KR101705993B1 - 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법 - Google Patents

흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법 Download PDF

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박상일
고창복
최경수
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Abstract

본 발명은 본 발명은 흡수액 다단 유동층 열교환기, 그 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 배가스 응축열 회수시스템에 적용되는 흡수액 다단 유동층 열교환기에 있어서, 일측에 연소장치에서 생성된 고온의 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체; 각각이 몸체 내에 구비되며 유입된 배가스가 통과되고 서로 특정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되는 복수의 다공판, 상기 다공판 각각 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 현열과 응축잠열을 흡수하는 복수의 흡수액 유동층을 갖는 흡수액 유동층 유닛; 상기 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관; 및 상기 오버플로우 배출관 일측의 분기점에 구비되어, 배출된 흡수액을 흡수액 토출관을 통해 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 다공판의 흡수액 유동층으로 유입시키도록 흡수액의 유로를 전환시키는 적어도 하나의 삼중 절환밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기에 관한 것이다.

Description

흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법{The optimized condensing heat recovery system using absorbing liquid fluidized multi-bed heat exchanger}
본 발명은 흡수액 다단 유동층 열교환기, 그 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법에 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 80oC 정도의 고온의 온수를 생산할 수 있으나, 주로 현열 만을 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(5a)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(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.
종래의 연소 배가스의 폐열회수를 위하여 물 유동층 열교환기를 사용하여, 고온 배가스에 함유된 현열과 수증기의 응축 잠열을 효율적으로 회수하여 사용하였다.
기존 물 유동층 열교환기에서는 물 유동층에서 배가스의 온도는 물 유동층에서 습공기의 포화온도 이하로 제한되기 때문에 물 유동층 내에 설치한 전열관 내의 급수의 온도도 이러한 포화온도 이하로 제한된다. 따라서 일반적인 보일러 배가스의 폐열회수의 경우, 이러한 물유동층에서의 습공기 포화온도는 대략 55oC 이하가 된다. 이에 따라 물유동층 열교환기만을 사용하는 경우, 물유동층을 통과한 급수 온도는 약 55oC 이하로 제한된다. 또한 물유동층의 출구에서 포화 배가스가 대기로 배출되어 백연의 문제가 발생할 수 있다.
현재 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. 최근에 흡수액 유동층 열교환기로 유입되는 배가스 조건을 최적하기 위해 전단열교환기 적용과 같은 시스템이 제안되었으나 이는 별도의 열교환기를 적용하는 경우로 열교환기로 유입되는 배가스 운전조건이 변경되는 경우에는 능동적으로 대응하기 어려운 점이 존재한다. 즉, 기존 흡수액 다단 유동층 열교환기 경우에는 설계시 유동층 단 수가 결정되면 그대로 활용을 해야 되기 때문에 유입되는 배가스 조건에 따라 열회수 시스템의 효율이 낮은 상태에서 운전될 수 있다. 따라서, 다양한 배가스 조건에 적합하게 흡수액 유동층 단 수를 조절함으로써 열회수 시스템 효율을 지속적으로 높게 유지할 수 있다.
연소장치로부터 배출되는 다량의 수증기를 함유한 연소 배가스로부터 폐열을 회수하여 고온의 온수를 생산하기 위하여, 기존의 물 유동층 열교환기 또는 열매체 유동층 열교환기에 유동화 물질로 물 또는 열매체 대신에 배가스 내의 수증기를 흡수하는 능력이 비교적 큰 흡수액을 사용하였다.
기존과 같이 고온 배가스를 열매체 유동층을 통과시키는 경우, 배가스의 포화온도보다 높은 고온수를 생산하나, 열매체 유동층에서 수증기의 흡수현상이 없기 때문에 응축열을 회수할 수 없다.
기존의 물 유동층 열교환기에서는 물 유동층 열교환기에서의 급수의 생산온도는 배가스의 포화온도 이하로 제한된다. 그리고 물유동층의 출구에서 포화 배가스가 배출되어 백연의 문제가 발생할 수 있다.
그리고 기존 흡수액 유동층 열교환기 시스템 또는 전단 열교환기가 설치된 흡수액 유동층 열교환기시스템의 경우, 유동층 단 수가 결정되면 유입되는 배가스의 조건(유량, 습도, 온도)변경에 상관없이 그대로 활용되므로 배가스 조건에 따라서 설계된 유동층 열교환기 성능이 낮아질 수 있다. 불필요하게 활용되는 유동층 수 만큼 차압손실이 증가될 수도 있다.
