KR100681602B1 - 연료의 연소방법, 버너 및 재 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료의 연소방법, 버너 및 재 처리장치에 관한 것으로서 소각재를 버너의 화염에 의해 용융시키는 경우, 연소배출가스 중의 다이옥신류의 발생을 억제하기 위해, 중유 등의 액체연료에 산화환원전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를, 용적비로 5∼20% 혼합하고, 또한 감압비등하여 에멀전화하고 나서 버너(22)에서 연소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

연료의 연소방법, 버너 및 재 처리장치{METHOD AND BURNER FOR COMBUSTION OF FUEL AND APPARATUS FOR PROCESSING ASH}

도 1은 본 발명의 실시형태의 예에 관한 재 처리장치를 도시한 단면도,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도,

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도,

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도,

도 5는 본 발명의 실시형태의 예에 관한 버너를 도시한 일부 블럭도를 포함하는 확대단면도,

도 6은 동 주요부를 확대하여 도시한 단면도,

도 7은 동 버너의 실시형태의 제 2 예를 도시한 단면도,

도 8은 동 주요부를 확대하여 도시한 측면도,

도 9는 환원수 제조장치를 도시한 개략 단면도,

도 10은 재처리장치의 실시예에서 측정한 다이옥신 배출농도를 종래예와 비교하여 도시한 선도,

도 11은 동 실시예의 세연수에서의 다이옥신 배출농도를 종래예와 비교하여 도시한 선도,

도 12는 동 실시예의 재를 용융시켜 형성된 배출 슬래그에서의 다이옥신 배 출농도를 종래예와 비교하여 도시한 선도 및

도 13은 동 실시예에서의 배출 CO 농도와 로 내의 온도를 시간의 관계로 도시한 선도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 재 처리장치 12: 연소실

14: 로 본체 16: 로 바닥부

16A: 경사방향하단 16B: 경사방향상단

17: 오목 원호상 저면 18: 재 투입장치

20: 제 1 버너 22: 제 2 버너

26: 재 투입관 28: 재 호퍼

30: 푸셔 49: 배출가스통로

50: 환원수 분무장치 52: 아우터노즐

52A: 외측노즐개구 54: 이너노즐

54A: 내측노즐개구 56: 연료공급장치

58: 에어펌프 60: 연료봄베

62,78: 감압장치 90: 환원수 제조장치

본 발명은 쓰레기 소각재 등을 가열용융하여 용융슬래그로서 처리하는 재 처 리장치 및 이에 사용하는데 적합한 연료의 연소방법, 버너에 관한 것이다.

공장이나 가정으로부터 배출된 쓰레기를 소각한 재를 용융하여 용융 슬래그로 하고, 이에 의해 재의 용적을 대폭 감소시킴과 동시에 재 중에 포함되는 유해금속 등의 비산을 방지하고, 또한 용융고화한 슬래그를 건축재료의 골재 등으로서 이용하는 것이 도모되고 있다.

이와 같은 소각재 용융처리장치의 하나로서 예를 들어 일본 특개평7-273158호에 기재된 바와 같은 것이 있다. 이 일본 특개평7-273158호 공보에 개시된 재 처리 장치는 호퍼로부터 낙하하는 도중의 재에 버너로부터의 화염을 분사하여 가열용융하고, 연소실내에서 기울어져 배치된 로 바닥부상에 낙하시켜, 이 로 바닥부상을 용융 슬래그가 흘러 내릴 때, 더욱 버너에 의해 가열하여 완전용융시키고, 기울어진 로 바닥부 하단으로부터 아래쪽의 물로 낙하하여 고화시켜, 고형물 슬래그를 회수하도록 한 것이다.

상기 일본 특개평7-273158호 공보에 개시된 재 처리장치는 호퍼 내에 설치된 필드스크류에 의해 재를 연소실내에 아래쪽으로 돌출하는 통형상부 내에 밀어 넣고, 이 통형상부내에서 버너로부터 불어 넣어진 화염에 재를 접촉시키도록 이루어져 있지만, 호퍼내의 재의 양이 충분하지 않은 경우에는 연소가스가 통형상부로부터 호퍼내에 올라가는 문제점이 있다.

또한, 통형상부의 용적이 작으므로 버너로부터 불어 넣어지는 화염이 충분한 와류를 형성할 수 없고, 따라서 재를 충분히 가열용융할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 용융 슬래그가 기울어진 로 바닥부를 따라서 흘러 내리지만, 상기 로 바닥부의 선단(하단)에서 온도가 저하되어, 여기에서 고화퇴적이 발생하고 이 때문에 로 바닥부에 용융 슬래그가 두껍게 고여, 경우에 따라서는 온도가 낮은 저면에서는 용융 슬래그가 로 바닥부에 부착, 고화되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 재 처리장치에 있어서, 재를 가열용융하기 위한 화염을 형성하는 버너는, 예를 들어 일본 특개평6-281114호 공보에 개시된 바와 같은 것이 사용되고 있다.

