KR20220048711A - 연도 배출가스 재연소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연도 상단의 개방된 단부로 화염을 분출하도록 노즐이 제공되어 연도를 통해 배출되는 CO를 포함한 오염물질을 연소시키는 연도 배출가스 재연소장치에 관한 것으로, 천연가스(NG가스)를 공급하는 가스공급부(2)가 연결된 버너로서의 제 1 연소부(3), 상기 제 1 연소부에 연결되어 연도(100) 상단까지 연장된 제 2 연소부(5), 상기 제 2 연소부(5)의 외측단부에 제공되어 화염을 연도(100) 내부로 분출하는 노즐(7)을 포함하며, 상기 가스 공급부(2)는 밸브(21)에 의해 가스 공급을 제어하도록 된 하우징(22)의 단부에 연결된 제 1 연소부(3)의 공급관(31)과, 그 공급관(31)을 통해 인입된 천연가스를 공급관의 상단에서 점화시키는 점화기(33)를 구비하는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 노즐이 버너로서의 제 1 연소부(3)로 부터 연도 상단까지 연장된 제 2 연소부(5)의 상단에 장착되어 악천후시에 바람과 빗물이 상기 연도(100)의 개방된 상단을 통해 유입되더라도 노즐의 화염이 꺼지지 않고 배출가스에 함유된 CO를 포함한 오염물질을 연소시켜 제거할 수 있게 되고, 제 1, 2 연소부의 온도를 일정하게 유지할 수 있어서 연도를 통해 배출되는 배기가스에 함유된 CO를 포함한 오염물질을 효율적이고, 안정되게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

연도 배출가스 재연소장치{Re-combustion apparatus of flue exhaust gas}
본 발명은 연도 배출가스 재연소장치에 관한 것으로, 특히 제출소 등의 연도에 설치하여 연도를 통해 배출되는 연소가스의 공해유발 물질의 재연소를 안정적으로 유지하여 유해가스에 의한 대기 환경오염을 방지하도록 개선된 구조의 연도 배출가스 재연소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소를 비롯하여 다양한 산업분야에서 오일류(Oil類:석유, 경유, 방커C유), 석탄 등의 화석연료를 연소하여 에너지를 얻고, 또한 소각장에서는 각종 폐기물을 소각하여 연소가스를 연도를 통해 배출하고 있다. 이때 연도를 통해 대기로 배출되는 연소 배기가스에는 여러 공해물질 즉, 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 카아본, 분진 등의 공해물질과 폐기물 유독가스가 함유되어 이에 대한 적절한 처리가 요구되었다.
이에 따라 최근 대기질의 문제가 대두됨에 따라, 오염물질의 배출을 저감시키기 위하여 연소과정에서 연소효율을 높이는 각종 연소장치를 개발하여 왔고, 배기가스중에 함유된 유해물질을 환원시키는 촉매장치를 이용하기도 하였다. 그럼에도 불구하고, 연소효율을 향상시키더라도 유해물질의 배출량의 변동이 있을 뿐이며, 유해물질의 완전배제는 불가능하고, 촉매를 이용하여 연소가스에 함유된 유해성분, 예를들어 CO, HC, NOx들을 CO2, H2O, O2, N2로 환원시켜 대기중으로 방출하는 것은 촉매로 사용되는 백금, 로듐, 파라듐의 가격이 고가인 점과, 산업현장이나 소각장에서 다량으로 배출되는 연소가스를 충분히 정화하기 위한 설치구성에 따른 경제성의 문제로 실제로 구현하기 어려운 점이 있었다.
이에 따라, 한국 공개특허공보 제1999-000079호(공개일자 1999년01월15일)에는 배기가스의 근접성을 양호하게 한 상태에서 전열 또는 전자파로 가열하면서 재연소에 필요한 새공기를 공급하여 배기가스중에 포함된 연소 가능한 물질들을 모두 연소하므로서 무공해 한 배기가스를 배출하도록 하는 연소 배기가스에 함유된 공해물질을 재연소 배출하는 방법이 제안되었다.
그러나, 상기 종래 특허에서 전열 도는 전자파에 의한 가열로는 연도가 1m 이상으로 넓은 경우에 비바람이 연도내부로 들이치고 겨울철 눈이 유입되는 악천후에 노출되어 상승 유동하는 배출가스에 함유된 CO를 포함한 유해성분을 완전히 재연소하여 제거하기 어려운 문제가 있었다.
