KR20220099051A - Rto 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템 - Google Patents

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KR20220099051A
KR20220099051A KR1020210001108A KR20210001108A KR20220099051A KR 20220099051 A KR20220099051 A KR 20220099051A KR 1020210001108 A KR1020210001108 A KR 1020210001108A KR 20210001108 A KR20210001108 A KR 20210001108A KR 20220099051 A KR20220099051 A KR 20220099051A
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임상택
서정민
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대우조선해양 주식회사
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    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/005Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by heat treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
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Abstract

본 발명은 RCA(10)의 에어 재킷을 이용하여 열손실을 방지하는 시스템에 있어서: 상기 RCA(10)에 공급관(15)으로 연결되고, 고농도 VOCs를 연소하여 배출관(16)으로 배출하는 RTO(20); 상기 RTO(20)의 연소실(21)의 외면을 감싸도록 형성되고, 외부의 열원에 연결하여 설정된 온도로 유지하는 VOCs 에어 재킷(30); 상기 에어 재킷(30)의 가동 상태를 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 비교적 적은 비용으로 연소실 외벽에 에어 재킷을 구성하고 연소실 온도를 유지하는 방식으로 연료 소모를 줄여 에너지 절감과 더불어 효율적인 장비 운전을 도모하는 효과가 있다.

