KR20240020316A - 백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법 - Google Patents

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주식회사 강성이엔지
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Abstract

본 발명은 백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환, 포화증기 및 수분필터를 통해 백연저감을 효율이 탁월하고 설치가 용이한 백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법에 관한 것이다.
본 발명의 백연저감장치는, 배출가스가 유입되는 유입관; 상기 유입관 상부에 연결되며, 상기 유입관에서 유입된 배출가스가 외기에 의해 냉각되어 배출가스의 수분이 응축되게 하는 열교환부; 상기 열교환부 상부에 연결되며, 상기 열교환부를 통과한 배출가스에 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 주입하여 배출가스의 수분을 제거하는 증기히터부; 상기 증기히터부의 상부에 연결되며, 상기 증기히터부를 통과한 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 수분필터부; 및 상기 수분필터부 상부에 연결되며, 상기 수분필터부를 통과한 배출가스가 외부로 배출되는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법{White Plume Reduction Device And White Plume Reduction Method by the Same}
본 발명은 백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환, 포화증기 및 수분필터를 통해 백연저감을 효율이 탁월하고 설치가 용이한 백연저감장치 및 이에 의한 백연저감방법에 관한 것이다.
백연(白煙)은 냉각탑의 출구공기가 높은 온도의 포화습공기인데, 대기와 혼합냉각 되면서 수증기가 응축되어 작은 물방울로 가시화된 상태를 말한다. 즉, 수증기는 액체인 물이 증발하여 기체화된 것을 의미하므로 실제로 눈에 보이지 않지만, 육안으로 보이는 것은 기체상태의 수증기가 아니라 액체인 작은 물방울로 이루어진 것이며, 이것을 백연이라 한다. 냉각탑의 백연은 대기의 온도가 낮고 습도가 높을수록 수증기가 냉각응축되어 작은 물방울로 가시화된 백연의 발생량이 많고 재증발이 늦게 되어 백연 길이도 길어진다. 백연의 발생여부 예측은 습공기선도에서 냉각탑 토출공기 상태점과 대기 상태점을 연결한 냉각선이 포화습도선 위로 이어지면 백연이 발생하는 것으로 알 수 있다.
백연의 직접적인 피해는 바람과 저기압 의해서 백연이 위로 올라가지 못하고 지상으로 내려와 도로에서 시야를 가리고 바닥을 적시거나 결빙을 만들어 교통장애를 일으키는 것이 가장 심각하다. 일반적으로 우려되는 문제점은 백연에 대한 민원으로 인접 주민뿐 아니라 넓은 범위의 지역민들에게 반감을 갖게 하는 경우가 많은 것이다. 백연이 눈에 보이는 수증기라는 것을 잘 알지 못하거나 아는 경우에도 백연이 공해물질로서 피해를 주지 않을까 하는 의식을 갖게 되며 이것이 직접적으로 또는 잠재적으로 지역민들의 불안 및 민원의 요소가 되고 있다.
백연을 제거하기 위하여 많은 기술이 개발되었으나, 설치에 많은 비용이 소요되고 설치도 용이하지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허보공보 제10-2011173호 대한민국 등록특허보공보 제10-1958917호 대한민국 등록특허보공보 제10-1949984호 대한민국 등록특허보공보 제10-2043300호 대한민국 등록특허보공보 제10-2043300호
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산업용 굴뚝이나 냉각탑에 설치가 용이한 백연저감장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열교환부, 증기히터부 및 수분필터부를 구비하여 백연저감의 효율을 배가시킨 백연저감장치를 제공하는 것은 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열교환부의 통해 응축된 수분을 용이하게 배출할 수 있는 백연저감장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 백연저감장치는, 배출가스가 유입되는 유입관; 상기 유입관 상부에 연결되며, 상기 유입관에서 유입된 배출가스가 외기에 의해 냉각되어 배출가스의 수분이 응축되게 하는 열교환부; 상기 열교환부 상부에 연결되며, 상기 열교환부를 통과한 배출가스에 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 주입하여 배출가스의 수분을 제거하는 증기히터부; 상기 증기히터부의 상부에 연결되며, 상기 증기히터부를 통과한 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 수분필터부; 및 상기 수분필터부 상부에 연결되며, 상기 수분필터부를 통과한 배출가스가 외부로 배출되는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열교환부는, 하단은 상기 유입관과 연결되고 상단은 증기히터부와 연결되는 외기 케이스, 상기 외기 케이스의 외부에 위치하며, 외기를 흡입하여 흡입된 외기를 주입하는 외기 주입팬, 상기 외기 주입팬과 일측이 연결되며 흡입된 외기를 전달하는 외기 주입관, 상기 외기 주입관과 일측이 연결되며, 상기 외기 케이스 내부에서 상기 외기 케이스 내측면을 코일 형태로 감싸고, 상기 외기 주입관으로부터 주입된 외기에 의하여 배출가스의 습기가 응축되도록 하는 열교환튜브, 상기 열교환튜브의 타측에 위치하며 상기 열교환튜브를 통과한 외기가 배출되는 외기 배출관, 상기 열교환튜브의 하부에 위치하며, 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축된 응축수가 외부로 배출되도록 하는 응축수 배출부 및 상기 외기 케이스에 설치되어 열교환튜브와 이격되어 위치하며, 상기 열교환튜브의 외부에 부착되는 분진을 제거하는 슈트블로워를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유입관으로 유입되는 배출가스의 운동 방향을 x축 방향이라 하고, x축과 수직인 방향을 y축 방향이라고 하면, 상기 열교환튜브는 y축을 기준으로 x축 방향으로 