KR20220020133A - 폐가스 처리장치 - Google Patents

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KR20220020133A KR1020200100712A KR20200100712A KR20220020133A KR 20220020133 A KR20220020133 A KR 20220020133A KR 1020200100712 A KR1020200100712 A KR 1020200100712A KR 20200100712 A KR20200100712 A KR 20200100712A KR 20220020133 A KR20220020133 A KR 20220020133A
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Abstract

폐가스 처리장치를 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 처리장치는 처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동하는 이동유닛; 상기 폐가스 설비의 일측에 연결되어 불활성가스인 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관을 포함하는 퍼지가스 공급유닛; 상기 폐가스 설비의 타측에 연결되어 퍼지가스와 함께 폐가스가 유입되며 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급관을 포함하는 혼합가스 공급유닛; 상기 이동유닛에 구비되며, 상기 혼합가스 공급관이 연결되어 혼합가스가 유입되고 유동하는 플레어스택과, 혼합가스가 상기 플레어스택으로부터 외부로 배출되면서 연소되어 폐가스가 처리되도록 하는 파일럿버너부를 포함하는 혼합가스 연소유닛; 및 적어도 상기 혼합가스 공급유닛과 상기 혼합가스 연소유닛을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

Description

폐가스 처리장치{APPARATUS FOR TREATING WASTE GAS}
본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것이다.
제철소나 화학플랜트 등에는 플레어시스템이 고정 설치되어, 제철소나 화학플랜트 등에 존재하는 폐가스를 처리하거나, 비상상황시 기발생된 부생가스 등을 처리한다.
플레어시스템에서는 폐가스를 연소하여 대기로 배출함으로써 환경오염물질이 대기로 배출되는 것을 방지하도록 구성된다.
종래, 이러한 플레어스시템은 전술한 바와 같이 제철소나 화학플랜트 등에 고정 설치되기 때문에, 특정 설비의 수리, 개선시 등에 발생하는 소규모 폐가스의 처리에는 대응이 어려웠다.
또한, 종래 플레어시스템은 흡기펌프 등을 사용하여 폐가스를 플레어시스템으로 공급하여, 폐가스에 의해서 흡기펌프 등이 부식되는 등의 문제가 발생하였다.
미국등록특허공보 제4,255,120호 (1981.03.10. 공고) 한국공개특허공보 제2017-0138609호 (2017.12.18. 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동한 후 퍼지가스를 폐가스 설비에 공급하여 폐가스가 퍼지가스와 함께 폐가스 설비로부터 배출되도록 하며, 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 연소하여 폐가스를 처리하되 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도보다 낮아지면 보조연료를 공급하여 혼합가스가 안정적으로 연소되도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 폐가스 처리장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 폐가스 처리장치는 처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동하는 이동유닛; 상기 폐가스 설비의 일측에 연결되어 불활성가스인 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관을 포함하는 퍼지가스 공급유닛; 상기 폐가스 설비의 타측에 연결되어 퍼지가스와 함께 폐가스가 유입되며 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급관을 포함하는 혼합가스 공급유닛; 상기 이동유닛에 구비되며, 상기 혼합가스 공급관이 연결되어 혼합가스가 유입되고 유동하는 플레어스택과, 혼합가스가 상기 플레어스택으로부터 외부로 배출되면서 연소되어 폐가스가 처리되도록 하는 파일럿버너부를 포함하는 혼합가스 연소유닛; 및 적어도 상기 혼합가스 공급유닛과 상기 혼합가스 연소유닛을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 혼합가스 연소유닛은 상기 플레어스택에 보조연료를 공급하는 보조연료 공급관을 포함하는 보조연료 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 공급관에는 상기 제어부에 연결되며 혼합가스에 포함되는 가연성분의 농도를 측정하는 가연성분 농도센서가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도보다 낮아지면, 상기 보조연료 공급관을 통해 상기 플레어스택에 보조연료를 공급하여 혼합가스가 연소되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도보다 낮은 소정의 공급종료농도보다 낮아지면, 상기 플레어스택으로의 보조연료의 공급을 중단할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 공급종료농도보다 낮은 소정의 처리종료농도보다 낮아지면, 상기 플레어스택으로의 혼합가스의 공급을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 연소되기 위해서 필요한 최소 저위발열량인 연소기준 저위발열량, 혼합가스의 저위발열량 및, 보조연료의 저위발열량을 사용하여 구할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 아래의 계산식1에 의해서 구할 수 있다.
[계산식1]
Qa = Qm(LHVs - LHVm)/(LHVa-LHVs)
여기에서 Qm 은 혼합가스의 유량이고, LHVs는 연소기준 저위발열량이며, LHVm은 혼합가스의 저위발열량이고, LHVa는 보조연료의 저위발열량임.
또한, 상기 제어부는, 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도와 상기 처리종료농도 사이에서, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량에 대한 상관 관계를 구하여, 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 구할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하고, 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 처리종료농도일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하며, 가연성분의 농도가 상기 처리종료농도일 때 혼합가스가 보조연료만으로 연소가 이루어지도록 하는 최소 보조연료의 유량을 구하여, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량에 대한 상관 관계를 구할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동한 후 퍼지가스를 폐가스 설비에 공급하여 폐가스가 퍼지가스와 함께 폐가스 설비로부터 배출되도록 하며, 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 연소하여 폐가스를 처리하되 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도보다 낮아지면 보조연료를 공급하여 혼합가스가 안정적으로 연소되도록 할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일시예를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 연소유닛의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 연소유닛의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도4 내지 도7은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 작동을 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 공급관에 구비된 가연성분 농도센서에서 측정한, 시간에 따른 혼합가스에 포함되는 가연성분을 나타내는 그래프이다.
도9는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예에서, 퍼지가스의 누적 공급량에 대하여, 계산식1에 의한 보조연료 공급유량, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 보조연료 공급유량과의 상관관계에 의한 보조연료 공급유량 및, 퍼지가스 공급에 따른 혼합가스의 발열량 감소를 나타내는 그래프이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 폐가스 처리장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
이하, 도1 내지 도9를 참조로 하여 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예에 대하여 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일시예를 나타내는 도면이다.
