KR20180072299A - 폐열 회수 장치 및 폐열 회수용 열 교환기의 저온 부식 방지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 기존의 부식성 성분을 함유한 연료의 연소로 발생하는 배가스 중 부식성 성분의 응축에 의한 저온 부식 발생 가능성을 차단하여 열 교환기의 파공, 부식으로 인한 열 교환기 성능 저하 방지와 수명 저하로 인한 잦은 설비 교체를 방지할 수 있다.

Description

폐열 회수 장치 및 폐열 회수용 열 교환기의 저온 부식 방지 방법{WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING LOW TEMPERATURE CORROSION OF A RECUPERATOR}
본 발명은 폐열 회수 장치 및 폐열 회수용 열 교환기의 저온 부식 방지 방법에 관한 것이다.
가열로에서 소재를 가열하는 경우, 연료를 연소시키는 버너를 통해 발생된 배가스는 가열로 내에서 소재를 가열한 이후 가열로 밖으로 방출되는데, 방출되는 배가스의 열량은 가열로의 손실 열량 중에서 가장 큰 비율을 차지하고 있다.
배가스의 손실 열량은 가열소재에 의한 열량에 이어 2번째로 많은 비율을 차지하고 있으며, 이러한 측면에서 배가스 열량의 감소화 혹은 배가스 열량 중 일부를 회수하게 된다면 전체적인 열효율 향상을 얻을 수 있게 된다.
이러한 측면에서 산업용 보일러 또는 연료의 연소나 폐기물의 소각에 사용되는 설비에는 대기 중으로 방출되는 배가스에 포함된 폐열을 회수하여 온수나 난방의 공급 또는 그 이외의 다른 용도로 재사용토록 함으로써, 에너지의 절감과 그 효율적인 소비를 도모할 수 있도록 하는 여러 가지 형태의 폐열 회수 장치가 설치되어 사용되고 있다.
상기와 같은 폐열 회수 장치의 가장 대표적인 형태로는 배가스가 배출되는 경로에 열 교환기를 설치하고 이 열 교환기에 연소용 공기 또는 냉수를 유입시켜 가열하도록 한 형태를 들 수 있다.
상기 열 교환기는 통상적으로 금속재의 열 교환기를 사용하므로 고온 배가스에 의한 파손을 방지하기 위해 배가스 온도를 일정온도 이하로 관리하고 있으며, 지금까지는 통상 800 내지 820℃ 정도로 규제하고, 이보다 배가스 온도가 높으면 희석 공기(Dilution Air)를 투입하게 된다.
그러나, 이처럼 고온부의 열교환기 온도를 낮추기 위해 희석 공기량 혹은 연소용 공기량을 과다 투입하게 되면 오히려 저온부용 열 교환기의 배가스 온도가 과도하게 낮아지게 된다.
이 때 배가스 중 부식성 성분이 함유된 경우에는 이들 성분이 가스상태에서 액상으로 되어 해당 열 교환기의 부식을 유발시킬 수 있게 되므로, 통상 열 교환기의 설계시 이를 규정하여 설계에 반영하고, 운전시 이를 준용하도록 관리하고 있다.
예를 들어 소각로 등에서 연소시키는 재료 중에는 가연성의 유황(S)성분이 다량 포함되어 있는데, 이 유황성분이 연소되면 아황산가스(SO2)가 발생하고, 이 아황산가스는 연소 중 과잉산소와 결합하여 무수황산(SO3)이 생성된다.
또, 연소되는 재료 중에 있는 수소(H2)성분이 연소되면서 수증기(H2O)가 발생하고, 이 수증기는 무수황산과 결합하게 되어 저온에서 응결하기 쉬운 황산(H2SO4) 성분으로 변형되게 된다.
상기 황산 성분은, 배가스가 저온으로 되는 폐열 회수장치의 하류부에서 열 교환기 튜브의 벽면에 쉽게 응결되며, 특히 상기 튜브가 철로 된 경우에는 상기 황산 성분으로 인해 심한 부식현상을 초래하게 된다.
따라서, 황산 성분을 포함한 배가스를 취급하는 폐열 회수 장치에서는 전술한 폐열 회수 장치의 하류부에서 일어나는 열 교환기 튜브의 저온 부식 현상을 최소화하기 위한 방안이 확보되어야 한다.
