KR20060126884A - 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소실에서 바이패스되는 폐열이 해당 산업현장에서의 필수시설인 스팀생산 보일러의 열원으로 활용되어 보일러 연소장치의 운용 및 이에 따른 보일러 관리가 불필요하고 에너지 소모가 전혀 없어 산업설비의 운용비용을 획기적으로 절감시켜줌과 아울러 보일러의 열원으로 작용 후 다시 연소실로 복귀 유입되어 폐여열을 활용 축열재를 가열시키는 2차 열교환이 이루어지도록 하여 에너지 활용을 극대화하는 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 소각처리하기 위한 연소실, 상기 연소실 하부에 방사상 격벽으로 차단되고 축열재가 구비되는 복수의 축열실, 상기 복수의 각 축열실에 유해가스 유입관 및 연소처리된 청정공기 외부배출관을 교차 연결하는 유로전환수단을 포함하여 구성되고 상기 연소실에 과열방지 바이패스관이 구비되는 축열식 연소산화장치에 있어서, 상기 연소실에서 외부로 인출되어 보일러의 열원으로 배관되고 스팀생산 및 냉각 열교환된 다음 다시 연소실로 유입되는 바이패스 복귀관을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템{STEAM PRODUCING SYSTEM USING WASTE HEAT OF REGENERATIVE THERMAL OXIDIZER}

도 1은 축열식 연소산화장치의 개념도

도 2는 종래 기술의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 본 발명의 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템.

10: 연소실 20: 축열실 21: 축열재

30: 배이패스 복귀관 32: 송풍팬 40: 보일러

50: 안전 바이패스관 51: 밸브

본 발명은 축열식 연소산화장치에 관한 것으로서, 특히 연소실에서 바이패스되는 폐열이 해당 산업현장에서의 필수시설인 스팀생산 보일러의 열원으로 활용되 어 보일러 연소장치의 운용 및 이에 따른 보일러 관리가 불필요하고 에너지 소모가 전혀 없어 산업설비의 운용비용을 획기적으로 절감시켜줌과 아울러 보일러의 열원으로 작용 후 다시 연소실로 복귀 유입되어 폐여열을 활용 축열재를 가열시키는 2차 열교환이 이루어지도록 하여 에너지 활용을 극대화하는 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 휘발성 유기화합물질(VOC)은 유해대기물질, 악취의 원인물질로 호흡기관 장애, 발암물질 유발 등 인체에 대한 유해성을 갖는 것 이외에도 광화학 반응을 통한 스모그의 형성, 악취발생의 원인물질로 환경오염을 일으키고 있다.

이러한 유기화합물질을 이용하는 공장에서 발생되는 유해가스를 제거하는 방법은 여러가지가 있으며, 그 중에서 본 발명과 관계되는 연소산화기술의 일종인 축열식 연소산화장치(R.T.O)가 대표적인 방법이다.

축열식 연소산화장치(R.T.O)는 유기화학물질을 연소 산화시켜 제거하는 연소장치로서 에너지를 효율적으로 활용하기 위하여 유해가스의 연소실에서 배출되는 가열공기의 열을 연소실로 유입되는 유해가스가 포함된 공기의 예열에 재활용하여 에너지의 허실을 최소화하도록 하는 장치이다.

도 1은 이와 같은 축열식 연소산화장치의 개념도로서, 연소실에 인접하여 축열재가 충진된 축열실을 다수 구비하고 유해가스의 연소 싸이클이 좌측에 도시된 제1싸이클{유해가스가 포함된 공기의 유입 - 예열(축열실 1) - 연소(연소실) - 축열(축열실 2) - 배기}과, 우측에 도시된 제2싸이클{유해가스가 포함된 공기의 유입 - 예열(축열실 2) - 연소(연소실) - 축열(축열실 1) - 배기}이 연속 교체되도록 하 는 것이다.

상기 구성을 제 1싸이클의 연소실을 기점으로 살펴보면, 연소실에서 유해가스가 소각되고 배출되는 뜨거운 온도의 청정공기가 축열재가 충진된 축열실 2를 통과하면서 축열실 2의 온도를 약 800 ℃로 가열시켜주며 배출된다.

다음에는 유입공기가 축열실 2를 통과하여 연소실로 유입되도록 함으로써 유해가스가 포함된 공기는 축열실 2의 축열재에 의하여 가열되어 연소실로 유입됨으로 보다 적은 에너지에 의하여 연소가 이루어진다. 이 때 상기 축열실 2의 온도는 유입공기에 의하여 약 400 ℃ 정도로 냉각된다. 연소실에서 연소가 이루어지고 배출되는 공기는 이번에는 축열실 1을 통과하면서 전 싸이클에서 약 400 ℃ 정도로 냉각된 축열실 1의 축열재를 가열시켜 주면서 배기가 이루어진다.

