KR0176990B1 - 폐기물 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱등의 고분자계 폐기물이나 목재, 종이, 섬유류등의 폐기물 혼합계의 폐기물을 소각하는 설비에 관한 것으로, 종래의 폐기물 소각방식으로 직열식 소각방식과 건류가스화 소각방식이 있었으나, 직열식 소각방식은 강제 송풍하여 자기 산화시키는 방식이므로 불완전 연소되기 쉬우며 국부적인 고온이 발생되므로 소각로의 내열성이 한계를 벗어날 수 있는 문제점이 있었으며, 건류가스화 소각방식은 점착성이 높은 가연성 가스가 관로 내면에서 응축되어 관로를 폐쇄시키기 쉬운 문제와 발열량이 낮은 페기물 소각에는 부적절한 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 건류가스화 소각과 직열식 소각을 병행하여 연소효율을 높이며, 이로인해 감량화율을 높이며, 연소후의 배기가스의 무공해화를 촉진하며, 안정적으로 연소처리할 수 있도록 하여 소각기술 응용분야에 보탬이 되는 우수한 폐기물 소각시설을 제공하고 있다.

Description

폐기물 소각장치

본 발명은 플라스틱등의 고분자계 폐기물이나 목재, 종이, 섬유류등의 폐기물 혼합계의 폐기물을 소각하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 직열식 소각방식과 건류 가스화 소각 방식을 혼합하여 간접열에 의한 소각을 행하여 연소효율 및 감량화율을 높이고 배기가스의 무공해화를 최대한으로 실현하기 위한 폐기물 소각장치에 관한 것이다.

일반적으로 소각로로서 직열식 소각방식을 널리 사용하여 왔는데, 이 직열식 소각방식은 폐기물이 축적된 소각로의 하부에 위치한 버너의 화염에 의해 폐기물을 직접 소각하는 방식으로 점화 후 강제 송풍하여 자기 산화시키는 방식이므로 잔 재분이 많으며, 플라스틱등 고분자계 폐기물의 소각시에는 빠른 분해로 인해 발생하는 연소가스를 원활히 연소시키기 위해서는 70m/sec의 고속 공기 분사를 필요로 하는데 이 공기의 고속분사는 소각로내에 국부적인 고온대를 발생시킬 수 있으며 비산분진의 발생량을 증가시킨다.

따라서 이러한 직열식 소각방식은 매연 및 유해가스에 의한 대기를 오염시키고 주변환경과 쉽게 조화될 수 없게 되는 폐단이 있으며, 특히 국부적인 고온대가 발생하여 소각로등의 내열성 한계를 넘어서게 되는 문제가 있었다.

이러한 직열식 소각방식의 예로는 일본국 공개특허 특개평 7-225015호(1995.8.22. 공개)에서 잘 보여주고 있다.

이는 1차연소실내에 구성하고 있는 로스틀내에 소각하고자 하는 폐기물을 버너로서 직접가열하는 것에 의해 소각을 행하고 소각후 발생하는 매연은 횡연도에서 2차연소실을 통해 배연통을 통하여 외부로 배출시키고자 할 때 상기 2차연소실에서 별개의 버너를 작동시켜 그 화염으로 직화하여 불연소가스의 소각을 유도하여 대기 환경을 보존하고 있다.

그러나 이러한 종래의 폐기물 소각방식은 상기한 바와 같이 버너의 화염을 폐기물에 직접 미치게하여 소각을 행하는 이른바 직열식 소각방식이여서 산화후 잔재분이 많이 발생하는 문제점을 그대로 내포하고 있다.

특히, 이러한 종래의 소각방식은 폐기물의 소각이 하부에서 상부로 진행하게 되고, 또한 발생하는 매연이 반드시 하부에서 상부로 이동하여 횡연도를 통해 2차연소실로 이동하게 되므로 반드시 매연이 미연소중인 폐기물층을 통과하게 된다.

