KR102272034B1 - 고형 폐기물 연료(srf)의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 알루미늄 재활용 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과열증기를 이용하여 열분해 가스화 알루미늄 재활용 장치에 투입되는 고형 폐기물 연료를 보다 경제적이고 효율적으로 열분해할 수 있는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 알루미늄 재활용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원통 형태로 이루어져 수평방향으로 설치되며, 내측에 과열증기가 주입되는 과열증기 하우징, 상기 과열증기 하우징 내부의 일단에서 타단까지 연장된 관 형태로 이루어져, 상기 과열증기 하우징 내부에 수평방향으로 설치되며, 내측에 고형 폐기물 연료(SRF:Solid Refuse Fuel)가 투입되는 스크류 케이싱, 외주면에 다수의 스크류 날개를 구비하며, 상기 스크류 케이싱 내부에 수평방향으로 설치되어 회전하여, 상기 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류 및 상기 과열증기 하우징 내부로 과열증기를 공급하는 과열증기 공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 과열증기는 상기 과열증기 하우징 내부와 상기 스크류 케이싱 외부 사이에 형성되는 이동 경로를 통해 이동하여, 상기 고형 폐기물 연료를 열분해시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원통 형태로 이루어져 수평방향으로 설치되며, 내측에 과열증기가 주입되는 과열증기 하우징, 상기 과열증기 하우징 내부의 일단에서 타단까지 연장된 관 형태로 이루어져, 상기 과열증기 하우징 내부에 수평방향으로 설치되며, 내측에 고형 폐기물 연료(SRF:Solid Refuse Fuel)가 투입되는 스크류 케이싱, 외주면에 다수의 스크류 날개를 구비하며, 상기 스크류 케이싱 내부에 수평방향으로 설치되어 회전하여, 상기 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류 및 상기 과열증기 하우징 내부로 과열증기를 공급하는 과열증기 공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 과열증기는 상기 과열증기 하우징 내부와 상기 스크류 케이싱 외부 사이에 형성되는 이동 경로를 통해 이동하여, 상기 고형 폐기물 연료를 열분해시킬 수 있다.
Description
본 발명은 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과열증기를 이용하여 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 투입되는 고형 폐기물 연료를 보다 경제적이고 효율적으로 열분해할 수 있는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 산업화 양상을 나타내면서 '대량생산과 대량소비'에 따른 폐기물이 급증하는 가운데, 폐기물 처리에 수반되는 환경오염 문제가 심각하게 대두됨에 따라 효율적인 폐기물 처리방안이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
일반적으로 폐기물 처리방안에는 '감량', '재활용', '재생', '매립' 및 '소각' 등이 있으며, 최근에는 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis)하는 기술이 제시되고 있다.
열분해를 이용한 폐기물 처리 기술 중, 사업장이나 가정에서 발생하는 폐 플라스틱을 펠릿 형태로 압축한 고형 폐기물 연료를 연료로 사용하여, 이와 같은 고형 폐기물 연료(SRF)를 열분해하여 열을 얻음으로써 보일러나 열병합발전 등에 사용할 수 있도록 하는 열분해 처리 기술이 개발되고 있다.
고형 폐기물 연료, 즉, SRF는 “Solid Refuse Fuel”의 약자로 플라스틱 폐기물 등 가연성 쓰레기만을 선별 파쇄 및 건조하여 석탄 등 화석연료를 대체하여 연료로 사용할 수 있도록 만든 폐기물 고형연료로서, 무연탄보다 열량이 높고, 값도 저렴해 산업체나 공공기관의 대체연료와 난방연료로도 손색이 없는 자원이다.
한편, 현재 고형 폐기물 연료(SRF)를 이용한 열분해 가스화 장치 기술은 국내에서 상용화되기 어려운 실정이다. 이는 종래 기술인 한국등록특허 제10-1008296호에 나타난 바와 같이, 폐기물 고형연료가 압출스크류 내에서 전기 히터에 의해 발생되는 450℃이상의 고온에 의해 열분해되고 있는데, 이때, 전기 히터를 이용하여 10톤, 20톤등 대형화 의 열분해 장치에 400~500도 이상의 고온 환경을 제공하는 데에는 경제적인 측면에서 그 효율성이 현저하게 떨어지기 때문이다.
