KR20010103226A - 폐가스를 연료로 하는 완전연소 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치에 관한 것이다.

즉, 화학공장에서 계속적 또는 간헐적으로 발생하는 다수의 연소가능한 폐가스를 종류별로 수집하는 수집탱크, 상기 종류별로 수집된 폐가스의 완전연소에 적합한 폐가스별 버너가 단일 화구에 집적된 버너를 포함하는 보일러, 상기 탱크에 수집된 폐가스 또는 상기 공장에서 계속적으로 발생하는 연소가능한 폐가스를 상기 버너로 공급하는 공급장치, 상기 공급장치에서 각 폐가스별 유량을 측정하는 유량측정기, 상기 유량측정기의 측정유량과 설정값의 차이에 따라 유량을 조절하는 유량조절밸브, 상기 수집탱크에서 상기 버너로의 각 폐가스별 성분을 분석하는 성분분석기, 상기 버너에 상기 폐가스의 연소에 필요한 연소공기를 공급하는 연소공기 공급장치 및 상기 폐가스별 가스성분에 따른 완전연소에 필요한 산소 요구량 및 측정유량에 비례하여 연소에 필요한 전체 연소공기량을 공급하도록 연소공기 공급장치를 제어하는 제어장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치이다.

따라서 본 발명은 화학공장의 각 공정에서 불규칙적으로 발생되는 높은 발열량을 가지는 폐가스의 대기중 연소를 통해 발생하는 에너지 손실 및 연소에 따른 소음, 불꽃 및 불완전 연소로 인한 매연 등의 환경문제를 해결하고 폐가스를 안정적으로 회수하여 보일러내에서 완전연소토록 하였다. 이를 통하여 에너지의 안정적 회수를 통한 산업상 재활용을 가능케 할뿐만 아니라 대기 연소시 불완전 연소에 따른 소음 및 외부로의 연소불꽃과 불완전 연소에 따른 검은 연기 등의 노출을 막을 수 있고 완전연소에 따라 기존의 불완전 연소에 따르는 일산화탄소, 황산화물, 질산화물 또는 그을음의 발생을 억제하여 상기 폐가스의 연소에 따른 대기오염을 최소화하는 효과가 있다.

Description

폐가스를 연료로 하는 완전연소 시스템 {The system of the complete combustion of the waste gas as the fuel}

본 발명은 폐가스를 연료로 하는 완전연소 시스템에 관한 것이다. 즉, 화학공장에서 공정 진행중에 계속적으로 발생하거나 운전의 시동이나 정지시에 간헐적으로 발생하는 다수의 연소가능한 폐가스를 종류별로 수집하는 수집탱크와 상기 각 폐가스를 각각 연소시키기 위한 폐가스별 연소에 적절한 버너가 단일 화구에 집적된 버너, 상기 수집탱크에서 상기 버너로의 각 폐가스별 유량을 측정하는 유량측정기, 상기 유량측정기의 측정유량에 따라 유량을 조절하는 유량조절밸브, 상기 수집탱크에서 상기 버너로의 각 폐가스별 성분을 분석하는 성분분석기, 상기 버너에 상기 폐가스의 연소에 필요한 연소공기를 공급하는 연소공기 공급장치 및 상기 각 폐가스의 성분분석기의 성분 및 유량측정기의 유량에 따라 완전 연소를 위한 연소공기량을 조절하는 제어장치로 구성되는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치이다.

초산, 초산비닐 또는 수소와 같은 화학제품을 생산하는 공장에서 각 공정별로 정상 가동시나 시동 또는 정지와 같은 비정상 가동시에 부산물로서 발생되는 혼합가스(폐가스)는 내부에 일산화탄소, 에틸렌 또는 수소와 같은 높은 발열량을 갖는 성분을 다량 포함하고 있으나 기타의 불순물이 함께 포함되어져 있어 재활용되지 못하고 훌레어굴뚝(Flare Stack)에서 연소되어 대기중에 방출되고 있다.

즉, 각 공정별로 아래와 같은 폐가스가 발생된다.

