KR100442742B1 - 유동층열반응장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동층 노에서 연소되거나 기화되는 유동층 열반응 장치에 있어서, 유동층 노(1)에 비가연성 성분이 적층되는 것을 방지하고, 비가연성 성분이 원활하게 배출되게 함으로써, 가연성 물질을 효율적으로 연소하거나 기화한다. 유동층 열반응 장치는 다수의 유동화 가스 공급 구멍(72, 74, 76)을 갖는 약한 확산판(2), 보조 확산판(3' ) 및 강한 확산판(3)을 구비하며, 상기 보조 확산판 및 상기 강한 확산판 사이에 비가연성 성분 배출구(8)가 배치된다. 유동가스의 일부는 비가연성 성분 배출구로부터 공급되며, 또는 비가연성 성분 배출구는 수평으로 개방되도록 제공된다. 이로써, 연속적인 유동층 순환류(19)가 노의 바닥부에 형성된다. 약한 확산판 및 보조확산판은 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 구비한다. 강한 확산판은, 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 점차 올라가는 상향 경사면을 구비한다.

Description

유동층 열반응 장치

경제가 발전함에 따라, 산업폐기물 또는 도시의 쓰레기와 같은 비가연성 성분을 포함하는 가연성 고형물질의 양은 꾸준히 증가하고 있다. 이와 같은 가연성 물질은 많은 양은 에너지를 갖지만 특성, 형상 등이 다르고 비가연성 물질을 상당량 불규칙적으로 혼합된 상태로 포함하고 있다. 그래서, 에너지의 효과적인 이용을 위해 상기의 가연성 물질은 안정하게 연소하거나 기화하여 가연성 가스를 발생시키기는 어렵다.

폐기물을 위한 유동층 연소장치가 JP-A-4-214110(일본국 특허 공개공보 평4-214110호)에 개시되며, 비가연성 물질은 포함하는 폐기물은 유동층 노 내에서 연소되고, 연소되는 동안, 비가연성 물질은 노의 외부로 순조롭게 배출되어 안정된 연소가 가능해진다. 상기 공개공보의 도 1에 도시된 연소장치에서, 비가연성 물질 배출구(50)는 공기 확산판(40)과 노벽 사이에 형성되고, 비가연성 물질 배출구(50)에 근접하는 상부표면의 측벽이 낮은 레벨이 되게 공기 확산판의 상부표면(44)은 기울어지고, 다량의 공기는 공기 확산판(40)의 상부보다 하부에 공급된다. 그러나, 공기 확산판(40)의 하부에서, 유동층은 공급된 다량의 공기에 의해 원활하게 유동화된다. 그래서, 유동층은 액체와 가까운 특성을 나타낸다. 따라서, 유동층에서, 유동층보다 비중이 큰 물질은 가라앉으며, 반면에 유동층보다 비중이 작은 물질은 떠오른다. 이는, 소위 비중 분리작용이다. 그래서, 큰 비중의 비가연성 성분은 가라앉게 되어, 결과적으로 비가연성 물질 배출구(50)에 도달하기 전에 노바닥에 바람직하지 못하게 침전된다. 더욱이, 유동화 가스가 공급되지 않은 비가 연성 물질 배출구(50)는 노바닥의 평면에 개구되어 있기 때문에, 비가연성 물질 배출구(50) 위에 있는 유동층의 일부는 안정되지 않는다.

JP-A-4-214110호 공보의 도 11에 도시된 열처리장치는 노의 중앙으로부터 각각 2개의 비가연성 물질 배출구(95a, 95b)를 향하여 연장된 아래로 경사진 면을 갖는 공기 확산판(90a, 90b), 및 측벽면으로부터 각각 비가연성 물질 배출구(95a, 95b)를 향하여 연장된 아래로 경사진 면을 갖는 공기 확산판(90c, 90d)을 구비한다. 다량의 공기가 공기실(93c, 93e)을 통한 부분에서 보다는 비가연성 물질 배출구에 인접한 공기 확산판으로부터 공급된다. 다량의 공기에 의해 원활하게 유동화되는 유동층은 액체와 비슷한 특성을 나타낸다. 즉, 유동층보다 비중이 큰 물질은 가라앉고, 반면에 유동층보다 비중이 작은 물질은 위로 떠오른다.

큰 비중을 갖는 비가연성 성분이 침전함에 따라, 비가연성 성분은 비가연성 물질 배출구(95a, 95b)에 도달하기 전에 노바닥에 침전된다. 이는 비가연성 물질의 순조로운 배출을 방해한다. 또, 유동성은 점점 낮아져서, 결국 장치는 동작하지 못하게 된다. 한편, 유동화 가스가 유입되지 않는 비가연성 물질 배출구는 노바닥의 평면에 개구된다. 그래서, 유동화되지 않은 응고층이 각각의 비가연성 물질 배출구의 근처 또는 위에 형성된다. 응고층은 유동층 내의 순조로운 순환류를 방해한다. 이는 유동층 내에서 연료의 분산 및 혼합을 방해하고 비가연성 성분의 배출도 방해한다.

금속조각, 흙 및 돌과 같은 비가연성 물질을 함유하는 폐기물을 소각하기 위한 유동층 노는 JP-B2-5-19044(일본국 특허 공고공보 평 5-19044호)에 개시된다. 상기 공보의 유동층 노의 화덕(hearth)은 화덕의 중앙에 배치되는 비가연성 물질 배출구(5)를 향하여 연장되는 아래로 경사진 면을 구비하고, 유동화 공기는 화덕의 단위면적당 유동화 공기의 양이 비가연성 물질 배출구의 주변에서 크고 노의 측벽을 향하여 단계적으로 감소되게 공급된다. 따라서, 중앙의 비가연성 물질 배출구(5)의 앞에서 위로 흐르고 노측벽의 주변에서 아래로 흐르는 순환류가 유동층 내에서 발생한다. 한편, 폐기물은 비가연성 물질 배출구(5)의 바로 위의 영역에 공급된다. 그래서, 공급된 폐기물은 상향류에 의해 올라가서 유동층의 상부에서 연소되거나 프리보드(free board)로 소산되어 연소된다. 그래서, 연소층 내의 연소효율은 바람직하지 못하게 감소된다.

상기의 문제를 제거하기 위해 폐기물이 노의 측면으로부터 유입되는 경우에, 폐기물을 하강류에 의해 유동층 내에서 바람직하게 분산 및 혼합되어, 유동층 내의 연소효율은 향상된다. 그러나, 다량의 공기가 비가연성 물질 배출구(5)의 앞의 위치로 공급되기 때문에, 다량의 공기에 의해 원활하게 유동화되는 유동층은 JP-A-4-214110의 경우에서 처럼 액체에 가까운 특성은 나타낸다. 이런 상태에서, 유동층 보다 비중이 큰 물질은 가라앉고, 반면에 유동층보다 비중이 작은 물질은 떠오른다. 이는 소위 비중 분리이다. 그래서, 큰 비중의 비가연성 성분은 가라앉게 되어, 결과적으로 비가연성 물질 배출구에 도달하기 전에 노바닥에 침전된다. 이는 비가연성 성분의 순조로운 배출을 방해한다. 비가연성 성분의 외부공급에 관한 문제는 유사한 유동층을 갖는 유동층 기화장치에서 유사하게 발생한다.

