KR100314342B1 - 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소각로에 투입되는 연료의 절감 및 연소효율을 향상시킬 수 있는 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로에 관한 것이다. 이을 위하여, 본 발명은 다수의 세라믹 축열물질과 방향전환밸브를 소각로에 적용하여, 배기 가스의 폐열을 회수하고, 회수된 폐열을 이용하여 연소용 공기를 예열한 후 연소에 이용하는 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로를 제공한다.

Description

축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로{Regenerative Incineration Method and Incinerator Using The Same}

본 발명은 축열 소각 방법과 그 방법을 이용한 소각로에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소각로의 연료비 절감 및 연소 효율 증진을 위하여, 다수 개의 세라믹 축열 물질을 소각로에 적용하여 배기 가스의 폐열을 회수하고, 회수된 폐열을 이용하여 연소용 공기를 예열한 후 연소에 이용하는 축열 연소 방법 및 이 방법을 이용한 소각로에 관한 것이다.

폐기물에 직접 연료를 공급하고 연소를 유발시켜 폐기물을 소각시키는 직접 소각 방식의 소각로는 대부분 초기 시동 및 운전 시간의 일부 동안 연료를 공급하여 연소시키는 방식을 택하고 있다. 직접 소각 방식을 적용한 소각로 중에서, 폐기물 자체의 발열량이 낮은 동물사체 소각로, 화장로, 수분을 다량 포함하는 협잡물 또는 폐유 처리용 소각로의 경우는 전체 운전 중 계속 연소기를 가동시킨다. 저발열량 폐기물 소각로의 경우 저온 소각시 발생되는 악취, 분진, 매연 등의 생성을 방지하기 위하여, 폐기물 투입 전까지 연소실의 온도를 일정 온도까지 예열시켜야 하고, 폐기물 투입 후에도 자체적으로 연소가 진행되지 않기 때문에 계속 연료를 투입시키며 연소시키는 방식을 택하고 있다.

종래의 직접 소각 방식의 중소형 소각로에 따른 문제점을 정리하면 다음과 같다.

첫째, 폐기물의 투입 전까지 소각로 연소실을 일정 온도까지 예열하고, 폐기물 투입 후에 저 발열량 폐기물의 경우 연료 투입이 계속되어야 소각로 운전이 유지된다. 그런데 소각로의 시간당 처리 용량의 산정은 폐기물 투입 후부터 시작되기 때문에 실제 소각에 소요되는 시간은 더 길어진다. 예를 들면, 시간당 처리 용량이 100 Kg 인 소각로의 경우, 100 Kg 을 처리하는데 소용되는 시간은 한 시간을 훨씬 초과한다. 따라서 소각로 운용에 들어가는 연료비가 증가하게 된다.

둘째, 소각로에서 발생되는 폐열은 폐열 보일러 등의 폐열 회수 장치를 이용하여 회수하게 끔 되어있는 경우가 많다. 그러나, 실제 소각로가 연속적으로 되지 않고 간헐적으로 운전되는 경우, 폐열 회수 장치는 단지 배기가스의 온도를 낮추어 배기가스 후처리 장치에 유입되도록 하는 보조적인 역할밖에 하지 못한다. 이와 같이, 발생 폐열을 유용하게 이용하지 못하는 경우, 폐열 보일러의 설치비용은 낭비이며, 폐열의 외부 방출은 전체적으로 소각로의 열효율을 떨어지게 한다.

