KR20120127770A - 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기에 대한 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴효율 및 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있도록 한 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연소로내 설치된 온도측정센서 및 HF 측정센서의 측정값을 통해 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴를 위한 최적의 연소로 운전조건을 유지할 수 있도록 함으로써, 냉매 파괴효율 99.99% 이상을 달성하는 동시에 HF에 의한 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법{Device and method for automatically controlling charging mass of refrigerants}
본 발명은 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기에 대한 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴효율 및 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있도록 한 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 국내에서 수집 및 회수 또는 폐기과정에서 발생하는 폐냉매는 적절한 처리없이 대기중으로 방출되고 있으며, 주로 발생되는 폐냉매는 오존층 파괴물질인CFC와 지구온난화물질인 HFC가 대표적이다.
국내의 경우, 자동차, 가정용, 업무용에서 발생하는 위와 같은 폐냉매를 안정적으로 처리 또는 파괴하는 시설이 전무한 상태에 있지만, 일본, 미국 등의 선진국은 로터리킬른, 시멘트킬른, 가스화 용융로 등의 기존 폐기물 처리시설을 활용하여 냉매를 파괴하고 있다.
첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 폐기물 처리시설은 850℃ 이상의 1차 연소로 및 2차 연소로, 후처리설비, 배기가스 배출 굴뚝으로 구성되어 있다.
생활/산업 폐기물, 하수슬러지, 폐유 등의 액상/고체 폐기물은 1차 연소로에서 건조, 열분해, 연소과정을 거친 다음, 미연소된 성분은 2차 연소로에서 완전 연소되며, 연소된 배기가스는 후처리설비에서 HF, HCl 등의 오염물질이 제거된 후 굴뚝을 통해 대기로 배출된다.
이때, 폐냉매는 1차 연소로에 투입된 후 액상/고체 폐기물의 처리과정에서 형성된 1차 및 2차 연소로의 고온 분위기에서 파괴된다.
상기 냉매파괴 즉, CFC, HFC 등의 냉매 분해반응은 아래와 같이 수증기와의 고온 반응에 의해 진행되는 바, 이러한 고온 분해반응 조건은 기존 폐기물 처리시설에서 충분히 형성되므로, 폐기물의 처리과정에서 발생되는 자체열원으로도 냉매파괴가 가능하며, 구체적으로는 외부적인 열원을 추가함 없이 폐냉매가 99.99% 이상 파괴된다.
* CFC-12의 분해반응: CCl2F2 + 2H2O → 2HCl+ 2HF + CO2
* HFC-134a의 분해반응: C2H2F4 + 4H20 → 4HF + 3H2 + 2CO2
한편, 냉매파괴 가이드라인에 의하면, 냉매 파괴효율은 99,99% 이상으로 만족해야 하며, 냉매 파괴효율을 달성하기 위해서는 연소로 온도가 850℃ 이상 및 체류시간이 2초 이상이 필수적이다.
또한, 일본특허 공개공보 평8-224441에 의하면, 냉매파괴시 발생하는 강산물질인 HF로 인한 연소로 내부 부식 및 백필터 부식 방지를 위해, 연소로 배기가스내 HF 양이 1,000mg/㎥ 이하가 되도록 운전조건 설정이 필요하다고 개시하고 있다.
기존 폐기물 처리시설은 폐유, 폐액, 슬러지, 고상 폐기물 등의 종류 및 형상이 다양하고, 폐기물별로 발열량 변동이 다양함에 따라, 급격한 성상 및 폐기물 주입 불안정은 연소 온도, HF 농도 등의 연소 운전조건으로부터 일탈하는 경우가 있고, 그리고 냉매의 흡열 반응으로 인해 온도가 850℃ 이하로 하락하여, 파괴효율 99.99%를 미달할 수 있다.