이에, 기존의 전기 히터를 대신하여 고형 폐기물 연료를 가열하기 위한 수단으로, 배기가스를 열분해장치에 주입하여 열을 제공하는 연구도 이루어졌으나, 배기가스의 경우 열분해장치에 부식을 일으켜 결함을 발생시키는 문제점이 나타났다.
이에 따라, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 이용하여 고형 폐기물 연료(SRF)를 열분해하여 열에너지를 획득함에 있어서, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 상용화 가능하도록 경제성을 높일 수 있음은 물론, 열 효율을 향상시킬 수 있는 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 기술 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치는 기존의 전기 히터를 제외하고 보다 효율적이고 경제적으로 고형 폐기물 연료를 가열하여 열분해할 수 있도록 함으로써 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 상용화를 이루고자 한다.
또한, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 내부에 간접 가열 수단을 구비하여 장치 내부의 온도를 효율적으로 유지하는 동시에, 전체적인 열 효율을 높이고자 한다.
더불어, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 투입되어 이송되는 고형 폐기물 연료를 더욱 효율적으로 예열, 열분해 및 분리시킬 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원통 형태로 이루어져 수평방향으로 설치되며, 내측에 과열증기가 주입되는 과열증기 하우징, 상기 과열증기 하우징 내부의 일단에서 타 단까지 연장된 관 형태로 이루어져, 상기 과열증기 하우징 내부에 수평방향으로 설치되며, 내측에 고형 폐기물 연료(SRF:Solid Refuse Fuel)가 투입되는 스크류 케이싱, 외주면에 다수의 스크류 날개를 구비하며, 상기 스크류 케이싱 내부에 수평방향으로 설치되어 회전하여, 상기 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류 및 상기 과열증기 하우징 내부로 과열증기를 공급하는 과열증기 공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 과열증기는 상기 과열증기 하우징 내부와 상기 스크류 케이싱 외부 사이에 형성되는 이동 경로를 통해 이동하여, 상기 고형 폐기물 연료를 열분해시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이동 경로에는 다수의 축열체가 삽입될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 축열체는 세라믹, 스틸 등 열전달 및 내구성이 뛰어난 재질의 구슬 형태로 이루어지며, 지름이 10 내지 30mm인 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류는 내부가 길이방향으로 관통된 형태이며, 상기 과열증기는 상기 이송 스크류 내부에 형성된 관통로를 통해 이동할 수 있다.
일 실시예예서, 상기 이송 스크류의 관통로에는 다수의 축열체가 삽입될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류는 한 쌍으로 이루어지며, 한 쌍의 이송 스크류는 서로 인접하여 평행하도록 구비되고, 상기 스크류 케이싱은 측면이 개방된 한 쌍의 중공형 파이프를 마주붙여 용접 결합한 형태로 이루어져, 상기 한 쌍의 이송 스크류의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 한 쌍의 이송 스크류는 서로 반대 방향으로 회전하되, 서로 인접하는 내측을 향하도록 회전할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스크류 케이싱의 하부 및 상부에는 상기 측면이 개방된 한 쌍의 중공형 파이프를 지지하기 위한 케이싱 지지체가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 케이싱 지지체는 단면이 '＾'자 형상인 길이방향의 지지판 형태로 이루어져, 길이방향의 양 측면에는 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀을 통해 과열증기가 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스크류 케이싱 외부와 상기 케이싱 지지체 내부에 형성된 공간부에는 다수의 축열체가 삽입될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과열증기와 상기 고형 폐기물 연료의 이송 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류의 스크류 날개는 양면이 주걱형, 나선형, 반원형, 원추형 및 타원형 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과열증기 하우징의 배출구 측에는 가온장치가 구비되며, 상기 과열증기 하우징 내의 고온을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류는 이송구간(A), 압축구간(B) 및 열분해구간 (C)으로 분할되며, 분할된 각 구간별로 이송 스크류의 스크류 날개의 피치 간격이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류의 압축구간(B)의 스크류 날개 피치 간격이 가장 작게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이송 스크류의 이송구간(A) 및 열분해구간(C)의 스크류 날개 피치 간격은 동일하게 형성되거나 또는 열분해구간(C)이 이송구간(A)보다 크게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 과열증기가 이동하는 상기 이동 경로는 제1 구간, 제2 구간 및 제3 구간으로 분할되며, 분할된 각 구간별로 서로 다른 온도의 과열증기가 개별적으로 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 각 구간별에 공급되는 과열증기의 온도는 상기 고형폐기물 연료 열분해 반응온도에 따라 과열증기의 유량 조절을 통해 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치는 기존의 전기 히터를 제외시키고, 과열증기의 주입을 통해 고형 폐기물 연료를 열분해함으로써 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 경제성을 높일 수 있다. 또한, 과열증기의 유량 조절을 통해 연료용량을 높이고, 온도 설정도 보다 용이하고 효율적으로 조절할 수 있다.
