KR100418635B1 - 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 6∼10개의 매립가스 수직추출정이 1개의 마니폴더(Manifolder)로 연결되고 각 마니폴더가 링-관로로 연결되어 부스터 스테이션(Booster Station)으로 매립가스를 이송하여 발전설비로 공급되는 포집시스템에 관한 것으로, 각각의 구성요소는 매립진행중인 매립지나 매립이 완료된 매립지의 부등침하를 고려하여 설계된 수직추출정과 가스압력조절장치가 부착된 마니폴더, 다수개의 수직추출정과 마니폴더를 연결하는 가스이송관로와 링-관로의 처짐부위 및 다수개의 마니폴더에 연결되어 외부공기의 유입이 없이 응축수를 배재할 수 있는 응축수 배재정에 관한 것이다. 본 발명은 매립가스를 보다 높은 메탄농도를 유지하면서 안정적으로 포집하여 발전설비에 공급할 수 있는 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치에 관한 것이다.

Description

매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치{Reclamation Gas Sampler to be stabilized sampling}

본 발명은 매립지에서 매립가스를 안정적으로 포집하기 위한 포집장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매립지에서 발생하는 매립가스를 발전시설의 연료로 공급하기 위하여 양질의 안정적인 메탄 농도와 지속적인 공급유량을 위한 일정 압력을 유지할 수 있는 매립가스 포집하는 다수개의 수직포집정과 추출된 매립가스를 마니폴더(manifolder)에서 취합하여 다수개의 마니폴더에서 취합된 매립가스를 부스터 스테이션(Booster Station)을 이용하여 매립가스 발전설비에 공급하는 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치 관한 것이다.

일반적으로, 매립가스의 주성분은 45∼55% 메탄(CH₄)과 35∼45%의 이산화탄소(CO₂)이고 기타 미량성분이 소량 함유되어 있다.

이러한, 매립가스 중의 미량성분은 악취를 발생하는 등 환경에 유해한 가스이며, 메탄과 이산화탄소는 지구온난화를 유발하는 온실가스이다.

따라서, 매립지에서 발생하는 매립가스는 고온연소 등의 방법에 의하여 적정하게 처리되어야 하는 것이나 매립가스 성분의 절반 정도를 차지하는 메탄가스는 가연성 가스이므로 이를 적절히 포집하여 활용하면 화석연료를 대체할 수 있는 연료로서 활용이 가능하다.

매립지에서 발생하는 매립가스의 메탄성분은 55% 이상의 양질의 상태를 보이는 경우가 대부분이다. 그러나 이는 매립지 자체에서 측정한 경우들 이며 부적절한 포집시스템에 의해 포집된 매립가스의 성분을 조사해 보면, 포집시스템에 외부공기의 유입으로 인하여 메탄농도가 10% 이상 저하되고 산소농도가 매우 높아지는 경우가 발생한다.

일반적으로 매립가스를 연료로 공급할 수 있는 가스엔진의 경우, 메탄농도가 40% 이하 일 경우 매립가스의 열량이 부족하여 엔진의 가동이 불가능하며, 산소농도가 6% 이상인 경우 안전을 위하여 가동을 중단할 것을 권하고 있다. 공급되는 매립가스의 메탄농도가 50% 이상을 안정적으로 유지할 경우에만 가스엔진의 출력을 100%로 유지할 수 있다.

국내 매립지는 대부분 매립가스 포집장치가 설치되어 있지 않으며 단순히 수집포집정을 설치하고 그 상부에 간이소각기를 설치하여 매립가스를 소각하는 실정이다.

또한, 포집장치가 설치된 경우도 매립가스가 수평포집관을 통하여 포집되고, 이 수평포집관이 매립장 주위를 일주하는 링-관로에 연결되고, 이 링관로를 소각시설에 연결하여 소각하는 2단계 포집시스템으로서 하나의 링관로에 매립지 전체에 설치된 수평포집관이 모두 연결되어 있어 포집되는 매립가스의 메탄농도가 낮아질 경우 낮은 메탄농도의 매립가스가 포집되는 수평포집관을 제어하기 위하여 전체 수평포집관을 조사해야 하는 등 제어가 용이하지 못하는 문제점이 있었다.

