KR200309549Y1 - 고온 폐수를 활용한 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고온 폐수를 활용한 열교환 장치에 관한 것으로서, 제지설비 등에서 발생하는 고온의 폐수를 활용하여 열병합 발전설비의 보일러 등으로 공급되는 순수의 온도를 높여줄 수 있도록 함으로써, 순수의 온도상승에 따른 스팀절감으로 열병합 발전설비의 운전비용을 대폭 절감할 수 있으며, 또한 폐수의 상대적인 온도저하로 효율적인 폐수처리가 가능하고, 이에 따라 쿨링타워 등의 가동을 최대한 억제할 수 있어 쿨링타워의 부하감소 및 미가동에 의한 냄새저감의 효과를 기대할 수 있도록 하는 한편, 위와 같은 열교환 장치를 폐수처리라인, 폐수폰드 전 라인이나 폭기조 전 라인 등에 적용함으로써, 폐수의 온도 저하에 따른 쿨링타워의 삭제 또는 가동제한 등을 가능하게 하여 폐수처리와 관련한 악취문제 등을 최소화하고, 폐수처리의 효율성을 높일 수 있도록 한 고온 폐수를 활용한 열교환 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

고온 폐수를 활용한 열교환 장치{Heat exchange system using DIP waste water}

본 고안은 고온 폐수를 활용한 열교환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제지설비 등에서 발생하는 폐수의 고온을 활용하여 열병합 발전설비의 보일러 등을 공급되는 순수의 온도를 높여줄 수 있는 열교환 방법 및 장치를 제공함으로써, 열병합 발전설비의 운전비용을 대폭 절감할 수 있으며, 또한 폐수의 온도저하로 효율적인 폐수처리를 가능하도록 한 고온 폐수를 활용한 열교환 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제지설비 등의 가동시 발생되는 폐수는 거의 대부분이 DIP 공정과 TMP 공정에서 발생되고, 이렇게 발생된 폐수는 폐수폰드, 탈수기 등을 거쳐 침전조로 보내진 후, 다시 쿨링타워를 거쳐 폭기조에서 최종 처리된다.

폐수의 온도는 보통 63℃(DIP 공정)∼75℃(TMP 공정) 정도로 매우 높은 편이며, 폭기조에서는 효율적인 폐수처리를 위한 최적 활성화 온도, 예를 들면 35℃ 이하까지 낮추기 위해 쿨링타워 등 여러 단계를 거쳐 온도를 낮추고 있는 실정이다.

보통 제지설비의 경우 3,000ton/day 정도의 고온 폐수가 폐수처리장으로 유입되고 있는 것을 감안할 때, 고온의 에너지가 그대로 버려지고 있는 문제가 있고, 하절기의 경우 폐수의 온도 상승으로 쿨링타워의 부하상승, 냄새발생 등의 문제가 있다.

따라서, 최근 높아지고 있는 에너지 절감차원에서 위와 같이 낭비되는 고온의 에너지를 효과적으로 활용하는 방안에 대한 대책이 요구된다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 제지설비 등에서 발생하는 고온의 폐수를 활용하여 열병합 발전설비의 보일러 등으로 공급되는 순수의 온도를 높여줄 수 있도록 함으로써, 순수의 온도상승에 따른 스팀절감으로 열병합 발전설비의 운전비용을 대폭 절감할 수 있으며, 또한 폐수의 상대적인 온도저하로 효율적인 폐수처리가 가능하고, 이에 따라 쿨링타워 등의 가동을 최대한 억제할 수 있어 쿨링타워의 부하감소 및 미가동에 의한 냄새저감의 효과를 기대할 수 있는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 위와 같은 열교환 장치를 폐수처리라인, 폐수폰드 전 라인이나 폭기조 전 라인 등에 적용함으로써, 폐수의 온도 저하에 따른 쿨링타워의 삭제 또는 가동제한 등을 가능하게 하여 폐수처리와 관련한 악취문제 등을 최소화하고, 폐수처리의 효율성을 높일 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 폐수라인상에서 고온측을 입구로 하고 저온측을 출구로 하여 설치되는 스파이럴형 열교환기와, 순수라인상에서 저온측을 입구로 하고 고온측을 출구로 하여 설치되는 플레이트형 열교환기와, 상기 스파이럴형 열교환기와 플레이트형 열교환기 사이에 연결되는 폐회로로 구성되며 폐수측과 순수측을 경유하면서 폐수와 순수 간의 열교환작용을 간접적으로 수행하는 순환수를 포함하는 순환수라인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스파이럴형 열교환기는 폐수 내의 이물질 등에 의한 고착 등을 방지하기 위한 백워싱방식이나, 또는 상시 충전방식의 열교환기인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 순환수라인은 안전장치로서 순수의 오염을 감지할 수 있는 전도도미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스파이럴형 열교환기는 그 폐수 도입측에 폐수 속의 이물질을 1차 걸러주는 스크린/필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환장치는 폐수라인의 DIP 공정과 폐수폰드 사이의 라인에 적용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환장치는 폐수라인의 침전조와 폭기조 사이에 적용하여 쿨링타워의 삭제를 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 열교환 장치의 일 구현예를 보여주는 개략도

