KR20240111428A - 축열식 연소 장치 및 이를 이용한 축열식 연소 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료의 사용 없이 연소실에 열을 공급할 수 있는 축열실 연소 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 축열재가 구비되며 열을 저장하는 축열부, 상기 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 입구부, 상기 축열부에서 처리된 가스를 배출하는 출구부, 상기 축열부의 상부에 위치하며 열을 이용하여 처리가스를 연소시키는 연소실, 및 상기 연소실 내부로 열을 공급하는 플라즈마 토치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 축열재가 구비되며 열을 저장하는 축열부, 상기 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 입구부, 상기 축열부에서 처리된 가스를 배출하는 출구부, 상기 축열부의 상부에 위치하며 열을 이용하여 처리가스를 연소시키는 연소실, 및 상기 연소실 내부로 열을 공급하는 플라즈마 토치를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 축열식 연소 장치 및 축열식 연소 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 축열부와 연소실을 갖는 축열식 연소 장치에 관한 것이다.
생산 공정과 각 공장에서 발생하는 휘발성 유기화합물(VOC)이나 유해 가스를 처리하는 방법으로 연소 산화 처리 방법과 생물학적 처리 방법이 있으나 일반적으로 연소 산화 처리 방법을 사용하고 있다.
연소 산화 처리 방법으로는 축열재를 이용하여 고온(800℃ 정도)에서 연소시키거나 축열재와 촉매를 조합하여 비교적 낮은 온도(350℃ 정도)에서 연소시켜 처리하는 방법이 있다. 이때 연소 처리된 가스는 높은 열을 가지고 있는 청정 공기이므로 이 폐열을 회수하여 재사용 한다. 폐열을 회수하는 방법으로 일반적인 열교환기를 사용하거나 축열재를 이용하여 회수하는 방법이 있는데, 이중에서 효율적으로 폐열을 회수하기 위해서 축열재를 이용하여 폐열을 회수하면 높은 열의 회수가 가능하여 에너지 비용을 절감할 수 있다.
축열재를 이용한 축열식 연소장치는 열을 축열하는 챔버와 열을 방열하는 챔버로 분리되어 유해가스를 연소 처리하게 되며 이 유해가스는 방열하는 챔버로 부터 열을 받아 연소처리 온도까지 승온되어 연소실에서 연소 처리되고 처리 후 배출시 열을 축열하는 챔버의 축열재에 열을 주고 배출되는 방식으로 축열 챔버와 방열 챔버가 연속 주기적으로 역할이 교체 되면서 작동하게 된다.
이러한 축열식 연소장치는 연료를 사용하는 버너를 포함하며, 지속적으로 연료가 공급되고, 화염이 유지되어야 하므로 연료공급 설비가 마련되지 않은 중소 규모의 사업장은 축열식 연소장치의 설치를 위해서 가스설비를 설치해야 하고, 가스안전관리자가 상근해야 하는 부담이 발생한다.
