KR100304321B1 - 쓰레기파생연료를이용하는유동층반응기및그작동방법 - Google Patents

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쥬니어 월터피.캠프벨
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잭 이. 데온즈
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Abstract

본 발명은 쓰레기 파생연료를 연소하기 위한 유동층 반응기 및 그 작동방법에 관한 것으로서,
반응기가 유동화된 로 구간(30)과 스트리퍼/냉각기 구간(80)을 포함하고, 아래방향으로 경사진 격자(28)가 로 구간(30)과 스트리퍼/냉각기 구간(80)을 걸쳐 스트리퍼/냉각기 구간(80)의 배수구(78)으로 뻗고, 격자에 배치된 방향노즐(38)이 로 구간(30)과 스트리퍼/냉각기 구간(80)의 층을 유동화시키고 격자(28)에 걸쳐 로 구간(30)과 스트리퍼/냉각기 구간(80)을 통하여 방출을 위한 배수구(78)로 비교적 큰 입자물질을 강제로 이송시키며, 보호층(36)이 격자(28) 표면을 따라 제공되어 로 구간(30)내의 노즐(38)의 높이를 줄임으로써 비교적 큰 입자물질이 노즐(38)에 들러붙거나 얽히는 것으로부터 보호하며, 로 구간(30)과 스트리퍼/냉각기 구간(80)이 비교적 큰 입자물질의 로 구간(30)으로부터 스트리퍼/냉각기 구간(80)과 배수구(78)로의 직선경로를 제공하도록 설계되어지는 것을 특징으로 한다.

Description

쓰레기 파생 연료를 이용하는 유동층 반응기 및 그 작동 방법
본 발명은 유동층 반응기 및 유동층 작동 방법에 관한 것이며, 특히 전적으로 또는 부분적으로 쓰레기 파생 연료(RDF: Refuse Derived Fuel)에 의해 연료가공급되는 반응기 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
미국 및 기타 국가의 도시들은 도시의 고형 폐기물(MSW: Municipal Solid Waste)의 폐기를 위한 매립지에 대한 대안책을 모색하고 있다. 그러나, 사용가능한 매립 공간은 급속하게 감소하고 있으며, 또한 매립 폐기와 관련된 비용은 계속해서 증가되는 추세이다. 결과적으로, 몇몇 도시는 달리 처리되지 않으면 매립지로 보내져야 할 도시의 고형 폐기물의 양을 감소시키는 동시에 폐기물로부터 에너지를 회수하는 수단인 소각으로 관심을 선회하고 있다.
전형적인 폐기물 에너지 연소기에서, 고형 폐기물은 화격자(grate)나 노 바닥의 표면상 또는 화격자 표면 바로 위의 얕은 현가체(suspension)에서 연소된다. 쓰레기의 대류 교반은 최소이며 전형적으로 기계적인 수단에 의해 도움을 받는다. 유동층 반응기는 도시의 고형 폐기물을 연소시키기 위해서 제안되어 왔으며, 특히 비유동 폐기물 반응기에 비해 많은 장점을 제공한다. 예를 들면, 높은 난류와, 이에 따른 유동층 반응기 내에서의 연료, 공기 및 고온 비활성 입자의 긴밀한 혼합은 비유동 폐기물 반응기에서의 약 97% 내지 98%의 연소 효율에 비해 99%를 초과하는 연소 효율을 제공할 수 있다. 유동층 반응기는 또한 보다 큰 연료 융통성과 강화된 공해 제어를 제공한다.
그러나, 지금까지 사용되던 유동층 반응기는 문제가 없지 않았다. 예를 들면, 지금까지 유동층 반응기는 이동 또는 주행 화격자 로를 포함하는 복잡한 연소 시스템을 이용하였다. 이들 시스템은 많은 가동 부품을 가지며 전형적으로 상승된 로 온도에서 연소하므로, 로 부식률이 높고, 장치 고장이 빈번하며 공장 이용률이낮은 결과를 종종 초래하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 이동 또는 주행 화격자 로, 급탄 보일러 또는 회전가마 소각로를 포함하는 복잡한 연소 시스템을 사용하지 않고 쓰레기 파생 연료가 깨끗하고 효율적으로 소각될 수 있는 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고정 경사 격자가 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간을 가로질러 제공되고, 비교적 크고, 무거우며 또는 거친 입자 연료 물질을 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간으로 그리고 스트리퍼/냉각기 구간 내의 배수구로 정향(定向)시키기 위한 수단을 제공하는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 로 구간의 저부에 축적되는 경향이 있는 비교적 크고, 무거우며 또는 거친 입자 연료 물질을 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간과 배수구로 정향시키기 위해 방향성 노즐을 사용하는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보호 내화층이 경사 격자면에 적용함으로써 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간 내의 방향성 노즐을 상승된 온도에 노출시키는 것을 감소시키는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 격자와 노즐이 과도한 부식으로부터 보호되고, 비교적 크고, 무거우며 또는 거친 입자 연료 물질이 노즐 내에 얽히게 되는 위험이 감소되는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 얇은 부식저항 내화층이 제공됨으로써 로 구간 하부의 로벽을 보호하며, 환원 조건 하에서 작동하는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내부식성 고니켈강 합금의 용접 도금이 제공됨으로써 염화물 침투로 인한 부식으로부터 로 구간 벽의 다른 부분들을 보호하는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 선택성 비촉매 환원법이 연도 가스 속의 산화질소(NOx) 수준을 더욱 저하시키기 위해 사용되는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연도 가스로부터의 부가적인 열이 회수되어 연도 가스 온도를 소정의 수준으로 저하시키는 열회수 영역이 제공되는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건식 연도 가스 세정 장치가 연도 가스를 처리해서 연도 가스 내의 산성 가스량을 저하시키고, 직물 자루 필터실(filter baghouse)이 제공되어 연도 가스 내의 입자 연료 물질의 양을 감소시킴으로서 폐기용 또는 배출용 연도 가스를 준비하는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전형적으로 쓰레기 파생 연료 물질의 최소한 85%가 2인치의 정방형 체눈을 통과할 수 있고, 쓰레기 파생 물질의 최소한 98%가 3.25인치의 정방형 체눈을 통과할 수 있도록 가공되는 3등급 쓰레기 파생 연료에 의해전적으로 또는 부분적으로 연료 공급되는 상기 유형의 유동층 반응기 및 그 작동방법을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 유동층 반응기는 유동화되는 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간을 포함한다. 하방으로 경사진 격자는 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간을 가로질러 스트리퍼/냉각기 구간의 배수구로 연장되며, 격자 내에 배치된 방향성 노즐은 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간내의 층을 유동화하고, 격자를 가로질러 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간을 통하여 폐기용 배수구로 큰 입자 연료 물질을 강제적으로 이송한다. 내화층이 격자 표면을 따라 제공되어 로 구간 내에서 노즐의 높이를 감소시킴으로써, 비교적 큰 입자 연료 물질이 노즐과 얽히거나 노즐에 고착되는 것이 방지되도록 도움을 준다. 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간은 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간과 배수구로 통과하는 큰 입자 연료 물질을 위한 비교적 직선 경로를 제공하도록 설계된다. 로 구간은 특히 산화질소(NOx) 방출을 저하시키도록 2단 연소를 사용하여 작동된다. 스트리퍼/냉각기 구간은 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 큰 입자 연료 물질을 세척하기 위해 배치(batch) 방식으로 작동된다. 분리기, 증기 발생기 튜브 뱅크(tube bank), 열회수 영역, 건식 연도 가스 세정 장치, 및 직물 자루 필터실이 로 구간과 스트리퍼/냉각기 구간과 함께 사용됨으로써 보다 나은 연소 효율과 공해 제어를 제공하고 배출용 연도 가스를 준비하도록 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점뿐만 아니라 상기 간단한 설명은 첨부 도면과 관련해서 취해진 본 발명에 따른 실시예(현재는 양호하지만 그럼에도 불구하고 예시적인 것에 불과함)에 대한 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 충분하게 이해될 것이다.
