KR100976971B1 - 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환로내에서 비교적 무거운 분진들을 1차적으로 걸러주어 열효율을 높일 수 있고, 유지관리가 용이한 폐열 보일러의 열교환로가 개시된다. 본 발명에 따른 폐열 보일러는 폐기물을 소각하는 소각로와, 소각로에서 발생된 폐열가스가 통과되면서 전열관에 의해 열교환이 이루어져 증기를 얻는 열교환로와, 열교환로를 통과한 폐열가스에 물이나 약품을 살포하여 중화시키는 반응탑과, 반응탑을 통과한 폐열가스내의 분진을 포집한 후 대기방출시키도록 대용량 송풍팬이 설치된 백필터를 포함하여 구성된다. 이때, 열교환로내에는 전열관이 설치되지 않아 한사람 정도가 들어갈 수 있는 크기의 중력공간이 적어도 한 구간 이상으로 형성되며, 이 중력공간의 외벽에는 개폐문이 형성된다.

Description

폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환기{Heat Recovery Steam Generator}

본 발명은 폐열 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐열 보일러에 사용되는 열교환로를 개선시켜 열효율을 높일 수 있고, 유지관리를 용이하게 할 수 있는 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환로에 관한 것이다.

일반적으로 소각로 등의 소각과정에서 발생되는 고온의 폐열가스는 다량의 분진을 포함하고 있으며, 이를 그대로 대기에 방출할 경우 폐열의 재활용 뿐만 아니라 환경오염상의 심각한 문제를 야기시키게 된다.

이러한 이유로 폐열가스의 폐열을 활용함과 동시에 인체에 유해 조건을 최대한 절감하여 방출하도록 하는 폐열보일러가 다수 개시된 바 있다.

도 1은 종래기술에 따른 폐열 보일러의 일례를 보여주는 것으로서, 소각로(10)가 구비되고, 이 소각로(10)의 출구에 열교환로(20)가 연결된다.

열교환로(20)는 소각로(10)의 폐열가스가 배출되는 통로로서, 열교환로(20)의 상, 하부에 증기드럼(23)과 수드럼(22)이 설치되고, 열교환로(20)의 내부에는 폐열가스의 배출방향과 수직되는 방향으로 다수의 전열관(21)이 설치된 구조를 갖는다.

이러한 폐열보일러는 소각로(10)의 소각과정에서 발생되는 대략 1,000℃정도의 고온의 폐열가스를 열교환로(20)를 통해 안내 배출시키면서 전열관(21)과 열교환으로 폐열가스의 온도를 낮추고 인체에 유해한 다이옥신 등의 재생성 온도범위를 피하여 배출하게 되는 것이다.

이 과정에서 전열관(21)과의 열교환으로 발생되는 증기는 증기드럼(23)으로 저장하여 각각의 용도에 맞게 난방 또는 산업용 등으로 이용하게 되는 것이다.

그런데, 위와 같은 폐열보일러는 열교환로(20)로 고온의 폐열가스가 직접 투입되고, 전열관(21)은 폐열가스의 배출방향과 수직되는 방향으로 형성되어 있기 때문에 폐열가스내의 분진이 고온에 의해 녹아서 전열관(21)의 외표면에 융착되어 고형화되어 버리는 문제를 유발하였다.

이와 같이 전열관(21)의 외표면에 분진이 융착되어 고형화됨으로 인해 전열관이 폐열가스와의 열 교환에 따른 기능 저하로 보일러의 효율이 급격히 저하되는 문제와, 전열관에 융착되어 고형화된 분진을 자주 청소해야하는 불편함과 시간이 지날수록 배출되는 배기가스의 온도가 상승됨은 물론 다량의 분진이 포함되는 문제를 갖고 있었다.

이러한 폐열보일러의 전열관(21)에 고형화된 분진을 청소하기 위해서는 열교환로(20)의 외벽에 구멍(25)을 천공하여 개폐가능하게 구성하고, 이 구멍(25)을 통해 고압의 에어노즐이나 워터젯 등으로 털어내는 작업을 하게 되었다.

