KR100368060B1 - 2단계 연소식 폐타이어 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말 폐타이어의 2단계 연소식 소각장치에 관한 것이다.

자동차 문화의 대중화에 따른 각종의 자동차와 특수차량 및 토목, 건설 장비차의 급증에 따라 소모품인 폐타이어의 발생량은 폐기물 분야의 큰 비중을 차지하게 되었으며, 그 처리에 있어 다른 폐기물과는 달리 썩지 않기 때문에 통째로 또는 일정한 조각으로 잘라 연소시켜 처리하였으나 연소시킬 때 대량의 매연과 연소가스 발생으로 대기환경을 오염시키게됨으로 환경오염 문제가 사회적 관심사로 부각된 현시점에서 폐타이어의 처리가 매우 어렵게되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이상에서와 같이 지속적으로 막대한 량의 폐기물이 발생될 뿐 아니라 연소 처리에 있어 대기환경을 오염시키게되는 문제를 해결하기 위하여 먼저 폐타이어를 미립 상태로 분말화 한 다음 연소로 내의 공기의 흐름이 벽면을 따라 선회하도록 구성된 선회 연소방식의 연소로 내에 투입하여 2단계로 연소시킴으로써 로내에서의 잔류 연소시간을 늘려 완전연소를 유도함으로써 매연 및 연소가스 발생을 극소화시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

2단계 연소식 폐타이어 소각장치{Waste tire incinerating system by two staged combustion}

본 발명은 분말 폐타이어의 2단계 연소식 소각장치에 관한 것으로 상세하게는 폐타이어를 미립 상태로 분말화한 것을 소각로에 투입하여 나선형으로 선회되는 상태에서 연소시킴으로써 로내에서의 연소 체류시간을 늘려 완전연소를 유도하고 연소 배기가스 발생을 억제시키기에 적당하도록 한 것이다.

자동차 문화의 대중화에 따른 각종의 자동차와 특수차량 및 토목, 건설 장비차의 급증에 따라 소모품인 폐타이어의 발생량은 폐기물 분야의 큰 비중을 차지하게 되었으며, 그 처리에 있어 다른 폐기물과는 달리 썩지 않기 때문에 통째로 또는 일정한 조각으로 잘라 연소시켜 처리하였으나 연소시킬 때 대량의 매연과 연소가스 발생으로 대기환경을 오염시키게되므로 환경오염 문제가 전 세계적 관심사로 된 현시점에서 폐타이어의 처리가 매우 어렵게되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 폐타이어를 미립 상태로 분말화한 다음 연소로 내에서 공기의 흐름이 벽면을 따라 선회하도록 구성된 선회 연소방식의 소각로 내에 투입하여 2단계로 연소시킴으로써 로내에서의 잔류 연소시간을 늘려 완전연소를 유도할 수 있도록 한 것으로서, 1차 소각로에서 분말 폐타이어를 공기부족 상태에서 반건류 소각시킨 뒤 2차 소각로에서 반건류된 연소가스를 3중 선회 흐름에 의하여 잔류연소 시간을 늘려 연소장치를 소형화하고 연소효율을 극대화시켜 완전연소가 가능토록 한 것이다. 또한 LPG 보조 연료를 사용하여 직접연소 방식으로 연소될 수 있도록 하였으며, 선회식 연소기를 최적의 유동구조로 설계하여 강한 선회류를 형성시키고 선회류를 따라 분말 폐타이어 입자가 로벽을 따라 선회, 동 용적당 범위 내에서 최대 체류시간을 확보할 수 있도록 하였으며, 또한 연소 조건을 최적화함으로써 연소로 내에서 3중 선회 흐름이 형성되도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 폐타이어 소각장치 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 제 1소각로의 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 제 2소각로의 상세도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 저장고 2 : 압축기

