KR20050047694A - Super-critical waste water oxidation system using waste heat generated from combind heat power - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 절약과 최소비용으로 환경오염을 예방하기 위한 고효율 에너지 시스템에 관한 것으로, 유기물을 함유한 폐액을 산화시키기 위한 고온의 조건을 구비하기 위하여 열병합발전에서 발생되는 폐열을 활용하는 동시에, 초임계의 조건을 충족하기 위하여 폐액을 가열할 때 사용되는 저온부의 열을 난방 등에 이용하는 다목적 열교환시스템에 관한 것이다. 본 발명은 하나의 에너지원으로부터 열과 전기를 동시에 발생시키는 열병합 발전기(100)와, 유기물이 함유된 폐액을 임계압력까지 가압하는 가압펌프(142)와, 열에너지를 발생하는 열병합 발전기와 열교환을 수행하며 유기물을 함유하는 폐액을 임계온도까지 가열하는 열교환기(130)와, 예비적으로 폐액을 임계온도까지 가열하는 폐액가열기(180)와, 가압 가열된 폐액을 산화시키기 위한 산화제(150)와, 산화제와 폐액을 혼합하는 혼합기(160)와, 혼합기에서 혼합된 산화제와 폐액을 반응시켜 유기물을 분해하고 폐액을 처리수로 환원시키는 반응기(170)와, 반응기와 열교환되어 난방을 수행하는 난방기를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성에 의하면, 폐열회수설비를 간소화하고 설치면적을 최소화하며, 에너지 이용 효율 향상을 통한 환경오염을 예방할 수 있는 다목적 효과가 기대된다.The present invention relates to a high-efficiency energy system for saving energy and preventing environmental pollution at a minimum cost. The present invention utilizes waste heat generated from cogeneration to provide high temperature conditions for oxidizing waste liquid containing organic matter. The present invention relates to a multi-purpose heat exchange system that uses heat of a low temperature portion used for heating waste liquid to satisfy a critical condition for heating. The present invention performs heat exchange with the cogeneration generator 100 for generating heat and electricity simultaneously from one energy source, the pressurizing pump 142 for pressurizing the waste liquid containing organic matter to a critical pressure, and the cogeneration generator for generating heat energy. A heat exchanger 130 for heating the waste liquid containing organic matter to a critical temperature, a waste liquid heater 180 for preliminarily heating the waste liquid to a critical temperature, an oxidizing agent 150 for oxidizing the pressurized waste liquid, and an oxidizing agent And a mixer 160 for mixing the waste liquid, a reactor 170 for reacting the oxidant mixed in the mixer with the waste liquid to decompose organic matter and reducing the waste liquid into the treated water, and a heater for heat-exchanging with the reactor to perform heating. It is composed. According to such a configuration, it is expected to simplify the waste heat recovery facility, minimize the installation area, and multipurpose effect to prevent environmental pollution through improved energy use efficiency.
Description
본 발명은 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용한 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기물을 함유한 폐액을 산화시키기 위한 고온의 조건을 구비하기 위하여 열병합발전에서 발생되는 폐열을 활용하는 동시에, 초임계의 조건을 충족하기 위하여 폐액을 가열할 때 사용되는 저온부의 열을 난방 등에 이용하는 다목적 열교환시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment system using a supercritical water oxidation method using waste heat generated from cogeneration, and more particularly, to waste heat generated from cogeneration to provide a high temperature condition for oxidizing waste liquid containing organic matter. At the same time, the present invention relates to a multi-purpose heat exchange system that uses heat of a low temperature portion used for heating waste liquid in order to meet supercritical conditions.
통상적으로 공동 주택이나 대단위 주거 단지 등에 대한 에너지 공급 시스템은 전력을 공급하는 시스템과 냉난방을 공급하는 시스템으로 이원화되어 있었다. 예컨데, 상기 전력 공급 시스템에 의한 전력은 한국전력과 같은 전력 회사로부터 전기 선로를 통해 공급 받게 되어 있으며, 상기 냉난방 시스템에 의한 냉난방은 중앙 집중식 냉난방이나 보일러나 에어컨과 같은 개별 냉난방을 통하여 실현되었다. In general, energy supply systems for multi-family houses and large-scale residential complexes have been divided into a system for supplying power and a system for supplying heating and cooling. For example, power by the power supply system is to be supplied through an electric line from a power company such as KEPCO, and the air conditioning by the air conditioning system is realized through central air conditioning or individual air conditioning such as a boiler or an air conditioner.
