KR100874444B1 - 소각로의 배출가스 처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

소각로 및 연소보일러에서 배출되는 배출가스의 농도 편차를 최소화하면서 배출시킬 수 있도록 하기 위하여, 소각로 및 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스를 배출가스처리시설로 도입(안내)하는 배출관로를 포함하는 소각로의 배출가스 처리장치에 있어서,

상기 배출관로는 배출가스가 유입되는 유입부 및 유입된 배출가스가 배출되는 배출부를 구비하고, 상기 유입부와 배출부 사이에는 배출부로 배출되는 배출가스의 농도 편차를 최소화할 수 있도록 배출가스를 혼합시키는 혼합수단이 제공된 소각로의 배출가스 처리장치를 제공한다.

또한 본 발명은 소각로 및 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스를 배출가스처리시설로 도입하여 처리하는 소각로의 배출가스처리방법에 있어서, 상기 배출가스처리시설로 도입되는 배출가스의 농도 편차를 최소화하기 위하여 배출가스의 유속을 일정구간에서 지연시켜 배출가스가 혼합된 상태로 처리시설로 도입되도록 하는 소각로의 배출가스 처리방법을 제공한다.

소각로, 연소보일러, 배출가스처리시설, 혼합수단, 확관부, 지연

Description

소각로의 배출가스 처리장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OFF-GAS TREATMENT OF AN INCINERATION PLANT}

본 발명은 소각로의 배출가스 처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소각로 및 연소보일러에서 발생된 배출가스가 배출가스처리시설로 유입될 때 배출가스의 농도의 편차범위를 최소화하면서 배출시킬 수 있는 소각로의 배출가스 처리장치 및 이를 이용한 소각로의 배출가스 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐기물 처리 방법 중의 하나로서 소각로를 이용한 소각처리방법이 이용되고 있다. 이 소각처리방법은 매립방법보다 폐기물의 부피 및 무게를 줄일 수 있지만 토양오염 물질이 생기므로 철저한 오염방지 시설을 갖추어야 한다.

소각처리장치는 소각로 및 연소보일러와, 폐기물을 균일하게 소각로로 공급하는 전처리설비, 배출가스의 열을 회수하고 배출가스를 냉각시키는 폐열보일러, 배출가스 중의 오염물질을 제거하는 배출가스처리설비 등으로 구성된다.

이와 같은 소각처리장치는 폐기물의 종류에 따라서 효율적으로 처리하기 위하여 그에 적합한 구조로 이루어지며, 폐기물 중에는 품질불량이나 사용기한이 넘은 폐탄약을 소각하는 경우가 있다.

이러한 폐탄약의 소각 처리시에는 탄두와 추진제에 일부 휘발성 중금속이 포함될 수 있고 탄약 기폭, 소각처리과정에서 질소산화물(NOx), 다이옥신, CO 등과 같은 유해화학물질이 발생한다.

폐탄약을 소각 처리하는 경우 동시에 많은 폐탄약을 처리하게 되는데, 이때 탄약의 특성상 소각로의 폐탄약이 한번에 폭발하지 않고 불규칙하게 폭발하여 다량의 폐탄약이 폭발하는 경우와, 상대적으로 소량이 폭발하는 경우가 발생한다.

이럴 경우 소량의 폐탄약이 폭발할 경우에 비하여 대량의 폐탄약이 폭발할 경우에는 상대적으로 더 많은 양의 배출가스가 발생하므로 소각로의 후단에 설치된 배출가스처리시설의 처리 용량을 최대 농도에 맞춰 설계하여야 하므로 설비 비용이 증가하게 된다.

또한 배출가스 처리를 위한 화학반응에 소요되는 약품 즉, 요소수나 암모니아 등의 약품 주입량을 배출가스 농도에 맞춰 분사하여 화학반응에 의한 제거가 이루어져야 하나, 농도편차가 매우 짧은 시간에 변화하므로 약품 주입량을 농도에 맞춰 분사하기가 거의 불가능하며 처리가 원활하지 않고 오히려 미반응 약품이 대기로 배출되는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소각로 및 연소보일러에서 발생된 배출가스의 농도편차 범위와 최대 농도점을 낮추는 방안으로 소각로 및 연소보일러에서 배출되는 배출가스를 혼합하여 농도의 편차를 최소화하면서 배출가스처리시설로 배출시킬 수 있는 소각로의 배출가스 처리장치 및 이를 이용한 소각로의 배출가스 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 제안하는 소각로의 배출가스 처리장치는,

소각로 및 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스를 배출가스처리시설로 도입(안내)하는 배출관로를 포함하는 소각로의 배출가스 처리장치에 있어서,

상기 배출관로는 배출가스가 유입되는 유입부 및 유입된 배출가스가 배출되는 배출부를 구비하고, 상기 유입부와 배출부 사이에는 배출부로 배출되는 배출가스의 농도편차를 최소화할 수 있도록 배출가스를 혼합시키는 혼합수단이 제공된 소각로의 배출가스 처리장치를 제공한다.

