WO2020242006A1 - 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치 - Google Patents

폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치 Download PDF

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WO2020242006A1
WO2020242006A1 PCT/KR2020/000920 KR2020000920W WO2020242006A1 WO 2020242006 A1 WO2020242006 A1 WO 2020242006A1 KR 2020000920 W KR2020000920 W KR 2020000920W WO 2020242006 A1 WO2020242006 A1 WO 2020242006A1
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stream
incinerator
discharge stream
heat exchanger
wastewater
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PCT/KR2020/000920
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English (en)
French (fr)
Inventor
김태우
이성규
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/16—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using waste heat from other processes

Definitions

  • the present invention relates to a wastewater incineration method and a wastewater incineration apparatus, and more particularly, to an energy-saving wastewater incineration method and a wastewater incineration apparatus for recycling waste heat generated during incineration of wastewater.
  • Volatile organic compounds are generated during painting work in chemical plants, wastewater treatment plants, automobile plants, etc., and are substances that have a severe odor. They are not only substances that cause photochemical smog such as ozone, but also harmful substances that exhibit carcinogenicity, and global warming. It affects the atmosphere in various forms, such as causing adverse effects on the environment and health as a causative agent of the stratospheric ozone layer destruction. Therefore, when the wastewater containing the volatile organic compound is discharged to the outside as it is, it causes serious environmental pollution, and thus, the pollutants in the wastewater must be treated first and then discharged.
  • Regeneration Thermal Oxidizer is a semi-permanent, large surface area of waste gas containing volatile organic compounds, instead of the conventional indirect heat exchange thermal incineration method (general incinerator method).
  • general incinerator method As a facility that can significantly reduce the operating cost of the incinerator by recovering it through a usable ceramic filler, the cost of operating the incinerator is low and the installation area can be minimized.
  • the treatment efficiency of the heat storage incinerator is very high, over 99%, and there is an advantage that the secondary pollution factor is small.
  • the problem to be solved in the present invention is to provide an energy-saving wastewater incineration method and apparatus in order to solve the problems mentioned in the technology behind the present invention.
  • an object of the present invention is to provide a wastewater incineration method and apparatus for saving energy required to incinerate wastewater and lowering the temperature of a stream discharged to the atmosphere by recycling waste heat generated during wastewater incineration through heat exchange. .
  • the present invention comprises the steps of supplying wastewater to an evaporator to evaporate (S10); Incineration by supplying the evaporator upper discharge stream discharged from the evaporator to an incinerator (S20); Mixing two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream discharged from the incinerator to form a mixed discharge stream (S30); And heat-exchanging the mixed discharge stream and the air stream in a first heat exchanger (S40), wherein the first incinerator discharge stream passes through a second heat exchanger and is mixed with the second incinerator discharge stream to discharge the mixed discharge. It provides a method of incineration of wastewater that forms a stream.
  • the present invention evaporates the supplied waste water, and an evaporator for supplying the evaporated upper discharge stream to the incinerator;
  • An incinerator that is supplied with an upper discharge stream from the evaporator, and incinerates the evaporator upper discharge stream to supply two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream to a third mixer;
  • Two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream are supplied from the incinerator, and a mixed discharge stream obtained by mixing the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream is supplied to the first heat exchanger.
  • a third mixer A first heat exchanger for exchanging the mixed discharge stream supplied from the third mixer and the supplied air stream; And a second heat exchanger that heat-exchanges the first incinerator discharge stream discharged from the incinerator and supplies the heat-exchanged first incinerator discharge stream to a third mixer.
  • waste heat generated during wastewater incineration is recovered and recycled as an air stream supplied to the incinerator through heat exchange, thereby reducing the use of fuel to generate heat during wastewater incineration.
  • waste heat generated during wastewater incineration is recovered and recycled through heat exchange, thereby reducing the temperature of the stream discharged to the atmosphere.
  • FIG 1 and 2 are process flow diagrams according to the wastewater incineration method according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 3 is a flowchart of a process according to a wastewater incineration method according to a comparative example.
  • the term'stream' may mean a flow of a fluid in a process, and may also mean a fluid itself flowing in a pipe. Specifically, the'stream' may mean the fluid itself and the flow of the fluid simultaneously flowing in a pipe connecting each device. In addition, the fluid may mean gas or liquid.
  • a wastewater incineration method comprising: supplying the wastewater to an evaporator to evaporate it (S10); Incineration by supplying the upper discharge stream of the evaporator discharged from the evaporator to the incinerator 300 (S20); Mixing two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream discharged from the incinerator to form a mixed discharge stream (S30); And exchanging the mixed discharge stream and the air stream in a first heat exchanger 400 (S40), wherein the first incinerator discharge stream passes through the second heat exchanger 410 and then discharges the second incinerator. It is possible to provide a wastewater incineration method that is mixed with a stream to form the mixed discharge stream.
  • the wastewater is a by-product of material civilization activities in a modern society where consumer life and industrial activities are conducted, and various wastes are continuously discharged, and among them, it may mean those discharged in a liquid form.
  • wastewater is largely divided according to the source, and is divided into household wastewater and factory wastewater.
  • Household wastewater can mean wastewater discharged from public buildings and business buildings that discharge waste materials similar to each household and household, and factory wastewater refers to wastewater discharged from each factory, and broadly referred to as industrial wastewater.
  • the wastewater may be a liquid factory wastewater containing various chemical substances used in industrial production processes.
  • the wastewater may be composed of organic substances including water, methanol, butanol, neopentyl glycol, sodium chloride and butylaldehyde, octanol, trimethylamine, and the like.
  • the step of evaporating by supplying the wastewater to an evaporator comprises, for example, supplying the wastewater to the evaporator and heating it to evaporate the wastewater, including steam, organic matter, plastic material, etc. It can be separated into an upper discharge stream and a lower discharge stream including sludge, respectively. At this time, the lower discharge stream can be directly transferred to the wastewater treatment plant.
  • the step (S10) of supplying the wastewater to an evaporator and evaporating it may be performed a plurality of times to more effectively separate the upper discharge stream and the lower discharge stream.
  • the wastewater may be supplied to the first evaporator 100 and heated to evaporate the wastewater and separated into an upper discharge stream of the first evaporator 100 and a lower discharge stream of the first evaporator 100, respectively.
  • the lower discharge stream of the first evaporator 100 is secondarily evaporated using the second evaporator 110 to separate the upper discharge stream of the second evaporator 110 and the lower discharge stream of the second evaporator 110 can do.
  • the upper discharge stream of the second evaporator 110 may be mixed and discharged from the upper discharge stream of the first evaporator 100 and the first mixer 200, and the discharge stream below the second evaporator 110 is wastewater. Can be moved to the treatment plant.
  • the step (S20) of supplying and incineration of the evaporator upper discharge stream discharged from the evaporator to the incinerator 300 may be performed through a Regeneration Thermal Oxidizer (RTO),
  • RTO Regeneration Thermal Oxidizer
  • the evaporator upper discharge stream discharged from the evaporator may be supplied to the incinerator 300 to undergo a preheating step and an incineration step.
  • the evaporator upper discharge stream may be a stream in which the upper discharge stream of the first evaporator 100 and the upper discharge stream of the second evaporator 110 are mixed in the first mixer 200 and then discharged.
  • the temperature of the upper discharge stream of the evaporator may be increased to 100° C. or more during the evaporation process.
  • the upper discharge stream of the evaporator having a temperature of 100° C. or higher may be supplied to the incinerator 300 and used as fuel by itself.
  • the upper discharge stream of the evaporator may enter the incinerator 300 while being preheated by directly contacting the ceramic medium stored in the heat storage layer.
  • the preheating temperature may vary depending on the design of the heat storage efficiency of the heat storage incinerator 300, but may be preheated to a temperature of 800° C. or higher, which is the temperature of the incinerator 300 by being combined with the combustion heat generated during self-combustion.