그러나 이러한 방안이 쉽게 확보되지 못하여, 배가스의 폐열 회수에 따른 경제성이 상당함에도 불구하고, 운전 중 상기 열 교환기 튜브에서 누설이 발생하여 전체 시스템을 정지시킬 수 있다고 하는 우려 때문에, 배기가스의 배출경로 중에 폐열 회수 장치를 설치하는 것을 포기하고 있는 실정에 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐열 회수 장치에 포함된 열 교환기의 저온 부식 현상을 방지하고 연소용 공기를 높은 온도로 가열할 수 있는 폐열 회수 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 폐열 회수 장치 내 열 교환기의 저온 부식 현상을 방지할 수 있는 폐열 회수 장치의 운전 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열 교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치가 제공된다.
상기 제 2 공급 관로에서 분기되며 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로를 포함할 수 있다.
상기 제 1 공급 관로 상에 위치하며, 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 공급 관로 상에 위치하며, 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 배가스의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서를 포함할 수 있다.
상기 열 교환기가 적어도 2개 이상일 수 있다.
상기 열 교환기가 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 실시예에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로; 및 상기 제 2 공급 관로에서 분기되어 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로;를 포함하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이며, 배가스의 온도가 설정 온도 미만일 때는 제 3 공급 관로를 통해 연소용 공기를 연소장치에 공급하고, 배가스의 온도가 설정 온도 이상일 때는 제 1 공급 관로로 연소용 공기를 공급하여 제 2 공급 관로로 연소용 공기를 연소장치에 공급하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이 제공된다.
상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 일부를 상기 우회 관로를 통해 제 1 공급 관로로 재순환시킬 수 있다.
상기 제 3 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 10 내지 30일 수 있다.
상기 제 2 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 550 내지 750일 수 있다.
상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도가 150 내지 300℃일 수 있다.
본 발명에 따르면 기존의 부식성 성분을 함유한 연료의 연소로 발생하는 배가스 중 부식성 성분의 응축에 의한 저온 부식 발생 가능성을 차단하여 열 교환기의 파공, 부식으로 인한 열 교환기 성능 저하 방지와 수명 저하로 인한 잦은 설비 교체를 방지할 수 있다.
또한, 열 교환기에 투입되는 연소용 공기의 상승으로 최종적으로 얻게 되는 연소용 공기의 예열온도의 향상을 통해 설비의 장수명화와 열효율 향상을 기할 수 있다.
도 1은 본 발명의 폐열 회수 장치의 개념을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 폐열 회수 장치의 개념을 개략적으로 나타낸 개략도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 폐열 회수 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치가 제공된다.
열 교환기는 두 개의 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치를 말하며, 넓은 의미로는 가열기, 냉각기, 응축기 등도 포함되나 보통은 열의 회수를 목적으로 하는 것을 의미한다.
상기 열 교환기는 적어도 2개 이상으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급 관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어질 수 있다.
상기 열 교환기의 재질은 내식성이 있는 재료로 제조되는 것이 바람직하며 기존 사용되는 소재로 제조되어도 무방하다. 예를 들면, 스테인리스, 고온용 내열강(크롬 첨가강)등으로 제조된 것일 수 있다.
일반적으로 배가스 관로에 설치되는 열 교환기는 해당 가열로에 요구되는 연소용 공기량을 근거로 최대한도의 폐열 회수를 위해 열 교환 면적과 전열 파이프(pipe)의 형태를 결정하게 된다. 해당 열 교환을 위한 전열 파이프에 의해 전열량과 열 교환 이후의 배가스 온도가 결정 된다.
금속재로 이루어진 열 교환기의 고온 배가스에 의한 파손을 방지하기 위해 배가스 온도를 일정 온도 이하로 관리하고 있다. 통상 800 내지 820℃ 정도로 규제하고, 이보다 배가스 온도가 높으면 희석 공기를 투입하게 된다.
표 1에 실제 가열로 운전시 발생하는 배가스량과 온도 및 열 교환기의 보호를 위해서 투입된 희석 공기에 대한 계산치를 나타내었다.
Figure pat00001
상기 표 1을 참조하면, 표에 나타난 배가스량은 80,000 M3/Hr, 910℃의 온도를 보이고, 열 교환기 전면 온도 830℃를 충족시키기 위해서는 희석 공기량 9,000 M3/Hr가 요구됨을 알 수 있다.