1) 초산 제조공정중의 저압 흡수기(Low Pressure Adsorber)의 정상운전시 압력 조절을 위하여 쳄버외부로 방출되는 다량의 일산화탄소 성분(∼65.8)을 함유한 폐가스, 고압 흡수기(High Pressure Adsorber)의 정상 운전시 공정으로 재전송된 후 남은 다량의 일산화탄소 성분(∼83.7)을 함유한 폐가스

2) 수소 제조공정중의 1, 2차 PSA(Pressure Swing Adsorption)공정에서 각각 제조공정에 재공급하고 남은 다량의 수소성분(1차:∼88.9, 2차:∼60.8)을 함유한폐가스, 1차 PSA공정의 운전 정지시와 같은 비정상상태에서 배출되는 잉여의 수소성분을 다량(∼88.9) 함유한 폐가스 및 수요자에게 공급되어지고 남은 순수 수소가스

3) 초산비닐 제조공정중의 상기와 유사한 제조 공정중에 발생되는 잉여의 에틸렌 성분(∼61)을 포함한 폐가스, 초산비닐 제조공정의 가동시나 운전정지시에 배출되는 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스

상기의 폐가스들은 별도의 처리 없이 훌레어굴뚝으로 보내어져 대기중에 연소되어 방출되고 있다. 이는 다량의 발열량이 발생을 그대로 대기중에 방출함에 따른 에너지 손실과 이들의 방출 및 연소에 따른 소음, 불꽃 및 불완전 연소로 인한 매연 등의 환경문제를 야기시키고 있다.

따라서 이러한 문제의 해결을 위하여 각 공정에 따라 계속적 또는 간헐적으로 발생되는 상기 폐가스의 안정적 회수 시스템과 회수된 가스를 안정된 유량으로 연소장치에 공급할 수 있도록 하는 장치 및 시스템, 각 폐가스별로 필요로 하는 연소공기량의 산정 및 연소공기를 공급하여 완전한 연소가 이루어지도록 하는 장치 및 시스템 및 이때 발생된 에너지를 산업에 재활용할 수 있도록 하는 장치의 개발이 필요하다.

본 발명은 화학공장의 각 공정에 따라 계속적 또는 간헐적으로 발생되는 높은 발열량을 가지는 폐가스의 안정적 회수 시스템과 회수된 가스를 안정된 유량으로 연소장치에 공급할 수 있도록 하는 시스템, 각 폐가스별로 필요로 하는 연소공기량의 산정 및 연소공기를 공급하여 완전한 연소가 이루어지도록 하는 시스템 및 이때 발생된 에너지를 산업에 재활용할 수 있도록 하는 폐가스를 연료로 한 완전연소 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단일 화구에 여러 종류의 폐가스 연소에 적절한 버너를 집적함으로써 다양하게 발생되는 여러 종류의 폐가스를 단일 보일러 내에서 연소할 수 있도록 하는 폐가스를 연료로 한 완전연소 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 대한 시스템 구성도이다.

도2는 본 발명의 보일러내 버너의 집적된 형태를 나타낸 개략도이다.

도3은 본 발명의 보일러내 버너의 실시예이다.

도4는 본 발명의 유량측정 및 연소공기량 산정기의 구체 실시예이다.

도5는 본 발명의 액화천연가스의 유량측정 및 연소공기량 산정기의 구체 실시예이다.

도6은 본 발명의 공연비 제어 블록선도이다.

본 발명은 폐가스를 연료로 하는 완전연소 시스템에 관한 것이다. 즉, 화학공장에서 계속적 또는 간헐적으로 발생하는 다수의 연소가능한 폐가스를 종류별로 수집하는 수집탱크, 상기 종류별로 수집된 폐가스의 완전연소에 적합한 폐가스별 버너가 단일 화구에 집적된 버너 및 보일러, 상기 탱크에 수집된 폐가스 또는 상기 공장에서 계속적으로 발생하는 연소가능한 폐가스를 상기 버너로 공급하는 공급장치, 상기 공급장치에서 각 폐가스별 유량을 측정하는 유량측정기, 상기 유량측정기의 측정유량과 설정값의 차이에 따라 유량을 조절하는 유량조절밸브, 상기 수집탱크에서 상기 버너로의 각 폐가스별 성분을 분석하는 성분분석기, 상기 버너에 상기 폐가스의 연소에 필요한 연소공기를 공급하는 연소공기 공급장치 및 상기 폐가스별 가스성분에 따른 완전연소에 필요한 산소 요구량 및 측정유량에 비례하여 연소에 필요한 전체 연소공기량을 공급하도록 연소공기 공급장치를 제어하는 제어장치로구성되는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 시스템이다.