  • the preheated stream is completely incinerated in the incinerator 300 and then passes through another heat storage layer to heat the ceramic medium to heat the ceramic medium, and the exhaust stream of the incinerator 300 may be partially cooled.
  • two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream may be discharged from the incinerator 300.
  • the incinerator 300 may further discharge a third incinerator discharge stream to a fifth incinerator discharge stream.
  • at least two incinerator discharge streams discharged from the incinerator 300 may form a mixed discharge stream through the third mixer 220.
  • Two or more incinerator discharge streams including the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream are mixed through a third mixer 220 in step S30 to form a mixed discharge stream, and the mixed discharge stream is a first heat exchanger. After passing through the step (S40) of exchanging heat with the air stream in 400, it may be discharged to the atmosphere.
  • the mixed discharge stream and the air stream may be exchanged with each other by counter-current flow, co-current flow, or cross flow in the first heat exchanger 400.
  • the mixed discharge stream is discharged to the atmosphere while taking away heat from the air stream, thereby reducing the temperature of the stream discharged to the atmosphere.
  • the air stream obtains heat from the mixed discharge stream and increases in temperature, which may be supplied to the incinerator 300 to replace some of the energy required in the incinerator.
  • Temperatures of two or more incinerator discharge streams including the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 may be different from each other. Specifically, 2 or more Each of the incinerator discharge streams divided into streams and discharged may have different discharge temperatures. As an example, when the incinerator discharge stream is discharged to the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream, the temperature of the first incinerator discharge stream may be higher than the temperature of the second incinerator discharge stream stream.
  • each incinerator discharge stream is discharged at a different temperature, so that it is possible to utilize it according to the temperature of each stream.
  • the first incinerator discharge stream discharged at a high temperature may save process energy by additionally recycling waste heat in the second heat exchanger 410 and the steam generator 500 to be described later.
  • the second incinerator discharge stream discharged at a relatively low temperature may be refluxed to the incinerator 300 to be recycled to preheat and heat the incinerator.
  • the first incinerator discharge stream is heat-exchanged in the second heat exchanger 410 with an air stream passing through the first heat exchanger 400 or a mixed stream of the air stream and an upper discharge stream of the evaporator. It can be mixed with the second incinerator effluent stream to form the mixed effluent stream.
  • the first incinerator discharge stream passes through the second heat exchanger 410 and transfers heat to the air stream or the upper discharge stream of the evaporator to partially lower the temperature. Through this, waste heat is reused in the process, thereby The temperature of the stream discharged into the furnace can be further lowered.
  • the temperature of the first incinerator discharge stream may be 400 °C to 500 °C, 420 °C to 480 °C, or 440 °C to 460 °C
  • the temperature of the second incinerator discharge stream may be It may be 100 °C to 250 °C, 130 °C to 220 °C or 170 °C to 190 °C. In this way, energy can be more effectively saved by dividing the stream discharged from the incinerator 300 into a relatively high temperature first incinerator discharge stream and a low temperature second incinerator discharge stream to recycle energy.
  • the first incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 may be a stream passing through the steam generator 500.
  • the first incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 may be discharged at a high temperature of 800°C to 1,000°C when discharged from the incinerator 300, and at this time, the high-temperature first incinerator discharge stream is While passing through the steam generator 500, the temperature is lowered to 400° C. to 500° C., and in this process, thermal energy can be recycled to form steam.
  • the steam formed from waste heat of the first incinerator discharge stream can be stored and used as a heat source in various processes.
  • the first incinerator discharge stream includes an air stream passing through the first heat exchanger 400 or a mixed stream of the air stream and an upper discharge stream of the evaporator, and the second heat exchange. It may be heat-exchanged in the group 410.
  • the first incinerator discharge stream and the air stream passing through the first heat exchanger 400 or the mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream are counter-current flow and co-current with each other in the second heat exchanger 410 Heat exchange may be performed with each other by (co-current flow) or cross flow.
  • the mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream means a mixed stream in which the air stream passing through the first heat exchanger 400 and the evaporator upper discharge stream are mixed in the second mixer 210 and discharged. I can.
  • the air stream passing through the first heat exchanger 400 and the discharge stream above the evaporator may be further mixed with off gas generated in the wastewater treatment plant.
  • the first incinerator discharge stream is heat-exchanged in the second heat exchanger 410 with the air stream passed through the first heat exchanger 400 or the mixed stream of the air stream and the upper discharge stream of the evaporator.
  • the first incinerator discharge stream heat-exchanged in the second heat exchanger 410 is mixed with the second incinerator discharge stream at a lowered temperature to form a mixed discharge stream, and the mixed discharge stream Silver may be discharged to the atmosphere at a low temperature by transferring heat to the air stream in the first heat exchanger 400.
  • the temperature of the first incinerator discharge stream passing through the second heat exchanger 410 may be lower than the temperature of the first incinerator discharge stream before passing through the second heat exchanger 410.
  • the first incinerator discharge stream exchanges heat with the air stream passing through the first heat exchanger 400 in the second heat exchanger 410 or a mixed stream of the air stream and the discharge stream above the evaporator.
  • the first incinerator discharge stream provides heat to the air stream or a mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream, so that the temperature after passing through the second heat exchanger 410 is lowered.
  • the temperature of the first incinerator discharge stream that has passed through the second heat exchanger 410 may be 250°C to 350°C, 270°C to 330°C, or 280°C to 300°C. It can be seen that this is lower than the temperature of the first incinerator discharge stream before passing through the second heat exchanger 410, which is 400°C to 500°C.
  • the temperature of the stream discharged from the first heat exchanger 400 to the atmosphere may be 90 °C or less.
  • the temperature of the stream discharged to the atmosphere may be 30 °C to 90 °C, 50 °C to 90 °C or 70 °C to 90 °C. This is a significantly lower temperature compared to the temperature of the stream discharged to the atmosphere during wastewater incineration using a conventional heat storage incinerator, and through this, in the wastewater incineration method according to the present invention, a lot of heat was recycled in the wastewater incineration process, and thus You can see that you have saved a lot of energy.
  • the wastewater incineration method according to the present invention includes an air stream passing through the first heat exchanger 400 or a mixed stream of the air stream and an upper discharge stream of the evaporator and the heat of the high-temperature first incinerator discharge stream.
  • Heat was primarily recycled by heat exchange in the second heat exchanger 410, and heat of the mixed discharge stream discharged from the incinerator 300 is exchanged with the air stream in the first heat exchanger 400 to secondarily recycle heat. By doing so, energy was effectively saved.
  • the air stream that has passed through the first heat exchanger 400 or a mixed stream of the air stream and the upper discharge stream of the evaporator passes through the second heat exchanger 410 and passes through the incinerator 300.
  • the temperature of the air stream passing through the second heat exchanger 410 or a mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream may be higher than before passing through the second heat exchanger 410.
  • the temperature of the air stream or the mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream may be 200°C to 300°C, 215°C to 260°C, or 230°C to 250°C.
  • the incinerator 300 is in a high-temperature state.
  • the temperature of the air stream that has passed through the first heat exchanger 400 may be 150°C to 230°C, 170°C to 220°C, or 200°C to 210°C.
  • the temperature of the air stream passing through the second heat exchanger may be 250°C to 350°C, 270°C to 320°C, or 280°C to 300°C.
  • the high-temperature air stream may be mixed in the upper discharge stream of the evaporator and the second mixer 210, and the mixed stream may be supplied to the incinerator 300.
  • the incinerator 300 may be a Regeneration Thermal Oxidizer (RTO).
  • RTO Regeneration Thermal Oxidizer
  • the upper discharge stream of the evaporator may be partially heated due to the air stream, thereby saving fuel input to obtain energy used for preheating wastewater in the incinerator 300 can do.
