KR101534490B1 - 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소로 내부로 토출되는 연소공기의 속도를 향상시킴으로써, 고온에 견딜 수 있고 고농도의 불화수소 가스에 의한 부식을 방지할 수 있으며 연소 효율이 향상되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치를 개시한다.
본 발명은 폐냉매가 처리되는 내부 공간이 구비된 단일벽으로 이루어진 연소로(11)와, 상기 연소로(11)의 내부 공간에 형성되고, 연소에 필요한 연소공기가 상기 연소로(11) 내측면을 따라 선회하며 공급되도록 유입관(21)이 연결되고, 상기 연소공기에 의해 상기 연소로(11)의 내측면이 냉각되는 연소실(20)와, 상기 유입관(21)에서 토출되는 연소공기를 상기 연소로(11)의 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 가이드부재(40, 140)를 포함하고, 상기 가이드부재(40, 140)와 내측면 사이의 간격은 상기 유입관(21)에 가까운 입구부의 간격(d1)보다 끝단부의 간격(d2)이 좁게 형성된다.

Description

폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치{AIR SUPPLING APPARATUS OF WASTE REFRIGERANT BURNER}

본 발명은 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소기의 내부에 연소공기를 고속으로 분사하여 고온에 견딜 수 있고, 고농도의 불화수소 가스에 의한 부식을 방지할 수 있으며 연소 효율을 향상시킬 수 있는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치에 관한 것이다.

현재 국내에서 수집 및 회수 또는 폐기과정에서 발생하는 폐냉매는 오존층 파괴물질인 CFC와 지구 온난화 물질인 HFC가 대표적이며, 적절한 후처리없이 대기중으로 방출되고 있다. 국내의 경우, 자동차, 가정용, 산업용에서 발생하는 폐냉매를 안정적으로 처리 또는 파괴하는 시설이 전무하며, 국내에 등록되어 있는 관련 특허는 주로 플라즈마를 이용하여 폐냉매를 파괴하는 기술에 관한 것이다.

종래 기술의 플라즈마 분해법(한국등록특허 제10-189842호, 플라즈마 가수를 이용한 폐기물 처리장치 및 그 방법)은 고온의 플라즈마를 이용하여 폐냉매를 완전 분해하는 기술이다.

그러나, 이러한 플라즈마 분해법은 냉매 분해를 위한 전용설비가 설치되어야 하며, 경제적으로 처리비용이 높다는 결점이 있다. 또한 장비의 대형화 시, 플라즈마 가스의 온도 유지가 용이하지 않아 대용량 처리에 적합하지 않다는 단점이 있다.

폐냉매를 파괴하는 또 다른 기술인 LNG-Burning 기술의 경우 고온으로부터 연소실 외벽을 보호하기 위해 열용량이 상대적으로 매우 큰 내화물을 설치하기 때문에 연소효율을 높이는데 한계가 있고 설비의 정비 및 가동 시 많은 시간과 에너지가 소비된다.

그리고 두 기술 모두 폐냉매 열적 분해 과정에서 배출되는 고농도의 불화수소 가스에 의한 부식으로 연소 설비가 훼손되는 문제점이 있다.

따라서 폐냉매 열적 파괴를 위해 LNG-Burning 기술을 적용하기 위해는 내화물을 대체할 연소기 외벽 냉각 기술과 HF의 부식을 방지할 기술이 요구된다.

또한 공랭식 연소기를 작동시키는 경우 원활한 연소기 내벽 냉각을 위해 연소공기가 연소기 내벽을 따라 회전 후 연소실 중앙부에 형성된 난류에 합류해야 하지만 연소공기 공급량의 감소 시 공급 속도 감소에 의한 회전력 감소로 연소로 내벽의 일부의 냉각성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

한국등록특허 제10-189842호 (플라즈마 가스를 이용한 폐기물 처리장치 및 그 방법)