본 발명의 실시예인 도1로 본 발명을 설명한다.

즉, 초산, 초산비닐 또는 수소와 같은 화학제품을 생산하는 공장에서 각 공정별로 정상 가동시나 시동 또는 정지와 같은 비정상 가동시에 부산물로서 발생되는 혼합가스(폐가스)는 내부에 일산화탄소, 에틸렌 또는 수소와 같은 높은 발열량을 갖는 성분을 다량 포함하고 있다.

즉, 각 공정별로 아래와 같은 폐가스가 발생된다.

1) 초산 제조공정중의 저압 흡수기의 정상운전시 압력 조절을 위하여 쳄버외부로 방출되는 다량의 일산화탄소 성분(∼65.8)을 함유한 폐가스, 고압 흡수기의 정상 운전시 공정으로 재전송된 후 남은 다량의 일산화탄소 성분(∼83.7)을 함유한 폐가스

2) 수소 제조공정중의 1, 2차 PSA(Pressure Swing Adsorption)공정에서 각각 제조공정에 재공급하고 남은 다량의 수소성분(1차:∼88.9, 2차:∼60.8)을 함유한 폐가스, 1차 PSA공정의 운전 정지시와 같은 비정상상태에서 배출되는 잉여의 수소성분을 다량(∼88.9) 함유한 폐가스 및 수요자에게 공급되어지고 남은 순수 수소가스

3) 초산비닐 제조공정중의 상기와 유사한 제조 공정중에 발생되는 잉여의 에틸렌 성분(∼61)을 포함한 폐가스, 초산비닐 제조공정의 가동시나 운전정지시에 배출되는 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스

도1에서 각 폐가스는 종류별, 발생형태(간헐적/계속적, 비정상운전시/정상운전시)에 따라 탱크에 수집되거나 바로 보일러로 공급된다. 즉, 정상운전시의 저압 흡수기로부터 발생하는 일산화탄소가 다량 함유된 폐가스는 압력조절밸브에 의하여 보일러에서 연소에 필요한 압력으로 자동조절되어 보일러 내의 제1멀티 스퍼드 버너(Multi-Spud Burner)에 공급되어진다. 안전을 위하여 상기 압력조절밸브 전단에 일정압력(상기 압력조절밸브의 압력 보다 높은 압력) 이상에서 상기 폐가스를 훌레어굴뚝(Flare Stack)으로 보내는 안전용 압력조절 밸브를 둘 수 있다. 고압 흡수기로부터 발생하는 일산화탄소가 다량 함유된 폐가스는 유량조절밸브에 의하여 유량 및 압력이 조절되어 저장탱크에 포집된 후 연소에 적합한 압력으로 조정되어 상기 저압 흡수기측 폐가스와 합쳐져서 보일러 내의 제1멀티 스퍼드 버너(Multi-Spud Burner)에 공급되어진다. 이때 상기 합쳐진 일산화탄소가 다량 함유된 폐가스의 유량은 도1의 유량측정 및 필요 공기량 산정 모듈에 의하여 측정되어진다.

상기 일산화탄소가 다량 함유된 폐가스에는 초산성분이 함유되어 있어 이에따른 부식을 방지하기 위하여 연결 배관은 스테인레스 강을 사용하고 보일내의 배관은 일반적인 1.8mm보다 두꺼운 2.0mm를 사용할 수 있다.

공정중 콜드박스(Cold Box)에서 생산된 수소농도를 높이는 공정인 1차 PSA(Presseure Swing Adsorption)공정 인입전에 발생하는 다량의 수소성분을 함유한 폐가스 및 2차 PSA공정 인입전에 발생하는 다량의 수소성분을 함유한 폐가스와 1차 PSA 공정의 정상 운전시 생산된 순수 수소가스의 잉여 부분은 압력 조절밸브에 의하여 압력이 조절되어 저장탱크에 포집된 후 연소에 적합한 압력으로 조정되어 보일러 내의 링 가스 버너(Ring Gas Burner)에 공급되어진다. 이때 상기 수집된 다량의 수소성분을 함유한 폐가스의 유량은 도1의 유량측정 및 필요 공기량 산정 모듈에 의하여 측정되어진다. 또한 상기 안전용 압력조절 밸브를 각 공급라인별로 둘 수 있다.