그러나 에어노즐이나 워터젯 등의 청소기구를 이용하더라도 협소한 구멍(25)을 통해 청소하기 때문에 내부의 청소상태 등을 볼 수 없게 되고, 구멍(25)이 위치한 근처의 전열관(21)만이 부분적으로 청소되는 문제점이 있었다.

한편, 소각로(10)는 소각온도가 너무 높아 도 2에서 보는 바와 같이 사방에 내화벽돌(11)을 쌓아서 사용하게 된다.

이때, 소각로(10)에서는 연소과정에서 발생되는 미세한 재(12)들이 내화벽돌(11)에 붙게 되는데, 이러한 미세한 재들은 내화벽돌(11)층의 위쪽에서는 아래로 흘러내리게 되고, 아래쪽에서는 흘러내린 용융 연소물(12)들이 쌓이게 된다.

이처럼 아래쪽에 쌓인 연소물(12)들은 소각로가 사용되지 않을때에 냉각되면서 고형화되고, 계속된 소각로(10)의 사용에 따라 미세한 재들의 적층이 점차 많아지게 된다.

상기와 같이 쌓여 고형화된 미세한 재들은 냉각된 후에 털어낼 수 있으면 상관없겠지만, 한번 고형화된 용융 연소물들은 돌처럼 딱딱하게 되어 잘 깨지지도 않고 불에 녹지도 않게 되어 소각로의 내화물을 재설치 하는 폐단이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 열교환로의 내부에 전열관이 존재하지 않는 중력공간을 형성하여 비교적 무거운 분진들이 아래로 낙하하게 되고, 열교환로의 내부청소를 할 때에는 개폐문을 열고 중력공간내로 작업자가 들어가 효율적으로 청소할 수 있는 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열을 회수하는 열교환로를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

폐기물을 소각하는 소각로;

소각로에서 발생된 폐열가스가 통과되면서 전열관에 의해 열교환이 이루어져 증기를 얻는 열교환로;

열교환로를 통과한 폐열가스에 물이나 약품을 살포하여 중화시키는 반응탑; 및

반응탑을 통과한 폐열가스내의 분진을 포집한 후 대기방출시키도록 대용량 송풍팬이 설치된 백필터;를 포함하며,

열교환로내에는 전열관이 설치되지 않아 한사람 정도가 들어갈 수 있는 크기의 중력공간이 적어도 한 구간 이상으로 형성되며, 이 중력공간의 외벽에는 개폐문이 형성됨을 특징으로 하는 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환로를 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환로는 열교환로의 중력공간내에서 폐열가스의 흐름 속도를 변화시킴으로써, 비교적 무거운 분진들이 1차적으로 걸러지는 잇점이 있다.

그리고 이 중력공간을 청소용 공간으로 사용할 수 있어 보일러의 수명이나 열효율에서 탁월한 잇점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 폐열 보일러를 나타낸 개략도이고,
도 2는 도 1의 소각로를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 가스 흐름을 나타낸 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따른 소각로 내벽을 나타낸 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 열교환로를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 반응탑을 나타낸 도면이고,
도 7은 도 6에 도시된 균분판을 나타낸 사시도이며, 그리고
도 8은 도 6의 배출구를 아래에서 바라본 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환로를 설명한다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 폐열 보일러(100)는 소각로(110)와, 열교환로(120)와, 반응탑(130)과, 백필터(140)를 포함한다.

상기 소각로(110), 열교환로(120), 반응탑(130) 및 백필터(140)는 모두 연결되어 있으며, 백필터(140)에 강력 송풍팬을 설치하여 소각로(110)에서 연소된 폐열가스를 흡입하여 외부로 배출시킨다.

여기에서, 소각로(110)와 열교환로(120)의 역할은 종래기술에서 설명한 바와 같고, 반응탑(130)은 열교환로(120)를 통과한 폐열가스를 수분이나 약품 등으로 중화시키는 역할을 하게 되며, 백필터(140)는 강력한 송풍팬에 의해 폐열가스를 빨아 들이면서 폐열가스에 남아있는 잔여 분진을 포집하게 된다.

