KR102285076B1 - 배가스 현열 회수 장치 - Google Patents

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박주형
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주식회사 포스코
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    • F28F27/006—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus specially adapted for regenerative heat-exchange apparatus

Abstract

배가스가 내부를 통해 흐르는 주배관과, 상기 주배관에 연결되며 제1 개폐밸브가 구비되는 외기공급관과, 배가스의 유동 경로 상 상기 외기공급관의 연결부 후단에 배치되도록 상기 주배관에 설치되는 혼합부와, 상기 혼합부 내 또는 상기 혼합부의 후단에 배치되는 제1 온도센서와, 배가스의 유동 경로 상 상기 혼합부의 후단에 배치되어 배가스 또는 배가스와 외기의 혼합가스와 열교환하는 열교환기를 구비하는 열교환부 및 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 주배관에 설치되는 흡입팬을 포함하는 배가스 현열 회수 장치가 개시된다.

Description

배가스 현열 회수 장치{Apparatus for recovering waste heat}
본 발명은 배가스 현열 회수 장치에 관한 것이다.
대부분의 산업설비들은 기체, 액체, 고체를 연료 또는 원료로 사용하여 생산품을 제조한 후 열에너지 일부를 대기에 방출하고 있으며, 특히 대표적인 열설비인 연소로, 전기로 등의 공업로와 발전소를 포함한 보일러 등의 열설비에서는 통상 100oC 이상의 배가스를 배출하고 있다. 이들 열설비의 열효율을 향상하고 에너지절감 위해 배열원을 이용하여 공기를 예열하거나 스팀을 생산하기도 한다.
그러나 열설비의 운전부하 변동에 의해 배가스 유량 및 온도 변화가 커서 공기 예열온도 및 스팀의 생산량 등의 변동성이 커서 그 활용성이 감소될 수 있다. 이를 해결할 수 있는 일반적인 방법으로는 배열 열교환 시스템에 온도를 측정하여 이를 배열 열교환 시스템의 열회수 유체의 유량을 변화시키는 방법을 사용하거나 By-pass 배관의 유량을 조절하여 배열회수를 수행하는 방법을 사용한다.
하지만, 이러한 방법은 고온의 배가스가 급격하게 배출될 때 배열 열 교환 시스템의 대응이 늦어져 배열 열교환기가 파손되거나 열교환 tube 등의 장기 안정성에 치명적인 악영향을 남기게 된다.
또한, By-pass 배관으로 유량을 조절하게 되면 배열회수 열교환기의 열손상은 일부 막을 수 있지만 열회수 효율이 낮아지며 다수의 밸브, 댐프, 센서, IDF 등의 설치로 투자비가 많아지는 문제가 있다.
일본 등록특허공보 제3587744호
열교환기의 열손상 방지, 안정성 제고 및 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 배가스 현열 회수 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치는 배가스가 내부를 통해 흐르는 주배관과, 상기 주배관에 연결되며 제1 개폐밸브가 구비되는 외기공급관과, 배가스의 유동 경로 상 상기 외기공급관의 연결부 후단에 배치되도록 상기 주배관에 설치되는 혼합부와, 상기 혼합부 내 또는 상기 혼합부의 후단에 배치되는 제1 온도센서와, 배가스의 유동 경로 상 상기 혼합부의 후단에 배치되어 배가스 또는 배가스와 외기의 혼합가스와 열교환하는 열교환기를 구비하는 열교환부 및 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 주배관에 설치되는 흡입팬을 포함한다.
상기한 배가스 현열 회수 장치는 상기 제1 온도센서의 후단에 배치되도록 상기 주배관에 연결되는 바이패스 배관을 더 포함하며, 상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 연결될 수 있다.
상기 주배관에는 상기 바이패스 배관과 상기 주배관의 연결부 사이에 배치되도록 상기 주배관에 설치되는 제2 개폐밸브가 구비되며, 상기 바이패스 배관에는 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 상기 바이패스 배관에 설치되는 제3 개폐밸브가 구비될 수 있다.
상기 열교환부는 상기 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관을 구비할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 열전달유체용 배관에 설치되는 펌프를 더 구비할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 열전달유체용 배관에 설치되는 제2 온도센서를 더 구비할 수 있다.