또한, 도2는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 연소유닛의 다른 실시예를 나타내는 도면이며, 도3은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 연소유닛의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
그리고, 도4 내지 도8은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 작동을 나타내는 도면이다.
또한, 도8은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예의 혼합가스 공급관에 구비된 가연성분 농도센서에서 측정한, 시간에 따른 혼합가스에 포함되는 가연성분을 나타내는 그래프이다.
도9는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 일실시예에서, 퍼지가스의 누적 공급량에 대하여, 계산식1에 의한 보조연료 공급유량, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 보조연료 공급유량과의 상관관계에 의한 보조연료 공급유량 및, 퍼지가스 공급에 따른 혼합가스의 발열량 감소를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 폐가스 처리장치(100)의 일실시예는 이동유닛(200), 퍼지가스 공급유닛(300), 혼합가스 공급유닛(400), 혼합가스 연소유닛(500) 및, 제어부(600)를 포함할 수 있다.
이동유닛(200)은 처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비(WI)로 이동할 수 있다. 이동유닛(200)은, 예컨대 견인식 트레일러일 수 있다. 그리고, 폐가스 설비(WI)의 폐가스 처리가 필요한 경우, 이동유닛(200)은 차량 등에 연결되어 폐가스 설비(WI)로 이동할 수 있다. 그러나, 이동유닛(200)은 특별히 한정되지 않고, 폐가스 설비(WI)로 이동할 수 있는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
이동유닛(200)에는 이동유닛(200) 이외의 본 발명에 따른 폐가스 처리장치(100)의 일실시예의 구성 중 적어도 일부가 구비될 수 있다. 예컨대, 이동유닛(200)에는 혼합가스 연소유닛(500)과 제어부(600)가 구비될 수 있다. 그러나, 이동유닛(200)에는 퍼지가스 공급유닛(300)이나 혼합가스 공급유닛(400)도 구비될 수도 있다.
처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비(WI)는, 예컨대 제철소에 구비되어 제철소에서 발생한 폐가스인 부생가스가 유동하는 부생가스배관일 수 있다. 그리고, 부생가스배관의 일부의 교체시 등 부생가스배관을 유동하는 폐가스인 부생가스를 처리하여야 하는 경우, 도4에 도시된 바와 같이 이동유닛(200)이 부생가스배관으로 이동할 수 있다. 이에 의해서, 이동유닛(200) 이외의 본 발명에 따른 폐가스 처리장치(100)의 일실시예의 적어도 일부 구성, 예컨대 혼합가스 연소유닛(500)과 제어부(600)도 이동유닛(200)에 의해서 부생가스배관으로 이동할 수 있다. 그리고, 부생가스배관에 존재하는 폐가스인 부생가스를 본 발명에 따른 폐가스 처리장치(100)의 일실시예에 의해서 처리할 수 있다. 그러나, 처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비(WI)는 특별히 한정되지 않고, 폐가스가 존재하는 것이라면, 열교환기나 저장용기 등 어떠한 것이라도 가능하다.
퍼지가스 공급유닛(300)은 퍼지가스 공급관(310)을 포함할 수 있다. 퍼지가스 공급관(310)은 폐가스 설비(WI)의 일측에 연결될 수 있다. 폐가스 설비(WI)의 일측에는 도4에 도시된 바와 같이 연결구(CT)가 구비될 수 있다. 그리고, 퍼지가스 공급관(310)은 도5에 도시된 바와 같이 폐가스 설비(WI)의 일측에 구비되는 연결구(CT)에 연결될 수 있다. 연결구(CT)에는 연결구(CT)를 개폐하는 개폐밸브(VC)가 구비될 수 있다. 그러나, 퍼지가스 공급관(310)이 폐가스 설비(WI)의 일측에 연결되는 구성은 특별히 한정되지 않고, 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
퍼지가스 공급유닛(300)은 퍼지가스 공급원(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 퍼지가스 공급원에는 퍼지가스 공급관(310)이 연결되며 퍼지가스 공급관(310)에 퍼지가스를 공급할 수 있다. 그리고, 퍼지가스 공급관(310)에는 도1에 도시된 바와 같이 퍼지가스 공급밸브(VP)가 구비될 수 있다. 퍼지가스 공급밸브(VP)는 수동으로 개폐될 수 있거나, 제어부(600)에 연결되어 제어부(600)에 의해서 개폐될 수 있다. 이에 따라, 수동으로 또는 제어부(600)에 의해서 퍼지가스 공급밸브(VP)가 열리면, 도5에 도시된 바와 같이 퍼지가스 공급원의 퍼지가스가 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 공급될 수 있다.
퍼지가스 공급원에서 공급하는 퍼지가스는 불활성가스일 수 있다. 이에 따라, 퍼지가스 공급원의 퍼지가스가 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 공급된다고 하더라도, 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스가 퍼지가스와 연소 등 화학반응하지 않을 수 있다. 퍼지가스는, 예컨대 질소일 수 있다. 그러나, 퍼지가스는 특별히 한정되지 않고, 불활성가스라면 어떠한 것이라도 가능하다.
퍼지가스 공급유닛(300)은, 예컨대 제철소 등에 구비되며 질소공급원과 질소공급관을 포함하는 질소공급장치(도시되지 않음)일 수 있다. 그러나, 퍼지가스 공급유닛(300)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 퍼지가스 공급관(310)은 이동유닛(200)에 구비되고, 이동유닛(200)이 폐가스 설비(WI)로 이동하면, 퍼지가스 공급관(310)이 질소공급원과 폐가스 설비(WI)에 연결되도록 구성되는 등, 폐가스 설비(WI)의 일측에 연결되어 불활성가스인 퍼지가스를 공급할 수 있는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
혼합가스 공급유닛(400)은 혼합가스 공급관(410)을 포함할 수 있다. 혼합가스 공급관(410)은 폐가스 설비(WI)의 타측에 연결될 수 있다. 이에 따라, 퍼지가스와 함께 폐가스가 혼합가스 공급관(410)에 유입될 수 있다. 폐가스 설비(WI)의 타측에는 도4에 도시된 바와 같이 연결구(CT)가 구비될 수 있다. 그리고, 혼합가스 공급관(410)은 도5에 도시된 바와 같이 폐가스 설비(WI)의 타측에 구비되는 연결구(CT)에 연결될 수 있다. 연결구(CT)에는 연결구(CT)를 개폐하는 개폐밸브(VC)가 구비될 수 있다. 그러나, 혼합가스 공급관(410)이 폐가스 설비(WI)의 타측에 연결되는 구성은 특별히 한정되지 않고, 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
도5에 도시된 바와 같이, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)이폐가스 설비(WI)의 일측에 연결되고, 혼합가스 공급관(410)이 폐가스 설비(WI)의 타측에 연결되면, 폐가스 설비(WI)의 일측과 타측 사이의 부분은 밀폐될 수 있다. 이에 따라, 도6에 도시된 바와 같이 불활성가스인 퍼지가스가 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 공급되면, 폐가스 설비(WI)의 일측과 타측 사이에 존재하는 폐가스가 퍼지가스와 함께 혼합가스 공급관(410)에 유입될 수 있다.
