KR102105036B1 - 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치 및 이를 이용한 순산소 연소 방법 - Google Patents

고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치 및 이를 이용한 순산소 연소 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 필터의 먼지 제거를 위한 백필터의 펄스 공기로 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스를 이용하고, 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스와 순산소를 혼합하여 연소로 등에 공급함으로써, 백필터, 연소로 등에 외부 공기가 유입되는 것을 최소화하여, 연소 효율을 증대시키는 순산소 연소 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치는, 연소반응이 수행되는 연소부; 연소부로부터 배출되는 가스인 배가스를 전달 받고, 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 백필터부; 백필터부를 통과한 배가스를 처리하여 이산화탄소의 농도를 증가시킴으로써, 상대적으로 고농도의 배가스인 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 고농도배가스생성부; 고농도배가스생성부에서 배출된 고농도배가스를 전달 받은 후, 고농도배가스와 순산소를 배합하여 연소부에 고농도배가스와 순산소의 배합률 및 공급압력에 따라 고농도배가스와 순산소를 공급하거나, 또는 고농도배가스를 백필터부로 공급하는 믹싱탱크부; 및 고농도배가스생성부로부터 배출된 고농도배가스를 믹싱탱크부로 재공급하는 재순환부;를 포함한다.

Description

고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치 및 이를 이용한 순산소 연소 방법 {OXYFUEL COMBUSTION DEVICE USING HIGH CONCENTRATION CARBON DIOXIDE AND METHOD FOR OXYFUEL COMBUSTION USING THE SAME}
본 발명은 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치 및 이를 이용한 순산소 연소 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 필터의 먼지 제거를 위한 백필터의 펄스 공기로 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스를 이용하고, 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스와 순산소를 혼합하여 연소로 등에 공급함으로써, 백필터, 연소로 등에 외부 공기가 유입되는 것을 최소화하여, 연소 효율을 증대시키는 순산소 연소 장치에 관한 것이다.
순산소 연소공정은 연소로에서 연료와 기타 첨가제(산소,석회석,모래, 우레아 등)를 투입하여 반응 후 발생가스 일부를 배가스순환(FGR) Fan을 통해 연소공기 대신 사용하면서 부족한 산소만을 이론 산소량이상으로 맞추어 공급하면서 연소하는 방식이며, 이론상으로 배가스 중 대부분(최고 95%)을 이산화탄소(CO2)로 만들 수 있어 이를 분리 포집하는 데 유리한 공정이다.
순산소 연소는 연료 가스의 CO2 농도를 높여 포집 비용을 줄일 수 있으나, 기존의 연소장치는 수증기, 산소, 질소, 아르곤, 그리고 SO3, SO2, HCl 및 NOx와 같은 산성 가스도 여전히 연료 가스로 사용되고 있다. 부식을 방지하고 격리 요구 사항을 충족하기 위해 CO2가 파이프라인으로 들어가기 전에 CO2에서 산성 불순물을 제거해야 하며, 특히 오일 회수 증진법(EOR)과 같은 응용분야에서는 그 밖에 엄격한 순도 요구 사항이 있을 수 있다.
이와 같은 순산소 연소 공정은 배연가스 재순환법(Flue Gas Recirculation : FGR)을 이용하는데, 보통, 이코노마이저(economizwr: 연소로의 연료 절감 장치) 출구로 부터 배출된 배연가스가 사용되며, 따라서 화로의 공기온도와 산소농도가 동시에 감소될 수 있다. 그리고, 개조된 FGR 응용장치는 매우 비쌀 수 있으며 새로이 대형 덕트를 요구할 수 있다. 또한 송풍기, 공기조절장치 및 제어장비 등 대규모의 개조공사가 필요할 수 있다.
순산소 연소 공정은, 순산소를 사용하기 때문에, 공기중 산소를 이용하는 연소공정에 비해 순산소를 만드는 비용이 추가되는 문제점이 있고, 외부 공기가 연소공정에 유입되지 않도록 하여야 하나, 일반 연소로에서는 현실적으로 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제 10-2014-0089928호(발명의 명칭: 순산소 연소시스템)에서는, 연료와 순산소가 반응하여 연소반응이 일어나는 연소부와, 상기 연소부로 순산소를 공급하는 산소 공급부와, 상기 연소부에서 배출되며 황산화물이 포함된 연소가스에 물을 분사하여 연소과스와 물을 혼합하고 냉각시켜 응축된 황산화물을 제거하는 황산화물 제거부를 포함하여 구성되는 순산소 연소시스템이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제 10-2014-0089928호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 순산소 연소 장치 연소로 내부 등에 외부 공기가 유입되는 것을 최소화하는 것이다.