또한, 상기 HF가 2,000mg/㎥ 를 초과하는 경우, 연소로 부식을 일으키며, 이러한 HF 부식을 방지하기 위해 연소로 및 백필터 내부에 HF 내부식성 재료 사용시 설비 업그레이드에 따른 과다한 비용(100만 달러 이상)이 드는 문제점이 있고, 또한 기존 폐기물 처리시설의 경우, 냉매 주입량을 수동으로 조절하여 연소로 운전조건에 따른 주입량의 실시간 조정이 불가능하여, 파괴효율 저하 및 HF로 인한 반응기 부식 등이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 연소로내 설치된 온도측정센서 및 HF 측정센서의 측정값을 통해 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴를 위한 최적의 연소로 운전조건을 유지할 수 있도록 함으로써, 냉매 파괴효율 99.99% 이상을 달성하는 동시에 HF에 의한 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 냉매주입장치로부터 공급된 냉매를 연소시켜 파괴하는 1차 연소로 및 2차 연소로를 포함하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치에 있어서, 상기 냉매주입장치와 1차 연소로 사이에 설치되어 냉매 공급 유량을 조절하는 유량조절장치와; 상기 유량조절장치와 1차 연소로 사이에 설치되어 냉매 공급을 차단 및 허용하는 온/오프 밸브와; 상기 2차 연소로에 설치되어, 2차 연소로의 온도를 측정하는 온도측정센서 및 2차 연소로내의 HF 함량을 측정하는 HF 측정센서와; 상기 온도측정센서 및 HF 측정센서의 측정 신호를 수신하여, 유량조절장치 및 온/오프 밸브를 제어하는 중앙제어장치; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 2차 연소로의 후단부에 장착된 온도측정센서에서 측정한 2차 연소로내의 온도를 기반으로, 중앙제어장치에서 온/오프 밸브를 온 또는 오프 제어하여, 냉매주입장치로부터의 냉매가 연소로에 주입되는 것을 허용 또는 차단하는 단계와; 2차 연소로의 후단부에 장착된 HF 측정센서에서 측정한 HF 농도 측정신호를 기반으로, 중앙제어장치에서 유량조절장치의 개폐 열림량을 제어하여, 냉매주입장치로부터의 냉매 주입량이 조절되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 2차 연소로에 온도측정센서 및 HF 측정센서를 설치하여, 그 측정 데이터값을 이용하여 각 연소로에 주입되는 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴를 위한 최적의 연소로 운전조건을 유지할 수 있도록 함으로써, 850℃ 이상의 연소 온도에서만 냉매가 연소로에 주입되어, 99.99% 이상의 파괴효율을 얻을 수 있고, 또한 HF 측정센서를 통한 실시간 제어로 HF로 인한 반응기 부식을 방지할 수 있다.
또한, 냉매 파괴를 위한 별도의 전용처리설비가 필요 없으며, 생활폐기물, 산업폐기물, 슬러지 등의 액상/고체 폐기물의 처리시설에 냉매를 동시 주입하여 파괴 처리 가능한 장점이 있다.
또한, 기존에는 연소 온도 저하, HF 부식 우려로 냉매 주입량을 1% 미만으로 최소화하여 수동으로 제어하였으나, 본 발명은 실시간 자동 제어로 냉매주입량 증대가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치를 나타내는 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치의 작동 흐름을 설명하는 제어 구성도,
도 4는 종래의 냉매 파괴 시스템을 나타내는 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 냉매 파괴효율 99.99% 이상을 달성하는 동시에 HF에 의한 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있도록 냉매 파괴 시스템에 냉매 주입 자동 제어 장치가 설치된 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 폐기물 처리 설비로서 1차 연소로(12) 및 2차 연소로(14)를 포함하고, 1차 연소로(12)에는 냉매주입장치(10)가 별도로 연결된다.
본 발명에 따르면, 상기 냉매주입장치(10)와 1차 연소로(12) 사이에 냉매 공급 유량을 조절하는 유량조절장치(16)가 장착되고, 또한 유량조절장치(16)와 1차 연소로(12) 사이에 냉매 공급을 차단 및 허용하는 온/오프 밸브(18)가 장착된다.
특히, 상기 2차 연소로(14)의 후단부 즉, 배기가스가 배출되는 출구인 2차 연소로(14)의 후단부에 2차 연소로(14)내의 연소온도를 측정하는 온도측정센서(20) 및 2차 연소로(14)내의 HF 함량을 측정하는 HF 측정센서(22)가 나란히 장착된다.