상기한 바와 같은 전기 선로를 통해 공급 받는 전력 공급 시스템에 의하면 전기 선로가 연장 될수록 전력 손실이 증가되거나, 전력 회사로부터 전력 공급이 차단되면 그 어떤 대체 전력도 존재하지 않기 때문에 비상시에는 속수 무책이 될 수 밖에 없는 한계가 있어 왔다. 따라서, 현재 상당수의 공동주택이나 상가 등의 건물에 안정적인 전력수급과 발전소 건설에 따른 환경문제를 예방하고 에너지 절약 및 효율적인 이용을 위한 방안으로 소형 가스 열병합 발전장치가 개발되어 사용되고 있다. According to the electric power supply system supplied through the electric line as described above, the power loss increases as the electric line is extended, or if there is no alternative power when the power supply is cut off from the power company, it may be helpless in an emergency. There has been a limit. Therefore, a small gas cogeneration system has been developed and used as a way to prevent the environmental problems caused by stable power supply and power plant construction, energy saving, and efficient use in a large number of buildings such as multi-unit houses and shopping malls.
다시말해서, 두 개의 에너지원으로부터 전력과 열을 각각 발생시키는 시스템에서 하나의 에너지원으로부터 열과 전력을 동시에 발생시켜 용도별로 적절히 공급하는 시스템으로 전환하여 에너지 이용 효율을 극대화하였던 것이다. 동일한 연료를 사용해서 두가지 유형의 다른 에너지(예컨데, 전기와 열)를 동시에 생산함으로써, 일반적으로 고온부는 전기와 같은 동력으로 사용되고, 저온부는 열로 사용되는 종합에너지 시스템에 의하면, 투입에너지의 1/3만이 전력으로 생산되고, 2/3에 해당되는 에너지는 냉난방열로 이용되고 있다. 하지만, 냉난방열로 이용되는 에너지가 모두 냉난방에 사용되는 것이 아니라(예컨데, 열병합 발전에 의하더라도, 종합 열효율이 87%에 불과함) 일부는 강이나 바다로 흘려보내 낭비되거나 강이나 바다를 오염시키는 환경문제를 여전히 남기고 있다.In other words, in a system that generates power and heat from two energy sources, the energy and efficiency is maximized by switching to a system that generates heat and power from one energy source at the same time and supplies them appropriately for each use. By producing two different types of energy (eg, electricity and heat) simultaneously using the same fuel, one-third of the input energy, according to the integrated energy system, where the high temperature is generally used as the power and the low temperature is used as heat. Only electricity is produced, and two-thirds of the energy is used for heating and cooling. However, not all of the energy used for heating and cooling is used for cooling and heating (for example, even with cogeneration, the overall thermal efficiency is only 87%). Environmental issues still remain.
한편, 산업화의 진행에 따라 그 부산물로서 여러 산업 현장에서 산업 폐수 및 폐액이 배출되고 있다. 이러한 산업 폐수 및 폐액의 처리방안으로 가장 넓게 사용되는 방식은 생물학적 처리 방법이 있다. 그러나, 생물학적 처리 방법은 고농도의 유기물을 함유하거나, 특히 난분해성 유기물 또는 독성 유기물을 함유한 폐수와 폐액의 처리에는 적합하지 않은 문제가 있다. On the other hand, as industrialization progresses, industrial wastewater and waste liquid are discharged as a by-product from various industrial sites. The most widely used method for treating such industrial wastewater and waste liquid is a biological treatment method. However, there is a problem that the biological treatment method is not suitable for the treatment of wastewater and waste liquor containing a high concentration of organic matter, or particularly containing hardly degradable organic matter or toxic organic matter.
