KR100898381B1 - 와류유도형 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물을 소각하는 소각장치에 관한 것으로서, 투입되는 가연성 폐기물이 가열버너에 의해 점화되어 소각되는 폐기물 소각로; 상기 폐기물 소각로와 배관으로 연결되고, 적어도 하나의 점화버너가 구비되어, 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 하나 이상의 재연소실; 및 상기 재연소실에서 재연소과정을 거친 배기가스를 대기로 배출시키는 배기가스 배출수단;을 포함하는 배기식 소각장치에 있어서, 상기 재연소실은 내부의 유동단면을 횡단하도록 배치되어 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 동시에 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 것으로서, 다수의 통기공을 구비하는 하나 이상의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치를 제공함으로써, 대기오염을 일으키는 각종 유해가스를 현저히 감소시킬 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라, 비교적 간단한 구성으로 이루어져 설치비용에 큰 부담을 갖지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

폐기물 소각, 재연소, 재연소실, 다공판, 와류, 재순환

Description

와류유도형 소각장치{VORTEX INDUCTION TYPE INCINERATION DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제1실시예를 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 일 예를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 다른 일 예를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제2실시예를 도시한 구성도,

도 8은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제3실시예를 도시한 구성도,

도 9는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제4실시예를 도시한 구성도.

도 10은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제5실시예를 도시한 구성도,

도 11은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제6실시예를 도시한 구성도,

도 12는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제7실시예를 도시한 구성도,

도 13은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제8실시예를 도시한 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

5: 배기가스 배출수단 10: 폐기물 소각로

11: 폐기물 투입구 12: 잔재처리부

13: 가열버너 20: 재연소실

20': 보조 재연소실 22: 점화버너

25, 25', 25-1, 25-2, 25-3: 다공판

27, 27': 통기공 30: 공기순환집진실

40: 흡입송풍기 P3: 순환관

본 발명은 폐기물을 소각하는 소각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기물 소각로에서 가연성 폐기물을 소각할 때 발생하는 불완전연소가스를 재연소실에서 효과적으로 재연소되도록 하여 대기오염을 일으키는 각종 유해가스를 소멸시킴으로써 친환경적일 뿐만 아니라, 비교적 간단한 구성으로 이루어져 설치비용에 큰 부담을 갖지 않도록 하는 와류유도형 소각장치에 관한 것이다.

일반적으로 소각장치는 폐기물을 연소하기 위한 폐기물 소각로와, 폐기물 소각로에서 소각과정에서 발생하는 고온의 연소가스를 에너지로 활용하기 위한 보일러와, 보일러를 통과한 연소가스에서 유해가스 및 이물질을 제거하기 위한 반응탑 및 백필터와, 배출되는 청정가스를 대기로 배출하는 배기관으로 구성되며, 이러한 소각장치는 과잉공기를 유입시켜 연소를 시키고 있음에 따라, 폐기물에 수분 함량이 많은 관계로 발열량을 높이는데 한계가 있어서 고온연소에 어려움이 있었다.

또한, 폐기물의 소각과정에서 발생하는 연소가스 중에 여러 가지 유해가스가 함유되어 있음에 따라, 유해가스를 제거하기 위해 약품 등을 사용하여 처리하고 있으나, 유해가스를 청정가스로 배출시키는 데는 한계가 있고, 소석회, 활성탄, 암모니아 등 여러 가지 약품을 다량 사용하고 있으므로 운영비가 많이 소요되는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 환경문제의 심각성과 함께 환경오염의 문제를 둘러싸고 사회적인 분쟁도 나날이 증가하고 있고, 도처에서 폐기물 처리시설의 입지선정 및 건설, 가동을 둘러싸고 행정기관과 주민 간에 혹은 지역과 지역 간에 벌어지는 다툼이 심각한 정도에 이르고 있다.