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 연소로 내부에 연소공기가 토출되는 순간 공급 속도를 향상시켜 연소로의 냉각성능을 향상시킨 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연소 가스가 연소로 내측면에 접촉되는 것을 방지하여 HF에 의한 부식을 원천적으로 차단하고, 연소 효율을 향상시킬 수 있는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연소기가 고온에 견딜 수 있고, 연소 효율을 향상시킬 수 있는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치는 폐냉매가 처리되는 내부 공간이 구비된 단일벽으로 이루어진 연소로; 상기 연소로의 내부 공간에 형성되고, 연소에 필요한 연소공기가 상기 연소로 내측면을 따라 선회하며 공급되도록 유입관이 연결되고, 상기 연소공기에 의해 상기 연소로의 내측면이 냉각되는 연소실; 상기 유입관에서 토출되는 연소공기를 상기 연소로의 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 가이드부재;를 포함하고, 상기 가이드부재와 내측면 사이의 간격은 상기 유입관에 가까운 입구부의 간격보다 끝단부의 간격이 좁다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 가이드부재는 상기 연소로의 내측면을 따라 일정간격을 두고 형성된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 연소로의 내부 공간에 형성되고, 폐냉매가 상기 연소로 내측면을 따라 선회하며 공급되도록 유입관이 연결되고, 상기 폐냉매에 의해 상기 연소로의 내측면이 냉각되는 폐냉매 연소실;을 더 포함한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 연소로의 상기 연소실과 상기 폐냉매 연소실 사이에는 재순환되는 배가스가 공급되는 배가스 연소실이 더 포함된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 배가스 연소실에는 공급되는 배가스가 상기 연소로 내측면을 따라 선회하며 공급될 수 있도록 배가스를 토출시키는 유입관이 구비되고, 상기 유입관에는 상기 내측면을 따라 연장되는 상기 가이드부재가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 배가스 연소실에는 배가스를 공급하는 배가스 재순환 배관이 연결되고, 상기 배가스 재순환 배관에는 열교환기가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 열교환기에는 폐냉매 탱크에 저장된 폐냉매를 안내하는 폐냉매 공급관이 연결되어 상기 배가스와 상기 폐냉매의 열교환이 실시된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 연소실은 상기 연소로 내부에 다수개 형성되고, 상기 연소로에 설치되는 각각의 유입관은 상기 연소로의 길이방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 서로 다른 각도로 기울어지게 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 폐냉매 연소실은 적어도 하나의 층으로 구획되고, 폐냉매 탱크에서 상기 폐냉매 연소실로 폐냉매를 안내하는 각각의 폐냉매 공급관에는 개폐 밸브가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 폐냉매 연소실에는 상기 유입관에서 토출되는 폐냉매가 상기 연소로의 내측면을 따라 선회하도록 상기 유입관에서 상기 내측면을 따라 연장되는 가이드부재가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 유입관까지 액체 상태로 공급된 폐냉매는 상기 가이드부재를 지나면서 상기 연소로 내측면의 열을 흡수하여 기화되면서 상기 틈새를 통해 토출된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 연소실은 상기 연소로의 내부에 다수개 형성되고, 상기 연소로에 설치되는 각각의 유입관은 상기 연소로의 길이방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 서로 다른 각도로 기울어지게 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 공급실과 가장 먼거리에 위치하는 상기 연소실에 장착되는 상기 유입관은 상기 공급실 방향을 향하도록 기울어지게 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 연소로의 내부 공간 일측에 장착되는 버너에는 연료를 공급하는 연료탱크가 연결되고, 상기 연소로에는 상기 공랭식 연소기를 거친 열적 분해 가스가 차례로 통과하는 케비티, 스크러버, ID fan 및 굴뚝이 연결되고, 상기 ID fan로 이동되는 배가스 중 일부는 재순환 배관을 통해 상기 공랭식 연소기에 재순환된다.

이와 같이 본 발명에 의한 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치는 연소공기로 연소로를 냉각함으로써 열효율이 향상되고, 연소공기의 토출속도를 높임으로써, 연소로 내부의 회전 선회류를 발생시킬 때, 연소 반응물질인 폐냉매와 산화제의 혼합을 촉진시켜 연소효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 연소기 폐냉매 공급방법 및 공급장치는 연소기의 하단부에 내측면을 향해 공급되는 폐냉매가 압축된 액체로 공급되어 연소기 내벽을 냉각하므로 연소공기 공급량 감소에 따른 열에 의한 연소설비 훼손을 방지하는 효과가 있다. 또한 폐냉매가 연소기 내측면을 냉각하는 과정에서 기화되므로 폐냉매 기화에 추가적인 에너지가 필요하지 않고, 연소기 내부에는 기체 상태의 폐냉매가 공급되므로 국부적인 온도하락이 발생되지 않고, 연소기 내측면을 따라 폐냉매가 기화되면서 발생되는 부피 팽창으로 인해 연소기 내부로 폐냉매가 매우 빠른 속도로 유입되며, 연소기 하단 중앙에 강한 난류를 형성시키므로 연소기의 전체 연소효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템은 연소공기로 연소기 외벽을 냉각함으로써 연소효율을 높이는 효과가 있으며, 연소기 내측면에 도입된 회전 선회류에 의해 연소가스가 연소기 내측면에 접촉되는 것을 방지하여 HF에 의한 부식을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템은 공랭식 연소기의 냉각용 추가 유체로서 대기오염 방지시설 후단의 200도씨 배출가스 일부를 연소기로 재순환 사용함으로써 질소산화물 배출 저감 효과 및 비용절감 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템은 선회류를 이루도록 토출되는 연소공기가 공급실을 향해 기울어지게 토출되므로, 연소중인 가스가 연소로 내부에서 완전 연소할 수 있는 충분한 시간을 보장하므로, 연소효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치의 시스템을 도시한 상태도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치의 시스템의 물질 수지도를 도시한 상태도,
도 3은 도 1에 도시된 연소기를 도시한 단면도,
도 4는 도 3의 "A-A" 부분을 단면하여 도시한 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 유입관을 도시한 측면도,
도 6는 도 3의 "B-B" 부분을 단면하여 도시한 단면도,
도 7은 도 3의 "C-C" 부분을 단면하여 도시한 단면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 연소기를 단면하여 도시한 단면도,
도 9은 본 발명의 바람직한 제3 실시예인 연소기를 단면하여 도시한 단면도,
도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치의 시스템을 도시한 상태도,
도 11은 도 10에 도시된 연소기를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. 4) '포함한다, 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. 7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. 9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치의 시스템을 도시한 상태도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치의 시스템의 물질 수지도를 도시한 상태도이고, 도 3은 도 1에 도시된 연소기를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 "A-A" 부분을 단면하여 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 유입관을 도시한 측면도이고, 도 6는 도 3의 "B-B" 부분을 단면하여 도시한 단면도이고, 도 7은 도 3의 "C-C" 부분을 단면하여 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치가 구비된 연소기 시스템은 폐냉매가 저장된 폐냉매 탱크(7), 열교환기(6), 공랭식 연소기(10), 케비티(Cavity)(2), 스크러버(Scrubber)(3), 대기오염방지시설, ID fan(4), 및 굴뚝(5)으로 구성된다.

