KR20090077777A - System for generating brown gas and uses thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 브라운 가스를 발생시키기 위한 시스템, 및 여러 분야에서의 그 사용에 관한 것이다.The present invention relates to a system for generating Brown gas, and to its use in various fields.
천연 가스는 통상 가정용 및 산업용으로 사용된다. 그러나, 가정 및 공장의 난방과 같은 늘어나는 수요를 충족시키기 위해 천연 가스를 연료원으로 사용하는 것에 대한 관심이 증가하고 있다. 천연 가스의 연소에 기인하는 온실효과 배출가스에는 이산화탄소, 이산화황, 질소 산화물 및 수증기가 포함된다. 사실, 천연 가스의 연소는 지구 온난화에 기여하는 주요 환경 인자들 중 하나인 것으로 간주된다. 천연 가스가 갖는 다른 문제는 천연 가스 공급이 세계적으로 부족한데 비해서 그 세계적인 수요는 늘어나고 있는 것으로 인한 그 장기 경제적 실행가능성 및 이용가능성이다. 다른 문제는 모든 국가가 자체적인 천연 가스 자원을 갖고 있지 못하므로 천연 가스를 얻기 위해서는 다른 나라에 상당히 의존하고 있다는 점이다. 최종 사용자에 대한 천연 가스의 공급, 저장 및 배급을 지원하기 위해서는 광범위한 인프라 네트워크가 있어야 하는 것도 필수적이다. 광범위한 영역에 걸친 노출된 파이프라인 및 터미널의 네트워크는 구축 및 유지하기에 비쌀뿐 아니라, 자연 재해 또는 테러리스트 위협과 같은 외부 영향에 대해 매우 취약하다. Natural gas is commonly used for household and industrial purposes. However, there is a growing interest in using natural gas as a fuel source to meet growing demands such as heating in homes and factories. Greenhouse emissions from the combustion of natural gas include carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides and water vapor. In fact, combustion of natural gas is considered to be one of the major environmental factors contributing to global warming. Another problem with natural gas is its long-term economic viability and availability, due to the growing global demand, while its global demand is increasing. The other problem is that not all countries have their own natural gas resources, so they rely heavily on other countries for their natural gas. It is also essential to have an extensive infrastructure network to support the supply, storage and distribution of natural gas to end users. Networks of exposed pipelines and terminals across a wide range of areas are not only expensive to build and maintain, but also very vulnerable to external influences such as natural disasters or terrorist threats.
천연 가스 대신에 여러가지 대체 연료 소스가 제안되었다. 그 일 예가 태양열을 사용하여 이를 실현가능한 에너지원으로 전환하는 것이다. 다른 예가 브라운 가스인 바, 그 내용은 본 명세서에 원용되는 미국 제4,081,656호에 기재되어 있다. 브라운 가스는 순수 산업용 용접 및 절단 용도에 적합한 에너지원인 것으로 기술되어 있다. 특히, 미국 특허 제4,081,656호는 물의 전기분해로부터 산소와 수소 가스의 혼합물을 발생시키는 과정을 기재하고 있다. 생성물인 브라운 가스는 높은 발열량과 같은 우수한 특징을 가지며, 선택된 금속과의 반응 연소 및 낮은 오염물질 배출이 가능하다. Instead of natural gas, several alternative fuel sources have been proposed. One example is the use of solar energy to convert it into a feasible energy source. Another example is Brown Gas, the content of which is described in US Pat. No. 4,081,656, which is incorporated herein. Brown gas is described as a suitable energy source for pure industrial welding and cutting applications. In particular, US Pat. No. 4,081,656 describes a process for generating a mixture of oxygen and hydrogen gas from electrolysis of water. Brown gas, a product, has excellent characteristics such as high calorific value and enables reactive combustion with selected metals and low pollutant emissions.
브라운 가스의 사용은 여러 특허에 기재되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,761,558호는 브라운 가스의 열 반응을 이용한 가열 장치를 기재하고 있으며, 그 내용은 본 명세서에 원용된다. 이 특허는 또한 헥산 액체를 통과한 후 브라운 가스의 반응 연소로부터 열을 포획(trap)하는 방법도 기재하고 있다. 미국 특허 제6,443,725호는 발열 유닛을 가열하기 위해 브라운 가스를 버너에서 순환 연소시키는 방법을 기재하고 있으며, 그 내용은 본 명세서에 원용된다. The use of Brown Gas is described in several patents. For example, US Pat. No. 6,761,558 describes a heating apparatus using a thermal reaction of Brown gas, the contents of which are incorporated herein by reference. The patent also describes a method for trapping heat from reactive combustion of Brown gas after passing through a hexane liquid. U. S. Patent No. 6,443, 725 describes a method of circulating combustion of Brown gas in a burner to heat a heat generating unit, the contents of which are incorporated herein by reference.
이상을 감안하면, 환경에 대한 영향을 최소로 하면서 에너지 수요의 증가를 충족시킬 수 있는, 가정용 및 산업용 에너지를 공급하기 위한 신뢰성있고 안전한 시스템에 대한 수요가 본 기술분야에 존재함을 알 수 있다. 추가로, 이는 이들 장점을 십분 이용하는 광범위한 신규 기술을 보여준다. In view of the above, it can be seen that there is a need in the art for a reliable and safe system for supplying household and industrial energy that can meet the increase in energy demand with minimal environmental impact. In addition, this shows a wide range of new technologies that take full advantage of these advantages.
예를 들어, 소각은 대부분의 가정 및 산업 폐기물에서 발견되는 병원체, 바 이러스, 및 독성 유기물을 파괴시키는 가장 보편적인 처리이다. 그러나, 종래의 소각로는 여러가지 문제에 점점 더 직면하고 있다. 예를 들어, 소각 플랜트는 폐기물을 연소시키기 위해 다량의 연료를 소비한다. 연료는 천연 가스, 프로판 또는 경질 연료유를 포함할 수 있다. 천연 가스에 대한 증가하는 세계적 수요 및 천연 가스 공급의 세계적인 부족으로 인해, 전통적인 열 소각은 가장 비용이 많이드는 폐기물 관리 수단이다. 영향을 완화시키기 위해, 인구밀집 지역으로부터 멀리에 신규 소각 플랜트가 위치하며, 그 결과 소각 플랜트의 작동에 필요한 폐기물, 연료 및 기타 공급물의 장거리 운송 비용이 늘어난다. Incineration, for example, is the most common treatment for destroying pathogens, viruses, and toxic organics found in most household and industrial wastes. However, conventional incinerators are increasingly faced with various problems. Incineration plants, for example, consume large amounts of fuel to burn waste. The fuel may include natural gas, propane or light fuel oil. Due to the increasing global demand for natural gas and the global shortage of natural gas supply, traditional thermal incineration is the most expensive means of waste management. To mitigate the impact, new incineration plants are located away from populated areas, resulting in increased long-distance transportation of waste, fuel and other supplies required for the operation of the incineration plant.
다른 문제는 가정 및 산업 폐기물의 소각 중의 불완전한 연소로 인해 다이옥신 및 푸란(furan)이 대기로 방출되어 지역사회에 심각한 건강 위험을 안긴다는 점이다. 그 결과 환경단체로부터 다이옥신 및 푸란 생성 폐기물의 폐기에 대해 엄격한 통제 및 규제를 가하라는 압력이 증대되었다. 폐기물의 높은 난류성 혼합(강제 공기 흡인을 이용) 및 배기 가스(flue gas)의 적어도 2초 동안의 긴 체류 시간과 더불어 1200℃ 이상의 높은 연소 온도가, 소각 처리 중에 연소실 내에서 다이옥신 및 푸란을 효과적으로 파괴시킬 수 있다. 따라서, 폐기물의 완전 연소를 보장하고 연소 중의 다이옥신 및 푸란 형성을 최소화하는 한가지 방법은 연소 효율을 향상시키기 위해 노의 온도를 현저히 상승시키도록 기존의 소각 처리를 변경하는 것이다. 그러나, 이는 연료 소비가 증가할 것이므로 가동비의 증가로 이어질 것이다. Another problem is that incomplete combustion during incineration of household and industrial wastes releases dioxin and furan into the atmosphere, creating serious health risks for the community. As a result, there has been increased pressure from environmental groups to impose strict controls and regulations on the disposal of dioxin and furan-producing waste. High combustion temperatures of more than 1200 ° C, with high turbulent mixing of the waste (using forced air aspiration) and long residence times of at least 2 seconds of flue gas, effectively destroy dioxins and furans in the combustion chamber during incineration. You can. Thus, one method of ensuring complete combustion of waste and minimizing dioxin and furan formation during combustion is to modify the existing incineration treatment to significantly increase the temperature of the furnace to improve combustion efficiency. However, this will lead to higher operating costs as fuel consumption will increase.
높은 연소 온도를 얻기 위해 여러가지 대안적인 접근 방법이 제안되었다. 일 예는 유동층 프로판 소각로로 전환하는 것이다. 다른 예는 폐기물 파괴를 위해 고에너지, 고강도의 플라즈마 제트를 사용하는 열 플라즈마 소각로를 사용하는 것이다. 그러나, 이들 접근 방법은 기존의 소각 설비에 직접 적용될 수 없다. 다른 접근 방법은 저렴하고 발열량이 높으며 환경 영향이 최소인 대체 연료원을 사용하는 것이다. Several alternative approaches have been proposed to achieve high combustion temperatures. One example is the conversion to fluidized bed propane incinerators. Another example is the use of thermal plasma incinerators using high energy, high intensity plasma jets for waste destruction. However, these approaches cannot be applied directly to existing incineration plants. Another approach is to use alternative fuel sources that are cheap, have high calorific value and have minimal environmental impact.
다른 예에서, 대기 미세 먼지 배출물(particulate matter emission)과 배기 가스 배출물은 여전히 일반적인 문제이다. 이러한 배출물이 상당한 환경적 위험과 건강상의 위험을 내포하고 있다는 것도 널리 알려져 있다. 이러한 배출물은 두세 가지의 예를 들면 산업상의 처리, 석탄 연소 및 소각 플랜트에 의해 폐기물 연소로부터 발생될 수 있다. 이들 처리의 결과, 배출물의 성분은 추가적인 처리없이 대기로 방출될 경우 환경에 해로울 수 있다. In another example, atmospheric matter dust emissions and exhaust gas emissions are still a common problem. It is also well known that these emissions pose significant environmental and health risks. These emissions can be generated from waste combustion by two or three examples, for example by industrial treatment, coal combustion and incineration plants. As a result of these treatments, the components of the emissions can be harmful to the environment if released to the atmosphere without further treatment.
배출물 및 배기 가스를 통제 및 처리하기 위한 기존의 수단으로는 사이클론, 전기 집진기(ESP: electrostatic precipitator), 침강 챔버(settling chamber), 습식 세정기(wet scrubber), 및 섬유성 필터(fabric filter) 시스템이 포함된다. 그러나, 대체적으로, 이들은 배출물과 배기 가스 내의 미세 먼지 저감을 보조하고, 배기 가스 및 배출물의 성분을 부분적으로 처리할 뿐이다. 따라서, "처리된(treated)" 배출물 및 배기 가스가 대기로 방출될 때, 배출물 및 배기 가스는 환경에 해로울 수 있는 유해 성분을 여전히 포함할 수 있다. Existing means for controlling and treating emissions and exhaust gases include cyclones, electrostatic precipitators (ESPs), settling chambers, wet scrubbers, and fabric filter systems. Included. However, in general, they assist in reducing the fine dust in the emissions and exhaust gases, and only partially treat the components of the exhaust gases and emissions. Thus, when "treated" emissions and exhaust gases are released to the atmosphere, the emissions and exhaust gases may still contain harmful components that may be harmful to the environment.
예를 들어, 사이클론은 특히 10mm 미만의 입자 크기에 대해 전체 입자 수집 효율이 낮다. ESP의 경우, 배출물 및 배기 가스를 처리하는데 있어서는 효과적이지만, 이 장치의 설치 및 유지 비용이 상당히 비싸다. 이는 또한 설치하기 위해 넓은 공간을 필요로 한다. 또한, 가스 이온화 도중에 ESP의 마이너스로 대전된 전극에 의해 오존이 발생할 수 있으며, 이는 환경 문제를 증대시킨다. 또한 EPS의 조작을 위해서는 고도로 훈련된 사람이 요구될 수 있다. 섬유성 필터 시스템 또한, 약 290℃ 이상의 온도에서 작동될 때 고가의 내화성 미네랄 또는 금속 섬유가 요구된다는 점에서 비용이 많이 든다. 우발적인 스파크 또는 불꽃이 존재하는 경우 어떤 농도에서는 특정 분진의 폭발 및 발화 위험도 존재한다. For example, cyclones have low overall particle collection efficiency, especially for particle sizes of less than 10 mm. In the case of ESPs, they are effective in treating emissions and exhaust gases, but the installation and maintenance costs of these devices are quite expensive. It also requires large space for installation. In addition, ozone may be generated by the negatively charged electrode of the ESP during gas ionization, which increases environmental problems. Also, highly trained persons may be required for the manipulation of EPS. Fibrous filter systems are also expensive in that expensive refractory mineral or metal fibers are required when operated at temperatures above about 290 ° C. In the presence of accidental sparks or sparks, there is a risk of explosion and ignition of certain dusts at some concentrations.
이러한 점을 감안할 때, 이들 문제를 해결하기 위한 환경적으로 건전하고 에너지 효율적인 수단이 유리할 것이다. Given this, environmentally sound and energy efficient means of addressing these issues would be advantageous.
제 1 양태에 따르면, 본 발명은 브라운 가스를 발생, 저장 및 사용하기 위한 시스템에 있어서, According to a first aspect, the present invention provides a system for generating, storing and using brown gas.
전기 공급원 및 물 공급원과 연통하는 적어도 하나의 브라운 가스 발생기; At least one Brown gas generator in communication with an electricity source and a water source;
상기 발생기로부터 발생된 브라운 가스를 저장하기 위해 상기 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 제 1 저장 챔버; 및 At least one first storage chamber in fluid communication with the generator for storing Brown gas generated from the generator; And
상기 적어도 하나의 제 1 저장 챔버와 연통하는 브라운 가스 적용 수단을 포함하며, Brown gas application means in communication with the at least one first storage chamber,
상기 발생기와 상기 제 1 저장 챔버는 상기 브라운 가스 적용 수단의 근처에 설치되는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공한다. The generator and the first storage chamber are provided near the Brown gas application means.
"근처(proximate)"란 본 발명의 의도된 용도를 언급하는 것임을 알 것이다. 예를 들어, 빌딩 내에서 사용하기 위한 용도는 필연적으로 "근처"의 정의가 종래의 보일러에서와 같이 플랜트 룸과 같은 빌딩 부지에 포함되거나, 산업용 공조 설비와 유사하게 지붕 부착되거나, 또는 배전 박스에서와 같이 빌딩의 외부 하우징에 인접할 것을 요구할 것이다. It will be appreciated that "proximate" refers to the intended use of the present invention. For example, for use in a building, the use of "nearby" is inevitably included in a building site, such as a plant room, as in a conventional boiler, roofed similarly to industrial air conditioning equipment, or in a distribution box. It will require adjacent to the outer housing of the building.
택지 개발과 같은 다른 용도에 있어서, "근처"는 택지 개발 내의 중심 장소를 포함할 수 있다. 이는 전기와 같은 종래의 에너지 공급과 비교되고 그와 상이하며, 따라서 발생은 그 개발지로부터 수 킬로미터 떨어져서 이루어질 수 있다. 따라서, 이 경우, "근처"는 이용가능한 장소 이내로서 정의될 것이며, 발생 및/또는 저장 측면에서 "이격"되어 있는 종래의 에너지 공급원에 비해 사용을 위한 최종 배급 이전에 상당한 인프라(infrastructure)를 요구하지 않고 따라서 상당한 배급 인프라를 요구하지 않는다. 따라서, 본 발명에서, 발생기 및 제 1 저장 챔버가 브라운 가스 적용 수단 근처에 설치되는 것의 한 가지 장점은 시스템의 효율이 증가되는 것이다. 이러한 배치는 또한 외부 에너지원에 의존하는 것에 비해 인프라 비용을 절감시킬 것이다. In other uses, such as residential land development, "nearby" may include a central location within residential land development. This is comparable to and different from conventional energy supplies such as electricity, so that generation can take place several kilometers away from its development. Thus, in this case, "nearby" will be defined as within the available location, requiring significant infrastructure prior to final distribution for use as compared to conventional energy sources that are "spaced" in terms of generation and / or storage. And therefore do not require significant distribution infrastructure. Thus, in the present invention, one advantage of installing the generator and the first storage chamber near the Brown gas application means is that the efficiency of the system is increased. This deployment will also reduce infrastructure costs compared to relying on external energy sources.
브라운 가스는 다른 형태의 천연 가스에 비해 높은 발열량과 무시할만한 오염 배출을 나타낸다. 따라서, 가정용 및 산업용으로 브라운 가스를 사용하는 것이 유리할 것이다. 예를 들어, 발생된 브라운 가스는 요리 및 공간 가열 용도 또는 생산 공정에서의 산업 열처리 용도, 세탁, 위생 및 세척에 사용하기 위한 고온수(hot water) 생산 용도, 공간 냉각에 사용하기 위한 냉수 생산 용도, 및 쓰레기와 기타 가정 또는 산업 폐기물을 분해하기 위해 소각로 유닛에 연료를 제공하기 위한 용도의 파이프 이송되는 가스를 공급하기 위해 사용될 수 있다. Brown gas exhibits higher calorific value and negligible pollutant emissions compared to other forms of natural gas. Therefore, it would be advantageous to use Brown gas for home and industrial purposes. For example, the generated brown gas can be used for cooking and space heating applications or for industrial heat treatment in production processes, for hot water production for use in laundry, sanitation and cleaning, for cold water production for use in space cooling. It can be used to supply pipe conveyed gas for the purpose of fueling incinerator units to decompose wastes and other household or industrial wastes.
제 2 양태에서, 본 발명은 고온수 생산용 보일러 및 버너 유닛에 있어서, In a second aspect, the present invention is directed to a boiler and burner unit for producing hot water,
공급수를 수용하기 위한 제 1 입구; A first inlet for receiving feed water;
브라운 가스 발생기로부터의 브라운 가스를 수용하기 위한 제 2 입구; 및 A second inlet for receiving Brown gas from the Brown gas generator; And
생산된 고온수를 배출하기 위한 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 및 버너 유닛을 제공한다. Provided is a boiler and burner unit comprising an outlet for discharging the hot water produced.