셋째, 소각로 연소실에 공급되는 공기 및 연료의 혼합 방식은 초기 소각로 제작시에 설정되어 고정되므로, 운전 중 폐기물의 성상 및 연료 조성 등이 변화하더라도 이에 대처하기가 어렵기 때문에 항상 최적인 상태에서 운전하기 어렵다.또한 연소실 내 유동의 형태는 연소기 및 공기 공급 부분에서 출구를 향하는 한 방향 형태이기 때문에, 연소실 내에 고온 및 저온 영역의 구분이 나타날 수 있다. 이에 따라 고온 영역에서 질소산화물과 저온 영역에서 매연, 일산화탄소, 다이옥신 등의 유해 물질이 생성될 가능성이 높아진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소각로의 연료비 절감 및 연소 효율 증진이 가능한 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소각로의 연료 사용량을 감소시킴에 따라서 후처리 장치의 소형화 및 유지 보수의 경제성을 높이고, 폐열회수 장치 등의 설치에 들어가는 비용의 절감이 가능한 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 소각로의 제1실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 소각로의 제2실시예를 도시한 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 소각로의 제3실시예를 도시한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 소각로의 제4실시예를 도시한 단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 소각로의 제5실시예를 도시한 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1 : 연소실 몸체 2 : 공기 및 배기가스 유로

3 : 연료 공급 장치 4 : 점화 장치

5a, 5b: 세라믹 축열 물질 20 : 공기유로

6a, 6b, 6c, 6d: 방향 전환 밸브 30 : 배기가스유로

본 발명의 원리는 다수 개의 세라믹 축열 물질과 방향전환 밸브를 소각로에 적용하여 배기 가스의 폐열을 회수하고, 회수된 폐열을 이용하여 연소용 공기를 예열한 후 연소에 이용하는 것이다.상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소각로 연소실 몸체와; 상기 연소실 몸체에 연결된 공기 및 배기가스 유로와; 상기 연소실 몸체의 소정 위치에 설치되어 연료를 공급하는 연료 공급 장치와; 상기 연소실 몸체의 소정 위치에 설치되어 점화를 유발하는 점화 장치와; 상기 공기 및 배기가스 유로의 소정 위치에 설치되는 세라믹 축열 물질과; 상기 공기 및 배기가스 유로의 소정 위치에 설치되는 다수의 방향 전환 밸브들을 포함하여 이루어지는 소각로를 제공한다.

또한, 본 발명은 연소실 몸체와; 상기 연소실 몸체의 소정 위치에 각각 설치되는 연료 공급 장치 및 점화 장치와; 공기가 유입되는 유입구에서 분기되어 상기 연소실 몸체에 각각 연결되는 제1공기유로 및 제2공기유로와; 상기 유입구에 설치되어 공기가 상기 제1공기유로 또는 상기 제2공기유로로 선택적으로 흐르도록 제어하는 유입용 방향 전환밸브와; 상기 제1공기유로 및 상기 제2공기유로의 소정 위치에 각각 설치되는 제1방향 전환밸브 및 제2방향 전환밸브와; 상기 제1방향 전환밸브 및 상기 제2방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체의 사이에 각각 설치되는 제1세라믹 축열 물질 및 제2세라믹 축열 물질과; 일측은 상기 제1방향 전환밸브 및 상기 제2방향 전환밸브에 각각 연결되며 타측은 배기가스가 외부로 배출되는 배출구에 연결되는 제1배기가스유로 및 제2배기가스유로와; 상기 배출구에 설치되어 상기 제1배기가스유로 또는 상기 제2배기가스유로를 유동하는 배기가스를 선택적으로 배출시키는 배출용 유입용 방향 전환밸브를 포함하여 구성되는 소각로를 제공한다.

