KR100458470B1

KR100458470B1 - 폐자원가공연료를 이용한 소각장치 및 소각방법

Info

Publication number: KR100458470B1
Application number: KR10-2004-0006739A
Authority: KR
Inventors: 이호용; 손무정
Original assignee: 태성건설 주식회사; (주)한얼
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2004-11-26

Abstract

본 발명은, 폐자원가공연료를 이용한 소각장치 및 소각방법에 관한 것이다.

특히, 이송콘베이어로 부터 투입된 폐자원가공연료가 연소실 내측으로 이동하는 이송부와, 투입된 소각물을 가열토록 화격자를 예열하는 예열버너가 구비되는 1차 연소부와, 상기 연소실에서 발생되는 배가스가 재순환되어 탈촉매토록 산화공기를 분사하는 탈촉매 산화연소부 및, 배출되는 배가스를 완전연소시키는 2차 연소부로 이루어져, 소각물을 연소실 내측으로 투입하여 예열한 후 폐자원가공연료에 의해 소각물의 급속한 연소가 이루어지도록 소각물을 연소하고, 배출되는 배가스의 미연소물질을 재연소함으로서, 하수처리장, 제지 공장 등의 폐수처리장에서 발생되는 슬러지 음식물 쓰레기와 기타 쓰레기를 적은 비용으로 소각하는 동시에 배가스를 완전연소시켜 대기오염을 줄일 수 있는 특징이 있다.

Description

폐자원가공연료를 이용한 소각장치 및 소각방법{A BURNING APPARATUS USING R.D.F AND METHOD THEREOF}

본 발명은 폐자원가공연료를 이용한 소각장치 및 소각방법에 관한 것으로서보다 상세하게로는, 이송콘베이어로 부터 투입된 폐자원가공연료를 연소실 내측으로 이동시키는 이송부와, 투입된 소각물을 가열하여 화격자가 예열토록 예열버너가 구비되는 1차 연소부와, 상기 연소실에서 발생되는 배가스가 재순환되어 탈촉매토록 산화공기를 분사하는 탈촉매 산화연소부 및, 상기 연소실의 상부 일측으로 재연소버너가 구비되는 2차 연소부로서 이루어져, 소각물을 연소실 내측으로 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%와 기타 쓰레기 20~40중량%와 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%을 투입하고, 폐자원가공연료에 의해 소각물의 급속한 연소가 이루어지도록 열분해 가스화하여 소각물을 연소하고, 배출되는 배가스로부터 미연소물질을 재연소함으로서, 저비용으로 고생산성을 이루고, 점화에너지를 안정화시킬 수 있도록 하는 폐자원가공연료를 이용한 소각장치 및 소각방법을 제공한다.

오늘날, 인구의 증가와 산업화의 가속으로 에너지 자원이 점차적으로 고갈되어 가고 있으며, 다양한 생산활동과 소비활동으로 인한 다량의 쓰레기와 하수슬러지, 분뇨, 음식물 쓰레기 등이 발생되어 심각한 환경오염이 발생되고 있다.

이와같은, 폐기물들은 재활용이 불가능하여 전량 소각하거나 매립하여야 하는데, 매립시에는 매립된 소각물에서 발생되는 침출수나 악취 등으로 인해 지하수 주변의 토양을 재차 오염시키게 되고, 소각시에는 소각로 설치면적이 작게되어 쓰레기 처리과정이 간편해 지는 등의 장점이 있기는 하나, 소각처리과정 중에 발생되는 배가스에는 분진이나 질소산화물, 다이옥신 등과 같은 각종 유해물질이 함유되어 있어 환경오염을 가중시키는 문제점이 발생되었다.

이를 최소화하기 위해, 종래에는 하나의 쓰레기 소각시 완전연소가 이루어지도록 고온의 연소공기를 공급하여 단시간 내에 고온의 연소조건을 유도함으로서 배출되는 유해물질을 최소화시키거나, 소각로에 별도의 집진기를 구비하여 배가스로부터 유해물질을 용이하게 분리할 수 있도록 하는 등의 방안이 제시되기도 하였다.