4° 내지 6° 기울어진 것을 특징으로 하며, 상기 열교환튜브는 배출가스의 운동 방향인 x축 방향으로 갈수록 상기 열교환튜브 간의 간격이 커지는 것을 특징으로 하며, 상기 열교환튜브는 배출가스의 운동 방향인 x축 방향으로 갈수록 상기 열교환튜브의 내경이 작아지는 것을 특징으로 하며, 상기 열교환튜브는 외측면에 친수성 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 열교환튜브는 표면에 요철을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 증기히터부는, 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 발생시키는 보일러부, 상기 보일러부와 일측이 연결되며 상기 보일러부에서 발생한 포화증기가 주입되는 포화증기 주입관, 상기 포화증기 주입관과 일측이 연결되며 상기 포화증기 주입관을 통해 주입된 포화증기가 상기 열교환부를 통과한 배출가스와 섞이는 포화증기 혼합부, 상기 포화증기 혼합부와 일측이 연결되며 상기 포화증기 혼합부에서 배출가스와 섞이고 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 배출되는 포화증기 배출관 및 상기 포화증기 배출관과 일측이 연결되며 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기를 응축시키는 응축탱크를 포함한다.
여기서, 상기 수분필터부는, 상기 배출관 하부 및 상기 증기히터부 사이에 설치가능한 몸체인 필터 하우징 및 상기 필터 하우징의 내부에 설치되어 배출가스의 수분을 흡수하는 흡습부를 포함하며, 상기 흡습부는 상기 흡습부의 외곽에서 중앙으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 백연저감장치에 의해 백연저감방법은, 상기 유입관으로 배출가스가 유입되는 제1 단계; 배출가스가 상기 열교환부를 통과하는 제2 단계; 상기 열교환부를 통과한 배출가스가 상기 증기히터부를 통과하는 제3 단계; 상기 증기 히터부를 통과한 배출가스가 상기 수분필터부를 통과하는 제4 단계; 및 상기 수분필터부를 통과한 배출가스가 상기 배출관을 통해 외부로 배출되는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제2 단계는, 상기 외기 주입팬에서 외기를 흡입하여 외기를 상기 열교환튜브의 내부로 주입하는 제2-1 단계, 배출가스가 상기 열교환튜브의 외부면과 접촉하여 배출가스의 수분이 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축되는 제2-2 단계, 상기 슈트브로워에서 상기 열교환튜브의 외부 표면에 공기를 분사하여 상기 열교환튜브의 외부 표면에 부착된 분진을 제거하는 제2-3 단계 및 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축된 응축수가 상기 응축수 배출부을 통해 외부로 배출되는 제2-4 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제3 단계는, 상기 보일러부에 의해 포화증기가 준비되는 제3-1 단계, 포화증기가 포화증기 혼합부에 주입되어 배출가스와 혼합되는 제3-2 단계, 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 상기 포화증기 배출관을 통해 배출되는 제3-3 단계 및 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 상기 응축탱크를 통해 응축되어 외부로 배출되는 제3-4 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 산업용 굴뚝이나 냉각탑에 설치가 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 열교환부, 증기히터부 및 수분필터부를 구비하여 3차에 걸쳐 배출가스의 수분을 제거하여 백연저감 효과가 탁월한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열교환부의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 열교환부의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 열교환부의 개략도이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼각형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이며, 도 5(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 사각형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이며, 도 5(c)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 원형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 증기히터부의 개략도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 수분필터부의 정면도이며, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 수분필터부의 평면도이다, 도 7(c)는 본 발명의 다른 일 실시예의 의한 수분필터부의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감 방법의 제2 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감 방법의 제3 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 백연저감장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 백연저감장치는 유입관(100), 열교환부(200), 증기히터부(300), 배출관(400) 및 수분필터부(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 백연을 줄일 수 있는 가장 보편적인 방법은 배출가스를 포화습공기가 아닌 덜 포화된 습공기의 상태로 토출시키는 것이다. 즉, 배출가스의 상대습도를 낮추어 토출시키는 것인데, 상대습도는 배출가스 온도의 포화습공기 수증기와 배출가스 수증기의 분압비율이므로 배출가스의 온도를 높여주거나 수증기량을 줄여주면 된다. 본 발명의 백연저감장치는 배출가스의 온도를 높여주거나 배출가스의 수증기량을 줄여주는 방식을 모두 채용하고 있다.