3 : 드라이어 4 : 제 1버너

5 : 제 2버너 6 : 보조버너

7 : 제 1소각로 8 : 제 2소각로

9 : 제 1포집기 10 : 제 2포집기

11 : 제 1더스트컬렉터 12 : 제 2더스트컬렉터

13 : 충전탑 14 : 이송기

15 : 에어탱크 16 : 필터

17 :연료탱크 18 : 팬

19 : 2중유입관 20,22 : 압축공기 유입관

21 : 회류 가이드드럼 23 : 보텍스 튜브

24,24' : 냉각파이프

본 발명은 폐타이어를 소각하기 위하여 분말화된 폐타이어를 저장하는 저장고(1); 공기를 압축하는 압축기(2); 상기 압축기로부터 나온 압축공기를 예열시킴과 동시에 분지시키는 드라이어(3); 상기 저장고(1)와 상기 드라이어(3)로부터 각각 폐타이어 분말과 압축공기를 동시에 유입받아 연소 하는 수평 원통형의 제 1소각로(7); 상기 제 1소각로(7)와 상기 드라이어(3)로부터 미연소 폐타이어 분말과 압축공기를 각각 유입시키고 제 2버너(5)로부터 화염을 공급하여 상기 미연소 폐타이어 분말을 연소하는 수직 원통형의 제 2소각로(8); 및 상기 제 1소각로(7)와 상기 제 2소각로(8)에 각각 연결되어 탄화된 폐타이어를 포집하는 포집기(9,10)를 포함하여서 구성한 2단계 연소식 폐타이어 소각장치에 있어서,상기 수평 원통형의 제 1소각로(7)와 수직 원통형의 제 2소각로(8)를 연이어 배치하여 설치하되, 제 1소각로(7)의 유입측 내벽 중앙에는 상기 폐타이어 분말의 초기 선회흐름을 유도하도록 회류 가이드 드럼(21)을 돌출 형성하여 구성하고, 제 2소각로(8)의 유입측 상단부에는 상기 미연소 폐타이어 분말을 포함한 미연소 가스의 선회흐름을 유도하도록 동심으로 보텍스 튜브(23)를 삽입 설치하여 구성함으로써 분말화된 폐타이어와 드라이어(3)에서 예열된 압축공기를 수평원통형의 제 1소각로(7)의 내벽면과 수직원통형의 제 2소각로(8)의 내벽면의 접선방향으로 유입시켜 각 소각로(7, 8)의 내벽면을 따라 선회 유동하도록 구성한 것을 특징으로 한다.이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 2단계 폐타이어 소각장치는 도 1과 같이 분말 상태의 폐타이어를 저장하는 저장고(1)와, 공기를 압축하는 압축기(2)와, 압축기(2)에서 나온 압축공기를 예열시킴과 동시에 3분지시키는 드라이어(3)와, 폐타이어 분말을 소각하기 위한 제 1,2버너(4,5) 및 보조버너(6)와, 저장고(1)로부터 폐타이어 분말을 유입하면서 드라이어(3)에서 분지된 압축공기를 유입하여 내주면을 따라 3중 회류되게 하면서 폐타이어 분말을 소각하는 제 1,2소각로(7,8)와, 제 1,2소각로(7,8)에서 소각된 폐타이어를 포집하는 제 1,2포집기(9,10)와, 제 2소각로(8)에서 나온 연소가스 중의 분진성분을 포집하는 제 1,2더스트컬렉터(11,12)와, 최종 배출되는 연소가스내의 아황산가스(SO₄)와 같은 유해가스 성분을 살수 세정하여 최종 필터링한 후 외부로 배출하는 충전탑(13)으로 구성되어 있다.

또한, 폐타이어 분말을 제 1소각로(7)로 이송하여 투입하는 스크류식 이송기(14)와, 압축기(2)에서 나온 압축공기를 저장하는 에어탱크(15)와, 압축공기 내의 이물질을 필터링하는 필터(16)와, 제 1,2버너(4,5) 및 보조버너(6)에 공급되는 LPG와 같은 연료를 저장하는 연료탱크(17)와, 제 2더스트컬렉터(12)의 연소가스를 충전탑(13)으로 보내주기 위한 팬(18)이 구비되어 있으며, 압축공기의 유로 및 연료의 유로 상에는 각 유체의 토출량을 제어하기 위한 다수의 밸브가 구비되어 있다.

이때, 제 1소각로(7)는 수평원통형으로 구성되어 있으며, 도 2와 같이 제 1소각로(7)의 선단부에는 접선방향으로 폐타이어 분말과 드라이어(3)에서 분지된 압축공기를 분리 유입시키는 2중유입관(19), 드라이어(3)에서 분지된 다른 압축공기의 유입관(20), 제 1버너(4)가 각각 장입설치되어 있고, 그 측벽 중앙에는 폐타이어 분말 및 압축공기의 흐름을 3중 선회식 흐름으로 유도하기 위한 회류 가이드드럼(21)이 위치되어 있으며, 제 1소각로(7)의 중간부에는 회류되는 폐타이어 분말을 재차 소각하기 위한 보조버너(6)가 장입설치되어 있다.

