KR100232073B1 - 유동층을 이용한 슬러지 소각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동층을 이용한 슬러지 소각 방법 및 장치에 관한 것으로, 다량의 수분(40%-80%)을 함유한 하수슬러지 또는 제지슬러지를 소각시키기 위한 유동층 소각장치로서 슬러지를 소각로에 투입시키고 소각로의 하부에서 공기를 불어넣어 슬러지가 부유상태에서 소각하며, 소각시 발생되는 배가스는 사이클론에서 분진을 포집하고 고온의 배가스를 건조시스템에 유입시켜 고수분함유의 슬러지를 건조하고 배가스를 정제하는 세정기나 미세분진을 포집하는 여과포 집진기를 거쳐 대기 오염 물질을 제거하고 배출하도록 하는 것에 관한 것이다.

Description

유동층을 이용한 슬러지 소각 방법 및 장치

본 발명은 유동층을 이용한 슬러지 소각 방법 및 장치에 관한 것으로, 다량의 수분(40%-80%)을 함유한 하수슬러지 또는 제지슬러지를 소각시키기 위한 유동층 소각장치로서 슬러지를 소각로에 투입시키고 소각로의 하부에서 공기를 불어넣어 슬러지가 부유상태에서 소각하며, 소각시 발생되는 배가스는 사이클론에서 분진을 포집하고 고온의 배가스를 건조시스템에 유입시켜 고수분함유의 슬러지를 건조하고 배가스를 정제하는 세정기나 미세분진을 포집하는 여과포 집진기를 거쳐 대기 오염 물질을 제거하고 배출하도록 하는 것에 관한 것이다.

슬러지를 소각하는 유동층 소각장치는 유동층내에 모래 또는 층물질을 충전하고 유동층 밑부분에서 일정한 크기의 분무노즐을 여러 개 설치하여 공기를 유입시키면 유동층내의 모래가 공기에 의하여 유동하게 되고, 이 유동층내의 모래 또는 층물질을 유동층내에 설치된 가스버너나 오일버너를 이용하여 슬러지가 소각될 수 있는 온도까지 예열시킨후 유동층 소각로 내에 슬러지를 투입시켜 연소하게 하는 연소장치이다.

상기와 같은 유동층 연소장치는 소각로내의 연소온도를 다른 연소장치에 비해 낮게 유지함으로써 배가스로 인한 질소산화물의 발생이 적고, 유황성분이 다량 함유된 슬러지를 연소할 경우에도 소각로 내에서 황을 제거하는 방법을 사용하므로 SO₂의 배출을 억제시킬 수 있는 장점이 있기 때문에 전 세계적으로 각광 받고 있는 연소기술이다.

제3도는 상기와 같은 종래의 유동층 소각장치를 도시하고 있는데, 그 구성을 보면 공기상자(4)로 유입된 공기가 상ㆍ하부가 평면인 공기분배기(18)을 통하여 유입하여 소각후 남은 회분이나 유동물질인 모래(19) 등을 회재배출관(81)으로 배출시키도록 구성되어진다. 이러한 종래의 유동층 소각장치는 공기분배기(18)의 상부가 평면으로 되어 회재의 배출이 쉽지 않고 공기 분배기(18)에서 분산된 공기가 유동층내의 유동물질인 모래(19)나 소각물질을 고르게 혼합하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 예열버너(23)의 위치가 유동층 소각로의 유동층내에 설치되어 있어서, 소각실에 위치한 예열버너의 경우 소각로의 유동물질이 예열버너(23)의 입구를 막거나, 예열버너(23)의 화염과 유동물질이 접촉하여 유동물질이 용융되는 현상이 발생하고, 또 소각로가 중간에 소화되었을 때 예열버너(23)를 재가동하기에 매우 어렵다는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 소각후 배가스를 폐열보일러에 사용하였으나 소각시 발생되는 유해물질로 인하여 폐열보일러의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.