상기 열전달유체용 배관은 열기관용 열교환기에 연결될 수 있다.
상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 설치되며, 상기 열교환부는 상기 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관을 구비할 수 있다.
상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 연결되며, 고체를 이송하는 이송부재가 관통하도록 배치될 수 있다.
상기 열교환부는 상기 열교환기에 설치되는 제3 온도센서를 더 구비할 수 있다.
상기 주배관에는 상기 흡입팬의 전단에 배치되는 집진설비가 구비될 수 있다.
상기 주배관에는 상기 외기공급관의 연결부의 전단에 배치되는 압력센서가 구비될 수 있다.
상기 주배관에는 상기 외기공급관의 연결부의 전단에 배치되는 유입부용 온도센서가 구비될 수 있다.
상기한 배가스 현열 회수 장치는 상기 제1 온도센서 및 제1 개폐밸브에 연결되는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 상기 제1 온도센서의 후단에 배치되도록 상기 주배관에 연결될 수 있다.
상기한 배가스 현열 회수 장치는 일단이 상기 열교환기의 전단에서 상기 주배관에 연결되고 타단이 상기 열교환기의 후단에서 상기 주배관에 연결되는 바이패스 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 주배관에는 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 제2 개폐밸브가 구비되며, 상기 바이패스 배관에는 제3 개폐밸브가 구비될수 있다.
상기 열교환부는 상기 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관과, 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 열전달유체용 배관에 설치되는 제2 온도센서를 구비할 수 있다.
상기 열교환기는 고체를 이송하는 이송부재가 관통하도록 배치되며, 상기 열교환부는 상기 이송부재를 통해 이송되는 고체의 온도를 측정하기 위한 제4 온도센서를 더 구비할 수 있다.
열교환기의 열손상 방지, 안정성 제고 및 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(100)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 열교환부(160), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
주배관(110)을 통해서는 배가스가 흐른다. 일예로서, 주배관(110)은 대표적인 열설비인 연소로, 전기로 등의 공업로와 발전소를 포함한 보일러 등의 열설비에 연결될 수 있다.
한편, 주배관(110)의 배가스 유입부 측, 즉 외기공급관(120)이 연결된 부분의 전단에 배치되도록 주배관(110)에는 압력센서(111)가 설치될 수 있다. 한편, 압력센서(111)는 제어부(190)에 연결되어 주배관(110)으로 유입되는 배가스의 유입 압력에 대한 신호를 제어부(190)로 전송한다.
이를 통해, 제어부(190)는 흡입팬(170)을 제어하여 전단 설비의 압력을 제어할 수 있으며, 배가스의 유입량을 제어할 수 있다.
또한, 주배관(110)의 배가스 유입부 측, 즉 압력센서(111)에 인접 배치되도록 주배관(110)에는 유입부용 온도센서(113)가 설치될 수 있다. 유입부용 온도센서(113)는 유입되는 배가스의 온도가 급격하게 상승하거나 하강하는 경우 이를 감지하여 최종적으로 혼합부(130)의 온도를 일정온도로 유지시키기 위해 외기공급 관(120)으로부터 유입되는 외기의 유입량을 선행하여 결정하기 위하여 주배관(110) 에 설치될 수 있다.
외기공급관(120)은 주배관(110)에 연결되며 주배관(110)으로 외기가 공급되도록 한다. 한편, 외기공급관(120)에는 제1 개폐밸브(122)가 구비된다. 또한, 제1 개폐밸브(122)도 제어부(190)에 연결되어 제1 온도센서(140)의 신호에 따라 제1 개폐밸브(122)가 개폐될 수 있다.
혼합부(130)는 외기공급관(120)이 연결되는 부분의 후단에 배치되도록 주배관(110)에 설치된다. 즉, 혼합부(130)에서는 주배관(110)으로부터 공급되는 배가스와 외기공급관(120)으로부터 공급되는 외기가 혼합되는 영역으로, 일예로서 챔버 형상, 믹서(mixer) 형상 또는 긴 관 형상 등을 가질 수 있다. 이와 같이, 혼합부(130)가 주배관(110)에 배치되므로, 배가스의 유입량이 급속하게 증가하거나 배가스의 온도가 급격하게 상승하더라도 혼합부(130)에서 미리 배가스와 외기가 혼합됨으로써 열교환부(160)에 가해지는 열에 의한 열충격을 완화시킬 수 있다.