이 버너는 연소용 공기가 공급되는 내측 통형상부내에 연료를 분출하는 노즐을 상기 내측 통형상 부재와 동축적으로 배치하고, 노즐로부터 분출된 연료와 내측 통형상 부재로부터 공급되는 공기를 혼합하고, 이 혼합기체를 원추형상 부재의 선단에 의해, 앞쪽으로 확장 개방되는 원추면형상의 흐름으로 하고, 이 혼합기체의 흐름에 대하여 상기 원추형상부재의 외측에 배치된 통형상 부재의 선단으로부터 나선 공기흐름을 분출시키고, 상기 혼합기체를 이 나선공기흐름에 연소실내에서 선회시키면서 연소가 실시되도록 한 것이다.

상기와 같은 버너는 노즐로부터 분출된 연료와 내측통형상부재로부터 공급되는 공기에 의해 형성된 혼합기체가, 원추형상 부재에 분사되므로, 상기 원추형상 부재의 외부 둘레에 액상 연료가 부착되어 혼합기체에서의 연료의 농도가 낮아져 충분히 고온의 연소를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

이에 대하여, 본 발명자는 일본 특개평10-73229호에 개시된 바와 같이, 로 바닥부의 앞쪽의 통형상 부재내에서 재와 화염을 접촉시킬 필요가 없고, 로 바닥부상에서 재를 충분히 가열용융할 수 있도록 한 재 처리장치를 제안했다. 또한, 재 의 가열용융에 사용하는 버너에 있어서, 연료를 효율 좋고 고온에서 연소시킬 수 있도록 한 재 처리장치를 제안했다.

그러나, 상기 재 처리장치에서는 고효율로 소각재를 가열용융할 수 있고, 또한 상기 재 처리장치에서의 로 내 온도를 1450℃ 이상으로 유지함으로써, 연기를 포함하는 배출가스 중의 다이옥신류를, 어느 정도 억제할 수 있었지만, 2002년의 규제값을 하회하게 할 수는 없었다.

특히, 소각재 중에 미연소된 폐기 플라스틱, 염화비닐 등이 혼입되어 있는 경우에는 다이옥신류의 발생량을 억제하는 것이 더욱 곤란했다.

또한, 2002년의 다이옥신류 배출량 규제값은 소형로에서 5ng-TEQ/㎥N, 중형로에서 1ng-TEQ/㎥N, 대형로에서 0.1ng-TEQ㎥N이다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 환원수를 사용한 연소방법, 버너 및 상기 버너를 사용한 재 처리장치에 의해 배출가스중의 다이옥신류의 양을 대폭 감소시키고, 예를 들어 2002년의 규제값도 하회할 수 있도록 한 연료연소방법, 버너 및 재 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 본 발명자의 연구 결과, 예를 들어 중유로 이루어진 액체연료 중에, 전기분해에 의해 산화환원전위가 저하된 물(일본 특허 제2623204호 참조)를 혼입하고 이것을 감압비등시켜, 즉 에멀젼화하고 나서 연소시키면 연소배출가스중의 다이옥신류가 대폭 감소된다는 견지에 기초하는 것이다.

또한, 연소후의 연기를 포함하는 배출가스 중에 환원수를 분무함으로써 다이이옥신류의 발생을 더욱 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

본 발명의 연료의 연소방법은 액체연료에 산화환원전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를, 용적비로 5∼20% 혼합하고, 또한 이것을 감압비등하여 에멀전화하고 나서 연소시키는 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법에 의해 상기 목적을 달성하는 것이다.

또한, 환원수가 5% 미만에서는 효과가 적고, 20%를 초과하면 효과가 감소했지만, 15%일 때 다이옥신 감소효과가 최대였다. 또한, 다이옥신 감소효과는 상기 산화환원전위가 -100㎷ 보다도 클 때 적고, 작을수록 크지만 현재의 기술에서의 최소전압은 -2500㎷이다.

상기 연료의 연소배출가스 중에, 산화환원전위가 -100∼2500㎷로 저하된 환원수를 분무시키도록 해도 좋다.

또한, 상기 환원수는 물 중에 제 1, 제 2, 제 3 전극을 배치하고 상기 제 1, 제 2 전극으로서 산화환원전위를 저하시키는 금속으로 이루어진 전극을 사용하며, 상기 제 1, 제 2 전극사이에 교류를 인가하고 상기 제 3 전극을 접지함으로써 상기 제 1, 제 2 전극으로부터 상기 제 3 전극에 상기 물을 거쳐 직류전류를 흐르게 하여 상기 물을 전기분해하여 형성하며, 상기 제 1, 제 2 전극을 알루미늄 또는 마그네슘 중 한쪽으로 구성해도 좋다.

상기 액체연료는 중유, 등유, 경유, 폐유, 알콜 또는 디메틸에테르 중 어느 것으로 해도 좋다.

버너의 발명은 선단에 바깥측 노즐개구를 구비한 통형상의 아우터 노즐과, 아우터 노즐의 내측에, 이와 동축적으로 배치되고 선단에 상기 외측노즐개구와 동심상이고, 또한 그 축방향 내측에 근접한 위치에서 개구하는 내측노즐개구를 구비한 이너노즐과, 상기 이너노즐 내에 산화환원전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를, 용적비로 5∼20% 혼합한 액체연료를 공급하는 연료공급장치와, 상기 이너노즐 내에 설치되고 상기 공급된 연료를 감압비등시키는 감압장치를 구비하여 이루어지고, 감압비등에 의해 적어도 일부가 기화한 상기 연료를 상기 내측노즐개구로부터 분출시켜, 그 적어도 일부와 공기를, 상기 내측 노즐개구와 외측노즐개구 사이의 위치에서 혼합시키며, 외측노즐개구로부터 분출시키는 것을 특징으로 하는 버너에 의해 상기 목적을 달성하는 것이다.

