KR100316978B1 - 수냉벽부착소각로및연소방법 - Google Patents

Abstract

[목적] 흑연 및 흑연 발생이 적은 소각로 및 그 연소방법을 제공한다.

[구성] 수냉벽부착 소각로의 수냉벽으로부터 발생하는 수증기의 전량 또는 일부를 필요하다면 공기와 혼합하여 소각로내로 도입하고, 배기가스온도를 검출하여 도입 수증기량 및 수증기와 공기의 비율을 자동제어하여, 미연소의 고체탄소입자를 수성가스반응에 의해 일산화탄소로 변환하고, 완전연소에 가깝도록 한 수냉벽부착 소각로 및 연소방법.

Description

수냉벽부착 소각로 및 연소 방법

흑연의 발생을 억제한 수냉벽부착 소각로 및 흑연발생을 억제하는 연소방법에 관한 것이다.

폐 플라스틱 등의 고발열성 소각물을 소각로에서 태우면, 그 고열 때문에 노의 손상이 현저하다. 또한 열에 의해 노의 내벽이 가열되면 노벽으로부터 방사되는 복사열의 양이 늘어나고, 그에 의해서 소각물의 연소가 촉진되어서 한층 고열을 발하는 악순환으로 된다.

이를 개량하기 위하여, 근년 수냉벽부착 소각로가 개발되어 왔다. 이것은 소각로의 외벽에 물을 통과시켜 냉각하고, 그 전열에 의해서 내벽의 온도상승을 억제하도록 한 것이며, 이에 의해 노의 손상을 방지하여 그 수명이 현저하게 개선되어 왔다.

노의 손상에 관하여는 이와 같이 대폭적으로 개선되어 왔지만, 때때로 발생할 수 있는 소각물의 과잉투입이 있으면, 이와 같은 수냉벽부착 소각로를 가지고 하여도 산소의 공급을 따를 수 없으며 미연소입자인 흑연이 발생한다는 문제는 여전히 미해결 상태이다.

증가의 길을 걷는 산업 및 가정 폐기물, 특히 플라스틱 폐기물의 증가에 대처하기 위하여는, 그 소각처리는 매우 중요한 기술이지만, 이들의 소각에 있어서는 항상 흑연의 발생이나 유독가스의 발생을 수반하여 주변의 대기환경을 오염시키고, 또 재(灰)로서 꺼내진 것 중에도 폐기처리가 곤란한 불완전 연소에 의한 흑색의 재가 다량 포함된다. 이와 같이 현재의 소각로는 충분히 사회적 요구를 만족시킬 수 있는 것으로는 되어 있지 못하였다.

본 발명의 목적은 산업 폐기물 및 가정폐기물, 특히 플라스틱 등의 고발열량폐기물의 연소시에 발생하는 흑연 및 검은 재의 발생을 방지하는 소각로 및 연소방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 노내의 과도한 온도상승을 억제한 수명이 긴 소각노를 제공하는 것에 있다.

소각시에 배출되는 흑연은, 미연소의 탄소입자의 혼입에 의한 것이며, 이들을 완전연소시키면 흑연발생을 완전히 방지할 수 있는 것은 명백하다.

본 발명은, 수냉벽부착 소각로에서 발생하는 수증기를 직접 고온의 소각로 내에 도입하여, 수증기의 반응에 의해 미연소의 고체탄소입자를 일산화탄소 가스로 변환함으로써, 보다 완전히 연소시킬 수 있는 것을 확인하고, 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 소각로의 외벽에 형성한 수냉벽 (3) 으로부터의 발생 수증기 (7) 를 소각로내 연소공간 (1) 에 도입하고, 고온의 미연소 탄소입자를 일산화탄소 가스로 변환함으로써 연소효율을 개선한 수냉벽부착 소각로 및 소각방법이다.

수증기 도입에 의해 연소온도를 저하시키고 흑연발생을 방지하는 본 발명의 사상을 설명한다. 흑연의 발생은, 연소가 가속되고 이상 연소되면 노내 온도가 상승하고, 또한 연소가 가속된다. 그 때문에 산소의 공급이 미치지않고 불완전연소로 되기 때문에 일어나는 것이다. 이에 대하여, 수증기를 도입하여 수성화 반응을 일으키면, 이 반응이 흡열반응이기 때문에 노내 온도가 내려가서 이상연소가 억제되어 연소가 안정화한다. 이로써 미연소의 고체탄소 입자의 발생량이 감소함과 동시에 발생한 고체탄소입자는 기체의 수성(水性)가스로 변환된다. 이렇게 하여 수증기의 도입은 흑연발생의 방지에 유효하게 작용한다.

수냉벽 내부에서 발생한 수증기는 전량 노내 (소각로 연소공간) 로 유도하여도 좋다. 단지 그것만이라도, 노내연소가 과잉하게 되면 수냉벽 내에 전달되는 열량이 늘어나고, 이에 따라서 수증기의 발생량이 과잉하게 되고, 노내로 유도하여 이용할 수 있는 수증기가 증가하여 흑연발생을 자동적으로 억제할 수 있도록 작용한다.