예컨대, 폐가스 설비(WI)가 부생가스배관인 경우에, 퍼지가스 공급관(310)이 연결되는 부생가스배관 부분의 외측의 부생가스배관의 부분과 혼합가스 공급관(410)이 연결되는 부생가스배관 부분의 외측의 부생가스배관 부분은 각각 도4에 도시된 바와 같이 U자형상으로 구부러질 수 있다. 이와 같이 U자형상으로 구부러진 부생가스배관 부분에는 물공급관(PW)이 연결될 수 있다. 그리고, U자형상으로 구부러진 부생가스배관의 부분에 도5에 도시된 바와 같이 물공급관(PW)을 통해 물을 공급하여, 물이 U자형상으로 구부러진 부생가스배관의 부분에 채워지도록 할 수 있다. 이에 의해서, 퍼지가스 공급관(310)이 연결되는 부생가스배관 부분과 혼합가스 공급관(410)이 연결되는 부생가스배관 부분 사이가 밀폐되도록 할 수 있다. 그러나, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)과 혼합가스 공급관(410)이 각각 연결되는 폐가스 설비(WI)의 일측과 타측 사이의 부분을 밀폐하는 구성은 특별히 한정되지 않고, 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
혼합가스 공급관(410)은 혼합가스 연소유닛(500)에 포함하는 후술할 플레어스택(510)에 연결될 수 있다. 혼합가스 공급관(410)에는 도1에 도시된 바와 같이 제어부(600)에 연결되는 혼합가스 공급밸브(VM)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)에 의해서 혼합가스 공급밸브(VM)가 열리면, 도6에 도시된 바와 같이 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스가 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 공급될 수 있다.
혼합가스 공급관(410)에는 제어부(600)에 연결되는 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)가 구비될 수 있다. 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)는 도1에 도시된 바와 같이 혼합가스 공급밸브(VM)와 혼합가스 연소유닛(500)의 플레어스택(510) 사이의 혼합가스 공급관(410)의 부분에 구비될 수 있다. 또한, 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)에는 퍼지가스 공급원에 연결되는 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)이 연결될 수 있다. 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)에는 개폐밸브(VC)가 구비될 수 있다. 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)이 연결되는 퍼지가스 공급원은 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)이 연결되는 퍼지가스 공급원과 동일할 수 있다. 그러나, 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)이 연결되는 퍼지가스 공급원은 퍼지가스 공급관(310)이 연결되는 퍼지가스 공급원과는 다른 퍼지가스 공급원일 수도 있다.
플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)의 개폐밸브(VC)가 열린 상태에서, 제어부(600)에 의해서 혼합가스 공급밸브(VM)는 닫히고 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)는 열리면, 도5에 도시된 바와 같이 퍼지가스 공급원의 퍼지가스가 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)과, 혼합가스 공급밸브(VM)와 혼합가스 연소유닛(500)의 플레어스택(510) 사이의 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 유입될 수 있다. 플레어스택(510)에 유입되는 퍼지가스는 플레어스택(510) 내부를 유동하면서 플레어스택(510) 내부를 퍼징(Purging)한 후 플레어스택(510)으로부터 배출될 수 있다. 이러한 플레어스택(510)의 퍼지가스에 의한 퍼징은 전술하고 도5에 도시된 바와 같이 혼합가스를 플레어스택(510)에 공급하여 연소시키기 전에 할 수 있지만, 플레어스택(510)에서 혼합가스의 연소가 종료된 후에도 할 수 있다.
혼합가스 공급관(410)에는 도1에 도시된 바와 같이 제어부(600)에 연결되는 가연성분 농도센서(SC)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 가연성분 농도센서(SC)가 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스에 포함되는 가연성분의 농도를 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다. 예컨대, 가연성분 농도센서(SC)는 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스에 포함되는 일산화탄소(CO, Carbon Monoxide)의 농도를 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다.
이외, 도1에 도시된 바와 같이 혼합가스 공급관(410)에는 제어부(600)에 연결되는 온도센서(ST), 압력센서(SP) 및, 유량센서(SQ)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 온도센서(ST)가 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 온도를 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다. 또한, 압력센서(SP)가 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 압력을 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다. 그리고, 유량센서(SQ)가 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 유량을 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다.
혼합가스 공급관(410)에는 역화방지기(도시되지 않음)나, 폭발방지기(도시되지 않음)가 구비되어, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스가 역화되거나 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
혼합가스 공급관(410)에는 도1에 도시된 바와 같이 개폐밸브(VC)가 구비된 벤트관(PV)이 연결될 수 있다.
혼합가스 공급유닛(400)은 이동유닛(200)에 구비되어 이동유닛(200)에 의해서 폐가스 설비(WI)로 이동할 수 있다. 그러나, 혼합가스 공급유닛(400)은 이동유닛(200)에 구비되지 않고, 다른 수단에 의해서 폐가스 설비(WI)로 이동할 수도 있다.
혼합가스 연소유닛(500)은 이동유닛(200)에 구비될 수 있다. 이에 따라, 혼합가스 연소유닛(500)은 도4에 도시된 바와 같이 이동유닛(200)에 의해서 폐가스 설비(WI)로 이동할 수 있다. 혼합가스 연소유닛(500)은 플레어스택(510)과, 파일럿버너부(520)를 포함할 수 있다.