그러나, 이러한 종래기술은 쓰레기를 소각하기 위한 원료로 주로 경유가 사용함으로서 소각에 소요되는 비용이 증대되고, 소각로에 별도의 집진기를 구비시 그로 인한 추가 비용부담이 발생되고, 집진기를 부착하더라도 배출되는 유해물질의 완전한 정화는 기대하기 어려운 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은 하수처리장, 제지 공장 등의 폐수처리장에서 발생되는 슬러지, 음식물 쓰레기나 기타 쓰레기의 소각시, 소요되는 비용을 절감토록 하고, 소각로에 공급되는 화염을 안정화시켜 고온에서 균일한 연소가 이루어지도록 하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐자원가공연료를 이용한 소각장치를 도시한 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 "A"부분을 도시한 상세도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소각장치를 도시한 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 폐자원가공연료를 이용한 소각방법을 도시한 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100...연소실 110...이송콘베이어

120...이송부 130...1차 연소부

140...촉매 산화연소부 150...2차 연소부

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 이송콘베이어로 부터 투입된 폐자원가공연료가 연소실 내측으로 이동토록 호퍼의 저부로 유압실린더에 의해 수직운동하는 밀음판과 연소실 투입구를 개폐하는 게이트가 각각 설치되는 이송부와,

투입된 소각물을 가열토록 화격자를 1차 예열하는 예열버너가 설치되고, 상기 이송부에서 투입된 폐자원가공연료에 의해 산화 연소된 소각물이 일측으로 배출토록 화격자를 회전시키는 회전샤프트가 모터에 의해 구동되는 1차 연소부와,

상기 연소실에서 폐자원가공연료에 의해 연소된 배가스가 재순환되어 탈촉매토록 산화공기를 분사하는 탈촉매 산화연소부 및,

상기 연소실에서 배출되는 오염물질이 완전 연소토록 연소실의 상부 일측에 재연소버너가 구비되는 2차 연소부를 포함하는 구성으로 이루어진다.

또한, 본 발명은 예열버너에 의해 연소실을 200℃~500℃로 가열하는 연소실 예열단계와,

연소실 내측으로 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료를 투입하는 폐자원가공원료 투입단계와,

투입된 폐자원가공연료가 가열되어 액상화가 촉진되는 폐자원가공연료 액상화단계와,

연소실 내로 투입된 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료에 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기와 기타 쓰레기를 투입하여 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%과 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%와 기타 쓰레기 20~40중량%가 유지되도록 연소실 내측으로 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기와 기타 쓰레기를 투입하는 소각물 투입단계와,

연소실 내의 소각물의 급속한 연소가 이루어지도록 1200℃~1300℃로 가열되는 소각물 산화연소단계와,

연소실 내측으로 탈촉매 산화공기를 분사하여 배가스의 오염을 저감토록 산화연소공기를 주입하여 선회화염을 형성하는 탈촉매 산화연소단계 및,

폐자원가공연료에 의해 산화 연소된 소각 배가스에서 발생된 미연소물질을 재연소토록 연소실 상부에 설치된 재연소버너에 의해 배가스를 재연소하는 배가스 재연소단계로서 이루어진다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 사용되는 폐기물가공연료(Refuse Derived Fuel)는, 재활용물질을 골라된 후 금속이나 유리 같은 불에 타지 않는 물질을 제거한 PVC, PVC, PE, PEP과 같은 가연성 물질을 2~3cm로 잘게 부수고 적당한 크기로 가공한 원료로서 그 화학적조성은 다음과 같다.

ㅇ 폐기물가공연료의 화학적 조성

수분(%)	회분(%)	성분(%)	계	발열량(Kcal/kg)	비중(ton/m³)
수분(%)	회분(%)	C	계	발열량(Kcal/kg)	비중(ton/m³)	H	N	O	S	CL
5.5	2.9	58.9	9.47	0.18	24.45	0.1	0.9	100	6200	0.55

상기의 조성으로 이루어지는 폐기물가공연료를 상기 연소실(160)에 투입하여 소각물의 완전 연소시키는데, 이 폐기물가공연료를 이용한 본 발명은, 도 1 또는 도 2에서 도시된 바와 같이, 저부에 설치된 화격자를 1차 가열토록 경유탱크(131)로 부터 경유를 공급받는 예열버너(132)가 저부 일측에 설치되고, 일측으로 폐자원가공연료가 이송 투입되는 이송콘베이어(110)가 연결되며, 폐자원가공연료에 의해 연소된 배가스가 완전 가열토록 재연소버너(151)가 상부에 구비된다.

그리고, 상기 연소실에는, 화격자(131)가 구비되는 1차 연소부(130)가 하부에 형성되고, 상기 1차 연소부(130)로 부터 발생되는 배가스가 상부로 배가스 재순환되어 탈촉매되는 산화연소부(140)가 형성되며, 그 최상부에는 재연소버너(151)에 의해 배가스의 완전연소가 이루어지는 2차 연소부(150)가 형성된다.

또한, 상기 연소실(160) 중앙으로 선회화염(회오리화염)을 형성토록 산화연소부(140)는 O₃프라즈마 가스와 대기공기가 혼합된 촉매제를 순차적으로 주입하여 오염물질을 흡착 분해하고, 최소한 800~900℃ 이상의 온도를 일정하게 유지하여 배가스가 이 화염 온도를 통과할 때 완전 연소되어 배출토록 하되, O₃프라즈마 가스가 과잉공급되지 않도록 한다.

