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WO2023163320A1 - 폐열 회수 시스템 및 방법 - Google Patents

폐열 회수 시스템 및 방법 Download PDF

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Publication number
WO2023163320A1
WO2023163320A1 PCT/KR2022/017557 KR2022017557W WO2023163320A1 WO 2023163320 A1 WO2023163320 A1 WO 2023163320A1 KR 2022017557 W KR2022017557 W KR 2022017557W WO 2023163320 A1 WO2023163320 A1 WO 2023163320A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waste heat
heat recovery
water tank
tank
water
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/017557
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박재관
오정민
박태진
서준호
김용정
Original Assignee
삼성엔지니어링 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성엔지니어링 주식회사 filed Critical 삼성엔지니어링 주식회사
Publication of WO2023163320A1 publication Critical patent/WO2023163320A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/32—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • a waste heat recovery system and method are disclosed. More specifically, a waste heat recovery system and method capable of continuously operating without stopping operation are disclosed.
  • a waste heat recovery boiler is a device that produces steam and hot water by recovering thermal energy from exhaust gases discharged from incinerators, blast furnaces, melting furnaces, chemical processes, and the like. Therefore, the waste heat recovery boiler can save energy and protect the environment by recycling discarded waste heat, and the produced steam or hot water can be used for industrial processes, generate electricity using a steam turbine, or use hot water to nearby Equipment can be heated.
  • the “waste heat recovery” boiler allows boiler water to flow inside the tube located in the passage through which the exhaust gas flows, evaporates the boiler water using the heat of the exhaust gas to generate steam, and then discharges it through the pipe to recover the waste heat.
  • the injected cooling water is evaporated by the high temperature of the exhaust gas to generate steam, and the steam is circulated through a pipe to recover waste heat.
  • waste heat recovered from the waste heat recovery boiler can be used to preheat air, produce steam, or heat oil.
  • One embodiment of the present invention provides a waste heat recovery system capable of continuously operating without stopping operation.
  • Another embodiment of the present invention provides a waste heat recovery method capable of continuously operating without stopping operation.
  • waste heat supply member configured to supply waste heat to the waste heat recovery boiler
  • a waste heat recovery system including a water tank configured to be in fluid communication with the waste heat supply member is provided.
  • the waste heat recovery boiler may include an exhaust gas passage and a plurality of cooling tubes spaced apart from each other in the exhaust gas passage.
  • the waste heat supply member includes a main duct, an inlet duct and an outlet duct, the inlet duct being configured to be in fluid communication with a side of the main duct, and the outlet duct being configured to be in fluid communication with an upper portion of the main duct;
  • the water tank may be configured to be in fluid communication with the lower part of the main duct.
  • the waste heat recovery system may further include an air blaster configured to forcibly transport the accumulated dust to the water tank when dust derived from exhaust gas accumulates in the waste heat supply member.
  • the waste heat recovery system may further include an expansion joint member disposed between the main duct and the water tank to connect them to each other.
  • the waste heat recovery system may not include a dust fall prevention member between the main duct and the water tank.
  • the waste heat recovery system may further include a water supply pipe, a drain pipe, and a circulation pipe branched from the drain pipe configured to be in fluid communication with the water tank, respectively.
  • the waste heat recovery system includes a water level gauge configured to measure the height of the liquid filled in the water tank, a pump configured to discharge the liquid from the water tank, and a pump installed at a rear end of the circulation pipe as a rear end of the pump to liquidate the liquid according to a signal of the water level gauge. It may further include a third flow control valve configured to adjust the discharge amount of.
  • the waste heat recovery system may further include an equalization tank configured to be in fluid communication with the tank, and configured to supply water from the equalization tank to the tank according to a pressure difference between a water pressure in the equalization tank and a liquid pressure in the tank. .
  • Another aspect of the present invention is
  • It provides a waste heat recovery method comprising the step (S30) of supplying the remaining part of the exhaust gas that has passed through the waste heat supply member to a water tank.
  • the step (S30) may be configured to drop some of the dust included in the exhaust gas into the water tank by gravity without obstruction of the dust fall prevention member.
  • the waste heat recovery method may further include maintaining the concentration of sodium carbonate in the liquid filled in the water tank below a reference value (S40).
  • the step (S40) includes supplying water into the tank at a first flow rate (S40-1), discharging the liquid filled in the tank at a second flow rate (S40-2), and step (S40-2). ) Recirculating a part of the liquid discharged in step (S40-3) to the water tank at a third flow rate and the remaining part of the liquid discharged in step (S40-2) to the outside of the water tank at a fourth flow rate. It may include a step of discharging (S40-4).
  • the waste heat recovery method further includes measuring a height of the liquid filled in the water tank (S50), and the fourth flow rate of the step (S40-4) is the liquid in the water tank measured in the step (S50). can be determined according to the height of
  • FIG. 1 is a partially transparent perspective view of a waste heat recovery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of the waste heat recovery system of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a side view of the waste heat recovery system of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a transparent perspective view of the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a water tank and accessory facilities connected thereto in the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a view in which an equalization tank is added to the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a diagram showing a simulation model of the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • FIG. 8 is a diagram showing velocity contours as a simulation result of the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • FIG. 9 is a diagram showing temperature contours as a simulation result of the waste heat recovery system of FIG. 1 .
  • fluid communication means that two or more members are connected so that a fluid can flow therethrough.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of a waste heat recovery system 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view of the waste heat recovery system 100 of FIG. 1
  • FIG. 3 is a waste heat recovery system 100 of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the waste heat recovery system 100 of FIG. 1 .
  • a waste heat recovery system 100 includes a waste heat recovery boiler (not shown), a waste heat supply member 110 and a water tank 120.
  • the waste heat recovery boiler may include an exhaust gas passage (not shown) therein and a plurality of cooling tubes (not shown) disposed spaced apart from each other in the exhaust gas passage.
  • Cooling water may flow through each of the cooling tubes. Therefore, the exhaust gas passing through the exhaust gas flow path is cooled in contact with each of the cooling tubes, and at the same time, the cooling water flowing into each of the cooling tubes can be heated.
  • the heated cooling water is recovered in the form of hot water or steam and can be used for heating nearby facilities.
  • the waste heat recovery boiler is installed above the outlet duct 113 of the waste heat supply member 110 to be described later, and may be configured to be in fluid communication with the top of the outlet duct 113.
