KR20030008508A - 액체연료를 기화시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체연료류를 기화시키는 설비시설를 소형화시키고 또한 폐열을 회수하여 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 효율적인 시스템을 갖춘 액체연료류를 기화시키는 방법에 관한 것으로, 탄화수소액체 공급노즐(5)을 이용하여 연소공기공급관(10) 내부로 가압된 탄화수소액체류를 분무시킴으로써 상기 탄화수소액체류가 기화되어 연소용가스로 사용할 수 있으며, 상기 연소용가스가 열원으로 사용된 용해로(14)에서 나오는 폐열인 용해로배기가스(15)를 이용하여 연소공기를 가열시키는 것을 특징으로 한다.

Description

액체연료를 기화시키는 방법{A method of evaporating liquid fuel}

본 발명은 액체연료류를 기화시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체연료를 기화시키는 설비시설를 소형화시키고 또한 폐열을 회수하여 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 효율적인 시스템을 갖춘 액체연료류를 기화시키는 방법에 관한 것이다.

일반적인 연료로 사용되는 석유류 제품으로는 경유, 등유, 휘발유, 벙커C유 등이 있으며, 가스류 제품인 LPG, LNG, 부탄과 같은 것 이외에도 석유의 처리단계에서 발생하는 탄화수소액체가 있는데, 탄화수소액체를 연료로 사용하는 방법에 있어서 액체를 기체로 변환을 하여서 사용할 수는 있으나 액체를 기체로 변환시키는 데에는 통상적으로 기회시 필요한 에너지와 변환시키는 장비인 기화설비를 필요로 한다. 그래서 이러한 석유 부산물들은 초기 투자비용이 많이 들어서 일반적인 상태에서는 사용하기가 어려운 문제점이 있다.

탄화수소액체를 기화시키기 위해서는 증류점의 온도가 169℃ 이상을 유지하여야 탄화수소가스로 만드는 것이 가능하다. 그러므로 탄화수소가스를 만들기 위해서는 증발에 필요한 열원을 필요로 한다. 일반적으로는 간접열을 이용해서 보일러에서 기화를 시켜서 사용되어 왔다.

도 2는 종래에 이용된 액체연료를 기화시키는 방법의 개략적인 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액체를 기화시키기 위해서 탄화수소액체예열용 스팀히터(22)를 사용하여 탄화수소액체를 180℃ 정도로 1차로 예열시키며 더워진 탄화수소액체는 탄화수소액체증발용 전기히터보일러(23)에서 완전히 기화가 되도록 한다.

그런데 증발된 탄화수소가스는 이송중에 온도가 160℃ 이하로 떨어지면 재응축되는 현상이 발생하므로 탄화수소액체증발용 전기히터보일러(23)와 벤츄리믹스(26)까지의 배관이 길면 배관 도중에 온도를 보상할 수 있는 탄화수소가스온도보상용 전기히터(24)를 설치해서 재응축이 일어나지 않도록 한다. 벤츄리믹스(26) 전에 탄화수소가스의 량을 조절할 수 있는 탄화수소가스조절밸브(25)를 설치하여 탄화수소가스의 량을 일정하게 조정하며 이는 연소공기와 혼합된다. 혼합된 탄화수소가스와 연소공기는 혼합가스공급관(31)을 통해서 버너(32)에서 연료로 사용되어 이는 용해로(33)의 열원으로 작용한다.

종래와 같은 방식에서 또 하나의 어려운 문제는 연소공기의 온도는 보통 상온의 온도로서 공급을 하므로 별도의 예열장치를 부착하거나 혼합가스공급관(31) 내의 혼합가스가 재응축이 일어나지 않도록 연소배관을 짧게 사용하여야 한다. 이 때 각 예열용 스팀히터(22)와 증발용 전기히터보일러(23), 온도보상용 전기히터(24)는 별도의 열원인 스팀(27)과 전기(28)를 공급하여야 하는 문제점이있다.

