WO2016036161A1 - 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치 - Google Patents

고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치 Download PDF

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WO2016036161A1
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heat
melting furnace
gasification
synthesis gas
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PCT/KR2015/009294
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박수남
윤영식
구재회
김나랑
남성방
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고등기술연구원연구조합
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    • F23G5/44—Details; Accessories
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the present invention relates to a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification furnace, and more particularly, to a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification furnace configured to increase the recovery efficiency of the heat radiated from the gasification furnace.
  • gasification technology is a technique for producing a synthesis gas containing CO and H 2 through the endothermic reaction of carbon in the fuel by using a partial oxidation heat and CO 2 , H 2 O as a fuel composed of hydrocarbons.
  • Gasifiers using this gasification technology have been developed in various ways depending on the type of fuel or oxidant and the purpose of use.
  • the present invention relates to a combustion boiler device that has a conical shape having a combustion chamber and a stepped outer circumference and is installed at the bottom of the combustion chamber to rotate in place, and combusts gasification / pyrolysis gas by burning solid fuel.
  • a combustion boiler device that has a conical shape having a combustion chamber and a stepped outer circumference and is installed at the bottom of the combustion chamber to rotate in place, and combusts gasification / pyrolysis gas by burning solid fuel.
  • the heat recovery means that performs the boiler function integrally in the upper part of the combustion chamber and the exhaust port, and to separate and assemble the rotating grate where the solid fuel is burned. It is a pyrolysis and gasification integrated combustion boiler device of a solid fuel product.
  • Such a conventional technology is to add a solid fuel product to gasify through the fractionation layer gasifier, to recover the heat by burning the gas in the integral combustion boiler.
  • Another technique for the conventional gasifier is the Korean Patent Registration No. 10-1218976, "Power generation and combustion boiler combined gasifier equipped with a variable gasifier and its operation method". It includes a variable gasifier that is supplied to the fuel of coal, biomass, refractory derived fuel (RFF), Refuse Plastic Fuel (RPF) and upstream or downflow gasification depending on the purpose of use; A refining apparatus for refining the syngas produced in the variable gasifier; A supply controller for controlling a supply direction of the syngas purified in the purification apparatus; It comprises a combustion boiler and a gas engine that is selectively supplied by the supply controller to the synthesis gas is driven.
  • RPF refractory derived fuel
  • RPF Refuse Plastic Fuel
  • Another such prior art deals with systems for the recovery of energy (heat) from air gasification to supply power generation, heating water and hot water.
  • the existing waste gasification system has a limitation in improving the heat recovery efficiency by being limited to using a boiler and a gas engine post-coupling arrangement to recover the heat of combustion after combustion, using the synthesis gas for heat recovery, and the boiler is a corrosive synthesis Exposure to gas had a problem of causing durability deterioration such as corrosion.
  • the present invention is to solve the conventional problems as described above, to improve the recovery efficiency of heat radiated from the gasification melting furnace, and to maintain by increasing the durability and corrosion resistance by preventing the water passage for heat exchange to be exposed to corrosive syngas And it aims to reduce the cost required for management and the like.
  • a gasification melting furnace for receiving the waste to generate and discharge the synthesis gas and slag by gasification;
  • a preheater configured to pass water supplied from the outside to the gasification furnace from the synthesis gas and to convert the water into hot water or steam by the heat of the gasification furnace;
  • a heat recovery boiler for recovering waste heat by receiving hot water or steam discharged from the preheating unit.
  • the gasification melting furnace a waste supply unit for supplying waste to the inside;
  • a synthesis gas reforming unit provided at an upper portion of the waste supply unit and installed with a reforming burner for reforming synthesis gas;
  • An outlet provided at the top of the syngas reforming unit for discharging syngas;
  • a waste reaction unit provided for gasification of the waste under the waste supply unit;
  • a slack homogenization furnace provided for homogeneity of the slack in the lower portion of the waste reaction part.
  • the preheating unit a first heat exchanger provided in the slack homogenization furnace; A second heat exchange part provided inside the waste reaction part to be connected to the first heat exchange part; A third heat exchanger provided inside the syngas reforming unit to be connected to the second heat exchanger; And a fourth heat exchanger provided inside the outlet to be connected to the third heat exchanger.