한편, 종래 다양한 소각장치가 개발된 바 있으며, 그 일 예로 대한민국 실용신안등록 제318849호의 "와류식 쓰레기 소각장치"가 고안된 바 있다.

이는, 그 등록된 공보의 청구범위에 기재된 바와 같이, 내부 하측에 쓰레기 저장실이 형성되고, 쓰레기 저장실의 상측으로 연소실과 공기 출입구가 형성되는 소각로와, 소각로와의 사이에 공기통로가 형성되도록 소각로를 감싸고 하측에 공기 유입구가 형성되며 상측면에 배연관이 형성되는 케이스와; 쓰레기 저장실에 담긴 쓰레기에 불을 붙이는 점화수단과, 공기통로를 상하로 나눠 하측으로 제1공기통로를 형성하고 상측으로 제2공기통로를 형성하는 칸막이와, 제1공기통로로 유입되는 공기를 제2공기통로를 통해 연소실로 강제 공급하는 송풍수단과, 송풍수단에 의해 연소실로 공급되는 공기가 배연관으로 유입되는 것을 방지하며 연소실로 안내할 수 있도록 케이스의 상부 내측에 설치되는 가이드수단과, 배연관의 하측으로 배연관으로 유입되는 연기에 공기를 분사할 수 있도록 설치되어 연기 중에 포함된 불완전연소물질을 연소시키는 에어 노즐과, 쓰레기 저장실로 쓰레기를 공급하는 쓰레기 공급수단을 포함하고, 소각로 및 케이스는 안쪽 벽면에 나선을 그리며 감기는 코일형의 엠보싱부가 각각 형성되어 엠보싱부 사이로 골이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

종래기술에 따른 소각장치의 다른 일 예로서, 대한민국 실용신안등록 제397586호의 "폐기물 소각장치"가 고안된 바 있다.

이는 그 등록공고된 공보의 청구범위에 의해 알 수 있듯이, 상단에 폐기물 투입호퍼가 형성되고 내부에는 폐기물을 연소할 수 있도록 연소실이 구비되며 하단에는 연소재 배출구가 형성되는 소각로, 소각로의 일측에 배관으로 연결되게 설치되고 소각로에서 배출된 고온의 재순환가스를 열원으로 이용하여 증기를 생산하는 폐열보일러, 폐열보일러의 일측에 배관으로 연결되게 설치되고 폐열보일러에서 배출된 재순환가스의 온도를 감온시키고 유해가스를 제거하는 반응탑, 반응탑의 일측 에 배관으로 연결되게 설치되고 내부에는 반응탑에서 배출된 재순환가스에 포함된 유해물질을 제거할 수 있도록 필터가 구비된 백필터, 백필터에서 배출된 재순환가스를 소각로의 연소실로 재순환시키도록 백필터와 연소실을 연결하는 공급관과, 공급관상에 설치되어 재순환가스를 송풍하는 송풍기로 구성된 재순환가스 재순환수단, 공급관에 연결되게 설치되어 재순환하는 재순환가스량에 따라 공기를 선택적으로 보충하는 공기보충수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 소각로에서 연소되는 연소가스를 재순환하여 열원으로 사용하도록 함으로써 연소가스에 포함되는 각종 유해물질을 소멸하도록 함으로써 각종 약품사용에 따른 비용부담을 줄이도록 하고 있다.

그러나, 이상과 같은 종래기술에 따른 소각장치들은, 순환되는 연소가스의 연소비율이 여전히 적어 큰 효과를 기대하기 어렵고, 또한 복잡한 구성으로 이루어져 설치비용에 큰 부담을 주는 문제점이 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,

