KR100466006B1

KR100466006B1 - 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템

Info

Publication number: KR100466006B1
Application number: KR10-2001-0011035A
Authority: KR
Inventors: 박병학
Original assignee: 주식회사 그린랜드환경
Priority date: 2001-03-03
Filing date: 2001-03-03
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20020071108A

Abstract

본 발명은 폐기물 매립지로부터 발생되는 매립가스를 연소시키기 위한 쓰레기 매립지의 매립가스 연소시스템을 개시한다. 본 발명은 폐기물 매립지로부터 매립가스의 배출시키는 가스배출파이프와 연통되어 매립가스의 이송통로를 형성하는 가스이송파이프와, 가스이송파이프에 접속되고 매립가스의 연소용 공기를 공급하는 다수의 통기구멍이 형성되어 있는 버너헤드와, 버너헤드에 장착되는 점화플러그와, 점화플러그의 작동에 필요한 전원을 공급하는 태양전지와, 태양전지의 전원을 충전하는 축전지와 점화플러그의 점화주기를 제어하는 컨트롤러를 갖는 점화수단과, 가스이송파이프의 이송통로에 제공되고 매립가스중의 입자상물질과 역화를 차단하는 차단수단으로 구성된다. 본 발명에 의하면, 태양광발전에 의하여 전원을 획득하고 축전지 점화 방식에 의하여 점화플러그의 작동을 주기적으로 제어함으로써, 매립가스의 연소동작을 안정적이고도 효율적이며 보다 경제적으로 수행할 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 매립가스의 연소 이상으로 발생되는 역화를 안전하게 차단하고 매립가스중의 입자상물질을 여과할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템{LANDFILL GAS BURNING SYSTEM}

본 발명은 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물 매립지로부터 발생되는 매립가스를 안정적이고 효율적으로 연소시킬 수 있는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 관한 것이다.

가정 및 산업용 폐기물의 처리 방법으로 매립이 폭넓게 이용되고 있으며, 폐기물 매립지에서는 폐기물중에 포함되어 있는 유기물의 분해에 의하여 매립가스와 유출수가 발생된다. 매립가스중에는 메탄가스가 51%, 이산화탄소가 46%, 황화수소 1.47ppm, 벤젠·톨루엔·자이렌 27.7ppm등이 포함되어 있다. 주지하는 바와 같이 메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화에 직접적인 영향을 주며, 특히 메탄가스는 인화성과 폭발성이 있어 화재의 원인이 되기도 한다.

이와 같이 폐기물 매립지로부터 발생되는 메탄가스의 제어는 지구온난화의 방지와 폐기물 매립지의 안전을 위하여 반드시 실시되어야 한다. 폐기물 매립지의 메탄가스를 제어하는 기술에 대해서는 많은 연구가 활발히 진행되고 있으며, 메탄가스의 통상적인 제어방법으로는 연소장치에 의한 연소가 주로 이용되고 있다.

종래 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템의 일예를 살펴보면, 폐기물 매립지로에는 폐기물의 분해에 의하여 발생되는 매립가스의 배출을 위하여 가스배출파이프가 시공되어 있고, 이 가스배출파이프에 가스이송파이프가 연통되어 있다. 가스배출파이프에는 버너헤드가 접속되어 있으며, 버너헤드에는 스파크를 발생하여매립가스를 점화시키는 점화플러그가 장착되어 있다. 따라서, 가스배출파이프와 가스이송파이프를 통하여 배출되는 매립가스중의 메탄가스는 점화플러그의 스파크에 의하여 점화되어 연소된다.

그런데, 매립가스중의 메탄가스는 배출량과 압력 차이가 매우 심하고 기상조건에 따라 연소중에 자연적으로 소화되는 경우가 흔히 발생하고 있다. 이러한 메탄가스의 지속적인 연소를 위해서는 점화플러그에 의한 주기적인 점화가 요구되고 있으며, 점화플러그의 작동에는 안정적인 전원의 공급과 제어를 필요로 하고 있다.