  • the first heat exchange part, the second heat exchange part, and the fourth heat exchange part may be formed of a water cooling coil wound inside the refractory material.
  • the third heat exchanger is provided in the interior of the refractory to be located along the inner space around the lower end of the synthesis gas reforming unit, the lower set tank connected to the second heat exchanger;
  • An upper assembly tank provided inside the refractory to be positioned along an inner circumference of the upper end of the synthesis gas reforming unit and connected to the fourth heat exchange unit;
  • a water pipe provided inside the refractory to connect the lower set tank and the upper set tank and disposed in plural at intervals along the circumference of the inner space.
  • the synthesis gas reforming unit may be provided with a plurality of reforming burners around, and the reforming burners are arranged to be inclined in the radial direction so that the spraying flame is pivoted in the inner space.
  • the gasifier may further include a purification facility for purifying the syngas discharged from the melting furnace.
  • a gasification furnace for gasifying waste; And a preheater configured to be converted into hot water or steam by heat exchange in a state in which water supplied from the outside to the gasification furnace is separated from the synthesis gas, and is discharged.
  • the preheating unit may include a water cooling coil or a water pipe installed inside the refractory of the gasification melting furnace.
  • a preheating unit that is a moving passage of water for heat exchange in the gasification furnace to recover the maximum waste heat of the synthesis gas generated in the gasification furnace
  • a preheating unit that is a moving passage of water for heat exchange in the gasification furnace to recover the maximum waste heat of the synthesis gas generated in the gasification furnace
  • FIG. 1 is a block diagram showing a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification melting furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing a gasification furnace and a preheating unit of a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side sectional view showing a gasification melting furnace of a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification melting furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a gasification furnace of a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a heat recovery apparatus using a fixed bed waste gasification melting furnace according to an embodiment of the present invention.
  • the heat recovery apparatus 10 using the fixed-bed waste gasification melting furnace is supplied from the outside to the gasification melting furnace 100 and gasification melting furnace 100 for gasifying waste. It includes a preheating unit 200 which is provided to be converted into hot water or steam by heat exchange to be discharged, and to use the hot water or steam discharged from the preheater 200 for the recovery of waste heat, for this purpose, waste heat recovery boiler 300 may further include.
  • the gasification melting furnace 100 receives waste and generates and discharges syngas and slag by gasification.
  • the waste supply unit 110 and the waste supply unit 110 may be configured to supply the waste to the inside.
  • Synthesis gas reforming unit 120 and synthesis gas reforming unit 120 which is provided on the upper side, and is provided with a reforming burner 121 for generating heat by flame by injecting fuel or oxidant for reforming synthesis gas.
  • the outlet 130 is provided for the discharge of the synthesis gas in the upper portion of the waste supply unit 110, the waste reaction unit 140 and the waste reaction unit 140 is provided for the gasification of the waste in the lower portion of the waste supply unit 110
  • It may include a slack homogenization furnace 150 is provided for homogeneity of the slack.
  • the gasification melting furnace 100 may be provided with auxiliary fuel supply means and pure oxygen supply means together with or in place of the reforming burner 121.
  • the waste reaction unit 140 may be formed at right angles such that the waste supply unit 110 and the slack homogenization furnace 150 are perpendicular to each other.
  • the slag homogenization furnace 150 may be formed to be horizontal, and a slag discharge port 151 for discharging the slag may be provided at a lower portion thereof.
  • the gasification furnace 100 may be provided with refractory materials 111, 123, 131, 141, and 152 in order to block heat release by heat insulation or heat storage.
  • Waste supply unit 110 is supplied to the waste generated in the workplace or home to be gasified in the gasification melting furnace 100 to produce a synthesis gas.
  • Waste generated at the workplace or at home may generally include solid waste or liquid waste.
  • the waste supplied through the waste supply unit 110 produces the synthesis gas in the gasification melting furnace 100, the inorganic material contained in the waste is melted to generate slag, and the slag discharge port 151 is passed through the slag homogenization furnace 150. It is recovered through, which makes it possible to use the slacks.
  • the main components of the synthesis gas produced through gasification in the gasification furnace 100 is CO, H 2 , and contains some pollutants such as dust, HCl, HCN, NH 3 , H 2 S.