본 발명의 유입관(100)은 배출가스가 유입되는 관로이다. 유입관(100)의 하부는 산업용 굴뚝이나 냉각탑에서 배출가스가 배출되는 지점과 연결이 된다. 유입관(100)을 통해 수분을 함유한 고온의 배출가스가 본 발명의 백연저감장치로 유입이 된다. 본 발명의 배출가스는 각종 공장에서 발생하는 150℃ 정도의 온도에 수분을 포함하는 연소가스를 의미한다.
본 발명의 열교환부(200)는 유입관(100)의 상부에 연결되어 유입관(100)을 통해 유입된 배출가스를 외기로 냉각시켜 배출가스의 수분이 응축되어 배출되게 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열교환부의 개략도이다. 도 2을 참조하면, 본 발명의 열교환부(200)는 외기 케이스(210), 외기 주입팬(220), 외기 주입관(230), 열교환튜브(240), 외기 배출관(250), 응축수 배출부(260) 및 슈트블로워(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 외기 케이스(210)는 하단은 유입관(100)과 연결되고 상단은 증기히터부(300)와 연결되며, 내측면에 열교환튜브(240)가 위치한다. 외기 케이스(210)는 열교환튜브(240)가 내장될 수 있고 슈트블로워(270)가 설치될 수 있는 하우징 역할을 한다. 본 발명의 외기 주입팬(220)은 외기 케이스(210)의 외부에 위치하며 외부 공기를 흡입하여 흡입된 외기를 외기 주입관(230)으로 주입한다. 외기 주입팬(220)은 펌프를 구비하여 외부 공기를 흡입하는데, 흡입된 공기는 20℃ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 백연저감장치는 일반적으로 기온이 낮은 겨울철에 가동되기 때문에 외기 주입팬(220)을 통해서 흡입되는 공기는 20℃ 이하로 별도의 냉각장치는 필요하지 않다. 본 발명의 외기 주입관(230)은 외기 주입팬(220)과 일측이 연결되고 열교환튜브(240)와 타측이 연결되어, 외기 주입팬(220)에서 전달된 차가운 외기를 열교환튜브(240)에 주입한다.
본 발명의 열교환튜브(240)는 외기 주입관(230)과 일측이 연결되며 외기 배출관(250)과 타측이 연결되는데, 외기 주입관(230)을 통해 주입된 외기에 의하여 배출가스의 습기가 응축되도록 한다. 예를 들어, 외기 주입관(230)에서 여러 관로로 분기하여 열교환튜브(240)로 연결된다. 열교환튜브(240)는 미세한 관로가 코일 형태로 형성되어 있는데, 이 관로를 저온의 외기가 통과하게 된다. 유입관(100)을 통해 열교환튜브(240)를 교차하는 배출가스는 150℃ 고온에 습기를 머금은 상태이다. 배출가스는 습기가 포화된 상태이기 때문에 열교환튜브(240)를 통과하는 20℃ 이하의 저온의 외기에 의해 온도가 하강하게 되고 포화된 습기는 저하된 온도의 차이 대한 포화 수증기 차이만큼 열교환튜브(240)의 외부에 응축되게 된다.
본 발명의 외기 배출관(250)은 열교환튜브(240)의 타측에 위치하며 열교환튜브(240)를 통과한 외기가 배출되는 관로이다. 외기 주입관(230)을 통해 주입되는 외기의 온도는 20℃ 이하이고, 열교환튜브(240)를 통과하고 외기 배출관(250)으로 배출되는 외기는 온도 90℃ 정도의 고온이다. 배출가스는 150℃ 고온인데, 20℃ 이하의 외기와 만나면 배출가스 및 외기는 90℃ 정도로 수렴되게 된다. 외기 배출관(250)을 통과한 외기는 상대습도가 높지 않기 때문에 외부로 배출되더라도 백연이 발생하지 않는다.
