KR100890756B1 - 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러에 관한 것으로서, 더 상세하게는 폐타이어(300)를 태워 고열의 연소가스를 발생시키되, 레일(600) 상에서 이동하는 한 쌍의 소각로(100)와;

상기 소각로(100)와 통로관(400)에 의해 연결되되, 상기 소각로(100)에서 발생한 고열의 연소가스가 연소 되면서 고열가스를 발생시키고, 상기 고열가스 물을 데울 수 있게 구성된 보일러(200);로 구성됨을 특징으로 하여,

폐타이어를 재활용하여 끊김 없이 지속적으로 소각 열을 발생시킬 수 있어 보일러의 효율이 증가하게 되며, 재와 같은 유해물질이 공기 중으로 배출되는 것을 최소화할 수 있는 등의 효과가 있어 농업용 또는 산업용으로 유용하게 이용할 수 있는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러에 관한 것이다.

폐타이어, 가스, 보일러, 고열가스

Description

폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러{waste tire fuelmake use of boiler}

본 발명은 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러에 관한 것으로서, 한 쌍의 소각로를 마련하여 레일 위에서 좌우로 이동시키면서 교대로 폐타이어를 소각하도록 하여 보일러를 24시간 가동할 수 있도록 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러에 관한 것이다.

근래 들어 유가의 고공행진이 이어지면서 기름보일러를 대체할 수 있는 수단의 개발이 시급히 요구되고 있다. 이러한 요구에 발맞추어 폐타이어를 이용하는 보일러가 제안된바 있다.

상기와 같은 보일러는 폐타이어를 연소시켜 연소가스를 생성하고 이 연소가스를 다시 연소시켜 발생 되는 고열가스로 보일러를 가동함으로써 자원을 재활용함과 아울러 기름을 절약할 수 있도록 하는 다양한 장점이 있는바, 산업용 또는 농업용 보일러로 널리 사용되고 있다.

한편, 상기와 같은 종래의 보일러는 소각로에 폐타이어를 쌓아 놓고 불을 붙인 다음 폐타이어가 다 소각되고 나면 일정 시간이 지난 후 폐타이어를 소각로에 다시 채워 넣고 다시 불을 붙여 소각시키는 방식이 주를 이루고 있었다.

그러나, 이러한 방식은 폐타이어를 다시 채워 넣는 시간 동안 고열가스의 발생이 중단됨에 따라 지속적으로 보일러를 가열할 수 없다는 단점이 있는 것이었으며, 보일러의 구조적 특성상 폐타이어가 소각되면서 발생 되는 재(Fly Ash)가 고열가스에 섞여 공기 중으로 그대로 배출되면서 환경 오염의 우려마저도 있는 것이었다.

이에, 끊김 없이 연속적으로 소각 열을 발생시킴으로써 보일러를 지속적으로 가열할 수 있도록 함과 아울러 재와 같은 유해물질을 효과적으로 걸러 주어 친환경적으로 이용할 수 있는 폐타이어를 이용하는 대체 에너지 보일러를 요구하는 목소리가 날로 커지고 있는 것이었다.

본 발명은 폐타이어를 24시간 끊김 없이 태워 고열의 가스를 발생시킬 수 있도록 하는 보일러를 구성하여, 효과적으로 에너지를 생산하여 산업현장에서 사용할 수 있는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러를 얻는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 대체 에너지 보일러에 따르면, 24시간 끊김 없이 폐타이어를 지속적으로 소각시키는 작업이 가능하게 됨에 따라 소각 열을 지속적으로 발생시킬 수 있어 보일러의 효율이 증가하게 됨과 아울러, 재와 같은 유해물질이 공기 중으로 배출되는 것을 최소화할 수 있으며, 폐타이어를 이용함에 따라 화석연료를 대체하여 산업현장에서 유용하게 사용할 수 있는 보일러를 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 폐타이어를 끊김 없이 소각 열을 발생시킬 수 있도록 함과 아울러 연소 효율을 높이며 재와 같은 유해물질이 공기 중으로 배출되는 것을 최소화하여 산업용 또는 농업용 등으로 유용하게 사용할 수 있도록 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러를 얻기 위해, 폐타이어를 태워 고열의 연소가스를 발생시키되, 레일(400) 상에서 이동하는 한 쌍의 소각로와;