이때, 상기 온도측정센서(20) 및 HF 측정센서(22)의 출력단에는 중앙제어장치(24)가 연결되며, 이 중앙제어장치(24)는 온도측정센서(20) 및 HF 측정센서(22)의 측정신호를 수신하여 냉매주입 유량을 조절하기 위한 유량조절장치(16) 및 온/오프 밸브(18)를 제어하는 역할을 한다.
보다 상세하게는, 상기 온도측정센서(20)의 측정신호를 기반으로 중앙제어장치(24)에서 온/오프 밸브(18)를 온 또는 오프 제어하여 냉매의 주입 또는 차단이 이루어지고, 상기 HF 측정센서(22)의 측정신호를 기반으로 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 유량제어 작동량을 조절하여 냉매 주입량의 조절이 이루어진다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 생활/산업 폐기물, 하수슬러지, 폐유 등의 액상/고체 폐기물이 연소를 위한 공기와 함께 1차 연소로(12)에 공급되어 건조, 열분해, 연소과정을 거치게 되는 바, 이와 동시에 냉매주입장치(10)를 통하여 폐냉매가 1차 및 2차 연소로(12,14)에 차례로 주입되어 1차 및 2차 연소로(12,14)의 고온 분위기에서 파괴된다.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 2차 연소로(14)의 후단부에 장착된 온도측정센서(20)에서 2차 연소로내의 온도를 측정하여, 그 측정 데이터를 중앙제어장치(24)로 보내게 되면, 중앙제어장치(24)는 연소로 온도의 시간 평균값, 시간변화 예측 연산값 등을 이용하여, 2차 연소로(14)의 온도가 적정 조건이면 온/오프 밸브(18)를 온시켜서, 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 1차 및 2차 연소로에 순차 공급되도록 한다.
바람직하게는, 상기 냉매 파괴효율을 달성하기 위한 가이드라인 온도로서 온도측정센서(20)에서 측정된 2차 연소로(14)의 온도가 850℃ 이상이면, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 중앙제어장치(24)의 제어에 의거 온/오프 밸브(18)가 열려서(ON), 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 1차 및 2차 연소로에 순차적으로 공급되는 동시에 상기한 냉매 분해반응에 의하여 용이하게 파괴된다.
한편, 각 연소로에 투입되는 폐기물내 난연성 액상/고체 폐기물 함량이 급격하게 증가하는 경우, 2차 연소로(14)의 온도가 850℃ 미만으로 하락하여 냉매의 미분해가 일어날 수 있다.
이에, 상기 온도측정센서(20)에서 측정된 2차 연소로(14)의 온도가 850℃ 미만이면, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 중앙제어장치(24)의 제어에 의거 온/오프 밸브(18)가 닫혀서(OFF), 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 1차 연소로(12)로 들어가는 것이 차단됨으로써, 냉매 주입이 억제됨에 따른 2차 연소로(14)의 온도가 850℃까지 재상승하게 된다.
물론, 2차 연소로(14)의 온도가 850℃까지 재상승하게 되면, 온/오프 밸브(18)가 다시 열려서(ON), 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 1차 및 2차 연소로에 순차적으로 공급되면서 파괴되는 과정이 반복된다.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 2차 연소로(14)의 후단부에는 2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도를 검출하는 수단인 HF 측정센서(22)가 장착되어 있는 바, 이 HF 측정센서(22)로부터 출력되는 측정 데이터를 이용하여 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 제어하여 냉매주입장치(10)로부터의 냉매 주입량이 조절될 수 있도록 한다.
이때, 상기 중앙제어장치(24)는 HF 측정센서(22)에서 측정한 신호를 기반으로, HF 농도의 시간 평균값, 시간변화 예측 연산값 등을 연산하여, 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 조절하는 역할을 한다.
바람직하게는, 상기 2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도를 HF 측정센서(22)에서 측정한 결과, 반응기 부식 방지가 가능한 HF 농도인 1,000mg/㎥ 이하로 측정된 경우, 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 증가시키는 제어를 함으로써, 1차 연소로(12) 및 2차 연소로(14)로 공급되는 냉매 주입량이 증가되도록 한다.
반면, 상기 2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도를 HF 측정센서(22)에서 측정한 결과, 2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도가 1,000mg/㎥ 를 초과한 경우, 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 감소시키는 제어를 함으로써, 1차 연소로(12) 및 2차 연소로(14)로 공급되는 냉매 주입량이 감소되도록 한다.