도면중 제 1 도를 참조하면, 참조 번호 '10'은 특히 인클로우져(12), 챔버(14) 및 사이클론 분리기(16)를 포함하는 본 발명의 유동층 반응기를 가리킨다. 제 2도에 잘 도시된 바와 같이, 인클로우져(12)는 정면벽(18), 배면벽(20) 및 2개의 측벽(도시되지 않음)을 갖는다. 유사하게, 챔버(14)는 정면벽(22), 배면벽(24) 및 바닥(26)을 갖는다. 도면으로부터 명확하지는 않지만, 인클로우져(12), 챔버(14) 및 분리기(16)의 벽들은 각 튜브의 정반대면으로부터 연장된 휜(fin)에 의해 서로 연결된 다수의 이격된 평행 튜브에 의해 형성됨을 이해할 수 있을 것이다.
격자(28)는 인클로우져(12)를 로 구간(30)과 플리넘(plenum)(32)으로 분할한다. 격자는 인클로우져(12)의 정면벽(18)으로부터 인클로우져(12)의 배면벽(20)을 향해 그리고 배면벽을 지나서 하방으로 경사진다(이하에 보다 상세히 설명됨). 플리넘(32)에는 독립적으로 조절 가능한 덕트(34)를 경유하여 공기 등의 산소 함유 유동 기체가 공급된다.
내화재(36) 층(제 3 도 참조)이 격자(28)의 상부 표면에 고정된다. 다수의 방향성 노즐(38)이 격자(28)와 내화재(36)를 통하여 연장으로써 플리넘(32)으로부터 로 구간(30)으로 유동화 기체를 통과하게 한다. 각각의 노즐(38)은 플리넘(32)내로부터 격자(28)와 내화재(36)를 통하여 상방으로 연장된 제 1 부분(40)과 로 구간(30) 내에서 사실상 수평으로 연장된 제 2 부분(42)을 갖는다. 노즐(38)의 제 2부분(42)은 다수의 구형 개구부를 갖는 노즐처럼 막히는 경향을 가지지 않는, 약 0.5 내지 1.0인치의 지름을 갖는 단일의 큰 배출구(44)를 갖는다.
인클로우져(12) 내의 방향성 노즐(38)은 로 구간(30)의 저부를 향해 침전하는 경향이 있는 크고, 무거운 또는 거친 입자 연료 물질(이하 "비교적 큰 입자 연료 물질"이라 칭함)을 로 구간(30)의 저부에서 인클로우져(12)의 배면벽(20)에 제공되는 개구부(46)(제 2 도 참조)를 향하도록 배열된다. 후술할 이유로 다른 개구부(48)가 개구부(46) 위의 인클로우져(12)의 배면벽(20)에 제공된다. 도면으로부터 명확하지는 않지만, 개구부(46)와 개구부(48)는 배면벽(20)의 평면으로부터 바깥으로 인클로우져(12)의 배면벽(20)을 형성하는 튜브들을 굴곡시키고, 이들 튜브를 연결하는 일부 휜을 생략함으로써 형성된다.
내화재(36)의 층(제 3 도 참조)은 노즐(38)의 제 1 부분(40)의 사실상 전체를 덮음으로써 로 구간(30) 내의 노즐(38)의 노출 높이를 감소시킨다. 이는 비교적 큰 입자 연료 물질이 노즐(38)의 존재로 인해 막히거나 움직이지 않게 될 수 있는 위험을 감소시킨다.
후술할 이유로 덕트(50)(제 2 도 참조)가 제 2 산소 함유 기체나 과소 공기를 로 구간(30) 안으로 도입하기 위해 제공된다. 1개의 덕트(50)만이 도시되었지만, 제 2 또는 과소 공기를 도입하기 위한 임의의 종래 수단을 사용하여 로 구간(30)의 상이한 높이와 많은 상이한 위치에서 과소 공기가 도입될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
제 2 도와 제 4 도에 도시된 바와 같이, 공기식 배기 연료 꼭지(52)는 로 구간(30) 안으로 쓰레기 파생 연료를 급송한다. 비교적 균일한 급송률이 디트로이트 스토커사(Detroit Stoker Co.)에 의해 설계된 폐연료 취급용 급송 시스템에 의해 제공된다. 그 시스템은 제 4 도에 도시되어 있다. 컨베이어 시스템(56)이 쓰레기 파생 연료를 급송 빈(bin)에 공급한다. 수력 램(60)이 제어된 방식으로 쓰레기 파생 연료를 하부 호퍼(62)로 공급하며, 이 하부 호퍼에서는 예리하게 경사진 에이프런(apron)형 컨베이어(64)가 쓰레기 파생 연료를 비교적 균일한 밀도로 보풀린다. 다음에, 컨베이어(64)는 로 구간(30) 내로의 도입을 위해 공기식 배기 연료 꼭지(52)로 쓰레기 파생 연료 일부를 전달한다.
하기에서 설명되는 것처럼, 로 구간(30)의 하부는 소정의 연소 생성물의 부식성을 강화하는 환원 조건 하에서 작동된다. 예를 들면, 쓰레기 파생 연료 급송물 속의 플라스틱은 연소중에 염화물을 방출한다. 상승된 온도와 환원 분위기에서 기체 상태의 염화물의 상당한 농축물은 튜브 금속을 급속하게 부식시키게 된다. 이에 따라, 하기와 본 발명의 설명 전반을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 튜브와 금속 표면을 보호하고, 로 구간(30) 하부 위의 기압이 국소적으로 감소될 가능성을 감소시키고, 튜브 금속 온도를 저하시키는 것과 같이, 염화물 침투로부터 반응기 구성 요소를 보호하기 위한 많은 조치가 취해진다. 이와 관련해서, 로 구간(30)의 하부의 벽에는 고강도, 저접합, 저다공성의 내화재(66)(제 2 도 및 제 5 도 참조)의 보호층이 제공된다. 상술한 바와 같이, 인클로우져(12)를 형성하는 정면벽(18), 배면벽(20) 및 2개의 측벽(도시되지 않음)은 복수의 서로 연결된 휜형 관에 의해 형성된다. 내화재(66)는 두께가 2인치 이하이고 고밀도 스터드 패턴(stud pattern)(70)에 의해 휜형 관벽(68)에 고착되는 층을 형성한다. 로 구간(30)의 내벽의 나머지 부분은 내부식성 고니켈강 합금의 용접 도금에 의해 보호된다.
제 2 도에 도시된 바와 같이. 보조 가열기(73)가 후술될 이유로 로 구간(30)의 측벽들중 한 측벽을 통해 제공된다.
챔버(14)는 인클로우져(12)에 인접해서 배치된다. 도관(74)(76)은 후술할 이유로 챔버(14)를 인클로우져(12)의 배면벽(20)의 개구부(46)와 개구부(48)에 각각 연결한다. 개구부(46)와 도관(74)은 비교적 큰 입자 연료 물질을 로 구간(30)으로부터 챔버(14)로 통과시키는 것을 허용할 정도로 크기가 설정된다.