플레어스택(510)에는 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)이 연결될 수 있다. 이에 따라, 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)의 개폐밸브(VC)가 닫힌 상태에서, 제어부(600)에 의해서 혼합가스 공급관(410)의 혼합가스 공급밸브(VM)와 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)가 열리면, 혼합가스가 도6에 도시된 바와 같이 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 유입되어 유동할 수 있다.
예컨대, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)은 도1에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 하부에 연결될 수 있다. 이에 따라, 혼합가스는 도6에 도시된 바와 같이 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)의 하부에 유입되어 플레어스택(510)의 상부로 유동할 수 있다. 이 경우, 혼합가스는 도6에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 상단부로부터 외부로 배출될 수 있다. 예컨대, 도1과 도3에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 상단부는 개방될 수 있다. 이에 따라, 플레어스택(510)의 하부에 유입되어 플레어스택(510)의 상부로 유동한 혼합가스는 플레어스택(510)의 개방된 상단부를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이외, 도2에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 내부에 연결되는 혼합가스 배출부(511)가 플레어스택(510)의 상단부로부터 방사상으로 복수개 연장될 수 있다. 또한, 혼합가스 배출구멍(HM)이 혼합가스 배출부(511)에 복수개 형성될 수 있다. 이에 따라, 플레어스택(510)의 하부에 유입되어 플레어스택(510)의 상부로 유입된 혼합가스는 혼합가스 배출부(511)의 혼합가스 배출구멍(HM)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
그러나, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)이 연결되는 플레어스택(510)의 부분이나 혼합가스가 배출되는 플레어스택(510)의 부분은 특별히 한정되지 않고, 혼합가스가 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 유입되어 플레어스택(510)을 유동하거나, 플레어스택(510)을 유동한 혼합가스가 배출될 수 있는 부분이라면 플레어스택(510)의 어떠한 부분도 될 수도 있다.
한편, 도3에 도시된 바와 같이 혼합가스가 배출되면서 후술할 바와 같이 연소가 이루어지는 플레어스택(510)의 부분에는 쉴드부재(512)가 구비될 수 있다. 쉴드부재(512)는 혼합가스가 연소되어 이루어지는 화염을 외기로부터 보호하여 화염 불안정성을 최소화하고 화염 복사열의 확산을 저하시킬 수 있다. 예컨대, 혼합가스가 플레어스택(510)의 상단부로부터 배출되는 경우에, 쉴드부재(512)는 플레어스택(510)의 상부와 플레어스택(510)의 상부로부터 소정 높이의 부분을 둘러싸도록 플레어스택(510)의 상부에 구비될 수 있다.
혼합가스가 배출되면서 연소가 이루어지는 플레어스택(510)의 부분에는 도1에 도시된 바와 같이 제어부(600)에 연결되는 화염감지센서(SF)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 화염감지센서(SF)가 혼합가스가 외부로 배출되면서 연소가 이루어지는지 여부를 감지하여 제어부(600)에 전달할 수 있다. 화염감지센서(SF)는, 예컨대 도1에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 상단부에 구비될 수 있다. 그러나, 화염감지센서(SF)가 구비되는 플레어스택(510)의 부분은 특별히 한정되지 않고, 혼합가스가 배출되면서 연소가 이루어지는 여부를 감지할 수 있는 부분이라면, 플레어스택(510)의 어떠한 부분에도 구비될 수 있다.
더불어, 플레어스택(510)에는 제어부(600)에 연결된 압력센서(SP)가 구비되어 플레어스택(510)을 유동하는 혼합가스의 압력을 측정하여 제어부(600)에 전달할 수 있다.
플레어스택(510)은, 예컨대 하단부가 이동유닛(200)에 힌지연결될 수 있다. 그리고, 유압실린더(도시되지 않음)가 플레어스택(510)에 연결되도록 이동유닛(200)에 구비될 수 있다. 이에 따라, 폐가스를 처리하지 않아서 폐가스 설비(WI)로 이동하지 않은 경우에, 플레어스택(510)은 유압실린더에 의해서 이동유닛(200)에 뉘어진 상태로 있을 수 있다. 또한, 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스의 처리를 위해서, 이동유닛(200)이 폐가스 설비(WI)로 이동한 경우에, 플레어스택(510)은 유압실린더에 의해서 세워질 수 있다. 이와 같이 유압실린더 의해서 플레어스택(510)이 세워진 상태에서, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 폐가스 설비(WI)의 타측과 플레어스택(510)에 연결할 수 있다.
파일럿버너부(520)는 혼합가스가 플레어스택(510)으로부터 배출되면서 연소되도록 할 수 있다. 혼합가스에 포함된 퍼지가스는 불활성가스이기 때문에, 연소되지 않으며 환경오염물질도 아니다. 따라서, 혼합가스가 파일럿버너부(520)에 의해서 연소되면, 혼합가스에 포함된 폐가스가 연소된다. 이와 같이 혼합가스의 연소에 의해서 혼합가스에 포함된 폐가스가 연소되면, 일산화탄소 등과 같이 폐가스에 포함되며 가연성인 환경오염물질이 연소되어 처리될 수 있다. 이에 따라, 환경오염물질의 배출규제조건을 만족하도록, 환경오염물질이 대기로 배출되는 것을 최소화할 수 있다.
파일럿버너부(520)는, 예컨대 도1에 도시된 바와 같이 파일럿버너(521)와, 파일럿연료 저장탱크(522) 및, 파일럿연료 공급관(523)을 포함할 수 있다.
파일럿버너(521)는 혼합가스가 배출되는 플레어스택(510)의 부분에 구비되거나, 혼합가스 배출되는 플레어스택(510)의 부분에 인접하게 구비될 수 있다. 예컨대, 혼합가스는 플레어스택(510)의 상단부로부터 배출되어, 파일럿버너(521)는 도1에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)의 상단부에 구비되거나, 플레어스택(510)의 상단부에 인접하게 구비될 수 있다.
파일럿버너(521)에는 제어부(600)에 연결된 점화기(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)는 후술할 바와 같이 파일럿버너(521)에 파일럿연료가 공급되도록 한 상태에서, 점화기를 작동하여, 파일럿버너(521)에서 파일럿연료의 연소가 이루어지도록 할 수 있다.