추가 실시예에 따르면, 적용 수단은 고온수를 생산하기 위한 적어도 하나의 제 1 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 고온수를 가열하기 위한 열은 상기 적어도 하나의 제 1 저장 챔버로부터 얻어진 브라운 가스의 연소로부터 도출된다. 특히, 상기 적어도 하나의 제 1 챔버는 보일러 및 버너 유닛일 수 있다. 상기 적어도 하나의 제 1 챔버는, According to a further embodiment, the application means may comprise at least one first chamber for producing hot water, wherein heat for heating the hot water is combusted of the brown gas obtained from the at least one first storage chamber. Derived from. In particular, the at least one first chamber may be a boiler and burner unit. The at least one first chamber is,
적어도 하나의 제 1 저장 챔버로부터의 브라운 가스를 수용하기 위한 제 1 입구; A first inlet for receiving Brown gas from at least one first storage chamber;
물을 수용하기 위한 제 2 입구; A second inlet for receiving water;
가스 버너; 및 gas burner; And
생산된 고온수를 배출하기 위한 출구를 포함하고, An outlet for discharging the produced hot water,
상기 제 1 입구로부터의 브라운 가스는 가스 버너에 의해 연소되어 제 2 입구로부터의 물을 가열할 수 있으며, 가열된 물은 출구로부터 배출될 수 있다. Brown gas from the first inlet may be burned by a gas burner to heat water from the second inlet, and the heated water may be discharged from the outlet.
상기 물을 수용하기 위한 제 2 입구는 적어도 하나의 브라운 가스 발생기 내에 수용된 적어도 하나의 열교환기의 출구에 연결될 수 있다. The second inlet for receiving water may be connected to the outlet of at least one heat exchanger housed in the at least one Brown gas generator.
상기 물을 수용하기 위한 제 2 입구는 적어도 하나의 태양열 집열기의 출구에도 연결될 수 있다. The second inlet for receiving water may also be connected to the outlet of at least one solar collector.
상기 제 1 입구 이전에 적어도 하나의 화염 방지기(flash arrestor)가 제공될 수 있다. 화염 방지기는 화염이 압축 가스 저장 탱크 또는 가스 발생기와 같은 공급원으로 전파되는 것을 방지하기 위해 수소, 아세틸렌 및 기타 배기 가스와 같은 휘발성 가스의 공급 라인에 보통 사용되는 장치를 구비할 수 있다. 본 발명의 목적을 위해서, 화염 방지기는 화염 냉매로서의 액화 탄화수소가 부분 충진되어 있는 브라운 가스 저장 탱크를 화염이 방화시키지 못하도록 브라운 가스 공급원의 다양한 접합부에 설치될 수 있다. At least one flash arrestor may be provided before the first inlet. Flame arresters may be equipped with devices commonly used in supply lines of volatile gases such as hydrogen, acetylene and other exhaust gases to prevent flame propagation to sources such as compressed gas storage tanks or gas generators. For the purposes of the present invention, flame arresters may be installed at various junctions of the Brown gas source to prevent the flame from arranging Brown gas storage tanks partially filled with liquefied hydrocarbons as flame refrigerant.
상기 적어도 하나의 제 1 챔버는 반응성 금속 원소를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 제 1 챔버에 사용될 수 있는 반응성 금속 원소는 백금, 스틸, 니켈-크롬 합금 또는 기타 고온 니켈 합금 중 임의의 것을 포함할 수 있으나, 이것에 한정되지는 않는다. 반응성 금속 원소는 금속 원소와 브라운 가스 화염 사이의 접촉 면적을 최대화하기 위해 셸 표면에 천공이 형성된 단일 곡선형 또는 이중 곡선형 셸 형태일 수 있다. 니켈-크롬 합금은 니크롬 와이어 형태일 수 있다. 반응성 금속 원소는 제 1 챔버 내의 화염 온도를 더 상승시키기 위해 반응 연소를 수행하도록 브라운 가스 화염의 경로에 배치될 수 있다. The at least one first chamber may further comprise a reactive metal element. For example, reactive metal elements that may be used in the at least one first chamber may include, but are not limited to, any of platinum, steel, nickel-chromium alloys or other high temperature nickel alloys. The reactive metal element may be in the form of a single curved or double curved shell with perforations formed in the shell surface to maximize the contact area between the metal element and the Brown gas flame. The nickel-chromium alloy may be in the form of nichrome wire. The reactive metal element may be placed in the path of the Brown gas flame to perform reactive combustion to further raise the flame temperature in the first chamber.
본 발명의 시스템은 적어도 하나의 제 1 챔버로부터 생산된 고온수를 저장하기 위한 적어도 하나의 제 2 저장 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 적어도 하나의 제 2 저장 챔버는 적어도 하나의 제 1 챔버의 출구에 연결될 수 있다. 생산된 고온수는 미래의 공간 가열, 세탁, 위생 및 세척에서의 사용을 위해 저장 챔버에 저장될 수 있다. The system of the present invention may further comprise at least one second storage chamber for storing hot water produced from the at least one first chamber. Thus, the at least one second storage chamber can be connected to the outlet of the at least one first chamber. The hot water produced can be stored in a storage chamber for use in future space heating, washing, sanitation and cleaning.
추가 실시예에 따르면, 적용 수단은 냉수를 생산하기 위한 적어도 하나의 제 2 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 제 2 챔버는 흡수식 냉각기 유닛일 수 있다. According to a further embodiment, the application means may further comprise at least one second chamber for producing cold water. In particular, the at least one second chamber may be an absorption chiller unit.
상기 적어도 하나의 제 2 챔버는, The at least one second chamber,
흡수제를 수용하기 위한 제 1 입구; A first inlet for receiving an absorbent;
냉매를 수용하기 위한 제 2 입구; A second inlet for receiving a refrigerant;
냉수를 수용하기 위한 제 3 입구; A third inlet for receiving cold water;
온수(warm water)를 수용하기 위한 제 4 입구; A fourth inlet for receiving warm water;
제 1 열교환기; A first heat exchanger;
제 2 열교환기; A second heat exchanger;
온수를 배출하기 위한 제 1 출구; 및 A first outlet for discharging hot water; And
생산된 냉수를 배출하기 위한 제 2 출구를 포함하며, A second outlet for discharging the produced cold water,
상기 제 3 입구와 제 1 출구는 상기 제 1 열교환기에 연결될 수 있고, 상기 제 4 입구와 제 2 출구는 상기 제 2 열교환기에 연결될 수 있다. The third inlet and the first outlet may be connected to the first heat exchanger, and the fourth inlet and the second outlet may be connected to the second heat exchanger.
상기 흡수제는 브롬화 리튬(LiBr), 암모니아(NH3), 또는 당업자에게 자명한 건조제나 제습제와 같은 기타 적합한 흡수제일 수 있다. 상기 냉매는 물일 수 있다. 기타 적합한 냉매 또한 본 발명의 목적을 위해 사용될 수 있다. The absorbent may be lithium bromide (LiBr), ammonia (NH 3 ), or other suitable absorbent such as a desiccant or dehumidifying agent known to those skilled in the art. The refrigerant may be water. Other suitable refrigerants may also be used for the purposes of the present invention.
상기 적어도 하나의 제 2 챔버는 상기 적어도 제 2 저장 챔버로부터의 고온수가 통과하는 열교환기로부터 생산되거나 또는 브라운 가스의 연소에 의해 상기 적어도 하나의 제 1 챔버로부터 직접 생산된 열을 이용하여 냉매와 흡수제를 기화시킴으로써 냉각 사이클을 달성할 수 있다. 냉각 사이클의 결과로서, 적어도 하나의 제 2 챔버로부터의 물이 냉각된다. 생산된 냉수는 적어도 하나의 제 3 저장 챔버에 저장될 수 있다. 냉수는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 공간 냉각 용도에 사용될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 제 3 저장 챔버로부터의 냉수는 송풍기가 달린 열교환기를 포함하는 공조 유닛에 유입되어 공간 냉각을 제공할 수 있다. The at least one second chamber is produced from a heat exchanger through which hot water from the at least second storage chamber passes, or using a heat produced directly from the at least one first chamber by combustion of Brown gas and a refrigerant and an absorbent. By vaporizing the cooling cycle can be achieved. As a result of the cooling cycle, water from the at least one second chamber is cooled. The produced cold water may be stored in at least one third storage chamber. Cold water can be used for a variety of purposes. For example, it can be used for space cooling applications. In particular, cold water from at least one third storage chamber can be introduced into an air conditioning unit comprising a heat exchanger with a blower to provide space cooling.
추가 실시예에 따르면, 본 발명의 적용 수단은 폐기물을 연소시키기 위한 적어도 하나의 제 3 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 제 3 챔버는 소각로 유닛이다. 상기 적어도 하나의 제 3 챔버는, According to a further embodiment, the application means of the present invention may further comprise at least one third chamber for burning waste. In particular, said at least one third chamber is an incinerator unit. The at least one third chamber,
브라운 가스의 연소에 의해 폐기물을 연소시키기 위한 연소 유닛; A combustion unit for burning the waste by combustion of Brown gas;
폐기물을 수용하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 제 1 입구; A first inlet connected to said combustion unit for receiving waste;
적어도 하나의 제 1 저장 챔버로부터의 브라운 가스를 수용하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 제 2 입구; 및 A second inlet connected to said combustion unit for receiving Brown gas from at least one first storage chamber; And
상기 연소 유닛에서 생산된 배기 가스를 배출하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 출구를 포함할 수 있다. It may comprise an outlet connected to the combustion unit for discharging the exhaust gas produced in the combustion unit.
폐기물은 고체상 및 액체상 폐기물로 분리될 수 있다. 폐기물은 연소 유닛으로 이송되기 전에 수분 함량이 감소되도록 처리될 수 있다. Waste can be separated into solid and liquid waste. The waste may be treated to reduce the moisture content before it is sent to the combustion unit.
본 발명에 따른 시스템은 배기 가스를 저온 상태로 배출하기 위해 출구에 연결되는 열교환기를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 발명에 따른 시스템은 출구로부터 배출되는 배기 가스의 온도를 저하시키기 위해 및/또는 배기 가스 내의 미립자 및 플라이 애쉬(fly ash: 비산하는 재)를 제거하기 위해 상기 연소 유닛에 연결된 출구에 연결되는 습식 세정기를 포함할 수 있다. 습식 세정기는 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬를 제거하도록 가스 스트림을 처리하기 위한 장치이다. 습식 세정기는 출구로부터 배출되는 배기 가스를 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 구비할 수 있다. 예를 들어, 배기 가스는 200℃ 내지 300℃로 급냉될 수 있다. 이는 대기에서 다이옥신 및 푸란이 재형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 출구는 에어 필터 시스템에도 연결될 수 있다. 시스템 내에 소각로를 구비하게 되면 유해한 폐기물이 지체없이 처리될 수 있고 따라서 대기로의 유해한 방출이 회피되므로 유리하다. 소각로는 또한 폐기물의 연소열이 화력 발전을 위해 회수되도록 폐기물-에너지 전환 소각로로도 구성될 수 있다. The system according to the invention may further comprise a heat exchanger connected to the outlet for exhausting the exhaust gas at low temperature. Alternatively, the system according to the invention has an outlet connected to said combustion unit to lower the temperature of the exhaust gas exiting the outlet and / or to remove particulates and fly ash in the exhaust gas. It may include a wet scrubber connected to. Wet scrubbers are devices for treating a gas stream to remove fly ash of sub-micron size or larger. The wet scrubber can be equipped with a series of high volume water jet nozzles to quench the exhaust gas exiting the outlet. For example, the exhaust gas may be quenched to 200 ° C to 300 ° C. This can prevent dioxin and furan from reforming in the atmosphere. The outlet can also be connected to an air filter system. The provision of incinerators in the system is advantageous because hazardous waste can be disposed of without delay and thus harmful emissions to the atmosphere are avoided. Incinerators may also consist of waste-to-energy conversion incinerators in which the heat of combustion of waste is recovered for thermal power generation.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 고온수를 생산하기 위한 보일러 및 버너 유닛에 있어서, According to a second aspect, the present invention is directed to a boiler and burner unit for producing hot water,
공급수를 수용하기 위한 제 1 입구; A first inlet for receiving feed water;
브라운 가스 발생기로부터의 브라운 가스를 수용하기 위한 제 2 입구; 및 A second inlet for receiving Brown gas from the Brown gas generator; And
생산된 고온수를 배출하기 위한 출구를 포함하며, An outlet for discharging the hot water produced,
브라운 가스는 고온수를 생산하기 위해 공급수를 가열하는 열을 발생하도록 연소되는 것을 특징으로 하는 보일러 및 버너 유닛을 제공한다. Brown gas provides a boiler and burner unit that is combusted to generate heat to heat the feed water to produce hot water.
상기 생산된 고온수를 배출하기 위한 출구는 생산된 고온수를 저장하기 위한 저장 탱크에 연결될 수 있다. 상기 보일러 및 버너 유닛의 제 1 입구는 브라운 가스 발생기의 제 1 열교환기의 출구, 적어도 하나의 태양열 집열기의 출구, 및/또는 생산된 고온수를 저장하기 위한 저장 탱크에 연결될 수 있다. The outlet for discharging the produced hot water may be connected to a storage tank for storing the produced hot water. The first inlet of the boiler and burner unit may be connected to an outlet of the first heat exchanger of the Brown gas generator, an outlet of at least one solar collector, and / or a storage tank for storing the produced hot water.
제 3 양태에서, 본 발명은 연소 물질의 연소에 의해 발생되는 열을 회수하기 위한 시스템에 있어서, In a third aspect, the present invention provides a system for recovering heat generated by combustion of a combustion material,
전기 공급원 및 물 공급원과 연통하는 적어도 하나의 브라운 가스 발생기; At least one Brown gas generator in communication with an electricity source and a water source;
상기 발생기로부터 발생된 브라운 가스를 저장하기 위해 상기 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 제 1 저장 챔버; At least one first storage chamber in fluid communication with the generator for storing Brown gas generated from the generator;
연소 물질을 연소시키기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 저장 챔버와 연통하는 적어도 하나의 연소 챔버; 및 At least one combustion chamber in communication with the at least one first storage chamber to combust a combustion material; And
연소 물질의 연소로부터 연소 챔버에 의해 생산된 열을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 열-추출 챔버를 포함하며, At least one heat-extraction chamber configured to receive heat produced by the combustion chamber from combustion of the combustion material,
상기 발생기와 상기 제 1 저장 챔버는 상기 연소 챔버와 상기 열-추출 챔버의 근처에 설치되는 것을 특징으로 하는 열 회수 시스템을 제공한다. And the generator and the first storage chamber are installed in the vicinity of the combustion chamber and the heat-extraction chamber.
제 4 양태에서, 본 발명은 연소 물질의 연소에 의해 발생되는 열을 회수하는 방법에 있어서, In a fourth aspect, the present invention provides a method for recovering heat generated by combustion of a combustion material,
브라운 가스의 연소에 의해 적어도 하나의 연소 챔버 내의 연소 물질을 연소시키는 단계; 및 Combusting the combustion material in the at least one combustion chamber by combustion of the brown gas; And
연소 챔버에 의해 생산된 배기 가스를 수용하여 그 안의 열을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 회수 방법을 제공한다. A method for recovering heat, comprising recovering heat therein by receiving exhaust gas produced by the combustion chamber.
상기 적어도 하나의 브라운 가스 발생기는 전기분해 공정에서 물을 산소와 수소로 해리시키기 위해 전기를 받아들인다. 상기 적어도 하나의 브라운 가스 발생기는 전기분해 챔버를 구비할 수 있다. 산소 가스와 수소 가스의 혼합물은 적어도 하나의 제 1 저장 챔버로 파이프 이송된다. 상기 적어도 하나의 제 1 저장 챔버는 화염 냉매로 작용할 수 있는 소정 양의 액화 탄화수소를 수용할 수 있다. 예를 들어, 상기 액화 탄화수소는 헥산, 헵탄, 메탄올, 에탄올 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 액화 탄화수소는 저온으로 유지될 수 있는 바, 예를 들면 탄화수소의 비등점 미만의 온도로 유지될 수 있다. 당업자라면 적용가능한 탄화수소에 대해 적합한 저장 온도를 알 것인 바, 이는 상식인 것이다. 예를 들어, 이 온도는 20℃ 내지 100℃일 수 있다. 특히, 사용되는 탄화수소가 헥산일 때 상기 온도는 10℃ 내지 20℃일 수 있다. 액화 탄화수소는 브라운 가스의 화염 온도를 조절하기 위한 촉매로서 작용한다. 특히, 액화 탄화수소는 헥산일 수 있다. The at least one Brown gas generator receives electricity to dissociate water into oxygen and hydrogen in the electrolysis process. The at least one Brown gas generator may have an electrolysis chamber. The mixture of oxygen gas and hydrogen gas is piped to at least one first storage chamber. The at least one first storage chamber may contain a predetermined amount of liquefied hydrocarbon that can act as a flame refrigerant. For example, the liquefied hydrocarbon can be selected from the group consisting of hexane, heptane, methanol, ethanol and combinations thereof. Liquefied hydrocarbons can be kept at low temperatures, for example at temperatures below the boiling point of the hydrocarbons. Those skilled in the art will know suitable storage temperatures for the applicable hydrocarbons, which is common sense. For example, this temperature may be between 20 ° C and 100 ° C. In particular, when the hydrocarbon used is hexane, the temperature may be 10 ℃ to 20 ℃. Liquefied hydrocarbons act as a catalyst to control the flame temperature of Brown's gas. In particular, the liquefied hydrocarbon may be hexane.
추가 실시예에 따르면, 폐기물은 적어도 하나의 연소 챔버에서 연소된다. 상기 적어도 하나의 연소 챔버는 연료로서 브라운 가스를 사용한다. 브라운 가스는 적어도 하나의 제 1 저장 챔버로부터 취득할 수 있다. 특히, 연소 챔버는 소각로 유닛일 수 있다. 연소 챔버는 1단 또는 다단 구성일 수 있다. 적어도 하나의 연소 챔버는, According to a further embodiment, the waste is combusted in at least one combustion chamber. The at least one combustion chamber uses Brown gas as fuel. Brown gas may be obtained from at least one first storage chamber. In particular, the combustion chamber may be an incinerator unit. The combustion chamber may be of a single stage or multistage configuration. At least one combustion chamber,
브라운 가스의 연소에 의해 연소 물질을 연소시키기 위한 연소 유닛; A combustion unit for burning the combustion material by combustion of Brown gas;
연소 물질을 수용하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 제 1 입구; A first inlet connected to said combustion unit for receiving a combustion material;
적어도 하나의 제 1 저장 챔버로부터의 브라운 가스를 수용하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 제 2 입구; 및 A second inlet connected to said combustion unit for receiving Brown gas from at least one first storage chamber; And
상기 연소 유닛에서 생산된 배기 가스를 배출하기 위해 상기 연소 유닛에 연결되는 출구를 포함할 수 있다. It may comprise an outlet connected to the combustion unit for discharging the exhaust gas produced in the combustion unit.