  • the waste heat supply member 110 may include a main duct 111, an inlet duct 112, and an outlet duct 113 in fluid communication with each other.
  • the inlet duct 112 may be configured to be in fluid communication with a side of the main duct 111 .
  • Outlet duct 113 may be configured to be in fluid communication with the top of main duct 111 .
  • the main duct 111, the inlet duct 112, and the outlet duct 113 may be integrally formed with each other.
  • Exhaust gas discharged from incinerators, blast furnaces, melting furnaces, chemical processes, etc. is supplied to the waste heat supply member 110, and then most of it flows into the waste heat recovery boiler and is cooled by taking away heat by heat exchange with the cooling tube. It can leave the waste heat recovery boiler in a cooled state.
  • the exhaust gas contains dust, and this dust has characteristics of low density, high viscosity, and high solubility.
  • some of the exhaust gas flows into the tank 120 to be described later, and at this time, dust contained in the exhaust gas may fall into the tank 120 by gravity.
  • some of the dust contained in the exhaust gas falls into the water tank 120 and then is removed from the water tank 120 online during operation of the waste heat recovery boiler, thereby preventing dust accumulation in the waste heat supply member 110 and supplying waste heat.
  • the differential pressure generated inside the member 110 can be reduced, but also the amount of dust supplied to the waste heat recovery boiler can be reduced, preventing the space between the cooling tubes installed inside the waste heat recovery boiler from being clogged with dust.
  • the surface of the cooling tubes is covered with dust to improve the heat transfer efficiency, thereby improving the waste heat recovery performance of the waste heat recovery boiler and increasing the production of hot water or steam. and increase the waste heat recovery capacity.
  • the water tank 120 serves to mix the introduced dust with water to form an aqueous solution.
  • the water tank 120 may be configured to be in fluid communication with the waste heat supply member 110 .
  • the water tank 120 may be configured to be in fluid communication with the lower portion of the main duct 111 . Therefore, the water tank 120 is installed in a region away from the main stream of the high-temperature exhaust gas passing through the inlet duct 112, the main duct 111, and the outlet duct 113 in turn, that is, a dead zone, so that the high temperature may be less affected by
  • the waste heat recovery system 100 is an air blaster configured to forcibly transfer the accumulated dust to the water tank 120 when dust derived from the exhaust gas accumulates in the waste heat supply member 110 (not shown) city) may be further included.
  • the air blaster injects compressed air into the dust accumulated in the waste heat supply member 110 (eg, the inlet duct 112) to forcibly sweep the accumulated dust into the water tank 120. It can be.
  • waste heat recovery system 100 may further include a flexible joint (not shown).
  • the expansion joint member may be configured to be disposed between the main duct 111 and the water tank 120 to connect them to each other. This expansion joint member serves to ensure a close connection between the main duct 111 and the water tank 120 at all times by accommodating the thermal expansion and contraction during thermal expansion and contraction of the main duct 111 and the water tank 120. .
  • the waste heat recovery system 100 may not include a dust fall prevention member (not shown) between the main duct 111 and the water tank 120 .
  • the dust fall prevention member refers to any member that prevents dust contained in the exhaust gas from falling from the main duct 111 to the water tank 120 by gravity.
  • the dust fall prevention member may include an electric precipitator, a filter, or a combination thereof.
  • the shape and size of the exhaust gas supply member 100 and the shape and size of the water tank 120 are not particularly limited, and are illustrated in FIGS. 1 to 4 .
  • the waste heat recovery system 100 may further include a water supply pipe L1, a drain pipe L2 and L4, and a circulation pipe L3 configured to be in fluid communication with the water tank 120, respectively.
  • the water supply pipe (L1) serves to supply water to the water tank (120).
  • the drain pipe (L2) serves to discharge liquid (ie, a mixture of water and dust) from the water tank 120.
  • the circulation pipe (L3) is branched from the drain pipe (L2), and serves to recirculate some of the liquid flowing through the drain pipe (L2) to the water tank (120).
  • the drain pipe L4 serves to discharge and remove some of the liquid discharged from the water tank 120 through the drain pipe L2 to the outside.
  • waste heat recovery system 100 may further include a first flow control valve V1 and a second flow control valve V2.
  • the first flow control valve V1 is installed in the water supply pipe L1 and serves to control the flow rate of water supplied to the water tank 120 through the water supply pipe L1.
  • the second flow control valve (V2) is installed in the circulation pipe (L3), the flow rate of the liquid that is recirculated to the water tank 120 through the circulation pipe (L3) of the liquid discharged from the water tank 120 through the drain pipe (L2) plays a role in regulating
  • the first flow control valve V1 and the second flow control valve V2 may be globe valves, but the present invention is not limited thereto.
  • waste heat recovery system 100 may further include a water level gauge (LT), a pump (P) and a third flow control valve (V3).
  • LT water level gauge
  • P pump
  • V3 third flow control valve
  • the water level gauge LT may be configured to measure the height of the liquid filled in the water tank 120 .
  • the pump P may be configured to forcibly discharge liquid from the water tank 120 .
  • the third flow control valve (V3) is installed at the rear end of the circulation pipe (L3) as a rear end of the pump (P) and may be configured to adjust the discharge amount of liquid according to a signal from the water level gauge (LT).
  • the liquid passing through the third flow control valve V3 may be discharged to the outside through the drain pipe L4.
  • a flow meter may be respectively installed in the drain pipe (L2) and the circulation pipe (L3).
  • Another embodiment of the present invention provides a waste heat recovery method that can be performed using the waste heat recovery system 100 described above.
  • the waste heat recovery method includes supplying high-temperature exhaust gas of 500 ° C. or higher to a duct-shaped waste heat supply member 110 (S10), and a part of the exhaust gas passing through the waste heat supply member 110 is transferred to a waste heat recovery boiler (not shown). (S20), and supplying the remaining part of the exhaust gas passing through the waste heat supply member 110 to the water tank 120 (S30).
  • the step (S30) may be configured to drop some of the dust included in the exhaust gas into the water tank 120 by gravity without obstruction of a dust fall prevention member (not shown).
  • the waste heat recovery method may further include maintaining the concentration of sodium carbonate in the liquid filled in the water tank 120 to a reference value (eg, 10% by weight) or less (S40).
