KR100834437B1 - 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 입자상 또는 가스상의 배기가스 정화장치는, 연소실로부터 배출되는 배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 방사형 구조로 복수개가 배치되어 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하여 화염망을 형성하는 복수의 용사노즐(Thermal Spray Nozzle)과, 상기 용사노즐 전방의 타켓 영역에 구비되는 용융타켓부재로 구성되어, 상기 배기 통로를 통과하는 배기가스를 상기 용사노즐을 통해 분사된 초고온의 브라운 가스의 화염망을 이용하여 연소시키면서, 연소실에서 배기가스와 함께 배출되는 차르(char)등 미세입자상 또는 HCl, 다이옥신 등 가스상의 유해물질 등을 용사소재로 사용하여 용융 또는 열분해시켜 처리함으로써, 기존의 소각설비를 간소화하며 또한, 간단한 구조로 브라운 가스 에너지 사용량을 최소화하면서 배기가스의 정화 효율을 극대화시킬 수 있는 효과를 제공한다.

브라운 가스, 용사, 용융, 배기가스 정화, 타켓, PCBs, 방사성 폐기물 소각

Description

브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고 이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치{Device and method for purifying exhaust gas using Braun's gas, and System for incinerating waste}

본 발명은 폐기물 소각 시스템에 구비되는 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 특히 배기가스 통로 상에 브라운 가스를 이용하여 배기가스 중에 함유된 입자상 및 가스상을 포함하는 소각 잔류물 또는 유해물질을 재연소, 열분해 및 용융시켜 처리할 수 있도록 한 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고 이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명을 통해 폐수 슬러지, 방사성 오염물, PCBs를 포함하는 난분해성 액상폐기물, 소각 시스템에서 발생된 비산재 및 바닥재를 포함하는 각종 폐기물을 2차적인 환경오염 없이 안전하게 열분해 또는 용융 처리할 수 있는 기술을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 활용분야로써 음식물쓰레기, 생활폐기물 등의 집하시설에서 발생되는 악취를 제거하는데도 사용가능하다.

폐기물 소각로에 브라운 가스를 도입하여 소각 처리하는 기술이 다양하게 개 발되고 있다.

브라운 가스(BROWN'S GAS, 일명, HOH Gas 또는 수산화가스)는 물 전기분해시 생성되는 수소와 산소가스를 인위적으로 분리시키지 않는 혼합 가스로서, 수소와 산소가 물을 이루는 수소와 산소의 화학 당량비와 동일한 2:1의 비율로 혼합되어 발생되는 연료 가스를 말한다. 또한, 기존의 화석 연료와 달리 순수한 물을 분해하여 구성된 연료 가스로써 일산화탄소나 이산화탄소 및 질화물 등의 대기 오염물을 발생시키지 않아 새로운 청정연료로써 주목받고 있다.

브라운 가스는 수소의 연소 시 필요한 산소를 자체 함유하고 있으므로 별도의 산소 공급 없이도 대기중 또는 진공상태에서 화학양론비로 완전 연소되어 기존 화석연료의 연소에서는 볼 수 없는 열핵반응에 의한 에너지 집중성 등의 독특한 화염특성을 나타내며, 화염 접촉시 높은 에너지 밀도로 즉시 고열로 가열되어 대상 물질의 열전도 특성 등에 크게 관계없이 용융점 이상으로 도달할 수 있게 된다.

또한, 브라운 가스는 연소 후 연소열을 발생하고 물로 환원되며, 이 때 가스상태에서 액체 상태의 물에 해당하는 부피로 수축하여 진공을 형성하며 불꽃은 강한 직진성이 있으며 연소물과의 반응특성을 나타내는 유효 불꽃 범위가 존재한다. 또한, 대규모 폭발(explosion)을 동반하는 일반적인 수소 및 화석연료의 연소에 비해 연소초기 매우 짧은 시간 동안 극소규모 폭발 후 매우 소규모의 폭발인 임플로젼(implosion) 즉, 연소 결과 연료의 부피가 불꽃 내부 공간 영역으로 수축하고 주요 폭발력이 내부로 향하는 응폭 현상으로 인해 기본적인 안전성이 확보되는 것은 물론, 그 이용 목적에 따라 에너지 기능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다.

이러한 브라운 가스는 기존 화석연료의 완전연소를 돕는 청정보조연료로서 이용가능하며 연료의 생산 및 소비가 동시에 이루어짐으로써 저장, 수송 및 안전 등의 비용이 절감되는 이점이 있고, 자체로는 특수 목적의 산업용 연료로서 소각후 잔존물 용융 소각처리 시스템 및 보일러, 브레이징 및 용사용 에너지원 등에 활용되고 있다.

종래 브라운 가스를 에너지원으로 사용하는 용사 장치 및 방법에 관한 한국특허 발명을 살펴보면 본 발명의 기술적 아이디어를 이해하는데 더욱 용이할 것이다.

이제, 상기한 바와 같은 특성을 갖는 브라운 가스를 폐기물 소각 시스템에 적용하고 있는 기술을 살펴본다.

도 1 내지 도 3은 한국특허 502108호(발명의 명칭; 브라운가스 고온열분해용융소각로)에 개시된 도면들이다.

도 1 내지 도3을 참조하여, 위 특허 발명을 간단히 살펴본다.

위 특허 발명은, 브라운가스를 대량 공급하는 브라운가스플랜트(100)와, 쓰레기 홉퍼(211)로부터 투입되는 소각물을 압축 투입하는 소각물압축기(210)와, 이 소각물압축기(210)에 연결되어 수평으로 설치되며 열분해를 위한 열공급용 브라운가스버너(110)를 노벽의 연소실(111)에 장착한 열분해로(220)와, 이 열분해로(220)와 연결되어 수직으로 설치되며, 브라운가스인젝터(120)와 공기예열 송풍장치(240)를 구성한 브라운가스로(230)와, 브라운가스로(230) 상부 배기구에 연결되는 배기가스라인에 부대시설로 폐열보일러(250), 반건식세정기(260), 여과집진기(270), 유 인배풍기(280), 스택(290)으로 구성된다.

여기서, 상기 브라운가스로(230)는 몸체 일측에 대량의 브라운가스를 투입하기 위한 브라운가스인젝터(120)를 구성하여 용탕실(P) 바로 위에 고온의 브라운가스연소실(Q)이 형성되도록 하며, 또한 에젝터 방식의 송풍장치(240)를 구성하여 브라운가스로의 상부에 건류가스연소실(R)이 형성되도록 구성한 것으로써 하부의 브라운가스 연소열과 상부의 건류가스 연소열이 상승작용하며 창출하는 1800℃ 이상의 고열에 의해 소각재를 용융처리 하도록 구성된다.

상기한 바와 같은 특허 발명은, 고상 폐기물들을 압축하여, 브라운가스버너(110)가 구비된 열분해로(220)에서 연소시킨 후에, 브라운가스로(230)에서 재차 가열하면서 폐기물을 처리할 수 있도록 구성된다.

그리나, 상기 특허 발명은, 압출된 폐기물을 브라운가스버너(110)를 이용하여 열분해로(220)에서 1차 가열하여 연소시키고, 브라운가스로(230)에서 다시 가열하여 재연소시키는 구성으로 이루어지기 때문에 폐기물의 소각 과정에서 발생되는 미세 입자 또는 유해물질 등이 완전히 제거되지 않은 상태에서 브라운가스로(230)의 외부로 배출되므로, 필연적으로 배기가스를 정화하는 종래의 부대 설비들이 필요해지는 등 배기가스의 정화 효율을 높이는 데는 한계가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 상기 특허 발명은, 폐기물을 완전 소각 연소시키는 구성이 복잡할 뿐만 아니라, 압출 폐기물을 열분해로(220)에서 소각하게 되므로, 1차, 2차 소각로가 존재하는 일반적인 소각 처리 시스템과 연계하여 적용하기 어려운 문제점이 있다.

결국, 브라운 가스가 갖는 열집중적 화염 특성에 의해 소각로 내부의 분위기 온도를 고온으로 올려 소각처리하는 데에는 대용량의 브라운 가스를 소비하게 됨으로써 경제성이 크게 떨어지게 된다.

한편, 도 4 내지 도 5는 한국등록실용신안 263253호(고안의 명칭: 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치)에 개시된 도면들이다.

도 4 내지 도 5를 참조하여, 위 등록 고안을 간단히 살펴본다.

위 등록 고안은, 배기가스 배출로의 연속선상에 설치된 정화조 내에 도 2에 도시된 바와 같은 버너(15)가 설치된다.

버너(15)는 상부버너(16)와 하부버너(18)로 이루어지고, 이 버너들에는 브라운 가스 공급관(20)이 연결됨과 아울러, 브라운 가스 공급 분기관(16a,18a)이 각각 구비된다.

여기서 브라운 가스 공급 분기관(16a,18a)은 그 단면이 다이아몬드 조직형태로 형성되고, 유입되는 배기가스가 모서리에 먼저 부딪혀 양측으로 분산되어 이동할 수 있도록 배치된다.

특히, 브라운 가스 공급 분기관(16a,18a)에는 도 5에 도시된 바와 같이, 유입되는 배기가스를 효과적으로 연소시키기 위하여 다수의 노즐(28)이 두 개씩 짝을 이루어 일정간격으로 형성되어 있고, 또한 노즐(28)은 상호 대향되어 있어 노즐에서 분사되는 화염에 의하여 배기가스가 연소됨과 동시에 배기가스를 흡입하는 기능도 한다.

이러한 위 등록 고안은, 소각로 등에서 연소되어 발생된 배기가스가 배기가 스 배출로를 따라 이동하다가 정화조로 유입되면, 정화조를 종방향으로 관통하는 브라운 가스 공급분기관(16a,18a) 사이로 통과하게 되고, 배기가스에 포함된 불완전 연소된 유해물질 특히 다이옥신 등이 점화된 브라운 가스에 의하여 연소된다. 이때, 브라운 가스 분기관(16a,18a)은 배기가스의 진행방향으로 다단계로 설치되어 있어 제1열을 통과하고도 미연소된 유해물질은 제2열, 제3열, 제4열, 제5열을 순차적으로 통과하면서 완전히 연소된다. 또한, 버너에 형성된 노즐(28)은 배기가스의 진행을 강제로 유도할 수 있도록 대향되어 형성되어 있으므로 배기가스가 신속하게 통과할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 등록 고안은 배기가스의 배출로 상에 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 브라운 가스 공급분기관(16a,18a)이 설치되고, 각 브라운 가스 공급분기관(16a,18a)에 노즐(28)들이 형성됨으로써, 배기가스 유동 저항이 커지게 되고, 장시간 사용하게 되면, 브라운 가스 공급분기관(16a,18a)들 사이에 급속히 막히게 되어 정상적인 배기가스 정화 작동이 불가능해지는 문제점이 발생된다.