격자(28)는 로 구간(30)으로부터 도관(74)을 통하고, 챔버(14)를 가로질러 챔버(14)의 배면벽(24)에 인접한 바닥(26)에 배치된 배수구(78)로 하방으로 경사져 있다. 격자(28)는 챔버(14)를 스트리퍼/냉각기 구간(80)과 플리넘(82)으로 분할한다. 내벽, 배플(baffle) 또는 격벽이 스트리퍼/냉각기 구간(80)에 사용되지 않음으로써 모든 고형체는 로 구간(30)으로부터 배수구(78)로의 가장 곧은 경로를 갖는다.
격벽(84)이 플리넘(82) 내에 제공되고, 챔버(14)의 바닥(26)으로부터 격자(28)를 향해 상방으로 연장됨으로써 플리넘(82)을 제 1 플리넘 부분(82A)과 제 2 플리넘 부분(82B)으로 분할한다. 제 1 플리넘 부분(82A)과 제 2 플리넘 부분(82B)에는 각각 3개의 독립적으로 조절 가능한 유동화 공기의 공급원(84A)(84B)이 제공된다. 유사하게, 챔버(14)의 정면벽(22)과 인클로우져(12)의 배면벽(20)의 일부는 도관(74)의 바닥으로부터 격자(28)를 향해 상방으로 연장으로써 도관(74)에 플리넘(86)을 형성한다. 독립적으로 조절 가능한 유동화 공기의 공급원(88)이 플리넘(86)에 제공된다.
격자(28), 내화재(36), 도관(74) 내의 노즐(38), 및 챔버(14)는 상술한 인클로우져(12) 내의 것과 사실상 동일하므로 다시 상세하게 설명되지는 않을 것이다. 격자(28)는 도관(74)을 통하고 챔버(14)를 가로질러 배수구(78) 쪽으로 하방으로 향해 계속해서 경사진다. 도관(74) 내의 방향성 노즐(38)은 로 구간(30)으로부터 수용되는 비교적 큰 입자 연료 물질을 스트리퍼/냉각기 구간(80) 내로 정향시키기 위해 배열된다. 유사하게, 챔버(14) 내의 방향성 노즐(38)은 도관(74)으로부터 수용되는 비교적 큰 입자 연료 물질을 배수구(78)로 정향시키기 위해 배열된다. 배수구(78)는 스트리퍼/냉각기 구간(80)으로부터 입자 연료 물질을 선택적으로 배출시키거나 스트리퍼/냉각기 구(80)간 내에 입자 연료 물질을 보유하기 위해 필요에 따라 개방 또는 폐쇄될 수 있는 밸브(90)를 갖는다.
제 1 도에 도시된 바와 같이, 사이클론 분리기(16)는 인클로우져(12)에 인접해서 배치되고, 도관(91)에 의해 인클로우져(12)의 상부에 연결됨으로써 로 구간(30)의 상부로부터 고온 연도 가스와 비말동반(entrained)〔여기서, 비말동반(飛沫同伴)이란 안개, 거품 또는 물방울이 공기 속으로 날아 흩어지는 것처럼 가볍고 미세한 입자 연료 물질이 연도 가스 속으로 비산되어 연도 가스와 함께 유동되는 것을 의미함〕 입자 연료 물질의 혼합물을 수용한다. 디플레그(dipleg)(92)와 J형 밸브(94)는 분리기(16)를 로 구간의 하부에 연결함으로써 분리된 입자 연료 물질을 로 구간(30)으로 귀환시킨다. 덕트(96)가 도관(91)에 연결됨으로써 암모니아나 요소 등의 선택성 비촉매 환원제를 도관(91)을 통과한 입자 연료 물질과 고온 연도 가스의 혼합물 내로 도입해서 연도 가스 속의 산화질소(NOx)를 저하시킨다. 상기 덕트(96)는 선택성 비촉매 환원제를 분리기(16) 상류의 도관의 한 위치내로 주입하고 있지만, 상기 환원제는 도관을 따르는 하나 이상의 위치에서 주입되거나 또는 분리기(16) 내로 직접 주입될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도면으로부터 명확하지는 않지만, 분리기(16)의 벽은 또한 휜형 관벽(68)(제 5 도 참조)과 유사한 휜형 관에 의해 형성됨을 이해할 수 있을 것이다. 로 구간(30)과 유사하게, 분리기(16)의 내부 표면은 또한 고강도, 저접합, 저다공성 내화제로 된 두께 2인치 이하의 보호층으로 덮여지거나, 또는 고밀도 패턴으로 스터드(stud) 상에 유지된다..
도관(98)(제 1 도 참조)이 분리기(16)를 열회수 영역(100)에 연결함으로써 분리된 연도 가스를 분리기(16)로부터 열회수 영역(100)으로 통과하게 한다. 참조 번호 '102'로 나타낸 증기 발생기 튜브 뱅크가 분리기(16)로부터 열회수 영역(100)으로 통과하는 연도 가스를 냉각시키기 위해 제공된다. 증기 발생기 튜브 뱅크(102)는 증기 드럼(104), 복수의 냉각 튜브(106) 및 복수의 헤더(header)(108)를 포함한다. 냉각 튜브(106)는 증기 드럼(104)으로부터 도관(98)의 상부벽에 제공된 구멍을 통하여 하방으로 연장으로써, 냉각 튜브(106)는 도관(98)을 통과하는 연도 가스의 경로 내에서 연장된다. 헤더(108)는 도관(98)에 연결되고 냉각 튜브(106)와 헤더(108) 아래로 연장된 호퍼(hopper)(109) 내의 도관 아래에 배치된다. 헤더(108)는 헤더(108)의 단부를 가격함으로써 헤더(108)와 튜브(106)의 진동을 유도하는 기계적 래퍼(wrapper)(도시되지 않음)를 사용해서 찌꺼기와 침전물이 헤더로부터 제거될 수 있게 해줄 정도로 크기가 설정된다. 가요성 급송기(도시되지 않음)가 헤더(108)를 다운커머(downcomer)(도시되지 않음)에 연결되고, 다운커머는 다시 반응기(10)의 유체 흐름 순환 장치의 다른 부분에 연결된다.
냉각 튜브(106)는 복수의 열로 배열된다. 도면으로부터 명확하지는 않지만, 헤더(108)는 축방향으로 정렬된 쌍의 복수의 열로 배열된다. 헤더(108)의 열은 증기 드럼(104)과 사실상 평행하게 정렬되고, 헤더(108)의 각각의 열은 냉각 튜브(106)의 열에 연결된다.
도관(98)은 마무리 과열기(110A)와 이코너마이저(economizer)(110B)를 포함하는 열회수 영역(100)에 연결된다. 부가적인 열교환 표면이 필요에 따라 열회수 영역(100) 내에 배치될 수 있다. 마무리 과열기(110A)와 이코너마이저(110B)는 연도가스를 더욱 냉각시키고, 반응기(10)의 유체 흐름 순환 장치를 통하여 순환하는 냉각 유체에 보다 많은 열을 전달하기 위해 열회수 영역(100)을 통과하는 연도 가스의 경로 내에 배치된다.
건식 연도 가스 정제 장치(112)가 열회수 영역(100)에 연결됨으로써 이산화황, 염화수소산, 불화수소산 등의 연도 가스의 산성 성분을 중화시키고, 냉각된 연도가스를 수용한다. 직물 자루 필터실(114)이 정제 장치(112)에 연결됨으로써 (후술되는 것처럼 정제 장치(112)에 도입되는) 비반응 석회, 정제 장치 반응 생성물, 비산 회분(fly ash) 등의 연도 가스 내의 잔류 입자 연료 물질을 제거한다. 자루 필터실(114)은 대기로의 처리된 연도 가스의 폐기 또는 방출용 연통(116)에 연결된다.