본 발명은 연료의 사용 없이 연소실에 열을 공급할 수 있는 축열실 연소 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 축열재가 구비되며 열을 저장하는 축열부, 상기 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 입구부, 상기 축열부에서 처리된 가스를 배출하는 출구부, 상기 축열부의 상부에 위치하며 열을 이용하여 처리가스를 연소시키는 연소실, 및 상기 연소실 내부로 열을 공급하는 플라즈마 토치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 토치는 연료의 공급 없이 전기를 이용하여 열을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 토치는 상기 축열부를 향하여 플라즈마를 분사하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 상기 입구부로 상기 처리가스를 공급하는 공급관과 상기 공급관에 연결되어 상기 플라즈마 토치로 상기 처리가스를 전달하는 가스 전달관을 더 포함하고, 상기 플라즈마 토치는 상기 유기화합물 가스를 반응가스로 이용하여 직접 상기 유기화합물 가스를 분해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 토치는 이중관 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 토치는 전압이 인가되는 방전극과 상기 방전극이 삽입되는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고, 상기 가스 전달관은 상기 내측 튜브 튜브와 연결되고, 상기 외측 튜브에는 공기 공급관이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 연소실에는 상기 연소실 내부로 우레아 수용액 또는 암모니아 수용액을 분사하는 환원 노즐이 설치되며, 상기 이송관에는 처리가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 장치가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 상기 출구부와 연결되어 처리가스를 배출하는 이송관과 상기 이송관에 연결되며 처리가스에 포함된 암모니아를 제거하는 습식 스크러버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이송관에는 상기 이송관 내부로 오존을 분사하는 오존 분사부가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이송관에는 상기 이송관 내부에서 플라즈마와 오존을 발생시키는 저온 플라즈마 발생기가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은, 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 처리가스 공급 단계, 축열부에서 열교환으로 상기 처리가스를 가열하는 예열 단계, 연소실에서 상기 처리가스를 연소시키는 연소 단계, 및 축열부에서 열교환으로 상기 처리가스의 열을 회수하는 열회수 단계를 포함하며, 상기 연소 단계는 플라즈마 토치를 이용하여 상기 처리가스를 연소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 연소 단계는 상기 플라즈마 토치에 연료의 공급 없이 전력을 공급하여 열을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 연소 단계는 복수의 상기 플라즈마 토치를 이용하여 상기 축열부를 향하여 플라즈마를 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 중 일부를 분기하여 상기 플라즈마 토치로 공급하는 처리가스 전달 단계를 더 포함하고, 상기 연소 단계는 상기 처리가스를 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 연소 단계는 이중관 구조로 이루어진 상기 플라즈마 토치를 이용하여 화염을 발생시키되, 내측으로 상기 처리가스를 공급하고, 외측으로 공기를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 상기 연소실 내부로 우레아 수용액 또는 암모니아 수용액을 분사하는 환원제 분사 단계와 이송관을 따라 이동하는 처리가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 상기 이송관을 이용하여 열이 회수된 처리가스를 습식 스크러버로 전달하는 이송 단계와 습식 스크러버를 이용하여 상기 연소실에서 배출된 처리가스에서 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 상기 이송관 내부로 내부로 오존을 분사하는 오존 분사 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 상기 이송관 내부에서 플라즈마를 발생시켜서 처리가스 중의 유기화합물을 제거하고 오존을 발생시키는 저온 플라즈마 생성 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 연소 장치는 연소실 내부에 플라즈마 토치가 설치되어 연료의 공급 없이 연소실에 열을 공급하므로 연료공급 설비 및 가스안전 관리가 불필요하고, 용이하게 연소실에 열을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 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 발명에서, '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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치(101)는 휘발성 유기화합물(VOCs) 등이 포함된 처리가스를 연소시켜서 제거하는 장치이다. 축열식 연소 장치(101)는 축열부(115), 연소실(110), 입구부(112), 출구부(113), 플라즈마 토치(120)를 포함할 수 있다.
입구부(112)는 축열부(115)의 하부에 배치되며, 입구부(112)를 통해서 휘발성 유기화합물을 포함하는 처리가스가 축열부(115)로 유입될 수 있다. 입구부(112)는 공장 등의 배출 배관과 연결될 수 있다.
축열부(115)는 열교환기로 이루어지며, 허니콤 등의 다공성 구조를 가질 수 있다. 축열부(115)에는 열을 보관하는 축열체가 설치될 수 있으며 축열체는 고온에서 변형하지 않는 세라믹 등으로 이루어질 수 있다. 축열부(115)는 처리가스를 가열하여 연소실(110)로 공급할 수 있다.
연소실(110)은 처리가스가 연소되는 공간을 제공하며, 처리가스는 연소실(110)에서 고온으로 산화되어 유기화합물 등의 오염물질이 제거된다. 연소실(110)에는 처리가스의 산화를 위한 공기가 공급될 수 있다.
연소실(110)에는 연소실(110) 내부로 열을 공급하기 위한 플라즈마 토치(120)가 설치된다. 플라즈마 토치(120)는 직류 또는 교류 전원을 이용하여 고온의 플라즈마를 발생시키며, 이러한 플라즈마에 의하여 연소실(110)에서 처리가스가 산화 연소될 수 있다. 플라즈마 토치(120)는 고전압으로 대전된 방전극과 접지된 하우징을 포함하며, 아크 방전 등의 방식으로 고온의 플라즈마를 생성할 수 있다.
