KR20180136909A

KR20180136909A - 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템과 방법

Info

Publication number: KR20180136909A
Application number: KR1020180068883A
Authority: KR
Inventors: 웨이 탄
Original assignee: 스위손 크리에이티브 인바이런멘털 솔루션즈 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2018-12-26
Also published as: KR102499497B1; US10967323B2; US20180361302A1; EP3415471B1; JP2019000845A; TW201904885A; EP3415471A1; JP7145482B2; CN109141065A

Abstract

본 발명은 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다. 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은, 제1 열교환기를 포함하는 제1 열교환 유로 - 제1 열교환기의 하류에 제2 열교환기와 제3 열교환기가 배치되고, 제1 열교환 유로 내에서 제1 열교환 매체가 순환되어 제1 열교환기 내의 슬러지 처리를 위한 공정 가스를 가열함 -; 제2 액체 열교환 매체를 수용하는 열교환 탱크를 포함하는 제2 정화 및 열교환 유로 - 슬러지 처리 후의 배기가스는 열교환 탱크로 배출됨 -; 및 배기가스를 정화한 후 오염액을 분리하기 위한 제3 오염액 분리 유로를 포함한다. 제3 오염액 분리 유로는 열교환 탱크의 오염액 유출구와 열교환 탱크의 청정액 유입구 사이에 제공되는 오염액 분리 탱크를 포함하고, 분리된 액체는 열교환 탱크의 청정액 유입구로 역류된다.

Description

슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템과 방법{EXHAUST GAS PURIFYING AND HEAT RECOVERING SYSTEM AND METHOD FOR SLUDGE TREATMENT}

본 발명은 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템과 방법에 관한 것으로, 상세하게는 슬러지 건조를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템과 방법에 관한 것이다.

도시화가 지속적으로 진행됨에 따라, 산업 생산 및 일상 생활에서 생성되어 처리될 필요가 있는 하수량이 점차 증가하고 있으며, 하수 처리의 부산물로서 슬러지(sludge)의 배출량 역시 증가하고 있다. 그러나, 슬러지 처리가 하수 처리보다 더 어렵다. 현재, 슬러지 건조 처리가 비교적 효과적인 슬러지 처리 방법이다. 일반적으로, 우수한 건조 처리 방법은 직접적인 타입의 건조를 채택하고 있고, 건조된 건조 매체는 회수되어 재사용된다.

중국 발명 특허 CN201010101024.8은 잠열 교환 방식(latent-heat-exchange-type)의 다상 변화 슬러지 건조 방법(multi-phase change sludge drying method) 및 장치를 개시하고 있다. 일반적으로, 이러한 장치는 탈수된 슬러지를 건조기로 운반한 후 슬러지를 건조하기 위해 증기를 유입시킨다. 슬러지를 지속적으로 교반함으로써, 슬러지가 충분히 가열 및 증발되어 수분이 빠져나가서 건조 목적을 달성한다. 슬러지가 건조된 후 증기를 회수하기 위해 잠열 펌프(latent heat pump)가 사용되고, 증기의 열 에너지가 증기 생성 장치에 전달되어 건조를 위한 부가적인 열원으로서 나중에 슬러지 건조에 사용되는 저온 증기를 생성하며, 생물학적 필터에 의해 필터링된 배기가스가 무해하게 대기에 배출된다.

이 특허 문헌에 채택된 장치와 방법은, 저온 증기로 슬러지를 건조시킬 수 있고, 생성된 배기가스의 증기열이 잠열 교환 펌프에 의해 교환되며, 회수된 열이 슬러지 건조용 열원으로 사용됨으로써 열 순환이 이루어진다.

슬러지 건조 과정 중에 다량의 배기가스가 방출될 것이고, 다양한 유기 가스와 무기 가스의 혼합물인 배기가스의 조성물이 복잡하고 다양하며, 직접 배출되면 주변 환경에 심각한 2차 오염을 야기할 것이고, 인간의 삶의 환경에 심각한 손해를 끼칠 수 있으며, 열 손실을 초래할 것이다.

따라서, 생물학적 여과(biological filtration), 배기가스 흡수 탑(exhaust gas absorption tower), 집진기(precipitator) 등과 같은 배기가스 처리 방법이 있다. 하지만, 현재의 방법으로는 배기가스 처리와 열회수 등의 처리 기능을 효과적으로 달성하기가 어렵고, 일단 처리되면 다량의 건조 배기가스가 방출되며, 배기가스에 의해 전달되는 열이 재활용되고 재사용되지 않음으로써, 건조 에너지 비용이 증가된다. 열회수 장치가 있더라도, 열회수가 비효율적인 경우가 많으며, 배기가스에 포함된 슬러지 불순물로 인해 열회수 장치가 막혀서 부식을 일으킬 수 있다.

상기 특허 또는 선행 기술의 장치가 슬러지 건조 후 배기가스의 열회수와 재사용을 실현할 수 있지만, 슬러지 건조 공정 중 배기가스에 포함되는 슬러지 불순물로 인해 장치가 막힐 수 있고 또한 열회수 효율에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 슬러지 건조 중에 배기가스 정화 및 열회수를 효율적으로 수행할 수 있는 시스템과 방법이 필요하다.

이 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열회수 시스템과 방법을 제안한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템이 제공된다. 상기 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은,

제1 열교환기, 제2 열교환기, 및 제3 열교환기를 포함하는 제1 열교환 유로(first heat exchange flow path) - 상기 제1 열교환기의 하류(downstream)에 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기가 배치되고, 상기 제1 열교환 유로 내에서 제1 열교환 매체가 순환되어 상기 제1 열교환기 내의 슬러지 처리를 위한 공정 가스(process gas)를 가열함 -;

제2 액체 열교환 매체를 수용하는 열교환 탱크를 포함하는 제2 정화 및 열교환 유로(second purification and heat exchange flow path) - 슬러지 처리 후의 배기가스는 상기 열교환 탱크로 배출되고, 상기 열교환 탱크 내에서 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화되며, 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각되고, 상기 제2 열교환기는 상기 제2 액체 열교환 매체의 열을 상기 제2 열교환기 내의 상기 제1 열교환 매체에 전달하기 위해 상기 열교환 탱크 내의 상기 제2 액체 열교환 매체와 열교환 관계에 있음 -;

제4 정화 가스 회수 유로(fourth purified gas recovery flow path) - 상기 열교환 탱크의 배기가스는 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해 상기 제3 열교환기를 통해 흐르고, 상기 제4 정화 가스 회수 유로를 통해 흐르며, 열 교환 후의 상기 배기가스 중 적어도 일부가 흡기포트를 통해 상기 제1 열교환기로 역류되어 상기 공정 가스를 재순환시킴 -; 및

상기 배기가스를 정화한 후 오염액을 분리하기 위한 제3 오염액 분리 유로(third dirty liquid separation flow path)를 포함한다. 상기 제3 오염액 분리 유로는 상기 열교환 탱크의 오염액과 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구(clean liquid inlet) 사이에 제공되는 오염액 분리 탱크를 포함하고, 분리된 액체는 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구로 역류된다.

바람직하게는, 상기 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은, 상기 열교환 탱크로부터 배기가스를 포집하기 위해 상기 열교환 탱크 위에 배치된 가스 수거 장치(gas gathering device)를 더 포함한다. 상기 가스 수거 장치에 의해 포집된 배기가스는, 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해 상기 제3 열교환기를 통해 흐른다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기의 상류(upstream) 또는 하류에 직렬로 배치된다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기와 병렬로 배치된다.