이러한 문제를 해결하기 위하여 초임계수 산화법에 의한 폐수처리 기술이 많이 개발 사용되고 있다. 초임계수 산화법(Super-Critical Waste Water Oxidation)은 오염물이 존재하는 물 자체를 물의 임계점(온도 374℃, 압력 218atm) 이상으로 조정하고 산소 또는 공기와 같은 산소원의 존재하에서 오염물을 산화 처리하는 방법이다. 폐수에 포함된 유기물은 임계점 이하의 조건에서는 물과 완전히 혼합된 상태가 아니라 경계면(Boundary layer)을 형성한다. In order to solve this problem, wastewater treatment technology using supercritical water oxidation has been developed and used. Super-Critical Waste Water Oxidation is a method of adjusting the water itself with contaminants above the critical point of water (temperature 374 ℃, pressure 218atm) and oxidizing the contaminant in the presence of an oxygen source such as oxygen or air. . The organic matter contained in the wastewater forms a boundary layer in the condition below the critical point, but not completely mixed with water.
따라서, 유기물이 산소와 반응하여 산화 분해되기 위해서는 기체상태의 산소가 물에 용해되어야 하고, 용해된 산소가 다시 유기물 경계면을 통과하여야 비로서 유기물과 산소와 반응을 할 수 있게 된다. 따라서, 폐수에 포함된 유기물을 분해하기 위해서는 많은 시간이 소요 된다.Therefore, in order for the organic substance to react with oxygen and oxidatively decompose, oxygen in gaseous state must be dissolved in water, and dissolved oxygen must pass through the organic substance interface again to react with the organic substance and oxygen as a ratio. Therefore, it takes a long time to decompose the organic matter contained in the waste water.
그러나, 초임계수 상태에서는 물의 특성이 유기물과 같아지기 때문에 경계면이 사라지고, 초임계수에 대한 산소의 용해도도 크게 증가하여 완전한 혼합이 이루어져 유기물과 산소가 자유롭게 반응할 수 있어 반응 속도가 급격하게 상승하게 된다. 따라서, 난분해성 유기물 일지라도 거의 100%까지 분해 시킬 수 있으며, 초임계수 산화 반응은 매우 빠른 반응 속도를 보이기 때문에 작은 설비로도 많은 양의 폐수를 처리할 수 있고, 수중에서 산화반응이 진행되기 때문에 SOx, NOx등과 같은 대기오염 물질의 배출이 없는 장점이 있다. However, in supercritical water, the interface of the water disappears because the properties of water are the same as organic matter, and the solubility of oxygen in the supercritical water is also greatly increased, resulting in complete mixing and free reaction of organic matter and oxygen. . Therefore, even hardly decomposable organic substances can be decomposed up to almost 100%. Since supercritical water oxidation shows a very fast reaction rate, a large amount of wastewater can be treated even with a small facility, and SOx can be processed in water. There is no air pollutant emission such as NOx.
하지만, 이러한 장점에도 불구하고, 초임조건(온도>374℃)을 충족하기 위하여 열을 공급하는 시설이 필요한 바, 이와 같은 시설을 갖추는데는 비교적 높은 초기 투자비가 요구된다는 문제점이 있다.However, in spite of these advantages, there is a need for a facility for supplying heat to satisfy the supercritical condition (temperature> 374 ° C.), which requires a relatively high initial investment cost.
또한, 임계온도까지 가열된 폐액을 냉각시키기 위하여 별도의 냉각장치가 필요하며, 흔히 이때 발생되는 열에너지가 낭비되어 강이나 바다로 흘려 보내져서 환경을 오염시키는 문제점이 있는 바, 별도의 냉각장치를 설치하지 않고도 여기에서 발생되는 열에너지를 재활용할 필요성이 있게 된다.In addition, a separate cooling device is required to cool the waste liquid heated up to a critical temperature, and since heat energy generated at this time is often wasted and flowed to the river or the sea to pollute the environment, an additional cooling device is installed. There is a need to recycle the thermal energy generated here.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 고려한 것으로, 본 발명의 목적은 열병합 발전소에서 생산되는 열에너지 및 폐수처리시설에서 발생되는 열에너지의 낭비를 최소화하여 에너지 효율을 높이는데 있다. Therefore, the present invention is to consider the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to increase the energy efficiency by minimizing the waste of the heat energy produced in the cogeneration plant and waste water treatment facilities.