그리고, 본 발명의 목적은, 순산소 연소 장치의 연소 효율을 증대시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 연소반응이 수행되는 연소부; 상기 연소부로부터 배출되는 가스인 배가스를 전달 받고, 상기 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 백필터부; 상기 백필터부를 통과한 상기 배가스를 처리하여 이산화탄소의 농도를 증가시킴으로써, 상대적으로 고농도의 배가스인 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 고농도배가스생성부; 상기 고농도배가스생성부에서 배출된 상기 고농도배가스를 전달 받은 후, 상기 고농도배가스와 순산소를 배합하여 상기 연소부에 상기 고농도배가스와 순산소의 배합률 및 공급압력에 따라 상기 고농도배가스와 순산소를 공급하거나, 또는 상기 고농도배가스를 상기 백필터부로 공급하는 믹싱탱크부; 및 상기 고농도배가스생성부로부터 배출된 상기 고농도배가스를 상기 믹싱탱크부로 재공급하는 재순환부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 고농도배가스에 포함된 이산화탄소의 농도는, 85 내지 95%일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연소부는, 연소반응이 이루어지는 연소로, 상기 연소로의 상부 일측에 연결되는 싸이클론, 상기 연소로의 일측 및 상기 싸이클론의 하부와 연결되는 입자순환유닛, 및 상기 연소로의 하부 타측에 연결되는 연료공급유닛,을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연소로는, 상기 연소로의 내부에 상기 연소로 내부의 압력을 측정하는 연소로압력센서를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연소로는, 상기 연소로의 내부에 상기 연소로 내부의 산소 농도를 측정하는 산소농도측정센서를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 믹싱탱크부는, 상기 고농도배가스생성부로부터 상기 고농도배가스를 전달 받은 후, 상기 고농도배가스와 순산소를 배합하여 배출하거나, 또는, 상기 고농도배가스를 배출하는 믹싱탱크유닛, 상기 믹싱탱크유닛에 순산소를 공급하는 순산소공급유닛, 및 상기 믹싱탱크유닛 내부의 상기 고농도배가스와 순산소를 외부로 배출하여 상기 믹싱탱크유닛 내 압력을 제어하는 압력제어유닛,을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 믹싱탱크부는, 상기 믹싱탱크유닛 내 압력을 측정하는 믹싱탱크압력센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 고농도배가스생성부와 상기 믹싱탱크부 사이에 형성되고, 상기 고농도배가스생성부로부터 상기 고농도배가스를 전달 받아 저장하며, 저장된 상기 고농도배가스를 상기 믹싱탱크부로 공급하는 고농도배가스저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연소부의 가동 중지 경우, 상기 믹싱탱크부는 상기 고농도배가스를 상기 연소부에 퍼지용으로 공급하여, 상기 연소부로부터 올라오는 가스의 역류를 방지하고, 고농도 이산화탄소가 소화제의 기능을 수행하여 화재를 예방할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 연소부에서 연소가 수행되어 상기 배가스가 생성되는 단계; ii) 상기 백필터부가 상기 연소부의 연소로로부터 상기 배가스를 전달받고 상기 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 단계; iii) 상기 고농도배가스생성부가 상기 백필터부로부터 상기 배가스를 전달받고 상기 배가스를 처리함으로써 상기 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 단계; iv) 상기 고농도배가스가 상기 백필터부로 공급되어 탈리 공정에 이용되는 단계; 및 v) 상기 연소로로 상기 고농도배가스와 순산소의 혼합가스가 공급되는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 필터의 먼지 제거를 위한 백필터의 펄스 공기로 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스를 