또한, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치 내부에 다수의 축열체를 구비하여, 주입되는 과열증기에 의해 상기 다수의 축열체를 가열시킴으로써, 가열된 다수의 축열체들을 통해 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치 내의 고온을 온도편차가 적게 유지함과 동시에, 고형 폐기물 연료를 간접 가열하여 장치의 전체적인 열 효율을 높일 수 있다.
또한, 과열증기 하우징의 배출구 측에 가온장치를 구비하여, 고형 폐기물 연료의 열분해를 통해 얻어지는 기화연료가 냉각되어 오일화되는 것을 방지함으로써, 기화연료의 수득율을 높이고 잔여물 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한, 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류를 이송, 압축 및 열분해 구간으로 나누고, 각 구간별로 스크류 날개의 피치 간격이 상이하도록 가변형으로 구비함으로써, 이송 스크류에 의해 이송되는 고형 폐기물 연료를 더욱 효율적으로 예열, 열분해 및 분리시킬 수 있다.
더불어, 과열증기가 이동하는 이동 경로를 복수의 구간으로 나누고, 각 구간마다 온도가 다른 과열증기를 개별적으로 공급함으로써, 고형 폐기물 연료를 더욱 효과적으로 열분해 및 기화시킬 수 있다.
나아가, 고형 폐기물 연료의 고효율 열분해 가스화 처리를 통해 기화연료의 수득률을 높이고, 잔여물 배출을 저감할 수 있어, 고형 폐기물 처리에 따른 환경 문제를 감소할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 내부 구성을 보여주는 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크류 케이싱을 보여주는 사시도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 이송 스크류를 보여주는 정면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 이송 스크류를 보여주는 사시도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 내부 구성을 보여주는 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크류 케이싱을 보여주는 사시도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 이송 스크류를 보여주는 정면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 이송 스크류를 보여주는 사시도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 사시도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 내부 구성을 보여주는 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 내부 구성을 보여주는 분리 사시도이며, 도 6은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 단면도이며, 도 7은 본 발명의 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 있어서 스크류 케이싱의 다른 실시예를 보여주는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크류 케이싱을 보여주는 사시도이며, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 이송 스크류(130)를 보여주는 정면도이며, 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)의 이송 스크류(130)를 보여주는 사시도이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(200)를 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)는 과열증기 하우징(110), 스크류 케이싱(120), 이송 스크류(130), 축열체(미도시), 케이싱 지지체(140), 과열증기 공급장치(미도시) 및 가온장치(미도시)를 포함하여 구성된다.
과열증기 하우징(110)은 원통 형태로 이루어져 수평방향으로 설치되며, 과열증기가 내측으로 주입된다. 여기서, 과열증기 하우징(110)은 일측에 개구부가 형성되어 상기 개구부를 통해 과열증기 공급장치로부터 과열증기가 공급될 수 있으며, 타측에는 모터 장치(10)에 의해 구동하는 기어장치(20)가 배치될 수 있다.