상기 연소 물질은 폐기물, 쓰레기, 및 기타 가정 또는 산업 폐기물일 수 있다. 연소 챔버는 연소 물질을 연소 유닛으로 이송되기 전에 전처리하기 위한 전처리 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 연소 물질은 고체상 및 액체상 연소 물질로 분리될 수 있다. 연소 물질은 재생가능한 비연소성 물질과 유해한 연소 물질을 제거하기 위해 분류될 수 있다. 연소 물질은 수분 함량을 줄이기 위해 압착 및/또는 건조될 수 있다. The combustion material may be waste, rubbish, and other household or industrial waste. The combustion chamber may further comprise a pretreatment unit for pretreatment of the combustion material prior to being transferred to the combustion unit. Combustion materials can be separated into solid phase and liquid phase combustion materials. Combustion materials can be classified to remove renewable noncombustible and harmful combustion materials. Combustion materials may be compressed and / or dried to reduce moisture content.
연소 물질은 연소 유닛에서 연소된다. 연소 물질은 임의의 적합한 방법에 의해 연소 유닛으로 이송된다. 예를 들어, 연소 물질은 중력 또는 기계적 수단에 의해 연소 유닛으로 이송된다. 연소 유닛은 연소 유닛에 고온의 화염을 출사하여 연소 물질을 연소시키기 위한 브라운 가스 버너를 포함할 수 있다. 연소 유닛은 연소 물질의 보다 완전한 연소를 달성하기 위해 연소 유닛에 신선한 공기가 공급될 수 있게 하기 위한 추가 입구를 추가로 포함할 수 있다. 연소 유닛은 그 내부에 고온을 유지하기 위해 내화재로 라이닝될 수 있다. 연소된 연소 물질과 탄화된(charred) 비연소 물질은 연소 유닛 내에서 수집된 후 폐기 처리될 수 있다. 연소된 연소 물질과 탄화된 비연소 물질은 폐기되기 전에 추가적으로 처리될 수도 있다. Combustion material is combusted in the combustion unit. The combustion material is conveyed to the combustion unit by any suitable method. For example, the combustion material is transferred to the combustion unit by gravity or mechanical means. The combustion unit may comprise a brown gas burner for emitting a hot flame to the combustion unit to burn the combustion material. The combustion unit may further comprise an additional inlet for allowing fresh air to be supplied to the combustion unit to achieve more complete combustion of the combustion material. The combustion unit may be lined with refractory material to maintain a high temperature therein. Burned combustion materials and charred noncombustible materials can be collected in a combustion unit and then disposed of. Burned combustion materials and carbonized noncombustible materials may be further processed before disposal.
연소 챔버는 연소 유닛에 추가적으로 재산화(re-oxidation) 챔버를 포함할 수도 있다. 재산화 챔버는 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 연소 유닛에서 생산된 배기 가스를 열 세정하기 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 연소 유닛 내에서의 연소 물질의 연소로 인해 생산된 배기 가스는, 이 배기 가스를 환경에 덜 유해한 형태로 더 분해 또는 산화시키기 위해 재산화 챔버에서 산화될 수 있다. 재산화 챔버는 또한 그 작동을 위해 브라운 가스를 사용할 수 있다. 재산화 챔버는 따라서 배기 가스를 적절한 온도로 가열하기 위해 브라운 가스 버너를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배기 가스가 가열되는 온도는 배기 가스 성분의 환원 반응 온도일 수 있다. 상기 온도는 1000℃ 내지 2000℃일 수 있다. 특히, 상기 온도는 1000℃ 내지 1500℃일 수 있다. The combustion chamber may comprise a re-oxidation chamber in addition to the combustion unit. The reoxidation chamber may be a means for thermal cleaning the exhaust gas produced in the combustion unit before the exhaust gas is released to the atmosphere. For example, the exhaust gases produced due to the combustion of the combustion materials in the combustion unit can be oxidized in the reoxidation chamber to further decompose or oxidize these exhaust gases in a form less harmful to the environment. The reoxidation chamber may also use Brown gas for its operation. The reoxidation chamber may thus comprise a brown gas burner to heat the exhaust gas to an appropriate temperature. For example, the temperature at which the exhaust gas is heated may be the reduction reaction temperature of the exhaust gas component. The temperature may be 1000 ℃ to 2000 ℃. In particular, the temperature may be 1000 ℃ to 1500 ℃.
질소 산화물의 방출을 더 감소시키기 위해, 재산화 챔버 내의 브라운 가스 버너는 연소를 위해 신선한 공기 대신에 브라운 가스와 순수 산소의 혼합물을 사용할 수 있다. 신선한 공기 내의 높은 질소 함량은 고온 하에서 질소 산화물을 형성하도록 반응할 수 있는 바, 이는 환경에 유해할 수 있다. To further reduce the release of nitrogen oxides, the brown gas burners in the reoxidation chamber may use a mixture of brown gas and pure oxygen instead of fresh air for combustion. The high nitrogen content in fresh air can react to form nitrogen oxides under high temperature, which can be harmful to the environment.
재산화 챔버는 망상-격자(mesh-grid) 블록을 포함할 수 있다. 망상-격자 블록은 고온을 얻기 위해 재산화 챔버 내에서 브라운 가스 화염과 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 망상-격자 블록은 금속 프레임 상에 지지될 수 있다. 망상-격자 블록은 임의의 적합한 재질의 것일 수 있다. 예를 들어, 망상-격자 블록은 백금, 스테인레스 스틸, 니켈-크롬 합금 또는 알루미늄-크롬 합금으로 만들어질 수 있다. 연소 유닛으로부터 유입되는 배기 가스는 배기 가스 내의 일산화탄소, 질소 산화물 및 기타 미립자와 같은 배기 가스 성분을 완전히 산화시키는 열-화학 반응을 달성하기 위해 가열되어 달아오른(glowing) 망상-격자 블록을 통과하게 될 수 있다. 처리된 배기 가스는 본 발명의 시스템에서 다른 용도를 위해 사용될 수 있거나, 또는 대기로 방출되기 전에 추가로 처리될 수 있다. The reoxidation chamber may comprise a mesh-grid block. The reticulated-lattice block can be placed in direct contact with the Brown gas flame in the reoxidation chamber to obtain a high temperature. The mesh-lattice block can be supported on a metal frame. The mesh-lattice block can be of any suitable material. For example, the mesh-lattice block can be made of platinum, stainless steel, nickel-chromium alloy or aluminum-chromium alloy. The exhaust gases coming from the combustion unit will be heated and pass through a glowing mesh-lattice block to achieve a thermo-chemical reaction that completely oxidizes the exhaust gas components such as carbon monoxide, nitrogen oxides and other particulates in the exhaust gas. Can be. Treated exhaust gases may be used for other applications in the system of the present invention or may be further treated before being released to the atmosphere.
연소 챔버의 다단 구성, 예를 들어 2단 연소 챔버에 있어서, 연소 물질은 연소 유닛 내에서 불충분한 공기 조건으로 연소되어 이산화탄소 가스, 수증기, 일산화탄소 가스, 수소 가스, 및 탄화수소 화합물의 가스를 포함하는 배기 가스를 발생시킬 수 있다. 배기 가스는 이후 재산화 챔버로 수송될 수 있다. 재산화 챔버는 배기 가스의 성분들을 추가로 산화시키기 위해 충분한 공기 및 산소-농후 조건으로 공급될 수 있다. In a multi-stage configuration of a combustion chamber, for example a two-stage combustion chamber, the combustion material is combusted in insufficient air conditions within the combustion unit to exhaust carbon dioxide gas, water vapor, carbon monoxide gas, hydrogen gas, and gaseous hydrocarbon compounds. It can generate gas. The exhaust gas may then be transported to the reoxidation chamber. The reoxidation chamber can be supplied with sufficient air and oxygen-rich conditions to further oxidize the components of the exhaust gas.
생산된 배기 가스가 연소 유닛으로부터 확실히 송출되도록 보장하기 위해, 연소 유닛과 재산화 챔버는 적절한 부압으로 유지된다. 예를 들어, 이 압력은 -50 Pa일 수 있다. 상기 부압은 연소 유닛의 출구에 흡입 팬을 설치함으로써 유지될 수 있다. In order to ensure that the produced exhaust gas is reliably discharged from the combustion unit, the combustion unit and the reoxidation chamber are maintained at an appropriate negative pressure. For example, this pressure can be -50 Pa. The negative pressure can be maintained by installing a suction fan at the outlet of the combustion unit.
전술했듯이, 연소 챔버 내에서의 연소 물질의 연소는 배기 가스를 생산한다. 배기 가스로부터의 열은 시스템 내에서의 다른 용도에 사용된다. 예를 들어, 생산된 배기 가스는 적어도 하나의 열-추출 챔버로 수송될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 열-추출 챔버는 보일러 유닛 또는 건조기일 수 있다. As mentioned above, combustion of the combustion materials in the combustion chamber produces exhaust gases. Heat from the exhaust gases is used for other applications in the system. For example, the produced exhaust gas can be transported to at least one heat-extraction chamber. In particular, the at least one heat-extraction chamber can be a boiler unit or a ”dryer.
상기 보일러 유닛은 증기를 생산하기 위한 것일 수 있으며, 증기를 생산하기 위한 열은 연소 챔버로부터 보일러 유닛으로 수송된 배기 가스로부터 도출된다. 임의의 적합한 보일러 유닛이 사용될 수 있다. 보일러 유닛은 소정 온도를 초과하지 않는 배기 가스를 받아들이도록 그리고 소정의 최소 체적 유량을 허용하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 유입되는 배기 가스의 온도를 저하시키고 유입되는 배기 가스의 체적 유량을 증가시키기 위해 보일러 유닛의 입구에는 송풍기가 설치될 수 있다. 예를 들어, 보일러 유닛은 금속-튜브 대향류 열교환기 보일러 유닛 형태일 수 있다. 적어도 하나의 열-추출 챔버는, The boiler unit may be for producing steam, and heat for producing steam is derived from the exhaust gas transported from the combustion chamber to the boiler unit. Any suitable boiler unit can be used. The boiler unit may be designed to accept exhaust gases that do not exceed a predetermined temperature and to allow a certain minimum volume flow rate. In this case, a blower may be installed at the inlet of the boiler unit to lower the temperature of the incoming exhaust gas and increase the volume flow rate of the incoming exhaust gas. For example, the boiler unit may be in the form of a metal-tube counterflow heat exchanger boiler unit. At least one heat-extraction chamber,
물 입구; Water inlet;
연소 유닛으로부터 생산된 배기 가스를 수용하기 위한 배기 가스 입구; An exhaust gas inlet for receiving exhaust gas produced from the combustion unit;
생산된 증기를 배출하기 위한 제 1 출구; 및 A first outlet for exhausting the produced steam; And
배기 가스를 배출하기 위한 제 2 출구를 포함할 수 있으며, A second outlet for exhausting exhaust gas;
상기 물 입구로부터의 물은 상기 배기 가스 입구로부터의 배기 가스에 의해 가열되어 증기를 생산하고, 상기 증기는 제 1 출구로부터 배출되며 상기 배기 가스는 제 2 출구로부터 배출된다. 따라서, 적어도 하나의 열-추출 챔버의 배기 가스 입구는 적어도 하나의 연소 챔버의 출구에 연결될 수 있다. Water from the water inlet is heated by the exhaust gas from the exhaust gas inlet to produce steam, the steam is discharged from the first outlet and the exhaust gas is discharged from the second outlet. Thus, the exhaust gas inlet of the at least one heat-extraction chamber can be connected to the outlet of the at least one combustion chamber.
열-추출 챔버 내로의 공급수는 시스템 내의 물 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 열-추출 챔버 내의 공급수는 연소 챔버에 의해 생산된 배기 가스로부터 열을 흡수하여 증기를 형성한다. 증기는 고압에서의 추가 가열을 위해 증기 드럼으로 상승하여 과열된 증기를 생산할 수 있다. Feed water into the heat-extraction chamber can be obtained from a water source in the system. The feed water in the heat-extraction chamber absorbs heat from the exhaust gases produced by the combustion chamber to form steam. The steam may be raised to a steam drum for further heating at high pressure to produce superheated steam.
적어도 하나의 열-추출 챔버로의 공급수는 연소 챔버에서 예열될 수 있다. 예를 들어, 공급수의 튜브는 지붕에서 및 연소 챔버의 벽을 따라서 연장될 수 있으며, 따라서 상기 튜브는 연소 챔버에 의해 생산된 배기 가스로부터의 열 또는 연소 챔버 내의 열에 노출된다. 튜브 내의 공급수는 대류 및 복사 열에 의해 가열될 수 있다. 튜브 내의 공급수의 체적 유량은 물이 대략 90℃ 이하로 가열되도록 제어될 수 있다. 가열된 공급수는 이후 증기 생산을 위해 적어도 하나의 열-추출 챔버 내로 펌핑될 수 있다. Feed water to the at least one heat-extraction chamber may be preheated in the combustion chamber. For example, a tube of feed water may extend from the roof and along the walls of the combustion chamber, such that the tube is exposed to heat from the exhaust gas produced by the combustion chamber or heat in the combustion chamber. The feed water in the tube can be heated by convective and radiant heat. The volume flow rate of the feed water in the tube can be controlled so that the water is heated to about 90 ° C. or less. The heated feed water may then be pumped into at least one heat-extraction chamber for steam production.
추가 실시예에 따르면, 본 발명의 시스템은 적어도 하나의 제 1 챔버와 연통하는 전기 발생 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 전기 발생 수단은, According to a further embodiment, the system of the present invention may further comprise an electricity generating means in communication with the at least one first chamber. The electricity generating means,
적어도 하나의 제 1 챔버에 의해 생산된 증기를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 증기 터빈; At least one steam turbine configured to receive steam produced by the at least one first chamber;
전기를 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 증기 터빈과 연통하는 적어도 하나의 발전기; 및 At least one generator in communication with the at least one steam turbine to generate electricity; And
상기 발전기로부터 발생된 전기를 방전하기 위한 수단을 포함할 수 있다. And means for discharging electricity generated from the generator.
적어도 하나의 열-추출 챔버, 예를 들어 보일러 유닛으로부터의 증기는 터빈을 작동시켜 기계 에너지를 생산하고 이 기계 에너지는 적어도 하나의 발전기에서 전기 에너지로 변환되어 전기를 발생시키며, 발생된 전기는 방전된다. 임의의 적합한 증기 터빈이 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈은 1단 또는 다단 증기 터빈일 수 있다. 증기 터빈으로의 증기 또는 과열된 증기 공급은 제어 시스템에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈으로의 증기 공급은 보일러 유닛에 유입되는 공급수의 유량을 변경함으로써 조절될 수 있다. Steam from at least one heat-extraction chamber, for example a boiler unit, operates a turbine to produce mechanical energy, which is converted into electrical energy in at least one generator to generate electricity, and the generated electricity is discharged. do. Any suitable steam turbine can be used. For example, the steam turbine can be a single stage or multistage steam turbine. The steam or superheated steam supply to the steam turbine can be regulated by a control system. For example, the steam supply to the steam turbine can be adjusted by changing the flow rate of the feed water entering the boiler unit.
발생된 전기는 브라운 가스를 발생시키기 위한 적어도 하나의 브라운 가스 발생기 및/또는 전기 그리드에 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템이 갖는 장점들 중 하나는, 증기로부터 전기를 발생시킴으로써 외부 전원에 대한 의존도가 감소될 수 있다는 점이다. The generated electricity may be supplied to at least one Brown gas generator and / or the electric grid for generating Brown gas. Thus, one of the advantages of the system of the present invention is that dependence on an external power source can be reduced by generating electricity from steam.
상기 시스템은 적어도 하나의 증기 터빈과 연통하는 열교환기를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 열교환기는 냉각 유닛일 수 있다. 열교환기는, The system may further comprise a heat exchanger in communication with the at least one steam turbine. In particular, the heat exchanger may be a cooling unit. Heat exchanger,
증기 터빈으로부터의 증기를 수용하기 위한 증기 입구; 및 A steam inlet for receiving steam from the steam turbine; And
물 출구를 포함할 수 있으며, Can include a water outlet,
상기 열교환기는 증기 입구로부터 수용된 증기를 냉각시킴으로써 증기를 응축하여 물을 생산하고, 이 물은 물 출구로부터 배출된다. 열교환기로부터 배출된 물은 시스템 내에서 재순환될 수 있다. 예를 들어, 열교환기로부터 배출된 물은 보일러 유닛 내로의 공급수로서 사용될 수 있다. The heat exchanger condenses the steam by cooling the steam received from the steam inlet to produce water, which is discharged from the water outlet. The water discharged from the heat exchanger can be recycled in the system. For example, the water discharged from the heat exchanger can be used as feed water into the boiler unit.
열교환기는 또한 적어도 하나의 열-추출 챔버와 연통할 수 있다. 특히, 증기 터빈이 최대 용량에 도달했을 때, 보일러 유닛에서 생산된 증기는 열교환기로 송출되어 물로 냉각될 수 있다. 따라서, 열교환기는 증기 터빈이 그 최대 용량에 도달했을 때 적어도 하나의 열-추출 챔버에 의해 생산된 증기를 수용하도록 구성된 제 2 입구를 포함할 수 있다. The heat exchanger may also be in communication with at least one heat-extraction chamber. In particular, when the steam turbine reaches its maximum capacity, the steam produced in the boiler unit can be sent to a heat exchanger and cooled with water. Thus, the heat exchanger may comprise a second inlet configured to receive the steam produced by the at least one heat-extraction chamber when the steam turbine has reached its maximum capacity.
추가 실시예에 따르면, 적어도 하나의 열-추출 챔버는 연소 물질을 연소 챔버에서 연소되기 전에 건조시키기 위한 건조기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 열-추출 챔버는 전술한 연소 챔버의 전처리 유닛의 일부일 수 있다. 특히, 건조기는 연소 물질이 연소 유닛에서 연소되기 전에 연소 물질의 수분 함량을 감소시킨다. 적어도 하나의 열-추출 챔버 내에서 연소 물질을 건조시키기 위한 열은 연소 챔버로부터 배출되는 배기 가스로부터 도출될 수 있다. 따라서, 연소 챔버로부터의 배기 가스는 건조기로 송출될 수 있다. 보일러 유닛으로부터의 배기 가스도 연소 물질을 건조시키기 위해 건조기로 송출될 수 있다. 건조된 연소 물질은 연소 챔버에서의 연소를 위해 연소 챔버 내로 이송된다. According to a further embodiment, the at least one heat-extraction chamber may comprise a dryer for drying the combustion material before it is combusted in the combustion chamber. For example, the at least one heat-extraction chamber can be part of the pretreatment unit of the combustion chamber described above. In particular, the dryer reduces the moisture content of the combustion material before it is burned in the combustion unit. The heat for drying the combustion material in the at least one heat-extraction chamber may be derived from the exhaust gas exiting the combustion chamber. Thus, the exhaust gas from the combustion chamber can be sent out to the dryer. Exhaust gases from the boiler unit can also be sent to the dryer to dry the combustion materials. The dried combustion material is transferred into the combustion chamber for combustion in the combustion chamber.