제1 온도센서(140)는 혼합부(130)의 후단에 배치되도록 주배관(110)에 설치된다. 그리고, 제1 온도센서(140)는 혼합부(130)를 통과하여 주배관(110)을 흐르는 가스의 온도를 측정한다. 한편, 제1 온도센서(140)는 제어부(190)에 연결될 수 있다. 제어부(190)는 제1 온도센서(140)로부터의 신호에 따라 외기공급관(120)의 제1 개폐밸브(122)를 작동시킨다. 이와 같이, 주배관(110)에 설치되는 혼합부(130)의 후단에 제1 온도센서(140)가 설치되어 혼합부(130)를 통과하는 배가스와 외기의 혼합가스의 온도를 측정하여 혼합부(130)로 공급되는 외기의 유입량이 조절되도록 한다.
한편, 본 실시예에서는 제1 온도센서(140)가 혼합부(130)의 후단에 배치되는 경우를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 온도센서(140)는 혼합부(130)에 설치될 수도 있다.
바이패스 배관(150)은 제1 온도센서(140)의 후단에 배치되도록 주배관(110)에 연결된다. 일예로서, 바이패스 배관(150)은 주배관(110)에서 열교환부(160)로 배가스가 유동되도록 하는 제1 바이패스 배관(152)과, 열교환부(160)로부터 주배관(110)으로 유동되도록 하는 제2 바이패스 배관(154)을 구비할 수 있다.
한편, 바이패스 배관(150)으로의 배가스의 유입량은 주배관(110)에 설치되는 제2 개폐밸브(112)와, 바이패스 배관(150)의 제2 바이패스 배관(154)에 설치되는 제3 개폐밸브(156)에 의해 조정될 수 있다.
일예로서, 제3 개폐밸브(156)가 폐쇄되고 제2 개폐밸브(112)가 개방되는 경우 배가스는 바이패스 배관(150)을 따라 흐르지 않고 주배관(110)을 통해서만 흐른다. 그리고, 제2 개폐밸브(112)가 폐쇄되고 제3 개폐밸브(156)가 개방되는 경우 배가스는 바이패스 배관(150)을 따라 흐르고 주배관(110)을 통해서는 흐르지 않는다.
즉, 제2,3 개폐밸브(112,156)의 개폐정도를 조절하여 바이패스 배관(150)로 유입되는 배가스의 유입량을 조절할 수 있는 것이다.
열교환부(160)는 바이패스 배관(150)에 연결되는 열교환기(162)를 구비한다. 또한, 열교환부(160)는 열교환기(162)에 연결되며 열전달유체가 흐르는 열전달유체용 배관(164), 열전달유체용 배관(164)에 설치되는 펌프(166) 및 열교환기(162)를 통과한 열전달유체의 온도를 측정하도록 열전달유체용 배관(164)에 설치되는 제2 온도센서(168)를 구비할 수 있다. 제2 온도센서(168)도 제어부(190)에 연결되며, 제2 온도센서(168)로부터의 신호에 따라 제어부(190)는 제2,3 개폐밸브(112,156)를 제어하는 동시에 제1 개폐밸브(122)를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(190)는 제2 온도센서(168)로부터의 신호에 따라 펌프(166)를 제어하여 열전달유체의 유입량을 제어할 수 있다.
흡입팬(170)은 바이패스 배관(150)의 후단에 배치되도록 주배관(110)에 설치될 수 있다. 흡입팬(170)은 배가스의 유입량을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 흡입팬(170)에 의해 주배관(110)으로 유입되는 배가스의 유입량 및 전단설비의 압력을 조절할 수 있다.
집진설비(180)는 흡입팬(170)의 전단에 배치되도록 주배관(110)에 설치되어 배가스로부터 더스트 및 기타 일정 성분을 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
제어부(190)는 제1 온도센서(140) 및 제1 개폐밸브(122)에 연결되며, 제1 온도센서(140)로부터의 신호에 따라 제1 개폐밸브(122)를 제어한다. 이와 같이, 제1 온도센서(140)에서 감지되는 배가스 또는 배가스와 외기의 혼합가스의 온도에 따라 제1 개폐밸브(122)를 제어하여 외기의 유입량을 조절한다. 따라서, 혼합부(130)를 통과하는 배가스 혼합가스의 온도를 제어할 수 있는 것이다.