이러한 이유로 폐기물이 소각되면서 매연에 축열된 열이 미연소중인 폐기물층을 통과하면서 매연의 열을 빼았게 되고, 이러한 이유로 매연은 응축성타르와 오일의 함유율이 높아져서 횡연도에 점착이 되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 매연을 2차연소실에서 별도의 버너에 의해 재연소를 행하여야 하므로 연료의 사용은 물론이고 별도의 버너를 설치해야 하므로 설비비의 가중을 초래하는 종래의 문제점이 그대로 남는등의 문제점이 그대로 노출되고 있다.

이러한 직열식 소각방식과 함께 건류 가스화 소각방식이 사용되는데 이러한 건류화 소각방식은 1차연소실의 측부하단에 위치한 착화장치에 의해 폐기물이 용융되도록 하고 이때 발생하는 가연성가스는 관로를 통해 2차연소실로 유입시킨 다음 다시 보조버너로서 재연소시키는 것에 의해 완전연소를 이루고자 하는 기술이다.

이러한 건류 가스화 소각방식은 1차연소실에서 폐기물을 소각할 때에 발생하는 매연등과 같은 가연성가스는 1차연소실에서 소각중이거나 소각대상의 미폐기물층을 통과하면서 열을 빼앗기기 때문에 온도가 낮아지면서 응축성타르 및 오일을 함유하게 된다.

이러한 응축성타르 및 오일은 연도등과 같은 관로의 내면에 들러 붙으면서 관로를 폐쇄하게 되는 문제점이 발생하게 되므로 장기간 사용을 행하는 경우에는 관로의 폐쇄로 인한 1차연소실의 파손의 우려가 있게 되므로 필요에 의하여 관로의 내부를 청소해야하는 등의 별도의 작업이 요구되는 문제점이 있다.

특히, 이러한 가스 건류화 소각방식은 상기하고 있는 바와 같이 가열된 매연이 열을 빼앗긴 상태로 관로를 통과하면서 1차연소실의 내부온도가 그 만큼 낮아지게 되므로 폐기물의 소각을 위한 발열량이 낮아지는 것이 되어 버너의 가동을 계속적으로 해야하므로 연료의 사용이 계속적으로 이루어져야 하는 문제점이 있다.

이러한 가스 건류화 소각방식의 경우에는 대기환경오염을 방지하기 위하여 매연을 2차연소실에서 별도의 버너에 의하여 반드시 재소각을 행하여야 하는 문제점이 있게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 창출된 것으로, 상기하고 있는 직열식 소각과 건류 가스화 소각방식을 병행하여 연도효율을 극대화함으로서 안정적으로 폐기물을 연소할 수 있도록하고, 이러한 연소효율의 극대화와 안정적인 연소로 인한 감량화율을 높혀 연소후의 배기가스의 무공해화를 최대한으로 촉진시키고자 하는데 그 근본적인 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 플라스틱류등의 고분자계 폐기물이나 목재, 종이, 섬유류등의 폐기물을 소각함에 있어 1차연소로의 연소로 분위기를 간접적으로 미치는 열에 의해 상승시키고,

이렇게 상승된 연소로의 분위기에 의해 상기한 폐기물이 가연성가스를 발생시켜 이때 발생된 가연성가스가 발화되게 되고, 또한 초기에 발화되는 폐기물의 배기가스는 상승하면서 미연소상태의 폐기물을 가열한 다음 하강하여 1차연소로를 빠져 나갈 때 착화된 폐기물을 통과하면서 직접적으로 재연소되도록 하고, 이렇게 재연소과정을 거치는 배기가스는 2차연소로 내부에 배설된 촉매판을 통과하면서 2차연소로에 고속으로 주입되는 연소공기와 혼합을 행하면서 난류조건을 형성시키는 것에 의해 완전연소를 도모하게 한 다음, 송풍시설에 의해 배기가스의 흐름을 유도하여 집진시설을 통과시키면서 대기중으로 방출함으로서 제문제점을 해결할 수 있었다.

제1도는 본 발명 장치의 실시예의 개략 단면도.