공랭식 연소기(10)는 소정의 내부 수용공간을 갖는 연소로(11)로 구성된다. 연소로(11)의 내부 수용공간은 일측부터 차례로 공급실(12), 배가스 연소실(30), 폐냉매 연소실(50), 및 연소실(20)이 구비된다.

연소로(11)의 하단부에 형성되는 공급실(12)에는 버너(16)가 설치되고, 버너(16)에는 연료탱크(8)가 연결된다. 연료탱크(8)에는 폐냉매 연소에 필요한 보조연료로서 LNG를 사용하는 것이 가장 바람직하나, 그 외의 연소가 가능한 연료를 사용할 수도 있다.

연소로(11)의 중간영역에 형성되는 연소실(20)에는 외부 공기를 펌프(22)로 강제 송풍시킨 연소공기가 공급되는 유입관(21)이 형성된다. 유입관(21)은 연소로(11) 내부로 토출되는 연소공기가 내측면을 따라 선회할 수 있도록 연소로(11) 내측면의 접선방향을 따라 설치 된다. 유입관(21)은 접선방향을 따라 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치각도가 연소로(11)의 중심점을 기준으로 90도 보다 둔각을 이루도록 설치할 수도 있다. 둔각이나 예각을 이루더라도 90도에 가깝게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이 유입관(21)에는 가이드부재(40)가 내측면과 일정간격을 두고 연장된다. 가이드부재(40)는 유입관(21)에서 토출되는 연소공기를 연소로(11) 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 역할을 수행한다.

가이드부재(40, 140)와 연소로(11) 내측면 사이의 간격은 유입관(21)과 가까운 입구부측의 간격(d1) 보다 끝단부의 간격(d2)가 좁게 형성된다. 도시된 바와 같이 가로 방향의 폭 간격(d2)는 입구부측 보다 끝단부 측이 좁게 형성되고, 세로 방향의 폭 간격은 입구부측과 끝단부측의 간격이 동일하거나, 끝단부 측이 좁아지거나, 끝단부측이 확장되는 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 가이드부재(40, 140)의 끝단부 측에는 경사지게 기울어지는 경사면(40a)가 구비된다.

연소로(11)의 내부에는 다수개의 연소실(20)이 층을 이루도록 형성된다. 가이드부재(40)는 이웃하는 유입관(21)의 근처까지 연장되는 구조로 구성될 수도 있다. 연소로(11)는 두께가 5~20mm의 두께를 이룬다. 10mm의 두께를 이루는 것이 가장 바람직하다. 연소로(11)는 단일벽으로 이루어지며, 탄소강으로 이루어진다. 바람직하게는 STS310S 재질을 사용한다. 또한 연소공기에 의해 연소로(11)의 내측면이 냉각되므로 연소로(11)의 외측면 온도는 80도씨 이하로 유지된다.

도 5에 도시된 바와 같이 연소로(11)의 내부에는 다수개의 연소실(20)이 층을 이루도록 다수개 형성된다. 각 연소실(20)에 장착되는 유입관(21)은 연소로(11)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 형성되거나, 수직한 방향에 대해 기울어지게 형성된다. 공급실(12)에서 가장 먼 위치에 형성된 연소로(11)에 장착되는 유입관(21)은 토출되는 연소공기가 공급실(12) 방향을 향하도록 기울어지게 장착된다. 유입관(21)이 기울어지게 장착되면, 연소공기가 공급실(12)을 향해 선회하면서 토출되고, 이로 인해 연소되는 가스가 연소로(11) 내에 충분히 머무르게 되면서 완전연소를 이룰 수 있게 된다. 또 다른 실시예로서 각 연소실(20)에 장착되는 유입관(21)의 기울기를 조절할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 배출유로(13)에 가까운 유입관(21)은 그 끝단이 공급실(12) 방향을 향하도록 기울어지게 장착되고, 중간에 위치한 유입관(21)은 연소로(11)의 길이방향에 대해 수직하게 장착되고, 공급실(12)에 가까운 유입관(21)은 배출유로(13)를 향하도록 기울어지게 장착되는 구조로 구성될 수 있다. 유입관(21)이 수평면에 대해 기울어지게 장착됨으로써, 연소중이 가스가 연소로(11) 내에서 충분히 연소될 수 있는 시간을 보장한다.