플라즈마 토치(120)는 연소실(110)의 천정면에 설치되어 축열부(115)를 향하여 플라즈마를 분사할 수 있다. 연소실(110)의 상단에는 복수의 플라즈마 토치(120)가 설치되며, 플라즈마 토치(120)는 처리가스가 유입되는 경우에만 가동될 수 있다.
연소실(110)에서 산화 연소된 처리가스는 축열부(115)에 열을 공급하고 출구부(113)를 통해서 배출된다. 처리가스는 연소실(110)에서 고온으로 가열되며, 축열부(115)를 통과하면서 축열부(115)에 열을 전달하고 냉각된 후에 출구부(113)로 이동한다. 출구부(113)는 축열부(115)의 하부에 배치되며, 출구부(113)를 처리가스가 외부 또는 다른 장치로 이동할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 플라즈마 토치(120)를 이용하여 연료 공급 없이 연소실(110)에 충분한 열을 공급할 수 있다. 연료의 공급이 없으므로 별도의 연료공급 설비가 필요 없으며, 가스안전관리자도 필요 없이 전기를 이용하여 충분한 열을 연소실에 공급할 수 있다.
또한, 연료를 사용하는 버너에 비하여 더 높은 온도로 유기화합물을 산화시켜서 유해물질의 제거 효율이 향상될 수 있다. 또한, 복수의 플라즈마 토치(120)가 축열부(115)를 향하여 플라즈마를 분사하므로 축열부(115)에 더욱 많은 열을 공급하여 열효율이 현저히 향상될 수 있다.
종래의 연료를 이용한 버너는 화염이 직접 축열부에 닿으면 미연소 연료 등에 의하여 축열부(115)가 오염되는 문제가 발생하지만 본 실시예에 따르면 플라즈마 토치(120)가 축열부(115)를 향하여 플라즈마를 분사하더라도 축열부(115)가 오염되지 않고 축열부(115)에 더욱 많은 열을 공급할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S101), 예열 단계(S102), 연소 단계(S103), 열회수 단계(S104)를 포함할 수 있다.
처리가스 공급 단계(S101)는 축열부(115)로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급한다. 처리가스 공급 단계(S101)는 공장 등에서 배출되며 휘발성 유기화합물을 포함하는 처리가스를 축열부(115)로 공급할 수 있다.
예열 단계(S102)는 축열부(115)에서 열교환으로 처리가스를 가열한다. 예열 단계(S102)는 축열부(115)에 저장된 축열체를 이용하여 처리가스를 가열하며 가열된 처리가스를 연소실로 이동시킨다.
연소 단계(S103)는 플라즈마 토치(120)를 이용하여 연소실(110)에서 처리가스를 산화 연소시킨다. 연소 단계(S103)는 플라즈마 토치에 연료의 공급 없이 전력을 공급하여 열을 발생시킨다. 연소 단계(S103)는 방전극에 직류 또는 교류 전압을 인가하여 아크를 형성하고, 아크 방전으로 고온의 플라즈마를 생성하여 연소실로 분사할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 방식으로 고온 플라즈마를 형성할 수 있다.
연소 단계(S103)는 복수의 플라즈마 토치(120)를 이용하여 축열부(115)를 향하여 플라즈마를 분사할 수 있다. 또한, 연소 단계(S103)는 처리가스에 포함된 유기화합물을 산화 연소시켜서 분해할 수 있다.
열회수 단계(S104)는 축열부(115)에서 열교환으로 처리가스의 열을 회수한다. 열회수 단계(S104)는 연소실(110)에서 축열부(115)로 처리가스를 이동시키며 축열부(115)에서 처리가스를 냉각하고, 축열부(115)로 열을 회수한다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 장치(102)는 공급관(131), 가스 전달관(132), 플라즈마 토치(140)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
입구부(112)에는 처리가스를 공급하는 축열부(115)로 공급하는 공급관(131)이 연결된다. 공급관(131)은 공장의 배관과 연결될 수 있다. 공급관(131)에는 가스 전달관(132)이 연결되며, 가스 전달관(132)은 공급관(131)과 플라즈마 토치(140)를 연결한다. 가스 전달관(132)은 공급관(131)에서 처리가스를 플라즈마 토치(140)로 공급하여 처리가스를 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 여기서 처리가스는 플라즈마를 발생시키는 반응가스가 되며 플라즈마 토치(140)에는 별도의 반응가스는 공급되지 않는다.