바람직하게는, 상기 제3 열교환기의 하류에는 탈포 장치(defoaming device)가 배치되고, 상기 탈포 장치는 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 배기가스를 탈포하기 위한 것이다.

바람직하게는, 상기 제1 열교환 유로는 열교환 회로로 구성되고, 상기 열교환 회로는 상기 제1 열교환기의 상류에 배치된 컴프레서(compressor) 및 상기 제1 열교환기의 하류에 또한 상기 제2 열교환기의 상류에 배치된 스로틀 밸브(throttle valve)를 포함하며, 상기 컴프레서는 상기 제1 열교환 매체를 압축하고 또한 상기 압축된 제1 열교환 매체를 상기 제1 열교환기로 향하게 하는 데 사용되고, 상기 제1 열교환 매체는 상기 제1 열교환기 내의 상기 공정 가스를 가열한 후 상기 스로틀 밸브를 통해 상기 제2 열교환기로 흐른다.

바람직하게는, 상기 슬러지 처리된 배기가스가 상기 열교환 탱크에 균일하게 유입될 수 있도록, 가스 분배 장치가 상기 열교환 탱크의 흡입 도관의 상류에 배치된다.

바람직하게는, 상기 열교환 탱크는 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 청정액 유입구와 폐액 유출구(waste liquid outlet), 및 상기 열교환 탱크의 상류에 배치된 오염액 유출구를 포함하고; 보충될 필요가 있으면, 상기 제2 액체 열교환 매체가 상기 청정액 유입구에서 상기 열교환 탱크로 유입되고; 상기 열교환 탱크 내의 레벨이 상기 오염액 유출구에 도달하면, 상기 제2 액체 열교환 매체가 상기 오염액 유출구에서 유출되며; 상기 열교환 탱크가 정화될 필요가 있으면, 상기 액체 열교환 매체가 상기 폐액 유출구에서 배출된다.

바람직하게는, 상기 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은 제5 압축 가스 유로를 더 포함하고, 상기 제5 압축 가스 유로는 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 압축 가스 유입구, 제어 밸브, 상기 교환 탱크의 바닥에 인접한 도관을 포함하며, 상기 제어 밸브는 필요에 따라 상기 압축 가스 유입구를 통해 압축 가스를 도관에 유입시키고, 상기 도관 위에 제공된 복수의 개구를 통해 압축 가스를 상기 열교환 탱크의 제2 액체 열교환 매체에 주입하며, 상기 배기가스와 함께 상기 압축 가스를 배출하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제2 액체 열교환 매체는 물, 세정액, 및 이온성 액체 중 하나 이상의 매체이다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기는 상기 열교환 탱크 내부에 배치된다.

바람직하게는, 상기 배기가스는 상기 열교환 탱크 내의 레벨 아래에서 상기 열교환 탱크로 배출된다.

바람직하게는, 상기 열교환 탱크는 상기 레벨 아래에 흡입 도관을 가지고 있다.

바람직하게는, 상기 공정 가스는 공기이다.

바람직하게는, 상기 공정 가스는 환기 장치에 의해 상기 제1 열교환기에서 상기 슬러지 건조 장치로 공급된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 방법이 제공된다. 상기 배기가스 정화 및 열 회수 방법은,

제1 열교환기, 제2 열교환기, 및 제3 열교환기를 포함하는 제1 열교환 유로(first heat exchange flow path)를 제공하는 단계 - 상기 제1 열교환기의 하류에 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기가 배치되고, 상기 제1 열교환 유로 내에서 제1 열교환 매체가 순환되어 상기 제1 열교환기 내의 슬러지 처리를 위한 공정 가스(process gas)를 가열함 -;

제2 액체 열교환 매체를 수용하는 열교환 탱크를 포함하는 제2 정화 및 열교환 유로(second purification and heat exchange flow path)를 제공하는 단계 - 슬러지 처리 후의 배기가스는 상기 열교환 탱크로 배출되고, 상기 열교환 탱크 내에서 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화되며, 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각되고, 상기 제2 열교환기는 상기 제2 액체 열교환 매체의 열을 상기 제2 열교환기 내의 상기 제1 열교환 매체에 전달하기 위해 상기 열교환 탱크 내의 상기 제2 액체 열교환 매체와 열교환 관계에 있음 -;

상기 열교환 탱크를 상기 제2 액체 열교환 매체로 채우는 단계;

상기 제1 열교환기 내에서 상기 공정 가스가 가열된 후 슬러지 건조 장치에 보내질 수 있도록, 상기 제1 열교환 유로 및 상기 제2 정화 및 열교환 유로를 활성화하는 단계 - 상기 배기가스가 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화된 후 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각될 수 있도록, 상기 슬러지 건조 장치로부터 배출된 상기 배기가스가 상기 열교환 탱크로 유입됨 -;

상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해, 상기 제3 열교환기를 통해 그리고 제4 정화 가스 회수 유로(fourth purified gas recovery flow path)를 통해 상기 열교환 탱크의 배기가스를 흐르게 하는 단계 - 열교환 후의 상기 배기가스 중 적어도 일부가 흡기포트를 통해 상기 제1 열교환기로 역류되어 상기 공정 가스를 재순환시킴 -;

상기 열교환 탱크의 오염액 유출구(dirty liquid outlet)와 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구(clean liquid inlet) 사이에, 상기 배기가스가 정화된 후 오수(dirty water)를 분리하기 위한 오염액 분리 탱크(dirty liquid separation tank)를 제공하는 단계; 및

상기 분리된 액체를 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구로 역류시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 배기가스 정화 및 열 회수 방법은, 상기 열교환 탱크로부터 배기가스를 포집하기 위한 가스 수거 장치(gas gathering device)를 상기 열교환 탱크 위에 배치하는 단계를 더 포함한다. 상기 가스 수거 장치에 의해 포집된 상기 배기가스는 상기 제3 열교환기를 통해 흐르고, 상기 제3 열교환기는 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위한 것이다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기의 상류 또는 하류에 직렬로 배치된다.

바람직하게는, 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 배기가스를 탈포하기 위한 탈포 장치가 상기 제3 열교환기의 하류에 배치된다.

바람직하게는, 상기 배기가스 정화 및 열 회수 방법은, 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 압축 가스 유입구, 제어 밸브, 및 상기 교환 탱크의 바닥에 인접한 도관을 포함하는 제5 압축 가스 유로(fifth compressed gas flow path)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제어 밸브는 필요에 따라 상기 압축 가스 유입구를 통해 압축 가스를 도관에 유입시키고, 상기 도관 위에 제공된 복수의 개구를 통해 압축 가스를 상기 열교환 탱크의 제2 액체 열교환 매체에 주입하며, 상기 배기가스와 함께 상기 압축 가스를 배출하도록 구성된다.

