KR102524977B1 - 연소변동성 억제를 통한 소각로 질소산화물 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단 소각로에서 질소산화물 발생량을 제어하는 방법에 관한 것으로, 일 실시예에서, 폐기물을 다단 소각로에 투입한 후 제1 시간 동안 다단 소각로의 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실로 각각 공급하는 재순환 가스를 제1 분배율로 분배하여 공급하는 제1 공급 단계; 및 제2 시간 동안 상기 재순환 가스를 제2 분배율로 분배하여 다단 소각로에 공급하는 제2 공급 단계;를 포함하는 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법을 개시한다.

Description

연소변동성 억제를 통한 소각로 질소산화물 제어방법 및 장치 {Method and apparatus for controlling NOx in incinerator by suppressing combustion variability}

본 발명은 폐기물 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폐기물 처리 시스템의 소각로에서 배출되는 질소산화물의 발생을 억제하고 제어할 수 있는 질소산화물 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

생활 폐기물이나 산업 폐기물을 소각 처리하는 폐기물 처리 시스템으로서 도1과 같은 다단 소각로를 구비한 폐기물 처리 시스템이 사용된다. 일반적인 소각로(10)는 1차 연소실(10a)과 2차 연소실(10b)로 구획되고 1차 연소실(10a)은 건조단(S1), 연소단(S2), 및 후연소단(S3)의 3단 구조로 되어 있다. 투입구(13)로 투입된 폐기물은 투입 푸셔(14)에 의해 일정 시간 간격마다 소각로 내로 투입되고, 제1 공기 공급배관(L1)과 이에서 분기되는 분기유로(L11,L12,L13)를 통해 다단으로 1차 연소실(10a)로 공급되는 공기 중 산소와 반응하여 연소하고, 이 때 발생하는 가연성 가스는 2차 연소실(10b)에서 제2 공기 공급배관(L2)으로 공급되는 공기와 반응하여 완전 연소한다. 소각로(10)에서 배출되는 연소가스는 세정기(30), 집진기(40) 등의 연소가스 처리장치를 통과하며 처리된 후 연돌(굴뚝)(60)을 통해 외부로 배출된다.

일반적으로 산업 폐기물 소각로의 경우 발열량이 높기 때문에 폐기물 투입을 연속적으로 할 경우 너무 빨리 연소가 일어나 소각로 온도가 급격히 상승하므로 위험한 상황이 발생할 수 있으며 따라서 폐기물을 일정량씩 일정 시간 주기로 투입하는 간헐적 투입을 하고 있다. 그러나 폐기물을 간헐적으로 투입하게 되면 연소장이 일정하게 유지될 수가 없게 된다. 폐기물이 투입되면 연소가 활발하게 일어나면서 일시적으로 산소가 부족해지고 일산화탄소(CO)가 발생하게 되고 연소량이 많아지면서 질소산화물(NOx)이 증가하게 되며, 도2에 도시한 것처럼 폐기물의 간헐적 투입에 따라 산소농도의 감소와 질소산화물 발생량 급등 현상이 반복적으로 일어난다.

이와 같이 폐기물의 간헐적 투입에 따른 발열량의 국부적 증가로 인해 소각로 내 국부적인 온도 급상승을 초래하여 질소산화물의 증가와 소각로의 내구성 저하 등 문제를 야기시키게 되며 이에 대한 해결 방안이 요구되고 있다.

