KR20100054672A

KR20100054672A - 소각로 폐열회수 플랜트

Info

Publication number: KR20100054672A
Application number: KR1020080113676A
Authority: KR
Inventors: 박명호; 김용관
Original assignee: (주)엑서지엔지니어링
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-25

Abstract

본 발명은 소각로 폐열회수 플랜트에 관한 것이다. 본 발명은 고압 복수기의 상류측에 복수기를 거친 물을 이용하여 증기를 발생시키거나 별도의 급수장치를 이용하여 증기를 발생시킬 수 있는 감온기를 설치함으로써 플랜트가 정상가동을 할 때 폐열회수 보일러에서 발생되는 증기가 고압 복수기 방향으로 트랩되는 양을 줄일 수 있고 이를 통해 증기사용처로 공급되는 증기의 양을 증가시켜 폐열회수 보일러와 그 폐열회수 보일러를 구비한 소각로 폐열회수 플랜트의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

소각로, 폐열회수, 보일러, 복수기, 감온기, 트랩

Description

소각로 폐열회수 플랜트{WASTE HEAT RECOVERY DEVICE FOR INCINERATOR PLANT}

본 발명은 소각로 폐열회수 플랜트에 관한 것으로, 특히 비상시를 대비하여 사용되는 증기의 사용량을 줄일 수 있는 소각로 폐열회수 플랜트에 관한 것이다.

일반적으로 소각로 폐열회수 플랜트는 소각로에서 발생되는 폐열을 폐열회수보일러를 이용하여 증기를 만들고, 이 증기를 이용하여 증기사용처에 공급하여 전기를 생산하도록 하거나 또는 난방원으로 사용하도록 하는 시스템이다.

이러한 소각로 폐열회수 플랜트는 증기사용처에서 증기를 사용하지 않을 경우에는 상기 폐열회수보일러에서 만들어지는 증기를 물로 응축시켜 폐열회수보일러로 순환시키기 위한 트립계통을 구비하고 있다.

상기와 같은 종래 트립계통에는 고온 고압의 증기를 물로 응축시키기 위한 고압 복수기가 설치되어 있다. 상기 고압 복수기는 증기사용처에서 증기를 사용하는 정상가동시와 증기사용처에서 증기를 사용하지 않는 비상시에 모두 동일한 온도를 유지하여야 한다. 이는 정상가동시의 경우와 비상시에 유입되는 증기의 양이 증가할 경우에도 동일한 온도를 유지하여야만 고압 복수기의 내부 기기들이 온도의 변화로 인하여 발생할 수 있는 고장이나 파손으로부터 보호할 수 있으며 정상적으로 작동될 수 있기 때문이다. 이를 감안하여, 종래의 소각로 폐열회수 플랜트에서는 증기사용처에서 증기를 정상적으로 사용하는 경우에라도 일정량의 증기를 상기 트립계통으로 흘려 보내고 있다.

하지만, 상기 소각로 폐열회수 플랜트가 정상적으로 가동될 때에도 증기의 일부를 트립시키는 것은 상기 폐열회수보일러에서 만들어지는 증기가 불필요하게 사용되는 것으로, 이는, 상기 폐열회수보일러를 포함한 플랜트의 에너지 효율이 저하되는 큰 원인이 된다. 그리고, 이 트립계통의 보호를 위해 지속적으로 버려지는 증기는 상기 폐열회수보일러에서 만든 전체 증기량의 상당한 양에 이른다. 따라서, 플랜트가 정상적으로 작동될 때 상기 트랩계통으로 흘러나가는 증기의 양을 줄일 수 있다면 그만큼 폐열회수보일러와 이를 포함한 플랜트 전체의 에너지 효율이 향상되어 동일한 양의 폐열로 보다 많은 양의 전기를 생산하거나 보다 넓은 면적을 난방할 수 있게 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 소각로 폐열회수 플랜트가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 플랜트가 정상적으로 가동할 때에는 증기사용처로 공급되는 증기가 상기 트랩계통으로 유입되는 양을 줄여 폐열회수 보일러 또는 이를 구비한 플랜트의 에너지 효율을 높일 수 있는 소각로 폐열회수 플랜트를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 열을 발생하는 소각로; 상기 소각로에 연결되어 그 소각로에서 발생되는 열을 이용하여 증기를 발생시키는 폐열회수 보일러; 상기 폐열회수 보일러에 연결되어 그 폐열회수 보일러에서 발생되는 증기를 사용하는 증기사용처; 및 상기 폐열회수 보일러와 증기사용처의 중간 계통에서 분리되어 상기 폐열회수 보일러에 연결되고, 플랜트의 가동상태에 따라 증기의 일부 또는 전체를 열교환시켜 물로 변환시키는 복수기;를 포함하고, 상기 복수기의 상류측에는 증기를 발생시켜 그 증기가 상기 복수기로 유도되도록 하는 증기발생유닛이 설치되는 소각로 폐열회수 플랜트가 제공된다.