본 발명의 슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템 및 방법에 따르면, 공기가, 흡기포트에서부터 처음에는 컴프레서를 통과한 후 제1 열교환기로 흐른다. 제1 열교환기는 공기를 가열하고, 가열된 공기가 환기 장치에 의해 가압되어 슬러지 건조 장치에 공급된다. 슬러지 건조 장치에서는, 가열된 공기가 공정 가스로 사용되어 슬러지 건조 처리에 참여한다. 가열된 공기가 슬러지 불순물이 있는 배기가스가 된 후, 가열된 공기가 슬러지 건조 장치에서 배출되고, 도관을 통해 가스 분배 장치에 유입된다. 배기가스의 열을 제2 액체 열교환 매체에 전달하여 가스-액체 열교환을 달성하기 위해, 가스 분배 장치에서는 배기가스가 수집되고, 흡기 라인을 통해 열교환 탱크 내의 제2 액체 열교환 매체로 배출됨으로써 배기가스의 열 회수가 이루어진다. 이러한 열교환 중에, 배기가스의 온도가 낮아져 배기가스가 자동으로 제2 액체 열교환 매체의 레벨 위로 상승하고, 그 다음에 가스 수거 장치에 의해 포집된다. 열교환되고 정화된 배기가스가 함께 제3 열교환기로 유입된 후 탈포 장치에 보내진다. 탈포 장치는 열교환되고 정화된 배기가스를 탈포하는 데 사용되어 정화된 가스를 생성한다. 탈포 장치에 의해 처리된 정화된 가스는 여전히 열을 싣고 있으며, 열교환 탱크에 의해 정화된 배기가스는 흡기포트를 통해 제1 열교환기로 역류되어 공정 가스를 재순환시키고, 제1 열교환기로의 가스의 열을 회수함으로써, 열 회수 효율을 더 향상시키고 또한 에너지 소비를 감소시킨다. 물론, 정화된 배기가스가 필요에 따라 공기 유출구를 통해 환경 또는 다른 처리 장치로 배출될 수 있거나; 또는 정화된 배기가스 중 일부가 흡기포트를 통해 제1 열교환기로 다시 보내져서 공정 가스를 재순환시키고, 다른 일부는 공기 유출구를 통해 배출된다.

한편, 컴프레서는 제1 열교환 매체를 압축하고, 압축된 제1 열교환 매체를 제1 열교환기로 배출한다. 제1 열교환기에서는, 제1 열교환 매체가 제1 열 교환기를 통해 흐르는 공기에 열을 방출하여 제1 열교환 매체와 공기 사이의 열교환을 달성한다. 응축된 제1 열교환 매체는 그 다음에 제2 열교환기 및/또는 제3 열교환기 쪽으로 스로틀 밸브를 통과한다. 전술한 바와 같이, 열교환 탱크 내의 제2 액체 열교환 매체는 배기가스 내의 열을 흡수하여 온도 상승을 초래한다. 따라서, 제2 열교환기에서는, 제1 열교환 매체가 제2 액체 열교환 매체의 열을 흡수하여 증발하여 이들 매체간의 열교환을 달성함으로써, 제2 액체 열교환 매체의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 열교환 탱크 내의 제2 액체 열교환 매체가 배출된 배기가스의 열을 계속 흡수할 수 있다. 배기가스의 열을 제2 액체 열교환 매체로 전달한 후 제2 열교환 매체를 통해 제2 열교환기로 열 에너지를 전달함으로써, 다상 변환을 통한 열 에너지 전달이 실현되고 또한 열 에너지 전달 효율이 크게 향상되며; 가스 수거 장치가 열교환 탱크로부터 배출된 배기가스를 포집하고, 배기가스를 이용하여 제3 열교환기 내의 제1 열교환 매체에 열을 전달함으로써, 배기가스의 열을 추가로 회수하며; 배기가스, 제2 액체 열교환 매체, 및 제1 열교환 매체의 열 전달이 열을 충분히 회수하고 또한 열 손실을 감소시킴으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다. 이상의 과정으로부터, 건조 속도를 향상시키기 위해 열효율 비(COP)가 3.0 ~ 8.0에 도달하고 또한 슬러지 건조 효과가 우수할 수 있도록 본 발명의 과정이 독창적이면서 또한 열 회수가 고유한 열교환 방식으로 신속하고 효과적으로 실현될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명은 배기가스 내의 슬러지 불순물을 효과적으로 제거하기 위해 제2 액체 열교환 매체를 이용하여 배기가스를 정화함으로써, 장치의 수명을 더 잘 보장하고, 열교환 중에 배기가스가 막히거나 또는 장치가 부식되는 것을 방지하며, 열 회수 효율을 높인다.

오염액 분리 장치가 열 교환 탱크 내의 오염액을 회수함으로써, 오염액이 여전히 약간의 열을 운반하고, 오염액에 의해 분리된 액체가 열교환 탱크에 재유입되며, 액체 재활용을 실현할 뿐만 아니라 액체에 의해 운반되는 열의 일부를 회수함으로써 열 회수 효율을 추가로 향상시킨다.

본 발명은 다음의 기술적인 효과 중 하나 이상을 제공한다.

(1) 먼저 배기가스가 가스 분배 장치를 통과한 후, 배기가스가 흡기 라인을 통해 열교환 탱크에 유입되는 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화되며, 동시에 제2 액체 열교환 매체가 배기가스의 열 에너지를 흡수하여 열 전달을 달성함으로써, 슬러지 배기가스의 열교환 과정 중에 막히는 것과 장치가 부식되는 것이 방지되며 또한 배기가스의 열 회수 효율이 향상된다.

(2) 에너지 절감 효과가 우수하다. 배기가스 정화 시스템을 통해, 효율적인 열 회수가 달성되며, 슬러지 건조 효율이 향상된다.

(3) 더 충분한 열교환을 보장하기 위해, 가스와 액체의 열 전달 후의 배기가스가 제3 열교환기의 제1 열교환 매체와 열 전달을 거쳐, 열 회수 효율을 향상시킬 수 있도록, 본 발명에서는 제3 열교환기가 추가로 제공된다.

(4) 제2 액체 열교환 매체가 배기가스의 열을 제2 액체 열교환 매체에 전달한 후 열 에너지를 제2 열교환 매체에 전달함으로써, 다상 변화를 통한 열 에너지 전달이 실현되고, 열 에너지의 열 전달 효율이 크게 증가되며; 배기가스, 제2 액체 열교환 매체, 및 제1 열교환 매체의 열 에너지 전달을 통해, 본 발명이 충분히 열을 회수하고 또한 열 손실을 감소시킴으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다.

(5) 건조 효과가 우수한 과정이 단순하고, 열 회수가 신속하고 효율적으로 이루어짐으로써, 효과와 속도를 향상시킬 수 있다.

(6) 악취의 발생을 방지하고, 2차 오염을 방지하며, 매우 환경 친화적일 수 있도록, 제2 열교환 유로에 유입되는 배기가스가 밀봉된 환경에서 처리되고 열회수된다.

(7) 열 교환 및 정화 후의 배기가스가 재사용을 위해 흡기 포트(5)로 재순환될 수 있으며, 슬러지 건조 효율을 향상시키면서 또한 열 손실을 감소시킬 수 있다.

(8) 탈포 장치에 의해 처리된 정화된 배기가스가 여전히 약간의 열을 운반하고, 재사용을 위해 흡기 포트로 재순환될 수 있으며, 추가로 열 회수가 이루어질 수 있다.

(9) 오염액 분리 탱크를 제공함으로써, 배기가스를 정화한 후의 오염수를 분리하고, 분리된 액체가 열 교환 탱크로 재순환된 후 배기가스와 열을 교환함으로써, 제2 액체 열교환 매체가 순환되어 사용된다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예는 이하에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명과 구체적인 예가 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하고 있지만, 이는 설명하기 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니라고 이해해야 한다.

이하, 다음의 도면과 함께 적어도 하나의 실시예에 대해 설명할 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

다음의 설명은 본질적으로 예시적인 것에 불과하며, 본 발명, 본 발명의 적용 또는 이용을 제한하려는 것이 아니다. 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은 제1 열교환 유로(2)를 포함하고, 제1 열교환 유로(2)는 컴프레서(21), 제1 열교환기(22), 스로틀 밸브(23), 및 제1 열교환기(22)의 하류에 직렬로 배치된 제2 열교환기(23)를 포함하는 열교환 회로로 구성되며, 제1 열교환 매체는 제1 열교환기(22) 내의 슬러지 처리용 공정 가스를 가열하기 위해 제1 열교환 유로(2) 내에서 순환한다. 제1 열교환 유로(2)는 제3 열교환기(25)를 더 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2 열교환기(24)는 제3 열교환기(25)의 하류에 직렬로 배치된다. 하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 열교환기(24)는 또한 제3 열교환기(25)의 상부에 직렬로 배열될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 열교환기(24)는 또한 제3 열교환기(25)와 병렬로 배열될 수 있다.