특허문헌1: 일본 공개특허 제2002-267133호 (2002년 9월 18일 공개) 특허문헌2: 일본 공개특허 제2020-94734호 (2020년 6월 18일 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소각로에 재순환 연소가스를 공급하되 소각로의 각 영역에 공급하는 재순환 연소가스의 분배율을 일정 시간이나 조건마다 변경시킴으로써 질소산화물 발생을 억제할 수 있는 질소산화물 억제 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다단 소각로에서 질소산화물 발생량을 제어하는 방법으로서, 폐기물을 다단 소각로에 투입한 후 제1 시간 동안 다단 소각로의 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실로 각각 공급하는 재순환 가스를 제1 분배율로 분배하여 공급하는 제1 공급 단계; 및 제2 시간 동안 상기 재순환 가스를 제2 분배율로 분배하여 다단 소각로에 공급하는 제2 공급 단계;를 포함하는 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법을 개시한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다단 소각로에서 질소산화물 발생량을 제어하는 장치로서, 다단 소각로의 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실로 재순환 가스를 각각 공급하는 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로; 및 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 유량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 폐기물을 다단 소각로에 투입한 후 제1 시간 동안 재순환 가스를 제1 분배율로 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 각각으로 공급하도록 유량을 제어하고 제2 시간 동안 재순환 가스를 제2 분배율로 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로로 공급하도록 유량을 제어하는 다단 소각로의 질소산화물 제어 장치를 개시한다.

본 발명에 따르면 소각로에 재순환 연소가스를 공급하되 소각로의 각 영역에 공급하는 재순환 연소가스의 분배율을 일정 시간이나 조건마다 변경시킴으로써 질소산화물 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 소각로로 공급하는 전체 가스량을 일정하게 하되 공기량과 재순환 가스량도 각각 일정하게 유지시킴으로써 폐기물의 미연소를 방지하고 안정적인 연소가 일어나도록 하며, 또한 소각로에서 배출되는 연소가스량도 일정하게 되므로 소각로 후단의 보일러에서도 항상 일정한 양의 스팀을 생성할 수 있다.

특히 본 발명에 따르면 재순환 가스량을 일정하게 유지시키되 소각로의 각 연소단에 공급하는 공급 분배율을 폐기물 투입 직후부터 소정 시간 동안 제1 분배율로 하고 그 후 소정 시간동안 제2 분배율로 변경함으로써 소각로의 연소 상황에 따라 각 연소장에 적절한 재순환 가스를 공급할 수 있어 국부적 온도 상승이나 연소 과잉을 방지하고 질소산화물 생성을 억제할 수 있는 이점을 가진다.

도1은 종래의 폐기물 처리 시스템을 설명하는 도면,
도2는 소각로 내 질소산화물, 일산화탄소, 및 산소 농도를 나타내는 그래프,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 제어 장치를 구비한 폐기물 처리 시스템을 설명하는 도면,
도4는 일 실시예에 따른 질소산화물 제어 방법을 설명하는 도면,
도5는 다단 소각로에 공급하는 재순환가스의 분배율 변경을 설명하는 도면,
도6은 일 실시예에 따른 질소산화물 제어 효과를 설명하는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전방', '후방' 등과 같이 상대적 위치를 나타내는 용어는 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않을 수 있으며 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현일 수 있다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)된다고 언급하는 경우 그것은 다른 구성요소에 직접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)되거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 두께, 또는 넓이는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이며 어느 한 구성요소와 다른 구성요소의 상대적 크기도 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.

본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 제어 장치를 구비한 폐기물 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도면을 참조하면, 폐기물 처리 시스템은 소각로(10), 보일러(20), 세정기(30), 집진기(40), 및 연돌(60) 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 소각로(10)는 산업 폐기물 또는 생활 폐기물을 소각하는 장치이다. 도시한 실시예에서 소각로(10)는 1차 연소실(10a)과 2차 연소실(10b)로 구성되고 1차 연소실(10a)은 건조단(S1), 연소단(S2), 및 후연소단(S3)으로 구성될 수 있다.

1차 연소실(10a)로 투입된 폐기물은 건조단(S1)에서 연소단(S2)으로 천천히 이동하면서 건조 및 연소되고 연소후에도 다 타지 않은 미연소분은 후연소단(S3)에서 연소된다. 이렇게 1차 연소실(10a)에서 폐기물이 직접 소각되고 1차 연소실(10a)에서 발생한 연소가스는 완전 연소를 위해 2차 연소실(10b)로 이송되고 2차 연소실(10b)에서 연소처리 된 후 후단의 장치(즉 도시한 실시예에서는 보일러(20))로 이송된다.