  • heat is obtained by exchanging heat from the first incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 through the second heat exchanger 410, thereby obtaining heat at a high temperature. 300) can be supplied.
  • the air stream discharged from the second mixer 210 and the mixed stream of the upper discharge stream of the evaporator are directly supplied to the incinerator 300, energy required for heating the wastewater in the incinerator 300 is saved. can do.
  • the temperature of the mixed stream of the air stream passing through the second heat exchanger 410 and the upper discharge stream of the evaporator may be 220°C to 270°C, 230°C to 260°C, or 240°C to 250°C.
  • This is a high temperature compared to a temperature of 160° C. to 180° C., which is a temperature of a general evaporator upper discharge stream, and thus an amount of energy required for incineration of wastewater in the incinerator 300 may be saved.
  • step (S20) of supplying and incineration of the evaporator upper discharge stream discharged from the evaporator to the incinerator 300 if necessary, obtaining energy required for preheating and heating wastewater Hazardous fuel can be injected.
  • fuel may be input at 800 kg/hr or less, for example, the fuel is 0 kg/hr to 800 kg/hr , 400 kg/hr to 800 kg/hr or 700 kg/hr to 800 kg/hr may be added.
  • a part of the second incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 may be recycled to preheat and heat the incinerator 300 by refluxing to the incinerator 300.
  • more air may be supplied in the incinerator 300 to facilitate incineration of wastewater.
  • the lower discharge stream of the evaporator may move to a wastewater treatment plant, and off gas generated in the wastewater treatment plant may be supplied to the incinerator 300.
  • the wastewater incineration method according to the present invention can simultaneously incinerate not only wastewater but also gas generated in a wastewater treatment plant.
  • the wastewater treatment apparatus may include an evaporator for evaporating the supplied wastewater and supplying the evaporated upper discharge stream to the incinerator;
  • An incinerator 300 that is supplied with an upper discharge stream from the evaporator, and supplies two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream to the third mixer 220 by incineration of the evaporator upper discharge stream.
  • Two or more incinerator discharge streams including a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream are supplied from the incinerator 300, and a mixed discharge stream obtained by mixing the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream is first
  • a third mixer 220 supplied to the heat exchanger 400 A first heat exchanger 400 for exchanging heat between the mixed discharge stream supplied from the third mixer 220 and the supplied air stream;
  • a second heat exchanger 410 that heat-exchanges the first incinerator discharge stream discharged from the incinerator 300 and supplies the heat-exchanged first incinerator discharge stream to a third mixer.
  • the wastewater incineration apparatus may be an apparatus for performing a process according to the wastewater incineration method described above.
  • the wastewater treatment apparatus is a first evaporator for separating the supplied wastewater into a first upper discharge stream including steam, organic matter, plastic material, etc., and a first lower discharge stream including sludge ( 100) may be included.
  • the first lower discharge stream discharged from the first evaporator 100 may be secondarily evaporated using the second evaporator 110 to be separated into a second upper discharge stream and a second lower discharge stream.
  • the second lower discharge stream moves to the wastewater treatment plant, and the second upper discharge stream may be mixed and discharged in the first upper discharge stream and the first mixer 200.
  • the stream discharged from the first mixer 200 is supplied to the second mixer 210 and is mixed with the off gas and fresh air streams generated in the wastewater treatment plant from the second mixer 210.
  • the air stream may have undergone heat exchange while passing through the first heat exchanger 400 to the second heat exchanger 410.
  • the mixed stream discharged from the second mixer 210 may move to the incinerator 300. Separate fuel or air may be selectively injected into the incinerator 300. In the incinerator 300, the mixed stream discharged from the second mixer 210 may be incinerated and separated into a first incinerator discharge stream and a second incinerator discharge stream according to temperature.
  • the first incinerator discharge stream and the second incinerator discharge stream may be mixed in a third mixer 220.
  • the first incinerator discharge stream may be heat-exchanged in the second heat exchanger 410 and then mixed with the second incinerator discharge stream in the third mixer 220.
  • the first incinerator discharge stream may be supplied to the second heat exchanger 410 after passing through the steam generator 500 to form steam before being supplied to the second heat exchanger 410.
  • the mixed stream mixed in the third mixer 220 is supplied to the first heat exchanger 400, and after heat exchange with the fresh air stream in the first heat exchanger 400 may be discharged to the atmosphere. .
  • the first incinerator discharge stream exchanges heat with the air stream passed through the first heat exchanger 400 in the second heat exchanger 410 or a mixed stream of the air stream and the discharge stream above the evaporator, and the second heat exchanger 410
  • the air stream passing through) or a mixed stream of the air stream and the evaporator upper discharge stream may be supplied to the incinerator 300.
  • the heat exchanged first incinerator discharge stream is first used in the third mixer 220.
  • the air stream mixed with the incinerator discharge stream and heat-exchanged is supplied to the second mixer 210 and mixed with the mixed stream supplied from the first mixer 200 and the gas discharged from the wastewater treatment plant, and then added to the incinerator 300. Can be supplied.
  • the heat exchanged first incinerator discharge stream is transferred from the third mixer 220 to the second incinerator.
  • the mixed stream of the exhaust stream and the heat exchanged air stream and the evaporator top exhaust stream may be supplied to the incinerator 300.
  • the temperature of the wastewater supplied to the first evaporator was set to 30°C
  • the pressure was set to 0.2 kg/sqcmg
  • the mass flow rate was set to 10,000 kg/hr
  • the components of the wastewater were 87.57% by weight of water, 4.90% by weight of methanol, and It consists of 2.33% by weight of butanol, 1.65% by weight of neopentyl glycol (NPG), 2.91% by weight of sodium chloride, and 0.64% by weight of organic substances including butylaldehyde, octanol, and trimethylamine.
  • the air stream supplied to the incinerator was set to 20° C., and the composition was set to 21 mol% oxygen and 79 mol% nitrogen.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a case in which the second heat exchanger is removed in the wastewater incineration process according to the present application.
  • Example 2 Comparative example Wastewater 30.0 30.0 30.0
  • Example 1 Comparative example First heat exchanger Second heat exchanger 1st + 2nd heat exchanger First heat exchanger Second heat exchanger 1st + 2nd heat exchanger Heat exchanger heat (Gcal/hr) 2.42 1.03 3.43 2.22 1.30 3.52 2.22 Heat exchanger required area (sqm) 114.88 11.72 126.60 105.91 13.53 119.44 27.06 Heat exchanger actual installation area (sqm) 114.88 11.72 126.60 105.91 13.53 119.44 27.06 Total heat transfer coefficient (kcal/hr-sqm-K) 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 Real heat transfer coefficient (cal/sec-K) 23323.14 2378.65 - 21501.8 27
  • the 450°C stream discharged from the steam generator 500 is heat-exchanged in the second heat exchanger 410 to reach 291.5°C. After lowering the temperature, it is supplied to the third mixer 220.
  • the 450 °C stream discharged from the steam generator 500 is heat-exchanged in the second heat exchanger 410 to a temperature of 248.9 °C. After lowering, it is supplied to the third mixer 220.
  • Example 1 Example 2 and Comparative Example, the temperature of the stream discharged from the third mixer 220 and supplied to the first heat exchanger 400 was also 217.7 °C, 203.2 °C, and 273.4 °C, respectively.
  • Example 1 and 2 it can be seen that the temperature of the stream discharged from the third mixer 220 and supplied to the first heat exchanger 400 is remarkably low.
  • the stream supplied from the third mixer 220 and the air stream exchange heat, and the air stream exchanged in the first heat exchanger 400 is a second mixer ( It is supplied back to the incinerator 300 via 210).
  • the air stream of 20° C. is heat-exchanged with the stream of 217.7° C. supplied from the third mixer 220 and discharged from the first heat exchanger 400 at a temperature of 207.7° C.