이와 같은 점화플러그의 작동에 필요한 전원의 공급을 위해서는 통상적인 배전계통의 전력시설이 갖추어져야 한다. 그러나, 폐기물 매립지는 비교적 외딴 곳의 넓은 부지에 마련되고 있으므로, 전력시설의 시설비용과 유지비용이 상당히 많이 소요되어 경제성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 매립가스의 연소 이상으로 역화가 발생할 경우 역화를 차단할 수 있는 차단장치가 필요하였으나, 이를 만족할 만한 차단장치가 개발되지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양광발전에 의하여 점화플러그의 작동에 필요한 전원을 안정적으로 공급하여 연소동작을 효율적이고 경제적으로 수행할 수 있는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구조에 의하여 매립가스의 연소 이상으로 발생되는 역화를 안전하게 차단하고 매립가스중의 입자상물질을 여과할 수 있는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폐기물 매립지로부터 매립가스의 배출을 위하여 시공되는 가스배출파이프와; 가스배출파이프와 연통되어 매립가스의 이송통로를 형성하는 가스이송파이프와; 가스이송파이프에 접속되고, 매립가스의 연소용 공기를 공급하는 다수의 통기구멍이 형성되어 있는 버너헤드와; 버너헤드에 장착되는 점화플러그와; 점화플러그의 작동에 필요한 전원을 공급하는 태양전지와; 태양전지의 전원을 충전하는 축전지와 점화플러그의 점화주기를 제어하는 컨트롤러를 갖는 점화수단과; 가스이송파이프의 이송통로에 매립가스를 통과시킬 수 있도록 제공되고, 매립가스중의 입자상물질과 역화를 차단하는 차단수단으로 구성되고, 차단수단은 와이어 망상체로 이루어지고, 와이어 망상체는 다수의 통기구멍을 갖는 원통형 케이싱에 수납되어 가스배출파이프와 가스이송파이프의 접속부위에 배치되는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연소시스템의 전체 구성을 나타낸 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 연소시스템의 버너헤드와 점화플러그의 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 연소시스템을 부분적으로 절취하여 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 연소시스템의 차단요소를 설치하기 위한 변형 실시예를 부분적으로 절취하여 나타낸 단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

1: 폐기물 매립지 10: 가스배출파이프

20: 가스이송파이프 30: 플랜지커플링

40: 버너헤드 42: 통기구멍

50: 점화플러그 60: 태양전지

70: 축전지 80: 컨트롤러

100: 차단요소 102: 와이어 망상체

이하, 본 발명에 따른 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 연소시스템은 폐기물 매립지(1)의 폐기물중에 포함되어 있는 유기물의 분해에 의하여 발생되는 매립가스의 배출을 위하여 시공되는 중공형의 가스배출파이프(10)를 구비한다. 가스배출파이프(10)는 폐기물 매립지(1)로부터 매립가스를 충분히 배출시킬 수 있도록 가스정(Gas Well: 2)이나 가스포집장치(도시 안됨)에 접속시킨다.

도 1과 도 3을 참조하면, 가스배출파이프(10)의 상단은 폐기물 매립지(1)의 지면에 근접하도록 노출되며, 가스배출파이프(10)의 상단에는 가스배출파이프(10)와 연통되어 매립가스의 이송통로(22)를 형성하는 중공형의 가스이송파이프(20)가 수직하게 접속되어 있다. 가스이송파이프(20)의 중앙에는 매립가스의 흐름을 수동조작에 의하여 제어할 수 있는 밸브(24)가 장착되어 있다. 바람직하기로 밸브(24)는 스테인리스스틸의 볼밸브로 구성한다.