일 실시예에서 소각로(10)는 폐기물을 투입하는 투입구(13) 및 투입 푸셔(14)를 포함한다. 투입 푸셔(14)는 투입구(13)로 투입된 폐기물을 일정 주기로 밀어서 1차 연소실(10a) 내부로 밀어 넣는다. 폐기물의 종류나 소각처리 속도 등에 따라 투입 푸셔(14)의 투입 주기를 조절하여 미리 설정할 수 있다.

소각로(10)는 폐기물 연소를 위해 공기를 외부에서 공급하는 제1 및 제2 공기 공급유로(L1,L2) 및 각 공급유로에 설치된 블로워(P1,P2)를 포함한다. 제1 공기 공급유로(L1)는 제1 내지 제6 분기유로(L11,L12,L13,L14,L15,L16)로 분기된다. 제1 및 제4 분기유로(L11,L14)는 1차 연소실(10a)의 건조단(S1)에 연결되고 제2 및 제5 분기유로(L12,L15)는 연소단(S2)에 연결되고, 그리고 제3 및 제6 분기유로(L13,L16)는 후연소단(S3)에 연결될 수 있다. 이 때 제1 내지 제3 분기유로(L11,L12,L13)는 각각 건조단(S1), 연소단(S2), 및 후연소단(S3)의 화격자 아래쪽에서 상방향으로 공기를 공급하도록 배치되고, 제4 내지 제6 분기유로(L14,L15,L16)는 각각 건조단(S1), 연소단(S2), 및 후연소단(S3)의 측벽의 주입노즐(15,16,17)을 통해 공기를 공급하도록 배치된다.

제2 공기 공급유로(L2)는 소각로(10)의 2차 연소실(10b)에 공기를 공급하도록 배치된다. 예를 들어 2차 공기 공급유로(L2)는 2차 연소실(10b)의 측벽에 설치된 주입노즐(12)을 통해 공기를 공급하도록 구성된다.

소각로(10)에서 발생되는 연소가스는 소각로(10)의 후단에 설치된 보일러(20)로 이송되고 보일러(20)는 고온의 연소가스를 이용하여 스팀을 생성한다. 생성된 스팀은 예컨대 터빈(도시 생략)을 돌려 발전에 사용되는 등 폐기물 처리 시스템 외부로 공급된다.

보일러(20)에서 배출되는 연소가스는 연소가스 배출유로(L3)를 통해 세정기(30), 집진기(40) 등 연소가스 처리 장치를 통과하며 처리되고 그 후 연돌(60)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 세정기(30)는 연소가스에 포함된 유해물질을 제거한다. 일 실시예에서 세정기(30)는 연소가스에서 황산화물, 염소산화물 등을 제거하는 건식 반응기로 구성될 수 있다. 집진기(40)는 연소가스 중 분진과 같은 이물질을 집진하여 제거한다.

세정기(30), 집진기(40) 등 연소가스 처리장치를 통과한 연소가스 중 일부가 재순환 유로(L4)를 통해 소각로(10)로 재순환된다. 재순환 유로(L4)의 일단은 연돌(60)의 상류측에 연결되고 타단은 소각로(10)에 연결된다.

일 실시예에서 재순환 유로(L4)는 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로(L41,L42,L43)으로 분기되어 소각로(10)에 연결된다. 제1 재순환가스 공급유로(L41)는 제4 분기유로(L14)에 연결되어 재순환 가스를 1차 연소실(10a)의 건조단(S1)으로 공급하고, 제2 재순환가스 공급유로(L42)는 제5 분기유로(L15)에 연결되어 재순환 가스를 1차 연소실(10a)의 연소단(S1)으로 공급하고, 제3 재순환가스 공급유로(L43)는 제2 공기 공급유로(L2)에 연결되어 재순환 가스를 2차 연소실(10b)로 공급한다.