또한, 상기 버너에, 물 중에 제 1, 제 2, 제 3 전극을 배치하고 제 1, 제 2 전극으로서 산화환원전위를 저하시키는 금속으로 이루어진 전극을 사용하며, 상기 제 1, 제 2 전극사이에 교류를 인가하고 상기 제 3 전극을 접지함으로써 상기 제 1, 제 2 전극으로부터 상기 제 3 전극에 상기 물을 거쳐 직류전류를 흐르게 하고, 상기 물을 전기분해하여 이것을 상기 연료공급장치에 공급하는 환원수 제조장치를, 또한 설치하도록 해도 좋다.

재 처리장치의 발명은 연소실을 형성하는 로 본체와, 상기 연료실내에 길이방향으로 경사지게 배치되고, 경사방향 하단으로부터 재가 용융하여 형성된 용융 슬래그를 흘러 내리게 하는 홈형상의 로 바닥부와, 상기 로 바닥부의 경사방향의 상단에 재를 공급하는 재 투입장치와, 상기 연소실에 설치되고 상기 로 바닥부의 길이방향 중간부 및 경사방향의 하단에, 각각 화염을 분사하는 제 1 및 제 2 버너를 구비하여 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 버너 중 적어도 한쪽을, 상기 버너로 구성한 것을 특징으로 하는 재 처리장치에 의해 상기 목적을 달성하는 것이다.

또한, 상기 연소실에 발생한 연기를 포함하는 배출가스를 외부에 배출시키는 배출가스통로를 지나는 배출가스 중에, 산화환원전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를 분무하는 환원수 분무장치를 설치하도록 해도 좋다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관한 재 처리장치를 상세하게 설명한다.

도 1∼4에 도시한 바와 같이, 이 실시형태의 예에 관한 재 처리장치(10)는 연소실(12)을 형성하는 로 본체(14)와, 상기 연소실(12)내에 길이방향으로 기울어져 배치되고 경사방향하단(16A)으로부터 재가 용융하여 형성된 용융 슬래그를 흘러 내리게 하는 홈형상의 로 바닥부(16)와, 상기 로 바닥부(16)의 경사방향 상단(16B)에 재를 공급하는 재 투입장치(18)와, 상기 연소실(12) 상측의 로 본체(14)의 천정부(15)에 배치된 제 1 및 제 2 버너(20, 22)를 구비하여 이루어지고, 상기 제 1 버너(20)는 로 바닥부(16)의 길이방향 중간부에 그 화염을 분사하도록 이루어지고, 또한 제 2 버너(22)는 로 바닥부(16)의 경사방향 하단(16A)을 향하여 그 화염을 분사하도록 설정되어 있다.

상기 로 바닥부(16)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 오목 원호상 저면(17)을 구비하고, 연소실(12)을 가로지르도록 도 1에서 좌우 방향으로 약 20도 의 경사로 직선적으로 연장되고, 상기 경사방향하단(16A)은 수직 하(下)방향으로 형성된 슬래그 낙하구(24)를 향하여 배치되어 있다.

상기 재 투입장치(18)는 상기 로 바닥부(16)의 경사방향상단(16B)에 로 본체(14)의 벽을 관통하여 접속된 직선형상의 재 투입관(26)을 구비하고 있다.

이 재 투입관(26)은 단면이 장방형상이고, 또한 그 길이방향은 도 4에 도시한 바와 같이 중심축선이 상기 로 바닥부(16)의 중심축선과 폭방향으로 일치하도록, 상기 로 바닥부(16)와 정렬하여 배치되어 있다. 또한, 상하방향에는 재 투입관(26)이 로 바닥부(16) 보다도 위쪽으로 어긋나 있다.

상기 재 투입장치(18)는 상기 재 투입관(26)과, 이 재 투입관(26)의 로 밖에서의 상단부 근방에 위쪽으로부터 접속하여 배치된 재 호퍼(28)와, 상기 재 투입관(26)과 동축적으로 배치되고, 재 호퍼(28)의 하단으로부터 재 투입관(26) 내에 유출된 재를, 로 바닥부(16)의 경사방향상단(16B)을 향하여 밀어 낼 수 있도록 이루어진 푸셔(30)를 구비하여 구성되어 있다.

도 1∼도 4의 부호 "32"는 로 본체(14)의 외측 전체를 덮는 냉각수 재킷, 도 1, 도 3의 부호 "32A"는 냉각수 입구, 도 2 및 도 3의 부호 "32B"는 냉각수 출구, "34"는 연소실(12) 내, 특히 로 바닥부(16)의 경사방향하단(16A) 근방을 관찰하기 위한 관찰창, 도 1∼도 4의 부호 "36"은 열풍 분출구를 각각 도시한다.

상기 슬래그 낙하구(24)의 아래쪽에는 고화 슬래그 배출용 스크류(38)를 구비한 냉각수조(40)가 배치되어 있다.

