KR100418810B1 - 산소부화 연소에 의한 고성능 화장로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화장로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기와 고농도(90% 이상)의 산소를 적정비율로 혼합한 산소부화가스를 사용하여 이루어지는 산소부화 연소에 의해 화장(소각)하는 고성능 화장로에 관한 것이다.

본 발명에 따른 화장로는 주연소로(3) 및 재연소로(4)와; 이 재연소로(4)에 주입하는 유해가스 제거용 정화제 주입기(12)와; 특수촉매에 의해 극미량 잔류 미연소분을 완전 산화시키는 촉매 산화실(14)과; 분무수 분사에 의한 급냉각기(6.1)와; 분진 포집을 위한 집진기(6.2)와; 배기팬(7)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하여, 종래의 화장로에 비해 우수한 환경 친화성을 발휘함과 동시에 화장시간을 단축할 수 있으며, 화장비용(연료비+산소비+전력비)의 절감과 화장로 설치비 절감 등의 경제적 효과를 겸할 수 있다.

Description

산소부화 연소에 의한 고성능 화장로{Super Performance Cremator by Oxygen Enriched Gas}

본 발명은 화장로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기와 고농도(90% 이상)의 산소를 적정비율로 혼합한 산소부화가스를 사용하여 이루어지는 산소부화 연소에 의해 화장(소각)하는 고성능 화장로에 관한 것이다.

종래의 화장로들은 모두 공기와 보조연료에 의한 소각로로서, 기본적으로 주연소로, 재연소, 후처리 시설(공해 규정에 따라 차이가 있음), 배기팬으로 구성되어 있는 회분식(回分式) 소각로이며, 1회 소각에 소요되는 시간은 최소한 1시간 이상이고, 사용되는 연료량은 경유로 환산할 때 최소한 40리터 이상이 소요된다.

보다 상세히 상기한 종래 화장로의 연소공정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 관을 싣고 관 대차(2)가 출입하는 출입문(1)이 전면에 있고, 관을 1차 소각하는 주연소로(3)와, 이 주연소로(3)의 상부에서 칸막이(9)에 의해 분리되어 상기 주연소로(3)에서 발생하는 불완전 연소가스를 완전히 연소시켜 주는 재연소로(4)로 구성하는 것이 기본이다. 그리고, 상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)에는 각각 연소 버너(10)(10')가 설치되어 있으며, 각각 내부의 연소상태에 따라 연료와 공기를 주입하게 되어 있다.

연소로 내부의 연소온도는 보통 850℃ 이상을 유지하도록 되어 있으며, 이 온도를 유지하기 위하여 최소한의 필요한 연료와 공기를 공급한다. 재연소실의 크기는 보통 발생 연소가스가 연소온도에서 평균 1.2∼2초 정도 체류할 수 있는 크기로 하고 있다.

또, 재연소로(4) 상부의 배기가스 배출통로(8)에서 배출하는 850℃ 이상의 연소가스는 과거에는 상온의 대기공기를 흡입 냉각하여(도 1에서 냉각-환기밸브(5)를 거쳐 흡입 냉각) 송풍기로 그대로 방출하는 경우가 많았으나, 최근에 와서는 대기환경 보전을 위한 법적 규제가 강화됨에 따라, 배기가스의 냉각장치, 유해가스 및 분진 제거장치(6) 등을 추가로 설치하고 최종적으로 배기팬(7)을 거쳐 대기로 방출하는 경향에 있다.

이와 같이, 최근에 와서는 환경 규제가 점차 엄격해 짐에 따라, 화장(소각)할 때 배기가스에 함유되어 있는 유해물을 제거하기 위해 보다 완벽한 시설의 설치가 필수적인 추세에 있으며, 한편으로는 증가 일로에 있는 묘지 면적의 수요로 인해 좁은 국토를 잠식하고 있는 묘지 조성이 사회적 문제로 대두되면서, 종래 매장 위주의 장례의식을 화장 위주의 장례의식으로 시급히 대체해야 할 필요성이 점차 증대되고 있는 실정이다.