연소로(11)의 하단측에는 재순환되는 배가스가 공급되는 배가스 연소실(30)이 형성된다. 배가스 연소실(30)에는 열교환기(7)를 거쳐 폐냉매와 열교환이 실시된 배가스를 공급하는 재순환 배관(5b)이 연결된 유입관(31)이 형성된다. 유입관(31)은 연소로(11) 내부로 토출되는 배가스가 내측면을 따라 선회할 수 있도록 연소로(11) 내측면의 접선방향을 따라 설치된다. 유입관(31)은 접선방향을 따라 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치각도가 연소로(11)의 중심점을 기준으로 90도 보다 둔각을 이루도록 설치할 수도 있다. 둔각이나 예각을 이루더라도 90도에 가깝게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이 유입관(31)에는 가이드부재(40)가 내측면과 일정간격을 두고 연장된다. 가이드부재(40)는 유입관(31)에서 토출되는 배가스를 연소로(11) 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 역할을 수행한다.

가이드부재(40, 140)와 연소로(11) 내측면 사이의 간격은 유입관(31)과 가까운 입구부측의 간격(d1) 보다 끝단부의 간격(d2)가 좁게 형성된다. 도시된 바와 같이 가로 방향의 폭 간격(d2)는 입구부측 보다 끝단부 측이 좁게 형성되고, 세로 방향의 폭 간격은 입구부측과 끝단부측의 간격이 동일하거나, 끝단부 측이 좁아지거나, 끝단부측이 확장되는 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 가이드부재(40, 140)의 끝단부 측에는 경사지게 기울어지는 경사면(40a)가 구비된다.

배가스 연소실(30)은 공급실(12)과 연소실(20) 사이에 설치되는 것이 바람직하나, 설계자의 요구에 따라 다수개의 연소실(20) 사이에 설치되거나, 연소실(20)의 최 상단측에 설치되는 것도 가능하다. 배가스 연소실(30)의 유입관(31)에는 배가스 재순환 배관(5b)이 연결된다. 배가스가 유입되는 배가스 재순환 배관(5a)과 배가스 재순환 배관(5b) 사이에는 열교환기(6)가 설치된다.

열교환기(6)에는 폐냉매 탱크(7)와 연결되는 폐냉매 공급관(7a)과 폐냉매 연소실(50)에 연결되는 폐냉매 공급관(7b)이 연결된다. 열교환기(6)는 폐냉매 공급관(7a, 7b)을 통과하는 폐냉매와 배가스 재순환 배관(5a, 5b)을 통과하는 배가스의 열교환이 실시된다.

배가스 연소실(30)과 공급실(12) 사이에는 폐냉매가 공급되는 폐냉매 연소실(50)이 형성된다. 폐냉매 연소실(50)에는 열교환된 폐냉매를 공급하는 폐냉매 공급관(7b)이 연결된 유입관(51)이 형성된다.

유입관(51)은 연소로(11) 내부로 토출되는 폐냉매가 내측면을 따라 선회할 수 있도록 연소로(11) 내측면의 접선방향을 따라 설치된다. 유입관(51)은 접선방향을 따라 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치각도가 연소로(11)의 중심점을 기준으로 90도 보다 둔각을 이루도록 설치할 수도 있다. 둔각이나 예각을 이루더라도 90도에 가깝에 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 유입관(51)에는 가이드부재(40)가 내측면과 일정간격을 두고 연장된다. 가이드부재(40)는 유입관(51)에서 토출되는 폐냉매를 연소로(11) 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 역할을 수행한다. 폐냉매 연소실(50)은 공급실(12)과 배가스 연소실(30) 사이에 설치되는 것이 바람직하나, 설계자의 요구에 따라 다수개의 연소실(20) 사이에 설치되는 것도 가능하다. 가이드부재(40, 140)와 연소로(11) 내측면 사이의 간격은 유입관(51)과 가까운 입구부측의 간격(d1) 보다 끝단부의 간격(d2)가 좁게 형성된다. 도시된 바와 같이 가로 방향의 폭 간격(d2)는 입구부측 보다 끝단부 측이 좁게 형성되고, 세로 방향의 폭 간격은 입구부측과 끝단부측의 간격이 동일하거나, 끝단부 측이 좁아지거나, 끝단부측이 확장되는 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 가이드부재(40, 140)의 끝단부 측에는 경사지게 기울어지는 경사면(40a)가 구비된다.

폐냉매 연소실(50)은 적어도 하나의 층으로 구획된다. 또한 도 11에 도시된 바와 같이 두 개 이상 다수개의 층으로 구획되는 것이 바람직하고, 이때 각 폐냉매 연소실(50)로 폐냉매를 안내하는 각각의 폐냉매 공급관(7a)에는 개폐밸브(7c)가 장착된다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 유입관(51)에서 연장되는 가이드부재(41)는 이웃하는 유입관(51) 부근까지 연장된다. 연장된 가이드부재(41)와 벽면 사이에는 좁은 틈새가 형성된다. 이 틈새를 통해 폐냉매가 토출된다. 이때, 열교환기에서 미처 열교환이 이루어지지 못한 액체 상태의 폐냉매는 가이드부재(41)와 내측면 사이를 통과하면서 내측면의 열을 흡수하여 기화된다. 기체 상태로 기화되는 폐냉매는 내측면을 냉각시킨다. 또한 기체 상태로 기화되는 폐냉매는 가이드부재(41)와 내측면 사이 공간에서 팽창되면서 압력이 증가하고, 그 압력에 의해 연소기 내부로 폐냉매가 빠른 속도로 토출된다. 빠르게 토출되는 폐냉매에 의해 강한 선회류가 발생된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 공랭식 연소기(10)의 배출유로(13)에는 차례로 케비티(2), 스크러버(3), ID fan(4) 및 굴뚝(5)이 연결된다. 상기 ID fan(4)로 이동되는 배가스 중 일부는 재순환 배관(5a, 5b)을 통해 상기 공랭식 연소기(10)에 재순환된다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예인 연소기 폐냉매 공급장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 연소로(11)에는 유입관(21)에서 토출되는 연소공기를 안내하는 가이드 부재(140)가 내측면을 따라 일정 간격을 두고 다수개 설치된다.