예컨데, 호퍼(121)의 저부로 유압실린더에 의해 수직운동하는 밀음판(123)과 연소실(160) 투입구를 개폐하는 게이트(122)가 각각 설치되는 이송부(120)에 의해 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%와 기타 쓰레기 20~40중량%와 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%가 투입되고, 상기 이송부에 의해 내측으로 투입된 폐자원가공연료을 주원료로 하여 화격자를 회전시키는 회전샤프트가 설치되는 1차연소부에 의해 연소실 내의 소각물이 산화 연소된 후, 폐자원가공연료에 의해 연소된 배가스가 재순환토록 산화연소부로부터 탈촉매 산화공기가 분사되어 배가스중에서 오염물질이 재연소된다.

이때, 연소실 내측으로 투입되는 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기는 20중량%이상이 되면 음식물 쓰레기 등에서 발생되는 수분에 의해 연소가 방해됨으로 10~20중량%이 유지하고, 목재와 같은 기타 쓰레기가 40중량%이상이 되면 주원료인 폐자원가공연료에 의한 1200~1300℃까지 가열하여 소가물의 완전연소에 방해를 줌으로 목재와 같은 기타 쓰레기는 20~40중량%를 유지하며, PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료는 60~70중량%로 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연소실(160)의 벽체는 내화벽돌, 단열캐스타블, 단열재 및 케이싱으로 구성되는 것이 바람직하고, 천정이나 어떤 특별한 장소에는 캐스타블로 이루어지는 것이 좋으며, 상기 연소실(160)에 사용되는 내화 벽돌은 다양한 온도, 견고한 시공, 재의 용착, 증기, 알카리, HCL, 가스등에 대하여 충분한 재질로 이루어지는 것이 좋다.

상기 연소실(160)의 외부를 철판으로 피복할 경우에는 본체의 고온부위를 내열도료로 도색 또는 단열처리하거나 내화단열벽돌, 캐스터블내화물 등으로 시공하여 그 외부표면온도를 섭씨 80도 이하로 유지할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이때, 시간당 처리능력이 2톤 이상인 경우에는 반입되는 소각물의 중량을 측정할 수 있는 계량시설을 설치하며, 상기 연소실의 소각물 투입구 및 청소구는 고온에 견딜 수 있는 재질로 구성되는 것이 좋다.

그리고, 상기 1차 연소부(130)의 화격자(131)는 기동과 동시에 0.375rpm의 매우 느린 속도로 회전하게 되는데, 이때, 투입된 PVC, PE, PEP등과 같은 폐자원가공연료(RDF)는 예열된 연소실(160) 내측에서 액상화되면서 열분해 가스화되고, 급격한 회오리연소가 촉진되어 잔류 고정탄소(Char)와 타르(Tar)는 상기 연소실(160)의 고온에 의해 화격자 내부 및 연소실(160) 내벽에서 공급되는 공기와 접촉되어 연속적으로 공급되는 연료들에게 점화 촉진 역활을 하여 연속적으로 발열반응을 일으키면서 완전 연소처리하게 된다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 먼저, 예열버너에 의해 연소실을 200℃~500℃로 가열하고, 연소실 내측으로 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료를 투입하여 가열된 화격자에 의해 액상화가 촉진되도록 한다.

연소실 내로 투입된 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료에 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기와 기타 쓰레기를 투입하여 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%과 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%와 기타 쓰레기 20~40중량%가 유지되도록 한 후, 폐자원가공연로와 슬러지, 쓰레기가 급속하게 연소되어 1200℃~1300℃로 가열된다.

즉, 소각물이 급속하게 1200℃~1300℃로 가열 및 열분해 가스화되고, 연소실 내의 잔류 고정탄소(char)와 타르(tar)는 연소실의 고온에 의해 화격자 내부 및 연소실 내벽에서 공급되는 공기와 접촉하여 점화촉진되며, 급열한 회오리연소가 촉진되어 연속적인 발열반응으로 완전연소가 이루어 지도록 한다.

여기서, 900℃ 이하 연소시 다이옥신의 발생을 미연에 방지토록 폐자원가공연료에 의해 소각되는 온도는 1200℃~1300℃가 유지되도록 한다.

그리고, 상기 연소실 내측에 투입된 소각물이 폐자원가공연료의 연소에 의해 소각시 완전 연소가 이루어지도록 소각물 골고루 연소용 공기가 상기 화격자에 의해 공급되도록 하는 것이 좋다.

계속하여, 연소실 내측으로 탈촉매 산화공기를 분사하여 배가스의 오염을 저감토록 산화연소공기를 주입하여 선회화염을 형성하게 되고, 연소실 상부에 설치된 재연소버너에 의해 배가스를 재연소하여 산화 연소된 소각 배가스에서 발생된 미연소물질을 연소시킨다.