제1 열교환 매체는 열교환 회로 내에서 순환한다. 컴프레서(21)는 기체 상태의 제1 열교환 매체를 압축하고, 압축된 고온 고압의 제1 열교환 매체를 제1 열교환기(22) 쪽으로 방출한다. 제1 열교환 매체는 제1 열교환기(22) 내에서 흐르는 공정 가스(예를 들면, 외부로부터의 공기)에 의해 제1 열교환기(22)에서 응축되고, 액화되며, 따라서 공정 가스가 가열된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 열교환기(22)는 컨덴서에 대응한다. 응축된 제1 열교환 매체는 저온 및 저압의 액체 형태로 스로틀 밸브(23)를 통해 제2 열교환기(24) 및/또는 제3 열교환기(25)로 유입된다. 제2 열교환기(24) 및/또는 제3 열교환기(25)에서, 제1 열교환 매체는 제2 정화 및 열교환 유로(3)로부터 열을 흡수하여 증발한다. 따라서, 제2 열교환기(24) 및/또는 제3 열교환기(25)는 증발기에 대응한다. 증발된 제1 열교환 매체는 새로운 압축 사이클 동안 컴프레서(21)로 흡입된다. 제1 열교환 매체는 예를 들어, R134a, R407c, 또는 R410a 등일 수 있다. 당업자라면 제1 열교환기(22), 제2 열교환기(24), 및 제3 열교환기(25)가 본 발명의 보호범위에서 벗어나지 않는 다른 적합한 유형의 열교환기일 수 있다고 이해할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 열교환기(22)를 통해 흐르기 전에 공정 가스가 먼저 컴프레서(21)를 통해 흐르고, 컴프레서(21)를 냉각시키는 것을 도우며 또한 미리 가열됨으로써 열 회수 효율을 높인다.

본 발명의 일 실시예에서, 슬러지를 처리하고 또한 배기가스를 배출하기 위한 슬러지 처리 장치가 제1 열교환기(22)의 하류에 배치된다. 슬러지 열건조 과정에서, 다량의 배기가스가 방출된다. 배기가스의 조성물이 복잡 다양하고, 다양한 유기-무기 가스의 혼합물이며, 이 혼합물이 직접 배출되면, 주변 환경에 심각한 2차 오염을 초래하고, 인간의 생활 환경에 심각한 해를 끼칠 수 있다. 배기가스 안에는 폐열이 있기 때문에, 직접 배출되면 열 손실을 유발할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 슬러지 처리 장치는 슬러지 건조 장치(1)로 도시되어 있다. 당업자라면 슬러지 처리 장치가 본 발명의 보호범위에서 벗어나지 않는 다른 적합한 유형의 슬러지 처리 장치일 수도 있다고 이해할 것이다.

본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열회수 시스템은 제2 정화 및 열교환 유로(3)를 더 포함하고, 제2 정화 및 열교환 유로(3)는 제2 액체 열교환 매체(323)를 수용하는 열교환 탱크(31)를 포함한다. 슬러지 처리 후의 배기가스가 열교환 탱크(31)로 배출되고, 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체(323)에 의해 정화되며, 제2 액체 열교환 매체(323)에 열을 전달하여 냉각된다. 제2 열교환기(24)는 열교환 탱크(31)의 내부에 배치되고, 제2 열교환기(24)는 제2 액체 열교환 매체(323)의 열을 제2 열교환기(24) 내의 제1 열교환 매체에 전달하기 위해 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체와 열교환 관계에 있다. 열교환기(31)에서, 배기가스가 제2 액체 열교환 매체와 직접 열교환할 뿐만 아니라 제2 열교환기(24)와 직접 열교환하고, 제1 열교환 매체에 열을 전달한다. 따라서, 배기가스, 제2 액체 열교환 매체, 및 제1 열교환 매체 간의 열교환이 배기가스의 열을 충분히 회수하고 열 손실을 감소시킴으로써 에너지 소비를 줄일 수 있다. 물론, 열교환기(31)의 내부에는 필요에 따라 복수의 제2 열교환기(24)가 배치될 수 있으며, 제2 열교환기(24)는 직렬 또는 병렬로 배치되어 제1 열교환 매체에 대한 제2 액체 열교환 매체(323)의 열 전달 효율을 높일 수 있다. 악취의 생성을 방지하고, 2차 오염을 제거하며, 매우 환경 친화적일 수 있도록, 제2 정화 및 열교환 유로(3)에 유입되는 배기가스가 밀폐된 환경에서 처리되어 열 회수된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 액체 열교환 매체는 물이다. 하지만, 제2 액체 열교환 매체는 물에 한정되지 않으며, 세정액과 이온성 액체 등의 다른 적절한 액체가 사용될 수도 있다.

배기가스가 열교환 탱크(31) 내에서 정화되고, 열을 제2 액체 열교환 매체에 전달하며 그래서 냉각된다. 이로써, 배기가스의 정화 및 열의 회수가 이루어진다. 냉각된 후, 제2 액체 열교환 매체 내의 배기가스는 제2 액체 열교환 매체의 레벨 위로 자동 상승하고, 가스 수거 장치(6)에 의해 포집된다.

배기가스로부터 열을 얻은 제2 액체 열교환 매체는, 제2 열교환기(24)를 통해 제2 열교환기(24) 내에서 흐르는 제1 열교환 매체에 열을 전달하여 제1 열교환 매체를 증발시킨다.

본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열회수 시스템은, 열교환 탱크(31)의 상류에 배치되어 열교환되고 또한 정화된 열교환 탱크(31)로부터 배기가스를 포집하는 가스 수거 장치(6)를 더 포함한다. 배기가스는 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체(323)에 열을 전달하여 냉각됨으로써, 열을 회수한다. 냉각된 후, 제2 액체 열교환 매체의 배기가스는 제2 액체 열교환 매체의 레벨 위로 자동 상승하고, 가스 수거 장치(6)에 의해 포집된다. 가스 수거 장치(6)에 의해 포집되고 또한 열교환 및 정화를 거친 배기가스는, 제3 열교환기(25)를 통해 흐르는 제1 열교환 매체와 열교환하기 위해 제3 열교환기(25)를 통해 흐른다. 물론, 열교환기(31)의 상부에는 필요에 따라 복수의 제3 열교환기(25)가 배치될 수 있다. 복수의 제3 열교환기(25)는 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있으며, 이를 통해 열교환 및 정화를 거치고 또한 가스 수거 장치(6)에 의해 포집된 배기가스가 흘러서 복수의 열교환기의 제1 열교환 매체와 열을 교환하여 열교환 효율을 높인다.

제2 열교환기(24) 및/또는 제3 열교환기(25)를 통해 흐르는 제1 열교환 매체는 가열되어 증발되고, 순환 과정을 반복하기 위해 제1 열교환기(22)로 역류된다.

