KR100788329B1

KR100788329B1 - 축열식 열분해 스토커 소각장치와 축열식 열분해처리시스템 및 축열식 열분해 처리방법

Info

Publication number: KR100788329B1
Application number: KR1020070031757A
Authority: KR
Inventors: 류태우; 전금하
Original assignee: (주) 이투엔테크놀로지
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2007-12-27

Abstract

본 발명은 폐기물 소각장치 및 폐기물 소각처리방법에 관한 것으로서, 특히 저산소의 연소가스를 재순환시켜 폐기물의 열분해에 사용하는 축열식 열분해 스토커 소각장치와 시스템 및 이러한 장치를 이용한 축열식 열분해 처리방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 폐기물의 열분해 열원으로 이용하는 열분해로, 열분해로와 연결되며 열분해로에서 열분해된 폐기물의 잔재물을 연소하여 연소재로 배출하는 스토커 소각로, 스토커 소각로와 연결되며 스토커 소각로에서 생성된 연소가스와 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 고온으로 연소하는 재연소로, 재연소로와 연결되며 재연소로에서 생성되는 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 가스안정화로 및, 가스안정화로와 연결되며 가스안정화로를 통해 안정화된 고온의 연소가스의 열을 이용하여 열분해로에 투입되는 저산소의 연소가스를 가열하는 축열식 가열로를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치와 시스템 및 이러한 장치를 이용한 축열식 열분해 처리방법이 제공된다.

축열식, 열분해, 스토커, 폐기물, 소각, 연소가스

Description

축열식 열분해 스토커 소각장치와 축열식 열분해 처리시스템 및 축열식 열분해 처리방법{A REGENERATIVE PYROLYSIS STOKER INCINERATOR AND THE REGENERATIVE RYROLYSIS SYSTEM AND THE REGENERATIVE PYROLYSIS METHOD THEREBY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 스토커 소각장치의 개념도.

도 2는 도 1의 장치에 포함되는 투입장치 및 열분해로의 상세도.

도 3은 도 1의 장치에 포함되는 스토커 소각장치의 상세도.

도 4는 도 1의 장치에 포함되는 재연소로의 상세도.

도 5는 도 1의 장치에 포함되는 가스안정화로 및 축열식 가열로의 상세도.

도 6은 도 5의 축열식 가열로의 상세도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 처리시스템.

도 8은 도 7의 시스템을 이용한 축열식 열분해 처리방법의 순서도.

도 9는 도 8의 처리방법 중 소각단계를 상세히 나타낸 순서도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

100 : 축열실 열분해 소각장치 102 : 투입장치

110 : 열분해로 111 : 제1 유압기

113 : 연소가스 투입부 115 : 다단 이송부

120 : 스토커 소각로 122 : 화격자

123 : 제2 유압기 124 : 트레이

127 : 연소재 배출부 129 : 배출구

130 : 재연소로 132 : 조연버너

133 : 노즐 135 : 가스폭발구

140 : 가스안정화로 142 : 냉각수분무노즐

150 : 축열식 가열로 152 : 핀튜브

153 : 내화물 155 : 투입부

157 : 배출부 200 : 냉각장치

300 : 정화장치 400 : 유인송풍기

500 : 연돌 600 : FRG 송풍기

602 : 압입관

본 발명은 폐기물 소각장치 및 폐기물 소각처리방법에 관한 것으로서, 특히 저산소의 연소가스를 재순환시켜 폐기물의 열분해에 사용하는 축열식 열분해 스토커 소각장치와 시스템 및 이러한 장치를 포함한 축열식 열분해 처리방법에 관한 것 이다.

스토커(stoker) 소각장치는 폐기물 소각처리와 관련된 기술 분야에서 폭넓게 응용되는 소각장치로서, 저질의 폐기물을 다량 소각 처리하는 장치이다. 이러한 스토커 소각장치는 화격자 위에 소각할 폐기물을 적재한 상태에서 폐기물의 적정연소를 위해 건조, 연소 및 후연소 등을 단계적으로 연소처리하며, 주로 도시 및 산업 고형 폐기물 소각처리에 활용된다.

도시 및 산업 고형 폐기물은 폐기물 종량제 등으로, 수분함량이 높은 음식물 쓰레기와 같이 소각에 부적절한 폐기물들이 분리되면서, 폐기물의 비중은 낮아지고 폐플라스틱류와 같은 고분자 폐합성수지류가 다량 혼합되어 발열량이 약 1000 내지 1800 kcal/kg에서 2500 내지 3500 kcal/kg으로 높아졌다.