본 발명은 유동층 연소장치, 유동층 기화장치, 또는 유동층 탄화시스템에서 사용가능한 유동층 열반응 장치에 관한 것으로, 산업 폐기물, 도시의 쓰레기, 또는 석탄과 같이 비가연성 성분을 포함하는 가연성 고형물질이 유동층 노(爐) 내에서 연소되거나 기화되는 열반응 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유동층 노로부터 비가연성 성분을 순조롭게 배출시킬 수 있고, 노 내의 특정부에서 비가연성 성분의 침전을 피할 수 있고, 상기의 가연성 물질을 균일하고 효율적으로 연소 또는 기화할 수 있으며, 열에너지 또는 가연성 가스와 같은 산물을 안정하게 회수할 수 있는 유동층 열반응 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도,

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도,

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도,

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도,

도 5는 본 발명의 제 5실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 6은 도 5의 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 평면도,

도 7은 도 5의 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 수직단면도,

도 8은 본 발명의 제 6실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 9는 본 발명의 제 7실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 10은 본 발명에 따른 유동층 열반응 장치에서 열회수장치의 전체 열전달 계수와 제 3확산판을 통해 공급되는 유동화 가스의 유동화 속도 사이의 관계를 나타내는 그래프, 및

도 11은 본 발명의 제 8실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

본 발명은 일반적인 목적은 상술한 종래의 기술의 문제를 해결한 유동층 열반응 장치를 제공하는데 있으며, 이 장치에서 산업폐기물, 도시의 쓰레기, 또는 석탄과 같은 비가연성 성분을 포함하는 가연성 고형물질은 유동층 노 내에서 연소되고, 큰 비중의 비가연성 성분은 유동층 노의 외부로 순조롭게 이동되어서, 노 내의 특정부에서 비가연성 성분의 침전은 제거되고, 노 내의 유동화는 안정되며, 이로 인해 가연성 물질을 균일하게 연소 또는 기화할 수 있다.

이동층(이동층 내의 유동 매체는 응고층과 유동층 사이의 과도 상태에 있다.)에 의해 지지될 때, 철과 같이 큰 비중의 비가연성 성분은 쉽게 가라앉지 않고 수평으로 이동될 수 있다. 그러나, 유동 매체가 원활하게 유동화되는 유동층에서는, 이와 같은 비가연성 성분은 빠르게 가라앉아 침전되어, 이동하거나 배출되기가 어려워진다. 이런 점에서 볼 때, 본 발명의 목적은 특히 노 안으로 공급된 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 이동층에 의해 비가연성 성분 배출구의 주변으로 이동되고, 유동 매체가 비가연성 성분 배출구의 주변에서 원활하게 유동화되어, 가연성 성분을 빠르게 연소 또는 기화하고 큰 비중의 비가연성 성분을 침전에 의해 가연성 성분으로부터 분리하여 비가연성 성분 배출구로부터 배출시키도록 하는 유동층 열반응 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유동화 가스류가 비가연성 성분 배출구에 의해 중단되는 것으로부터 방지하고, 노 내에서 형성되는 주요 유동층 및 주요 유동 매체의 순환류는 안정되어, 가연성 물질의 바람직한 연소 또는 기화를 가능하게 하는 유동층 열반응 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 노의 안으로 공급되는 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동 매체의 하강류 및 수평류로 이동되며, 작은 비중과 높은 가연성 성분 농도를 갖는 상부 유동층과 큰 비중과 높은 비가연성 성분 농도를 갖는 하부 유동층이 풍력선별(pneumatic elutriation)에 의해 발생되고, 높은 가연성 성분 농도의 상부층은 상승류로 혼합되어 비가연성 성분 배출구 위를 통과하고, 순환되는 동안, 큰 비중과 높은 비가연성 성분 농도의 하부 유동층 내의 비가연성 성분과 유동 매체는 비가연성 성분 배출구의 외부로 우선적으로 이동되는 유동층 열반응 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 노의 외부로 비가연성 성분을 효과적으로 배출할 수 있고 주유동층과는 개별적으로 형성되는 부유동층에 배치되는 열회수장치에 의해 안정하게 열 에너지를 회수할 수 있는 유동층 열반응 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 도면, 실시예에 대한 설명, 및 첨부된 도면으로부터 분명해진다.

본 발명은 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동층 노에서 연소되거나 기화되는 유동층 열반응 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 장치에서, 다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 약한 확산판 및 강한 확산판은 노의 바닥부에 배치되어 주유동층을 형성하고, 길거나 환상의 비가연성 성분 배출구는 약한 확산판과 강한 확산판 사이에 배치된다. 가연성 물질을 유동층 노에 공급하는 가연성 물질 공급구멍은, 가연성 물질이 약한 확산판 위의 영역으로 떨어질 수 있도록 배치된다. 약한 확산판은 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 하향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 약한 확산판은 비가연성 성분 배출구쪽으로 연장되는 하향 경사면을 갖는다.

강한 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 상향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급할 수 있다. 유동매체는 교호적으로 하향 및 상향으로 흐르는 주 순환류를 형성한다. 유동화 가스의 일부는 다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 부수적인 확산판을 통하여 비가연성 성분 배출구로부터 공급되어 비가연성 성분 배출구 근처의 유동매체를 유동화시킴으로써, 유동매체가 주유동층과 연속되게 하고, 이로써 주 순환류를 안정화시킨다. 본 발명에 따른 유동층열반응 장치는 공기, 스팀, 산소, 연소배기가스 또는 이들 가스의 혼합물을 유동화 가스로서 사용하고 가연성 물질에 대해 공급되는 산화가스, 예를 들어 공기 또는 산소의 비율을 조절함으로써 가연성 물질을 연소 또는 기화시키는 기능을 갖는다.

가연성 물질 공급구멍으로부터 공급되는 가연성 물질은 유동매체의 하향류와 함께 노 바닥부 근처로 하향이동한 후, 약한 확산판의 하향 경사면을 따라 수평방향으로 이동한다. 하향 경사면을 따라 하향 이동하는 동안, 가연성 물질은 아래로부터 상향으로 공급되는 유동화 가스에 의하여 풍력선별을 받으며, 이에 의해 비가 연성 성분 배출구 근처에 비중이 크고 비가연성 성분 농도가 높은 하부 유동층 및 비중이 작고 가연성 성분 농도가 높은 상부 유동층을 발생시킨다. 가연성 성분 농도가 높은 상부 유동층은 유동매체의 상향류에 혼합되어, 비가연성 성분 배출구의 상부를 통과하고, 더욱 순환되어 연소된다. 하부 유동층의 유동매체 및 비가연성 성분은 비가연성 성분 배출구로부터 우선적으로 배출된다.

바람직하게, 다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 보조 확산판이 약한 확산판 및 비가연성 성분 출구 사이에 배출된다. 보조 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급할 수 있으며, 약한 확산판의 하부 가장자리부 및 비가연성 성분 배출구 사이에 약한 확산판 보다 가파르게 경사진 하향 경사면을 구비하여, 하향 경사면이 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되게 한다. 그리고, 강한 확산판의 상부에 경사벽이 배치되어 강한 확산판의 상부에서 상향으로 흐르는 유동화 가스 및 유동매체를 약한 확산판의 상부영역, 즉 상기 노의 중앙부 쪽으로 향하게 한다. 프리 보드는 경사벽의 상부에 배치된다. 강한 확산판은 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 점차 올라가는 상향 경사면을 가지며, 강한 확산판은 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 유동화 속도가 점차 증가되도록 배치된다.