본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트는, 상기 고압 복수기의 상류측에 복수기를 거친 물을 이용하여 증기를 발생시키거나 별도의 급수장치를 이용하여 증기를 발생시킬 수 있는 감온기를 설치함으로써 플랜트가 정상가동을 할 때 폐열회수 보일러에서 발생되는 증기가 고압 복수기 방향으로 트랩되는 양을 줄일 수 있고 이를 통해 증기사용처로 공급되는 증기의 양을 증가시켜 폐열회수 보일러와 그 폐열회수 보일러를 구비한 소각로 폐열회수 플랜트의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 소각로 폐열회수 플랜트의 일례를 보인 계통도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 소각로 폐열회수 플랜트는, 생활 쓰레기 또는 별도의 쓰레기 등을 연소시키는 소각로(1)와, 상기 소각로(1)에서 발생한 소각열을 이용하여 증기를 생산하는 폐열회수보일러(2)와, 상기 폐열회수보일러(2)에서 발생된 증기를 사용하는 증기사용처(3)와, 상기 증기사용처(3)에서 증기를 사용하지 않을 경우 또는 증기의 외부 공급이 어려울 경우를 대비하여 증기를 폐열회수보일러(2)로 순환시키기 위한 트립계통(100)이 포함된다.

상기 소각로(1)는 폐열회수보일러(2)와 폐열회수관(11)으로 연결되고, 상기 폐열회수보일러(2)는 그 일측 출구가 상기 증기사용처(3)에 증기공급관(12)으로 연결되는 동시에 그 타측 출구는 연소가스가 배출될 수 있도록 배기가스관(13)으로 굴뚝(4)에 연결된다.

상기 트립계통(100)은 상기 폐열회수보일러(2)와 증기사용처(3)의 사이를 연결하는 증기공급관(12)의 중간에서 분관되는 증기트립관(110)과, 그 증기트립관(110)에 설치되어 증기를 물로 응축시키는 고압 복수기(120)와, 상기 고압 복수 기(120)의 입구측에 설치되어 그 고압 복수기(120)로 유입되는 증기를 적정압력으로 강하시키는 감압밸브(130)와, 상기 감압밸브(130)와 고압 복수기(120)의 사이에 설치되어 증기를 발생시키는 증기발생기(140)가 포함된다. 그리고 상기 고압 복수기(120)의 출구에는 그 고압 복수기(120)에서 응축된 물이 상기 폐열회수 보일러(2)로 회수되도록 하는 응축수 회수관(150)이 연결되고, 상기 응축수 회수관(150)의 중간에는 응축수 속에 함유된 불용성 물질을 제거하기 위한 탈기기(160)가 설치되고, 상기 탈기기(160)의 출구측에는 불용성 물질이 탈기된 응축수를 폐열회수 보일러 방향으로 펌핑하는 급수펌프(170)가 설치된다. 그리고, 상기 증기사용처(3)에서 증기를 소모함에 따라 상기 폐열회수보일러(2)로 유입되는 보일러수가 감소하게 되는데, 이를 보충하기 위한 보충수급수관(210)이 상기 물조절밸브(190)와 탈기기(160) 사이에 연결되고, 이 보충수급수관(210)의 중간에는 급수원으로부터 물을 펌핑하기 위한 보충수펌프(220)가 설치된다.