본 발명은 폐기물 소각로에서 폐기물 소각과정에서 발생하는 불완전연소가스를 재연소실에서 완전연소에 근접하도록 재연소시켜 불완전연소가스에 포함되어 있는 각종 유해물질을 효과적으로 소멸시킬 수 있도록 하여 대기오염을 미연에 방지함으로써 친환경적이며, 비교적 간단한 구성으로 이루어져 설치비용 부담을 현저히 경감시킬 수 있도록 하는 와류유도형 소각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 폐기물 소각로에서 폐기물 소각과정에서 발생하는 불완전연소가스를 재연소실에서 완전연소에 근접하도록 재연소시키며, 더불어 재연소실에서 재연소된 연소가스를 다시 유입되는 외부의 깨끗한 공기와 혼합되도록 하여 폐기물 소각로로 다시 재순환시키는 반복적인 과정에 의해, 연소가스에 포함된 유해물질을 더욱 효과적으로 소멸시킬 수 있도록 하는 와류유도형 소각장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이를 실현하기 위한 본 발명은,

투입되는 가연성 폐기물이 가열버너에 의해 점화되어 소각되는 폐기물 소각로;

상기 폐기물 소각로와 배관으로 연결되고, 적어도 하나의 점화버너가 구비되어, 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 하나 이상의 재연소실; 및

상기 재연소실에서 재연소과정을 거친 배기가스를 대기로 배출시키는 배기가스 배출수단;을 포함하는 배기식 소각장치에 있어서,

상기 재연소실은 내부의 유동단면을 횡단하도록 배치되어 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 동시에 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 것으로서, 다수의 통기공을 구비하는 하나 이상의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치를 제공한다.

그리고, 상기 재연소실과 상기 배기가스 배출수단 사이에 직렬로 배치되어, 1회 이상 재연소된 연소가스를 추가로 재연소시키는, 상기 재연소실과 동일한 구성으로 이루어지는 하나 이상의 보조 재연소실을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다공판은 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다공판은 원추형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 다공판은 횡방향 단면이 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 뿔형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은,

투입되는 가연성 폐기물이 가열버너에 의해 점화되어 소각되는 폐기물 소각로;

상기 폐기물 소각로와 배관으로 연결되고, 적어도 하나의 점화버너가 구비되어, 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 하나 이상의 재연소실;

상기 재연소실과 각각 배관에 의해 연결되고, 상단에 외부의 공기가 유입되는 공기유입구가 형성되는 공기순환집진실; 및

일측은 상기 공기순환집진실의 하단측에 연결되고, 타측은 상기 폐기물 소각로의 하부에 연결되는 순환관을 포함하여 이루어지는 순환식 소각장치에 있어서,

상기 재연소실은 내부의 유동단면을 횡단하도록 배치되어 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 동시에 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 것으로 서, 다수의 통기공을 구비하는 하나 이상의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치를 제공한다.

그리고, 상기 재연소실과 상기 공기순환집진실 사이에 직렬로 배치되어, 1회 이상 재연소된 연소가스를 추가로 재연소시키는, 상기 재연소실과 동일한 구성으로 이루어지는 하나 이상의 보조 재연소실을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다공판은 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다공판은 원추형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 다공판은 횡방향 단면이 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 뿔형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 참고로, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에 사용되는 용어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제1실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 일 예를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 다른 일 예를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명 에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 구성요부 중 하나인 다공판의 또 다른 일 예를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 단순 배기식으로 구성되는 것으로서, 상단 일측에 폐기물 투입구(11)가 형성되고 바닥부에 잔재처리부(12)가 형성되며 하단 일측에 가열버너(13)가 구비되는 폐기물 소각로(10)와, 상단 일측이 배관(P1)에 의해 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되고 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 재연소실(20)과, 재연소실(20)과 배관(P2)에 의해 연결되는 배기가스 배출수단(5)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 배기가스 배출수단(5)는, 재연소실(20)로부터 배출되는 배기가스를 대기로 배출하는 굴뚝으로서만 역할을 하는 단순한 구성으로 이루어질 수 있으며, 반응탑(도시 안됨), 백필터(도시 안됨) 또는 이들 모두가 통합되어 부가적인 배기가스 정화기능을 구비하는 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 재연소실(20)은 내부의 유동단면을 횡단하도록 배치되어, 폐기물 소각로로부터 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 더불어 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 역할을 수행하는, 하나 이상의 다공판(25)을 구비한다. 따라서, 재연소실 내에서의 연소가스 재연소는 고압 및 고온의 연소환경에서 이루어지게 되고, 결과적으로 연소가스가 효과적으로 재연소됨에 따라 포함하게 되는 유해 가스가 현저하게 감소하게 된다.