더욱이, 경사벽 및 노 측벽 사이에는 열회수실이 형성된다. 열회수실은 경사벽의 상단부 및 하단부에서 노의 중앙부와 연통된다. 열회수실에는 열회수장치가 배치된다. 강한 확산판 및 노 측벽 사이에는 제 3확산판이 배치되어, 제 3확산판이 강한 확산판의 외측 가장자리부와 인접하게 된다. 제 3확산판은 열회수실의 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급할 수 있으며, 제 3확산판은 강한 확산판의 상향 경사면과 동일하게 경사진 상향 경사면을 갖는다. 노 바닥부의 평면형태는 사각형 또는 원형일 수도 있다. 사각형의 노 바닥부는 사각형의 약한 확산판, 비가연성 성분 배출구 및 강한 확산판을 평행하게 배치하거나, 사각형의 비가연성 성분 배출구 및 사각형의 강한 확산판을 앵글부를 갖는 사각형의 약한 확산판의 리지(ridge)에 대해 대칭으로 배치함으로써 형성된다. 원형의 노 바닥부는, 중앙부가 높고 외주 가장자리부가 낮은 원뿔형 약한 확산판, 그 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 복수의 부분적인 환상부를 포함하는 구성을 갖는 비가연성 성분 배출구, 및 환상의 강한 확산판에 의하여 형성된다.

본 발명의 다른 형태에서, 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동층 노에서 연소되거나 기화되는 유동층 열반응 장치는 다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 약한 확산판, 보조 확산판 및 강한 확산판을 상기 노의 바닥부에 구비하고, 보조 확산판 및 강한 확산판 사이에 비가연성 성분 배출구가 배치된다. 가연성 물질 공급구멍은 약한 확산판의 상부에 배치되어, 가연성 물질이 약한 확산판 위의 영역으로 떨어질 수 있게 한다. 약한 확산판은 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 하향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 갖는다.

보조 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 약한 확산판의 하부 가장자리부 및 비가연성 성분 배출구 사이에 약한 확산판의 하향 경사면 보다 가파르게 경사진 하향 경사면을 구비하여 하향 경사면이 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되게 한다. 강한 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 상향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급할 수 있다. 보조 확산판의 하향 경사면의 하부 가장자리부는 수직방향으로 이웃하는 강한 확산판의 가장자리부와 중첩되며, 이러한 가장자리부들은 수직 방향으로 서로 이격된다. 비가연성 성분 배출구는 두 가장자리부 사이의 수직 갭에 개방된다. 즉, 배출구는 수평으로 개방된다.

바람직하게, 강한 확산판의 상부에는 경사벽이 배치되어 강한 확산판의 상부에서 상향으로 흐르는 유동화 가스 및 유동매체를 약한 확산판 위의 영역, 즉 노의 중앙부 쪽으로 향하게 한다. 프리보드는 경사벽의 상부에 배치된다. 강한 확산판은 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 점차 올라가는 상향 경사면을 가지며, 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 유동화 속도가 점차 증가되도록 배치된다. 경사벽 및 노 측벽 사이에는 열회수실이 형성된다. 열회수실은 경사벽의 상단부 및 하단부에서 노의 중앙부와 연통된다. 열회수실에는 열회수장치가 배치된다. 강한 확산판 및 노 측벽 사이에는 제 3확산판이 배치되어 제 3확산판이 강한 확산판의 외측 가장자리부와 인접하게 한다. 제 3확산판은 열회수실의 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 강한 확산판의 상향 경사면과 대략 동일하게 경사진 상향 경사면을 갖는다.

노 바닥부의 평면형태는 사각형 또는 원형일 수도 있다. 사각형의 노 바닥부는 사각형의 약한 확산판 및 강한 확산판을 평행하게 배치하거나, 사각형의 약한 확산판 및 사각형의 강한 확산판을 앵글부를 갖는 사각형의 약한 확산판의 리지에 대해 대칭으로 배치함으로써 형성된다. 원형의 노 바닥부는, 원뿔형 약한 확산판, 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 역 원뿔형 강한 확산판, 및 약한 확산판의 외측 외주 가장자리부 및 강한 확산판의 내측 외주 가장자리부 사이의 수직 갭에 개방되도록 제공되는 비가연성 성분 배출구에 의하여 형성된다.

본 발명에 따른 유동층 열반응 장치에서, 약한 확산판을 통해 공급되는 유동화 가스는 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 하향류를 형성하며, 강한 확산판을 통하여 공급되는 유동화 가스는 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 상향류를 형성한다. 이로써, 하향류 및 상향류를 포함하는 주 유동층이 형성된다. 하향류의 형태로 하향이동한 후, 유동매체는 약한 확산판의 하향 경사면에 의하여 안내되고 상향류가 되어 강한 확산판 근처에서 상승한다. 유동층의 상부에 도달한 유동매체는 노의 중앙부 쪽으로 접근한후 다시 하향류가 됨으로써, 주 유동층에서 순환하는 주 순환류를 형성한다.

비교적 높은 유동화 속도를 제공하기 위하여, 비가연성 성분 배출구에 배치되는 부수적인 확산판을 통하여 유동화 가스를 공급함으로써, 비가연성 성분 배출구의 개구부 근처 및 개구부 상부의 유동매체는 활발하게 유동화된다. 따라서, 비가연성 성분 배출구 상부의 유동매체도 고정층이 아닌 유동층으로 된다. 이로써, 유동화 구역은 약한 확산판으로부터 강한 확산판에 이르기까지 연속되며, 약한 유동화 구역에서 하향하고 강한 유동화 구역에서 상향하는 주 순환류는 중단되지 않고 안정하게 형성된다. 강한 확산판 상부의 경사벽은 강한 확산판의 상부에서 상향으로 흐르는 유동화 가스 및 유동매체를 노의 중앙부 쪽으로 향하게 하여 주 순환류의 형성을 촉진시킨다.

가연성 물질은 가연성 물질 공급구멍으로부터 약한 확산판 위의 영역으로 떨어진다. 약한 확산판 위의 영역은 서서히 유동화되며, 고정층과 유동층 사이의 중간 상태인 이동층의 상태에 있다. 이동층에서, 가연성 물질 및 비가연성 성분은 유동매체에 뜨게 된다. 따라서, 가연성 물질 및 비가연성 성분은 유동층의 순환류와 함께 아래로 흐른 후, 유동화 속도가 높은 강한 확산판 위의 유동화 구역으로 수평이동한다. 그러나, 가연성 물질 및 비가연성 성분은 유동매체에 뜨게 되더라도 서서히 유동화되는 상태이다. 따라서, 가연성 물질 및 비가연성 성분이 수평이동하는 동안, 소위 중력분리가 천천히 발생한다. 즉, 이동층 보다 비중이 큰 물질은 점차 가라앉는 반면, 이동층 보다 비중이 작은 물질은 부유한다. 그 결과, 비중이 작은 가연성 물질은 상향이동하는 반면, 비중이 큰 비가연성 성분은 하향이동하며, 이로써 가연성 성분 농도가 높은 상부 유동층 및 비가연성 성분 농도가 높은 하부 유동층이 형성된다.

