KR20040084258A - 축열식 저열량 가스 연소장치 및 연소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스연소기에 관한 것으로, 상단에 직접연소실(10)과 하단에 축열연소실(20)로 구성되는 연소실(1), 직접연소실(10) 일측 소정의 위치에 연결되며, 유입된 보조연료가 연소되는 보조연료버너(40), 직접연소실 일측 소정의 위치에 연결되며, 예열된 가스가 유입되는 예열가스 유입부(50), 축열연소실(20)에 연결되며 연소된 가스가 배출되는 연소가스 배출기(60), 연소가스 배출기(60)에 연결되며 일측 소정의 위치에 저열량 가스 유입부(70)와 예열가스 배출부(71)를 구비하는 열교환기(80), 예열가스 배출부(71)에서 배출된 예열가스를 예열가스 유입부(50)로 유입시키는 예열가스 유도관(72)을 포함한다.

Description

축열식 저열량 가스 연소장치 및 연소방법{Regenerative combustion system for low calorific gases}

본 발명은 처리 대상 폐가스의 적용범위를 넓히고, 보조연료 사용량을 최소화하며, 소규모 사업장에도 적용 가능한 축열연소 시스템에 관한 것이다.

가연성 저열량 가스의 열처리연소방법은 크게 직접연소방식과 축열연소방법이 있다. 자체 발열량이 약 70 kcal/m³이상인 저열량 가스는 직접연소방법이 적용되며, 그 이하인 경우에는 축열연소방법을 주로 사용한다.

상기 직접연소방법은 설비가 간단하고 적용범위가 넓으나 보조연료 사용량이 많은 단점이 있고, 축열연소방식은 초기 투자비용이 많으나 운전비용은 절감되므로 주로 중·대형의 사업장에 적합한 기술이다.

따라서, 간단한 설비로 운전비용이 적은 가연성 가스의 열처리 연소시스템의 필요성이 대두되었다.

본 발명의 목적은 악취와 공해를 유발하는 저열량 가스의 완전연소를 위해연소실 내부의 상단에는 보조연료 연소열에 의한 1차 직접 연소실(10)을 구성하고, 하단에는 축열연소실(20)을 구성하며, 축열연소실은(20) 보조연료 연소열에 의한 고온의 열을 축열함으로써, 축열에 의해 2차 연소가 이루어지도록 고안된 가스연소기의 제공에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기에 보조연료 연소시에 복사열과 대류열 전달에 의해 축열연소실(20)이 가열되고, 저열량 폐가스의 연소온도 이상이 되면 보조연료의 공급은 중단되어 축열연소실(20)에서만 연소가 이루어지며, 불균일한 폐가스 조성 등의 영향으로 축열연소실(20)의 온도가 기준점 이하로 낮아질 경우에 보조연료가 자동 공급되어 연소되도록 함으로써 보조연료 소모량을 최소화하도록 하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 저열량 가스 연소장치를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연소실 10 : 직접연소실

20 : 축열연소실 30 : 보조연료 유입부

40 : 보조연료버너 50 : 예열가스 유입부

60 : 연소가스 배출기 70 : 저열량 가스 유입부

71 : 예열가스 배출부 72 : 예열가스 유도관

80 : 열교환기 90 : 배출가스 배기부

100 : 단열재 200 : 축열재

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가스연소기는 상단에 직접연소실(10)과 하단에 축열연소실(20)로 구성되는 연소실(1), 직접연소실(10) 일측 소정의 위치에 연결되며, 유입된 보조연료가 연소되는 보조연료버너(40), 직접연소실 일측 소정의 위치에 연결되며, 예열된 가스가 유입되는 예열가스 유입부(50), 축열연소실(20)에 연결되며 연소된 가스가 배출되는 연소가스 배출기(60), 연소가스 배출기(60)에 연결되며 일측 소정의 위치에 저열량 가스 유입부(70)와 예열가스 배출부(71)를 구비하는 열교환기(80), 예열가스 배출부(71)에서 배출된 예열가스를 예열가스 유입부(50)로 유입시키는 예열가스 유도관(72)을 포함한다.

본 발명은 저열량 폐가스를 연소시키는 연소방법에 있어서, 외부에서 유입된 저열량 폐가스(70)를 열교환기에 의해서 예열시키는 과정과, 배출된 예열가스(71)를 예열가스 유입부(50)로 유입하는 과정과, 유입된 가스가 직접연소실(10)에서 1차연소되는 과정과, 연소시 연소열에 의해서 축열연소실(20)이 축열되는 과정과, 축열연소실(20)의 온도를 측정하고 설정값과 비교하여 보조연료 투입여부를 제어하는 과정과, 축열연소실(20)에서 2차연소되는 과정과, 상기 연소된 가스가 열교환기(80)로 유입되는 과정을 포함한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스연소기의 단면도이다.