본 발명의 시스템은 또한 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 배기 가스를 처리하기 위한 후처리 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 연소 챔버, 건조기 및/또는 보일러 유닛으로부터의 배기 가스는 후처리 유닛으로 송출될 수 있다. 후처리 유닛은 적어도 하나의 재산화 챔버, 습식 세정기 및/또는 급냉기(quencher)를 포함할 수 있다. 전술한 것과 같은 재산화 챔버는 브라운 가스의 연소에 의해 배기 가스를 열 세정한다. 습식 세정기는 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬를 제거하도록 가스 스트림을 처리하기 위한 장치이다. 습식 세정기는 출구로부터 배출되는 배기 가스를 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 구비할 수 있다. 예를 들어, 배기 가스는 200℃ 내지 300℃로 급냉될 수 있다. 이는 대기에서 다이옥신 및 푸란이 재형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 출구는 에어 필터 시스템에도 연결될 수 있다. 급냉기는 출구로부터 배출되는 배기 가스의 온도를 저하시키며 및/또는 배기 가스 내의 미립자와 플라이 애쉬를 제거한다. The system of the present invention may also further comprise a post-treatment unit for treating the exhaust gas before it is released to the atmosphere. Thus, the exhaust gas from the combustion chamber, the dryer and / or the boiler unit can be sent to the aftertreatment unit. The aftertreatment unit may comprise at least one reoxidation chamber, a wet scrubber and / or a quencher. The reoxidation chamber as described above thermally cleans the exhaust gas by combustion of Brown gas. Wet scrubbers are devices for treating a gas stream to remove fly ash of sub-micron size or larger. The wet scrubber can be equipped with a series of high volume water jet nozzles to quench the exhaust gas exiting the outlet. For example, the exhaust gas may be quenched to 200 ° C to 300 ° C. This can prevent dioxin and furan from reforming in the atmosphere. The outlet can also be connected to an air filter system. The quencher lowers the temperature of the exhaust gas exiting the outlet and / or removes particulates and fly ash in the exhaust gas.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 연소 물질의 연소에 의해 발생되는 열을 회수하는 방법에 있어서, According to a second aspect, the present invention provides a method for recovering heat generated by combustion of a combustion material,
브라운 가스의 연소에 의해 적어도 하나의 연소 챔버 내의 연소 물질을 연소시키는 단계; 및 Combusting the combustion material in the at least one combustion chamber by combustion of the brown gas; And
상기 연소 챔버에 의해 생산된 배기 가스를 수용하여 그 안의 열을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 회수 방법을 제공한다. It provides a heat recovery method comprising receiving the exhaust gas produced by the combustion chamber and recovering heat therein.
상기 방법은 보일러 내에서 증기를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 증기를 생산하기 위한 열은 연소 챔버에 의해 생산된 배기 가스로부터 도출된다. 증기는 전기를 발생시키기 위한 발전기와 연통하는 증기 터빈 내로 이송된다. The method may further comprise producing steam in the boiler, wherein heat for producing steam is derived from the exhaust gas produced by the combustion chamber. The steam is transported into a steam turbine in communication with a generator for generating electricity.
상기 방법은 연소 물질을 적어도 하나의 연소 챔버 내에서 연소되기 전에 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 연소 물질을 건조시키기 위한 열은 연소 챔버에 의해 생산되는 배기 가스로부터 도출된다. The method may further comprise the step of drying the combustion material before it is combusted in the at least one combustion chamber, wherein heat for drying the combustion material is derived from the exhaust gas produced by the combustion chamber.
제 5 양태에서, 본 발명은 배기 가스를 대기로 방출되기 전에 처리하기 위한 조립체에 있어서, In a fifth aspect, the present invention is directed to an assembly for treating exhaust gas before it is released to the atmosphere.
배기 가스를 수용 및 가열하기 위한 적어도 하나의 처리 챔버; At least one processing chamber for receiving and heating exhaust gas;
배기 가스를 가열하기 위한 열을 공급하기 위해 브라운 가스를 연소시키는 수단; 및 Means for combusting the brown gas to supply heat for heating the exhaust gas; And
가열된 배기 가스를 방출하기 위한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 조립체를 제공한다. And a portion for discharging the heated exhaust gas.
제 6 양태에서, 본 발명은 배기 가스를 대기로 방출되기 전에 처리하기 위한 방법에 있어서, In a sixth aspect, the present invention provides a method for treating exhaust gas before it is released to the atmosphere.
적어도 하나의 처리 챔버에 배기 가스를 제공하는 단계; Providing exhaust gas to at least one processing chamber;
브라운 가스 연소 수단에 브라운 가스를 제공하는 단계; 및 Providing brown gas to the brown gas combustion means; And
브라운 가스의 연소에 의해 배기 가스를 소정 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 방법을 제공한다. It provides an exhaust gas processing method comprising the step of heating the exhaust gas to a predetermined temperature by the combustion of Brown gas.
상기 브라운 가스 연소 수단은 브라운 가스 버너일 수 있다. 본 발명의 목적을 위해 임의의 적합한 브라운 가스 버너가 사용될 수 있다. 브라운 가스 버너는 배기 가스를 가열하기 위해 처리 챔버 내에 고온의 화염을 출사할 수 있다. 처리 챔버는 또한 처리 챔버에 신선한 공기가 공급될 수 있게 하기 위한 추가 입구를 포함할 수 있다. 처리 챔버는 배기 가스 성분들을 추가로 산화시키기 위해 충분한 공기 및 산소-농후 조건으로 공급될 수 있다. 처리 챔버는 그 내부에 고온을 유지하기 위해 내화재로 라이닝될 수 있다. 배기 가스가 가열되면, 배기 가스는 환경에 덜 유해할 수 있는 형태로 추가로 분해되거나 산화되도록 처리 챔버 내에서 산화될 수 있다. 예를 들어, 배기 가스는 적합한 온도로 가열될 수 있다. 배기 가스는 발화 온도로 가열될 수 있다. 배기 가스가 가열되는 온도는 700℃ 이상일 수 있다. 특히, 배기 가스는 800℃ 내지 1600℃의 온도로 가열될 수 있다. The brown gas combustion means may be a brown gas burner. Any suitable Brown gas burner can be used for the purposes of the present invention. The brown gas burner may emit hot flames in the processing chamber to heat the exhaust gas. The processing chamber may also include additional inlets for allowing fresh air to be supplied to the processing chamber. The processing chamber may be supplied with sufficient air and oxygen-rich conditions to further oxidize the exhaust gas components. The processing chamber may be lined with a refractory material to maintain a high temperature therein. When the exhaust gas is heated, the exhaust gas may be oxidized in the processing chamber to be further decomposed or oxidized in a form that may be less harmful to the environment. For example, the exhaust gas can be heated to a suitable temperature. The exhaust gas may be heated to the ignition temperature. The temperature at which the exhaust gas is heated may be at least 700 ° C. In particular, the exhaust gas may be heated to a temperature of 800 ° C to 1600 ° C.
상기 조립체는 적어도 하나의 처리 챔버 내에 적어도 하나의 부재를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 부재 근처에서의 배기 가스의 가열은 높은 배기 가스 가열 효율을 달성한다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 부재는 망사(mesh), 강선(steel wool), 로드(rod), 금속판 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 상기 부재는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 특히, 상기 부재는 망상-격자 블록을 포함하며, 상기 망상-격자 블록은 적어도 하나의 처리 챔버 내에 수용된다. 상기 망상-격자 블록은 백금, 스틸, 니켈-크롬 합금, 알루미늄-크롬 합금 또는 그 조합으로 제조될 수 있다. 상기 부재는 고온을 얻기 위해 처리 챔버 내에 출사되는 브라운 가스 화염과 직접 접촉되도록 배치될 수 있다. 상기 부재는 지지 수단 상에 지지될 수 있다. 예를 들어, 망상-격자 블록은 금속 프레임 상에 지지될 수 있다. 처리 챔버 내에 유입되는 배기 가스는 보다 양호한 가열 효율을 위해 가열된 부재를 통과하도록 될 수 있다. 특히, 유입되는 배기 가스는 배기 가스 내의 일산화탄소, 질소 산화물 및 기타 미립자와 같은 배기 가스 성분들을 완전히 산화시키는 열-화학 반응을 달성하기 위해 가열되어 달아오른 망상-격자 블록을 통과하게 될 수 있다. 처리된 배기 가스는 다른 용도를 위해 사용될 수 있거나, 또는 대기로 방출되기 전에 추가로 처리될 수 있다. The assembly may further comprise at least one member in at least one processing chamber, wherein heating of the exhaust gas near the at least one member achieves high exhaust gas heating efficiency. For example, the at least one member may include a mesh, steel wool, rod, metal plate, or a combination thereof. The member can be made of any suitable material. In particular, said member comprises a mesh-lattice block, said mesh-lattice block being housed in at least one processing chamber. The mesh-lattice block may be made of platinum, steel, nickel-chromium alloy, aluminum-chromium alloy or a combination thereof. The member may be arranged to be in direct contact with the Brown gas flame exiting the processing chamber to obtain a high temperature. The member can be supported on the support means. For example, the mesh-lattice block can be supported on a metal frame. Exhaust gas entering the processing chamber can be made to pass through the heated member for better heating efficiency. In particular, the incoming exhaust gas may be heated and passed through the heated reticulated-lattice block to achieve a thermo-chemical reaction that completely oxidizes the exhaust gas components such as carbon monoxide, nitrogen oxides and other particulates in the exhaust gas. Treated exhaust gases can be used for other applications or can be further treated before being released to the atmosphere.
조립체 내에는 하나 이상의 처리 챔버가 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯 또는 여섯 개의 처리 챔버가 있을 수 있다. 특히, 세 개의 처리 챔버가 존재한다. 보다 많은 처리 챔버를 갖는 것의 장점은, 가열되는 배기 가스의 체류 시간이 증가하고 따라서 배기 가스 성분의 완전한 산화가 달성될 수 있다는 점이다. 하나 이상의 처리 챔버가 존재할 때, 처리 챔버들을 배열하는 가능한 방법은, 배기 가스가 세 개의 처리 챔버 각각을 순차적으로 통과하도록 직렬 배치하는 것이다. The assembly may include one or more processing chambers. For example, there may be one, two, three, four, five or six processing chambers. In particular, there are three processing chambers. The advantage of having more processing chambers is that the residence time of the heated exhaust gases is increased and thus complete oxidation of the exhaust gas components can be achieved. When there is more than one processing chamber, a possible way of arranging the processing chambers is to arrange them in series so that the exhaust gases pass sequentially through each of the three processing chambers.
가열된 배기 가스는 다른 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 조립체는 적어도 하나의 처리 챔버로부터 가열된 배기 가스를 수용하도록 구성된 열-추출 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 열-추출 챔버는 보일러 유닛을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열-추출 챔버는 증기 보일러 유닛을 포함한다. The heated exhaust gas can be used for other applications. Thus, the assembly may further include a heat-extraction chamber configured to receive the heated exhaust gas from the at least one processing chamber. In particular, the heat-extraction chamber may comprise a boiler unit. More specifically, the heat-extraction chamber comprises a steam boiler unit.
상기 열-추출 챔버는 증기를 생산하기 위한 보일러 유닛을 포함할 수 있으며, 증기를 생산하기 위한 열은 적어도 하나의 처리 챔버로부터 보일러 유닛으로 수송된 가열된 배기 가스로부터 도출된다. 임의의 적합한 보일러 유닛이 사용될 수 있다. 예를 들어, 보일러 유닛은 금속-튜브 또는 판형 대향류 열교환기 보일러 유닛 형태일 수 있다. 열-추출 챔버는, The heat-extraction chamber may comprise a boiler unit for producing steam, the heat for producing steam being derived from the heated exhaust gas transported from the at least one processing chamber to the boiler unit. Any suitable boiler unit can be used. For example, the boiler unit may be in the form of a metal-tube or plate counterflow heat exchanger boiler unit. Heat-extraction chamber,
물 입구; Water inlet;
증기 출구; 및 Steam outlet; And
배기 가스 출구를 포함할 수 있으며, May include an exhaust gas outlet,
상기 열-추출 챔버는 배기 가스가 물을 가열하여 증기를 생산할 수 있도록 배치된다. 특히, 물 입구로부터의 물은 적어도 하나의 처리 유닛으로부터의 배기 가스에 의해 가열되어 증기를 생산하고, 증기와 배기 가스는 각각 증기 출구 및 배기 가스 출구로부터 배출된다. The heat-extraction chamber is arranged such that the exhaust gas can heat water to produce steam. In particular, the water from the water inlet is heated by exhaust gases from at least one processing unit to produce steam, and the steam and exhaust gases are discharged from the steam outlet and the exhaust gas outlet, respectively.
보일러 유닛 내로의 공급수는 물 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 보일러 유닛 내의 공급수는 적어도 하나의 처리 챔버에 의해 생산된 배기 가스로부터 열을 흡수하여 증기를 형성한다. 증기는 고압에서의 추가 가열을 위해 증기 드럼으로 상승하여 과열된 증기를 생산할 수 있다. 보일러 유닛으로의 공급수는 예열될 수 있다. 예를 들어, 공급수의 튜브는 지붕에서 및 적어도 하나의 처리 챔버의 벽을 따라서 연장될 수 있으며, 따라서 상기 튜브는 처리 챔버(들)로 송출되는 배기 가스로부터의 열 또는 처리 챔버 내의 열에 노출된다. 튜브 내의 공급수는 대류 및 복사 열에 의해 가열될 수 있다. 튜브 내의 공급수의 체적 유량은 물이 대략 90℃ 이하로 가열되도록 제어될 수 있다. 가열된 공급수는 이후 증기 생산을 위해 보일러 유닛 내로 펌핑될 수 있다. Feed water into the boiler unit can be obtained from a water source. The feed water in the boiler unit absorbs heat from the exhaust gases produced by the at least one processing chamber to form steam. The steam may be raised to a steam drum for further heating at high pressure to produce superheated steam. The feed water to the boiler unit can be preheated. For example, a tube of feed water may extend from the roof and along the walls of the at least one treatment chamber, such that the tube is exposed to heat from the exhaust gas sent to the treatment chamber (s) or heat in the treatment chamber. . The feed water in the tube can be heated by convective and radiant heat. The volume flow rate of the feed water in the tube can be controlled so that the water is heated to about 90 ° C. or less. The heated feed water can then be pumped into the boiler unit for steam production.
추가 실시예에 따르면, 상기 조립체는 열-추출 챔버와 연통하는 전기 발생 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 전기 발생 수단은, According to a further embodiment, the assembly may further comprise electricity generating means in communication with the heat-extraction chamber. The electricity generating means,
열-추출 챔버에 의해 생산된 증기를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 증기 터빈; At least one steam turbine configured to receive steam produced by the heat-extraction chamber;
전기를 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 증기 터빈과 연통하는 적어도 하나의 발전기; 및 At least one generator in communication with the at least one steam turbine to generate electricity; And
상기 발전기로부터 발생된 전기를 방전하기 위한 수단을 포함할 수 있다. And means for discharging electricity generated from the generator.
열-추출 챔버, 특히 보일러 유닛으로부터의 증기는 터빈을 작동시켜 기계 에너지를 생산하고 이 기계 에너지는 적어도 하나의 발전기에서 전기 에너지로 변환되어 전기를 발생시키며, 발생된 전기는 방전된다. 임의의 적합한 증기 터빈이 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈은 1단 또는 다단 증기 터빈일 수 있다. 증기 터빈으로의 증기 또는 과열된 증기 공급은 제어 시스템에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈으로의 증기 공급은 보일러 유닛에 유입되는 공급수의 유량을 변경함으로써 조절될 수 있다. 발생된 전기는 전기 그리드에 공급될 수 있다. 전기는 시스템 내에서 다른 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템이 갖는 장점들 중 하나는, 증기로부터 전기를 발생시킴으로써 외부 전원에 대한 의존도가 감소될 수 있다는 점이다. Steam from the heat-extraction chamber, in particular the boiler unit, operates the turbine to produce mechanical energy, which is converted into electrical energy in at least one generator to generate electricity, and the generated electricity is discharged. Any suitable steam turbine can be used. For example, the steam turbine can be a single stage or multistage steam turbine. The steam or superheated steam supply to the steam turbine can be regulated by a control system. For example, the steam supply to the steam turbine can be adjusted by changing the flow rate of the feed water entering the boiler unit. The generated electricity can be supplied to the electrical grid. Electricity can be used for other purposes in the system. Thus, one of the advantages of the system of the present invention is that dependence on an external power source can be reduced by generating electricity from steam.
상기 조립체는 적어도 하나의 증기 터빈과 연통하는 열교환기를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 열교환기는 냉각 유닛일 수 있다. 열교환기는, The assembly may further comprise a heat exchanger in communication with the at least one steam turbine. In particular, the heat exchanger may be a cooling unit. Heat exchanger,
증기 터빈으로부터의 증기를 수용하기 위한 증기 입구; 및 A steam inlet for receiving steam from the steam turbine; And
물 출구를 포함할 수 있으며, Can include a water outlet,
상기 열교환기는 증기를 응축하여 물을 생산할 수 있고, 이 물은 출구로부터 배출된다. 열교환기로부터 배출된 물은 조립체 내에서 재순환될 수 있다. 예를 들어, 열교환기로부터 배출된 물은 보일러 유닛 내로의 공급수로서 사용될 수 있다. 따라서, 열교환기의 물 출구는 열-추출 챔버의 물 입구에 연결될 수 있다. The heat exchanger can condense steam to produce water, which is discharged from the outlet. The water discharged from the heat exchanger can be recycled in the assembly. For example, the water discharged from the heat exchanger can be used as feed water into the boiler unit. Thus, the water outlet of the heat exchanger can be connected to the water inlet of the heat-extraction chamber.
열교환기는 또한 열-추출 챔버와 연통할 수 있다. 특히, 증기 터빈이 최대 용량에 도달했을 때, 열-추출 챔버의 보일러 유닛에서 생산된 증기는 열교환기로 송출되어 물로 냉각될 수 있다. 따라서, 열교환기는 증기 터빈이 그 최대 용량에 도달했을 때 열-추출 챔버에 의해 생산된 증기를 수용하도록 구성된 제 2 입구를 포함할 수 있다. The heat exchanger may also be in communication with the heat-extraction chamber. In particular, when the steam turbine has reached its maximum capacity, the steam produced in the boiler unit of the heat-extraction chamber can be sent to a heat exchanger and cooled with water. Thus, the heat exchanger may include a second inlet configured to receive the steam produced by the heat-extraction chamber when the steam turbine has reached its maximum capacity.