또한, 지속적인 연소를 위해 요구되는 연소용 공기량 77,000 M3/Hr를 적용하는 경우 고온부 열 교환기 출구 온도가 649.2℃, 저온부 열 교환기 출구온도 371℃ 가 됨을 알 수 있다.
이 때, 고온부 열 교환기 출구 온도 649.2℃는 연소용 공기 630℃에 비해 높게 나타나므로, 열 교환기의 보호를 위해서는 고온부 열 교환기의 출구 배가스 온도를 더 낮추는 것이 요구된다.
이에 따라, 고온부 열교환기의 과열을 방지하기 위해 연소용 공기량을 97,000 M3/Hr 투입하여 고온부 열교환기 출구온도를 649.2℃ 에서 602.3℃로 낮추게 되면, 저온부 열 교환기 출구온도가 371℃ 에서 251.9℃로 되는 결과를 보여주고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 고온부의 열 교환기 온도를 낮추기 위해 희석 공기량 혹은 연소용 공기량을 과다 투입하게 되면 오히려 저온부용 열 교환기의 배가스 온도가 과도하게 낮아지게 된다.
이 때 배가스 중 부식성 성분이 함유된 경우에는 이들 성분이 가스상태에서 액상으로 되어 해당 열 교환기의 부식을 유발시킬 수 있게 되므로 통상 열 교환기의 설계시 이를 규정하여 설계에 반영하고 운전시 이를 준용하도록 관리하고 있다.
표 2에 가열로에 적용된 열 교환기의 기준 사양과 최대 운전조건을 고려한 사양을 나타내었다.
Figure pat00002
상기 표 2에 나타난 바와 같이 연소용 공기를 20℃ 에서 630℃로 가열하기 위해 배가스 온도는 830℃에서 384℃로 강하되도록 하고 또한, 통상적으로 알려진 부식성 성분 SO2, SO3의 응축온도인 150℃ 이상으로 열 교환기 튜브 온도를 관리할 수 있도록 설계되어 있음을 알 수 있다.
표 3은 가열로에 적용된 열 교환기의 실제 운전 상황을 나타낸 것이다.
Figure pat00003
상기 표 3을 참조하면, 열 교환기 출측의 배가스 온도는 328℃, 265.8℃를 나타내어 설계조건을 벗어난 상황을 보여주고 있다.
물론 해당 온도가 부식성 성분의 응축온도로 알려진 150℃를 충분히 상회하고 있으나, 측정된 열 교환기 출측의 온도는 배가스 흐름의 한 지점만을 나타낸 것으로 약 4 M * 2.2 M 정도의 단면적을 갖는 열 교환기 단면에 걸쳐서 모든 지점의 온도가 동일하다고 생각하기 어렵다.
또한, 대기 온도가 낮은 겨울철의 경우 차가운 대기 공기가 투입이 되는 순간 초기에 찬 공기를 통과시키는 열 교환용 튜브와 접촉하는 열 교환기 출측의 배가스는 급속히 온도가 낮아져 부식성 성분이 응축이 될 가능성이 커진다.
특히, 해당 가열장치를 처음으로 기동하는 순간과 정지하는 경우에는 투입되는 연료량이 적을 뿐만 아니라, 기동시에는 발생된 연소가스로부터 많은 열량이 해당 가열장치를 승온하기 위해 열유속이 증가하므로, 배가스의 온도가 더욱 낮아서 부식성 성분의 응축 가능성은 더욱 커지게 된다.
이와 같이 연소장치를 기동 및 정지시키는 경우, 해당 열 설비의 안전을 위해 승온과 하강속도를 준수해야 하므로 연소 장치는 가동 용량의 100% 가 아닌 상당히 낮은 가동율로 운전하게 된다. 이때 열 교환기를 통해 연소용 공기를 예열하게 되면 열교환기 출측의 온도가 과도하게 낮아져 부식성 성분이 응축될 가능성이 커지게 되며, 이는 해당 열 설비를 정지시키는 경우에도 동일하게 나타나게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제 1 공급 관로에서 분기되며, 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로를 포함한다.
즉, 연소장치를 기동하고 정지시키는 경우, 해당 연소 설비에 투입되는 연소용 공기를 예열하지 않고 연소장치와 연결된 제 3 공급 관로를 통해 외부의 흡입된 온도의 공기를 바로 투입함으로써 부식성 성분의 응축 가능성을 낮출 수 있게 된다.