또한, 수분이 70%이상 함유한 슬러지를 직접 소각로에 공급하여 소각할 경우 반드시 원활한 연소를 위해 보조연료를 사용해야 한다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 a) 유동층 소각장치의 구성품인 공기분배기의 형상을 종래의 공기분배기와 달리 상부면은 중심쪽을 향해 기울어지고 하부면은 동일면상에서 평면으로 형성하여, 공기상자에 유입된 공기가 공기분배기를 지날 때 구조적으로 분배기의 중심부분과 원둘레방향부분의 노즐 길이의 차이로 인하여, 노즐길이가 짧은 중심부분으로는 흐르는 기체의 마찰손실이 적게 발생하여 기체가 많이 유입되어, 유동물질이 유동하고 있는 유동층 소각실에서 유동물질은 중심부분에서 상승하여 소각실의 벽쪽으로 이동하고, 다시 유동물질은 소각실의 벽쪽에서 하강하여 기울어진 분배기의 상부면을 따라 흘러내리도록 하여 유동물질의 혼합이 용이하고, 분배기 위에서 유동물질의 배출이 용이하게 하고, b) 예열버너의 설치위치를 변경하여 종래에 소각실에 위치하였던 예열버너를 공기가 유입되는 공기상자의 전단에 두어 소각로가 정상적으로 운전되지 않아 소각로의 재가열을 목적으로 할 때 매우 편리하게 예열버너의 작동을 가능하게 하며, c) 소각후의 배가스를 폐열보일러에 사용하지 않아 소각시 발생되는 유해물질로 인하여 폐열보일러의 수명이 짧아지는 문제점을 방지하며, 수분이 70%이상 함유한 슬러지를 직접 소각로에 공급하여 소각할 경우 필요한 보조연료를 사용하지 않도록 하며, 건조물 건조시 열 공급 및 유동화 기체로 사용된 배가스를 배출하는 배가스 배출부를 덕트와 비산 유출된 기체내의 작은 입자를 분리하기 위한 싸이클론을 거친 후, 배가스배출용 배풍기를 거쳐 고온의 배가스를 재활용하는 건조시스템에 유입케 하여, 이 건조시스템에서 고수분 함유 슬러지를 건조시키고, 여기서 나온 수분 25%내외의 슬러지를 슬러지공급기의 호퍼에 넣도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 소각방법 및 장치를 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명의 유동층 슬러지 소각 장치의 공정도.

제2도는 본 발명 유동층 슬러지 소각 장치의 공기분배기와 예열버너의 연결도.

제3도는 종래의 유동층 소각장치의 소각로 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 송풍기 2 : 공기 혼합부

3 : 예열버너 4 : 공기 상자

5 : 공기 분배기 6 : 유동층 소각로

7 : 슬러지 공급기 8 : 회재 배출기

9 : 진동체 10 : 승강기

11 : 층물질 공급기 12 : 탈황제 공급기

13 : 사이클론 14 : 회재 저장소

15 : 배풍기 16 : 건조 시스템

17 : 공기유입구 18 : 종래의 공기 분배기

19 : 모래(층물질) 20 : 기포(공기방울)