Description

RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템 {SYSTEM FOR PREVENTION OF HEAT LOSS THROUGH AIR JACKET}
본 발명은 RTO의 열손실 방지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도장공장 등의 VOC를 저감하는 축열식 연소산화기(RTO)의 가동 방식을 개선하기 위한 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템에 관한 것이다.
통상 도장공장에서 발생하는 VOC(휘발성 유기 화합물)에 대해 개정된 환경 법규에 의해 100PPM 이하의 농도로 대기로 배출해야 한다. 이를 만족하기 위해 조선소는 RTO(Regenerative Thermal Oxidation)를 설치하여 VOC를 농축하여 산화하는 방식으로 법규를 만족하고 있다.
다만 RTO는 구조적으로 유지비용이 많이 드는 장비이다. 특히 연소실 온도를 유지하기 위한 연료 소모는 상당하다. RTO 공급 업체는 원천 기술에만 집중하고 실제 에너지 절감에 대해서는 소극적인 경향이 높다. 이는 장비를 가동하는 사용자 입장에서는 큰 문제로 대두된다.
부연하자면, 현재 운영되고 있는 RTO의 연소실은 공기와 바로 접촉하는 방식으로 설치가 되어 있다. 이는 겨울철에 많은 열손실을 초래하여 820℃의 연소 온도를 유지하기 위해 많은 연료가 연소실로 공급되고 있다. 겨울철 연소실 외벽은 차가운 공기와 직접 접촉되고 있고 차가운 바람에 의해 열손실이 상당하다. 실제 겨울철에는 RTO 온도를 유지하기 위해 하절기 보다 많은 연료가 소모된다.
이와 관련하여 한국 공개특허공보 제2004-0089460호, 한국 등록특허공보 제0598553호 등의 특허문헌을 참조할 수 있다.
전자는 축열 베드 상부의 연소실 위쪽에 수평으로 위치하고, 고온 기체가 병렬로 유입되는 방식으로 하나의 관 다발식 열교환기를 구축하여 열에너지를 회수한다. 이는 반응 후의 온도가 높은 유기 폐가스의 열에너지를 흡수하지만 송풍기로 배출하면서 온도를 하강시키므로 열손실 방지에 미흡하다.
후자는 연소 가스와 열교환하는 축열층을 구비하여 높은 열효율을 갖는 축열식 연소 설비로서 축열 베드에 냉각 가스를 공급하여 그 일부를 강제적으로 냉각한다. 이는 축열 베드를 통해 온도를 감소시킴으로써 연소 설비의 열효율 증대를 도모하지만 강제 냉각을 부가하므로 열손실 방지에 미흡하다.
한국 공개특허공보 제2004-0089460호 "축열식 연소로의 열에너지 회수 방법" (공개일자 : 2004.10.21.) 한국 등록특허공보 제0598553호 "고열효율 축열식 연소 설비" (공개일자 : 2005.10.12.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 연소실에서 산화되어 나오는 약 70℃의 공기를 연소실 외벽에 형성된 에어 재킷으로 공급하여 연소실 외벽의 연손실을 막아 연소실 온도 유지에 일조하기 위한 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 RCA의 에어 재킷을 이용하여 열손실을 방지하는 시스템에 있어서: 상기 RCA에 공급관으로 연결되고, 고농도 VOCs를 연소하여 배출관으로 배출하는 RTO; 상기 RTO의 연소실의 외면을 감싸도록 형성되고, 외부의 열원에 연결하여 설정된 온도로 유지하는 VOCs 에어 재킷; 상기 에어 재킷의 가동 상태를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 에어 재킷은 대기와 접촉하는 외면에 단열재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 에어 재킷은 배출관에 흡기관과 배기관으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 배출관은 흡기관의 분기지점과 배기관의 분기지점 사이에 제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 농도검출기와 온도검출기의 신호에 대응하여 설정된 조건으로 연료조절기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 비교적 적은 비용으로 연소실 외벽에 에어 재킷을 구성하고 연소실 온도를 유지하는 방식으로 연료 소모를 줄여 에너지 절감과 더불어 효율적인 장비 운전을 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 개념도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 제어회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 RCA(10)의 에어 재킷을 이용하여 열손실을 방지하는 시스템에 관하여 제안한다. 도장 공장의 공정 특성은 24시간 기준 16시간 정도 작업이 이루어진다. 실제 스프레이 작업은 2~3시간 정도 유지되며, 나머지 시간은 도장 준비 작업 및 건조 작업이 대부분이다. 도장 공장에 설치되는 RCA(10) 시스템을 기반으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, RCA(Rotor Concentrator Adsorption) 시스템을 구성하는 RCA(10), 유입관(11), 탈착관(13), 공급관(15) 등이 나타난다. 도장 공장은 유입관(11)을 통하여 RCA(10)에 연결된다. RCA(10)는 흡착과 탈착, 퍼지(냉각) 공정을 반복하면서 대풍량 저농도의 VOCs 가스를 소풍량 고농도의 VOCs 가스 상태로 농축시킨다. 농축된 VOCs 가스는 공급관(15)을 통하여 별도의 연소처리 기술을 적용하는 RTO(20)에서 2차로 처리한다.
본 발명에 따르면 상기 RCA(10)에 공급관(15)으로 연결되는 RTO(20)가 고농도 VOCs를 연소하여 배출관(16)으로 배출하는 구조를 이루고 있다.
도 1에서, RTO(20)가 도장 공장에서 발생된 VOCs 가스를 연소기(25)로 산화시키는 상태가 나타난다. 도장 공장에서 발생되는 VOCs 성분은 크실렌(XYLENE)이 주성분이며 이를 산화시키기 위해 820℃ 정도의 온도로 유지되어야 한다. RTO(20)의 연소실(21)의 온도를 820℃ 범위로 항상 유지하기 위해 많은 연료가 사용되고 있다. 바람직하게는 도장 공정의 VOCs 가스와 별도의 LPG를 선택적으로 연소기(25)의 연료로 공급한다.