상기 증기발생기(140)는 밀폐된 공간에 물을 분사시켜 그 물이 상기 감압밸브(130)를 거친 고온의 증기에 의해 증발하면서 수증기가 발생되도록 감온기(感溫期:Desuperheater)(증기발생기와 동일한 도면부호로 표시함)(140)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 감온기(140)에서는 상기 감압밸브(130)에서 강하된 압력의 포화온도까지 감온되며, 상기 고온 복수기(120)를 거치면서 응축된 물을 순환시켜 공급할 수도 있고 별도의 급수장치를 직접 연결하여 필요할 때마다 물을 공급할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트에서 고온 복수기를 거쳐 응 축된 물을 감온기로 순환시켜 공급하는 방식을 도시한 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 고압 복수기(120)와 탈기기(160) 사이의 응축수 회수관(150)에는 응축수 순환관(180))이 분관되어 연결되고, 그 응축수 순환관(180)은 상기 감온기(140)에 연결된다. 그리고 상기 응축수 회수관(150)에서 응축수 순환관(180)이 분관되는 지점에는 물의 유량을 조절하거나 또는 물의 유동방향을 조절할 수 있는 3방밸브로 된 물조절밸브(190)가 설치되고, 상기 트랩계통(100)으로 유입되어 감압밸브(130)를 통해 감압된 증기의 압력 및 감온기(140) 통과 후의 증기 온도를 검출하여 상기 물조절밸브(190)의 열림정도 또는 열림방향을 결정할 수 있도록 상기 감압밸브(130)와 감온기(140) 사이의 증기트랩관(110)에는 압력센서(S1)가, 그리고 상기 감온기(140)와 고온 복수기(120) 사이의 증기트랩관(110)에는 온도센서(S2)가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 응축수 순환관(180)의 입구는 상기 탈기기(130)의 출구측에 연결되는 응축수 회수관(150)에서 분관될 수 있으나, 이 경우 상기 응축수 순환관(150)을 통해 순환되는 물이 감온기(140)에서 증기와 섞이면서 다시 불용성 물질과 혼합되므로 굳이 탈기기(160)를 거치게 하여 불필요하게 탈기시킬 필요가 없다.

그리고 상기 고압 복수기(120)의 상류측에는 감온기(140) 외에 증기를 발생시킬 수 있는 장치이면 일반적으로 알려진 다른 것도 가능하다.

도면중 미설명 부호인 14는 증기트랩밸브이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 도 2에서와 같이 플랜트가 정상적으로 가동되는 경우에는, 상기 소각로(1)에서 생활 쓰레기 등을 소각하면서 배기가스가 발생하게 되고, 이 배기가스는 폐열회수관(11)을 통해 상기 폐열회수 보일러(2)로 이송되어 증기를 발생시키며, 이 증기는 상기 증기공급관(12)을 통해 대부분이 증기사용처(3)로 공급되어 전기를 발생시키거나 또는 건물을 난방시키게 된다.

그리고 상기 증기공급관(12)으로 흐르는 증기의 일부는 상기 증기트랩관(110)으로 유입되고, 이 증기트랩관(110)으로 유입되는 고압의 증기는 상기 감압밸브(130)에 의해 일정 압력으로 감압된 상태로 상기 감온기(140)를 거쳐 상기 고압 복수기(120)로 유입되며, 이 고압 복수기(120)에서 응축되어 상기 응축수회수관(150)을 통해 물 상태로 상기 탈기기(160)에 유입되고, 그 탈기기(160)에서 불용성 물질이 제거되어 상기 급수펌프(170)에 의해 상기 폐열회수 보일러(2)로 회수된다. 그리고 상기 폐열회수 보일러(2)에서 폐열에 의해 증발되어 증기상태로 다시 증기공급관(12)으로 순환되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 상기 고온 복수기(120)에서 응축된 물의 일부 또는 전체가 상기 응축수 조절밸브(190)를 통해 응축수 순환관(180)으로 유입되고, 이 응축수 순환관(180)으로 유입되는 물은 상기 감온기(140)로 유입되어 증발하면서 증기를 만들어 상기 고압 복수기(120)로 재공급된다. 즉, 상기 증기공급관(12)에서 증기트랩관(100)으로 유입되는 증기는 감압밸브(130)를 통해 증기의 압력이 감압되고 해당압력의 포화온도로부터 양의 방향으로 떨어진 정도를 나타내는 증기의 과열도는 증가하게 된다. 상기 감압밸브(130)를 통과한 고온의 증기는 상기 감온기(140)로 유 입되고 상기 응축수 순환관(180)을 통해 분무되는 물을 증발시켜 해당압력의 포화온도까지 낮아지게 된다. 따라서, 고압 복수기(120)은 항상 해당압력의 포화온도를 유지할수 있게 된다.