또한, 제 2소각로(8)는 수직원통형으로 구성되어 제 1소각로(7)와 연이어 배치되는데, 도 3과 같이 제 1소각로(7)에서 나온 미연소가스가 유입되는 제 2소각로(8)의 상단부 접선방향으로 드라이어(3)에서 분지된 또 다른 압축공기의 유입관(22), 제 2버너(5)가 각각 장입설치되어 있고, 유입되는 미연소가스의 흐름을 선회흐름으로 유도하기 위한 보텍스 튜브(23)가 제 2소각로(8) 상단부에 동심으로 삽입설치되어 있다.

또한, 각 소각로(7,8)에서 소각된 폐타이어의 중량별 분급 포집이 가능하도록 제 1소각로(7)의 후단부에는 제 1포집기(9)가 연결되고 제 2소각로(8)의 하단부에는 제 2포집기(10)가 연결되어 있으며, 제 1,2소각로(7,8)의 연소부내 온도를 적정하게 유지하도록 제 1소각로(7)의 연소부와 제 2소각로(8)의 연소부 둘레에는 각각 냉각파이프(24)(24')가 나선형으로 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 1소각로(7)의 선단부에 접선방향으로 형성되어 있는 2중 유입관(19)과 압축공기 유입관(20)을 통해 폐타이어 분말 및 예열된 각 압축공기를 유입시키면서 반대편의 제 1버너(4)를 통해 화염을 방사하게 되면 폐타이어 분말이 이 화염에 의해 연소되면서 각 압축공기 및 화염에 의해 추진력을 얻은 상태에서 회류 가이드드럼(21)에 의해 선회 가이드되어 제 1소각로(7)의 내주면을 따라 선회하게 된다.

이와 같은 연소회류는 3중 유동회류가 되어 연소가 이루어지게 되며, 따라서 소형의 소각로 내에서 연소 체류시간이 최대로 연장되어 폐타이어 분말의 연소효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이때, 제 1소각로(7)의 중간부에 장입설치되어 있는 보조버너(6)에서도 화염을 방사하여 회류되는 폐타이어 분말에 추진력을 부가하면서 재차 연소하게 되므로 폐타이어 분말의 연소효율을 더욱 높일 수 있다.

이상은 제 1소각로(7)를 통한 폐타이어의 소각과정을 살펴본 것으로, 이러한 제 1소각로(7)에서는 공기부족상태에서 연소가 이루어지며, 이때 발생되는 연소가스는 반건류 소각된 불완전 연소가스가 된다. 따라서, 이 불완전 연소가스 내에는 미연소된 미립자의 폐타이어 분말 성분이 남아 있게 되며, 이와 같이 미립자의 폐타이어 분말을 포함한 불완전 연소가스는 다음 단계인 제 2소각로(8)에 투입되고, 소각된 폐타이어의 탄화물은 제 1소각로(7) 후단부에 연결되어 있는 제 1포집기(9)에 포집된다.

제 2소각로(8)에 미립자의 폐타이어 분말을 포함한 불완전 연소가스가 투입되면 그 투입구 이면에 접선방향으로 형성된 압축공기 유입관(22)과 제 2버너(5)로부터 압축공기와 화염이 동시에 방사되며, 이에 따라 미립자의 폐타이어 분말이 이 화염에 의해 연소되면서 압축공기 및 화염에 의해 추진력을 얻은 상태에서 제 2소각로(8)의 상단부에 동심으로 삽입설치되어 있는 보텍스 튜브(23)에 의해 선회 가이드되어 제 2소각로(8)의 내주면을 따라 선회 하강하게 되고, 이러한 과정에서 폐타이어 분말이 거의 완전 연소된다.

이때, 소각된 폐타이어의 탄화물은 제 2소각로(8)의 하단부에 연결되어 있는 제 2포집기(10)로 낙하 포집되며, 연소가스는 다시 상승하여 하방향을 향하고 있는 보텍스 튜브(23)로 유입, 다음 단계로 이송된다.

그런데, 연소가스내에는 초미립자의 폐타이어 탄화물이 섞여 있기 마련이므로 상기 연소가스를 제 1,2더스트컬렉터(11,12)를 통해 2차 걸러 초미립자의 폐타이어 탄화물을 연소가스에서 완전 제거하는 것이다.

같은 맥락에서, 연소가스내에는 아황산가스(SO4)와 같은 인체에 유해한 가스성분이 산재해있으므로 이러한 유해가스 성분을 최종 필터링하는 장치도 필요하다.