또한, 종래의 방식인 별도의 기화장치를 이용하여 기존의 LPG가스와 같이 변경하여 사용하는 방법은, 기화 후 LPG가스와 탄화수소가스의 특성인 증발점과 응축점이 다르기 때문에 가스상태를 유지하기 위해서는 기존의 LPG에 비해서 일정한 온도를 유지하는데 필요한 설비가 있어야 하는 단점이 있다. 그러므로 전체적으로 투자비용이 많이 들고 운전 유지 보수비용이 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체연료류를 기화시키는 설비시설를 소형화하여 탄화수소액체를 연소용탄화수소가스로 쉽게 변화시키며 또한 폐열을 회수하여 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 효율적인 시스템을 갖춘 액체연료류를 기화시키는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 액체연료를 기화시키는 방법에 있어서, 탄화수소액체 공급노즐(5)을 이용하여 연소공기공급관(10) 내부로 가압된 탄화수소액체를 분무시킴으로써 상기 탄화수소액체가 기화되어 연소용가스로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체연료류를 기화시키는 방법에 의하여 달성된다.

또한, 본 발명에서는 상기 연소용가스가 열원으로 사용된 용해로(14)에서 나오는 폐열인 용해로배기가스(15)를 이용하여 연소공기를 가열시킴으로써 에너지를 절약할 수 있는 효율적인 시스템을 도입하고자 한다.

본 발명은 직접 연소공기를 가열하여 이 열원을 직접적으로 탄화수소액체와반응을 시켜서 탄화수소가스를 만드는 방법이다. 본 발명에서 기화시 필요한 열은 용해로에서 나오는 용해로배기가스(15)를 이용하고 열교환기(9)를 거쳐 폐열을 회수하는 방법으로 충당된다. 즉, 상기 열교환기(9)를 통하여 연소공기의 온도를 약 250 ℃ 정도로 상승시켜서 필요한 에너지원으로 사용한다.

탄화수소액체 저장조(1)의 탄화수소액체를 가압펌프(2)를 통하여 가압을 한 뒤에, 일정한 압력을 유지시키는 데 필요한 탄화수소액체 압력조절탱크(3)를 통하여 압력을 일정하게 유지한 뒤, 투입량을 조절하기 위한 탄화수소액체 압력조절밸브(4)를 사용하여 투입량을 일정하게 조절하여 공급하도록 한다. 탄화수소액체를 탄화수소액체 공급노즐(5)을 통하여 분무시킬 때, 입자를 일정하게 유지하고 미세하게 만들기 위해서는 압축공기(6)를 이용한다. 상기 압축공기(6)의 압력은 압축공기압력조절밸브(7)를 사용하여 일정하게 유지되며 상기 압축공기(6)는 상기 탄화수소액체 공급노즐(5)로 공급된다.

이에 따라, 혼합기(11)에서는 연소공기와 분무된 탄화수소액체가 혼합된다. 증발이 완료된 탄화수소가스와 연소공기는 혼합이 된 상태에서 탄화수소가스와 연소공기가 혼합된 혼합가스공급관(12)을 통과하여 버너(13)에서 연료로 사용되며 이는 용해로(14)의 열원으로 작용한다. 이 때 혼합된 연소가스는 일정한 온도를 유지하고 있기 때문에 혼합가스공급관(12) 내의 재응축현상이 나타나지도 않고, 연소가스의 온도가 고온이므로 연소상태가 향상되며 동시에 에너지 절약의 효과도 일어난다.

본 발명에 따른 액체연료류를 기화시키는 방법에 따르면, 탄화수소액체를 탄화수소기체로 변화시키는데 있어서 복잡한 별도의 LPG를 기화하는데 사용하는 방식과 같은 기화장치를 이용하는 것이 아니며, 탄화수소액체를 필요한 연소설비에 직접 투입하므로 해서 설비를 단순화 하고 운전을 용이하게 하였으며 기 설비된 곳에 간단한 장치로서 교체 운영을 할 수가 있다. 그리고 설비의 위치가 사용하고자 하는 부분 옆에 설치가 되므로 이 부분의 열원을 이용함으로써 낭비되는 에너지 자원의 일부를 회수하여 사용할 수가 있는 장점이 있다.