본 발명의 응축수 배출부(260)은 열교환튜브(240)의 하부에 위치하며 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축된 응축수가 외부로 배출될 수 있게 한다. 본 발명의 응축수 배출부(260)는 상기 열교환튜브(240)의 관로 하부에 위치하여 상기 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축되는 수분이 저장되는 응축수 보관부, 상기 응축수 보관부의 응축수가 외부로 배출되게 하는 응축수 배출관을 구비한다.
본 발명의 슈트블로워(270)(soot blower)는 외기 케이스(210) 설치되어 열교환튜브(240)와 이격되어 위치하여 열교환튜브(240)의 외부에 부착되는 분진을 제거한다. 유입관(100)을 통과한 배출가스는 연소과정에서 발생하기 때문에 배출가스는 다량의 분진, 그을음, 슬러지 등을 포함하고 있다. 슈트블로워(270)는 공기 또는 증기를 열교환튜브(240)에 분사하여 열교환튜브(240)의 표면에 응축수와 함께 붙어있는 분진, 그을음, 슬러지 등을 제거한다.
본 발명의 열교환튜브(240)는 열교환튜브(240) 외부 표면에 응축된 응결수가 용이하게 배출될 수 있도록 사선(斜線)으로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 유입관(100)으로 유입되는 배출가스의 운동 방향을 x축 방향이라 하고, x축과 수직인 방향을 y축 방향이라고 하면, 상기 열교환튜브(240)는 y축을 기준으로 x축 방향으로 4° 내지 6° 기울어질 수 있고, 보다 바람직하게는 5°가 기울어지는 것이 바람직하다. 유입관(100)으로부터 유입된 배출가스는 차가운 외기가 흐르는 열교환튜브(240)와 접촉하게 되고 배출가스의 온도가 떨어지면서 배출가스 안의 습기가 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축되면서 열교환튜브(240)의 외부 표면에는 응축수가 응결되게 된다. 이러한 응축수의 배출을 용이하게 하기 위해 열교환튜브(240)를 4° 내지 6° 기울게 하여 응축수가 열교환튜브(240)를 따라 흘러내려 응축수 배출부(260)를 통해 배출되게 할 수 있다. 상기 기울기가 4° 내지 6°가 아니고 더 높은 기울기를 적용하게 되면 경사가 급하여 배출가스의 수분이 응축하면서 열교환튜브(240)를 통해 흘러내리지 않고 아래로 바로 하강할 수 있고, 상기 기울기가 4° 내지 6° 보다 작을 때에는 기울기의 경사가 미미하여, 응축수가 흘러내리지 않을 수 있다. 따라서, 상기 기울기가 4° 내지 6°이면 응축수가 흘러내려 응축수 보관부에 저장이 되고 응축수 배출관을 통해 바로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 열교환부(200)의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 열교환튜브의 간격은 배출가스의 운동 방향인 x축으로 갈수록 열교환튜브의 간격이 커지는 것이 바람직하다. 열교환튜브(240)는 미세한 관로가 코일 형태로 외기 케이스(210) 내측면에 형성되어 있다. 배출가스를 냉각시키고 배출가스의 수분을 많이 응축시키기 위해서는 열교환튜브(240)가 배출가스와 먼저 접촉하는 외기 케이스(210) 하부에 위치한 열교환튜브의 간격은 좁게하고, 외기 케이스(210) 상부에 위치한 열교환튜브(240)의 간격은 넓게하는 것이 효율적이다. 즉, 배출가스의 운동 방향 x축에 대해 배출가스와 접촉하는 열교환튜브(240)의 간격을 좁게하고 x축 방향으로 갈수록 열교환튜브(240)의 간격을 넓게하여 열교환튜브(240)와 배출가스가 초기에 접하는 면적을 넓게하여 배출가스의 수분이 응축되는 효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 열교환부(200)의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 열교환튜브(240)는 x축 방향으로 갈수록 열교환튜브(250)의 내경가 작아지는 것이 바람직하다. 열교환튜브(240)과 배출가스와 처음 접촉하는 외기 케이스(240) 하부에 위치한 열교환튜브(240)의 내경은 크게 하고, 외기 케이스(210) 상부에 위치한 열교환튜브(240)의 내경은 작게 하면 배출가스와 열교환튜브(240)가 접촉하는 면적을 넓게 할 수 있다. 즉, 배출가스의 운동 방향인 x축에 대해 열교환튜브(240)의 내경을 x축을 따라 점점 작게 하면 열교환튜브(240)와 배출가스가 최초로 접하는 면적을 넓게하여 배출가스의 온도를 낮추고 배출가스의 수분이 응축되는 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 열교환튜브(240)는 외측면에 친수성 코팅층을 형성할 수 있다. 