KR100660991B1

KR100660991B1 - 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치

Info

Publication number: KR100660991B1
Application number: KR1020060039776A
Authority: KR
Inventors: 김재화; 최시영
Original assignee: 김재화
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2006-12-22

Abstract

본 발명은 폐기물을 소각하고 그 소각열을 이용할 수 있는 폐기물 소각 및 열이용 장치에 관한 것으로서, 폐기물이 투입되는 폐기물 투입부; 상기 폐기물 투입부에서 공급된 폐기물을 저온 열분해하여 중질가스를 발생시키는 중질가스 발생부; 상기 중질가스 발생부의 하부에 위치하여 폐기물의 저온 열분해에 의해 침적하는 고형물을 수집 제거하는 고형물 제거부; 상기 중질가스 발생부에서 유입된 중질가스를 고온 연소시키는 고온 소각부; 상기 고온 소각부의 고온 배기가스를 이용하여 열전달 매체를 가열하는 보일러부; 및 상기 보일러부를 통과한 배기가스가 배출되는 배기부를 포함한다. 본 발명은 폐비닐, 폐프라스틱, 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물을 완전 연소시켜 유해 배기가스를 극소화하고 그 폐열을 이용할 수 있게 한다.

폐비닐, 폐프라스틱, 폐타이어, 2단 연소, 수소-산소 발생기, 다이옥신, 화염발생 장치, 소각로

Description

2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치{TWO STEP COMBUSTION TYPE WASTE INCINERATING AND HEAT-USING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치를 도시한 도면

도 2는 도 1의 고형물 침적부에 대한 평면도

도 3은 도 1의 탱크에 대한 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 폐기물 투입부 12: 최초 투입부

16: 폐기물 대기부 20: 중질가스 발생부

22: 중질가스 발생로 24: 제1송풍기

30: 고형물 제거부 32: 로스톨(rostol)

34: 고형물 침적부 36: 고형물 배출부

40: 고온 소각부 42: 고온 소각로

44: 화염발생 장치 49, 62: 제2송풍기

50: 보일러부 52: 탱크

60: 배기부

본 발명은 폐기물을 소각하고 그 소각열을 이용할 수 있는 폐기물 소각 및 열이용 장치에 관한 것이다.

자연상태에서는 쉽게 분해되지 않아 심각한 환경오염을 유발하고 있는 산업폐기물로서 폐타이어, 폐고무, 폐플라스틱, 폐비닐 등의 가연성 고분자 폐기물을 들 수 있다. 이 중 폐타이어는 교통의 발달과 함께 단일품목으로는 가장 많이 발생하는 폐기물로서, 이의 처리가 사회문제화되고 있으나 현재 국내에서는 그 처리에 채산성이 맞지 않아서, 발생량의 약 70% 이상이 매립 또는 방치되어 2차적인 환경오염을 유발하고 있다.

이러한 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물을 처리하는 방법으로 소각방법이 많이 사용되고 있으나, 불완전 연소에 의해 다이옥신, 일산화탄소 등의 유해 배기가스가 많이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물을 완전 연소시켜 유해 배기가스를 극소화하고 그 폐열을 이용하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치는 폐기물이 투입되는 폐기물 투입부; 상기 폐기물 투입부에서 공급된 폐 기물을 저온 열분해하여 중질가스를 발생시키는 중질가스 발생부; 상기 중질가스 발생부의 하부에 위치하여 폐기물의 저온 열분해에 의해 침적하는 고형물을 수집 제거하는 고형물 제거부; 상기 중질가스 발생부에서 유입된 중질가스를 고온 연소시키는 고온 소각부; 상기 고온 소각부의 고온 배기가스를 이용하여 열전달 매체를 가열하는 보일러부; 및 상기 보일러부를 통과한 배기가스가 배출되는 배기부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치를 도시한 것이다.

이를 참조하면, 본 발명에 의한 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치는 폐기물 투입부(10), 중질가스 발생부(20), 고형물 제거부(30), 고온 소각부(40), 보일러부(50), 및 배기부(60)를 포함한다.