이때, 상기 연소실의 출구온도는 섭씨 850도 이상 체류할 수 있고, 이 경우 체류시간은 섭씨 850도에서의 부피로 환산한 연소가스의 체적으로 계산할 수 있다.(체류시간=연소실용적/연소가스량)

한편, 대용량의 폐기물을 소각할 경우에는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 원통형으로 일정 경사각을 갖으며 제1연소실(200') 및 제2연소실(400')로 이루어지고, 기어에 의해 회전동력을 받아 인버터에 의해 0.3-1rpm으로 회전되도록 연소실의 외측으로 로울러(210')가 설치되는 연소로를 회전시킨후, 버너(410')에 의해 제1연소실(200')을 200℃~500℃로 가열하고, 제1연소실(200') 내측으로 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료를 투입하여 가열된 연소실의 열에 의해 액상화가 촉진토록 한다.

그리고, 제1연소실(200') 내로 투입된 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료에 건조된 슬러지 내지 음식물 쓰레기와 기타 쓰레기를 투입하여 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%과 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%와 기타 쓰레기 20~40중량%가 유지되도록 한 후, 폐자원가공연로와 슬러지, 쓰레기가 급속하게 연소되도록 하여 1200℃~1300℃로 가열되도록 한다.

이때, 연소실 내의 폐기물은 급속하게 가열 및 열분해 가스화되고, 연소실 내벽에 설치된 공기노즐을 통해 공급되는 120℃의 공기가 연소실로 유입되어 공기노즐의 경사와 유속에 의해 폐기물과 내부 충돌되며 급열한 회오리연소가 촉진되어 완전연소가 이루어진다.

그리고, 연소실 내측으로 산화공기를 분사하여 산화연소공기를 주입하여 선회화염을 형성하게 하며, 배가스를 재연소하여 미연소물질을 연소시키게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 하수슬러지, 분뇨처리장, 제지공장에서 발생되는 슬러지, 음식물 쓰레기, 기타 쓰레기를 소각하기 위해서 사용되되, PVC, PE, PEP 등과 같은 폐자재로 이루어진 폐자원가공연료를 사용함으로서, 석유의 사용량을 줄여 연료비의 경감이 가능하고, 발열량의 변동이 적으므로 완전연소가 가능하며, 소각시 발생하는 다이옥신의 발생농도를 낮출 수 있는 장점이 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 밝혀 두고자 한다.

이와같이 본 발명에 의하면, 폐자원가공연료를 사용함으로서 소각물을 소각하는데 필요한 저비용 고생산성을 이룰 수 있고, 고온에서 균일한 연소가 이루어지므로 대기가스 배출이 적게 되는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은, 종래의 소각시설에 비해 설치비가 저렴하고 유지관리가 용이하고, 배출가스의 문제가 없어 소각으로 인한 공해를 방지할 수 있으며, 대부분의 가연성 소각물이 연료화되므로 소각물처리의 유효 이용성이 높아져 기존의 석유에너지 비용을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

삭제
예열버너에 의해 연소실을 가열하는 연소실 예열단계와; 상기 예열된 소각실 내부에 PVC, PE, PEP, 건조된 슬러지, 쓰레기를 투입하는 투입단계와; 상기 연소실 내부의 소각물의 급속한 연소가 이루어지도록 하는 소각하는 산화연소단계와; 상기 연소실 내부에 탈촉매 산화공기를 분사하여 선회화염을 형성하는 탈촉매 산화연소단계와; 그리고, 연소시 발생되는 미연소물질을 재연소하여 폐기물을 소각하는 재연소단계를 포함하는 폐기물 소각방법에 있어서,

상기 예열단계에서는 상기 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료가 액화되도록 연소실의 온도가 200~500℃를 유지하도록 예열하고,

상기 투입단계에서는 투입물 전체 100중량에 대하여 상기 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료 60~70중량%를 먼저 투입하여 상기 예열조건에 의해 상기 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료가 액화되면서 열분해 가스화되어 점화 촉진 역활을 수행토록 하며, 이후 투입물 전체 100중량%에 대하여 슬러지 내지 음식물 쓰레기 10~20중량%, 기타 쓰레기 20~40중량%를 투입하여 상기 PVC, PE, PEP등의 폐자원가공연료에 의해 상기 쓰레기가 소각되도록 하며,

상기 산화연소단계에서는 상기 소각로 내부가 1200℃~1300℃로 가열되도록 하여 소각물이 완전연소되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐자원가공연료를 이용한 소각방법.
삭제
제 2항에 있어서, 상기 폐자원가공연료 산화연소단계는, 상기 연소실 내측에 투입된 소각물이 폐자원가공연료의 연소에 의해 소각시 완전 연소가 이루어지도록 소각물 골고루 연소용 공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 폐자원가공연료를 이용한 소각방법.