KR20200145131A - 다목적 축열 연소장치 - Google Patents

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KR20200145131A
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환경에너지솔루션 주식회사
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Abstract

본 발명은 다목적 축열 연소장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 하부 일측에 가스 유입구와 하부 타측에 가스 배출구 및 내부 공간에 퍼지가스를 포함하는 원통 형상의 본체와 축열재와 탈질 촉매를 포함하여 상기 본체 내부로 유입된 가스의 예열과 축열 반응을 유도하는 축열층과 반응 증폭기 및 분사 노즐을 포함하여 상기 축열층 상측에 형성되는 연소실 및 상기 본체 내부에 형성되어 상기 가스 유입구로 유입된 가스를 축열층과 연소실 및 축열층을 순차적으로 통과하여 상기 가스 배출구로 유도하는 분배실을 포함할 수 있다.

Description

다목적 축열 연소장치{Multi-Purpose Regenerative Thermal Oxidizer}
본 발명은 다목적 축열 연소장치에 관한 것이다.
축열 연소장치는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 및 유기성 악취 가스를 800
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내외의 고온에서 연소 처리하는 장치로서 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 연소시킴에 따라 발생하는 산화열을 축열재에 축열시킨 후, 이를 유해가스의 가스의 가열 및 연소에 재사용하는 장치이다.
일례로, 대한민국 등록특허공보 제10-1754758호에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 축열식 연소 산화 장치가 개시되어 있다.
종래의 축열식 연소 산화 장치는 정화시킬 공기를 유입관을 통해 챔버로 공급하고 퍼지 공기를 퍼지관을 통해 공급한 후 상기 챔버에서 공기를 연소 산화 방법으로 정화시켜 유출관을 통해 배출하는 장치로서, 휘발성 유기화합물이 포함된 유해 가스의 열량을 이용하여 고온에서 휘발성 유기화합물을 산화시킬 수 있다.
상기한 종래의 축열식 연소 산화 장치는 휘발성 유기화합물을 산화시키기 위하여 유해 가스를 연소 처리하는 경우 다량의 일산화탄소와 질소산화물을 생성할 수 있는 문제점이 있다.
그러나, 최근 연소가스 오염물질인 일산화탄소(Carbon monoxide, CO)와 질소산화물(Nitrogen Oxide, NOx)의 배출 기준 강화에 따라 종래의 축열식 연소 산화 장치가 휘발성 유기화합물을 제거하기 위하여 유해가스를 연소하는 경우 발생하는 일산화탄소와 질소산화물을 추가로 제거하기 위한 방안의 필요성이 증대되고 있다.
유해가스에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물의 제거는 물론, 이를 제거하기 위한 연소 중 발생하는 일산화탄소와 질소산화물을 추가로 제거하기 위한 다목적 축열 연소장치의 개발의 중요성이 확대되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1754758호(공고일자 2017.07.10)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 유해가스에 포함된 휘발성 유기화합물을 제거하는 동시에 이를 제거하기 위한 연소 과정 중 발생하는 일산화탄소와 질소산화물을 추가로 제거하기 위한 다목적 축열 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연소가스의 선회류를 유도하여 본체 내부로 유입된 유해가스와 혼합하여 휘발성 유기화합물과 불완전연소(CO) 가스를 제거하기 위한 반응을 극대화하는 다목적 축열 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 약품분무노즐과 탈질 촉매를 통하여 질소산화물의 제거를 더욱 효과적으로 수행하는 다목적 축열 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 하부 일측에 가스 유입구와 하부 타측에 가스 배출구 및 내부 공간에 퍼지가스를 포함하는 원통 형상의 본체와 축열재와 탈질 촉매를 포함하여 상기 본체 내부로 유입된 가스의 예열과 축열 반응을 유도하는 축열층과 반응 증폭기 및 분사 노즐을 포함하여 상기 축열층 상측에 형성되는 연소실 및 상기 본체 내부에 형성되어 상기 가스 유입구로 유입된 가스를 축열층과 연소실 및 축열층을 순차적으로 통과하여 상기 가스 배출구로 유도하는 분배실을 포함한다.