본 발명의 조립체는 또한 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 배기 가스를 추가 처리하기 위한 후처리 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 후처리 유닛은 세정 조립체일 수 있다. 세정 조립체는 배기 가스 세정 수단을 포함할 수 있다. 세정 조립체는 상기 가열된 배기 가스를 방출하기 위한 부분 및/또는 열-추출 챔버의 배기 가스 출구로부터 배기 가스를 수용하도록 구성된다. 특히, 상기 배기 가스 세정 수단은 세정기이다. 임의의 적합한 세정기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세정기는 습식 세정기, 벤츄리 세정기, 충돌판 세정기 또는 분무탑 세정기일 수 있다. 배기 가스 세정 수단은 중력 침강 챔버 및 기계적 집진기를 포함할 수 있다. The assembly of the invention may also further comprise a post-treatment unit for further treatment of the exhaust gas before it is released to the atmosphere. For example, the aftertreatment unit may be a cleaning assembly. The cleaning assembly may comprise exhaust gas cleaning means. The cleaning assembly is configured to receive exhaust gas from an exhaust gas outlet of the heat-extraction chamber and a portion for discharging the heated exhaust gas. In particular, the exhaust gas cleaning means is a scrubber. Any suitable cleaner can be used. For example, the scrubber may be a wet scrubber, a venturi scrubber, an impingement scrubber or a spray tower scrubber. The exhaust gas cleaning means may comprise a gravity settling chamber and a mechanical dust collector.
배기 가스 세정 수단이 배기 가스 내의 미립자의 양을 감소시키기 위해 배기 가스로부터의 미립자들을 액체 스트림으로 이송시킬 수 있음은 중요하다. 이는 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 배기 가스 내의 미세먼지 양을 저감시킨다. 배기 가스 세정 수단은 약 3㎛ 이상의 평균 직경을 갖는 미세먼지를 제거할 수 있다. 배기 가스 세정 수단은 배기 가스로부터 미세먼지와 기체상 오염물질을 동시에 집진할 수 있다. 가스는 흡수 또는 화학 반응에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 세정기 내에서, 미립자로 가득찬 배기 가스는 액체 방울, 패킹 재료 상의 액체 시트, 또는 판으로부터의 액체 제트와 강제 접촉된다. 미립자 습식 세정기의, 예를 들어 가스 스트림으로부터 미립자를 제거하는 능력은 이하의 변수에 의존한다: It is important that the exhaust gas scrubbing means can transport the particulates from the exhaust gas into the liquid stream in order to reduce the amount of particulates in the exhaust gas. This reduces the amount of fine dust in the exhaust gas before it is released to the atmosphere. The exhaust gas cleaning means can remove fine dust having an average diameter of about 3 μm or more. The exhaust gas cleaning means can simultaneously collect fine dust and gaseous contaminants from the exhaust gas. The gas can be removed by absorption or chemical reactions. For example, in a scrubber, exhaust gas filled with particulates is in forced contact with a liquid jet from a liquid drop, a liquid sheet on a packing material, or a plate. The ability of the particulate wet scrubber to remove particulates, for example from a gas stream, depends on the following parameters:
미립자의 크기, 즉 공기역학적 직경; Particle size, ie aerodynamic diameter;
미립자의 속도; 및/또는 Speed of particulates; And / or
방울, 시트 또는 제트의 속도. Speed of drops, sheets or jets.
배기 가스 세정 수단은 배기 가스 내의 미세먼지를 추가로 제거하기 위해 전처리-필터(pre-filter) 또는 최종 필터를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전처리-필터는 평균 직경이 큰 미세먼지를 포획하도록 의도된 세정기의 상류에 설치될 수 있다. 세정기 자체도 상기 큰 미세먼지를 제거할 수 있지만, 가스 스트림이 세정기를 통과하기 전에 큰 미립자가 제거되면 세정기가 평균 직경이 작은 미세먼지에 보다 열중해서 효과적으로 집중할 수 있게 된다. 최종 필터는 세정기의 하류에 설치될 수 있다. 최종 필터는 세정 과정 중에 제거되지 않은 미립자들을 포획하기 위한 것이다. The exhaust gas cleaning means may further comprise a pre-filter or a final filter to further remove fine dust in the exhaust gas. For example, the pretreatment-filter may be installed upstream of the scrubber intended to capture fine dust with a large average diameter. The scrubber itself can also remove the large particulate matter, but if large particulates are removed before the gas stream passes through the scrubber, the scrubber can concentrate more effectively on fine dust with a smaller average diameter. The final filter can be installed downstream of the scrubber. The final filter is to capture particulates that were not removed during the cleaning process.
습식 세정기는 가스 스트림으로부터 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬를 제거함으로써 가스 스트림을 처리할 수 있다. 가스 스트림으로부터 미세먼지를 제거하는 것에 추가적으로, 습식 세정기는 배기 가스를 급냉시킬 수도 있다. 예를 들어, 습식 세정기는 배기 가스를 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 구비할 수 있다. The wet scrubber can treat the gas stream by removing sub-micron or larger fly ashes from the gas stream. In addition to removing fine dust from the gas stream, a wet scrubber may quench the exhaust gas. For example, a wet scrubber may be provided with a series of high volume water jet nozzles to quench the exhaust gas.
세정 조립체는 배기 가스를 대기로 방출되기 전에 냉각시키기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 임의의 적합한 배기 가스 냉각 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 배기 가스 냉각 수단은 급냉기이다. 배기 가스 냉각 수단은 배기 가스를 300℃ 미만의 온도로 냉각시킬 수 있다. 배기 가스를 대기로 방출되기 전에 냉각시키는 것의 장점은 대기에서 다이옥신 및 푸란이 재형성되는 것을 방지할 수 있다는 점이다. 이 냉각 수단은 배기 가스 내의 미립자 및 플라이 애쉬를 추가로 제거하기 위해 에어 필터 시스템에 연결될 수 있다. The cleaning assembly may further comprise means for cooling the exhaust gas before it is released to the atmosphere. Any suitable exhaust gas cooling means can be used. For example, the exhaust gas cooling means is a quench cooler. The exhaust gas cooling means can cool the exhaust gas to a temperature below 300 ° C. The advantage of cooling the exhaust gases before they are released to the atmosphere is that they can prevent the regeneration of dioxins and furans in the atmosphere. This cooling means can be connected to the air filter system to further remove particulates and fly ash in the exhaust gas.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 배기 가스를 대기로 방출되기 전에 처리하기 위한 방법에 있어서, According to a second aspect, the present invention provides a method for treating exhaust gas before it is released to the atmosphere.
적어도 하나의 처리 챔버에 배기 가스를 제공하는 단계와; Providing an exhaust gas to at least one processing chamber;
브라운 가스 연소 수단에 브라운 가스를 제공하는 단계; 및 Providing brown gas to the brown gas combustion means; And
브라운 가스의 연소에 의해 배기 가스를 소정 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 방법을 제공한다. It provides an exhaust gas processing method comprising the step of heating the exhaust gas to a predetermined temperature by the combustion of Brown gas.
상기 가열 단계는 보다 높은 가열 효율을 달성하기 위해 적어도 하나의 부재의 존재 하에 배기 가스를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 소정 온도는 700℃ 이상일 수 있다. 브라운 가스 연소 수단은 브라운 가스 버너일 수 있다. The heating step may include heating the exhaust gas in the presence of at least one member to achieve higher heating efficiency. The predetermined temperature may be 700 ° C. or more. The brown gas combustion means may be a brown gas burner.
특정 실시예에 따르면, 배기 가스는 세 개의 처리 챔버에 제공되는 바, 배기 가스는 세 개의 처리 챔버 각각을 순차적으로 통과한다. 특히, 상기 방법은, According to a particular embodiment, the exhaust gas is provided to three processing chambers, where the exhaust gas passes sequentially through each of the three processing chambers. In particular, the method,
제 1 처리 챔버에 배기 가스를 제공하는 단계; Providing exhaust gas to the first processing chamber;
제 1 처리 챔버 내의 배기 가스를 브라운 가스의 연소에 의해 제 1 소정 온도로 가열하는 단계; Heating the exhaust gas in the first processing chamber to a first predetermined temperature by combustion of Brown gas;
가열된 배기 가스를 제 1 처리 챔버로부터 제 2 처리 챔버로 수송하는 단계; Transporting the heated exhaust gas from the first processing chamber to the second processing chamber;
제 2 처리 챔버 내의 배기 가스를 브라운 가스의 연소에 의해 제 2 소정 온도로 가열하는 단계; Heating the exhaust gas in the second processing chamber to a second predetermined temperature by combustion of Brown gas;
가열된 배기 가스를 제 2 처리 챔버로부터 제 3 처리 챔버로 수송하는 단계; 및 Transporting the heated exhaust gas from the second processing chamber to the third processing chamber; And
제 3 처리 챔버 내의 배기 가스를 브라운 가스의 연소에 의해 제 3 소정 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. Heating the exhaust gas in the third processing chamber to a third predetermined temperature by combustion of the brown gas.
예를 들어, 상기 제 1 소정 온도는 약 800℃일 수 있다. 상기 제 2 소정 온도는 약 1000℃일 수 있다. 상기 제 3 소정 온도는 1200℃ 이상일 수 있다. 특히, 상기 제 3 소정 온도는 약 1600℃일 수 있다. For example, the first predetermined temperature may be about 800 ° C. The second predetermined temperature may be about 1000 ° C. The third predetermined temperature may be at least 1200 ° C. In particular, the third predetermined temperature may be about 1600 ° C.
상기 방법은 열-추출 챔버에서 증기를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 증기를 생산하기 위한 열은 가열된 배기 가스로부터 도출된다. 생산된 증기는 전기를 발생시키기 위한 발전기와 연통하는 적어도 하나의 증기 터빈에 송출된다. The method may further comprise producing steam in a heat-extraction chamber, wherein heat for producing steam is derived from the heated exhaust gas. The steam produced is sent to at least one steam turbine in communication with a generator for generating electricity.
상기 방법은 가열된 배기 가스를 추가로 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은, The method may further comprise further treating the heated exhaust gas. For example, the method
가열된 배기 가스를 배기 가스 세정 수단에서 세정하는 단계; 및/또는 Cleaning the heated exhaust gas in exhaust gas cleaning means; And / or
가열된 배기 가스를 배기 가스 냉각 수단에서 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. Cooling the heated exhaust gas in exhaust gas cooling means.
배기 가스는 적절한 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 배기 가스는 300℃ 미만의 온도로 냉각된다. The exhaust gas can be cooled to an appropriate temperature. For example, the exhaust gas is cooled to a temperature below 300 ° C.
본 발명은 그 가능한 배치를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 추가로 설명하는 것이 편리할 것이다. 본 발명의 다른 배치도 가능하며, 따라서 첨부 도면의 특정함은 본 발명을 제한하려는 의도가 아닌 것이다. The invention will be further described with reference to the accompanying drawings which illustrate its possible arrangements. Other arrangements of the invention are also possible, and therefore the specificity of the accompanying drawings is not intended to limit the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 추가 실시예에 따른 흡수식 냉각기의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of an absorption chiller according to a further embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 추가 실시예에 따른 소각로 유닛의 개략도이다. 3 is a schematic diagram of an incinerator unit according to a further embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 추가 실시예에 따른, 브라운 가스와 고온수 및 냉수의 국소 생산, 저장 및 다층 빌딩으로의 송출 시스템의 개략도이다. 4 is a schematic diagram of a local production, storage and delivery of brown gas and hot and cold water to a multi-story building, according to a further embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 추가 실시예에 따른 시스템의 개략도이다. 5 is a schematic diagram of a system according to a further embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 추가 실시예에 따른 연소실에 의해 발생된 배기 가스로부터의 열을 이용하는 시스템의 개략도이다. 6 is a schematic diagram of a system utilizing heat from exhaust gases generated by a combustion chamber according to a further embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 추가 실시예에 따른 연소실에 의해 발생된 배기 가스로부터의 열을 이용하는 시스템의 개략도이다. 7 is a schematic diagram of a system utilizing heat from exhaust gases generated by a combustion chamber according to a further embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 추가 실시예에 따른 조립체의 개략도이다. 8 is a schematic view of an assembly according to a further embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 고립 시스템의 일부를 도시한다. 특히, 도 1은 고립계 내의 보일러 및 버너 유닛에서의 브라운 가스 발생 및 브라운 가스 사용을 도시한다. 브라운 가스는 그 일 형태가 미국 특허 제4,081,656호에 기재되어 있는 브라운 가스 발생기(116)에서 발생된다. 발생기(116)는 전기분해 챔버를 구비할 수 있다. 전력 라인(114)을 통한 발생기에의 전력 공급과 같은 작동 파라미터를 감시 및 제어하는 콘트롤 패널(106)에는 전력 공급원(104)이 연결된다. 물 공급원(102)도 제공된다. 물 공급원(102)은 저수 탱크 형태일 수 있다. 물 공급원(102)으로부터의 물은 역침투(RO: reverse osmosis) 정수기(108)를 통과하며, 여과된 RO 물은 RO 물탱크(110)에 저장된다. RO 물탱크(110)로부터의 물은 펌프(112)에 의해 발생기(116)에 공급된다. 1 illustrates a portion of an isolation system of one embodiment of the present invention. In particular, FIG. 1 illustrates Brown gas generation and Brown gas use in boiler and burner units in an isolated system. Brown gas is generated in
따라서, 발생기(116)는 RO 물과 전기를 받아들여 전기분해 과정에서 산소와 수소 가스를 해리시킨다. 발생된 산소와 수소 가스의 혼합물은 파이프(121)를 통해서 브라운 가스 저장 탱크(122)로 송출된다. 발생기(116)는 열교환기(118)를 추가로 포함한다. 전기분해 과정의 즉시 부산물은 물이 그 성분들로 해리됨으로 인한 열이다. 열교환기(118)는 수냉된다. 물은 물 공급원(102)으로부터 파이프(152)를 통해서 열교환기(118)로 공급된다. 이어서, 전처리된 물이 열교환 기(118)로부터 파이프(154)에 의해 송출된다. Thus,
브라운 가스 저장 탱크(122)는 액화 탄화수소로 부분 충진된다. 이 경우, 액화 탄화수소는 헥산(124)이다. 헥산 저장 탱크(126)도 제공된다. 헥산 저장 탱크(126)로부터의 헥산(124)은 펌프(127)에 의해 브라운 가스 저장 탱크(122)로 펌핑된다. 산소와 수소 가스의 혼합물은 헥산 증기(124)와 혼합되어 브라운 가스(120)를 형성한다. 브라운 가스 저장 탱크(122)는 릴리프 밸브(128)를 추가로 구비한다. Brown
콘트롤 패널(106)은 또한 RO 물탱크(110)로부터 발생기(116)로의 RO 물 공급, 브라운 가스 저장 탱크(122)로의 헥산(124) 공급, 발생기(116)와 브라운 가스 저장 탱크(122) 내의 가스 압력, 발생기(116)의 작동 온도, 및 발생기(116)로부터의 산소와 수소 가스의 혼합체의 유량과 같은 기타 작동 파라미터를 감시 및 제어한다. The
브라운 가스 저장 탱크(122)로부터의 브라운 가스(120)는 배관 망(130)을 통해서 최종 사용자에게 직접 공급될 수 있다. 가스의 유동이 한 방향으로만 진행되도록 보장하기 위해 파이프에는 적어도 하나의 체크 밸브(132)가 제공될 수 있다. 파이프(130)는 압력 조절기(133), 제어 밸브(134) 및 화염 방지기(136)를 추가로 포함한다. 최종 사용자에게 브라운 가스(120)를 직접 공급하는 것에 추가적으로, 브라운 가스(120)는 고온수를 생산하기 위해 보일러 및 버너 유닛(146)에도 공급될 수 있다.
특히, 브라운 가스(120)는 파이프(138)에 의해 보일러 및 버너 유닛(146)의 버너(148)에 공급된다. 파이프(138)는 체크 밸브(140), 압력 조절기(141), 제어 밸브(142) 및 화염 방지기(144)를 포함한다. 버너(148)는 가스 점화 수단, 화염 형상 및 패턴 제어 수단, 화염 탐지 수단이 구비된 표준 산업용 가스 버너이다. 버너(148)는 브라운 가스(120)로 작동하며, 모터 작동식 송풍기, 가스 공급 솔레노이드 밸브 및 가스 노즐을 갖는다. 버너(148)는 1000℃ 이하 온도의 화염을 생성하도록 구성된다. 버너(148)는 보일러에 화염을 출사한다. In particular, the
보일러(150)는 고온수를 생산하기 위해 가열될 보일러(150)에 공급되는 급수를 저장하기 위해 물-튜브 다발(도시되지 않음)을 수용하기 위해 내부에 공간을 갖는 원통형 구조물이다. 또한, 보일러(150) 내에는, 화염 온도를 더 상승시키는 것을 보조하는 반응 연소를 달성하기 위해 브라운 가스(120)를 연소시키는 화염의 경로에 설치되는 반응 금속 원소의 층이 존재한다. 버너(148) 내에서의 브라운 가스(120) 연소로 인해 생산되는 고온 가스가 튜브 다발과 접촉하며, 따라서 튜브 내의 공급수는 가열된다. 연소 열을 가능한한 많이 유지하기 위해, 보일러(150)의 외부는 단열 재료 층으로 피복된다. 버너(148) 내에서의 브라운 가스(120) 연소로 인한 열은 보일러(150)에 공급되는 공급수를 가열하여 고온수를 생산하는데 사용된다.