먼저, 폐기물 투입부(10)는 폐타이어, 폐고무, 폐플라스틱, 폐비닐 등의 가연성 고분자 폐기물이 투입되는 부분으로서, 최초 투입부(12), 제1개폐부(14), 폐기물 대기부(16), 및 제2개폐부(18)를 포함하는 것이 바람직하다.

최초 투입부(12)는 가연성 고분자 폐기물이 최초로 투입되는 부분이고, 제1개폐부(14)는 최초 투입부(12)의 하부에서 개폐작동을 하는 부분이다. 폐기물 대기부(16)는 최초 투입부(12)에 적재된 폐기물이 중질가스 발생부(20)에 투입되기 전에 대기하는 부분이고, 제2개폐부(18)는 폐기물 대기부(16)의 하부에서 개폐작동을 하는 부분이다.

폐기물 대기부(16)에 대기하고 있는 폐기물이 중질가스 발생로(22)로 투입되고 그 폐기물이 점화되어 저온 열분해 반응이 시작되면 중질가스가 발생하여 상승하게 되는데, 이때 유해한 중질가스가 폐기물 투입부(10)를 통하여 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해서 제1 및 제2개폐부(14, 18)를 닫아두게 된다.

폐기물 투입부(10)를 최초 투입부(12)와 폐기물 대기부(16)의 2단으로 구성한 이유는, 1단으로 하면 중질가스 발생로(22)에서의 연소 중에 폐기물을 중질가스 발생로(22)로 추가 투입할 때 개폐부가 열리면서 유해한 중질가스가 개폐부를 통하여 외부로 방출될 수 있기 때문이다. 2단으로 구성하면 폐기물 대기부(16)에서 폐기물을 투입하기 위해 제2개폐부(18)를 열어도 그 위의 제1개폐부(14)를 닫아 놓기 때문에 중질가스가 외부로 방출되지 못하게 된다. 한편, 제1 및 제2개폐부(14, 18)는 유압 실린더(15)에 의해서 작동되는 것이 바람직하다.

다음으로, 중질가스 발생부(20)는 공급된 폐기물을 저온 열분해하여 중질가스를 발생시키는 부분으로서, 중질가스 발생로(22)와 제1송풍기(24)를 포함하는 것이 바람직하다.

중질가스 발생로(22)에 최초로 투입된 폐기물을 점화시키고 제1송풍기(24)를 이용하여 공기를 공급함으로써 저온 열분해 반응이 일으나게 된다. 저온 열분해 반응에 의해서 중질가스가 발생되고 이 가스가 연결관(48)을 통하여 고온 소각로(42)로 이동하게 된다. 폐타이어의 저온 열분해시 시키면 연기 형태의 중질가스가 발생하게 된다.

저온 열분해시 중질가스 발생로(22)의 상부의 온도는 100 내지 200℃인 것이 바람직하며, 120 내지 130℃인 것이 더 바람직하다. 이 온도가 100℃ 미만이면 중질가스 발생이 충분하지 않게 되고, 200℃를 초과하면 발생된 중질가스가 연소될 우려가 있다. 제1송풍기(24)의 송풍량을 조절함으로써 상기 온도를 조절하게 된다. 한편, 미설명 번호 26은 보수용 문을 나타낸다.

다음에, 고형물 제거부(30)는 중질가스 발생부(20)의 하부에 위치하여 폐기물의 저온 열분해에 의해 침적하는 고형물을 수집 제거하는 부분으로서, 로스톨(rostol: 고체연료 받이)(32), 고형물 침적부(34), 및 고형물 배출부(36)를 포함하는 것이 바람직하다.

로스톨(32)은 공급되는 폐기물을 받쳐주고 생성된 고형물을 다수의 구멍을 통하여 낙하시키는 것이다. 로스톨(32)에서 낙하된 고형물이 고형물 침적부(34)에 침적하게 되고, 침적된 고형물이 고형물 배출부(36)를 통하여 배출된다.