  • some pollutants such as dust, HCl, HCN, NH 3 , H 2 S.
  • a large amount of CH 4 may be included in the synthesis gas.
  • Syngas must maintain a certain level of quality in order to convert to chemical raw materials, for this purpose, the synthesis gas reformer 120 must be reformed to pure CO and H 2 without CH 4 . Therefore, the synthesis gas discharged from the gasification furnace 100 is purified by the purification facility 400 to be used as a chemical raw material.
  • the purification facility 400 includes, for example, a rapid cooling tower 410 for rapidly cooling the synthesis gas by using a refrigerant circulation method, a water cooling method, or a cooling cycle method, and the synthesis gas cooled by the rapid cooling tower 410 by washing. It may include a neutralization washing tower 420 to neutralize, a desulfurization washing tower 430 for removing sulfur components from the synthesis gas neutralized by the neutralization washing tower 420, the syngas discharged from the desulfurization washing tower 430 In order to store the storage tank 500 may be provided.
  • Gasification melting furnace 100 may be operated at about 1,300 ⁇ 1500 °C depending on the target waste.
  • the waste heat recovery boiler 300 installed at the rear end of the gasification furnace 100 may recover waste heat from hot water or steam of the preheating unit 200 (shown in FIG. 2), as well as recover waste heat from the synthesis gas.
  • the temperature of the introduced synthesis gas may be 1,200 to 1,300 ° C.
  • the preheater 200 is provided such that water supplied from the outside to the gasification melting furnace 100 is separated from the synthesis gas and passes through the hot water or steam by the heat of the gasification melting furnace 100. To be discharged.
  • the preheating unit 200 may include a water cooling coil or a water pipe installed inside the refractory of the gasification furnace 100 as in the present embodiment.
  • the first heat exchanger unit provided in the slack homogenization furnace 150 ( 210, a second heat exchanger 220 provided in the waste reaction unit 140 to be connected to the first heat exchanger 210, and a synthesis gas reformer 120 to be connected to the second heat exchanger 220.
  • Water for conversion to hot water or steam is heated by heat exchange with the gasification melting furnace 100 by sequentially passing through the first to fourth heat exchange parts (210, 220, 230, 240).
  • the first heat exchanger 210, the second heat exchanger 220, and the fourth heat exchanger 240 may be formed of a water cooling coil wound inside the refractory materials 152, 141, and 131.
  • the third heat exchanger 230 is provided inside the refractory 123 to be positioned around the inner space 122 at the bottom of the synthesis gas reformer 120, and the second It is provided inside the refractory 123 to be located along the inner space 122 of the lower set tank 231 connected to the heat exchange unit 220 by a pipe or the like, and the synthesis gas reforming unit 120, the fourth It is provided inside the refractory 123 to connect the upper set tank 232, the lower set tank 231 and the upper set tank 232 connected to the heat exchange unit 240 by a pipe or the like, the internal space 122 It may include a water pipe 233 is arranged in plurality at intervals along the circumference. Water to be supplied to the water pipe 233 or water passing through the water pipe 233 is mixed or collected in the lower set tank 231 and the upper set tank 232 to increase the heat exchange efficiency, by the water pipe 233 Raising the heat exchange area allows for rapid heating of water.
  • the water pipe 233 is provided inside the refractory 123 to have a heat recoverable structure so that water is converted into hot water or steam by utilizing heat radiation, and the hot water or steam is used for the waste heat recovery boiler 300 (shown in FIG. 1). By being used as the feed water it is possible to increase the efficiency of the waste heat recovery boiler (300).
  • the waste heat recovery boiler 300 receives hot water or steam discharged from the preheater 200, for example, the fourth heat exchanger 240, to recover waste heat.
  • a pressure controller 310 may be installed to control the pressure.
  • the synthesis gas reforming unit 120 may be provided with a plurality of reforming burners 121 around, in order to make the reforming burner 121 inclined with respect to the radial direction (r)
  • the spraying flame can be swung in the internal space 122, thereby forming a strong flow field so that the waste can be smoothly reformed into syngas. can do.