또 발생한 수증기를 전량 노내로 도입하는 것은 아니며, 연소상황에 따라서 그 적당량만큼을 유도하도록 하고, 나머지는 다른 용도로 이용하기 위하여 다른 장소로 송출할 수 있다.

또 수증기 단독 뿐 만 아니라, 공기와 적당한 비율로 혼합하여 노내로 도입함으로써, 연소온도, 산소의 공급량을 광범위하게 바꾸어 다양한 모드에서의 연소상황을 선택하여 연소효율을 개선할 수도 있다.

또, 노내가스연도의 배기가스온도 (≒노내온도) 검출을 행하여, 수증기의 량, 공기의 양 또는 수증기와 공기의 혼합비율을 자동적으로 제어할 수도 있다.

노내로 도입하는 수증기의 양은 댐퍼제어나 밸브제어 등의 일반적인 수증기 유량제어법을 이용하여 자유롭게 제어할 수 있다.

노내로 도입된 수증기는, 고온하에서 탄소입자 즉 흑연으로 되어서 노로부터 배출될 수 있는 미연소의 고체탄소입자와 이른바 수성가스 반응

에 의해 기체의 일산화탄소와 수소가스로 변환되고, 이 양 기체는 가연성 기체이기 때문에 고체탄소 보다도 훨씬 효율 좋게 연소하여 각각의 CO₂및 H₂O 기체로 되어서 노의 출구로부터 배출된다. 따라서 수성가스반응이 보다 완전하게 진행할수록 흑연의 발생은 방지된다.

수성가스반응은 고온으로 가열된 탄소에 수증기를 접촉시킴으로써 용이하게 진행한다.

본 발병의 연소로에는, 수냉벽의 타입으로서, 노의 천정에만 수냉벽을 형성한 부분 수냉벽로, 노의 외주 전면에 수냉벽을 형성한 전면 수냉벽로가 포함되고, 노의 종류는 노상(爐床)이 회전하는 원형로, 로터리킬른로, 건조가스화로, 분무소각로, 다단로, 계단로, 로스틀로, 용융로, 유동상(流動床)등, 수냉벽을 부착할 수 있는 형의 노라면 어떠한 노도 포함할 수 있다.

수증기는 연소용 공기를 노내로 보내는 연소용 공기 도입관으로 유도하고, 공기와 혼합하여 블로어에 의해 노내로 보낼 수 있다.

수증기 도입관 및 배기가스 연도를 형성하는 재료는 강재, 스텐레스재, 플라스틱재 등이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

실시예 1

제 1 도는 소각로의 천정부에 수냉벽 (3) 을 갖는 고정형 부분 수냉벽에, 발생수증기 (7) 를 노내 (소각로내 연소공간) (1) 로 도입한는 장치를 부착한 본 발명의 소각로이다. 특히 발생 수증기를 전량 노내로 도입하는 형의 것이다. 이 소각로와 그에 의한 소각방법을 설명한다.

소각로내 연소공간 (노내) (1) 에서 발생한 연소열에 의해 소각벽 (3) 내의 물이 가열되어 수증기를 발생배출한다. 수증기는 단독으로 또는 공기 도입구 (9) 로부터 도입된 공기와 혼합되고, 블로어 (10) 및 (11) 로부터 노내(1)로 보내진다. 공기량은 연소중에 자유롭게 바꿀 수 있지만, 본 예에서는 공기비 2.1 의 일정량으로 행하였다. 노내로 보내진 수증기는 노내에 존재하는 미연소의 고온의 고체탄소입자와 반응하여 수성가스 CO+H₂를 생성한다. 수성가스는 연소하여 CO₂및 H₂O 로 되어 미연소 고체입자를 거의 수반하는 일 없이 배기가스 연도 (12) 로부터 배기가스 (13) 로서 배출된다.

연소상황의 결과를 종래의 수냉벽로와 비교하여 표 1에 기재하였다.

모두가 폐플라스틱 투입량을 200kg/Hr 로 되도록 운전한 경우의 발생(=유입) 수증기량 및 배기가스 상황을 데이터로서 표시하고 있다. 종래형에 비하여 본 발명에서는 먼지량, NOx 량, 취기강도(臭氣强度), 재 중의 미연소분이 현저하게 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

배기가스성분 및 재 중의 미연소 성분비율의 측정은 다음과 같이 행하였다.

배기가스성분의 측정은, 소각로 출구에서 배기가스를 샘플링하여 행하였다. 먼지량, 배기가스량은 JIS Z8808, NOx는 JIS K0104, 취기강도는 일본국 환경청 고시 13 호의 방법에 각각 준하여 행하였다. 또 재 중의 미연소성분의 측정은, 소각완료후에 재를 샘플링하고, JIS K2272 에 준하여 행하였다.