이와 같이 축열식 연소산화장치는 연소싸이클이 축열실 1 및 축열실 2가 연소실의 유입구 및 배출구로 번갈아 교체하는 유로전환수단이 구비됨으로써 유해가스 소각처리에 따르는 에너지를 효율적으로 운용토록 하는 것이다.

이와 같은 축열실 연소산화장치에 대하여 본 출원인은 특허등록 제0472222호를 비롯하여 다수건의 기술을 제안하여 탁월한 성과를 거두고 있으며 연구 개발을 꾸준히 진행하고 있다.

한편, 휘발성 유기화합물질(VOC) 가스가 연소산화장치에 고농도로 유입되는 산업현장의 경우 연소실에서 발생되는 열량이 축열용량을 초과하게 되는데, 종래기술(100)에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 연소실(110)로부터 축열실(120) 초과열량을 바이패스관(130)을 통하여 직접 대기중으로 배출 폐기하고 있어 귀중한 에너지 가 손실되는 문제점이 있었다.

이러한 에너지 손실을 줄이기 위하여 바이패스관을 이용하여 스팀을 생산하기도 하지만 스팀생산 후에는 곧장 외부로 배출시키고 있어 고온의 폐여열이 그대로 버려지는 안타까움이 있었다,

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 연소실에서 바이패스되는 폐열이 해당 산업현장에서의 필수시설인 스팀생산 보일러의 열원으로 활용되어 보일러 연소장치의 운용 및 이에 따른 보일러 관리가 불필요하고 에너지 소모가 전혀 없어 산업설비의 운용비용을 획기적으로 절감시켜줌과 아울러 보일러의 열원으로 작용 후 다시 연소실로 복귀 유입되어 폐여열을 활용 축열재를 가열시키는 2차 열교환이 이루어지도록 하여 에너지 활용을 극대화하는 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 소각처리하기 위한 연소실, 상기 연소실 하부에 방사상 격벽으로 차단되고 축열재가 구비되는 복수의 축열실, 상기 복수의 각 축열실에 유해가스 유입관 및 연소처리된 청정공기 외부배출관 을 교차 연결하는 유로전환수단을 포함하여 구성되고 상기 연소실에 과열방지 바이패스관이 구비되는 축열식 연소산화장치에 있어서,

상기 연소실에서 외부로 인출되어 보일러의 열원으로 배관되고 스팀생산 및 냉각 열교환된 다음 다시 연소실로 유입되는 바이패스 복귀관을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템에 대한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세히 살펴 본다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템(1)은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 소각처리하기 위한 연소실(10), 상기 연소실 하부에 방사상 격벽으로 차단되고 축열재(21)가 구비되는 복수의 축열실(20), 상기 복수의 각 축열실에 유해가스 유입관 및 연소처리된 청정공기 외부배출관을 교차 연결하는 유로전환수단(70)을 포함하여 구성되고 상기 연소실에 과열방지 바이패스관이 구비되는 축열식 연소산화장치에 있어서, 상기 연소실(10)에서 외부로 인출되어 보일러(40)의 열원으로 배관되고 스팀생산 및 냉각 열교환된 다음 다시 연소실(10)로 유입되는 바이패스 복귀관(30)을 포함하여 구성되는 것이다.

즉, 유해가스가 고농도로 유입되어 연소실(10)에서 유해가스가 소각되면서 발생되는 열량이 축열실 예열량을 상회 발생하여 남는 고온의 바이패스 청정공기를 스팀생산 보일러 열원으로 활용하고 남은 폐여열을 다시 유해가스 예열에 사용하는 것이다.

상기 연소실(10)에는 과압력 발생시 외기로 직접 방출되고 제어부에 의하여 개폐되는 밸브(51)가 구비된 안전 바이패스관(50)이 더 설치될 수도 있다.

이와 같은 본 발명은 축열식 연소산화장치에 일상적으로 고농도가스가 발생되는 산업현장에 설치됨이 바람직하다. 미설명 부호 '32'는 송풍팬, '61'은 유해가스 유입관, '63'은 청정공기 배출관이다.

상기 구성을 지닌 본 발명의 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.

유해가스발생현장으로부터 유입관을 통하여 기기내로 유입되는 유해가스는 대개 70℃ 내외의 온도를 띠고 있다.