스크류 케이싱(120)은 상기 과열증기 하우징(110) 내부의 일단에서 타단까지 연장된 관 형태로 이루어져, 상기 과열증기 하우징(110) 내부에 수평방향으로 설치되며, 내측에 고형 폐기물 연료(SRF:Solid Refuse Fuel)가 투입된다.
이때, 상기 과열증기 하우징(110)과 스크류 케이싱(120)은 과열증기 하우징(110) 내부와 스크류 케이싱(120) 외부 사이에 공간을 형성함으로써, 상기 과열증기 하우징(110) 내로 주입되는 과열증기의 이동 경로를 형성할 수 있게 된다.
따라서, 과열증기는 과열증기 하우징(110)과 스크류 케이싱(120) 사이에 형성된 이동 경로를 통해 이동함으로써, 스크류 케이싱(120) 내측에 투입된 고형 폐기물 연료에 열을 가하여 열분해시킬 수 있다.
또한, 과열증기는 주입되는 과열증기의 유량 조절을 통해 연료용량을 높일 수 있고, 온도 설정도 보다 용이하고 효율적으로 제어할 수 있다.
일 예로, 일반적인 열분해 가스화 장치의 내부 온도는 400도 정도를 유지하고 있으나, 과열증기를 이용하는 경우 내부 온도를 700도까지 올릴 수 있으므로, 열분해 온도의 설정범위를 기존보다 높일 수 있고, 온도 설정 측면에서도 과열증기 유량 조절을 통해 용이하게 제어 조절할 수 있다.
한편, 과열증기는 상기 이동 경로를 통해 이동하되, 상기 고형 폐기물 연료의 이송 방향과 서로 반대 방향으로 이동한다.
이는 과열증기는 이동 경로를 이동하면서 열 에너지를 빼앗겨 점차 온도가 낮아지기 때문에, 고형 폐기물 연료의 이송 방향과 동일한 방향으로 이동되는 경우 상기 고형 폐기물 연료가 이송되면서 그 온도가 떨어지기 때문이다.
상기 이동 경로에는 다수의 축열체(미도시)가 삽입되며, 상기 축열체는 이동 경로를 지나가는 과열증기는 의해 가열되어 상기 스크류 케이싱(120) 내의 고형 폐기물 연료를 가열한다.
즉, 축열체는 과열증기는 열 에너지를 흡수하여 과열증기 하우징(110)의 내부 온도를 유지시켜주는 동시에, 스크류 케이싱(120) 내의 고형 폐기물 연료를 간접 가열함으로써, 고형 폐기물 연료의 열 분해 효율을 높여주게 된다.
축열체는 세라믹, 스틸 등 열전달 및 내구성이 우수한 재질의 구슬 형태로 이루어질 수 있으며, 그 지름이 10 내지 30mm로 형성될 수 있고, 바람직하게는 지름이 20mm로 이루어지는 것이 좋다. 여기서, 축열체의 재질은 세라믹 스틸 등 재질 이외에도 과열증기는 열 에너지를 효율적으로 흡수하여 고형 폐기물 연료를 간접 가열할 수 있는 범위 내에서 다양한 재질로 이루어질 수 있음은 물론이다. 또한, 축열체는 상기 이동 경로에 소정의 공극율을 가지고 채워질 수 있으며, 대략 50% 미만의 공극율을 가질 수 있다.
이송 스크류(130)는 외주면에 다수의 스크류 날개를 구비하며, 상기 스크류 케이싱(120) 내부에 수평방향으로 설치되어 회전하여 상기 고형 폐기물 연료를 이송시킨다. 이때, 이송 스크류(130)는 과열증기 하우징(110) 외부에 배치된 기어장치(20)와 연결되어 기어장치(20)의 구동에 의해 회전될 수 있다.