또한, 상기 로 본체(14) 내의, 상기 로 바닥부(16)의 아래쪽에는 2개의 연결 구(40A)를 통하여 상기 냉각수조(40)의 상방부와 연결되는 연기 저장부(42)가 설치되어 있고, 도 3에 도시한 바와 같이, 이 연기 저장부내(42)에 고인 연기 및 수증기는 연기 배출구(44)를 통하여 열 교환기(46)를 거쳐 2차 연소로(48)에 이르고, 여기에서 미연소 부분이 2차 연소되고 나서 배출가스통로(49)를 지나 외부로 배출되도록 이루어져 있다. 상기 배출가스통로(49)의 도중에는 이곳을 지나는 연기를 포함하는 배출가스 중에 산화환원전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를 분무하는 환원수 분무장치(50)가 설치되어 있다.

상기 열교환기(46)에는 도 3에 도시한 바와 같이 일차 연소용 공기가 공기입구(46A)로부터 도입되고, 반대측의 공기출구(46B)로부터 일차 연소에 의해 발생한 배출연기 및 수증기와 열교환에 의해 가열된 예열공기가 추출되고, 상기 공기출구(46B)로부터, 상기 예열공기가 연소실(12)에 설치된 열풍 분출구(36)로부터 연소실(12) 내에 분출되도록 이루어져 있다.

다음에, 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 제 1 및 제 2 버너(20, 22)에 대해 설명한다.

상기 제 1 및 제 2 버너(20,22)는 동일형상이므로, 제 1 버너(20)를 설명함으로써 제 2 버너(22)에 대해서는 설명을 생략하는 것으로 한다.

상기 제 1 버너(이하 버너)(20)는 선단에 외측노즐개구(52A)를 구비한 통형상의 아우터 노즐(52)과, 상기 아우터 노즐(52)의 내측에, 이것과 동축적으로 배치되고 선단에 상기 외측노즐개구(52A)와 동심형상이고 또한 그 축방향 내측에 근접한 위치에서 개구하는 내측노즐개구(54A)를 구비한 이너노즐(54)과, 상기 이너노즐(54)을 향하여 중유에 환원수(상세후술)를 혼합한 연료를 공급하는 연료공급장치(56)와, 상기 이너노즐(54)내에 설치되고 상기 공급된 연료를 감압비등시키는 감압장치(62)를 구비하여 이루어지고, 감압비등에 의해 일부 또는 전부가 기화된 연료를 상기 내측노즐개구(54A)로부터 분출시키고, 아우터노즐(52)과 이너노즐(54) 사이의 고리형 공간(53)에 공급된 공기와 혼합하여 외측노즐개구(52A)로부터 분출시키고, 이 분출류를 착화연소시키는 것이다.

도 5의 부호 "58"은 상기 아우터노즐(52)과 이너노즐(54) 사이의 고리형 공간(53) 사이에 공기를 감압하여 공급하기 위한 에어펌프를 나타낸다. 상기 연료공급장치(46)에는 혼합하여 이루어진 연료를 수납하고, 또한 이것을 상기 이너 노즐(54)의, 내측노즐개구(54A)와 반대측의 기단에 공급하기 위한 연료 봄베(60) 및 개폐밸브(61)를 포함한다.

상기 이너노즐(54)은 상기 내측노즐개구(54A)를 구비한 노즐부(55A)와 이 노즐부(55A)의 기단이 나사식 결합되어 있는 중간통부(55B)와, 이 중간통부(55B)의 기단측에 나사식 결합되어 있는 연료공급관(55C)으로 구성되고, 이 중심을 지나 연료통로(64)가 형성되어 있다.

상기 감압장치(62)는 연료통로(64)의 도중에 형성된 연료저장부(66)와, 상기 연료 저장부(66) 내에 상기 연료저장부(66)를 상기 내측노즐개구(54A)측과 연료 봄베(60)측으로 나눔과 동시에, 이것을 다수의 가는 구멍(68A)에 의해 연통되도록 한 감압판(58)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 연료저장부(66)는 상기 중간통부(55B)의 기단과 연료공급관(55C)의 선 단 사이에 형성되고, 감압판(68)은 중간통부(55B)의 기단 외측에 나사식 결합됨과 동시에, 상기 연료 공급관(55C)의 선단은 중간통부(55B)에 나사식 결합되어 있는 상기 감압판(68)의 기단측 외부 둘레에 나사식 결합되어 있다.

이 감압판(68)은 도 6에 확대하여 도시한 바와 같이, 이너노즐(54)의 기단방향으로 돌출하는 원추사다리꼴 형상으로 이루어지고, 연료봄베(60)로부터 이너노즐(54)의 기단에 공급된 액상의 연료가 가는 구멍(68A)을 지나 내측 노즐개구(54A) 방향으로 도출시킬 때, 이것을 감압하여 비등시키도록 하고 있다.

도 5의 부호 "70"은 상기 내측노즐개구(54A)를 형성하도록 노즐부(55A)의 선단에 부착되어 있는 제트링을 도시한다.

상기 아우터 노즐(52)은 외측노즐개구(52A)가 형성되어 있는 노즐부(53A)와, 이 노즐부(53A)의 기단이 나사식 결합되어 있는 통부(53B)로 구성되어, 통부(53B)에는 에어조인트(59A)를 통하여 에어펌프(58)로부터의 공기를 도입하는 공기공급관(59B)이 나사식 결합되어 있다.