따라서, 앞으로 화장 위주의 장례의식이 급속도로 증가할 것에 대응하기 위해서는, 고성능의 환경 친화적(저공해-무공해)인 차세대 화장로의 개발이 절실한시점에 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 화장로의 화장시간 및 환경오염의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 보다 고온에서의 완전 연소, 유해물의 철저한 제거, 소각 시간의 단축, 경제성 유지 등으로 인해, 환경 친화적이며, 경제적이고 성능이 우수한 소각기술을 적용하는 산소부화 연소에 의한 고성능 화장로를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 화장로의 전체 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 화장로의 전체 구성도,

도 3은 상기 도 2에 도시된 산소-공기 혼합기의 상세도,

도 4는 상기 도 2에 도시된 정화제 주입기의 상세도,

도 5는 상기 도 2에 도시된 배기가스 촉매 산화실의 상세도,

도 6은 상기 도 2에 도시된 급냉장치의 단면도 및 평면도.

(도면 부호의 설명)

1...관 대차 출입문, 2...관 대차,

3...주연소로, 4...재연소로,

5...냉각-환기밸브, 6...냉각-집진기,

6.1...급냉각기, 6.1a...열수 자켓,

6.2... 집진기, 7...배기팬,

8...배기가스 배출통로, 9...칸막이,

10,10'...버너, 11...산소-공기 혼합기,

11a,11b...공기 및 산소공급관, 12...정화제 주입기,

12a...가변 스크류 콘베이어, 12b...정화제 공급관,

13...난류 형성판, 14...촉매 산화실,

8a,8b...배출관, 16...냉각수 공급관,

17...분무 노즐.

본 발명에 따른 화장로는 연소용 산소 공급원으로 공기와 고농도(90%이상) 산소를 적정비율로 혼합한 산소부화가스를 사용하는 주연소로 및 재연소로와; 재연소로에 주입하는 유해가스 제거용 정화제 주입기와; 특수촉매에 의해 극미량으로 잔류하는 미연소분을 완전 산화시키는 촉매 산화실과; 분무수 분사에 의한 급냉각기와; 분진 포집을 위한 집진기와; 배기팬을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화장로에서는 하기의 기술을 적용하여 고온에서의 완전 연소, 유해물의 철저한 제거, 소각 시간의 단축, 경제성 유지 등으로 인해, 환경 친화적이며 경제적이고 성능이 우수한 소각기술을 적용하는 화장로의 개발을 성취하고 있다.

1. 종래의 화장로에서 사용하는 공기(산소농도：21% 일정) 대신, 공기에 고농도 산소를 적정비율로 혼합한 산소부화가스를 사용한다.

2. 유해가스(NOx, HCl, SOx 등)와 잘 반응하는 요소, 소석회 분말을 주성분으로 하고 흡착능이 우수한 첨가제와 혼합한 정화제 분말을 재연소로 입구에 적정량 분사하여, 최종 배기가스 중에 함유하는 유해물의 절대량을 종래 소각로(철저한 후처리를 하는 소각로) 대비, 최소 1/3∼1/5 정도로 감소시킨다.

3. 재연소로 안에는 연소가스가 완전히 혼합하여 난류가 형성되도록 하는 난류 형성판을 설치하여, 연소성을 개선시킨다.

4. 재연소로 출구에는 잔류하는 극미량의 미연소물까지도 완전히 산화시키기 위해 내열-내피독성 촉매층을 설치하여, 유해 잔류 미연소물을 최소화한다.