그리고, 연소용 공기가 상기 세라믹 축열 물질을 통과하는 동안 온도가 증가함에 따라서 유속이 빨라져서 상기 세라믹 축열 물질에 과다한 압력이 걸리는 것을 방지하기 위하여, 상기 세라믹 축열 물질 및 상기 소각로 연소실 몸체에 연결된 공기 및 배기가스 유로의 형태를 확대, 축소, 확대-축소, 및 축소-확대 형태로 할 수 있으며, 또한 상기 소각로 연소실 몸체에 연결된 공기 및 배기가스 유로가 다수개로 구성할 수 있다.또한, 본 발명은 상기 소각로 연소실 몸체에 연결된 공기 및 배기가스 유로의 소정 위치에 설치된 상기 세라믹 축열 물질을 이용하여 상기 소각로 연소실 몸체에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 단계와; 상기 공기 및 배기가스 유로의 소정 위치에 설치되는 다수의 방향 전환 밸브들을 일정 시간마다 회전 또는 역회전 시켜서 공기 및 배기가스 유동의 흐름 방향을 변환시키는 단계와; 유동의 흐름 방향 변화에 따라서 상기 세라믹 축열 물질에 회수된 폐열을 이용하여 연소용 공기를 예열하는 단계를 포함하는 축열 소각 방법을 제공한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소각로의 제1실시예를 개략적으로 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 제1실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 소각로의 연소실 몸체(1)의 소정 위치에는 연료를 공급하는 연료 공급 장치(3) 및 점화를 유발하는 점화 장치(4)가 각각 설치된다.한편, 상기 연소실 몸체(1)에는 외부 공기를 공급 또는 연소후의 배기가스를 배출하는 공기 및 배기가스 유로(2)가 연결되며, 상기 공기 및 배기가스 유로(2)의 소정 위치에는 세라믹 축열 물질(5a, 5b) 및 다수의 방향 전환 밸브(6a, 6b, 6c, 6d)가 설치된다.본 발명에 따른 공기 및 배기가스 유로를 상세히 설명하면 다음과 같다.공기 및 배기가스 유로는 외기가 유입되는 공기유로(20)와 연소 가스가 배출되는 배기가스유로(30)로 구성된다. 물론 상기 공기유로(20)에는 외기가 유입되는 유입구(20c)가 연결되며, 배기가스유로(30)에는 연소 가스가 배출되는 배출구(30c)가 연결된다.한편, 상기 공기유로(20)는 유입구(20c)에서 분기되어 각각 연소실 몸체(1)로 연결되는 제1공기유로(20a) 및 제2공기유로(20b) 한 쌍으로 구성된다. 그리고, 공기의 유동 방향을 제어하기 위하여 상기 유입구(20c) 근처에는 유입용 방향 전환 밸브(6a)가 설치되며, 상기 제1공기유로(20a) 및 제2공기유로(20b)의 대략 출구 부근에는 각각 제1방향 전환밸브(6b) 및 제2방향 전환밸브(6c)가 설치된다. 또한, 상기 제1방향 전환밸브(6b) 및 제2방향 전환밸브(6c)의 전방에는 각각 제1 세라믹 축열 물질(5a) 및 제2 세라믹 축열 물질(5b)이 설치된다.한편, 상기 배기가스유로(30)는 배출구(30c)에서 분기되어 각각 상기 제2방향 전환밸브(6c) 및 제1방향 전환밸브(6b)에 연결되는 제1배기가스유로(30a) 및 제2배기가스유로(30b) 한 쌍으로 구성된다. 그리고, 연소 가스의 유동 방향을 제어하기 위하여 상기 배출구(30c)에는 배출용 방향 전환밸브(6d)가 설치된다.한편, 후술하는 바와 같이, 공기유로(20)의 선단부(22a, 22b) 즉 제1방향 전환밸브(6b) 및 제2방향 전환밸브(6c)와 상기 연소실 몸체(1) 사이에서 형성되는 유로는 공기 및 배기가스의 유동방향에 따라서 선택적으로 외부 공기가 유입되는 유로 또는 배기가스가 배출되는 유로가 된다. 즉, 공기유로의 선단부(22a, 22b)는 공기 및 배기가스 공용유로로서 기능하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 소각로의 제2실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 소각로의 구성도 상술한 제1실시예와 기본적 구조는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 연료 공급 장치(3)와 상기 점화장치(4)가 일체로 된 것이 제1실시예와 다른 점이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 소각로의 제3실시예 및 제4실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 소각로의 구성도 상술한 제1실시예와 기본적 구조는 동일하다. 다만, 제3실시예에서는 제1실시예 및 제2실시예와는 달리 공기 및 배기가스 유로의 선단부(22a, 22b) 즉 연소실 몸체(1)에 연결되는 부분의 단면 형상이 일정하지 않고 연소실 몸체(1)쪽으로 확대되는 형상이며, 제4실시예에서는 연소실 몸체(1)쪽으로 축소되는 형상이다.

