KR920004207B1 - 오염공기 정화 플랜트(a plant for purifying polluted air) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

오염공기 정화 플랜트(A PLANT FOR PURIFYING POLLUTED AIR)

제 1 도는 본 발명에 의한 플랜트의 개략도.

제 2 도는 불꽃감시센서(flame watch sensor) 단면의 확대도.

본 발명은 오염공기 정화 플랜트에 관한 것이다.

이러한 플랜트는 미국특허원 07/276,000에 기재되어 있다. 이 특허원은 텐터프레임(tenterframe)으로부터 배기되는 공기를 정화하는 방법에 관한것으로, 텐터프레임의 배기공기는 스팀보일러에 연소공기로서 공급된다. 상기 스팀보일러의 버어너(burner)은 가변적인 공기과잉 공급상태에서 작동된다 : 보일러부하가 감소되면 공기과잉량이 증가된다. 이렇게하여 텐터프레임의 배기공기 전부를 보일러의 부하에 상관없이 정화할 수 있다. 이 방법은 중간시험 플랜트(pilot plant)에서 효과가 있었으나, 텐터프레임에서 몇가지 특정직물 마감조작을 행했을 경우, 버어너의 작동정지 빈도가 높아졌다. 때때로 연도가스(flue gases)중에서 CO함량이 증가된느 것으로 측정되었다.

본 발명의 목적은 버어너 조작 안전도를 높이는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 버어너 작동정지 빈도를 갑소시키는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 발열장치의 연도가스중의 CO함량을 가능한한 저수준으로 유지시키는데 있다.

본 발명의 일태양에 의하면, 버어너를 구비한 발열장치와 상기 버어너에 후속배치되는 복사선 흡수벽으로 둘러싸인 연소실과 상기 연소실에 후속배치되는 연도덕트(flue duct) 내부의 대류열 흡수면(convective heat absorbing surface)을 포함하는 오염공기 정화 플랜트가 제공된다.

상기 복사선 흡수벽과 연도덕트는 유체로 둘러싸여 있으며, 상기 버어너는 한 연료공급밸브와 오염공기 발생원에 연결된 한 연소공기 공급구를 갖는다. 상기 발열장치는 또한 작동시 불꽃면이 위치되는 연소실 내부의 한 영역을 향해 배치되는 하나의 광학불꽃감시센서를 더 포함한다. 이 광학불꽃감시센서의 출력은 불꽃이 꺼질때 연료공급밸브를 닫기위한 불꽃 보호장치에 접속된다. 이 불꽃감시센서는 연소실 내부로 불꽃면위치 가까이까지 뻗어있는 파이프(pipe) 내부에 장착된다.

바람직하게는 상기 파이프는 연소실내부쪽의 개방단부가 열려있고, 또 신선한 공기공급원에 연결되어 있다. 댐핑장치, 즉 콘덴서를 불꽃감시센서의 출력에 접속할 수 있다.

미국특허원 07/276,000에 의한 플랜트는 종래의 스팀보일러의 버너가 항상 그의 전부하 범위에 걸쳐 1에 가까운 낮은 λ값, 예를들어 λ=1.1에서 작동되어온 점에 비추어 볼때 아주 새로운 기술분야를 도입한 것이다. 종래에는 상기 버어너들에 거의 실온의 수분함량이 낮은 맑은 연소공기가 공급되었었다. 이와 같은 종래의 버어너 작동의 표준조건 중 어느것도 본 발명에 의한 플랜트에 적합치 않다. 즉, 중간시험 플랜트에서 종종 발생하는 버어너의 작동정지에 대한 이유를 밝히는것이 매우 어려웠다. 테터프레임 배기공기의 높은 수분함량에 의해 불꽃이 꺼졌을 수도 있고, 어떤 경우에는 고과잉량의 공기에 의해 불꽃이 꺼졌을 수도 있고, 텐터프레임 배기공기의 산소량이 상대적으로 적어서 문제를 유발했을 것으로 추론되었었다.

버어너의 간헐적 작동정지의 주된 이유는, 텐터프레임의 배기공기내의 독성물질의 상대적 함량이 높아서, 불꽃면에 대한 불꽃감시센서의 시계(view)를 흐리게 했거나 또는 감지되는 광의 스팩트럼을 변화시켰기 때문인것으로 최종적으로 밝혀졌다. 불꽃은 실제로 꺼지지는 않았으나 불꽃감시센서가 그것을 계속적으로 감시하지 못했다.