비중이 작고 가연성 성분 농도가 높은 상부 유동층은 유동매체의 상향류에 혼합되어 비가연성 성분 배출구 상부를 통과하며, 연소장치의 경우, 상부 유동층은 높은 유동화 속도를 갖는 산화대기의 상향류에서 적절하게 연소된다. 상부 유동층은 비가연성 물질을 비교적 적게 함유하므로, 상향류에서 유리하게 연소된다. 가스화 장치의 경우, 가연성 물질은 상부 유동층에서 부분적으로 연소되며 효율적으로 열적 분해된다. 이로써, 우수한 가스화 효과를 발생시킨다.

비중이 크고 비가연성 성분 농도가 높은 하부 유동층은 약한 확산판의 하향 경사면으로 안내되어, 약한 확산판 및 강한 확산판 사이에 배치되는 비가연성 성분 배출구로 유입된다. 이로써, 유동매체 및 비가연성 성분은 비가연성 성분 배출구로부터 배출된다. 즉, 약한 확산판 상부의 유동매체는 이동층의 상태이므로, 비중이 대단히 큰 비가연성 성분, 즉 철이더라도 이동층에 의해 지지되어 비가연성 성분 배출구 근처로 이동된다. 따라서, 노의 바닥부에 비가연성 성분이 적층되지 않는다. 한편, 유동화 가스는 비가연성 성분 배출구에 제공되는 확산판을 통하여 공급되어 비교적 높은 유동화 속도를 제공함으로써, 비가연성 성분 배출구의 입구 근처 및 입구 상부의 유동매체를 활발하게 유동화시킨다.

따라서, 가연성 성분 배출부의 입구 근처 및 입구 상부의 유동매체는 고정층 또는 이동층의 상태가 아니라 활발히 유동되는 상태가 된다. 따라서, 유동층은 액체에 가까운 성질을 나타낸다. 그러므로, 소위 중력분리가 유동층에 용이하게 발생한다. 즉, 유동층 보다 비중이 큰 물질은 가라앉는 반면, 비중이 유동층 보다 작은 물질은 유동층에 부유한다. 따라서, 비중이 큰 비가연성 성분은 비가연성 성분 배출구 쪽으로 신속하게 가라앉으므로 비가연성 성분이 대단히 용이하고 원활하게 배출된다. 노의 비가연성 성분이 원활하고 효율적으로 배출되므로, 이들은 노의 연소 또는 가스화를 방해하지 않는다. 가연성 성분 및 비가연성 성분은 풍력선별에 의하여 분리되어 거의 비가연성 성분만이 배출되므로, 노의 열 손실이 적으며, 배출되는 비가연성 성분의 처리가 비교적 용이하다.

바람직하게, 약한 확산판 보다 가파르게 경사진 보조 확산판이 사용되어 비교적 높은 유동화 속도의 유동화 가스를 공급함으로써, 약한 확산판의 상부로부터 이동되는 이동층을 유동층으로 변환시킨다. 이로써, 풍력선별에 의한 비가연성 성분의 분리가 신속하게 진행되며, 특히, 비중이 큰 비가연성 성분, 예를 들어 철이 보조 확산판 위로 가라앉는다. 그러나, 보조 확산판은 가파르게 경사지므로, 비중이 큰 이러한 비가연성 성분은 비가연성 성분 배출구로 원활하게 안내된다. 강한 확산판은, 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 유동화 속도가 점차 증가되도록 배치된다. 이로써, 강한 확산판은 노의 중앙부에 집중되는 주 순환류의 형성을 촉진시킨다.

제 3확산판은 열회수실의 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 열회수실에서 하향이동하는 이동층을 형성한다. 경사벽에 의하여 노의 중앙부 쪽으로 향하게 되는 상향류 상부의 유동매체의 일부는 경사벽의 상단부 위의 열회수실로 유입되며 이동층의 형태로 아래로 흐른다. 열회수장치와의 열교환에 의하여 냉각된 후, 유동매체는 제 3확산판을 따라 강한 확산판 위의 영역으로 안내된 후 상향류에 혼합되어 상향류의 연소열에 의하여 가열된다. 이로써, 유동매체의 부순환류가 열회수실의 하향류 및 주 연소실의 상향류에 의해 형성되며, 유동층 노의 연소열이 열회수실의 열회수장치에 의하여 회수된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 열회수장치의 총 열전달계수는 유동속도와 함께 크게 변화한다. 따라서, 회수된 열의 양은 제 3확산판을 통과하는 유동가스의 비율을 변화함으로써 용이하게 제어될 수 있다.

유동층 노의 평면형태를 사각형상으로 형성함으로써, 노의 설계 및 생산이 비교적 용이하게 된다. 그러나, 만일 노의 평면형태가 원형이면, 유동층 노의 측벽의 압력내구성을 향상시킬 수 있으며, 노의 압력을 감소시킴으로써 폐기물질의 연소로부터 발생되는 악취 및 유해가스를 방지하거나, 또는 반대로 노의 압력을 증가시킴으로써 가스터빈을 구동할 수 있는 고압가스를 얻는 것이 용이해진다.

본 발명의 다른 형태에서, 비가연성 성분 배출구 주위의 확산판에 관하여, 일 확산판의 하부가장자리부는 평면상 다른 확산판의 하부 가장자리부와 실질적으로 접촉하며, 이러한 가장자리부들은 수직방향으로 서로 이격되어 있다. 비가연성 성분 배출구는 두 가장자리부들 사이의 수직 갭에 개방된다. 이로써, 비가연성 성분 배출구 위의 영역은 비가연성 성분 배출구의 내표면에 확산판을 제공하지 않으면서 유동화될 수 있다. 그 결과, 유동화 구역은 약한 확산판으로부터 강한 확산판까지 연속되며, 약한 유동화 구역에서 하향하여 흐르고 강한 유동화 구역에서 상향하여 흐르는 순환류는 중단되지 않고 안정하게 형성된다.

본 발명의 다수의 실시예를 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적인 범위는 다음의 실시예로 제한되지 않고, 청구항에 의해 정의된다. 도 1 내지 도 10은 연소장치 내에 배치되는 본 발명의 다수의 실시예에 따른 유동층 열반응 장치를 나타내고, 도 11은 기화노 내에 배치되는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 열반응 장치를 나타낸다. 도면에 있어서, 동일하거나 유사한 부재는 동일 참조 번호를 사용하여 표시하였고, 반복되는 설명은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도이다. 도 1에서, 유동층 열반응 장치는 유동층 노(1)의 노바닥부의 중앙에 배치되는 비가연성 성분 배출구(8); 비가연성 성분 배출구(8)와 측벽(42) 사이에 각각 배치되는 약한 확산판(2)과 강한 확산판(3); 약한 확산판(2)의 위에 배치되는 가연성물질 공급구(10); 강한 확산판(3)의 위에 배치되는 경사벽(9); 및 경사벽(9)의 위에 마련되는 프리보드를 구비한다. 노의 평면 형상은 직사각형이거나 원형이다. 노(1)에서, 모래와 같은 비가연성 입자를 함유하는 유동매체는 약한 확산판(2)과 강한 확산판(3)을 통해 노로 부유되는 공기와 같은 유동화 가스에 의해 위로 부유된다. 결과적으로, 유동매체는 유동상태가 되어 주 유동층을 형성한다. 주 유동층의 가변성 상부표면(43)은 경사벽(9)의 중간부의 높이에 위치된다. 연소에 영향을 주기 위해, 유동화 가스의 산소 함유량은 증가된다. 그러나, 유동화 가스의 산소 함유량을감소시킴으로써, 가연성 물질을 기화시킬 수 있다.