1차 PSA공정의 운전정지 등의 비정상운전시 발생하는 다량의 수소성분을 함유한 폐가스는 보조 연료인 액화천연가스와 합쳐져서 연소에 적합한 압력으로 조정되어 보일러 내의 센터 파이어 버너(Center Fire Burner)에 공급되어진다. 이때 상기 수집된 다량의 수소성분을 함유한 폐가스의 유량은 액화천연가스와 별도로 도1의 유량측정 및 필요 공기량 산정 모듈에 의하여 측정되어진다.

초산비닐(VAM: Vinyl Acetate Monomer) 제조공정의 처음 가동시, 운정정지시 또는 비상운전시 발생하는 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스는 최대 배출량을 고려하여 배출 전량을 저장할 수 있는 저장탱크에 압력밸브에 의해 압력조정 되어 저장된 후 보일러 부하에 따라 적절한 시기에 완전연소 될 수 있도록 유량조절밸브를 통하여 보일러로 보내어진다. 정상운전시 일정유량을 필요공정에 보내고 남은 잉여의 배출된 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스는 유량조절 밸브를 통하여 저장탱크로 보내어져 비정상 및 정상 운전시 가스중에 포함되어질 수 있는 수분을 가스를 장시간 탱크내에 보관함에 따라 가라앉혀 수분 제거에 따른 완전연소가 될 수 있도록 하여 다른 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스와 혼합되어 보일러로 보내어진다. 상기 탱크에 가라 앉은 수분은 탱크 외부에 장착한 레벨게이지를 통하여 일정 수준이상일 경우에 수작업으로 배수시킨다. 초산비닐 제조 공정중 압축기의 운전 정지시 발생하는 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스는 압축기 정지시 작동하는 별도의압축기로 폐가스가 공급되도록 개폐밸브를 통하여 상기 압축기에서 보일러에 필요한 압력으로 승압후 다른 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스와 혼합되어 보일러로 보내어진다. 상기 혼합된 에틸렌 성분을 다량 포함한 폐가스는 연소에 적합한 압력으로 조정되어 보일러 내의 제2멀티 스퍼드 버너에 공급되어진다. 이때 상기 수집된 다량의 에틸렌 성분을 함유한 폐가스의 유량은 도1의 유량측정 및 필요 공기량 산정 모듈에 의하여 측정되어진다. 또한 상기 안전용 압력조절 밸브를 각 공급라인별로 둘 수 있다.

도1에서 상기 수집된 폐가스는 유량 측정 및 필요공기량 산정기를 지나 각 폐가스별 버너로 연결 배관을 통하여 공급되어진다.

상기 각 폐가스별 버너는 폐가스의 종류에 따라 완전 연소에 용이한 버너를 선정하고 도2에 상기 버너를 동일한 단일 화구에 집적한 집적 버너를 나타내었다. 이에 따라 1기의 보일러가 다수의 폐가스를 연료로 가동되며, 이들 폐가스의 연소 특성에 맞는 버너를 장착함에 따라 페가스별 완전 연소가 가능하고, 각 폐가스별로 완전 소비가 가능하다. 또한 일부 버너의 수리시에도 보일러의 가동이 가능하여 시스템의 효율을 높일 수 있다.

또한 상기 공급 폐가스의 연소를 확인하기 위하여 특정 폐가스의 연소시에 발생하는 불꽃을 검출할 수 있는 장치를 추가할 수 있다.

수소 가스의 경우 가연성 폭발성 가스이므로 연소 여부를 확인하기 위한 안전장치를 구성한다. 즉, 연소가 실제 일어나는 화구의 불꽃을 감지할 수 있는 관측창을 보일러의 외벽에 만들고 상기 관측창에 자외선 검출기를 장착하여 수소 연소시 발생하는 불꽃의 길이 및 색깔을 감지하여 이를 기준으로 수소 가스의 연소를 확인한다. 수소의 경우는 연소시 청색계열의 불꽃이 발생하므로 자외선 검출기를 사용한다. 상기 불꽃이 확인되지 않을 경우 수소가스의 공급을 차단한다.