보일러(150)로의 공급수는 세 개의 공급원으로부터 나온다. 첫째로, 물 공급원(102)으로부터의 조성 물(make-up water)로서 나온다. 이 물은 펌프(158)에 의해 파이프(156)를 따라서 보일러 내로 펌핑된다. 둘째로, 브라운 가스 발생기(116) 내의 열교환기(118)로부터 배출되는 파이프(154) 내의 예열된 물로서 나온 다. 셋째로, 적어도 하나의 태양열 집열기(159)로부터 배출되는 파이프(157) 내의 예열된 물로서 나온다. 적어도 하나의 태양열 집열기(159)는 물 공급원(102)으로부터 물을 받아들이고, 예열된 물을 배출하여 파이프(157)를 통해서 보일러 및 버너 유닛(146)으로 송출되게 한다. 특히, 파이프(154, 156, 157)로부터의 물은 조합되고 펌프(158)에 의해 보일러 및 버너 유닛(146)에 펌핑된다. 보일러(150)에 의해 생산된 고온수는 공간 가열, 위생 및 세척 용도를 위해 사용될 수 있다. 보일러(150)에 의해 생산된 고온수는 공간 가열, 위생 및 세척 용도로 물을 사용하기 전에 용도에 따라 약 50℃ 내지 70℃의 온도를 달성하기 위해 혼합기 밸브를 통해서 물 공급원(102)으로부터의 물과 혼합될 수 있다. 생산된 고온수는 고온수 저장 탱크에 저장될 수 있다. The feed water to the
도 2는 본 발명의 시스템에 구비되는 추가 유닛을 도시한다. 특히, 도 2는 흡수식 냉각기(200)의 배치를 도시한다. 흡수식 냉각기(200)는 공간 냉각 용도로 사용될 수 있는 냉각된 물을 생산한다. 흡수식 냉각기(200)는 네 개의 섹션, 즉 응축기(202), 발생기(204), 증발기(206) 및 흡수기(208)로 분할된다. 흡수식 냉각기(200)는 그 주위로부터 열을 흡수하기 위해 진공 근처에서 냉매를 증발시키는 열화학 공정에서 작동한다. 2 shows a further unit included in the system of the present invention. In particular, FIG. 2 shows an arrangement of
증발기(206) 및 흡수기(208) 섹션은 진공 근처 조건에서 유지된다. 특히, 증발기(206)에서의 조건들은 다음과 같다: 증발기(206)가 저온에서의 증발을 달성하도록 진공 상태에서 유지된다. 예를 들어, 압력은 약 1 kPa일 수 있고 온도는 약 4℃일 수 있다. 흡수식 냉각기(200)는 고온수 탱크(201)로부터의 고온수가 통 과하는 열교환기(205)에 의해 가열된다. 또한, 열을 보충하기 위해, 보일러 및 버너 유닛(146)의 버너(148)에 근접하여 설치될 수도 있다. 흡수식 냉각기(200)의 발생기 섹션(204)에는 브롬화 리튬(LiBr)(210), 흡수제, 및 물(212), 냉매가 공급된다. 보일러 및 버너 유닛(146)에 의해 생산된 고온수로부터 또는 버너(148)에 의한 브라운 가스(120)의 연소로부터 생산되는 열은 발생기 섹션(204)에서 LiBr 용액(210) 중의 함유 수분을 기화시킨다. 수증기(214) 형태의 냉매 기체는 응축기 섹션(202)으로 순환되고, 응축기 섹션(202)에서 그 잠열을 열교환기(216) 내의 냉수(242)로 넘긴다. 이 과정에서, 수증기(214)는 냉매 물(212)로 다시 응축된다.
냉매 물(212)은 팽창 밸브(220)를 포함하는 파이프(218)를 통해서 유동하여 증발기 섹션(206)에서 냉매 스프레이(222)를 형성한다. 스프레이(222)로부터의 물은 증발기 섹션(206)에서 냉수 튜브(224) 다발에 분사된다. 스프레이(222)로부터의 물은 흡수기 섹션(208)에서 농축 LiBr(230)에 의해 부분 흡수되고, 증발기 섹션(206)의 223에서 부분 수집되며, 펌프(238)의 도움으로 파이프(218)를 통해서 응축기 섹션(202)으로 다시 재순환된다. 냉매 스프레이(222)의 수온은 낮으며 따라서 냉매 스프레이(222)의 물은 냉수 튜브(224) 내의 온수(246)로부터 열을 흡열하여 증발한다(진공 하에서). 따라서, 냉각된 물은 냉수 튜브(224)로부터 배출된다. 공정에서 생산된 냉매 기체는 흡수기 섹션(208)에서 농축 LiBr(230)에 의해 흡수된다. 증발기(206)와 흡수기(208)가 상호연결되어 있으므로 냉매 기체의 이러한 신속한 흡수는 증발기(206)에서 진공 상태를 생성한다. 특히, 증발기(206)와 흡수기(208)에는 펌프(도시되지 않음)가 연결된다. 펌프는 대기압의 1.0% 미만의 고진 공을 생성한다. 발생기 섹션(204)에서는 농축 LiBr이 생산된다. LiBr 용액 중의 함유 수분이 발생기 섹션(204)에서 증발하면, 농축 LiBr이 형성된다. 농축 LiBr은 팽창 밸브(228)를 포함하는 파이프(226)를 통해서 흡수기 섹션(208)으로 유동하여 LiBr 스프레이(230)를 형성한다. LiBr 스프레이(230)로부터의 LiBr은 흡수기 섹션(208)의 바닥에 수집되어 희석 LiBr 용액(232)의 풀(pool)을 형성하는 바, 이는 증발기(206)로부터의 냉매 기체와 조합되고 펌프(236)에 의해 발생기 섹션(204)의 LiBr 풀(210)로 다시 재순환된다. LiBr 스프레이(230)는 흡수기 섹션(208)에서 열교환기(215)에 LiBr을 분사한다. 열교환기(215)는 냉각탑(250)으로부터 열교환기로 이송되는 대략 25℃ 온도의 냉수(240)를 가지며, 약간 높은 온도의 물(242)이 열교환기(215)로부터 배출되어 응축기 섹션(202)의 열교환기(216)로 송출된다. 따라서, 응축기 섹션(202)에서 냉매 기체(214)로부터 열을 흡수한 후 고온수(244)가 열교환기(216)로부터 배출되어 냉각탑(250)에 공급된다.
증발기 섹션(206)에서 생산된 냉수(248)는 공간 냉각 용도와 같은 각종 용도에서의 사용을 위해 저장 탱크로 또는 최종 사용자에게로 직접 파이프 이송된다. 예를 들어, 냉수(248)는 공간 냉각을 제공하기 위해 각 가정의 공조 유닛(송풍기달린 열교환기)으로 유동할 수 있다.
본 발명의 시스템은 또한 소각로 유닛(300)을 구비한다. 소각로 유닛(300)의 배치는 도 3에 도시되어 있다. 특히, 소각로 유닛(300)은 브라운 가스 발생기(116)에 의해 발생된 브라운 가스(120)를 연료로 사용한다. 소각로 유닛(300)은 가정 및 산업 폐기물을 시스템 현장에서 산화시킨다. 소각로 유닛(300)은 브라운 가스 저장 탱크(122)로부터 얻어지는 브라운 가스(120)로 작동한다. 브라운 가스(120)는 파이프 망(302)에 의해 저장 탱크(122)로부터 연소 챔버(312) 및 재산화 챔버(314)로 파이프 이송된다. 파이프 망(302)은 압력 조절기(304), 브라운 가스 저장 탱크(122)의 출구에서의 체크 밸브(303), 브라운 가스(120)의 유동을 연소 챔버(312)와 재산화 챔버(314)로 분할하기 위한 멀티밸브(306)를 추가로 포함한다. 압력 조절기(304)는 파이프 망(302) 내에서 균일한 출구 브라운 가스(120) 압력을 제어 및 유지한다. 연소 챔버(312)와 재산화 챔버(314)의 각각에는 브라운 가스 버너(313, 315)가 각각 구비된다. 브라운 가스 버너(313, 315)는 가스 점화 수단, 화염 형상 및 패턴 제어 수단, 화염 탐지 수단이 구비된 표준 산업용 가스 버너이다. 브라운 가스 버너(313, 315)는 브라운 가스(120)로 작동되며, 또한 모터 작동식 송풍기, 가스 공급 솔레노이드 밸브 및 가스 노즐을 갖는다. 버너(313, 315)는 연소 챔버(312)와 재산화 챔버(314)에서 1500℃ 이하 온도의 화염을 생성하도록 구성된다. 연소 챔버(312)와 재산화 챔버(314) 각각의 입구에는 화염 방지기(308, 310) 및 제어 밸브(305, 307)도 각각 제공된다. The system of the present invention also includes an
소각로 유닛(300)은 또한 전처리 유닛(316, 318)을 포함한다. 전처리 유닛(316)은 고체상 폐기물을 전처리하기 위한 것이고, 전처리 유닛(318)은 액체상 폐기물을 전처리하기 위한 것이다. 전처리 유닛(316)은 수집 유닛(320), 분류기(322) 및 건조기(324)를 포함한다. 수집 유닛(320)은 고체상 폐기물을 수집하고, 분류기(322)는 폐기물을 분류한다. 고체상 폐기물은 유리, 모래알, 금속 및 기타 부피가 있는 물품을 제거하도록 수동 분류기에 의해 시각적 수단을 통해서 물 리적으로 분류될 수 있다. 폐기물이 가열되는 동안, 폐기물의 수분 함량은 건조기(324)에서 감소된다. 폐기물은 튜브 다발에 의해 가열된다. 튜브 다발을 관통하여 증기가 흐르면서 이들 다발을 가열하며, 따라서 폐기물이 가열된다. 건조기(324)로부터의 폐기물은 이후 연소 챔버(312)로 이송된다. 마찬가지로, 액체상 폐기물의 전처리를 위해, 전처리 유닛(318)에는 액체상 폐기물을 수집하기 위한 수집 유닛(326), 액체상 폐기물로부터 슬러지를 제거하기 위한 필터(328) 및 슬러지로부터 함유 수분을 제거하기 위한 증발기(330)가 제공된다. 필터(328)는 임의의 적합한 필터일 수 있다. 예를 들어, 필터는 섬유성 또는 멤브레인 필터일 수 있다. 대안적으로, 필터 프레스 또는 원심 필터도 사용될 수 있다. 액체상 폐기물에 대한 전처리 공정은 원료에서 슬러지를 여과하기 위한 고체-물 분리를 포함할 수 있다. 슬러지는 탈수를 위해 증발기에서 수집될 수 있다. 여과된 원수(raw water)는 이후 배수계로 배출되기 전에 화학 처리될 수 있다. 처리된 폐기물은 이후 연소 챔버(312)로 이송된다.
연소 챔버(312)는 대부분의 고체 폐기물의 발화점 이상인 1500℃ 이하의 온도에 달하도록 브라운 가스(120)의 연소에 의해 가열된다. 연소 챔버(312)가 폐기물과 브라운 가스(120)의 연소로부터 약 1000℃의 온도를 달성하면, 브라운 가스 버너(313)는 작동을 중지한다. 브라운 가스 버너(313)는 연소 챔버(312)의 온도가 1000℃ 아래로 떨어질 때만 재점화된다. 연소 챔버(312)는 또한 그 자체 내에 열교환기(338)를 가질 수도 있다. 열교환기(338)는 열 회수를 극대화할 수 있다. 예를 들어, 열교환기(338)의 튜브 다발에 수용된 순환수는 연소 챔버(312)로부터 연소 열을 흡수하고 이 열을 폐기물 건조기(324)에서 방출하는 바, 이 열은 고체상 폐기물에서 수분을 제거하는데 사용될 수 있다. 소각로 유닛(300)에서의 열교환기에 공급수를 제공하기 위해 소각로 유닛(300)에는 순환계도 구비된다. 순환계는 멀티 밸브(348, 350, 352), 증기 침강 탱크(344), 펌프(346) 및 배관 망(342)을 포함한다.
연소 챔버(312)에서의 폐기물 연소 결과로 생성되는 배기 가스(332)는, 유기 물질과 기타 유해 물질을 추가로 산화시킴으로써 배기 가스 내에 잔류하는 일체의 폐기물을 완전히 분해하기 위해 재산화 챔버(314)로 이송된다.
재산화 챔버(314)는 버너(315)에 의한 배기 가스(332)의 연소 및 브라운 가스(120)의 보충 연소에 의해 1000℃ 이상의 온도로 유지된다. 재산화 챔버(314)는 배기 가스(332)의 산소 농후 연소를 위해 신선한 공기를 공급하는 수단을 구비한다. 재산화 챔버는 일산화탄소(CO), 수소(H2) 및 메탄(CH3)과 같은 배기 가스 성분의 자동 발화 온도인 약 1000℃에 달하도록 버너(315)에 의해 가열된다. 재산화 챔버(314)가 배기 가스(332)의 연소 및 브라운 가스(120)의 보충 연소로부터 약 1000℃의 온도를 달성하면, 버너(315)는 작동을 중지한다. 재산화 챔버(314)의 온도가 1000℃ 아래로 떨어지면 버너(315)는 브라운 가스(120)를 연소시키기 시작한다. 재산화 챔버(314)는 재산화 챔버(314) 내의 금속 프레임에 지지되는 망상-격자 블록(311)을 추가로 구비한다. 고투과성의 천공된 망상-격자 블록(311)은 백금, 스틸, 니켈-크롬 합금 또는 기타 니켈 합금으로 제조될 수 있다. 망상-격자 블록(311)의 셀은 사각형, 삼각형 또는 다각형 형상과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 망상-격자 블록(311)은 유입되는 배기 가스(332)와의 접촉 및 버너(315)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 대한 그 노출을 극대화하기 위해 교락(交絡: interlaced)된 다층 구조로 구성될 수 있다. The reoxidation chamber 314 is maintained at a temperature of 1000 ° C. or higher by combustion of the
망상-격자 블록(311)에 대한, 버너(315)에 의해 생산된 브라운 가스 화염 및 배기 가스(332)의 유동 방향의 방위는, 상호 직교하거나 상호 평행하도록 이루어진다. 망상-격자 블록(311)은 버너(315)에 의해 생산된 브라운 가스 화염과 일직선이도록 배치된다. 연소 챔버(312)로부터의 배기 가스(332)는 망상-격자 블록(311)을 통과하도록 채널 유동된다. 버너(315)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 직접 노출되면, 망상-격자 블록(311)은 달아올라서, 유입되는 배기 가스(332)와 반응할 수 있는 온도를 얻게된다. 이 과정에서, 일산화탄소(CO), 수소(H2) 및 기타 기체상 탄화수소 화합물과 같은 배기 가스 성분은 이산화탄소(CO2), 물 및 기타 덜 유해한 가스와 같은 환경에 덜 유해한 형태로 산화된다. The orientation of the flow direction of the brown gas flame produced by the
재산화 챔버(314)로부터 생산된 배기 가스(335)는 대기 중에 배출 가스(exhaust gas)로서 방출되기 전에 습식 세정기(336)를 포함하는 챔버(334)를 통과한다. 습식 세정기(336)는 생산된 배기 가스(335)를 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬가 제거되도록 처리한다. 습식 세정기(336)는 대기 중에서 다이옥신 및 푸란이 재형성되는 것을 방지하기 위해 배기 가스(335)를 이것이 배출 가스(340)로서 방출되기 전에 약 200℃ 내지 300℃의 온도로 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 구비할 수 있다. 습식 세정기(336)로의 공급수는 물 공급원(102)으로부터 얻어진다. 챔버(334)로부터 방출된 배출 가스(340)는 에어 필터 시스템에 연결될 수 있다.
도 4는 전술한 시스템의 각종 유닛의 배치의 일 예를 도시한다. 특히, 도 4는 브라운 가스 발생기(116), 보일러와 버너 유닛(146), 흡수식 냉각기(200) 및 소각로 유닛(300)과 같은 유닛들이 브라운 가스를 생산하고, 브라운 가스를 저장하며, 브라운 가스를 다층 빌딩에서의 다양한 용도를 위해 송출하기 위해 고립계에서 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 4 shows an example of the arrangement of the various units of the system described above. In particular, FIG. 4 shows that units such as
도 5는 본 발명의 일 실시예의 일반적인 고립계를 도시한다. 특히, 도 5는 고립계에 있어서 연소 챔버 내에서의 브라운 가스의 발생 및 브라운 가스의 사용을 도시한다. 브라운 가스는 브라운 가스 발생 시스템(1113)에서 발생되며, 브라운 가스 발생 시스템(1113)은 브라운 가스 발생기(1114), 열교환기(1116) 및 브라운 가스 저장 탱크(1122)를 포함한다. 특히, 브라운 가스는 그 일 형태가 미국 특허 제4,081,656호에 기재되어 있는 브라운 가스 발생기(1114)에서 발생된다. 상기 발생기(1114)는 전기분해 챔버를 구비할 수 있다. 전력 라인(1112)을 통한 발생기(1114)에의 전력 공급과 같은 작동 파라미터를 감시 및 제어하는 콘트롤 패널(1106)에는 전력 공급원(1104)이 연결된다. 물 공급원(1102)도 제공된다. 물 공급원(1102)은 저수 탱크 형태일 수 있다. 물 공급원(1102)으로부터의 물은 펌프(1110)에 의해 역침투(RO) 정수기(1108)를 통과하며, 정수된 RO 물은 발생기(1114)의 전기분해 챔버에 공급된다. 5 illustrates a general isolation system of one embodiment of the present invention. In particular, FIG. 5 illustrates the generation of brown gas and the use of brown gas in a combustion chamber in an isolated system. Brown gas is generated in a brown
따라서, 발생기(1114)는 RO 물과 전기를 받아들여 전기분해 과정에서 산소와 수소 가스를 해리시킨다. 발생된 산소와 수소 가스의 혼합물은 파이프(1121)를 통해서 브라운 가스 저장 탱크(1122)로 송출된다. 브라운 가스 발생 시스템(1113)은 열교환기(1116)를 추가로 포함한다. 전기분해 과정의 즉시 부산물은 물이 그 성분들로 해리됨으로 인한 열이다. 열교환기(1116)는 수냉된다. 냉수는 파이프(1117)를 통해서 냉각 탑(1118)으로부터 열교환기(1116)로 순환된다. 이어서, 온수가 열교환기(1116)로부터 파이프(1119)에 의해 송출되어 냉각 탑(1118)으로 귀환한다. Thus, generator 1114 accepts RO water and electricity to dissociate oxygen and hydrogen gas during electrolysis. The mixture of generated oxygen and hydrogen gas is sent to the brown
브라운 가스 저장 탱크(1122)는 액화 탄화수소로 부분 충진된다. 이 경우, 액화 탄화수소는 헥산(1124)이다. 헥산 저장 탱크(1126)도 제공된다. 헥산 저장 탱크(1126)로부터의 헥산(1124)은 펌프(도시되지 않음)에 의해 브라운 가스 저장 탱크(1122)로 펌핑된다. 산소와 수소 가스의 혼합물은 헥산 증기와 혼합되어 브라운 가스(1120)를 형성한다. 브라운 가스 저장 탱크(1122)는 릴리프 밸브(1128)를 추가로 구비한다. 릴리프 밸브는 콘테이너 또는 시스템 내의 압력이 불안전한 레벨에 도달하지 못하도록 특정 압력 레벨에서 개방되도록 설정되는 밸브이다. Brown
브라운 가스 저장 탱크(1122)로부터의 브라운 가스(1120)는 배관 망(1130)을 통해서 연소 챔버(1142)에 직접 공급될 수 있다. 브라운 가스(1120)의 유동이 한 방향으로만 진행되도록 보장하기 위해 배관 망(1130)의 파이프에는 적어도 하나의 체크 밸브(1132)가 제공될 수 있다. 배관 망(1130)은 적어도 하나의 압력 조절기(1134), 적어도 하나의 제어 밸브(1136) 및 적어도 하나의 화염 방지기(1138)를 추가로 포함한다. 압력 조절기는 배관에 대해 균일한 출구 가스 압력을 제어 및 유지하기 위해 사용되는 장치이며, 화염 방지기(1138)는 개방된 안전 마개를 통한 외부 화염의 "역화(逆火:flashback)"를 방지하는 장치이다.