상기 혼합수단은 배출관로의 단면적보다 큰 단면적을 갖는 확관부로 이루어지며, 이 확관부는 배출관로에 다수개가 설치된다.

또한 본 발명은 소각로 및 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소 반응으로 발생된 배출가스를 배출가스처리시설로 도입하여 처리하는 소각로의 배출가스처리방법에 있어서, 상기 배출가스처리시설로 도입되는 배출가스의 농도편차를 최소화하기 위하여 배출가스의 유속을 일정구간에서 지연시켜 배출가스가 혼합된 상태로 처리시설로 도입되도록 하는 소각로의 배출가스 처리방법을 제공한다.

본 발명에 의한 소각로의 배출가스 처리장치 및 방법은 소각로 및 연소보일러에서 고농도와 저농도의 배출가스가 비연속적 또는 교번으로 발생하여도 배출가스가 배출관로를 통하여 흐르면서 혼합되어 배출가스처리시설로 도입되므로 배출가스의 처리효율을 높일 수 있다.

또한 상기와 같은 이유로 배출가스처리시설의 처리 용량을 배출가스의 고농도에 맞추지 않아도 되므로 설비 비용을 그만큼 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 소각로의 배출가스 처리장치를 설명하기 위한 소각처리장치의 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 소각로의 배출가스 처리장치의 주요부분 확대 사시도이고, 도 3은 도 2를 각 방향에서 바라본 도면을 나타낸다.

소각처리장치는 폐기물이 소각되는 소각로(100)와, 이 소각로(100)에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스 중의 오염물질을 제거하고 파괴하는 배출가스처리시설(200)을 구비한다.

상기 소각로(100)에는 연소보일러(미도시)가 제공되며, 이러한 소각로(100)와 배출가스처리시설(200) 사이에는 소각로(100) 및 연소보일러 등에서 발생된 배출가스를 배출가스처리시설(200)로 유도하기 위하여 배출관로(300)가 연결된다.

상기 배출관로(300)는 일정한 내부 단면적을 갖는 덕트 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 배출관로(300)는 일정 길이로 연장되어 일측단은 유입구로 형성되고 타측단은 배출구로 형성된다. 그리고 상기 유입구측은 소각로(100)와 연결되고 배출구측은 배출구배출가스처리시설(200)과 연결된다.

이와 같은 소각처리장치는 생활폐기물이나 산업폐기물 등과 같이 폐기물의 종류에 따라서 장치의 구조가 다르게 이루어질 수 있는데, 본 실시예에서는 품질불량이나 사용기한이 넘은 탄약(폐탄약)을 소각하는 경우에 유용하게 적용할 수 있다.

즉, 탄약을 소각 처리할 경우 한번에 많은 수량의 탄약을 소각로에서 일괄적으로 처리하게 되는데, 이때 탄약은 비규칙적인 시간차를 두고서 연속적으로 폭발하면서 또, 한번에 다량의 탄약이 폭발하거나 상대적으로 소량의 탄약이 폭발하게 된다. 따라서 탄약이 폭발할 때 발생되는 배출가스도 일정하지 않아 고농도와 저농도가 비연속적으로 발생한다. 이때 발생되는 배출가스는 폐기물의 소각 또는 연소보일러에서 발생되는 배출가스를 포함한다.

이러한 배출가스는 배출관로(300)를 따라서 유도되어 배출가스처리시설(200)로 유입되어 처리되는데, 이때 본 발명은 배출가스의 농도편차가 최소화되면서 배 출가스처리시설(200)로 유입되도록 구성된다.

그러한 것을 위하여 배출관로(300) 상에는 배출가스의 흐름을 약간 지연시켜 배출가스가 혼합되면서 흐르도록 유도하는 혼합수단이 제공된다.

상기 혼합수단은 배출관로(300)의 외측으로 연장되는 확관부(400)로 이루어진다. 이 확관부(400)는 배출관로(300)와 서로 연통되어 확관부(400)가 형성된 부분은 배출관로(300)의 단면적보다 큰 단면적을 갖게 된다.