또한, 상기 탈질 촉매는 이산화 타이타늄(TiO2), 오산화 바나듐(V2O5), 삼산화 텅스텐(WO3) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 분배실은 상기 가스 유입구와 상기 축열층 사이에 형성되며, 구동모터에 의하여 회전하는 로터리윙과 상기 로터리윙 상측에 형성되는 복수 개의 분배통로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐은 상기 연소실 상부에 적어도 2개 이상이 형성되어 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 액체를 상기 연소실로 분무 형태로 분사한다.
또한, 상기 반응 증폭기는 상기 연소실 측면에 적어도 2개 이상이 동일한 간격으로 형성되어 780~850℃인 고온의 기체를 상기 연소실 내에 선회류를 유도하도록 공급할 수 있다.
또한, 상기 반응 증폭기의 유로를 관통하는 가상의 중심선은 상기 연소실의 중심을 기준으로 하는 방사 상의 가상선과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 반응 증폭기는 각각 높이가 다르게 형성되거나, 반응 증폭기의 유로 내측에 나선 형상의 반응 증폭기 돌기를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 연소실은 내측 면에 적어도 1개 이상의 연소실 돌기를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 가스 유입구 및 가스 배출구 측에 형성되는 축열층의 축열재와 탈질 촉매의 배열은 상기 탈질 촉매층을 축열재층의 중간부 또는 하부에 배치한다.
본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 유해가스에 포함된 휘발성 유기화합물을 제거하는 동시에 일산화탄소 및 질소산화물을 추가로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 연소가스의 선회류를 유도하여 본체 내부로 유입된 유해가스와 혼합하여 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거하기 위한 반응을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 별도의 탈질 시설을 구비할 필요가 없으며, 비교적 간단한 구조로 기존의 축열 연소장치에도 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 축열식 연소 산화 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 일부 단면을 나타낸 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 연소실을 나타낸 상면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 축열층의 일부 단면을 나타낸 상면도.
도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 연소실을 나타낸 상면도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 일부 단면을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 연소실을 나타낸 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 축열층의 일부 단면을 나타낸 상면도이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치는 하부 일측에 가스 유입구(110)와 하부 타측에 가스 배출구(120) 및 내부 공간에 퍼지가스를 포함하는 원통 형상의 본체(100), 축열재(210)와 탈질 촉매를 포함하여 상기 본체(100) 내부로 유입된 가스의 예열과 축열 반응을 유도하는 축열층(200), 반응 증폭기(310) 및 분사 노즐(320)을 포함하여 상기 축열층(200) 상측에 형성되는 연소실(300) 및 상기 본체 내부(100)에 형성되어 상기 가스 유입구(110)로 유입된 가스를 축열층(200)과 연소실(300) 및 축열층(200)을 순차적으로 통과하여 상기 가스 배출구(120)로 유도하는 분배실(400)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 본체(100)는 내부식성과 내열성이 우수한 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 퍼지가스는 상기 축열층(200)의 잔류가스를 상기 연소실(300)로 유입 처리하는 가스이다.
상기 축열층(200)은 상기 본체(100) 내부에 형성되며 연소실(300)과 분배실(400) 사이에 형성된다.
또한, 상기 탈질 촉매는 이산화 타이타늄(TiO2), 오산화 바나듐(V2O5), 삼산화 텅스텐(WO3) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이외에도 질소산화물과 반응 효율이 높은 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 축열재(210)는 가스 통과 및 열 교환이 가능한 다공성 축열 물질을 포함하며, 보다 바람직하게는 벌집형 세라믹 축열재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 탈질 촉매는 상기 가스 축열재(210)의 중앙부 또는 하부에 배치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 질소산화물이 가스 배출구(120)측으로 배출되기 전 탈질 반응을 더욱 극대화시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 축열재(210)는 상기 축열층(200)의 중심을 기준으로 하는 방사형으로 복수 개로 형성된다.
또한, 상기 축열재(210) 사이에 상기 축열층(200)의 중심을 기준으로 하는 방사형으로 형성되는 격벽(130)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 격벽(130)은 연소실(300) 하측의 일부와 분배실(400)의 상측의 일부로 연장되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 연소실(300) 하측 일부로 연장되는 격벽(130)의 표면에는 원호 형상의 격벽 돌기를 포함할 수 있다.
상기 연소실(300)은 상기 축열층(200) 상측에 형성되며, 내부가 800℃의 고온을 유지하도록 형성된다.