가스배출파이프(10)와 가스이송파이프(20)는 플랜지커플링(30)에 의하여 접속된다. 플랜지커플링(30)은 가스배출관파이프(10)의 상단에 결합되는 제1 플랜지

(31)와, 가스이송파이프(20)의 하단에 결합되는 슬리브(32)와, 슬리브(32)가 관통하여 결합되고 제1 플랜지(31)와 유사한 형태의 제2 플랜지(33)와, 제1 플랜지(31)와 제2 플랜지(33)를 고정하는 고정수단으로 볼트(34)와 너트(35)의 볼트조인트

(Bolt Joint)로 구성된다. 그리고, 제1 플랜지(31)와 제2 플랜지(33) 사이에는 기밀을 위한 가스킷(36)이 개재되어 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 연소시스템은 가스이송파이프(20)의 상단에 접속되는 버너헤드(40)를 구비한다. 버너헤드(40)는 가스이송파이프(20)를 통하여 공급되는 매립가스를 대기중으로 확산흐름(Divergent Current)시킬 수 있도록 매립가스의 흐름방향으로 단면이 점진적으로 넓어지는 대략 나팔형 또는 원추절두체이나 종을 꺼꾸로 세운 형상으로 구성되어 있다. 즉, 버너헤드(40)는 가스이송파이프(20)와 접속되며 가스이송파이프(20)와 유사한 직경을 갖는 접속부(40a)와, 접속부(40a)의 상류에 형성되는 제1 확산부(40b)와, 제1 확산부(40b)의 상류에 형성되는 제2 확산부(40c)와, 제1 확산부(40b)와 제2 확산부(40c)를 곡선형으로 자연스럽게 연결해 주는 만곡부(40d)로 구성되어 있다.

또한, 버너헤드(40)에는 매립가스의 연소에 필요한 공기를 공급하는 다수의 통기구멍(42)이 형성되어 있다. 통기구멍(42)은 버너헤드(40)의 원주방향을 따라 형성되는 다수의 슬롯(42a) 및 구멍(42b)과 버너헤드(40)의 상단에서 하류를 향하여 수직하게 형성되는 다수의 슬릿(42c)으로 이루어져 있다. 이들 슬롯(42a), 구멍

(42b)과 슬릿(42c)을 통하여 버너헤드(40)내로 공급되는 공기는 매립가스와 혼합되어 매립가스의 연소효율을 증대시킨다.

버너헤드(40)의 외면에는 스파크를 발생시켜 매립가스를 점화시키는 하나이상의 점화플러그(50)가 설치된다. 도 1에는 두개의 점화플러그(50)가 버너헤드(40)의 상단부와 중단부를 관통하여 설치된 것이 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로 점화플러그(50)의 개수와 위치는 변경할 수 있다.

도 1과 도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 연소시스템은 점화플러그(50)의 작동에 필요한 전원을 공급하는 태양전지(Solar Battery: 60)와 축전지 방식 점화수단을 구비한다. 점화수단은 태양전지(60)로부터 발전되는 전원을 충전하는 축전지(70)와, 축전지(70)의 전원을 제어하여 점화플러그(50)에 주기적으로 공급하는 컨트롤러(80)로 구성된다. 태양전지(60)는 축전지(70)의 상부에 힌지장치(62)를 중심으로 회전시켜 설치각도를 조절할 수 있도록 구성되어 있으며, 컨트롤러(80)는 축전지(70)의 전면에 장착되어 있다. 본 실시예에 있어서 축전지(70)는 연소시스템을 30일 정도 가동시킬 수 있는 용량을 보유하며, 컨트롤러(80)는 점화플러그(50)의 점화주기를 대략 2초 간격으로 제어한다.

태양전지(60), 축전지(70)는 마운팅프레임(72)에 고정적으로 탑재되어 있으며, 마운팅프레임(72)은 가스배출파이프(10)와 가스이송파이프(20)를 고정적으로 접속하는 플랜지커플링(30)에 볼트(34)와 너트(35)의 체결에 의하여 고정되어 있다. 태양전지(60)와 축전지(70)는 플랜지커플링(30)에 부착되어 있는 것을 설명하였으나 가스이송파이프(20)와 분리하여 설치할 수도 있다.