5. 고온의 배기가스를 120℃ 정도의 가압온수 자켓으로 된 수직 원통형 급냉각기에서 물을 극미량으로 분사하는 것에 의하여 상기 배기가스를 급냉(150∼180℃)처리하는 장치를 설치하여, 장치 내벽에서의 응축으로 인한 부식방지와 분체(粉體)로 부착하는 것에 대한 방지 및 서냉으로 인한 유해물의 재생성방지 등을 동시에 이룰 수 있게 한다.

6. 공기를 사용하는 종래 화장로에서 필연적으로 동반하여 유입되는 질소가스량이 대폭 감소됨으로써, 유해물질인 NOx의 생성이 대폭 감소하며, 모든 공정에서 가스의 유량이 종래 화장로에 대비하여 1/3∼1/5로 감소하고, 전체 장치가 차지하는 용적의 감소로 인해 성능의 개선과 건설비 절감 및 보조연료 사용량 감소 등을 동시에 이룰 수 있게 되며, 최종 방출가스 중에 함유하는 잔류 유해물의 절대량은 본 발명의 작용에 따라서 발휘되는 방출 가스량의 감소와 제거 성능의 증가(정화제 및 촉매 사용)로 인한 상승 작용으로 거의 존재하지 않는, 즉 무공해 상태로 된다.

7. 상술한 기능의 상승효과로 1회 소각에 소요되는 시간을 약 30% 정도 단축할 수 있어, 1회 화장 소요시간이 종전의 1시간대 이상에서 40분대로 감소시킬 수 있음으로써 경제적 처리능력을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 산소부화 연소에 의한 고성능 화장로의 일실시예를 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하되, 도 1과 동일한 구성은 동일 부호를 부여한다.

본 발명의 화장로는 그 주요한 장치가 주연소로 및 재연소로로 구성되어 있음은 종래의 화장로와 유사하지만, 내용과 기능면에 있어서는 상기한 바와 같은 기술을 적용하여 구성한 새로운 화장로로서, 도 2에 도시한 바와 같이,

관을 실은 관 대차(2)가 출입하는 관 대차 출입문(1)이 전면에 있는 주연소로(3)와, 이 주연소로(3)의 상부에서 칸막이(9)에 의해 분리되어 있는 재연소로(4)와, 상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)의 후면에 각각 설치된 연소 버너(10)(10')와, 상기 재연소로(4) 상부의 배기가스 배출통로(8)와 연결하고 있는 냉각-환기밸브(5) 및 배기팬(7)으로 구성된 화장로에 있어서,

상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)의 버너(10)(10')에 연결된 산소-공기 혼합기(11)와, 상기 재연소로(4)의 경사진 전면의 상단부에 설치된 정화제 주입기(12)와, 상기 재연소로(4)의 경사진 전면의 중앙부와 후면의 중앙부에 설치된 연소가스 난류형성판(13)과, 상기 배기가스 배출통로(8) 내에 설치된 촉매산화실(14)과, 상기 냉각-환기밸브(5)와 배기팬(7) 사이에 차례로 연결되어 설치된 급냉각기(6.1) 및 범용 백휠터(Bag Filter)를 사용하는 집진기(6.2)로 구성되어 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 산소-공기 혼합기(11)는 공기를 공급하는 공기 공급관(11a)의 일측면 상부에 산소를 공급하는 보다 작고 짧은 산소 공급관(11b)이 연결된 형태로 되어 있고, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 정화제 주입기(12)는 그 하단부에 가변 스크류 콘베이어(12a)가 설치된 소형 호퍼(Hopper) 형태로 되어 있으면서, 재연소로(4) 내로 연결되는 정화제 공급관(12b)이 상기 가변 스크류 콘베이어(12a)와 연결되어 있으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 촉매 산화실(14)은 내부에 촉매 충전층이 내장되어 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 급냉각기(6.1)는 냉각된 배기가스를 배출하는 배출관(8b)이 내부에 삽입된 수직 원통형의 탑 형태의 열수 자켓(6.1a)이 촉매연소실(14)을 통과한 고온의 배기가스를 배출하는 또 다른 배출관(8a)에 장착되어 있되, 상기 열수 자켓(6.1a)의 바깥쪽 둘레에는 분무수를 공급하는 냉각수 공급관(16)이 장착되어, 이 냉각수 공급관(16)에 연결된 분무노즐(7)에 의해 열수 자켓(6.1a)으로 둘러쌓인 급냉각기(6.1) 내부로 상기 분무수를 분사하고 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 화장로에서 각각의 구성요소가 작용하는 기능을 설명하면 다음과 같다.