결과적으로 종래의 스토커 소각장치를 이용할 경우, 다량의 연소공기 소요, 다량의 연소가스 발생, 건조단 부분에서의 착화 등으로 인해 소각장치의 내구성 및 소각효율의 저하가 발생하게 된다.

한편 열분해를 통한 폐기물 처리방식은 폐기물을 직접 또는 간접 가열하여 가연성 열분해 가스로 변환시키는 방식으로서, 산소가 결핍된 아 연소 상태에서의 아 연소 방식, 산소가 희박한 상태로 열분해하는 가스화, 건류 공정 등 다양한 방식이 있다.

이러한 열분해 방식에 사용되는 열분해로와 같은 장치는, 건류식, 직접가열식 등 다양한 방식이 있으나, 궁극적으로 폐기물의 감량화, 무해화 및 안정화 등에 있어서 스토커 소각장치 만큼의 성능이 발휘되지 않는다. 특히 높은 초기투자비용 이 요구되며, 설비의 내구성 및 운전가동시간의 단축 등을 위한 연구개발이 초기 단계에 머물러 있다.

열분해를 통한 폐기물 처리방식은 폐타이어, 폐합성수지류, 슬러지류 등 다양한 폐기물을 직접 또는 간접 가열하여 열분해 가스를 생성하는 방식이므로 연소에 필요한 이론 공기량 보다는 적은 공기를 폐기물에 투입하여 아 연소 시키고 다시 후연소실에서 열분해 가연가스를 연소시키는 방식이다.

반면에 스토커 소각장치는 폐기물을 과잉공기 산화연소하는 방식으로서 폐기물을 이동식 화격자의 상부에 적재한 상태에서 연소시키는 방식이다.

종래의 기술에서는 위와 같은 폐기물의 열분해와 스토커소각장치가 하나의 장치로서 제공된 바 없다. 이러한 종래의 기술에 의한 즉, 열분해 방식 또는 스토커 소각장치 단독에 의해서는 고발열량의 폐기물의 적정연소가 어려우며 소각시설의 정격능력에 비하여 소각처리 능력이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 열분해 방식과 스토커 소각 방식을 조합하여, 발생되는 연소가스를 재 연소하면서 가스 안정화를 이룰 수 있으며 기존의 스토커 소각 방식보다 적은 연소공기를 통하여 폐기물의 완전 연소를 이룰 수 있는 축열식 열분해 스토커 소각장치 와 시스템 및 이러한 장치를 통한 축열식 열분해 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 스토커 소각장치는, 폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 상기 폐기물의 열분해 열원으로 이용하는 열분해로; 상기 열분해로와 연결되며 상기 열분해로에서 열분해된 상기 폐기물의 잔재물을 연소하여 연소재로 배출하는 스토커 소각로; 상기 스토커 소각로와 연결되며 상기 스토커 소각로에서 생성된 연소가스와 상기 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 고온으로 연소하는 재연소로; 상기 재연소로와 연결되며 상기 재연소로에서 생성되는 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 가스안정화로; 및, 상기 가스안정화로와 연결되며 상기 가스안정화로를 통해 안정화된 상기 고온의 연소가스의 열을 이용하여 상기 열분해로에 투입되는 저산소의 연소가스를 가열하는 축열식 가열로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저산소의 연소가스는, 상기 축열식 가열로를 통과한 연소가스가 소정의 냉각장치 및 여과장치를 거쳐 유인송풍기를 통해 연돌로 배출되기 직전에, 상기 연돌로부터 연결되는 소정의 압입관을 통해서 FGR송풍기에 의해 상기 열분해로로 투입되는 가스인 것이 바람직하다.

상기 열분해로는, 상기 폐기물을 이송시키는 다단 이송부; 및, 상기 저산소의 연소가스가 투입되는 연소가스 투입부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 스토커 소각로는, 1차 공기 송풍기에 의해 상기 스토커 소각로로 유입되는 1차 공기와 함께 상기 폐기물의 잔재물을 소각하며, 상기 유입되는 1차 공기 의 저온에 의한 부식을 방지하기 위해 내화재가 충전된 화격자를 포함하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 화격자는, 3% 내지 4% 의 공극율을 유지할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 재연소로는, 상기 스토커 소각로와 연결되는 지점에 다수의 노즐이 장착되어, 상기 노즐을 통해 공급되는 연소 공기와, 상기 스토커 소각로에서 생성된 연소가스 및 상기 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 혼합 연소하는 것이 바람직하다.

상기 노즐을 통해 공급되는 연소공기는 2차 공기와 3차 공기를 포함하며, 상기 재연소로의 길이 방향을 따라 상기 2차 공기가 주입되는 지점으로부터 일정한 간격을 두고 상기 3차 공기가 주입되어, 상기 2차 공기에 의해 연소된 이후 남아있는 미연소가스 및 미연소성분을 상기 3차 공기에 의해 재연소하는 것이 바람직하다.