상기 소각로와 통로관에 의해 연결되되, 상기 소각로에서 발생한 연소가스가 연소 되면서 고열가스를 발생시키고, 상기 고열가스로 물을 데울 수 있게 구성된 보일러;로 구성되는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러를 제안한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 대체 에너지 보일러의 개략적인 내부 구성을 보여주는 단면도, 도 2는 본 발명에 의한 대체 에너지 보일러의 개략적인 외부 구성을 단면으로 보여주는 평면도, 도 3은 본 발명에 의한 격자틀의 구성도, 도 4는 본 발명에 의한 분쇄링의 설치상태를 보여주는 T형 노통연소실의 횡단면 도이다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러는 폐타이어(300)를 태워 고열의 연소가스를 발생시키되 레일(600) 상에서 이동하는 한 쌍의 소각로(100)와, 상기 소각로(100)와 통로관(400)에 의해 연결되되 상기 소각로(100)에서 발생한 고열의 연소가스가 연소 되면서 고열가스를 발생시키고 상기 고열가스로 물을 데울 수 있게 구성된 보일러(200)를 기본 구성으로 한다.

소각로(100)는 내부가 빈 통 형태로서 내부 아랫부분에 횡 방향으로 격자틀(110)이 설치됨으로써 상부에는 연소실(120)이 마련되고 하부에는 재가 낙하 되어 모이는 포집실(130)이 마련되어 있다. 통상 내화벽돌로 상기 소각로(100)를 구성하게 된다.

상기 소각로(100)의 앞쪽에는 폐타이어(300)를 연소실(120) 내로 넣어줄 수 있도록 투입문(140)이 마련되어 있고, 상단에는 고압에서 자동적으로 문이 열려 가스를 배출하는 방폭문(150)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 포집실(130)의 벽면에 는 폐타이어(300)가 잘 탈 수 있도록 공기를 공급하기 위해 다수개의 공기노즐(134)이 형성되어 있으며, 청소문(132)이 마련되어 있어 포집실(130)에 떨어져 모인 재를 외부로 배출하여 줄 수 있게 구성되어 있다.

도 3을 참고하면 상기 소각로(100)에 설치되는 격자틀(110)의 상세 구성을 볼 수 있다.

상기 폐타이어(300)가 적재됨과 아울러 연소실(120)과 포집실(130)을 구분하는 상기 격자틀(110)은 내화벽돌을 쌓아 형성한 지지대(112) 내에 상부가 뾰족하게 형성된 봉부재(114)가 일정간격으로 안착 되어 설치된 것으로서, 폐타이어(300)가 타면서 발생하는 재가 걸러져 포집실(130)로 자연스럽게 떨어져 모일 수 있도록 하는 작용을 하며, 공기가 연소실(120) 쪽으로 잘 공급되어 일률적인 소각이 일어나도록 하는 작용을 한다.

상기와 같이 봉부재(114)의 상부가 뾰족하게 형성되어 있기 때문에 페타이어(300)와 봉부재(114)의 접촉면적이 최소로 되는바, 이로 인해 연소실(120) 내로의 공기 공급이 원활해져 폐타이어(300)를 보다 효율적으로 연소시킬 수 있게 된다. 더불어 상부가 뾰족함에 따라 폐타이어(300)가 타면서 발생하는 재가 봉부재(114)의 상부에서 포집실(130) 쪽으로 자연스럽게 미끄러져 떨어져 내리게 됨과 아울러 폐타이어(300)에 포함된 철사 토막이나 고무가 녹아 상기 봉부재(114)에 엉겨 붙거나 재가 엉겨 붙는 것을 최소로 할 수 있게 된다.

여기서, 상기 격자틀(110)을 구성하는 봉부재(114) 내부에는 강철근(118)이 배근 되어 있다. 격자틀(110)을 내화 콘크리트로 형성하게 되는데, 강철근(118)을 배근하여 줌으로써 수직하중에 견디는 힘을 보강하게 되는 것이다.

상기 소각로(100)와 연결된 보일러(200)는 횡으로 길게 형성된 통 형태로서 소각로(100)와 마찬가지로 내화벽돌로 형성한다. 개략적인 구성을 살펴보면, 내부가 빈 통형의 몸체로서 중앙을 관통하는 T형 노통연소실(210)이 형성되어 있고, 상기 T형 노통연소실(210)은 상기 T형 노통연소실(210)에서 발생한 고열가스를 이용하여 물을 데우는 수조(220)가 둘러싸여 있다.

상기 T형 노통연소실(210)은 원통형으로 형성함이 바람직하며 말단(도면상 좌측)이 확장되어 횡단면이 "T"자 형태로 구성된다. 이와 같이 말단을 확장하여 "T"자 형태로 구성함으로써 T형 노통연소실(210)이 수조(220)과 접하는 면적을 늘려 열 회수 효율을 높일 수 있게 된다.