제2도는 본 발명 장치에 의한 1차 연소실의 부분확대 단면도.

제3도는 본 발명 장치에 의한 2차 연소실의 부분확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 1차연소로 2 : 연도

3 : 버너 4 : 오일탱크

5 : 투입구 6 : 재출구

7 : 2차연소로 8 : 온도센서

9 : 촉매판 10a,10b : 송풍기

11a,11b : 노즐 12 : 연도

13 : 집진기 14 : 냉각쳄버

15 : 분진실 16 : 가열공기 출구

20,21,22 : 댐퍼 23 : 연돌

이하 본 발명을 첨부한 도면 제1도부터 제3도에 의거하여 상세히 살펴보기로 한다.

연소공기를 투입할 수 있는 다수의 노즐(11a)이 형성된 1차연소로(1)와에 연소공기를 투입할 수 있는 다수의 노즐(11b)이 형성된 2차연소로(7)를 연도(2)로 연결 구성하고, 상기 2차연소로(7)에는 연도(12)를 설치하여 이 연도(12)가 냉각쳄버(14) 내부에 설치한 집진기(13)와 연돌(23)에 연통되도록 구성한 폐기물 소각 장치에 있어서,

상기 연도(2)의 중앙에 버너(3)를 설치한 상태에서 상기 1차연소로(1)와 2차연소로(7)의 하부에 접속되도록 설치하여 상기 버너(3)의 연소열이 상기 1차연소로(1)의 내부를 복사열에 의해 가열시키는 것에 의해 폐기물을 용융시키면서 발생하는 가연상가스를 발화시키는 것에 의해 폐기물을 연소하고,

상기 2차연소로(7)의 내부에는 상기 2차연소로(7)에 설치되는 연도(12)쪽을 향하여 다수의 구멍(40)이 형성되어 이루어진 고깔형상의 촉매판(9)을 내장설치하여 상기 연도(2)를 통과하면서 버너(3)의 화염에 의해 재소각된 불연소가스와 가연성가스는 상기 노즐(11b)을 통하여 공급되는 외부의 연소공기와 혼합되게 하고,

상기 냉각쳄버(14)와 상기 연돌(23)에 관로(42)를 설치하여 외부공기를 투입할 수 있도록 하고, 상기 냉각쳄버(14)와 상기 노즐(11a) 사이에는 관로(41)로 연결하여 냉각쳄버(41)내의 가열공기를 상기 관로(41)를 통해 1차연소실(1)에 공급하는 구조로 이루어진다.

이러한 본 발명의 장치의 작용과 제 효과를 상세히 살펴보기로 한다.

우선 소각하고자 하는 플라스틱등의 고분자계 폐기물이나 목재, 종이, 섬유류등의 폐기물 혼합계의 각종 폐기물을 투입구(5)를 통하여 1차연소로(1)로 일괄 투입한 다음 상기한 투입구(5)를 차단한다.

이러한 상태에서 상기한 연도(3)의 중간에 설치된 버너(3)를 작동시켜 준다.

이때 작동된 버너(3)의 화염은 1차연소로(1)내의 상기한 소각 대상물인 폐기물에 직접 미치지 않으면서 단지 1차연소로(1)의 내부를 간접적으로 가열을 행하는 것이 되므로 1차연소로(1)의 내부 분위기 온도를 상승시켜 주는 것이 된다.

이때 1차연소로(1)의 내부 분위기 온도는 상기한 소각 대상물의 착화온도 이상이 될 때까지 1차연소로(1)의 내부 분위기 온도를 상승시켜 준다.

이러한 온도의 상승과 함께 상기한 냉각쳄버(14)의 내부로 송풍기(10b)에 의하여 냉각쳄버(14)로 송풍되는 연소공기를 냉각쳄버(14)의 가열공기출구(19)에서 댐퍼(20)를 거쳐 관로(41)를 통해 노즐(11a)에서 1차연소로(1)로 공급하여 준다.