여기서, 다공판(25)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 평판형으로 형성될 수 있다. 즉, 평판형으로 형성되는 다공판(25)은 다수의 통기공(27)을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25)에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25)에 형성된 통기공(27)들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 빠르게 통기공(27)을 통해 배출될 수 있게 된다.

한편, 다공판(25')은, 도 3에 도시한 바와 같이, 원추형으로 형성될 수도 있으며, 그 정점이 배출방향을 향하도록 재연소실(20) 내부에 배치된다. 원추형으로 형성되는 다공판(25') 역시 다수의 통기공(27')을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25')에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25')에 형성된 통기공(27')들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 더욱 효과적인 불완전연소가스의 재연소를 실현함과 동시에 빠르게 통기공(27')을 통해 배출될 수 있도록 한다.

다른 한편, 다공판(25-1)(25-2)(25-3)은, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 횡방향 단면이 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 뿔형으로 형성될 수도 있으며, 원추형으로 형성되는 상기 다공판(25')와 마찬가지로 그 정점이 배출방향을 향하도록 재연소실(20) 내부에 배치된다. 다각형의 횡방향 단면형상을 갖는 뿔형 다공판의 구체적인 예로서, 도 4는 횡방향 단면형상이 사각형인 경우를 도시하고 있 으며, 도 5는 횡방향 단면형상이 사각형인 경우를 도시하고 있고, 도 6은 횡방향 단면형상이 팔각형인 경우를 도시하고 있다. 물론, 뿔형으로 형성되는 다공판의 단면형상이 도면으로 예시된 형상으로만 제한되는 것은 아니라 할 것이다. 다각형의 횡방향 단면을 갖는 뿔형으로 형성되는 다공판(25-1)(25-2)(25-3)은, 상기한 바와 같은 원추형으로 형성되는 다공판(25')과 마찬가지로, 다수의 통기공(27')을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25-1)(25-2)(25-3)에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25-1)(25-2)(25-3)에 형성된 통기공(27')들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 더욱 효과적인 유해가스를 포함한 불완전연소가스의 재연소를 실현함과 동시에 빠르게 통기공(27')을 통해 배출될 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제2실시예를 도시한 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제3실시예를 도시한 구성도이며, 도 9는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제4실시예를 도시한 구성도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 7에 도시한 바와 같이, 단순 배기식으로 구성되는 것으로서, 이상의 제1실시예에 따른 와류유도형 소각장치와 달리, 각각 상단 일측이 배관(P1)에 의해 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되고 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 두 개의 재연소실(20)을 구비한다. 재연소 실(20)의 수는 소각장치의 규모와 폐기물 소각로의 규모 등을 감안하여 그 수가 조절될 수 있는 것으로서, 폐기물 소각로에 병렬로 연결되는 셋 이상의 재연소실(20)을 구비하는 소각장치를 구성하는 것도 가능하다 하겠다. 물론, 각 재연소실(20)에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25'), 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 8에 도시한 바와 같이, 또한 단순 배기식으로 구성되는 것으로서, 이상의 제1실시예에 따른 와류유도형 소각장치와 달리, 하나의 재연소실(20)을 구비함과 더불어, 이와 같은 하나의 재연소실(20)이 공기순환집진실(30)에 직접 연결되는 것이 아니라, 재연소실(20)과 공기순환집진실(30) 사이에 재연소실(20)과 유사한 보조 재연소실(20')을 더 구비한다. 즉, 폐기물 소각로(10)와 공기순환집진실(30) 사이에 두 개의 재연소실이 직렬로 배치되는 형태라 할 수 있으며, 따라서 보조 재연소실(20')이 공기순환집진실(30)과 직접적으로 연결된다.