대한민국 등록특허 제1118509호 대한민국 등록특허 제0242226호 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, 흡수액 다단 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열 회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 흡수액 다단 유동층 열교환기의 경우, 유입되는 배가스 조건(유량, 습도, 온도)변경에 따라 능동적으로 대응하기 어려운 문제점을 해결하기 위하여, 다단 유동층 열교환기에 삼중 절환밸브와 바이패스관을 적용하여 배가스의 조건(유량, 습도, 온도)변경에 따라 유동층 단 수를 능동적으로 조절되게 함으로써 흡수액 다단 유동층 열교환기에서 최적으로 열회수가 가능한, 흡수액 다단 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열 회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 배가스의 유로에 여러 개 다공판을 설치하여 각 다공판 위에 흡수액 유동층을 형성하고, 배가스 내의 수증기를 흡수하여 배가스의 현열과 함께 응축잠열을 회수하며, 이때, 삼중 절환밸브와 바이패스관를 설치하여 유동층 단 수를 제어하고, 수증기를 흡수한 흡수액의 재생을 위하여 흡수액을 가열하여 흡수액 내의 물을 증발시켜 수증기를 발생시키며, 배가스 열회수 과정에서 흡수액 유동층 열교환기에서 배출된 고온 흡수액과 재생장치에서 배출된 수증기로부터 온수를 가열하여 고온수를 생산하여 에너지를 회수할 수 있고, 흡수액 유동층 열교환기로부터 습도가 낮은 건가스가 대기로 배출되어 백연문제를 효과적으로 해결할 수 있는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열 회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 흡수액 다단 유동층 열회수 시스템에 삼중 절환밸브 및 바이패스관을 설치함으로써 유입배가스 특성에 맞게 흡수액 유동층 단 수를 능동적으로 조절하여, 배가스의 현열 및 잠열을 최적으로 회수가 가능하도록 하여 전체적인 흡수액 다단 유동층 열회수 시스템 효율향상을 도모할 수 있는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 사용한 최적화 응축열 회수시스템을 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 회수시스템에 적용되는 흡수액 다단 유동층 열교환기에 있어서, 일측에 연소장치에서 생성된 고온의 배가스가 유입되는 배가스유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체; 각각이 몸체 내에 구비되며 유입된 배가스가 통과되고 서로 특정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되는 복수의 다공판, 상기 다공판 각각의 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 현열과 응축잠열을 흡수하는 복수의 흡수액 유동층을 갖는 흡수액 유동층 유닛; 상기 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관; 및 상기 오버플로우 배출관 일측의 분기점에 구비되어, 배출된 흡수액을 흡수액 토출관을 통해 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 흡수액의 유로를 전환시키는 적어도 하나의 삼중 절환밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 몸체로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 상기 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 하단 측의 또 다른 흡수액 유동층 측으로 유입시키도록 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 배가스 응축열 회수시스템에 적용되는 흡수액 다단 유동층 열교환기에 있어서, 일측에 연소장치에서 생성된 고온의 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체; 각각이 몸체 내에 구비되며 유입된 배가스가 통과되고 서로 특정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되는 복수의 다공판과, 상기 다공판 각각의 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 현열과 응축잠열을 흡수하는 복수의 흡수액 유동층과, 복수의 흡수액 유동층 각각의 내부에 구비되며, 내부로 급수가 유동되어 급수가 가열되는 전열관을 갖는 흡수액 유동층 유닛; 상기 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관; 및 상기 오버플로우 배출관 일측의 분기점에 구비되어, 배출된 흡수액을 흡수액 토출관을 통해 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 흡수액의 유로를 전환시키는 적어도 하나의 삼중 절환밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 열교환방법에 있어서, 연소장치에서 형성된 고온의 배가스가 흡수액 다단 유동층 열교환기의 몸체에 구비된 배가스 유입구를 통해 몸체 내 다공판 하부로 유입되는 단계; 상기 배가스가 다단 형식으로 구비된 다공판과 흡수액 유동층을 순차적으로 유동하여, 흡수액 유동층의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 응축잠열, 현열을 흡수하는 단계; 및 수증기가 흡수된 배가스가 데미스터에 의해 액적이 제거되어 배가스 배출구를 통해 배출되는 단계를 포함하고, 제어부가 상기 몸체로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 하단 측의 또 다른 흡수액 유동층 측으로 유입시키도록 하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 열교환방법으로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 흡수하는 단계에서, 상기 흡수액 유동층 내에 구비된 전열관 내부로 급수펌프에 의해 유입된 급수가 가열되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 배가스 응축열회수 시스템에 있어서, 앞서 언급한 제1목적에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기; 내부에 흡수액이 저장되고, 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 복수의 흡수액 유동층 중 적어도 어느 하나의 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액이 삼중 절환밸브에 의해 흡수액 토출관으로 유입되어 공급되는 흡수액 탱크; 상기 흡수액 탱크에 저장된 흡수액을 배출시키기 위한 흡수액 펌프; 급수와, 상기 흡수액 탱크에서 배출된 흡수액이 열교환되어 온수를 생산하는 흡수액-물 열교환기; 및 급수를 상기 흡수액-물 열교환기 내로 유입시키기 위한 급수펌프;를 포함하고, 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 흡수액은 흡수액 유입관을 통해 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 최상단 흡수액 유동층 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제5목적은, 배가스 응축열회수 시스템에 있어서, 앞서 언급한 제2목적에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기; 급수를 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관 내로 유입시키기 위한 급수펌프; 내부에 흡수액이 저장되고, 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 복수의 흡수액 유동층 중 적어도 어느 하나의 