이용하고, 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스와 순산소를 혼합하여 연소로 등에 공급함으로써, 백필터, 연소로 등에 외부 공기가 유입되는 것을 최소화하여, 순산소 연소 장치의 연소 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 퍼지용으로 공급되는 퍼지 가스로 고농도 이산화탄소를 포함하는 배가스를 이용하므로, 배관 등의 부식을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소 장치 내 유체 흐름에 대한 개략도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소 장치 내 유체 흐름에 대한 개략도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 순산소 연소 장치는, 연소반응이 수행되는 연소부(100); 연소부(100)로부터 배출되는 가스인 배가스를 전달 받고, 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 백필터부(400); 백필터부(400)를 통과한 상기 배가스를 처리하여 이산화탄소의 농도를 증가시킴으로써, 상대적으로 고농도의 배가스인 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 고농도배가스생성부(210); 고농도배가스생성부(210)에서 배출된 고농도배가스를 전달 받은 후, 고농도배가스와 순산소를 배합하여 연소부(100)에 고농도배가스와 순산소의 배합률 및 공급압력에 따라 고농도배가스와 순산소를 공급하거나, 또는 고농도배가스를 백필터부(400)로 공급하는 믹싱탱크부(300); 및 고농도배가스생성부(210)로부터 배출된 고농도배가스를 믹싱탱크부(300)로 재공급하는 재순환부(500);를 포함할 수 있다. 여기서, 연소부(100)에서 배출된 스팀은 터빈부(800)로 공급되어 터빈을 구동시킬 수 있고, 연소부(100)에서 배출된 배가스는 백필터부(400)로 유동하여 공급될 수 있다.
고농도배가스에 포함된 이산화탄소의 농도는, 85 내지 95%일 수 있다. 즉, 배가스에 포함된 이산화탄소가 고농도인 경우는, 상기와 같이 이산화탄소의 농도가 형성되는 경우를 의미할 수 있다.
연소부(100)는, 연소반응이 이루어지는 연소로(110), 연소로(110)의 상부 일측에 연결되는 싸이클론(120), 연소로(110)의 일측 및 싸이클론(120)의 하부와 연결되는 입자순환유닛(130), 및 연소로(110)의 하부 타측에 연결되는 연료공급유닛(140),을 포함할 수 있다.
연소로(110)는 연소 반응이 이루어지도록 마련되며, 로(furnace) 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 싸이클론(120)은 연소로(110)에서 생성된 가스와 유동사 등의 고체를 분리할 수 있다. 그리고, 입자순환유닛(130)은 싸이클론(120)으로부터 유동사 등의 고체를 전달 받아 다시 연소로(110)에 재투입시킬 수 있다.
연료공급유닛(140)은 연소로(110)에 연료를 공급할 수 있다. 그리고, 싸이클론(120)의 일측에 열교환유닛(150)이 연결되어 형성되며, 배가스 열교환 및 정제 등이 수행될 수 있다.
재순환부(500)는, 상기와 같이 고농도배가스생성부(210)로부터 배출된 고농도배가스를 믹싱탱크부(300)로 재공급하도록 형성되며, 구체적으로, 재순환부(500)는 연소부(100)의 하류 측에 위치하여, 고농도배가스생성부(210)로부터 배출된 고농도배가스의 일부 또는 전부를 믹싱탱크부(300)로 공급함으로써 결과적으로 연소부(100)로 재공급할 수 있다. 이를 위해, 재순환부(500)는 팬(fan)을 구비할 수 있다.
본 발명의 순산소 연소 장치는, 연소부(100)와 재순환부(500) 사이에 설치되는 배가스밸브부(610)를 포함할 수 있고, 배가스밸브부(610)는 연소부(100)로부터 배출된 배가스의 재순환량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 연소부(100)로부터 배출된 배가스는 연소부(100)로부터 배출되어 스택부(700)로 배출되는데, 여기서, 배가스밸브부(610)는 연소부(100)와 스택부(700) 사이에 위치하여 개방됨으로써, 스택부(700)로 배출되는 배가스의 일부 또는 전부를 재순환부(500)로 이동하도록 유도할 수 있다.