1. 산소부화가스 공급계통의 구성과 기능

본 발명에서는 연소용 산소의 공급원으로, 종래의 공기 대신 공기와 고농도 산소를 적정 비율로 혼합한 산소부화가스를 사용한다. 공기중의 산소농도는 항상 21%(부피 기준)로 일정하며, 나머지 79%는 연소와 무관한 질소가스로서, 연소용 산소 공급에 공기를 사용하면, 필요한 산소량의 3.76배나 되는 불필요한 질소가스가항상 동반하게 된다. 이에 비해 산소부화가스를 사용하면, 산소농도를 높일수록 동반하는 질소의 불필요한 량이 감소한다. 예를 들면, 산소농도를 33%로 하면 동반하는 질소의 불필요한 량은 필요한 산소량의 2.03배이며, 산소농도를 45%로 하면 동반하는 질소의 불필요한 량은 필요한 산소량의 1.22배가 된다. 결국 동일량의 산소를 필요로하는 경우, 공기를 공급하는 경우와(산소농도 21%), 산소농도를 33% 또는 45%로 한 산소부화가스로 공급하는 경우의 총 공급량의 비율은 4.76 : 3.03 : 2.22 = 100 : 63.7 : 46.6(부피 기준)로 되어 산소부화가스를 공급하는 경우가 공기를 공급하는 경우보다, 총공급 가스량이 대폭 감소한다.

여기서, 4.76 : 3.03 : 2.22 = 100 : 63.7 : 46.6의 비율은 필요한 순산소의 부피가 '1'일 때(단위는 무관), 화장로에 연소를 위하여 주입하는 산소함유 기체의 총부피는, 그 기체에 함유하는 산소의 농도에 따라 달라지며, 산소농도가 각각 21%(공기인 경우), 33%, 45%일 때, 산소함유 기체의 총부피 비율은 4.76 : 3.03 : 2.22이 되며, 이를 알기 쉽게 21%인 경우를 100으로 하면 상기 비율은 100 : 63.7 : 46.6이 된다는 의미이다.

따라서, 상기 수치비율에 의하면, 산소함유 기체로 공기를 사용하는 것보다, 공기에 산소를 혼합하여 산소농도가 높은 가스를 사용할수록 소각로에 주입하는 기체의 량이 감소하여, 소각로의 부피가 줄고, 열효율이 상승하여 연료가 절감되며, 후처리 성능이 개선되어 배기 가스량이 대폭 감소하는 등의 장점이 있게 된다.

한편, 공기를 사용하는 경우에는, 불필요한 질소가스마저 연소온도까지 가열시키기 위한 연료가 추가로 필요하게 되며, 이 연료를 연소하기 위한 공기의 추가유입과, 이때 동반하는 질소가스도 가열시켜 주어야 하는 등의 상승 작용으로, 실제로 산소부화가스를 사용하는 경우에 발생하는 연소가스량과 소요 연료량 등 제특성을 연소 방법별로, 공기를 사용하는 경우와 대비하여 정밀계산을 해 보면, 아래 표 1에 나타낸 바와 같으며, 대표적인 경우에, 공기연소방식 대비 산소부화 연소방식에서 산소농도별 최대 연소가스량의 비율은 아래와 같이 상술한 비율보다 더욱 현격한 차이가 있다.

