KR20180079573A

KR20180079573A - 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치

Info

Publication number: KR20180079573A
Application number: KR1020160183991A
Authority: KR
Inventors: 홍승욱; 김주성; 이동곤; 홍순오
Original assignee: 코오롱환경서비스주식회사
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-11

Abstract

배가스 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배가스 재순환을 이용하여 질소산화물 배출을 감소시킨 배가스 처리 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은, 건조단과, 연소단과, 후연소단을 포함하는 소각로의 배가스를 처리하기 위한 배가스 처리장치에 있어서, 상기 소각로에서 배출되는 배가스를 정화처리하는 정화처리부와, 상기 정화처리부에서 처리된 배가스의 일부를 상기 건조단으로 공급하는 송풍팬과, 재순환 배가스와 연소용 공기를 열교환하는 열교환기를 포함하는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 제공한다.

Description

배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치{EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE USING EXHAUST GAS RECIRCULATION}

본 발명은 배가스 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배가스 재순환을 이용하여 질소산화물 배출을 감소시킨 배가스 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료의 연소를 통해 발생되는 질소산화물과 황산화물은 대기오염의 주요 물질로서 제거되어야 하는 물질이다. 대부분의 질소산화물은 연소 과정 중 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성된다.

질소산화물은 NO, NO₂, NO₃, N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO₂이다. 황산화물은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO₂로 구성된다.

화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하는 공정으로는 SCR (Selective Catalytic Reduction)과 SNCR (Selective Non Catalytic Reduction)이 대표적이다. SCR은 V₂O₅/TiO₂ 계 촉매에 질소산화물과 환원제인 암모니아 혹은 우레아를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거하는 장치이다. 장치의 운전온도는 350℃ 에서 400℃ 사이에서 효과적이며 질소산화물의 제거효율은 90%로 높은 제거 효율을 보인다.

반면 SNCR은 고온의 배가스에 직접 환원제인 암모니아를 직접 주입하여 질소산화물을 제거하는 공정이다. SNCR은 별도의 촉매 반응기가 필요하지 않아 설치비와 운전비가 저렴한 장점이 있는 반면 반응온도가 높게 유지되어야 하고 질소산화물 제거 효율이 60%이하이다.

또한 질소산화물 제거 촉매는 배가스에 포함된 황성분과 매연(soot)등에 의해 피독현상이 일어나 촉매의 내구성과 활성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 배가스 재순환을 이용하여 질소산화물의 배출을 저감할 수 있는 배기가가스 처리 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 배가스 재순환으로 인한 연소효율 저하가 발생하지 않는 배가가스 처리 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열교환기를 이용하여 재순환되는 배가스로부터 폐열을 회수할 수 있는 배가스 처리 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 건조단과, 연소단과, 후연소단을 포함하는 소각로의 배가스를 처리하기 위한 배가스 처리장치에 있어서, 상기 소각로에서 배출되는 배가스를 정화처리하는 정화처리부와, 상기 정화처리부에서 처리된 배가스의 일부를 상기 건조단으로 공급하는 송풍팬을 포함하는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 제공한다.

상기 송풍팬은 상기 정화처리부에서 배출되는 배가스의 10~25%를 상기 건조단으로 공급하는 것이 바람직하다.

상기 송풍팬에서 상기 건조단으로 순환되는 순환 배가스의 경로상에 열교환기를 구비하며, 상기 열교환기는 상기 연소단과 상기 후연소단으로 공급되는 연소용 공기와, 상기 순환 배가스 사이에 열교환을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소각로의 건조단과, 연소단과, 후연소단에서 배출되는 배가스가 혼합되는 2차 연소실을 더 포함하여,

상기 2차 연소실에서, 상기 연소단과 상기 후연소단에서 배출되는 배가스가, 상기 건조단에서 배출되는 재순환배가스와 혼합된 후 상기 정화처리부로 배기되도록 하면 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 배가스 처리 장치는 소각로에서 배출되는 연소가스를 정화처리한 후, 일부를 다시 소각로로 순환시킴으로써 굴뚝을 통해 배출되는 연소가스의 질소산화물을 저감할 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 배가스 처리 장치는 순환되는 배가스를 건조단으로만 공급하여, 산소가 필요한 연소단과 후연소단에 산소 공급이 원활하게 이루어질 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 배가스 처리 장치는 순환되는 배가스의 열을 연소용 공기로 전달하는 열교환기를 구비함으로써, 연소용 공기를 예열하여 연소용 공기를 예열함으로써 에너지 효율을 향상시키는 효과를 가져온다.