도면에는 도시하지 않았으나, 상기 선단부(22a, 22b)를 확대-축소 또는 축소-확대 형태로 구성하는 것도 물론 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 소각로의 제5실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 소각로의 구성도 상술한 제1실시예와 기본적 구조는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 공기 및 배기가스 유로의 선단부(22a,22b) 즉 제1방향 전환밸브(6b) 및 제2방향 전환밸브(6c)와 상기 연소실 몸체(1) 사이의 유로가 다수개 형성된다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 축열 소각 방법 및 그 방법을 이용한 소각로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유입용 방향 전환밸브(6a)는 유입된 공기가 제1공기유로(20a)를 흐르도록 제어되며, 제1방향 전환밸브(6b)는 공기가 제2배기가스유로(30b)를 통하여 흐르는 것을 방지하도록 각각 제어된다. 또한, 제2방향 전환밸브(6c)는 배기가스가 제2공기유로(20b)로 흐르는 것을 방지하고, 배출용 방향 전환밸브(6d)는 배기가스가 제2배기가스 유로(30b)로 흐르는 것을 방지하도록 각각 제어된다.따라서, 도면상 실선의 화살표로 도시한 바와 같이 도면상 오른쪽 아래의 공기 유로를 통하여 공기가 흘러 연소실 몸체(1)로 유입되어 연소되며, 배기가스는 도면상 왼쪽 위의 배기가스 유로를 통하여 외부로 배출된다.즉, 소각로가 운전되면 유입구(20c)를 통하여 유입된 상온의 공기는 제1공기유로(20a) 및 제1세라믹 축열 물질(5a)을 경유하여 연소실 몸체(1)로 공급 된다. 이때 연료가 상기 연료 공급 장치(3)에서 분사되고, 상기 점화 장치(4)에 의하여 점화되고 연소된다. 연소가 진행됨에 따라서 상기 연소실 몸체(1)는 가열되고, 배기가스는 공기가 유입된 방향의 반대쪽을 통하여 즉 제2세라믹 축열 물질(5b) 및 제1배기가스유로(30a)를 경유하여 배출구(30c)를 통하여 배출된다.상술한 바와 같이, 배기가스는 배출되는 동안 제2세라믹 축열 물질(5b)을 통과하게 되고, 이때 상기 제2세라믹 축열 물질(5b)는 배기가스의 열을 회수하고 축적되며, 배기가스는 열을 빼앗긴 상태로 외부로 배출된다.

일정 시간 후 공기 및 배기가스 유동 방향이 반대로 되도록 상기 다수의 방향 전환 밸브들(6a, 6b, 6c, 6d)의 방향을 전환시킨다. 즉, 유입용 방향 전환밸브(6a)는 유입된 공기가 제2공기유로(20b)를 흐르도록 제어되며, 제2방향 전환밸브(6c)는 공기가 제1배기가스유로(30a)를 통하여 흐르지 않고 연소기 몸체(1)로 흐로도록 제어된다. 또한, 제1방향 전환밸브(6b)는 배기가스가 제2배기가스(30b)로 흐르도록 제어되며, 배출용 방향 전환밸브(6d)는 배기가스가 제1배기가스 유로(30a)로 흐르는 것을 방지하도록 제어된다.따라서, 도면상 점선의 화살표로 도시한 바와 같이 도면상 왼쪽 아래의 공기 유로를 통하여 공기가 유입되며, 배기가스는 도면상 오른쪽 위의 배기가스 유로를 통하여 외부로 배출된다.즉, 외부에서 유입된 상온의 공기는 고온 상태로 유지된 상기 제2세라믹 축열 물질(5b)을 통과하면서 예열되고 상기 연소실 몸체(1)로 투입된다. 배기가스는 상기 제1세라믹 축열 물질(5a)를 통과하면서 열을 빼앗기고 외부로 배출된다.