고형물 침적부(34)에는 침적된 고형물을 고형물 배출부(36)로 밀어 떨어뜨리는, 모터(39)로 구동되는 회전날개(35)가 설치되어 있다. 도 2는 이러한 고형물 침적부(34)의 평면도를 나타낸 것이다. 고형물 침적부(34)에 고형물이 침적되면 모터(39)를 구동하여 회전날개(35)로 침적물을 밀어서 배출구(36-1)로 낙하시킨다. 한편, 미설명 번호 35-1은 회전축, 31은 감속기를 나타낸다.

고형물 배출부(36)에는 고형물 침적부(34)에서 회전날개(35)에 의해 밀어 떨어뜨려진 고형물을 다시 외부로 밀어내는 피스톤 부재(37)가 설치되어 있다. 피스톤 부재(37)는 유압 실린더(38)로 구동된다.

다음에, 고온 소각부(40)는 중질가스 발생부(20)에서 유입된 중질가스를 고 온 연소시키는 부분으로서, 고온 소각로(42)와 화염발생 장치(44)를 포함하는 것이 바람직하다.

고온 소각로(42)는 유입된 중질가스를 화염발생 장치(44)에 의한 화염으로 완전 연소시키는 곳이다. 고온 소각로(42)와 연결관(48)의 내벽에는 내화재(41)가 설치된다. 고온 소각로(42)의 연소온도는 2,000 내지 3,000℃가 바람직하며, 2,200 내지 2,500℃인 것이 더 바람직하다. 이 온도가 2,000℃ 미만이면 완전 연소가 일어나기 어렵고, 3,000℃를 초과하면 내화재(41)가 고열에 견디기 어렵다. 고온 소각로(42)의 외벽에는 관찰용 창(도면에 미도시)을 설치하여 내부 상태를 육안으로 관찰할 수 있도록 하는 것이 좋다. 관찰결과, 유입되는 중질가스의 양을 늘리거나 줄일 필요가 있으면 제1송풍기(24)의 송풍량을 늘리거나 줄이면 된다.

고온 소각로(42)에 화염을 불어 넣는 화염발생 장치(40)는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키는 수소-산소 발생기(45)와, 이에 연결되는 화염분사 노즐(46, 47)을 포함하는 것이 바람직하다. 물을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키는 수소-산소 발생기(45)는 이미 알려져 있는 것이다.

다음으로, 보일러부(50)는 고온 소각로(42)의 고온 배기가스를 이용하여 열전달 매체를 가열하는 부분이다. 열전달 매체로는 물이나 기름이 사용되며, 물이나 기름이 탱크(52)에 저장되고 탱크(52) 내부에 고온 배기가스가 통과할 수 있는 배관이 다수 통과하는 방식으로 탱크가 구성되는 것이 바람직하다.

도 3은 보일러부(50)의 내부에 설치되어 있는 탱크(52)의 사시도로서, 물 탱크(56)와 기름 탱크(58)가 같이 설치되어 있는 예를 나타내고 있다. 각 탱크(56, 58)의 내부에는 고온 배기가스가 통과하는 다수의 배관(57, 59)이 설치되어 있어서 각각 물(51)과 기름(53)에 열을 전달한다. 각 탱크(56, 58)는 중간의 격벽(55)에 의해 분리되어 있다.

이와 같이 물과 기름의 이중 탱크를 이용하면 비등점의 차이에 의해서 고온난방이 필요한 곳에는 기름을 이용하고 저온난방이 필요한 곳에는 물을 이용할 수 있게 된다. 예를 들면, 본 발명의 장치를 비닐하우스 근처에 설치하고, 물 탱크(56)로부터 인출한 물 배관을 비닐하우스 내의 작물이 생육되는 지면에 매설하면 지면을 가열할 수 있고, 기름 탱크(58)로부터 인출한 기름 배관을 비닐하우스 내의 공간에 설치하면 비닐하우스 내부를 가열할 수 있게 된다. 열전달 매체나 탱크(52)의 형태를 위와 같이 하는 것은 일 예에 불과하고 필요에 따라 다양한 변형이 가능할 것이다. 예컨대 필요에 따라 열전달 매체로 물만을 또는 기름만을 사용할 수도 있고 탱크 대신 배관에 열전달 매체를 저장할 수도 있을 것이다. 한편, 보일러부(50)에서 발생할 수 있는 미량의 재를 처리하기 위해서 보일러부(50)의 하부에 재받이(54)를 설치한다.