  • the air stream discharged from the first heat exchanger 400 is supplied to the second heat exchanger 410 to exchange heat with the discharge stream of the first incinerator at 450°C.
  • the air stream in Example 1 recycles heat in the process through the first heat exchanger 400 and the second heat exchanger 410, and the temperature rises to 286.5°C.
  • the heated air stream is mixed with the first mixer 200 discharge stream and the wastewater treatment plant discharge gas in the second mixer 210, and the mixed stream is supplied to the incinerator 300 at a temperature of 239.5 °C.
  • the stream discharged from the steam generator 500 is supplied to the second heat exchanger 410, and in the second heat exchanger 410, the stream discharged from the steam generator 500 And the stream discharged from the second mixer 210 is heat-exchanged. At this time, the stream discharged from the second mixer 210 obtains heat from the stream discharged from the steam generator 500 and is supplied to the incinerator 300 at a temperature of 243.9°C.
  • the air stream of 20 °C is heat-exchanged with the stream of 273.4 °C supplied from the third mixer 220 and discharged from the first heat exchanger 400 at a temperature of 193.2 °C. Then, the air stream discharged from the first heat exchanger 400 is immediately mixed with the discharge stream of the first mixer 200 and the discharge gas of the wastewater treatment plant in the second mixer 210, and the incinerator 300 at a temperature of 171.7 °C. Is supplied to.
  • the stream supplied to the incinerator 300 is supplied at a temperature of 171.7 °C, but in the case of Example 1, it is supplied at a temperature of 239.5 °C, and in the case of Example 2, it is supplied at a temperature of 243.9 °C.
  • the embodiment can save the heat required to incinerate wastewater in the incinerator 300 by the temperature difference compared to the comparative example.
  • the temperature discharged to the atmosphere also differs. Specifically, in the case of Example 1, a stream of 217.7° C. is supplied to the first heat exchanger 400 by being discharged from the third mixer 220, and the stream is an air stream of 20° C. and the first heat exchanger 400. ) To heat exchange. At this time, the stream discharged from the third mixer 220 and supplied to the first heat exchanger 400 is discharged to the atmosphere at 87.1 °C.
  • a stream of 203.2° C. is supplied to the first heat exchanger 400 by being discharged from the third mixer 220, and the stream is an air stream of 20° C. and the first heat exchanger 410. Heat exchange is performed at. At this time, the stream discharged from the third mixer 220 and supplied to the first heat exchanger 400 is discharged to the atmosphere at 82.5 °C.
  • a stream of 273.4 °C which is discharged from the third mixer 220 and which is higher than that of the embodiment, is supplied to the first heat exchanger 400, and the stream includes an air stream of 20 °C and a first Heat exchange is performed in the heat exchanger 400.
  • the stream discharged from the third mixer 220 and supplied to the first heat exchanger 400 is discharged into the atmosphere at 155° C., which are the discharge temperatures of 87.1° C. and 82.5° C. in the air according to Examples 1 and 2. Compared to, it is a significantly higher temperature.
  • the second heat exchanger 410 by installing the second heat exchanger 410, it may mean that heat corresponding to 67.9 °C to 72.5 °C was recycled in the process.
  • the energy saving effect according to whether the second heat exchanger 410 is installed can also be confirmed through Table 2 above.
  • the amount of heat obtained from the heat exchanger is 3.43 Gcal/hr and 3.52 Gcal/hr, respectively, and about 1.21 Gcal/hr to 1.3 Gcal/hr energy compared to the comparative example. You can see that you have saved.
  • the actual heat transfer coefficient of the first heat exchanger 400 is 23323.14 cal/sec-K and 21501.8 cal/sec-K, respectively, and the actual heat transfer coefficient is 5494.20 cal/sec-K. It can be seen that the heat transfer rate is superior compared to.

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Abstract

본 발명은 폐수 소각 방법에 관한 것으로, 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기를 통과한 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 상기 혼합 배출 스트림을 형성하는 것인 폐수 소각 방법 및 이를 실시하기 위한 폐수 소각 장치를 제공한다.

Description

폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 05월 28일자 한국특허출원 제10-2019-0062726호 및 2020년 01월 16일자 한국특허출원 제10-2020-0005770호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수의 소각 시 발생하는 폐열을 재활용하는 에너지 절감형 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 관한 것이다.
탄화수소 화합물을 총칭하는 휘발성 유기 화합물은 화학 공장, 폐수 처리장, 자동차 공장 등의 도장작업 시 발생하며 악취가 심하게 나는 물질로서, 오존 등 광화학 스모그 원인 물질일 뿐만 아니라 발암성을 나타내는 유해 물질이며, 지구 온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인 물질로서 환경 및 건강에 나쁜 영향을 초래하는 등 다양한 형태로 대기에 영향을 미친다. 따라서, 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하고 있는 폐수는 그대로 외부에 배출될 경우 심각한 환경오염을 초래하기 때문에, 먼저 폐수 내의 오염물질을 처리한 후 배출해야 한다.
현재 알려진 폐수 내의 휘발성 유기 화합물 처리기술에는 소각법, 흡착 거법, 흡수법, 냉각 응축법, 생물학적 처리 및 분리막 기술 등이 있으며, 이 중 축열 소각로가 많이 이용되고 있다.
축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer, RTO)란 기존의 직화식 간접열교환 열소각 방식(일반 소각로 방식) 대신 휘발성 유기 화합물을 함유한 폐가스를 소각한 후, 소각할 때 발생되는 열을 표면적이 넓고 반 영구적으로 사용할 수 있는 세라믹(Ceramic) 충전재를 통해서 회수하여 소각로의 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있는 설비로서, 소각로 운전에 드는 비용이 작고, 설치 면적을 최소화할 수 있다. 또한 축열 소각로의 처리 효율은 99% 이상으로 매우 높으며 2차 오염 요인이 작다는 장점이 있다.
그러나, 상기 축열 소각로를 이용하여 휘발성 유기 화합물을 포함하는 폐수를 소각함에 있어, 소각로(Furnace)에 폐수를 직접 분사하기 때문에 소각로에 과다한 열량(에너지)이 공급되야 할 뿐 아니라, 열 회수 설계가 고도화되어 있지 않기 때문에 대기로 배출되는 스트림의 온도가 상당히 고온으로, 에너지 낭비가 커지는 문제가 있다.
따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 폐수 소각 시 에너지를 절약하기 위한 설계가 필요하다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 에너지 절감형 폐수 소각 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 폐수 소각 시 발생하는 폐열의 열교환을 통해 재활용함으로써, 폐수를 소각하는데 필요한 에너지를 절약하고, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮추기 위한 폐수 소각 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기를 통과한 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 상기 혼합 배출 스트림을 형성하는 것인 폐수 소각 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 공급되는 폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기; 상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기로 공급하는 소각로; 상기 소각로로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기로 공급하는 제3 혼합기; 상기 제3 혼합기로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환시키는 제1 열교환기; 및 상기 소각로로부터 배출된 제1 소각로 배출 스트림을 열교환시키고, 상기 열교환된 제1 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기에 공급하는 제2 열교환기를 포함하는 폐수 소각 장치를 제공한다.