친수성 코팅은 물방울과 코팅 표면의 접촉각(intact angle)을 최소화함으로서 수분의 응집을 약하게 하고, 코팅 표면에서 수분이 잘 흘러내리록 한다. 친수성 코팅제로는 무기산화물(TiO2, Cd2O3, ZnO, ZrO2)을 이용한 코팅 방법이나 비이온성 계면활성제와 coupling agent를 이용한 방법을 사용할 수 있다. 열교환튜브(240) 외측면에 친수성 코팅층을 형성하여 배출가스의 응축수가 열교환튜브(240)의 표면에서 퍼지게 하여 배출가스의 온도를 보다 효과적으로 낮추는 것이 가능하고, 열교환튜브(240) 표면의 응축수가 응축수 저장부로 잘 흘러내릴 수 있다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼각형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이며, 도 5(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 사각형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이며, 도 5(c)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 원형 형태의 요철을 구비한 열교환튜브의 단면도이다. 도 5(a) 내지 도 5(c)를 참조하면, 본 발명의 열교환튜브(240)는 표면에 요철을 형성할 수 있다. 열교환튜브(240)의 표면에 요철을 형성하여 배출가스와 접촉하는 열교환튜브(240)의 표면적을 넓게하여 배출가스의 온도를 낮추고 배출가스의 수분을 응결시키는 효율을 높일 수 있다. 요철의 형태는 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 삼각형, 사각형, 원형 등 다양한 모양일 수 있다.
본 발명의 증기히터부(300)는 열교환부(200)의 상부에 연결되며, 열교환부(200)를 통과한 배출가스에 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 주입하여 수분을 제거한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 증기히터부(300)의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 증기히터부(300)는 보일러부(310), 포화증기 주입관(320), 포화증기 혼합부(330), 포화증기 배출관(340) 및 응축탱크(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 열교환부(200)를 통과한 배출가스는 온도가 150℃에서 90℃로 낮춰지며, 낮춰진 온도에 해당하는 포화 습도의 차이만큼의 수분이 응축되어 외부로 배출되었다. 증기히터부(300)는 90℃로 낮춰진 배출가스에 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 접촉시켜 배출가스에 남아있는 수분을 제거한다. 고압의 포화증기는 내부에 수분을 거의 포함하지 않기 때문에 굉장히 건조하다. 본 발명에서는 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 배출가스와 접촉시켜 배출가스에 남아있는 수분을 제거할 수 있다.
본 발명의 보일러부(310)는 유입관(100) 외부에 위치하며, 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 발생시킨다. 보일러부(310)는 물을 고압에서 가열하여 포화증기를 생산하는데, 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기이며, 온도는 158℃, 압력 5bar인 것이 보다 바람직하다. 고온 및 고압의 포화증기를 배출가스와 접촉하게 함으로써 건조한 포화증기가 배출가스의 수분을 제거하고, 배출가스의 온도를 90℃에서 130℃까지 높여 백연을 저감하는 효과가 있다. 본 발명의 포화증기 주입관(320)은 보일러부(310)와 일측이 연결되고 포화증기 혼합부(330)와 타측이 연결되며, 보일러부(310)에서 발생한 포화증기가 주입시켜 포화증기 혼합부(330)로 전달한다.
본 발명의 포화증기 혼합부(330)는 포화증기 주입관(320)과 일측이 연결되며 포화증기 주입관(320)을 통해 주입된 포화증기가 열교환부(200)를 통과한 배출가스와 섞이게 한다. 고온 및 고압의 포화증기는 포화증기 혼합부(330)에 주입되고 열교환부(200)를 통과한 배출가스와 섞인다. 포화증기는 수분을 거의 포함하고 있지 않기 때문에 배출가스와 섞이면서 배출가스에 포함된 수분을 흡수할 수 있다. 또한, 158℃의 고온의 포화증기와 만난 배출가스는 온도를 대략 130℃까지 상승하여 습도는 낮고 온도는 높아 백연이 발생할 확률이 낮아진다.