본 발명의 또 다른 목적은 초임계수 산화법에 의한 폐수처리 시설을 작은 투자비용으로 건설하는데 있다. Still another object of the present invention is to construct a wastewater treatment plant by supercritical water oxidation method with a small investment cost.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연료를 공급받아 엔진을 구동하고 발전을 수행함으로써, 한편으로는 발전된 전기에너지를 건물이나 기타 시설의 각종 전기설비에 공급하고, 다른 한편으로는 발전기 내부에서 발생되는 열에너지를 생산하는 열병합 발전 시스템에 있어서, 상기 열에너지는 열교환기와의 열교환을 통하여 유기물이 함유된 폐액을 임계온도까지 가열하고, 고압펌프에 의하여 임계압력까지 가압한 다음 산화제와 혼합하여 반응기에서 유기물을 분해한다.According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the present invention is supplied with fuel to drive the engine and perform power generation, on the one hand to supply the generated electrical energy to the various electrical installations of buildings or other facilities On the other hand, in a cogeneration system for producing thermal energy generated inside a generator, the thermal energy is heated to a critical temperature by heating the waste liquid containing organic matter to a critical temperature through heat exchange with a heat exchanger, and pressurized to a critical pressure by a high pressure pump. It is then mixed with an oxidant to decompose the organics in the reactor.
상기 반응기와 열교환된 온수가 건물이나 기타 시설의 난방을 위하여 순환 공급된다.Hot water heat exchanged with the reactor is circulated and supplied for heating of buildings or other facilities.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 하나의 에너지원으로부터 열과 전기를 동시에 발생시켜 용도별로 적절히 공급하는 열병합 발전기와, 유기물이 함유된 폐액을 임계압력까지 가압하는 가압 펌프와, 상기 열에너지를 발생하는 열병합 발전기와 열교환을 수행하며, 유기물을 함유하는 폐액을 임계온도까지 가열하는 열교환기와, 상기 열교환기에 의하여 폐액이 임계온도까지 가열되지 않았을 때 예비적으로 폐액을 임계온도까지 가열하는 폐액보조가열기와, 임계압력 및 임계온도로 가압 가열된 폐액을 산화시키기 위한 산화제 공급기와, 상기 산화제와 폐액을 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합된 산화제와 폐액을 반응시켜 유기물을 분해하고 폐액을 처리수로 환원시키는 반응기와, 상기 반응기와 열교환되어 난방을 수행하는 난방기를 포함한다.According to another feature of the present invention, a cogeneration generator for generating heat and electricity simultaneously from one energy source and supplying appropriately for each use, a pressure pump for pressurizing waste liquid containing organic matter to a critical pressure, and a cogeneration generator for generating the heat energy. A heat exchanger for heat-exchanging the waste liquid containing organic matter to a critical temperature, a waste liquid auxiliary heater for preliminarily heating the waste liquid to a critical temperature when the waste liquid is not heated to the critical temperature by the heat exchanger, and An oxidant feeder for oxidizing the waste liquid pressurized to a pressure and a critical temperature, a mixer for mixing the oxidant and the waste liquid, and a reactor for reacting the oxidant and the waste liquid mixed in the mixer to decompose organic matter and reduce the waste liquid to the treated water. And a heater that performs heat exchange with the reactor. .