  • a reference value eg, 10% by weight
  • the step (S40) is a step (S40-1) of supplying water into the tank 120 at a first flow rate (eg, 10 m 3 /hr), and the liquid filled in the tank 120 at a second flow rate (eg, 10 m 3 /hr).
  • a first flow rate eg, 10 m 3 /hr
  • a second flow rate eg, 10 m 3 /hr
  • the step of discharging at 60 m 3 /hr) (S40-2), a portion of the liquid discharged in the step (S40-2) at a third flow rate (eg, 50 m 3 /hr) in the water tank 120 ) Recirculating the step (S40-3) and discharging the remaining part of the liquid discharged in the step (S40-2) to the outside of the water tank 120 at a fourth flow rate (eg, 10 m 3 /hr) Step S40-4 may be included.
  • the waste heat recovery method may further include measuring the height of the liquid filled in the water tank 120 (S50).
  • the fourth flow rate of the step (S40-4) may be determined according to the height of the liquid in the water tank 120 measured in the step (S50). For example, as the amount or temperature of exhaust gas flowing into the water tank 120 increases, the content of water evaporated from the water tank 120 increases. In order to properly cope with this situation, the fourth flow rate can be reduced. .
  • the waste heat recovery method is an equalization tank 130 from an equalization tank 130 in fluid communication with the water tank 120 in an emergency situation in which a large amount of water is temporarily evaporated from the tank 120 or a large amount of water is drained due to a leak.
  • Supplying water to the water tank 120 according to the pressure difference between the water pressure of the water tank 120 (S60) may be further included.
  • FIG. 6 is a view in which an equalization water tank 130 is added to the waste heat recovery system 100 of FIG. 1 .
  • the waste heat recovery system 100 may further include an equalization water tank 130 .
  • the equalization tank 130 is to properly cope with an emergency situation, such as a large amount of water temporarily evaporating from the tank 120 or a large amount of water being drained due to a leak. It plays a role in preventing water depletion.
  • Equalization reservoir 130 may be configured to be in fluid communication with reservoir 120 .
  • Water may be filled in the equalization tank 130 .
  • the waste heat recovery system 100 may be configured such that water is supplied from the equalization tank 130 to the water tank 120 according to a pressure difference between the water pressure of the equalization tank 130 and the liquid pressure of the water tank 120.
  • the water tank 120 and the equalization water tank 130 are connected in fluid communication with each other through an equalization pipe (EQL), and when the above-mentioned pressure difference occurs, from the equalization tank 130 through the equalization pipe (EQL).
  • EQL equalization pipe
  • Water is supplied to the water tank 120, and then the flow control valve V4 is operated according to the water level shortage signal measured by the water level gauge LT installed in the equalization water tank 130, and water is supplied from the outside through the water supply pipe L5. It is supplied to the equalization tank 130 so that the water level of the equalization tank 130 can be maintained constant.
  • the temperature of the liquid filled in the water tank 120 may exceed 80°C and the temperature of the water filled in the equalization water tank 130 may be less than 50°C, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 7 is a view showing a simulation model of the waste heat recovery system 100 of FIG. 1
  • FIG. 8 is a view showing velocity contours as a simulation result of the waste heat recovery system 100 of FIG. 1
  • FIG. 9 is It is a diagram showing temperature contours as a simulation result of the waste heat recovery system 100 of FIG. 1 .
  • FIGS. 7 to 9 a waste heat recovery method of removing accumulated dust and falling dust online using a water tank 120 while recovering waste heat from exhaust gas using the waste heat recovery system 100 of FIG. 1 is provided. The simulated results are explained.
  • the simulation was performed using commercial computational fluid dynamics (CFD) software (Fluent 2020 R1), and the geometry, boundary conditions, and setup conditions applied thereto were as follows.
  • CFD computational fluid dynamics
  • d11 is set to 3,883 mm
  • d12 is set to 3,200 mm
  • d13 is set to 2,882 mm
  • d21 is set to 1,752 mm
  • d22 is set to 3,441.5 mm
  • d23 is set to It was set to 850 mm
  • d24 was set to 950 mm.
  • d14 was set to 793 mm
  • d15 was set to 1,885 mm.
  • the material of the waste heat supply member 110 is set to a composite material composed of a refractory material of 125 mm thickness and CS steel (carbon steel) of 6 mm thickness, and the material of the water tank 120 is set to SS steel (stainless steel) of 6 mm thickness.
  • the wind speed was set to 2.5 m/s
  • the ambient temperature was set to 45°C.
  • the exhaust gas supplied to the waste heat supply member 110 had a molecular weight of 26.61, a flow rate of 115,676 kg/hr, and a temperature of 600°C.
  • the pressure of the exhaust gas discharged from the waste heat supply member 110 was set to 70 mbar (gauge pressure).
  • the inner diameter of the water supply pipe L1 connected to the water tank 120 was set to 1.5 inches, the flow rate was set to 2 ton/hr, and the temperature was set to 40°C.
  • the inner diameter of the drain pipe L2 connected to the water tank 120 was set to 3 inches, and the flow rate was set to 12 ton/hr.
  • the inner diameter of the circulation pipe L3 connected to the water tank 120 was set to 3 inches, the flow rate was set to 10 ton/hr, and the temperature was set to 60°C.
  • the density of the liquid filled in the tank 120 was set to 1,150 kg/m 3 and the water level was set to 1,650 mm.
  • the simulation was performed by dividing the exhaust gas passage corresponding to the inner space of the waste heat supply member 110 into a plurality of meshes (asymmetry: 0.84 or less).
  • the setup conditions are summarized and shown in Table 2 below.
  • the left drawing is a diagram showing the velocity contour lines of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage corresponding to the internal space of the waste heat supply member 110
  • the right drawing is an enlarged view of a rectangular dotted line portion of the left drawing. It is a drawing As shown in the right drawing of FIG. 8 , it can be confirmed that some of the exhaust gas flows downward and flows into the water tank 120 . In this case, the dust contained in the exhaust gas falls into the tank 120 by gravity.

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Abstract

폐열 회수 시스템 및 방법이 개시된다. 개시된 폐열 회수 시스템은 폐열 회수 보일러, 상기 폐열 회수 보일러에 폐열을 공급하도록 구성된 폐열 공급 부재 및 상기 폐열 공급 부재와 유체 연통되도록 구성된 수조를 포함한다.