상기 가스안정화로는, 상기 재연소로에서 연소된 고온의 연소가스가 상기 가스안정화로로 유입되는 지점에 장착된 냉각수 분무노즐을 포함하며, 압축공기로 상기 냉각수 분무노즐을 통해 냉각수를 미세 입자로 소량 분무시킴으로써 상기 고온의 연소가스에 포함된 흄 가스 및 타르 성분을 입자상 물질로 변화시켜 후처리 공정에서의 융착을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 축열식 가열로는, 상기 가스안정화로를 통과하면서 안정화된 고온의 연소가스가 유입되는 핀튜브와 상기 고온의 연소가스로부터 발열되는 열을 축열하는 내화물이 포함된 열교환기를 포함하며, 상기 저산소의 연소가스는 상기 열교환기를 통과하면서 고온의 가스로 열교환되어 상기 열분해로에 투입되는 것이 바람직하다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 처리시스템은, 폐기물을 열분해함과 동시에 열분해되고 남은 폐기물의 잔재물을 스토커 소각시키는 축열식 열분해 스토커 소각장치; 상기 소각장치에서 배출되는 고온의 연소가스로부터 폐열을 회수하는 냉각장치; 상기 냉각장치에서 냉각된 상기 연소가스에 포함된 불순물을 정화시키는 정화장치; 상기 정화장치에서 정화되어 배출되는 저산소 연소가스를 연돌을 통해 배출하는 배출장치; 및, 상기 배출장치의 연돌에서 상기 저산소 연소가스가 배출되기 직전에 상기 저산소 연소가스를 상기 소각장치로 재순환시켜 상기 폐기물의 열분해 열원으로 사용할 수 있게 하는 재순환장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 처리방법은, a) 폐기물을 소각시키는 단계; b) 상기 폐기물이 소각되어 배출되는 고온의 연소가스를 냉각시키는 단계; c) 상기 냉각된 연소가스에 포함된 불순물을 정화하여 저산소의 연소가스를 배출하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 배출되는 저산소의 연소가스를 연돌을 통해 배출하는 단계; 및, e) 상기 d) 단계에서 상기 연돌을 통해 상기 저산소의 연소가스가 배출되기 직전에 상기 연돌로부터 연결되는 소정의 압입관을 통해서 FGR송풍기에 의해 상기 a) 단계에서 폐기물 소각의 열원으로 사용할 수 있도록 저산소의 연소가스를 상기 a) 단계로 재순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 a) 단계는, a1) 폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 상기 폐기물의 열분해 열원으로 이용하여 상기 폐기물을 열분해하는 단계; a2) 상기 a1) 단계에서 생성된 열분해 가스를 외부로 배출시켜 유해가스인 염소를 분리하고 나머지 열분해 가스는 소각로로 재투입하는 단계; a3) 열분해된 상기 폐기물의 잔재물을 연소하여 연소재 및 연소가스로 배출하는 단계; a4) 상기 a1) 단계에서 생성된 열분해 가스와 상기 a3) 단계에서 생성된 연소가스를 고온으로 연소하는 단계; a5) 상기 a4) 단계에서 생성된 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 단계; a6) 상기 a5) 단계를 통해 안정화된 상기 고온의 연소가스의 열을 이용하여 상기 a1) 단계에 투입되는 상기 저산소의 연소가스를 가열하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 스토커 소각장치의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)는, 폐기물을 투입시키는 투입장치(102), 저산소의 연소가스로 폐기물을 열분해하는 열분해로(110), 열분해되고 남은 폐기물의 잔재물을 연소하는 스토커 소각로(120), 열분해로(110)와 스토커 소각로(120)에서 배출되는 가스를 고온 연소하는 재연소로(130), 재연소로(130)에서 배출되는 고온의 연소가스를 안정화시키는 가스안정화로(140) 및 가스안정화로(140)를 통과하는 고온의 연소가스의 열을 저산소의 연소가스로 교환시키는 축열식 가열로(150)를 포함한다.

투입장치(102)는 일반적인 폐기물 소각장치에 적용되는 것이며, 폐기물을 투 입하는 장치로서 '투입호퍼'라고도 불려진다. 이러한 투입장치(102)는 폐기물의 투입량을 조절하는 장치, 투입된 폐기물을 연소로로 밀어넣는 투입 푸셔 등을 포함할 수 있다. 이러한 투입장치(102)는 일반적으로 알려진 것으로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

열분해로(110)는 투입장치(102)로부터 유입되는 폐기물을 최초로 열분해하는 역할을 한다. 열분해로(110)에는 연돌(500, 도 7 참조)에서 배출되는 저산소의 연소가스를 연돌(500)에서 배출되기 직전에 재순환시켜 공급받아 폐기물의 열분해 열원으로 사용한다. 재순환되는 저산소의 연소가스는 연돌(500)에서 배출되기 직전에는 냉각장치(300, 도 7 참조) 등을 거쳐 약 150도의 상태에서 축열식 가열로(150)를 통해 약 500도로 승온되면서 열분해로(110)에 공급된다.