공기(21%산소) : 산소부화(33%산소) : 산소부화(45%산소)=100 : 31 : 20 (부피기준) 즉, 산소부화연소에서 산소농도를 33% 및 45%로 연소하는 경우, 총 연소가스 배출량은 공기연소방식에 대비하여 1/3 및 1/5로 격감하고, 연료 소비량도 1/2 이하로 격감하며, 이로 인한 장점과 성능 개선 효과가 산소비용을 보상하고도 충분한 것이다.

표 1. 연소방법별 성능 비교표

이상 설명한 바와 같은 산소부화가스의 우수한 기능을 실용 공정에 적용하기 위하여, 본 발명의 공정에서는, 도 2(전체공정도) 및 도 3(부분 상세도)에 도시한 바와 같이, 공기-산소 혼합기(11)를 주연소로와 재연소로의 공기 흡입관 상에 설치하여, 공기와 산소를 균질하게 혼합시켜주는 기능을 수행하게 하고 있다. 이때, 산소부화가스의 흡입총량은 최종 배출되는 배기가스 중의 잔류 산소농도 및 미연소분 함량(주로 CO가스)을 기준으로 제어하며, 산소의 공급량은 연소로의 연소온도를 기준으로 각각 자동 제어하되, 본 발명의 산소부화가스에서 바람직한 산소의 농도는 25∼45% 범위이다.

2. 주연소로 및 재연소로의 구성과 기능

본 발명에서 주연소로와 재연소로에 의한 완전연소라는 기본 기능은 종래의것과 그 목적이 같다. 그러나, 본 발명에서는 산소부화가스를 사용함으로써, 유입하는 산소부화가스량과 총 발생 연소가스량이, 종래 기술에 대비하여 1/3∼1/5, 평균으로는 1/4 정도로 감소하기 때문에, 연소로의 크기(내용적)가 이에 상응하는 크기로 적게 할 수 있는 것이 가장 큰 특징이다. 그러나 주연소로는 그 크기가 관 대차의 크기에 좌우되기 때문에, 관의 둘레 공간을 약간 좁힐 수 있는 정도로 적게 할 수 있는 반면에, 재연소로의 경우는 종래 기술의 1/3 정도까지 적은 용적으로 제작하여도 된다. 한편, 재연소로 안에는 연소가스의 보다 효과적인 교반 및 혼합을 위하여 난류 형성판(13)을 설치한 것도 특징이다.

3. 유해가스 제거용 정화제 공급계통의 구성과 기능

화장로에서 발생하는 연소가스 중에 예상되는 주 유해물질로서는 NOx, SOx, HCl, CO 등을 합쳐 최고 100ppm 전·후이며, 이 밖에는 불연성 비산 회분(Fly ash) 분말이 주된 유해물이고, 기타 극미량의 다이옥신(Dioxin)류도 함유될 수 있다. 이와 같이 그 함량이 적으므로, 종래의 기술에서는 배기가스를 상온의 대기공기로 희석 냉각시켜 방출하거나, 집진기 만을 거쳐 방출하여 왔다.

그러나, 본 발명에서는 앞으로 대기환경 규제가 더욱 강화되고, 화장로의 대량 보급에 대응하기 위하여, 아래와 같이 가장 합리적인 유해물질의 환원-중화 기능을 부여하는 정화제를 분말로 조제하고, 그 정화제 주입기를 재연소로 입구에 설치할 수 있도록 하였다.

정화제 분말의 주성분은 요소와 소석회 분말이며, 여기에 불연성(광물질) 흡착제 분말을 적정비율로 혼합한 것으로 아래와 같은 기능을 한다.

(1) 요소의 기능：요소분말은 800∼1100℃에서 일단 기체의 NH₃와 CO₂로 분해하고, 이어서 알카리성 NH₃가스는 광범한 온도영역에서 NO, NO₂를 N₂, H₂O등으로 환원시키며, HCl, SOx 등 산성가스와는 주로 200℃ 이하에서 중화반응 한다. 이들 반응의 반응율은 농도, 반응시간, 반응온도 등에 따라 달라지지만, 최적조건에서는 90%까지도 가능하다.