도 5의 부호 "72"는 상기 아우터노즐(52)에서의 노즐부(53A)와 통부(53B)가 나사식 결합될 때, 양자간에 부착 고정되는 센터링을 나타낸다. 상기 센터링(72)은 상기 이너노즐(54)에서의 중간통부(55B) 선단근방을 바깥쪽으로부터 지지하고, 이너노즐(54)을 아우터노즐(52)과 동축적으로 위치 결정하는 것이다.

상기 센터링(72)은 상기 중간통부(55B)의 선단으로부터 축방향으로 연장되고, 또한 이것과 직각으로 굴곡되며, 약 30^。각도 범위로 형성된 부착홈(73)에 축방향으로 삽입되고, 원주방향으로 회전됨으로써 중간통부(55B)에 끼워 설치되어 있다.

상기 이너노즐(54)을 내장한 아우터노즐(52)은 에어블로어(도시 생략)로부터의 공기가 공급되는 외측공기공급관(76)의 중심축선상에 배치되어 있다.

상기 중유에 혼합하는 환원수는 예를 들어 일본 특허 제 2623204호에 개시된 방법으로 제조한다.

즉, 도 9에 도시한 바와 같이 물을 넣은 용기(80)내에 제 1, 제 2, 제 3 전극(82A,82B,82C)을 설치하고, 제 3 전극(82C)은 접지하며, 제 1 및 제 2 전극(82A,82B)에 10V∼200V의 전압으로 20㎐ 이상의 고주파의 교류를, 제 1, 제 2 고주파 스위치(84A,84B)의 작용으로 번갈아 인가함으로써 제 1, 제 2 전극(82A,82B)으로부터 제 3 전극(82C)에, 상기 물을 지나 직류전류를 흐르게 하고, 전극간의 물을 전기분해하도록 한 환원수 제조장치(90)에 의해 환원수가 형성되는 것이다.

여기에서, 상기 제 1, 제 2 전극(82A,82B)은 산화환원전위를 저하시키는, 예를 들어 리튬, 아연, 마그네슘, 철, 스텐레스, 알루미늄, 동 등의 금속으로 구성되어 있다.

이와 같은 전기분해에 의해 물의 산화환원전위를 -100㎷∼-2500㎷ 정도까지 저하시키면, 상술한 일본 특허 제 2623204호 명세서에 기재된 바와 같이, 물의 세정력이 증대되거나 유기화합물을 무해화하는 것이 알려져 있지만, 본 발명자는 이 산화환원전위가 저하된 환원수를 중유 등의 액체연료에 혼합하여 연소시키면, 연소배출가스중의 다이옥신류의 발생을 대폭 억제할 수 있다는 것을 발견했다.

여기에서, 상기 액체연료는 중유, 등유, 경유, 폐유, 알콜 또는 디메틸에테르 중 어느 것이어도 좋다.

또한, 상기 환원수의 혼합비는 용적비로 5∼20% 정도가 좋다. 또한, 환원수가 5% 미만에서는 효과가 적고, 20%를 초과하면 효과가 감소했지만, 15%일 때 다이옥신 감소효과가 최대였다. 또한, 다이옥신 감소효과는 상기 산화환원전위가 -100㎷ 보다도 크면 적고, 작을 수록 크지만 현재의 기술에서의 최소 전압은 -2500㎷이다.

상기 환원수는 미리 제조하여 두고, 이것을 액체연료와 혼합해도 좋고, 또한 상술한 바와 같은 제 1∼제 3 전극(82A∼82C)를 포함하는 환원수 제조장치(90)에 의해, 연속적으로 환원수를 제조하면서, 이것은 상기 연료공급장치에 공급하도록 해도 좋다.

다음의 상기 재 처리장치(10)에 의해 재(灰)를 용융하는 과정에 대해서 설명한다.

제 1 버너(20) 및 제 2 버너(22)에 점화하여 화염을 연소실(12) 내에 분사하여 예열한 상태에서, 재 호퍼(28)로부터 재 투입관(26)내에 낙하한 재를 푸셔(30)에 의해, 로 바닥부(16)의 경사방향상단(16B)상에 밀어낸다.

이 버너(20)에서는 상기 환원수와 중유를 혼합하여 이루어진 연료가 연료 저장부(66) 중의 감압판(68)에서의 가는 구멍(68A)으로부터 유출할 때 감압비등하여 기화 및 미립자가 되고, 이너노즐(54) 선단의 제트링(70)으로부터 압력을 가지고 분출된다. 이 때, 에어펌프(58)로부터 압송되는 공기와 양호하게 혼합되고 착화연소한다.

아우터노즐(52)로부터 분출한 연소불꽃은 또한 외측공기공급관(76)으로부터의 공기와 혼합됨으로써 완전 연소됨과 동시에, 상기 외측공기공급관(76) 선단의 출력개구(76A)로부터 공기흐름을 타고 연소실(12)내에 유입된다.

상기 로 바닥부(16)는 그 폭방향의 크기가, 출력개구(76A) 보다도 상당히 크지만, 상기 출력개구(76A)가 전방으로 확장 개방되는 테이퍼형상으로 형성되어 있으므로, 화염이 널리 방사되어 로 바닥부(16)의 길이방향 및 폭방향의 상당부분을 덮도록 하여 화염이 도달하게 된다.