특히, 브라운 가스(1120)는 배관 망(1130)에 의해 연소 챔버(1142)의 적어도 하나의 버너(1140)에 공급된다. 버너(1140)는 가스 점화 수단, 화염 형상 및 패턴 제어 수단, 화염 탐지 수단이 구비된 표준 산업용 가스 버너이다. 버너(1140)는 브라운 가스(1120)로 작동하며, 모터 작동식 송풍기, 가스 공급 솔레노이드 밸브 및 가스 노즐을 갖는다. 버너(1140)는 1200℃ 이상 온도의 화염을 생성하도록 구성된다. 버너(1140)는 연소 챔버(1142)의 측부에 설치될 수 있으며, 연소 챔버(1142)에 화염을 출사한다. 폐기물이 연소 챔버(1142)에서 연소되면, 배기 가스가 생산된다. 배기 가스로부터의 열은 전기 발생을 위해 사용될 수 있는 바, 이에 대해서는 나중에 자세히 설명할 것이다. In particular, the
도 6은 연소 챔버(1142)에 의해 생산된 배기 가스로부터의 열이 다양한 추가 용도로 사용되는 본 발명의 시스템의 배치를 도시한다. 도 6에 도시된 연소 챔버는 1단 연소 유닛(1142a)을 포함한다. 연소 유닛(1142a)은 브라운 가스 발생 시스템(1113)에 의해 발생된 브라운 가스(1120)를 연료로 사용하여 연소 물질을 연소시킨다. 연소 물질은 가정 및 산업 폐기물을 포함할 수 있는 폐기물일 수 있다. 브라운 가스 발생 시스템(1113)으로부터의 브라운 가스(1120)는 도 5에서 전술한 배관 망(1130)에 의해 연소 유닛(1142a)으로 파이프 이송된다. 압력 조절기(1134)는 배관 망(1130)에서 연소 유닛(1142a)에 적합한 균일한 출구 브라운 가스 압력을 제어 및 유지한다. 예를 들어, 가스 압력은 약 11인치의 수주(즉, 약 2738 Pa)일 수 있다. FIG. 6 illustrates an arrangement of the system of the present invention in which heat from exhaust gas produced by
연소 유닛(1142a) 내에 연소 열을 보유하고 연소 유닛(1142a)의 구조를 보호하기 위해 연소 유닛(1142a)의 내벽은 내화재로 라이닝된다. 예를 들어, 상기 내화재는 산성 환경에서 작동할 수 있는 경질, 내열성 재료를 포함할 수 있다. 내화재의 예로는 알루미늄, 탄화규소, 내화 점토, 벽돌 및 실리카가 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 연소 유닛(1142a)의 측부 또는 기저부에 있는 구멍을 통해서 압축 공기 제트가 단속적으로 연소 유닛(1142a)에 공급된다. 압축 공기는 연소 유닛(1142a)에서 연소될 폐기물과 공기의 난류 혼합을 향상시키는 작용을 한다. 압축 공기의 단속적인 제트는 압축 공기를 연소 유닛(1142a)에 공급하는 구멍의 막힘 방지를 보조한다. 연소 유닛(1142a)의 기저부에 있는 격자(도시되지 않음)는 건조된 고체 폐기물을 재와 분리한다. 연소 유닛(1142a)에서의 폐기물 연소로 인한 바닥 재(bottom ash)(1201)는 연소 유닛(1142a)의 기저부에 있는 호퍼(도시되지 않음)를 통해서 수집되어 버려진다. The inner wall of the combustion unit 1142a is lined with refractory to retain combustion heat in the combustion unit 1142a and protect the structure of the combustion unit 1142a. For example, the fire resistant material may comprise a hard, heat resistant material capable of operating in an acidic environment. Examples of fire resistant materials include, but are not limited to aluminum, silicon carbide, fire clay, bricks and silica. Compressed air jets are intermittently supplied to the combustion unit 1142a through holes in the side or base of the combustion unit 1142a. Compressed air serves to enhance turbulent mixing of the waste and air to be combusted in combustion unit 1142a. The intermittent jet of compressed air assists in preventing clogging of the holes that supply compressed air to the combustion unit 1142a. A grid (not shown) at the base of the combustion unit 1142a separates the dried solid waste from the ash.
배기 가스(1202)는 연소 유닛(1142a)에서의 폐기물 연소 결과로서 생산된다. 배기 가스(1202)의 일부는 연소 유닛(1142a)으로부터 물 튜브 증기 보일러(1204)로 수송된다. 물은 펌프(1212)에 의해 증기 보일러(1204)로 펌핑된다. 증기 보일러(1204)에서, 물은 연소 유닛(1142a)으로부터 증기 보일러(1204)로 수송되는 배기 가스(1202)에 의해 외부 가열되는 튜브(1206) 내를 순환한다. 예를 들어, 배기 가스는 900℃에 있을 수 있다. 증기 보일러(1204)에 포함되는 물-충진된 튜브(1206)가 고온의 배기 가스(1202)에 노출되므로, 튜브(1206) 내의 수온이 상승하고, 열사 이폰(thermosiphon) 효과에 의해 고온수는 증기 보일러(1204) 내의 증기 드럼(1208)으로 상승한다. 배기 가스(1202)에 의한 증기 드럼(1208) 내의 고온수의 추가 가열은 증기(1214)를 생산한다. 증기(1214)는 증기 드럼(1208)의 상부로 유인되고 경우에 따라 과열기(도시되지 않음)에서 더 가열되어 과열 증기를 생성한다. 배기 가스(1202)는 이후 대기 중에 배출 가스(1236)로서 방출되기 전에 처리되도록 채널(1228a)을 통해서 후처리 유닛(1230)으로 수송된다. 후처리 유닛(1230)에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.
증기(1214) 또는 과열 증기는 이후 증기 터빈(1216)을 구동하는데 사용된다. 예를 들어, 과열 증기는 390℃ 이상일 수 있다. 증기 터빈(1216)은 1단 또는 다단 증기 터빈일 수 있다. 증기 터빈(1216)은 샤프트(1218)에 의해 전기를 발생하기 위해 발전기(1220)에 연결된다. 증기(1214)는 약 23 bar(2.3×106 Pa)의 고압 하에 증기 터빈(1216)으로 이송된다. 증기 터빈(1216)은 회전하여 샤프트(1218) 역시 회전하게 만든다. 샤프트(1218)의 회전 결과로서, 발전기(1220)에 포함된 자석도 회전된다. 자석의 주위에는 와이어가 권선된다. 발전기(1220) 내부의 자석이 회전함에 따라, 와이어에는 전류가 발생된다. 발전기(1220)는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 발전기(1220)에 의해 발생된 전기는 이후 브라운 가스(1120)를 발생시키기 위해 브라운 가스 발생 시스템(1113)에 의해 사용될 전압 및 전류를 조절하기 위해 일련의 전기 장치에 전달되거나, 시스템의 전기 공급원(1104)인 시스템 내에 설치된 전기 그리드에 전달된다.
증기 터빈(1216)을 통과하는 증기(1214) 또는 과열 증기는 이후 열교환기(1222)로 채널 유동된다. 증기(1214)는 열교환기(1222)에서 냉각되어 물로 응축된다. 응축된 물은 이후 배기 가스(1202)로부터 열을 흡수하여 증기(1214)를 생산하기 위해 펌프(1212)에 의해 증기 보일러(1204)의 튜브(1206) 내로 다시 펌핑된다. 증기 터빈(1216)으로부터의 증기(1214) 또는 과열 증기를 냉각하기 위해 열교환기(1222) 내로 유동하는 공급수는 배관 망(1224)에 의해 물 공급원(1102)으로부터 얻어진다. 열교환기(1222) 역시 과잉(excess) 과열 증기 또는 과잉 증기(1214)를 냉각시킨다. 증기 터빈(1216)이 그 최대 용량에 도달하고 더 이상 증기(1214) 또는 과열 증기를 받아들일 수 없을 때 증기(1214)는 과잉으로 간주된다. 이것이 발생했을 때, 과잉 증기(1214) 또는 과잉 과열 증기는 바이패스 파이프(1226)를 통해서 열교환기(1222)로 채널 유동된다. 전술했듯이, 과잉 증기(1214) 및 과잉 과열 증기는 열교환기(1222)에서 냉각되고 물로 응축된다. 이 물은 이후 배기 가스(1202)로부터 열을 흡수하여 증기(1214)를 생산하도록 펌프(1212)에 의해 증기 보일러(1204)의 튜브(1206)로 다시 펌핑된다.
연소 챔버(1142)는 또한 전처리 유닛(1242)을 포함한다. 특히, 전처리 유닛(1242)은 고체상 폐기물을 전처리하기 위한 것이다. 전처리 유닛(1242)은 폐기물이 연소를 위해 연소 유닛(1142a)으로 이송되기 전에 폐기물의 수분 함량을 줄이기 위해 건조기를 포함한다. 폐기물은 건조기 내에 제공되는 튜브 다발(1243)에 의해 가열된다. 튜브 다발(1243)은 폐기물을 외부 가열하는 튜브 다발을 통과하는 배기 가스(1202)를 갖는다. 특히, 튜브 다발(1243)의 튜브는 고전도성이다. 연소 유닛(1142a)으로부터의 일부 배기 가스(1202)는 채널(1229)을 통해서 튜브 다발(1243)로 수송된다. 증기 보일러(1204)로부터의 배기 가스(1202)도 채널(1228b)을 통해서 튜브 다발(1243)로 수송된다. 튜브 다발(1243)을 통과하는 배기 가스(1202)는 이후 대기 중에 배출 가스(1236)로서 방출되기 전에 처리되도록 채널(1244)을 통해서 후처리 유닛(1230)으로 수송된다. 후처리 유닛(1230)에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.
증기 보일러(1204) 및 후처리 유닛(1242)으로부터의 배기 가스(1202)는 각각 채널(1228a, 1244)을 통해서 후처리 유닛(1230)으로 수송된다. 후처리 유닛(1230)은 습식 세정기(1232)와 급냉기(1234)를 포함한다. 증기 보일러(1204) 및 전처리 유닛(1242)으로부터의 배기 가스(1202)는 습식 세정기(1232)에서 세정된다. 습식 세정기(1232)는 화학적 습식 세정기일 수 있다. 예를 들어, 화학적 습식 세정기에 사용되는 화학물은 수산화칼슘 또는 수산화나트륨으로 형성된 수성 슬러리일 수 있다. 습식 세정기(1232)는 다수의 상호연결된 챔버를 갖는 인클로저일 수 있다. 각각의 챔버는 습식 세정기(1232)를 통과하는 배기 가스(1202)의 통과를 늦추도록 천공판으로 형성될 수 있다. 습식 세정기(1232)는 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬, 먼지 및 미립자가 제거되도록 배기 가스(1202)를 처리한다. 습식 세정기(1232)는 일련의 고압, 유체 분사 노즐을 가질 수 있다. 예를 들어, 유체는 수산화나트륨 또는 수산화칼슘과 같은 알칼리성 용액일 수 있다. 알칼리성 용액은 산성일 수 있는 배기 가스(1202)를 중화시킨다. 알칼리성 용액은 또한 배기 가스(1202) 내의 큰 미립자와 플라이 애쉬를 씻어내 버린다.
배기 가스(1202)가 습식 세정기(1232)를 통과한 후, 세미-처리된 배기 가스(1202)는 이후 급냉을 위해 급냉기(1234)에서 세정된다. 급냉기(1234)는 대기에서 다이옥신과 푸란이 재형성되는 것을 방지하기 위해 배기 가스(1202)를 배출 가스(1234)로서 방출되기 전에 약 200℃ 내지 300℃의 온도로 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 갖는다. 급냉은 또한 세미-처리된 배기 가스(1202)의 냄새도 감소시킨다. 급냉기(1234)로의 공급수는 물 공급원(1102)으로부터 얻어진다. 물 공급원(1102)으로부터의 물은 펌프(1239)에 의해 배관 망(1238)을 통해서 급냉기(1234)로 펌핑된다. 후처리 유닛(1230)의 기저부에 수집되는 플라이 애쉬 및 큰 미립자를 포함하는 유체는 펌프(1233)에 의해 습식 세정기(1232)의 분사 노즐로 다시 재순환되기 전에 필터 시스템을 통과할 수 있다. 일정 간격으로, 후처리 유닛(1230)의 기저부에 있는 유체는 처리 유닛(1240)으로 방출되어 화학 처리될 수 있다. 화학 처리된 유체는 다시 습식 세정기(1232)로 재순환되거나 배수 시스템으로 방출될 수 있다. After the
경우에 따라, 급냉기(1234)로부터 방출된 배출 가스(1236)는 대기로 방출되기 전에 추가 처리를 위해 에어 필터 시스템에 연결될 수 있다. 배출 가스(1236)는 또한 포화 수증기를 포함할 수도 있다. 따라서, 배출 가스(1236) 내의 포화 증기를 제거하여 대기 중의 연기(plume) 형성을 방지하기 위해 급냉기(1234)의 가스 출구에는 증발기가 설치될 수 있다. 추가 옵션으로서, 처리된 배기 가스(1202)는 또한 서브미크론 크기의 미립자를 제거하기 위해 대기로 방출되기 전에 가스 여과 시스템을 통과할 수도 있다. In some cases, the
연소 챔버(1142)에 의해 생산된 배기 가스로부터의 열이 다양한 추가 용도로 사용되는 본 발명의 시스템의 추가 배치가 도 7에 도시되어 있다. 도 6의 시스템과 도 7의 시스템은 연소 챔버(1142)를 제외하고 본질적으로 동일하다. 도 7에 도시된 연소 챔버(1142)는 2단 연소 챔버를 포함한다. 특히, 도 7의 연소 챔버(1142)는 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302)를 포함한다. 재산화 챔버(1302)는 열적 재산화 챔버일 수 있다. 연소 유닛(1142a)과 같이, 재산화 챔버(1302)도 브라운 가스 발생 시스템(1113)에 의해 발생된 브라운 가스(1120)를 연료로 사용한다. 따라서, 브라운 가스(1120)는 배관 망(1130)에 의해 브라운 가스 발생 시스템(1113)으로부터 재산화 챔버(1302)로 파이프 이송된다. 배관 망(1130)은 브라운 가스(1120)의 유동을 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302)로 분할하기 위해 멀티밸브(1303)를 포함할 수 있다. 배관 망(1130)은 체크 밸브(1304), 압력 조절기(1306), 제어 밸브(1308) 및 화염 방지기(1310)를 추가로 포함한다. 압력 조절기(1306)는 배관 망(1130)에 있어서 균일한 브라운 가스 압력을 제어 및 유지한다. A further arrangement of the system of the present invention in which heat from the exhaust gases produced by the
재산화 챔버(1302)에는 브라운 가스 버너(1312)가 구비된다. 브라운 가스 버너(1312)는 가스 점화 수단, 화염 형상 및 패턴 제어 수단, 화염 탐지 수단을 구비한 표준 산업용 가스 버너이다. 브라운 가스 버너(1312)는 브라운 가스(1120)로 작동하며, 모터 작동식 송풍기, 가스 공급 솔레노이드 밸브 및 가스 노즐도 갖는다. 브라운 가스 버너(1312)는 재산화 챔버(1302) 내에 1200℃ 이상 온도의 화염을 생성하도록 구성될 수 있다. 특히, 재산화 챔버(1302)는 일산화탄소(CO), 수 소(H2) 및 메탄(CH4)과 같은 배기 가스 성분의 환원 반응 온도인 약 1000℃로 유지된다. The reoxidation chamber 1302 is equipped with a
소각(연소) 공정이 시작되면, 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302)의 브라운 가스 버너(1140, 1312)는 각각 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302) 내의 노(furnace) 공간을 가열하기 위해 브라운 가스(1120)를 발화시킨다. 브라운 가스(1120)의 유량 및 발화 지속시간은 연소 유닛(1142a) 내에서 미리설정된 온도를 달성하도록 제어된다. 통상, 폐기물이 존재할 경우, 연소 유닛(1142a)은 1000℃ 이상의 온도를 얻을 수 있다. 소각 공정 중에, 건조 폐기물은 연소 유닛(1142a)에 연소되도록 일정하게 공급된다. 정상 상태에서, 폐기물이 일정하게 공급되면, 연소 유닛(1142a)은 1200℃ 이상의 온도에 도달할 수 있다. 연소 공정에서는, 일산화탄소, 기체상 탄화수소 화합물 및 질소 산화물(NOx)이 농후한 배기 가스가 발생된다. 발생된 배기 가스(1202)는 추가 처리를 위해 재산화 챔버(1302)로 운송된다. 재산화 챔버(1302)는 배기 가스(1202)의 완전 연소를 위해 최소 2초 동안의 체류 시간을 허용하도록 긴 구조물일 수 있다. 대안적으로, 재산화 챔버(1302)는 처리에 대한 배기 가스(1202)의 노출 시간을 증가시킴으로써 배기 가스(1202)를 보다 완전하게 처리하기 위한 유사하거나 상이한 구조의 둘 이상의 상호연결된 소형 노로 제조될 수 있다. Once the incineration (burning) process begins, the burner units 1142a and the
재산화 챔버(1302)는 그 내부의 금속 프레임에 지지되는 망상-격자 블록(1313)을 구비한다. 고투과성의 천공된 망상-격자 블록(1313)은 백금, 스틸, 니 켈-크롬 합금 또는 기타 니켈 합금으로 제조될 수 있다. 망상-격자 블록(1313)은 재산화 챔버(1302) 내에서 고온을 얻기 위해 브라운 가스 버너(1312)에 의해 생산되는 브라운 가스 화염과 활발하게 반응한다. 망상-격자 블록(1313)의 셀은 사각형, 삼각형 또는 다각형 형상과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 특히, 망상-격자 블록(1313)은 유입되는 배기 가스(1202)와의 접촉 및 브라운 가스 버너(1312)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 대한 그 노출을 극대화하기 위해 교락된 다층 구조로 구성될 수 있다. The reoxidation chamber 1302 has a reticulated-
망상-격자 블록(1313)에 대한, 브라운 가스 버너(1312)에 의해 생산된 브라운 가스 화염 및 배기 가스 유동의 방향의 방위는, 상호 직교하거나 상호 평행하도록 이루어진다. 망상-격자 블록(1313)은 브라운 가스 버너(1312)에 의해 생산된 브라운 가스 화염과 일직선이도록 배치된다. 연소 유닛(1142a)으로부터의 배기 가스(1202)는 망상-격자 블록(1312)을 통과하도록 채널 유동된다. 브라운 가스 버너(1312)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 직접 노출되면, 망상-격자 블록(1313)은 달아올라서, 유입되는 배기 가스(1202)와 반응할 수 있는 온도를 얻게된다. 이 과정에서, CO, H2 및 기타 기체상 탄화수소 화합물과 같은 배기 가스 성분은 이산화탄소(CO2), 물 및 기타 덜 유해한 가스와 같은 환경에 덜 유해한 형태로 산화된다. 특히, 질소-함유 배기 가스(1202)는 산소가 브라운 가스(1120) 내의 수소와 추가로 반응하여 질소 및 수증기를 생성하기 전에 질소 및 산소의 원소 성분으로 환원된다. The orientation of the direction of the brown gas flame and exhaust gas flow produced by the
도 6에서 전술했듯이, 재산화 챔버(1302)로부터의 배기 가스(1314)의 일부는 전기를 발생시키도록 증기 터빈(1216)과 발전기(1202)를 구동하기 위한 증기(또는 과열 증기)를 생산하기 위해 증기 보일러(1204)로 수송된다. 재산화 챔버(1302)로부터의 배기 가스(1314)의 일부도 전처리 유닛(1242) 내의 폐기물을 건조시키기 위해 채널(1315)을 통해서 튜브 다발(1242)로 수송된다. As described above in FIG. 6, a portion of the
소각 공정 전체에 걸쳐서, 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302)는 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302)로부터 증기 보일러(1204) 및 전처리 유닛(1242)으로의 배기 가스(1202) 유동을 위해 정확한 통풍이 생성되도록 보장하기 위해 부압으로 유지된다. 예를 들어, 부압은 약 -50 Pa일 수 있다. 연소 유닛(1142a)과 재산화 챔버(1302) 내의 부압은 연소 유닛(1142a)의 배기 가스 방출 단부에(도 6에 도시된 시스템의 경우), 재산화 챔버(1302)의 배기 가스 방출 단부에(도 7에 도시된 시스템의 경우), 또는 후처리 유닛(1230)의 배출 단부에 설치되는 흡입 팬을 통해서 달성될 수 있다. Throughout the incineration process, the combustion unit 1142a and the reoxidation chamber 1302 are
도 8은 본 발명의 일 실시예의 전체적인 조립체를 도시한다. 특히, 도 8은 배기 가스가 대기로 방출되기 전의 배기 가스 방출기(emitter)로부터 방출된 배기 가스의 처리를 도시한다. 배기 가스 방출기(2102)로부터의 배기 가스(2103)는 제 1 처리 챔버(2104)로 수송된다. 배기 가스 방출기(2102)는 배기 가스를 방출하는 임의의 시스템일 수 있다. 예를 들어, 배기 가스 방출기(2102)는 소각 유닛, 석탄-연료 가마 등일 수 있다. 배기 가스(2103)는 일산화탄소, 기체상 탄화수소 화합물, 및 질소 산화물(NOx)이 농후할 수 있다. 배기 가스(2103)는 통상 약 300℃ 이 상의 온도를 갖는다. 제 1 처리 챔버(2104)에서, 배기 가스(2103)는 추가로 가열된다. 예를 들어, 배기 가스(2103)는 제 1 처리 챔버(2104)에서 약 800℃로 추가 가열된다. 가열된 배기 가스(2103)는 이후 추가 가열을 위해 제 2 처리 챔버(2106)로 수송된다. 예를 들어, 배기 가스(2103)는 제 2 처리 챔버(2106)에서 약 1000℃의 온도로 가열될 수 있다. 제 2 처리 챔버(2106)로부터의 가열된 배기 가스(2103)는 1200℃ 이상의 온도로 가열되기 위해 제 3 처리 챔버(2108) 내로 수송된다. 특히, 제 3 처리 챔버(2108) 내의 온도는 약 1600℃이다. Figure 8 shows the overall assembly of one embodiment of the invention. In particular, FIG. 8 shows the treatment of the exhaust gas emitted from the exhaust gas emitter before the exhaust gas is emitted to the atmosphere.