상기 산화제 공급기는 산화제를 임계압력 및 임계온도에 이르기 까지 가압 가열시킬 수 있도록 산화제 가압기 및 산화제 가열기를 더 포함한다.The oxidant feeder further includes an oxidant pressurizer and an oxidant heater to pressurize and heat the oxidant to critical pressure and critical temperature.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 연료를 공급받아 엔진을 구동함으로써 발전된 발전기의 일측과 연결되어 전기에너지를 발생하는 단계와, 상기 발전기의 타측과 연결되어 발전기의 내부에서 발생되는 열을 냉각시키면서 가온된 고온의 작동유체와 열교환되어 열에너지를 발생하는 단계와, 유기물이 함유된 폐액을 임계압력으로 가압하는 단계와, 상기 열에너지를 공급받아 유기물이 함유된 폐액을 임계온도로 가열하는 단계와, 상기 임계압력 및 임계온도로 가압 가열된 폐액을 산화시키기 위해 산화제를 혼합하는 단계와, 상기 산화제와 혼합된 폐액을 반응시켜 유기물을 분해하고 처리수로 환원하는 단계를 포함한다.According to another feature of the invention, the step of generating electrical energy is connected to one side of the generator generated by driving the engine by receiving the fuel, and warmed while cooling the heat generated inside the generator is connected to the other side of the generator Exchanging heat with the heated working fluid to generate heat energy, pressurizing the waste liquid containing organic material to a critical pressure, heating the waste liquid containing organic material to a critical temperature by receiving the thermal energy, Mixing an oxidant to oxidize the waste liquid pressurized to a pressure and a critical temperature, and reacting the waste liquid mixed with the oxidant to decompose organic matter and reduce the treated water.
상기 폐액이 임계온도까지 이르지 않을 경우에 예비적으로 가열하는 단계를 더 포함한다.And preliminarily heating when the waste liquid does not reach a critical temperature.
상기 반응기와 열교환된 온수에 의하여 난방을 수행하는 단계를 더 포함한다.Further comprising the step of performing heating by the hot water heat exchanged with the reactor.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용한 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시스템에 의하면 에너지 효율을 최대화하고 설비투자를 최소화할 수 있는 잇점이 있다.According to the wastewater treatment system by the supercritical water oxidation method using waste heat generated in the cogeneration system according to the present invention having such a configuration, there is an advantage in that it is possible to maximize energy efficiency and minimize facility investment.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용한 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the wastewater treatment system by the supercritical water oxidation method using waste heat generated in the cogeneration according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail.
도 1에는 본 발명에 따라 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용하여 유기물이 함유된 폐액을 초임계수 산화법에 의해 폐수처리하는 시스템이 개략적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows a system for treating wastewater containing wastewater by supercritical water oxidation using waste heat generated from cogeneration according to the present invention.
본 발명에 의한 열병합 발전 시스템은 하나의 에너지원(석탄,석유 혹은 가스 등 기타 연료)으로부터 두가지 이상의 유용한 에너지(전기에너지와 열에너지)를 생산해 낼 수 있는 시스템을 말하는 것으로, 원동기의 종류에 따라 가스터빈 열병합발전시스템, 가스엔진/디젤엔진 열병합발전 시스템, 스팀터빈 열병합발전 시스템, 복합발전 시스템 등이 있으나, 본 실시예에서는 하나의 에너지원으로부터 열과 전력을 동시에 발생시켜 용도별로 적절히 사용할 수 있는 에너지 시스템이라면 그 종류는 어떠한 것이라도 상관없다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 자가발전설비로서 일반적으로 많이 사용되고 있는 가스엔진식 발전기(100)를 예로 들어 기술하겠다. The cogeneration system according to the present invention refers to a system capable of producing two or more useful energies (electrical energy and thermal energy) from one energy source (coal, petroleum, or other fuel such as gas), and a gas turbine according to the type of prime mover. There is a cogeneration system, a gas engine / diesel cogeneration system, a steam turbine cogeneration system, and a combined power generation system. However, in the present embodiment, any energy system that generates heat and power simultaneously from a single energy source can be used appropriately for each purpose. The kind may be anything. In the present embodiment, for convenience of description, a gas engine generator 100 which is generally used as a self-generating facility will be described as an example.