특히, 로 바닥부(16)는 그 저면이 오목 원호상 저면(17)으로 되어 있으므로, 제 1 버너(20)로부터 분사된 화염은 상기 원호상 저면(17)을 따라서 로 바닥부(16)의 폭방향 및 길이방향으로 흐르고, 그 동안에 상기 로 바닥부(16) 상의 재를 충분히 가열용융한다.

로 바닥부(16) 상에서 재가 가열용융되어 용융 슬래그가 되어 로 바닥부(16)의 경사방향하단(16A)에 도달하면, 제 1 버너(20)의 화염이 닿지 않거나 로 바닥부(16)가 끊어져서 아래쪽으로 방열되기 쉬우므로, 여기에서 용융 슬래그가 냉각 고화되기 쉽지만, 여기에서는 상기 제 2 버너(22)로부터의 화염이 분사되므로 용융슬래그가 로 바닥부(16)상에 퇴적되지 않고, 슬래그 낙하구(24)를 통하여 냉각수조(40)내에 낙하한다.

냉각수조(40)내에 낙하한 용융 슬래그는 냉각에 의해 고화되고, 또한 그 냉각이 순간적이므로 가늘게 파쇄할 수 있다. 이 가늘게 파쇄된 고형 슬래그는 스크 류(38)에 의해 외부에 배출되고 콘크리트 골재 등에 이용된다.

용융 슬래그가 냉각수조(40)내의 물에 의해 냉각될 때에 다량의 수증기가 발생한다. 또한, 이 냉각수조(40)의 위쪽에는 연소실(12)내에서 발생한 연기, 및 고온의 연소가스가 흘러내려 오고 수증기와 함께 연기 저장부(42) 내에 유출된다.

상기 연기 저장부(42)에 유출된 연기 및 수증기를 포함하는 고열가스는 연기배출구(44)로부터 열교환기(26)를 거쳐, 2차 연소로(48)에 이르고, 여기에서 2차 연소용 공기에 의해 완전 연소되며, 배출가스통로(49)를 지나 외부로 배출된다. 상기 가스배출통로(49)의 도중에 설치되어 있는 환원수 분무장치(50)로부터, 여기를 지나는 연기를 포함하는 배출가스 중에 산화환원전위가 -100∼-25000㎷로 저하된 환원수가 분무된다.

상기 열교환기(46)에는 공기입구(46)로부터 외부공기가 도입되어, 고온가스와의 열교환에 의해 가열된 후에 공기출구(46B)를 거쳐, 연소실(12)의 열풍 분출구(36)로부터 연소실(12)내 분출되고, 로 본체(14)상의 재의 가열효율을 향상시킨다.

상기 재 처리장치(10)에서는 재 호퍼(28)내의 재가 일단 재 투입관(26)에 낙하한 후, 푸셔(30)에 의해 로 바닥부(16)상에 밀어 내어지므로, 재의 양이 적은 경우에도 재 투입관(26)을 재에 의해 막아 둘 수 있고, 따라서 연소실(12)내의 연소가스가 재 호퍼(28)로 역류하는 일이 없다.

또한, 로 바닥부(16)와 재 투입관(26)은 그 중심축선이 폭방향과 일치하여 배치되어 있으므로, 푸셔(30)에 의해 투입된 재는 원활하게 로 바닥부(16)로 이동 배치된다.

또한, 로 바닥부(16)는 오목 원호상 저면(17)을 구비하고 있으므로, 제 1 버너(20)로부터의 화염이 상기 오목 원호상 저면(17)을 따라서 로 바닥부(16)내를 폭 방향 및 길이 방향으로 흐르므로, 화염과 재의 접촉시간이 길어져, 재를 충분히 가열용융할 수 있다.

또한, 로 바닥부(16)는 원호형상 이외의 저면 형상의 홈이어도 좋다. 예를 들어 V자형상, 오목 형상이어도 좋다. 단, 이 경우, 분사된 화염이 길이방향으로 원활하게 흐르지만, 폭방향의 흐름이 형성되기 어려운 경우가 있다.

또한, 제 1 버너(20)로부터의 화염의 일부가, 기울어진 로 바닥부(16)를 따라서 흘러 내리거나, 제 2 버너(22)도 이것과 동일한 방향으로 화염을 분사하므로, 연소실(12)내에서 강한 와류가 형성되어 연료가 효율적으로 연소되어 재를 고온으로 가열용융할 수 있다.

특히, 제 1 및 제 2 버너(20,22)는 그 출력개구(76A)가 앞쪽으로 확장개방되는 테이퍼형상으로 형성되어 있으므로, 선회류 형성 파이프(60)에 의해 발생한 공기의 선회류를 타고, 연소실(12)내에 확산되면서 방사되어 로 바닥부(16) 상의 재를 효율좋게 가열할 수 있다.

또한, 상기 재 처리장치(10)에서 제 1 및 제 2 버너(20,22)는 모두 앞쪽으로 확장 개방하는 출력개구(76A)를 구비하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 적어도 제 1 버너(20)가 테이퍼형상의 출력개구(76A)를 갖는 것이면 좋다. 제 2 버너(22)에 대해서는 로 바닥부(16)의 경사방향 하단(16A)를 집중하여 가열하는 것이면 좋으므로, 분출하는 화염을 크게 확산시키지 않아도 좋은 경우가 있다.