본 발명의 포화증기 배출관(340)은 포화증기 혼합부(330)와 일측이 연결되고 응축탱크(350)와 타측이 연결되며, 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기를 포화증기 혼합부(330)로부터 배출시킨다. 본 발명의 응축탱크(350)는 포화증기 배출관(340)과 일측이 연결되며 수분을 포함한 포화증기를 응축시킨다. 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기는 외부로 배출하면 백연이 발생할 수 있기 때문에 응축탱크(350)를 이용하여 포화증기를 냉각시켜 포화증기를 응축시킨다. 응축탱크(350)는 수냉, 공냉, 냉매에 의한 냉각 등 다양한 방식으로 포화증기를 냉각시켜 포화증기에 포함된 수분을 응축할 수 있다. 응축탱크(350)를 통과한 포화증기는 수분은 응축되고, 저온으로 떨어져 외부로 배출해도 백연이 발생하지 않는다.
본 발명의 수분필터부(500)는 증기히터부(300)의 상부에 연결되며, 증기히터부(300)를 통과한 배출가스에 포함된 수분을 제거한다. 도 7(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 수분필터부의 정면도이며, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 수분필터부의 평면도이다, 도 7(c)는 본 발명의 다른 일 실시예의 의한 수분필터부의 정면도이다. 도 7(a) 또는 도 7(b)를 참조하면, 본 발명의 수분필터부(500)는 필터 하우징(510) 및 흡습부(520)를 포함하여 구성될 수 있다. 증기히터부(300)를 통과한 배출가스는 수분이 많이 제거된 상태이지만, 수분을 흡수할 수 있는 수분필터부(500)를 통과시켜 수분을 다시 제거할 수 있다.
본 발명의 필터 하우징(510)은 증기히터부(300) 및 배출관(400) 사이에 설치가능하게 하는 수분필터부(500)의 몸체이다. 필터 하우징(510)은 증기히터부(300) 및 배출관(400) 사이에 고정할 수 있도록 별도의 결박장치를 구비할 수 있다. 본 발명의 흡습부(520)는 필터 하우징(510)의 내부에 위치하는데, 다공성의 흡습제로 채워진다. 수분 흡습제로는 실리카겔, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화리튬, 활성 알루미나 등이 사용될 수 있다. 일정 기간이 지나 흡습제가 수분을 충분히 흡수한 경우에는 흡습부(520)만을 따로 교체할 수 있다. 도 7(c)를 참조하면, 본 발명의 흡습부(520)는 외곽에서 중앙으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것이 바람직하다. 흡습부(520)를 통과하는 배출가스는 흡습부(520)의 중앙으로 몰리고 흡습부(520)의 외곽으로 가면 배출가스가 중앙보다 배출가스가 적을 수 있기 때문에 흡습부(520) 중앙을 두껍게 하고 외곽으로 갈수록 얇게하면 수분을 제거하는 흡습부(520)의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 배출관(400)은 수분필터부(500) 상부에 연결되며, 수분필터부(500)를 통과한 배출가스가 외부로 배출되는 관로이다. 배출가스는 이미 수분이 제거되고 130℃의 고온이기 때문에 백연이 발생할 확률이 줄어, 외부로 배출되더라고 백연이 거의 발생하지 않는다. 본 발명의 백연저감장치는 상기와 같이 열교환부(200), 증기히터부(300) 및 수분필터부(500)를 두어 세 차례에 걸려 배출가스에 포함된 수분을 제거하기 때문에 백연저감에 탁월한 효과를 지닌다.
이하에서는 본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 순서도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법은 하기의 5 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 단계(S10) : 유입관(100)으로 배출가스가 유입되는 단계
제2 단계(S20) : 배출가스가 열교환부(200)를 통과하는 단계
제3 단계(S30) : 열교환부(200)를 통과한 배출가스가 증기히터부(300)를 통과하는 단계
제4 단계(S40) : 증기 히터부를 통과한 배출가스가 수분필터부(500)를 통과하는 단계
제5 단계(S50) : 수분필터부(500)를 통과한 배출가스가 배출관(400)을 통해 외부로 배출되는 단계
본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제1 단계(S10)는 배출가스가 유입관(100)으로 유입되는 단계이다. 공장에서 발생하는 수분을 포함하는 고온의 연소가스가 백연저감을 위해 백연저감장치로 유입되는 단계이다.