또한 연소로(11)에는 유입관(31)에서 토출되는 배가스를 안내하는 가이드 부재(140)도 내측면을 따라 일정 간격을 두고 다수개 설치된다. 가이드 부재(140)는 판형상으로 형성된다. 가이드 부재(140)는 끝단이 연소로(11)의 중심점을 향해 약간 기울어진 형상으로 배열된다. 유입관(21)에 설치되는 가이드부재의 형상이 가이드 부재(40)에서 가이드 부재(140)로 변경된 구조 이외의 구조와 작동은 본 발명의 제1 실시예와 동일하다.

마찬가지로 본 발명의 바람직한 제3 실시예인 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템은 도 9에 도시된 바와 같이 연소로(11)에는 유입관(21)에서 토출되는 연소공기를 안내하는 가이드 부재(140)가 내측면을 따라 일정 간격을 두고 다수개 설치된다. 그리고 가이드 부재(140)에는 회동축(141)이 형성된다. 회동축(141)은 연소로(11)에 회전가능하게 장착되고, 그 끝단에는 회동축(141)을 회전시킬 수 있는 손잡이(미도시)가 장착되거나, 모터 등의 구동수단이 연결되어 회동축(141)을 회전시키는 구조로 구성된다.

또한 연소로(11)에는 유입관(31)에서 토출되는 배가스를 안내하는 가이드 부재(140)나, 유입관(51)에서 토출되는 폐냉매를 안내하는 가이드 부재(140)도 내측면을 따라 일정 간격을 두고 다수개 설치된다. 가이드 부재(140)는 판형상으로 형성된다. 가이드 부재(140)는 끝단이 연소로(11)의 중심점을 향해 약간 기울어진 형상으로 배열된다. 유입관(31)에 설치되는 가이드 부재(140)에도 회동축(141)이 형성된다. 회동축(141)은 연소로(11)에 회전가능하게 장착되고, 그 끝단에는 회동축(141)을 회전시킬 수 있는 손잡이(미도시)가 장착되거나, 모터 등의 구동수단이 연결되어 회동축(141)을 회전시키는 구조로 구성된다. 유입관(31)에 설치된 가이드부재(140)에 연결된 회동축(141)과 유입관(21)에 설치된 가이드부재(140)에 연결된 회동축(141)은 각각 별도로 구성될 수도 있고, 하나의 축으로 연결된 구조로 구성될 수도 있다.

유입관(21, 31, 51)에 설치되는 가이드부재의 형상이 가이드 부재(40)에서 회동축(141)이 설치된 가이드 부재(140)로 변경된 구조 이외의 구조와 작동은 본 발명의 제1 실시예와 동일하다.

마찬가지로 본 발명의 바람직한 제4 실시예인 연소기 폐냉매 공급장치가 구비된 연소기 시스템은 도 10에 도시된 바와 같이 공랭식 연소기(10)의 배출유로(13)에는 차례로 케비티(2), 스크러버(3), IDfan(4) 및 굴뚝(5)이 연결된다. 폐냉매 탱크(7)는 폐냉매 공급관(7a)을 통해 곧바로 연소로(11)의 폐냉매 연소실(50)로 연결된다.

또한 도 11에 도시된 바와 같이 공랭식 연소기(10)의 연소로(11)의 내부 수용공간은 일측부터 차례로 공급실(12), 폐냉매 연소실(50) 및 연소실(20)이 구비된다.

공급실(12)에는 버너(16)가 설치되고, 연소실(20)은 다수개의 층으로 이루어진다. 각 연소실(20)에는 유입관(21)이 연결되어 연소공기가 연소로(11) 내부를 냉각할 수 있도록 공급된다.

연소실(20)과 공급실(12) 사이에 구획되는 폐냉매 연소실(50)에는 액체 상태의 폐냉매를 공급하는 폐냉매 공급관(7a)이 연결된 유입관(51)이 형성된다. 폐냉매 공급관(7a)은 폐냉매 탱크(7)에 직접 연결되어 액체 상태로 보관되는 폐냉매를 공급받는다.

유입관(51)은 연소로(11) 내부로 토출되는 폐냉매가 내측면을 따라 선회할 수 있도록 연소로(11) 내측면의 접선방향을 따라 설치된다. 유입관(51)은 접선방향을 따라 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치각도가 연소로(11)의 중심점을 기준으로 90도 보다 둔각을 이루도록 설치할 수도 있다. 둔각이나 예각을 이루더라도 90도에 가깝에 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 유입관(51)에는 가이드부재(40)가 내측면과 일정간격을 두고 연장된다. 가이드부재(40)는 유입관(51)에서 토출되는 폐냉매를 연소로(11) 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 역할을 수행한다. 폐냉매 연소실(50)은 공급실(12)과 배가스 연소실(30) 사이에 설치되는 것이 바람직하나, 설계자의 요구에 따라 다수개의 연소실(20) 사이에 설치되는 것도 가능하다.