이와 같이, 혼합부(130)를 통과하는 배가스 또는 혼합가스의 온도를 제어하여 열교환부(160)로 제공되는 배가스 또는 혼합가스의 온도, 즉 회수 열에너지량을 조절할 수 있는 것이다.
또한, 제어부(190)는 제2 온도센서(168) 및 제2,3 개폐밸브(112,156)에 연결되며, 제2 온도센서(168)로부터의 신호에 따라 제2,3 개폐밸브(112,156)를 제어한다. 이와 같이, 제2 온도센서(168)에서 감지되는 열전달유체의 온도에 따라 제2,3 개폐밸브(112,156)를 제어하여 바이패스 배관(150)을 통해 유동하는 배가스 또는 혼합가스의 유입량을 조절할 수 있다.
나아가, 제어부(190)는 압력센서(111), 온도센서(113) 및 흡입팬(170)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 압력센서(111)로부터 감지되는 압력에 따라 흡입팬(170)을 제어하여 주배관(110)으로 유입되는 배가스의 유입량 및 전단 설비의 압력을 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(190)가 복수개의 센서 및 복수개의 밸브에 연결되어 제어부(190)가 배가스 현열 회수 장치(100)의 전반적이고 복합적인 제어를 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 주배관(110)을 통해 유동하는 배가스의 온도가 너무 높은 경우 외기공급관(120)을 통해 외기가 유입되도록 하여 주배관(110) 측에 배치되는 혼합부(130)에서 배가스와 혼합시킬 수 있다. 이에 따라, 혼합부(130)에서 혼합된 배가스와 외기의 혼합가스가 열교환부(160)로 제공되므로, 배가스의 온도가 급격하게 상승하는 경우에도 열교환기(162)에 가해지는 열손상을 방지할 수 있다.
또한, 열교환부(160)로 제공되는 혼합가스의 온도를 설정온도 범위 내로 맞출 수 있으므로, 결국 배가스에 의한 열교환기(162)의 열손상을 방지할 수 있는 것이다.
나아가, 제2,3 개폐밸브(112,156)를 통해 바이패스 배관(150)으로 유동하는 배가스의 유량 및 온도를 조절하여 열교환기(162)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(200)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 열교환부(260), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 흡입팬(170), 집진설비(180)는 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 해당하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
열교환부(260)는 바이패스 배관(150)에 연결되는 열교환기(262)와, 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관(264), 열전달유체용 배관(264)에 설치되는 펌프(266)와, 열교환기(262)의 후단에 배치되도록 열전달유체용 배관(264)에 설치되는 제2 온도센서(268)을 구비할 수 있다.
또한, 열교환부(260)에는 열전달유체와의 열전달을 위한 열기관용 열교환기(269)가 구비될 수 있다. 열기관용 열교환기(269)에는 열기관용 유체가 유동하는 열기관용 유체 배관(269a)이 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(300)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 열교환부(360), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 흡입팬(170), 집진설비(180)는 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 해당하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
열교환부(360)는 바이패스 배관(150)이 내부를 관통하도록 배치되는 열교환기(362)와, 열교환기(362)를 통과하여 바이패스 배관(150)과 열교환하는 열전달유체용 배관(364) 및 열교환기(362)에 설치되어 열교환기(362)의 온도를 측정하기 위한 제3 온도센서(366)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 제3 온도센서(366)를 통해 열교환기(362)의 내부 온도를 측정하여 열교환부(360)에 연결되는 바이패스 배관(150)을 통해 유입되는 배가스의 유입량을 조절할 수 있다.
따라서, 열교환기(362)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(400)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 열교환부(460), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를포함하여 구성될 수 있다.
한편, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 바이패스 배관(150), 흡입팬(170), 집진설비(180)는 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 해당하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
열교환부(460)는 바이패스 배관(150)이 연결되는 열교환기(462)와, 열교환기(462)를 관통하도록 배치되는 이송부재(464) 및 및 열교환기(462)에 설치되어 열교환기(462)의 온도를 측정하기 위한 제3 온도센서(466)를 구비할 수 있다.