결국, 상기한 바와 같은 특허 발명 및 등록 고안은 폐기물 또는 배기가스 통로 상에 단순히 브라운 가스 버너만을 설치한 구성으로서, 상대적으로 대용량의 브라운 가스의 발생장치 설비 및 대규모 에너지 소비가 불가피하거나 구조물이 복잡하고 유지보수의 어려움이 따르게 됨으로써 배기가스 유동저항을 발생시키지 않으면서 최소한의 브라운 가스만을 사용한 상태에서 배기가스나 폐기물을 정화처리 또는 용융 소각 처리하는 데 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용광로 및 폐기물 소각 시스템의 배기가스 통로 상에 브라운 가스를 공급하는 용사(Flame Spray 또는, Thermal Spray)방식의 다수의 노즐을 하나 또는 복수 개 설치하여 고온의 브라운 가스 화염망을 형성하여 배기가스가 이를 통과하는 과정에서 열분해 또는 용융되도록 하며, 더욱 바람직하게는 브라운 가스를 하나의 타켓을 향해 분사하여 고온으로 가열된 용융타켓부재에서 배기가스에 포함된 가스상 및 입자상 등의 오염물을 재연소 또는 열분해 용융시켜 처리할 수 있도록 구성됨으로써, 브라운 가스의 사용량을 최소화하면서 간단한 구조로 배기가스를 정화하여 처리할 수 있도록 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고 이를 이용한 고상 및 액상 폐기물 소각 처리 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치는, 연소실부터 배출되는 배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 방사형 구조로 복수개가 배치되어 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하는 복수의 용사노즐로 구성되어 상기 배기 통로를 통과하는 배기가스를 상기 용사노즐을 통해 분사된 브라운 가스를 공급하여 연소시키면서, 다수의 분사구로부터 형성되는 브라운 가스의 화염이 화염망을 형성하도록 하고, 상기 브라운 가스 화염망을 통과하는 과정에서 재연소, 열분해 또는 용융되도록 하여 오염물 배출을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 용사노즐은 상기 배기 통로의 내측 형상에 맞추어 배기가스의 흐름을 방해 하지 않도록 설치되며, 노즐 바디에 다수의 분사 홀을 방사형 구조로 배치하여 배기 통로내의 배기가스의 흐름 전방에 형성되는 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 용사노즐의 브라운 가스 분사 홀은 브라운 가스 또는 브라운 가스와 혼합되어 사용되는 종래 연료 즉, 가스상 또는 액상의 화석 연료 등을 함께 사용하도록 분사 홀을 별도로 배치하는 것도 가능하다.

상기 본 발명의 장치에서 처리되는 배기가스라 함은 용광로 및 폐기물 소각 시스템의 연소실에서 배출되는 다이옥신, HCl, PCBs를 포함하는 각종 유해 배기가스 또는 차르(char)등의 미세입자와 화생방 오염 유독가스, 음식물 쓰레기 등의 집하시설에서 발생되는 악취 등을 포함하는 입자상 및 가스상의 유해물질을 통칭한다.

또한, 상기 용사노즐은 배기가스가 진행하는 방향에 대해 배기라인의 중심축으로 형성되는 콘형의 화염망을 이루도록 구성하여 모든 배기가스가 이를 통과하는 동안 브라운 가스 용사 화염과 접촉하여 고온으로 가열되어 열분해, 용융 또는 재연소될 수 있도록 구성한다.

또한, 상기 화염망을 통과한 배기가스의 정화효율을 높일 수 있도록 상기 용사노즐 전방의 타켓 영역에 구비되는 용융타켓부재를 추가적으로 배치하여 브라운 가스 화염망에서 용융된 유해물질이 부착력을 가지고 용융 부착되거나 재차 연소가 되도록 구성하며, 상기 용융타켓부재는 브라운 가스 용사 화염으로 직접 가열하도록 하거나 또는 부가적으로 용융타켓부재를 고온으로 가열하도록 하는 수단을 일측에 별도로 구성하거나 상기 방식을 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 용융타켓부재는 부착 또는 탈착이 가능하며 탄화물, 세라믹, 금속, 비금속 또는 이들의 혼합물을 재료로 하여 다수의 기공을 가지거나 표면을 거친 형태로 하는 평판형, 용탕형 또는 배기가스가 직접 통과하도록 하는 다공체로 구성되어 브라운 가스 용사노즐에 의해 가열되거나 또는 부가적인 공지의 버너와 같은 가열 수단에 의해 가열되도록 하여 브라운가스 용사노즐에 의한 화염망에서 충분히 용융되지 않고 통과될 수 있는 오염물을 재차 1000℃이상의 고온으로 가열되어 열분해 또는 용융 부착되게 함으로써 촉매역할을 하도록 구성된다.

여기서 상기 배기 통로는, 상기 용사노즐이 설치된 부분이 벤츄리(venturi) 구조로 형성되어 브라운 가스 용사 노즐의 내경을 줄이는 동시에 배기가스의 속도를 증대시켜 상기 용융타켓부재에 강한 에너지로 열분해 또는 용융 부착되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 소각 시스템의 연소실을 통과한 배기가스를 처리하기 위한 종래의 사이클론, 백필터, 웹스크러버 등의 후방 가스정화시설의 전단 또는 후단의 배기 통로 중 어느 일측 끝단에는 브라운 가스 화염망을 형성하도록 하는 용융 처리로가 구비되고, 상기 용융타켓부재는 상기 용융 처리로 내에 설치될 수 있다.

이때, 상기 용융 처리로는, 상기 배기 통로와 마주하는 위치에 상기 용융타 켓부재가 배치되고, 상기 용융타켓부재의 하부 공간에는 상기 용융타켓부재에서 흘러내린 용융 처리 물질이 저장되는 용탕 처리부가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 브라운 가스를 에너지원으로 하는 복수의 용사노즐은, 상기 배기 통로에 설치된 노즐 바디에 다수의 분사 홀을 형성한 구조로 이루어질 수 있다.

이와는 달리, 상기 복수의 용사노즐은 각각 별개로 이루어져 상기 배기 통로의 둘레에 일정 간격마다 순차적으로 복수 개가 배치되어 상기 배기가스가 브라운 가스 용사노즐 화염망에 체류하는 시간을 늘려 충분히 열분해, 용융 또는 재연소 되도록 하여 정화효율을 더욱 높이도록 구성될 수도 있다.

한편, 상기와 달리, 용융타켓부재는, 상기 배기 통로 상에 구비되고, 배기가스가 통과하도록 다수의 홀이 형성되게 구성될 수도 있다.

또한, 상기 배기 통로는 그 중간에서 복수개로 분기되어 구성되고, 분기된 각각의 배기 통로에는 상기 용사노즐과 용융타켓부재가 각각 설치되며, 분기 지점 또는 분기된 배기 통로 상에는 어느 하나의 분기된 배기 통로로 배기가스가 유동하도록 선택할 수 있는 개폐 밸브가 설치되게 구성될 수 있다.

이때, 상기 개폐 밸브는 분기 지점에 구비된 삼방 밸브이고, 상기 일반적인 평판형 용융타켓부재를 포함하여 배기가스가 용융타켓부재를 직접적으로 통과하도록 다수의 홀이 형성된 용융타켓부재를 배기 통로 상에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브라운 가스 용사 노즐의 바디는 고온의 배기가스 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 내부에 냉각액체 또는 냉각가스에 의한 냉각라인을 구비할 수 있다.

또한 상기 배기 통로에는, 고압에어 분사홀로 이루어진 압축공기 도입부를 구성하여, 상기 배기통로의 내벽을 따라 배기가스 진행 방향과 평행하게 분사되도록 하여 에어 가이드를 형성함으로써 노즐 바디 및 배기통로가 고열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 고압에어 분사홀은 노즐 바디의 브라운 가스 분사홀의 외곽에 위치되게 배치될 수 있다.

본 발명의 상기 브라운 가스는, 물 분해시 수소와 산소가 물의 화학당량비로 혼합되어 발생되는 가스, 수소가스와 외부 산소의 혼합가스, 물 전기분해시 격막에 의해 수소와 산소를 분리 생산한 후 이를 즉시 다시 혼합한 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브라운 가스는 공지의 화석 연료 또는 바이오 연료를 혼합 또는 통과시켜 변형하여 사용하는 것도 가능하다.

물론, LPG, 수소, 아세틸렌, 케로신, 벙커C유, 경유, 바이오디젤 등 공지의 화석연료 및 바이오 연료를 사용하는 것도 가능하나 상기 브라운 가스를 에너지원으로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치는, 상기 배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 방사형 구조로 복수개가 배치되어 브라운 가스를 분사하여 연소시켜 화염망을 형성하도록 하는 복수의 용사노즐과; 상기 배기 통로의 어느 일측에 배치되어 브라운 가스에 의해 연소된 배기가스 내의 용융 물질을 처리하는 용융 처리로와, 더욱 바람직하게는 상기 용융 처리로 내에서 상기 용사노즐의 타켓 지점에 위치되어 용융 물질이 용착되어 처리되도록 하는 용융타켓부재를 포함한 배기가스 정화장치와; 상기 용사노즐에 브라운 가스를 공급하는 브라운 가스 발생기와; 상기 배기가스 정화장치를 통과한 배기가스를 배출하는 정화가스 배출부와; 브라운 가스 화염의 역류를 방지하는 공지의 건식 또는 습식 역화방지기, 릴리프 밸브 등의 안전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 정화가스 배출부는, 상기 용융 처리로에서 배출된 가스를 정화시키는 사이클론 정화기와, 상기 사이클론 정화기를 통과한 정화 가스를 배출하는 스택(stack)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배기가스 정화 장치는 상기 소각 시스템의 연소실을 통과한 배기가스를 처리하기 위해 공지의 소각시스템의 1차 연소실 후단의 배기가스 처리를 위한 2차 연소실을 본 발명의 브라운가스 용사 노즐에 의한 배기가스 정화 장치로 구성하거나 또는 사이클론, 백필터, 웹스크러버 등의 종래 후방 가스정화시설 전 또는 후단의 어느 일측에 하나 또는 복수개가 설치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

물론, 상기 공지의 배기가스 정화 장치를 생략하고 본 발명의 브라운 가스에 의한 배기가스 정화장치를 단독으로 구성하는 것도 무방하다.

또한, 본 발명의 상기 배기가스 정화 장치는 부가적으로 산소를 포함하는 공기, 각종 가스, 탄화물, 소석회, 칼슘화합물, 요소수, 질소화합물, 금속, 유리, 메탈, 세라믹 또는 이들의 혼합물 및 화합물을 브라운 가스 화염망 내부에 분사 공급하는 장치를 추가로 구성하여 HCl, PCBs, 다이옥신, 황화물, 질화물 및 방사능 오 염물을 포함하는 난분해성 유해 배기가스의 정화효율을 높이는 것이 가능하다.