본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열회수 시스템은, 공정 가스를 재순환시키기 위해, 흡기 포트(5)를 통해 열교환 탱크(31)에 의해 정화된 배기가스를 제1 열교환기(22)로 역류시키는 제4 정화 가스 회수 유로를 더 포함한다. 물론, 정화된 배기가스가 필요에 따라 공기 배출구(5)를 통해 단지 환경 또는 다른 처리 장치로 배출될 수 있거나; 또는 정화된 배기가스 중 일부가 흡기 포트(5)를 통해 제1 열교환기(22)로 역류되어 처리 가스를 재순환시키고, 다른 일부는 공기 유출구(322)에서 배출된다. 제4 정화 가스 회수 유로는 도관, 제어 밸브 및 체크 밸브를 포함하는 적절한 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 탈포 장치(8)는 제3 열교환기(25)의 하류에 배치된다. 탈포 장치(8)는 열교환 및 정화된 배기가스를 탈포하여 정화된 가스를 생성하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 정화된 가스는 컴프레서(21) 또는 제1 열교환기(22)로 역류된다. 탈포 장치(8)에 의해 처리된 정화된 가스는 여전히 열을 싣고 있고, 재사용을 위해 흡기 포트(5) 쪽으로 재순환될 수 있으며, 추가적인 열 회수가 이루어질 수 있다. 물론, 정화된 가스가 필요에 따라 공기 유출구(322)를 통해 단지 환경 또는 다른 처리 장치로 배출될 수 있거나; 또는 정화된 가스 중 일부가 흡기포트를 통해 제1 열교환기(22)로 역류되어 공정 가스를 순환시키고, 다른 일부는 공기 유출구(322)에 의해 배출된다.

정화된 가스는 공기 유출구(322)를 통해 환경으로 배출될 수도 있다. 탈포 장치(8)는 스크린 데미스터(screen demister), 및 패킹 데미스터(packing demister) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은 제3 오염액 분리 유로(third dirty liquid separation flow path)를 더 포함한다. 제3 오염액 분리 유로는 오염액 분리 탱크(7)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 오염액 분리 탱크(7)는 배기가스를 정화한 후 오염수를 분리하기 위해 열교환 탱크(31)의 오염액 유출구(315)와 열교환 탱크(31)의 청정액 유입구(311) 사이에 배치되고, 분리된 액체는 다시 열교환 탱크의 청정액 유입구(311) 쪽으로 향한다. 오염액 분리 탱크(7)는 오염액 유입구(701), 청정액 유출구(702), 청정수 유입구(703), 및 슬러지 유출구(704)를 포함한다. 청정액 유입구(701), 액체 출구(702), 및 청정수 유입구(703)는 모두 오염액 분리 탱크(7)의 상부에 제공되며, 반면에 슬러지 유출구(704)는 오염액 분리 탱크(7)의 바닥에 제공된다. 청정수 유입구(703)에는 제어 밸브(705)가 제공되고, 청정액 유출구(702)에는 펌프(707)가 제공되며, 슬러지 유출구(704)에는 제어 밸브(706)가 제공된다. 오염액 유입구(701)는 열교환 탱크(31)의 오염액 유출구(315)와 유체 연통되어 열교환 탱크(31)로부터 배출되는 오염액을 수용한다. 청정액 유출구(702)는 열교환 탱크(31)의 청정액 유입구(311)와 유체 연통되어 오염액 분리 탱크(7)로부터 분리되는 청정액(슬러지가 제거된 액체)를 열교환 탱크(31)로 반환한다. 청정수 유입구(703)는 새로운 액체(즉, 제2 액체 열교환 매체)를 오염액 분리 탱크(7)에 주입하는 데 사용된다.

열교환 탱크(31)를 떠난 오수는 오수 유입구(701)를 통과하여 오염액 분리 탱크(7)에 유입된다. 오수는 오염액 분리 탱크(7)에서 침전되어 분리되고, 슬러지는 오염액 분리 탱크(7)의 바닥에 침전된다. 오수가 충분한 시간 동안 오염액 분리 탱크(7)에서 침전된 후, 펌프(707)가 켜지고, 분리된 청정액을 열교환 탱크의 청정액 유입구(311) 쪽으로 향하게 한다. 오염액 분리 탱크(7) 내의 슬러지 침전이 일정량에 도달하면, 제어 밸브(706)가 개방되어 슬러지 배출구(704)로부터 슬러지를 배출한다. 오염액 분리 탱크의 레벨이 사전 설정된 레벨 이하인 경우, 제어 밸브(705)가 개방되어 청정수 유입구(703)로부터 청정수가 유입되게 하여 청정수를 보충함으로써, 이 레벨이 사전 설정된 레벨까지 올라갈 수 있다.

선택적으로, 제3 오염액 분리 유로는 오염액 분리 탱크(7)로부터 청정액을 열교환 탱크(31)로 주입하기 위한 펌프(707)를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 추가적인 열교환기(도시하지 않음)가 열교환 탱크(31)의 오염액 유출구(315)와 오염액 분리 탱크(7)의 오염액 유입구(701) 사이에 제공될 수 있다. 열교환 탱크(31)에서 흘러나오는 오염액의 열을 제1 열교환 매체에 전달하여 열 회수 효율을 더 향상시키기 위해, 제1 열교환 매체가 추가적인 열교환기를 통해 흐른다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배기가스가 열교환 탱크(31)로 균일하게 유입될 수 있도록, 가스 분배 장치(32)가 열교환 탱크(31)의 흡기 라인의 상류에 배치된다. 가스 분배 장치(32)는 도관을 통해 열교환 탱크(31) 및 슬러지 건조 장치(1)와 가스 연통한다. 특히, 가스 분배 장치(32)와 열교환 탱크(31)를 연결하는 흡기 라인(321)은 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체의 레벨 아래에 삽입되고, 흡기 라인(321)은 가스와 액체 사이에 충분한 열교환을 보장하기에 충분한 깊이에 삽입된다. 본 발명에 따르면, 배기가스는 먼저 가스 분배 장치(32)를 통과한 후 정화를 위한 흡기 라인(321)을 통해 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체로 유입되고, 동시에 제2 액체 열교환 매체는 배기가스의 열 에너지를 흡수하여 열 전달을 실현함으로써, 슬러지 배기가스의 열교환 중에 장치의 막힘과 부식을 방지하고 또한 배기가스의 열회수 효율을 향상시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환 탱크(31)는 열교환 탱크(31)의 바닥에 인접하게 설치되는 청정액 유입구(311)와 폐액 유출구(313), 및 열교환기(311)의 상부에 제공되는 오염액 유출구(315)를 포함한다.

열교환 탱크는 또한 제어 밸브(314)를 포함한다. 배기가스가 슬러지 불순물을 포함하기 때문에, 열교환 탱크(31) 내 가스-액체 상호 작용 중에, 배기가스의 슬러지 불순물이 제2 액체 열교환 매체(323)에 의해 정화되어 제2 액체 열교환 매체(323)에 잔류한다. 제2 액체 열교환 매체(323)의 청결을 유지하고 또한 열교환 효율을 보장하기 위해, 펌프(707)가 켜지고, 열교환 탱크(31)의 바닥에서 청정액 유입구(311)로부터 제2 액체 열교환 매체(예를 들어, 물)가 열교환기(31)에 유입되게 한다. 열교환 탱크(31) 내의 레벨이 오염액 유출구(315)에 도달하면, 제2 액체 열교환 매체(323)는 오염액 유출구(315) 밖으로 흘러나온다.