상기 버너(40)에서의, 연료를 감압비등시키기 위한 감압장치(62)는 가는 구멍(68A)을 구비한 감압판(68)으로 구성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 다른 감압수단이어도 좋다.

예를 들어 도 7에 도시한 바와 같은 다른 구조의 감압장치(86)이어도 좋다.

상기 감압장치(86)는 상기 도 5의 중간통부를, 중간부(55D), 그 양측에 나사식 결합되는 양단부(55E, 55F)로 3분할하여 구성하고, 중간부(55D)와 양단부(55E, 55F) 사이에, 연료통로(64)를 흐르는 연료에 서로 반대방향의 선회류를 형성하는 한쌍의 선회류 형성날개(88A,88B)를 배치한 것이다.

각 선회류 형성날개(88A,88B)는 도 8에 도시한 바와 같이 원주방향 45˚의 등각도 간격으로 8장의 날개를 구비함과 동시에, 이 날개가 연료통로(64)의 축방향에서 보아, 원주방향의 위상이 22.5˚ 어긋나도록 배치되어 있다.

본 발명자에 의한 실증로(소형로) 테스트를, 연료를 A중유, 환원수의 산화환원전위를 -450㎷, 환원수의 비율을 용적비로 5%, 15%로 하고, 또한 동일한 환원수를, 세연수로서 배출가스중에 10ℓ/h를 분무하고, 또한 표 1에 나타내는 조건으로 실시한 바, 표 2에 나타내는 환원수를 사용하지 않는 통상 조업의 경우와 비교하여, 표 3 및 도 10∼12에서의 제 3 회, 제 4 회(통상 조업은 제 1 회, 제 2 회)의 난에 나타낸 바와 같이 가스 배출중의 다이옥신류의 발생을 대폭 억제할 수 있고, 또한 그 발생량은 2002년의 규제값을 하회하게 할 수 있었다. 또한, 처리재의 중량당의 연료소비량도 감소시킬 수 있었다.

	일수	로내 온도 ℃	소각재 투입량 ㎏	시간당 투입량 ㎏/h	소비연료량 ℓ	ton당 연료 ℓ/ton
환 원 수 혼 합 조 업	5	1,490	40,992	820	6,400	156
	5	1,465	23,660	473	4.325	183
	5	1,497	33,936	679	5,126	151
	4	1,474	29,260	732	3,673	126
	3	1,463	30,436	1015	2,914	96
	5	1,380	25,480	510	3,708	146
	5	1,369	27,692	554	3,927	142
	5	1,458	58,740	1,175	4,283	73
합계	37	평균1,450	270,196	평균 745	34,356	평균134
1일 가동시간…10시간			소각재 평균처리량		연료평균소비량
합계 …370시간			730㎏/h		93ℓ/h, 127ℓ/ton

	일수	로내 온도 ℃	소각재 투입량 ㎏	시간당 투입량 ㎏/h	소비연료량 ℓ	ton당 연료 ℓ/ton
통 상 조 업	4	1,449	5,460	57	2,911	533
	11	1,454	17,434	66	9,070	520
	14	1,429	40,400	120	9,922	154
	3	1,387	13,776	191	2,569	186
	4	1,395	20,412	213	2,924	143
	4	1,339	22,568	235	3,245	144
	4	1,418	19,572	204	2,937	150
	6	1,450	70,504	490	4,915	70
	4	1,407	22,008	229	2,787	27
	2	1,420	11,536	240	1,192	103
	2	1,461	7,168	149	1,346	188
	4	1,420	7,364	77	2,043	277
합계	62	평균1,419	258,202	평균 189	45,861	평균 216
1일 가동시간…24시간			소각재 평균처리량		연료평균소비량
합계 …1,488시간			174㎏/h		31ℓ/h, 178ℓ/ton

NO	자료	채취장소	계량대상	제 1 회 (환원수 없음)	제 2 회 (환원수 없음)	제 3 회 (환원수 5%)	제 4 회 (환원수 15%)
	대기오염	굴뚝	매진농도(g/㎥N)	0.27	0.9	0.23	0.23
			유황산화물(ppm)	59	62	38	27
			질소산화물(㎤/㎥N)	≤	30	≤	≤
			염화수소(㎎/㎥N)	70	391	≤	≤
	용융슬래그	배출품	PCB	≤	≤	≤	≤
			사염화재소	≤	≤	≤	≤
			(ng-TEQ/㎥N)
	배출가스	세연입구	DD 농도	13	9.3	3.73	0.2108
			DF 농도	26	25	10.27	0.6184
			DD+DF 농도	39	35	14	0.8291
		굴뚝	DD 농도	7.6	5.2	2.69	0.4698
			DF 농도	14	15	8.19	1.5106
			DD+DF 농도	22	20	10.88	1.9805
			(ng-TEQ/L)
	세연수	입구	DD농도	0.39	0.4	1.15	0.0934
			DF농도	0.85	0.89	2.91	0.1886
			DD+DF농도	1.2	1.3	4.06	0.282
		출구	DD농도	0.16	0.16	0.91	0.0708
			DF농도	0.36	0.36	2.42	0.153
			DD+DF농도	0.49	0.52	3.33	0.2239
			(ng-TEQ/g)
	슬래그	배출품	DD농도	0	0.000038	0.00003	0
			DF농도	0	0.00074	0	0
			DD+DF농도	0	0.00078	0.00003	0
비고			DD는 다이옥신 DF는 디벤조푸란	≤은 정량 하한값 이하

또한, 도 13에 도시한 바와 같이 도중경과로서 CO농도의 상승이 전혀 보이지 않았다. 이것은 산화현상이 대폭 억제되어 있는 것을 의미하고, 따라서 다이옥신류의 발생이 억제되어 있다는 증거이기도 하다.