일예로서, 열교환기(462)는 내부 공간을 가지도록 형성될 수 있으며, 열교환기(462) 내부 공간에서 이송부재(464)를 통해 이송되는 고체(예를 들어, 석탄 등)와 바이패스 배관(150)을 통해 공급되는 배가스가 직접 접촉할 수 있다.
그리고, 이송부재(464)에는 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위한 속도조절장치(464a)가 구비될 수 있다. 즉, 바이패스 배관(150)으로 공급되는 배가스의 유입량에 맞추어 이송부재(464)를 통해 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위하여 속도조절장치(464a)가 이송부재(464)에 설치될 수 있다.
한편, 제3 온도센서(466)가 열교환기(462)에 설치되므로, 제3 온도센서(466)를 통해 열교환기(462)의 내부 온도를 측정하여 열교환부(460)에 연결되는 바이패스 배관(150)로 유입되는 배가스의 유입량을 조절할 수 있다.
따라서, 열교환기(462)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(500)는 일예로서, 주배관(510), 외기공급관(520), 혼합부(530), 제1 온도센서(540), 바이패스 배관(550), 열교환부(560), 흡입팬(570), 집진설비(580) 및 제어부(590)를포함하여 구성될 수 있다.
주배관(510)을 통해서는 배가스가 내부를 통해 흐른다. 일예로서, 주배관(510)은 대표적인 열설비인 연소로, 전기로 등의 공업로와 발전소를 포함한 보일러 등의 열설비에 연결될 수 있다.
한편, 주배관(510)의 배가스 유입부 측, 즉 외기공급관(520)이 연결된 부분의 전단에 배치되도록 주배관(510)에는 압력센서(511)가 설치될 수 있다. 한편, 압력센서(511)는 제어부(590)에 연결되어 주배관(510)으로 유입되는 배가스의 유입 압력에 대한 신호를 제어부(590)로 전송한다.
이를 통해, 제어부(590)는 흡입팬(570)을 제어하여 전단 설비의 압력을 제어할 수 있으며, 배가스의 유입량을 제어할 수 있다.
또한, 주배관(510)의 배가스 유입부 측, 즉 압력센서(511)에 인접 배치되도록 주배관(510)에는 유입부용 온도센서(513)가 설치될 수 있다. 유입부용 온도센서(513)는 유입되는 배가스의 온도가 급격하게 상승하거나 하강하는 경우 이를 감지하여 최종적으로 혼합부(530)의 온도를 일정온도로 유지시키기 위해 외기공급 관(520)으로부터 유입되는 외기의 유입량을 선행하여 결정하기 위하여 주배관(510)에 설치될 수 있다.
외기공급관(520)은 주배관(510)에 연결되며 주배관(510)으로 외기가 공급되도록 한다. 한편, 외기공급관(520)에는 제1 개폐밸브(522)가 구비된다. 또한, 제1 개폐밸브(522)도 제어부(590)에 연결되어 제1 온도센서(540)의 신호에 따라 제1 개폐밸브(522)가 개폐될 수 있다.
혼합부(530)는 외기공급관(520)이 연결되는 부분의 후단에 배치되도록 주배관(510)에 설치된다. 즉, 혼합부(530)에서는 주배관(510)으로부터 공급되는 배가스와 외기공급관(520)으로부터 공급되는 외기가 혼합되는 영역으로, 일예로서 챔버 형상, 믹서(mixer) 형상 또는 긴 관 형상 등을 가질 수 있다. 이와 같이, 혼합부(530)가 주배관(510)에 배치되므로, 배가스의 유입량이 급속하게 증가하거나 배가스의 온도가 급격하게 상승하더라도 혼합부(130)에서 미리 배가스와 외기가 혼합됨으로써 열교환부(160)에 가해지는 열에 의한 열충격을 완화시킬 수 있다.
제1 온도센서(540)는 혼합부(530)의 후단에 배치되도록 주배관(510)에 설치된다. 그리고, 제1 온도센서(540)는 혼합부(530)를 통과하여 주배관(510)을 흐르는 유체의 온도를 측정한다. 한편, 제1 온도센서(540)는 제어부(590)에 연결될 수 있다. 제어부(590)는 제1 온도센서(540)로부터의 신호에 따라 외기공급관(520)의 제1 개폐밸브(522)를 작동시킨다. 이와 같이, 주배관(510)에 설치되는 혼합부(530)의 후단에 제1 온도센서(540)가 설치되어 혼합부(530)를 통과하는 배가스와 외기의 혼합가스의 온도를 측정하여 혼합부(530)로 공급되는 외기의 유입량이 조절되도록 한다.