바람직하게는, 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 감소시켜서, 1차 연소로(12) 및 2차 연소로(14)로 공급되는 냉매 주입량을 감소시키되, HF 농도가 1,000mg/㎥ 이하로 떨어질 때까지 감소시켜서 HF에 의한 반응기 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 2차 연소로내 설치된 온도측정센서 및 HF 측정센서의 측정값을 통해 냉매 주입량을 자동 조절하여 냉매 파괴를 위한 최적의 연소로 운전조건을 유지할 수 있도록 함으로써, 냉매 파괴효율 99.99% 이상을 달성하는 동시에 HF에 의한 반응기 부식을 용이하게 방지할 수 있다.
10 : 냉매주입장치
12 : 1차 연소로
14 : 2차 연소로
16 : 유량조절장치
18 : 온/오프 밸브
20 : 온도측정센서
22 : HF 측정센서
24 : 중앙제어장치

Claims (5)

  1. 냉매주입장치(10)로부터 공급된 냉매를 연소시켜 파괴하는 1차 연소로(12) 및 2차 연소로(14)를 포함하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치에 있어서,
    상기 냉매주입장치(10)와 1차 연소로(12) 사이에 설치되어 냉매 공급 유량을 조절하는 유량조절장치(16)와;
    상기 유량조절장치(14)와 1차 연소로(12) 사이에 설치되어 냉매 공급을 차단 및 허용하는 온/오프 밸브(18)와;
    상기 2차 연소로(14)에 설치되어, 2차 연소로(14)의 온도를 측정하는 온도측정센서(20) 및 2차 연소로(14)내의 HF 함량을 측정하는 HF 측정센서(22)와;
    상기 온도측정센서(20) 및 HF 측정센서(22)의 측정 신호를 수신하여, 냉매 주입량의 조절을 위한 유량조절장치(16) 및 온/오프 밸브(18)를 제어하는 중앙제어장치(24);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도측정센서(20) 및 HF 측정센서(22)는 2차 연소로(14)의 배기가스가 배출되는 후단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 장치.
  3. 2차 연소로(14)의 후단부에 장착된 온도측정센서(20)에서 측정한 2차 연소로내의 온도를 기반으로, 중앙제어장치(24)에서 온/오프 밸브(18)를 온 또는 오프 제어하여, 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 연소로에 주입되는 것을 허용 또는 차단하는 단계와;
    2차 연소로(14)의 후단부에 장착된 HF 측정센서(22)에서 측정한 HF 농도 측정신호를 기반으로, 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 제어하여, 냉매주입장치(10)로부터의 냉매 주입량이 조절되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉매가 연소로에 주입되는 것을 허용 또는 차단하는 단계는:
    온도측정센서(20)에서 측정된 2차 연소로(14)의 온도가 850℃ 이상이면, 중앙제어장치(24)의 제어에 의거 온/오프 밸브(18)가 열려서(ON), 냉매주입장치(10)로부터의 냉매가 1차 및 2차 연소로에 순차적으로 공급되는 과정과;
    온도측정센서(20)에서 측정된 2차 연소로(14)의 온도가 850℃ 미만이면, 중앙제어장치(24)의 제어에 의거 온/오프 밸브(18)가 닫혀서(OFF), 2차 연소로(14)의 온도가 850℃까지 재상승할 때까지 냉매주입장치(10)로부터 1차 연소로(12)로 들어가는 냉매가 차단되는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉매주입장치(10)로부터의 냉매 주입량이 조절되는 단계는:
    2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도를 HF 측정센서(22)에서 측정한 결과, 반응기 부식 방지가 가능한 HF 농도인 1,000mg/㎥ 이하로 측정된 경우, 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 증가시켜 각 연소로를 향하는 냉매 주입량이 증가되는 과정과;
    2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도를 HF 측정센서(22)에서 측정한 결과, 2차 연소로(14)에서 배출되는 배기가스내 HF 농도가 1,000mg/㎥ 를 초과한 경우, 중앙제어장치(24)에서 유량조절장치(16)의 개폐 열림량을 감소시켜 각 연소로를 향하는 냉매 주입량이 감소되는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 주입 자동 제어 방법.
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