약한 확산판(2)의 아래에 배치되는 약한 확산실(4)에는 배관(62)과 커넥터(6)를 통하여 가스 공급 소스(14)로부터 유동화 가스가 공급된다. 유동화 가스는 약한 확산판(2)에 마련되는 다수의 유동화 가스 공급구멍(72)을 통해 비교적 느린 유동화 속도로 노에 공급되어 약한 확산판(2) 위에 유동매체의 약한 유동화 영역(17)을 형성하게 된다. 약한 확산판(2)의 상부표면은 단면으로 볼 때 비가연성 성분 배출구(8) 쪽으로 낮아지는 하향 경사면이다. 도 1에서, 약한 확산판(2)의 상부표면 주변에서의 하강류(18)는 하향 경사면을 따라 흐르는 수평류(19)에 가깝다.

강한 확산판(3)은 다수의 유동화 가스 공급구멍(74), 및 그 아래 강한 확산실(5)을 구비한다. 강한 확산실(5)에는 배관(64)과 커넥터(7)를 통해 가스 공급 소스(15)로부터 유동화 가스가 공급된다. 유동화 가스는 다수의 유동화 가스 공급 구멍(74)을 통해 비교적 높은 유동화 속도로 노 안으로 공급되어 강한 확산판(3)위에 유동매체의 강한 유동화 영역(16)을 형성한다. 강한 유동화 영역(16)에 있어서, 유동매체의 상승류(20)가 형성된다. 강한 확산판(3)의 상부표면은 단면으로 볼 때 비가연성 성분 배출구(8)의 주변에서 가장 낮고 측벽(42) 쪽으로 높아지는 상향 경사면이다.

도 1에 있어서, 유동층 노(1)의 유동매체는 상승류(20)의 상부로부터 약한 유동화 영역(17)의 상부, 하강류(18)의 상부, 및 하강류(18)의 하부 순으로 이동된다. 그 후, 수평류(19)의 유동매체는 상승류(20)의 바닥부로 이동하여 주 순환류를 생성한다. 경사벽(9)은 노 측벽(42)으로부터 노 중앙부 쪽으로 높아지게 경사져서,약한 확산판(2) 위의 영역 쪽으로 상승류를 강제 전향시킨다.

유동층 노(1)의 안으로 가연성물질(38)을 공급하기 위한 가연성물질 공급구(10)는 약한 확산판(2)의 위에 배치되어 약한 확산판(2)의 상부 영역으로 가연성물질을 떨어뜨린다. 가연성물질 공급구(10)로부터 공급되는 가연성물질은 유동매체의 하강류(18)에 혼합되어 열적으로 분해되거나 부분 연소되며 하강류와 함께 노바닥부의 주변으로 하강한다. 다음, 가연성물질(38)은 약한 확산판(2)의 하향 경사면을 따라 흐르는 유동매체의 수평류(19)로 혼합된 후, 비가연성 성분 배출구(8) 쪽으로 수평으로 이동한다. 수평류(19) 내의 가연성물질은 상향으로 공급되는 유동화 가스에 의해 풍력선별 및 비중 분리 작용이 적용된다. 결과적으로, 큰 소정의 비중을 갖는 비가연성 성분(11)은 수평류의 하측으로 이동되고, 반면에 작은 소정의 비중을 갖는 가연성 성분은 수평류의 상측에 모여진다. 즉, 작의 소정의 비중과 높은 가연성 성분 농도를 갖는 상부 유동층(12)과 큰 소정의 비중과 높은 비가연성 성분 농도를 갖는 하부 유동층(13)이 비가연성 성분 배출구(8)의 주변에 형성된다.

높은 가연성 성분 농도를 갖는 상부 유동층(12)은 유동 매체의 상승류(20)로 혼합되어 비가연성 성분 배출구(8)를 통과하고, 산화 분위기와 강한 유동화에 의해 연소된다. 유동층 내에서 생성되는 연소가스는 유동층 상부표면(43) 위의 프리보드(44)로 상승되고, 2차 연소된다. 또한, 먼지 제거 및 열에너지 회수가 실시되고, 연소가스는 대기로 배출된다. 하부 유동층(13)내의 유동매체와 비가연성 성분은 비가연성 성분 배출구(8)를 통해 배출된다. 비가연성 성분 배출구(8)와 연통되는 통로(40)는 비가연성 성분 배출구(8)로 내려오는 비가연성 물질과 유동매체를 호퍼, 배출 댐퍼 등(도시되지 않음)을 통해 노의 외부로 배출시킬 수 있다. 비가연성 성분과 함께 노로부터 배출되는 유동매체는 수단(도시되지 않음)에 의해 회수되고 유동층 노(1)로 되돌아 온다.

도 1에 도시된 유동층 열반응 장치에 있어서, 유동화 가스는 가스 공급 소스(15)로부터 배관(64), 분기관(66), 및 노즐(21)을 통해 통로(40)로 공급된다. 유동화 가스는 비가연성 성분 배출구(8)를 통해 통로(40)로부터 노로 상승 부유되어 비가연성 성분 배출구(8) 위의 유동매체를 유동화시키고 약한 확산판(2) 위의 영역으로부터 강한 확산판(3) 위의 영역으로 연속적으로 연장되는 주유동층을 형성하며, 이로 인해 유동매체의 주 순환류를 안정시킨다.

강한 확산판(3)은 비가연성 성분 배출구(8)로부터 점차로 상승하는 상향 경사면을 구비하여, 약한 확산판(2)의 하향 경사면을 따라 비가연성 성분 배출구(8)위의 영역으로 거의 수평으로 이동하는 수평류(19)로부터 분리되는 상부 유동층(12)은 점차로 상승류(20)로 변화하며, 이로 인해 주 순환류는 안정되고 강한 확산판(3) 위로 비가연성 성분의 침전을 방지한다. 강한 확산판(3)을 통해 공급되는 유동화 가스의 유동화 속도는 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 증가될 수도 있다. 이는 주 순환류를 형성하는데 효과적이다.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도이다. 도 2에 있어서, 유동층 열반응 장치는 유동층 노(1)의 바닥부의 중앙에 배치되는 약한 확산판(2); 약한 확산판(2)의 양측에 각각 배치되고 각각 다수의 유동화 가스 공급구멍(76)을 갖는 보조 확산판(3' ); 보조확산판(3')과 측벽(42) 사이에 배치되는 비가연성 성분 배출구(8)와 강한 확산판(3); 약한 확산판(2)의 위쪽에 배치되는 가연성 물질 공급구(10); 강한 확산판(3)의 위쪽에 각각 배치되는 경사벽(9); 및 경사벽(9)의 위에 마련되는 프리보드(44)을 구비한다.

약한 확산판(2)의 상부면은 중앙부에서 가장 높고 각각의 비가연성 성분 배출구(8) 쪽으로 갈수록 낮아지는 하향 경사면이다. 노의 수평단면이 원형이 경우에는, 약한 확산판(2)의 상부면은 원뿔면이다. 도 2에 있어서, 하강류(18)는 약한 확산판(2)의 상부(73)의 주변에서 좌 ·우 하향 경사면을 따라 흐르는 2개의 유사 수평류로 분리된다. 노의 수평단면이 원형인 경우에는, 강한 확산판(3)의 상부면은 외주 가장자리가 내주 가장자리보다 더 높은 역 원뿔면이다.