이렇게 배출관로(300)상에 확관부(400)를 형성하면 배출가스가 소정의 유속으로 배출관로(300)를 따라 이동하면서 확관부(400)가 형성된 부분에서는 상대적으로 배출압력이 낮아져 배출가스의 유속이 느려지면서 뒤따라 유입되는 배출가스와 혼합되어 흐르게 된다. 따라서 확관부(400)로 계속 유입되는 배출가스의 농도가 서로 다르더라도 확관부(400)를 통과하면서 배출가스의 유속이 지연되면서 혼합되므로 배출가스의 농도의 변화 범위가 줄어들면서 흐르게 된다.

이러한 확관부(400)는 배출관로(300)를 따라서 일정길이 만큼 형성되는데, 확관부(400)가 시작되는 부분과 끝나는 부분은 경사면(410)으로 각각 형성되어 배출가스의 흐름이 원활하게 이루어지도록 되어있다.

배출가스의 지연속도는 확관부(400)의 단면적이나 길이에 따라서 배출가스의 유속을 짧은시간 동안 지연시키거나 상대적으로 긴 시간동안 지연시킬 수 있다.

즉, 확관부(400)의 단면적이 작거나 길이가 짧으면 배출가스의 통과속도가 짧은 시간동안 지연되고, 이와 비교하여 확관부(400)의 단면적이 크거나 길이가 길면 배출가스의 통과속도가 상대적으로 긴 시간동안 지연된다.

따라서 배출가스의 유속 및 배출관로(300)에 대한 확관부(400)의 단면적을 고려하여 확관부(400)의 크기 및 길이를 정할 수 있다.

이러한 확관부(400)는 배출관로(300)의 외측 전체면을 따라서 형성될 수도 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 배출관로(300)의 일부면을 따라서 형성될 수도 있는데, 배출관로(300)의 일부면에만 형성되면 배출가스가 확관부(400)와 그 측면에 형성된 직관부(420)를 흐르는 유속이 서로 다르므로 배출가스의 혼합이 더 잘 이루어지게 된다.

또한 배출가스가 확관부 영역을 통과할 때 유속의 흐름을 균등하게 배분해주기 위하여 상기 직관부(420) 영역의 상하 방향 내측으로는 완충판(Buffer Plate)(430)이 돌출되고 확관부(400)의 시작부분에는 가이드날개(Guide Vane)(440)가 각각 형성된다.

상기 완충판은(430)은 배출가스의 흐름이 느려지도록 하는 역할을 수행하여 배출가스의 흐름양을 통제한다.

상기 가이드날개(440)는 경사면을 갖고서 경사면(410)과 간격을 유지하며 확관부(400)에 고정 설치되며, 배출가스의 일정량을 확관부(400)로 유도하는 역할을 수행한다.

따라서 이러한 완충판(430)과 가이드날개(440)로 인하여 배출가스는 확관부(400) 및 직관부(420)를 흐르면서 시간차를 두고 혼합하게 된다.

상기 확관부(400)는 배출관로(300)의 어느 일측면으로 돌출되도록 형성할 수도 있고 양쪽 대응되는 방향으로 돌출되도록 형성할 수도 있다.

상기와 같은 확관부(400)는 배출가스의 농도편차 범위에 따라서 배출관로(300)에 하나 또는 여러개를 간격을 유지하며 순차적으로 형성할 수 있는데, 확관부(400)의 수가 여러 개면 배출가스가 여러 번에 걸쳐 혼합되므로 배출관로(300)의 출구를 통하여 배출가스처리시설(200)로 유입되는 배출가스의 농도편차범위를 더 줄일 수 있다.

이에 따라 배출가스처리시설(200)의 처리 용량을 최대 농도에 맞춰 설계하지 않아도 됨으로 소각설비 건설비용을 그만큼 줄일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 소각로의 배출가스 처리장치를 이용하여 탄약을 소각처리 할 때, 소각장치에서 배출되는 배출가스 중에서 하나의 예로서 Nox의 농도분포가 변화하는 것을 아래와 같이 측정하였다.

<시간에 따른 배출관로 출구면에서의 Nox분포>

[Nox 입력 Profile]

폐탄약 소각로는 다량의 폐탄약을 투입하여 화약의 폭발을 유도함으로 배가스(배출가스)가 발생하고 폭발 빈도곡선은 급경사 그래프로 나타난다. 그래프의 상향, 하향이 한 사이클을 나타냄. 한 사이클의 반응 시간은 시간 곡선에서와 같이 약 2초 정도임.

[첫번째 확관부를 지난 후 Nox 농도 그래프]

최초 배가스 농도가 최대 2400ppm, 최소 750ppm에서 1차 확관부를 통과 후 최대 2000ppm, 최소 1080ppm으로 변경됨으로 농도차는 1,650ppm에서 920ppm으로 감소되었고, 최대농도는 400ppm감소하였다.