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액이 삼중 절환밸브에 의해 흡수액 토출관으로 유입되어 공급되는 흡수액 탱크; 상기 흡수액 탱크에 저장된 흡수액을 배출시키기 위한 흡수액 펌프; 및 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관을 통해 가열된 급수와, 상기 흡수액 탱크에서 배출된 흡수액이 열교환되어 온수를 생산하는 흡수액-물 열교환기; 를 포함하고, 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 흡수액은 흡수액 유입관을 통해 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 최상단 흡수액 유동층 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 흡수액 탱크에서 토출된 흡수액 중 일부가 유입되어, 공급되는 재생열에 의해 유입된 흡수액을 증발시켜 수증기를 발생시키는 증발기; 상기 증발기에서 토출된 흡수액을 흡수액 탱크로 순환시키는 재순환관; 및 상기 수증기와 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 온수가 열교환되어 고온수를 토출시키는 수증기-물 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 상기 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 흡수액 탱크 측으로 유입시키거나, 또는 하단 측의 또 다른 흡수액 유동층 측으로 유입시키도록 하고, 상기 급수펌프의 작동을 제어하여, 유동되는 급수의 유량과 유속을 조절하며, 상기 흡수액 펌프를 제어하여, 순환되는 흡수액의 유속을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제6목적은, 앞서 언급한 제4목적에 따른 응축열회수 시스템의 작동방법에 있어서, 연소장치에서 형성된 고온의 배가스가 흡수액 다단 유동층 열교환기의 몸체에 구비된 배가스 유입구를 통해 몸체 내 다공판 하부로 유입되고, 상기 배가스가 다단 형식으로 구비된 다공판과 흡수액 유동층을 순차적으로 유동하여, 흡수액 유동층의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 응축잠열, 현열을 흡수하는 단계; 제어부가 상기 몸체로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 하는 단계; 흡수액-물 열교환기로, 급수펌프에 의해 급수가 유입되고, 흡수액 펌프에 의해 흡수액 탱크 내에 저장된 흡수액이 유입되어 흡수액에 의해 급수가 가열되는 단계; 및 흡수액-물 열교환기에서 토출된 급수가 수증기-물 열교환기로 유입되어, 증발기에서 토출되어 유입된 수증기의 열을 흡수하여 가열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열회수 시스템의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제7목적은, 앞서 언급한 제5목적에 따른 응축열회수 시스템의 작동방법에 있어서, 급수펌프에 의해, 급수가 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관으로 유입되는 단계; 전열관으로 유입된 급수가, 배가스의 수증기, 웅축잠열, 현열을 흡수한 흡수액 유동층에 의해 가열되는 단계; 제어부가 상기 몸체로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 하는 단계; 흡수액-물 열교환기로, 가열된 급수가 온수배관을 통해 유입되고, 흡수액 펌프에 의해 흡수액 탱크 내에 저장된 흡수액이 유입되어 흡수액에 의해 급수가 가열되는 단계; 및 흡수액-물 열교환기에서 토출된 급수가 수증기-물 열교환기로 유입되어, 증발기에서 토출되어 유입된 수증기의 열을 흡수하여 가열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열회수 시스템의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 흡수액 탱크에서 토출된 흡수액 중 일부가 증발기로 유입되고, 공급되는 재생열에 의해 유입된 흡수액을 증발시켜 수증기를 발생되는 단계; 및 상기 증발기에서 토출된 흡수액은 재순환관에 의해 흡수액 탱크로 유입되고, 수증기-물 열교환기에서 상기 수증기에 의해 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 급수가 가열되어 고온수를 생산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 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 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 흡수액 유동층 열교환기로 유입되는 배가스 운전조건(유량, 습도, 온도)변경에 따라 능동적으로 흡수액 유동층 단을 제어하기 위해 삼중 절환밸브와 바이패스관을 설치하게 됨으로써, 흡수액 유동층 단을 조절하여 흡수액 유동층 열교환기의 성능이 최적이 되도록 조절할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 흡수액 다단 유동층 내 온수 전열관이 삽입된 장치에서는 배가스가 유입되어 만나게 되는 첫 번째 단에 흡수액이 유입되지 않도록 하여 첫 번째 단의 온수 전열관이 단순 응축 열교환기 기능을 갖도록 함으로써 첫 번째 단 이후의 흡수액 유동층 단으로 유입되는 배가스 온습도 조건이 최적이 되도록 할 수도 있어, 이에 따라, 기존의 기술에 비하여 배가스 운전조건 변동에 따라 능동적으로 대응함으로써 열회수 장치의 열회수 성능이 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 일실시예를 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 도 1은 종래 물 유동층 열교환기의 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스의 유동을 나타낸 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템의 구성도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도를 도시한 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 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 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 최적화 응축열 회수시스템(200)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 최적화 응축열 회수시스템(200)의 구성도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 최적화 응축열 회수시스템(200)은, 전체적으로 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)와, 재생장치, 급수 열교환장치 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 먼저, 본 발명의 핵심적인 구성인 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 구성도를 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배가스의 유동을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(110)와 몸체(110)에 다단 형식으로 배치된 복수의 흡수액 유동층(120)을 갖는 흡수액 유동층 유닛과, 오버플로우 배출관(122), 삼중 절환밸브(123), 바이패스 유입관(124) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
몸체(110)는 하단 일측에 배가스유입구(111)가 구비되어, 연소장치(10)에서 생성된 고온의 배가스가 송풍기(11)를 통해 유입되며, 상부측에는 배가스배출구(112)가 구비되어 건가스 형태로 배가스가 배출되게 된다.