한편, 상기 배기가스 정화 장치는, 위에서 설명한 본 발명에 따른 '브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치'의 구성을 모두 포함하여 구성되는 것이 바람직하고, 이에 대한 구성은 위에서 설명하였으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법은, 상기 배기가스를 고온의 브라운 가스 화염망으로 열분해, 용융 또는 재연소시켜 1차로 정화 처리하고 여기에서 처리된 배기가스를 브라운 가스 화염 진행 방향의 맞은편에 배치된 용융타켓부재에 의해 열분해 또는 용착시켜 재차 정화 처리되어 배출되도록 함으로써 정화효율을 높이도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 브라운 가스는 배기가스 진행 방향에 대하여 방사형 구조로 배치되어 매쉬(Mesh) 형태의 콘형(Cone Type) 또는 브라운 가스 화염 진행방향의 중심부로 회전하면서 진행하는 헬리컬(Helical) 콘형의 브라운가스 화염망(Flame Mesh)을 형성하여 하나의 타켓 영역을 향해 분사하면서 배기가스를 연소하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브라운 가스 화염망은 배기가스 통로의 형태와 같은 모양으로 구성가능하며 콘형에 국한된 것이 아니라 화염이 배기 통로의 중심부를 향하도록 하는 커튼형, 화염망이 전방과 후방으로 촘촘히 교차하는 매쉬 형태 등으로도 구성 가능하다.

또한, 상기 브라운 가스 용사노즐에 의한 배기가스 정화장치는 연소실로부터 발생되어 배기통로를 통해 배출되는 과정에서 입자상 및 가스상의 배기가스를 가속하여 용사 노즐의 화염망에서 급속히 열분해, 용융 또는 재연소 되어 상기 용융타켓부재에 더욱 강한 에너지로 가속되어 열분해 또는 용융 부착되도록 하기 위해 상기 용사노즐이 배치되는 배기통로를 벤츄리 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배기가스를 고온의 브라운 가스 화염망으로 열분해, 용융 또는 재연소시켜 제 1차로 정화 처리할 때, 배기 통로 내벽에 압축 공기를 도입하여 냉각효과를 주도록 배기가스가 진행하는 방향과 평행하게 에어가이드를 형성하면서 배기가스를 정화 처리 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용융타겟부재는 용융되어 고형화된 배기가스 정화물이 낙하하여 배출되도록 상하좌우로 경사지게 구성될 수 있으며, 상기 용융타켓부재에 대향되는 면에는 소각시스템에서 사용되는 공지의 보조 버너를 배치하여 부가적으로 용융타켓부재를 고온으로 가열하도록 하는 것이 선택적으로 가능하다.

물론, 상기 용융타켓부재를 포함하지 않는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운 가스 용사노즐에 의한 배기가스 정화장치는 클램프, 플랜지 등의 이음방식을 적용하여 신규 소각 시스템은 물론 종래 소각 시스템의 배기 라인상의 어느 일측에 부착 또는 탈착이 가능하도록 하여 종래 설비에 적용시 많은 변경사항이 따르지 않는 것은 물론 유지보수가 용이한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브라운 가스 용사노즐에 의한 화염망 내부 또는 전방에 배기가스 의 재연소 및 열분해 용융을 촉진하는 액상 또는 파우더 형태의 수용액, NaOH, NaCl,KCl, SiO₂, 소석회, 칼슘수용액, 소다수, Cokes, 탄화물, 세라믹스, 서멧, 메탈, 비금속을 포함하는 공지의 촉매물질들을 도입하기 위한 공급라인을 배치하는 것이 바람직하다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치는, 브라운 가스를 에너지원으로 하는 용사 노즐을 소각시스템의 연소실 일측에 배치하여 용사 버너로 구성하고 용사 버너 내부 또는 브라운가스 화염망 내부에 폐기물을 공급하여 직접 열분해 또는 용융 소각하여 2차적인 환경오염원 배출을 감소시켜 안전하게 처리하도록 하는 것이 가능하다.

즉, 상기 브라운 가스를 에너지원으로 하는 용사노즐 구조를 배기가스 통로에 배치하는 것이 아니라 폐기물 소각 시스템의 1차 연소실에 본 발명의 용사 방식에 의한 폐기물 소각을 위한 용사 버너를 하나 또는 다수 개를 배치하고, 소각을 위한 폐기물을 상기 용사 버너 중심부 또는 상기 용사 버너에 의해 형성되는 화염망의 일측에서 공급하거나 직접 분사하며, 상기 브라운 가스 용사 버너에 의해 형성되는 고온의 브라운가스 화염망 내부에서 상기 폐기물이 직접 열분해 또는 용융 소각되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브라운 가스 용사 노즐로 구성된 용사 버너에서 열분해 또는 용융 처리된 용융물, 미분해된 배기가스를 포함하는 소각잔재물의 진행방향 일측에 고온으로 가열되는 용융타켓부재를 더욱 포함하여 배치하고, 상기 폐기물이 연소되어 용융부착 및 배기가스가 직접 접촉하여 재연소를 촉진하도록 구성하여 소각효율 높이고 유해 배기가스의 발생을 줄이는 것도 가능하다.

또한, 상기 용융타켓부재는 용융되어 고형화된 배기가스 정화물이 쉽게 배출되도록 일정한 각도로 경사지게 하거나 용탕 형태로 구성될 수 있으며, 상기 용융타켓부재에 대향되는 면에는 소각시스템에서 사용되는 공지의 보조 버너를 하나 또는 다수 개 배치하여 부가적으로 용융타켓부재 또는 연소실 내부를 고온으로 가열하도록 하는 것도 가능하다.

이때, 상기 1차 폐기물 연소실 후단의 어느 하나 또는 공지의 배기가스 방지시설 구성물 전 또는 후단의 배기가스 통로에 본 발명의 상기 브라운 가스 용사노즐로 구성된 배기가스 정화 장치를 부가적으로 설치하여 배기가스를 정화 처리하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 브라운 가스 용사 버너는 노즐 바디에 다수의 분사 홀을 방사형 구조로 배치하여 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하여 화염망을 형성하고 상기 브라운 가스 용사 버너 내부 또는 용사 버너 전방에 소각을 위한 폐기물을 분사 공급하는 도입부가 포함된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용사 버너 바디에는 고압가스, 압축공기 또는 브라운 가스의 압력으로 형성되는 사이펀 플러그 방식의 폐기물 도입부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브라운 가스 용사 노즐의 브라운 가스 분사 홀은 브라운 가스 또 는 브라운 가스와 혼합되어 사용되는 종래 연료를 함께 사용하도록 분사 홀을 별도로 배치하는 것도 가능하다.

상기 본 발명의 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치에서 처리되는 폐기물은, 상기 배기가스는 물론, 종래 폐기물 소각 시스템에서 발생되는 비산재 및 바닥재, 제철과정에서 발생되는 슬래그, 폐수 및 하수 슬러지, 방사능 오염물 또는 방사능 오염 슬러지, 등의 고체상 및 기체상 폐기물을 통칭하며 또한, 발전설비의 절연체로 쓰이는 PCB를 포함하는 각종 난분해성 액상 폐기물을 통칭한다.

상기 고체상, 입자상 및 액상의 각종 폐기물을 상기 브라운 가스 용사 버너에서 발생되는 브라운 가스 화염내부로 원활히 공급할 수 있도록 공지의 폐기물 이젝터 방식 또는 상기 용사 버너 바디에 불활성 고압가스, 압축공기 또는 본 발명의 에너지원인 브라운 가스의 압력에 의해 형성되는 사이펀 플러그 방식 또는 별도의 호퍼(hopper) 방식 등을 포함하는 공지의 용사용 소재 공급 시스템 및 폐기물 투입 시스템을 포함할 수 있다.

또한, 상기 폐기물을 소각하기 위한 본 발명의 브라운 가스 용사 버너는 HVOF, 폭발용사를 포함하는 공지의 화염 용사방식과 같이 브라운 가스 화염 분사구를 하나 또는 다수 개를 가지도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 브라운 가스 용사 버너의 바디는 고온의 연소실 내부의 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 내부에 냉각액체 또는 냉각기체에 의한 냉각라인을 구비하는 것도 가능하다.

또한, 상기 용사 버너에는, 폐기물을 공급하는 방향과 평행하게 통로의 내벽 에 에어가이드를 형성하여 냉각효과를 주도록 압축공기를 도입하는 압축공기 도입부를 구비하는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운 가스를 연소시키기 위한 공지의 점화장치를 버너 노즐 전방에 구성하는 것은 당연하다.

또한, 상기 브라운 가스 화염의 역류를 방지하는 건식 또는 습식 역화방지기를 포함하는 공지의 안전장치를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 배기가스 정화처리를 위한 브라운 가스 용사노즐 및 열분해 용융 소각 시스템의 브라운 가스 용사 버너는 단독 분사구를 가지는 복수개의 용사노즐을 하나의 용사 노즐 팩(Package)으로 원형으로 구성하여 연소실 일측에 하나 또는 다수 개를 배치하여 각각 화염망을 형성하여 하나 또는 다수의 화염망을 형성하는 것도 가능하다.

물론, 상기 용융타켓부재를 상기 브라운 가스 노즐에 의해 형성되는 화염망 전방에 배치하는 것은 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고 이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치의 효과를 설명한다.

본 발명은, 배기가스 통로 상에 브라운 가스를 공급하는 노즐을 방사형 구조로 설치하고, 하나의 타켓을 향해 분사하도록 구성하여 배기가스를 열분해, 용융 또는 재연소 처리함은 물론, 화염이 진행하는 타켓 지점에 용융타켓부재를 설치하여 브라운 가스 화염에 의해 가속된 배기가스가 용융타켓부재에 부딪히면서 재연소 및 용융 부착되도록 구성되기 때문에 초고온의 에너지 집중성을 가지는 브라운 가스 화염을 통한 정화효율 증대 및 에너지를 절감하고, 부가적으로 용융타켓부재를 이용하여 배기가스에 함유된 입자상 및 가스상의 유해물질을 용착시킴으로써 오염물질의 배출을 크게 감소시켜 비용절감은 물론 유지보수가 용이한 이점이 있다.

즉, 본 발명의 장치는, 브라운 가스를 이용한 용사(溶射) 방식으로 배기가스를 정화하여 처리함으로써 배기가스 중에 포함되는 다이옥신류와 같은 유독성 물질은 물론 미세 입자상 등을 제거하여 처리함으로써 배기가스 처리 효율을 극대화시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한, 배기가스를 분해 또는 용융처리하기 위해 초고온의 열집중적 특성을 갖는 브라운 가스를 용사노즐의 에너지원으로 사용함으로써 접촉대상물이 되는 배기가스에 대해 집중적으로 급속히 가열되도록 하여 열분해 및 용융 처리함으로써 배기가스 통로 등의 종래 구성물에 대해 열손상 방지를 위한 부가적인 시설이나 구조물이 크게 요구되지 않는 것이 특징이다.