다른 예로서, 한국 공개특허공보 제10-2009-0131034호(공개일자 2009년12월28일)에는 분무수단과; 폐수 수집탱크와; 폐수가열부와; 폐수 분리탱크와; 폐슬러지 소각부 및; 연소가스 정화장치의 모든 작동부의 작동을 제어하는 마이크로프로세서를 내장한 자동제어부로 구성되어 굴뚝의 내주면에 둘레에 원형의 링상으로 중심부를 향하여 물을 분사하는 다수의 노즐을 설치한 물 분사수단을 다단으로 설치하여 굴뚝으로 배출되는 뜨거운 연소가스를 냉각해 주고, 배출되는 유해물질을 물에 흡착시켜 정화하는 기술이 제안되었다.
그러나, 상기한 종래 기술에서는 물을 분사하여 연소가스에 함유된 오염물질을 충분히 제거하기도 어렵고, 폐수 처리를 위한 별도의 시설을 설치해야 하는 문제가 있었다.
한국 공개특허공보 제1999-000079호(공개일자 1999년01월15일) 한국 공개특허공보 제10-2009-0131034호(공개일자 2009년12월28일)
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 높이가 높은 연도를 통해 배출되는 연소가스에 함유된 오염물질을 제거하도록 연도에 높이방향으로 버너에서 발생된 화염을 다단으로 설치된 노즐을 통해 분사하여 연도를 통과하는 연소가스의 오염물질을 다단으로 완전 연소시켜 제거하도록 개선된 구조의 연도 배출가스 재연소장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 연도 배출가스 재연소장치는, 연도 상단의 개방된 단부로 화염을 분출하도록 노즐이 제공되어 연도를 통해 배출되는 CO를 포함한 오염물질을 연소시키는 연도 배출가스 재연소장치에 있어서,
천연가스(NG가스)를 공급하는 가스공급부가 연결된 버너로서의 제 1 연소부, 상기 제 1 연소부에 연결되어 연도 상단까지 연장된 제 2 연소부, 상기 제 2 연소부의 외측단부에 제공되어 화염을 연도 내부로 분출하는 노즐을 포함하며,
상기 가스 공급부는 밸브에 의해 가스 공급을 제어하도록 된 하우징을 구비하고,
상기 제 1 연소부는 하우징에 하단이 연결된 천연가스 공급관을 구비하고, 상기 공급관의 상단에는 점화기가 인접 배치되어 공급관의 상단에서 공급되는 천연가스를 점화시키도록 된 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기 제 1 연소부는 연도 외측에 브라켓으로 고정되고 공급관의 동심원적 외측에 배치되는 제 1 연소관을 구비하고, 상기 제 1 연소관의 상부에는 화염이 유지될 수 있도록 상단에 형성된 홀을 통해 천연가스를 보충하도록 되며, 상기 제 2 연소부는 연도 외측에 브라켓으로 고정되고 제 1 연소관에 연통되게 배치되는 제 2 연소관을 구비하여 구성된다.
상기 제 1 연소부의 상측에는 온도센서가 제공되어 제 1 연소부에서 발생된 화염에 의한 온도를 측정하도록 된다.
또한, 상기 공급관의 외측에서 동심원적으로 배치되어 상방향으로 연장된 연소관의 동심원적 외측에 장착되며 하단부가 개방되어 연소관에서의 고온의 상승기류에 따라 외부 공기가 유입되어 연소관내에서의 화염이 꺼지지 않고 유지되게 하는 보염관이 설치된다.
상기 제 2 연소부의 제 2 연소관은 제 1 연소관에 연통되게 배치되고, 그 상단에는 노즐이 장착되고, 상기 제 2 연소관의 하단은 확장되어 제 1 연소관을 감싸도록 형성되고, 제 1 연소관으로 부터 제 2 연소관으로 유동하는 화염에 의한 상승기류에 따라 상기 제 1 연소관의 상단과 제 2 연소관의 하단 사이에 형성된 간극을 통해 벤추리관의 작용으로 외부 공기가 제 2 연소관내로 유입되도록 구성된다.
상기 제 2 연소관의 하단부에는 천연가스 보충공급관에 의해 천연가스가 보충 공급되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1, 2 연소관들에는 내부에 공기가 공급되어 화염이 꺼지지 않고 유지될 수 있게 복수개소에 하방으로 경사지게 공기공급관들이 형성되고,
상기 제 1, 2연소관들의 내측면과 외측면 사이의 온도차에 의해 내측면에 발생되는 응축수를 배출하도록, 제 1 연소관을 지지하기 위한 지지플레이트에는 제 1 연소관 하단부가 개방되도록 홀들이 형성된다.