파일럿연료 저장탱크(522)에는 파일럿연료가 저장될 수 있다. 파일럿연료 저장탱크(522)에 저장되는 파일럿연료는, 예컨대 LNG(Liquefied Natural Gas)일 수 있다. 그러나, 파일럿연료 저장탱크(522)에 저장되는 파일럿연료는 특별히 한정되지 않고, 후술할 바와 같이 파일럿연료 공급관(523)을 통해 파일럿버너(521)에 공급되어 연소될 수 있는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
파일럿연료 공급관(523)은 파일럿버너(521)와 파일럿연료 저장탱크(522)에 연결될 수 있다. 파일럿연료 공급관(523)에는 도1에 도시된 바와 같이 제어부(600)에 연결되는 파일럿연료 공급밸브(VL)가 구비될 수 있다. 그리고, 도5에 도시된 바와 같이 퍼지가스에 의해서 플레어스택(510)의 퍼징이 완료된 후, 제어부(600)는 파일럿연료 공급밸브(VL)를 열 수 있다. 이에 의해서, 도6에 도시된 바와 같이 파일럿연료 저장탱크(522)의 파일럿연료가 파일럿연료 공급관(523)을 통해파일럿버너(521)에 공급될 수 있다.
이와 같이 파일럿연료 저장탱크(522)의 파일럿연료가 파일럿연료 공급관(523)을 통해 파일럿버너(521)에 공급되면, 제어부(600)는 파일럿버너(521)에 구비된 점화기를 작동시킬 수 있다. 이에 따라, 파일럿버너(521)에서 파일럿연료의 연소가 이루어질 수 있다. 파일럿버너(521)에서 파일럿연료의 연소가 이루어지는 상태에서, 플레어스택(510)으로부터 혼합가스가 배출되면, 도6에 도시된 바와 같이 혼합가스가 플레어스택(510)으로부터 배출되면서 혼합가스에 포함된, 환경오염물질인 가연성분, 예컨대 일산화탄소가 연소되어 처리될 수 있다.
전술한 바와 같이, 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스는 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 공급되는 불활성가스인 퍼지가스에 의해서 폐가스 설비(WI)로부터 퍼지가스와 함께 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)에 유입될 수 있다. 또한, 퍼지가스 공급관(310)과 혼합가스 공급관(410)이 연결되는 폐가스 설비(WI)의 일측과 타측 사이는 밀폐될 수 있다.
이와 같이, 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스를 폐가스 설비(WI)로부터 배출하기 위해서, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급함에 따라, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스에 포함된, 환경오염물질인 가연성분, 예컨대 일산화탄소의 농도는 도8에 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라 점점 낮아질 수 있다.
그리고, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도는 도8에 도시된 바와 같이 소정의 가연농도(Cf)보다 낮아질 수 있다. 이와 같이, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf) 보다 낮아지게 되면, 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 공급된 혼합가스가 플레어스택(510)으로부터 배출될 때, 파일럿버너부(520)의 파일럿버너(521)에 의해서 혼합가스의 연소가 이루어지지 않을 수 있다. 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 낮아졌다고 하더라도, 환경오염물질인 가연성분이 연소되어 처리되지 않고 그대로 대기로 배출되면, 환경오염물질의 배출규제조건을 만족할 수 없게 된다.
이를 해소하고자, 혼합가스 연소유닛(500)은 보조연료 공급부(530)를 더 포함할 수 있다.
보조연료 공급부(530)는 보조연료 공급관(531)을 포함할 수 있다. 보조연료 공급관(531)을 통해 보조연료가 플레어스택(510)에 공급될 수 있다. 보조연료 공급관(531)에는 도1에 도시된 바와 같이 제어부(600)에 연결된 보조연료 공급밸브(VA)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)에 의해서 보조연료 공급밸브(VA)가 열리면, 도7에 도시된 바와 같이 보조연료가 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급될 수 있다. 이와 같이, 보조연료가 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급되면, 혼합가스에 포함된 환경오염물질인 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 낮다고 하더라도, 혼합가스가 플레어스택(510)으로부터 배출될 때, 보조연료에 의해서 혼합가스의 연소가 이루어질 수 있다. 그리고, 혼합가스에 포함된 환경오염물질인 가연성분이 연소되어 처리될 수 있다.
보조연료 공급부(530)는 도1에 도시된 바와 같이 보조연료 공급관(531)이 연결되는 보조연료 저장탱크(532)를 더 포함할 수 있다. 보조연료 저장탱크(532)에는 보조연료가 저장될 수 있다. 보조연료 저장탱크(532)에는 보조연료로, 예컨대 LPG(Liquefied Petroleum Gas)나 LNG 등이 저장될 수 있다. 그러나, 보조연료 저장탱크(532)에 저장되는 보조연료는 특별히 한정되지 않고, 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급되어 혼합가스의 연소를 도울 수 있는 것이라면, 다른 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스 등 주지의 어떠한 것이라도 가능하다. 이러한 구성에서, 제어부(600)에 의해서 보조연료 공급밸브(VA)가 열리면, 보조연료 저장탱크(532)에 저장된 보조연료가 도7에 도시된 바와 같이 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급될 수 있다.
보조연료 공급부(530)는 도1에 도시된 바와 같이 기화기(533)를 더 포함할 수 있다. 기화기(533)는 보조연료 공급밸브(VA)와 보조연료 저장탱크(532) 사이의 보조연료 공급관(531)의 부분에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)에 의해서 보조연료 공급밸브(VA)가 열려서, 보조연료 저장탱크(532)로부터 공급되어 보조연료 공급관(531)을 유동하는 보조연료는 기화기(533)에 유입되어 기화될 수 있다. 이와 같이, 기화기(533)에서 기화된 보조연료는 기화기(533)로부터 배출된 후 보조연료 공급관(531)의 나머지 부분을 통해 플레어스택(510)에 공급될 수 있다.