열분해로(110)에 공급되는 저산소의 연소가스는 6% 내지 12%의 산소농도를 가지므로, 열분해로(110)에서 폐기물이 열분해되면서 발생하는 열분해 가스의 산화 연소가 거의 발생하지 않아 순수한 가연성의 열분해가스가 생성 배출되게 된다.

열분해로(110)에서의 페기물의 열분해율은 폐기물의 가연성분의 30% 내지 40%로 예측되며, 바람직하게는 경제적인 소각효율을 위해서 30%의 열분해율을 유지한다. 이러한 열분해율은 열분해로(110)에서의 체류 시간을 제어함으로써 조절할 수 있다.

도 2를 참조하면, 열분해로(110)는 폐기물을 열분해하면서 이송시키는 다단 이송부(115), 다단 이송부(115)에 동력을 제공하는 제1 유압기(111), 저산소의 연소가스가 투입되는 연소가스 투입부(113)를 포함한다.

연소가스 투입부(113)는 연돌(500, 도 7 참조)에서 배출되기 직전의 저산소 연소가스를 소정의 압입관(602, 도 7 참조)을 통해서 FRG송풍기(600)에 의해 열분해로(110)로 투입될 수 있도록 압입관(602)과 열분해로(110)를 연결시키는 구성을 의미한다. 다만 이러한 연소가스 투입부(113)는 열분해로(110) 상의 특정 위치에 한정된 것으로 이해할 것이 아니라, 예를 들어 열분해로(110)의 양측면부에 돌출된 소정의 노즐(미도시)과 이러한 노즐과 연결된 가스 자켓(미도시)을 통해 구현될 수도 있는 것으로 이해하여야 한다.

따라서 저산소의 연소가스는 소정의 처리과정을 거친 후 연소가스 투입부(113)를 통해 열분해로(110)의 내부로 투입되어 폐기물의 열분해 열원으로 사용된다.

앞서 언급한 것처럼 열분해로(110) 내부에서의 폐기물의 이송속도는 열분해율과 관계가 있다. 폐기물의 이송속도가 낮으면 열분해율이 높아지며, 반대로 폐기물의 이송속도가 높으면 열분해율이 높아진다. 폐기물의 이송은 열분해로(110) 내부 하면 상에 설치되는 다단 이송부(115)와 제1 유압기(111)에 의해 구현된다.

다단 이송부(115)는 열분해로(110)에서 열분해된 폐기물의 잔재가 중력에 의해 자연스럽게 스토커 소각로(120)로 이송될 수 있도록 단계적으로 높은 위치에서 낮은 위치로 이송되게 한다. 이러한 다단 이송부(115)는 제1 유압기(111)에 의해 동력을 공급받을 수 있으나 반드시 유압기와 같은 장치에 한정될 필요는 없다. 또한 유압기에 의해 동력을 받는 다단 이송부(115)는 바퀴가 형성된 트레이(미도시)를 포함할 수도 있을 것이다. 다만 이러한 구성은 알려진 것으로 상세한 설명은 생 략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 스토커 소각로(120)는 열분해로(110)에서 폐기물이 열분해되고 남은 잔재물이 적재되는 화격자(122), 화격자(122)의 이동 동력을 제공하는 제2 유압기(123), 제2 유압기(123)에 의해 화격자(122)를 이동시킬 수 있는 트레이(124), 화격자(122)에서 연소된 연소재를 재출하는 연소재 배출부(127) 및 최종 연소재를 배출하는 배출구(129)를 포함한다.

스토커 소각로(120)는 1차 공기 송풍기(126, 도 1 참조)에 의해 유입되는 1차 공기와 함께 잔재물을 소각한다. 여기서 '잔재물'이란 열분해로(110)에서 열분해되고 남은 폐기물의 불연성 성분 및 열분해 되지 않은 가연성 성분 모두를 포함하는 개념이다.