작동 시에, 반응기(10)에 급송되는 쓰레기 파생 연료의 질은 반응기의 전체 성능에 영향을 끼칠 것이다. 따라서, 후술되는 것처럼 도시의 고형 폐기물(MSW)은 먼저 소정의 크기와 밀도의 쓰레기 파생 연료를 생성하도록 처리된다. 현재 상업적으로 생산되는 쓰레기 파생 연료의 질은 5개의 일반적인 등급이 있다.
도시의 고형 폐기물은 쓰레기 파생 연료의 소정의 질 또는 등급을 얻기 위해다양한 조합과, 양과, 질의 금속 분리, 체질 및 분쇄 장치에 의해 처리된다. 일반적으로, 금속 분리, 체질 및 분쇄의 단계 수가 크면 클수록, 쓰레기 파생 연료의 질과 크기 분포가 더 좋다. 표 1을 참조하면, 조밀화된 쓰레기 파생 연료(RDF-5)는 현재 상업적으로 생산되는 최고 등급의 쓰레기 파생 연료이다. 상업적으로 입수 가능한 거의 모든 연소 시스템은 별다른 변경없이 RDF-5를 연소시키기 위해 설계되거나 변경될 수 있다. 그러나, RDF-5의 생산 비용은 RDF-1, RDF-2, RDF-3 또는 RDF-4를 생산하는 비용보다 몇배나 높다. 3등급 쓰레기 파생 연료(RDF-3)는 훨씬 더 적은 생산 비용이 소요되며, 본 발명의 시스템에 효과적으로 사용될 수 있다. 대조적으로, 상업적으로 입수가능한 연소 시스템이 RDF-3을 효과적으로 사용할 수 있도록 하기 위해서는 상당한 변경이 요구된다.
본 발명의 반응기(10)에 사용하기 위한 RDF-3을 준비하기 위해서, 가공되지 않은 도시의 고형 폐기물은 대형 가정용품과 다른 가공되지 않은 폐기물을 분리하고, 또 잔류한 도시의 고형 폐기물을 급송 컨베이어에 공급하는 요동(전도) 방출(tipping) 바닥으로 전달된다. 포장 부서 직원은 다른 부가적인 수용 불가능하거나 가공될 수 없는 폐기물을 제거한다.
제 1 트롬멜(trommel)은 쓰레기 자루를 개방하고, 유리를 부수며, 크기가 5.5인치 이하의 물질을 제거한다. 제 1 트롬멜에 의해 제거되지 않은 도시의 고형 폐기물 단편은 수평 분쇄기를 사용하여 분쇄함으로써 물질의 최소한 85%가 2인치 정방형 체눈을 통과하고, 물질의 최소한 98%가 3.25인치 정방형 체눈을 통과하여 3등급 쓰레기 파생 연료를 생성한다.
제 1 트롬멜에 의해 제거된 물질은 유리/유기물 단편, 연료 단편, 및 알루미늄 단편의 회수를 위해 2단계의 제 2 트롬멜로 이송된다. 통상적으로 도시의 고형 폐기물의 약 20%를 구성하는 유리/유기물 단편은 추가 가공을 위해 유리 회수 시스템으로 이송되고, 연료 단편은 분쇄기로 이송되거나 또는 쓰레기 파생 연료 저장소로 직접 이송되며, 알루미늄이 풍부한 단편은 알루미늄 캔의 약 60% 정도의 회수를 위해 와류 알루미늄 분리 시스템으로 이송된다.
상기 2개의 처리 라인의 각각은 철 금속의 약 92%의 회수를 위해 전략적으로 위치된 몇몇의 벨트 자석과 결합한다. 상기 처리 결과는 대략적으로 이하의 특성을갖는 연료를 생성해야 한다.
연료 준비 중에, 도시의 고형 폐기물 원료의 약 25%는 전형적으로 재생을 위해 분리되고, 75%는 반응기(10)에 연료공급하기 위해 3등급 쓰레기 파생 연료로 변환된다. 전형적으로, 유입한 도시의 고형 폐기물 원료의 약 15%인 반응기 폐기물만이 매립되어질 것이다.
작동 시에, 컨베이어(56)는 가공된 3등급 쓰레기 파생 연료를 급송 빈(58)에 공급한다. 수력 램(60)은 제어된 방식으로 쓰레기 파생 연료를 압축하고 호퍼(62)로 전달한다. 에이프런형의 컨베이어(64)는 쓰레기 파생 연료를 비교적 균일한 밀도로 보풀리고 제어된 양의 쓰레기 파생 연료를 공기식 배기 연료 꼭지(52)로 전달하며, 상기 연료 꼭지는 쓰레기 파생 연료를 로 구간(30) 안으로 분사한다. 쓰레기 파생 연료의 회분은 전형적으로 너무 미세하거나 또는 너무 거칠어서 적절한 층 물질을 제공할 수 없기 때문에, 모래 등의 불활성 층 물질이 로 구간(30)에 제공되어 로 구간(30) 내에 상당히 더 넓은 방열 표면 영역과 층 난류를 제공함으로써 연소를 안정화시킨다.
공기 등의 산소 함유 유동화 기체가 덕트(34)로부터 플리넘(32)을 통하여 로 구간(30) 안으로 도입됨으로써 로 구간(30) 내에서 쓰레기 파생 연료와 불활성 층 물질을 포함하는 입자 연료 물질을 유동화시킨다. 이하에 보다 상세히 설명되는 것처럼, 방향성 노즐(38)은 또한 경사진 격자 아래의 개구부(46)와 도관(74)으로 비교적 큰 입자 연료 물질을 정향시키는 작용을 한다.
쓰레기 파생 연료는 로 구간(30)에서 연소된다. 유동화 공기에 의해 공급되는 산소는 쓰레기 파생 연료의 완전 연소를 위해 이론적으로 요구되는 화학량보다 적은 양으로 한정되며, 로 구간(30)의 하부에서 감소된 기압을 생성한다. 부가적인 산소 또는 과소 공기가 유동층 위에 위치된 덕트(50)를 통하여 제공된다. 덕트(50)는 쓰레기 파생 연료의 완전 연소를 위해 이론적으로 요구되는 화학량 이상의 산소를 제공됨으로써 로 구간(30)의 상부는 산화 조건 하에서 작동한다. 로 구간(30)의 상부에서의 임의의 국소적인 환원 조건의 발생을 최소화하고 완전 연소를 확보하기 위해서 50%의 과잉 공기가 제공된다.
로 구간(30)의 하부에서의 감소된 기압과, 상대적으로 낮은 연소 온도(1500∼1700℉)는 로 구간(30)을 나가는 연도 가스 속의 산화질소(NOx) 방출을 저하시키는 작용을 한다. 석회석의 추가는 산화질소(NOx) 형성을 강화하고, 염화수소산 방출은 로 구간(30) 내의 온도 때문에 석회석으로 조절하는 것이 곤란하기 때문에, 황 조절을 위해 로 구간(30) 내로 석회석이 첨가되지 않는 것이 바람직하다.
로 구간(30)에서, 고온 연도 가스는 로 구간(30)의 입자 연료 물질의 일부를 비말동반하고, 상기 고온 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물은 로 구간(30)으로부터 분리기(16)로 지나간다. 암모니아나 요소 등의 선택성 비촉매 환원제는 덕트(96)를 경유하여 도관 내의 고온 연도 가스와 입자 연료 물질의 혼합물에 첨가됨으로써 연도 가스 속의 산화질소 수준을 저하시킨다. 다음에, 분리기(16)는 종래의 방식으로 작동하여 입자 연료 물질을 연도 가스로부터 분리하고, 분리된 입자 연료 물질을 디플레그(92)와 J형 밸브(94)를 통하여 로 구간(30) 안으로 재도입한다.