상기 제 3 공급 관로를 통해 연소장치에 공급되는 연소용 공기의 온도는 외부에서의 흡입된 공기의 온도로 특별하게 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 10 내지 30일 수 있고 바람직하게는 15 내지 25일 수 있다.
한편, 정상적인 운전상태에는 열 교환기를 통해 예열된 연소용 공기의 일부를 우회(Bypass)시켜 외부에서 바로 투입되는 연소용 공기와 혼합할 수 있다. 이에 따라, 온도가 낮은 외부 공기를 직접 투입할 때 열 교환기 연소용 공기 통과 튜브의 온도가 부식성 성분이 응축되는 온도로 낮아지는 것을 방지하여 저온 부식의 발생 가능성을 없도록 관리한다.
이를 위해 본 발명은 제 2 공급 관로에서 분기되며, 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브 및 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 제어밸브의 작동은 작업자에 의한 수동방식으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 전동밸브를 이용해서 전자식으로 제어 및 작동 가능하게 하기 위한 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
이를 위해, 상기 제 1 공급 관로 및 제 1 공급 관로 상에는 적당한 개수의 압력계와 온도계, 오리피스부, 유량계, 유량센서 및 온도감지센서등이 적절히 배치되어 있다.
특히, 상기 온도센서에서 수신된 전기신호에 근거하여, 감지된 온도가 미리 설정된 소정 범위에 해당되는지 여부에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있으며, 상기 제어밸브는 부분 개방도 가능하다.
배가스의 온도와 열 교환기의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하게 되면 연소용 공기를 제 3 공급 관로를 통해 직접 연소장치로 투입하는 대신 제 1 공급 관로를 통해 열 교환기에 공급하고 연소용 공기를 예열하여 연소장치로 공급한다.
상기 열 교환기에 의해 가열되어 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 온도는 550 내지 750일 수 있으며, 바람직하게는 600 내지 700일 수 있다.
상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기는 상기 제 2 공급 관로 상에 배치된 우회 관로를 통해 재순환 될 수 있고, 이 때 발생되는 배가스량과 배가스의 온도 및 열 교환기 후단의 배가스 온도를 고려하여 필요한 연소용 공기량을 기준으로 재순환 되는 연소용 공기량이 증가될 수 있다.
상기 재순환 되는 연소용 공기는 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 혼합된다.
상술한 바와 같이 제 1 공급 관로를 통해 새로이 공급되는 저온의 연소용 공기는, 우회 관로를 통해 재순환 되는 고온의 연소용 공기와 혼합되어 열 교환기로 투입되며, 이에 따라 저온부 열 교환기 튜브의 온도를 배가스 내에 포함된 부식 성분의 액화 온도 이상으로 유지할 수 있게 된다.
상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도는 배가스 내에 포함된 부식 성분의 액화 온도 이상이며 예를 들어, 150 내지 300℃일 수 있으며 바람직하게는 180 내지 250℃일 수 있다.
예를 들어 설명하면, 필요한 연소용 공기량이 100,000M3/Hr일 때 외부 공기의 온도가 20℃인 경우, 연소용 공기 초기 목표온도를 150℃로 하면 약 22 ~ 23% 정도의 공기량을 재순환 시키는 것이 요구된다. 이 때 일정시간 동안 순차적으로 투입되는 공기량을 증대시켜 열 교환기에서 예열하는 공기량을 123,000M3/Hr가 되게 되면 추가로 투입하는 공기량이 없이 운전하게 된다.
즉, 외부로부터 투입되는 공기량 100,000M3/Hr와 650℃로 예열된 재순환하는 예열 공기량 23,000 M3/Hr 가 열 교환기에서 예열되고, 이 중 100,000M3/Hr 는 연소장치에 공급된다. 이 때 23,000M3/Hr는 우회 관로를 통해 재순환되어 열 교환기 저온부측에 투입되는 연소용 공기 초기온도는 150℃를 확보할 수 있게 된다.
상기에서 구체적인 예를 들어 설명하였으나, 이와 같은 운전 방법과 연소용 공기 초기 목표 온도의 설정은 사용하는 연료 종류와 발생되는 배가스의 온도 및 배가스량에 따라서 차이가 있고 또한, 재순환되는 공기량에 대한 설정도 이루어져야 할 것이다.