1차 공기는 도 1을 참조하면 스토커 소각로(120)의 하부에서 소정의 경로를 통하여 공급된다. 이와 같은 1차 공기는 상온의 공기로서 스토커 소각로(120)의 내부 고온 조건과 비교할 때 상당한 저온 상태의 공기이다. 따라서 이러한 저온의 공기가 화격자와 맞닿으면서 화격자(122)의 저온 부식을 초래하는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 바람직하게 화격자(122)의 배면부에는 저온의 공기가 닿지 못하도록 경량의 부정형 내화물을 형성시킨다. 이러한 내화제가 충전된 화격자(122)는 1차 공기의 저온 부식을 방지할 수 있다.

화격자(122)는 스토커 소각로(120)에서 폐기물의 잔재물이 적재된 상태에서 잔재물을 연소시키는데, 이 때 화격자(122)의 아래에서 공급되는 1차 공기가 투과되는 비율로서 공극율은 3% 내지 4%의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 공극율은 화격자의 전체면적에서 폐기물 연소용 공기가 투과되는 면적비율을 의미한다. 적절한 공극율의 형성을 위해서 화격자의 형상을 요철형상으로 변화시키는 방법이 있을 수 있다. 이러한 방법은 본 출원인의 등록실용신안 제151126호를 참조할 수 있다.

화격자(122)는 바람직하게 바퀴와 같은 이송 수단이 장착된 트레이(124) 상에 고정되면서, 제2 유압기(123)를 이용하여 트레이(124)를 이동시킴으로서 이송될 수 있다. 이러한 화격자(122)의 이송방식은 알려진 것으로서 상세한 설명은 생략한다.

화격자(122)에서 연소된 잔재물은 연소재로서 연소재 배출부(127)를 통해 배출되고 최종적인 고형의 연소재는 배출구(129)를 통해 배출되면서, 기체성분인 열분해가스와 연소가스가 재연소로(130)로 배출된다.

도 4를 참조하면, 재연소로(130)는, 스토커 소각로(120)와 연결되는 지점에 형성되는 다수의 노즐(133), 보조 연소를 위한 조연버너(132) 및 압력조절을 위한 가스폭발구(135)를 포함한다.

스토커 소각로(120)와 재연소로(130)가 '연결되는 지점'이란 열분해로(110)에서 생성된 열분해 가스와 스토커 소각로(120)에서 생성된 폐기물의 연소가스가 합류되어 연소되는 곳으로서 플레임 포트(flame port)를 의미한다.

'연결되는 지점'에는 다수의 노즐(133)이 형성되며 노즐(133)을 통해 2차 공기 송풍기(137, 도 1 참조)에서 2차 공기를 재연소로의 내부로 투입시킨다. 투입방식은 본 출원인의 등록특허 제279145호를 참조하여, 열분해 가스와 폐기물의 연소 가스 및 2차 공기를 난류 혼합시킬 수 있도록 재연소로(130)의 '연결되는 지점'의 둘레를 일정한 각도로 방사상으로 형성된 노즐(133)을 통해 구현한다

바람직하게 재연소로(130)의 길이방향을 따라 2차 공기가 주입되는 지점으로부터 일정한 간격을 두고 3차 공기가 주입되도록 한다. 3차 공기는 2차 공기와 마찬가지로 송풍기(미도시)를 통해 주입될 수 있을 것이다. 이러한 3차 공기는 2차 공기에 의해 연소된 이후 남아있는 미연소 가스 및 미연소 성분을 재연소하는 기능을 수행한다.

도 5를 참조하면, 가스안정화로(140)는 재연소로(130)에서 고온의 연소가스가 유입되는 지점에 형성된 냉각수분무노즐(142)을 포함하며, 가스안정화로(140)의 하단부에는 축열식 가열로(150)가 위치한다.

가스안정화로(140)는 재연소로(130)에서 배출되는 약 1000도에 달하는 고온의 연소가스에 포함되는 흄(fume) 가스 및 타르 성분을 제거하기 위한 가스안정화를 수행한다. 이러한 가스안정화는 냉각수분무노즐(142)을 통해 소량의 냉각수를 분무함으로써 구현된다.

냉각수분무노즐(142)은 압축공기를 이용하여 냉각수의 소량 미세입자로 분무시킴으로써 고온의 연소가스에 포함된 흄 가스 및 타르 성분을 입자상 물질로 변화시켜 후처리 공정에서의 융착을 방지한다.

분무되는 냉각수의 양을 최적화함으로써 연소가스의 열량 감소를 최소화하는 것이 바람직하다. 이러한 연소가스는 축열식 가열로(150)에서 저산소의 연소가스에 충분한 열을 공급해야하기 때문이다. 압축공기는 바람직하게 5 내지 7 kg/cm² 으로 분사된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 축열식 가열로(150)는 가스안정화로(140)를 통과하면서 안정화된 고온의 연소가스가 유입되는 핀튜브(152)와, 고온의 연소가스에서 발열되는 열이 축열되는 내화물(153)을 포함한다.