Description

폐열 회수 시스템 및 방법
폐열 회수 시스템 및 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 운전정지 없이 지속적인 운전이 가능한 폐열 회수 시스템 및 방법이 개시된다.
폐열 회수 보일러는 소각로, 용광로, 용해로, 화학공정 등에서 배출되는 배기가스 중의 열에너지를 회수하여 증기 및 온수를 생산하는 장치이다. 따라서, 폐열 회수 보일러는 버려지는 폐열을 재활용함으로써 에너지를 절감하고 환경을 보호할 수 있으며, 생산된 스팀이나 온수는 산업공정에 이용하거나, 증기터빈을 이용하여 전력을 생산하거나, 또는 온수를 이용해 인근 설비를 난방할 수 있다.
상기　폐열 회수　보일러는 배기가스가 유동하는 통로에　위치한 튜브 내부에 보일러수를 흐르게 하고, 배기가스의 열을 이용해 보일러수를 증발시켜 스팀을 발생시킨 후, 파이프를 통해 배출시켜　폐열을 회수하게 된다.
상기 분사된 냉각수는 배기가스의 고온에 의해 증발되면서 스팀을 발생하게 되고, 상기 스팀을 파이프를 통해 순환시켜　폐열을 회수하게 된다.
이와 같이　폐열 회수 보일러부터 회수된　폐열은 공기를 예열하거나 스팀을 생산하거나 오일 등을 가열하는 데에 사용될 수 있다.
폐열 회수 보일러와 관련된 종래 선행기술로는 한국공개특허공보 제10-2019-0071087호의 "배기가스　폐열회수장치", 한국등록특허공보 제10-0751036호의 "폐열회수보일러용 노즐" 및 한국등록특허공보 제10-0436940호의 "폐열회수보일러의 쿨러헤더용 노즐설치구조" 등이 있다.
또한 종래에는 고온(500℃ 이상)의 배기가스 내에 점착성 높은 다수의 분진이 포함된 경우, 분진 처리 및 배출이 불가능하였기 때문에, 점착성 높은 분진의 불가피한 적체로 인해 폐열 회수 보일러의 유입 덕트 내에 과도한 차압이 발생하게 되고, 설비의 셧다운(shut down) 및 내부 정비/청소/분진 제거와 같은 일련의 조치가 필연적으로 뒤따르게 되어, 정상 운전이 불가능하고 생산성을 떨어뜨리는 주요 원인이 되었다.
본 발명의 일 구현예는 운전정지 없이 지속적인 운전이 가능한 폐열 회수 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 운전정지 없이 지속적인 운전이 가능한 폐열 회수 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
폐열 회수 보일러;
상기 폐열 회수 보일러에 폐열을 공급하도록 구성된 폐열 공급 부재; 및
상기 폐열 공급 부재와 유체 연통되도록 구성된 수조를 포함하는 폐열 회수 시스템을 제공한다.
상기 폐열 회수 보일러는 배기가스 유로 및 상기 배기가스 유로 내에 서로 이격되게 배치된 복수개의 냉각 튜브를 포함할 수 있다.
상기 폐열 공급 부재는 메인 덕트, 유입 덕트 및 유출 덕트를 포함하고, 상기 유입 덕트는 상기 메인 덕트의 측부와 유체 연통되도록 구성되고, 상기 유출 덕트는 상기 메인 덕트의 상부와 유체 연통되도록 구성되고, 상기 수조는 상기 메인 덕트의 하부와 유체 연통되도록 구성될 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 폐열 공급 부재에 배기가스에서 유래된 분진이 적체된 경우, 상기 적체된 분진을 상기 수조로 강제로 이송하도록 구성된 에어 블라스터를 더 포함할 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 메인 덕트와 상기 수조 사이에 배치되어 이들을 서로 연결시키도록 구성된 신축 이음 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 메인 덕트와 상기 수조 사이에 분진 낙하 방해 부재를 포함하지 않을 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 수조와 각각 유체 연통되도록 구성된 급수배관, 배수배관 및 상기 배수배관에서 분기된 순환배관을 더 포함할 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 수조 내에 충전된 액체의 높이를 측정하도록 구성된 수위계, 상기 수조로부터 액체를 배출시키도록 구성된 펌프 및 상기 펌프의 후단으로서 상기 순환배관의 후단에 설치되어 상기 수위계의 신호에 따라 액체의 배출량을 조절하도록 구성된 제3 유량 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 폐열 회수 시스템은 상기 수조와 유체 연통되도록 구성된 균등화 수조를 더 포함하고, 상기 균등화 수조의 수압과 상기 수조의 액체 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 균등화 수조로부터 상기 수조로 물이 공급되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
500℃ 이상의 고온의 배기가스를 덕트 형상의 폐열 공급 부재에 공급하는 단계(S10);
상기 폐열 공급 부재를 통과한 상기 배기가스 중의 일부를 폐열 회수 보일러에 공급하여 폐열을 회수하는 단계(S20); 및
상기 폐열 공급 부재를 통과한 상기 배기가스 중의 나머지 일부를 수조에 공급하는 단계(S30)를 포함하는 폐열 회수 방법을 제공한다.
상기 단계(S30)는 상기 배기가스에 포함된 분진 중의 일부를 분진 낙하 방해 부재의 방해 없이 중력에 의해 상기 수조로 낙하시키도록 구성될 수 있다.
상기 폐열 회수 방법은 상기 수조 내에 충전된 액체 중 탄산나트륨의 농도를 기준치 이하로 유지시키는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(S40)는 상기 수조 내에 물을 제1 유량으로 공급하는 단계(S40-1), 상기 수조 내에 충전된 액체를 제2 유량으로 배출시키는 단계(S40-2), 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 일부를 제3 유량으로 상기 수조로 재순환시키는 단계(S40-3) 및 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 나머지 일부를 제4 유량으로 상기 수조의 외부로 배출시키는 단계(S40-4)를 포함할 수 있다.
상기 폐열 회수 방법은 상기 수조 내에 충전된 액체의 높이를 측정하는 단계(S50)를 더 포함하고, 상기 단계(S40-4)의 상기 제4 유량은 상기 단계(S50)에서 측정된 상기 수조 내의 액체의 높이에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 시스템 및 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다:
(1) 데드존(dead zone)으로 유입되는 분진을 운전 중에 지속적으로 제거함으로써 운전정지 없이 지속적인 운전이 가능하다.