분리기(16)의 휜형 관벽은 증기 드럼(104)으로부터의 증기에 의해 직접 냉각된다. 분리기(16) 벽의 온도는 인클로우져(12) 벽의 온도보다 약간 더 높다. 따라서, 분리기 벽의 팽창은 로 구간(30) 벽의 팽창과 유사하며, 분리기는 로 구간(30)의 일체형 부품으로 간주된다.
로 구간(30)에서 생성되고 분리기(16)로부터의 재순환에 의해 강화된 고난류는 보다 안정적인 연소를 제공하는 열적 관성 또는 '열적 플라이휘일 효과'를 생성한다. 유동층은 임의의 주어진 시간에서 보다 많은 물질이 로 구간(30) 내에 체류하는 것을 허용하고, 큰 열적 질량과 초과 난류는 열점과 냉점이 로 구간(30) 내에발생할 잠재성을 감소시키며, 이것은 다시 불량 연소의 층상 포켓(pocket)이 발생할 잠재성을 감소시킨다.
로 구간(30) 하부의 감소된 기압과 낮은 연소 온도는 전형적으로 150-200 ppmv 범위에 있는 산화질소(NOx) 방출을 제공한다. 이는 일반적으로 종래의 연소에 의해 달성되는 200-350 ppmv의 산화질소(NOx) 농도와 잘 비교된다. 반응기(10)는 또한 낮은 과잉 공기(50%)와 낮은 불연소 탄소(전형적으로, 1%이하)로 인해 81%보다 더 좋은 보일러 효율을 달성할 수 있다. 이는 또한 비처리된 도시의 고형 폐기물을 연소시키는 종래의 연소기의 약 70% 그리고 종래의 쓰레기 파생 연료 연소기의 약 75%의 보일러 효율과 잘 비교된다. 또한, 반응기(10) 내의 열교환율 제어의 유연성은 반응기(10)에 우수한 턴 다운(turn down) 능력을 제공하여, 연소 기체 온도가 거의 변화지 않고 대략 50% 내지 100% 범위의 부하를 허용한다.
반응기(10)의 상기와 같은 장점과 우수한 연료 융통성에도 불구하고, 도시의 고형 폐기물로부터 발생되는 쓰레기 파생 연료의 수분 함유량과 발열량의 변동은 여전히 소정의 층 온도를 유지하는데에 어려움을 야기할 수 있다. 따라서, 보조 가열기(73)가 로 구간(30)에 제공됨으로써 필요에 따라 로 구간(30) 내에서의 소정의 온도를 유지하기 위한 부가적인 열을 제공한다. 보조 열은 층내 버너, 프리보드(freeboard) 버너 및 또는 덕트내 버너 등의 공급원에 의해 제공될 수 있다.
로 구간(30)의 작동 및 유동화 중에, 비교적 큰 입자 연료 물질은 격자(28) 상의 또는 격자(28) 근처의 로 구간(30)의 저부에 침전하려는 경향이 있다. 입자연료 물질의 최소한 98%가 3.25인치 정방형 체눈을 통과하도록 3등급 쓰레기 파생 연료가 가공되지만, 상기 1차원 크기의 수배의 물건들이 연료 처리 시스템을 통과함을 예상할 수 있다. 벽돌 또는 금속의 과대한 조각이나 와이어의 긴 조각과 같은 것(이하, "비교적 큰 입자 연료 물질"이라 칭함)이 연료 처리 시스템을 통하여 만들어질 수 있다. 많은 양이 존재하면, 상기 비교적 큰 입자 연료 물질은 국소적인 비유동화와 냉점을 야기할 수 있다. 더욱이, 상기 비교적 큰 입자 연료 물질은 전형적인 연소기의 노즐 상에 걸리거나 얽힐 수 있다.
이들 문제들을 회피하기 위해서, 로 구간(30), 도관(74) 및 스트리퍼/냉각기 구간(80)은 후술되는 바와 같이 그러한 비교적 큰 입자 연료 물질의 신속하고 효율적인 제거를 촉진하도록 설계된다. 로 구간 내의 방향성 노즐(38)은 유동화 공기의 수평 분사가 비교적 큰 입자 연료 물질을 경사 격자(28) 아래로 도관(74)을 향해 강제로 이송하도록 배치된다. 유사하게, 도관(74)과 스트리퍼/냉각기 구간(80) 내의 노즐(38)은 도관(74)으로부터 스트리퍼/냉각기 구간(80)을 가로질러 배수구(78)로 강제적으로 이송한다. 비교적 큰 입자 연료 물질은 폐기용 배수구(78)를 거쳐 제거된다. 방향성 노즐(38)은 비교적 큰 입자 연료 물질이 축적되거나, 비유동화되거나, 과열되거나, 또는 큰 질량체로 융합되기 전에 배수구(78)로 강제적으로 이송시키는 것을 가능하게 한다.
스트리퍼/냉각기 구간(80)은 배플이나 격벽없이 단일 구간으로 이루어지기 때문에 스트리퍼/냉각기 구간(80)은 배치 방식으로 작동된다. 배치 방식에서, 스트리퍼/냉각기 구간(80)은 사실상 비워진 상태에서 각 사이클을 시작한다. 비교적 큰입자 연료 물질을 포함하는 입자 연료 물질의 로 구간(30)으로부터 스트리퍼/냉각기 구간(80)으로의 흐름은 공급원(88)과 플리넘(86)으로부터 도관(74) 내로 유동화 공기를 도입함으로써 시작된다. 스트리퍼/냉각기 구간(80)이 소정량의 비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 입자 연료 물질로 채워질 때, 도관(74)으로의 유동화 공기와, 이에 따른 로 구간(30)으로부터 스트리퍼/냉각기 구간(80)으로의 입자 연료 물질의 흐름은 중단된다.
이 시점에서, 플리넘 부분(82A)(82B)으로부터의 유동화 공기에 의해 스트리퍼/냉각기 구간(80) 내의 비교적 큰 입자 연료 물질로부터 비교적 미세한 입자 연료 물질의 스트리핑(stripping)이 발생하는데, 이 스트리핑은 그러한 비교적 미세한 입자 연료 물질이 소정 정도로 고갈될 때까지 발생한다. 상기 비교적 미세한 입자 연료 물질 부분은 인클로우져(12)의 배면벽(24) 안의 개구부(48)와 도관(76)을 경유하여 로 구간(30)으로 귀환된다. 또한, 온도가 연소 온도 이상으로 유지되는 동안에 비교적 미세한 입자 연료 물질 내의 잔류 탄소가 연소된다. 플리넘 부분(82A)(82B)으로부터의 유동화 공기는 스트리퍼/냉각기 구간(80)의 잔류한 비교적 큰 입자 연료 물질을 냉각시키는 작용을 한다. 플리넘 부분(82A)(82B)과 독립적으로 조절 가능한 유동화 공기 공급원(84A)(84B)의 사용은 스트리퍼/냉각기 구간(80)에서의 스트리핑과 냉각 기능에 대한 융통성을 제공한다.
스트리퍼/냉각기 구간(80)의 입자 연료 물질이 소정의 폐기 온도로 떨어질 때 배수구(78)의 밸브(90)가 개방되고, 비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 입자 연료 물질은 폐기용 배수구(78)를 경유하여 제거된다. 다음에, 배치 처리가 반복된다.