이러한 이송 스크류(130)의 스크류 날개는 양면이 주걱형, 나선형, 반원형, 원추형 및 타원형 등으로 이루어질 수 있고, 스크류 날개의 단면은 삼각형, 사각형 및 반원형 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 이송 스크류(130)는 내부가 길이방향으로 관통되어, 내부에 관통로(150)가 형성되며, 과열증기를 상기 이송 스크류(130) 내부에 형성된 관통로(150)로 주입함으로써 상기 스크류 케이싱(120) 내의 고형 폐기물 연료를 열분해시킬 수 있다.
상기 관통로(150)에는 다수의 축열체가 삽입되며, 삽입된 축열체는 상기 이동 경로에 삽입된 축열체와 마찬가지로 상기 관통로(150)에 소정의 공극율을 가지고 채워질 수 있으며, 스크류 케이싱(120) 내의 고형 폐기물 연료를 간접 가열할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 이송 스크류(130)를 한 쌍으로 구비하고 있으며, 상기 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)는 서로 인접하여 평행하도록 구비된다.
상기 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)는 서로 반대 방향으로 회전하되, 서로 인접하는 내측을 향하도록 회전하며, 이를 통해 스크류 케이싱(120) 내의 고형 폐기물 연료를 파쇄할 수 있어 상기 고형 폐기물 연료의 분해율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)의 외부에는 한 쌍의 이송 스크류(131, 132) 외측을 감싸는 스크류 케이싱(120)이 구비된다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 스크류 케이싱(120)은 상기 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)를 감싸되, 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)의 외측 형상을 따라 감싸기 위해, 측면이 개방된 한 쌍의 중공형 파이프(120a, 120b)를 마주붙여 용접 결합한 관 형태로 이루어진다.
이때, 스크류 케이싱(120)은 한 쌍의 파이프(120a, 120b)간 용접 결합으로 이루어져 있으므로, 외부의 충격으로 인해 파손되는 것을 방지하기 위하여, 스크류 케이싱(120)의 상부 및 하부에 케이싱 지지체(140)가 각각 구비된다.
케이싱 지지체(140)는 단면이 '＾'자 형상인 길이방향의 지지판 형태로 이루어질 수 있으며, 길이방향의 양 측면에는 복수의 홀(170)이 형성된다.
이에, 과열증기 하우징(110) 내부로 주입되는 과열증기가 상기 복수의 홀(170)을 통해 이동하여, 케이싱 지지체(140)와 스크류 케이싱(120) 사이의 공간부(160)에도 열 전달이 이루어질 수 있어, 스크류 케이싱(120) 내의 열 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 스크류 케이싱(120) 외부와 상기 케이싱 지지체(140) 내부에 형성된 공간부(160)에는 다수의 축열체가 삽입되며, 공간부(160)에 삽입된 축열체 역시, 공간부(160) 내에 소정의 공극율을 가지고 채워질 수 있으며, 과열증기의 열을 흡수하여 고형 폐기물 연료를 간접 가열함으로써 고형 폐기물 연료를 더욱 효율적으로 열분해시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 스크류 케이싱(120)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 다른 형태의 실시예를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스크류 케이싱(121)은 도 2 내지 도 5를 통해 전술한 스크류 케이싱(120)의 형태에서, 한 쌍의 이송 스크류(131, 132)를 감싸도록 이루어지되, 중앙의 가로축(즉, x축)을 기준으로 상부 중앙 면(121a)은 일자형의 판넬 형상으로 이루어지고, 하부는 전술한 스크류 케이싱(120)과 같이 두 개의 라운딩된 면(121b)을 갖도록 제작될 수 있다.
이러한 경우, 스크류 케이싱(121)의 상부 및 하부에 각각 구비되었던 케이싱 지지체(140) 중, 상부의 케이싱 지지체(140)를 생략할 수 있고, 스크류 케이싱(121) 하부에만 구비시킬 수 있어, 제작의 용이성 및 비용 절감을 도모할 수 있는 이점이 있다.
가온장치(미도시)는 과열증기 하우징(110)의 배출구 측에 연결되며, 과열증기 하우징(110)의 배출 라인을 가열하여 과열증기 하우징(110) 내의 고온을 유지할 수 있도록 한다.
