하여 흡수액 저장탱크에 흡수액 펌프(51)를 연결하여, 흡수액을 흡수액유입구(34)로 공급하게 된다. 상단 흡수액 유동층에 흡수액을 흡수액 펌프(51)를 사용하여 계속 공급하면, 흡수액 유동층의 상면이 오버플로우 배출관(35) 위치보다 높아지게 되고, 이후 오버플로우 배출관(35)을 통하여 배출된 흡수액은 하단 흡수액 유동층의 오버플로우 유입관(36)으로 흘러 들어가게 된다.

그리고 하단 흡수액 유동층에서는 흡수액배출구(37)를 통하여 흡수액 유동층 열교환기(30)의 밖으로 배출되어 흡수액 저장탱크로 유입되게 된다.

이러한 다단의 흡수액 유동층 열교환기(30)에서 수증기를 함유한 고온 배가스가 각각의 흡수액의 유동층을 통과하면서, 고온 습가스가 흡수액 유동층 내에서 흡수액과 직접접촉한다. 이러한 과정에서 고온 배가스와 흡수액의 온도 차이에 의하여 현열이 전달된다(S4). 그리고 고온 배가스와 흡수액의 증기압의 차이에 의하여 배가스 내의 수증기가 흡수액 측으로 이동하여, 배가스의 수증기의 응축잠열이 흡수액 측으로 전달된다. 그리고, 배가스는 데미스터에 의해 액적이 제거되어 건가스 형태로 배가스배출구(33)를 통해 토출되게 된다(S5).

이에 따라, 흡수액 유동층에서 고온 배가스의 현열과 응축잠열이 흡수액 측으로 전달되어 흡수액의 온도가 상승하고 농도가 낮아진다. 흡수액 탱크(50)에 있는 흡수액의 농도가 낮으므로, 흡수액 내의 수분 함량을 줄이는 재생공정이 필요하다

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 순환 경로를 나타낸 흐름도를 도시한 것이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 재생장치 측의 구성도를 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 재생장치는 흡수액 탱크(50), 흡수액 펌프(51), 증발기(60), 수증기 급수 열교환기(70) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

흡수액 유동층 열교환기(30)의 흡수액배출구(37)를 통해 토출된 흡수액은 먼저, 흡수액 탱크(50)에 저장되고, 흡수액 탱크(50)에 연결된 흡수액 펌프(51)를 사용하여 일부의 흡수액이 증발기(60)로 공급되게 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 이러한 증발기(60)에 주로 고온의 스팀을 사용하여 흡수액의 증발온도 이상으로 흡수액을 가열하여 흡수액 내의 물의 일부를 증발시켜 수증기를 발생시키게 됨을 알 수 있다.

이에 따라, 증발기(60)로부터 고농도의 고온 흡수액이 일부의 물이 제거된 상태로 배출되어, 흡수액 탱크(50)로 돌아온다. 그리고 증발기(60)에서 증발된 수증기는 수증기 급수 열교환기(70)로 공급된다. 이러한 수증기는 수증기 급수 열교환기(70)에서 급수를 가열하여 폐열을 회수하며, 수증기는 응축되어 응축수의 상태로 수증기 급수 열교환기(70)로부터 배출된다.

그리고 흡수액 탱크(50)의 고온 흡수액은 흡수액 펌프(51)를 사용하여 흡수액 급수 열교환기(40)로 공급되며, 이러한 흡수액 급수 열교환기(40)에서 흡수액과 급수의 온도 차이에 의하여 흡수액으로부터 급수로 열이 전달되어 흡수액의 온도가 낮아지고, 급수의 온도가 상승한다. 그리고 온도가 낮아진 흡수액은 흡수액 유동층 열교환기(30)로 다시 공급되어 계속 순환하게 된다.

이에 따라, 수증기를 함유한 고온 배가스의 현열과 응축잠열을 회수하여 고온수를 생산하게 된다. 본 발명에서는 기존의 기술과 같이 고온의 흡수액을 사용하여 급수를 가열하고, 그 후에 증발기(60)로부터 배출되는 수증기를 사용하여 급수를 더욱 가열한다.