제1 내지 제3 재순환가스 공급유로(L41,L42,L43)의 각각에는 유량제어밸브 또는 댐퍼 등 유량을 조절하는 유량조절수단(V1,V2,V3)이 설치되며 각 유량조절수단(V1,V2,V3)은 제어부(도시 생략)에 의해 제어되어 재순환 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다. 일 실시예에서 상기 제어부는, 폐기물을 소각로(10)에 투입한 후 제1 시간 동안 재순환 가스를 제1 분배율로 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로(L41,L42,L43)의 각각으로 공급하도록 유량을 제어하고 그 후 제2 시간 동안 재순환 가스를 제2 분배율로 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로(L41,L42,L43)로 공급하도록 유량을 제어할 수 있다.

일반적으로 소각로(10)에서 발생하는 질소산화물은 발생 원인에 따라 크게 연소열에 의한 질소산화물(thermal NOx)과 연료에 의한 질소산화물(fuel NOx)로 나뉜다. Thermal NOx는 섭씨 1300도 이상의 고온에서 공기 중 질소가 반응하여 질소산화물이 생성되는 것이며, fuel NOx는 연료(폐기물)에 표함된 질소 성분이 연소 과정에서 산화되어 질소산화물을 생성하는 것이다. 즉 thermal NOx는 소각로 온도와 밀접한 관련이 있고 fuel NOx는 소각로 내 산소 농도와 관련이 있으며, 따라서 thermal NOx를 줄이려면 소각로(10) 내부 온도를 섭씨 1300도 이하로 유지시키는 것이 중요하고 fuel NOx를 줄이기 위해서는 소각로(10) 내부의 산소 농도를 줄이는 것이 중요하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 소각로(10)에 공급하는 가스 중 일부로 재순환 가스를 사용함으로써 온도를 낮추고 소각로 내 산소량을 낮춤으로써 질소산화물 생성을 억제할 수 있다. 일반적으로 재순환 가스는 온도가 대략 섭씨 100도 내지 150도이고 산소농도가 대략 10%(약 8% 내지 12%)이다. 따라서 공기와 함께 재순환 가스를 소각로(10)에 공급함으로써 온도와 산소량을 낮추어 thermal NOx와 fuel NOx의 생성을 줄일 수 있다.

한편 일반적으로 폐기물 소각로에 공급하는 공기량은 실제 폐기물의 연소에 필요한 공기량의 1.7 내지 2.0배 정도를 투입한다. 즉 이론 공기량 대비 실제 공급 공기량의 비(이하 "공기비" 또는 "NSR"(양론비)라 함)가 1.7 내지 2.0이다. 이렇게 1.0보다 높은 NSR 값으로 공기를 공급하는 이유는 폐기물에 불연분이 많고 또한 폐기물이 불균일하기 때문에 완전 연소를 위해 다량의 공기가 필요하기 때문이다. 그러나 NSR 값이 높아짐에 따라 연소가스량이 많아지므로 배출유로(L3) 상의 연소가스 처리장치가 커져야 하고 연돌(60)로 배출되는 배출가스도 많아지는 문제가 있다.

이러한 상황을 감안하여 본 발명의 일 실시예에서는 예컨대 NSR 값을 1.7 내지 2.0 사이에서 소정 값으로 고정시켜 소각로(10) 내에 공급할 전체 가스량을 일정하게 유지시키고, 이 일정한 NSR 값에서 공기와 재순환 가스의 비율도 소정 비율로 고정시킨다. 예를 들어 NSR=2인 경우 공기량과 재순환 가스량을 1.5대 0.5로 설정한다. 따라서 소각로(10)에 공급하는 전체 가스량이 일정하기 때문에 연소가스량도 일정하므로 보일러(20)에서 생성하는 스팀량도 일정하게 유지시킬 수 있고 연소가스 처리설비도 안정적으로 동작할 수 있다.