이는, 고형 폐기물 연료가 열분해되어 기화연료(하이드로 카본) 및 잔여물(찌꺼기)로 분리 및 배출될 때, 과열증기 하우징(110) 배출 라인의 온도가 상대적으로 낮을 경우, 기화연료가 냉각되어 오일화될 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치는 스크류 케이싱 내측으로 고형 폐기물 연료를 밀어넣어 압축하며, 열분해를 통해 가스화시킴으로써, 기화연료 및 잔여물로 분리시킨 후, 획득된 기화연료를 SRF 보일러에 넣어 연소시켜 에너지를 얻게 된다. 여기서, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에 사용되는 과열증기는 SRF 보일러에서 생산된 과열증기를 일부 사용할 수 있으며, 이외에 본 실시예에서와 같이 별도의 과열증기 공급장치를 이용하여 공급할 수도 있다.
다만, 현재의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에서는 열분해를 통해 분리 배출되는 잔여물이 순수한 찌꺼기가 아니라 오일성분이 포함된 잔여물로 배출된다.
예를 들면, 기존의 열분해 가스화 장치에서 입구측으로 폐기물을 투입하면 출구측에서 배출되는 기화연료는 75%이고, 잔여물은 25% 정도이다. 이때, 잔여물의 성분을 검토해보면, 여전히 가스화가 가능한 오일성분이 존재하는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치에서는 과열증기 하우징(110)의 배출 라인에 가온장치를 구비하여, 배출 라인의 온도가 낮아지는 것을 방지함으로써, 고형 폐기물 연료의 기화율을 높여 기화연료의 수득률을 높임은 물론, 잔여물 즉, 찌꺼기의 배출량도 감소시킴으로써 환경 오염을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(100)는 기존의 전기 히터를 제외시키고, 과열증기의 주입을 통해 고형 폐기물 연료를 열분해함으로써 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치의 경제성을 높일 수 있다. 또한, 과열증기의 유량 조절을 통해 연료용량을 높이고, 온도 설정도 보다 용이하고 효율적으로 조절할 수 있다.
또한, 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치 내의 과열증기가 이동하는 복수의 공간들(이동 경로, 관통로(150), 공간부(160))에 다수의 축열체를 구비하여, 주입되는 과열증기에 의해 상기 다수의 축열체를 가열시킴으로써, 가열된 다수의 축열체들을 통해 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치 내의 열분해 반응온도의 온도편차를 줄이고 고온의 온도를 유지하는 동시에, 고형 폐기물 연료를 간접 가열하여 장치의 전체적인 열 효율을 높일 수 있다.
또한, 과열증기 하우징(110)의 배출구 측에 가온장치를 구비하여, 고형 폐기물 연료의 열분해를 통해 얻어지는 기화연료가 냉각되어 오일화되는 것을 방지함으로써, 기화연료의 수득율을 높이고 잔여물 배출량을 감소시켜 환경 문제를 저감할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 장치(100)와 기본적인 구성은 동일하다.
다만, 본 실시예에서는 이송 스크류(230)가 이송구간(A), 압축구간(B) 및 열분해구간(C)으로 분할되며, 분할된 각 구간별로 이송 스크류(230)의 스크류 날개의 피치 간격(P)이 서로 상이하도록 구성된다.
즉, 스크류 케이싱(220) 내측에 투입되는 고형 폐기물 연료는 과열증기 하우징(210) 내로 주입되는 과열증기에 의해 열분해되면서 이송 스크류(230)에 의해 이송되는 바, 이러한 과정에서, 고형 폐기물 연료는 이송, 압축 및 열분해 처리 과정을 거치면서 분리되어 외부로 배출된다.
이에, 본 실시예에서는 각 처리 구간별로 상기 이송 스크류를 이송 구간(A), 압축 구간(B) 및 열분해구간(C)으로 구분하여, 각 처리 구간별로 이송 스크류(230)의 스크류 날개의 피치 간격(P)을 해당 과정에 맞게 최적화하여 구성함으로써, 고형 폐기물 연료의 분해율을 높일 수 있도록 한다.