기존의 흡수액 다단 유동층 열교환기(30)의 단독 사용에 비해 배가스 전단 열교환기(20) 설치함으로써 배가스의 폐열을 일부 회수하면서 배가스 온습도를 최적으로 제어하여 흡수액 다단 응축열회수 장치에서 열회수가 최적으로 이루어져 응축열회수 시스템의 성능과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 급수의 유동경로는, 급수펌프(21)에 의해 급수가 배가스 전단 열교환기(20) 측으로 유입되어(S11), 배가스의 현열, 응축열 일부를 흡수하여 가열되게 된다(S12). 그리고, 온수배관(22)을 통해 토출되어 흡수액 급수 열교환기(40) 측으로 유입되게 된다(S13).

흡수액 급수 열교환기(40)에서 급수는 흡수액에 의해 가열되고(S14), 수증기 급수 열교환기(70)에서 수증기에 의해 가열되어 고온수가 생산되게 된다(S15).

흡수액의 순환경로는, 수증기 일부가 제거된 저온의 흡수액이 흡수액 유동층 열교환기(30)의 흡수액유입구(34)로 유입되고(S21), 흡수액 유동층 열교환기(30)의 상단 흡수액 유동층의 흡수액이 오버플로우 배출관(35)을 통해 하단 흡수액 유동층의 오버플로우 유입관(36)으로 유입되게 된다(S22).

그리고, 하단 흡수액 유동층의 흡수액이 흡수액배출구(37)를 통해 토출되어 흡수액 탱크(50)로 유입되게 된다(S23). 그리고, 흡수액 펌프(51)에 의해 흡수액 탱크(50)에 저장된 일부 흡수액이 증발기(60)를 거치며 순환하면서 수증기가 제거되게 된다. 즉, 흡수액 펌프(51)에 의해 흡수액 일부가 증발기(60)로 유입되며(S24), 증발기(60)로 공급되는 재생열에 의해 흡수액에 수증기가 발생되고, 그 수증기는 수증기 급수 열교환기(70) 측으로 토출되고, 흡수액은 고농도가 되어 흡수액 저장탱크로 유입되어 순환되게 된다(S25).

또한, 흡수액 펌프(51)에 의해 흡수액 탱크(50)에 저장된 흡수액은 흡수액 급수 열교환기(40)로 유입되어 급수를 가열하고(S26), 냉각되어 다시 저온의 흡수액이 흡수액 유동층 열교환기(30)의 흡수액유입구(34)로 유입되면서 순환되게 된다. 이러한 과정은 흡수액 펌프(51)의 가동이 중단될 때까지 지속된다(S27).

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1b:저면판
2:열교환 전열관
3:다공판
4:물방울 제거필터(데미스터)
5a,5b:배가스 유동통로
6:배기가스유입구
7:자동조절밸브
8:배기가스 배출구
9:바이패스관
10:연소장치
20:배가스 전단 열교환기
21:급수펌프
22:온수배관
23:바이패스라인
24:바이패스 밸브
30:흡수액 유동층 열교환기
31:배가스유입구
32:몸체
33:배가스배출구
34:흡수액유입구
35:오버플로우 배출관
36:오버플로우 유입관
37:흡수액 배출구
40:흡수액 급수 열교환기
50:흡수액 탱크
51:흡수액 펌프
60:증발기
70:수증기 급수 열교환기
100:배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템

Claims (18)

1. 배가스 응축열 회수 시스템에 있어서,
   연소장치에서 배출되는 고온의 배가스와 급수가 열교환되어, 상기 고온의 배가스의 일부 현열과 수분을 제거하고 급수가 가열되는 배가스 전단 열교환기;
   상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체와, 몸체 내에 구비되어 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 잠열과 현열을 흡수하는 흡수액 유동층을 갖는 흡수액 유동층 열교환기;
   상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 배출구에서 토출된 흡수액이 유입되어 저장되는 흡수액 탱크와, 상기 흡수액 탱크에서 토출되는 흡수액 일부가 유입되어 공급되는 재생열에 의해 수증기를 발생시켜 수분이 제거된 흡수액을 상기 흡수액 탱크로 순환, 재생시키는 증발기를 갖는 재생장치;
   상기 재생장치를 통해 배출되는 흡수액에 의해 상기 급수가 가열되는 흡수액 급수 열교환기; 및
   상기 증발기에서 발생된 수증기가 유입되어, 상기 흡수액 급수 열교환기에서 토출된 급수가 상기 수증기에 의해 가열되어 고온수를 배출시키는 수증기 급수 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배가스 배출구와 상기 흡수액 유동층 사이의 상기 몸체 내에 구비되어 배가스의 액적을 제거하는 데미스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 흡수액 유동층 열교환기는,
   다공판이 서로 소정간격 이격되어 배치되는 다단 형식으로 구성되며,
   상부측 몸체 외면에 형성되어 흡수액이 유입되는 흡수액 유입구과, 상부측 다공판과 소정간격 이격되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관과, 상기 오버플로우 배출관을 통해 배출된 흡수액이 하부측 다공판으로 유입되는 오버플로우 유입관과, 하부측 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 흡수액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 배가스 전단 열교환기의 유입단측과 토출단측 사이를 연결하는 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징을 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 바이패스라인 일측에 구비되어, 상기 배가스 전단 열교환기로 유입되는 고온의 배가스의 유량을 조절하는 바이패스 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 배가스 전단 열교환기는 물유동층 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 증발기 측으로 유입되는 흡수액의 유량을 조절하는 흡수액조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 흡수액 탱크에 저장된 흡수액을 토출시키기 위한 동력을 제공하는 흡수액펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템.
   