21 : 슬러지 투입구 22 : 배가스 배출구

23 : 종래의 예열버너 51 : 노즐

61 : 유동층 소각실 71 : 호퍼

81 : 회재배출관 811 : 상부회재배출관

812 : 하부회재배출관 a : 공기 분배기의 형태

b : 예열버너의 위치 c : 회재 배출관의 설치형태

제1도는 본 발명의 유동층 슬러지 소각 장치의 공정도를 나타내고, 제2도는 본 발명 유동층 슬러지 소각 장치의 공기분배기와 예열버너의 연결도를 나타내고 있는데, 본 발명의 구성은 슬러지공급기(7)의 호퍼(71)에 슬러지를 넣은 후, 유동층 소각로(6)의 유동층 소각실(61)에 주입시키는 슬러지 투입부와; 유동층 슬러지 소각실(61)에 공급되는 고온의 기체를 공급해주는 고온가스 주입부와; 공기분배기(5)에 수직으로 뚫려 있는 다수의 노즐(51)을 거쳐 유입된 고온의 공기와 유동층에 체류하는 유동물질(모래)과 슬러지가 접촉하면서 유동물질을 소각이 가능한 온도까지 상승시키면 슬러지 공급기(7)에서 공급된 슬러지를 유동층 소각실(61)에서 소각하는 유동층 슬러지 소각로와; 유동층 소각로(6)에서 나온 불연물과 층물질을 회재배출기(8)에서 배출시킴과 동시에 배출된 물질을 분리하여 층물질(모래)을 승강기(10)를 따라 층물질공급기(10)에 보내 유동층 소각로(6)로 재순환하게 하는 불연물 배출 및 층물질 재순환부와; 건조물 건조시 열 공급 및 유동화 기체로 사용된 배가스를 배출하도록 입자를 분리하기 위한 싸이클론(13)과 회재를 저장하는 회재 저장소(14)와 가스배출용 배풍기(15)를 거쳐 고온의 배가스를 재활용하는 건조시스템(16)에 유입하도록 하는 배가스 배출부로 이루어지는 유동층 슬러지 소각장치로 구성하되, 상기 슬러지 투입부는 나선형으로 공급되는 슬러지공급기(7)의 호퍼(71)에 하수슬러지 또는 제지슬러지를 넣고 일정한 양을 슬러지공급기(7)에서 유동층 소각로(6)의 유동층 소각실(61)에 주입한다.

상기 고온가스 주입부는 유동층 슬러지 소각장치에 공급되는 고온의 기체를 공급해주는 장치로써, 송풍기(1)에서 송풍된 공기는 예열버너(3)에서 액체나 가스 연료를 연소하여 얻어진 고온가스와 공기혼합부(2)에서 혼합되어 공기상자(4)로 공급된다.

상기 공급된 고온가스는 슬러지를 소각시키기 위하여 유동층 소각로(6)에 노즐(51)이 뚫려 있는 공기분배기(5)를 거치면서 고른 분배가 이루어져 유동층 소각로(6)의 유동층 소각실(61)에 유입되는데, 이 공기분배기(5)는 다수의 노즐(51)이 수직으로 뚫려 있고 그 형태는 제2도 ″a″에 도시되어 있는 바와 같이 하부면은 평면으로 되어 있고 상부면은 연소후 재를 배출하는 회재배출관(81) 중앙쪽으로 15° 기울어지게 되어 형성되어 회재의 배출이 용이할 뿐만 아니라 공기의 분산이 쉽도록 하여 고체층의 혼합이 쉽도록 하였다.

보다 자세히 설명하자면 공기분배기의 형상을 종래의 공기분배기와 달리 상부면은 중심쪽을 향해 기울어지고 하부면은 동일면상에서 평면으로 형성하여, 공기 상자에 유입된 공기가 공기분배기를 지날 때 구조적으로 분배기의 중심부분과 원둘레방향부분의 노즐 길이의 차이로 인하여, 노즐길이가 짧은 중심부분으로는 흐르는 기체의 마찰손실이 적게 발생하여 기체가 많이 유입되어, 유동물질이 유동하고 있는 유동층 소각실에서 유동물질은 중심부분에서 상승하여 소각실의 벽쪽으로 이동하고, 다시 유동물질은 소각실의 벽쪽에서 하강하여 기울어진 분배기의 상부면을 따라 흘러내리도록 하여 유동물질의 혼합이 용이하고, 분배기 위에서 유동물질의 배출이 용이하게 된다.

상기 유동층 소각로(6)에서 예열버너(23)의 위치는 보통 유동층내에 설치하는 것이 통상적인 것이었으나 이와 같이 설치할 경우 유동물질이 노즐(51)을 손상시켜 운전중 유동층 온도가 하강할 경우 예열버너(23)의 재작동을 방해하는 경우가 많아서, 본 발명에서는 이를 해소하기 위하여 제2도의 ″b″로 도시된 바와 같이 예열버너(3)를 공기분배기(5) 전단에 설치하였다.

상기 유동층 슬러지 소각로(6)에서는 하부에서 공기분배기(5)에 수직으로 뚫려 있는 다수의 노즐(51)을 거쳐 유입된 고온의 공기와 유동층에 체류하는 유동물질(모래)과 접촉하면서 유동물질을 소각이 가능한 온도까지 상승시키면 슬러지 공급기(7)에서 공급된 슬러지를 유동층 소각실(61)에서 소각하게 된다.