본 발명의 순산소 연소 장치는, 고농도배가스생성부(210)와 믹싱탱크부(300) 사이에 형성되고, 고농도배가스생성부(210)로부터 고농도배가스를 전달 받아 저장하며, 저장된 고농도배가스를 믹싱탱크부(300)로 공급하는 고농도배가스저장부(220)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 순산소 연소 장치에서, 배가스밸브부(610)와 재순환부(500) 사이에는 백필터부(400), 고농도배가스생성부(210), 고농도배가스저장부(220)가 순차적으로 위치하여 형성되며, 배가스밸브부(610)를 통과한 배가스는 백필터부(400)를 통과하면서 배가스에 대한 여과 집진이 수행되고, 다음으로, 백필터부(400)를 통과한 배가스가 고농도배가스생성부(210)를 통과하면서 배가스에 포함된 산소, 질소, 아르곤 등의 가스 및 SOx, HCl과 NOx와 같은 산성 가스가 제거되어 배가스로부터 고농도배가스가 생성되며, 이와 같이 생성된 고농도배가스가 압축된 후 고농도배가스저장부(220)로 전달되어 저장될 수 있다. 그리고, 고농도배가스저장부(220)에 저장된 고농도배가스가 재순환부(500)로 공급되어 고농도배가스의 재공급 및 재순환이 수행될 수 있다. 배가스로부터 상기와 같은 가스들을 제거하는 사항은 공지기술로써 상세한 설명은 생략할 수 있다.
믹싱탱크부(300)는, 고농도배가스생성부(210)로부터 고농도배가스를 전달 받은 후, 고농도배가스와 순산소를 배합하여 배출하거나, 또는, 고농도배가스만을 배출하는 믹싱탱크유닛(310), 믹싱탱크유닛(310)에 순산소를 공급하는 순산소공급유닛(320), 및 믹싱탱크유닛(310) 내부의 고농도배가스와 순산소를 외부로 배출하여 믹싱탱크유닛(310) 내 압력을 제어하는 압력제어유닛(330),을 포함할 수 있다. 여기서, 믹싱탱크부(300)는, 믹싱탱크유닛(310) 내 압력을 측정하는 믹싱탱크압력센서를 더 포함할 수 있다.
믹싱탱크부(300)는 재순환부(500)와 연소부(100) 사이에 설치되는데, 구체적으로, 믹싱탱크부(300)는 재순환부(500)의 하류 측 및 연소부(100)의 상류 측에 형성될 수 있다. 그리고, 믹싱탱크부(300)는 백필터부(400), 연소로(110), 연료공급유닛(140) 및 입자순환유닛(130)과 배관 연결될 수 있다.
믹싱탱크유닛(310)은 재순환부(500)로부터 공급 받은 이산환탄소를 순산소와 혼합하도록 형성되며, 믹싱탱크유닛(310)은 공급 받은 고농도배가스와 순산소를 기설정된 비율에 따라 혼합하고, 혼합된 혼합가스를 균일한 압력으로 연소로(110), 입자순환유닛(130) 및 연료공급유닛(140)에 제공할 수 있다. 믹싱탱크유닛(310)은 연소로(110), 입자순환유닛(130) 및 연료공급유닛(140) 각각에 기설정된 고농도배가스 및 순산소의 배합률 및 공급압력에 따라 고농도배가스와 순산소의 혼합가스를 공급함으로써, 연소부(100)가 일정한 연소 효율을 내도록 할 수 있다.
그리고, 믹싱탱크유닛(310)은 고농도배가스만을 배출할 수도 있으며, 고농도배가스만 배출하는 경우, 고농도배가스는 백필터부(400)로 공급되어 백필터부(400)의 필터에 집진된 먼지를 제거하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 백필터부(400)에 고농도배가스만 공급됨으로써, 백필터부(400)로 다른 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
순산소공급유닛(320)은 믹싱탱크부(300)에 배관 연결되어 믹싱탱크부(300)로 순산소를 공급할 수 있다. 그리고, 압력제어유닛(330)은 믹싱탱크유닛(310) 내부의 고농도배가스와 순산소의 혼합가스 또는 고농도배가스를 외부로 배출할 수 있다. 또는, 믹싱탱크유닛(310)이 연소부(100)에 혼합가스를 제공하거나 백필터부(400)에 고농도배가스를 제공한 이후에, 잔량의 고농도배가스 또는 혼합가스를 스택부(700)로 배출함으로써, 믹싱탱크유닛(310) 내 압력을 제어할 수 있다.