일 실시예에서, 소각로(10)에 투입되는 폐기물이 일정한 상태에서 공기량도 일정하게 공급한다. 예를 들어 NSR=2인 경우 공기량을 1.5로 고정시키고 이 때 1차 연소실(10a)의 하부로 공급하는 공기량(즉, 제1 내지 제3 분기유로(L11,L12,L13)로 공급하는 공기량)을 0.5, 1차 연소실(10a)의 측벽으로 공급하는 공기량(즉, 제4 내지 제6 분기유로(L14,L15,L16)로 공급하는 공기량)을 0.5, 그리고 2차 연소실(10b)로 공급하는 공기량을 0.5로 각각 설정한다. 구체적 실시 상황에 따라 이러한 공기 비율은 달라질 수 있으며, 이와 같이 소각로로 공급하는 전체 가스량도 일정하게 유지시키고 공기량도 일정하게 유지시기 때문에 폐기물의 미연소를 방지하고 과도한 산소에 의한 질소산화물 생성도 억제할 수 있다.

한편 본 발명의 다양한 실시예에 따라 전체 가스량의 NSR 값, 전체 가스량 중 공기와 재순환 가스의 비율, 및 재순환 가스량의 분배율이 소정 범위 내에서 달라질 수 있음은 물론이다. 예를 들어 소각로에 공급되는 전체 가스량(즉, 공기와 재순환 가스의 합)의 NSR은 1.7 이상 2.0 이하의 임의의 값으로 설정할 수 있다. 전체 가스량 중 공기와 재순환 가스의 비율은 예컨대 2:1 내지 4:1 사이의 값으로 설정할 수 있다.

또한 본 발명에 일 실시예에 따르면 소각로(10)에 투입되는 전체 가스량과 공기량을 일정하기 유지하기 때문에 재순환 가스량도 일정하게 유지되며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 연소실(10)로 투입된 폐기물의 투입 시간에 따라 재순환 가스의 공급 위치에 대한 분배율을 변경한다. 도3에 도시한 것처럼 본 발명에서 재순환 가스는 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로(L41,L42,L43)를 통해 각각 1차 연소실의 건조단(S1)과 연소단(S2) 및 2차 연소실(10b)로 각각 공급되는데, 폐기물을 투입하기 직전이나 투입 직후에는 건조단(S1), 연소단(S2), 및 2차 연소실(10b)에 대한 재순환 가스 분배비율을 각각 20% 내지 40% 사이의 제1 분배율로 분배하여 재순환 가스를 공급하고, 일정 시간 경과 후 건조단(S1)의 온도가 상승하는 경우 상기 분배율을 제2 분배율로 변경하여 공급할 수 있다. 이 때 제2 분배율은 예컨대 건조단(S1)에 대한 공급비율이 50%이고 연소단(S2)과 2차 연소실(10b)에 대한 비율이 각각 25%일 수 있다.

이제 도4와 도5를 참조하여 폐기물 투입 시점에 따른 재순환 가스 분배율을 변경하는 예시적 방법을 설명하기로 한다.

도4를 참조하면, 우선 단계(S10)에서 폐기물 투입 푸셔(14)를 동작시켜 일정량의 폐기물을 소각로(10) 내부로 투입한다. 폐기물의 종류에 따라 폐기물 투입 속도를 다르게 설정할 수 있으며, 산업 폐기물은 특히 열량이 높기 때문에 소정 시간 간격으로 간헐적으로 투입하도록 구성한다. 일 실시예에서 투입 푸셔(14)의 동작은 제어부(도시 생략)에 의해 수행된다.