상기 가스엔진식 발전기(100)는 가스 연료(102)를 공급받아 엔진을 구동시킴으로써 발전을 수행하는 통상의 발전기로서, 한편으로는 발전된 전력을 전력공급로(110)를 통하여 건물(120)의 각종 전기설비에 공급하고, 다른 한편으로는 제1열교환기(130)를 통해 열교환된 열에너지를 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시설에 공급하게 된다.The gas engine generator 100 is a conventional generator for generating electricity by driving an engine by receiving a gas fuel 102. On the other hand, the gas power generator 100 generates various powers of the building 120 through the power supply path 110. On the other hand, the heat energy is heat-exchanged through the first heat exchanger 130 is supplied to the wastewater treatment facility by the supercritical water oxidation method.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1열교환기(130)는 발전기(100)의 내부에서 발생되는 열을 냉각시키면서 가온된 고온의 엔진 작동유체와 열교환되어 온수를 발생시키도록 되어 있다. 이때, 제1열교환기(130)는 고온의 엔진 작동유체와 열교환되어 온수를 발생시킬 뿐만 아니라, 상기 가스엔진식 발전기(100)에서 발생되는 고온의 배기가스와 열교환되면서 온수를 발생시킬 수 도 있다.As shown in FIG. 1, the first heat exchanger 130 is configured to exchange heat with a warm engine operating fluid that is heated while cooling the heat generated inside the generator 100 to generate hot water. In this case, the first heat exchanger 130 may not only generate heat by heat exchange with a high temperature engine working fluid, but also generate hot water while heat exchange with high temperature exhaust gas generated by the gas engine generator 100. .
제1열교환기(130)에서 열교환된 온수는 순환펌프(132)에 의하여 순환되면서 가온되어 유기물이 함유된 폐액(140)을 임계온도(374℃) 까지 상승하게 된다. The hot water heat-exchanged in the first heat exchanger 130 is warmed while being circulated by the circulation pump 132 to raise the waste liquid 140 containing the organic matter to a critical temperature (374 ° C.).
여기서 유기물이 함유된 폐액(140)으로는 폐수, 오수, 슬러지 및 유기성 폐액 등이며, 특히 문제가 되는 것은 생물학적 처리법으로는 처리하기 곤란한 고농도 난분해성 독성 폐수에 관한 것이다. 폐액(140)이 제1열교환기(130)를 거쳐 임계온도로 상승되기 전에 고압 주입용 펌프(142)를 통하여 물의 임계압력(218atm) 이상으로 폐액을 상승시키는 과정이 있게 된다. 고압 주입용 펌프(142)는 제1열교환기(130)의 전방 혹은 후방 모두에 설치될 수 있다.Here, the waste liquid 140 containing the organic matter is waste water, sewage, sludge, organic waste liquid, and the like. Particularly problematic is a high concentration hardly toxic wastewater that is difficult to treat by biological treatment. Before the waste liquid 140 is raised to the critical temperature through the first heat exchanger 130, there is a process of raising the waste liquid above the critical pressure 218atm of water through the high-pressure injection pump 142. The high pressure injection pump 142 may be installed at both the front and rear of the first heat exchanger 130.
한편, 산화제(150)는 산화제 가압기(152)에 의해 물의 임계압력 이상으로 가압된 후 산화제 가열기(154)로 주입되어 후술할 반응기(170)가 과도하게 냉각되지 않도록 그리고 산화제(150)의 산화력을 충분히 활용할 수 있도록 가열된다. 가압 가열된 산화제(150)는 혼합기(160)에서 폐액(140)과 혼합된다. On the other hand, the oxidant 150 is pressurized by the oxidant pressurizer 152 above the critical pressure of water and then injected into the oxidant heater 154 to prevent the reactor 170 to be described below from being excessively cooled and to oxidize the oxidant 150. Heated to take full advantage. The pressurized heated oxidant 150 is mixed with the waste liquid 140 in the mixer 160.
혼합기(160)에서 혼합된 폐액(140)과 산화제(150)는 반응기(170)에서 서로 반응하여 유기물을 무해한 성분으로 분해하고, 유해한 성분이 제거된 처리수(H2O)는 강이나 바다로 배출되며, CO2 또는 N2는 대기중으로 배출된다. 상기 반응기(170)에는 관형이나 용기형 등 다양한 종류와 기능이 있을 수 있다.The waste liquid 140 and the oxidant 150 mixed in the mixer 160 react with each other in the reactor 170 to decompose organic matter into harmless components, and the treated water (H 2 O) from which harmful components are removed is discharged to the river or the sea. , CO2 or N2 are released to the atmosphere. The reactor 170 may have various types and functions such as tubular or container type.