  • the heat recovery apparatus 10 using the fixed-bed waste gasification melting furnace according to the present invention, by installing the preheating unit 200 in the gasification melting furnace 100, the waste heat of the synthesis gas generated in the gasification melting furnace 100 to the maximum It can be recovered and used as hot water and steam, and the existing waste heat recovery boiler has a lot of heat dissipation loss through the duct at the rear end of each furnace, but heat recovery efficiency can be utilized by recovering the amount of heat radiated and using it as the supply water of the waste heat recovery boiler 300. It can increase.
  • the preheating unit 200 is exposed to the synthesis gas.
  • the preheating unit 200 itself is inserted into the refractory 123 so as not to be exposed to the synthesis gas, thereby increasing the durability and corrosion resistance, thereby reducing the cost required for maintenance and management.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스화 용융로로부터 방열되는 열의 회수 효율을 높이고, 열교환을 위한 물의 이동통로가 부식성의 합성가스에 노출되지 않도록 하여 내구성 및 내식성을 높임으로써 유지 및 관리 등에 소요되는 비용을 줄이도록 하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치는 폐기물을 공급받아 가스화에 의해 합성가스와 슬랙을 생성하여 배출시키는 가스화 용융로; 상기 가스화 용융로에 외부로부터 공급되는 물이 합성가스와는 격리되어 통과하도록 마련되고, 상기 가스화 용융로의 열에 의해 물을 온수나 스팀으로 변환하여 배출시키는 예열부; 및 상기 예열부로부터 배출되는 온수나 스팀을 공급받아 폐열을 회수하는 폐열회수보일러;를 포함한다.

Description

고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치
본 발명은 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스화 용융로로부터 방열되는 열량의 회수 효율을 높이도록 구성된 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가스화 기술은 탄화수소로 구성된 연료를 부분산화열과 CO2, H2O를 이용하여, 연료 중 탄소를 흡열 반응을 통해 CO와 H2가 함유된 합성가스를 생산하는 기술이다.
이러한 가스화 기술을 적용한 가스화 장치는 연료나 산화제 종류와 사용 목적에 따라 다양하게 개발되고 있다.
종래의 가스화기에 대한 기술로는 한국등록특허 제10-1204756호의 "고형연료제품의 열분해 및 가스화 일체형 연소보일러장치"가 있다. 이는 연소실과 계단 모양의 외주연을 갖는 원뿔 형상을 이루어 상기 연소실의 바닥에 설치되어 제자리 회전하는 회전그레이트를 구비하며, 고형연료를 연소시키는 연소시켜 가스화/열분해 가스를 연소시키는 연소 보일러 장치에 관한 것으로, 연소실의 상부 및 배기구에 보일러 기능을 수행하는 열회수 수단을 일체로 설치하여 열에너지의 이용률을 높이고, 고형연료의 연소가 이루어지는 회전그레이트를 분리 및 조립이 가능한 형태를 이루어 제작 및 보수, 교체를 편리하도록 한 고형연료제품의 열분해 및 가스화 일체형 연소 보일러 장치이다.
이와 같은 종래 기술은 고형연료제품을 투입하여 분류층 가스화기를 통하여 가스화하며, 일체형 연소보일러에서 가스를 연소하여 열을 회수하도록 한다.
종래의 가스화기에 대한 다른 기술로는 한국등록특허 제10-1218976호의 "가변형 가스화기가 구비된 발전과 연소보일러 겸용 가스화 장치 및 그 운전방법"이 있다. 이는 석탄, 바이오매스, RDF(refuse derived fuel), RPF(Refuse Plastic Fuel)의 연료를 공급받아 사용목적에 따라 상향류 또는 하향류 가스화가 이루어지도록 가변되는 가변형 가스화기와; 상기 가변형 가스화기에서 생산된 합성가스를 정제하는 정제장치와; 상기 정제장치에서 정제된 합성가스의 공급방향을 제어하는 공급제어기와; 상기 공급제어기에 의해 합성가스를 선택적으로 공급받아 구동되는 연소보일러 및 가스엔진을 포함하여 구성된다.
이와 같은 다른 종래 기술은 공기 가스화에서 에너지(열)를 회수하여 발전, 난방수 및 온수의 공급을 위한 시스템을 다루고 있다.