아울러, 본 발명에 따른 배가스 처리 장치는 건조단과, 연소단과, 후연소단에서 배출되는 배가스가 2차 연소실에서 혼합되는데, 건조단으로 공급되는 재순환 배가스에 의하여 2차 연소실이 희박 연소 조건이 된다. 따라서, 질소 산화물 발생을 저감하는 효과를 가져온다.

도 1은 일반적인 소각로의 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 일반적인 소각로의 배가스 재순환 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일반적인 소각로의 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 소각로의 배가스 처리 장치는 소각로(10)에서 배출되는 연소가스를 공급받아 정화처리하는 정화처리부(20)와, 상기 정화처리부(20)를 거친 배기가 가스를 배출하는 굴뚝(30)을 포함한다.

한편, 상기 소각로(10)로는 연소용 공기로 외부의 공기가 공급된다.

정화처리부(20)는 물리적인 필터링과 흡착, 또는 화학반응 등에 의하여 배가스에 포함된 오염물을 걸러내는 역할을 수행한다.

소각로(10)에서 배출되는 연소가스에 포함된 대기 오염물질들은 상기 정화처리부(20)를 거치면서 걸러지게 되므로, 굴뚝(30)으로는 오염물질이 저감된 처리가스 배출된다.

도 2는 일반적인 소각로의 배가스 재순환 구조를 나타낸 것이다.

굴뚝에서 배출되는 질소산화물 등의 오염물질을 더욱 저감하기 위하여, 배가스를 재순환할 수 있다.

배가스 재순환은 정화처리부에서 처리된 배가스의 일부를 연소로로 공급하여 재순환시키는 구조이다.

예를 들어, 20% 배가스를 재순환시킨다면, 굴뚝(30)으로 배기되는 배가스의 절대량이 20% 감소하게 되므로, 배가스의 절대량을 감소시킬 수 있으며 그로부터 각 오염물질의 절대량을 감소시킬 수 있다.

이를 위하여 도시된 바와 같이, 송풍팬(25)이 구비된다.

송풍팬(25)은 정화처리부(20)와 굴뚝(30)의 사이에 배치되어, 정화처리부(20)에서 배출되는 배가스의 일부를 소각로(10)로 공급하는 역할을 수행한다.

그런데, 이러한 구조의 경우 굴뚝(30)으로 배출되는 오염물질을 저감하는 효과를 가져오는 효과는 있으나, 소각로(10)의 연소효율을 유지하기 위해서는 과량의 연소용 공기를 공급해하는 단점을 가진다.

왜냐하면, 송풍팬(25)을 통해서 공급되는 순환 배가스에는 산소가 거의 포함되어 있지 않은데, 순환 배가스가 소각로(10)로 공급되기 때문이다.

소각로(10)에는 완전 연소를 위하여 충분한 산소가 공급되어야 하는데, 산소가 거의 포함되지 않은 순환 배가스가 소각로(10)로 공급됨으로써, 소각로(10)로 공급되는 전체 공기의 산소의 함량이 낮아지게 되므로, 안정적인 연소를 위해서는 연소용 공기를 순환배가스가 공급되지 않는 경우보다 과량으로 공급해야 한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리장치는 건조단(110)과 연소단(120)과 후연소단(130)을 포함하는 스토커식 소각로(100)에 적용되는 배가스 처리장치에 관한 것이다.

도시된 바와 같이. 본 발명의 제1실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리장치는 소각로(100)에서 배출되는 배가스를 정화처리하는 정화처리부(20)와, 상기 정화처리부(20)에서 처리된 배가스의 일부를 소각로(100)의 건조단(110)으로 공급하는 송풍팬(25)을 포함한다.

상술한 바와 같이, 정화처리부(20)에서 처리된 배가스에는 산소가 거의 포함되어 있지 않기 때문에, 순환 배가스를 연소단(120) 또는 후연소단(130)으로는 보내지 않고 건조단(110)으로 보냄으로써 연소단(120)과 후연소단(130)에서의 완전 연소에 영향을 주지 않도록 하기 위한 것이다.

건조단(110)은 공급되는 소각 대상물의 건조가 수행되는 부분으로 실질적으로 연소가 내부에서 일어나는 것은 아니고, 열에 의한 건조가 이루어지는 부분이다.

음식물 쓰레기를 소각하는 소각로의 건조단(110)은 경우 음식물 쓰레기 등의 건조가 이루어지는 공간으로, 고온의 순환 배가스가 공급됨으로 인해서 건조 효율이 향상되는 효과를 가져온다.

연소단(120)과 후연소단(130)으로는 재순환 배가스가 공급되지 않고, 연소용 공기만 공급됨으로써, 배가스 재순환으로 인하여 연소용 공기가 과량으로 공급되어야 하는 문제점이 발생하지 않는다.