에틸렌의 경우도 동일한 방법으로 자외선 검출기 대신 적외선 검출기를 사용하여 에틸렌 가스의 연소를 확인한다. 에틸렌의 경우는 연소시 적색계열의 불꽃이 발생하므로 적외선 검출기를 사용한다. 에틸렌 가스의 경우, 탄소간의 이중 결합에 따라 완전 연소가 어려우므로 완전연소를 위하여 1개 이상의 타 연소가스가 점화된 상태에서 에틸렌 가스를 연소토록 한다.

상기 각 폐가스의 버너로의 연결 배관상에 존재하는 유량 측정 및 필요연소공기량 산정을 실시하는 모듈은 도4에 나타낸다. 각 폐가스별 필요 연소공기량 산정을 위하여 각 폐가스의 유량을 측정하는 것이 필요하다. 상기 유량 측정의 경우는 단위 시간당 흐르는 부피량으로 나타나므로 이를 표준상태 부피로 보정하는 것이 필요하다. 즉, 각 폐가스의 온도, 압력 및 유량을 측정하여 이를 기준으로 표준상태 에서의 유량으로 보정한다.

필요 연소 공기량 계산장치는 폐가스의 성분 변화가 거의 없는 폐가스의 경우는 일정한 폐가스의 성분에 따라 표준상태 단위부피의 폐가스가 완전연소에 필요로 하는 이론 공기량은 정해지므로 사익 이론 공기량과 표준상태 가스 유량을 곱하여 실제 유량에 대한 필요 연소 공기량을 계산한다. 본 실시예에서는 에틸렌을 다량 함유한 폐가스를 제외한 폐가스의 경우는 조성이 안정적이므로 성분 분석을 실시하지 않고 에틸렌을 다량 포함한 폐가스에 관해서만 저장 탱크에 포집된 가스의에틸렌 성분 분석을 실시하고 이 분석결과를 상기 필요 연소 공기량 계산장치에 입력하여 에틸렌 성분비에 비례하여 필요 연소 공기량을 증가시키는 보정을 추가한다.

또한 본 실시예에서 보일러의 부하에 따른 최적연소가 이루어지는 공연비의 변화를 표1에 나타내었다. 따라서 상기 최적 공연비로 각 부하조건을 만족하기 위해서는 각 부하조건에 따른 최적 공연비와 기준 조건의 공연비의 역수를 상기 공기량에 곱하여 실제 공급 되는 연소 공기량이 상기 최적 공연비에 맞게 공급될 수 있도록 한다. 이에 대한 예를 일산화탄소가 다량 포함된 폐가스에 대해서 표2에 나타내었다.

표1. 보일러부하(스팀유량)에 따른 공연비 보정

스팀유량 (톤/시간)	VOL()	공연비	변환기의 입력값()	변환기의 출력값
5	8.5	1.68	10	8.5
10	7.4	1.54	20	7.4
15	6.3	1.43	30	6.3
20	5.6	1.36	40	5.6
25	4.8	1.29	50	4.8
30	4.0	1.24	60	4.0
35	3.8	1.22	70	3.8
40	3.5	1.2	80	3.5
45	3.2	1.18	90	3.2
50	3.2	1.18	100	3.2

표2. 부하조건에 따른 최적공연비 보정

부하 ()	스팀유량(톤/시간)	CO Rich Gas	연소공기	산소량 ()	공연비	유량계산기
						입력값()	출력값 ()
14.6	7.3	1800.0	7567.0	8.0	1.62	48.6	9.5
15.4	7.7	1902.3	7997.1	8.0	1.62	51.4	10.0
17.3	8.7	2140.1	8830.2	7.8	1.59	57.8	11.0
19.2	9.6	2377.9	9502.8	7.4	1.54	64.3	11.9
21.1	10.6	2615.7	10453.1	7.4	1.54	70.7	13.1
23.1	11.5	2853.5	11107.2	7.0	1.5	77.1	13.9
25.0	12.5	3091.3	11872.4	6.8	1.48	83.5	14.8
26.9	13.5	3329.0	12526.2	6.5	1.45	90.0	15.7
28.8	14.4	3566.8	13235.9	6.3	1.43	96.4	16.5
29.9	15.0	3700.0	13730.1	6.3	1.43	100	17.2

※ CO Rich Gas의 이론공연비 = 2.595

액화천연가스 공급라인의 경우는 보조 연료로서 공급되어지므로 도5에 이를 나타내었다. 즉, 표준 상태 유량 보정만 실시하여 스팀 생산량과 요구량의 차이에 따른 추가 액화천연가스 필요량과의 비교에 상기 유량을 사용하고, 이후에 두 값중에서 큰 값에 대해서 이론 공기량을 곱하여 액화천연가스에 대한 필요 연소 공기량을 산정한다. 또한 공연비 제어를 위해 필요한 목표 액화천연가스 유량에 따라 상기 유량제어를 실시한다. 이에 대해서는 아래의 제어부분에서 다시 상세하게 설명한다.