가스안정화로(140)에서 안정화된 고온의 연소가스는 약 1000도에 달하는 온도를 유지한 상태에서 축열식 가열로(150)를 통과한다. 이 때 고온의 연소가스는 축열식 가열로(150)의 핀튜브(152)를 통과하면서 투입부(155)로 유입되는 약 150도에 달하는 저온의 저산소 연소가스에 열을 공급하여, 배출부(157)로 약 500도의 저산소 연소가스를 배출하게 된다. 결과적으로 고온의 연소가스와 저온의 저산소 연소가스 간의 열교환이 된다.

약 500도로 열교환된 저산소 연소가스는 앞서 언급한 열분해로(110)의 연소가스 투입부(113)를 통해 열분해로(110)의 내부로 투입되어 폐기물의 열분해 열원으로 사용된다. 따라서 폐기물의 열분해를 위한 별도의 열원이 없이 고온의 연소가스 보유열을 이용하므로 경제적인 폐기물 처리가 가능하다.

이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 처리시스템 및 축열식 열분해 처리방법의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 7을 참조하면, 축열식 열분해 처리방법에 필요한 축열식 열분해 처리시스템으로서, 폐기물을 연소하는 축열식 열분해 스토커 소각장치(100), 폐기물의 연소 가스를 냉각시키는 냉각장치(200), 냉각된 연소가스의 불순물을 정화하는 정화장치(300), 정화된 연소가스를 연돌(500)로 유인하는 유인송풍기(400) 및 유인된 연소가스를 대기 중으로 배출하는 연돌(500)을 포함하는 배출장치, 그리고 연돌(500) 직전에서 연소가스를 열분해로(110)로 재순환시키는 FGR 송풍기(600)와 같은 재순환 장치를 포함한다.

아울러, 냉각장치(200)는 일반적인 폐열보일러가 사용될 수 있으며, 정화장치(300)는 반건식세정기(310), 건식반응탑(320) 및 여과집진기(330)로 구성될 수 있다. 배출장치에는 유인송풍기(400)외에 비상송풍기(401)를 추가로 포함시킬 수 있다.

이와 같은 축열식 열분해 처리시스템의 특징은, 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에서 재연소로(130)를 통해 배출되는 약 1000도에 달하는 고온의 연소가스와, 연돌(500)에서 배출되기 직전의 약 150도에 달하는 저온의 저산소 연소가스를, 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에 포함되는 축열식 가열로(150)에서 열교환시켜, 약 500도에 달하는 저산소 연소가스를 열분해로(110)에 공급하여 열분해 열원으로 사용하는 것이다.

여기서 연돌(500)에서 배출되기 직전에 FRG 송풍기(600)를 통해 재순화되는 저산소 연소가스는, 결과적으로 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에서 가스안정화로(140)에서 배출되는 약 1000도에 달하는 고온의 연소가스가 축열식 가열로(150)에서 열교환되면서, 냉각장치(200)와 정화장치(300)를 거쳐 처리된 연소가스를 말한다.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 처리방법의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

폐기물을 투입하는 단계(10S)는 앞서 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에 포함되는 폐기물 투입장치(102)를 통해 소각시킬 폐기물을 투입하는 단계를 의미한다.

소각단계(20S)는 투입장치(102)를 통해 투입된 폐기물을 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에서 소각하는 단계를 의미한다. 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)의 내부에서 진행되는 상세한 소각단계는 후술한다.

냉각단계(30S)는 폐기물이 소각되면서 배출되는 연소가스를 냉각시키는 냉각단계(30S)로서 일반적인 폐열보일러 등이 사용될 수 있다.

정화단계(40S)는 냉각된 연소가스에 포함되는 불순물을 제거하기 위한 단계로서 반건식세정기(310), 건식반응탑(320) 및 여과집진기(330)가 이용될 수 있다.

배출단계(50S)는 처리된 연소가스를 대기 중으로 배출하는 단계로서 연소가스 유인송풍기(400)를 이용하여 연돌(500)을 통해 대기 중으로 배출시키는 단계이다.

재순환 단계(60S)는 앞서 배출단계(50S)에서 연소가스를 연돌(500)을 통해 대기 중으로 배출하기 직전에 FRG 송풍기(600)와 같은 재순환 장치를 통해 저산소 연소가스를 축열식 열분해 스토커 소각장치(100)에 포함되는 축열식 가열로(150)로 재순환시키는 단계를 말한다.

도 9를 참조하여 소각단계(20S)를 상세히 살펴 보기로 한다.