특히, 본 발명의 브라운 가스 용사노즐 방식의 배기가스 처리 장치는 배기가스 통로에서 배기가스의 흐름을 방해하지 않는 구조로 구성되어 입자상의 비산재가 구조물에 걸려서 발생되는 막힘 현상을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 상대적으로 적은 양의 에너지를 사용하여 산업현장에서 적용 가능한 이점을 제공한다.

또한 본 발명은, 소각 시설의 비산재 및 바닥재를 포함하는 가스상 및 입자상의 유해물질의 획기적으로 감소시켜 환경오염을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 연소실의 배기가스 통로 상에 배기가스 정화장치를 설치하는 간단한 구조로, 배기가스 정화 효율을 높일 수 있기 때문에 배기가스를 정화하는데 필요한 종래의 백 필터, SDR, 웹 스크러버, 싸이클론을 포함하는 여러 부대 장치를 생략하고, 폐기물 소각 시스템을 구성함으로써 설비비, 운전비, 유지보수비 등을 절감하는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 배기가스 정화뿐만 아니라 하수 및 폐수 슬러지, 방사능 오염물, PCBs를 포함하는 난분해성 액상폐기물, 종래 폐기물 소각 시스템에서 발생된 비산재 및 바닥재를 포함하는 각종 폐기물을 1차 연소실내부에서 브라운 가스 용사버너의 용사노즐이 형성하는 화염망 내에 직접 분사하여 고온 열분해 또는 용융 처리함으로써 연소실의 부피를 콤팩트화 하는 등 구조물 설치 비용절감은 물론, 소각 잔존물의 발생량을 줄이고 배기가스의 발생을 억제하여 사회문제가 되고 있는 처치 곤란한 난분해성 폐기물을 안전하게 처리하는 효과가 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치가 도시된 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 장치의 주요부 상세도, 도 8은 도 7의 A-A 선 방향의 단면도이다.

본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)는, 연소실(40)의 배기 통로(51) 쪽에 설치되어 배기가스를 상기 브라운 가스 화염망을 통과하는 과정에서 재연소, 열분해 또는 용융되도록 하여 오염물 배출을 감소시켜 정화된 배기가스만을 배출할 수 있도록 구성된다.

여기서, 본 발명의 장치에서 처리되는 배기가스라 함은 용광로 및 폐기물 소각 시스템의 연소실에서 배출되는 다이옥신, HCl, PCBs를 포함하는 각종 유해 배기가스 또는 차르(char)등의 미세입자와 화생방 오염 유독가스, 음식물 쓰레기 등의 집하시설에서 발생되는 악취 등을 포함하는 입자상 및 가스상의 유해물질을 통칭한다.

그리고 상기 브라운 가스는, 물 분해시 수소와 산소가 물의 화학당량비로 혼합되어 발생되는 가스, 수소가스와 외부 산소의 혼합가스, 물 전기분해시 격막에 의해 수소와 산소를 분리 생산한 후 이를 즉시 다시 혼합한 가스, 공지의 화석연료 또는 바이오 연료를 혼합 또는 통과시켜 변형된 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치(50)는, 도 6을 참고하면, 연소실(40)부터 배출되는 배기가스가 통과하는 배기 통로(51)와, 이 배기 통로(51)의 둘레에 방사형 구조로 배치되어 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하는 복수의 용사노즐(55)과, 이 용사노즐(55)의 가스 분사 방향의 앞쪽 타켓 영역에 위치되는 용융타켓부재(62)로 구성된다.

여기서 상기 용융타켓부재(62)는 상기 배기 통로(51)의 끝단에 구비된 용융 처리로(60) 내에 설치된다.

이와 같이 구성된, 본 발명의 주요 구성 부분을 자세히 설명한다.

연소실(40)에 대해 살펴본다.

연소실(40)은 통상적인 소각 설비에 구비되는 구성으로서, 고상 및 액상 폐기물을 투입하여 1차, 2차 연소시키면서 폐기물을 소각하도록 구성된다. 이때 연소실(40)에 주로 사용되는 버너는 통상 화석연료(예를 들면 경유, LPG, LNG 등)를 이용하여 폐기물을 소각할 수 있도록 구성된다. 물론, 브라운 가스 등 다른 연료를 이용하여 폐기물을 소각할 수도 있다.

이러한 연소실(40)은 격벽에 의해 제1연소실과 제2연소실로 나누어져 구성되는 것이 일반적이고, 제1연소실에서 투입된 폐기물이 연소된 후에, 제2연소실을 거치면서 미연소가스를 재연소시킨 후에, 본 발명의 배기가스 정화장치(50)로 배출될 수 있도록 구성된다. 이때, 제2연소실의 출구온도는 통상 다이옥신(Dioxin) 등의 유해물질 발생을 최소화할 수 있도록 850℃ 이상의 고온 분위기로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2연소실을 본 발명의 배기가스 정화장치(50)로 구성하는 것도 가능하다.

연소실(40)에서 배출되는 배기가스는, 차르(char) 등의 입자상들도 함께 배출되고, 특히 인체에 유해한 질소산화물(NOx), 유황산화물(SOx), 다이옥신류, PCBs 등의 유해성 물질도 함께 배출된다.

본 발명에 따른 배기가스 정화장치(50)는 연소실(40)에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상과 가스상의 유해물질을 용사(Thermal Spray) 방식으로 열분해 또는 용융 처리할 수 있도록 구성되는 바, 이러한 본 발명에 따른 배기가스 정화장치(50)의 각 구성 부분을 설명한다.

먼저, 배기 통로(51)는 연소실(40)과 용융 처리로(60) 사이에 연결되어 배기가스가 통과하도록 구성된 것으로서, 여기에 브라운 가스를 분사하는 용사노즐(55)이 설치된다.

특히 배기 통로(51)는 상기 용사노즐(55)이 설치된 부분이 벤츄리(venturi) 구조로 형성되는데, 이는 배기가스가 배기 통로(51)에서 상대적으로 단면적이 작은 벤츄리 영역을 통과하면서 유동 속도를 증가시킨 상태에서, 여기에 용사노즐(55)을 통해 브라운 가스를 분사함으로써 배기가스가 브라운 가스 화염에 가열 및 연소되면서 더욱 가속되어 용융타켓부재(62)에 부딪히고, 이때 배기가스에 포함된 입자상과 유해물질 등이 용융타켓부재(62)에 용사 방식과 같이 용융 또는 열분해 되면서 재차 제거될 수 있도록 구성되는 것이다.

이러한 배기 통로(51)의 구조를 도 6에서 확인할 수 있는데, 연소실(40) 쪽에 직접 연결된 배기 통로(52)는 상대적으로 내경, 즉 단면적이 크고, 용사노즐(55)이 설치된 쪽의 배기 통로(53)는 상대적으로 내경 즉, 단면적이 작게 형성된다.

따라서, 상기 용사노즐(55)에 의한 배기가스 정화장치(50)는 용사노즐이 배치되는 배기통로를 벤츄리 형태로 구성됨으로써, 연소실(40)로부터 발생되어 배기 통로(51)를 통해 배출되는 과정에서, 입자상 및 가스상의 배기가스를 가속하여 용사노즐(55)의 화염망에서 급속히 열분해, 용융 또는 재연소되어 상기 용융타켓부재(62)에 더욱 강한 에너지로 가속되어 열분해 또는 용융 부착될 수 있게 된다.

상기 배기 통로(51)는 그 입구부가 상기 연소실(40)에 조립될 수 있도록 플랜지부(F)가 구성될 수 있다.

다음, 용사노즐(55)에 대해 설명한다.

용사노즐(55)의 배치 및 구조는 다양하게 구성하여 설계할 수 있는데, 도 6내지 도 8에서는 하나의 노즐 바디(56)에 브라운 가스를 포함하는 연료를 분사하는 분사 홀(57)을 형성한 구조를 예시하였다.

상기 노즐 바디(56)는 원통형 구조로 형성되어 배기 통로(53)를 구성하는 관체 사이에 조립되어 설치된다. 이때 노즐 바디(56)와 관체의 조립 방식은 나사 결합 방식, 또는 용접 방식 등을 이용하여 상호 조립하여 구성할 수 있다.

노즐 바디(56)에 형성되는 분사 홀(57)은 용융타켓부재(62)를 향하여 완만한 경사각을 갖도록 형성되고, 이러한 분사 홀들이 노즐 바디(56)의 원주 방향으로 일정 간격마다 방사형 구조를 갖도록 배치되어 구성된다.

노즐 바디(56)의 후방에는 브라운 가스 공급장치(45)와 연결되는 커넥터(58)가 구비되고, 이 커넥터(58)와 각각의 분사 홀(57)과는 노즐 바디(56)에 링형 구조로 형성된 공급 통로(59)를 통해 연결되어 각 분사 홀(57)에 브라운 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.

여기서 상기 브라운 가스 공급장치(45)에는 브라운 가스 화염의 역류를 방지 하는 공지의 건식 또는 습식 역화방지기, 릴리프 밸브 등의 안전장치를 추가로 구성할 수 있다.

한편, 복수의 용사노즐(55)을 구성하는 노즐 바디(56)는 원통형 구조에 한정되지 않고, 실시 조건에 따라서는 분사 홀(57)의 경사각과 유사한 콘형 구조로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 용사노즐(55)에서 분사되는 브라운 가스의 착화 구조에 대해서는 도면에 예시하지는 않았으나, 점화 플러그 등을 노즐 바디(56), 배기 통로(51) 또는 후술할 용융 처리로(60) 내부 등 실시 조건에 따라 그 위치를 적절하게 설정하여 구성할 수 있다.

한편, 상기 용사노즐(55)의 분사 홀(57)은 브라운 가스 또는 브라운 가스와 혼합되어 사용되는 종래 연료 즉, 기상 또는 액상의 화석 연료 등을 함께 사용하도록 브라운 가스 분사 홀과 별도로 배치하여 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 용사노즐(55)은 그 분사 홀(57)이 배기가스 진행 방향에 대하여 방사형 구조로 브라운 가스를 배출할 수 있도록 배치되는 바, 그 형태는 매쉬(Mesh) 형태의 콘형(Cone Type), 또는 브라운 가스 화염 진행방향의 중심부로 회전하면서 진행하는 헬리컬(Helical) 콘형의 브라운가스 화염망(Flame Mesh)을 형성하여 하나의 타켓 영역을 향해 분사하면서 배기가스를 연소하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 브라운 가스 화염망은 배기가스 통로의 형태와 같은 모양으로 구성가능하며 콘형에 국한된 것이 아니라, 화염이 배기 통로의 중심부를 향하도록 하는 커튼형, 화염망이 전방과 후방으로 촘촘히 교차하는 매쉬 형태 등으로도 구성 가능하다.