즉, 소각로(110)에서 발생되는 폐열가스는 대류현상에 의해서 대기방출되는 것이 아니라 백필터(140)에서 강제 송풍하여 대기방출되는 것이다.

본 발명에 따른 소각로(110)는 도 4에서 보는 바와 같이 연소물의 고형화를 방지할 수 있도록 구성된다. 이러한 소각로(110)에는 내화벽돌(111)로 내벽을 쌓게 되는데, 이 내벽의 최하층에는 냉각용 금속블록(112)을 설치한다. 그리고 금속블록(112)의 내부에는 냉각수가 순환하도록 순환로(113)를 형성하고, 이 순환로(113)의 입구(114)와 출구(115)에 냉각수를 공급하게 된다.

이와 같이 형성된 금속블록(112)에 의해 용융된 미세한 재가 외벽을 타고 흘러내리다가 최하층에서 쌓이게 되지만, 내벽의 최하층에 설치한 금속블록(112)에 의해 냉각되면서 연소물이 들러 붙지는 않게 되어 소각로(110) 사용후 쉽게 떨어지게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 열교환로(120)는 도 5에서 보는 바와 같이 중력식 분진제거 수단이 마련된 것으로, 기존에는 열교환로 이후 공정에서 분진을 제거하거나 포집하였으나, 본 발명에서는 열교환로(120)에서 중력식에 의해 1차적으로 비교적 무거운 분진을 제거하게 된다.

이러한 열교환로(120)는 종래기술에서와 마찬가지로 내부에 폐열가스가 지나면서 열교환이 이루어지는 전열관(121)이 배치되어 있고, 전열관(121)의 위쪽과 아래쪽에 각각 증기드럼(123) 및 수드럼(122)이 배치되어 있다. 좀더 바람직하게는 전열관(121)에는 수드럼(122)내의 물이 올라와 있어 전열관(121)이 폐열가스에 의해 가열되면 그 내부의 물이 끓으면서 증기를 만들어 증기드럼(123)에 증기를 모으게 된다. 또한, 수드럼(122)은 증기가 발생되면서 나타나는 물부족을 계속해서 급수받게 된다.

이때, 본 발명에 따른 열교환로(120)는 전열관(121)의 배치를 달리하여 통과하는 폐열가스에서 비교적 무거운 분진을 제거하게 된다. 이러한 전열관(121)의 배치는 적어도 한구간 또는 여러 구간을 설정하여 이 구간내에는 전열관(121)을 설치하지 않는 중력공간(125)을 형성한다. 중력공간(125)은 사람 한명이 들어갈 수 있는 정도의 크기면 족하다. 그리고 중력공간(125)은 열교환로(120)의 폭방향으로 관통되게 형성되어야 한다.

이와 같이 중력공간(125)을 형성하게 되면, 중력공간(125)을 통과하던 폐열가스의 이동 속도가 저하되면서 비교적 무거운 분진들은 자유 낙하하게 된다. 즉, 폐열가스는 촘촘하게 배치된 전열관(121)속을 지나다가 갑자기 큰 넓은 공간에 머무르면서 속도가 저하되고, 이로 인해 무거운 분진들이 떨어지게 되는 원리이다.

여기에서, 열교환로(120)를 통과하는 폐열가스는 자연 대류방식이 아닌 강제 송풍방식이기 때문에 다시 전열관(121)을 만나면서 전과 동일한 속도를 얻게 된다.

그리고 열교환로(120)의 하부(수드럼(122)의 아래)에는 받침(127)이 구비되어 자유낙하한 분진들을 받을 수 있게 된다.

한편, 중력공간(125)의 벽면상에는 중력공간(125)으로 통하는 개폐문(126)이 형성되고, 이 개폐문(126)은 열교환로(120)의 청소작업에 작업자가 중력공간(125)내로 들어 갈 수 있도록 마련된다.