폐냉매 연소실(50)은 도 11에 도시된 바와 같이 두 개 이상 다수개의 층으로 구획되는 것이 바람직하고, 이때 각 폐냉매 연소실(50)로 폐냉매를 안내하는 각각의 폐냉매 공급관(7a)에는 개폐밸브(7c)가 장착된다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 유입관(51)에서 연장되는 가이드부재(41)는 이웃하는 유입관(51) 부근까지 연장된다. 연장된 가이드부재(41)와 벽면 사이에는 좁은 틈새가 형성된다. 이 틈새를 통해 폐냉매가 토출된다. 이때, 액체 상태의 폐냉매는 가이드부재(41)와 내측면 사이를 통과하면서 내측면의 열을 흡수하여 기화된다. 기체 상태로 기화되는 폐냉매는 연소로의 내측면을 냉각시킨다. 또한 기체 상태로 기화되는 폐냉매는 가이드부재(41)와 내측면 사이 공간에서 팽창되면서 압력이 증가하고, 그 압력에 의해 연소기 내부로 폐냉매가 빠른 속도로 토출된다. 빠르게 토출되는 폐냉매에 의해 강한 선회류가 발생된다.

이와 같이 본 발명의 바람직한 제4 실시예인 연소기 폐냉매 공급장치는 연소로(11)의 하단부에 내측면을 향해 공급되는 폐냉매가 압축된 액체로 공급되어 연소기 내벽을 냉각하므로 연소공기 공급량 감소에 따른 열에 의한 연소설비 훼손을 방지한다. 또한 폐냉매가 연소로(11) 내측면을 냉각하는 과정에서 기화되므로 폐냉매 기화에 추가적인 에너지가 필요하지 않고, 연소로(11) 내부에는 기체 상태의 폐냉매가 공급되므로 국부적인 온도하락이 발생되지 않고, 연소로(11) 내측면을 따라 폐냉매가 기화되면서 발생되는 부피 팽창으로 인해 연소기 내부로 폐냉매가 매우 빠른 속도로 유입되며, 연소로(11) 하단 중앙에 강한 난류를 형성시키므로 연소기의 전체 연소효율이 향상된다.

또한 폐냉매 연소실(50)이 다수개의 층으로 구획되고, 각 층을 이루는 폐냉매 연소실(50)에 폐냉매를 공급하는 폐냉매 공급관(7a)에 각각 개폐밸브(7c)가 장착됨으로써, 각각의 폐냉매 연소실(50)에 공급되는 폐냉매를 제어할 수 있다. 이는 공급되는 폐냉매의 종류에 따라 연소로(11)에 공급되는 폐냉매 양을 조절해야하기 때문이다. 폐냉매 중에서 HFC134a의 경우에는 연소반응중에 열을 방출하는 발열반응이 발생되고, CFC22의 경우에는 연소반응중에 열을 흡수하는 흡열반응이 발생된다. 이와 같이 폐냉매의 종류에 따라 발열반응이 발생되기거나, 흡열반응이 발생되기 때문에 연소로 내부에 공급되는 폐냉매의 양을 조절해야만 한다.

연소로(11) 내부에 많은 양의 폐냉매를 공급해야하는 경우에는 개폐밸브(7c)를 모두 열어 각각의 폐냉매 연소실(50)에 모두 폐냉매를 공급한다. 그리고 연소로(11) 내부에 적은 양의 폐냉매를 공급해야하는 경우에는 일부의 개폐밸브(7c)를 닫아, 각각의 폐냉매 연소실(50) 중 일부의 폐냉매 연소실(50)에만 선택적으로 폐냉매를 공급한다. 폐냉매의 종류에 따라 폐냉매 연소실(50)에 선택적으로 폐냉매를 공급함으로써 연소효율이 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시예로 구성된 공랭식 연소기(10)의 내부 체적이 0.15m3인 경우를 일예로 들어 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

연료탱크(8)에서는 보조 연료로 LNG가 5.71kg/hr, 8.99Nm3/hr로 연소로(11)에 공급되고, 이때 보조연료의 온도는 상온이다. 또한 폐냉매 탱크(7)에 저장된 폐냉매는 상온의 액상상태로 20kr/hr로 공급된다. 이때 열교환기(6)를 거치거나, 가이드부재(40)과 벽면 사이를 통과하면서 약 25도씨의 기상으로 변환된 상태로 연소기(10)에 공급된다.

또한 약 170도씨 정도의 배가스는 열교환기(6)를 거치면서 폐냉매와 열교환이 실시되어 25도씨 정도의 온도로, 24.45.kr/hr로 연소기(11)에 공급된다.

또한 연소기에 공급되는 연소공기는 230 kr/hr, 177Nm3/hr로 연소로(11)에 공급된다. 펌프(22)에 의해 강제 송풍된 공기는 유입관(21)을 통해 연소로(11) 내부로 공급된다. 법선방향으로 형성된 유입관(21)을 통과한 연소공기는 외벽의 내측면을 따라 선회한다. 이때 가이드 부재(40)에 의해 연소공기는 외벽의 내측면을 따라 충분히 선회를 반복한다. 연소공기가 외벽의 내측면을 따라 선회하면서 외벽을 냉각시킨다. 동시에 연소중인 가스가 외벽의 내측면에 접촉되는 것을 저감한다. 따라서 연소공기가 외벽에 접촉되면서 예열된 상태로 연소되므로 연소효율이 향상되고, 연소중인 가스에 의해 연소로(11) 내측면이 부식되는 것을 방지한다.