본 발명에 의한 플랜트에서는 불꽃감시센서가, 불꽃면에 근접한 위치까지 뻗어있는 파이프의 청정한 내부를 통해서 불꽃을 감시하므로, 상기의 문제점이 극복된다. 즉, 불꽃감시센서의 시계가, 연소공기중의 독성물질에 의해 그다지 방해되지 않는다.

연소실내부로 뻗어들어간 상기 파이프가 불꽃면에 근접하여 불꽃감시센서의 시계를 제공해주지만 또한 시계를 축소시킨다. 불꽃면에서 대략 1m 떨어져 연소실벽내에 장착된 종래의 불꽃감시센서는 불꽃면 전체를 감시하는것에 반하여 본 발명에 의한 플랜트의 센서는 일부분만을 감시한다. 불꽃면의 자연적인 동요는 불꽃면 전체면적에 걸쳐 평준화되기 때문에 종래의 배치에 의한 불꽃감시센서에 의해 거의 감시되지 않지만 본 발명에 의한 플랜트에서는 상기와 같은 오염된 연소공기에 의해 증대되기도 하는 불꽃면의 요동이 불꽃감시센서의 출력신호에 더욱 뚜렷하게 요동으로 나타낸다. 본 발명자는 상기 센서출력에 콘덴서를 접속키기므로써 상기 불꽃면의 요동을 종래의 불꽃감시센서의 경우에서는 불꽃면의 면적에 대하여 평준화 하였던것을 시간에 대한 평준화로 대체하여줌으로서 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있음을 밝혀냈다.

본 발명에 의하면, 불꽃감시센서의 상기와 같은 문제점 때문에 불꽃이 꺼지는 첫번째 이유로 지적된 버어너의 간헐적 작동정지를 완전 배제할 수 있다.

본 발명의 또다른 태양에 의하면, 버어너가 구비된 발열장치, 상기 버어너에 후속배치되는 복사선 흡수벽으로 둘러싸이는 연소실, 상기 연소실에 후속배치되는 연도덕트내의 대류열 흡수면을 포함하는 오염공기 정화 플랜트가 제공된다. 상기 복사선 흡수벽과 연도덕트는 유체로 둘러싸여있다.

상기 버어너는 제 1 조절장치에 의해 조절되는 한 연료공급밸브와 오염공기발생원에 연결되고 제 2 조절장치에 의해 조절되는 한 연소공기 공급구를 포함하고 있어 발열장치가 저부하상태일때 연소실에 공급되는 연소공기 과잉량은 발열장치가 전부하 상태일때의 공기과잉량에 비해서 증가되도록 상기 제 2 조절장치에 의해 연소공기 공급구가 조절될 수 있다. 버어너에 인접한 연소실은 단열재에 의해 단열되며 상기 단열재의 후단은 발열장치가 최소부하일때의 연소실내부의 불꽃후단과 실질적으로 일치된다. 상기 복사선 흡수벽이 상기 단열재와 접합된다.

연소온도가 약 700℃ 이하일때 연도가스의 CO함량이 증가한다. 미국특허원 07/276,000에서 제시된 과잉 공기량의 범위는 그 연소온도가 700℃ 이하가 되는 범위내에서 λ=3.5까지 좋은것으로 계산되었다. 그러나, 과잉공기가 최대일때는 증가된 CO발생량을 중간시험 플랜트의 연도가스중에서 측정하였다. 이제 이러한 문제는 최소부하일때 불꽃이 미치는 거리까지 연소실벽을 단열하므로써 배제할 수 있다. 이러한 단열에의해 불꽃 경계층(boundary layer)온도를 700℃ 이상으로 상승시킬 수 있다.

다른한편, 발열장치가 전부하상태일때는 불꽃이 대략 4배 길어지며, 불꽃주요부가 상기 절연재에 후속되는 복사선 흡수벽에 의해 충분히 냉각되어 연도가스의 NO_X함량이 종래 스팀보일러의 경우의 값을 초과하는 경우가 거의 없다. 발열장치가 부분 부하상태일때 본 발명에 의한 플랜트의 연도가스의 NO_X함량은 대량의 공기량에 기인하여 연소온도가 더 낮기때문에 종래 스팀보일러의 경우의 함량보다 훨씬 적다.