액체 내 슬러지 불순물이 계속 증가함에 따라, 열교환 탱크(31) 내의 액체가 오염됨으로써, 유입되는 배기가스의 열교환 및 정화지에 영향을 미치고, 일부 장치는 또한 서비스 또는 교체를 필요로 한다. 이를 위해, 펌프(707)가 급수를 중단하기 위해 꺼질 수 있고, 제어 밸브(314)가 개방되어 열교환기(31)의 바닥에서 폐액 유출구(313)로부터 액체가 배출된 다음, 열교환 탱크(31)를 다시 채우기 위한 역동작이 수행된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배기가스 정화 및 열회수 시스템은 제어 밸브(318), 열교환 탱크(31)의 바닥에 인접하게 배치된 압축 가스 유입구(316), 및 열교환 탱크(31)의 바닥에 인접하게 배치된 도관(317)을 포함하는 제5 압축 가스 유로(fifth compressed gas flow path)를 더 포함한다. 압축 가스는 압축 가스 유입구(316)를 통해 도관(317)에 유입되고 또한 도관에 제공된 복수의 작은 구멍을 통해 열교환 탱크(31)의 제2 액체 열교환 매체로 주입된 다음, 가스 수거 장치(6) 또는 제3 열교환기(25)를 통해 열교환 및 정화를 거친 배기가스와 함께 배출된다.

열교환 탱크(31) 내 슬러지 불순물이 제2 열교환기(24)의 열교환 효율에 영향을 미치기에 충분하게 축적되면, 제어 밸브(318)가 개방되어 압축 가스가 압축 가스 유입구(316)에서 열교환 탱크(31)의 바닥에 인접하게 제공되는 도관(317) 쪽으로 흐를 수 있다. 그 후, 압축된 가스가 도관(317)에 제공된 복수의 작은 구멍을 통해 배출되고, 오염액 유출구(315)로부터 슬러지 불순물의 배출이 용이하도록 열교환 탱크(31)의 바닥에 있는 슬러지 불순물이 교반된다. 제2 액체 열교환 매체(323)를 빠져나간 압축 가스는 열교환 탱크(31) 위의 가스 수거 장치(6)로 포집되고, 그 다음에 가스 수거 장치(6)에서 열교환 및 정화된 배기가스와 함께 제3 열교환기(25)로 유입된다. 다음, 배기가스가 제1 열교환기(22) 또는 컴프레서(21) 쪽으로 역류되고; 물론, 정화된 배기가스가 필요에 따라 공기 유출구(5)를 통해 환경 또는 다른 처리 장치에 단지 배출될 수 있거나; 또는 정화된 배기가스 중 일부가 흡기포트(5)를 통해 제1 열교환기(22) 쪽으로 역류되어 공정 가스를 재순환시키고, 다른 일부는 공기 유출구(322)에서 배출된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환 및 정화를 거친 배기가스가 직접 제3 열교환기(25)를 통과함으로써 제3 열교환기(25)를 통해 흐르는 제1 열교환 매체와의 열교환을 할 수 있도록, 가스 수거 장치(6)가 제공되지 않을 수 있다.

선택적으로, 탈포 장치(8)와 제1 열교환기(22) 사이에는 추가적인 열교환기(도면에 도시하지 않음)가 제공될 수 있다. 제1 열교환 매체가 탈포 장치(8)에서 흘러나와 배기가스의 열을 제1 열교환 매체에 전달함으로써, 열 회수 효율을 더 향상시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2 열교환기(24)가 열교환 탱크(31)에 직접 배치됨으로써 충분한 열교환을 달성한다.

바람직한 발명의 실시예에 따르면, 공정 가스는 공기이다. 하지만, 공정 가스는 본 발명에 적합한 어떤 다른 가스일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공정 가스는 환기 장치(4)에 의해 제1 열교환기(22)에서 슬러지 처리 쪽으로 공급된다. 환기 장치(4)는 송풍기 장치 및/또는 통풍 장치인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 슬러지 처리 장치는 슬러지 건조 장치(1)이다. 하지만, 슬러지 처리 장치는 어떤 다른 슬러지 처리 장치일 수도 있다. 배기가스, 즉 건조 처리 후의 폐가스는 슬러지 건조 장치(1)로부터 제2 정화 및 열교환 유로(3)로 배출된다.

전술한 배기가스 정화 및 열회수 시스템을 사용하는 경우, 공정 가스는 주변 환경의 대기로부터 얻어지며, 이하의 동작 단계가 일반적으로 사용된다.

먼저, 제1 열교환 유로(2)와 제2 정화 및 열교환 유로(3)가 활성화된다. 청정액 유입구(311)에서 열교환 탱크(31)로 제2 액체 열교환 매체(323), 예를 들어 물을 주입하기 위해 펌프(707)가 켜진다. 정상 조건 하에서, 제2 액체 열교환 매체(323)는 열교환 탱크(31) 내의 사전 설정된 레벨에 도달한다. 그 다음에, 펌프(707)가 꺼진다.

공기가 흡기포트(5)로부터 유입되고, 먼저 컴프레서(21)를 거친 후 제1 열교환기(22)로 흐른다. 제1 열교환기(22)는 공기를 가열하고, 가열된 공기는 환기 장치(4)(예를 들어, 송풍기 및/또는 통풍 팬)에 의해 가압되어 슬러지 건조 장치(1)에 공급된다. 슬러지 건조 장치(1)에서, 가열된 공기가 슬러지 건조 처리에 참여하기 위한 공정 가스로서 사용된다. 가열된 공기가 슬러지 불순물을 가진 배기가스가 된 후, 슬러지 건조 장치(1)에서 배출되어 도관을 통해 가스 분배 장치(32)로 흐른다. 배기가스는 가스 분배 장치(32)에서 포집되고, 흡기 라인(321)을 통해 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체(323)로 배출되어 배기가스의 열을 제2 액체 열교환 매체(323)에 전달하여 가스-액체 열교환을 달성함으로써, 배기가스의 열의 열 회수가 이루어진다. 이 열교환 중에, 배기가스의 온도가 낮아지고, 배기가스가 자동적으로 제2 액체 열교환 매체(323)의 레벨을 초과하여 위로 흐르며, 가스 수거 장치(6)에 의해 포집된다.

이와 동시에, 컴프레서(21)는 제1 열교환 매체를 압축하고, 압축된 제1 열교환 매체를 제1 열교환기(22)로 배출한다. 제1 열교환기(22)에서, 제1 열교환 매체는 제1 열교환기(22)를 통해 흐르는 공기에 열을 방출하여 제1 열교환 매체와 공기의 열교환이 이루어진다. 다음, 응축된 제1 열교환 매체는 스로틀 밸브(23)를 통과하여 제2 열교환기(24) 및/또는 제3 열교환기(25)로 흐른다. 위에 나타낸 바와 같이, 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체(323)는 배기가스의 열을 흡수하여 온도를 상승시킨다. 따라서, 제1 열교환 매체가 제2 열교환기(24) 내의 제2 액체 열교환 매체 (323)의 열을 흡수하여 증발됨으로써, 열교환이 이루어져 제2 액체 열교환 매체(323)의 온도가 낮아진다. 그러므로, 열교환 탱크(31) 내의 제2 액체 열교환 매체(323)는 배출된 배기가스의 열을 계속 흡수할 수 있다. 제2 열교환 매체가 배기가스의 열을 제2 액체 열교환 매체로 전달한 후 열 에너지를 제2 열교환기로 전달함으로써, 다상 변화의 열 전달이 이루어지고 또한 열전달 효율이 크게 향상된다. 배기가스와 제2 액체 열교환 매체와 제1 열교환 매체 간의 열교환을 통해 열을 충분히 회수할 수 있고 또한 열 손실을 감소시킴으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다.

배기가스가 슬러지 불순물을 포함하기 때문에, 열교환 탱크(31)에서의 가스-액체 상호 작용 중, 배기가스 내 슬러지 불순물이 제2 액체 열교환 매체(323)에 의해 정화되어 제2 액체 열교환 매체(323)에 잔류한다.