처리가스는 아크에 의하여 분해되어 플라즈마 상태로 플라즈마 토치(140)에서 분사될 수 있다. 이에 따라 처리가스는 연소실 내부에서 분해될 뿐만 아니라 플라즈마 토치(140) 내에서도 분해될 수 있다.
플라즈마 토치(140)는 2중관 구조로 이루어질 수 있다. 플라즈마 토치(140)는 전압이 인가되는 방전극(141)과 방전극(141)이 삽입되는 내측 튜브(142)와 내측 튜브(142)를 감싸는 외측 튜브(143)를 포함할 수 있다. 방전극(141)은 내측 튜브(142) 내에 삽입되며 방전극(141)에는 높은 구동 전압이 인가될 수 있다.
내측 튜브(142)는 접지되고, 방전극(141)을 감싸도록 형성된다. 내측 튜브(142)는 가스 전달관(132)과 연결되며, 내측 튜브(142)와 방전극(141) 사이의 방전 공간(146)에서 아크(AC)가 형성될 수 있다.
내측 튜브(142)를 통해서 이동하는 처리가스는 아크(AC)에 의하여 분해되어 플라즈마로 변환될 수 있다. 외측 튜브(143)는 내측 튜브를 감싸며 외측 튜브(143)에는 공기 공급관(135)이 연결될 수 있다. 외측 튜브(143)와 내측 튜브(142) 사이에는 공기 통로(147)가 형성되며, 공기 통로(147)를 통해서 공기가 연소실(110)로 공급될 수 있다.
이에 따라 본 제2 실시예에 따르면 아크(AC)를 이용하여 직접 처리가스를 분해할 수 있을 뿐만 아니라 연소실(110) 내에서 처리가스가 산화 연소될 수 있다. 또한 플라즈마 토치(140)를 통해서 공기가 공급되어 처리가스에 포함된 유기화합물이 안정적으로 산화 연소될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S201), 처리가스 전달 단계(S202), 예열 단계(S203), 연소 단계(S204), 열회수 단계(S205)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 전달 단계(S202)와 연소 단계(S204)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
처리가스 전달 단계(S202)는 가스 전달관(132)을 이용하여 공급관(131)에서 처리가스를 플라즈마 토치(140)로 공급한다. 여기서 처리가스는 반응가스가 되며 플라즈마 토치(140)에는 별도의 반응가스는 공급되지 않는다.
연소 단계(S204)는 처리가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키되, 연소 단계(S204)에서 처리가스는 아크(AC)에 의하여 분해되어 플라즈마 상태로 플라즈마 토치(140)에서 분사될 수 있다. 이에 따라 처리가스는 연소실(110) 내부에서 분해될 뿐만 아니라 플라즈마 토치(140)에서도 분해될 수 있다.
연소 단계(S204)는 이중관 구조로 이루어진 플라즈마 토치(140)를 이용하여 내측에서 아크를 발생시키고 아크를 이용하여 처리가스를 분해하며, 외측에서 공기를 연소실로 공급한다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 장치(103)는 환원 노즐(136)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
연소실(110)에는 연소실(110) 내부로 우레아 수용액(CH4N2O) 또는 암모니아 수용액을 분사하는 환원 노즐(136)이 설치된다. 환원 노즐(136)은 우레아 또는 암모니아 수용액이 관 내부에서 분해되지 않도록 2중 냉각관을 포함할 수 있다.
환원 노즐(136)을 통해서 연소실(110) 내부로 우레아가 분사되면 고온의 분위기에서 질소산화물이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 연소실(110)에서 생성된 열에 의하여 우레아 열분해 반응이 유도되고 해당 반응을 통해 환원제가 생성될 수 있다.