연소로(11)의 내부에서 연소공기와 함께 폐냉매의 연소가 완료되면, 배출유로(13)를 통해 이동된다. 이때 이동되는 가스는 대략 1170도씨 정도의 온도로 281kr/hr, 221Nm3/hr로 이동된다. 이 가스는 Urea가 2.6kr/hr, 농도 4wt% 상태인 케비티(2)를 거치면서 283kr/hr, 224Nm3/hr인 배출가스로 변환된다. 이때 온도는 대략 1100도씨에 이른다. 다음으로 공정수 118kr/hr, 압축공기 45kr/hr인 스크러버(3)를 거치면서 배출가스는 446g/hr, 422Nm3/hr로 변환된다. 이때 온도는 약 170도씨에 이른다.

이 중 일부는 재순환 배관(5a)을 통해 열교환기(6)로 이동된다. 그리고 나머지 배가스는 ID fan(4)과 굴뚝(5)을 거쳐 방출된다.

재순환 배관(5a)으로 이동된 배가스는 열교환기(6)를 거치면서 폐냉매와 열교환을 실시하고, 재순환 배관(5b)을 거쳐 연소로(11)에 공급된다.

이와 같이 본 발명에 의한 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템은 기존 공랭식 연고기술의 경우 폐기물 또는 고형연료를 대상으로 하기 때문에 과잉공기비를 1.8~2.2로 운전하여 연소로 외벽 냉각에 필요한 충분한 공기를 공급하면서 연소가 가능하였다. 이때 연소가스 중 산소 농도는 약 12vol% 정도이다.

연소로(11)는 연소과정에서 열에너지가 발생된다. 이 열에너지를 견디기 위해 종래에는 고가의 내열 금속재료를 내측면으로 사용하여 설비 손상을 방지하였다. 열전달 속도가 느린 내화물을 이용하여 연소기 외벽을 냉각하기도 하였다. 내화물의 경우 열용량이 매우 크므로 많은 열에너지를 보유하고 있고, 이는 곧 에너지손실로 이어진다. 따라서 내화물 대신 연소에 필요한 연소공기로 내측면을 냉각하면 내화물이 보유하는 에너지 손실을 줄일 수 있고, 동시에 연소기 외벽 냉각 과정에서 연소공기가 예열되므로 에너지 효율이 증가된다.

연소공기로 연소로(11) 외벽을 냉각하기 때문에 충분한 냉각을 위해서는 많은 양의 연소공기(일반적으로 과잉공기비 2.0. 이상)가 요구된다. 그러나, 폐냉매의 경우에는 안정적인 연소를 위해 작은 과잉공기비 운전이 요구되므로, 연소제어를 위해 과잉공기비를 낮추어야하고, 이를 위해 연소공기의 양을 줄여야 한다. 이때 연소공기의 감소로 발생되는 외벽을 냉각 부족은 열교환이 실시된 재순환 배가스로 충당한다. 또한, 연소로(11) 내부에 공급되는 연소공기의 선회류를 통한 완전연소와, 국부적인 고온영역 방지와, 연소로(11) 내 체류시간을 확보할 수 있다.

선회류 형성을 위해서는 내부 공급속도가 매우 중요하다. 과잉공기비를 낮추기 위해 연소공기 공급량이 감소하게 되면 연소로(11) 내부 공급속도가 감소하는 현상을 방지하기 위해 가이드부재(140)와 외벽을 간격을 외벽온도가 80도씨가 될 때까지 줄이고, 유입관(21, 31) 근처에 가이드부재(40, 140)를 설치하여 공급속도를 유지한다.

본 발명에서는 대상 폐기물이 폐 냉매이며, 보조연료로 LNG를 사용하기 때문에 과잉공기비가 1.3~1.4로 비교적 낮게 운전할 수 있으며, 따라서 연소공기 공급량이 감소함에 따라 연소로(11) 외벽을 냉각하기 위한 유체가 추가로 요구된다. 본 발명에서는 연소로(11) 외벽을 냉각하기 위한 유체로 스크러버(3)를 통과한 200도씨전후의 배가스와 외부공기를 강제 송풍시킨 연소가스를 사용한다.

공랭식 연소기(10)는 연소로(11) 내측면에 도입되는 회전 선회류에 의해 연소중인 가스가 연소로(11) 내측면에 접촉되는 것을 방지하여 HF에 의한 부식을 원천적으로 방지할 수 있다.

또한, 열교환기(6)는 스크러버(3)를 통과한 200도씨 전후의 재순환 배가스를 배가스 재순환 배관(5a, 5b)을 통해 이동시켜 액체 상태의 폐냉매와 열교환하여 폐냉매는 기화시키고, 재순환 배가스는 상온으로 냉각하여 연소로(11)에 공급한다. 재순환 배가스 유량은 연소로(11)로 공급되는 폐냉매를 기화하는데 필요한 만큼만 사용하며 200도씨 전후의 재순환 배가스는 열교환기(6)에 제공됨으로써 폐냉매 공급 및 연소기 냉각을 원활하게 할 수 있다. 따라서, 폐냉매 기화에 필요한 열에너지 소비량 감소 및 재순환 배가스 냉각에 따라 연소로(11) 외벽 냉각 효과가 증대할 수 있다.