그러나, 기존의 폐기물 가스화 시스템은 열회수를 위하여, 합성가스를 이용하여 연소후, 연소열을 회수하는 보일러 및 가스엔진 연계후 배열을 이용하는데 한정됨으로써 열회수 효율을 높이는데 한계를 가지며, 보일러가 부식성의 합성가스에 노출됨으로써 부식 등의 내구성 저하를 유발하는 문제점을 가지고 있었다.
또한 종래 기술들의 가스화 기술에서 열회수보일러는 생산된 합성가스를 연소시키거나, 가스엔진을 적용하여 후단에 발생된 배열을 이용하는 보일러로서, 이 역시 열회수의 효율성을 높이기 어려운 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스화 용융로로부터 방열되는 열의 회수 효율을 높이고, 열교환을 위한 물의 이동통로가 부식성의 합성가스에 노출되지 않도록 하여 내구성 및 내식성을 높임으로써 유지 및 관리 등에 소요되는 비용을 줄이도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 폐기물을 공급받아 가스화에 의해 합성가스와 슬랙을 생성하여 배출시키는 가스화 용융로; 상기 가스화 용융로에 외부로부터 공급되는 물이 합성가스와는 격리되어 통과하도록 마련되고, 상기 가스화 용융로의 열에 의해 물을 온수나 스팀으로 변환하여 배출시키는 예열부; 및 상기 예열부로부터 배출되는 온수나 스팀을 공급받아 폐열을 회수하는 폐열회수보일러;를 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치가 제공된다.
상기 가스화 용융로는, 폐기물이 내측으로 공급되도록 하는 폐기물공급부; 상기 폐기물공급부의 상부에 마련되고, 합성가스 개질을 위한 개질용 버너가 설치되는 합성가스개질부; 상기 합성가스개질부의 상부에 합성가스의 배출을 위해 마련되는 배출구; 상기 폐기물공급부의 하부에 폐기물의 가스화 반응을 위해 마련되는 폐기물반응부; 및 상기 폐기물반응부의 하부에 슬랙의 균질을 위해 마련되는 슬랙균질화로;를 포함할 수 있다.
상기 예열부는, 상기 슬랙균질화로의 내부에 마련되는 제 1 열교환부; 상기 제 1 열교환부에 연결되도록 상기 폐기물반응부의 내부에 마련되는 제 2 열교환부; 상기 제 2 열교환부에 연결되도록 상기 합성가스개질부의 내부에 마련되는 제 3 열교환부; 및 상기 제 3 열교환부에 연결되도록 상기 배출구의 내부에 마련되는 제 4 열교환부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환부, 상기 제 2 열교환부 및 상기 제 4 열교환부는, 내화물 내부에 감겨지는 수냉코일로 이루어질 수 있다.
상기 제 3 열교환부는, 상기 합성가스개질부 하단의 내부공간 둘레를 따라 위치하도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 제 2 열교환부에 연결되는 하부집합조; 상기 합성가스개질부 상단의 내부공간 둘레를 따라 위치하도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 제 4 열교환부에 연결되는 상부집합조; 및 상기 하부집합조와 상기 상부집합조를 연결시키도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 내부공간의 둘레를 따라 간격을 두고서 다수로 배치되는 수관;을 포함할 수 있다.
상기 합성가스개질부는, 상기 개질용 버너가 둘레에 다수로 마련되고, 상기 개질용 버너가 반경방향에 경사를 이루도록 배치됨으로써 분사하는 화염이 내부공간에서 선회되도록 할 수 있다.
상기 가스화 용융로로부터 배출되는 합성가스를 정제하는 정제설비를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 폐기물의 가스화를 수행하는 가스화 용융로; 및 상기 가스화 용융로에 외부로부터 공급되는 물이 합성가스와는 서로 격리된 상태에서 열교환에 의해 온수나 스팀으로 변환되어 배출되도록 마련되는 예열부;를 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치가 제공된다.