따라서, 배출되는 연소가스를 충전탑(13)으로 유입시켜 충전탑(13)의 상단부에서 살수 세정함으로써 연소가스 내에 산재해있는 유해가스 성분을 최종 필터링한 후 외부로 배출하는 것이다.

여기서, 제 1소각로(7)내의 3중 유동 흐름 속에서 연소되는 폐타이어 분말 중 비교적 큰 입자는 자중에 의해 제 1소각로(7)의 최외각 내벽 쪽을 선회하다가 제 1소각로(7) 후단의 제 1포집기(9)에 포집되고, 비교적 작은 입자는 제 1소각로(7) 중심에서 선회하다가 제 2소각로(8)에 투입, 소각되어 제 2포집기(10)에 포집되므로 각 포집기에 의하여 폐타이어 탄화물의 분급 포집이 가능하며, 이와 같이 포집된 폐타이어의 탄화물들은 소각기에 재공급하여 연소시키게 된다.

한편, 각 소각로는 밀폐되어 있어 상기한 폐타이어의 소각이 계속될수록 그 내부의 온도 및 압력이 올라가게 되어 폭발의 위험을 항상 내재하고 있다.

따라서, 각 소각로(7,8) 내부의 온도를 적정하게 유지함이 바람직하며, 이를위해 각 소각로의 연소부 둘레에 냉각파이프(24)(24')가 제공된 것이다. 즉, 상기한 냉각파이프(24)(24')의 내부로는 냉각수가 유동하며, 이 냉각수가 각 소각로(7,8) 내부의 열을 흡수하여 각 소각로의 내부 온도를 적정하게 유지할 수 있는 것으로, 각 소각로(7,8) 내부의 온도가 약 1,000℃ 이하로 유지되며, 냉각파이프(24)(24')와 접해있는 각 소각로의 최외곽부 내벽은 600℃ 이하가 되어 폐타이어 탄화물의 융착을 방지하는 부수적인 효과도 있는 것이다. 또한, 각 소각로(7,8)의 열을 흡수하여 온도가 올라간 냉각수를 온수 또는 난방이 필요한 곳으로 우회시켜 활용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 폐타이어를 2단계 연소방식으로 소각하여 완전 연소가 이루어질 수 있도록 함은 물론 분말 상태의 폐타이어를 각 소각로의 내주면을 따라 선회 흐름식으로 유도함으로써 재성분을 최소화함과 동시에 유해성분이 걸러진 깨끗한 공기를 외부로 토출되게 할 수 있으며, 잔류연소시간이 증가되어 폐타이어의 연소효율이 극대화되는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 폐타이어를 소각하기 위하여 분말화된 폐타이어를 저장하는 저장고(1); 공기를 압축하는 압축기(2); 상기 압축기로부터 나온 압축공기를 예열시킴과 동시에 분지시키는 드라이어(3); 상기 저장고(1)와 상기 드라이어(3)로부터 각각 폐타이어 분말과 압축공기를 동시에 유입받아 연소 하는 수평 원통형의 제 1소각로(7); 상기 제 1소각로(7)와 상기 드라이어(3)로부터 미연소 폐타이어 분말과 압축공기를 각각 유입시키고 제 2버너(5)로부터 화염을 공급하여 상기 미연소 폐타이어 분말을 연소하는 수직 원통형의 제 2소각로(8); 및 상기 제 1소각로(7)와 상기 제 2소각로(8)에 각각 연결되어 탄화된 폐타이어를 포집하는 포집기(9,10)를 포함하여서 구성한 2단계 연소식 폐타이어 소각장치에 있어서,

   상기 수평 원통형의 제 1소각로(7)와 수직 원통형의 제 2소각로(8)를 연이어 배치하여 설치하되, 제 1소각로(7)의 유입측 내벽 중앙에는 상기 폐타이어 분말의 초기 선회흐름을 유도하도록 회류 가이드 드럼(21)을 돌출 형성하여 구성하고, 제 2소각로(8)의 유입측 상단부에는 상기 미연소 폐타이어 분말을 포함한 미연소 가스의 선회흐름을 유도하도록 동심으로 보텍스 튜브(23)를 삽입 설치하여 구성함으로써 분말화된 폐타이어와 드라이어(3)에서 예열된 압축공기를 수평원통형의 제 1소각로(7)의 내벽면과 수직원통형의 제 2소각로(8)의 내벽면의 접선방향으로 유입시켜 각 소각로(7, 8)의 내벽면을 따라 선회 유동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 2단계 연소식 폐타이어 소각장치.
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