또한, 배출가스중으로의 환원수의 분무를 하지 않는 경우에 분무한 경우 보다 다이옥신류의 발생이 많았지만, 그 수치는 2002년 규제값을 충분히 하회하는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 구성으로 했으므로 소각재의 용융을 위한 연료의 연 소시에 연소배출가스 중의 다이옥신류의 발생을 대폭 억제할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (17)

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9. 액체연료에, 산화환원 전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를, 용적비로 5∼20% 혼합하고, 또한 이것을 감압비등하여 에멀젼화하고 나서 연소시키는 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 연료의 연소배출가스 중에, 산화환원 전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를 분무시키는 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 환원수는 물중에 제 1, 제 2, 제 3 전극을 배치하고,

    상기 제 1, 제 2 전극으로서 산화환원전위를 저하시키는 금속으로 이루어진 전극을 사용하며, 상기 제 1, 제 2 전극사이에 교류를 인가하고 상기 제 3 전극을 접지함으로써 상기 제 1, 제 2 전극으로부터 상기 제 3 전극에 상기 물을 거쳐 직류전류를 흐르게 하여 상기 물을 전기분해하여 형성하며,

    상기 제 1, 제 2 전극을 알루미늄 또는 마그네슘 중 하나로 구성한 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 환원수는 물중에 제 1, 제 2, 제 3 전극을 배치하고,

    상기 제 1, 제 2 전극으로서 산화환원 전위를 저하시키는 금속으로 이루어진 전극을 사용하며, 상기 제 1, 제 2 전극사이에 교류를 인가하고 상기 제 3 전극을 접지함으로써 상기 제 1, 제 2 전극으로부터 상기 제 3 전극에 상기 물을 거쳐 직류전류를 흐르게 하여 상기 물을 전기분해하여 형성하며,

    상기 제 1, 제 2 전극을 알루미늄 또는 마그네슘 중 하나로 구성한 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 액체연료는 중유, 등유, 경유, 폐유, 알콜 또는 디메틸에테르 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료의 연소방법.
14. 선단에 외측노즐개구를 구비한 통형상의 아우터노즐,

    상기 아우터노즐의 내측에 이것과 동축적으로 배치되고 선단에 상기 외측노즐개구와 동심형상이며, 또한 그 축방향 내측에 근접한 위치에서 개구하는 내측노즐개구를 구비한 이너노즐,

    상기 이너노즐내에, 산화환원 전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를, 용적비로 5∼20% 혼합한 액체연료를 공급하는 연료공급장치 및

    상기 이너노즐내에 설치되고, 상기 공급된 연료를 감압비등시키는 감압장치를 구비하여 이루어지고,

    감압비등에 의해 적어도 일부가 기화한 상기 연료를 상기 내측노즐개구로부터 분출시키고, 그 적어도 일부와 공기를, 상기 내측노즐개구와 외측노즐개구 사이의 위치에서 혼합시켜 외측노즐개구로부터 분출시키는 것을 특징으로 하는 버너.
15. 제 14 항에 있어서,

    물 중에 제 1, 제 2, 제 3 전극을 배치하고,

    상기 제 1, 제 2 전극으로서 산화환원 전위를 저하시키는 금속으로 이루어진 전극을 사용하며, 상기 제 1, 제 2 전극사이에 교류를 인가하고, 상기 제 3 전극을 접지함으로써 상기 제 1, 제 2 전극으로부터 상기 제 3 전극에 상기 물을 거쳐 직류전류를 흐르게 하여 상기 물을 전기분해하고, 이것을 상기 연료공급장치에 공급하는 환원수 제조장치를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 버너.
16. 연소실을 형성하는 로 본체,

    상기 연소실 내에 길이방향으로 경사지게 배치되고, 경사방향 하단으로부터 재가 용융하여 형성된 용융슬래그를 흘러 내리게 하는 홈형상의 로 바닥부,

    상기 로 바닥부의 경사방향의 상단에 재를 공급하는 재 투입장치 및

    상기 연소실에 설치되고 상기 로 바닥부의 길이방향 중간부 및 경사방향의 하단에, 각각 화염을 분사하는 제 1 및 제 2 버너를 구비하여 이루어지며,

    상기 제 1 및 제 2 버너 중 적어도 한쪽을, 제 14 항 또는 제 15 항에 기재된 버너로 구성한 것을 특징으로 하는 재 처리장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 연소실에 발생한 연기를 포함하는 배출가스를 외부에 배출시키는 배출가스통로를 지나는 배출가스 중에, 산화환원 전위가 -100∼-2500㎷로 저하된 환원수를 분무하는 환원수 분무장치를 설치한 것을 특징을 하는 재 처리장치.

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