보조 재연소실(20') 역시, 재연소실(20)과 마찬가지로, 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어, 전방에 위치하는 재연소실(20)에서 이미 재연소과정을 거친, 다시 말해 1회 이상 재연소된 연소가스를 추가로 재연소시키는 역할을 수행한다.

이와 같은 보조 재연소실(20')의 수는 소각장치의 규모와 폐기물 소각로의 규모, 요구되는 유해가스 제거효율 등을 감안하여 그 수가 조절될 수 있는 것으로 서, 별도로 도시하진 않았으나, 재연소실(20)에 직렬로 연속해서 연결되는 둘 이상의 보조 재연소실(20')을 포함하는 소각장치를 구성하는 것도 가능하다 하겠다. 물론, 각 보조 재연소실(20')에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25') 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

참고로, 보조 재연소실(20)'은 명료한 설명을 위해 재연소실(20)과 다른 용어로 정의하여 사용하고 있으나, 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되지 않는다는 배치상의 차이를 제외하면, 재연소실과 그대로 동일한 구성요소라 할 것이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 9에 도시한 바와 같이, 역시 단순 배기식으로 구성되는 것으로서, 이상의 제2실시예 및 제3실시예에 따른 와류유도형 소각장치를 조합한 형태의 구성으로 이루어진다. 즉, 폐기물 소각로(10)에 병렬로 연결되는 두 개의 재연소실(20)을 구비함과 더불어, 두 개의 재연소실(20) 중 하나에 연결되는 하나의 보조 재연소실(20')을 구비한다. 물론, 폐기물 소각로(10)에 병렬로 연결되는 재연소실(20)의 수와, 각 재연소실(20)에 직렬로 연결되는 보조 재연소실(20')의 수는 필요에 따라 조절될 수 있는 것이라 하겠다.

그리고, 각 재연소실(20) 및 보조 재연소실(20')에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25') 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 단순 배기식의 와류유도형 소각장치는, 폐기물 소각로(10)에서 폐기물이 소각되는 과정에서 발생되는 연소가스가 재연소실(20)내에 조성되는 고온고압의 연소환경에서 고효율로 재연소됨에 따라, 포함하고 있던 유해물질을 현저히 감소시킬 수 있으며, 따라서 대기오염을 줄일 수 있어 친환경적이라 할 수 있다.

본 발명에 따른 와류유도형 소각장치에 의해 폐기물이 소각되는 과정에서 발생되는 연소가스의 순환과정을 도 1을 참조하여 설명한다.

먼저, 폐기물 소각로(10)의 일측 상단에 형성되는 폐기물투입구(11)를 통해 폐기물 소각로(10)에 투입되는 폐기물이 폐기물 소각로(10)의 하부 일측에 구비되는 가열버너(13)에 의해 소각된다.

이와 같이 폐기물이 소각되는 과정에서 발생하는 연소가스는 불완전연소로 인해 대기오염의 원인이 되는 각종 유해물질을 함유하고 있으며, 이와 같은 유해물질을 포함하는 불완전연소가스는 폐기물 소각로(10) 상단에 배관(P1)을 통해 연결되는 재연소실(20)로 유입된다.

배관(P1)을 통해 재연소실(20)로 유입되는 연소가스는, 재연소실(20)의 일측에 구비되는 다공판(25)과 다수의 점화버너(22)에 의해 순간압축과 동시에 폭발하게 되고, 이때 다공판(25)에 의한 와류현상이 발생하게 되며, 다공판(25)에 형성된 통기공(27)들을 통해 배출된다.