1회의 배치 사이클에 요구되는 시간은 전형적으로 30분 정도이다. 물론, 지속 및 사이클 빈도수는 보일러 부하와 연소되는 연료의 유형과 조성에 따라 변화될 것이다. 충전 및 사이클 시간이 비교적 짧기 때문에, 로 구간(30)으로부터 스트리퍼/냉각기 구간(80)으로의 고형체의 전달률은 저부 회분 평균 배출률의 수배이다. 이는 로 구간(30), 도관(74) 및 스트리퍼/냉각기 구간(80)으로부터 폐기용 배수구(78)로의 비교적 큰 입자 연료 물질의 세척을 가져온다. 이 세척 작용은 로 구간(30), 도관(74) 또는 스트리퍼/냉각기 구간(80)에서의 큰 입자 연료 물질의 축적을 방지한다.
제 1 도를 참조하면, 분리된 고온 연도 가스는 분리기(16)로부터 도관(98) 안으로 통과한다. 염소 부식은 튜브 금속 온도의 작용이고 마무리 과열기(110A)의 튜브 금속 온도는 비교적 높기 때문에 증기 발생기 튜브 뱅크(102)는 연도 가스가 마무리 과열기(110A) 위를 통과하기 전에 연도 가스의 온도를 저하시키기 위해 제공된다. 약 1250℉ 이상의 온도에서, 연도 가스는 염소와 같은 화합물의 산 침투로 인해 마무리 과열기(110A) 튜브 표면의 과도한 부식을 야기하는 경향이 있다. 그와 관련해서, 고온 연도 가스는 도관(98)을 통하고 냉각 튜브(106)를 지나감으로써 열회수 영역(100)으로 보내지기 전에 1250℉ 이하로 고온 연도 가스를 냉각시킨다.
약간의 입자 연료 물질은 도관(98)으로 들어가서 냉각 튜브(106)를 가로질러 통과하기 전에 고온 연도 가스에 비말동반된 상태로 잔류한다. 이 입자 연료 물질의 일부는 냉각 튜브(106)에 부딪히고 고착되어 냉각 튜브(106)를 가로지르는 열교환율을 감소시킬 수 있는 침전물을 형성한다. 이 침전물은 또한 연도 가스의 경로를 가로막고 증기 발생기 튜브 뱅크(102)를 가로지르는 압력 강하를 증가시키는 막힘을 야기할 수 있다. 상술한 바와 같이, 기계적인 래퍼(rapper)(도시되지 않음)가 헤더(108)를 두드리기 위해 사용함으로써 튜브(106) 상에 형성된 침전물을 떼어내는 헤더(108) 및 튜브(106)의 진동을 유발한다. 기계적인 래퍼는 냉각튜브(106) 상의 회분 침전물의 보호층을 남겨서 염소 침투와 관련된 부식을 감소시키는 경향이 있기 때문에 증기 그을음 송풍기 위에 배치되는 것이 바람직하다. 대조적으로, 증기 그을음 송풍기는 회분 침전물의 보호층의 제거로 인해 고염소 연료를 연소하는 설비에서의 튜브의 소모 또는 부식을 가속화시키는 것으로 판명되었다.
냉각된 연도 가스는 도관(98)의 증기 발생기 튜브 뱅크(102) 위를 통과한 후에 먼저 마무리 과열기(110A)를 가로지르고, 다음에 제 1 과열기(110B)와 이코너마이저(110C)를 가로질러서 열회수 영역(100)으로 보내진다. 보다 낮은 튜브 금속 온도를 제공하기 위하여 마무리 과열기(110A) 내의 냉각 유체는 연도 가스와 평행하게 흐른다. 마무리 과열기(110A), 제 1 과열기(110B) 및 이코너마이저(110C)의 튜브는 낮은 내부 튜브 속도를 갖는 크고 깨끗한 공간을 제공함으로써 입자 연료 물질의 침전물의 축적을 최소화하도록 설계된다. 그럼에도 불구하고, 마무리 과열기(110A)에는 또한 원하지 않는 침전물을 제거하기 위한 기계적인 래퍼가 제공된다. 연도 가스는 열회수 영역(100)을 약 425℉에서 나가게 된다.
냉각된 연도 가스는 열회수 영역(100)을 나가서 건식 연도 가스 정제 장치(112)로 보내진다. 석회 슬러리(slurry)는 연도 가스의 산성 기체 성분(주로,이산화황, 염화수소산 및 불화수소산)을 중화시키기 위해 정제 장치(112) 내로 분사되고 분무된다. 슬러리의 물은 건조 분말 반응 생성물을 생성하는 고온 연도 가스에 의해 증발된다. 부가적으로, 소량의 활성 탄소가 석회 슬러리와 혼합되고, 정제장치(112) 내에 분무됨으로써 미량의 중금속과, 다이옥신 및 유기 화합물의 방출을 더욱 저하시킨다. 다음에, 처리되고 냉각된 연도 가스는 약 275℉에서 정제장치를 나가고 직물 자루 필터실(114)로 보내진다.
자루 필터실(114)에서, 주로 비산 회분, 건식 정제 장치 반응 생성물 및 비반응 석회로 구성되는 잔류 입자 연료 물질은 다중 모듈형 유닛에 수용된 직물 자루 필터실의 배열 상에 수집된다. 수집된 물질은 보통의 연도 가스 흐름에 역으로 흐르는 압축 공기의 진동을 이용해서 자루 필터실로부터 주기적으로 제거된다.
다음에, 처리되고 냉각된 연도 가스는 대기로의 폐기 또는 방출용 연통(116)으로 보내진다.
몇몇 장점이 전술한 장치 및 방법의 결과로 발생된다. 예를 들면, 본 장치와 방법은 기계적 문제 및 고장을 더 일으키기 쉬운 이동 또는 주행 화격자 로, 급탄 보일러 또는 회전 가마 소각로를 포함하는 복잡한 연소 시스템을 사용하지 않고 유동층 반응기가 쓰레기 파생 연료를 깨끗하고 효율적으로 연소시키기 위해 사용될 수 있게 해준다. 경사 격자(28) 표면과 방향성 노즐(38)의 사용은 비교적 큰 입자 연료 물질이 시스템 내에 축적되어 각종 배출구, 도관 또는 배수구의 비유동화, 열점 또는 폐쇄 등의 문제를 야기하기 전에 비교적 큰 입자 연료 물질을 로 구간(30), 도관(74) 및 스트리퍼/냉각기 구간(80)을 가로질러 배수구(78)로 효율적으로 이송한다. 부가적으로, 로 구간(30) 하부와 분리기(16)의 보호 내화층(36)과 로 구간(30) 상부의 보호 용접 도금(72)의 사용은 염화물 침투로 인한 과도한 부식에 대해 반응기(10)를 보호한다. 또한, 반응기(10)는 종래의 폐기물-에너지 소각로보다 더 안정적이고, 효율적이며, 완전한 연소를 제공하는 동시에 우수한 융통성과 공해 조절을 제공한다.
상술한 바람직한 실시예에 있어서 다양한 변형이 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 반응기(10)는 3등급의 쓰레기 파생 연료를 연소시키는 것으로 설명되고 있지만, 다른 등급의 쓰레기 파생 연료뿐만 아니라 도시의 고형 폐기물 또는 다른 연료도 반응기에서 연소될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 개시된 공해 조절 장치와 기술은 임의 수의 조합으로 사용될 수 있으며, 원하는 공해 조절의 유형과 정도 및 연소되는 연료 등에 따라 다른 장치나 기술로 대체되거나 생략될 수 있다. 예를 들면, 이단 연소는 로 구간(30)에서 사용될 필요가 없으며, 유사하게 선택성 비촉매 환원은 생략되거나 또는 다른 공해 조절 수단으로 대체될 수 있다. 부가적으로, 스트리퍼/냉각기 구간(80)은 바람직하게는 배치 방식으로 작동되지만, 스트리퍼/냉각기 구간(80)은 또한 연속 방식 또는 다른 방식으로 작동될 수 있다.