도 2는 본 고안에 따른 열교환 장치의 적용상태를 보여주는 개략도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 스파이럴형 열교환기 20 : 플레이트형 열교환기

30 : 순환수 라인 40 : 스크린/필터

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 열교환 장치의 일 구현예를 보여주는 개략도이다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 제지설비 등의 폐수라인에 스파이럴형 열교환기(10)를 설치함으로써, 제지설비 등의 가동시 발생되는 폐수는 스파이럴형 열교환기(10)를 경유한 후, 다음 공정으로 진행될 수 있게 된다.

이때의 열교환기 내부로 유입되는 폐수의 온도는 대략 58℃ 정도의 고온이며, 열교환기를 통해 열교환작용이 이루어지고 난 후의 배출온도는 약 45℃ 정도로 떨어진다.

상기 스파이럴형 열교환기(10)는 폐수의 유입과 배출을 위해 상부와 하부가 각각 폐수라인과 연결되는 구조로 설치되며, 이때의 고온의 폐수는 본체의 가운데에 있는 상부의 입구로 들어와서 중심에서 바깥쪽으로 흐르게 되며 바깥쪽의 하부 출구로 빠져나갈 때까지 열교환작용을 수행하게 된다.

본 고안에 따른 열교환방법에 적용될 수 있는 스파이럴형 열교환기는 그 형식이나 사양에 제한을 받지 않고 어떠한 것이든 적용이 가능하며, 열교환기의 형식이나 사양이 결정되면 이에 맞게 폐수라인측과 연결하는 것으로 용이하게 적용할수 있다.

특히, 상기 스파이럴형 열교환기(10)에는 후술하는 순환수라인(30)의 유입과 배출을 위한 각각의 입구와 출구를 갖게 되는데, 위와 같이 폐수가 상부로 유입되어 중심에서 바깥쪽으로 진행된 후 하부로 빠져나가는 타입의 경우 입구와 출구는 본체의 옆에 대략 90°정도의 위상차를 갖는 위치에 형성되게 하는 것이 바람직하다.

제지설비 등에서 발생하는 폐수에는 상당한 이물질이 포함되어 있으며, 이러한 이물질이 관 내에 고착되면 폐수의 흐름을 저해하여 효과적인 열교환작용을 방해하거나, 관의 부식 등에 의한 누수의 문제, 스케일에 의한 열교환 효율저하 등을 초래하게 되므로, 이러한 이물질 고착문제를 해결하는 것이 장치의 운전에 있어서 필수적이라 할 수 있다.

이를 위하여, 본 고안에서는 폐수를 취급하는 스파이럴형 열교환기(10)의 내부를 상시 충전시켜놓는 방식을 적용함으로써, 관 내를 마르지 않도록 하여 이물질이 고착될 수 있는 소지를 완전히 배제할 수 있으며, 또는 막힘을 방지하기 위해 백워싱수단으로 관 내를 주기적으로 청소하거나 필요에 따라서는 약품을 첨가하여 관 내의 이물질을 제거할 수 있다.

열병합 발전설비를 위한 순수라인에는 플레이트형 열교환기(20)가 설치되어 이곳을 경유하여 보일러 급수인 순수가 스팀터빈의 보일러측으로 공급된다.

보통 순수의 공급온도는 16℃ 정도이며, 플레이트형 열교환기(20)를 거쳐 열교환이 이루어지고 난 후의 순수의 온도는 28℃ 정도로 약 12℃ 상승된 상태로 공급된다.

본 고안에서 순수의 열교환을 위해 채용하고 있는 플레이트형 열교환기(20)는 여러 장의 전열판을 묶어 놓은 구조로서 고온의 유체흐름과 저온의 유체흐름을 서로 반대방향으로 흐르게 하여 얇은 벽 간에 열교환이 이루어지도록 한 것이다.

본 고안에서 제공하는 가장 큰 특징 중의 하나는 폐수와 순수 간의 직접적인 열교환이 아니라, 매개체로서 순환수를 이용한 간접 열교환방식을 제공한다는 것이다.

이를 위하여, 폐수가 흐르는 스파이럴형 열교환기(10)와 순수가 흐르는 플레이트형 열교환기(20) 사이에 순환수라인(30)을 폐회로로 구성하고, 순환수라인(30)을 통해 양측 사이를 순환하는 순환수에 의해 폐수측의 열이 순수측으로 전달되도록 한 것이다.

열병합 발전설비의 보일러용으로 사용되는 순수는 1급수 수준의 수질을 확보해야 하므로, 위와 같은 간접 열교환방식을 적용하였으며, 특히 순수의 최상의 수질을 확보하기 위하여 순환수라인(30)에 전도도메타(미도시)를 설치하였다.