본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

제 1 도는 스팀보일러(1) 형태의 열공급장치와, 텐터프레임(2) 형태의 오염공기 발생원을 포함하는 플랜트를 나타낸다. 상기 텐터프레임(2)은 그의 봉함 케이싱(casing)(11)의 한쪽 단부로 들어가서 반대쪽 단부로 나오는 직물(10)의 마감처리를 위해 사용되는 배기팬(12)은 상기 케이싱(11)으로부터 고온다습한 오염공기를 배출시켜 단열된 연결덕트(13)를 통해서 스팀보일러가 있는 보일러실로 불어넣는다.

상기 스팀보일러는 버어너(20), 복사선 흡수벽으로 둘러싸인 연소실(21), 이 연소실(21)에 후속연결된 연도덕트(24)내의 대류열 흡수면(23)을 포함한다. 상기 연소실(21)과 연도덕트(24)는 물로 둘러싸여 있으며, 이 물은 상기 벽(22)와 상기 표면(23)을 통해서 전달된 열에 의해 끓는다. 그 발생된 스팀이 스팀파이프(27)내에 수집된다.

상기 버어너(20)는 연료공급파이프(30)을 갖고 있으며, 연료는 천연가스가 좋다. 연료공급밸브(32)는 연료공급량을 조절한다. 연소공기팬(32)은 공급연료 연소에 필요한 공기를 공급한다. 버터플라이 밸브(33)는 상기 팬(32)과 버어너(20) 사이의 연소공기덕트(34)내에 장착된다. 상기 밸브(33)은 버어너(20)에 공급되는 공기량을 조절한다. 상기 팬(32)의 흡입측은 단열된 덕트(35)에 의해 상기 덕트(13)에 연결된다.

상기 밸브(33)는 조절기(40)에 의해 조절된다. 이 조절기는 두개의 조절용 입력을 갖는다 : 제 1 입력(41)을 보일러(1) 내부의 물(25) 또는 스팀(26)의 압력 또는 온도를 측정하는 압력센서 또는 온도센서(42)의 신호이고, 제 2입력은 덕트(13)과 (35)의 공기의 온도차이다. 이 온도차는 접합부(37)의 전단과 후단의 두 온도센서(43), (44)에 의해 감지된다.

상기 밸브(31)는 제 2 조절기(47)에 의해 조절된다. 이 조절기(47)의 조절신호(41)는 조절기(40)의 조절신호중 하나와 동일하다. 센서(42)는 또한 보일러(1) 내부의 물(25) 또는 스팀(26)의 압력 또는 온도를 측정하기 위한 동일센서이며, 제 1 도에서 도면의 복잡을 피하기 위해 다른 위치에 도시하였을 뿐이다. 보일러 내부의 압력(또는 온도)이 강하하면, 조절기(47)가 실제 압력치와 목표압력치의 차이에 따라 밸브(31)를 개방한다. 따라서, 연소실(21)에 공급되는 연료는 스팀파이프(27)로 배출되는 스팀 수요량에 반드시 비례한다. 다른한편, 조절기(40)의 출력신호(48)는 그의 두 조절용 입력 중 더 높은것이다. 보일러(1)의 전부하에 가까운 상태에서는 밸브(33)를 조절하는 출력신호(48)가 센서(42)의 신호(41)에 실질적으로 비례하며, 따라서 공기과잉량이 λ=1.1 이하로 강하하지 않는다. 그러나, 보일러(1)가 부분부하상태일때는 조절기(40)의 출력(48)의 센서(43),(44)의 온도차에 비례한다. 이 온도차의 설정치를 대략 5℃로 하면, 소량의 신선한 공기가 밴트 덕트(vent duct)(36)를 통해 항상 공급되며, 덕트(13)로부터의 배기공기는 덕트(36)를 통해 외부로 전혀 빠져나가지 못한다. 따라서 보일러의 부분부하상태에서는 버어너(20)가 λ=1.5와 λ=3.5 사이의 가변적 공기 과잉량으로 작동된다.