(2) 폐열 회수 보일러 내에 설치된 냉각 튜브들 사이의 공간이 분진으로 막히는 현상을 개선할 수 있다.
(3) 폐열 회수 보일러 내에 설치된 냉각 튜브의 표면이 분진으로 덮여 열전달 효율을 떨어뜨리는 문제를 개선함으로써, 폐열 회수 보일러의 폐열 회수 성능이 개선되고 스팀 생산량이 증가하며 폐열 회수 용량도 증가하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 시스템의 부분 투과 사시도이다.
도 2는 도 1의 폐열 회수 시스템의 정면도이다.
도 3은 도 1의 폐열 회수 시스템의 측면도이다.
도 4는 도 1의 폐열 회수 시스템의 투과 사시도이다.
도 5는 도 1의 폐열 회수 시스템 중 수조 및 이에 연결된 부속설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 폐열 회수 시스템에 균등화 수조를 추가한 도면이다.
도 7은 도 1의 폐열 회수 시스템의 시뮬레이션 모형을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 폐열 회수 시스템의 시뮬레이션 결과로서 속도 등고선을 나타낸 도면이다.
도 9은 도 1의 폐열 회수 시스템의 시뮬레이션 결과로서 온도 등고선을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 시스템을 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "유체 연통(fluid communication)"이란 2 이상의 부재가 이들 내부를 통해 유체가 흐를 수 있도록 연결된 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 시스템(100)의 부분 투과 사시도이고, 도 2는 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 정면도이고, 도 3은 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 측면도이고, 도 4는 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 투과 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 시스템(100)은 폐열 회수 보일러(미도시), 폐열 공급 부재(110) 및 수조(120)를 포함한다.
상기 폐열 회수 보일러는 그 내부에 배기가스 유로(미도시) 및 상기 배기가스 유로 내에 서로 이격되게 배치된 복수개의 냉각 튜브(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 각각의 냉각 튜브를 통해서 냉각수가 흐를 수 있다. 따라서, 상기 배기가스 유로를 통과한 배기가스는 상기 각각의 냉각 튜브와 접촉하여 냉각되고, 이와 동시에 상기 각각의 냉각 튜브의 내부로 흐르는 냉각수가 가열될 수 있다. 상기 가열된 냉각수는 온수 또는 스팀의 형태로 회수되어 인근 설비의 난방 등에 사용될 수 있다.
상기 폐열 회수 보일러는 후술하는 폐열 공급 부재(110)의 유출 덕트(113)의 상부에 설치되되, 유출 덕트(113)의 상부와 유체 연통되도록 구성될 수 있다.
폐열 공급 부재(110)는 서로 유체 연통된 메인 덕트(111), 유입 덕트(112) 및 유출 덕트(113)를 포함할 수 있다.
유입 덕트(112)는 메인 덕트(111)의 측부와 유체 연통되도록 구성될 수 있다.
유출 덕트(113)는 메인 덕트(111)의 상부와 유체 연통되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 메인 덕트(111), 유입 덕트(112) 및 유출 덕트(113)는 서로 일체로 형성될 수 있다.
소각로, 용광로, 용해로, 화학공정 등에서 배출된 배기가스는 폐열 공급 부재(110)로 공급된 후, 그 중 대부분이 상기 폐열 회수 보일러로 유입되어 냉각 튜브와의 열교환에 의해 열을 빼앗겨 냉각되고, 이렇게 냉각된 상태에서 상기 폐열 회수 보일러를 떠날 수 있다.
상기 배기가스에는 분진이 함유되어 있는데, 이러한 분진은 저밀도, 고점착성 및 고수용성이라는 특징을 갖는다.
또한, 상기 분진이 폐열 회수 보일러 설비의 하단(즉, 폐열 공급 부재(110)의 하단)에 집중적으로 쌓이게 되면, 폐열 회수 보일러로 향하는 배기가스의 통로를 막음으로써 과다한 차압을 유발하게 되어 설비의 정상적인 운전이 불가능해지며, 특히 500℃ 이상의 고온 하에서는 이런 분진들의 처리가 매우 곤란해지게 된다.
또한, 상기 배기가스 중 일부는 후술하는 수조(120)로 유입되고, 이때 상기 배기가스에 함유된 분진이 중력에 의해 수조(120)로 낙하할 수 있다. 이와 같이 상기 배기가스에 함유된 분진 중 일부가 수조(120)로 낙하한 후 상기 폐열 회수 보일러의 가동 중에 수조(120)로부터 온라인으로 제거됨으로써 폐열 공급 부재(110) 내의 분진 축적을 방지하여 폐열 공급 부재(110)의 내부에서 발생하는 차압을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 폐열 회수 보일러로 공급되는 분진량도 줄일 수 있어서, 상기 폐열 회수 보일러의 내부에 설치된 냉각 튜브들 사이의 공간이 분진으로 막히는 현상을 개선(예를 들어, 5~10% 개선)함과 동시에, 상기 냉각 튜브들의 표면이 분진으로 덮여 열전달 효율이 떨어지는 문제를 개선하여 상기 폐열 회수 보일러의 폐열 회수 성능을 개선하고 온수 또는 스팀 생산량을 증가시키며 폐열 회수 용량을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.
수조(120)는 이에 유입된 분진을 물과 혼합하여 수용액화하는 역할을 수행한다.
또한, 수조(120)는 폐열 공급 부재(110)와 유체 연통되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수조(120)는 메인 덕트(111)의 하부와 유체 연통되도록 구성될 수 있다. 따라서, 수조(120)는 유입 덕트(112), 메인 덕트(111) 및 유출 덕트(113)를 차례로 통과하는 고온의 배기가스의 메인 스트림에서 벗어난 영역, 즉 데드존(dead zone)에 설치되어 고온의 영향을 덜 받을 수 있다.