보조연료 공급관(531)은 도1에 도시된 바와 같이 플레어스택(510)에 연결될 수 있다. 이 경우, 보조연료 공급관(531)을 통해 공급되는 보조연료는 플레어스택(510)을 유동하는 혼합가스와 혼합될 수 있다. 이외, 보조연료 공급부(530)는 도2와 도3에 도시된 바와 같이 보조연료 분사부재(534)를 더 포함할 수 있다. 보조연료 분사부재(534)는 혼합가스가 외부로 배출되는 플레어스택(510)의 부분, 예컨대 플레어스택(510) 상부를 둘러쌀 수 있다. 그리고, 복수개의 보조연료 분사구멍(HS)이 보조연료 분사부재(534)에 형성될 수 있다. 또한, 보조연료 공급관(531)이 보조연료 분사부재(534)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 보조연료 공급관(531)을 유동한 보조연료는 보조연료 분사부재(534)의 보조연료 분사구멍(HS)을 통해 플레어스택(510)으로부터 배출되는 혼합가스에 분사될 수 있다. 보조연료 분사부재(534)는, 예컨대 링형상일 수 있다. 그러나, 보조연료 분사부재(534)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 플레어스택(510)으로부터 배출되는 혼합가스에 보조연료를 분사할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 가능하다.
제어부(600)는 적어도 혼합가스 공급유닛(400)과, 혼합가스 연소유닛(500)을 제어할 수 있다. 이를 위해서, 제어부(600)는 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)에 구비되는 혼합가스 공급밸브(VM), 플레어스택 퍼지용 밸브(VF), 가연성분 농도센서(SC), 온도센서(ST), 압력센서(SP) 및, 유량센서(SQ)에 연결될 수 있다. 또한, 제어부(600)는 혼합가스 연소유닛(500)의 파일럿연료 공급밸브(VL), 보조연료 공급밸브(VA), 화염감지센서(SF) 및, 파일럿버너(521)의 점화기에 연결될 수 있다. 이외, 제어부(600)는 이동유닛(200)이나 퍼지가스 공급유닛(300)을 제어할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 폐가스 설비(WI)에 존재하는 폐가스를 폐가스 설비(WI)로부터 배출하기 위해서, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급함에 따라, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스에 포함된 가연성분의 농도는 도8에 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라 점점 낮아질 수 있다.
그리고, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)에 구비된 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도는 소정의 가연농도(Cf)보다 낮아 질 수 있다. 이 경우, 제어부(600)는 혼합가스 연소유닛(500)의 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 보조연료를 공급할 수 있다. 예컨대, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 낮아지면, 제어부(600)는 보조연료 공급밸브(VA)를 열어서, 보조연료 저장탱크(532)의 보조연료가 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급되도록 할 수 있다.
이에 따라, 혼합가스의 가연성분이 소정의 가연농도(Cf)보다 낮다고 하더라도, 보조연료에 의해서 혼합가스의 환경오염물질인 가연성분이 연소되도록 하여, 환경오염물질의 배출규제조건을 만족하도록 할 수 있다.
혼합가스의 가연성분의 가연농도(Cf)는 외기온도, 습도, 풍속, 혼합가스 내 함수량, 혼합가스의 온도, 혼합가스의 성분 등에 의해서 변동될 수 있다. 예컨대, 혼합가스에 포함되는 폐가스가 제철소의 제철공정에서 발생하는 부생가스인 경우, 혼합가스의 가연성분은 일산화탄소일 수 있다. 이 경우, 외기온도 15℃, 습도 60%, 풍속 0m/s, 혼합가스 내 함수량 0%, 혼합가스의 온도 180℃의 조건에서, 혼합가스의 가연성분, 즉 일산화탄소의 이론적인 가연농도는 10% 내지 13%일 수 있다. 그리고, 외기온도 15℃, 습도 60%, 풍속 6m/s 이하, 혼합가스 내 함수량 8%, 혼합가스의 온도 180℃를 기준으로, 혼합가스의 가연성분, 즉 일산화탄소의 가연농도(Cf)를 13% 내지 17%로 이론적인 가연농도보다 높게 선정함으로써, 안정적으로 혼합가스의 연소가 이루어지도록 할 수 있다.
이를 참조로 하여, 혼합가스의 가연성분의 가연농도(Cf)를 연중 평균온도와 평균습도, 풍속 6m/s 이하, 혼합가스의 포화증기량 이내 함수량, 혼합가스의 온도 180℃의 조건에서 이론적인 가연농도보다 7% 보다 높게 선정할 수 있다.
한편, 제어부(600)는 혼합가스 연소유닛(500)의 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을, 연소되기 위해서 필요한 최소 저위발열량인 연소기준 저위발열량(LHVs), 혼합가스의 저위발열량(LHVm) 및, 보조연료의 저위발열량(LHVa)을 사용하여 구할 수 있다. 연소기준 저위발열량(LHVs)은, 예컨대 1687kcal/Nm3 로 선정될 수 있고, 변경될 수 있다.
예컨대, 제어부(600)는 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 아래의 계산식1에 의해서 구할 수 있다.
[계산식1]
Qa = Qm(LHVs - LHVm)/(LHVa-LHVs)
여기에서 Qm 은 혼합가스의 유량이고, LHVs는 연소기준 저위발열량이며, LHVm은 혼합가스의 저위발열량이고, LHVa는 보조연료의 저위발열량이다.
보조연료에 의해서 발생하는 발열량은 보조연료의 연소에 필요한 열량보다 많다. 또한, 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 낮은 경우에, 혼합가스에 의해서 발생하는 발열량은 혼합가스의 연소에 필요한 열량보다 적다. 따라서, 보조연료에 의해서 발생하는 발열량 중 보조연료의 연소에 사용되고 남은 나머지가 혼합가스의 연소에 사용될 수 있다. 그러므로, 보조연료에 의해서 발생하는 발열량에서 보조연료의 연소에 필요한 열량을 뺀 나머지가 혼합가스의 연소에 필요한 열량에서 혼합가스에 의해서 발생하는 발열량을 뺀 나머지와 같다고 하면, 아래의 [등식1]을 만들 수 있다.
[등식1]
Qa×LHVa - Qa×LHVs = Qm×LHVs - Qm×LHVm
상기 [등식1]을 플레어스택(510)에 공급되는 보조연료의 유량(Qa)에 대하여 정리하면, 상기 [계산식1]을 구할 수 있으며, 이에 의해서 플레어스택(510)에 공급되는 보조연료의 유량(Qa)을 구할 수 있다.
계산식1에 의해서 구해진, 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)은 도8에 도시된 바와 같이, 시간이 지남에 따라 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 점점 더 낮아지기 때문에, 시간이 지남에 따라 점점 더 증가할 수 있다.