소각된 회재는 제2도의 ″c″부에 도시된 바와 같이 공기분배기(5)에 연결된 상부회재배출관(811)과 공기상자(4)에 연결된 하부회재배출관(812)으로 이루어져 있는 회재배출관(81)을 따라 하부의 회재배출기(8)로 배출되고, 발생된 배가스는 분진과 함께 사이클론(13)으로 유입된다.

상기 회재배출관(81)은 유동층 소각실(61) 바닥으로부터 배출되는 회재가 가열(약 900℃)된 상태이기에 별도의 냉각 장치가 필요한데, 본 발명에서는 공기상자(4)를 통하면 유동화 공기 자체가 냉각작용을 하게 되고 공기분배기(5)에 연결된 상부회재배출관(811)과 공기상자(4)에 연결된 하부회재배출관(812)이 직접 접합하지 않고 분리되어 있어 미끄럼 접촉을 하기 때문에 관사이로 공기가 유입되어 냉각효과를 얻을 수 있음과 동시에 열팽창으로 찢어지는 것을 방지할 수 있다.

이밖에도 유동층 소각로(6)에는 공기상자(4)와 소각실(61)내의 절대압력, 온도, 분산판 차압 등을 측정하기 위해 온도계(도시없음) 및 압력계(도시없음)가 설치되어 있다.

상기 불연물 배출 및 층물질 재순환부는 유동층 소각로(6)에서 불연물과 층물질은 일정한 양을 회재배출기(8)에서 배출시킨다.

배출된 물질은 진동체(9)에서 불연물과 층물질로 분리하여 불연물은 제거하고 층물질(모래)은 다시 승강기(10)를 따라 층물질공급기(10)에 보내져 유동층 소각로(6)로 재순환하게 된다.

상기 배가스 배출부는 건조물 건조시 열 공급 및 유동화 기체로 사용된 배가스를 배출하는 것으로 덕트와 비산 유출된 기체내의 작은 입자를 분리하기 위한 싸이클론(13), 회재를 저장하는 회재 저장소(14) 가스배출용 배풍기(15)를 거쳐 고온의 배가스를 재활용하는 건조시스템(16)에 유입된다.

건조시스템(16)에서 고수분 함유 슬러지를 건조시킨 배가스는 배가스를 정제하는 세정기(도시없음) 또는 여과포집진기(도시없음)를 거쳐 배출된다.

즉, 보다 상세히 설명하자면 상기 건조시스템(16)은 고온의 배가스를 대기로 직접 방출하지 않고 이를 슬러지를 건조하는데 사용하는 것으로서, 종래에는 소각후 배가스를 폐열보일러에 사용하였으나 소각시 발생되는 유해물질로 인하여 폐열보일러의 수명이 짧아지는 것을 고려하고, 수분 70%이상 함유한 슬러지를 직접 소각로에 공급하여 소각할 경우 반드시 보조연료를 사용하였던 것을 배가스를 이용하여 수분 25%내외로 건조시켜 슬러지를 슬러지공급기(7)의 호퍼(71)에 넣고 일정한 양을 슬러지공급기(7)에서 유동층 소각로(6)의 유동층 소각실(61)에 공급하므로 보조연료가 전혀 필요없게 된다.