또한, 상기 분사 노즐(320)은 상기 연소실 상부에 적어도 2개 이상이 형성되어 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 액체를 상기 연소실(300)로 분사할 수 있다.
이때, 상기 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 액체는 분무 형태로 분사되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응 증폭기(310)는 상기 연소실(300) 측면에 적어도 2개 이상이 동일한 간격으로 형성되어 780~850℃인 고온의 기체 즉, 연소가스를 연소실(300) 내로 공급한다.
이때, 상기 반응 증폭기(310)는 연소실(300) 내측 면의 원주 방향을 따라 연소가스를 일정한 유속으로 공급함으로써 연소실(300) 내에 선회류를 유도할 수 있다.
따라서, 상기 분사 노즐(320)에 의하여 공급되는 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 분무 형태의 액체와 연소가스는 연소실(300)에서 균일하게 혼합될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 복수 개로 형성되는 반응 증폭기(310)는 각각 높이가 다르게 형성되어 연소실(300) 내에 연소가스의 선회류를 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
상기 분배실은 구동모터(410)에 의하여 회전하는 로터리윙(420)과 분배통로(430)를 포함한다.
상기 로터리윙(420)은 상기 가스 유입구(110)로 유입된 유해가스를 축열층(200)을 거쳐 연소실(300) 내로 공급하며 이를 다시 축열층(200)을 거쳐 가스 배출구(120)로 유도하되, 연속적으로 풍향의 변화를 주어 상기 축열층(200)의 예열 및 열회수가 이루어지도록 한다.
또한, 상기 분배통로(430)는 분배실(400)과 축열층(200)에 형성되는 가스통로로서 복수 개로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 연소실을 나타낸 상면도이다.
이를 참조하면, 본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치의 반응 증폭기(310)의 유로를 관통하는 가상의 중심선(C)은 상기 연소실의 중심을 기준으로 하는 방사 상의 가상선(S)과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 반응 증폭기(310)는 연소실(300) 내측 면의 원주 방향을 따라 연소가스를 공급함으로써 연소실(300) 내에 선회류를 유도할 수 있다.
또한, 상기 반응 증폭기(310)는 연소가스가 흐르는 유로 내측에 나선 형상의 반응 증폭기 돌기(311)를 포함하여 연소가스의 선회류를 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
또한, 상기 연소실(300)은 내측 면에 적어도 1개 이상의 원호 형상의 연소실 돌기(330)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 연소실 돌기(330)는 사인 곡선 등과 같은 형상으로 상기 반응 증폭기(310)에 의하여 연소실(300) 내측 면의 원주 방향을 따라 공급된 연소가스가 연소실(300) 내에 고르게 흐를 수 있도록 유도하는 것이다.
또한, 상기 연소실 돌기(330)는 연소실(300) 내측 면에 연속적으로 형성될 수도 있으며, 상기 반응 증폭기(310)의 인접하여 분할 형성될 수도 있다.
또한, 상기 연소실 돌기(330)는 상기 분사 노즐(320)에서 분무된 액체가 상측에 고이는 것을 방지하기 위하여 하향 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치의 작동 방법을 설명하면 하기와 같다.
상기 가스 유입구(110)를 통하여 처리 대상인 유해가스가 유입되면, 상기 로터리윙(420)에 의하여 분배통로(430)를 거쳐 축열층(200)으로 공급된다.
이때, 상기 유해가스는 축열재(210)에서 발생하는 고온의 열에 의하여 예열 및 연소 반응을 일으키며, 동시에 탈질 촉매에 의하여 상기 유해가스에 포함된 질소산화물은 화학 반응을 일으킨다.
이후, 상기 유해가스는 상기 연소실(300)로 유입되어 상기 반응 증폭기(310)에서 공급되는 고온의 기체 즉, 연소가스에 의하여 휘발성 유기화합물의 제거가 수행된다.
이때, 상기 유해가스는 분사 노즐(320)에서 분사되는 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 액체에 의하여 일산화탄소 및 질소산화물도 동시에 제거된다.
또한, 본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 상기 반응 증폭기(310)에 의하여 연소가스가 선회류로 유도되어 상기 분사 노즐(320)에서 분사된 액체 및 유해가스가 고르게 혼합되어 상기한 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거하기 위한 반응을 극대화시킬 수 있다.