다음, 용융 처리로(60)는 상기한 배기 통로(51)의 끝단에 연결되어 배기가스에 함유된 입자상, 유해물질 등을 재연소 또는 용융시켜 처리하는 구성부분으로서, 여기에는 상기한 용융타켓부재(62)가 구비된다.

용융타켓부재(62)는 가속된 배기가스 및 브라운 가스 화염이 용융 처리로(60) 내로 분사되듯 배출되면서 바로 부딪힐 수 있도록 상기 배기 통로(51)와 마주하는 위치에 배치된다.

이때, 용융타켓부재(62)는 용융된 물질이 자연스럽게 떨어질 수 있도록 경사지게 배치되는 것이 바람직하다. 용융타켓부재(62)의 전면 형상은 대략 평면구조로 형성되는 것이 바람직하나, 실시 조건에 따라는 돌출된 원추형 구조 또는 오목한 원추형 구조 등 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

또한 도 6과 도 7에서와 같이 별도의 용융 처리로(60) 내에 배치하여 구성할 수도 있으나, 실시 조건에 따라서는 용융 처리로(60)의 벽면을 경사지게 형성하여 구성하는 것도 가능하다.(도 14 참조)

이러한 용융타켓부재(62)는 1000℃ 이상의 고온에도 충분히 견딜 수 있는 세라믹 물질 등으로 구성되는 것이 바람직한데, 이는 800℃가 넘는 배기가스를 브라운 가스 화염에 의해 재가열되는 과정에서, 가스 온도는 급격히 상승하게 되고, 특히 용융타켓부재(62)가 접하는 부분의 온도는 1000℃ 이상 또는 더욱 고열로 1500℃ 이상으로 높아지게 되므로, 이와 같은 고온에 견딜 수 있는 소재를 사용하여 구성하는 것이 바람직하나, 상기 용융타켓부재의 부분적인 용융현상으로 인한 손상과 용융부착된 배기가스 처리물이 고형으로 많이 부착된 경우 수시로 교체할 수 있도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 상기 용융타켓부재(62)는 부착 또는 탈착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하며, 탄화물, 세라믹, 금속, 비금속 또는 이들의 혼합물을 재료로 하여 다수의 기공을 가지거나, 표면을 거친 형태로 하는 평판형, 용탕형 또는 배기가스가 직접 통과하도록 하는 다공체로 구성되어, 상기 브라운 가스 용사노즐(55)에 의해 가열되거나 또는 부가적인 공지의 버너와 같은 가열 수단에 의해 가열되도록 하여 용사노즐(55)에 의한 화염망에서 충분히 용융되지 않고 통과될 수 있는 오염물을 재차 1000℃이상의 고온으로 가열되어 열분해 또는 용융 부착되게 함으로써 촉매역할을 하도록 구성될 수 있다.

용융 처리로(60)의 하부에는 상기 용융타켓부재(62)에서 용융되어 흘러내린 용융 물질을 저장한 후에 처리할 수 있도록 용탕 처리부(65)가 구성된다. 이 용탕 처리부(65)는 상기 용융 처리로(60) 하부 공간에 수납 가능한 박스 구조로 구성할 수도 있고, 필요에 따라서는 용융 물질이 용융 처리로(60) 밖으로 흘러나가도록 구성할 수도 있다.

그리고 용융 처리로(60)의 상부에는 브라운 가스를 이용하여 정화된 배기가스가 배출되는 정화가스 배출통로(67)가 연결되어 구성된다.

이와 같이 구성되는 용융 처리로(60)는 소각 시스템의 연소실을 통과한 배기가스를 처리하기 위한 종래의 사이클론, 백필터, 웹스크러버 등의 후방 가스정화시설의 전단 또는 후단의 배기 통로 중 어느 일측 끝단에 구비되어 상기 용사노 즐(55)에 의해 브라운가스 화염망을 형성하도록 구성할 수 있고, 이러한 용융 처리로 내에 상기한 바와 같은 용융타켓부재(62)가 설치될 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 상기 배기가스 정화장치(50)는 부가적으로 산소를 포함하는 공기, 각종 가스, 탄화물, 소석회, 칼슘화합물, 요소수, 질소화합물, 금속, 유리, 메탈, 세라믹 또는 이들의 혼합물 및 화합물을 상기 브라운 가스 화염망 내부에 분사 공급하는 수단을 추가로 구성하여 , HCl, PCBs, 다이옥신, 황화물, 질화물 및 방사능 오염물을 포함하는 난분해성 유해 배기가스를 열분해, 용융 및 재연소시킴으로써 정화효율을 높일 수 있도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 배기가스 정화장치는, 도 7을 참조하면, 상기 용사노즐(55)의 노즐 바디(56)에는 고온의 배기가스 열에 의해 노즐이 손상되는 것을 방지하도록 내부에 냉각수 또는 에어를 이용하여 노즐을 냉각할 수 있는 냉각라인(C)이 구비될 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 도 7의 냉각 라인(C)의 끝단부를 배기통로의 내측으로 평행하게 이어지도록 도입하는 것과 같이, 노즐 바디(56)에 고압에어 분사홀로 이루어진 압축공기 도입부를 구성하여, 상기 배기 통로(51)의 내벽을 따라 배기가스 진행 방향과 평행하게 분사되도록 하여 에어 가이드를 형성함으로써 노즐 바디(56) 및 배기 통로(51) 등이 브라운 가스 화염명의 고열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 고압에어 분사홀은 노즐 바디(56)의 브라운 가스 분사홀(57)의 외곽에 위치되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 용사노즐(55)에 의한 화염망 내부 또는 전방에 배기가스의 재연소 및 열분해 용융을 촉진하는 액상 또는 파우더 형태의 수용액, NaOH, NaCl,KCl, SiO₂, 소석회, 칼슘수용액, 소다수, Cokes, 탄화물, 세라믹스, 서멧, 메탈, 비금속을 포함하는 공지의 촉매부재들을 도입하기 위한 촉매공급장치(70)를 배치하는 것이 바람직하다.

이때 상기 촉매공급장치(70)는 용사노즐의 브라운가스 화염망이 형성되는 부분에 촉매 부재를 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 배기가스 정화장치(50)는, 클램프, 플랜지 등의 이음방식을 적용하여 신규 소각 시스템은 물론 종래 소각 시스템의 배기 라인상의 어느 일측에 부착 또는 탈착이 가능하도록 하여 종래 설비에 적용시 많은 변경사항이 따르지 않는 것은 물론 유지보수가 용이하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 도 6에서와 같이, 연소실(40)과 배기 통로(51) 사이와, 용융 처리로(60)에 연결된 정화가스 배출통로(67)에 플랜지부(F)를 각각 형성할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)의 작동을 설명한다.

위에서 설명한 바와 같이, 연소실(40)에서 연소되어 배기된 가스에는 폐기물을 강제 소각하는 과정에서, 차르를 비롯하여 상당량의 유해물질들도 함께 배출된 다.

이러한 배기가스가 배기 통로(51)를 통과할 때, 벤츄리 영역을 통과하면서 유동 속도가 빠르게 증가하게 되고, 동시에 용사노즐에서 브라운 가스 화염이 분출되면서 열분해 연소 및 용융이 이루어지고, 1차 정화 처리된 배기가스가 더욱 가속된 후에 용융타켓부재(62)에 부딪히면서 재차 열분해 연소 및 용융이 이루어지게 된다.

즉, 유해 가스 및 미세 입자들이 포함된 배기가스가 벤츄리 영역을 통과하면서, 브라운 가스 화염에 의해 생성되는 고온의 열원으로 인해 연소되면서 고속 유동하여 용융타켓부재(62)에 충돌하고, 이때 1000℃ 이상의 고온으로 가열된 용융타켓부재(62)에 입자들이 재연소 또는 용융되어 용착된다. 결국, 벤츄리 영역을 통과하면서 브라운 가스 화염에 의해 배기가스에 포함된 유해가스 및 입자상들의 재연소가 이루어지고, 1000℃ 이상의 고온으로 가열된 용융타켓부재(62)에 집속되면서 대부분의 입자상 들이 용융타켓부재(62)에 용착되어 배기가스로부터 분리된다.

용융타켓부재(62)에 용착된 용융 물질은 용융 처리로(60) 하부의 용탕 처리부(65)로 떨어져 고이게 되고, 이러한 과정을 거쳐 미세 입자 및 유해물질이 제거된 배기가스는 배출통로(67)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.

다음, 도 9 내지 도 12를 참조하여, 위에서 설명한 용사노즐과 다른 구조를 갖는 용사노즐 설치 구조에 대하여 설명한다.

참고로, 이하에서 설명된 본 발명의 다른 실시예에서, 상기에서 설명한 구성 과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명에 따른 용사노즐 설치 구조의 다른 실시예를 보여주는 상세도이고, 도 10은 도 9의 B-B 선 방향의 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 용사노즐은, 전술한 도 6 내지 도 8에 도시된 용사노즐 구조와 유사하게 노즐 바디(56)에 분사 홀(57)들이 형성된 구조로 이루어진다.

다만, 도 6 내지 도 8에 도시된 노즐 바디(56) 및 배기 통로(51)는 동일한 내경을 갖도록 구성되는 반면, 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 용사노즐(55)을 지나는 지점부터 배기 통로(51)의 내경이 확장된 구조로 이루어진다. 즉, 용융 처리로(60)로 연결되는 배기 통로(51)도 연소실(40)로 연결된 배기 통로(51)보다 단면적이 더 크게 형성된다.

그리고, 노즐 바디(56)의 분사 홀(57) 출구부분에 확장된 경사면 구조로 형성된다.

한편, 도 11은 본 발명에서, 용융 처리로(60) 내에 보조 버너(75)가 추가된 구성을 보인 도면으로서, 상기한 바와 같은 본 발명의 상기 배기가스 정화장치(50)에 용융타켓부재(62)를 부가적으로 고온으로 가열하기 위한 보조 버너(75)를 용융타겟부재(62)에 대향하는 위치에 배치하도록 구성할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 용사노즐 설치 구조의 또 다른 실시예를 보여주는 상세도이다.

위에서 설명한 용사노즐(55)과 달리, 배기 통로(51)를 형성하는 관체에 각각의 용사노즐(55A)이 삽입되는 구조로 설치된다.

즉, 각 용사노즐(55A)은 브라운 가스 공급장치(45)로부터 각각 브라운 가스를 공급받아 분사할 수 있도록 구성되고, 이 각각의 용사노즐(55A)은 배기 통로(51)에 경사진 방향으로 삽입되게 설치된다.