그 후에, 제2 액체 열교환 매체(323)의 청정도를 유지하기 위해, 열교환 탱크(31)의 바닥에서 제2 액체 열교환 매체(323), 예컨대 물을 청정액 유입구(311)에 유입시킬 수 있도록 필요에 따라 펌프(707)가 켜진다. 열교환 탱크(31) 내의 레벨이 오염액 유출구(315)에 도달하는 경우, 제2 액체 열교환 매체(323)는 오염액 유출구(315)에서 배출된다. 정상적인 조건 하에서, 제2 액체 열교환 매체(323)는 열교환 탱크(31) 내의 사전 설정된 레벨에 도달한다. 이때, 펌프(707)가 꺼진다.

액체 내 슬러지 불순물이 계속 증가함에 따라, 열교환 탱크(31) 내의 액체가 오염되고, 이는 유입되는 배기가스의 열교환 및 정화에 영향을 미치며, 일부 장치는 또한 서비스 또는 교체를 필요로 한다. 이를 위해, 펌프(707)가 꺼져서 급수가 정지되고, 제어 밸브(314)를 개방하여 액체가 열교환기(31)의 바닥의 폐액 유출구(313)에서 배출될 수 있다. 그 후, 열교환 탱크(31)를 다시 채우기 위해 역동작이 수행된다.

열교환 탱크(31) 내의 슬러지 불순물이 제2 열교환기(24)의 열교환 효율에 영향을 미치기에 충분하게 축적되면, 제어 밸브(318)가 개방되어 압축 가스가 압축 가스 유입구(316)에서 열교환 탱크(31)의 바닥에 인접하게 제공된 도관(317)으로 흐른다. 그 후, 압축 가스가 도관(317)에 제공된 복수의 작은 구멍을 통해 배출되고, 오염액 유출구(315)에서 슬러지 불순물의 배출이 용이하도록 열교환 탱크(31)의 바닥에 있는 슬러지 불순물이 교반된다. 제2 액체 열교환 매체(323)를 빠져나온 압축 가스가 열교환 탱크(31) 위의 가스 수거 장치(6)로 포집되고, 열교환 및 정화를 거친 배기가스와 함께 가스 집진 장치에서 제3 열교환기(25)로 유입되며, 그 다음에 도 6에 도시된 바와 같이, 탈포 장치(8)로 보내진다. 탈포 장치(8)는 열교환 및 정화를 거친 배기가스를 탈포하여 정화된 가스를 생성하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 정화된 가스가 컴프레서(21) 또는 제1 열교환기(22)로 역류된다. 탈포 장치(8)에 의해 처리된 정화된 가스는 여전히 열을 싣고 있고, 재사용을 위해 흡기 포트(5)로 재순환될 수 있으며, 열회수가 추가로 이루어질 수 있다. 물론, 정화된 가스가 필요에 따라 공기 유출구(5)를 통해 단지 환경 또는 다른 처리 장치로 배출될 수 있거나; 또는 정화된 가스 중 일부가 흡기포트(5)를 통해 제1 열교환기(22)로 역류되어 공정 가스를 재순환시키고, 다른 일부는 공기 유출구(322)에서 배출된다.

열교환 탱크(31)를 빠져 나온 오수가 오수 유입구(701)를 통과하여 오염액 분리 탱크(7)에 유입된다. 오수는 오염된 액체 분리 탱크(7)에서 침전되어 분리되고, 슬러지가 오염된 액체 분리 탱크(7)의 바닥에 침전된다. 오수가 오염된 액체 분리 탱크(7)에서 충분한 시간 동안 침전된 후, 분리된 청정액을 열교환 탱크의 청정액 유입구(311)로 향하게 하기 위해 펌프(707)가 켜진다. 오염액 탱크(7)에서의 슬러지 침전이 일정량에 도달하면, 제어 밸브(706)가 개방되어 슬러지 배출구(704)로부터 슬러지를 배출한다. 오염액 분리 탱크(7)의 바닥에서 슬러지를 정화할 필요가 있는 경우, 제어 밸브(705)를 개방하여 청정수 유입구(703)로부터 청정수가 유입되어 오염액 분리 탱크(7)의 바닥에서 슬러지를 플러싱(flush)할 수 있다. 오염액 분리 탱크(7)를 제공함으로써, 배기가스를 정화한 후의 오수가 분리되고, 분리된 액체가 열교환 탱크(31)로 재순환된 후 배기가스와 열교환되어 제2 액체 열교환 매체를 재순환시킨다.

본 발명은 구체적인 바람직한 실시예 및 변형예에 대해 설명하였다. 명세서를 읽고 이해하는 때, 다른 변형예와 변경이 당업자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시되는 특정 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 속하는 모든 실시예를 포함할 것이다.

1: 슬러지 건조 장치
2: 제1 열교환 유로
3: 제2 정화 및 열교환 유로
4: 환기 장치
5: 흡기포트
6: 가스 수거 장치
7: 오염액 분리 탱크
701: 오수 유입구
702: 청정액 유출구
703: 청정수 유입구
704: 슬러지 유출구
705, 706: 제어 밸브
707: 펌프
8: 탈포 장치
21: 컴프레서
22: 제1 열교환기
23: 스로틀 밸브
24: 제2 열교환기
25: 제3 열교환기
31: 열교환 탱크
311: 청정액 유입구
313: 폐액 유출구
314, 318: 제어 밸브
315: 오염액 유출구
316: 압축 가스 유입구
317: 도관
32: 가스 분배 장치
321: 흡기 라인
322: 공기 유출구
323: 제2 액체 열 전달 매체