믹싱탱크부(300)에 포함되는 믹싱탱크압력센서는, 믹싱탱크유닛(310) 내 압력을 측정하고, 이에 대한 정보를 제어부로 전달할 수 있다. 여기서, 본 발명의 순산소 연소 장치는, 믹싱탱크압력센서와 같은 센서의 측정 정보를 송신하고, 이에 따라 기설정된 제어신호를 송출하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
믹싱탱크압력센서로부터 믹싱탱크유닛(310) 내 압력에 대한 정보를 전달 받은 제어부는, 재순환부(500) 또는 순산소공급유닛(320)으로 제어신호를 전달하고, 이에 따라, 재순환부(500)의 고농도배가스 공급량 또는 순산소공급유닛(320)의 순산소 공급량이 제어될 수 있다.
유인송풍기(620)는 연소로(110)와 배가스밸브부(610) 사이에 형성되며, 연소로(110)로부터 배출되어 배가스밸브부(610)로 전달되는 배가스에 유동 힘을 제공할 수 있다. 그리고, 유인송풍기(620)는 연소로(110) 내부가 기설정된 양압을 유지하도록 연소로(110) 내 유량 및 압력을 제어할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 순산소 연소 장치 내 결함으로 인해 외기가 유입될 경우, 외기 내 질소 함량이 순산소 연소의 주요 목적인 고농도 고농도배가스 생산에 희석작용을 할 수 있다. 따라서, 연소로(110) 내 압력이 외기압 대비 양압(positive pressure)인 상태에서 운전하도록 유인송풍기(620)의 운영이 수행될 수 있다.
연소로(110)는, 연소로(110)의 내부에 연소로(110) 내부의 압력을 측정하는 연소로(110)압력센서를 구비할 수 있다. 그리고, 연소로(110)는, 연소로(110)의 내부에 연소로(110) 내부의 산소 농도를 측정하는 산소농도측정센서를 구비할 수 있다.
상기와 같이 연소로(110) 내부의 압력이 양압으로 유지되도록 제어가 수행될 수 있고, 구체적으로, 연소로(110)압력센서에서 연소로(110) 내부의 압력을 측정하여 이에 대한 정보를 제어부로 전달하고, 제어부는, 연소로(110)의 압력이 외기압과 비교하여 낮거나 같게 형성되는 경우, 믹싱탱크부(300)와 유인송풍기(620)로 제어신호를 전달하고, 이에 따라, 믹싱탱크부(300)는 고농도배가스와 순산소의 혼합가스에서 고농도배가스의 양을 증가시켜 연소로(110)로 혼합가스를 공급함으로써 연소로(110) 내부의 양압이 유지될 수 있다. 또는, 유인송풍기(620)는 배가스 배출량을 감소시킴으로써 연소로(110) 내부의 양압이 유지될 수 있도록 할 수 있다.
연소로(110) 내부의 산소농도측정센서는 연소로(110) 내부의 산소 농도에 대한 정보를 제어부로 전달하고, 제어부는, 기설정된 산소 농도 보다 연소로(110) 내부의 산소 농도가 낮다고 판단되면, 믹싱탱크부(300)로 제어신호를 전달하여 믹싱탱크부(300)에서 생성되는 혼합가스에서 순산소의 배합 비율이 증가되도록 하고, 기설정된 산소 농도보다 연소로(110) 내부의 산소 농도가 높다고 판단되면, 믹싱탱크부(300)로 제어신호를 전달하여 믹싱탱크부(300)에서 생성되는 혼합가스에서 순산소의 배합 비율이 감소되도록 할 수 있다.