다음에, 배기부(60)는 보일러부를 통과한 배기가스가 배출되는 부분이다. 고온 소각로(42)에서 중질가스의 완전 연소가 일어나기 때문에 다이옥신이나 일산화탄소 등의 유해가스가 완전산화, 분해되어 물과 이산화탄소로 바뀌므로 유해가스의 배출이 극소화된다.

한편, 중질가스 발생로(22)에서 배기부(60)까지의 각종 가스의 흐름을 배기부(60) 쪽으로 유도하고 역류를 방지하기 위해, 고온 소각로(42)와 배기부(60) 중 적어도 한 쪽에 제2송풍기(49, 62)를 설치하는 것이 바람직하며, 양쪽 모두에 이를 설치하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 의한 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치는 폐비닐, 폐플라스틱, 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물을 완전 연소시켜 유해 배기가스를 극소화하고 그 폐열을 이용할 수 있게 한다.

이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

폐기물이 투입되는 폐기물 투입부;

상기 폐기물 투입부에서 공급된 폐기물을 저온 열분해하여 중질가스를 발생시키는 중질가스 발생부;

상기 중질가스 발생부의 하부에 위치하여 폐기물의 저온 열분해에 의해 침적하는 고형물을 수집 제거하는 고형물 제거부;

상기 중질가스 발생부에서 유입된 중질가스를 고온 연소시키는 고온 소각부;

상기 고온 소각부의 고온 배기가스를 이용하여 열전달 매체를 가열하는 보일러부; 및

상기 보일러부를 통과한 배기가스가 배출되는 배기부를 포함하며,

상기 고형물 제거부는 공급되는 폐기물을 받쳐주고 생성된 고형물을 다수의 구멍을 통하여 낙하시키는 로스톨, 상기 로스톨에서 낙하된 고형물이 침적하는 고형물 침적부, 및 침적된 고형물이 배출되는 고형물 배출부를 포함하고,

상기 고형물 침적부의 하면에 고형물이 낙하할 수 있는 배출구가 설치되어 있으며, 모터구동되는 수직회전축에 부착된 회전날개가 회전하면서 고형물을 상기 배출구를 통하여 낙하시키고, 상기 배출구의 하부에 위치하여 상기 배출구를 막고 있다가 필요시 이동하여 고형물이 낙하되도록 한 다음 다시 반대방향으로 이동하여 낙하된 고형물을 외부로 밀어내는 피스톤 부재가 설치되어 있으며,

상기 고온 소각부는 연소반응이 일어나는 고온 소각로, 및 상기 고온 소각로에 화염을 불어 넣는 화염발생 장치를 포함하고,

상기 화염발생 장치는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키는 수소-산소 발생기, 및 상기 수소-산소 발생기에 연결되는 화염분사 노즐을 포함하며,

상기 보일러부는 물이 채워지는 물 탱크와, 물보다 비등점이 높은 기름이 채워지는 기름 탱크가 격벽을 사이에 두고 분리되어 있고, 상기 물 탱크와 기름 탱크의 내부에 형성된 다수의 배관으로 고온 배기가스가 통과하는 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.
제1항에 있어서,

상기 폐기물 투입부는

폐기물이 최초로 투입되는 최초 투입부;

상기 최초 투입부의 하부에서 개폐작동을 하는 제1개폐부;

상기 제1개폐부를 통하여 낙하된 폐기물이 대기하는 폐기물 대기부; 및

상기 폐기물 대기부의 하부에서 개폐작동을 하는 제2개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.
제1항에 있어서,

저온 열분해시 상기 중질가스 발생부의 상부의 온도는 100 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.
제1항에 있어서,

상기 중질가스 발생부는

저온 열분해에 의해 중질가스가 발생하는 중질가스 발생로; 및

상기 중질가스 발생로에 공기를 공급하는 제1송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 고온 소각부의 고온 연소 온도는 2,000 내지 3,000℃인 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 고온 소각부와 상기 배기부 중 적어도 한 쪽에 설치되어 가스의 흐름을 배기부쪽으로 유도하는 제2송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치.