본 발명의 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 따르면, 폐수 소각 시 발생하는 폐열을 회수하여 열교환을 통해 소각로로 공급되는 공기 스트림으로 재활용함으로써, 폐수 소각 과정에서 열을 발생시키기 위한 연료 사용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 따르면, 폐수 소각 시 발생하는 폐열을 회수하여 열교환을 통해 재활용함으로써, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮추는 효과도 얻을 수 있다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 소각 방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 3은 비교예에 따른 폐수 소각 방법에 따른 공정 흐름도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 용어 '스트림(stream)'은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 '스트림'은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas) 또는 액체(liquid)를 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 폐수 소각 방법이 제공된다. 상기 폐수 소각 방법으로서, 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기(400)에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)를 통과한 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 상기 혼합 배출 스트림을 형성하는 것인 폐수 소각 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수란, 소비 생활과 산업 활동을 하는 현대 사회에서 물질적 문명활동의 부산물로서 각종 폐기물이 끊임없이 배출되는데, 그 중에서 액체 형태로 배출되는 것들을 의미할 수 있다. 구체적으로, 폐수는 출처에 따라서 크게 나뉘어 지며, 가정 폐수와 공장 폐수 등으로 구분된다. 가정 폐수는 각 가정 및 가정과 유사하게 폐물질을 배출하는 공공건물 및 영업건물 등으로부터 배출되는 폐수를 의미할 수 있으며, 공장 폐수는 각 공장으로부터 배출되는 폐수를 의미하며, 광의적으로는 산업 폐수라고 할 수 있고, 모든 산업 시설로부터 배출되는 폐수를 총칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수는, 공업의 생산 공정에서 사용되는 다양한 화학 물질을 함유하고 있는 액상의 공장 폐수일 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수는, 물, 메탄올, 부탄올, 네오펜틸글라이콜, 염화나트륨 및 부틸알데하이드, 옥탄올, 트리메틸아민 등을 포함하는 유기물로 이루진 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10)는 예를 들어, 상기 증발기에 폐수를 공급하고 가열하여 폐수를 증발시키면서 수증기, 유기물 및 가소성 물질 등을 포함하는 상부 배출 스트림과, 슬러지를 포함하는 하부 배출 스트림으로 각각 분리할 수 있다. 이 때, 하부 배출 스트림은 바로 폐수 처리장으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10)는 복수 회 수행되어 상부 배출 스트림과 하부 배출 스트림을 더욱 효과적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 증발기(100)에 폐수를 공급하고 가열하여 폐수를 증발시키면서 제1 증발기(100) 상부 배출 스트림과, 제1 증발기(100) 하부 배출 스트림으로 각각 분리할 수 있다. 그런 다음, 상기 제1 증발기(100) 하부 배출 스트림을 제2 증발기(110)를 이용하여 2차 증발시켜, 제2 증발기(110) 상부 배출 스트림과, 제2 증발기(110) 하부 배출 스트림으로 분리할 수 있다. 이 때, 상기 제2 증발기(110) 상부 배출 스트림은 상기 제1 증발기(100) 상부 배출 스트림과 제1 혼합기(200)에서 혼합되어 배출될 수 있으며, 제2 증발기(110) 하부 배출 스트림은 폐수 처리장으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 소각시키는 단계(S20)는, 축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer, RTO)를 통해 수행될 수 있으며, 상기 증발기에서 배출된 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 예열 단계 및 소각 단계를 거칠 수 있다. 이 때, 상기 증발기 상부 배출 스트림은 상기 제1 증발기(100) 상부 배출 스트림 및 제2 증발기(110) 상부 배출 스트림이 제1 혼합기(200)에서 혼합되어 배출되는 스트림일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기 상부 배출 스트림은 증발 과정에서 온도가 100 ℃ 이상으로 증가되어 있을 수 있다. 이 경우에 상기 100 ℃ 이상의 온도를 갖는 증발기 상부 배출 스트림은 소각로(300)에 공급되어 그 자체로 연료로서 활용될 수 있다.
상기 증발기 상부 배출 스트림은 먼저 축열층에서 축열된 세라믹 매체와 직접 접촉하여 예열이 되면서 소각로(300)로 들어갈 수 있다. 이 때, 예열 온도는 축열 소각로(300)의 축열 효율 설계에 따라 다를 수 있으나, 자체 연소하면서 발생되는 연소열과 합해져서 거의 소각로(300) 온도인 800 ℃ 이상의 온도까지 예열될 수 있다. 상기 예열된 스트림은 소각로(300)에서 완전 소각 처리된 다음 다른 축열층으로 통과하면서 세라믹 매체에 열을 주어 세라믹 매체를 가열하게 되고 소각로(300) 배출 스트림은 일부 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서는 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림이 배출될 수 있다. 예를 들어, 상기 소각로(300)는 제3 소각로 배출 스트림 내지 제5 소각로 배출 스트림이 더 배출될 수 있다. 이는, 이 때, 상기 소각로(300)에서 배출되는 2 이상의 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)를 통해 혼합 배출 스트림을 형성할 수 있다.
상기 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림은 S30 단계에서 제3 혼합기(220)을 통해 혼합되어 혼합 배출 스트림을 형성하고, 상기 혼합 배출 스트림은 제1 열교환기(400)에서 공기 스트림과 열교환시키는 단계(S40)을 거친 후 대기로 배출될 수 있다.
상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림은 제1 열교환기(400)에서 서로 향류(counter-current flow), 병류(co-current flow), 또는 직교류(cross flow)에 의해 서로 열교환이 실시될 수 있다. 이 때, 상기 혼합 배출 스트림은 공기 스트림에 열을 빼앗기면서 대기로 배출되며, 이를 통해 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 공기 스트림은 혼합 배출 스트림으로부터 열을 얻어 온도가 상승하고, 이는 소각로(300)로 공급되어 소각로에서 필요한 에너지의 일부를 대체할 수 있다.
상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림의 온도는 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 소각로로부터 2 이상의 스트림으로 나뉘어 배출되는 각각의 소각로 배출 스트림은 서로 배출 온도가 상이할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 소각로 배출 스트림이 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림으로 배출되는 경우, 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 제2 소각로 배출 스트림 스트림의 온도보다 높을 수 있다.
이와 같이, 각각의 소각로 배출 스트림은 서로 상이한 온도를 가지고 배출됨으로써, 각각의 스트림의 온도에 맞게 활용이 가능하다는 효과가 있다. 예를 들어, 고온으로 배출되는 제1 소각로 배출 스트림은 후술하는 제2 열교환기(410) 및 증기 발생장치(500) 등에서 추가적으로 폐열을 재활용함으로써 공정 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 비교적 저온으로 배출되는 제2 소각로 배출 스트림은 소각로(300)로 환류시켜 소각로를 예열 및 가열하는데 재활용될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 소각로 배출 스트림은, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 상기 제2 열교환기(410)에서 열교환된 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 상기 혼합 배출 스트림을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)를 통과하면서 공기 스트림 또는 증발기 상부 배출 스트림에 열을 전달하여 온도가 일부 낮아지고, 이를 통해, 공정 내에서 폐열을 재사용함으로써, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 더욱 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 400 ℃ 내지 500 ℃, 420 ℃ 내지 480 ℃ 또는 440 ℃ 내지 460 ℃일 수 있고, 상기 제2 소각로 배출 스트림의 온도는 100 ℃ 내지 250 ℃, 130 ℃ 내지 220 ℃ 또는 170 ℃ 내지 190 ℃일 수 있다. 이와 같이, 소각로(300)에서 배출되는 스트림을 비교적 고온의 제1 소각로 배출 스트림과 저온의 제2 소각로 배출 스트림으로 나누어 에너지를 재활용함으로써, 더욱 효과적으로 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림은 증기 발생장치(500)를 통과한 스트림일 수 있다. 구체적으로, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림은 소각로(300)에서 배출되었을 때는 800 ℃ 내지 1,000 ℃의 고온으로 배출될 수 있으며, 이 때, 상기 고온의 제1 소각로 배출 스트림은 증기 발생장치(500)를 통과하면서 400 ℃ 내지 500 ℃로 온도가 낮아지고, 이 과정에서 열에너지를 스팀을 형성하는데 재활용할 수 있다. 이렇게 제1 소각로 배출 스트림이 증기 발생장치(500)를 통과하면서, 제1 소각로 배출 스트림의 폐열로부터 형성된 스팀은 저장이 가능하며, 다양한 공정에서 열원으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소각로 배출 스트림은, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과, 상기 제2 열교환기(410)에서 열교환될 수 있다. 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 제2 열교환기(410)에서 서로 향류(counter-current flow), 병류(co-current flow), 또는 직교류(cross flow)에 의해 서로 열교환이 실시될 수 있다. 이 때, 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은, 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림이 제2 혼합기(210)에서 혼합되어 배출되는 혼합 스트림을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 제2 혼합기(210)에서는 경우에 따라서 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 및 증발기 상부 배출 스트림 외 폐수 처리장에서 발생하는 가스(off gas)가 더 혼합될 수 있다.