즉, 이송 구간(A)은 과열증기의 이동방향을 고려하여 과열증기의 온도가 가장 낮은 구간이며, 고형 폐기물 연료를 예열하는 과정에 해당된다.
압축 구간(B)은 고형 폐기물 연료에 가하여 가스압력을 높이기 위한 구간이다.
열분해 구간(C)은 고형 폐기물의 열분해 구간으로서, 이 구간의 마지막 부분에서 기화연료(하이드로 카본)와 잔여물(찌꺼기)로 분리 배출되어 진다.
압축구간(B)에서 고형 폐기물 연료에 가해지는 압력을 높이기 위하여, 압축구간(B)에서의 스크류 날개 피치 간격을 가장 작게 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이송구간(A) 및 열분해구간(C)의 스크류 날개 피치 간격(P)은 동일하게 형성되거나 또는 열분해구간(C)이 이송구간(A)보다 크게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 열분해구간(C)이 이송구간(A)보다 크게 형성되는 것이 좋다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(200)는 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류(230)를 이송, 압축 및 열분해구간으로 나누고, 각 구간별로 스크류 날개의 피치 간격이 상이하도록 가변형으로 구비함으로써, 이송 스크류(230)에 의해 이송되는 고형 폐기물 연료를 더욱 효율적으로 예열, 열분해 및 분리시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(300)에 대해 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(300)는 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 및 알루미늄 재활용 장치(100, 200)와 기본적인 구성은 동일하다.
다만, 본 실시예에서는 과열증기 하우징(310) 내에서 과열증기가 이동하는 이동 경로를 복수의 구간으로 나누고, 각 구간마다 온도가 다른 과열증기를 개별적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
즉, 과열증기 하우징(310) 내에 과열증기를 한번에 주입하는 것이 아니라, 과열증기의 이동 경로를 복수의 구간, 즉, 고형 폐기물 연료의 예열 과정에 따른 제1 구간, 열분해 과정에 따른 제2 구간 및 분리 과정에 따른 제3 구간으로 구분하여, 각 구간마다 해당 처리과정에 맞게 온도 설정된 제1 과열증기, 제2 과열증기 및 제3 과열증기를 개별적으로 공급함으로써 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 효율을 높일 수 있게 된다.
이때, 각 구간마다 개별 공급되는 과열증기의 온도는 상기 과열증기의 이동 경로 방향을 따라 점점 낮아지도록 설정되며, 본 실시예에서는 제3 과열증기 > 제2 과열증기 > 제1과열증기 순으로 적절한 과열증기 주입된다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치(300)는 과열증기가 이동하는 경로를 복수의 구간으로 나누고, 각 구간마다 온도가 다른 과열증기를 개별적으로 공급함으로써, 고형 폐기물 연료를 더욱 효과적으로 열분해 및 기화시킬 수 있으며, 나아가, 고형 폐기물 연료의 고효율 열분해 가스화 처리를 통해 기화연료의 수득률을 높이고, 잔여물 배출을 저감할 수 있어, 고형 폐기물 처리에 따른 환경 문제를 감소할 수 있는 효과도 있다.