폐기물이 소각로(10) 내부로 투입된 직후 폐기물은 건조단(S1) 앞단에 위치하며 본격적인 연소는 일반적으로 건조단(S1)과 연소단(S2) 앞쪽에서 발생하는데 폐기물이 이동하는데 어느 정도의 시간이 필요하다. 따라서 본 발명에서는, 폐기물이 소각로(10) 입구에서 건조단(S1) 후단까지 이동하는 제1 시간(T1) 동안, 건조단(S1), 연소단(S2), 및 2차 연소실(10b)로의 재순환 가스 공급 분배율을 기설정한 초기 분배율로 하여 재순환 가스를 공급한다(단계 S20). 일 실시예에서 초기 분배율은 건조단(S1), 연소단(S2), 및 2차 연소실(10b)의 각 분배율이 각각 20% 내지 40% 사이에서 값을 갖도록 설정할 수 있다. 예를 들어 도5에서 제1 그래프(G1)는 건조단(S1)에 공급하는 재순환 가스의 분배율이고 제2 그래프(G2)는 연소단(S2)과 2차 연소실(10b)에 각각 공급하는 재순환 가스의 분배율을 나타내는데, 도5의 실시예에서는 초기 분배율이 건조단(S1), 연소단(S2), 및 2차 연소실(10b)로의 분배 비율이 동일하도록 33.3%, 33.3%, 33.3%로 설정된 것을 나타낸다. 그러나 대안적 실시예에서 초기 분배율이 40%, 30%, 30% 등 다른 값으로 설정될 수도 있으며, 다만 후연소단(S3)에서는 완전연소가 되어야 하므로 재순환 가스를 FGR 가스를 주입하지 않는다.

다음으로, 제1 시간(T1) 경과 후 재순환 가스 공급 분배율을 제2 분배율로 변경하고(단계 S30) 그 후 제2 시간(T2) 동안 제2 분배율로 재순환 가스를 공급한다(단계 S40). 이 때 제2 시간(T2)은 폐기물이 건조단(S1) 후단에 도달하여 본격적인 연소가 일어나는 시간이며 소각로 내 온도가 상승하거나 산소농도가 감소하는 것으로 판단할 수 있다. 일 실시예에서 제2 시간(T2)은 수십초 내지 1분 정도일 수 있고, 예를 들어 10초 내지 1분 사이에서 임의의 값으로 설정될 수 있다.

또한 제2 시간(T2) 동안 건조단(S1)으로 공급하는 재순환 가스량을 늘림으로써 건조단(S1)의 연소 속도를 늦추고 온도를 낮추기 위해 제2 분배율은 예컨대 건조단(S1)의 공급량을 50% 이상으로 설정하고 연소단(S2)과 2차 연소실(10b)의 공급량을 각각 20% 내지 25%로 설정할 수 있다. 예를 들어 도5에서는 제2 시간(T2) 동안 건조단(S1)에 50%로 공급하고 연소단(S2)과 2차 연소실(10b)에는 각각 25%로 공급하도록 도시하였다.

폐기물이 소각로의 건조단(S1)과 연소단(S2) 앞쪽에서 집중적으로 연소하기 때문에 이 영역의 온도가 국부적으로 상승하게 되는데, 본 발명에서와 같이 상대적으로 저온이며 산소농도가 낮은 재순환 가스를 건조단(S1)에 집중적으로 투입함으로써 건조단(S1)에서의 국부적인 집중 연소를 방지하고 폐기물이 연소단(S2)과 후연소단(S3)으로 이송되면서 천천히 연소되도록 하여 질소산화물 생성을 억제할 수 있다.

한편 일 실시예에서, 폐기물 투입 후 기설정한 제1 시간(T1) 경과 후 제2 분배율로 분배율을 변경하여 재순환 가스를 공급하는 단계(S40)를 실행하지만, 대안적 실시예에서 제1 시간(T1)이 경과하기 전이라도 다른 조건에 따라 제2 분배율로 공급하는 단계(S40)를 실행할 수 있다. 예를 들어, 1차 연소실(10a)에 설치한 온도센서(71)가 측정한 온도가 기설정한 기준 온도 이상으로 증가하거나 또는 소각로 배출구의 산소농도센서(73)가 측정한 산소 농도가 기설정한 기준 농도 이하로 감소하는 경우 건조단(S1)에서의 국부적인 연소가 시작된 것으로 판단하여, 이 경우 제1 시간(T1) 경과 전이라도 제2 분배율로 재순환 가스를 공급하는 단계(S40)를 실행할 수 있다.