상기 제1 및 제2 세라믹 축열 물질(5a, 5b)은 고온 및 저온 상태의 변화가 짧은 시간에 되더라도 열 충격에 강하고, 균열이 심하지 않는 물질 특성을 가진 것으로서, 유동 압력 손실을 적게하기 위하여 가능한 한 기공율이 큰 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 세라믹 축열 물질(5a, 5b)은 여러 종류 및 다수의 세라믹 축열 물질을 조합해서 사용하여도 된다.도 2 내지 도 5에 도시한 소각로의 동작원리도 상술한 제1실시예의 소각로와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기에서 설명한 본 발명의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 소각로 연소실에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수할 수 있기 때문에, 소각로의 열효율을 높이고 사용하는 연료를 절약할 수 있다. 또한 소각로 초기 시동 시에도 폐열을 회수하기 때문에 소각로 예열에 필요한 시간이 절약되고 이에 따라 연료 사용도 감소한다.

둘째, 소각로 연소실에서 발생되는 매연, 분진 및 일산화탄소 등의 불완전 연소 물질들이 세라믹 축열 물질을 통과함에 따라서 걸러지고 연소됨으로, 유해 물질의 배출이 감소한다. 또한 역 방향으로 다시 공기가 흘러감으로서 고체입자 물질들을 다시 연소실로 재 투입하게 된다.

셋째, 본 발명에서 제시하는 방법을 사용할 경우, 세라믹 축열 물질을 통과하면서 고온 고속의 공기 유동을 얻을 수 있으므로, 연소실 내에서의 강한 난류 생성 및 혼합의 극대화를 얻을 수 있고, 이에 따라서 연소 및 반응이 촉진됨으로 인해서 소각 성능의 향상을 얻을 수 있다. 또한 유동 방향이 일정 주기를 가지고 교반함으로 혼합이 촉진되므로, 저온 및 고온 영역의 구분이 사라지고 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.

넷째, 소각로의 성능 향상 및 투입 연료의 감소에 따라 공기의 사용을 감소시킬 수 있으므로 후처리 장치의 설비를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 연소실 몸체와;

   상기 연소실 몸체의 소정 위치에 각각 설치되는 연료 공급 장치 및 점화 장치와;

   공기가 유입되는 유입구에서 분기되어 상기 연소실 몸체에 각각 연결되는 제1공기유로 및 제2공기유로와;

   상기 유입구에 설치되어 공기가 상기 제1공기유로 또는 상기 제2공기유로로 선택적으로 흐르도록 제어하는 유입용 방향 전환밸브와;

   상기 제1공기유로 및 상기 제2공기유로의 소정 위치에 각각 설치되는 제1방향 전환밸브 및 제2방향 전환밸브와;

   상기 제1방향 전환밸브 및 상기 제2방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체의 사이에 각각 설치되는 제1세라믹 축열 물질 및 제2세라믹 축열 물질과;

   일측은 상기 제1방향 전환밸브 및 상기 제2방향 전환밸브에 각각 연결되며 타측은 배기가스가 외부로 배출되는 배출구에 연결되는 제1배기가스유로 및 제2배기가스유로와;

   상기 배출구에 설치되어 상기 제1배기가스유로 또는 상기 제2배기가스유로를 유동하는 배기가스를 선택적으로 배출시키는 배출용 유입용 방향 전환밸브를 포함하여 구성되는 소각로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체 사이의 유로 및 상기 제2방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체 사이의 유로의 단면 형상은 확대, 축소, 확대-축소 및 축소-확대되는 형상중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소각로.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체 사이의 유로 및 상기 제2방향 전환밸브와 상기 연소실 몸체 사이의 유로는 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 소각로.
4. 연소실 몸체에 연결된 공기 및 배기가스 공용유로의 소정 위치에 설치된 세라믹 축열 물질을 이용하여 상기 연소실 몸체에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 제1단계와;

   소정 주기마다 공기 및 배기가스 유동의 흐름 방향을 상기 제1단계의 유동 방향과 반대로 변환시키는 제2단계와;

   유동의 방향 변화에 따라서 상기 제1단게에서 상기 세라믹 축열 물질에 회수된 폐열을 이용하여 공기가 예열하는 제3단계를 포함하여 구성되는 축열 소각 방법.