9. 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법에 있어서,
   연소장치에서 배출된 고온의 배가스가 배가스 전단 열교환기를 통과하며, 급수에 일부 현열과 응축잠열을 전달하는 단계;
   상기 배가스 전단 열교환기에서 토출된 배가스가 흡수액 유동층 열교환기의몸체에 구비된 배가스 유입구를 통해 몸체 내의 다공판 하부로 유입되는 단계;
   상기 배가스가 다공판을 통과하여 흡수액 유동층으로 유입되는 단계;
   상기 흡수액 유동층의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 잠열, 현열을 흡수하여 가열되는 단계; 및
   배가스가 데미스터에 의해 액적이 제거되어 배가스 배출구를 통해 배출되는 단계;를 포함하고,
   상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액배출구를 통해 토출된 흡수액은 재생장치에 의해 수증기 일부가 제거되고, 흡수액 급수열교환기에서 급수로 열을 전달한 후, 다시 상기 흡수액 유동층 열교환기로 유입되고,
   상기 흡수액배출구를 통해 토출된 흡수액이 흡수액 탱크에 저장되며, 흡수액펌프 가동에 의해 흡수액 탱크 내의 흡수액 일부가 증발기로 유입되고 증발기로 공급되는 재생열에 의해 수증기를 발생시켜 수분일부가 제거된 상태로 다시 흡수액 탱크로 유입, 순환되고, 동시에 나머지 흡수액은 상기 흡수액 급수 열교환기로 유입되고, 흡수액 급수 열교환기에서 급수를 가열한 흡수액이 상기 흡수액 유동층 열교환기의 흡수액 유입구로 유입되는 것을 특징으로 하는 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    일부 현열과 응축잠열을 전달하는 단계에서,
    바이패스 라인을 통해 연소장치에서 배출된 일부 배가스는 흡수액 유동층 열교환기 측으로 유입되고, 나머지 배가스는 배가스 전단 열교환기로 유입되는 것을 특징으로 하는 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법.
    
11. 제 9항에 있어서,
    바이패스 라인에 구비된 바이패스 밸브에 의해 전단 열교환기 측으로 유입되는 배가스의 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법.
    
12. 제 9항에 있어서,
    상기 다공판은 서로 소정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되며, 다수의 상기 다공판 상부 각각에 흡수액 유동층이 구비되며,
    몸체의 상단측 다공판과 소정간격 상부측으로 이격되어 구비된 오버플로우 배출관을 통해 흡수액이 배출되는 단계;
    오버플로우 배출관을 통해 배출된 흡수액이 하단측 다공판 상부측으로 오버플로우 유입관을 통해 유입되는 단계; 및
    상기 하단측 다공판과 소정간격 상부측으로 이격되어 구비된 흡수액 배출구를 통해 흡수액 급수 열교환기 측으로 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법.
    
13. 제 9항에 있어서,
    급수의 유동경로는,
    급수펌프에 의해 급수가 상기 배가스 전단열교환기로 유입되어 배가스에 의해 가열되는 단계;
    온수배관을 통해 급수가 흡수액 급수 열교환기로 유입되어 흡수액에 의해 가열되는 단계; 및
    급수가 수증기 급수 열교환기에서, 상기 증발기에 토출된 수증기에 의해 가열되어 고온수가 생성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 응축열 회수 시스템을 이용한 배가스 응축열 회수 방법.
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