상기 제1 소각로 배출 스트림은 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 제2 열교환기(410)에서 열교환됨으로써, 공기 스트림 또는 혼합 스트림에 열을 제공하여 폐수 소각의 열원으로서 재활용되고, 동시에 제2 열교환기(410)에서 열교환된 상기 제1 소각로 배출 스트림은 낮아진 온도로 제2 소각로 배출 스트림과 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하고, 상기 혼합 배출 스트림은 제1 열교환기(400)에서 공기 스트림에 열을 전달함으로써, 낮은 온도로 대기에 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제2 열교환기(410)를 통과하기 전의 제1 소각로 배출 스트림의 온도보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에서 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 열교환하게 된다. 이 때, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림에 열을 제공함으로써, 제2 열교환기(410)를 통과한 후의 온도는 낮아지게 된다. 예를 들어, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 250 ℃ 내지 350 ℃, 270 ℃ 내지 330 ℃ 또는 280 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다. 이는, 상기 제1 소각로 배출 스트림의 제2 열교환기(410)를 통과하기 전의 온도인 400 ℃ 내지 500 ℃와 비교하여 낮아진 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환기(400)에서 대기 중으로 배출되는 스트림의 온도는 90 ℃ 이하일 수 있다. 예를 들어, 대기 중으로 배출되는 스트림의 온도는 30 ℃ 내지 90 ℃, 50 ℃ 내지 90 ℃ 또는 70 ℃ 내지 90 ℃일 수 있다. 이는 기존의 축열 소각로를 이용한 폐수 소각 시 대기로 배출되는 스트림의 온도와 비교하여 현저히 낮은 온도이며, 이를 통해, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법에서는 많은 열을 폐수 소각 공정 내에서 재활용하였으며, 이로 인해 많은 양의 에너지를 절약했다는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법은, 상기 고온의 제1 소각로 배출 스트림이 가지고 있는 열을 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 제2 열교환기(410)에서 열교환함으로써 1차적으로 열을 재활용하였고, 소각로(300)에서 배출되는 혼합 배출 스트림의 열을 공기 스트림과 제1 열교환기(400)에서 열교환하여 2차적으로 열을 재활용함으로써, 에너지를 효과적으로 절약하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 제2 열교환기(410)를 통과하여 소각로(300)에 공급될 수 있다. 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 온도는 제2 열교환기(410)를 통과하기 전보다 높을 수 있다. 구체적으로, 상기 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃, 215 ℃ 내지 260 ℃ 또는 230 ℃ 내지 250 ℃일 수 있다.
구체적으로, 상기 공기 스트림의 경우, 소각로(300)에서 배출되는 스트림으로부터 제1 열교환기(400) 및 제2 열교환기(410)를 통해 열교환하여 열을 얻음으로써, 고온의 상태로 소각로(300)에 공급될 수 있다. 이 경우, 공기가 상온으로 소각로(300)에 공급되는 경우와 비교하여 소각로(300)에서 가열하기 위해 필요한 에너지를 절약할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림의 온도는 150 ℃내지 230 ℃, 170 ℃내지 220 ℃ 또는 200 ℃내지 210 ℃일 수 있다. 또한, 상기 제2 열교환기를 통과한 공기 스트림의 온도는 250 ℃내지 350 ℃, 270 ℃내지 320 ℃ 또는 280 ℃내지 300 ℃일 수 있다. 이러한 고온의 공기 스트림을 증발기 상부 배출 스트림과 제2 혼합기(210)에서 혼합하고, 혼합된 스트림을 소각로(300)에 공급할 수 있다. 이 때, 상기 소각로(300)는 축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer, RTO)일 수 있다. 이 경우, 소각로(300)에 공급되기 전에 증발기 상부 배출 스트림은 공기 스트림으로 인해 일부 가열될 수 있으며, 이를 통해, 소각로(300)에서 폐수의 예열을 위해 사용되는 에너지를 얻기 위해 투입되는 연료를 절약할 수 있다.
또한, 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 경우, 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림으로부터 제2 열교환기(410)를 통해 열교환하여 열을 얻음으로써, 고온의 상태로 소각로(300)에 공급될 수 있다. 이를 통해, 상기 제2 혼합기(210)로부터 배출되는 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림이 곧바로 소각로(300)에 공급되는 경우와 비교하여 소각로(300)에서 폐수를 가열하기 위해 필요한 에너지를 절약할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 온도는 220 ℃내지 270 ℃, 230 ℃내지 260 ℃ 또는 240 ℃내지 250 ℃일 수 있다. 이는, 일반적인 증발기 상부 배출 스트림의 온도인 160 ℃내지 180 ℃와 비교하여 고온으로, 소각로(300)에서 폐수의 소각을 위해 필요한 에너지의 양을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 소각시키는 단계(S20)에서, 필요한 경우, 폐수의 예열 및 가열을 위해 필요한 에너지를 얻기 위해 연료가 투입될 수 있다. 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 소각시키는 단계에서 연료는 800 kg/hr 이하로 투입될 수 있으며, 예를 들어, 상기 연료는 0 kg/hr 내지 800 kg/hr, 400 kg/hr 내지 800 kg/hr 또는 700 kg/hr 내지 800 kg/hr로 투입될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제2 소각로 배출 스트림의 일부는 소각로(300)로 환류하여 소각로(300)를 예열 및 가열하는데 재활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 폐수의 소각을 더욱 용이하게 하기 위하여 공기를 더 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기의 하부 배출 스트림은 폐수 처리장으로 이동하고, 상기 폐수 처리장에서 발생하는 가스(off gas)를 소각로(300)에 공급할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법은 폐수의 소각뿐만 아니라, 폐수 처리장에서 발생하는 가스의 소각을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 폐수 처리 장치가 제공된다. 상기 폐수 처리 장치는, 공급되는 폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기; 상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기(220)로 공급하는 소각로(300); 상기 소각로(300)로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기(400)로 공급하는 제3 혼합기(220); 상기 제3 혼합기(220)로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환시키는 제1 열교환기(400); 및 상기 소각로(300)로부터 배출된 제1 소각로 배출 스트림을 열교환시키고, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기에 공급하는 제2 열교환기(410)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본 발명에 따른 폐수 소각 장치는 앞서 기재한 폐수 소각 방법에 따른 공정을 실시하기 위한 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 하기 도 1 및 도 2를 참조하여 설명할 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수 처리 장치는 공급되는 폐수를 1차로 증발시켜 수증기, 유기물 및 가소성 물질 등을 포함하는 제1 상부 배출 스트림과, 슬러지를 포함하는 제1 하부 배출 스트림으로 분리하는 제1 증발기(100)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 증발기(100)에서 배출된 제1 하부 배출 스트림은 제2 증발기(110)를 이용하여 2차로 증발시켜 제2 상부 배출 스트림과, 제2 하부 배출 스트림으로 분리할 수 있다. 이 때, 제2 하부 배출 스트림은 폐수 처리장으로 이동하며, 제2 상부 배출 스트림은 제1 상부 배출 스트림과 제1 혼합기(200)에서 혼합되어 배출될 수 있다. 상기 제1 혼합기(200)에서 배출된 스트림은 제2 혼합기(210)로 공급되며, 상기 제2 혼합기(210)에서 폐수 처리장에서 발생한 가스(off gas) 및 공기(Fresh Air) 스트림과 함께 혼합될 수 있다. 이 때, 상기 공기 스트림은 제1 열교환기(400) 내지 제2 열교환기(410)을 통과하면서 열교환을 거친 것일 수 있다.