다음으로, 제2 시간(T2) 동안 제2 분배율로 재순환 가스를 공급한 후 어느 정도 연소가 되면 소각로(10) 온도에 기초하여 재순환 가스 공급 분배율을 미세하게 조정하여 공급할 수 있고(단계 S50) 그 후 초기 분배율로 복귀할 수 있다(단계 S60).

예를 들어 도5에 도시한 것처럼, 제2 시간(T2) 경과 후 분배율을 천천히 변경하여 제3 시간(T3) 동안 건조단(S1), 연소단(S2), 및 2차 연소실(10b)로의 공급 비율을 각각 20%, 40%, 40%로 분배하여 재순환 가스를 공급하고, 그 후 제3 시간 경과 후 다음번 폐기물 투입 전까지 초기 분배율(예컨대 33.3%,33.3%,33.3%)로 복귀할 수 있다. 이 때 단계(S50)에서 분배율의 미세 조정은 예컨대 소각로(10)의 1차 연소실(10a)에 설치한 온도센서(71)가 측정한 온도에 기초하여 이루어질 수 있다. 또한 구체적 실시 상황에 따라 도5의 제3 시간(T3)이나 제4 시간(T4)이 생략될 수도 있다. 예컨대 제1 시간(T1)과 제2 시간(T2) 동안 초기 분배율과 제2 분배율로 각각 재순환 가스를 공급한 후 곧바로 초기 분배율로 복귀할 수도 있고, 또는 제3 시간(T3) 동안 소정 분배율로 재순환 가스를 공급하다가 폐기물 투입이 이루어져서 곧바로 초기 분배율로 복귀할 수도 있다.

이와 같이 제3 시간(T3) 및/또는 제4 시간(T4) 동안의 재순환 가스 공급 동작을 수행한 후 다시 폐기물 투입 푸셔(14)를 동작시켜 폐기물을 소각로(10) 내로 투입하고(S10) 그 이후의 단계(S20 내지 S60)를 반복한다. 이 때 투입 푸셔(14)의 동작 주기는 미리 설정할 수도 있고, 대안적 실시예에서 2차 연소실(10b)의 출구측에 설치한 온도센서(72)에서 측정한 온도 및/또는 소각로 출구나 보일러 출구에 설치한 산소센서(73)에서 측정한 산소 농도에 기초하여 투입 시기를 결정할 수 있다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 제어 효과를 나타내는 도면으로, 석탄 공기연소실험에서 발생되는 질소산화물을 측정한 그래프이다. 도면에서 조건1("Condition 1")은 1단 소각로에서 재순환 가스 없이 공기만 공급하여 연소한 기본 조건으로, 평균 223ppm의 질소산화물(일산화탄소)이 발생하였고 질소산화물 변동폭도 매우 컸다. 조건2("Condition 2")는 SNCR 조건으로서 조건1에 요소수를 질소산화물 대비 3배(NSR=3) 분사한 조건이며, 평균 78ppm정도의 질소산화물이 발생하였고 따라서 질소산화물 제거 효율(상기 조건1 대비 제거 효율)이 65% 였다. 그러나 조건2에서도 질소산화물 변동폭이 매우 큼을 알 수 있다. 조건3("Condition 3")은 소각로를 다단으로 구성한 경우로서 기본조건에서 공기를 다단으로 투입하는 조건이다. 조건3에서는 최적의 공기배분만으로 평균 38ppm, 효율 83%의 질소산화물 제어 효과가 있었다. 또한 연소장이 안정되어 질소산화물 발생 변동폭이 감소하였다.