본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제2 단계(S20)는 배출가스가 열교환부(200)를 통과하는 단계이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제2 단계(S20)의 세부 단계를 나타내는 순서도이다. 도 9를 참조하면, 제2 단계(S20)는 하기와 같이 4 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제2-1 단계(R10) : 외기 주입팬(220)에서 외기를 흡입하여 외기를 열교환튜브(240)로 주입하는 단계이며, 20℃ 이하의 차가운 외부 공기를 외기 주입팬(220)으로 흡입하여 배출가스의 냉각을 위해 열교환튜브(240)로 공급하는 단계이다.
제2-2 단계(R20) : 배출가스가 열교환튜브(240)의 외부면과 접촉하여 배출가스의 수분이 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축되는 단계이며, 150℃ 정도의 배출가스가 20℃ 이하의 차가운 외부 공기가 흐르는 열교환튜브(240)와 접촉하여 배출가스의 온도가 떨어지면서 배출가스의 수분이 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축이 된다.
제2-3 단계(R30) : 슈트블로워(270)에서 열교환튜브(240)의 외부 표면에 공기를 분사하여 열교환튜브(240)의 외부 표면에 부착된 분진을 제거하는 단계이며, 배출가스에 포함된 분진, 그을음, 슬러지 등이 열교환튜브(240)에 표면에 부착되면 이러한 분진 등에 공기 또는 증기를 분사하여 분진을 제거할 수 있다.
제2-4 단계(R40) : 열교환튜브(240)의 외부 표면에 응축된 응축수가 응축수 배출부(260)을 통해 외부로 배출되는 단계이며, 응축수는 열교환튜브(240)의 경사진 면을 통해 응축수 보관부에 모이고 응축수 배출관(400)을 통해 외부로 배출된다.
본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제3 단계(S30)는 열교환부(200)를 통과한 배출가스가 증기히터부(300)를 통과하는 단계이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제3 단계(S30)의 세부 단계를 나타내는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 제3 단계(S30)는 하기와 같이 4 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제3-1 단계(T10) : 보일러부(310)에 의해 포화증기가 준비되는 단계이며, 보일러부(310)는 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 발생시킨다.
제3-2 단계(T20) : 포화증기가 포화증기 혼합부(330)에 주입되어 배출가스와 혼합되는 단계이며,수분이 거의 포함되지 않은 포화증기가 배출가스와 혼합되어 배출가스에 포함된 수분을 흡수하고 배출가스의 온도를 130℃ 정도로 높이는 단계이다.
제3-3 단계(T30) : 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 포화증기 배출관(340)을 통해 배출되는 단계이며, 포화증기는 배출가스의 수분을 흡수하고 포화증기 배출관(340)을 통해 응축탱크(350)로 이동한다.
제3-4 단계(T40) : 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 응축탱크(350)를 통해 응축되어 외부로 배출되는 단계이며, 응축탱크(350)는 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기를 냉각시켜 수분을 응축시켜 응축수와 수분을 거의 포함하지 않은 잔여 증기를 배출한다.
본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제4 단계(S40)는 증기 히터부를 통과한 배출가스가 수분필터부(500)를 통과하는 단계이다. 수분필터부(500)의 흡습부(520)는 다공성의 흡습 재료로 충진되어 있어 배출가스가 흡습부(520)를 통과하면서 남아있는 수분이 흡습부(520)로 흡수된다.