이때, 수평포집관에 침출수가 유입되고 이 침출수를 배재하기 위한 시설의 외기유입 차단설비가 적절히 작용하지 못하여 높은 흡입압력에서 상당한 양의 외부공기가 포집장치에 유입되어 포집되는 매립가스의 메탄농도를 낮추고 산소농도를 높이는 결과를 초래하였다.

이러한, 포집장치는 매립가스를 단순히 소각처리 하는 경우에는 문제가 되지 않지만, 상기와 같이 상술한 바와 같이 매립가스를 가스엔진 등을 이용하여 자원화 할 경우에는, 매립가스가 충분한 열량, 즉 충분한 열에너지를 엔진에 공급하여야 하기 때문에 매립가스 중 메탄 농도가 50% 이상을 유지하지 못하여 연료로 사용하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 목적은 다수개의 수직포집정을 1개의 마니폴더에 연결함으로서 마니폴더에 연결된 수직포집정의 매립가스 상태를 파악하여 제어할 수 있고 매립지 전체의 수평포집관이 다수개 설치된다면 4∼5개의 마니폴더를 설치할 수 있으므로, 매립가스 상태변화에 따른 제어작업은 4∼5개의 마니폴더에서 수행할 수 있어 제어가 용이한 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 매립가스 포집장치를 도시한 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 매립가스 포집장치를 도시한 평면개략도.

도 3은 본 발명에 따른 매립가스 포집장치의 수직포집정을 도시한 개략 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 매립가스 포집장치의 응축수 배재정을 도시한 개략 단면도.

도 5은 본 발명에 따른 매립가스 포집장치의 마니폴더를 도시한 개략 단면도

도 6는 본 발명에 따른 매립가스 포집장치의 수직포집정을 도시한 다른 실시예.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 수직포집정 11 : 고밀도수지 연결부

111 : 롤러 12 : 무공관

13 : 포집관 상부구조물 131 : 상부연결부

132 : 유공관 고정링 2 : 응축수 배재정

21 : 맨홀 22 : 펌프

23 : 응축수 이송관 24 : 침출수 이송관

25 : 센서 연결부 3 : 마니폴더

31 : 가스포집헤더 32 : 차단벨브

33 : 가스압력조절기 34 : 측정구

35 : 흡입압력전달관 4 : 부스터 스테이션

5 : 발전 설비 6 : 가스이송관

61 : 플레서블 파이프 62 : 수평포집관

7 : 복토층 71 : 포집정 밀봉층

8 : 고밀도수지 차폐막 9 : 매립층

91 : 파쇄석 충진층 92 : 유공관

이와 같은 목적을 달성하기위한 수단으로, 매립지의 부등침하에 대비하여 설계된 수직포집정과, 매립이 진행중인 매립지에서 매립고가 높아져도 계속 연결하여 초기에 설치된 수평포집관에서도 계속 매립가스를 추출할 수 있는 수직포집정, 부스터의 흡입압력 변화에 따라 자동으로 밸브의 열림 정도를 조절하여 전체 포집시스템의 압력을 조정할 수 있는 마니폴더와, 가스 이송관의 처진 부위에 설치하여 관내에 물이 고이면 센서를 통해 펌프를 작동시켜 관내에 고여있는 응축수 및 침출수를 침출수 관로로 배재하고 매립가스 포집시스템에 외부공기가 유입되지 않도록 설계된 응축수 배재정으로 구성되어진다.

본 발명에 따른 가장 바람직한 실시예를 도시된 도면에 따라 설명하면, 본 발명은 외기의 유입이 없으며 따라서 메탄성분의 농도가 양호한 상태로 매립가스를 포집하기 위한 포집장치로 이루어져 있다.