상기 수조(220)의 전방(도면상 우측)에는 상기 고열가스가 수조(220)를 한번 거쳤다가 재차 수조(220)로 진행하여 물을 데울 수 있도록 순환시키는 순환실(230)이 마련되어 있다. 더불어, 상기 순환실(230) 외측 벽면에는 보일러(200) 몸체 외주를 따라 띠 모양으로 공기자켓(Air Jacket, 232)이 형성되어 있다.

상기 T형 노통연소실(210)의 입구 측에는 보조버너(250)가 마련되어 화염을 방사함으로써 T형 노통연소실(210) 내부를 가열함으로써 장치의 가동 전에 예열할 수 있게 구성된다. 그리고 T형 노통연소실(210)의 중간 부분에는 지름이 다른 다수개의 분쇄링(240)이 일정간격을 두고 세워져 배치되어 있는데, 상기 분쇄링(240)은 내화벽돌을 링 형태로 형성한 것으로서 배열 형태는 지름이 큰 것과 작은 것이 교대로 배열하여 주는 것이 권장된다.

소각로(100)에서 발생한 연소가스는 T형 노통연소실(210) 쪽으로 진행하게 된다. 이때, 상기 분쇄링(240)이 세워진 부분에 이르러 상기 분쇄링(240)에 부딪히면서 플라이 애쉬(Fly Ash)와 같은 유해물질과 불순물이 충돌하면서 분쇄되고 걸러지게 되는 것으로서, 상기 분쇄링(240)의 구성에 의해 대기 중으로의 유해물질이 배출되는 것을 최소로 할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 T형 노통연소실(210)의 말단(도면상 좌측)에는 작업문(260)이 형성되어 있다. 이를 통해 분쇄링(240)을 증설하거나 수리하는 등의 작업을 할 수 있으며, 더불어 가스 연소실(210)에 쌓여 있는 불순물과 재를 긁어낼 수 있게 된다.

상기 T형 노통연소실(210)을 둘러싸며 형성되는 수조(220)는, T형 노통연소실(210) 상부와 인접하여 입구가 상기 T형 노통연소실(210)과 연통 되고 출구가 상기 순환실(230)과 연통 되는 1차 가열관(222)이 마련된다. 더불어 상기 1차 가열관(222) 상부에는 입구가 상기 순환실(230)과 연통 되어 수조(220)를 관통하는 2차 가열관(224)이 더 마련되게 된다.

이 구성을 통해 T형 노통연소실(210)에서 발생하는 고열가스가 상기 1차 가열관(222)을 통해 수조(220)를 관통하면서 물을 데우며, 순환실(230)에 이르러 다시 2차 가열관(224)으로 진입하여 수조(220)를 2차로 관통하면서 물을 데운 후 배 출관(270)을 통해 대기 중으로 배출되는 것이다.

본 발명에 의한 대체 에너지 보일러는 외부에서 공급되는 공기를 가열하여 장치 내부로 공급함으로써 연소 효율을 높이게 된다. 공기자켓(232)을 통해 외부 공기를 데워 공급하게 되는데, 송풍기에서 발생 된 공기가 송풍관(280) 통해 앞서 살펴본 공기자켓(232)으로 유입되면 이를 T형 노통연소실(210)과 순환실(230)을 지나는 고열가스가 가열하여 장치 내부로 공급하는 것이다.

상세히 살펴보면, 본 발명에 의한 대체 에너지 보일러의 장치 외부에는 열공기헤더(500)가 형성되어 있다. 그리고 상기 열공기헤더(500)에는 상기 공기자켓(232)에 일단이 연결된 순환관(510)과 이 연결되어 있으며, 더불어 통로관(40)과 소각로(100)의 포집실(130)에 형성된 공기노즐(134)에 일단이 연결되는 열공기공급관(520)(530)이 연결된다.

이 구성을 통해 송풍관(280)에서 공기자켓(232)으로 외부 공기가 공급되면 T형 노통연소실(210)과 순환실(230)을 지나는 고열가스가 상기 공기자켓(232)에 있는 공기를 가열하여 통로관(400)과 소각로(100)의 포집실(130)로 공급하는 것이다.