상기 제2 혼합기(210)에서 배출되는 혼합 스트림은 소각로(300)로 이동할 수 있다. 상기 소각로(300)에는 선택적으로 별도의 연료 내지 공기의 투입이 가능할 수 있다. 상기 소각로(300)에서는 제2 혼합기(210)에서 배출되는 혼합 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림으로 온도에 따라 분리하여 배출할 수 있다.
상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)에서 혼합될 수 있다. 이 때, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에서 열교환된 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 제3 혼합기(220)에서 혼합될 수 있다.
상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에 공급되기 전에 증기 발생장치(500)를 통과하면서 스팀을 형성한 후 제2 열교환기(410)로 공급될 수 있다.
상기 제3 혼합기(220)에서 혼합된 혼합 스트림은 제1 열교환기(400)로 공급되고, 상기 제1 열교환기(400)에서 공기(Fresh Air) 스트림과 열교환을 거친 후 대기로 방출될 수 있다.
상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에서 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 열교환하며, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 소각로(300)로 공급될 수 있다.
먼저, 상기 제1 소각로 배출 스트림이 제1 열교환기(400)로부터 배출된 공기 스트림과 제2 열교환기(410)에서 열교환하는 경우, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)에서 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되고, 열교환된 공기 스트림은 상기 제2 혼합기(210)에 공급되어 제1 혼합기(200)에서 공급되는 혼합 스트림과 폐수 처리장에서 배출되는 가스와 혼합된 후 소각로(300)에 공급될 수 있다.
또한, 상기 제1 소각로 배출 스트림이 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 제2 열교환기(410)에서 열교환하는 경우, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)에서 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되고, 열교환된 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 소각로(300)에 공급될 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법 및 장치를 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 폐수 소각 방법 및 장치를 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
도 1에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.
이 때, 제1 증발기로 공급되는 폐수의 온도는 30 ℃로, 압력은 0.2 kg/sqcmg으로, 질량유량은 10,000 kg/hr으로 설정하였고, 폐수의 성분은 물 87.57 중량%, 메탄올 4.90 중량%, 부탄올 2.33%, 네오펜틸글라이콜(NPG) 1.65 중량%, 염화나트륨 2.91 중량% 및 부틸알데하이드, 옥탄올, 트리메틸아민 등을 포함하는 유기물 0.64 중량%로 이루어져 있다.
또한, 소각로로 공급되는 공기 스트림은 20 ℃로 설정하였고, 조성은 산소 21 몰% 및 질소 79 몰%로 설정하였다.
실시예 2
도 2에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
도 3에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 도 3은 본원에 따른 폐수 소각 공정에 있어서, 제2 열교환기를 제거한 경우의 공정 흐름도이다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따른 공정 시뮬레이션 결과, 공정 흐름에 따른 각각의 스트림에 대한 온도를 하기 표 1에 나타내었으며, 소각로에 투입된 연료의 양 및 열교환기의 열특성을 하기 표 2에 나타내었다.
스트림 온도(℃)
실시예 1 실시예 2 비교예
폐수 30.0 30.0 30.0
제1 증발기의 상부 배출 스트림 102.0 102.0 102.0
제1 증발기의 하부 배출 스트림 102.0 102.0 102.0
제2 증발기의 상부 배출 스트림 105.0 105.0 105.0
제2 증발기의 하부 배출 스트림 105.0 105.0 105.0
제1 혼합기의 배출 스트림 120.0 120.0 120.0
폐수 처리장 off gas 공급 스트림 90.0 90.0 90.0
제2 열교환기에서 제2 혼합기로 공급되는 스트림 286.5 - -
제2 혼합기에서 제2 열교환기로 공급되는 스트림 - 171.7 -
소각로로 공급되는 스트림 239.5 243.9 171.7
소각로에서 증기 발생장치로 공급되는 스트림 903.0 903.0 903.0
증기 발생장치에서 제2 열교환기로 공급되는 스트림 450.0 450 -
제2 열교환기에서 제3 혼합기로 공급되는 스트림 291.5 248.9 -
증기 발생장치에서 제3 혼합기로 공급되는 스트림 - - 450.0
제3 혼합기에서 제1 열교환기로 공급되는 스트림 217.7 203.2 273.4
제1 열교환기에 공급되는 공기 스트림 20.0 20.0 20.0
제1 열교환기에서 제2 열교환기에 공급되는 스트림 207.7 - -
제1 열교환기에서 제2 혼합기로 공급되는 스트림 - 193.2 193.2
제1 열교환기에서 대기로 방출되는 스트림 87.1 82.5 155.0
실시예 1 실시예 2 비교예
제1 열교환기 제2 열교환기 제1 + 제2 열교환기 제1 열교환기 제2 열교환기 제1 + 제2 열교환기
열교환기에서 얻은 열량(Gcal/hr) 2.42 1.03 3.43 2.22 1.30 3.52 2.22
열교환기 필요 면적(sqm) 114.88 11.72 126.60 105.91 13.53 119.44 27.06
열교환기 실제 설치 면적(sqm) 114.88 11.72 126.60 105.91 13.53 119.44 27.06
총괄열전달계수(kcal/hr-sqm-K) 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87 730.87
실질열전달계수(cal/sec-K) 23323.14 2378.65 - 21501.8 2746 - 5494.20
보정된 대수평균 온도차 28.75 118.78 - 28.66 131.60 - 108.80
소각로에 투입된 연료의 양(kg/hr) 782.4 775.2 891.4
* 열교환기에서 얻은 열량(Calculated heat duty), 열교환기 필요 면적(Required exchanger area), 열교환기 실제 설치 면적(Actual exchanger area), 총괄열전달계수(Average U), 실질열전달계수(UA) 및 보정된 대수평균 온도차(LMTD(corrected))는 공정 내의 각 스트림 내의 조성, 유량, 온도 및 열용량 등의 인자를 이용하여 하기 계산식을 통해 계산된 값이다.- 열교환기에서 얻은 열량(Calculated heat duty): Q=정압비열Х유량Х(입출구의 온도차이)- 열교환기 필요 면적(Required exchanger area), 열교환기 실제 설치 면적(Actual exchanger area): A=Q/KХ△T(K는 열 통과율, △T는 입출구 온도 사이의 대수평균 온도차)- 총괄열전달계수(Average U): U=1/(1/h+x/k)=Q/(AХ△T)(h는 경막전열계수, k는 전열면 금속의 열전달계수, x는 전열면 금속의 두께, A는 열교환기 면적, △T는 스트림과 전열면 사이의 대수평균 온도차)- 실질열전달계수(UA): 총괄열전달계수Х열교환기 실제 설치 면적- 보정된 대수평균 온도차(LMTD(corrected)): 대수평균 온도차Х보정계수
먼저, 상기 표 1을 참조하여, 실시예 1 및 2에 따른 폐수 소각 공정 흐름과 비교예에 따른 폐수 소각 공정 흐름을 비교하면, 제2 열교환기(410)를 설치함으로써, 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급되는 스트림의 온도, 제2 혼합기(210)에서 배출되어 소각로(300)로 공급되는 스트림의 온도 및 제1 열교환기(400)에서 대기로 방출되는 스트림의 온도에 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 실시예 1의 폐수 소각 공정에서는, 제2 열교환기(410)를 설치함으로써, 증기 발생장치(500)에서 배출된 450 ℃의 스트림을 제2 열교환기(410)에서 열교환하여 291.5 ℃로 온도를 낮춘 후, 제3 혼합기(220)로 공급하게 된다.