그리고, 흡수액 유동층 유닛은 복수의 흡수액 유동층(120)이 다단 형식으로 몸체(110) 내부에 구비되게 된다. 이러한 도 3에 도시된 흡수액 유동층(120)의 개수는 하나의 바람직한 실시예를 제시한 것일 뿐 그 구체적인 개수는 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니된다.
구체적 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상단 흡수액 유동층(120-1)과 중단 흡수액 유동층(120-2) 하단 흡수액으로 구성될 수 있음을 알 수 있다. 몸체(110) 내부에 최상단에 제1다공판(121-1)이 구비되며, 제1다공판(121-1)에서 소정간격 하부측으로 이격되어 제2다공판(121-2)이 구비되며, 이러한 제2다공판(121-2)의 소정간격 하부측으로 이격되어 제3다공판(121-3)이 설치되게 됨을 알 수 있다.
그리고, 제1다공판(121-1) 상부로 흡수액으로 구성되며 배가스의 수증기를 흡수하고, 배가스의 현열과 응축잠열을 흡수하는 상단 흡수액 유동층(120-1)이 구비되고, 제2다공판(121-2) 상부, 제3다공판(121-3) 상부 각각으로 중단 흡수액 유동층(120-2)과 하단 흡수액 유동층(120-3)이 구비되게 된다.
그리고, 상단 흡수액 유동층(120-1)의 상부에 데미스터를 설치하여 흡수액의 액적이 상부로 배출되지 않도록 한다. 그리고, 상단 흡수액 유동층(120-1)을 통과한 배가스는 데미스터에서 액적이 제거된 상태로 배가스배출구(112)를 통해 습도가 적은 건가스의 상태로 배출된다.
또한, 다단 형식으로 배치된 복수의 다공판(121) 각각의 상부측에는 일정한 높이로 안정적으로 흡수액 유동층(120)을 형성하기 위하여 몸체(110)의 측면에 오버플로우 배출관(122)이 구비되게 된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1다공판(121-1)에서 특정간격 상부측의 몸체(110) 측면에 구비된 제1오버플로우 배출관(122-1)과, 제2다공판(121-2)에서 특정간격 상부측의 몸체(110) 측면에 구비된 제2오버플로우 배출관(122-2)과 제3다공판(121-3)에서 특정간격 상부측의 몸체(110) 측면에 구비된 제3오버플로우 배출관(122-3)을 포함하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 설정된 수위 이상인 흡수액은 이러한 오버플로우 배출관(122)을 통해 배출되게 된다.
또한, 오버플로우 배출관(122) 일측의 분기점에 구비된 삼중 절환밸브(123)에 의해, 배출된 흡수액을 흡수액 토출관(130)을 통해 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관(124)을 통해 또 다른 다공판(121)의 흡수액 유동층(120)으로 유입시키도록 흡수액의 유로를 전환시키게 된다.
즉, 제어부(80)는 몸체(110)로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 삼중 절환밸브(123)를 제어하여, 오버플로우 배출관(122)을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 하단 측의 또 다른 흡수액 유동층(120) 측으로 유입시키도록 제어하게 된다.
보다 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상단 흡수액 유동층(120-1)에서 설정된 수위를 초과한 흡수액은 제1오버플로우 배출관(122-1)을 통해 배출되어, 제1삼중 절환밸브(123-1)에 의해, 흡수액 토출관(130)을 통해 재생공정을 위해 흡수액 탱크(20) 측으로 유입되거나, 제1바이패스 유입관(124-1)을 통해 상단 흡수액 유동층(120-1)의 하단에 위치한 중단 흡수액 유동층(120-2)으로 유입될 수 있도록 구성됨을 알 수 있다.