따라서, 이와 같은 본 고안의 열교환 장치에 대한 열교환 작용을 설명하면 다음과 같다.

제지설비 등에서 발생되는 폐수는 스크린/필터(40) 및 스파이럴형 열교환기(10)를 경유하는 1 →2 →3의 흐름경로를 갖는다.

열병합 발전설비의 보일러측으로 공급되는 순수는 플레이트형 열교환기(20)를 경유하는 6 →7의 흐름경로를 갖는다.

스파이럴형 열교환기(10)와 플레이트형 열교환기(20) 사이에 배관되어 있는 순환수라인(30)을 통해서 4 →5의 경로로 순환수가 흐른다.

따라서, 스파이럴형 열교환기의 내부로 유입되기 전의 폐수가 갖는 온도는 58℃ 정도이고, 플레이트형 열교환기의 내부로 유입되기 전의 순수의 온도는 16℃ 정도이다.

이에 따라, 스파이럴형 열교환기와 플레이트형 열교환기의 내부에서 폐수와 순환수, 순수와 순환수 각각의 열교환이 이루어져 순환수라인의 배출측과 유입측의 순환수 온도가 각각 46℃와 30℃ 정도를 유지하면서 스파이럴형 열교환기의 배출측 폐수온도는 45℃ 정도로 낮아지고, 플레이트형 열교환기의 배출측 순수온도는 28℃ 정도로 높아진다.

위와 같은 온도는 폐수량 125㎥/h, 순수량 110㎥/h, 순환수량 170㎥/h를 기준으로 한 것이다.

도 2는 본 고안에 따른 열교환 장치의 적용상태를 보여주는 개략도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, DIP 공정, TMP 공정에서 발생되는 폐수는 도면의 실선흐름을 따라 진행하고, 침전조에 일시 정체된 후, 쿨링타워를 거쳐 폭기조에서 처리된다.

본 고안에서 제공하는 열교환장치는 DIP 공정이나 TMP 공정 후 폐수가 진행되는 라인에 설치함으로써, 폐수의 온도를 떨어뜨려 주고, 최종적으로 폭기조에서의 최적의 폐수처리를 위한 온도조건인 35℃ 이하로 맞추어 줄 수 있다.

또한, 폭기조로 보내지는 폐수의 온도를 약 10℃ 정도 떨어뜨려줄 수 있는쿨링타워를 대체하여 열교환장치를 적용함으로써, 쿨링타워로 인한 제반 문제점, 예를 들면, 과부하, 냄새, 분진 등의 문제점들을 완전히 배제할 수 있다.

아래의 표 1은 DIP 폐수라인에 열교환기를 설치하여 스팀절감의 효과를 얻어낸 것이다.

여기서, 폐수의 온도차 범위는 16∼26℃ 정도로 평균 20℃ 내외의 높은 온도저감 효과를 얻을 수 있으며, 순수의 온도차는 평균 15℃ 정도로 나타났고, 이를 비용으로 환산한 결과 하루 100만원 이상의 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

이상에서와 같이 본 고안은 제지설비 등에서 발생하는 고온의 폐수를 활용하여 열병합 발전설비의 보일러 등으로 공급되는 순수의 온도를 높여주는 방식의 열교환 방법과 장치를 제공함으로써, 순수의 온도상승에 따른 스팀절감으로 열병합 발전설비의 운전비용을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안에서 제공하는 열교환 장치를 제지설비의 폐수처리라인, 폐수폰드 전 라인이나 폭기조 전 라인 등에 적용함으로써, 폐수의 온도 저하에 따른 쿨링타워의 삭제 또는 가동제한을 가능하게 하여 폐수처리와 관련한 악취문제 등을 최소화하고, 폐수처리의 효율성을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 폐수라인상에서 고온측을 입구로 하고 저온측을 출구로 하여 설치되는 스파이럴형 열교환기(10)와, 순수라인상에서 저온측을 입구로 하고 고온측을 출구로 하여 설치되는 플레이트형 열교환기(20)와, 상기 스파이럴형 열교환기(10)와 플레이트형 열교환기(20) 사이에 연결되는 폐회로로 구성되며 폐수측과 순수측을 경유하면서 폐수와 순수 간의 열교환작용을 간접적으로 수행하는 순환수를 포함하는 순환수라인(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스파이럴형 열교환기(10)는 폐수 내의 이물질 등에 의한 고착 등을 방지하기 위한 백워싱방식이나, 또는 상시 충전방식의 열교환기인 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스파이럴형 열교환기(10)는 그 폐수 도입측에 폐수 속의 이물질을 1차 걸러주는 스크린/필터(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 순환수라인(30)은 안전장치로서 순수의 오염을 감지할 수 있는 전도도미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환장치는 폐수라인의 DIP 공정과 폐수폰드 사이의 라인에 적용하는 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환장치는 폐수라인의 침전조와 폭기조 사이에 적용하여 쿨링타워의 삭제를 가능하게 한 것을 특징으로 하는 고온 폐수를 활용한 열교환 장치.