상기 실시 예에서, 가스연소기는 직접연소실(10), 축열연소실(20), 보조연료 유입부(30), 보조연료버너(40), 예열가스 유입부(50), 연소가스 배출기(60), 저열량가스 유입부(70), 예열가스 배출부(71), 예열가스 유도관(72), 열교환기(80)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 연소실(1) 내부는 상단에 직접연소실(10)이, 하단에 축열연소실(20)이 구성된다. 연소실은 단열재(100)에 의해서 내부와 외부가 분리되어 있다. 따라서, 열의 출입을 차단하여 열효율을 높일 수 있다.

상기 직접연소실(10)은 상부에 보조연료 유입부(30)를 구비하는 보조연료 버너(40)와 예열가스 유입부(50)가 연결되고 하부에 축열연소실(20)이 연결된다. 보조연료버너(40)는 직접연소실(10) 상부의 중앙에 형성되며, 예열가스 유입부(50)는 보조연료버너(40)를 중심으로 좌, 우측으로 형성된다.

상기 직접연소실은 운전초기에 보조연료 연소열에 의해 유입된 가스를 고온으로 직접 연소시키게 된다. 이 때 발생한 보조연료 화염열과 직접연소실(10)에서 1차 연소된 고온의 저열량 가스가 축열연소실(20)을 통과하면서 복사, 대류에 의해 축열연소실(20)이 가열된다.

상기 축열연소실(20)은 상부에 직접연소실(10)이 연결되어 있고 하부에 연소가스 배출기(60)에 의해서 열교환기(80)가 연결되어 있다. 축열연소실(20) 내부에는 세라믹 축열재(200)가 충진되어 있다.

따라서, 보조연료 연소시 발생하는 연소열은 상기 직접연소실(10)에서 가열된 고온의 가스열과 함께 복사와 대류에 의해서 축열연소실에 흡수되고, 이로 인하여 축열연소실은 저열량 가스가 완전 연소되는 기준온도 이상으로 가열된다.

상기 축열연소실(20)의 온도가 기준온도 이상으로 축열되면 보조연료의 공급이 중단되고, 이때부터는 축열연소실(20)에서 연소가 이루어진다. 따라서, 저열량 가스의 연소가 축열연소실(20)에서 이루어지므로 일정시간 동안은 내부온도가 자체 발열량에 의해서 저열량 가스 연소온도 이상을 유지하게 된다.

상기 기준온도는 저열량 가스 농도나 자체 발열량에 따라서 달라지게 되나 일반적으로는 900도 내외로 결정된다.

그러나, 축열연소실의 온도는 자체발열량이 낮거나 산업체 공정에서 생성되는 폐가스의 조성이 불균일 할 경우에는 일정시간 후 온도가 기준온도 이하로 낮아지게 된다.

상기 보조연료버너(40)는 상부에 보조연료 유입부(30)가 형성되며, 하부에는 직접연소실(10)이 연결된다.

상기 보조연료버너(40)는 축열연소실(20)의 온도가 기준온도 이하로 낮아지면 자동으로 연료공급 및 점화가 되어, 상기 축열연소실이 기준온도 이상이 될 때까지 직접연소와 축열연소가 동시에 병행하게 된다. 따라서, 보조연료 사용량을 최소화 할 수 있다.

상기 열교환기(80)는 상부에 연소가스 배출기(60)에 의해서 축열연소실(20)과 연결되어 있고, 하부에는 연소된 가스를 배출하기 위한 배출가스 배기부(90), 일측면의 소정의 위치에는 저열량 폐가스 유입부(70)와 예열가스 배출부(71)가 형성된다.

상기 연소실(1)을 거친 고온의 연소가스는 연소가스 배기부를 거쳐 열교환기(80)를 통하여 배출가스 배기부(90)로 배출된다. 배출되기 전 열교환기(80)를 통과하는 고온의 연소가스에 의해, 외부에서 유입된 저열량 폐가스는 연소실(1)로 유입되기 전 열교환기(80)를 통과하면서 예열되어 예열가스 유도관을 통하여(72) 예열가스 유입부(50)로 유입된다.

