KR20110001185A - 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기 및 이를 이용한 열교환방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기 및 이를 이용한 열교환방법에 관한 것으로, 그 목적은 연소장치로부터 배출되는 수증기를 포함한 중저온의 배가스로부터 배가스의 현열과 응축 잠열을 동시에 회수하면서도 배가스내의 분진을 저감하고, 또한 SOx 등의 유해 가스를 저감하는 배가스측의 압력손실이 비교적 낮은 배가스 오염저감형 열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 고온 배가스가 유입되는 고온 배가스 유입 배관(1)과; 배가스 유입 배관(1)의 유로상에 설치되어 냉수가 유입되어 배출되도록 구성된 전열관 배열부(3)와; 전열관 배열부(3) 전단부에 설치되어 전열관 배열부(3)에 물을 분사하는 물분사 노즐(2)과; 물분사 노즐(2)에서 분사된 물이 배출되는 물배출관(9)과; 물배출관(9)으로 배출된 물을 저장하는 물탱크(8)와; 열교환된 배가스가 배출되는 배가스 배출 배관(4)으로 구성된 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기와 이를 이용한 열교환방법을 특징으로 한다.

물분사, 연소 배가스, 응축열회수, 오염물질 제거, 자체 청소, 낮은 압력손실

Description

연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기 및 이를 이용한 열교환방법{A water-spray-bed heat exchanger for condensing heat recovery of combustion gases and heat exchanging method using thereof}

본 발명은 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기 및 이를 이용한 열교환방법에 관한 것으로, 자세하게는 중저온 연소배가스의 폐열회수를 위한 물분사를 사용한 응축형 열교환기로 연소장치로부터 배출되는 수증기를 함유한 중저온의 배가스로부터 현열과 잠열을 동시에 회수하기 위하여 전열관 배열을 설치하고, 전열관 배열의 배가스 유로의 전단에 물을 분사하여 배가스의 열을 흡수하고, 분사된 물을 전열관 배열에 충돌시켜 전열효율을 크게 증대시켜 전열관 배열 내의 냉수를 가열하여 폐열을 회수하고 동시에 배가스내의 오염물질을 제거하는 고효율 응축형 열교환기 및 열교환방법에 관한 것이다.

일반적으로 연소장치로부터 배출되는 배가스의 열회수용 열교환기를 보면, 부식성 배가스의 경우, 전열관에서 저온부식의 문제가 발생한다. 그리고 가스의 경우, 열전달계수가 낮아서 열교환기의 전열성능이 비교적 낮다.

그리고 물분사형 열회수장치의 경우, 충전탑 등의 배가스 유로에 물을 분사하여 배가스의 폐열을 직접접촉식으로 회수하고, 이러한 폐온수를 물펌프를 사용하여 별도의 2차 물-물 열교환기에 공급하여 냉수를 가열한다. 이 경우, 충전탑 등의 파울링 현상이 발생할 수 있으며, 2차의 별도 열교환기를 사용하므로서 열교환기의 파울링 및 오염문제가 발생할 수 있다.

그리고 물유동층 열교환기의 경우, 배가스의 유로에 전열관 배열을 설치하고 전열관 배열의 하부에 다공판을 설치하여 다공판의 상부의 전열관 배열에 물유동층을 형성하여 배가스의 폐열을 회수하고, 동시에 배가스 내의 오염물질을 저감할 수 있다. 그러나, 물유동층 열교환기의 배가스측 압력손실이 비교적 크다는 단점이 있다.

따라서 일반적으로 중저온의 연소 배가스의 응축잠열을 포함한 폐열을 회수하는 열교환기의 경우, 부식성 배가스의 경우, 저온 부식과 파울링의 문제가 발생한다. 그리고 물유동층 열교환기의 경우, 배가스측 압력손실이 과대하여 경제성이 비교적 우수하지 못하다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연소장치로부터 배출되는 배가스의 폐열을 회수하면서 동시에 배가스의 오염물질을 처리하고, 배가스측의 압력손실을 낮게 유지하는 전열관 배열의 전단에서의 물분사를 이용한 응축형 열교환기 및 열교환방법을 제공하는 데 있다.