본 발명은 일반적으로 공장에서 사용되는 에너지원인 LPG를 대체하기 위해서 탄화수소액체를 가스화시켜서 연소용 가스로 사용하기 위한 설비이다. 일반적으로 LPG는 비싼 에너지원이므로 그 보다 저렴한 탄화수소액체를 이용함으로써 에너지가 많이 요구되는 제품인 경우에는 생산원가를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명은 탄화수소액체를 연소용 연료로 사용하기 위해서는 탄화수소가스로 변환되어야 하는데 이러한 변환에 따른 종래 기술의 문제점을 감안하여 창안된 것이다.

본 발명은 탄화수소액체가 기화를 잘하기 위해서 압축공기를 이용한 탄화수소액체 공급노즐방식을 도입하였으며 탄화수소액체의 압력을 일정하게 유지하기 위한 탄화수소액체 가압펌프(2)의 선정과 일정한 량 제어를 위한 탄화수소액체 압력조절탱크(3)와 탄화수소액체 압력조절밸브(4)를 사용하였다. 그리고 연소공기를 가열할 수 있는 열원은 용해로(14)의 배기가스를 이용한 방식을 도입해서 최대한으로 배기되는 폐열을 회수하는 수단을 이용하였다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과연관되어지는 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체연료를 기화시키는 방법의 개략적인 모식도이다.

도 2는 종래에 이용된 액체연료를 기화시키는 방법의 개략적인 모식도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 보호의 설명

1 : 탄화수소액체 저장조 2 : 탄화수소액체 가압펌프

3 : 탄화수소액체 압력조절탱크 4 : 탄화수소액체 압력조절밸브

5 : 탄화수소액체 공급노즐 6 : 압축공기

7 : 압축공기압력조절밸브 8 : 연소공기공급팬

9 : 열교환기 10 : 연소공기공급관

11 : 혼합기 12 : 혼합가스공급관

13 : 버너 14 : 용해로

15 : 용해로배기가스 16 : 열교환기배기가스

21 : 탄화수소액체 저장조 22 : 탄화수소액체예열용 스팀히터

23 : 탄화수소액체증발용 전기히터보일러

24 : 탄화수소가스온도보상용 전기히터

25 : 탄화수소가스조절밸브 26 : 벤츄리믹스

27 : 스팀 28 : 전기

29 : 연소공기공급팬 30 : 연소공기공급관

31 : 혼합가스공급관 32 : 버너

33 : 용해로 34 : 이송펌프

이하 본 발명에 따른 액체연료를 기화시키는 방법의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체연료를 기화시키는 방법의 개략적인 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체연료류를 기화시키는 장치는 크게 탄화수소액체 저장조(1), 탄화수소액체 공급노즐(5), 혼합기(11), 혼합가스공급관(12), 용해로(14), 열교환기(9) 및 연소공기공급관(10)으로 구성되어 열역학적인 사이클을 이루고 있다.

상기 탄화수소액체 저장조(1)와 상기 연소공기공급관(10) 사이에는 탄화수소액체 가압펌프(2), 탄화수소액체 압력조절탱크(3), 탄화수소액체 압력조절밸브(4) 및 탄화수소액체 공급노즐(5)이 순차적으로 연결되어 있다. 또한, 압축공기(6)가 상기 탄화수소액체 공급노즐(5)을 통하여 공급될 수 있도록 압축공기압력조절밸브(7)가 별개의 경로로 상기 탄화수소액체 공급노즐(5)과 연결되어 있다.

상기 탄화수소액체 공급노즐(5)에서 분무된 탄화수소액체는 상기 연소공기공급관(10) 속의 연소공기와 혼합된 후, 혼합기(11), 혼합가스공급관(12)을 거쳐 용해로(14)의 열원으로 이용된다. 상기 용해로(14)에서 배출된 용해로배기가스(15)는 열교환기(9)로 공급된다.