만일, 폐열 회수 시스템(100)에 수조(120)가 설치되지 않는 경우에는 폐열 공급 부재(110) 내에 적체된 분진을 온라인으로 배출하는 것이 불가능해져서 내부 막힘이 발생하고 나서야 설비 전체를 셧다운하고 냉각한 후 그 내부에 들어가서 적체된 분진을 청소하여 바깥으로 배출해야 하므로, 그에 따른 경비 및 운전 정지 비용이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 폐열 공급 부재(110)에 배기가스에서 유래된 분진이 적체된 경우, 상기 적체된 분진을 수조(120)로 강제로 이송하도록 구성된 에어 블라스터(air blaster)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 에어 블라스터는 폐열 공급 부재(110)(예를 들어, 유입 덕트(112))에 적체된 분진에 압축공기를 분사하여 상기 적체된 분진을 수조(120)로 강제로 쓸어 담도록 구성될 수 있다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 신축 이음 부재(flexible joint)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 신축 이음 부재는 메인 덕트(111)와 수조(120) 사이에 배치되어 이들을 서로 연결시키도록 구성될 수 있다. 이러한 신축 이음 부재는 메인 덕트(111)와 수조(120)의 열팽창시와 열수축시에 이들 열팽창과 열수축을 수용하여 메인 덕트(111)와 수조(120) 간의 긴밀한 연결을 상시 보장하는 역할을 수행한다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 메인 덕트(111)와 수조(120) 사이에 분진 낙하 방해 부재(미도시)를 포함하지 않을 수 있다.
상기 분진 낙하 방해 부재는 상기 배기가스 중에 함유된 분진이 중력에 의해 메인 덕트(111)로부터 수조(120)로 낙하하는데 방해가 되는 일체의 부재를 의미한다. 예를 들어, 상기 분진 낙하 방해 부재는 전기 집진기, 필터 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
만일, 메인 덕트(111)와 수조(120) 사이에 분진 낙하 방해 부재가 설치되면, 점착성이 높은 분진이 상기 분진 낙하 방해 부재에 들러 붙어 분진 적체가 유발되고, 시간이 경과함에 따라 분진 적체가 누적되어 폐열 공급 부재(110)의 내부까지 분진 적체가 발생하여 수조(120)를 설치한 본래의 목적을 달성하지 못하는 문제점이 있다.
배기가스 공급 부재(100)의 형상 및 크기, 그리고 수조(120)의 형상 및 크기는 특별히 제한되는 것은 아니며, 도 1 내지 도 4에 예시되어 있다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 수조(120)와 각각 유체 연통되도록 구성된 급수배관(L1), 배수배관(L2, L4) 및 순환배관(L3)을 더 포함할 수 있다.
급수배관(L1)은 수조(120)에 물을 공급하는 역할을 수행한다.
배수배관(L2)은 수조(120)로부터 액체(즉, 물과 분진의 혼합액)를 배출시키는 역할을 수행한다.
순환배관(L3)은 배수배관(L2)에서 분기된 것으로, 배수배관(L2)을 통해 흐르는 액체 중 일부를 수조(120)로 재순환시키는 역할을 수행한다.
배수배관(L4)은 배수배관(L2)을 통해 수조(120)로부터 배출된 액체 중 일부를 외부로 배출시켜 제거하는 역할을 수행한다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 제1 유량 조절 밸브(V1) 및 제2 유량 조절 밸브(V2)를 더 포함할 수 있다.
제1 유량 조절 밸브(V1)는 급수배관(L1)에 설치되어 급수배관(L1)을 통해 수조(120)로 공급되는 물의 유량을 조절하는 역할을 수행한다.
제2 유량 조절 밸브(V2)는 순환배관(L3)에 설치되어 배수배관(L2)을 통해 수조(120)로부터 배출된 액체 중 순환배관(L3)을 통해 수조(120)로 재순환되는 액체의 유량을 조절하는 역할을 수행한다.
제1 유량 조절 밸브(V1) 및 제2 유량 조절 밸브(V2)는 글로브 밸브(globe valve)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 폐열 회수 시스템(100)은 수위계(LT), 펌프(P) 및 제3 유량 조절 밸브(V3)를 더 포함할 수 있다.
수위계(LT)는 수조(120) 내에 충전된 액체의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다.
펌프(P)는 수조(120)로부터 액체를 강제로 배출시키도록 구성될 수 있다.
제3 유량 조절 밸브(V3)는 펌프(P)의 후단으로서 순환배관(L3)의 후단에 설치되어 수위계(LT)의 신호에 따라 액체의 배출량을 조절하도록 구성될 수 있다. 제3 유량 조절 밸브(V3)를 통과한 액체는 배수배관(L4)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 배수배관(L2) 및 순환배관(L3)에는 유량계(FT)가 각각 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상술한 폐열 회수 시스템(100)을 이용하여 수행될 수 있는 폐열 회수 방법을 제공한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 폐열 회수 방법을 상세히 설명한다.
상기 폐열 회수 방법은 500℃ 이상의 고온의 배기가스를 덕트 형상의 폐열 공급 부재(110)에 공급하는 단계(S10), 폐열 공급 부재(110)를 통과한 상기 배기가스 중의 일부를 폐열 회수 보일러(미도시)에 공급하여 폐열을 회수하는 단계(S20), 및 폐열 공급 부재(110)를 통과한 상기 배기가스 중의 나머지 일부를 수조(120)에 공급하는 단계(S30)를 포함한다.
상기 단계(S30)는 상기 배기가스에 포함된 분진 중의 일부를 분진 낙하 방해 부재(미도시)의 방해 없이 중력에 의해 수조(120)로 낙하시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 폐열 회수 방법은 수조(120) 내에 충전된 액체 중 탄산나트륨의 농도를 기준치(예를 들어, 10중량%) 이하로 유지시키는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(S40)는 수조(120) 내에 물을 제1 유량(예를 들어, 10m3/hr)으로 공급하는 단계(S40-1), 수조(120) 내에 충전된 액체를 제2 유량(예를 들어, 60m3/hr)으로 배출시키는 단계(S40-2), 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 일부를 제3 유량(예를 들어, 50m3/hr)으로 수조(120)로 재순환시키는 단계(S40-3) 및 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 나머지 일부를 제4 유량(예를 들어, 10m3/hr)으로 수조(120)의 외부로 배출시키는 단계(S40-4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐열 회수 방법은 수조(120) 내에 충전된 액체의 높이를 측정하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 단계(S40-4)의 상기 제4 유량은 상기 단계(S50)에서 측정된 수조(120) 내의 액체의 높이에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 수조(120)로 유입되는 배기가스의 양이나 온도가 증가할수록 수조(120)부터 증발되는 물의 함량이 증가하게 되는데, 이런 상황에 적절히 대처하기 위하여 상기 제4 유량을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 폐열 회수 방법은 수조(120)로부터 다량의 물이 일시적으로 증발하거나 누수로 인해 다량의 물이 배수되는 비상상황에서 수조(120)와 유체 연통된 균등화 수조(130)로부터 균등화 수조(130)의 수압과 수조(120)의 수압 간의 압력 차이에 따라 수조(120)에 물을 공급하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 도 1의 폐열 회수 시스템(100)에 균등화 수조(130)를 추가한 도면이다.
