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RTO(Regenerative Thermal Oxidation)/축열식 연소산화장치

RTO (Regenerative Thermal Oxidation)는 VOC 및 유기성 악취 가스를 800℃ 정도의 고온에서 소각 처리하는 일반소각로와 동일한 공정이며, 소각 후 발생되는 폐열을 Fin-Tube, 또는 Plate Type 등의 일반 열교환기가 아닌 Ceramic 축열제를 이용하여 최고 95%까지 회수하고 이를 공정 배가스를 예열하는데 사용함으로써 에너지 절감 효과가 큰 고효율 에너지절약형 설비인 축열식 소각로이다.

두 개 이상의 축열실을 갖고 있고, 가스유로의 교대 교환이 행해져, 그 중앙부에 연소실을 갖추고 있으며, 축열재는 금속이나 세라믹이 충진되어 있다.
연소에 의한 방법은 넓은 범위의 유기물질 연소를 가능하게 하고, 온도, 체류시간, 혼합의 세 가지 조건을 만족시키면서 99%이상의 처리효율을 나타내는 시스템이다.
ROTOR를 이용하면, 기존 축열방식을 탈피하여 풍향의 전환을 Damper가 아닌, Rotary Wing의 회전에 의하여 원형으로 분할된 가스의 유로로 연속적인 흐름이 이루어져 항상 축열층의 절반은 예열되고, 반쪽은 열을 회수하는 역할을 연속적으로 수행하여 완전연소를 이루게 한다.

• VOC Gas의 정의

  VOCs(Volatile Organic Compound : 휘발성유기화합물질)란 유기화합물질중에서 0.02psi (10.3kPa이상) 이상의 증기압을 갖거나 끓는점이 100℃ 미만의 탄화수소화합물을 총칭하며, 대기실 관리에서는 질소 화합물과 광화학반응에 의해 인체 및 동식물에 유해한 2차 오염물질인 오존 및 광화학산화물을 형성하는 전구물질(precursor)로 정의되고 있다,

  VOC Gas 종류
  아세트알데히드, 아세틸렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크로니트릴, 아크릴로니트릴, 벤젠, 1.3-부타티엔, 부탄, 1-부텐, 2-부텐, 사염화탄소, 클로로포름, 사이크로헥산, 1.2-디클로로에탄, 티에틸아민, 디메틸아민, 에틸알콜(공업용에 한함), 에틸렌, 포름알데히드, n-헥산, 이소프로필 알콜, 메탄올, 메틸에틸케톤, 메틸렌클로라이드, 엠티비이(MTBE), 프로필렌, 프로필렌옥사이드, 1.1.1.-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 휘발유, 납사, 원유

RTO 개요

RTO운전이 이루어지기 위해서는 RTO Ceramic Bed 내 유입되는 가스의 유로 방향이 좌우가 서로 전환되도록 하는 Valve 시스템이 필요함.

Phase1 (A Cooling, B Heating)	Phase2 (A Heating, B Cooling)
운전 초기 소각로 내의 ceramic의 상층부의 온도가 소각로 운전온도가 되게 가열한 후, 처리전 가스를 A→ B 방향으로 투입함(phase 1)가스의 온도는 Aceramic을 통과하면서 그 온도가 소각로 온도까지 예열되며 가스에 포함된 유기가스는 산화되기 시작하여 적정한 체류시간을 갖는 상부 chamber를 통과하면서 모든 유기물이 산화처리 됨. 처리된 고온의 가스는 B ceramic을 통과하여 B ceramic에 거의 모든 열을 축열하고 A ceramic 입구 온도보다 30~50℃ 정도 배출됨으로 총 열량 손실이 매우 적음.	일정시간이 경과하여 A ceramic이 흡입가스 예열로 냉각되고, B ceramic이 배기가스에 의해 축열되면 가스 유입 유로는 B → A로 변경시키는데 이 유입 유로 변경과정을 Switching 이라 하며 Switching 운전은 3개의 Ceramic층에서 일정시간 간격(1.5분 ~ 3분)으로 순차적으로 반복하여 이루어짐. Switching 시 유기가스의 입출구 유로가 변경되면서 RTO 계 내에 존재하는 미처리가스가 계외로 배출되는 것을 방지하기 위하여 3개의 Ceramic Bed 중 1개의 Bed에서는 Purge 공정이 이루어짐. Purge 공정이 포함되는 3Bed RTO의 유기가스 처리효율은 99% 이상임.

RTO 구성

• 공정흐름도

  

• 반응 메카니즘

  

• 구조

  • - 유입실 : 처리 가스가 통과
  • - 분배실 :가스의 흐름을 유도
  • - 축열층 : 예열과 축열이 이루어짐
  • - 연소실 : Burmer가 장착된 상부
  • - Rotary Wing : 분배실 및 유입실의 중앙에 위치, 가스 흐름 유도
  • - 구동수단 : Rotary Wing을 소정의 속도로 회전시킴

  Rotary Wing에는 Leak를 방지하기 위하여 피스톤링과 같은 장치들이 장착되어 있고
  미처리 잔류가스의 제거를 위한 Purge 장치가 설치되어 있다.
  
  축열층 및 분배실은 여러개의 부채꼴 Cell로 나누어져 있으며, Rotary Wing이 회전하면서 연속적으로 반쪽은
  Cooling Zone(예열)나머지 절반은 Heating Zone(열회수) 역할을 순차적으로 한다.
  
  이때 Cooling Zone과 Heating Zone 사이에 Dead Zone를 두어 처리전 가스와 청정가스의 혼합을 방지하고,
  미처 처리되지 않은 처리전 가스는 Cooling에서 Heating으로 전환되기 전에 Air Purge를 통해 산화처리 한다.

  

RTO 특징

• 항상 일정한 높은 처리효율

  - 세라믹 축열재를 이용하여 직접 열회수, 열회수율이 높음(90~95%)
  - Cooling에서 Heating으로 전환되기 전에 Air Purge 장치를 설치하여 미처리 가스문제를 완전히 해결했다.

• 맥동현상(공정압력변동) 없음

  - 밸브의 스위칭이 아닌 ROTOR의 회전에 의한 열교환으로 압력변화에 의한 맥동 발생이 없다.
  - Rorary Wing이 일정속도로 회전하면서 가스와 흐름을 유도하기 때문에 항상 유로가 형성되어 압력변화에 의한 맥동 발생이 없다.

• Compact한 구조

  - Compact한 일체형 설비로 축열재의 사용량이 적고, 부지 면적을 줄였다.

• 간편한 운전 및 유지관리 용이

  - System이 간단하여 유지관리 및 운전이 용이하다.

• 유로차단이 없으므로 안정성 확보

  - Swiching Damper의 Trouble 발생시 공정 배기가스가 배기되지 않아 공정에 악영향을 미칠 수 있으나 Rotary Wing의 Trouble 발생시 항상 유로가 Open되어 공정에는 안전하다.

• 저농도로 무연료운전 가능

  - 연속적인 가스의 흐름으로 연소 및 축열이 온도가 일정하게 유지되므로 자체 휘발성 유기용제가스의 열에너지로도 초기 승온을 제외하고 무연료 운전이 가능하다.