연소공기 공급장치로는 텐덤 드라이브 시스템의 강제 드래프트 팬을 사용할 수 있고, 상기 텐덤 드라이브 시스템의 구동을 위하여 상기 구동축의 한쪽 단에는 모터를 장착하고, 반대쪽 단에는 터빈을 장착하여 스팀이 충분한 경우에는 터빈으로 상기 공급장치가 구동되고 스팀이 부족한 경우에만 모터로 구동되도록 할 수 있다.

도5에 보일러의 공연비 제어를 나타내는 블록선도로서 이를 기준으로 설명한다.

먼저 상기 각 폐가스별 공급 유량 및 성분에 의해 결정되어진 필요 연소 공기량 계산장치에서 계산된 연소 공기량를 합하여 전체 폐가스의 필요 연소 공기량을 산정한다. 부하 변동에 따라 요구되어지는 액화천연가스 요구량과 실제 액화천연가스공급라인에서 공급되어지고 있는 액화천연가스유량의 표준상태 보정량을 비교하여 그중 큰 값을 취하고, 상기 액화천연가스유량에 대하여 상기 보일러 부하에 따른 최적 공연비 보정을 실시하여 액화천연가스연소에 필요한 연소 공기량을 계산한다. 상기 전체 폐가스의 필요 연소 공기량과 액화천연가스 필요 연소 공기량을 합하여 전체 필요 연소 공기량을 구한다. 상기 전체 연소 공기량에 연소후 배기가스의 산소 농도를 측정하여 얻은 실제 공연비와 보일러 부하에 따른 배기가스 산소농도의 설정값을 비교하여 그 차이를 없애기 위한 산소센서 보정기의 출력을 전체 필요 연소 공기량에 곱하여 공기량 제어기에 목표값으로 입력되도록 하고 실제 연소공기량 측정에 의해 표준상태로 보정된 연소공기량을 실제값으로 하여 산소센서를 통한 공연비의 피드백제어가 이루어지도록 한다. 상기 표준 상태로 보정된 실제 연소공기 공급량에 상기 산소센서 보정기의 출력을 나누어 목표 공기량을 계산하고, 상기 목표 공기량과 상기 폐가스의 필요 연소공기량의 차이를 구하고, 상기 차이값은 액화천연가스 연소에 필요한 공기량이므로 상기 차이값을 액화천연가스의 이론 공기량으로 나누어 표준상태의 필요 액화천연가스유량을 구한다. 상기 필요 액화천연가스유량과 스팀 요구량에 따른 액화천연가스 요구량중 작은 값을 취하여 액화천연가스공급 라인에 위치한 유량제어장치의 목표값으로 입력한다. 상기 목표값을 기준으로 액화천연가스의 유량을 조절한다.

본 발명은 화학공장의 각 공정에서 불규칙적으로 발생되는 높은 발열량을 가지는 폐가스의 대기중 연소를 통해 발생하는 에너지 손실 및 연소에 따른 소음, 불꽃 및 불완전 연소로 인한 매연 등의 환경문제를 해결하기 위하여 폐가스의 안정적으로 회수하여 보일러내에서 완전연소토록 하였다. 이를 통하여 에너지의 안정적 회수를 통한 산업상 재활용을 가능케 할뿐만 아니라 연소에 따른 소음 및 외부로의 연소불꽃 노출을 막을 수 있고 완전연소에 따라 기존의 불완전 연소에 따르는 일산화탄소, 황산화물, 질산화물 또는 그을음의 발생을 억제하여 상기 폐가스의 연소에 따른 대기오염을 최소화하는 효과가 있다.

또한 다양한 종류의 폐가스 연소를 단일 보일러에 집적함으로써 한가지의 폐가스를 사용하는 시스템의 경우 발생하는 공급 가스의 부족에 따른 시스템 운전시간 감소발생시 보다 폐가스의 연속적인 공급이 가능하여 시스템 사용효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 다수개의 보일러 시스템 시공에 비하여 투자비 감소 및 안정된 스팀을 제공하는 폐가스를 연료로 한 완전연소 장치에 관한 발명이다.