·1차 반응 ; 요소는 재연소로의 고온에서 일단 아래와 같이 NH₃와 CO₂로 분해한다.

CO(NH₂)₂→ 2NH₃+ CO₂+ 29 kcal/g-몰[흡열반응]

·2차반응 ; 1차반응에서 생성한 NH₃가 NOx, SOx, HCl 등과 환원-중화 반응하여, 무공해 물(N₂, H₂O, (NH₄)₂SO₄, NH₄Cl 등)로 전환 시킨다.

4NO + 4NH₃+ O₂→ 4N₂+ 6H₂O -389,348 kcal/g-몰[발열반응]

6NO + 4NH₃→ 5N₂+ 6H₂O -432,548 kcal/g-몰 [발열반응]

4NO₂+8NH₃+2O₂→ 6N₂+12H₂O -537,736 kcal/g-몰[발열반응]

SO₂+ 2NH₃+H₂O + (1/2)O₂→ (NH₄)₂SO₄-131,082 kcal/g-몰[발열반응]

NH₃+ HCl → NH₄Cl -42,187 kcal/g-몰[발열반응]

(2) 소석회의 기능：소석회는 알카리성 물질로서 아래와 같이, 비교적 저온영역(150∼200℃)에서 SOx, HCl 등과 중화 반응한다.

2HCl + CaO → CaCl₂+ H₂O -52,572 kcal/g-몰

SO₂+ CaO + (1/2)O₂→ CaSO₄-116,090 kcal/g-몰

2NO + CaO + (1/2)O₂→ Ca(NO₂)₂-127,080 kcal/g-몰

(3) 흡착제：불연성 다공질 광물성 흡착제로서, 상기 (1)과 (2)의 반응에서 생성된 고형 미립 분말[(NH₄)₂SO₄, NH₄Cl, CaSO₄, Ca(NO₂)₂등], 연소과정에서 생성된 비산재 등을 흡착 및 흡습(저온에서 수분을 흡착)하는 기능을 발휘하여, 최종 집진기에서 유해물질을 용이하게 포집시켜주는 기능을 한다.

이와 같은 정화제의 주입량은 이론 당량의 1.2∼2배 범위에서 주입하며, 특히 요소는 과다 주입하면 배기가스 중에 NH₃가 함유 될 수 있음으로 유념해야 한다. 주입 방법은 도 4의 정화제 주입기(12)로 도시한 바와 같이, 소형 호퍼 하단의 가변 스크류 콘베이어에 의해 재연소로 입구측에 정량을 연속적으로 주입한다.

4. 촉매산화실의 구성과 기능

일반적으로 촉매연소는 미량의 미연소분을 저온에서도 빠른 속도로 완전히 연소시킬 수 있는 특징이 있으며, 동일 온도에서도 무촉매 연소보다는 촉매연소가 더욱 완전연소를 이룰 수 있다. 또한 동일한 연소 목적을 저온에서 이룰 수 있으면, 그 만큼 소요 연료가 절감된다.

본 발명의 공정에서 재연소로 출구에 촉매 산화실을 설치하는 목적 또한 상술한 바와 같다. 촉매연소에 사용하는 촉매는 흔히 백금(Pt), 파라듐(Pd) 계열이지만, 이들은 보통 최고 600℃ 이하에서만 사용 가능하며, 또한 할로겐 유기금속류 등에 피독되기 쉽고, 가격도 고가이다. 본 발명의 공정에서 적용하고자 하는 연소촉매는 가격이 저렴한 철(Fe)계열의 촉매로서, 그 내열성이 최고 1100℃까지도 가능하며, 또한 불순물에 의한 피독성이 적다는 특성이 있어 본 화장로의 연소공정에 적합하다.