도 2에 있어서, 약한 확산판(2)의 가장자리부는 다수의 유동화 가스 공급구멍(76)을 각각 갖는 보조 확산판(3' )에 연결된다. 보조 확산실(5' )은 각각의 보조 확산판(3' )의 아래에 배치된다. 보조 확산실(5' )에는 배관(64), 분기관(68), 밸브(68' ), 및 커넥터(7' )를 통해 가스 공급 소스(15)로부터 유동화 가스가 공급된다. 유동화 가스는 유동화 가스 공급구멍(76)을 통해 보조 확산실(5' )로부터 비교적 높은 유동화 속도로 노 안으로 공급되어 보조 확산판(3' ) 위의 유동매체를 유동화 시킨다.

도 2에 있어서, 유동층 노(1)의 유동매체는 각각의 상승류(20)의 상부로부터 약한 유동화 영역(17)의 상부, 하강류(18)의 상부, 및 하강류(18)의 하부 순으로 이동된다. 그 후, 각각의 수평류(19)의 유동매체는 각각의 상승류(20)의 바닥부로이동되며, 이로 인해 주 순환류가 생성된다. 이동층을 포함하는 하강류(18)는 약한 확산판(2)의 상부(73)의 주변에서 좌 ·우 하향 경사면을 따라 흐르는 2개의 수평류(19)로 나누어진다. 노 평면이 좌 ·우 2개의 직사각형인 경우에, 주 순환류가 생성된다.

약한 확산판(2) 위의 수평류는 이동층이며, 이곳의 유동매체의 유동화 정도는 낮다. 그래서, 수평류내에서 철과 같은 매우 큰 소정의 비중을 갖는 비가연성 성분도 노바닥에 침전되지 않고 이동된다. 수평류가 각각의 보조 확산판(3' )의 위에 도달될 때, 이동층은 보조 확산판(3' )을 통해 공급되는 유동화 가스에 의해 유동화속도가 높은 유동층으로 변화된다. 즉, 큰 소정의 비중을 갖는 비가연성 성분은 풍력선별에 의해 가라앉는다. 보조 확산판(3' )의 하향 경사각이 약한 확산판(2)보다 크기 때문에, 큰 소정의 비중을 갖는 비가연성 성분의 침전은 비중 작용에 의해 보조 확산판(3' )의 하향 경사면을 따라 비가연성 성분 배출구로 이동된다. 보조 확산판(3' )과 보조 확산실(5' )이 마련되고, 약한 확산판(2), 비가연성 성분 배출구(8), 및 강한 확산판(3)이 노의 중앙에 대하여 대칭으로 형성되는 것외에는, 도 2시된 장치는 도 1에 도시된 장치와 거의 동일하다. 그래서, 반복되는 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 유동충 열반응 장치의 필수부를 개략적으로 나타내는 수직단면도이다. 도 3에 있어서, 각각의 보조 확산판(3' )의 경사각은 도 2보다 크고, 보조 확산판(3' )의 하부 가장자리는 평면상 이웃하는 강한 확산판(3)의 하부 가장자리(75)와 접촉되도록 연장되는 한편, 수직방향에서 이웃하는강한 확산판(3)의 가장자리(75)와 이격된다. 비가연성 성분 배출구(8)는 두 가장자리 사이의 수직 갭에 개방되어 마련되며, 이는 수평으로 개방된다. 유동화 가스가 비가연성 성분 배출구(8)로부터 공급되지 않더라도, 비가연성 성분 배출구(8)는 평면상 개방영역을 구비하지 않아 유동화 가스의 상승류를 간섭하지 않기 때문에, 배출구(8)는 유동매체의 주 순환류를 방해하지 않는다. 도 3에 도시된 장치의 나머지 구성은 도 1 또는 도 2에 도시된 장치와 거의 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 필수부의 수직단면도이며, 각각의 비가연성 성분 배출구(8)는 도 3에 도시된 장치의 경우에서 처럼 수평으로 개방되어 마련되고, 유동화 가스는 비가연성 성분 배출구(8)로부터 제공되지 않는다. 도 4에 도시된 장치는 주요 연소실을 구성하는 노 중앙부에 각각 이웃 배치되는 열 회수실(25)을 구비하는데, 열 회수실(25)은 강한 확산판(3) 위의 경사벽(24)과 노 측벽(42) 사이에 존재하고 열 회수장치(27)는 각각의 열 회수실(25) 내에 위치된다. 각각의 경사벽(24)은 수직으로 연장되는 하부 연장부를 갖는다. 강한 확산판(3)과 거의 같은 경사각을 갖는 제 3확산판(28) 각각은 결합되는 강한 확산판(3)의 외측 가장자리로부터 경사벽(24)의 수직 돌출부 위의 측벽(42)까지 연장된다.

경사벽(24)의 하부 연장부의 가장자리와 제 3확산판(28) 사이의 수직 갭은 노 중앙부와 열 회수실(25)의 하부 사이에 형성된다. 또, 다수의 수직 스크린 파이프(screen pipe; 23)는 경사벽(24)의 상단과 노측벽 사이에 위치된다. 스크린 파이프(23) 사이의 공간은 열 회수실(25)의 상측부와 노 중앙부 사이의 연통을 마련하기 위해 상측 연통통로(23' )를 형성한다. 가스 공급 소스(32)와 각각의 제 3 확산판(28) 아래의 제 3확산실(30)은 배관(68" ) 및 커넥터(31)를 통하여 서로 연통된다. 유동화 가스는 다수의 유동화 가스 공급구멍(78)을 통해 결합된 제 3확산판(28)으로부터 비교적 낮은 유동화 속도로 각각의 열 회수실(25)에 공급되어 유동매체의 하향 부 순환류(26)를 형성한다.

각각의 경사벽(24)에 의해 노 중앙부 쪽으로 향하는 상승류(20)의 일부는 경사벽(24) 위의 상측 연통통로(23' )를 통해 통과하는 역류(22)를 형성하고, 열 회수실(25)의 상측부로 유입되어 유동매체는 하강류의 형태로 아래로 이동된다. 그후, 유동매체의 하강류는 하부 연통통로(29)를 통과하고 주 순환류의 상승류(20)에 혼합되어 상승류(20)의 상부에 상승 도달된다. 그래서, 열 회수실을 통해 통과하는 유동매체의 부 순환류(26)가 형성된다. 부 순환류(26)에서 유동매체는 열 교환실(25) 내의 열 회수장치(27)의 열교환에 의해 냉각되고 상승류(20)의 연소열에 의해 가열된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 열 회수장치의 전체 열 전달계수는 유동화 속도에 따라 크게 변화된다. 그래서, 되찾게 되는 열량은 제 3확산판(28)을 통해 통과되는 유동화 가스의 속도를 변화시킴으로서 효과적으로 제어될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 장치에 있어서, 유동화 가스는 비가연성 성분 배출구(8)로부터 공급되고, 주 유동층은 불연속적인 부분이 생기지 않는다. 그래서, 안정한 주 순환류가 형성된다. 도 3 및 도 4에 도시된 장치에 있어서, 각각의 보조 확산판(3' )의 가장자리는 이웃하는 강한 확산판의 가장자리로부터 수직으로 이격되고, 비가연성 성분 배출구(8)는 두 가장자리 사이가 수직 갭으로 개방되도록마련된다. 그러므로, 평면상, 노바닥으로부터 상향으로 공급되는 유동화 가스의 흐름에 불연속적인 부분이 없다. 그래서, 도 1 및 도 2에 도시된 장치의 경우에서처럼 안정한 주 유동층이 형성된다.