본 발명에 의한 연도 배출가스 재연소장치는 연도(100)의 직경에 따라 복수개 설치하여, 노즐(7)을 통해 연도의 중심부에 근접한 위치로 분출되는 화염에 의해 연도를 통해 배출되는 배기가스에 함유된 CO를 포함한 유해물질이 연소되면서 그 화염이 주변으로 확산되어 배출되는 오염물질을 연소시키게 되며, 노즐이 버너로서의 제 1 연소부(3)로 부터 연도 상단까지 연장된 제 2 연소부(5)의 상단에 장착되어 악천후시에 바람과 빗물이 상기 연도(100)의 개방된 상단을 통해 유입되더라도 노즐의 화염이 꺼지지 않고 배출가스의 오염물질을 연소시켜 제거할 수 있게 되고, 제 1, 2 연소부의 온도를 일정하게 유지할 수 있어서, 연도를 통해 배출되는 배기가스에 함유된 CO를 포함한 오염물질을 효율적이고, 안정되게 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 배출가스 재연소장치가 연도에 설치된 것을 보여주는 개략적인 정면도.
도 2는 도 1의 배출가스 재연소장치의 개략적인 정면도.
도 3은 도 2의 배출가스 재연소장치의 측면도.
도 4는 도 2의 배출가스 재연소장치 하부에 제공된 1차 연소부로서의 버너부의 개략적인 단면도.
도 5는 도 2의 배출가스 재연소장치의 버너부 상측에 연통되게 형성된 2차 연소부의 구조를 보여주는 개략적인 단면도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일실시예로 본 발명의 연도 배출가스 재연소장치(1)가 제철소 용광로의 연도(100) 상부의 외측에 설치된 경우를 보여주고 있다. 제철소 용광로에서 철광석을 녹여 철을 생산하기 위한 연료로 사용되는 코크스등의 연소시에 다량의 CO를 포함한 유해물질이 발생되어 이의 제거가 요구되었다.
제철소 용광로의 연도(100)는 그 상단부가 적어도 1m 이상으로 상단히 넓기 때문에, 비바람이 연도 상단부 내측으로 유입될 수 있어서 유해물질 재연소에 필요한 온도를 유지하기 어려운 조건을 극복하기 위하여, 본 발명의 연도 배출가스 재연소장치(1)는 상기 연도(100)의 외주면에 적어도 하나, 연도 직경에 따라 2~3개를 설치한다.
본 발명의 연도 배출가스 재연소장치(1)는 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 천연가스(NG가스)를 공급하는 가스공급부(2)가 연결된 버너로서의 제 1 연소부(3), 상기 제 1 연소부에 연결되어 연도(100) 상단까지 연장된 제 2 연소부(5), 상기 제 2 연소부(5)의 외측단부에 제공되어 화염을 연도(100) 내부로 분출하는 노즐(7)을 포함한다. 상기 제 1 연소부(3)와 제 2 연소부(5)는 복수의 브라켓(8)들로 연도 외측에 고정된다.
상기 가스 공급부(2)는 밸브(21)에 의해 가스 공급이 제어되는 하우징(22)의 단부가 상기 제 1 연소부(3)에 연결된다. 상기 제 1 연소부(3)는 가스공급부(2)의 하우징(22)의 단부에 연결된 공급관(31)과, 상기 공급관(31)의 외측에서 동심원적으로 배치되어 상방향으로 연장된 제 1연소관(34), 상기 제 1 연소관(34) 하부의 측부를 통해 공급관(31)의 상단에 인접 배치되어 공급관(31)을 통해 공급되는 천연가스를 점화시키는 점화기(33) 및 상기 제 1 연소관(34)의 동심원적 외측에 장착되며 하단부가 개방되어 연소관에서의 고온의 상승기류에 따라 외부 공기가 유입되어 연소관내에서의 화염이 꺼지지 않고 유지되게 하는 보염관(35)을 포함한다.
상기 보염관(35)의 하단은 개방되어 외부 공기가 벤추리관의 작용으로 유입될 수 있게 한다. 상기 제 1 연소관(34)은 상방향으로 연장되고, 그 상단에 후술하는 제 2 연소부(5)의 제 2 연소관(51)이 연통되게 배치된다.