연도덕트(24)는 열교환기(51)에 연결되며, 이 열교환기는 보일러(1)에 대한 프로세스 용수 및/또는 공급수를 가열시키고 연도가스를 이슬점보다 낮은 온도로 냉각시킨다. 열교환기(51)의 후부에서 연도가스가 굴뚝(52)을 통해 배출된다. 즉, 상기 이슬점까지의 연료의 발열량과 텐터프레임(11)의 배기공기중의 독성물질의 발열량이 이용된다. 또한 텐터프레임의 습윤한 배기공기의 열함유량 중 많은 양이 방열된다. 사실상으로 본 발명의 배치에 의한 보일러(1)의 평균 연료 수요량은 신선한 공기로 작동되는 동일 보일러에 비해 대략 20%정도 적다. 즉, 본 발명은 오염공기 정화용 플랜트 뿐만아니라 에너지가 절감되고 경제성이 향상된 플랜트가 제공된다.

안전한 조작을 위해서, 보일러에 광학불꽃삼시센서를 장치한다. 이 센서는 종래에는 보일러(1)의 벽(55)에 장착되었으며, 연소실(21) 내부의 불꽃(57)의 불꽃면(56)을 감시했지만 본 발명에 의한 플랜트에서는 연소실(21) 내부로 뻗어있는 파이프(59) 내부에 불꽃감시센서(58)를 장착한다. 보일러(1)가 저부하 상태로 동작할때 불꽃면(56)이 위치하게 되는 영역과 근접한 곳에, 상기 파이프(59)의 개방단부(60)가 배치된다. 이 파이프(59) 내부로부터 한 연결부(61)가 분기되어 깨끗하고 신선한 공기의 공급원, 즉 보일러실내의 압축공기의 공급원에 연결되거나 또는 주위공기를 사용하는 저용량 송풍기에 연결된다. 이렇게하므로써 상기 파이프(59)의 내부가, 덕트(34)를 통하는 연소공기에 의해 공급되는 오염량에 상과없이 항상 투명을 유지하게 되므로 상기 불꽃감시센서(58)는 상기 불꽃면(56)에 대해 항상 명확한 시계(view)를 갖게 된다.

또한, 제 2 도에서 점선으로 나타난 바와 같이 연소실내부의 상기 파이프(59)의 개방단부를 운모 평판등의 투명하고 내열성인 평판(63)으로 밀폐시킬 수도 있다. 이 경우, 연결부(61)를 생략할 수 있다.

상기 불꽃감시센서(58)는 상기 파이프(59)의 단부(60)에 직면한 불꽃면(56)의 작은 일부분만을 감시할 뿐이다. 불꽃(57)이 요동하기 때문에 불꽃감시센서의 출력신호(64)가 불안정하게 된다. 이러한 센서출력 요동의 이유는 파이프(59)에 의해 센서(58)의 시계가 좁게 제한되기 때문이다. 이러한 요동을 완화하기 위해서, 센서(58)의 출력(64)에 콘덴서(66)를 접속한다.

불꽃감시센서(58)의 출력신호(64)는 불꽃보호장치(71)에 공급된다. 불꽃(57)이 소화될때 불꽃보호장치(71)가 조절기(47)를 무시하고 즉시 연료공급밸브(31)를 닫히게 한다. 잠시후, 상기 불꽃 보호장치가 또한 조절기(40)을 무시하고 버터플라이 밸브(33)를 닫히게 되고 송풍기(32)를 작동 정지시킨다.

연소실(21) 앞쪽은 내화벽돌라이닝(75)으로 내장된다. 이 라이닝(lining)(75)의 후단(76)은 스팀보일러(1)가 최소부하 상태일때, 즉 밸브(31)에 의한 연료공급속도가 최소일때의 불꽃(76)의 후단과 대략 일치한다. 이러한 단일 라이닝(75)에 의해 최소부하에서의 불꽃(57)은 이 부하에서의 대량의 과잉공기 때문에 상대적으로 저온이며, 상기 라이닝(75)에 접합하는 복사선 흡수벽(22)과 단열된다. 그러므로, 불꽃(57)과 특히 그 경계층이 복사에 의해 냉각되지 않으며, λ=3.5의 대량의 과잉공기에서도 그 온도가 700℃보다 높게 유지된다. 그러나, 보일러(1)가 전부하상태일때는 그 불꽃이 최소부하때보다 대략 4배 정도 길어진다. 그러므로, 전부하상태일때는 제 1 도에 점선으로 나타낸 불꽃(57)이 벽(22)으로의 복사에 의해 충분히 냉각되어 연도가스중의 NO_X함량이 그다지 증가하지 않는다.