상기 예열부는, 상기 가스화 용융로의 내화물 내부에 설치되는 수냉코일 또는 수관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스화 용융로에 열교환을 위한 물의 이동통로인 예열부를 설치하여 가스화 용융로에서 발생된 합성가스의 폐열을 최대로 회수하여, 온수나 스팀으로 활용할 수 있고, 방열되는 열량을 회수하여 폐열회수보일러의 공급수로 활용함으로써 열회수 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 합성가스에는 부식성가스가 존재하기 때문에 예열부가 합성가스에 직접 노출될 경우 부식의 우려가 있으나, 예열부 자체가 내화물에 삽입되어 합성가스에 노출되지 않도록 함으로써 내구성 및 내식성을 높여서 유지 및 관리 등에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치의 가스화 용융로 및 예열부를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치의 가스화 용융로를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치의 가스화 용융로를 도시한 평면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치(10)는 폐기물의 가스화를 수행하는 가스화 용융로(100)와, 가스화 용융로(100)에 외부로부터 공급되는 물이 열교환에 의해 온수나 스팀으로 변환되어 배출되도록 마련되는 예열부(200)를 포함하고, 예열부(200)로부터 배출되는 온수나 스팀을 폐열의 회수에 이용되도록 하며, 이를 위해 폐열회수보일러(300)를 더 포함할 수 있다.
가스화 용융로(100)는 폐기물을 공급받아 가스화에 의해 합성가스와 슬랙(slag)을 생성하여 배출시키는데, 이를 위해 일례로 폐기물이 내측으로 공급되도록 하는 폐기물공급부(110)와, 폐기물공급부(110)의 상부에 마련되고, 합성가스 개질을 위해 연료나 산화제 등을 분사하여 화염에 의한 열을 발생시키기 위한 개질용 버너(121)가 설치되는 합성가스개질부(120)와, 합성가스개질부(120)의 상부에 합성가스의 배출을 위해 마련되는 배출구(130)와, 폐기물공급부(110)의 하부에 폐기물의 가스화 반응을 위해 마련되는 폐기물반응부(140)와, 폐기물반응부(140)의 하부에 슬랙의 균질을 위해 마련되는 슬랙균질화로(150)를 포함할 수 있다. 또한 가스화 용융로(100)에는 개질용 버너(121)와 함께 또는 이를 대신하여 보조연료 공급수단 및 순산소 공급수단이 마련될 수도 있다.
폐기물반응부(140)는 폐기물공급부(110)와 슬랙균질화로(150)가 직교하도록 직각되게 형성될 수 있다. 또한 슬랙균질화로(150)는 수평을 이루도록 형성될 수 있고, 하부에 슬랙의 배출을 위한 슬랙배출구(151)가 마련될 수 있다. 가스화 용융로(100)는 내측에 단열이나 축열에 의한 열방출을 차단하기 위하여, 내화물(111,123,131,141,152)이 설치될 수 있다.
폐기물공급부(110)에는 사업장 또는 가정에서 발생한 폐기물이 공급됨으로써 가스화 용융로(100) 내에서 가스화되어 합성가스를 생산하도록 한다. 사업장 또는 가정에서 발생한 폐기물은 일반적으로 고상 형태의 폐기물이나, 액상 형태의 폐기물을 포함할 수도 있다. 폐기물공급부(110)를 통하여 공급된 폐기물이 가스화 용융로(100)에서 합성가스를 생산할 때, 폐기물에 포함된 무기물은 용융되어 슬랙으로 생성되어, 슬랙균질화로(150)를 거쳐서 슬랙배출구(151)를 통해 회수되는데, 이로 인해 슬랙의 활용을 가능하도록 한다.
가스화 용융로(100)에서 가스화를 통해 생산된 합성가스의 주요성분은 CO, H2이며, 분진, HCl, HCN, NH3, H2S와 같은 일부 오염물질을 포함하고 있다. 특히 합성가스개질부(120)의 온도가 낮을 경우, 다량의 CH4이 합성가스 중에 포함될 수 있다. 합성가스는 화학원료로 전환하기 위하여 일정 수준의 품질을 유지하여야 하는데, 이를 위해 합성가스개질부(120)에서 CH4이 없는 순수한 CO와 H2로 개질을 해야 한다. 따라서 가스화 용융로(100)로부터 배출되는 합성가스를 정제설비(400)에 의해 정제되도록 하여 화학원료로 사용할 수 있도록 한다. 정제설비(400)는 예컨대 합성가스를 냉매순환방식이나 수냉방식 또는 냉각사이클방식 등을 이용하여 급속하게 냉각시키는 급속냉각탑(410)과, 급속냉각탑(410)에 의해 냉각된 합성가스를 세정에 의해 중화시키는 중화세정탑(420)과, 중화세정탑(420)에 의해 중화된 합성가스로부터 황성분을 제거하는 탈황세정탑(430)을 포함할 수 있으며, 탈황세정탑(430)으로부터 배출되는 합성가스를 저장하기 위하여, 저장탱크(500)가 마련될 수 있다.