상기 제 1 연소부(3)의 상측에는 온도센서(36)가 제공되어 제 1 연소부에서 발생된 화염에 의한 온도를 측정하도록 하며, 상기 제 1 연소부(3)는, 예를들어 600~700℃ 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 온도센서(36)에서 감지된 온도가 미리 설정된 범위 보다 높은 경우에는 천연가스 공급을 감소시키고 설정된 온도 보다 낮은 경우에는 천연가스 공급을 증가시키도록 제어할 수 있게 함으로써 제 1 연소부(3)내의 온도를 미리 설정된 범위에서 유지되게 한다.
또한, 상기 제 1 연소부(3)의 상단에는 화살표로 표시된 바와 같이, 홀(37)을 통해 천연가스를 보충하여 제 1 연소관(34)의 상부에서도 화염이 유지될 수 있게 되어 있다. 상기 점화기(33)와 온도센서(36)는 상기 보염관(35)의 하단부 외측에 고정된 지지부(38)에 장착된다.
상기 제 1 연소관(34)의 하단 내측에는 공급관(31)과의 사이에 간격 유지를 위한 스페이서(39)가 제공되고, 연도(100)의 외주면에 고정시키기 위한 브라켓에 연결되어 제 1 연소관(34)을 지지하기 위한 지지플레이트(40)가 제공되며, 상기 지지플레이트(40)에는 제 1 연소관(34) 하단부가 개방되도록 홀(401)들이 형성되어 있다.
상기 제 2 연소부(5)는 제 1 연소부(3)의 제 1 연소관(34)에 연통되게 배치되는 제 2 연소관(51)을 포함하고, 그 상단에는 연도(100)의 상단에 배치되어 화염을 연도(100) 내부로 분출하는 노즐(7)이 제공된다.
상기 제 1 및 제 2 연소관(34,51)들은 복수의 브라켓(8)들로 연도(100)의 외측에 고정된다.
상기 제 2 연소관(51)의 하단은 확장되어 제 1 연소관(34)의 상단을 감싸도록 형성되고, 제 1 연소관으로 부터 제 2 연소관으로 유동하는 화염에 의한 상승기류에 따라 상기 제 1, 2 연소관들 사이의 간극을 통해 벤추리관의 작용으로 외부 공기가 제 2 연소관(51)내로 유입될 수 있게 되고, 상기 제 2 연소관(51)의 하단부에는 천연가스 보충공급관(52)에 의해 천연가스가 보충 공급됨으로써, 제 2 연소관(51)내에서 화염 온도가 700~800℃로 되게 하여 노즐(7)을 통해 연도(100)의 상부로 화염이 분출된다.
상기 제 1, 2 연소관(34,51)들에는 도면에서 부분확대도로 표시된 바와 같이, 하방으로 경사지게 복수개소에 공기공급관(341,511)들이 형성되어서 상기 제 1, 2 연소관들 내부에 공기가 공급되게 하여 화염이 꺼지지 않고 유지될 수 있게 한다.
또한, 겨울철에 제 1, 2연소관들의 내측면과 외측면 사이의 온도차에 의해 내측면에 응축수가 발생될 수 있으며, 이러한 응축수가 제 1 연소관(34)의 하단부로 흘러내려 얼게 될 수 있으며, 이러한 경우 제 1 연소관 내부 온도를 저하시키게 되어 점화 장애 또는 화염 온도 유지에 문제가 발생될 수 있으므로, 이를 방지하도록, 제 1 연소관(34)을 지지하기 위한 지지플레이트(40)에는 제 1 연소관(34) 하단부가 개방되도록 형성된 홀(401)들을 통해 응축수가 배출될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 제 1 연소관에서는 불완전 연소로 화염 온도가 제 2 연소관에서 보다 상대적으로 낮으며, 이중관 구조와 공기 공급가능한 구조로 보염이 유지되며, 제 2 연소관에서는 천연가스를 공급함과 함께 공기를 공급하는 구조로 되어 완전연소가 이루어져 상대적으로 높은 온도로 노즐을 통해 화염이 분출하여 연도를 통해 배출되는 배기가스에 함유된 CO를 포함한 오염물질이 연소되어 제거되도록 함으로써, 높이가 높은 제출소 등을 비롯한 각종 산업현장의 연도에 간편하게 설치하여 대기오염을 효율적으로 방지할 수 있게 된다.