상기 송풍팬(25)은 상기 정화처리부에서 배출되는 배가스의 10~25%를 상기 건조단(110)으로 공급하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.

본 실시예는 열교환기(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치는 소각로(100)에서 배출되는 배가스를 정화처리하는 정화처리부(20)와, 상기 정화처리부(20)에서 처리된 배가스의 일부를 소각로(100)의 건조단(110)으로 공급하는 송풍팬(25)과, 상기 송풍팬(25)을 통하여 상기 건조단(110)으로 공급되는 재순환 배가스와 상기 연소단(120)과 상기 후연소단(130)으로 공급되는 연소용 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(200)를 포함한다.

정화처리부(20)에서 배출되는 배가스는 약 150℃ 정도의 온도를 가지며, 연소단(120)과 후연소단(130)으로 공급되는 연소용 공기는 외기를 도입하여 공급하는 것으로, 대기의 온도와 동일한 온도를 가진다.

공급되는 연소용 공기는 연소단과 후연소단의 온도와 관련되며, 연소용 공기의 온도가 높으면 연소단과 후연소단의 온도 상승 효과를 가져온다.

연소에 의하여 발생하는 열량 중 일부가 공급된 연소용 공기로 전달되므로, 연소용 공기의 온도가 높아지면, 연소용 공기로 전달되는 열량이 감소하게 되므로, 연소용 공기의 온도가 높아지면 그 만큼 소각로에 필요한 열량이 감소하게 된다.

본 실시에는 재순환배가스와 연소용 공기가 열교환기(200)에서 열교환 되도록 함으로써, 연소단(120)과 후연소단(130)으로 공급되는 연소용 공기의 온도를 승온함으로써, 연소단(120)과 후연소단(130)의 온도 유지에 필요한 열량을 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 재순환 배가스의 온도가 약 150℃ 이고, 연소용 공기의 온도가 약 20℃ 정도인 경우, 열교환기(200)를 거쳐 열교환을 함으로써 연소용 공기는 약 80℃ 정도, 재순환 배가스의 온도를 약 100℃ 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이는 건조단(110)에서의 건조를 위한 효율과, 연소용 공기의 승온을 통한 에너지 절감을 모두 고려한 것이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치를 나타낸 구성도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리장치는, 소각로(100)의 건조단(110)과, 연소단(120)과, 후연소단(130)의 상부에 2차 연소실(150)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구조는 2차 연소실(150)에서, 건조단(110)에서 배출되는 재순환 배가스와, 연소단(120)에서 배출되는 연소가스와, 후연소단(130)에서 배출되는 연소가스가 혼합되도록 하기 위한 것이다.

연소단(120)과, 후연소단(130)에서 배출되는 연소가스에는 질소산화물이 포함되는데, 연소가스의 질소 산화물은 희박연소 조건에서 저감될 수 있다.

그러므로, 2차 연소실(150)의 내부로 건조단(110)에서 배출되는 재순환배가스를 공급하면, 연소단(120)과 후연소단(130)에서 배출되는 연소가스가 희박 연소조건이 되므로, 배출되는 질소 산화물을 저감할 수 있는 효과를 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 소각로
20 : 정화처리부
25 : 송풍팬
30 : 굴뚝
100 : 소각로
110 : 건조단
120 : 연소단
130 : 후연소단
150 : 2차 연소실
200 : 열교환기

Claims

건조단과, 연소단과, 후연소단을 포함하는 소각로의 배가스를 처리하기 위한 배가스 처리장치에 있어서,
상기 소각로에서 배출되는 배가스를 정화처리하는 정화처리부와,
상기 정화처리부에서 처리된 배가스의 일부를 상기 건조단으로 공급하는 송풍팬을 포함하는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 송풍팬은 상기 정화처리부에서 배출되는 배가스의 10~25%를 상기 건조단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 송풍팬에서 상기 건조단으로 순환되는 순환 배가스의 경로상에 열교환기를 구비하며,
상기 열교환기는 상기 연소단과 상기 후연소단으로 공급되는 연소용 공기와, 상기 순환 배가스 사이에 열교환을 수행하는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 소각로의 건조단과, 연소단과, 후연소단에서 배출되는 배가스가 혼합되는 2차 연소실을 더 포함하여,
상기 2차 연소실에서,
상기 연소단과 상기 후연소단에서 배출되는 배가스가, 상기 건조단에서 배출되는 재순환배가스와 혼합된 후 상기 정화처리부로 배기되는 배가스 재순환을 이용한 배가스 처리 장치.