또한, 반응 증폭기 돌기(311)와 연소실 돌기(330)에 의하여 연소실(300) 전체 공간에서 고르게 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거하기 위한 반응을 유도할 수 있다.
또한, 상기 연소실(300) 하측 일부로 연장되는 격벽(130)에 상기 연소실 돌기(330)와 동일 또는 유사한 형상의 격벽 돌기를 더 포함하여 연소가스의 선회류를 보다 용이하게 유도할 수도 있다.
또한, 상기와 같은 구성들로 인하여 상기 반응 증폭기(310)에 의하여 상기 연소실(300) 내로 유입된 연소가스와 유해가스는 연소실(300) 내에서 1초 이상 체류하며 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거하기 위한 반응을 위한 시간을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거된 유해가스는 로터리윙(420)에 의하여 다시 축열층(200)으로 유도됨으로써 축열재(210)에 의하여 연소열의 회수가 이루어지며, 동시에 축열층(200)의 탈질 촉매에 의하여 남은 질소산화물의 제거가 이루어진다.
이후, 상기 휘발성 유기화합물과 일산화탄소 및 질소산화물의 제거된 유해가스는 로터리윙(420)에 의하여 가스 배출구(120) 측으로 배출된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 다목적 축열 연소장치는 후단에 별도의 탈질 시설을 구비할 필요가 없다.
또한, 상기 반응 증폭기(310)와 분사 노즐(320)은 비교적 간단한 구조로 기존의 축열 연소장치에 용이하게 적용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 축열 연소장치는 별도의 탈질 시설을 구비할 필요가 없으며, 비교적 간단한 구조로 기존의 축열 연소장치에도 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
C. 중심선
S. 가상선
100. 본체
110. 가스 유입구
120. 가스 배출구
130. 격벽
200. 축열층
210. 축열재
300. 연소실
310. 반응 증폭기
311. 반응 증폭기 돌기
320. 분사 노즐
330. 연소실 돌기
400. 분배실
410. 구동모터
420. 로터리윙
430. 분배통로

Claims (10)

  1. 하부 일측에 가스 유입구와 하부 타측에 가스 배출구 및 내부 공간에 퍼지가스를 포함하는 원통 형상의 본체;
    축열재와 탈질 촉매를 포함하여 상기 본체 내부로 유입된 가스의 예열과 축열 반응을 유도하는 축열층;
    반응 증폭기 및 분사 노즐을 포함하여 상기 축열층 상측에 형성되는 연소실; 및
    상기 본체 내부에 형성되어 상기 가스 유입구로 유입된 가스를 축열층과 연소실 및 축열층을 순차적으로 통과하여 상기 가스 배출구로 유도하는 분배실;을 포함하는 다목적 축열 연소장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탈질 촉매는 이산화 타이타늄(TiO2), 오산화 바나듐(V2O5), 삼산화 텅스텐(WO3) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 다목적 축열 연소장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분배실은 상기 가스 유입구와 상기 축열층 사이에 형성되는 다목적 축열 연소장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 분배실은 구동모터에 의하여 회전하는 로터리윙과 상기 로터리윙 상측에 형성되는 복수 개의 분배통로를 포함하는 다목적 축열 연소장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 연소실 상부에 적어도 2개 이상이 형성되어 요소(CO(NH2)2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 액체를 상기 연소실로 분사하는 다목적 축열 연소장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 증폭기는 상기 연소실 측면에 적어도 2개 이상이 동일한 간격으로 형성되어 780~850℃인 고온의 기체를 상기 연소실 내에 선회류를 유도하도록 공급하는 다목적 축열 연소장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응 증폭기의 유로를 관통하는 가상의 중심선은 상기 연소실의 중심을 기준으로 하는 방사 상의 가상선과 소정의 각도를 이루도록 형성되는 다목적 축열 연소장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 반응 증폭기는 각각 높이가 다르게 형성되는 다목적 축열 연소장치.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 반응 증폭기는 연소가스의 유로 내측에 나선 형상의 반응 증폭기 돌기를 포함하는 다목적 축열 연소장치.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 연소실은 내측 면에 적어도 1개 이상의 연소실 돌기를 포함하는 다목적 축열 연소장치.
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