또한, 중단 흡수액 유동층(120-2)에서 설정된 수위를 초과한 흡수액 역시, 제2오버플로우 배출관(122-2)을 통해 배출되어, 제2삼중 절환밸브(123-2)에 의해, 흡수액 토출관(130)을 통해 재생공정을 위해 흡수액 탱크(20) 측으로 유입되거나, 제2바이패스 유입관(124-2)을 통해 중단 흡수액 유동층(120-2)의 하단에 위치한 하단 흡수액 유동층(120-3)으로 유입될 수 있도록 구성됨을 알 수 있다.
또한, 하단 흡수액 유동층(120-3)에서 설정된 수위를 초과한 흡수액은 제3오버플로우 배출관(122-3)을 통해 배출되어 흡수액 토출관(130)을 통해 흡수액 탱크(20)로 유입되게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)에서, 흡수액 유동층(120)의 형성을 위해서는, 후에 설명되는 바와 같이, 흡수액 저장탱크에 저장된 흡수액을 흡수액 펌프(30)를 통해 흡수액-물 열교환기(60) 측으로 유입시키고, 흡수액-물 열교환기(60)에서 토출된 흡수액은 몸체(110) 상단 측면의 흡수액유입관(113)을 통해 상단 흡수액 유동층(120-1)으로 공급되게 된다.
상단 흡수액 유동에 흡수액을 흡수액 펌프(30)를 사용하여 계속 공급하면, 흡수액 유동층의 상면이 제1오버플로우 배출관(122-1)의 위치보다 높아지게 되고, 이후 제1오버플로우 배출관(122-1)를 통하여 배출된 흡수액은 앞서 언급한 바와 같이, 제1삼중 절환밸브(123-1)에 의해, 하단의 중단 흡수액 유동층(120-2)으로 제1바이패스 유입관(124-1)을 통해 유입되거나, 흡수액 토출관(130)을 통해 흡수액 저장탱크 측으로 유동되게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)는 삼중 절환밸브(123) 및 바이패스 유입관(124)을 구비하게 됨으로써, 몸체(110) 내로 유입되는 배가스의 운전조건(유량, 습도, 온도) 변경에 따라 능동적으로 흡수액 유동층(120)의 단 제어가 가능하게 된다. 흡수액 유동층(120) 단 제어를 통해 열회수가 최적으로 이루어져 응축열 회수 시스템(200)의 성능과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 연소장치(10)에서 형성된 고온의 배가스(S1)가 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 몸체(110)에 구비된 배가스유입구(111)를 통해 몸체(110) 내 다공판(121) 하부로 유입되게 된다(S2).
그리고, 이러한 배가스는 다단 형식으로 구비된 다공판(121)과 흡수액 유동층(120)을 순차적으로 유동하여, 흡수액 유동층(120)의 흡수액이 배가스의 수증기, 응축잠열, 현열을 흡수하게 된다(S3).
즉, 이러한 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)에서 수증기를 함유한 고온 배가스가 각각의 흡수액 유동층(120)을 통과하면서, 고온 배가스가 흡수액 유동층(120) 내에서 흡수액과 직접접촉하게 된다. 이러한 과정에서 고온 배가스와 흡수액의 온도 차이에 의하여 현열이 전달된다. 그리고 고온 배가스와 흡수액의 증기압의 차이에 의하여 배가스 내의 수증기가 흡수액 측으로 이동하여, 배가스의 수증기의 응축잠열이 흡수액 측으로 전달된다.
그리고, 배가스가 데미스터에 의해 액적이 제거되어 배가스배출구(112)를 통해 배출되게 된다(S4).
이에 따라, 흡수액 유동층(120)에서 고온 배가스의 현열과 응축잠열이 흡수액 측으로 전달되어 흡수액의 온도가 상승하고 농도가 낮아진다. 흡수액 탱크(20)에 있는 흡수액의 농도가 낮으므로, 흡수액 내의 수분 함량을 줄이는 재생공정이 필요하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(80)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 최적화 응축열 회수시스템(200)은 앞서 언급한 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)와 함께, 흡수액 탱크(20), 흡수액 펌프(30), 흡수액-물 열교환기(60)와, 급수펌프(50)와 수증기-물 열교환기(70) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
흡수액 탱크(20)의 내부에 흡수액이 저장되고, 앞서 언급한, 흡수액 다단 유동층 열교환기(100) 내의 복수의 흡수액 유동층(120) 중 적어도 어느 하나의 오버플로우 배출관(122)을 통해 토출된 흡수액이 삼중 절환밸브(123)에 의해 흡수액 토출관(130)으로 유입되어 공급되게 된다.