이때, 상기 감온기(140)의 입구측에 설치되는 압력센서(S1) 및 출구측에 설치되는 온도센서(S2)로 상기 감온기(140)로 유입되는 증기의 압력과 감온기(140)에서 유출되는 증기의 온도를 검출하여, 증기의 과열도에 따라 도시되지 않은 별도의 제어장치에 의해 상기 응축수 조절밸브(190)의 열림정도 또는 열림방향이 제어될 수 있게 한다.

그리고, 상기 증기공급관(12)을 통해 증기가 증기사용처(3)로 공급되어 소모되고 상기 고압 복수기(120)를 통과한 응축수의 일부가 다시 상기 감온기(140)로 안내되어 소모됨에 따라 상기 보충수펌프(220)가 작동하여 급수원으로부터 물을 응축수 회수관(150)으로 공급하게 된다. 이 물은 상기 고압 복수기(120)에서 응축된 응축수와 합쳐져 폐열회수 보일러(2)의 보일러수로 공급된다.

한편, 상기 증기사용처(3)에서 증기를 사용하지 않는 상황, 즉 비상시에는 도 3에서와 같이, 상기 증기트랩밸브(14)가 증기트랩관(100) 방향으로만 열려 상기 증기공급관(12)을 흐르는 증기 전체가 상기 증기트랩관(110)을 통해 고압 복수기 방향으로 이동하도록 한다. 이 경우에는 상기 증기트랩관(110)을 흐르는 증기의 양이 급격히 늘어나게 되므로 상기 감온기(140)로부터 유출되는 과열도는 점점 증가하게 된다. 이를 상기 압력센서(S1)와 온도센서(S2)가 감지하여 도시되지 않은 제어장치로 전달하면 상기 제어장치에서는 증가하는 과열도에 비례하여 상기 응축수 조절밸브(190)의 개도 또는 열림방향을 조절함으로써 상기 고압 복수기(120)에서 응축된 물 중에서 응축수 순환관 방향으로 흐르는 물이 증가하게 된다.

이렇게 하여, 상기 소각로 폐열회수 플랜트가 정상가동을 할 때에는 상기 폐열회수 보일러에서 발생되는 증기가 고압 복수기 방향으로 트랩되는 양을 줄일 수 있어 상기 증기사용처로 공급되는 증기의 양이 그만큼 증가하게 되고, 이로 인해 상기 폐열회수 보일러의 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그 폐열회수 보일러를 구비한 소각로 폐열회수 플랜트의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 실제, 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트를 시뮬레이션으로 확인한 결과 종래와 같이 고압 복수기의 상류측에 감온기와 같은 증기발생기를 설치하는 않은 경우에 비해 대략 2/3 정도의 증기 사용량이 감소하는 효과를 얻을 수 있었다. 즉, 종래에는 트랩계통으로 소모되는 증기의 양이 약 15t/h 정도였으나 본 발명과 같이 감온기를 설치하는 경우에는 트랩계통으로 소모되는 증기의 양이 약 5t/h 정도로 현저하게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 고압 복수기에서 응축된 물을 감온기로 순환시켜 증기를 발생시킬 수 있도록 상기 응축수 회수관에 응축수 회수관을 분관하여 감온기에 연결하는 것이었으나, 본 실시예는 별도의 급수장치를 이용하여 상기 감온기에 직접 물을 공급하는 것이다.