Claims (10)

1. 버어너(20)를 구비한 발열장치(1)와, 상기 버어너에 연이어 배치되는 복사선 흡수벽(22)으로 둘러싸인 연소실(21)과, 이 연소실(21)에 후속 배치되는 연도덕트(24) 내부의 대류열 흡수면(23)을 포함하되 상기 복사선 흡수벽(22)과 연도덕트(24)는 유체로 둘러싸여 있으며, 상기 버어너(20)는 한 연료공급밸브(31)와, 오염공기 발생원(2)에 연결된 한 연소공기 공급구(34)를 갖고 있으며, 상기 발열장치(1)는 작동시 불꽃면(56)이 위치되는 상기 연소실(21) 내부의 한 영역을 향해 배치되는 한 광학불꽃감시센서(58)를 더 포함하며, 상기 광학불꽃감시센서의 출력(64)은, 불꽃(57)이 꺼질때 상기 연료 공급밸브(31)를 닫기 위한 불꽃 보호장치(71)에 접속되고 상기 불꽃감시센서(58)는 상기 연소실(21) 내부로 뻗어 상기 불꽃면 위치 가까이까지 뻗어 있는 파이프(59) 내부에 장착된 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파이프(59)가 신선한 공기공급원(62)에 연결되고, 또한 그의 연소실(21) 내부쪽 개방단부(60)가 열려있는 것이 오염공기 정화 플랜트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실(21) 내부쪽의 상기 파이프(59)의 개방단부(60)가 내열성 투명평판(63)으로 막혀있는 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 불꽃감시센서(58)의 출력에 댐핑장치(66)가 접속된 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 댐퍼장치(66)가 콘덴서인 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
6. 제 1∼5항 중 임의의 한 항에 있어서 상기 발열장치(1)가 스팀보일러인 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
7. 제 1항∼5항 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 버어너(20)는, 상기 발열장치(1)가 부분부하인 상태일때 λ=1.5와 λ=3.5 사이의 대과잉 공기량으로 작동되도록 조절되는 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
8. 버어너(20)가 구비된 발열방치(1)와 상기 버어너(20)에 후속 배치되는 복사선 흡수벽(22)으로 둘러싸인 연소실(21)과, 상기 연소실(21)에 후속 배치되는 연도덕트(24)내의 대류열 흡수면(23)을 포함하되, 상기 복사선 흡수벽(22)과 연도덕트(24)는 유체(25)로 둘러싸여 있고, 상기 버어너(20)는 제 1 조절장치(47)에 의해 조절되는 한 연료공급밸브(31)와, 오염공기 발생원(11)에 연결된 것으로 제 2조절장치(33)에 의해 조절되는 한 연소공기 공급구(34)를 포함하며, 상기 제 2조절장치(33)는 발열장치(1)가 저부하상태일때 연소실(21)에 공급되는 연소공기 과잉량이 발열장치(1)다 전부하상태일때의 공기과잉량에 비해서 증가되도록 연소공기 공급구(34)를 조절하고, 연소실(21)은 단열재(75)에 의해 단열되어 상기 버어너(20)에 후속 배치되며, 상기 단열재의 후단은 발열장치(1)가 최소부하 상태일때의 연소실(1) 내부 불꽃(57)후단과 실질적으로 일치되며 상기 복사선 흡수벽(22)이 상기 단열재와 접합되어 구성된 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 발열장치(1)가 스팀보일러인 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 불꽃(57)의 불꽃면(56) 위치에 근접한 위치까지 연소실(21) 내부로 뻗어있는 파이프(59) 내부에는 한 불꽃감시센서(58)가 장착되며, 상기 파이프(59)는 신선한 공기 공급원(62)과 접속되고, 그리고 불꽃이 소화될때 상기 연료밸브(31)를 닫히게하는 불꽃보호장치(71)에, 상기 불꽃감시센서(58)의 출력이 접속되는 것이 특징인 오염공기 정화 플랜트.

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