다만, 상기와 같은 사항은 현장 상황에 따라서 운용하는 제어방안이므로 본 발명에서 제시하는 기술의 적용은 차이가 없을 것이며 특히, 초기 기동과 정지시 차가운 외부 공기를 그대로 적용함에 따른 열효율 손실을 걱정할 수 있으나, 이는 해당 가열장치의 운전 중 극히 일부분에 해당 하는 시간이고, 이 때의 배가스열을 통해 회수할 수 있는 배가스 현열 역시 미미하므로 해당 장치의 열효율 측면에 미치는 영향은 크지 않을 것이다.
예를 들어 설명하면, 외부에서 투입되는 연소용 공기 온도를 20℃, 예열된 연소용 공기 온도를 650℃라고 설정한 경우, 필요한 공기량 100,000 M3/Hr에 대해 열 교환기에서 총 20,628,090 Kcal/Hr 전열량이 요구된다.
이 때 필요한 공기량 100,000 M3/Hr 이외에 추가로 공기량을 10 %, 20 %, 30 % 더 투입하여 추가로 투입된 공기량을 재순환시키는 방법을 적용한 경우, 초기에 투입되는 20℃, 100,000 M3/Hr 공기의 온도변화를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
Figure pat00004
표 4를 참조하면, 초기온도 20℃에서 공기량을 10 %, 20 %, 30 % 더 투입함에 따라 초기에 투입된 온도는 각각 87℃, 133℃, 172℃, 206℃로 변화함을 알 수 있다. 또한 연소용 공기온도 650℃를 확보하기 위해 요구되는 전열량은 20,380,000 내지 20,670,000 Kcal/Hr를 나타내어 예열 공기 재순환에 의한 열 교환기의 전열량 변화는 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
한편, 추가되는 공기량에 의한 열 교환기내의 유속증가로 전열 효율 감소를 우려할 수 있으나, 하기 표 5에 나타난 바와 같이 동일한 열 교환기를 대상으로 예열 공기량을 27% 정도 증대시켜도 전열효율에 대한 성능은 95% 수준으로 변화가 없음을 확인할 수 있다.
Figure pat00005
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (14)

  1. 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기;
    상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로;
    상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및
    상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 공급 관로에서 분기되며 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 공급 관로 상에 위치하며, 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 공급 관로 상에 위치하며, 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배가스의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 교환기가 적어도 2개 이상인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열 교환기가 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
  10. 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로; 및 상기 제 2 공급 관로에서 분기되어 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로;를 포함하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이며,
    배가스의 온도가 설정 온도 미만일 때는 제 3 공급 관로를 통해 연소용 공기를 연소장치에 공급하고,
    배가스의 온도가 설정 온도 이상일 때는 제 1 공급 관로로 연소용 공기를 공급하여 제 2 공급 관로로 연소용 공기를 연소장치에 공급하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 일부를 상기 우회 관로를 통해 제 1 공급 관로로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제 3 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 10 내지 30℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 550 내지 750℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도가 150 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960005786B1 (ko) * 1994-01-21 1996-05-01 임관호 폐열회수용 열교환기의 효율적 열회수와 부식방지 방법 및 장치
JPH09126665A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Kawasaki Steel Corp 鋼材加熱炉の廃熱回収方法及びその設備
JPH09280511A (ja) * 1996-04-08 1997-10-31 Sekiyu Sangyo Kasseika Center 燃焼装置
JPH11148615A (ja) * 1997-11-17 1999-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 低ＮＯｘ燃焼装置
KR20040040025A (ko) * 2002-11-06 2004-05-12 주식회사 포스코 가열로의 배가스 역류방지장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960005786B1 (ko) * 1994-01-21 1996-05-01 임관호 폐열회수용 열교환기의 효율적 열회수와 부식방지 방법 및 장치
JPH09126665A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Kawasaki Steel Corp 鋼材加熱炉の廃熱回収方法及びその設備
JPH09280511A (ja) * 1996-04-08 1997-10-31 Sekiyu Sangyo Kasseika Center 燃焼装置
JPH11148615A (ja) * 1997-11-17 1999-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 低ＮＯｘ燃焼装置
KR20040040025A (ko) * 2002-11-06 2004-05-12 주식회사 포스코 가열로의 배가스 역류방지장치

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