전술한 개시에 있어서 변형, 변화 및 치환이 의도될 수 있으며, 몇몇 경우에 본 발명의 일부 특징은 대응하는 다른 특징의 사용없이 채용될 수 있을 것이다. 본 발명의 다른 응용예뿐만 아니라 개시된 실시예에 대한 다양한 변형이 전술한 명세서 및 도면에 의해 본 기술 분야에 숙련된 자에게 제안될 것이다. 이에 따라, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 범주와 일관된 방식으로 넓게 해석되는 것이 적절한 것이다.
제 1 도는 본 발명의 특징을 구체화한 유동층 반응기의 개략도.
제 2 도는 제 1 도의 유동층 반응기의 일부의 확대 개략도.
제 3 도는 제 1 도의 유동층 반응기에 사용되는 격자의 확대 부분 분해도.
제 4 도는 제 1 도의 유동층 반응기의 로벽 일부의 개략 단면도.
제 5 도는 제 1 도의 유동층 반응기에 사용되는 쓰레기 파생 연료(RDF) 공급 시스템 일부의 확대 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응기 12: 인클로우져(enclosure)
14 : 챔버(chamber) 16 : 사이클론(cyclone) 분리기
30 : 로(爐) 구간 80 : 스트리퍼(stripper)/냉각기 구간
100 : 열회수 영역 104 : 증기 드럼

Claims (23)

  1. 유동층 반응기로서,
    정면벽, 2개의 측벽 및 배면벽을 갖는 인클로우져와;
    정면벽, 2개의 측벽 및 배면벽을 가지며, 정면벽은 상기 인클로우져의 배면벽에 인접해서 배치된 챔버와;
    상기 인클로우져와 상기 챔버 내에 배치된 입자 연료 물질을 지지하고, 상기 챔버와 상기 인클로우져의 하부를 가로질러 연장됨으로써 상기 인클로우져를 로 구간과 상기 로 구간 아래에 배치된 제 1 플리넘으로 분할하고, 상기 챔버를 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 아래에 배치된 제 2 플리넘으로 분할하는 격자를 포함하고,
    상기 스트리퍼/냉각기 구간은 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 비교적 큰 입자 연료 물질을 제거하기 위한 배수구를 가지며, 상기 챔버는 상기 인클로우져의 하부에 연결되어 상기 입자 연료 물질을 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로 통과할 수 있게 해주며,
    상기 격자는 상기 인클로우져 내에서 상기 인클로우져의 정면벽으로부터 상기 인클로우져의 배면벽으로 하방으로 경사지고, 상기 챔버 내에서 상기 챔버의 정면벽으로부터 상기 배수구로 하방으로 경사지며;
    상기 유동층 반응기는 또한,
    비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 입자 연료 물질을 도입하는 수단과;
    상기 제 1 플리넘으로부터 상기 로 구간으로 유동화 기체를 지나게 해서 상기 로 구간 내의 입자 연료 물질을 유동화시키고, 상기 로 구간의 배면벽을 향해 그리고 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 상기 로 구간 내의 비교적 큰 입자 연료 물질을 정향시키기 위해 상기 인클로우져 내의 상기 격자를 통해 배치되는 복수의 제 1 노즐과;
    상기 제 2 플리넘으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로 유동화 기체를 지나게 해서 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내의 입자 연료 물질을 유동화시키고, 상기스트리퍼/냉각기 구간 내의 비교적 큰 입자 연료 물질을 상기 폐기용 배수구로 정향시키기 위해 상기 챔버 내의 격자를 통해 배치되는 복수의 제 2 노즐을 더 포함하며,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 노즐은 상기 격자를 통해 배치되어 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내의 상기 복수의 제 1 및 제 2 노즐의 노출을 각각 최소화함으로써, 상기 비교적 큰 입자 연료 물질이 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 배수구로 보내질 때 상기 비교적 큰 입자 연료 물질의 막힘을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자의 상부 표면 상에 배치된 내화재를 더 포함하며,
    상기 복수의 제 1 노즐은, 각각이 상기 제 1 플리넘 내로부터 상기 격자와 상기 내화재를 통하여 상방으로 연장된 제 1 부분과, 상기 로 구간 내에 배치되어상기 로 구간 내로 수평으로 상기 유동화 기체를 정향시킴으로써 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로 상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 정향시키는 제 2 부분을 갖는 방향성 노즐을 포함하고,
    상기 복수의 제 2 노즐은, 각각이 상기 제 2 플리넘 내로부터 상기 격자와 상기 내화재를 통하여 상방으로 연장된 제 1 부분과, 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내에 배치되어 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 수평으로 상기 유동화 기체를 정향시킴으로써 상기 배수구로 상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 정향시키는 제 2 부분을 갖는 방향성 노즐을 포함하며,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 노즐의 제 2 부분은 상기 내화재 바로 위의 상기 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 로 구간 안으로 상기 유동화 기체를 도입하도록 배치되어 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내의 복수의 제 1 및 제 2 노즐의 제 1 부분의 노출을 감소시킴으로써, 상기 큰 입자 연료 물질이 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 배수구로 보내질 때 상기 비교적 큰 입자 연료 물질의 막힘을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 노즐은 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간내로 각각 상기 유동화 기체를 통과시키기 위한 배출구를 가지며,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 노즐의 상기 제 2 부분의 배출구는 0.5인치 내지 1.0인치 범위 내의 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 비교적 큰 입자 연료 물질이 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로 통과하는 것을 허용할 정도로 크기가 설정된 제 1 도관에 의해 상기 인클로우져에 연결되며,
    상기 제 1 도관 위에 배치되고, 상기 유동화된 입자 연료 물질이 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 상기 로 구간으로 통과될 수 있도록 해주기 위해 상기 인클로우져의 배면벽을 상기 챔버의 정면벽에 연결하는 제 2 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 플리넘 내에 배치되고, 상기 챔버의 배면벽에 평행하게 상기 챔버의 바닥으로부터 상기 격자로 상방으로 연장됨으로써 상기 제 2 플리넘을 복수의 분리 부분으로 분할하는 격벽 및;
    상기 제 2 플리넘의 상기 복수의 부분 각각으로의 유동화 기체 흐름을 독립적으로 조절하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 로 구간 하부의 상기 인클로우져의 내벽 상에 배치된 고강도, 저접합, 저다공성의 제 2 내화재를 더 포함하며,
    상기 제 2 내화재는 고강도의 스터드 패턴에 의해 고착되고, 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기,
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로 구간 상부의 상기 인클로우져의 내벽 상에 배치되는 고니켈강 합금의 용접 도금을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 로 구간 내에 배치되어 상기 로 구간에 보조 열을 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  9. 로 구간 내로 비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 쓰레기 파생 연료를 도입하는 단계와;
    상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 상기 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간으로 통과시키는 단계와;