열분해 단계(21S)는 투입장치(102)를 통해 투입된 투입된 폐기물을 연소가스의 열을 사용하여 열분해 하는 단계이다. 추가적으로 열분해 가스에 포함된 유해가스인 염소를 분리하기 위해 열분해 가스를 외부로 배출시켜 염소를 제거한 뒤에 다시 소각로로 투입하는 단계(22S)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

스토커 소각단계(23S)는 열분해 단계(21S)를 통해 열분해되고 남은 폐기물이 잔재물을 연소하여 고형 물질들은 연소재로 배출하고 기체화된 폐기물의 연소가스는 재연소로(130)로 배출하는 단계이다.

재연소 단계(25S) 폐기물이 열분해되어 발생하는 열분해가스와 스토커 소각단계에서 발생하는 연소가스를 재연소하는 단계이다.

가스안정화단계(27S)는 재연소된 연소가스를 안정화시키기 위해 미량의 냉각수를 분무시켜 고온의 연소가스를 안정화시키는 단계이다.

축열식 가열 단계(29S)는 가스안정화단계(27S)에서 배출되는 고온의 연소가스를 이용하여 축열식 가열로(150)에 유입되는 저산소 연소가스를 가열하는 단계이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 축열식 열분해 스토커 소각장치와 시스템 및 이러한 장치를 이용한 축열식 열분해 처리방법에 의하면, 폐기물의 열분해를 통해 약 30% 정도의 폐기물을 가스화할 수 있으므로 소각 단계에서의 처리 부담을 줄일 수 있으며, 동시에 소각 단계에 도착한 폐기물은 이미 열분해 단계 수준 까지 가열되고 적절히 교반되어 있으므로 기존 스토커 소각로의 경우와는 달리 폐기물의 소각 공정이 보다 균일하면서 안정되게 진행 될 수 있다.

또한 이러한 균일하면서 안정된 소각 공정은 완전연소를 위해 필요한 연소공기의 량을 30% 까지 줄일 수 있으며 이에 따라 발생되는 연소가스량이 약 30-40%정도 저감할 수 있어서 기존 스토커 소각설비에 비하여 통풍설비, 대기오염방지설비 등 후방 설비의 연소가스의 부하량을 줄여서 초기 투자비로서 설비비를 절감 할 수 있다.

더욱이 열분해를 위해 필요한 에너지는 연돌 전단의 저산소 연소가스에 가스안정화로 후단 축열 열교환기를 통해 고온의 연소가스로부터 에너지를 회수시켜 사용하므로 추가 에너지 부담이 없어 경제적이다.

Claims

폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 상기 폐기물의 열분해 열원으로 이용하는 열분해로;

상기 열분해로와 연결되며 상기 열분해로에서 열분해된 상기 폐기물의 잔재물을 1차 공기 송풍기에 의해 유입되는 1차 공기와 함께 연소하여 연소재로 배출하고, 상기 1차 공기의 저온에 의한 부식을 방지하기 위해 내화재가 충전된 화격자를 포함하는 스토커 소각로;

상기 스토커 소각로와 연결되며 상기 스토커 소각로에서 생성된 연소가스와 상기 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 고온으로 연소하는 재연소로;

상기 재연소로와 연결되며 상기 재연소로에서 생성되는 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 가스안정화로; 및,

상기 가스안정화로와 연결되며 상기 가스안정화로를 통해 안정화된 상기 고온의 연소가스의 열을 이용하여 상기 열분해로에 투입되는 저산소의 연소가스를 가열하는 축열식 가열로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
제1항에 있어서, 상기 저산소의 연소가스는,

상기 축열식 가열로를 통과한 연소가스가 소정의 냉각장치 및 여과장치를 거쳐 유인송풍기를 통해 연돌로 배출되기 직전에, 상기 연돌로부터 연결되는 소정의 압입관을 통해서 FGR송풍기에 의해 상기 열분해로로 투입되는 가스인 것을 특징으 로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
제1항에 있어서, 상기 열분해로는,

상기 폐기물을 이송시키는 다단 이송부; 및,

상기 저산소의 연소가스가 투입되는 연소가스 투입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
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제1항에 있어서, 상기 화격자는,

3% 내지 4% 의 공극율을 유지할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
제1항에 있어서, 상기 재연소로는,

상기 스토커 소각로와 연결되는 지점에 다수의 노즐이 장착되어,

상기 노즐을 통해 공급되는 연소 공기와, 상기 스토커 소각로에서 생성된 연소가스 및 상기 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 혼합 연소하며,

상기 노즐을 통해 공급되는 연소공기는 2차 공기와 3차 공기를 포함하며, 상기 재연소로의 길이 방향을 따라 상기 2차 공기가 주입되는 지점으로부터 일정한 간격을 두고 상기 3차 공기가 주입되어, 상기 2차 공기에 의해 연소된 이후 남아있는 미연소가스 및 미연소성분을 상기 3차 공기에 의해 재연소하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
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제1항에 있어서, 상기 가스안정화로는,