Claims (10)

1. 화학공장에서 계속적 또는 간헐적으로 발생하는 다수의 연소가능한 폐가스를 종류별로 수집하는 수집탱크;

   상기 종류별로 수집된 폐가스의 완전연소에 적합한 폐가스별 버너가 단일 화구에 집적된 버너를 포함하는 보일러;

   상기 탱크에 수집된 폐가스 또는 상기 공장에서 계속적으로 발생하는 연소가능한 폐가스를 상기 버너로 공급하는 공급장치;

   상기 공급장치에서 각 폐가스별 유량을 측정하는 유량측정기;

   상기 유량측정기의 측정유량과 설정값의 차이에 따라 유량을 조절하는 유량조절밸브;

   상기 수집탱크에서 상기 버너로의 각 폐가스별 성분을 분석하는 성분분석기;

   상기 버너에 상기 폐가스의 연소에 필요한 연소공기를 공급하는 연소공기 공급장치; 및,

   상기 폐가스별 가스성분에 따른 완전연소에 필요한 산소 요구량 및 측정유량에 비례하여 연소에 필요한 전체 연소공기량을 공급하도록 연소공기 공급장치를 제어하는 제어장치;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
2. 제1항에서, 상기 폐가스가 수소제조 공정중의 수소가 주성분인 폐가스, 수소제조 공정의 잉여 수소가스, 초산 제조 공정중의 일산화탄소가 주성분인 폐가스, 초산비닐 제조 공정중의 에틸렌이 주성분인 폐가스인 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
3. 제1항에서, 상기 간헐적으로 발생하는 폐가스의 공급장치에 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
4. 제2항에서, 상기 집적 버너가 수소가 주성분인 폐가스에 대해서는 링가스 버너, 잉여 수소가스에 대해서는 센터 파이어 버너, 일산화탄소가 주성분인 폐가스에 대해서는 제1멀티 스퍼드 버너, 에틸렌이 주성분인 폐가스에 대해서는 제2멀티 스퍼드 버너를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
5. 제2항에서, 상기 버너의 불꽃 관측 가능부에 장착된 적외선 및 자외선 검출기;

   상기 수소가 주성분인 가스 또는 잉여수소가스가 공급되는 경우에 상시 자외선 검출기가 자외선을 검출하지 못하는 경우에 상기 수소가 주성분인 가스 또는 잉여수소가스의 공급을 차단하는 제어기;

   상기 에틸렌이 주성분인 폐가스가 공급되는 경우에 상시 적외선 검출기가 적외선을 검출하지 못하는 경우에 상기 에틸렌이 주성분인 폐가스의 공급을 차단하는 제어기;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
6. 제1항에서, 상기 연소공기 공급장치가 텐덤 드라이브 시스템의 강제 드래프트 팬인 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
7. 제6항에서, 상기 텐덤 드라이브 시스템의 구동축의 한쪽 단에 모터, 반대쪽 단에는 터빈이 연결된 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
8. 제1항에서, 상기 연소 공기량 산정에 보일러 스팀 요구량 변동에 따른 보일러 설정부하를 변동하고, 보일러 설정부하의 변동에 따라 변동된 부하조건에서 실측된 최적의 공연비와 기준조건의 공연비의 역수로 상기 연소 공기량을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
9. 제1항에서, 액화 천연가스 공급 장치; 및,

   상기 액화 천연가스 공급량은 부하변화에 따른 액화천연가스 요구량과 액화천연가스 연소를 위해 실제 공급된 연소공기량에 대한 이론 액화천연가스량중 작은 값을 목표값으로 취하고,

   연소공기량은 부하변화에 따른 이론 연소공기 요구량과 실제 액화천연가스 공급량에 대한 이론 연소공기량중 큰 값을 목표값으로 취하여 보정하는 피드포워드 제어기;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치
10. 제9항에서, 연소후 배기가스의 산소 농도 측정장치; 및,

    상기 보정된 공연비를 상기 산소 농도 측정장치의 배기가스 산소 농도값에 따라 피드백 제어하는 제어기;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 연료로 하는 완전연소 장치