상술한 바와 같이, 제1열교환기(130)와 고압 주입용 펌프(142)에 의하여 유기물을 함유한 폐액(140)이 임계압력과 임계온도 이상으로 가압 가열되면, 산화제(150)와 폐액(140)의 유기물 사이에 경계면이 존재 하지 않게 되고 유기물과 산소 사이의 혼합력이 커지며, 유기물의 분해 속도가 빨라짐으로써 폐액(140)은 처리수(H2O)로 재활용될 수 있을 뿐만 아니라 2차 오염의 우려도 예방될 수 있게 된다.As described above, when the waste liquid 140 containing the organic matter is pressurized and heated above the critical pressure and the critical temperature by the first heat exchanger 130 and the high pressure injection pump 142, the oxidant 150 and the waste liquid 140. There is no interface between the organic matter and the mixing force between the organic matter and oxygen, and the decomposition speed of the organic matter increases, so that the waste liquid 140 can be recycled to the treated water (H2O) as well as fear of secondary pollution. Can also be prevented.
한편, 폐액가열기(180)는 제1열교환기(130)에서 열교환된 온수가 임계온도까지 가열되지 않았을 때, 이를 임계온도에 이르기 까지 폐액(140)을 가열하기 위하여 예비적으로 가동된다.Meanwhile, when the hot water heat exchanged in the first heat exchanger 130 is not heated to the critical temperature, the waste liquid heater 180 is preliminarily operated to heat the waste liquid 140 to the critical temperature.
마지막으로, 제2열교환기(190)는 반응기(170)의 폐액(140)과 열교환된 후, 가열된 온수는 건물(120) 내부의 난방 및 급탕에 사용될 수 있도록 순환공급된다. Finally, after the second heat exchanger 190 is heat-exchanged with the waste liquid 140 of the reactor 170, the heated hot water is circulated and supplied to be used for heating and hot water supply inside the building 120.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용한 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시스템의 단계를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the steps of the wastewater treatment system by the supercritical water oxidation method using the waste heat generated by the cogeneration according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
가스엔진식 발전기(100)는 공급된 가스연료(102)를 연소시키므로써 한편으로는 전력을 다른 한편으로는 고온의 작동유체나 배기가스를 발생시킨다. 이렇게 발생된 전력은 전력공급로(110)를 통하여 건물(120)의 각종 전기설비에 공급된다.The gas engine generator 100 burns the supplied gas fuel 102 to generate electric power on the one hand and high temperature working fluid or exhaust gas on the other hand. The generated power is supplied to various electric equipments of the building 120 through the power supply path 110.
발전기(100) 내부에서 작동유체나 배기가스의 형태로 발생된 열은 작동유체를 매개로 제1열교환기(130)와 열교환되며, 이에 열교환된 작동유체는 고압 주입용 펌프(142)에 의하여 임계압력까지 가압된 폐액(140)을 임계온도에 이르기 까지 고온으로 가열하게 된다. Heat generated in the form of working fluid or exhaust gas in the generator 100 is heat-exchanged with the first heat exchanger 130 through the working fluid, and the working fluid heat-exchanged is critical by the high pressure injection pump 142. The waste liquid 140 pressurized to the pressure is heated to a high temperature up to the critical temperature.
임계압력과 임계온도까지 상승된 폐액(140)은, 산화제 가압기(152)에 의하여 임계압력으로 가압되고 산화제 가열기(154)로 가열된 산화제(150)와 혼합기(160)에서 혼합된 후, 반응기(170)에서 반응되어 유기물을 99.99%까지 분해하여 처리수를 강이나 바다로 배출하게 된다.The waste liquid 140 raised to the critical pressure and the critical temperature is mixed in the mixer 160 with the oxidant 150 pressurized to the critical pressure by the oxidant pressurizer 152 and heated by the oxidant heater 154, and then the reactor ( It is reacted at 170) to decompose organic matter up to 99.99% and discharge treated water to river or sea.