또한, 출구부(113)에는 정화된 처리가스가 배출되는 이송관(137)이 연결되며, 이송관(137)에는 선택적 촉매 환원장치(138)가 설치되며, 선택적 촉매 환원장치(138)는 촉매 반응을 통해 질소산화물을 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시킨다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 환원 노즐과 선택적 촉매 환원장치가 설치되어 처리가스에 포함된 질소산화물을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S301), 처리가스 전달 단계(S302), 예열 단계(S303), 연소 단계(S304), 환원제 분사 단계(S305), 열회수 단계(S306), 선택적 촉매 환원 단계(S307)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 환원제 분사 단계(S305)와 선택적 촉매 환원 단계(S307)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
환원제 분사 단계(S305)는 연소실(110) 내부로 우레아(CH4N2O) 또는 암모니아 수용액을 분사하며, 환원 노즐(136)을 통해서 연소실 내부로 우레아 또는 암모니아 수용액이 분사되면 고온의 분위기에서 질소산화물이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 환원제 분사 단계(S305)에서 연소실(110)에서 생성된 열에 의하여 우레아 열분해 반응이 유도되고 해당 반응을 통해 환원제가 생성될 수 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 단계(S307)는 이송관 내부에 설치된 선택적 촉매 환원장치(138)을 이용하여 촉매 반응을 통해 질소산화물을 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시킨다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 장치(104)는 습식 스크러버(150)를 제외하고는 상기한 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
이송관(137)에는 암모니아를 제거하기 위한 습식 스크러버(150)가 연결되며, 이송관(137)은 처리가스를 습식 스크러버(150)로 전달한다. 습식 스크러버(150)는 처리가스에 포함된 암모니아를 제거하며, 케이스(151), 세정수 분사관(152), 순환관(152), 순환 펌프(155), 집진부(156)를 포함할 수 있다. 케이스(151)는 이송관과 연결되며, 케이스(151) 내부에는 세정수가 저장될 수 있다. 순환관(152)은 하부에 저장된 세정수와 세정수 분사관(152)을 연결하며, 세정수 분사관(152)에 물을 공급한다. 순환 펌프(155)는 순환관(152)에 설치되어 세정수를 이동시킨다. 세정수 분사관(152)은 복수의 노즐을 포함하여 하부로 세정수를 분사한다. 세정수에 의하여 처리가스에 포함된 암모니아가 물에 녹아서 제거될 수 있다. 집진부(156)는 전기 집진 등의 방식으로 미스트와 및 먼지를 집진하여 제거할 수 있다.
본 실시예와 같이 이송관(137)에 습식 스크러버(150)가 연결되면 처리가스에 포함된 암모니아를 효율적으로 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S401), 처리가스 전달 단계(S402), 예열 단계(S403), 연소 단계(S404), 환원제 분사 단계(S405), 열회수 단계(S406), 선택적 촉매 환원 단계(S407), 암모니아 제거 단계(S408)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 암모니아 제거 단계(S408)를 제외하고는 상기한 제3 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
열이 회수된 처리가스를 습식 스크러버(150)로 이송되며, 암모니아 제거 단계(S408)는 습식 스크러버(150)를 이용하여 연소실(110)에서 배출된 처리가스에서 암모니아를 제거한다. 암모니아 제거 단계(S408)는 세정수를 분사하여 암모니아를 제거하는 세정수 분사 단계와 하부의 세정수를 세정수 분사관(152)으로 이동시키는 세정수 순환 단계와 집진부(156)를 이용하여 미스트를 제거하는 집진 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 장치(105)는 오존 분사부(160)를 제외하고는 상기한 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
이송관(137)에는 오존 분사부(160)가 설치되며, 오존 분사부(160)는 오존 공급부재(161)와 오존 분사노즐(162)을 포함할 수 있다. 오존 공급부재(161)는 저온 플라즈마 발생기로 이루어지거나, 오존이 저장된 탱크로 이루어질 수 있다. 오존 분사노즐(162)은 오존을 이송관(137) 내부로 분사할 수 있다.
이송관(137)에서 오존 분사부(160)의 하류에는 선택적 촉매 환원장치(138)가 설치되며, 선택적 촉매 환원장치(138)는 촉매 반응을 통해 질소산화물을 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시킨다.