한편, 통로관(400)에 연결된 열공기공급관(520)은 T형 노통연소실(210) 측으로 경사지게 공기를 분사할 수 있게 형성되어 있다. 이를 통해 연소가스가 T형 노통연소실(210) 측으로 흐르도록 유도하게 되는 것이며, 특히 회전하면서 진행하는 와류를 형성할 수 있도록 구성되는 것이다. 그리고, 포집실(130)에서는 공기노 즐(134)에 상기 열공기공급관(530)이 연결되어 연소실(120)에 공기를 공급함으로써 폐타이어(300)의 연소를 도울 수 있게 구성되는 것이다.

결국, 상기와 같은 구성은 공기자켓(232)에서 가열된 고열가스를 상기 통로관(400)과 상기 소각로(100)의 포집실(130)에 공급하는 것으로서, 연소에 필요한 산소를 공급함과 아울러 고열가스를 공급함으로써 통로관(400)과 소각로(100) 내부를 항상 뜨겁게 유지하여 연소효율을 높일 수 있게 되는 작용을 하는 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의한 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러에는 열을 감지하여야 할 부분, 즉 대표적으로 연소실(120), T형 노통연소실(210)과 같은 부분 및 열을 감지하여 작동이 제어될 필요가 있는 보조버너(250), 송풍기 등에는 각각 센서를 설치할 수 있으며, 송풍관(180), 순환관(510), 열공기공급관(520)(530)과 같은 관부분에는 밸브를 설치하여 공기의 흐름을 제어할 수 있는바, 공지의 기술들을 채택할 수 있음에 따라 상세히 설명하지 아니한다.

이하, 본 발명에 의한 대체에너지 보일러의 가동 상태를 살펴본다.

먼저 한 쌍의 소각로(100a)(100b) 중 하나의 소각로(100a)에 폐타이어(300)를 투입하여 준다. 투입문(140)을 열고 폐타이어(300)를 격자틀(110) 상부에 차곡차곡 적재해주는 것이다.

폐타이어(300)의 양은 대략 12시간 소각할 수 있는 분량을 미리 계량하여 투입하여 주는 것이다. 상기와 같이 12시간 소각할 수 있는 분량을 투입하는 것은 두 개의 소각로(100a)(100b)를 교대로 사용함으로써 24시간 풀 가동할 수 있게 하기 위한 것이다.

폐타이어(300)의 투입이 끝나면 점화를 하여 폐타이어(300)를 태워주게 된다. 점화 후 약 5분 지나면 연소가 어느 정도 활성화되는데, 이때 송풍기를 가동시키게 되면 송풍관(280)을 통해 공기가 공기자켓(232)으로 공급되고 이렇게 공급된 공기는 열공기헤더(500)를 거쳐 통로관(400)으로 공급됨과 아울러 포집실(130)에 형성된 공기노즐(134)을 통해 분출됨으로써 소각로(100)에 공기가 공급되어 연소에 필요한 산소를 공급하는 것이다.

상기와 같이 소각로(100a)에서 폐타이어(300)가 타게 되면 연소가스가 발생하게 된다. 이 연소가스는 통로관(400)을 거쳐 T형 노통연소실(210)로 유입되게 되는데, 이때 통로관(400)에서는 열공기공급관(520)을 통해 T형 노통연소실(210) 방향으로 공기가 분출됨에 따라 자연스럽게 T형 노통연소실(210)을 향해 고속으로 흘러 유입되게 되는 것이다.

여기서, 상기와 같이 장치의 가동이 시작되는 무렵 보조버너(250)를 통해 T형 노통연소실(210)을 예열할 수 있다. 예열을 하지 않으면 연소가스가 T형 노통연소실(210)내에서 연소가 원활하게 이루어 지지 않게 되는바, 보조버너(250)를 가동하게 되면 소각로(100)에서 발생하는 연소가스가 미리 예열 된 T형 노통연소실(210)로 유입되어 훨씬 효율적인 연소가 가능해지게 된다.

상기와 같이 T형 노통연소실(210)에 유입된 연소가스에는 열공기공급관(520)을 통해 통로관(400)에 공급되어 분출되는 공기가 혼합되며, 고열로서 자체 열에 의해 연소가 이루어 지게 된다. 이때, T형 노통연소실(210)의 온도는 약 1000℃~1100℃ 정도이며, 설정온도 이하가 되면 보조버너(250)가 작동되도록 하여 정상적인 연소를 돕게 된다.

상기에 따라 발생한 고열가스는 계속 전진하여 분쇄링(240)을 빠른 속도로 지나면서 부딪혀 불순물이 분쇄되고 걸러진다.