이러한 공기의 공급으로 인해 플라스틱등의 고분자계 폐기물이 산화되면서 용융하게 되고 이러한 용융과정을 거치면서 순차적으로 열분해되면서 가연성가스와 회화물로 변화하게 된다.

이러한 가연성가스의 발생과 함께 연도(2)에 가까운 위치에 있는 1차연소로(1)의 폐기물에 버너(3)의 복사열에 의해 착화가 이루어지게 되고, 이러한 착화에 의해 가열상태를 유지하고 있는 상기한 가연성가스가 착화되면서 1차연소로(1)의 내부가 일시에 화염에 휩싸이면서 상기한 폐기물을 연소하게 된다.

이러한 연소에 의하여 계속적으로 발생되는 가연성 가스와 소각으로 인한 불연소 가스는 1차연소로(1)의 먼저 연소과정이 발생하는 하부에서 상부로 이동한 다음, 다시 상부에서 하부로 이동하여 연도(2)를 통하여 2차연소실(7)로 이동하게 되고 이때 불연소 가스와 가연성 가스는 상기한 바와 같이 하부에서 연도(2)로 이동하므로 화염상태를 유지하면서 2차연소실(7)로 이동하게 된다.

이러한 착화가 이루어진 후에는 1차연소로(1)의 내부 분위기의 온도를 올려줄 필요가 없기 때문에 버너(3)의 작동을 중지함으로서 폐기물의 순수 열량에 의하여 폐기물의 소각 목적을 달성한다.

이러한 본 발명에 의한 소각원리는 버너(3)의 화염을 소각 대상물인 폐기물에 직접적으로 가하여 소각을 행하는 것이 아니라 1차연소로(1)의 내부 분위기온도를 폐기물의 착화온도 이상으로 가열함으로서 폐기물을 가열하고, 이러한 폐기물의 가열에 의하여 발생하는 가연성 가스를 착화수단으로 사용함으로서 폐기물을 소각하는 간접 연소방식을 취하고 있음을 알 수 있다.

다시말해 1차연소로(1)의 구조를 살펴보면 연도(2)가 1차연소로(1)의 상단에 설치되어 있는 것이 아니고 하단에 설치하고 있음을 알 수 있어 폐기물에서 발생하는 가연성 가스는 흐름은 상부에서 하부로 이동하도록 되어 있음을 알 수 있고, 또한 연도(2)의 중간에 설치된 버너(3)의 열원이 1차연소로(1)의 하부에 위치하고 연도(2)에 가까운 부분에 위치한 폐기물을 먼저 가열을 행함과 동시에 먼저 착화를 시키는 것이므로 이러한 착화로 폐기물의 소각은 하부에서 상부로의 소각이 이루어지는 것이므로 폐기물의 연소효율을 극대화하고 있음을 알 수 있다.

즉, 첨부한 도면 제2도에서 도시하고 있는 바와 같이 1차연소로(1)에서 버너(3)에 의해 폐기물이 용융되면서 발생하는 가연성 가스가 상부에서 하부로 이동하는 열분해 가스화구역(b)과 착화에 의한 연소구역(a)이 동시에 진행하게 됨을 알 수 있고, 이때 폐기물의 용융에 의한 열분해 가스화 및 불완전 연소는 관로(41)을 통해 공급되는 연소공기량을 노즐(11a)을 통해 조절함으로서 그 조정이 가능하다.

이와같이 폐기물의 소각이 이루어지면서 불연소 가스는 가열성 가스와 혼합된 상태로 이동하는 것이므로 화염을 유지하면서 연도(2)를 통하여 2차연소로(7)로 이동하게 된다.

이렇게 2차연소로(7)로 이동한 불연소가스는 송풍기(10a)에 의해 댐퍼(22), 노즐(11b)을 통해 강하게 공급되는 외부공기와 혼합하면서 난류를 형성하면서 계속적으로 연소를 행함과 동시에 촉매판(9)을 통과하면서 연소공기와 충분히 혼합되면서 연소를 행하게 된다.