[두번째 확관부를 지난 후 Nox 농도 그래프]

두번째 확관부를 통과 후 최대농도 1900ppm, 최소농도 1170ppm으로 농도차는 730ppm으로 감소되었고, 최초 최대농도 대비 500ppm감소하였다.

[세번째 확관부를 지난 후 Nox 농도 그래프]

세번째 확관부를 통과 후 최대 농도 1840ppm, 최소농도 1220ppm으로 농도차 620ppm으로 감소되었고, 최초 최대농도 대비 560ppm감소하였다.

[첫번째에서 세번째 확관부를 지난 후 Nox 농도를 동시에 나타낸 그래프]

다음으로 배출가스가 확관부(400)를 흐르면서 흐름속도가 지연될 때(위상차이를 가질때) 지연속도를 1초 및 2초로 설정하여 시간 차이에 따른 Nox 의 분포도를 이론적 해석(EXCEL Calculation)으로 측정한 결과는 다음과 같다.

<위상차이에 따른 배출관로 출구면에서의 Nox분포>

[1초의 위상차를 갖는 경우의 그래프]

[2초의 위상차를 갖는 경우의 그래프]

[1초와 2초의 위상차를 갖는 경우의 비교 그래프]

상기 그래프에 나타난 바와 같이 1초 지연 후 혼합 그래프와 2초 지연 후 혼합 그래프의 NOx농도 비교 결과 그 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

도 1은 본 발명에 따른 소각로의 배출가스 처리장치를 설명하기 위한 소각처리장치의 개략적인 도면.

도 2는 본 발명에 의한 소각로의 배출가스 처리장치의 주요부분 확대 사시도.

도 3a, 도 3b, 도 3c는 도 2의 좌측면도, 평면도, 정면도.

Claims (10)

1. 소각로 또는 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스를 배출가스처리시설로 도입(안내)하는 배출관로를 포함하는 소각로의 배출가스 처리장치에 있어서,

   상기 배출관로는 배출가스가 유입되는 유입부 및 유입된 배출가스가 배출되는 배출부를 구비하고, 상기 유입부와 배출부 사이에는 배출부로 배출되는 배출가스의 농도편차를 최소화할 수 있도록 배출가스를 혼합시키는 혼합수단이 제공되고,

   상기 혼합수단은 배출관로의 단면적보다 큰 단면적을 갖는 확관부로 이루어지고, 상기 확관부가 형성된 부분의 측면부는 배출관로와 연통되는 직관부로 이루어지고, 이 직관부 내측에는 배출가스의 유속이 조금더 지연되면서 흐르도록 완충판이 형성된 소각로의 배출가스 처리장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 확관부는 배출관로에 하나 또는 간격을 유지하며 다수개가 설치된 것을 특징으로 하는 소각로의 배출가스 처리장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 확관부는 배출관로의 외측 전체면을 따라서 형성되거나 또는 배출관로의 일부면을 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 소각로의 배출가스 처리장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 확관부가 시작되는 부분과 끝나는 부분은 경사면으로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 소각로의 배출가스 처리장치.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 확관부가 시작되는 부분에는 배출가스의 흐름을 확관부로 유도하기 위한 가이드날개가 형성된 것을 특징으로 하는 소각로의 배출가스 처리장치.
8. 소각로 또는 연소보일러에서 폐기물 또는 기타 가연물의 연소반응으로 발생된 배출가스를 배출관로를 통하여 배출가스처리시설로 도입하여 처리하는 소각로의 배출가스처리방법에 있어서,

   상기 배출가스처리시설로 도입되는 배출가스의 농도편차를 최소화하기 위하여 상기 배출관로의 입구와 출구 사이에는 배출관로의 단면적보다 큰 단면적을 갖는 확관부를 형성하여 배출관로를 따라서 이동하던 배출가스가 확관부가 형성된 부분에서는 배출가스의 유속이 느려지도록 하여 뒤따라 유입되는 배출가스와 혼합되어 흐르도록 하는 소각로의 배출가스 처리방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 배출가스가 뒤따라 유입되는 배출가스와 혼합되도록 하는 것은, 배출관로상에 확관부를 하나 또는 두 개 이상 설치하여 배출가스가 배출관로를 흐르면서 한번 또는 두 번 이상 혼합되면서 흐르도록 하는 소각로의 배출가스 처리방법.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 소각로에서 폐기되는 것은 탄약인 것을 특징으로 하는 소각로의 배출가스 처리방법.

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