상기한 구조의 배출가스 재연소장치는 연도(100)의 직경에 따라 복수개, 예를들어 2개 내지 3개가 설치됨으로써, 노즐(7)을 통해 연도의 중심부에 근접한 위치로 분출되는 화염에 의해 연도를 통해 배출되는 배기가스에 함유된 CO를 포함한 유해물질이 연소되면서 그 화염이 주변으로 확산되어 배출되는 오염물질을 연소시키게 되며, 이와 같이 오염물질의 연소에 의한 화염은 실제로 연도 상단에서 수십 미터까지 치솟으면서 오염물질이 완전히 연소될 수 있으며, 악천후시에 바람과 빗물이 상기 연도(100)의 개방된 상단을 통해 유입되더라도 화염이 꺼지지 않고 배출가스의 오염물질을 연소시켜 제거할 수 있게 된다.
본 발명은 제철소나 소각장 등의 연도에 설치하여 배출가스에 함유된 CO를 포함한 오염물질을 연소시키도록 이용될 수 있다.
1 : 연도 배출가스 재연소장치 2 ; 가스공급부
3 : 제 1 연소부 5 : 제 2 연소부
7 ; 노들 8 : 브라켓
21 : 밸브 22 : 하우징
31 : 공급관 33 : 점화기
34 : 제 1 연소관 35 : 보염관
36 : 온도센서 51 : 제 2 연소관
52 : 보충공급관 100 ; 연도

Claims (7)

  1. 연도 상단의 개방된 단부로 화염을 분출하도록 노즐이 제공되어 연도를 통해 배출되는 CO를 포함한 오염물질을 연소시키는 연도 배출가스 재연소장치에 있어서,
    천연가스(NG가스)를 공급하는 가스공급부(2)가 연결된 버너로서의 제 1 연소부(3), 상기 제 1 연소부에 연결되어 연도(100) 상단까지 연장된 제 2 연소부(5), 상기 제 2 연소부(5)의 외측단부에 제공되어 화염을 연도(100) 내부로 분출하는 노즐(7)을 포함하며,
    상기 가스 공급부(2)는 밸브(21)에 의해 가스 공급을 제어하도록 된 하우징(22)을 구비하고,
    상기 제 1 연소부(3)는 하우징(22)에 하단이 연결된 공급관(31)을 구비하고, 상기 공급관의 상단에는 점화기(33)가 인접 배치되어 공급관의 상단에서 공급되는 천연가스를 점화시키도록 된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연소부(3)는 연도 외측에 브라켓으로 고정되고 공급관(31)의 동심원적 외측에 배치되는 제 1 연소관(34)을 구비하고, 상기 제 1 연소관(34)의 상부에는 화염이 유지될 수 있도록 상단에 형성된 홀(37)을 통해 천연가스를 보충하도록 되며, 상기 제 2 연소부(5)는 연도 외측에 브라켓으로 고정되고 제 1 연소관(34)에 연통되게 배치되는 제 2 연소관(51)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    제 1 연소부(3)의 상측에는 온도센서(36)가 제공되어 제 1 연소부에서 발생된 화염에 의한 온도를 측정하도록 된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 공급관(31)의 외측에서 동심원적으로 배치되어 상방향으로 연장된 연소관(34)의 동심원적 외측에 장착되며 하단부가 개방되어 연소관에서의 고온의 상승기류에 따라 외부 공기가 유입되어 연소관내에서의 화염이 꺼지지 않고 유지되게 하는 보염관(35)이 설치된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 연소부(5)의 제 2 연소관(51)의 상단에는 노즐(7)이 장착되고,
    상기 제 2 연소관(51)의 하단은 확장되어 제 1 연소관을 감싸도록 형성되고, 제 1 연소관으로 부터 제 2 연소관으로 유동하는 화염에 의한 상승기류에 따라 상기 제 1 연소관의 상단과 제 2 연소관의 하단 사이에 형성된 간극을 통해 벤추리관의 작용으로 외부 공기가 제 2 연소관(51)내로 유입될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 연소관(51)의 하단부에는 천연가스 보충공급관(52)에 의해 천연가스가 보충 공급되도록 된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 연소관(34,51)들에는 내부에 공기가 공급되어 화염이 꺼지지 않고 유지될 수 있게 복수개소에 하방으로 경사지게 공기공급관(341,511)들이 형성되고,
    상기 제 1, 2연소관(34,51)들의 내측면과 외측면 사이의 온도차에 의해 내측면에 발생되는 응축수를 배출하도록, 제 1 연소관(34)을 지지하기 위한 지지플레이트(40)에는 제 1 연소관(34) 하단부가 개방되도록 홀(401)들이 형성된 것을 특징으로 하는 연도 배출가스 재연소장치.

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