한편, 2차연소로(7)에 설치되어 있는 온도센서(8)가 2차연소로(7)의 온도가 폐기물의 자기 연소에 필요한 설정치 이상의 온도를 감지하면 버너(3)의 작동을 중지한다.

이렇게 2차연소로(7)에서 불연소가스인 배기가스의 완전 연소를 행한 상태의 연소가스는 연도(12)를 통해 집진기(13)로 이동하면서 매진 및 분진을 제거한 다음 연돌(23)을 통해 외부로 배출된다.

이때 외부로 배출되는 연소가스는 송풍기(10b)의 송풍에 의해 주입되는 외부공기가 관로(42)를 통해 연돌(23)에 형성된 유도공기주입구(18)를 통해 연돌(23)에 공급되기 때문에 연소가스는 다시한번 외부공기와의 혼합을 병행하고 또한 주입되는 공기는 연돌(23)을 통해 상승하기 때문에 연소공기의 역류를 방지할 수 있게 된다.

한편 상기한 연소가스는 집진기(13)로 인입되면서 송풍기(10b)의 송풍에 의해 관로(42)를 통해서 냉각쳄버(14)로 주입되는 외부공기를 가열하게 되고, 이러한 가열된 연소공기는 상기한 바와 같이 관로(41)를 통해 노즐(11a)에서 1차연소실(1)로 공급되므로서 가열공기에 의한 폐기물의 소각효율을 극대화할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 본 발명에서는 플라스틱류등의 고분자계 폐기물이나 목재, 종이, 섬유류등의 폐기물을 소각함에 있어 연소로의 분위기를 간접적으로 미치는 열에 의해 상기한 폐기물에서 가연성가스를 발생시켜 발생된 가연성가스가 발화되게 하고, 또한 초기에 발화되는 폐기물의 배기가스는 상승하면서 미연소상태의 폐기물을 가열한 다음 하강하여 연소로를 빠져 나가도록함으로서 폐기물 자체에 의한 소각을 도모하여 소각연료의 사용을 최소화하고,

또한 재연소과정을 거치는 배기가스는 고속으로 주입되는 연소공기와 혼합을 행하면서 난류조건을 형성시키는 것에 의해 완전연소를 도모하게 한 다음, 송풍시설에 의해 배기가스의 흐름을 유도하여 집진시설을 통과시키면서 대기중으로 방출함으로서 배기가스의 청정화를 도모하여 대기환경의 오염을 최소화할 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

Claims (1)

1. 연소공기를 투입할 수 있는 다수의 노즐(11a)이 형성된 1차연소로(1)와에 연소공기를 투입할 수 있는 다수의 노즐(11b)이 형성된 2차연소로(7)를 연도(2)로 연결 구성하고, 상기 2차연소로(7)에는 연도(12)를 설치하여 이 연도(12)가 냉각쳄버(14)내부에 설치한 집진기(13)와 연돌(23)에 연통되도록 구성한 폐기물 소각 장치에 있어서, 상기 연도(2)의 중앙에 버너(3)를 설치한 상태에서 상기 1차연소로(1)와 2차연소로(7)의 하부에서 접속되도록 설치하여 상기 버너(3)의 연소열이 상기 1차연소로(1)의 내부를 폐기물의 착화온도 이상으로 가열시킬 때 폐기물에서 발생하는 가연성가스를 발화시키는 것에 의해 폐기물을 연소하고, 상기 2차연소로(7)의 내부에는 상기 2차연소로(7)의 상부에 설치되는 연도(12)쪽을 향하여 다수의 구멍(40)이 형성되어 이루어진 고깔형상의 촉매판(9)을 내장설치하고, 상기 냉각쳄버(14)와 상기 연돌(23)에 관로(42)를 설치하여 연소공기를 공급할 수 있도록 하고, 상기 냉각쳄버(14)와 상기 노즐(11a)사이에는 관로(41)를 설치하여 상기 냉각쳄버(41)내의 가열공기를 1차연소실(1)에 공급하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐기물 소각장치.