도 1은 전체 포집시스템에 대한 걔략적인 단면도이다.

매립가스는 일차적으로 수직포집정(1)에서 추출되며, 추출된 매립가스는 매립장 복토면에 지중매설된 가스이송관(6)에 의해 마니폴더(3)로 이송된다.

이때, 가스이송관(6)은 되도록 처짐 부위가 없도록 시공되어야 할 것이나 부득이하게 지형상의 원인 등으로 처짐 부위가 발생하면 그 지점에 응축수 배재정(2)을 설치하여 외기의 유입이 없이 응축수를 침출수 이송관(24)으로 배출한다.

한편, 마니폴더(3)로 이송된 매립가스는 다른 마니폴더(3)와 연결된 부스터 스테이션(4)으로 이송한다.

또한, 부스터 스테이션(4)에는 전체 포집장치에 흡입압력을 제공하는 부스터(Booster)와 매립가스를 처리하기 위한 시설 및 최종적으로 매립가스내의 수분을 제거하기 위한 응축설비 및 데미스터(Demister)설비가 설치된다.

이때, 부스터 스테이션(4)에서 흡입된 매립가스는 가스엔진과 발전기가 설치된 매립가스 발전설비(5)로 공급되어 연료로 사용되고, 이를 용하여 발전설비(5)는 전력을 생산한다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 매립가스 포집장치의 개략적인 평면도를 도시한 것으로, 매립지 상부에는 영향반경을 고려하여 수직포집정(1)들을 설치한다.

이때, 하나의 마니폴더(3)에는 최대 10개의 수직포집정을 연결 설치하는 것이 적절하다.

또한, 각각의 마니폴더(3)를 연결하는 링형상의 가스이송관(6)이 부스터스테이션(4)로 연결설치되어고, 상기 부스터스테이션(4)의 매립가스가 발전시설(5)로 공급되어진다.

도 3은 포집장치의 수직포집정을 도시한 개략적인 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 매립지는 매립된 쓰레기가 분해되어 매립가스가 발생되고, 발생된 매립가스가 추출됨에 따라 점차 침하현상을 나타내게 된다.

이러한, 매립가스 발전설비의 설계수명은 20년 이상이며, 따라서 매립가스 포집장치 또한 부등침하를 고려한 설계가 필요할 것이다.

본 발명에 따른 수직포집정의 다른 실시예로 먼저 천공된 매립가스 포집정에 유공관(92)을 설치하고 파쇄석을 충진(91)하고, 유공관(92)과 무공관(12)을 결합하되 서로 유동이 가능하도록 설치하는 것이 적절하다.

상기 무공관(12) 주위는 일정 반경과 두께를 콘크리트재질의 포집정 밀봉층(71)를 타설하여 유공관(92)의 상부를 밀폐한다.

이때, 고밀도수지 차폐막(8)을 시공 할 경우에는 고밀도수지 차폐막(8)에 무공관(12)이 통과할 수 있는 통공을 형성하여 상하에 원통형의 고밀도수지 연결구(11)을 고밀도수지 차폐막(8)을 사이에 놓고 플랜지 등으로 결합하여 더 이상 고밀도수지 차폐막(8)이 파손되지 않도록 한다.

또한, 상기 고밀도수지 연결구(11)와 무공관(12) 사이는 고밀도수지 차폐막(8)이 파손을 방지하기 위해 유동이 가능하도록 롤러(111)를 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 무공관(12)과 고밀도수지 연결구(11), 무공관(12)과 유공관(92)이 서로 유동할 수 있도록 시공하여 매립지의 부등침하에 의해 무공관(92)이 하부로 이동하더라도 수직포집정(1)의 파손을 방지 할 수 있다.

이때, 무공관(12)과 가스이송관(6)의 연결은 차단밸브(31)와 함께 상하좌우 운동이 가능한 플렉서블 파이프(61)를 사용하여 무공관(12)의 하부운동에 따른 수직포집정(1)의 파손을 방지할 수 있다.