구제적인 본 발명의 목적은 연소장치의 배가스에 물분사층 열교환기를 적용하여 온수를 생산하면서 연소배가스의 폐열을 회수하는 열교환기 및 열교환방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 물분사층에서 HCl 및 SOx 등을 제거하여 연소 배가스 내의 산성가스 및 분진 등의 오염물질을 1차적으로 제거하는 동시에 저온부식의 문제를 해결할 수 있는 열교환기 및 열교환방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연소 배가스의 응축 잠열을 회수하면서, 기존의 일반적인 열교환기를 사용하는 경우에 비하여 배가스 측의 압력손실을 비교적 낮게 유지할 수 있는 열교환기 및 열교환방법를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 고온 배가스가 유입되는 고온 배가스 유입 배관과;

배가스 유입 배관의 유로상에 설치되어 냉수가 유입되어 배출되도록 구성된 전열관 배열부와;

전열관 배열부 전단부에 설치되어 전열관 배열부에 물을 분사하는 물분사 노즐과;

물분사 노즐에서 분사된 물이 배출되는 물배출관과;

물배출관으로 배출된 물을 저장하는 물탱크와;

열교환된 배가스가 배출되는 배가스 배출 배관으로 구성된 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 제공함으로써 달성된다.

상기 물탱크는 저장된 물을 물분사 노즐로 공급하는 물펌프를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 고온 배가스 유입 배관은 배가스의 진행방향으로 하향되게 설치하여 물이 자중에 의해 분리되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 배가스 배출 배관은 배가스의 진행방향으로 상향되게 설치하여 물이 자중에 의해 분리되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 전열관 배열부는 일측에 형성된 냉수유입구 및 타측에 형성된 온수배출구가 배가스 유입 배관과 배가스 유출이 없도록 밀봉처리되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 다른 실시형태로 상기 물분사층 열교환기를 구비하여, 고온 배가스의 유로에 전열관 배열을 설치하고, 전열관 배열의 전단에 물을 분사하여 유입되는 배가스의 열을 물로 회수하여, 배가스와 물로 이루어진 고온의 혼합유체로 변환후, 전열관 배열에 충돌시켜 전열효율을 증대시키면서 전열관 내의 냉수를 가열시켜 배가스의 현열과 잠열을 회수하면서 열교환하는 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 이용한 열교환방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 혼합유체는 전열관 배열의 전열면이 자동적으로 청소되면서 열교환 하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합유체는 배가스 내의 분진과 산성 가스 등의 오염물질을 1차적으로 제거하는 동시에 저온부식을 예방하면서 열교환 하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합유체는 배가스측 압력손실을 낮게 유지하면서 열교환 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 연소 배가스에 물분사층 열교환기를 적용하여 온수를 생산하여 연 소 배가스의 폐열을 회수할 수 있다는 장점과,

물분사층에서 분진, HCl 및 SOx 등을 제거하여 배가스 내의 산성가스를 포함한 오염물질을 1차적으로 제거하는 동시에 산성가스의 농축을 막아 저온부식의 문제점을 해결할 수 있다는 장점과,

수증기를 함유한 연소 배가스와 분사된 물방울과 직접접촉시키고, 전열관 배열에 물을 분사하여 열전달 효율을 증대시킬 수 있다는 장점과,

전열관 배열에 물을 분사하여 전열관 배열의 전열면의 자동적인 청소가 가능하다는 장점과,

기존의 열교환기에 비하여 배가스측 압력손실을 낮게 유지할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 고온 배가스의 전열관 배열에 물분사를 이용한 물분사층 열교환기를 보인 개념도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기의 입구에 고온 배가스 유입 배 관(1)을 형성한다.

또한 배가스 유입 배관(1)이 이루는 유로의 중간부에 열교환을 위한 전열관 배열부(3)를 설치한다. 도면상 단면 도시에 따라 다수개의 원만 도시되어 있지만 각각의 원은 이웃하는 원과 연결되는 유로를 이루도록 배열되어 연결된 구성이다.그리고 전열관 배열부(3)의 전단부에는 물분사 노즐(2)을 설치하여 배가스 유입 배관(1)의 내부 유로에 물을 분사하도록 구성한다. 이에 따라 유입되는 고온 배가스와 물이 직접 접촉하면서 급속하게 열평형을 이루게 된다.

이후 온도가 상승된 물과 고온 배가스의 혼합유체가 다수의 전열관이 배열되어 연결된 전열관 배열부(3)의 전열면에 충돌하여 전열관 배열부(3) 내로 흐르는 냉수를 가열한다. 따라서 배가스 유입 배관(1) 일측을 관통한 냉수유입구(5)를 통해 전열관 배열부(3)를 순환하여 배가스 유입 배관(1)의 타측을 관통한 온수배출구(6)로 배출되는 경로를 가지는 냉수는 가열되어 고온의 온수로 열교환하게 된다. 이때 배가스 유입 배관(1)과 전열관 배열부(3)의 일측 냉수유입구(5) 및 타측 온수배출구(6)는 배가스 유출이 없도록 밀봉처리되어 구성된다.