한편, 본 실시예에서는 제1 온도센서(140)가 혼합부(130)의 후단에 배치되는 경우를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 온도센서(140)는 혼합부(130)에 설치될 수도 있다.
바이패스 배관(550)은 제1 온도센서(540)의 후단에 배치되도록 주배관(510)에 연결된다. 바이패스 배관(550)은 열교환부(560)을 통과하지 않고 배가스가 흐를 수 있도록 주배관(510)에 연결될 수 있다.
한편, 바이패스 배관(550)에는 후술할 제2 개폐밸브(512)과 함께 열교환부(560)로 유입되는 배가스의 유입량을 조절하도록 제3 개폐밸브(552)가 구비될 수 있다.
일예로서, 제3 개폐밸브(552)가 폐쇄되고 제2 개폐밸브(512)가 개방되는 경우 배가스는 바이패스 배관(550)을 따라 흐르지 않고 주배관(510)을 통해 흐른다.그리고, 제2 개폐밸브(512)가 폐쇄되고 제3 개폐밸브(552)가 개방되는 경우 배가스는 바이패스 배관(550)을 통해서만 흐르고 주배관(510)을 통해서는 흐르지 않는다.
즉, 제2,3 개폐밸브(512,552)의 개폐정도를 조절하여 바이패스 배관(550)을 통해 흐르는 배가스의 유입량을 조절할 수 있는 것이다.
열교환부(560)는 주배관(510)에 연결되는 열교환기(562)를 구비한다. 또한, 열교환부(560)는 열교환기(562)에 연결되며 열전달유체가 유동하는 열전달유체용 배관(564), 열교환기(562)를 통과한 열전달유체의 온도를 측정하도록 열전달유체용 배관(564)에 설치되는 제2 온도센서(566) 및 열전달유체용 배관(564)에 설치되는 제4 개폐밸브(568)를 구비할 수 있다. 제2 온도센서(566)도 제어부(590)에 연결되며, 제2 온도센서(566)로부터의 신호에 따라 제어부(590)는 제2,3 개폐밸브(512,552)를 제어하는 동시에 제1 개폐밸브(522)를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(590)는 제2 온도센서(566)로부터의 신호에 따라 제4 개폐밸브(568)를 제어하여 열전달유체의 유입량을 제어할 수 있다.
흡입팬(570)은 바이패스 배관(550)의 후단에 배치되도록 주배관(510)에 설치될 수 있다. 흡입팬(570)은 배가스의 유입량을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 흡입팬(570)에 의해 주배관(510)으로 유입되는 배가스의 유입량 및 전단설비의 압력을 조절할 수 있다.
집진설비(580)는 흡입팬(570)의 전단에 배치되도록 주배관(510)에 설치되어 배가스로부터 더스트 및 기타 일정 성분을 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
제어부(590)는 제1 온도센서(540) 및 제1 개폐밸브(522)에 연결되며, 제1 온도센서(540)로부터의 신호에 따라 제1 개폐밸브(522)를 제어한다. 이와 같이, 제1 온도센서(540)에서 감지되는 배가스 또는 배가스와 외기의 혼합가스의 온도에 따라 제1 개폐밸브(522)를 제어하여 외기의 유입량을 조절한다. 따라서, 혼합부(530)를 통과하는 배가스 혼합가스의 온도를 제어할 수 있는 것이다.
이와 같이, 혼합부(530)를 통과하는 배가스 또는 혼합가스의 온도를 제어하여 열교환부(560)로 제공되는 배가스 또는 혼합가스의 온도, 즉 회수 열에너지량을 조절할 수 있는 것이다.
또한, 제어부(590)는 제2 온도센서(566) 및 제2,3 개폐밸브(512,552)에 연결되며, 제2 온도센서(566)로부터의 신호에 따라 제2,3 개폐밸브(512,552)를 제어한다. 이와 같이, 제2 온도센서(566)에서 감지되는 열전달유체의 온도에 따라 제2,3 개폐밸브(512,552)를 제어하여 바이패스 배관(550)을 통해 흐르는 배가스 또는 혼합가스의 유입량을 조절할 수 있다.