다음으로, 반응탑(130)은 도 6에서 보는 바와 같이 열교환로(120)를 통과한 폐열가스를 중화시키는 곳으로, 종방향 원통 형상을 가지면서 상부는 원뿔 형태로 형성되고, 상단 중앙부에는 상하로 관통되는 유입공(131)이 형성된다.

이러한 반응탑(130)은 유입공(131)으로 폐열가스가 유입되고, 이 유입된 폐열가스를 중화시키기 위해 수분이나 약품을 살수하는 분사노즐(132)이 원뿔 형태의 빗면(130a) 내측에 설치된다.

상기와 같은 구성만으로는 유입되는 폐열가스가 수직 하강하게 되어 충분한 수분공급이 되지 않는 문제가 있었다.

따라서 본 발명에서는 유입되는 폐열가스를 보다 넓은 공간으로 퍼지게 하는 구성을 추가하였다.

즉, 유입공(131)의 아래에 균분판(134)을 설치하고, 이 균분판(134)이 유입되는 폐열가스를 수직하강하게 하거나, 방사상으로 퍼지게하는 역할을 하게 된다.

이러한 균분판(134)은 도 7에서 보는 바와 같이 삿갓 형상을 갖는 것으로, 중앙부에 폐열가스의 수직하강을 위한 수직공(135)이 형성된다.

그리고 균분판(134)의 경사면(136)상에는 수직공(135)에 의한 폐열가스의 수직하강보다 더 큰 각으로 퍼지게 하는 다수의 타공(137)이 형성된다.

그리고 수직공(135)이나 타공(137)로 유입되지 않은 폐열가스는 균분판(134)의 경사면(136)에 부딪히면서 반응탑(130)의 벽쪽으로 퍼지게 된다.

따라서 폐열가스가 사방으로 퍼지게 되고, 이로 인해 분사노즐에서 분출되는 수분이 폐열가스에 골고루 도포된다.

참고로, 균분판(134)은 반응탑(130)의 상부쪽 빗면(130a)에서 연장된 다수의 수직봉(138)에 의해 공중에 매달리게 된다(도 6참조).

한편, 반응탑(130)의 하부에 형성되는 배출구(133)는 도 6 및 도 8에서 보는 바와 같이 하나로 형성되지 않고 여러 개가 반응탑(130)의 측면상으로 등간격 형성된다. 이때, 각각의 배출구(133)는 외부로 일정길이의 원호를 그리면서 연장된다.

따라서 다수의 배출구(133)를 통해 배출되는 폐열가스는 충분한 개수의 출구에 의해 반응탑(130)의 하부에서 회류되면서 다음의 백필터(140)로 이송하게 된다.

이때, 각각의 배출구(133)들은 다시 하나로 합쳐진 후, 백필터(140)로 연결됨이 바람직하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 폐열 보일러 110 : 소각로
111 : 내화벽돌 112 : 금속블록
120 : 열교환로 121 : 전열관
125 : 중력공간 126 : 개폐문
130 : 반응탑 131 : 유입공
132 : 분사노즐 133 : 배출구
134 : 균분판 135 : 수직공
136 : 타공 140 : 백필터

Claims (1)

1. 폐기물을 소각하는 소각로(110);
   상기 소각로(110)에서 발생된 폐열가스가 통과되면서 전열관(121)에 의해 열교환이 이루어져 증기를 얻는 열교환로(120);
   상기 열교환로(120)를 통과한 폐열가스에 물이나 약품을 살포하여 중화시키는 반응탑(130); 및
   상기 반응탑(130)을 통과한 폐열가스내의 분진을 포집한 후 대기방출시키도록 대용량 송풍팬이 설치된 백필터(140);를 포함하며,
   상기 열교환로(120)내에는 상기 전열관(121)이 설치되지 않아 한사람 정도가들어갈 수 있는 크기의 중력공간(125)이 적어도 한 구간 이상으로 형성되며, 이 중력공간(125)의 외벽에는 개폐문(126)이 형성됨을 특징으로 하는 폐기물 소각로에서 발생되는 폐열가스의 폐열을 회수하는 열교환로.

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