상기한 본 발명의 다양한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100, 200, 300 : 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치
110, 210, 310 : 과열증기 하우징
120, 220, 320 : 스크류 케이싱
130, 230, 330 : 이송 스크류
140 : 케이싱 지지체
150 : 관통로
160 : 공간부
170 : 홀
110, 210, 310 : 과열증기 하우징
120, 220, 320 : 스크류 케이싱
130, 230, 330 : 이송 스크류
140 : 케이싱 지지체
150 : 관통로
160 : 공간부
170 : 홀
Claims (20)
- 원통 형태로 이루어져 수평방향으로 설치되며, 내측에 과열증기가 주입되는 과열증기 하우징;
상기 과열증기 하우징 내부의 일단에서 타단까지 연장된 관 형태로 이루어져, 상기 과열증기 하우징 내부에 수평방향으로 설치되며, 내측에 고형 폐기물 연료(SRF:Solid Refuse Fuel)가 투입되는 스크류 케이싱;
외주면에 다수의 스크류 날개를 구비하며, 상기 스크류 케이싱 내부에 수평방향으로 설치되어 회전하여, 상기 고형 폐기물 연료를 이송시키는 이송 스크류; 및
상기 과열증기 하우징 내부로 과열증기를 공급하는 과열증기 공급장치; 를 포함하여 구성되며,
상기 과열증기는 상기 과열증기 하우징 내부와 상기 스크류 케이싱 외부 사이에 형성되는 이동 경로를 통해 이동하여, 상기 고형 폐기물 연료를 열분해시키되,
상기 이동 경로에는 다수의 축열체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 축열체는 세라믹, 스틸 등 열전달 및 내구성이 우수한 재질의 구슬 형태로 이루어지며, 지름이 10 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송 스크류는 내부가 길이방향으로 관통된 형태이며, 상기 과열증기는 상기 이송 스크류 내부에 형성된 관통로를 통해 이동하는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 이송 스크류의 관통로에는 다수의 축열체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송 스크류는 한 쌍으로 이루어지며, 한 쌍의 이송 스크류는 서로 인접하여 평행하도록 구비되고,
상기 스크류 케이싱은 측면이 개방된 한 쌍의 중공형 파이프를 마주붙여 용접 결합한 관 형태로 이루어져, 상기 한 쌍의 이송 스크류의 외측을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 스크류 케이싱의 하부 및 상부에는 상기 측면이 개방된 한 쌍의 중공형 파이프를 지지하기 위한 케이싱 지지체가 구비되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송 스크류는 한 쌍으로 이루어지며, 한 쌍의 이송 스크류는 서로 인접하여 평행하도록 구비되고,
상기 스크류 케이싱은 상기 한 쌍의 이송 스크류의 외측을 감싸도록 형성되되, 상부 중앙면은 일자형의 판넬 형상으로 이루어지고, 하부는 상기 한 쌍의 이송 스크류 하부의 외주면을 따라 감쌀 수 있도록 두 개의 라운딩된 면을 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 스크류 케이싱의 하부에는 상기 두 개의 라운딩된 면의 결합을 지지하기 위한 케이싱 지지체가 구비되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
상기 한 쌍의 이송 스크류는 서로 반대 방향으로 회전하되, 서로 인접하는 내측을 향하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 7항 또는 제 9항에 있어서,
상기 케이싱 지지체는 단면이 '＾'자 형상인 길이방향의 지지판 형태로 이루어져, 길이방향의 양 측면에는 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀을 통해 과열증기가 이동하는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 11항에 있어서,
상기 케이싱 지지체 내부에 형성되는 공간부에는 다수의 축열체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 과열증기와 상기 고형 폐기물 연료의 이송 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송 스크류의 스크류 날개는 양면이 주걱형, 나선형, 반원형, 원추형 및 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 과열증기 하우징의 배출구 측에는 가온장치가 구비되며, 상기 과열증기 하우징 내의 고온을 유지하는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송 스크류는 이송구간(A), 압축구간(B) 및 열분해구간(C)으로 분할되며, 분할된 각 구간별로 이송 스크류의 스크류 날개의 피치 간격이 서로 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 16항에 있어서,
상기 이송 스크류의 압축구간(B)의 스크류 날개 피치 간격이 가장 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 17항에 있어서,
상기 이송 스크류의 이송구간(A) 및 열분해구간(C)의 스크류 날개 피치 간격은 동일하게 형성되거나 또는 열분해구간(C)이 이송구간(A)보다 크게 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 1항에 있어서,
과열증기가 이동하는 상기 이동 경로는 제1 구간, 제2 구간 및 제3 구간으로 분할되며, 분할된 각 구간별로 서로 다른 온도의 과열증기가 개별적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
- 제 19항에 있어서,
상기 각 구간별에 공급되는 과열증기의 온도는 상기 고형폐기물 연료 열분해 반응온도에 따라 과열증기의 유량 조절을 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 고형 폐기물 연료의 열분해 가스화 및 알루미늄 재활용 장치.
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