오존 분사부(160)에서 분사된 오존은 일산화질소를 이산화질소로 전환시켜서 이산화질소의 비율을 상승시키고, 이러한 기작으로 인해 선택적 촉매 환원장치(138)의 반응이 촉진되어 동일한 저온 조건에서도 선택적 촉매 환원장치(138)의 성능이 증대된다. 연소실(110)에서는 처리가스의 연소로 인하여 2차 오염물질이 발생할 수 있는데, 오존 분사부(160)와 선택적 촉매 환원장치(138)가 설치되면 질소산화물과 2차 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S501), 처리가스 전달 단계(S502), 예열 단계(S503), 연소 단계(S504), 환원제 분사 단계(S505), 열회수 단계(S506), 오존 분사 단계(S507), 선택적 촉매 환원 단계(S508), 암모니아 제거 단계(S509)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 오존 분사 단계(S507)를 제외하고는 상기한 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
오존 분사 단계(S507)는 이송관 내부로 오존 가스를 분사하며, 저온 플라즈마 발생기를 이용하여 오존을 발생시키고 분사할 수 있다. 오존 분사 단계(S507)는 일산화질소를 이산화질소로 전환시켜서 이산화질소의 비율을 상승시킨다.
이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 장치에 대해서 설명한다.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 장치를 도시한 구성도이다.
도 12를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 장치(106)는 저온 플라즈마 발생기(170)를 제외하고는 상기한 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
이송관(137)에는 저온 플라즈마 발생기(170)가 설치되며, 저온 플라즈마 발생기(170)는 유전체 방전, 코로나 방전, 또는 스트리머 방전 방식으로 플라즈마를 형성할 수 있다. 저온 플라즈마 발생기(170)는 플라즈마를 이용하여 오염 물질을 제거할 뿐만 아니라 오존을 생성할 수 있다. 저온 플라즈마 발생기(170)에서 생성된 오존은 일산화질소를 이산화질소로 전환시켜서 이산화질소의 비율을 상승시킨다.
이송관(137)에서 저온 플라즈마 발생기(170)의 하류에는 선택적 촉매 환원장치(138)가 설치되며, 선택적 촉매 환원장치(138)는 촉매 반응을 통해 질소산화물을 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시킨다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 축열식 연소 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 처리가스 공급 단계(S601), 처리가스 전달 단계(S602), 예열 단계(S603), 연소 단계(S604), 환원제 분사 단계(S605), 열회수 단계(S606), 저온 플라즈마 생성 단계(S607), 선택적 촉매 환원 단계(S608), 암모니아 제거 단계(S609)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 축열식 연소 방법은 저온 플라즈마 생성 단계(S607)를 제외하고는 상기한 제4 실시예에 따른 축열식 연소 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
저온 플라즈마 생성 단계(S607)는 이송관(137) 내부에 설치된 저온 플라즈마 발생기(170)를 이용하여 이송관(137) 내부에서 유전체 방전, 코로나 방전, 또는 스트리머 방전 방식으로 플라즈마를 형성한다. 저온 플라즈마 생성 단계(S607)는 플라즈마를 이용하여 오염 물질을 제거할 뿐만 아니라 오존을 생성할 수 있다. 저온 플라즈마 발생기(170)에서 생성된 오존은 일산화질소를 이산화질소로 전환시켜서 이산화질소의 비율을 상승시킨다.