이러한 유해가스가 상기 유로전환수단(70)을 통하여 일 축열실로 유입되고 축열재에 의하여 열교환되어 대개 400℃ 이상으로 예열이 이루어진 상태로 연소실로 유입 소각된다.

이때 연소실의 온도는 약 900℃를 상회하고 소각처리되어 청정화된 공기는 다른 일 축열실을 통하여 배기되면서 그 축열실을 약 800℃로 가열시키고 냉각되어 배기관을 통하여 대기중으로 배출되며 이때의 배기온도는 대략 60℃ 내외이다.

그리고 연소실에 유입된 처리 유해가스의 농도가 높을수록 연소실의 온도가 상승하게 되어 축열실 축열 열량을 초과할 경우 종래에 바이패스관을 통하여 대기중으로 방출하던 폐열을 본 발명에서는 해당 산업시설에 수반되는 스팀생산 보일러 의 열원으로 활용하는 것이다.

즉, 800℃ 이상의 고온 공기가 통과하는 바이패스 복귀관(30)이 보일러(40) 탱크를 우회 경유하게 되므로 스팀이 생산된다.

이때 생산되는 스팀은 대략 10㎏/㎠ 정도의 고압스팀, 다시 말하면 산업현장에서 필요로 하는 충분한 압력의 스팀이 발생되어 관로를 통하여 산업현장의 건조실 등과 같이 스팀을 필요로 하는 곳으로 공급된다.

산업현장에 따라서는 상시적으로 고농도 가스가 발생 유입되고 이 때문에 연소실에서는 축열에 필요한 열량보다 남는 열량이 항시 발생되어 바이패스되는 한편으로 해당 산업현장에서는 스팀을 필요로 하는 설비가 수반되어 보일러장치가 가동되는데 본 발명에서는 상기와 같이 바이패스 복귀관을 구비하여 연소실의 바이패스 폐열이 스팀생산 보일러의 열원으로 활용되므로 보일러의 연소장치가 불필요하게 된다.

따라서 보일러설비의 운용 및 이에 따른 보일러 관리가 불필요하고 에너지 소모가 전혀 없어 산업설비의 운용비용을 획기적으로 절감시킨다.

이처럼 보일러에서의 1차 열교환으로 냉각이 이루어진 바이패스 복귀관(30)을 흐르는 공기는 스팀생산량에 따라 다르나 아직도 상당한 고온의 열기를 지니고 있다.

그리고 다시 연소실(10)로 복귀 유입되어 축열실(20)을 통과하면서 1차 열교환후 남은 폐여열을 활용하여 축열재(21)를 가열시키는 2차 열교환이 이루어진 후 대기중으로 배출되고, 상기 축열실(20)에 축열된 열은 다시 생산시설에서 유입되는 유해 VOC 가스를 예열시키는데 사용된다.

이와 같이 본 발명은 연소실(10)에서 바이패스되는 고온의 폐열 공기가 스팀생산 후 다시 연소실 및 축열실로 유입되어 축열재(21)를 가열시키는 2차 열교환이 이루어지므로 에너지 활용을 극대화한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템은 연소실에서 바이패스되는 폐열이 해당 산업현장에서 구비되는 스팀생산 보일러의 열원으로 활용되어 보일러 연소장치의 운용 및 이에 따른 보일러 관리가 불필요하고 에너지 소모가 전혀 없어 산업설비의 운용비용을 획기적으로 절감시켜줌과 아울러 보일러의 열원으로 작용 후 다시 연소실로 복귀 유입되어 폐여열을 활용 축열재를 가열시키는 2차 열교환이 이루어지도록 하여 에너지 활용을 극대화하는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (2)

1. 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 소각처리하기 위한 연소실(10), 상기 연소실 하부에 방사상 격벽으로 차단되고 축열재(21)가 구비되는 복수의 축열실(20), 상기 복수의 각 축열실에 유해가스 유입관 및 연소처리된 청정공기 외부배출관을 교차 연결하는 유로전환수단(70)을 포함하여 구성되고 상기 연소실에 과열방지 바이패스관이 구비되는 축열식 연소산화장치에 있어서,

   상기 연소실(10)에서 외부로 인출되어 보일러(40)의 열원으로 배관되고 스팀생산 및 냉각 열교환된 다음 다시 연소실(10)로 유입되는 바이패스 복귀관(30)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소실(10)에는 외기로 직접 방출되고 제어부에 의하여 개폐되는 밸브(51)가 구비된 안전 바이패스관(50)이 더 설치됨을 특징으로 하는 축열식 연소산화장치의 폐열활용 스팀생산 시스템.

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