도 5, 도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제 5실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 원형 노바닥부를 나타내는 사시도, 평면도 및 단면도이며, 도 2에 도시된 실시예에서 노의 평면 형상이 원형인 경우와 비슷하다. 도 7은 도 6의 A-A선을 기준으로 본 단면도이다. 약한 확산판(2)은 중앙에서 높고 외주에서 낮은 원뿔형 상부면을 갖는다. 환상 보조 확산판(3' ), 4개의 부분 환상 비가연성 성분 배출구(8), 및 강한 확산판(3)은 약한 확산판(2)을 중심으로 배치된다. 보조 확산판(3' )의 경사면은 중앙에 배치되는 약한 확산판(2)의 경사면보다 가파르다. 강한 확산판(3)은 내주 가장자리에서 낮고 외부 가장자리에서 높은 환상 역 원뿔면이다. 강한 확산실(5)은 환상으로 형성된다.

도 5, 도 6 및 도 7에 있어서, 4개의 부분 환상 비가연성 성분 배출구(8)가 마련되며, 4개의 제 4확산판(3' ) 각각은 2개의 인접한 비가연성 성분 배출구 사이에 방사상으로 연장되어 배치된다. 각각의 제 4확산판(3" )은 양측에 위치된 비가연성 성분 배출구(8)를 향하여 연장되는 2개의 하향 경사면을 갖는다. 제 4확산판(3" )의 하향 경사면은 큰 소정의 비중의 비가연성 성분을 비가연성 성분 배출구(8)로 유도하여, 제 4확산판(3" ) 상에 비가연성 성분이 침전되는 것을 방지한다. 도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 장치의 다른 구성 및 작용은 도 2에 도시된 실시예와 거의 동일하므로, 다른 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 제 6실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2에 도시된 실시예에서 평면 형상이 직사각형인 경우와 비슷하다. 도 8에 있어서, 약한 확산판(2)은 평면상 직사각형이고 중앙에 리지(73' )를 갖는 지붕형 구조이다. 약한 확산판(2), 보조 확산판(3' ), 비가연성 성분 배출구(8), 및 강한 확산판(3)은 리지(73' )에 대하여 대칭으로 배치되고, 모두 사각형이다. 도 8에 도시된 장치는 리지(73' )에 직각으로 연장되고 비가연성 성분 배출구(8)의 가장자리와 평형인 제 4확산판(3" )을 포함한다. 제 4확산판(3" )은 관련된 비가연성 성분 배출구(8) 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 갖는다. 제 4확산판(3" )의 하향 경사면은 큰 소정의 비중의 비가연성 성분을 비가연성 성분 배출구(8)로 유도하여, 제 4확산판(3" ) 상에 비가연성 성분이 침전되는 것을 막는다. 본 실시예의 다른 구성 및 작용은 도 2에 도시된 실시예와 거의 같기 때문에, 다른 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 제 7실시예에 따른 유동층 열반응 장치의 노바닥부를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2에 도시된 장치에서 노의 평면 형상이 직사각형인 경우와 비슷하다. 본 실시예는 도 8에 도시된 구성과 거의 동일하지만, 이웃 비가연성 성분 배출구(8)와 인접하는 각각의 강한 확산판(3)의 가장자리는 약한 확산판(2)의 경사면의 연장 평면이고, 한편 측벽에 인접하는 각각의 강한 확산판(3)의 가장자리는 약한 확산판(2)의 경사면의 연장 평면의 위이다. 본 실시예의 다른 구성 및 작용은 도 2 또는 도 8에 도시된 실시예와 거의 같기 때문에, 다른 설명은 생략한다. 도 8 및 도 9에 도시된 장치는 비교적 적은 수의 곡선부를 가져 디자인및 가공하기 쉽다. 따라서, 생산비용이 감소된다.

도 10은 본 발명에 따른 유동층 열반응 장치에서 열 회수장치의 전체 열전달 계수와 제 3확산판(28)을 통해 공급되는 유동화 가스의 유동화 속도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 유동화 속도는 0 내지 0.3 m/s의 범위에 있고, 특히 0.05 내지 0.25 m/s이며, 열 회수장치의 전체 열전달 계수는 유동화 속도에 의해 현저하게 변화된다. 따라서, 전체 열전달 계수를 상기 유동화 속도 범위에서 열회수실내의 유동화 속도를 제어함으로서 변화시키면, 회수되는 열량은 넓은 범위에 걸쳐 제어될 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 8실시예에 따른 유동층 열반응 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 용해 연소노(90)가 유동층 열반응 장치에 연결되게 구성된다. 유동층 열반응 장치는 도 2에 도시된 장치와 동일한 구성이지만, 기화노에 의해 가동된다. 가연성 가스, 목탄과 같은 경량이고 미세한 비연소 성분, 및 타르, 비산재(fly ash) 등과 같은 것을 함유하는 유동층 노(1) 내에서 생성되는 생성물은 용해 연소노(90)의 수직 순환성 원통형 주 연소실(82)에 보내어져, 생성물은 예를 들면 공급된 2차 공기 또는 산소(83)로 1,350℃ 근처의 높은 온도에서 처리된 후 연소되고 재로 용해되며, 경사진 2차 연소실(84) 내에서 또 연소되고 재로 용해된다. 결과적인 배기가스(93) 및 용해된 슬래그(slag; 95)는 배기실(92) 내에서 분리되어 서로 개별적으로 배기된다. 2차 연소실(84)은 필요에 따라 제공된다.

본 발명의 중요한 효과 및 이점은 다음과 같다.

(1)유동층 열반응 장치에 있어서, 유동매체의 하강류와 상승류를 포함하는 주 순환류가 형성되고, 가연성물질은 하강류의 상부로 낙하되어, 주 순환류로 혼합되고 연소된다. 따라서, 크기, 비가연성 성분 함유량, 비중 등이 다른 폐기물과 같은 가연성물질을 균일하고 효율적으로 연소 또는 기화시킬 수 있다.

(2)가연성물질은 연소, 분해 및 기화되며 하강류 및 수평류로 이동되고, 큰 소정의 비중을 갖는 비가연성 성분은 유동화 가스의 풍력선별 및 비중 분리 작용에 의해 작은 소정의 비중을 갖는 가연성 성분으로부터 점차로 분리되며 약한 확산판의 하향 경사면을 따라 비가연성 성분 배출구로 유도된다. 비가연성 성분 배출구에서, 비가연성 성분은 비중분리에 의해 가라앉고 분리되어 순조롭게 노로부터 배출된다. 그래서, 비가연성 성분은 노바닥에 침전되지 않아, 유동화 가스의 공급, 연소 또는 기화, 열 회수 등의 문제는 최소화 된다. 더욱이, 가연성물질의 함유량이 적기 때문에 비가연성 성분은 신속하게 처리될 수 있다.