선택적 촉매 환원 단계(S608)는 이송관 내부에 설치된 선택적 촉매 환원장치(138)을 이용하여 촉매 반응을 통해 질소산화물을 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시킨다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
101, 102, 103, 104, 105, 106: 축열식 연소 장치
110: 연소실 115: 축열부
112: 입구부 113: 출구부
120, 140: 플라즈마 토치 131: 공급관
132: 가스 전달관 135: 공기 공급관
136: 환원 노즐 137: 이송관
138: 선택적 촉매 환원장치 141: 방전극
142: 내측 튜브 143: 외측 튜브
146: 방전 공간 147: 공기 통로
150: 습식 스크러버 151: 케이스
152: 세정수 분사관 155: 순환 펌프
156: 집진부 160: 오존 분사부
161: 오존 공급부재 162: 오존 분사노즐
170: 저온 플라즈마 발생기
110: 연소실 115: 축열부
112: 입구부 113: 출구부
120, 140: 플라즈마 토치 131: 공급관
132: 가스 전달관 135: 공기 공급관
136: 환원 노즐 137: 이송관
138: 선택적 촉매 환원장치 141: 방전극
142: 내측 튜브 143: 외측 튜브
146: 방전 공간 147: 공기 통로
150: 습식 스크러버 151: 케이스
152: 세정수 분사관 155: 순환 펌프
156: 집진부 160: 오존 분사부
161: 오존 공급부재 162: 오존 분사노즐
170: 저온 플라즈마 발생기
Claims (19)
- 축열재가 구비되며 열을 저장하는 축열부;
상기 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 입구부;
상기 축열부에서 처리된 가스를 배출하는 출구부;
상기 축열부의 상부에 위치하며 열을 이용하여 처리가스를 연소시키는 연소실; 및
상기 연소실 내부로 열을 공급하는 플라즈마 토치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 연료의 공급 없이 전기를 이용하여 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 상기 축열부를 향하여 플라즈마를 분사하도록 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 입구부로 상기 처리가스를 공급하는 공급관과 상기 공급관에 연결되어 상기 플라즈마 토치로 상기 처리가스를 전달하는 가스 전달관을 더 포함하고,
상기 플라즈마 토치는 상기 유기화합물 가스를 반응가스로 이용하여 직접 상기 유기화합물 가스를 분해하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 이중관 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 전압이 인가되는 방전극과 상기 방전극이 삽입되는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고,
상기 가스 전달관은 상기 내측 튜브 튜브와 연결되고, 상기 외측 튜브에는 공기 공급관이 연결된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 연소실에는 상기 연소실 내부로 우레아 수용액 또는 암모니아 수용액을 분사하는 환원 노즐이 설치되며, 상기 이송관에는 처리가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 장치가 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 출구부와 연결되어 처리가스를 배출하는 이송관과 상기 이송관에 연결되며 처리가스에 포함된 암모니아를 제거하는 습식 스크러버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 이송관에는 상기 이송관 내부로 오존을 분사하는 오존 분사부가 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 이송관에는 상기 이송관 내부에서 플라즈마와 오존을 발생시키는 저온 플라즈마 발생기가 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 장치. - 축열부로 유기화합물을 포함하는 처리가스를 공급하는 처리가스 공급 단계;
축열부에서 열교환으로 상기 처리가스를 가열하는 예열 단계;
연소실에서 상기 처리가스를 연소시키는 연소 단계; 및
축열부에서 열교환으로 상기 처리가스의 열을 회수하는 열회수 단계;
를 포함하며,
상기 연소 단계는 플라즈마 토치를 이용하여 상기 처리가스를 연소시키는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 연소 단계는 상기 플라즈마 토치에 연료의 공급 없이 전력을 공급하여 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 연소 단계는 복수의 상기 플라즈마 토치를 이용하여 상기 축열부를 향하여 플라즈마를 분사하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제11 항에 있어서,
처리가스 중 일부를 분기하여 상기 플라즈마 토치로 공급하는 처리가스 전달 단계를 더 포함하고, 상기 연소 단계는 상기 처리가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 연소 단계는 이중관 구조로 이루어진 상기 플라즈마 토치를 이용하여 화염을 발생시키되, 내측으로 상기 처리가스를 공급하고, 외측으로 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 연소실 내부로 우레아 수용액 또는 암모니아 수용액을 분사하는 환원제 분사 단계와 이송관을 따라 이동하는 처리가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 이송관을 이용하여 열이 회수된 처리가스를 습식 스크러버로 전달하는 이송 단계와 습식 스크러버를 이용하여 상기 연소실에서 배출된 처리가스에서 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 이송관 내부로 내부로 오존을 분사하는 오존 분사 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 이송관 내부에서 플라즈마를 발생시켜서 처리가스 중의 유기화합물을 제거하고 오존을 발생시키는 저온 플라즈마 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 방법.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240111428A true KR20240111428A (ko) | 2024-07-17 |
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