상기와 같이 된 본 발명은 회재배출관을 공기분배기에 연결된 상부회재배출관과 공기상자에 연결된 하부회재배출관으로 분리시켜, 공기분배기에 연결된 상부회재배출관과 공기상자에 연결된 하부회재배출관이 직접 접합하지 않고 분리되어 있어 미끄럼 접촉을 하기 때문에 접촉된 관사이로 공기가 유입되어 공기상자를 통하여 유동화 공기 자체가 냉각작용을 함과 동시에 열팽창으로 찢어지는 것을 방지하는 장점과: 다수의 노즐이 수직으로 뚫려있는 공기분배기의 하부면 형상은 평면으로 되어 있지만 상부면은 연소후 재를 배출하는 회재배출관 중앙으로 15° 기울어지게 하여 회재의 배출이 용이할 뿐만 아니라 공기의 분산이 쉬워 고체층의 혼합이 쉽도록 하는 장점과: 예열버너를 유동물질이 유동되는 영역에 설치하지 않고 공기분배기 전단에 설치하여 유동물질이 노즐을 손상시키지 않는 장점과; 건조물 건조시 열 공급 및 유동화 기체로 사용된 배가스가 덕트와 비산 유출된 기체내의 작은 입자를 분리하기 위한 싸이클론, 회재를 저장하는 회재 저장소 가스배출용 배풍기를 거쳐 고온의 배가스를 재활용하는 건조시스템에 유입케하여, 이 건조시스템에서 고수분 함유 슬러지를 건조시키고, 여기서 나온 수분 25%내외의 슬러지를 유동층 소각로에 공급하여 슬러지의 소각시 보조연료가 필요 없는 장점 등의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 유동층 소각실(61)에 고온의 기체를 공기분배기(5)의 노즐(51)을 거쳐 유입되어, 유동층 소각실에 체류하는 유동물질(모래)과 호퍼(71)를 통해 주입된 다량의 수분을 함유한 슬러지를 부유상태에서 소각시키고, 소각된 불연물과 층물질(19)은 회재배출기(8)를 통해 배출시킨 후 분리하여 층물질(모래)은 승강기(10)를 따라 층물질공급기(11)에 보내 유동층 소각실(61)로 재순환시키며, 회재는 회재 저장소(14)에 저장하는 유동층을 이용한 슬러지 소각방법에 있어서, 상부면은 중심부쪽으로 기울어지고 하부면은 평면인 공기분배기(5)를 사용하여 유동물질의 혼합과 배출을 용이하게 하고, 예열버너(3)를 공기상자(4) 전단에 설치하여 소각로(6)의 재가열시 작동이 잘 되게 하며, 회재배출관(81) 사이로 유동화 공기를 흐르게 하여 유동층 소각실(61)에서 배출되는 고온의 회재를 냉각시키고, 배가스는 건조시스템(16)에 유입한 후 고수분 함유의 슬러지를 건조시킨 후 25%내외의 슬러지를 호퍼에 공급함으로써 슬러지의 소각시 보조연료가 필요 없도록 한 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 슬러지 소각방법.
2. 슬러지 공급기(7)의 호퍼(71)에 넣은 슬러지를 유동층 소각실(61)에 주입시키는 슬러지 투입부와; 유동층 소각실(61)에 고온의 기체를 공급해주는 고온가스 주입부와; 공기분배기(5)의 노즐(51)을 거쳐 유입된 고온 공기와 유동층에 체류하는 유동물질(모래)과 슬러지가 접촉하면서 소각가능온도까지 상승시켜 슬러지를 부유상태에서 소각하는 유동층 소각로와; 유동층 소각로(6)에서 불연물과 층물질(19)을 회재배출기(8)를 통해 배출시킨 후 층물질(모래)을 분리하여 승강기(10)를 따라 층물질공급기(11)에 보내 유동층 소각로(6)로 재순환하게 하는 불연물 배출 및 층물질 재순환부와; 회재를 저장하는 회재 저장소(14)로 된 배출부로 이루어지는 유동층을 이용한 슬러지 소각장치로 구성하되, 상기 호퍼(71)에 넣을 고수분 함유의 슬러지를 고온의 배가스를 사용하여 25%내외로 건조시키는 건조시스템(16)과; 상기 유동층 소각실(61)에서 배출되는 고온 회재의 냉각효과와 열팽창으로 인한 손상 방지를 위해 공기분배기(5)에 연결된 상부회재배출관(811)과 공기상자에 연결된 하부회재배출관(812)으로 분리되어, 관 사이가 직접 접합하지 않아 미끄럼 접촉되어 관사이로 공기가 유입되는 회재배출관(81)과; 유동물질의 혼합과 배출을 용이하게 하기 위해, 상부면은 중앙의 공기배출관쪽으로 15 기울어지게 하고, 하부면은 평면 형상을 갖도록 형성하여 중심부분과 원둘레부분의 노즐 길이를 다르게 한 공기분배기(5)와: 유동층 소각로(6)의 점화나 재점화가 매우 용이하고, 소각실(61)의 소각온도의 조절이 가능하며, 유동물질의 용융으로 인한 노즐(51) 손상을 방지하기 위해 공기상자(4) 이전에 설치한 예열버너(3)를 결합하여 구성한 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 슬러지 소각장치.

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