그리고, 흡수액 펌프(30)에 의해 흡수액 탱크(20)에 저장된 흡수액을 배출되게 되며, 흡수액-물 열교환기(60)에서 급수와, 흡수액 탱크(20)에서 배출된 흡수액이 열교환되어 온수를 생산하게 된다. 급수는 급수펌프(50)에 의해 흡수액-물 열교환기(60) 내로 유입되게 된다.
흡수액-물 열교환기(60)에서 토출된 흡수액은 흡수액유입관(113)을 통해 흡수액 다단 유동층 열교환기(100) 내의 상단 흡수액 유동층(120-1) 측으로 유입되게 된다.
즉, 흡수액 탱크(20)의 고온 흡수액은 흡수액 펌프(30)를 사용하여 흡수액-물 열교환기(60)로 공급되며, 이러한 흡수액-물 열교환기(60)에서 흡수액과 급수의 온도 차이에 의하여 흡수액으로부터 급수로 열이 전달되어 흡수액의 온도가 낮아지고, 급수의 온도가 상승한다. 그리고 온도가 낮아진 흡수액은 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)로 다시 공급되어 계속 순환하게 된다.
또한, 흡수액 펌프(30)에 의해 토출된 흡수액 탱크(20)에 저장된 흡수액 중 일부는 증발기(40) 측으로 유입되어 재생공정이 수행되게 된다. 즉, 흡수액 유동층(120)에서 고온 배가스의 현열과 응축잠열이 흡수액 측으로 전달되어 흡수액의 온도가 상승하고 농도가 낮아지기 때문에, 흡수액 내의 수분 함량을 줄이는 재생공정이 필요하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 흡수액은 증발기(40)로 공급되게 되며, 이러한 증발기(40)에 주로 고온의 스팀을 사용하여 흡수액의 증발온도 이상으로 흡수액을 가열하여 흡수액 내의 물의 일부를 증발시켜 수증기를 발생시키게 된다.
이에 따라, 증발기(40)로부터 고농도의 고온 흡수액이 일부의 물이 제거된 상태로 배출되어, 재순환관(41)을 통해 흡수액 탱크(20)로 돌아온다. 그리고 증발기(40)에서 증발된 수증기는 수증기-물 열교환기(70)로 공급된다. 이러한 수증기는 수증기-물 열교환기(70)에서 급수를 가열하여 폐열을 회수하며, 수증기는 응축되어 응축수의 상태로 수증기-물 열교환기(70)로부터 배출된다.
연소장치(10)에서 형성된 고온의 배가스가 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 몸체(110)에 구비된 배가스유입구(111)를 통해 몸체(110) 내 다공판(121) 하부로 유입되고, 배가스가 다단 형식으로 구비된 다공판(121)과 흡수액 유동층(120)을 순차적으로 유동하여, 흡수액 유동층(120)의 흡수액이 상기 배가스의 수증기, 응축잠열, 현열을 흡수한다.
그리고, 제어부(80)가 몸체(110)로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관(122) 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브(123)를 제어하여, 오버플로우 배출관(122)을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키게 된다
급수펌프(50)에 의해 급수가 흡수액-물 열교환기(60)로 유입되어(S10), 흡수액 펌프(30)에 의해 흡수액 탱크(20) 내에 저장된 흡수액이 유입되어 흡수액에 의해 급수가 가열되게 된다(S20).
그리고, 흡수액-물 열교환기(60)에서 토출된 급수는 수증기-물 열교환기(70)로 유입되어(S30), 증발기(40)에서 토출되어 유입된 수증기의 열을 흡수하여 가열되게 된다(S40). 급수펌프(50)에 의해 공급된 급수는 이러한 흡수액-물 열교환기(60)와, 수증기-물 열교환기(70)를 통과하면서, 흡수액과 수증기의 열을 전달받아 고온수로서 배출되게 된다(S50).
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(80)는 송풍기(11), 제1삼중 절환밸브(123-1)와, 제2삼중 절환밸브(123-2)와, 급수펌프(50)와 흡수액 펌프(30)를 총체적으로 제어하게 됨을 알 수 있다.
즉, 제어부(80)는 송풍기(11)를 제어하여 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)로 유입되는 배가스의 유량을 조절하며, 또한, 제어부(80)는 흡수액 다단 유동층 열교환기 (100) 내로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 제1삼중 절환밸브(123-1)를 제어하여, 제1오버플로우 배출관(122-1)을 통해 토출된 흡수액을 흡수액 탱크(20) 측으로 유입시키거나, 또는 제1바이패스 유입관(124-1)을 통해 하단 측의 중단 흡수액 유동층(120-2) 측으로 유입시키도록 제어한다. 또한, 제2삼중 절환밸브(123-2)를 제어하여, 제2오버플로우 배출관(122-2)을 통해 토출된 흡수액을 흡수액 탱크(20) 측으로 유입시키거나, 또는 제2바이패스 유입관(124-2)을 통해 하단 측의 하단 흡수액 유동층(120-3) 측으로 유입시키도록 제어한다
또한, 제어부(80)는, 급수펌프(50)의 작동을 제어하여, 유동되는 급수의 유량과 유속을 조절하며, 흡수액 펌프(30)를 제어하여, 순환되는 흡수액의 유속을 조절하게 된다.