여기서, 배기 통로(51)를 형성하는 관체에는 각 용사노즐(55A)을 고정 지지할 수 있는 노즐 고정바디(56A)가 설치되어 구성될 수 있다.

또한 관체의 내부에는 용사노즐(55A)의 끝단부에 브라운 가스의 분출이 용이하도록 분출 방향으로 삭제된 경사 홈부(51a)를 형성하여 구성할 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들에서는 용융타켓부재(62)가 용융 처리로(60) 내에 설치된 구조를 예시하였으나, 배기 통로(51) 상에 직접 설치되는 방식도 가능하다. 이러한 구조에 대하여 설명한다.

도 13은 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)의 다른 실시예를 보여주는 구성도이다.

도 13에 도시된 배기가스 정화장치(50)는, 위에서 설명한 바와 같이, 용융 처리로(60) 내에 용융타켓부재(62)를 포함하여 배기가스가 직접적으로 통과하도록 다수의 홀이 형성된 추가 용융타켓부재(62A)를 배기 통로(51) 상에 설치할 수 있다.

즉, 배기 통로(51) 상에 용사노즐(55)을 설치하고, 그 후방의 배기 통로(51) 상에 추가 용융타켓부재(62A)가 설치되는 것이다. 이때, 추가 용융타켓부재(62A)는 배기가스가 통과하도록 다수의 홀(62h)들이 형성된 구조로 이루어지고, 재질은 고온에 견딜 수 있는 세라믹 재질 등으로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 추가 용융타켓부재(62A)의 후방에 위치되는 용융 처리로(60)의 하부에는 상기 용융타켓부재(62) 및 추가 용융타켓부재(62A)에서 떨어진 용융물질이 저장 또는 배출되는 용탕 처리부(65)가 구성된다.

이외의 구성은 부분은 전술한 본 발명의 실시예들의 구성과 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

또한, 도 13에서는 배기 통로(51)가 그 중간에서 복수개로 분기된 구성을 보여주고 있는데, 이는 배기 통로(51) 상에 추가 용융타켓부재(62A)가 직접 구성됨으로 인하여, 용융타켓부재(62A)의 홀(62h)이 막힐 경우에, 분기된 배기 통로(51)를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성된 것이다.

즉, 연소실(40)로부터 연결된 배기 통로(52)에서 두 개(3 개 이상도 가능)의 배기 통로(53A, 53B)로 분기되고, 분기된 각각의 배기 통로(53A, 53B)에는 상기한 용사노즐(55)과 추가 용융타켓부재(62A)가 각각 설치된다. 그리고 배기 통로(51)의 분기 지점에는 어느 한 쪽의 분기된 배기 통로(51)로 배기가스가 유동하도록 조절할 수 있는 개폐 밸브 즉, 삼방 밸브(V)가 설치된다.

물론, 삼방 밸브를 이용하지 않고, 각 분기된 배기 통로(53A, 53B)에 각각 개폐 밸브를 설치하는 것도 가능하다.

이와 같은 본 발명의 장치(50)는, 어느 한쪽의 분기된 배기 통로(53A 또는 53B)가 막히면, 다른 쪽 배기 통로(53B 또는 53A)를 개방하여 배기가스를 정화하여 배출하게 되는데, 이때 막힌 쪽의 배기 통로(53A 또는 53B)는 클리닝 작업이 이루어진다.

클리닝 작업은 배기 통로(53A 또는 53B)를 개방하고, 작업자가 직접 추가 용융타켓부재(62A)를 청소하거나 교환하는 방법, 또는 배기가스가 아닌 정화된 공기를 공급하면서 브라운 가스 화염으로 추가 용융타켓부재(62A)를 가열하여 클리닝 하는 방법 등이 있을 수 있다.

그리고, 상기 두 용융 처리로(60)의 후단에는 정화가스 배출통로(67A)(67B)가 각각 연결되고, 이후 이 두 통로(67A)(67B)는 하나의 정화가스 배출통로(67)로 모아져 다른 가스 정화 시스템 등으로 연결된다. 물론, 배출통로(67)의 합류지점에서 삼방 밸브(V) 등이 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)를 이용한 폐기물 소각 시스템 구조를 설명하면 다음과 같다.

참고로, 본 실시예에서는 도 6 내지 도 8에 도시된 배기가스 정화장치(50)를 이용한 구조를 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 도 9 내지 도 13에 도시된 다른 용융처리 장치를 대체하여 이용하는 것도 가능하다.

도 14는 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)를 이용한 폐기물 소각 시스템을 보인 일 실시예의 도면이다.

본 발명에 따른 폐기물 소각 시스템은, 연소실(40), 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)와, 브라운 가스 공급장치(45)와, 정화가스 배출부 등으로 구성된다.

상기 연소실(40)은, 고상 폐기물을 연소시켜 배기가스를 배출할 수 있도록 구성된 것으로서, 통상적인 연소실과 같이 격벽에 의해 1차 및 2차 연소실로 구분된 구조로 구성될 수 있다. 물론, 1차 연소실만 구성되거나 3차 연소실 또는 그 이상이 구성되는 것도 가능하다.

상기 배기가스 정화장치(50)는 전술한 바와 같이 배기 통로(51), 용사노즐(55), 용융 처리로(60), 용융타켓부재(62) 등으로 구성된다. 여기서 용융타켓부재(62)는 판재가 별도로 구성되지 않고, 용융 처리로(60)의 벽면을 특수 처리하여 용융타켓부재(62)로 이용할 수 있음을 보여준다. 그 외의 구성은 위에서 자세히 설명하였으므로, 반복 설명은 생략한다.

브라운 가스 공급장치(45)는 상기 용사노즐(55)에 브라운 가스를 공급하는 장치로서, 공지의 브라운 가스 발생기를 이용할 수 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기 정화가스 배출부는 상기 배기가스 정화장치(50)를 통과하면서 정화된 배기가스를 배출하는 구성 부분으로서, 상기 배기가스 정화장치(50)를 거치면서 배기가스에 포함된 대부분의 입자 및 유해가스들이 재연소 및 용융과정을 거쳐 처리되므로, 바로 연돌 즉, 스택(stack)(80)을 통해 외부로 배출하는 것도 가능하다.

다만, 배출 가스를 더욱 정화하기 위해, 상기 배기가스 정화장치(50)는 사이클론 정화기(71)와 같은 공지의 후단배기가스 방지시설들을 추가로 설치하여 상황에 따라 이들의 전단 또는 후단에 구성하는 것도 가능하다. 또한 용융 처리로(60)와 사이클론 정화기(71) 사이에 폐열 보일러(미도시)를 설치하여 배기열을 이용할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 그리고 스택(80)은 정화 처리된 가스를 외부로 배출하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 폐기물 소각 시스템은, 종래 폐기물 소각 시스템에서, 습식 또는 반건식 세정장치, 여과 집진기 등을 생략하고, 연소실(40), 배기가스 정화장치(50), 사이클론 장치(71), 스택(80)의 구성만으로 폐기물 소각 및 배기가스의 정화효율을 높여 사회문제가 되고 있는 각종 난분해성 폐기물을 처리하는 것이 가능해진다. 이는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치(50)에서, 용사 방식으로 배기가스에 함유된 입자 및 유해가스를 재연소시켜 소멸시키거나, 열분해 또는 용융 처리하게 되므로, 종래의 부가적인 배기가스 정화장치가 필요치 않을 수 있게 된다.

물론, 필요에 따라서는, 공지에 구성된 습식 또는 반건식 세정장치, 여과 집진기 등을 추가하여 구성할 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명의 폐기물 소각 처리 장치는, 연소실(40)을 통과한 배기가스를 처리하기 위해 공지의 소각시스템의 1차 연소실 후단의 배기가스 처리를 위한 2차 연소실을 본 발명의 브라운 가스 용사 노즐에 의한 배기가스 정화 시스템으로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운 가스에 의한 배기가스 정화 장치는 통상적으로 연소실(40)의 후방에서 배기가스를 정화하도록 설치되는 사이클론 정화기, 백필터, 웹스크러버 등의 종래 후방 가스정화시설의 전단 또는 후단의 어느 일측에 하나 또는 복수개가 설치되도록 구성하는 것도 가능하다.

물론, 공지의 배기가스 정화 장치를 생략하고 본 발명의 브라운 가스에 의한 배기가스 정화장치를 단독으로 구성하는 것도 무방하다.

상기한 본 발명의 여러 실시예에서는 연소실에서 배출되는 배기가스를 정화하는 장치를 중심으로 설명하였으나, 이러한 본 발명의 장치를 액상 폐기물 소각 시스템 또는 고상 폐기물을 직접 연소시키는 시스템에도 적용할 수 있다.

여기서 일반적으로 액상 폐기물 소각 처리방식은, 소각로 외부로부터 별도의 열 공급원을 구비하여 소각로 내부를 고온상태로 유지시킨 다음, 액상 폐기물을 노즐에 의하여 소각로 내부에 분사하여 가연성 물질은 소각시키고, 물입자는 노의 고열에 의하여 열분해 증발시켜, 기체상태로 된 배기가스를 별도의 재처리장치에 연계시켜 처리하는 방식으로 구성된다.

도 15와 도 16을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 15는 본 발명에 따른 액상 또는 고상 폐기물 처리 장치를 보인 개략적인 구성도이고, 도 16은 다른 실시예의 액상 또는 고상 폐기물 처리 장치를 보인 단면 구성도이다.

본 발명에 따른 액상 또는 고상 폐기물 처리 장치는, 브라운 가스를 에너지원으로 하는 용사 노즐(540)을 소각시스템의 연소실(600) 일측에 용사 버너(500)로 구성하고 용사 버너(500) 내부 또는 브라운가스 화염망 내부에 액상 또는 고상의 폐기물 도입부를 배치하여 폐기물을 공급함으로써 폐기물을 직접 열분해 또는 용융 소각하여 2차적인 환경오염원 배출을 감소시켜 안전하게 처리하도록 구성된다.

즉, 전술한 여러 실시예에서와 같이 상기 브라운가스를 에너지원으로 하는 용사노즐 구조를 배기 통로 상에 배치하는 것이 아니라, 소각 시스템의 1차 연소실(600) 내부 일측에 용사용 용사 버너(500)로써 하나 또는 다수 개를 배치하고, 상기 용사 버너(500)에 의한 열분해 또는 용융 소각처리를 위한 용사 대상물로는 상기 액상 또는 고상의 폐기물을 상기 용사 버너(500) 중심부 또는 상기 용사 버너(500)에 의해 형성되는 화염망의 일측에서 공급하거나 직접 분사하여 고온의 브라운가스 화염망 내부에서 상기 폐기물이 직접 소각되도록 구성하는 것이다.