본 발명의 공정에서 재연소로 출구에 이러한 촉매를 적용하면, 미량의 미연소분(주로 수십ppm 정도의 잔류 CO가스)까지도 완전히 산화시킬수 있으며, 비록 재연소로의 온도가 850℃보다 낮아도(최소 600℃ 이상) 완전연소가 가능하여, 그만큼 연료의 사용량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 배기가스 중에 함유되어 있을 수도 있는 극미량의 다이옥신류도 산화 분해시킬 수 있다고 기대된다. 다만 재연소로에서 배출되는 배기가스 중에는 불연성 비산 회분과, 정화제 주입으로 인한 미립자 등이 상당량 포함되어 있어, 이들이 촉매 표면에 퇴적될 우려가 있으므로, 촉매층에서 기체의 유속과 유로의 물리적 구조를 적절히 설계해야 하며, 적정 주기마다 퇴적 회분을 청소해 줄 필요가 있다.

5. 급냉각기의 구성과 기능

재연소로에서 배출하는 고온의 배기가스는 후처리 공정에 적합한 온도로 우선 냉각시켜야 한다.

냉각방법에는 냉각과정에서 얻을 수 있는 열량을 회수하느냐, 폐기하느냐에 따라 다르지만, 일반적으로 화장로에서는 그 열량이 불과 20∼30만 kcal/hr 정도로 적고(종래 기술에서는 연료 사용량이 많아 50∼60만 kcal/hr 정도 됨), 연속 발생이 아니므로，특별한 경우가 아니면 폐기하는 것이 경제적이다. 때문에 종래의 화장로에서는 상온의 대기공기를 다량 흡인하여 냉각 및 희석시켜 방출하는 것이 일반적이였다.

본 발명의 화장로에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 열수(110∼120℃의 뜨거운 물) 자켓(6.1a)으로 둘러쌓인 급냉각기 안으로 물을 미분사하여 150∼180℃로 급냉시키는 급냉장치를 적용한다. 물의 미분사는 그 증발잠열에 의해 배기가스를 급냉시키기 위함이며, 열수 자켓을 적용한 이유는 급냉각기의 내벽온도를 항상 110∼120℃로 일정하게 건조상태를 유지하여, 내벽에서의 응축 방지, 분말의 부착방지, 부식억제 등을 목적으로 하고 있다.

이와 같이 분무수의 순간 증발에 의하여 냉각속도가 빠르며, 이로 인한 효과에는 냉각장치의 극소화, 시설비 절감, 극독물인 다이옥신류의 재생성 예방 등을 기대할 수 있다. 급냉각기의 열수자켓을 110∼120℃로 유지하기 위해서는 1.5∼2.0 kg/㎠/A의 압력을 유지해야 하며, 생성되는 수증기는 압력 자동 제어변에 의해 대기로 방출하거나 온수용으로 사용할 수도 있다.

6. 집진기의 구성과 기능

집진기(6.2)는 범용 백휠터를 사용하며, 여과포에 퇴적하는 먼지(Dust)는 차압계의 지시에 따라 주기적으로 자동 또는 수동으로 털어낸다. 포집한 먼지는 1회 화장할 때 최대 10kg 이내로서 중성의 무공해물이며, 토양에 산포하면 비료로서의 효과가 있다.

7. 배기팬의 작용과 기능

배기팬(7)은 주연소로 및 재연소로에 필요한 공기와 산소를 흡입-배출하는 송풍기로서, 그 제어는 최종 방출기체 중 잔류 산소의 농도와 주연소로의 압력(약간의 부압)에 의해, 인버터 또는 댐퍼 조절로 자동 제어한다.

이상과 같은 목적과 구성으로 이루어진 본 발명의 고성능 화장로에 의하면, 다음과 같은 효과를 갖는다.

1. 생산성

1회 화장 소요시간을 종래의 최소 1시간대 이상에서, 40분대로 단축할 수 있다.