이러한 고온 배가스와 물의 혼합유체와 전열관의 충돌로 전열성능이 크게 증가하며 또한 전열관 배열부 표면의 청소 효과가 매우 크게 나타난다. 그리고 전열관 배열부(3)의 전단에서 물을 분사함으로써 배가스 내의 분진과 산성 가스를 제거한다.

한편, 배가스와 물의 혼합유체는 다수개의 전열관이 하나의 유로로 연결되도록 배열된 전열관 배열부(3)를 통과하면서 냉각되고, 이러한 혼합유체의 물은 자중 에 의하여 분리되어 배가스 유입 배관(1)의 하부에 있는 물배출관(9)을 통과하여 물탱크(8)로 유입된다. 여기서 고온 배가스 유입 배관(1)은 바람직하게는 배가스의 진행방향으로 하향되게 설치하여 자중에 의해 물이 물배출관(9)을 통해 분리가 쉽도록 구성한다.

그리고 혼합유체 중의 배가스는 배가스 배출 배관(4)을 통하여 열교환기 밖으로 배출된다. 여기서 배가스 배출 배관(4)은 바람직하게는 배가스의 진행방향으로 상향되게 설치하여 물의 배출이 일어나지 않고 자중에 의해 물이 물배출관(9)을 통해 분리가 쉽도록 구성한다.

한편, 물탱크(8)에 저장된 물은 물펌프(7)에 의하여 물분사 노즐(2)로 다시 공급되어 계속 순환하게 된다.

상기 물분사층 열교환기의 구성에서 전열관 배열부(3)의 전단에서 물을 배가스의 흐름방향으로 분사하므로서 전열관에서의 배가스 측 압력손실을 매우 작게 유지할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 보인 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 배가스 유입 배관 (2) : 물분사 노즐

(3) : 전열관 배열부 (4) : 배가스 배출 배관

(5) : 냉수유입구 (6) : 온수배출구

(7) : 물펌프 (8) : 물탱크

(9) : 물배출관

Claims (9)

1. 고온 배가스가 유입되는 고온 배가스 유입 배관(1)과;

   배가스 유입 배관(1)의 유로상에 설치되어 냉수가 유입되어 배출되도록 구성된 전열관 배열부(3)와;

   전열관 배열부(3) 전단부에 설치되어 전열관 배열부(3)에 물을 분사하는 물분사 노즐(2)과;

   물분사 노즐(2)에서 분사된 물이 배출되는 물배출관(9)과;

   물배출관(9)으로 배출된 물을 저장하는 물탱크(8)와;

   열교환된 배가스가 배출되는 배가스 배출 배관(4)으로 구성된 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 물탱크(8)는 저장된 물을 물분사 노즐(2)로 공급하는 물펌프(7)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 고온 배가스 유입 배관(1)은 배가스의 진행방향으로 하향되게 설치하여 물이 자중에 의해 분리되도록 구성한 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 배가스 배출 배관(4)은 배가스의 진행방향으로 상향되게 설치하여 물이 자중에 의해 분리되도록 구성한 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 전열관 배열부(3)는 일측에 형성된 냉수유입구(5) 및 타측에 형성된 온수배출구(6)가 배가스 유입 배관(1)과 배가스 유출이 없도록 밀봉처리되어 구성된 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기.
6. 청구항 1 내지 5중 어느 한항에 따른 물분사층 열교환기를 구비하여, 고온 배가스의 유로에 전열관 배열을 설치하고, 전열관 배열의 전단에 물을 분사하여 유입되는 배가스의 열을 물로 회수하여, 배가스와 물로 이루어진 고온의 혼합유체 로 변환후, 전열관 배열에 충돌시켜 전열효율을 증대시키면서 전열관 내의 냉수를 가열시켜 배가스의 현열과 잠열을 회수하면서 열교환하는 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 이용한 열교환방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 혼합유체는 전열관 배열의 전열면이 자동적으로 청소되면서 열교환 하는 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 이용한 열교환방법.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 혼합유체는 배가스 내의 분진과 산성 가스 등의 오염물질을 1차적으로 제거하는 동시에 저온부식을 예방하면서 열교환 하는 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 이용한 열교환방법.
9. 청구항 6에 있어서,

   상기 혼합유체는 배가스측 압력손실을 낮게 유지하면서 열교환 하는 것을 특징으로 하는 연소배가스의 응축열회수형 물분사층 열교환기를 이용한 열교환방법.

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