나아가, 제어부(590)는 압력센서(511) 및 흡입팬(570)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 압력센서(511)로부터 감지되는 압력에 따라 흡입팬(570)을 제어하여 주배관(510)으로 유입되는 배가스의 유입량 및 전단 설비의 압력을 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(590)가 복수개의 센서 및 복수개의 밸브에 연결되어 제어부(590)가 배가스 현열 회수 장치(100)의 전반적이고 복합적인 제어를 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 주배관(510)을 통해 유동하는 배가스의 온도가 너무 높은 경우 외기공급관(520)을 통해 외기가 유입되도록 하여 주배관(510) 측에 배치되는 혼합부(530)에서 배가스와 혼합시킬 수 있다. 이에 따라, 혼합부(530)에서 혼합된 배가스와 외기의 혼합가스가 열교환부(560)로 제공되므로, 배가스의 온도가 급격하게 상승하는 경우에도 열교환기(562)에 가해지는 열손상을 방지할 수 있다.
또한, 열교환부(560)로 제공되는 혼합가스의 온도를 설정온도 범위 내로 맞출 수 있으므로, 결국 배가스에 의한 열교환기(562)의 열손상을 방지할 수 있는 것이다.
나아가, 제2,3 개폐밸브(512,552)를 통해 바이패스 배관(550)으로 유동하는 배가스의 유입량을 조절하여 열교환기(562)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(600)는 일예로서, 주배관(510), 외기공급관(520), 혼합부(530), 제1 온도센서(540), 바이패스 배관(550), 열교환부(660), 흡입팬(570), 집진설비(580) 및 제어부(590)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 주배관(510), 외기공급관(520), 혼합부(530), 제1 온도센서(540), 바이패스 배관(550), 흡입팬(570), 집진설비(580)는 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 해당하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
열교환부(660)는 주배관(510)에 연결되는 열교환기(662)와, 열교환기(662)를 관통하도록 배치되는 이송부재(664) 및 이송부재(664) 상에 배치되어 이송되는 이송물의 온도를 측정하기 위한 제3 온도센서(666)를 구비할 수 있다.
일예로서, 열교환기(662)는 내부 공간을 가지도록 형성될 수 있으며, 열교환기(662) 내부 공간에서 이송부재(664)를 통해 이송되는 고체(예를 들어, 석탄 등)와 바이패스 배관(550)을 통해 공급되는 배가스가 직접 접촉할 수 있다.
그리고, 이송부재(664)에는 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위한 속도조절장치(664a)가 구비될 수 있다. 즉, 주배관(510)으로 공급되는 배가스의 유입량에 맞추어 이송부재(664)를 통해 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위하여 속도조절장치(664a)가 이송부재(664)에 설치될 수 있다.
한편, 제3 온도센서(666)가 이송부재(664) 상에 설치되므로, 제3 온도센서(666)를 통해 이송되는 고체의 온도를 측정하여 열교환부(660)에 연결되는 바이패스 배관(550)을 통해 유동하는 배가스의 유입량을 조절할 수 있다.
따라서, 열교환기(662)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(700)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 열교환부(760), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
열교환부(760)는 주배관(110)에 연결되는 열교환기(762)를 구비한다. 또한, 열교환부(760)는 열교환기(762)에 연결되며 열전달유체가 유동하는 열전달유체용 배관(764), 열교환기(762)를 통과한 열전달유체의 온도를 측정하도록 열전달유체용 배관(764)에 설치되는 제2 온도센서(766) 및 열전달유체용 배관(764)에 설치되는 제4 개폐밸브(768)를 구비할 수 있다. 제2 온도센서(766)도 제어부(190)에 연결되며, 제2 온도센서(766)로부터의 신호에 따라 제어부(190)는 제1 개폐밸브(122)를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(190)는 제2 온도센서(766)로부터의 신호에 따라 제4 개폐밸브(968)를 제어하여 열전달유체의 유입량을 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 배가스 현열 회수 장치(800)는 일예로서, 주배관(110), 외기공급관(120), 혼합부(130), 제1 온도센서(140), 열교환부(860), 흡입팬(170), 집진설비(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
열교환부(860)는 주배관(110)에 연결되는 열교환기(862)와, 열교환기(862)를 관통하도록 배치되는 이송부재(864) 및 이송부재(864) 상에 배치되어 이송되는 이송물의 온도를 측정하기 위한 제3 온도센서(866)를 구비할 수 있다.