Claims

슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 시스템으로서,
제1 열교환기, 제2 열교환기, 및 제3 열교환기를 포함하는 제1 열교환 유로(first heat exchange flow path) - 상기 제1 열교환기의 하류(downstream)에 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기가 배치되고, 상기 제1 열교환 유로 내에서 제1 열교환 매체가 순환되어 상기 제1 열교환기 내의 슬러지 처리를 위한 공정 가스(process gas)를 가열함 -;
제2 액체 열교환 매체를 수용하는 열교환 탱크를 포함하는 제2 정화 및 열교환 유로(second purification and heat exchange flow path) - 슬러지 처리 후의 배기가스는 상기 열교환 탱크로 배출되고, 상기 열교환 탱크 내에서 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화되며, 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각되고, 상기 제2 열교환기는 상기 제2 액체 열교환 매체의 열을 상기 제2 열교환기 내의 상기 제1 열교환 매체에 전달하기 위해 상기 열교환 탱크 내의 상기 제2 액체 열교환 매체와 열교환 관계에 있음 -;
제4 정화 가스 회수 유로(fourth purified gas recovery flow path) - 상기 열교환 탱크의 배기가스는 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해 상기 제3 열교환기를 통해 흐르고, 상기 제4 정화 가스 회수 유로를 통해 흐르며, 열 교환 후의 상기 배기가스 중 적어도 일부가 흡기포트를 통해 상기 제1 열교환기로 역류되어 상기 공정 가스를 재순환시킴 -;
상기 배기가스를 정화한 후 오염액을 분리하기 위한 제3 오염액 분리 유로(third dirty liquid separation flow path) - 상기 제3 오염액 분리 유로는 상기 열교환 탱크의 오염액과 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구(clean liquid inlet) 사이에 제공되는 오염액 분리 탱크를 포함하고, 분리된 액체는 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구로 역류됨 -; 및
상기 슬러지 처리된 배기가스가 상기 열교환 탱크에 균일하게 유입될 수 있도록 상기 열교환 탱크의 흡입 도관의 상류(upstream)에 배치된 가스 분배 장치
를 포함하는 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은,
상기 열교환 탱크로부터 배기가스를 포집하기 위해 상기 열교환 탱크 위에 배치된 가스 수거 장치(gas gathering device)
를 더 포함하고,
상기 가스 수거 장치에 의해 포집된 배기가스는, 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기의 상류 또는 하류에 직렬로 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기와 병렬로 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 열교환기의 하류에는 탈포 장치(defoaming device)가 배치되고, 상기 탈포 장치는 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 배기가스의 거품을 제거하기 위한 것인, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 열교환 유로는 열교환 회로로 구성되고, 상기 열교환 회로는 상기 제1 열교환기의 상류에 배치된 컴프레서(compressor) 및 상기 제1 열교환기의 하류에 또한 상기 제2 열교환기의 상류에 배치된 스로틀 밸브(throttle valve)를 포함하며, 상기 컴프레서는 상기 제1 열교환 매체를 압축하고 또한 상기 압축된 제1 열교환 매체를 상기 제1 열교환기로 향하게 하는 데 사용되고, 상기 제1 열교환 매체는 상기 제1 열교환기 내의 상기 공정 가스를 가열한 후 상기 스로틀 밸브를 통해 상기 제2 열교환기로 흐르는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열교환 탱크는 청정액 유입구와 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 폐액 유출구(waste liquid outlet), 및 상기 열교환 탱크의 상류에 배치된 오염액 유출구(dirty liquid outlet)를 포함하는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배기가스 정화 및 열 회수 시스템은,
제5 압축 가스 유로(fifth compressed gas flow path)
를 더 포함하고,
상기 제5 압축 가스 유로는 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 압축 가스 유입구, 제어 밸브, 상기 교환 탱크의 바닥에 인접한 도관을 포함하며, 상기 제어 밸브는 필요에 따라 상기 압축 가스 유입구를 통해 압축 가스를 도관에 유입시키고, 상기 도관 위에 제공된 복수의 개구를 통해 압축 가스를 상기 열교환 탱크의 제2 액체 열교환 매체에 주입하며, 상기 배기가스와 함께 상기 압축 가스를 배출하도록 구성된, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 액체 열교환 매체는 물, 세정액, 및 이온성 액체 중 하나 이상의 매체인, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 상기 열교환 탱크 내부에 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배기가스는 상기 열교환 탱크 내의 레벨 아래에서 상기 열교환 탱크로 배출되고, 상기 열교환 탱크는 상기 레벨 아래에 흡입 도관을 가지고 있는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공정 가스는 공기이고, 상기 공정 가스는 환기 장치에 의해 상기 제1 열교환기에서 상기 슬러지 건조 장치로 공급되는, 배기가스 정화 및 열 회수 시스템.
슬러지 처리를 위한 배기가스 정화 및 열 회수 방법으로서,
제1 열교환기, 제2 열교환기, 및 제3 열교환기를 포함하는 제1 열교환 유로(first heat exchange flow path)를 제공하는 단계 - 상기 제1 열교환기의 하류에 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기가 배치되고, 상기 제1 열교환 유로 내에서 제1 열교환 매체가 순환되어 상기 제1 열교환기 내의 슬러지 처리를 위한 공정 가스(process gas)를 가열함 -;
제2 액체 열교환 매체를 수용하는 열교환 탱크를 포함하는 제2 정화 및 열교환 유로(second purification and heat exchange flow path)를 제공하는 단계 - 슬러지 처리 후의 배기가스는 상기 열교환 탱크로 배출되고, 상기 열교환 탱크 내에서 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화되며, 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각되고, 상기 제2 열교환기는 상기 제2 액체 열교환 매체의 열을 상기 제2 열교환기 내의 상기 제1 열교환 매체에 전달하기 위해 상기 열교환 탱크 내의 상기 제2 액체 열교환 매체와 열교환 관계에 있음 -;
상기 열교환 탱크를 상기 제2 액체 열교환 매체로 채우는 단계;
상기 제1 열교환기 내에서 상기 공정 가스가 가열된 후 슬러지 건조 장치에 보내질 수 있도록, 상기 제1 열교환 유로 및 상기 제2 정화 및 열교환 유로를 활성화하는 단계 - 상기 배기가스가 상기 제2 액체 열교환 매체에 의해 정화된 후 상기 제2 액체 열교환 매체에 열을 전달하여 냉각될 수 있도록, 상기 슬러지 건조 장치로부터 배출된 상기 배기가스가 상기 열교환 탱크로 유입됨 -;
상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위해, 상기 제3 열교환기를 통해 그리고 제4 정화 가스 회수 유로(fourth purified gas recovery flow path)를 통해 상기 열교환 탱크의 배기가스를 흐르게 하는 단계 - 열교환 후의 상기 배기가스 중 적어도 일부가 흡기포트를 통해 상기 제1 열교환기로 역류되어 상기 공정 가스를 재순환시킴 -;
상기 열교환 탱크의 오염액 유출구(dirty liquid outlet)와 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구(clean liquid inlet) 사이에, 상기 배기가스가 정화된 후 오수(dirty water)를 분리하기 위한 오염액 분리 탱크(dirty liquid separation tank)를 제공하는 단계; 및
상기 분리된 액체를 다시 상기 열교환 탱크의 청정액 유입구로 역류시키는 단계
를 포함하는 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항에 있어서,
상기 열교환 탱크로부터 배기가스를 포집하기 위한 가스 수거 장치(gas gathering device)를 상기 열교환 탱크 위에 배치하는 단계 - 상기 가스 수거 장치에 의해 포집된 상기 배기가스는 상기 제3 열교환기를 통해 흐르고, 상기 제3 열교환기는 상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 제3 열교환기를 통해 흐르는 상기 제1 열교환 매체와 열을 교환하기 위한 것임 -
를 더 포함하는 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기의 상류 또는 하류에 직렬로 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 상기 제3 열교환기와 병렬로 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 배기가스가 역류되기 전에 상기 배기가스를 탈포하기 위한 탈포 장치가 상기 제3 열교환기의 하류에 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 슬러지 처리된 배기가스가 상기 열교환 탱크에 균일하게 유입될 수 있도록, 가스 분배 장치가 상기 열교환 탱크의 흡입 도관의 상류에 배치되는, 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 열교환 탱크는 상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 청정액 유입구와 폐액 유출구(waste liquid outlet), 및 상기 열교환 탱크의 상류에 배치된 오염액 유출구를 포함하고; 보충될 필요가 있으면, 상기 제2 액체 열교환 매체가 상기 청정액 유입구에서 상기 열교환 탱크로 유입되고; 상기 열교환 탱크 내의 레벨이 상기 오염액 유출구에 도달하면, 상기 제2 액체 열교환 매체가 상기 오염액 유출구에서 유출되며; 상기 열교환 탱크가 정화될 필요가 있으면, 상기 액체 열교환 매체가 상기 폐액 유출구에서 배출되는, 배기가스 정화 및 열 회수 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 열교환 탱크의 바닥에 인접하게 배치된 압축 가스 유입구, 제어 밸브, 및 상기 교환 탱크의 바닥에 인접한 도관을 포함하는 제5 압축 가스 유로(fifth compressed gas flow path)를 제공하는 단계 - 상기 제어 밸브는 필요에 따라 상기 압축 가스 유입구를 통해 압축 가스를 도관에 유입시키고, 상기 도관 위에 제공된 복수의 개구를 통해 압축 가스를 상기 열교환 탱크의 제2 액체 열교환 매체에 주입하며, 상기 배기가스와 함께 상기 압축 가스를 배출하도록 구성됨 -
를 더 포함하는 배기가스 정화 및 열 회수 방법.