연소부(100)의 가동 중지 경우, 믹싱탱크부(300)는 고농도배가스를 연소부(100)에 퍼지용으로 공급하여, 연소부(100)로부터 올라오는 가스의 역류를 방지하고, 고농도 이산화탄소가 소화제의 기능을 수행하여 화재를 예방할 수 있다. 제어부가 연소부(100)의 가동 여부에 대한 신호를 연소부(100)로부터 전달 받을 수 있고, 제어부는 연소부(100)의 가동 중지로 판단되는 경우, 믹싱탱크부(300)에 제어신호를 전달하여 믹싱탱크부(300)로부터 연소부(100)로 고농도배가스를 퍼지용으로 공급하여 연소부(100) 및 각 배관에 불요 성분이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 고농도의 이산화탄소를 포함하는 고농도배가스가 재순환부(500)와 연소부(100) 사이에 형성된 각각의 배관을 유동함으로써, 해당하는 각각의 배관의 부식을 방지하여 본 발명의 순산소 연소 장치의 내구성을 증대시킬 수 있다.
그리고, 고농도배가스가 백필터부(400)에서 펄스 가스의 기능을 수행하고, 고농도배가스와 순산소가 혼합된 혼합가스가 연소로(110)에 공급되어 고농도배가스에 의한 연소로(110)의 양압 유지가 수행되어, 본 발명의 순산소 연소 장치 내 외기 유입을 최소화함으로써, 본 발명의 순산소 연소 장치의 연소 효율이 증대될 수 있다.
또한, 상기와 같이 고농도의 이산화탄소를 포함하는 고농도배가스가 본 발명의 순산소 연소 장치를 순환함으로써, 고농도배가스가 퍼지 가스로 이용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 순산소 연소 장치에서 퍼지 가스가 자체 생산되어 비용이 절감되고, 퍼지 가스로 고농도의 이산화탄소를 이용하므로 배관 등의 부식을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 순산소 연소 장치를 이용한 순산소 연소 방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 연소부(100)에서 연소가 수행되어 배가스가 생성될 수 있다.
둘째 단계에서, 백필터부(400)가 연소부(100)의 연소로(110)로부터 배가스를 전달받고 배가스에 대한 여과 집진을 수행할 수 있다.
셋째 단계에서, 고농도배가스생성부(210)가 백필터부(400)로부터 배가스를 전달받고 배가스를 처리함으로써 고농도배가스를 생성하여 압축시킬 수 있다. 여기서, 먼지 등이 제거된 배가스에 포함된 산소, 질소, 아르곤 등의 가스가 제거되고, 또한, 배가스에 포함된 SOx, HCl과 NOx와 같은 산성 가스가 제거되어, 배가스로부터 고농도의 고농도배가스가 생성될 수 있다.
넷째 단계에서, 고농도배가스가 백필터부(400)로 공급되어 탈리 공정에 이용될 수 있다. 여기서, 탈리 공정은, 믹싱탱크부(300)로부터 백필터부(400)로 고농도배가스가 공급됨으로써 고농도배가스에 의해 백필터부(400)의 필터에 집진된 먼지가 제거되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 고농도배가스가 펄스 가스로써 기능하는 것일 수 있다.
다섯째 단계에서, 연소로(110)로 고농도배가스와 순산소의 혼합가스가 공급될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 연소부 110 : 연소로
120 : 싸이클론 130 : 입자순환유닛
140 : 연료공급유닛 150 : 열교환유닛
210 : 고농도배가스생성부 220 : 고농도배가스저장부
300 : 믹싱탱크부 310 : 믹싱탱크유닛
320 : 순산소공급유닛 330 : 압력제어유닛
400 : 백필터부 500 : 재순환부
610 : 배가스밸브부 620 : 유인송풍기
700 : 스택부 800 : 터빈부

Claims (10)

  1. 연소반응이 수행되며, 연소로, 상기 연소로의 내부에 설치되고 상기 연소로 내부의 압력을 측정하는 연소로압력센서 및, 상기 연소로의 내부에 설치되고 상기 연소로 내부의 산소 농도를 측정하는 산소농도측정센서,를 포함하는 연소부;
    상기 연소부로부터 배출되는 가스인 배가스를 전달 받고, 상기 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 백필터부;
    상기 연소로와 상기 백필터부 사이에 형성되며, 배가스에 유동힘을 제공하는 유인송풍기;
    상기 백필터부를 통과한 상기 배가스를 처리하여 이산화탄소의 농도를 증가시킴으로써, 상대적으로 고농도의 배가스인 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 고농도배가스생성부;