한편, RTO(20)의 연소실(21)에는 금속이나 세라믹 기반의 축열재(23)가 수용되어 축적된 열로 VOCs의 연소 효율을 높인다. 연소실(21)의 일부 가스는 탈착관(13)을 통하여 RCA(10) 측으로 보내져 고농도 VOCs의 탈착을 유발한다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 RTO(20)의 연소실(21)의 외면을 감싸도록 형성되는 에어 재킷(30)이 외부의 열원에 연결하여 설정된 온도로 유지하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연소실(21)의 외벽에 비교적 간단한 구조로 에어 재킷(30)을 형성하여 외기와 직접 접촉되지 않는 공기막을 형성한다. 에어 재킷(30)이 외부로부터 차가운 공기의 접촉을 막으면 연소실(21)의 온도유지와 열손실 방지에 유리하다. 에어 재킷(30)으로 순환되는 공기는 외부의 열원에 의하여 설정된 온도 이상으로 가열된 상태를 유지한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 에어 재킷(30)은 대기와 접촉하는 외면에 단열재(31)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, RTO(20)의 상부에 위치하는 연소실(21)의 외면에 단열재(31)가 설치된 상태를 나타낸다. 연소실(21)에서 연소기(25)에 의한 고온의 열을 이용하여 고농도 VOCs를 연소하여 청정공기를 만든다. 단열재(31)는 동절기와 같이 외기의 온도가 낮을 때 연소실(21)의 열손실을 방지하여 궁극적으로 연소기(25)에서 소비되는 연료량을 절감한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 에어 재킷(30)은 배출관(16)에 흡기관(32)과 배기관(33)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 1에서, 공급관(15)의 하류측에 연결되는 RTO(20)가 배출관(16)을 통하여 스택(stack)으로 연결되는 상태를 나타낸다. 에어 재킷(30)은 흡기관(32)과 배기관(33)을 통하여 배출관(16)에 연결된다. RTO(20)의 연소실(21)에서 처리된 산화 공기를 재 활용하여 연소실(21)의 온도를 유지하는데 도움을 주어 에너지 사용량을 줄일 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 배출관(16)은 흡기관(32)의 분기지점과 배기관(33)의 분기지점 사이에 제어밸브(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 배출관(16) 상에서 흡기관(32)과 배기관(33) 사이에 설치되는 제어밸브(35)가 나타난다. 연소실(21)에서 VOCs가 제거된 청정공기는 축열재(23)를 통과하고, 배출관(16)을 통하여 스택으로 배출되기 전에 에어 재킷(30)으로 보내진다. 제어밸브(35)는 개도를 조절하여 흡기관(32)을 통하여 에어 재킷(30)으로 보내지는 공기량을 조절한다.
또한, 본 발명에 따르면 제어기(40)는 상기 에어 재킷(30)의 가동 상태를 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제어기(40)가 RCA(10)와 RTO(20) 외에 에어 재킷(30)과 관련되는 제어를 수행할 수 있다. 제어기(40)는 마이컴 회로로 구성하는 것이 선호되지만 이에 한정되지 않는다. 도장 공장에서 스프레이 작업중에는 고농도의 VOCs가 연소기(25)로 유입되기 때문에 LPG를 사용한 유지가 필요 없다. 건조 작업이나 준비 작업시간에는 저농도의 VOCs가 생성되므로 연소기(25)로 연소실(21)의 온도를 유지하기 위해 LPG가 공급된다. 제어기(40)는 이와 같은 공정 정보를 기반으로 에어 재킷(30)의 온도를 유지한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 농도검출기(41)와 온도검출기(43)의 신호에 대응하여 설정된 조건으로 연료조절기(45)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 제어기(40)의 입력단에 농도검출기(41)와 온도검출기(43)가 연결되고, 출력단에 연소기(25), 제어밸브(35), 연료조절기(45) 등이 연결된다. 농도검출기(41)는 유입관(11), 배출관(16) 등에 설치되고 VOCs의 농도를 검출한다. 온도검출기(43)는 대기, 연소실(21) 등에 설치되고 온도를 검출한다. 연료조절기(45)는 연소기(25)의 연료인 VOCs 또는 LPG의 공급량을 조절한다.
작동의 일예로서, 유입관(11)에서 VOCs의 저농도 상태나 동절기 등에 외기가 설정치 이하로 내려가면 제어기(40)가 설정된 조건으로 제어밸브(35)와 연료조절기(45)를 가동한다. 공급관(15)에서 대략 45℃로 유입된 VOCs는 연소실(21)에서 산회된 후에 배출관(16)에 대략 70℃의 온도로 배출된다. 제어기(40)의 가동으로 에어 재킷(30)의 온도가 60~70℃로 유지되면 열손실이 방지되고 연소기(25)를 통하여 LPG 소모량을 줄일 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: RCA 11: 유입관
13: 탈착관 15: 공급관
16: 배출관 20: RTO
21: 연소실 23: 축열재
25: 연소기 30: 에어 재킷
31: 단열재 32: 흡기관
33: 배기관 35: 제어밸브
40: 제어기 41: 농도검출기
43: 온도검출기 45: 연료조절기

Claims (5)

  1. RCA(10)의 에어 재킷을 이용하여 열손실을 방지하는 시스템에 있어서:
    상기 RCA(10)에 공급관(15)으로 연결되고, 고농도 VOCs를 연소하여 배출관(16)으로 배출하는 RTO(20);
    상기 RTO(20)의 연소실(21)의 외면을 감싸도록 형성되고, 외부의 열원에 연결하여 설정된 온도로 유지하는 VOCs 에어 재킷(30);
    상기 에어 재킷(30)의 가동 상태를 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어 재킷(30)은 대기와 접촉하는 외면에 단열재(31)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어 재킷(30)은 배출관(16)에 흡기관(32)과 배기관(33)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출관(16)은 흡기관(32)의 분기지점과 배기관(33)의 분기지점 사이에 제어밸브(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 농도검출기(41)와 온도검출기(43)의 신호에 대응하여 설정된 조건으로 연료조절기(45)를 제어하는 것을 특징으로 하는 RTO 에어 재킷을 이용한 열손실 방지시스템.
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