따라서, 삼중 절환밸브(123) 및 바이패스 유입관(124)을 설치함으로써 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)에 유입되는 배가스 운전조건(유량, 습도, 온도)변경에 따라 능동적으로 흡수액 유동층(120) 단 제어가 가능하고, 흡수액 유동층(120) 단 제어를 통해 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 응축열 회수시스템(200)에서 열회수가 최적으로 이루어져 응축열회수 시스템(200)의 성능과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)를 이용한 최적화 응축열 회수시스템(200)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고온수 생산 방법(급수의 유동경로)을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
또 다른 실시예에서는 앞서 언급한 것과 다르게, 도 6에 도시된 바와 같이, 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 복수의 흡수액 유동층(120) 내부 각각에 온수 전열관(51)이 삽입된 형태로 구성될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 이러한 온수 전열관(51)이 삽입된 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 필요시 배가스가 유입되어 가장 처음 통과하게 되는 제3다공판(121-3)과 하단 흡수액 유동층(120-3)에서 흡수액이 유입되지 않도록 하여, 하단 흡수액 유동층(120-3) 의 온수 전열관(51)이 단순 응축 열교환기 기능을 갖도록 함으로써, 하단 첫번째 단 이후의 중단 흡수액 유동층(120-2)과 상단 흡수액 유동층(120-1)으로 유입되는 배가스 온습도 조건이 최적이 되도록 할 수도 있다. 이를 통해 보다 컴팩트하게 전단열교환기와 흡수액 다단 열교환기와의 결합된 시스템(200) 구현도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 응축열회수 시스템(200)의 작동방법은, 급수펌프(50)에 의해, 급수가 흡수액 다단 유동층 열교환기(100)의 전열관(51)으로 유입되게 된다(S100). 전열관(51)으로 유입된 급수는, 배가스의 수증기, 잠열, 현열을 흡수한 흡수액 유동층에 의해 가열되게 된다(S200).
그리고, 제어부(80)는 몸체(110)로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관(122) 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브(123)를 제어하여, 오버플로우 배출관(122)을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키게 된다.
그리고, 가열된 급수는 온수배관(52)을 통해 흡수액-물 열교환기(60)로 유입되고, 흡수액 펌프(30)에 의해 흡수액 탱크(20) 내에 저장된 흡수액이 유입되어 흡수액에 의해 급수가 가열되게 된다(S300)
그리고, 흡수액-물 열교환기(60)에서 토출된 급수가 수증기-물 열교환기(70)로 유입되어, 증발기(40)에서 토출되어 유입된 수증기의 열을 흡수하여 가열되게 된다(S400). 따라서, 급수펌프(50)에 의해 공급되는 급수는 흡수액 다단 유동층 열교환기(100) 내의 전열관(51)을 유동하면서 흡수액 유동층에 의해 가열되고, 흡수액-물 열교환기(60)에서 흡수액에 의해 가열되고, 수증기-물 열교환기(70)에서 수증기에 의해 가열되어 고온수로서 토출되게 된다(S500).
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 흡수액 탱크(20)에서 토출된 흡수액 중 일부는 증발기(40)로 유입되고, 공급되는 재생열에 의해 유입된 흡수액을 증발시켜 수증기를 발생하게 된다. 그리고, 증발기(40)에서 토출된 흡수액은 재순환관(41)에 의해 흡수액 탱크(20)로 유입되고, 토출된 수증기는 수증기-물 열교환기(70)로 유입되게 된다.