(3)유동화 가스의 일부는 비가연성 성분 배출구로부터 공급되거나, 비가연성 성분 배출구는 상향이 아닌 수평으로 개방되어 마련된다. 따라서, 유동화 가스는 모든 노바닥면으로부터 공급되어, 유동매체의 안정한 주 순환류가 형성된다. 그래서, 가연성물질을 균일하고 효율적으로 연소 또는 기화시킬 수 있고 장치를 순조롭게 가동시킬 수 있다. 연소 공기량을 제어함으로써, 가연성물질의 완전한 연소 및 고효율 기화를 실현할 수 있다.

(4)열 회수실은 경사벽과 노측벽 사이에 형성되고, 제 3확산판은 열 회수실의 아래에 배치된다. 제 3확산판은 강한 확산판과 거의 동일한 경사각을 갖고 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 갖는다. 그래서, 열 회수실의 비가연성 성분은 열 회수를 방해하지 않고 비가연성 성분 배출구로 순조롭게 유도된다. 추가로, 열 회수장치의 열전달계수는 제 3확산판을 통해 공급되는 유동화 가스를 제어함으로써 상당한 크기로 변화될 수 있다. 그래서, 회수되는 열량은 쉽게 제어된다.

Claims (12)

1. 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동층 노에서 연소되거나 기화되는 유동층 열반응 장치에 있어서:

   다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 약한 확산판 및 강한 확산판이 상기 노의 바닥부에 배치되고;

   상기 약한 확산판 및 상기 강한 확산판 사이에 비가연성 성분 배출구가 배치되며;

   가연성 물질이 상기 약한 확산판 위의 영역으로 떨어질 수 있도록 가연성 물질 공급구멍이 배치되고;

   상기 약한 확산판은 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 하향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하고, 상기 약한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 가지며;

   상기 강한 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 상향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하고;

   유동화 가스의 일부는 상기 비가연성 성분 배출구를 통하여 상기 노에 공급되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 보조확산판이 상기 약한 확산판 및 비가연성 성분 배출구 사이에 배치되고, 상기 보조확산판은 상기 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 상기 보조확산판은 상기 약한 확산판의 하부 가장자리부 및 상기 비가연성 성분 배출구 사이에 상기 약한 확산판의 하향 경사면 보다 가파르게 경사진 하향 경사면을 구비하여 상기 하향 경사면이 상기 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되게 하는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 강한 확산판의 상부에 경사벽이 배치되어 상기 강한 확산판의 상부에서 상향으로 흐르는 상기 유동화 가스 및 유동매체를 상기 노의 중앙부 쪽으로 향하게 하고, 상기 강한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 점차 올라가는 상향 경사면을 가지며, 상기 강한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 유동화 속도가 점차 증가되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 경사벽 및 노 측벽 사이에 열회수실이 형성되고, 상기 열회수실은 상기 경사벽의 상단부 및 하단부에서 상기 노의 중앙부와 연통되며, 상기 열회수실에 열회수장치가 배치되고, 상기 강한 확산판 및 상기 노 측벽 사이에 제 3확산판이 배치되어 상기 제 3확산판이 상기 강한 확산판의 외측 가장자리부와 인접하게 하고,상기 제 3확산판은 상기 열회수실의 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 상기 제 3확산판은 상기 강한 확산판의 상향 경사면과 동일하게 경사진 상향 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동층 노의 바닥부 및 상기 약한 확산판은 평면상 대략 원형이고, 상기 약한 확산판은 원형부의 중심부는 높고 상기 원형부의 외주 가장자리부는 낮은 원뿔형상이며;

   상기 비가연성 성분 배출구는 상기 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 복수의 부분적인 환상부를 포함하는 구성을 갖고;

   상기 강한 확산판은 환상이며 상기 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
6. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 비가연성 성분 배출구를 통하여 상기 노에 공급되는 상기 유동화 가스는, 상기 비가연성 성분 배출구에 제공되며 다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 부수적인 확산판을 통하여 공급되어 상기 비가연성 성분 배출구의 입구 근처 및 상부의 상기 유동매체를 유동화하는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
7. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동화 가스는 공기, 스팀, 산소, 및 연소배기가스로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 가스 또는 복수의 가스 혼합물인 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
8. 비가연성 성분을 함유하는 가연성 물질이 유동층 노에서 연소되거나 기화되는 유동층 열반응 장치에 있어서:

   다수의 유동화 가스 공급구멍을 갖는 약한 확산판, 보조 확산판 및 강한 확산판이 상기 노의 바닥부에 배치되고;

   상기 보조 확산판 및 상기 강한 확산판 사이에 비가연성 성분 배출구가 배치되며;

   가연성 물질이 상기 약한 확산판 위의 영역으로 떨어질 수 있도록 가연성 물질 공급구멍이 배치되고;

   상기 약한 확산판은 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 하향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하고, 상기 약한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되는 하향 경사면을 가지며;

   상기 보조 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 상기 보조확산판은 상기 약한 확산판의 하부 가장자리부 및 상기 비가연성 성분 배출구 사이에 상기 약한 확산판의 하향 경사면 보다 가파르게 경사진 하향 경사면을 구비하여 상기 하향 경사면이 상기 비가연성 성분 배출구 쪽으로 연장되게 하고;

   상기 강한 확산판은 유동매체에 비교적 높은 유동화 속도를 제공하여 유동매체의 상향류를 형성하도록 유동화 가스를 공급가능하고;

   상기 보조 확산판의 상기 하향 경사면의 하부 가장자리부는 평면상 이웃하는 상기 강한 확산판의 가장자리부와 실질적으로 접촉하며, 이러한 가장자리부들은 수직 방향으로 서로 이격되며;

   상기 비가연성 성분 배출구는 상기 두 가장자리부 사이의 수직 갭에 개방되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 강한 확산판의 상부에 경사벽이 배치되어 상기 강한 확산판의 상부에서 상향으로 흐르는 상기 유동화 가스 및 유동매체를 상기 노의 중앙부 쪽으로 향하게 하고, 상기 강한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 점차 올라가는 상향 경사면을 가지며, 상기 강한 확산판은 상기 비가연성 성분 배출구로부터의 거리가 증가됨에 따라 유동화 속도가 점차 증가되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 경사벽 및 노 측벽 사이에 열회수실이 형성되고, 상기 열회수실은 상기 경사벽의 상단부 및 하단부에서 상기 노의 중앙부와 연통되며, 상기 열회수실에 열회수장치가 배치되고, 상기 강한 확산판 및 상기 노 측벽 사이에 제 3확산판이 배치되어 상기 제 3확산판이 상기 강한 확산판의 외측 가장자리부와 인접하게 하고, 상기 제 3확산판은 상기 열회수실의 유동매체에 비교적 낮은 유동화 속도를 제공하도록 유동화 가스를 공급가능하며, 상기 제 3확산판은 상기 강한 확산판의 상향 경사면과 대략 동일하게 경사진 상향 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
11. 제 8항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 유동층 노의 바닥부 및 상기 약한 확산판은 평면상 대략 원형이고, 상기 약한 확산판은 원형부의 중심부는 높고 상기 원형부의 외주 가장자리부는 낮은 원뿔형상이며;

    상기 비가연성 성분 배출구는 상기 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 복수의 부분적인 환상부를 포함하는 구성을 갖고;

    상기 강한 확산판은 환상이며 상기 약한 확산판에 대해 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.
12. 제 8항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 유동화 가스는 공기, 스팀, 산소, 및 연소배기가스로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 가스 또는 복수의 가스 혼합물인 것을 특징으로 하는 유동층 열반응 장치.