    상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간을 각각 유동화시키고, 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 폐기용 배수구로 상기 비교적 큰 입자 연료 물질의 통과를 촉진시키기 위해 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 유동화 기체를 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유동화 기체는 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 수평으로 도입되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  11. 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 도입되는 상기 유동화 기체는 산소 함유 기체이고, 상기 유동화 기체는 상기 쓰레기 파생 연료 물질을 완전 연소시키기에는 화학양론적으로 불충분한 양으로 로 구간 내로 유입됨으로써, 상기 로 구간의 하부에서 환원 조건을 발생시키며;
    상기 쓰레기 파생 연료의 완전 연소를 위해 화학양론적으로 요구되는 것보다 더 많은 산소를 공급하기 위해 상기 로 구간의 상기 유동층 위의 높이에서 상기 로 구간 내로 부가적인 산소 함유 기체를 도입함으로써 상기 로 구간의 상부에서 산화 조건을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로 구간의 상부로부터 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물을 배출시키는 단계와;
    상기 연도 가스 내의 산화질소(NOx) 수준을 저하시키기 위해, 상기 배출된 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물 내로 선택성 비촉매 환원제를 분사하는 단계와;
    상기 연도 가스로부터 상기 입자 연료 물질을 분리하는 단계와;
    상기 분리된 입자 연료 물질의 적어도 일부를 상기 로 구간으로 귀환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택성 비촉매 환원제는 암모니아와 요소로 된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스트리퍼/냉각기 구간 내로 도입되는 상기 유동화 기체는 소정의 온도를 얻기 위해 상기 스트리퍼/냉각기 구간의 상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 냉각시키는 작용을 하며;
    상기 소정의 온도가 얻어진 후에 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 배출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 로 구간으로 유입되는 상기 쓰레기 파생 연료를 얻기 위해 도시의 고형 폐기물을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도시의 고형 폐기물은 상기 로 구간으로 유입하기 위한 3등급 쓰레기 파생 연료를 얻기 위해 가공되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  17. 로 구간 내로 비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 쓰레기 파생 연료를 도입하는 단계와;
    상기 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간으로 상기 비교적 큰 입자 연료 물질을 통과시키는 단계와;
    상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간을 각각 유동화시키고, 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간과 폐기용 배수구로 상기 비교적 큰 입자 연료 물질의 통과를 촉진시키기 위해 상기 로 구간과 상기 스트리퍼/냉각기구간 내로 유동화 기체를 도입하는 단계와;
    소정량의 비교적 큰 입자 연료 물질이 상기 스트리퍼/냉각기 구간 내에 수용된 후에 상기 로 구간으로부터 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로의 상기 큰 입자 연료 물질의 통과를 일시적으로 중단시키는 단계와;
    상기 스트리퍼/냉각기 구간 내의 상기 소정량의 비교적 큰 입자 연료 물질을 냉각시키는 단계와;
    상기 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 상기 냉각된 비교적 큰 입자 연료 물질을 배출시키는 단계와;
    상기 로 구간으로부터 상기 배출된 스트리퍼/냉각기 구간으로의 상기 비교적 큰 입자 연료 물질의 통과를 재개시킴으로써 상기 스트리퍼/냉각기 구간을 배치 방식으로 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 로 구간의 상부로부터 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물을 배출시키는 단계와;
    상기 연도 가스 내의 산화질소(NOx) 수준을 저하시키기 위해 상기 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물 내로 선택성 비촉매 환원제를 분사하는 단계와;
    상기 연도 가스로부터 상기 입자 연료 물질을 분리하는 단계와;
    상기 분리된 입자 연료 물질의 적어도 일부를 상기 로 구간으로 귀환시키는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 로 구간 내로 유입되는 상기 쓰레기 파생 연료를 얻기 위해 도시의 고형 폐기물을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 도시의 고형 폐기물은 상기 로 구간 내로 도입하기 위한 3등급 쓰레기 파생 연료를 얻기 위해 가공되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 로 구간으로부터 분리기로 유동화 기체와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물을 통과시키는 단계와;
    상기 비말동반 입자 연료 물질로부터 상기 유동화 기체를 분리하는 단계와;
    상기 분리된 기체를 1250℉ 이하로 냉각시키는 단계와;
    상기 냉각된 기체를 과열기 열교환 표면을 가로질러 통과시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 기체를 냉각시키는 단계는 약 1250℉ 이상의 온도에서 강화되는 산 침투로 인한 과도한 부식으로부터 상기 과열기 열교환 표면을 보호하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기 작동 방법.
  22. 유동층 반응기로서,
    정면벽 배면벽을 갖는 인클로우져와;
    정면벽과 배면벽을 가지며, 정면벽은 상기 인클로우져의 배면벽에 인접해서 배치된 챔버와;
    상기 인클로우져와 상기 챔버 내에 배치된 입자 연료 물질을 지지하고, 상기챔버와 상기 인클로우져의 하부를 가로질러 연장됨으로써 상기 인클로우져를 로 구간과 상기 로 구간 아래에 배치된 제 1 플리넘으로 분할하고, 상기 챔버를 스트리퍼/냉각기 구간과 상기 스트리퍼/냉각기 구간 아래에 배치된 제 2 플리넘으로 분할하는 격자를 포함하고,
    상기 스트리퍼/냉각기 구간은 상기 스트리퍼/냉각기 구간으로부터 비교적 큰 입자 연료 물질을 제거하기 위한 배수구를 가지며, 상기 챔버는 상기 인클로우져의 하부에 연결되어 상기 로 구간으로부터 스트리퍼/냉각기 구간으로 상기 입자 연료 물질을 통과할 수 있게 하며, 상기 격자는 상기 인클로우져 내에서 상기 인클로우져의 정면벽으로부터 상기 인클로우져의 배면벽으로 하방으로 경사지고, 상기 챔버 내에서 상기 챔버의 정면벽으로부터 상기 배수구로 하방으로 경사지며;
    상기 유동층 반응기는 또한
    상기 로 구간 내로 비교적 큰 입자 연료 물질을 포함하는 연료 입자 연료 물질을 도입하는 수단과;
    상기 로 구간의 상부로부터 연도 가스와 비말동반 입자 연료 물질의 혼합물을 수용하고, 상기 연도 가스로부터 상기 비말동반 입자 연료 물질을 분리하며, 상기 분리된 입자 연료 물질의 적어도 일부를 상기 로 구간의 하부로 귀환시키기 위해 상기 인클로우져에 인접해서 배치되고 상기 인클로우져에 연결된 분리기와;
    상기 분리된 연도 가스를 수용하기 위한 도관에 의해 상기 분리기에 연결되고 상기 분리기에 인접해서 배치되며, 상기 분리된 연도 가스와 열전달 관계에 있고, 상기 분리된 연도 가스를 냉각시키는 복수의 열교환 표면이 배치되어 있는 열회수 영역과;
    증기 드럼과, 상기 증기 드럼과 유체 흐름 관계에 있고 상기 도관을 통과하는 연도 가스와 열전달 관계에 있도록 상기 증기 드럼으로부터 상기 도관을 통하여 하방으로 연장된 복수의 튜브와, 상기 증기 드럼 아래에 배치된 복수의 헤더를 갖는 증기 발생기 튜브 뱅크를 더 포함하며,
    상기 튜브는 상기 복수의 헤더를 상기 증기 드럼과 유체 흐름 관계가 되도록 상기 복수의 헤더로 연장되며, 상기 복수의 헤더는 상기 복수의 헤더와 상기 복수의 튜브의 진동을 유발함으로써 상기 복수의 튜브 상에 축적되는 침전물이 상기 복수의 튜브로부터 제거될 수 있게 해줄 정도로 크기가 설정된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 헤더에 인접해서 배치되고, 상기 복수의 헤더를 가격하도록 정렬되며, 상기 복수의 튜브로부터 침전물을 제거하기 위해 상기 복수의 헤더와 상기 복수의 튜브의 진동을 유발시키는 복수의 기계적 래퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
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