도 6을 참조하면, 폐열 회수 시스템(100)은 균등화 수조(130)를 더 포함할 수 있다.
균등화 수조(130)는 수조(120)로부터 다량의 물이 일시적으로 증발하거나 누수로 인해 다량의 물이 배수되는 등의 비상상황에 적절하게 대처하기 위한 것으로, 그러한 비상상황하에서도 수조(120) 내에 물이 고갈되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
균등화 수조(130)는 수조(120)와 유체 연통되도록 구성될 수 있다. 이러한 균등화 수조(130)에는 물이 충전될 수 있다. 이 경우, 폐열 회수 시스템(100)은 균등화 수조(130)의 수압과 수조(120)의 액체 압력 간의 압력 차이에 따라 균등화 수조(130)로부터 수조(120)로 물이 공급되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수조(120)와 균등화 수조(130)는 바닥끼리 균등화 배관(EQL)을 통해 유체 연통되게 연결되고, 상술한 압력 차이가 발생할 경우 균등화 배관(EQL)을 통해 균등화 수조(130)로부터 수조(120)로 물이 공급되고, 이어서 균등화 수조(130)에 설치된 수위계(LT)에서 측정된 수위 부족 신호에 따라 유량 조절 밸브(V4)가 작동되어 급수배관(L5)를 통해 물이 외부에서 균등화 수조(130)로 공급되어 균등화 수조(130)의 수위가 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 수조(120) 내에 충전된 액체의 온도는 80℃를 초과하고, 균등화 수조(130) 내에 충전된 물은 50℃ 미만일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 시뮬레이션 모형을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 시뮬레이션 결과로서 속도 등고선(velocity contour)을 나타낸 도면이고, 도 9은 도 1의 폐열 회수 시스템(100)의 시뮬레이션 결과로서 온도 등고선(temperature contour)을 나타낸 도면이다.
이하 도 7 내지 도 9을 참조하여, 도 1의 폐열 회수 시스템(100)을 이용하여 배기가스로부터 폐열을 회수하면서 수조(120)를 이용하여 온라인으로 적체 분진 및 낙하 분진을 제거하는 폐열 회수 방법을 시뮬레이션한 결과를 설명한다.
상기 시뮬레이션은 상용 CFD(Computational Fluid Dynamics) 소프트웨어(Fluent 2020 R1)를 사용하여 수행되었으며, 이에 적용된 기하학적 구조(geometry), 경계 조건(boundary condition) 및 셋업 조건은 다음과 같았다.
<기하학적 구조>
도 2에 도시된 바와 같이, d11을 3,883mm로 설정하고, d12를 3,200mm로 설정하고, d13을 2,882mm로 설정하고, d21을 1,752mm로 설정하고, d22를 3,441.5mm로 설정하고, d23을 850mm로 설정하고, d24를 950mm로 설정하였다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, d14를 793mm로 설정하고, d15를 1,885mm로 설정하였다.
또한, 폐열 공급 부재(110)의 재질을 125mm 두께의 내화재와 6mm 두께의 CS steel(carbon steel)로 구성된 복합재로 설정하고, 수조(120)의 재질을 6mm 두께의 SS steel(stainless steel)로 설정하였다.
또한, 내화재, CS steel 및 SS steel의 밀도, 열전도도 및 비열을 하기 표 1과 같이 설정하였다.
재료 밀도 열전도도 비열
kg/m3 (W/m·K) J/kg·K
내화재 1,150 0.3 700
CS steel 7,801 43 473
SS steel 7,850 14 490
또한, 풍속을 2.5m/s로 설정하고, 주위온도를 45℃로 설정하였다.
<경계 조건 >
폐열 공급 부재(110)로 공급되는 배기가스는 분자량을 26.61로 설정하고, 유량을 115,676kg/hr로 설정하고, 온도를 600℃로 설정하였다.
또한, 폐열 공급 부재(110)로부터 배출되는 배기가스는 압력을 70mbar(게이지 압력)로 설정하였다.
또한, 수조(120)에 연결된 급수배관(L1)은 내경을 1.5인치로 설정하고, 유량을 2ton/hr로 설정하고, 온도를 40℃로 설정하였다.
또한, 수조(120)에 연결된 배수배관(L2)은 내경을 3인치로 설정하고, 유량을 12ton/hr로 설정하였다.
또한, 수조(120)에 연결된 순환배관(L3)은 내경을 3인치로 설정하고, 유량을 10ton/hr로 설정하고, 온도를 60℃로 설정하였다.
또한, 수조(120)에 충전된 액체는 밀도를 1,150kg/m3으로 설정하고, 수위를 1,650mm로 설정하였다.
<셋업 조건>
도 7에 도시된 바와 같이 폐열 공급 부재(110)의 내부 공간에 해당하는 배기가스 유로를 다수의 메쉬로 나누어 시뮬레이션을 수행하였다(비대칭도: 0.84 이하). 셋업 조건을 정리하여 하기 표 2에 나타내었다.
Simulation set-up list Input parameter
Simulation type Transient
Turbulence model Realizable K-epsilon
Wall function Scalable wall functions
Two-phase model Mixture
Pressure-velocity coupling SIMPLE
Number of mesh elements Around 3 million
CFD S/W Fluent 2020 R1
Number of iterations Around 30,000
<시뮬레이션 결과>
도 8을 참조하면, 좌측 도면은 폐열 공급 부재(110)의 내부 공간에 해당하는 배기가스 유로를 통해 흐르는 배기가스의 속도 등고선을 나타낸 도면이고, 우측 도면은 좌측 도면의 사각형 점선 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 8의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 배기가스 중의 일부는 하방으로 흘러 수조(120)로 유입됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 배기가스에 함유된 분진이 중력에 의해 수조(120)로 낙하하게 된다.