고온의 반응기(170)와 제2열교환기(190)에 의하여 열교환된 온수는 건물(120) 내부의 난방시설에 공급되어 저온부의 열이 건물 내부로 순환공급된다.The hot water heat exchanged by the high temperature reactor 170 and the second heat exchanger 190 is supplied to a heating facility inside the building 120 so that heat of the low temperature portion is circulated and supplied into the building.
상기한 본 발명의 구성에 의하면, 열병합 발전과 폐수처리시설을 유기적으로 결합하므로써, 설치비용과 설치면적을 최소화하고, 고효율 에너지 시스템 사용을 통한 에너지 절약과 비용절감이 실현할 수 있게 된다.According to the configuration of the present invention described above, by organically combining cogeneration and wastewater treatment facilities, it is possible to minimize the installation cost and installation area, and to realize energy saving and cost reduction by using a high efficiency energy system.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 열병합 발전에서 발생되는 고온의 폐열을 열교환기를 통하여 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시설에 적극 활용하고, 폐수처리시설에서 발생되는 저온의 폐열을 다시 건물 등의 난방에 이용함으로써, 열에너지의 단계적 교환을 통하여 열효율을 최대화하면서 동시에 열공급을 위하여 막대한 시설을 필요로하는 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시설을 간편하게 구성하는 것을 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.As described above, the present invention actively utilizes high-temperature waste heat generated by cogeneration in a wastewater treatment plant by supercritical water oxidation method through a heat exchanger, and reuses low-temperature waste heat generated in the wastewater treatment plant for heating such as buildings. It can be seen that it is a technical idea to easily construct a wastewater treatment plant by supercritical water oxidation method that requires a huge facility for heat supply while maximizing thermal efficiency through the stepwise exchange of thermal energy. Within the scope of the basic technical spirit of the present invention, many other modifications will be possible to those skilled in the art.
본 발명에 의하면, 열병합 발전장치는 발전기를 통해 발전된 전기를 건물 내의 각종 자가전기설비에 공급함과 동시에 발전기에서 발생되는 폐열을 열교환기를 통해 초임계수 산화법에 의한 폐수처리시설에 공급함으로써 유기물이 분해된 처리수를 배출하며, 폐수처리시설을 경유한 저온부의 온수를 건물 내부의 난방에 단계적으로 공급할 수 있도록 하여 폐열회수설비를 간소화하고 에너지 효율을 최대화하며, 설비투자와 설치면적을 최소화하는 효과를 가져온다. 특히, 고효율 에너지 시스템 사용을 통한 에너지 절약과 차세대 청정기술에 의한 환경보호를 동시에 달성할 수 있는 효과도 기대된다. According to the present invention, the cogeneration unit supplies the electricity generated through the generator to various self-electrical equipments in the building and at the same time, waste heat generated from the generator is supplied to the wastewater treatment facility by supercritical water oxidation through a heat exchanger to decompose organic matters. By discharging water, it is possible to supply hot water from the low temperature via the waste water treatment facility to the heating inside the building step by step, simplifying waste heat recovery facilities, maximizing energy efficiency, and minimizing facility investment and installation area. In particular, it is expected that the energy saving through the use of high efficiency energy system and the environmental protection by the next-generation clean technology can be simultaneously achieved.
도 1은 본 발명에 의한 열병합 발전에서 발생되는 폐열을 이용하여 유기물이 함유된 폐액을 초임계수 산화법에 의해 폐수처리하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면.1 is a schematic view showing a system for treating wastewater by supercritical water oxidation using waste heat generated from cogeneration according to the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
100: 발전기 102: 연료100: generator 102: fuel
110: 전력공급로 120: 건물110: power supply line 120: building
130: 제1열교환기 132: 순환펌프130: first heat exchanger 132: circulation pump
140: 폐액 142: 고압 주입용 펌프140: waste liquid 142: high pressure injection pump
150: 산화제 152: 산화제 가압기150: oxidant 152: oxidant pressurizer
154: 산화제 가열기 160: 혼합기154: oxidant burner 160: mixer
170: 반응기 180: 폐액가열기170: reactor 180: waste liquid heater
190: 제2열교환기190: second heat exchanger
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