상기 예열가스의 예열온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만 일반적으로 약 400도 이상이 된다.

따라서, 열교환기의 효율에 따라 연소실에서 폐가스 연소시 적은 연료로도 소정의 온도에 도달이 가능하게 된다.

이하, 상기 저열량 폐가스 연소기의 연소방법에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.

외부에서 유입된 저열량 폐가스는 연소기 후단에 설치된 열교환기(80)에서 고온의 배출 연소가스와의 열교환에 의해 예열되는 과정을 거친다.

상기 예열가스는 예열가스 유도관에 의해서 예열가스 유입부로 유입되는 과정을 거친다.

상기 예열된 유입가스는 연소실 상단에 설치된 보조연료 버너를 거쳐 직접연소실로 유입되고, 직접연소실에서 보조연료 연소열에 의해 1차 직접연소과정을 거친다.

직접연소실 하단에 형성된 상기 축열연소실은 직접연소실에서의 보조연료 연소열과 생성된 고온의 연소가스가 축열연소실을 통과하면서 복사와 대류에 의해 기준온도 이상으로 가열된다.

상기 축열연소실은 축열재에 의해 축열되며, 축열연소실의 온도가 저열량 폐가스의 연소가 가능한 기준온도 이상이 되면 보조연료의 공급이 중지되고, 이후 축열연소실에서만 연소과정이 이루어진다.

상기 저열량 폐가스의 자체 발열량이 낮거나 산업체 공정에서 생성되는 폐가스의 조성이 불균일 할 경우에는 일정 시간이 흐른 뒤 축열연소실의 온도가 기준온도 이하로 낮아진다. 이러한 경우 보조연료가 자동으로 공급되면서 보조연료버너가 점화가 되고, 기준온도 이상이 될 때까지 직접연소와 축열연소가 동시에 병행되는 과정을 거치게 된다.

상기의 보조연료 투입과정은, 축열연소실의 온도가 변화함에 따라 반복적으로 행해지게 된다.

서술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연소실이 직접연소실과 축열연소실로 구성되어 두가지 열처리 연소기술을 병행할 수 있으므로 처리대상 폐가스의 적용범위가 확대된다. 따라서 불균일한 폐가스 조성에도 안정적인 폐가스 소각처리 운전이 가능하다.

또한, 축열연소실의 기준온도를 전후하여 보조연료 공급이 자동 제어되므로 보조연료 소모량을 최소화시킬 수 있다.

그리고, 일반적으로 양방향 운전등으로 공정이 까다로워서 설비투자비용이 많아 중·대형의 산업체에서만 적용되는 축열 연소시스템을 적은 투자비용으로 소량의 폐가스 발생업체에도 적용시킬 수 있으므로 에너지 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있다.

결과적으로, 악취와 공해를 유발하는 배출가스가 생성되는 모든 공정에 적용될 수 있으므로 시장성이 상당히 크다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 상단에 직접연소실(10)과 하단에 축열연소실(20)로 구성되는 연소실(1);

   상기 직접연소실(10) 일측 소정의 위치에 연결되며, 유입된 보조연료가 연소되는 보조연료버너(40);

   상기 보조연료버너(40) 일측 소정의 위치에 연결되며, 예열된 가스가 유입되는 예열가스 유입부(50);

   상기 축열연소실(20)에 연결되며 연소된 가스가 배출되는 연소가스 배출기(60);

   상기 연소가스 배출기(60)에 연결되며 일측 소정의 위치에 저열량 가스 유입부(70)와 예열가스 배출부(71)를 구비하는 열교환기(80);

   상기 예열가스 배출부(71)에서 배출된 예열가스를 예열가스 유입부(50)로 유입시키는 예열가스 유도관(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 저열량 폐가스 연소기.
2. 저열량 폐가스를 연소시키는 연소방법에 있어서,

   외부에서 유입된 저열량 폐가스(70)를 열교환기에 의해서 예열시키는 과정;

   배출된 예열가스(71)를 예열가스 유입부(50)로 유입하는 과정;

   유입된 가스가 직접연소실(10)에서 1차연소되는 과정;

   상기 연소시 연소열에 의해서 축열연소실(20)이 축열되는 과정;

   상기 축열연소실(20)의 온도를 측정하고 설정값과 비교하여 보조연료 투입여부를 제어하는 과정;

   상기 축열연소실(20)에서 2차연소되는 과정;

   상기 연소된 가스가 열교환기(80)로 유입되는 과정;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스연소 방법.