또한, 컨트롤러(80)의 점화터미널(82a)은 도선(82)에 의하여 점화플러그(50)와 전기적으로 접속되어 있으며 접지터미널(84a)은 접지선(84)에 의하여 지면에 접지되어 있다. 그리고, 컨트롤러(80)의 전면에는 온/오프스위치(86)와 연소시스템의 작동을 표시하는 램프(88)가 구성되어 있다. 가스이송파이프(20)의 외면에는 도선(82)의 배선을 위하여 클램프(90)가 고정적으로 장착되어 있으며, 클램프(90)에는 도선(82)의 절연을 위하여 절연부재(92)가 구비되어 있다.

도 1과 도 3을 참조하면, 본 발명의 연소시스템은 가스이송파이프(20)에 설치되어 매립가스가 통과할 수 있는 통로를 형성하며 매립가스의 연소 이상으로 발생되는 역화를 안전하게 차단하고 매립가스중의 입자상물질을 여과하는 차단요소(100)를 구비한다. 차단요소(100)는 스테인리스스틸의 와이어 망상체(102)로 구성되어 있고, 와이어 망상체(102)는 자체 구조에 의하여 매립가스의 통로를 형성한다. 와이어 망상체(102)는 다수의 통기구멍(104)이 형성되어 있는 원통형 케이싱(106)에 수납되고, 케이싱(106)은 플랜지커플링(30)의 슬리브(32)에 결합된다. 도 3에는 원통형 케이싱(106)에 와이어 망상체(102)가 여러 층으로 수납되어 있는 것이 도시되어 있다. 차단요소(100)의 와이어 망상체(102)는 자체 구조에 의하여 매립가스의 통로를 형성하는 금속직물체나 다공성 금속발포체로 대체할 수 있다. 금속직물체는 스테인리스스틸을 섬유상으로 제조한 후, 이를 펠트상으로 제조한 것으로 서스울(SUS Wool)로 구성할 수 있다. 그리고, 다공성 금속발포체는 스테인리스스틸 또는 알루미늄을 발포성형에 의하여 제조한다.

도 4에는 본 발명에 따른 연소시스템의 차단요소를 설치하기 위한 변형 실시예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 가스이송파이프(20)와 버너헤드(40)의 접속부에는 중공형 하우징(108)이 장착되어 있고, 하우징(108)의 내부에는 스테인리스스틸의 와이어 망상체(102)가 수납되어 있다. 하우징(108)은 나사체결방식에 의하여 상하로 분리할 수 있는 상부몸체(108a)와 하부몸체(108b)로 구성되어 있다. 그리고, 하우징(108)의 상부에는 버너헤드(40)의 접속부(40a)가 나사체결방식에 의하여 결합되어 있으며 하부에는 가스이송파이프(20)의 상단이 나사체결방식에 의하여 결합된다. 본 실시예에 있어서 가스이송파이프(20), 버너헤드(40)와 하우징(108)은 나사체결방식에 의하여 직접적으로 결합되어 있는 것을 설명하였으나, 플랜지조인트에 의하여 연결할 수도 있다. 와이어 망상체(102)를 하우징(108)에 수납하여 설치할 경우 가스이송파이프(20)를 분리하여 하우징(108)의 개수와 위치를 자유롭게 설정할 수 있다. 도 4에는 하우징(108)에 와이어 망상체(102)가 여러 층으로 수납되어 있는 것이 도시되어 있다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 대한 작용을 개략적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 전원공급수단의 태양전지(60)에 의하여 발전되는 전원은 축전지(70)에 충전된다. 컨트롤러(80)는 축전지(70)의 전원 공급을 제어하고 점화플러그(50)의 점화주기를 대략 2초 간격으로 제어하여 스파크를 발생시킨다. 이때, 축전지(70)의 용량이 30일 정도 지속적으로 유지되므로, 태양전지(60)의 발전이 불가능한 야간이나 기상조건에서도 안정적인 연소동작을 영구적으로 지속할 수 있고, 전원 공급을 위한 전력시설의 시설비용과 유지비용이 절감되어 경제성을 크게 증대시킬 수 있다.