여기서, 상기 폐기물 소각 처리 장치에서 처리되는 폐기물이라 함은 종래 폐기물 소각 시스템에서 발생되는 비산재 및 바닥재, 제철과정에서 발생되는 슬래그, 폐수 및 하수 슬러지, 방사능 오염물 또는 방사능 오염 슬러지 등의 기체상 및 고체상 폐기물과 발전설비의 절연체로 쓰이는 PCB를 포함하는 각종 난분해성 액상 폐기물을 통칭할 수 있다.

주요 구성을 설명한다.

먼저, 상기 용사 버너(500)는 노즐 바디(530)에 다수의 용사 노즐(540) 즉, 분사 홀을 방사형 구조로 배치하여 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하여 화염망을 형성하도록 구성된다.

여기서, 상기 브라운 가스 분사 홀은 브라운 가스 또는 브라운 가스와 혼합되어 사용되는 종래 연료를 함께 사용하도록 분사 홀을 별도로 배치하는 것도 가능하다.

또한, 상기 용사 버너(500)는 HVOF, 폭발용사를 포함하는 공지의 화염 용사방식과 같이 브라운 가스 화염 분사구를 하나 또는 다수 개를 가지도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 용사 버너(500)의 노즐 바디(530)에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 고온의 연소실 내부의 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 내부에 냉각액체 또는 냉각기체에 의한 냉각라인을 구비하는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운 가스를 연소시키기 위한 공지의 점화장치를 용사 노즐(540)의 전방에 구성하는 것은 당연하다.

또한, 상기 브라운 가스를 공급하는 라인 상에는 브라운 가스 화염의 역류를 방지하는 건식 또는 습식 역화방지기를 포함하는 공지의 안전장치를 가지도록 구성할 수 있다.

다음, 용사 버너(500) 내부 또는 용사 버너(500) 전방에는 소각을 위한 폐기물을 분사 공급하는 폐기물 도입부(510)가 구성된다.

상기 폐기물 도입부(510)는 상기 용사 버너(500)에서 불활성 고압가스, 압축 공기 또는 브라운 가스의 압력으로 형성되는 사이펀 플러그 방식에 의해 도입되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 고체상, 입자상 및 액상의 각종 폐기물을 상기 용사 버너(500)에서 발생되는 브라운 가스 화염내부로 원활히 공급할 수 있도록 공지의 폐기물 이젝터 방식 또는 별도의 호퍼(hopper) 방식 등을 포함하는 공지의 용사용 소재 공급 시스템 및 폐기물 투입 시스템을 포함할 수 있다.

다음, 상기 연소실(600)에는 용사 버너(500)에서 열분해 또는 용융 처리된 용융물, 미분해된 배기가스를 포함하는 소각잔재물의 진행방향 일측에 고온으로 가열되는 용융타켓부재(662)가 배치되고, 상기 폐기물이 소각되어 발생되는 소각잔존물 및 배기가스가 이 용융타켓부재(662)에 의해 열분해 및 용융부착 또는 배기가스가 직접 접촉하여 재연소를 촉진하도록 구성하여 소각효율 높이고 유해 배기가스의 발생을 줄이는 것도 가능하다.

또한, 상기 용융타켓부재(662)는 용융되어 고형화된 배기가스 정화물이 쉽게 배출되도록 일정한 각도로 경사지게 하거나 용탕 형태로 구성될 수 있으며, 상기 용융타켓부재(662)에 대향되는 면에는 소각시스템에서 사용되는 공지의 보조 버너(675)를 하나 또는 다수 개 배치하여 부가적으로 용융타켓부재(662) 또는 연소실(600) 내부를 고온으로 가열하도록 하는 것도 가능하다.

이때, 상기 1차 폐기물 연소실(600) 후단의 어느 하나 또는 공지의 배기가스 정화시설 구성물 전단 또는 후단의 배기 통로(52)에 도 6 내지 13을 참조하여 설명한, 본 발명의 배기가스 정화장치(50)를 부가적으로 설치하여, 상기 연소실(600)에 서 배출된 배기가스를 정화하여 처리하는 것도 가능하다.

배기가스 정화장치(50)에 대해서는, 도 6 등을 참조하여 설명하였는바, 도 15에 동일한 참조번호를 부여하고, 그에 대한 자세한 구성 설명은 생략한다.

다만, 도 15에서는 용융 처리로(60A) 내에 일예로 두 개의 보조 버너(77)가 설치된 구성을 보여준다.

한편, 도 16은 폐기물을 소각 처리하기 위한 용사 버너(500A)를, 단독 분사구를 가지는 복수개의 용사노즐(560)을 하나의 용사 노즐 팩(Package)(550)으로 원형으로 구성하여 연소실(600) 일측에 하나 또는 다수 개를 배치하여 각각 화염망을 형성하여 하나 또는 다수의 화염망을 형성하는 구성을 보여준다.

이때에도, 용융타켓부재(662)를 상기 용사 버너(500A)에 의해 형성되는 화염망 전방에 배치하는 것이 바람직하다.

도 16에서 참조 번호 520은 액상 또는 고상 폐기물을 공급하는 호퍼를 나타내고, 510은 폐기물 도입부를 나타내며, 555는 용사 버너(500A)를 연소실(600)에 조립하기 위한 조립 하우징을 나타낸다.

특히, 참조 번호 570은 추가 연료 공급홀을 나타낸 것으로서, 브라운 가스만을 공급하는 용사 노즐(560)과 별도로 구성되어, 브라운 가스에 일반적으로 사용하는 연료 가스를 직접 혼합하거나, 종래의 액상 연료를 혼합 또는 통과시켜 변형하여 사용하는 것은 물론 일반적으로 사용하는 LPG, 아세틸렌, 벙커C유, 경유, 케로신, 수소 등의 연료를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 용사 버너(500A)에는, 추가 연료 공급홀(570)과 유사한 구조로, 압축공기를 도입하는 압축공기 도입부를 구성하여, 폐기물을 공급하는 방향과 평행하게 통로의 내벽에 에어가이드를 형성함으로써 용사 버너가 손상되지 않도록 냉각시키는 구성도 가능하다.

참조 번호 665는 용융타켓부재(662)에서 용융되어 흘러내린 용융 물질 또는 상기 용사 노즐 팩(550)에서 연소되어 고형화된 용융 폐기물을 저장한 후에 처리할 수 있는 용융 폐기물 처리부를 나타낸다.

도 1 내지 도 3은 등록특허 10-502108호에 개시된 도면들,

도 4 내지 5는 등록실용신안 20-263253호에 개시된 도면들,

도 6은 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치가 도시된 구성도,

도 7은 도 6에 도시된 장치의 주요부 상세도,

도 8은 도 7의 A-A 선 방향의 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 용사노즐 설치 구조의 다른 실시예를 보여주는 상세도,

도 10은 도 9의 B-B 선 방향의 단면도,

도 11은 본 발명에 따른 배기가스 정화장치에서 보조 버너가 설치된 상태를 보인 구성도,

도 12는 본 발명에 따른 용사노즐 설치 구조의 또 다른 실시예를 보여주는 상세도,

도 13은 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치의 다른 실시예를 보여주는 구성도,

도 14는 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 시스템을 보인 일 실시예의 도면이다.

도 15는 본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 액상 또는 고상 폐기물 소각 처리 시스템에 적용한 상태를 보인 개략적인 구성도,

도 16은 도 15와는 다른 구조를 가진 본 발명의 액상 또는 고상 폐기물 소각 처리 시스템을 보여주는 주요부 구성도이다.

Claims (46)

1. 배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로 내측에 배기가스의 흐름을 방해하지 않도록 브라운 가스를 분사하는 복수개의 분사구가 배치되어 하나의 타켓 영역(Target Zone)을 향해 브라운 가스 화염망을 형성하는 용사노즐로 구성되어,

   상기 배기 통로를 통과하는 배기가스를 상기 용사노즐을 통해 분사된 브라운 가스를 이용하여 열분해, 용융 또는 재연소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 배기 통로는, 상기 용사노즐이 설치된 부분이 벤츄리(venturi) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 용사노즐의 전방에는 상기 타켓 영역에 구비되는 용융타켓부재가 구성되어,

   상기 용융타켓부재를 통해, 브라운 가스 화염망에 의해 열분해, 용융 또는 재연소된 상기 배기가스가 용융 부착되어 재차 정화 처리된 다음 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 배기가스 정화장치의 일측에는 용융 처리로가 구비되고,

   상기 용융타켓부재는 상기 용융 처리로 내에 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 용융타겟부재는 용융되어 고형화된 배기가스 정화물이 낙하하여 배출되도록 경사를 가지도록 배치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 용융 처리로에는, 상기 용융타켓부재에 대향되는 면에 보조 버너를 배치하여, 용융타켓부재를 고온으로 가열하도록 하는 것이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 용융 처리로는,

   상기 배기 통로와 마주하는 위치에 상기 용융타켓부재가 배치되고,

   상기 용융타켓부재의 하부 공간에는 상기 용융타켓부재에서 흘러내린 용융 처리 물질이 저장되어 배출되도록 하는 용탕 처리부가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 용사노즐은, 상기 배기 통로의 형상에 맞추어 배기가스의 흐름을 방해하지 않도록 설치된 노즐 바디에 방사형으로 다수의 분사 홀을 형성한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 노즐 바디는 고온의 배기가스 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 바디 내부에 냉각액체 또는 냉각 기체에 의한 냉각라인이 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 용사노즐은, 기상 또는 액상의 화석연료 또는 바이오 연료와 브라운 가스가 혼합되거나, 화석연료 또는 바이오 연료만을 분사하는 분사홀이 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 용사노즐은 각각 별개로 이루어져 상기 배기 통로에 일정 간격마다 설치되어 상기 배기가스가 브라운 가스 화염망 내부에 체류하는 시간이 연장되도록 하여 배기가스의 열분해, 용융 또는 재연소가 더욱 활발히 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 용사노즐의 전방 또는 배기 통로 상에는 상기 타켓 영역에 구비되는 용융타켓부재가 구성되고,

    상기 용융타켓부재는, 상기 용사노즐 전방 또는 배기 통로 상에 부착 또는 탈착이 가능하게 설치되며, 그 형태는 탄화물, 세라믹, 금속, 비금속 또는 이들의 혼합물을 재료로 하여 다수의 기공을 가지거나 표면을 거친 형태로 하며,

    상기 용사노즐에 의해 형성된 화염망에 의해 용융 처리된 배기가스가 용융 부착되도록 평판형, 용탕형 또는 다수의 홀이 형성되어 배기가스가 직접 통과하는 과정에서 열분해, 용융 또는 재연소 되도록 하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 용융타켓부재는, 브라운 가스 화염망에 의해 가열되거나 또는 전기저항체 또는 부가적인 버너에 의해 가열되도록 하여 상기 용사노즐에 의한 화염망에서 충분히 용융되지 않고 통과될 수 있는 오염물을 재차 고온으로 가열되어 열분해 또는 용융 부착되게 함으로써 촉매역할을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 용융타켓부재는 배기가스가 통과하도록 다수의 홀이 형성되어 배기 통로 상에 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
15. 청구항 3에 있어서,