또한, 실시예 2의 폐수 소각 공정에서는, 제2 열교환기(410)를 설치함으로써, 증기 발생장치(500)에서 배출된 450 ℃의 스트림을 제2 열교환기(410)에서 열교환하여 248.9 ℃로 온도를 낮춘 후, 제3 혼합기(220)로 공급하게 된다.
반면, 제2 열교환기(410)를 설치하지 않은 비교예의 폐수 소각 공정의 경우에는 증기 발생장치(500)에서 배출되는 450 ℃의 스트림이 바로 제3 혼합기(220)로 공급된다. 따라서, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 있어서, 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급되는 스트림의 온도도 각각 217.7 ℃, 203.2 ℃ 및 273.4 ℃로, 실시예 1 및 2의 경우 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급되는 스트림의 온도가 현저히 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1의 경우 상기 제1 열교환기(400)에서는 제3 혼합기(220)로부터 공급되는 스트림과 공기 스트림이 열교환하며, 제1 열교환기(400)에서 열교환한 공기 스트림은 제2 혼합기(210)를 거쳐 소각로(300)로 다시 공급된다. 이 때, 20 ℃의 공기 스트림이 상기 제3 혼합기(220)로부터 공급되는 217.7 ℃의 스트림과 열교환하여 207.7 ℃의 온도로 제1 열교환기(400)에서 배출된다. 그런 다음, 상기 제1 열교환기(400)에서 배출된 공기 스트림은 제2 열교환기(410)로 공급되어 450 ℃의 제1 소각로 배출 스트림과 열교환하게 된다. 이에, 실시예 1에서 공기 스트림은 제1 열교환기(400) 및 제2 열교환기(410)를 걸쳐 공정 내의 열을 재활용하면서, 286.5 ℃로 온도가 상승하게 된다. 이렇게 온도가 상승된 공기 스트림은 제2 혼합기(210)에서 제1 혼합기(200) 배출 스트림 및 폐수 처리장 배출 가스와 혼합하게 되며, 상기 혼합 스트림은 239.5 ℃의 온도로 소각로(300)로 공급된다.
또한, 실시예 2의 경우 상기 증기 발생장치(500)에서 배출된 스트림을 제2 열교환기(410)에 공급하고, 상기 제2 열교환기(410)에서는 상기 증기 발생장치(500)에서 배출된 스트림과 제2 혼합기(210)로부터 배출되는 스트림이 열교환된다. 이 때, 상기 제2 혼합기(210)로부터 배출되는 스트림은 상기 증기 발생장치(500)에서 배출된 스트림으로부터 열을 얻어 243.9 ℃의 온도로 소각로(300)로 공급된다.
반면, 비교예의 경우에는, 20 ℃의 공기 스트림이 상기 제3 혼합기(220)로부터 공급되는 273.4 ℃의 스트림과 열교환하여 193.2 ℃의 온도로 제1 열교환기(400)에서 배출된다. 그런 다음, 상기 제1 열교환기(400)에서 배출된 공기 스트림은 바로 제2 혼합기(210)에서 제1 혼합기(200) 배출 스트림 및 폐수 처리장 배출 가스와 혼합되어 171.7 ℃의 온도로 소각로(300)에 공급된다. 결과적으로, 비교예의 경우 소각로(300)에 공급되는 스트림은 171.7 ℃의 온도로 공급되나, 실시예 1의 경우 239.5 ℃의 온도로 공급되고, 실시예 2의 경우 243.9 ℃의 온도로 공급되기 때문에, 실시예는 비교예와 비교하여 상기 온도 차이만큼 소각로(300)에서 폐수를 소각하기 위해 필요한 열을 절약할 수 있다.
또한, 상기 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급되는 스트림의 온도 차이로 인해, 대기로 배출되는 온도 또한 차이가 있다. 구체적으로, 실시예 1의 경우에는, 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 217.7 ℃의 스트림이 공급되고, 상기 스트림은 20 ℃의 공기 스트림과 제1 열교환기(400)에서 열교환을 하게 된다. 이 때, 상기 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급된 스트림은 87.1 ℃로 대기 중에 배출된다.
또한, 실시예 2의 경우에는, 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 203.2 ℃의 스트림이 공급되고, 상기 스트림은 20 ℃의 공기 스트림과 제1 열교환기(410)에서 열교환을 하게 된다. 이 때, 상기 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급된 스트림은 82.5 ℃로 대기 중에 배출된다.
반면, 비교예의 경우에는, 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 실시예와 비교하여 고온인 273.4 ℃의 스트림이 공급되고, 상기 스트림은 20 ℃의 공기 스트림과 제1 열교환기(400)에서 열교환을 하게 된다. 이 때, 상기 제3 혼합기(220)에서 배출되어 제1 열교환기(400)로 공급된 스트림은 155 ℃로 대기 중에 배출되며, 이는 실시예 1 및 2에 따른 대기 배출 온도인 87.1 ℃ 및 82.5 ℃와 비교하여 현저히 높은 온도이다.
결과적으로, 실시예에서는 제2 열교환기(410)를 설치함으로써, 67.9 ℃ 내지 72.5 ℃에 대응하는 열을 공정 내에서 재활용했다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 제2 열교환기(410) 설치 여부에 따른 에너지 절감 효과는 상기 표 2를 통해서도 확인할 수 있다. 상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 2의 경우 열교환기에서 얻은 열량이 각각 3.43 Gcal/hr 및 3.52 Gcal/hr로, 비교예와 비교하여 약 1.21 Gcal/hr 내지 1.3 Gcal/hr 정도 에너지를 절감하였다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2의 경우 제1 열교환기(400)의 실질열전달계수가 각각 23323.14 cal/sec-K, 21501.8 cal/sec-K로, 실질열전달계수가 5494.20 cal/sec-K 인 비교예와 비교하여 열 전달 속도가 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2의 경우 소각로에 투입된 연료의 양이 각각 782.4 kg/hr 및 775.2 kg/hr로 비교예와 비교하여 시간 당 약 114.6 kg 내지 116.2 kg의 연료를 절약했다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10);
    상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20);
    상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및
    상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고,
    상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기를 통과한 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 상기 혼합 배출 스트림을 형성하는 것인 폐수 소각 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제2 소각로 배출 스트림의 온도보다 높은 것인 폐수 소각 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소각로 배출 스트림은, 상기 제1 열교환기를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과, 상기 제2 열교환기에서 열교환되는 것인 폐수 소각 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열교환기를 통과한 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제2 열교환기를 통과하기 전의 제1 소각로 배출 스트림의 온도보다 낮은 것인 폐수 소각 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기에서 대기 중으로 배출되는 스트림의 온도는 90 ℃ 이하인 폐수 소각 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 열교환기에서 열교환된 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 소각로에 공급되며, 상기 제2 열교환기를 통과한 공기 스트림 또는 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 온도는 제2 열교환기를 통과하기 전보다 높은 것인 폐수 소각 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 열교환기를 통과한 공기 스트림 또는 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림의 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃인 폐수 소각 방법.
  8. 공급되는 폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기;
    상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기로 공급하는 소각로;
    상기 소각로로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 포함하는 2 이상의 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기로 공급하는 제3 혼합기;
    상기 제3 혼합기로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환시키는 제1 열교환기; 및
    상기 소각로로부터 배출된 제1 소각로 배출 스트림을 열교환시키고, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기에 공급하는 제2 열교환기를 포함하는 폐수 소각 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 소각로 배출 스트림은 제2 열교환기에서 제1 열교환기로부터 배출된 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림과 열교환하며, 상기 제2 열교환기를 통과한 공기 스트림 또는 상기 공기 스트림과 증발기 상부 배출 스트림의 혼합 스트림은 소각로로 공급되는 것인 폐수 소각 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소각로는 축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer)인 것인 폐수 소각 장치.
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