일예로서, 열교환기(862)는 내부 공간을 가지도록 형성될 수 있으며, 열교환기(862) 내부 공간에서 이송부재(864)를 통해 이송되는 고체(예를 들어, 석탄 등)와 주배관(110)을 통해 공급되는 배가스가 직접 접촉할 수 있다.
그리고, 이송부재(864)에는 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위한 속도조절장치(464a)가 구비될 수 있다. 즉, 주배관(110)으로 공급되는 배가스의 유입량에 맞추어 이송부재(864)를 통해 이송되는 고체의 이송량을 조절하기 위하여 속도조절장치(864a)가 이송부재(464)에 설치될 수 있다.
한편, 제3 온도센서(866)가 이송부재(864) 상에 설치되므로, 제3 온도센서(866)를 통해 이송되는 고체의 온도를 측정하여 열교환부(860)에 연결되는 주배관(110)을 통해 유동하는 배가스와 외기의 혼합가스 유입량을 조절할 수 있다.
따라서, 열교환기(862)의 열손상을 보다 저감시킬 수 있으며 더하여 열회수 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 : 배가스 현열 회수 장치
110, 510 : 주배관
120, 520 : 외기공급관
130, 530 : 혼합부
140, 540 : 제1 온도센서
150, 550 : 바이패스 배관
160, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 860 : 열교환부
170, 570 : 흡입팬
180, 580 : 집진설비
190, 590 : 제어부

Claims (19)

  1. 배가스가 내부를 통해 흐르는 주배관;
    상기 주배관에 연결되며 제1 개폐밸브가 구비되는 외기공급관;
    배가스의 유동 경로 상 상기 외기공급관의 연결부 후단에 배치되도록 상기 주배관에 설치되는 혼합부;
    상기 혼합부 내 또는 상기 혼합부의 후단에 배치되는 제1 온도센서;
    배가스의 유동 경로 상 상기 혼합부의 후단에 배치되어 배가스 또는 배가스와 외기의 혼합가스와 열교환하는 열교환기를 구비하는 열교환부; 및
    상기 열교환기의 후단에 배치되도록 주배관에 설치되는 흡입팬;
    을 포함하며,
    상기 혼합부는 챔버 형상, 믹서(mixer) 형상 중 어느 하나의 형상을 가지며,
    상기 제1 온도센서의 후단에 배치되도록 상기 주배관에 연결되는 바이패스 배관을 더 포함하며,
    상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 연결되고,
    상기 주배관에는 상기 바이패스 배관과 상기 주배관의 연결부 사이에 배치되도록 상기 주배관에 설치되는 제2 개폐밸브가 구비되며,
    상기 바이패스 배관에는 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 상기 바이패스 배관에 설치되는 제3 개폐밸브가 구비되는 배가스 현열 회수 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관을 구비하는 배가스 현열 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 열전달유체용 배관에 설치되는 펌프를 더 구비하는 배가스 현열 회수 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 열교환기의 후단에 배치되도록 열전달유체용 배관에 설치되는 제2 온도센서를 더 구비하는 배가스 현열 회수 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 열전달유체용 배관은 열기관용 열교환기에 연결되는 배가스 현열 회수 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 설치되며,
    상기 열교환부는 상기 열교환기에 연결되는 열전달유체용 배관을 구비하는 배가스 현열 회수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 바이패스 배관에 연결되며, 고체를 이송하는 이송부재가 관통하도록 배치되는 배가스 현열 회수 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 열교환기에 설치되는 제3 온도센서를 더 구비하는 배가스 현열 회수 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 주배관에는 상기 흡입팬의 전단에 배치되는 집진설비가 구비되는 배가스 현열 회수 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 주배관에는 상기 외기공급관의 연결부의 전단에 배치되는 압력센서가 구비되는 배가스 현열 회수 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 주배관에는 상기 외기공급관의 연결부의 전단에 배치되는 유입부용 온도센서가 구비되는 배가스 현열 회수 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도센서 및 제1 개폐밸브에 연결되는 제어부를 더 포함하는 배가스 현열 회수 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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