이 경우, 제어부(600)에는 계산식1의 계산을 위해서, 연소기준 저위발열량인 LHVs, 혼합가스의 저위발열량인 LHVm 및, 보조연료의 저위발열량인 LHVa가 저장될 수 있다. 또한, 제어부(600)는 유량센서(SQ)로부터 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 유량(Qm)을 전달받을 수 있다. 그리고, 제어부(600)는 상기 계산식1을 사용하여, 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 구할 수 있다. 혼합가스 연소유닛(500)의 보조연료 공급부(530)의 보조연료 공급관(531)에 구비되는 보조연료 공급밸브(VA)는 유량조절밸브일 수 있다. 그리고, 제어부(600)는 보조연료 공급밸브(VA)를 조작하여, 계산식1에 의해서 구해진 보조연료의 유량(Qa)만큼 보조연료가 플레어스택(510)에 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이, 계산식1에 의해서 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 구하면, 보조연료의 사용량을 감소시킬 수 있다.
이외, 제어부(600)는 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)와, 가연농도(Cf)보다 낮은 소정의 처리종료농도(Ce) 사이에서, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 혼합가스 연소유닛(500)의 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)에 대한 상관 관계를 구하여, 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 구할 수 있다.
혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce) 이하이면, 후술할 바와 같이 혼합가스에는 폐가스가 거의 존재하지 않게 되어, 폐가스 처리를 할 필요가 없게 된다.
혼합가스의 퍼지가스의 농도와 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)에 대한 상관 관계를 구하기 위해서, 제어부(600)는 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구할 수 있다.
퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급하기 시작할 때, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스에는 퍼지가스가 거의 없다. 따라서, 제어부(600)는 가연성분 농도센서(SC)를 통해서, 퍼지가스가 거의 없는, 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급하기 시작할 때, 혼합가스의 가연성분의 농도를 알 수 있다. 또한, 제어부(600)는 퍼지가스 공급관(310)에 구비된 유량센서(도시되지 않음)를 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 공급되는 퍼지가스의 유량을 알 수 있다. 이를 통해, 제어부(600)는 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급하면서 점점 증가하는, 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구할 수 있다. 또한, 제어부(600)는 가연성분 농도센서(SC)를 통해서, 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 퍼지가스를 공급하면서 점점 감소하는, 혼합가스의 가연성분의 농도를 할 수 있다. 이에 의해서, 제어부(600)는 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구할 수 있다.
이와 같이, 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하고, 제어부(600)는 혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구할 수 있다.
혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구한 것과 같은 방법으로, 제어부(600)는 혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구할 수 있다. 이외, 혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce) 이하이면, 혼합가스에는 폐가스가 거의 존재하지 않기 때문에, 혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 100%로 하여도 된다.
이와 같이, 혼합가스의 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce)일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하고, 제어부(600)는 가연성분의 농도가 처리종료농도(Ce)일 때 혼합가스가 보조연료만으로 연소가 이루어지도록 하는 최소 보조연료의 유량(Qa)을 구할 수 있다. 이는 연소기준 저위발열량(LHVs)을 통해 구할 수 있다.
혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때는 플레어스택(510)에 보조연료가 공급되지 않고, 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)보다 낮아지면 플레어스택(510)에 보조연료가 공급된다. 따라서, 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)일 때 플레어스택(510)에 공급되는 보조연료의 유량은 없게 된다.
이에 따라, 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)와 처리종료농도(Ce)일 때 각각의 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량을 구할 수 있다. 그리고, 이를 사용하여 제어부(600)는 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)에 대한 상관 관계를, 예컨대 일차식 등으로 구할 수 있다.
이와 같이 구한, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)에 대한 상관 관계를 이용하여, 제어부(600)는 가연농도(Cf)와 처리종료농도(Ce) 사이의, 혼합가스의 가연성분의 농도에서의 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 구할 수 있다.
이에 따라, 도9에서 알 수 있는 바와 같이, 계산식1에 의해서 플레어스택(510)에 공급될 보조연료의 유량(Qa)을 구하는 것보다 더 보조연료의 사용량을 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도(Cf)보다 낮아서, 보조연료에 의해서 혼합가스의 가연성분의 연소가 이루어지는 동안에도, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에는 계속해서 불활성가스인 퍼지가스가 계속해서 공급된다. 그러므로, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도는 가연농도(Cf)보다 점점 더 낮아질 수 있다.
그리고, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)보다 낮은 소정의 공급종료농도(Cp)보다 낮아질 수 있다. 이 경우에는, 혼합가스의 가연성분을 보조연료에 의해서 연소하지 않아도, 환경오염물질의 배출규제조건을 만족할 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)는 플레어스택(510)으로의 보조연료의 공급을 중단할 수 있다. 예컨대, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급관(410)의 혼합가스의 가연성분의 농도가 가연농도(Cf)보다 작은 소정의 공급종료농도(Cp)보다 낮아지면, 제어부(600)는 보조연료 공급밸브(VA)를 닫아서, 보조연료 저장탱크(532)의 보조연료가 보조연료 공급관(531)을 통해 플레어스택(510)에 공급되는 것을 중단할 수 있다.
이와 같이 보조연료의 플레어스택(510)에의 공급이 중단되어도, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)을 통해 폐가스 설비(WI)의 일측에 계속해서 불활성가스인 퍼지가스가 계속해서 공급된다. 따라서, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도는 공급종료농도(Cp)보다 점점 더 낮아질 수 있다. 그리고, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도는 공급종료농도(Cp)보다 낮은 소정의 처리종료농도(Ce)보다 낮아질 수 있다. 이 경우에는, 혼합가스에는 폐가스가 거의 존재하지 않게 되어, 폐가스 처리를 할 필요가 없게 된다. 이에 따라, 제어부(600)는 플레어스택(510)으로의 혼합가스의 공급을 중단할 수 있다. 예컨대, 가연성분 농도센서(SC)에서 측정된, 혼합가스 공급관(410)을 유동하는 혼합가스의 가연성분의 농도가 공급종료농도(Cp)보다 작은 소정의 처리종료농도(Ce)보다 낮아지면, 제어부(600)는 혼합가스 공급관(410)에 구비된 혼합가스 공급밸브(VM)를 닫아서, 플레어스택(510)으로의 혼합가스의 공급을 중단할 수 있다.