실시예 2

제 2 도의 수냉벽 부착 소각로는, 배기가스 연도 (12) 를 흐르는 배기가스 (13) 의 온도 (≒노내온도) 를 배기가스 온도검지기 (15) 로 검지하고, 온도지시 제어기 TIG (16), 모터 (17) 및 유량조정 댐퍼 (18) 로 이루어지는 수증기 도입량 제어장치에 피드백하여, 수증기량 및 수증기와 공기의 비율을 희망하는 연소상황이 되도록 자동제어할 수 있도록한 것이다. 이로써 취기저하를 위하여 바람직한 연소상황인 연소온도 (≒노내온도) 800℃ 이상, 먼지량0.1g/N㎥ 이하가 용이하게 제어 실현할 수 있다.

다음에 온도검출기에 의해 배기가스온도 (≒노내온도) 를 800℃ 로 유지할 수 있도록 운전한 경우의 제어의 작동기구를 구체적으로 설명한다.

배기가스 온도검지기 (15) 로 배기가스 온도 (≒노내온도) T₁을 검출하고, 그 신호를 설정온도 T₀=800℃ 로 설정한 TIC (16) 로 보낸다. T₁>T₀인 경우에는, 그 온도차에 비례한 양만큼 모터 (17) 가 정방향으로 회전하여 댐퍼 (18) 를 정방향으로 움직여서 수증기의 도입량을 늘리고, 연소온도를 내린다. 반대로 T₁<T₀인 경우는, 모터 (17) 가 역방향으로 회전하여 댐퍼 (18) 를 닫는 방향으로 이동하고, 수증기량을 줄여서 연소온도를 높여서 T₀에 근접시킨다. 이렇게하여, 배기가스온도를 800℃ 로 자동적으로 유지시킨 상태에서 연소가 계속된다.

운전결과를, 종래형 수냉벽로 (비교예) 및 수증기 완전이용형 (실시예 1) 과비교하여 표 1 에 기재하고 있다. 800℃ 연소를 유지하기 위하여는 공기비를 2.1 의 일정치로 한 경우, 도입증기량은 표 1 에 나타내는 바와 같이 230N㎥/Hr (95℃에서) 로 한정되고, 실시예 1 의 698℃ 운전 보다도 수증기 도입량은 적어진다. 이 경우 소각온도 (≒배기가스온도) 가 800℃ 이상으로 확보되어 있기 (배기가스온도로서 측정) 때문에, 취기강도가 실시예 1 에서는 840 에 대하여, 여기에서는 720 으로 개선할 수 있었다.

이상, 부분 수냉벽로에 대하여, 수증기 전량 이용형과 TIC 제어형에 대하여 실시예를 들어 그 효과를 설명하였지만, 본 발명은 단지 이 실시예에 나타내는 범위에 한정되는 것은 아니다.

수냉벽에서 발생하는 수증기를 소각노내 연소공간으로 유도함으로써, 연소온도를 내리고, 보다 완전한 연소를 촉진시켜서 배기가스중의 먼지량, NOx 량 및 취기강도를 감소시키고, 재 중의 미연소분도 줄일 수 있다.

제 1 도는 수증기 전량 이용형 부분 수냉벽로의 입면도.

제 2 도는 TIC 제어형 부분 수냉벽로의 입면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 소각로내 연소공간 2 : 내화벽

3 : 수냉벽 4 : 냉각용수 입구

5 : 냉각용수 입구 개폐밸브 6 : 냉각수 수면

7 : 발생 수증기 8 : 배출 수증기

9 : 도입공기 10 : 노상용 블로어

11 : 노벽용 블로어 12 : 배기가스 연도

13 : 배기가스 14 : 재 출구

15 : 배기가스 온도 검출기 16 : 온도지시 제어기 (TIC)

17 : 댐퍼회전용 모터 18 : 유량 조정용 댐퍼

Claims (4)

1. 소각로의 외벽에 형성한 수냉벽 (3) 으로부터의 발생 수증기 (7) 를 소각로내 연소공간 (1) 에 도입하고, 고온의 미연소 탄소입자를 일산화 탄소가스로 변환함으로써 소각효율을 개선한 수냉벽부착 소각로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수증기 (7) 를 연소용 공기 (9) 와 혼합하여 소각로내 연소공간 (1) 에 도입하는 수냉벽부착 소각로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배기가스 연도 (12) 의 배기가스 온도 (15) 를 검지하여, 수증기의 양 및 수증기와 공기의 혼합비율을 제어함으로써 연소효율을 개선한 수냉벽부착 소각로.
4. 수냉벽부착 소각로로부터의 발생 수증기 또는 발생 수증기와 공기의 혼합물을 소각로내 연소공간에 도입하여, 미연소 탄소입자를 일산화 탄소가스로 변환하는 것을 특징으로 하는 흑연발생을 억제한 연소방법.