예컨대, 도 4에서와 같이, 상기 보충수관(210)의 중간에서 분관되는 급수 관(230)을 상기 감온기(140)의 일측에 연결하고, 그 급수관(230)이 분관되는 지점에 보충수의 방향 또는 공급량을 조절할 수 있도록 급수조절밸브(240)가 설치될 수 있다. 상기 보충수펌프(220)는 트랩계통(100)으로 유입되어는 감압밸브(130)를 통해 감압된 증기의 압력 및 감온기(140) 통과 후의 증기 온도를 검출하여 그 작동여부가 제어될 수 있도록 상기 압력센서(S1)와 온도센서(S2)에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 소각로 폐열회수 플랜트의 기본적인 구성 및 이에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서는 상기 감온기에 물을 공급하기 위한 급수장치가 별도로 설치됨에 따라 비상시에 증기를 트랩하기 위한 제어가 간소화될 수 있어 트랩공정이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 소각로 폐열회수 플랜트는, 각종 연료를 사용하는 모든 열병합 및 산업체 발전 플랜트 계통에 적용되어질 수 있다.

도 1은 본 발명 소각로 폐열회수 플랜트의 일례를 보인 계통도,

도 2는 도 1에 따른 플랜트의 트랩계통에서 정상가동시 증기의 흐름을 보인 계통도,

도 3은 도 1에 따른 플랜트의 트랩계통에서 비상시 증기의 흐름을 보인 계통도,

도 4는 도 1에 따른 소각로 폐열회수 플랜트의 다른 실시예를 보인 계통도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 소각로 2 : 폐열회수 보일러

3 : 증기사용처 11 : 폐열회수관

12 : 증기공급관 14 : 트랩조절밸브

100 : 트랩계통 110 : 증기트랩관

120 : 고압 복수기 130 : 감압밸브

140 : 감온기(증기발생기) 150 : 응축수 회수관

160 : 탈기기 170 : 급수펌프

180 : 응축수 순환관 190 : 응축수 조절밸브

210 : 보충수관 220 : 보충수펌프

230 : 급수관 240 : 급수밸브

S1 : 압력센서 S2 : 온도센서

Claims

열을 발생하는 소각로;

상기 소각로에 연결되어 그 소각로에서 발생되는 열을 이용하여 증기를 발생시키는 폐열회수 보일러;

상기 폐열회수 보일러에 연결되어 그 폐열회수 보일러에서 발생되는 증기를 사용하는 증기사용처; 및

상기 폐열회수 보일러와 증기사용처의 중간 계통에서 분리되어 상기 폐열회수 보일러에 연결되고, 플랜트의 가동상태에 따라 증기의 일부 또는 전체를 열교환시켜 물로 변환시키는 복수기;를 포함하고,

상기 복수기의 상류측에는 증기를 발생시켜 그 증기가 상기 복수기로 유도되도록 하는 증기발생유닛이 설치되는 소각로 폐열회수 플랜트.
제1항에 있어서,

상기 증기발생유닛은 상기 복수기의 상류측에 설치되는 감압밸브 및 감온기와, 상기 복수기의 출구측에서 분관되어 상기 감온기에 연통되고 상기 복수기를 거쳐 응축된 물의 일부를 상기 감온기로 유도하는 응축수 순환관과, 상기 응축수 순환관으로 유입되는 물의 양을 조절하는 응축수 조절밸브를 포함하는 소각로 폐열회수 플랜트.
제1항에 있어서,

상기 증기발생유닛은 상기 복수기의 상류측에 설치되는 감압밸브 및 감온기와, 상기 감온기에 연결되어 별도의 급수원에서 물이 감온기로 안내하는 급수관과, 상기 급수관으로 안내되는 물의 양을 조절하는 급수조절수단을 포함한 소각로 폐열회수 플랜트.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 감온기의 입구측에는 그 감온기로 유입되는 증기의 압력을 검출하기 위한 압력센서가 설치되고, 상기 감온기의 출구측에는 그 감온기를 통과한 증기의 온도를 검출하기 위한 온도센서가 설치되며, 상기 압력센서와 온도센서를 이용하여 상기 감온기로 공급될 물의 양이 조절되도록 하는 소각로 폐열회수 플랜트.