공랭식 연소기(10) 후단에 열적 분해가스 체류시간 확보 및 완전연소 유도를 위해 2차 연소실을 추가로 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐냉매 전용 열적 파괴처리 및 무해화 시스템에서 대기오염방지시설은 대기오염물질 처리 및 HF 회수 역할을 하며, ID fan(4) 및 굴뚝(5)은 처리된 연소 배가스 대기 배출 및 오염물질 모니터링 역할을 수행한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

2 : 케비티 3 : 스크러버
4 : ID fan 5 : 굴뚝
6 : 열교환기 7 : 폐냉매 탱크
8 : 연료탱크 10 : 공랭식 연소기
11 : 연소로 12 : 공급실
20 : 연소실 21, 31, 51 : 유입관
30 : 배가스 연소실 40, 140 : 가이드 부재
50 : 폐냉매 연소실 141 : 회동축

Claims (14)

1. 폐냉매가 처리되는 내부 공간이 구비된 단일벽으로 이루어진 연소로(11);
   상기 연소로(11)의 내부 공간에 형성되고, 연소에 필요한 연소공기가 상기 연소로(11) 내측면을 따라 선회하며 공급되도록 유입관(21)이 연결되고, 상기 연소공기에 의해 상기 연소로(11)의 내측면이 냉각되는 연소실(20);
   상기 유입관(21)에서 토출되는 연소공기를 상기 연소로(11)의 내측면을 따라 선회하도록 안내하는 가이드부재(40, 140); 및
   상기 연소로(11)의 내부 공간에 형성되고, 재순환되는 배가스가 공급되는 배가스 연소실(30);을 포함하고
   상기 가이드부재(40, 140)와 내측면 사이의 간격은 상기 유입관(21)에 가까운 입구부의 간격(d1)보다 끝단부의 간격(d2)이 좁게 형성되고,
   상기 배가스 연소실(30)에는 배가스를 공급하는 배가스 재순환 배관(5b)이 연결되고, 상기 배가스 재순환 배관(5b)에는 열교환기(6)가 장착되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드부재(140)는 상기 연소로(11)의 내측면을 따라 일정간격을 두고 형성되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 연소로(11)의 내부 공간에 형성되고, 폐냉매가 상기 연소로(11) 내측면을 따라 선회하며 공급되도록 유입관(51)이 연결되고, 상기 폐냉매에 의해 상기 연소로(11)의 내측면이 냉각되는 폐냉매 연소실(50);을 더 포함하는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 배가스 연소실(30)에는 공급되는 배가스가 상기 연소로(11) 내측면을 따라 선회하며 공급될 수 있도록 배가스를 토출시키는 유입관(31)이 구비되고, 상기 유입관(31)에는 상기 내측면을 따라 연장되는 상기 가이드부재(40, 140)가 장착되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 열교환기(6)에는 폐냉매 탱크(7)에 저장된 폐냉매를 안내하는 폐냉매 공급관(7a, 7b)이 연결되어 상기 배가스와 상기 폐냉매의 열교환이 실시되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 연소실(20)은
   상기 연소로(11) 내부에 다수개 형성되고, 상기 연소로(11)에 설치되는 각각의 유입관(21)은 상기 연소로(11)의 길이방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 서로 다른 각도로 기울어지게 장착되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
9. 제 3항에 있어서, 상기 폐냉매 연소실(50)은 적어도 하나의 층으로 구획되고, 폐냉매 탱크(7)에서 상기 폐냉매 연소실(50)로 폐냉매를 안내하는 각각의 폐냉매 공급관(7a)에는 개폐 밸브(7c)가 장착되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
10. 제 3항에 있어서, 상기 폐냉매 연소실(50)에는 상기 유입관(51)에서 토출되는 폐냉매가 상기 연소로(11)의 내측면을 따라 선회하도록 상기 유입관(51)에서 상기 내측면을 따라 연장되는 가이드부재(40)가 장착되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
11. 제 3항에 있어서, 상기 유입관(51) 까지 액체 상태로 공급된 폐냉매는 이웃하는 유입관(51) 부근까지 연장되어 좁은 틈새를 이루는 상기 가이드부재(40)를 지나면서 상기 연소로(11) 내측면의 열을 흡수하여 기화되면서 상기 틈새를 통해 토출되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제 1항에 있어서, 상기 연소로(11)의 내부 공간 일측에 장착되는 버너(16)에는 연료를 공급하는 연료탱크(8)가 연결되고,
    상기 연소로(11)에는 상기 연소로(11)를 거친 열적 분해 가스가 차례로 통과하는 케비티(2), 스크러버(3), ID fan(4) 및 굴뚝(5)이 연결되고,
    상기 ID fan(4)로 이동되는 배가스 중 일부는 재순환 배관(5a, 5b)을 통해 상기 연소로(11)에 재순환되는 폐냉매 연소기의 연소공기 공급장치.
    
    

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