이와 같이, 혼합가스 공급관(410)에 구비된 혼합가스 공급밸브(VM)를 닫아서, 플레어스택(510)으로의 혼합가스의 공급을 중단한 후, 제어부(600)는 혼합가스 공급관(410)의 플레어스택 퍼지용 밸브(VF)를 열 수 있다. 이에 따라, 퍼지가스 공급원의 퍼지가스가 플레어스택 퍼지가스 공급관(PF)과, 혼합가스 공급밸브(VM)와 혼합가스 연소유닛(500)의 플레어스택(510) 사이의 혼합가스 공급관(410)을 통해 플레어스택(510)에 유입될 수 있다. 플레어스택(510)에 유입되는 퍼지가스는 플레어스택(510) 내부를 유동하면서 플레어스택(510) 내부를 퍼징한 후 플레어스택(510)으로부터 배출할 수 있다.
이후, 퍼지가스 공급유닛(300)의 퍼지가스 공급관(310)과, 혼합가스 공급유닛(400)의 혼합가스 공급관(410)을 폐가스 설비(WI)의 일측과 타측으로부터 각각 분리하고, 이동유닛(200)을 폐가스 설비(WI)로부터 소정의 보관장소 등으로 이동할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 폐가스 처리장치를 사용하면, 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동한 후 퍼지가스를 폐가스 설비에 공급하여 폐가스가 퍼지가스와 함께 폐가스 설비로부터 배출되도록 하며, 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 연소하여 폐가스를 처리하되 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도보다 낮아지면 보조연료를 공급하여 혼합가스가 안정적으로 연소되도록 할 수 있다.
상기와 같이 설명된 폐가스 처리장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 폐가스 처리장치 200 : 이동유닛
300 : 퍼지가스 공급유닛 310 : 퍼지가스 공급관
400 : 혼합가스 공급유닛 410 : 혼합가스 공급관
500 : 혼합가스 연소유닛 510 : 플레어스택
511 : 혼합가스 배출부 512 : 쉴드부재
520 : 파일럿 버너부 521 : 파일럿버너
522 : 파일럿연료 저장탱크 523 : 파일럿연료 공급관
530 : 보조연료 공급부 531 : 보조연료 공급관
532 : 보조연료 저장탱크 533 : 기화기
534 : 보조연료 분사부재 600 : 제어부
WI : 폐가스 설비 VP : 퍼지가스 공급밸브
VM : 혼합가스 공급밸브 VA : 보조연료 공급밸브
VF : 플레어스택 퍼지용 밸브 VL : 파일럿연료 공급밸브
VC : 개폐밸브 SC : 가연성분 농도센서
ST : 온도센서 SP : 압력센서
SQ : 유량센서 SF : 화염감지센서
Cf : 가연농도 Cp : 공급종료농도
Ce : 처리종료농도 HM : 혼합가스 배출구멍
HS : 보조연료 분사구멍 CT : 연결구
PF : 플레어스택 퍼지가스 공급관 PW : 물공급관
PV : 벤트관

Claims (10)

  1. 처리할 폐가스가 존재하는 폐가스 설비로 이동하는 이동유닛;
    상기 폐가스 설비의 일측에 연결되어 불활성가스인 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관을 포함하는 퍼지가스 공급유닛;
    상기 폐가스 설비의 타측에 연결되어 퍼지가스와 함께 폐가스가 유입되며 폐가스와 퍼지가스가 혼합된 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급관을 포함하는 혼합가스 공급유닛;
    상기 이동유닛에 구비되며, 상기 혼합가스 공급관이 연결되어 혼합가스가 유입되고 유동하는 플레어스택과, 혼합가스가 상기 플레어스택으로부터 외부로 배출되면서 연소되어 폐가스가 처리되도록 하는 파일럿버너부를 포함하는 혼합가스 연소유닛; 및
    적어도 상기 혼합가스 공급유닛과 상기 혼합가스 연소유닛을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 폐가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합가스 연소유닛은 상기 플레어스택에 보조연료를 공급하는 보조연료 공급관을 포함하는 보조연료 공급부를 더 포함하는 폐가스 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합가스 공급관에는 상기 제어부에 연결되며 혼합가스에 포함되는 가연성분의 농도를 측정하는 가연성분 농도센서가 구비되는 폐가스 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 소정의 가연농도보다 낮아지면, 상기 보조연료 공급관을 통해 상기 플레어스택에 보조연료를 공급하여 혼합가스가 연소되도록 하는 폐가스 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도보다 낮은 소정의 공급종료농도보다 낮아지면, 상기 플레어스택으로의 보조연료의 공급을 중단하는 폐가스 처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가연성분 농도센서에서 측정된 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 공급종료농도보다 낮은 소정의 처리종료농도보다 낮아지면, 상기 플레어스택으로의 혼합가스의 공급을 중단하는 폐가스 처리장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 연소되기 위해서 필요한 최소 저위발열량인 연소기준 저위발열량, 혼합가스의 저위발열량 및, 보조연료의 저위발열량을 사용하여 구하는 폐가스 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 아래의 계산식1에 의해서 구하는 폐가스 처리장치.
    [계산식1]
    Qa = Qm(LHVs - LHVm)/(LHVa-LHVs)
    여기에서 Qm 은 혼합가스의 유량이고, LHVs는 연소기준 저위발열량이며, LHVm은 혼합가스의 저위발열량이고, LHVa는 보조연료의 저위발열량임.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도와 상기 처리종료농도 사이에서, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량에 대한 상관 관계를 구하여, 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량을 구하는 폐가스 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 가연농도일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하고, 혼합가스의 가연성분의 농도가 상기 처리종료농도일 때 혼합가스의 퍼지가스의 농도를 구하며, 가연성분의 농도가 상기 처리종료농도일 때 혼합가스가 보조연료만으로 연소가 이루어지도록 하는 최소 보조연료의 유량을 구하여, 혼합가스의 퍼지가스의 농도와 상기 플레어스택에 공급될 보조연료의 유량에 대한 상관 관계를 구하는 폐가스 처리장치.


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