이러한, 수직포집정(1)의 상부와 가스이송관(6)의 결합부는 FRP계열의 재질로 된 보호용기(도면 미도시)에 의해 보호되어야 하며, 수직포집정(1)의 차단밸브(31)를 조절할 경우 이용할 수 있도록 보호용기의 상부는 덮개로 밀폐시키고 별도의 작은 뚜껑을 설치한다.

도4는 본 발명에 따른 응축수 배재정(2)을 도시한 것으로, 응축수 배재정(2)은 가스이송관(6)의 처짐부위나 마니폴더(3)의 가스포집 헤더(31)에 연결 설치하여 응축수를 제거한다.

또한, 응축수 배재정(2)은 FRP계열 재질의 용기를 이용하여 파손방지등의 보호를 하는 것이 적절하다.

한편, 응축수 배재정(2)은 가스이송관로(6)와 연결되고 가스이송관(6)의 상부에 센서연결부(25)를 설치하고 하부에 응축수 이송관(23)을 설치한다.

이때, 응축수 이송관(23)에 펌프(22)를 설치하고 밀폐된 응축수 및 침출수 저장용기인 맨홀(21)에 연결한다.

이러한, 응축수 저장용기인 맨홀(21)은 침출수 이송관(24)와 연결된다.

이와 같은, 응축수 배재정(2)의 작용원리는 가스이송관(6)내에 일정수위로 응축수가 고이면 센서에 의해 펌프(22)가 작동하여 고여있는 응축수를 응축수 저장용기인 맨홀(21)로 배출한다.

이때, 가스이송관(6)의 응축수가 제거되면 펌프(22)의 작동이 멈추게 된다.

상기 침출수 이송관(24)과 연결된 맨홀(21)을 가스이송관로(6)의 하부에 설치하여 침출수 이송관(24)상에 공기가 유입되어도 높이차이에 의해가스이송관로(6)로 외부공기가 유입되지 않도록 차단하는 것이다.

도5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마니폴더(3)로서, 수직포집정(1)에서 포집된 매립가스를 수집하여 부스터 스테이션(4)으로 이송하는 역할을 함과 동시에 가스 압력조절기(33)를 설치하여 부스터의 흡입압력이 증가하면 밸브의 열림정도를 높여 수직포집정(1)과 가스이송관(6)의 흡입압력을 크게 높이지 않고도 포집 유량을 늘릴 수 있다.

또한, 각각의 수직포집정(1)과 마니폴더(3)의 연결부에는 측정구(34)를 설치하여 각 수직포집정(1)에서 포집되는 매립가스의 상태를 측정할 수 있도록 하였다.

이때, 가스압력 조절기(33)와 차단밸브(32), 그리고 차단밸브(32) 하부와 가스압력 조절기(33)를 연결하는 흡입압력전달관(35)을 설치한다.

이러한, 각각의 수직포집정(1)의 연결부는 마니폴더(3)의 가스포집 헤더(31)에 연결되며, 가스포집 헤더(31)은 약간의 경사를 갖도록 설치하여 가스포집 헤더(31)에 고이는 응축수가 응축수 배재정(2)으로 용이하게 이동하도록 하였다.

도6에 도시된 바와 같이 도 6은 본 발명에 따른 매립이 진행중인 매립지에 설치할 수 있는 수평포집정의 다른 실시예를 도시한 개괄적인 단면도로서, 매립이 완료된 매립단에 수평포집정(1)을 천공하고 유공관(92)과 파쇄석을 충진(91)한다.

이때, 유공관(92)에 플렉서블 파이프(61)를 이용하여 가스이송관(12)와 연결설치된 수평포집관(62)과 결합하고 고밀도수지 차폐막(8) 상부나 고밀도수지 차폐막(8)이 설치되지 않을 경우 복토층에 상부구조물(13)을 예정 매립고의 높이로 설치하고 내부에 유공관(92)을 설치한다.

또한, 가스이송관(6)은 수평으로 매립지 경사만까지 설치하여 마니폴더(3)에 연결한다.