    상기 배기 통로는 그 중간에서 복수개로 분기되어 구성되고,

    분기된 각각의 배기 통로에는 상기 용사노즐과 용융타켓부재가 각각 설치되며,

    분기 지점 또는 분기된 배기 통로 상에는 어느 하나의 분기된 배기 통로로 배기가스가 유동하도록 선택할 수 있는 개폐 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 개폐 밸브는 분기 저점에 구비된 삼방 밸브이고,

    상기 용융타켓부재가 배기 통로상에 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
17. 청구항 1에 있어서,

    상기 용사노즐은 배기가스가 진행하는 방향에 대해 배기가스 통로의 중심축을 향해 방사형으로 분사되어 형성되는 콘형, 커튼형 또는 매쉬(mesh)형 중 어느 하나의 화염망을 이루도록 구성되며,

    상기 배기통로를 통과하는 배기가스가 상기 브라운 가스 화염망을 통과하는 동안 접촉하여 고온으로 가열되어 열분해, 용융 또는 재연소되도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
18. 청구항 1에 있어서,

    상기 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치는, 상기 배기 통로의 시작부분 또는, 연소실의 후방 가스정화시설 전단 또는 후단의 배기 통로 중 적어도 어느 일측에 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
19. 배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 방사형 구조로 복수개가 배치되어 하나의 타켓 영역(Target Zone)을 향해 브라운 가스를 분사하여 연소시켜 화염망을 형성하도록 하는 복수의 용사노즐과, 상기 배기 통로의 어느 일측에 배치되어 브라운 가스에 의해 연소된 배기가스 내의 용융 물질을 처리하는 용융 처리로를 포함한 배기가스 정화장치와;

    상기 용사노즐에 브라운 가스를 제공하는 브라운 가스 발생기와;

    상기 용융처리 장치를 통과한 배기가스를 배출하는 정화가스 배출부를 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
20. 연소실 후방에 구비되어 배기가스를 정화하는 가스정화시설을 포함하는 폐기물 소각 처리 장치에 있어서,

    상기 배기가스 후방 가스정화시설의 전단 또는 후단의 어느 일측에,

    배기가스가 통과하는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 방사형 구조로 복수개가 배치되어 하나의 타켓 영역(Target Zone)을 향해 브라운 가스를 분사하여 연소시켜 화염망을 형성하도록 하는 복수의 용사노즐과, 상기 배기 통로의 어느 일측에 배치되어 브라운 가스에 의해 연소된 배기가스 내의 용융 물질을 처리하는 용융 처리로를 포함한 배기가스 정화장치가 하나 또는 복수개가 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
21. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,

    상기 용융 처리로 내에는 상기 용사노즐의 타켓 지점에 위치되어 용융 물질이 용착되어 처리되도록 하는 용융타켓부재를 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
22. 청구항 19에 있어서,

    상기 브라운 가스 발생기에는, 브라운 가스 화염의 역류를 방지하는 건식 또는 습식 역화방지기, 릴리프 밸브 중 적어도 어느 하나의 안전장치를 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
23. 청구항 19에 있어서,

    상기 정화가스 배출부는, 상기 용융 처리로에서 배출된 가스를 정화시키는 사이클론 정화기와, 상기 사이클론 정화기를 통과한 정화 가스를 배출하는 스택(stack)을 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
24. 청구항 19에 있어서,

    상기 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치는, 1차 연소실을 통과한 배기가스를 처리하기 위해, 1차 연소실 후단에 배기가스를 처리할 수 있도록 2차 연소실이 구비되되,

    상기 2차 연소실에는 상기 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치가 구비되어 1차 연소실에서 배출된 배기가스를 처리할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
25. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,

    상기 용사노즐에 공급되는 브라운 가스는, 물 분해시 수소와 산소가 물의 화학당량비로 혼합되어 발생되는 가스, 수소가스와 외부 산소의 혼합가스, 물 전기분해시 격막에 의해 수소와 산소를 분리 생산한 후 이를 즉시 다시 혼합한 가스, 상기 브라운 가스와 액상 또는 기상의 화석 또는 바이오 연료를 혼합하거나 통과시켜 특성을 변화시킨 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
26. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,

    상기 용사노즐은, 상기 브라운 가스에, 공지의 화석 연료 또는 바이오 연료를 혼합하거나, 함께 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
27. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,

    상기 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치는, 브라운 가스 외에, 부가적으로 산소를 포함하는 공기, 각종 가스, 탄화물, 소석회, 칼슘화합물, 요소수, 질소화합물, 금속, 유리, 메탈, 세라믹 또는 이들의 혼합물 및 화합물을 분사 공급하는 장치를 추가로 구성하여 HCl, PCBs, 다이옥신, 황화물, 질화물 및 방사능 오염물을 포함하는 난분해성 유해 배기가스를 열분해, 용융 및 재연소시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
28. 배기가스를 고온의 브라운 가스 화염망으로 열분해, 용융 또는 재연소시켜 제 1차로 정화 처리하고, 여기에서 처리된 배기가스를 브라운 가스 화염 진행 방향의 맞은편에 배치된 용융타켓부재에 용착시켜 재차 정화 처리하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법.
29. 청구항 28에 있어서,

    상기 브라운 가스를 분사하는 용사노즐이 배기가스 진행 방향에 대하여 방사형 구조로 배치되어, 매쉬(Mesh) 형태의 콘형(Cone Type) 또는 브라운 가스 화염 진행방향의 중심부로 회전하면서 진행하는 헬리컬(Helical) 콘형의 브라운가스 화염망(Flame Mesh)을 형성하여 하나의 타켓 영역을 향해 분사하면서 배기가스를 열분해, 용융 또는 재연소하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법.
30. 청구항 28에 있어서,

    상기 브라운 가스에 의한 화염망 내부 또는 전방에 배기가스의 재연소 및 열 분해 용융을 촉진하는 액상 또는 파우더 형태의 수용액, NaOH, NaCl,KCl, SiO₂, 소석회, 칼슘수용액, 소다수, Cokes, 탄화물, 세라믹스, 서멧, 메탈, 비금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 촉매물질들을 도입하면서 배기가스를 처리하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법.
31. 청구항 28에 있어서,

    상기 브라운 가스는, 물 분해시 수소와 산소가 물의 화학당량비로 혼합되어 발생되는 가스, 수소가스와 외부 산소의 혼합가스, 물 전기분해시 격막에 의해 수소와 산소를 분리 생산한 후 이를 즉시 다시 혼합한 가스, 상기 브라운 가스와 액상 또는 기상의 연료를 혼합하거나 통과시켜 특성을 변형시킨 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법.
32. 소각시스템의 연소실 일측에 방사형 구조로 배치되어 하나의 타켓 영역(target zone)을 향해 브라운 가스를 분사하는 복수의 용사 노즐이 구비되어 용사 방식의 폐기물 소각을 위한 용사 버너와,

    폐기물을 상기 용사 버너에서 발생된 브라운 가스 화염망을 이용하여 직접 열분해 또는 용융 소각하여 처리할 수 있도록 상기 용사 버너의 내부 또는 브라운가스 화염망 내부에 폐기물을 공급하는 폐기물 도입부를 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
33. 청구항 32에 있어서,

    상기 용사 버너에서 열분해 또는 용융 처리된 용융물, 미분해된 배기가스를 포함하는 소각 잔재물의 진행방향 일측에 고온으로 가열되는 용융타켓부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
34. 청구항 33에 있어서,

    상기 용융타켓부재는 용융 물질이 부착되거나 또는 흘러내리면서 배출되도록 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
35. 청구항 33에 있어서,

    상기 연소실에는 상기 용융타켓부재에 대향되는 면에 보조 버너를 하나 또는 다수 개 배치하여 부가적으로 용융타켓부재 또는 연소실 내부를 고온으로 가열하도 록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
36. 청구항 32에 있어서,

    상기 연소실의 후단의 배기 통로에는 상기 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
37. 청구항 32에 있어서,

    상기 연소실에서 배출되는 배기가스를 정화할 수 있도록 배기가스 정화시설이 추가로 구비되고,

    이 배기가스 정화시설의 전단 또는 후단의 배기 통로 상에는, 상기 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
38. 청구항 32에 있어서,

    상기 폐기물 도입부는, 고압가스, 압축공기 또는 브라운 가스 중 적어도 어느 하나의 압력으로 형성되는 사이펀 플러그 방식으로 폐기물을 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
39. 청구항 32에 있어서,

    상기 용사 버너는, 상기 브라운 가스 외에 기상 또는 액상 화석 연료, 바이오 연료, 또는 공기 중 적어도 어느 하나를 공급하는 분사 홀을 별도로 갖는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
40. 청구항 32에 있어서,

    상기 용사 버너는, 고온의 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 내부에 냉각액체 또는 냉각기체에 의한 냉각라인을 구비한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
41. 청구항 32에 있어서,

    상기 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치는, 상기 브라운 가스 화염의 역류를 방지하는 건식 또는 습식 역화방지기를 포함하는 안전장치를 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
42. 청구항 32에 있어서,

    상기 용사 버너는 단독 분사구를 가지는 복수개의 용사노즐을 하나의 용사 노즐 팩(Package)으로 원형으로 구성하여 연소실 일측에 하나 또는 다수 개를 배치하여 구성한 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
43. 청구항 1에 있어서,

    상기 배기 통로에는, 통로의 내벽에 배기가스가 진행하는 방향과 평행하게 에어가이드를 형성하여 냉각효과를 주도록 압축공기 도입부가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치.
44. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,

    상기 배기 통로에는, 통로의 내벽에 배기가스가 진행하는 방향과 평행하게 에어가이드를 형성하여 냉각효과를 주도록 압축공기 도입부가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.
45. 청구항 28에 있어서,

    상기 배기가스를 고온의 브라운 가스 화염망으로 열분해, 용융 또는 재연소시켜 제 1차로 정화 처리할 때, 배기 통로 내벽에 압축 공기를 도입하여 냉각효과를 주도록 배기가스가 진행하는 방향과 평행하게 에어가이드를 형성하면서 배기가스를 정화 처리 하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화방법.
46. 청구항 32에 있어서,

    상기 용사 버너에는, 폐기물을 공급하는 방향과 평행하게 통로의 내벽에 에어가이드를 형성하여 냉각효과를 주도록 압축공기를 도입하는 압축공기 도입부가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용한 폐기물 소각 처리 장치.

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