    상기 고농도배가스생성부에서 배출된 상기 고농도배가스를 전달 받은 후, 상기 고농도배가스와 순산소를 배합하여 상기 연소부에 상기 고농도배가스와 순산소의 배합률 및 공급압력에 따라 상기 고농도배가스와 순산소를 공급하거나, 또는, 상기 고농도배가스를 상기 백필터부로 공급하는 믹싱탱크부;
    상기 고농도배가스생성부로부터 배출된 상기 고농도배가스를 상기 믹싱탱크부로 재공급하는 재순환부; 및
    상기 연소로압력센서로부터 상기 연소로 내부의 압력에 대한 정보를 전달받고, 상기 산소농도측정센서로부터 상기 연소로 내부의 산소 농도에 대한 정보를 전달받으며, 상기 유인송풍기와 상기 믹싱탱크부로 제어신호를 전달하는 제어부;를 포함하고,
    상기 연소로의 압력이 외기압과 비교하여 낮거나 같게 형성되는 경우, 상기 제어부의 제어신호에 의해, 상기 믹싱탱크부가 상기 고농도배가스와 순산소의 혼합가스에서 상기 고농도배가스의 양을 증가시켜 상기 연소로로 상기 혼합가스를 공급하거나, 또는, 상기 유인송풍기가 상기 배가스 배출량을 감소시킴으로써, 상기 연소로 내부의 양압이 유지되며,
    기설정된 산소 농도 대비 상기 연소로 내부의 산소 농도가 상이한 경우, 상기 제어부의 제어신호에 의해 상기 믹싱탱크부에서 상기 혼합가스에 함유된 순산소의 배합 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고농도배가스에 포함된 이산화탄소의 농도는, 85 내지 95%인 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연소부는,
    상기 연소로의 상부 일측에 연결되는 싸이클론,
    상기 연소로의 일측 및 상기 싸이클론의 하부와 연결되는 입자순환유닛, 및
    상기 연소로의 하부 타측에 연결되는 연료공급유닛,을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 믹싱탱크부는,
    상기 고농도배가스생성부로부터 상기 고농도배가스를 전달 받은 후, 상기 고농도배가스와 순산소를 배합하여 배출하거나, 또는, 상기 고농도배가스를 배출하는 믹싱탱크유닛,
    상기 믹싱탱크유닛에 순산소를 공급하는 순산소공급유닛, 및
    상기 믹싱탱크유닛 내부의 상기 고농도배가스와 순산소를 외부로 배출하여 상기 믹싱탱크유닛 내 압력을 제어하는 압력제어유닛,을 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 믹싱탱크부는, 상기 믹싱탱크유닛 내 압력을 측정하는 믹싱탱크압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고농도배가스생성부와 상기 믹싱탱크부 사이에 형성되고, 상기 고농도배가스생성부로부터 상기 고농도배가스를 전달 받아 저장하며, 저장된 상기 고농도배가스를 상기 믹싱탱크부로 공급하는 고농도배가스저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 연소부의 가동 중지 경우, 상기 믹싱탱크부는 상기 고농도배가스를 상기 연소부에 퍼지용으로 공급하여, 상기 연소부로부터 올라오는 가스의 역류를 방지하고, 고농도 이산화탄소가 소화제의 기능을 수행하여 화재를 예방하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치.
  10. 청구항 1의 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치를 순산소 연소 방법에 있어서,
    i) 상기 연소부에서 연소가 수행되어 상기 배가스가 생성되는 단계;
    ii) 상기 백필터부가 상기 연소부의 연소로로부터 상기 배가스를 전달받고 상기 배가스에 대한 여과 집진을 수행하는 단계;
    iii) 상기 고농도배가스생성부가 상기 백필터부로부터 상기 배가스를 전달받고 상기 배가스를 처리함으로써 상기 고농도배가스를 생성하여 압축시키는 단계;
    iv) 상기 고농도배가스가 상기 백필터부로 공급되어 탈리 공정에 이용되는 단계; 및
    v) 상기 연소로로 상기 고농도배가스와 순산소의 혼합가스가 공급되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치를 이용한 순산소 연소 방법.
KR1020180134643A 2018-11-05 2018-11-05 고농도 이산화탄소를 이용하는 순산소 연소 장치 및 이를 이용한 순산소 연소 방법 KR102105036B1 (ko)

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