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
11:송풍기
20:흡수액 탱크
30:흡수액 펌프
40:증발기
41:재순환관
50:급수펌프
51:전열관
52:온수배관
60:흡수액-물 열교환기
70:수증기-물 열교환기
80:제어부
100:흡수액 다단 유동층 열교환기
110:몸체
111:배가스유입구
112:배가스배출구
113:흡수액유입관
120:흡수액 유동층
120-1:상단 흡수액 유동층
120-2:중단 흡수액 유동층
120-3:하단 흡수액 유동층
121:다공판
121-1:제1다공판
121-2:제2다공판
121-3:제3다공판
122:오버플로우 배출관
122-1:제1오버플로우 배출관
122-2:제2오버플로우 배출관
122-3:제3오버플로우 배출관
123:삼중 절환밸브
123-1:제1삼중 절환밸브
123-2:제2삼중 절환밸브
124:바이패스 유입관
124-1:제1바이패스 유입관
124-2:제2바이패스 유입관
130:흡수액토출관
200:흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템

Claims (12)

  1. 배가스 응축열회수 시스템에 있어서,
    일측에 연소장치에서 생성된 고온의 배가스가 유입되는 배가스 유입구와 타단에 건가스 형태로 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 몸체와, 각각이 몸체 내에 구비되며 유입된 배가스가 통과되고 서로 특정간격 이격되어 다단 형식으로 배치되는 복수의 다공판과 상기 다공판 각각의 상부측에 흡수액으로 구성되며 상기 배가스의 수증기를 흡수하고 상기 배가스의 현열과 응축잠열을 흡수하는 복수의 흡수액 유동층과 복수의 흡수액 유동층 각각의 내부에 구비되며 내부로 급수가 유동되어 급수가 가열되는 전열관을 갖는 흡수액 유동층 유닛과, 상기 다공판과 특정간격 상부측의 몸체 외면에 형성되어 설정된 수위 이상의 흡수액이 배출되는 오버플로우 배출관과, 상기 오버플로우 배출관 일측의 분기점에 구비되어, 배출된 흡수액을 흡수액 토출관을 통해 재생장치 측으로 유입시키거나 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 흡수액의 유로를 전환시키는 적어도 하나의 삼중 절환밸브를 갖는 흡수액 다단 유동층 열교환기;
    급수를 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관 내로 유입시키기 위한 급수펌프;
    내부에 흡수액이 저장되고, 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 복수의 흡수액 유동층 중 적어도 어느 하나의 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액이 삼중 절환밸브에 의해 흡수액 토출관으로 유입되어 공급되는 흡수액 탱크;
    상기 흡수액 탱크에 저장된 흡수액을 배출시키기 위한 흡수액 펌프; 및
    상기 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관을 통해 가열된 급수와, 상기 흡수액 탱크에서 배출된 흡수액이 열교환되어 온수를 생산하는 흡수액-물 열교환기; 및
    상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 상기 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 흡수액 탱크 측으로 유입시키거나, 또는 하단 측의 또 다른 흡수액 유동층 측으로 유입시키도록 하고, 상기 급수펌프의 작동을 제어하여, 유동되는 급수의 유량과 유속을 조절하며, 상기 흡수액 펌프를 제어하여, 순환되는 흡수액의 유속을 조절하는 제어부;를 포함하고,
    상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 흡수액은 흡수액 유입관을 통해 상기 흡수액 다단 유동층 열교환기 내의 최상단 흡수액 유동층 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡수액 탱크에서 토출된 흡수액 중 일부가 유입되어, 공급되는 재생열에 의해 유입된 흡수액을 증발시켜 수증기를 발생시키는 증발기;
    상기 증발기에서 토출된 흡수액을 흡수액 탱크로 순환시키는 재순환관; 및
    상기 수증기와 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 온수가 열교환되어 고온수를 토출시키는 수증기-물 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템.
  3. 제 1항에 따른 응축열회수 시스템의 작동방법에 있어서,
    급수펌프에 의해, 급수가 흡수액 다단 유동층 열교환기의 전열관으로 유입되는 단계;
    전열관으로 유입된 급수가, 배가스의 수증기, 웅축잠열, 현열을 흡수한 흡수액 유동층에 의해 가열되는 단계;
    제어부가 상기 몸체로 유입되는 배가스의 조건에 기반하여, 오버플로우 배출관 일측 분기점에 구비된 삼중 절환밸브를 제어하여, 오버플로우 배출관을 통해 토출된 흡수액을 재생장치 측으로 유입시키거나, 또는 바이패스 유입관을 통해 또 다른 흡수액 유동층으로 유입시키도록 하는 단계;
    흡수액-물 열교환기로, 가열된 급수가 온수배관을 통해 유입되고, 흡수액 펌프에 의해 흡수액 탱크 내에 저장된 흡수액이 유입되어 흡수액에 의해 급수가 가열되는 단계; 및
    흡수액-물 열교환기에서 토출된 급수가 수증기-물 열교환기로 유입되어, 증발기에서 토출되어 유입된 수증기의 열을 흡수하여 가열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열회수 시스템의 작동방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 흡수액 탱크에서 토출된 흡수액 중 일부가 증발기로 유입되고, 공급되는 재생열에 의해 유입된 흡수액을 증발시켜 수증기를 발생되는 단계; 및
    상기 증발기에서 토출된 흡수액은 재순환관에 의해 흡수액 탱크로 유입되고, 수증기-물 열교환기에서 상기 수증기에 의해 상기 흡수액-물 열교환기에서 토출된 급수가 가열되어 고온수를 생산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열회수 시스템의 작동방법.
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