가스화 용융로(100)는 대상 폐기물에 따라 약 1,300~1,500℃로 운전할 수 있다. 가스화 용융로(100)의 후단에 설치되는 폐열회수보일러(300)는 예열부(200; 도 2에 도시)의 온수나 스팀으로부터 폐열을 회수함은 물론, 합성가스를 공급받아 폐열을 회수할 수도 있는데, 이 경우 유입되는 합성가스의 온도가 1,200~1,300℃일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예열부(200)는 가스화 용융로(100)에 외부로부터 공급되는 물이 합성가스와는 격리되어 통과하도록 마련되고, 가스화 용융로(100)의 열에 의해 물을 온수나 스팀으로 변환하여 배출시키도록 한다.
예열부(200)는 본 실시례에서처럼 가스화 용융로(100)의 내화물 내부에 설치되는 수냉코일 또는 수관을 포함할 수 있는데, 일례로, 슬랙균질화로(150)의 내부에 마련되는 제 1 열교환부(210)와, 제 1 열교환부(210)에 연결되도록 폐기물반응부(140)의 내부에 마련되는 제 2 열교환부(220)와, 제 2 열교환부(220)에 연결되도록 합성가스개질부(120)의 내부에 마련되는 제 3 열교환부(230)와, 제 3 열교환부(230)에 연결되도록 배출구(130)의 내부에 마련되는 제 4 열교환부(240)를 포함할 수 있다. 온수나 스팀으로 변환하기 위한 물은 제 1 내지 제 4 열교환부(210,220,230,240)를 순차적으로 통과함으로써 가스화 용융로(100)와의 열교환에 의해 가열된다.
제 1 열교환부(210), 제 2 열교환부(220) 및 상기 제 4 열교환부(240)는 내화물(152,141,131) 내부에 감겨지는 수냉코일로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 열교환부(230)는 합성가스개질부(120) 하단의 내부공간(122) 둘레를 따라 위치하도록 내화물(123)의 내부에 마련되고, 제 2 열교환부(220)에 파이프 등으로 연결되는 하부집합조(231)와, 합성가스개질부(120) 상단의 내부공간(122) 둘레를 따라 위치하도록 내화물(123)의 내부에 마련되고, 제 4 열교환부(240)에 파이프 등으로 연결되는 상부집합조(232)와, 하부집합조(231)와 상부집합조(232)를 연결시키도록 내화물(123)의 내부에 마련되고, 내부공간(122)의 둘레를 따라 간격을 두고서 다수로 배치되는 수관(233)을 포함할 수 있다. 수관(233)으로 공급되기 위한 물이나 수관(233)을 통과한 물이 하부집합조(231)와 상부집합조(232)에서 혼합 내지 수집됨으로써 열교환 효율을 높이도록 하고, 수관(233)에 의해 열교환 면적으로 높임으로써 물의 신속한 가열을 가능하도록 한다.
수관(233)이 내화물(123)의 내부에 마련되어 열회수 가능한 구조를 가짐으로써 방열을 활용하여 물이 온수나 스팀으로 변환되도록 하고, 이러한 온수나 스팀이 폐열회수보일러(300; 도 1에 도시)용 공급수로 사용됨으로써 폐열회수보일러(300)의 효율을 높일 수 있다.