연소공기는 연소공기공급팬(8)과 상기 열교환기(9)를 거쳐 상기 연소공기공급관(10)으로 공급되며, 상기 열교환기(9)로부터 열교환기배기가스(16)가 배출된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 탄화수소액체를 탄화수소가스로 기화시키는데 있어서 일반적인 연소설비의 방식인 연소공기와 연료를 혼합하는 방식을 이용하였다. 즉, 폐열을 이용한 연소공기의 가열방식을 도입하였으며 탄화수소액체를 기화시키는 방법으로 압축공기(6), 탄화수소액체 가압장치 및 미세하게 분무시킬 수 있는 노즐방식 등을 이용함으로써 간단하게 설비를 설치할 수 있도록 하며, 설비에 따른 복잡한 방식의 운전을 피할 수 있도록 하였다.

탄화수소액체 저장조(1) 내에 있는 탄화수소액체는 탄화수소액체 가압펌프(2)에서 약 3 ~ 6 kg/cm²의 압력을 유지한다. 이 때 유지압력은 사용량과 사용댓수에 따라서 변경될 수 있다. 그리고 탄화수소액체 압력조절탱크(3)를 설치함으로써 탄화수소액체는 배관내에서 압력을 일정하게 유지하고, 탄화수소액체 압력조절밸브(4)를 통하여 일정한 압력(약 2 ~ 3 kg/cm²)으로 탄화수소액체 공급노즐(5)에 공급한다.

분무용 압축공기(6)는 압축공기압력조절밸브(7)에서 약 2 ~ 4 kg/cm²로 조절된 후 탄화수소액체 공급노즐(5)로 공급되어 탄화수소액체의 분무시 미세한 입자로 변화시키는 일을 하도록 한다. 위의 압력은 용해로(14)의 운전온도와 생산량에 따라서 조정하여 사용할 수 있다.

연소공기는 공급팬에서 약 20 m³/min 정도의 풍량을 공급하고 이 때의 연소공기의 온도는 보통 30 ~ 40℃를 유지한다. 연소공기는 상기 열교환기(9)를 거치면서 250℃로 온도가 상승한다. 상승된 연소공기는 혼합기(11)를 지나면서 기화열로 일부가 소비되고 혼합가스공급관(12) 내의 혼합된 연소가스는 약 150℃를 유지하도록 하여 혼합된 연소가스의 재응축이 되지 않도록 유지를 한다. 보통 열교환된 후 배기가스 온도는 420℃ 정도를 유지한다.

상기 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 액체연료를 기화시키는 방법에 의하면, LPG보다 가격이 싼 탄화수소액체를 이용한 연소설비를 통하여 생산비용을 절감하여 제품에 대한 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

또한, 탄화수소액체를 기체로 만들기 위해서, 복잡하고 부대설비를 많이 요하는 종래의 방식과는 달리 간단한 탄화수소액체 가압펌프, 압축공기 및 열교환기를 이용함으로써 적은 비용으로도 기화설비를 설치할 수 있도록 하였다. 그리고 연소용 공기를 예열하여 기화시 필요한 열원을 공급하는 방식을 도입함으로써 전체적인 설비를 간단하게 설치할 수 있으며, 이는 설비에 대한 유지보수 비용이 절감되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 액체연료를 기화시키는 방법에 의하면, 혼합된 연소가스가 버너로 공급되므로 연소효율이 높아지고 연소공기의 예열효과가 발생하여 이에 관련된 에너지 절약효과가 부가적으로 발생한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (3)

1. 액체연료를 기화시키는 방법에 있어서,

   탄화수소액체 공급노즐(5)을 이용하여 연소공기공급관(10) 내부로 가압된 탄화수소액체류를 분무시킴으로써 상기 탄화수소액체류가 기화되어 연소용가스로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체연료를 기화시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 압축공기(6)를 상기 탄화수소액체 공급노즐(5)에 공급함으로써 상기 탄화수소액체류가 미세한 입자로 분무되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 기화시키는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연소용가스가 열원으로 사용된 용해로(14)에서 나오는 폐열인 용해로배기가스(15)를 이용하여 연소공기를 가열시키는 것을 특징으로 하는 액체연료를 기화시키는 방법.