2. 환경 친화성

최종 방출가스 중의 잔류 유해가스 량이, 종래 기술을 적용하는 경우와 대비하여, 촉매와 정화제를 사용하지 않는 경우에는 최소 1/3 이하로, 촉매와 정화제를 사용하는 경우에는 거의 무공해로 감소시킬 수 있다.

3. 기술성

단순하고 합리적인 공정 구성기술과 요소기술 적용으로, 획기적인 성능의 개선과 경제성을 동시에 이룰 수 있다.

4. 경제성

동일 처리 능력을 기준으로 한 경제성 면에서, 또한 초기투자비(화장로 건설비), 운영비(연료비+전력비+산소비) 등 모든 면에서, 종래 기술과 대비하여 우수한 특징이 있다.

Claims (6)

1. 관을 실은 관 대차(2)가 출입하는 관 대차 출입문(1)이 전면에 있는 주연소로(3)와, 이 주연소로(3)의 상부에서 칸막이(9)에 의해 분리되어 있는 재연소로(4)와, 상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)의 후면에 각각 설치된 연소 버너(10)(10')와, 상기 재연소로(4) 상부의 배기가스 배출통로(8)와 연결되어 있는 냉각-환기밸브(5) 및 배기팬(7)으로 구성된 화장로에 있어서,

   상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)의 버너(10)(10')에 각각 설치되어, 상기 주연소로(3) 및 재연소로(4)내에 공기에 고농도의 산소를 혼합한 25∼45%의 산소부화가스를 공급하기 위하여, 공기를 공급하는 공기 공급관(11a)의 일측면 상부에 산소를 공급하는 산소 공급관(11b)이 연결된 산소-공기 혼합기(11)와;

   상기 재연소로(4)의 경사진 전면 상단부에 설치되어, 상기 재연소로(4) 입구에 요소(Urea)와 소석회분말을 주성분으로 하는 정화제를 주입하여 유해가스를 환원 및 중화반응에 의해 제거하기 위하여, 소형호퍼와, 상기 소형 호퍼의 하단부에 설치된 가변 스크류 콘베이어(12a)와, 일단이 상기 가변 스크류 콘베이어(12a)에 연결되어 있고 타단이 상기 재연소로 입구내에 연결된 정화제 공급관으로 이루어진 정화제 주입기(12)와;

   상기 배기가스 배출통로(8) 내에 설치되어, 상기 재연소로에서 배출되는 고온의 배기가스중의 미연소물을 산화시키도록 내부에 철(Fe)계열의 촉매 충전층이 내장된 촉매산화실(14)과;

   상기 냉각-환기밸브(5)와 상기 배기팬(7) 사이에 연결되어 있되, 상기 촉매산화실(14)를 통과한 고온의 배기가스를 배출하는 배출관(8a)에 장착되어 있고, 내부에 냉각된 배기가스를 배출하는 배출관(8b)이 삽입된 수직 원통형의 탑 형태로서 110∼120℃의 열수자켓(6.1a)으로 둘러쌓여 있고, 상기 열수자켓(6.1a)의 바깥쪽 둘레에는 분무수를 공급하는 냉각수 공급관(16)이 장착된 급냉각기로서, 상기 냉각수 공급관(16)에 연결된 분무노즐(17)에 의해 급냉각기의 내부로 물을 미분사하여 상기 고온의 배기가스를 150∼180℃로 급냉시키는 급냉각기(6.1)와;

   상기 재연소로(4)의 경사진 전면의 중앙부와 후면의 중앙부에 각각 설치되어, 재연소로내의 연소가스를 혼합시켜 난류화시키는 난류형성판(13)과;

   상기 급냉각기(6.1)와 상기 배기팬(7) 사이에 설치되어, 분진을 여과하기 위하여 범용 백휠터(Bag Filter)를 사용하는 집진기(6.2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소에 의한 고성능 화장로.
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