배기 가스(2103)는 브라운 가스의 연소에 의해 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)에서 가열된다. 브라운 가스는 그 일 형태가 미국 특허 제4,081,656호에 기재되어 있는 브라운 가스 발생기에서 발생될 수 있다. 브라운 가스는 배관 망(2112)에 의해 브라운 가스 저장 탱크(2110)로부터 처리 챔버(2104, 2106, 2108)에 직접 공급될 수 있다. 브라운 가스 저장 탱크(2110)에는 릴리프 밸브(2111)가 구비될 수 있다. 릴리프 밸브는 콘테이너 또는 시스템 내의 압력이 불안전한 레벨에 도달하지 못하도록 특정 압력 레벨에서 개방되도록 설정되는 밸브이다. 배관 망(2112)에는 적어도 하나의 체크 밸브(2114)가 구비될 수 있다. 배관 망(2112)은 브라운 가스의 유동을 각각의 처리 챔버(2104, 2106, 2108)로 분할하기 위해 멀티밸브(2116)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 브라운 가스의 유동은 브라운 가스가 배관 망(2118, 2120, 2122)에 의해 각각 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)에 공급되도록 분할될 수 있다. 각각의 배관 망(2118, 2120, 2122)은 적어도 하나의 압력 조 절기(2124, 2132, 2140), 적어도 하나의 제어 밸브(2126, 2134, 2142) 및 적어도 하나의 화염 방지기(2128, 2136, 2144)를 각각 포함할 수 있다. 압력 조절기는 배관에 대해 균일한 출구 가스 압력을 제어 및 유지하기 위해 사용되는 장치이며, 화염 방지기는 개방된 안전 마개를 통한 외부 화염의 "역화"를 방지하는 장치이다. 압력 조절기(2124, 2132, 2140)는 각각 배관 망(118, 2120, 2122)에서의 처리 챔버(2104, 2106, 2108)에 적합한 균일한 출구 브라운 가스 압력을 제어 및 유지한다. 예를 들어, 가스 압력은 약 11인치의 수주(즉, 약 2738 Pa)일 수 있다. The
특히, 브라운 가스는 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)의 버너(2130, 2138, 2146)에 각각 공급된다. 버너(2130, 2138, 2146)는 가스 점화 수단, 화염 형상 및 패턴 제어 수단, 화염 탐지 수단이 구비된 표준 산업용 가스 버너일 수 있다. 버너(2130, 2138, 2146)는 브라운 가스로 작동하며, 모터 작동식 송풍기, 가스 공급 솔레노이드 밸브 및 가스 노즐을 갖는다. 버너(2130, 2138, 2146)는 1200℃ 이상 온도의 화염을 생성하도록 구성된다. 버너(2130, 2138, 2146)는 처리 챔버(2104, 2106, 2108)에 각각 화염을 출사하도록 설치될 수 있다. In particular, brown gas is supplied to the
브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)는 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)에 각각 약 800℃, 1000℃, 1200℃ 온도의 화염을 생성하도록 구성된다. 특히, 일산화탄소(CO), 수소(H2), 메탄(CH4)과 같은 배기 가스 성분의 자동 발화 온도는 약 800℃ 내지 1600℃ 사이에 놓인다. 배기 가 스(2103)의 연소 및 브라운 가스의 보충 연소에 의해 처리 챔버(2104, 2106, 2108)에서 소망의 온도가 달성되면, 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)는 작동을 중지한다. 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)의 온도가 각각 800℃, 1000℃ 및 1200℃ 아래로 떨어지면, 브라운 가스 버너(2103, 2138, 2146)는 브라운 가스의 연소를 시작한다. 처리 공정이 시작되면, 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)는 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108) 내의 노 공간을 각각 가열하기 위해 브라운 가스를 발화시킨다. 브라운 가스의 유량 및 지속시간은 처리 챔버(2104, 2106, 2108)의 각각에서 미리설정된 온도를 달성하도록 제어된다.
제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)는 배기 가스(2103)의 완전 연소를 위해 최소 2초 동안의 체류 시간을 허용하도록 긴 구조물일 수 있다. 대안적으로, 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)의 각각은 처리에 대한 배기 가스(2103)의 노출 시간을 증가시킴으로써 배기 가스(2103)를 보다 완전하게 처리하기 위한 유사하거나 상이한 구조의 둘 이상의 상호연결된 소형 노로 제조될 수 있다. 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108) 중 적어도 하나에는 망상-격자 블록(도시되지 않음)이 추가로 구비될 수 있다. The
망상-격자 블록은 적어도 하나의 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108) 내에서 금속 프레임에 지지될 수 있다. 고투과성의 천공된 망상-격자 블록은 백금, 스틸, 니켈-크롬 합금, 니켈 합금 또는 그 조 합으로 제조될 수 있다. 망상-격자 블록은 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108) 내에서 고온을 얻기 위해 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)에 의해 생산되는 브라운 가스 화염과 활발하게 반응한다. 망상-격자 블록의 셀은 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 예를 들어, 망상-격자 블록의 셀의 형상은 사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있다. 특히, 망상-격자 블록은 유입되는 배기 가스(2103)와의 접촉 및 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 대한 그 노출을 극대화하기 위해 교락된 다층 구조로 구성될 수 있다. The mesh-lattice block may be supported on a metal frame in at least one
망상-격자 블록에 대한, 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)에 의해 생산된 브라운 가스 화염 및 배기 가스 유동의 방향의 방위는, 상호 직교하거나 상호 평행하도록 이루어진다. 망상-격자 블록은 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)에 의해 생산된 브라운 가스 화염과 일직선이도록 배치된다. 배기 가스 방출기(2102), 제 1 처리 챔버(2104) 또는 제 2 처리 챔버(2106)로부터의 배기 가스(2103)는 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 또는 제 3 처리 챔버(2108)를 각각 통과하도록 채널 유동된다. 브라운 가스 버너(2130, 2138, 2146)에 의해 생산된 브라운 가스 화염에 직접 노출되면, 망상-격자 블록은 달아올라서, 유입되는 배기 가스(2103)와 반응할 수 있는 온도를 얻게된다. 이 과정에서, CO, H2 및 기타 기체상 탄화수소 화합물과 같은 배기 가스 성분은 이산화탄소(CO2), 물 및 기타 덜 유해한 가스와 같은 환경에 덜 유해한 형태로 산화된다. 특히, 질소-함유 배기 가 스(2103)는 브라운 가스 내의 수소와 반응하여 질소를 생성하기 전에 원소 성분으로 해리된다. The orientation of the direction of the Brown gas flame and the exhaust gas flow produced by the
각각의 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)로부터의 가열된 배기 가스(2103)의 일부는 후처리 유닛으로 수송될 수 있다. 후처리 유닛은 나중에 자세히 설명될 세정 조립체(2176)일 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버들, 특히 제 3 처리 챔버(2108)로부터의 가열된 배기 가스의 일부는 물 튜브 증기 보일러(2148)로 수송된다. 물은 펌프(2170)에 의해 증기 보일러(2148)로 펌핑된다. 증기 보일러(2148)에서, 물은 제 3 처리 챔버(2108)로부터 증기 보일러(2148)로 수송되는 가열된 배기 가스(2103)에 의해 외부 가열되는 튜브(2150) 내에서 순환한다. 증기 보일러(2148) 내에 포함된 물-충진된 튜브(2150)가 고온의 배기 가스(2103)에 노출됨에 따라, 튜브(2150) 내의 수온이 상승하여 증기(2154)를 생산하고, 이 증기는 다시 증기 보일러(2148) 내의 증기 드럼(2152)으로 상승한다. 증기(2154)는 증기 드럼(2152)의 상부로 유인되고 경우에 따라 과열기(도시되지 않음)에서 더 가열되어 과열 증기를 생성한다. 배기 가스(2103)는 이후 대기 중에 배출 가스(2194)로서 방출되기 전에 처리되도록 후처리 유닛으로 수송된다. 후처리 유닛은 세정 조립체(2176)일 수 있으며, 이에 대해서는 나중에 자세히 설명한다. A portion of the
증기(2154) 또는 과열 증기는 이후 증기 터빈(2156)을 구동하는데 사용된다. 예를 들어, 과열 증기는 250℃ 이상일 수 있다. 증기 터빈(2156)은 1단 또는 다단 증기 터빈일 수 있다. 증기 터빈(2156)은 샤프트(2160)에 의해 전기를 발생하기 위해 발전기(2158)에 연결된다. 증기(154)는 고압 하에 증기 터빈(2156)으로 이송된다. 증기 터빈(2156)은 회전하여 샤프트(2160) 역시 회전하게 만든다. 샤프트(2160)의 회전 결과로서, 발전기(2158)에 포함된 자석도 회전된다. 자석의 주위에는 와이어가 권선된다. 발전기(2158) 내부의 자석이 회전함에 따라, 와이어에는 전류가 발생된다. 발전기(2158)는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 발전기(2158)에 의해 발생된 전기는 이후 전기 그리드(2168)에 전달된다.
증기 터빈(2156)을 통과하는 증기(2154) 또는 과열 증기는 이후 열교환기(2166)로 채널 유동된다. 증기(2154)는 열교환기(2166)에서 냉각되어 물로 응축된다. 응축된 물은 이후 배기 가스(2103)로부터 열을 흡수하여 증기(2154)를 생산하기 위해 펌프(2170)에 의해 증기 보일러(2148)의 튜브(2150) 내로 다시 펌핑된다. 증기 터빈(2156)으로부터의 과열 증기를 냉각하기 위해 열교환기(2166) 내로 유동하는 공급수는 배관 망(2174)에 의해 물 공급원(2172)으로부터 얻어진다. 열교환기(2166) 역시 과잉 과열 증기 또는 과잉 증기(2154)를 냉각시킨다. 증기 터빈(2156)이 그 최대 용량에 도달하고 더 이상 증기(2154) 또는 과열 증기를 받아들일 수 없을 때 증기(2154)는 과잉으로 간주된다. 이것이 발생했을 때, 과잉 증기(2154) 또는 과잉 과열 증기는 바이패스 파이프(2162)를 통해서 열교환기(2166)로 채널 유동된다. 전술했듯이, 과잉 증기(2154) 및 과잉 과열 증기는 열교환기(2166)에서 냉각되고 물로 응축된다. 이 물은 이후 배기 가스(2103)로부터 열을 흡수하여 증기(2154)를 생산하도록 펌프(2170)에 의해 증기 보일러(2148)의 튜브(2150)로 다시 펌핑된다.
증기 보일러(2148), 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및/또는 제 3 처리 챔버(2108)로부터의 배기 가스(2103)는 세정 조립체(2176)로 수송된다. 세정 조립체(2176)는 습식 세정기(2178)와 급냉기(2188)를 포함한다. 증기 보일러(2148), 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및/또는 제 3 처리 챔버(2108)로부터의 배기 가스(103)는 습식 세정기(2178)에서 세정된다. 습식 세정기(2178)는 화학적 습식 세정기일 수 있다. 습식 세정기(2178)는 다수의 상호연결된 챔버를 갖는 인클로저일 수 있다. 각각의 챔버는 습식 세정기(2178)를 통과하는 배기 가스(2103)의 통과를 늦추도록 천공판으로 형성될 수 있다. 습식 세정기(2178)는 서브-미크론 이상 크기의 플라이 애쉬, 먼지 및 미립자가 제거되도록 배기 가스(2103)를 처리한다. 습식 세정기(2178)는 일련의 고압, 유체 분사 노즐(2180)을 가질 수 있다. 예를 들어, 유체는 수산화나트륨 또는 수산화칼슘과 같은 알칼리성 용액일 수 있다. 알칼리성 용액은 산성일 수 있는 배기 가스(2103)를 중화시킨다. 알칼리성 용액은 또한 배기 가스(2103) 내의 큰 미립자와 플라이 애쉬를 씻어내 버린다.
배기 가스(2103)가 습식 세정기(2178)를 통과한 후, 세미-처리된 배기 가스(2103)는 이후 급냉을 위해 급냉기(2188)에서 세정된다. 급냉기(2188)는 대기에서 다이옥신과 푸란이 재형성되는 것을 방지하기 위해 배기 가스(2103)를 배출 가스(2194)로서 방출되기 전에 약 200℃ 내지 300℃의 온도로 급냉시키기 위해 일련의 고용적 물분사 노즐을 갖는다. 급냉은 또한 세미-처리된 배기 가스(2103)의 냄새도 감소시킨다. 급냉기(2188)로의 공급수는 물 공급원(2172)으로부터 얻어진다. 물 공급원(2172)으로부터의 물은 펌프(2192)에 의해 배관 망(2196)을 통해서 급냉기(2188)로 펌핑된다. 세정 조립체(2176)의 기저부에 수집되는 플라이 애쉬 및 큰 미립자를 포함하는 유체(2182)는 펌프(2184)에 의해 습식 세정기(2178)의 분사 노즐(2180)로 다시 재순환되기 전에 필터 시스템을 통과할 수 있다. 일정 간격으로, 세정 조립체(2176)의 기저부에 있는 유체(2182)는 처리 유닛(2186)으로 방출되어 화학 처리될 수 있다. 화학 처리된 유체는 다시 습식 세정기(2178)로 재순환되거나 배수 시스템으로 방출될 수 있다. After the
경우에 따라, 세정 조립체(2176)로부터 방출된 배출 가스(2194)는 대기로 방출되기 전에 추가 처리를 위해 에어 필터 시스템에 연결될 수 있다. 배출 가스(2194)는 또한 포화 수증기를 포함할 수도 있다. 따라서, 배출 가스(2194) 내의 포화 증기를 제거하여 대기 중의 연기 형성을 방지하기 위해 세정 조립체(2176)의 가스 출구에는 증발기가 설치될 수 있다. 추가 옵션으로서, 처리된 배기 가스(2103)는 또한 서브미크론 크기의 미립자를 제거하기 위해 대기로 방출되기 전에 가스 여과 시스템을 통과할 수도 있다. In some cases, the exhaust gas 2194 emitted from the
처리 공정 전체에 걸쳐서, 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)는 처리 챔버(2104, 2106, 2108)로부터 증기 보일러(2148) 및 세정 조립체(2176)로의 배기 가스(2103) 유동을 위해 정확한 통풍이 생성되도록 보장하기 위해 부압으로 유지된다. 예를 들어, 부압은 약 -50 Pa일 수 있다. 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108) 내의 부압은 제 1 처리 챔버(2104), 제 2 처리 챔버(2106) 및 제 3 처리 챔버(2108)의 배기 가스 방출 단부에 또는 세정 조립체(2176)의 배출 단부에 설치되는 흡입 팬을 통해서 달성될 수 있다.Throughout the processing process, the
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