폐열회수보일러(300; 도 1에 도시)는 예열부(200), 예컨대 제 4 열교환부(240)로부터 배출되는 온수나 스팀을 공급받아 폐열을 회수하도록 한다. 또한 폐열회수보일러(300)에 온수나 스팀을 공급을 위해 마련되는 공급구나 그 전단에 압력 상승을 방지하기 위하여, 압력을 제어할 수 있는 압력제어기(310)가 설치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 합성가스개질부(120)는 개질용 버너(121)가 둘레에 다수로 마련될 수 있고, 개질용 버너(121)가 반경방향(r)에 대하여 경사를 이루기 위해, 반경방향(r)에 대하여 경사각(θ)을 가지도록 배치됨으로써 분사하는 화염이 내부공간(122)에서 선회되도록 할 수 있으며, 이로 인해 강한 유동장을 형성하여, 폐기물이 합성가스로 원활하게 개질되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치(10)에 따르면, 가스화 용융로(100)에 예열부(200)를 설치하여, 가스화 용융로(100)에서 발생된 합성가스의 폐열을 최대로 회수하여 온수 및 스팀으로 활용할 수 있고, 기존 폐열회수보일러의 경우 각로 후단에 덕트를 통과함으로써 방열 손실이 많았으나, 방열되는 열량을 회수하여 폐열회수보일러(300)의 공급수로 활용함으로써 열회수 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치(10)에 따르면, 합성가스에는 H2S, HCl 등의 부식성가스가 존재하기 때문에 예열부(200)가 합성가스에 직접 노출될 경우 부식의 우려가 있으나, 예열부(200) 자체가 내화물(123)에 삽입되어 합성가스에 노출되지 않도록 하여, 내구성 및 내식성을 높임으로써 유지 및 관리 등에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

Claims (7)

  1. 폐기물을 공급받아 가스화에 의해 합성가스와 슬랙을 생성하여 배출시키는 가스화 용융로;
    상기 가스화 용융로에 외부로부터 공급되는 물이 합성가스와는 격리되어 통과하도록 마련되고, 상기 가스화 용융로의 열에 의해 물을 온수나 스팀으로 변환하여 배출시키는 예열부; 및
    상기 예열부로부터 배출되는 온수나 스팀을 공급받아 폐열을 회수하는 폐열회수보일러;를 포함하며,
    상기 가스화 용융로는,
    폐기물이 내측으로 공급되도록 하는 폐기물공급부;
    상기 폐기물공급부의 하부에 폐기물의 가스화 반응을 위해 마련되는 폐기물반응부; 및
    상기 폐기물반응부의 하부에 슬랙의 균질을 위해 마련되는 슬랙균질화로;를 포함하며,
    상기 예열부는,
    상기 슬랙균질화로의 내부에 마련되는 제 1 열교환부;
    를 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스화 용융로는,
    상기 폐기물공급부의 상부에 마련되고, 합성가스 개질을 위한 개질용 버너가 설치되는 합성가스개질부; 및
    상기 합성가스개질부의 상부에 합성가스의 배출을 위해 마련되는 배출구;
    를 더 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 예열부는,
    상기 제 1 열교환부에 연결되도록 상기 폐기물반응부의 내부에 마련되는 제 2 열교환부;
    상기 제 2 열교환부에 연결되도록 상기 합성가스개질부의 내부에 마련되는 제 3 열교환부; 및
    상기 제 3 열교환부에 연결되도록 상기 배출구의 내부에 마련되는 제 4 열교환부;
    를 더 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 열교환부, 상기 제 2 열교환부 및 상기 제 4 열교환부는,
    내화물 내부에 감겨지는 수냉코일로 이루어지는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제 3 열교환부는,
    상기 합성가스개질부 하단의 내부공간 둘레를 따라 위치하도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 제 2 열교환부에 연결되는 하부집합조;
    상기 합성가스개질부 상단의 내부공간 둘레를 따라 위치하도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 제 4 열교환부에 연결되는 상부집합조; 및
    상기 하부집합조와 상기 상부집합조를 연결시키도록 내화물의 내부에 마련되고, 상기 내부공간의 둘레를 따라 간격을 두고서 다수로 배치되는 수관;
    을 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 합성가스개질부는,
    상기 개질용 버너가 둘레에 다수로 마련되고, 상기 개질용 버너가 반경방향에 경사를 이루도록 배치됨으로써 분사하는 화염이 내부공간에서 선회되도록 하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스화 용융로로부터 배출되는 합성가스를 정제하는 정제설비를 더 포함하는 고정층 폐기물 가스화 용융로를 이용한 열회수 장치.
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