한편, 폐기물 매립지(1)의 폐기물중에 포함되어 있는 유기물의 분해에 의하여 발생되는 매립가스가 가스배출파이프(10)와 가스이송파이프(20)를 통하여 버너헤드(40)에 공급된다. 버너헤드(40)에 공급되는 매립가스는 버너헤드(40)의 통기구멍(42)을 통하여 공급되는 공기와 혼합되고, 매립가스중의 메탄가스는 점화플러그(50)의 스파크에 의하여 점화되어 연소된다. 점화플러그(50)의 스파크는 컨트롤러(80)의 제어에 의하여 대략 2초 간격의 주기로 발생되기 때문에 매립가스의 배출량과 압력이 심하게 변동되거나 기상조건이 변화되어 매립가스의 연소가 자연적으로 소화될 경우에도 즉시 점화가 개시되어 연소동작을 안정적으로 유지할 수 있다.

도 3을 참조하면, 매립가스중의 입자상물질은 와이어 망상체(102)에 의하여 여과되어 대기중으로 배출되지 못한다. 따라서, 공기의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 매립가스의 연소 이상으로 인하여 역화가 발생될 경우, 와이어 망상체(102)는 역화되는 화염을 저지시킴으로써 역화로 인한 위험을 안전하게 차단한다. 가스이송파이프(20)의 밸브(24)에 의하여 이송통로를 폐쇄시키고, 컨트롤러(80)의 온/오프스위치(86)를 오프시키면, 연소시스템의 가동이 중단된다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명은 폐기물 매립지 이외에도 메탄가스가 발생되는 예를 들어 오폐수처리시설, 슬러지처리시설, 분뇨처리시설 등에 설치하여 메탄가스의 연소에 동일한 작용을 달성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템에 의하면, 태양광발전에 의하여 전원을 획득하고 축전지 점화 방식에 의하여 점화플러그의 작동을 주기적으로 제어함으로써, 매립가스의 연소동작을 안정적이고도 효율적이며 보다 경제적으로 수행할 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 매립가스의 연소 이상으로 발생되는 역화를 안전하게 차단하고 매립가스중의 입자상물질을 여과할 수 있는 효과가 있다.

Claims

폐기물 매립지로부터 매립가스의 배출을 위하여 시공되는 가스배출파이프와;

상기 가스배출파이프와 연통되어 매립가스의 이송통로를 형성하는 가스이송파이프와;

상기 가스이송파이프에 접속되고, 매립가스의 연소용 공기를 공급하는 다수의 통기구멍이 형성되어 있는 버너헤드와;

상기 버너헤드에 장착되며, 매립가스의 연소를 위한 스파크를 발생시키는 점화플러그와;

상기 점화플러그의 작동에 필요한 전원을 공급하는 태양전지와;

상기 태양전지의 전원을 충전하는 축전지와 상기 점화플러그의 점화주기를 제어하는 컨트롤러를 갖는 점화수단과;

상기 가스이송파이프의 이송통로에 매립가스를 통과시킬 수 있도록 제공되고, 매립가스중의 입자상물질과 역화를 차단하는 차단수단으로 구성되고,

상기 차단수단은 와이어 망상체로 이루어지고, 상기 와이어 망상체는 다수의 통기구멍을 갖는 원통형 케이싱에 수납되어 상기 가스배출파이프와 상기 가스이송파이프의 접속부위에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 점화수단의 컨트롤러는 도선에 의하여 상기 점화플러그와 전기적으로 접속되고, 상기 도선은 상기 가스이송파이프의 외면에는 고정적으로 장착되어 있는 클램프에 의하여 배선되며, 상기 클램프에는 상기 도선의 절연을 위하여 절연부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 버너헤드는 상기 가스이송파이프와 접속되는 접속부와, 상기 접속부의 상류에 형성되는 제1 확산부와, 상기 제1 확산부의 상류에 형성되는 제2 확산부와, 상기 제1 확산부와 제2 확산부를 곡선형으로 연결해 주는 만곡부로 구성되고, 상기 통기구멍은 버너헤드의 원주방향을 따라 형성되는 다수의 슬롯 및 구멍과 상기 버너헤드의 상단에서 하류를 향하여 수직하게 형성되는 다수의 슬릿으로 이루어지는 폐기물 매립지의 매립가스 연소시스템.
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