본 발명의 백연저감장치에 의한 백연저감방법의 제5 단계(S50)는 수분필터부(500)를 통과한 배출가스가 배출관(400)을 통해 외부로 배출되는 단계이다. 3차에 걸친 백연저감이 끝난 배출가스는 배출관(400)을 통해 외부로 배출된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 유입관
200 : 열교환부
210 : 외기 케이스
220 : 외기 주입팬
230 : 외기 주입관
240 : 열교환튜브
250 : 외기 배출관
260 : 응축수 배출부
270 : 슈트블로워
300 : 증기히터부
310 : 보일러부
320 : 포화증기 주입관
330 : 포화증기 혼합부
340 : 포화증기 배출관
350 : 응축탱크
400 : 배출관
500 : 수분필터부
510 : 필터 하우징
520 : 흡습부

Claims (5)

  1. 배출가스가 유입되는 유입관;
    상기 유입관 상부에 연결되며, 상기 유입관에서 유입된 배출가스가 외기에 의해 냉각되어 배출가스의 수분이 응축되게 하는 열교환부;
    상기 열교환부 상부에 연결되며, 상기 열교환부를 통과한 배출가스에 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 주입하여 배출가스의 수분을 제거하는 증기히터부;
    상기 증기히터부의 상부에 연결되며, 상기 증기히터부를 통과한 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 수분필터부; 및
    상기 수분필터부 상부에 연결되며, 상기 수분필터부를 통과한 배출가스가 외부로 배출되는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백연저감장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환부는, 하단은 상기 유입관과 연결되고 상단은 증기히터부와 연결되는 외기 케이스, 상기 외기 케이스의 외부에 위치하며, 외기를 흡입하여 흡입된 외기를 주입하는 외기 주입팬, 상기 외기 주입팬과 일측이 연결되며 흡입된 외기를 전달하는 외기 주입관, 상기 외기 주입관과 일측이 연결되며, 상기 외기 케이스 내부에서 상기 외기 케이스 내측면을 코일 형태로 감싸고, 상기 외기 주입관으로부터 주입된 외기에 의하여 배출가스의 습기가 응축되도록 하는 열교환튜브, 상기 열교환튜브의 타측에 위치하며 상기 열교환튜브를 통과한 외기가 배출되는 외기 배출관, 상기 열교환튜브의 하부에 위치하며, 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축된 응축수가 외부로 배출되도록 하는 응축수 배출부 및 상기 외기 케이스에 설치되어 열교환튜브와 이격되어 위치하며, 상기 열교환튜브의 외부에 부착되는 분진을 제거하는 슈트블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 백연저감장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입관으로 유입되는 배출가스의 운동 방향을 x축 방향이라 하고, x축과 수직인 방향을 y축 방향이라고 하면, 상기 열교환튜브는 y축을 기준으로 x축 방향으로 4° 내지 6° 기울어지며,
    상기 열교환튜브는 배출가스의 운동 방향인 x축 방향으로 갈수록 상기 열교환튜브 간의 간격이 커지며, 또한 상기 열교환튜브는 배출가스의 운동 방향인 x축 방향으로 갈수록 상기 열교환튜브의 내경이 작아지며, 상기 열교환튜브는 외측면에 친수성 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 백연저감장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 증기히터부는, 온도 150℃ 내지 160℃, 압력 4.5bar 내지 5.5bar의 포화증기를 발생시키는 보일러부, 상기 보일러부와 일측이 연결되며 상기 보일러부에서 발생한 포화증기가 주입되는 포화증기 주입관, 상기 포화증기 주입관과 일측이 연결되며 상기 포화증기 주입관을 통해 주입된 포화증기가 상기 열교환부를 통과한 배출가스와 섞이는 포화증기 혼합부, 상기 포화증기 혼합부와 일측이 연결되며 상기 포화증기 혼합부에서 배출가스와 혼합되고 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 배출되는 포화증기 배출관 및 상기 포화증기 배출관과 일측이 연결되며 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기를 응축시키는 응축탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 백연저감장치.
  5. 청구항 1 내지 4의 어느 한 항의 백연저감장치에 의한 백연저감방법에 있어서,
    상기 유입관으로 배출가스가 유입되는 제1 단계;
    상기 배출가스가 상기 열교환부를 통과하는 제2 단계;
    상기 열교환부를 통과한 배출가스가 상기 증기히터부를 통과하는 제3 단계;
    상기 증기 히터부를 통과한 배출가스가 상기 수분필터부를 통과하는 제4 단계; 및
    상기 수분필터부를 통과한 배출가스가 상기 배출관을 통해 외부로 배출되는 제5 단계;를 포함하는 백연저감장치에 의한 백연저감방법이며,
    상기 제2 단계는, 외기 주입팬에서 외기를 흡입하여 외기를 열교환튜브의 내부로 주입하는 제2-1 단계, 배출가스가 상기 열교환튜브의 외부면과 접촉하여 배출가스의 수분이 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축되는 제2-2 단계, 상기 슈트브로워에서 상기 열교환튜브의 외부 표면에 공기를 분사하여 상기 열교환튜브의 외부 표면에 부착된 분진을 제거하는 제2-3 단계 및 상기 열교환튜브의 외부 표면에 응축된 응축수가 상기 응축수 배출부을 통해 외부로 배출되는 제2-4 단계를 포함하며,
    상기 제3 단계는, 보일러부에 의해 포화증기가 준비되는 제3-1 단계, 포화증기가 포화증기 혼합부에 주입되어 배출가스와 혼합되는 제3-2 단계, 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 포화증기 배출관을 통해 배출되는 제3-3 단계 및 배출가스의 수분을 흡수한 포화증기가 응축탱크를 통해 응축되어 외부로 배출되는 제3-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백연저감장치에 의한 백연저감방법.
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