상기와 같이 분쇄링(240)을 지난 고열가스는 수조(220)에 형성된 1차 가열관(222)을 지나면서 물을 데우게 된다. 그리고 1차 가열관(222)를 지난 고열가스는 순환실(230)에 이르러 다시 2차 가열관(224)으로 유입되는바, 재차 수조(220)에 들어 있는 물을 데워 주게 되며, 2차 가열관(224)을 지난 고열가스는 배출관(270)을 통해 외부로 배출되게 된다.

한편, 앞서 본 소각로(100a)에 투입된 폐타이어(300)가 완전히 소각되면 통로관(400)과 연결된 부분을 분리하여 레일(600) 상에서 소각로(100a)를 밀어 이동시키고, 따로 마련된 별도의 소각로(100b)와 위치를 교환시켜 다시 동일한 소각과정을 반복하게 된다. 작업의 연속을 위해서는 교환될 소각로(100b)에 미리 폐타이어(300)를 투입하여 준비한 후 위치를 교환하여 주는 것이 바람직하다.

여기서 소각이 완료된 소각로(100a)는 공기 중에서 그대로 방치하게 되면 자연스럽게 냉각된다. 약 10시간 정도 경과 된 후 타이어(300)가 타고 남은 재와 철사 등의 이물질을 모두 꺼내어 분류하고, 다시 폐타이어(300)를 투입하여 이어질 소각과정을 미리 준비하여 주게 된다.

이상에서 살펴본 과정을 반복하게 되면 끊김 없이 지속적으로 소각 열을 발 생시켜 물을 가열할 수 있어 보일러를 효율적으로 운용할 수 있게 되며, 이를 농업용 또는 산업용으로 이용하게 되면 폐기물을 태워 화석연료를 대체할 수 있게 되는 대체에너지 보일러로 사용할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 대체 에너지 보일러의 개략적인 내부 구성을 보여주는 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 대체 에너지 보일러의 개략적인 외부 구성을 단면으로 보여주는 평면도,

도 3은 본 발명에 의한 격자틀의 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 분쇄링의 설치상태를 보여주는 T형 노통연소실의 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 소각로, 110 ; 격자틀,

112 : 지지대, 114 : 봉부재,

118 : 강철근,

120 : 연소실, 130 : 포집실,

200 : 보일러, 210 : T형 노통연소실,

220 : 수조, 230 : 순환실,

240 : 분쇄링, 250 : 보조버너,

300 : 폐타이어, 500 : 열공기헤더, 510 : 순환관, 520, 530 : 열공기공급관,

600 : 레일.

Claims (5)

1. 폐타이어(300)를 태워 고열의 연소가스를 발생시키되, 레일(600) 상에서 이동하는 한 쌍의 소각로(100)와;

   상기 소각로(100)와 통로관(400)에 의해 연결되되, 상기 소각로(100)에서 발생한 고열의 연소가스가 연소 되면서 고열가스를 발생시키고, 상기 고열가스로 물을 데울 수 있게 구성된 보일러(200)를 포함하며;

   상기 소각로(100)의 내부는 아랫부분에 횡 방향으로 설치되는 격자틀(110)에 의해 연소실(120)과 포집실(130)이 구획되되, 상기 격자틀(110)은 지지대(112) 내측에 상부가 뾰족하게 형성된 봉부재(114)가 일정간격으로 고정된 것임을 특징으로 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,

   상기 봉부재(114)의 내부에는 강철근(118)이 더 배근 된 것임을 특징으로 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 보일러(200)는 통 형태로서 횡단면 "T"자 형상으로 연소가스가 연소 되는 T형 노통연소실(210)이 마련되고, 상기 T형 노통연소실(210)은 물이 들어 있는 수조(220)와 고열가스를 순환시키는 순환실(230)에 의해 둘러싸여 있으며, 몸체 앞쪽에는 상기 순환실(230) 외벽을 따라 띠 모양으로 공기자켓(232)이 형성되고, 상기 T형 노통연소실(210) 내부에는 지름이 다른 다수개의 분쇄링(240)이 일정간격으로 세워져 배치된 것임을 특징으로 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 수조(220)는, 상기 T형 노통연소실(210) 상부 측에 상기 T형 노통연소실(210)과 연통 되는 1차 가열관(222)이 마련되어 상기 T형 노통연소실(210)에서 발생한 고열가스가 수조(220) 내부를 관통하게 구성되며, 상기 1차 가열관(222) 상부에는 상기 1차 가열관(222)을 통과한 고열가스가 상기 순환실(230)을 지나 다시 수조(220) 내부를 관통하도록 2차 가열관(224)이 더 형성된 것임을 특징으로 하는 폐타이어 가스화 대체 에너지 보일러.

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