조건4("Condition 4")는 조건3의 다단 소각로 조건에서 재순환 연소가스를 추가한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 구성에 대응하며, 이 조건4에서 평균 18ppm, 효율 92%의 질소산화물 제거 효율을 나타내었다. 즉 본 발명과 같이 소각로를 다단으로 구성하고 재순환 가스를 각 연소장에 적절하게 분배하여 공급함으로써 질소산화물 발생량을 크게 억제했을 뿐만 아니라 변동폭도 대폭 감소시켜 질소산화물의 안정적인 제거 효과를 나타냄을 알 수 있다.

이상과 같이 도면을 참고하여 다양한 실시예를 설명하였으나, 상술한 실시예 외에도 다양한 변형례가 있을 수 있다. 이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 소각로 10a: 1차 연소실
10b: 2차 연소실 13: 폐기물 투입구
14: 투입 푸셔 15, 16, 17: 측벽 분사노즐
20: 보일러 30: 세정기
40: 집진기 60: 연돌
L1: 공기 공급유로 L11, L12, L13, L14, L15, L16: 분기유로
L4: 재순환 유로 L41, L42, L43: 재순환가스 공급유로
S1: 건조단 S2: 연소단
S3: 후연소단

Claims (10)

1. 다단 소각로에서 질소산화물 발생량을 제어하는 방법으로서,
   폐기물을 다단 소각로에 투입한 후 제1 시간 동안 다단 소각로의 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실로 각각 공급하는 재순환 가스를 제1 분배율로 분배하여 공급하는 제1 공급 단계; 및
   제2 시간 동안 상기 재순환 가스를 제2 분배율로 분배하여 다단 소각로에 공급하는 제2 공급 단계;를 포함하고,
   상기 제1 분배율 중 상기 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실의 각 분배율이 각각 20% 내지 40% 사이의 값을 가지며, 상기 제2 분배율 중 상기 건조단에 대한 분배율이 50% 이상의 값을 갖고,
   상기 제1 또는 제2 분배율로 재순환 가스를 공급할 때, 다단 소각로의 건조단과 연소단 및 2차 연소실의 각각의 측벽의 주입노즐을 통해 재순환 가스를 각각 공급하도록 구성된 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 공급 단계를 실행하는 동안 1차 연소실의 온도가 기설정된 기준온도 이상으로 증가하거나 또는 상기 다단 소각로의 배출구의 산소농도가 기설정된 기준농도 이하로 감소하는 경우, 상기 제2 공급 단계를 실행하는 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 시간이 10초 내지 1분 사이의 값으로 설정되는 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   제2 시간 경과 후 제3 시간 동안 상기 재순환 가스를 제3 분배율로 분배하여 다단 소각로에 공급하는 제3 공급 단계를 더 포함하는 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 방법.
7. 다단 소각로에서 질소산화물 발생량을 제어하는 장치로서,
   다단 소각로의 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실로 재순환 가스를 각각 공급하는 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로; 및
   상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 유량을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 폐기물을 다단 소각로에 투입한 후 제1 시간 동안 재순환 가스를 제1 분배율로 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 각각으로 공급하도록 유량을 제어하고 제2 시간 동안 재순환 가스를 제2 분배율로 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로로 공급하도록 유량을 제어하고,
   상기 제1 분배율 중 상기 1차 연소실의 건조단과 연소단 및 2차 연소실의 각 분배율이 각각 20% 내지 40% 사이의 값을 가지며, 상기 제2 분배율 중 상기 건조단에 대한 분배율이 50% 이상의 값을 갖고,
   제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 각각이 상기 건조단, 연소단, 및 2차 연소실의 각각의 측벽의 주입노즐에 연결된 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 제2 시간 경과 후 제3 시간 동안 상기 재순환 가스를 제3 분배율로 분배하여 다단 소각로에 공급하도록 상기 제1 내지 제3 재순환가스 공급유로의 유량을 제어하는 것인, 다단 소각로의 질소산화물 제어 장치.

Images