도 9을 참조하면, 폐열 공급 부재(110)로 600℃의 배기가스가 공급된 경우 폐열 공급 부재(110)를 통과하여 상부로 배출되는 배기가스의 온도는 594℃이고, 수조(120)에 충전된 액체 표면의 온도는 108℃임을 확인할 수 있다. 이와 같이 수조(120)에 충전된 액체 표면의 온도가 108℃에 불과하므로 수조(120)로부터 증발되는 물의 양이 과다하지 않을 뿐만 아니라 수조(120) 및 주변 설비의 열손상도 무시할만한 수준이다. 이러한 결과로부터, 폐열 회수 보일러에 500℃ 이상의 고온의 배기가스를 공급하여 폐열을 회수하는 경우에도, 차압 증가를 초래하는 분진을 제거하기 위한 폐열 회수 시스템(100)의 셧다운 없이, 폐열을 연속적으로 회수하면서 분진을 온라인으로 제거할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 폐열 회수 보일러;
    상기 폐열 회수 보일러에 폐열을 공급하도록 구성된 폐열 공급 부재; 및
    상기 폐열 공급 부재와 유체 연통되도록 구성된 수조를 포함하는 폐열 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 회수 보일러는 배기가스 유로 및 상기 배기가스 유로 내에 서로 이격되게 배치된 복수개의 냉각 튜브를 포함하는 폐열 회수 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 공급 부재는 메인 덕트, 유입 덕트 및 유출 덕트를 포함하고, 상기 유입 덕트는 상기 메인 덕트의 측부와 유체 연통되도록 구성되고, 상기 유출 덕트는 상기 메인 덕트의 상부와 유체 연통되도록 구성되고, 상기 수조는 상기 메인 덕트의 하부와 유체 연통되도록 구성된 폐열 회수 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 공급 부재에 배기가스에서 유래된 분진이 적체된 경우, 상기 적체된 분진을 상기 수조로 강제로 이송하도록 구성된 에어 블라스터를 더 포함하는 폐열 회수 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 덕트와 상기 수조 사이에 배치되어 이들을 서로 연결시키도록 구성된 신축 이음 부재를 더 포함하는 폐열 회수 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 덕트와 상기 수조 사이에 분진 낙하 방해 부재를 포함하지 않는 폐열 회수 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수조와 각각 유체 연통되도록 구성된 급수배관, 배수배관 및 상기 배수배관에서 분기된 순환배관을 더 포함하는 폐열 회수 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 급수배관에 설치된 제1 유량 조절 밸브 및 상기 순환배관에 설치된 제2 유량 조절 밸브를 더 포함하는 폐열 회수 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수조 내에 충전된 액체의 높이를 측정하도록 구성된 수위계, 상기 수조로부터 액체를 배출시키도록 구성된 펌프 및 상기 펌프의 후단으로서 상기 순환배관의 후단에 설치되어 상기 수위계의 신호에 따라 액체의 배출량을 조절하도록 구성된 제3 유량 조절 밸브를 더 포함하는 폐열 회수 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수조와 유체 연통되도록 구성된 균등화 수조를 더 포함하고, 상기 균등화 수조의 수압과 상기 수조의 액체 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 균등화 수조로부터 상기 수조로 물이 공급되도록 구성된 폐열 회수 시스템.
  11. 500℃ 이상의 고온의 배기가스를 덕트 형상의 폐열 공급 부재에 공급하는 단계(S10);
    상기 폐열 공급 부재를 통과한 상기 배기가스 중의 일부를 폐열 회수 보일러에 공급하여 폐열을 회수하는 단계(S20); 및
    상기 폐열 공급 부재를 통과한 상기 배기가스 중의 나머지 일부를 수조에 공급하는 단계(S30)를 포함하는 폐열 회수 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계(S30)는 상기 배기가스에 포함된 분진 중의 일부를 분진 낙하 방해 부재의 방해 없이 중력에 의해 상기 수조로 낙하시키도록 구성된 폐열 회수 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수조 내에 충전된 액체 중 탄산나트륨의 농도를 기준치 이하로 유지시키는 단계(S40)를 더 포함하는 폐열 회수 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계(S40)는 상기 수조 내에 물을 제1 유량으로 공급하는 단계(S40-1), 상기 수조 내에 충전된 액체를 제2 유량으로 배출시키는 단계(S40-2), 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 일부를 제3 유량으로 상기 수조로 재순환시키는 단계(S40-3) 및 상기 단계(S40-2)에서 배출된 상기 액체 중 나머지 일부를 제4 유량으로 상기 수조의 외부로 배출시키는 단계(S40-4)를 포함하는 폐열 회수 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수조 내에 충전된 액체의 높이를 측정하는 단계(S50)를 더 포함하고, 상기 단계(S40-4)의 상기 제4 유량은 상기 단계(S50)에서 측정된 상기 수조 내의 액체의 높이에 따라 결정되는 폐열 회수 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0744449U (ja) * 1993-10-12 1995-11-21 洋 岩崎 除塵装置
US5517950A (en) * 1993-05-26 1996-05-21 Kendrick; William E. System for slag removal and the like
JPH09299726A (ja) * 1996-05-15 1997-11-25 Takashige Sangyo Kk 排ガス中の付着性固形物除去装置
KR20030034765A (ko) * 2001-10-26 2003-05-09 주식회사 포스코 전기로 집진덕트의 더스트 배출장치
JP2017101910A (ja) * 2015-11-24 2017-06-08 新日本美風株式会社 常圧過熱水蒸気発生装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517950A (en) * 1993-05-26 1996-05-21 Kendrick; William E. System for slag removal and the like
JPH0744449U (ja) * 1993-10-12 1995-11-21 洋 岩崎 除塵装置
JPH09299726A (ja) * 1996-05-15 1997-11-25 Takashige Sangyo Kk 排ガス中の付着性固形物除去装置
KR20030034765A (ko) * 2001-10-26 2003-05-09 주식회사 포스코 전기로 집진덕트의 더스트 배출장치
JP2017101910A (ja) * 2015-11-24 2017-06-08 新日本美風株式会社 常圧過熱水蒸気発生装置

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