이러한, 상부구조물(13) 주위로 매립이 계속되고 매립이 완료되면 내부의 유공관(92)에 가스이송관(6)을 연결하고 파쇄석을 충진한 후 상부구조물(13)을 뽑아내어 완료 매립단의 상부에 설치한다.

이때, 최종매립단의 경우 도 6의 경우처럼 상부구조물(13) 자체에 가스이송관(6)을 연결하여 매립가스를 포집할 수 있도록 한다. 상부구조물 내부에는 유공관(92)을 고정시키기 위한 유공관 고정링(132)을 설치한다.

이상과 같이 본 발명에 의한 매립가스 포집장치들에 의해 매립지에서 발생하는 매립가스를 보다 양호한 상태의 에너지 가치를 갖는 즉 외기의 유입이 없어 메탄성분의 농도가 높은 상태로 포집할 수 있으며, 매립지의 부등침하에도 포집장치을 보호할 수 있으며, 매립이 진행중인 매립지에서도 먼저 매립완료된 매립단에 포집설비를 설치하고, 차후 매립고가 높아져도 이미 설치된 포집시설을 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수개의 마니폴더에서 전체 수직포집정의 매립가스 상태를 점검하고 조절할 수 있으며, 보다 안정된 흡입압력 상태를 유지하면서 매립가스를 추출할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 매립지 전체에 설치되어 매립가스를 추출하는 다수개의 수직포집정(1)과,

   수직포집정(1)에서 포집된 가스가 이송되는 가스이송관(6)내의 응축수를 배출하는 응축수배재정(2)과,

   다수개의 수직포집정(1)과 가스이송관(6)으로 연결되어 매립가스를 포집하는 마니폴더(3)와,

   마니폴더(3)에 포집된 매립가스를 가스이송관(6)을 통해 취합하는 부스터 스테이션(4)과,

   부스터 스테이션(4)에서 취합된 매립가스를 공급받아 연료로 사용하는 발전설비(5)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치.
2. 제 1항에 있어서, 수직포집정(1)은 천공된 매립가스 포집정에 설치된 유공관(92)과, 유공관(92)에 유동이 가능하도록 설치된 무공관(12)과, 매립층(9)과 복토층(7)을 차단하여 매립가스가 용이하게 포집되도록 설치된 고밀도수지 차폐막(8)과, 고밀도수지 차폐막(8)에 무공관(12)이 통과 할 수 있도록 설치된 고밀도수지 연결부(11)와, 고밀도수지 연결부(11)가 무공관(12) 사이를 유동할 수 있도록 설치된 롤러(111)와, 무공관(12)과 가스이송관(6)의 연결이 용이하도록 설치된 플렉서블 파이프(61)로 구성된 것을 특징으로 하는 매립가스의 안정적 포집을위한 포집장치.
3. 제 1항에 있어서, 응축수 배재정(2)은 응축수 배재정(2) 내부를 관통하는 가스이송관(6)의 일측에 설치되어 응축수의 수위를 감지하는 센서연결부(25)와, 가스이송관(6)의 응축수와 침출수를 저장하는 맨홀(21)과, 가스이송관(6)의 응축수를 맨홀(21)로 저장시키는 펌프(22)와, 매립지에 형성된 침출수를 맨홀(21)로 저장시키는 침출수 이송관(24)으로 구성된 것을 특징으로 하는 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치.
4. 제 1항에 있어서, 마니폴더(3)는 적정압력의 매립가스를 포집하는 가스포집헤더(31)와, 마니폴더(3) 내부로 연결된 가스이송관(6) 일측에 매립가스의 압력을 측정하는 측정구(34)와, 수직포집정(1)과 가스이송관(6)의 압력이 급격하게 변화하는 것을 방지하는 압력 조절기(33)와, 매립가스가 가스포집헤더(31)로 공급되는 것을 제어하는 차단밸브(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 매립가스의 안정적 포집을 위한 포집장치.