상기 재연소로에서 연소된 고온의 연소가스가 상기 가스안정화로로 유입되는 지점에 장착된 냉각수 분무노즐을 포함하며,

압축공기로 상기 냉각수 분무노즐을 통해 냉각수를 미세 입자로 소량 분무 시킴으로써 상기 고온의 연소가스에 포함된 흄 가스 및 타르 성분을 입자상 물질로 변화시켜 후처리 공정에서의 융착을 방지하는 것을 특징으로 하는 축열시 열분해 스토커 소각장치.
제1항에 있어서,

상기 축열식 가열로는, 상기 가스안정화로를 통과하면서 안정화된 고온의 연소가스가 유입되는 핀튜브와 상기 고온의 연소가스로부터 발열되는 열을 축열하는 내화물이 포함된 열교환기를 포함하며,

상기 저산소의 연소가스는 상기 열교환기를 통과하면서 고온의 가스로 열교환되어 상기 열분해로에 투입되는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 스토커 소각장치.
폐기물을 열분해함과 동시에 열분해되고 남은 폐기물의 잔재물을 스토커 소각시키는 축열식 열분해 스토커 소각장치;

상기 소각장치에서 배출되는 고온의 연소가스로부터 폐열을 회수하는 냉각장치;

상기 냉각장치에서 냉각된 상기 연소가스에 포함된 불순물을 정화시키는 정화장치;

상기 정화장치에서 정화되어 배출되는 저산소 연소가스를 연돌을 통해 배출 하는 배출장치; 및,

상기 배출장치의 연돌에서 상기 저산소 연소가스가 배출되기 직전에 상기 저산소 연소가스를 상기 소각장치로 재순환시켜 상기 폐기물의 열분해 열원으로 사용할 수 있게 하는 재순환장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 처리 시스템.
제10항에 있어서, 상기 축열식 열분해 스토커 소각장치는,

폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 상기 폐기물의 열분해 열원으로 이용하는 열분해로;

상기 열분해로와 연결되며 상기 열분해로에서 열분해된 상기 폐기물의 잔재물을 연소하여 연소재로 배출하는 스토커 소각로;

상기 스토커 소각로와 연결되며 상기 스토커 소각로에서 생성된 연소가스와 상기 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 고온으로 연소하는 재연소로;

상기 재연소로와 연결되며 상기 재연소로에서 생성되는 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 가스안정화로; 및,

상기 가스안정화로와 연결되며 상기 가스안정화로를 통해 안정화된 상기 고온의 연소가스의 열을 이용하여 상기 열분해로에 투입되는 저산소의 연소가스를 가열하는 축열식 가열로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 처리시스템.
a) 폐기물을 소각시키는 단계;

b) 상기 폐기물이 소각되어 배출되는 고온의 연소가스를 냉각시키는 단계;

c) 상기 냉각된 연소가스에 포함된 불순물을 정화하여 저산소의 연소가스를 배출하는 단계;

d) 상기 c) 단계에서 배출되는 저산소의 연소가스를 연돌을 통해 배출하는 단계; 및,

e) 상기 d) 단계에서 상기 연돌을 통해 상기 저산소의 연소가스가 배출되기 직전에 상기 연돌로부터 연결되는 소정의 압입관을 통해서 FGR송풍기에 의해 상기 a) 단계에서 폐기물 소각의 열원으로 사용할 수 있도록 저산소의 연소가스를 상기 a) 단계로 재순환시키는 단계;를 포함하며,

상기 a) 단계는,

a1) 폐기물이 소각되어 배출되는 저산소의 연소가스를 상기 폐기물의 열분해 열원으로 이용하여 상기 폐기물을 열분해하는 단계;

a2) 상기 a1) 단계에서 생성된 열분해 가스를 외부로 배출시켜 유해가스인 염소를 분리하고 나머지 열분해 가스는 소각로로 재투입하는 단계;

a3) 열분해된 상기 폐기물의 잔재물을 연소하여 연소재 및 연소가스로 배출하는 단계;

a4) 상기 a1) 단계에서 생성된 열분해 가스와 상기 a3) 단계에서 생성된 연소가스를 고온으로 연소하는 단계;

a5) 상기 a4) 단계에서 생성된 고온의 연소가스를 일부 냉각시켜 안정화시키는 단계;

a6) 상기 a5) 단계를 통해 안정화된 상기 고온의 연소가스의 열을 이용하여 상기 a1) 단계에 투입되는 상기 저산소의 연소가스를 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 열분해 처리방법.
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