이때, 약 1400 ~ 1600℃의 열이 발생하게 되며, 이와 같은 고온환경에서의 재연소로 인해 연소가스에 함유되어 있는 유해물질의 약 90~ 95% 가 소멸된다.

이와 같이 다공판(25)의 통기공(27)을 통해 배출되는 배기가스는 배관(P2)을 통해 배기가스 배출수단(30)으로 유입되어, 대기로 배출된다. 물론, 배기가스 배출수단(30)이 반응탑, 백필터 등을 포함하고 있는 경우, 배기가스는 더욱더 친환경적인 상태에서 배출될 수 있다 할 것이다.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치가 병렬로 연결된 두 개의 재연소실(20)을 구비하는 경우에는, 각 재연소실(20)에서 동일한 방식으로 유해물질을 포함하는 연소가스를 재연소시키게 된다. 따라서, 소각장치의 규모가 증가하더라도 용이하게 대응할 수 있게 된다.

더불어, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 재연소실(20)에 보조 재연소실(20')이 직렬로 연결된 경우에는, 이미 재연소실(20)에서 1차적으로 재연소되어 상당부분의 유해물질이 이미 소멸된 상태의 연소가스가 보조 재연소실(20') 내에서 추가적으로 재연소과정을 거치게 되고, 따라서 더욱더 효과적으로 유해물질을 제거할 수 있게 된다.

한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 단순 배기식 와류유도형 소각장치는, 종래기술의 소각장치와 마찬가지로, 폐열보일러(미도시)와 병합된 구성으로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 폐열보일러는 재연소실(20) 또는 보조 재연소실(20')과 공기순환집진실(30)을 연결하는 배관(P2) 상의 위치 등에 설치될 수 있다. 따라서 재연소실(20)이나 보조 재연소실(20')에서 발생되는 약 1400 ~ 1600℃의 높은 열을 폐열보일러의 열원으로 사용하여 궁극적으로 에너지로 활용할 수 있도록 한다. 따라서, 고온연소에 의한 폐기물의 신속한 완전연소를 실현함과 더불어 온도 증가에 따 른 에너지 전환 효율의 극대화를 통해 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이하, 순환식으로 구성되는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 실시예들에 관하여 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제5실시예를 도시한 구성도이고, 도 11은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제6실시예를 도시한 구성도이며, 도 12는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제7실시예를 도시한 구성도이고, 도 13은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치의 제8실시예를 도시한 구성도이다.

본 발명의 제5실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 10에 도시한 바와 같이, 순환식으로 구성되는 것으로서, 상단 일측에 폐기물 투입구(11)가 형성되고 바닥부에 잔재처리부(12)가 형성되며 하단 일측에 가열버너(13)가 구비되는 폐기물 소각로(10)와, 상단 일측이 배관(P1)에 의해 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되고 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 재연소실(20)과, 재연소실(20)과 배관(P2)에 의해 연결되고 상단에 외부의 공기가 유입되는 공기유입구(31)가 형성되는 공기순환집진실(30)과, 공기순환집진실(30)의 하단측에 일측이 연결되고 타측은 폐기물 소각로(10)의 하부 일측에 연결되는 순환관(P3)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 공기순환집진실(30)과 폐기물 소각로(10)를 연결하는 순환관(P3) 상 에 하나 이상의 흡입송풍기(40)가 설치될 수 있다.

또한, 재연소실(20)은 내부의 유로를 횡단하도록 배치되어 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 더불어 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 것으로서, 하나 이상의 다공판(25)을 구비한다.

여기서, 다공판(25)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 평판형으로 형성될 수 있다. 즉, 평판형으로 형성되는 다공판(25)은 다수의 통기공(27)을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25)에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25)에 형성된 통기공(27)들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 빠르게 통기공(27)을 통해 배출될 수 있게 된다.

한편, 다공판(25')은, 도 3에 도시한 바와 같이, 원추형으로 형성될 수도 있으며, 그 정점이 배출방향을 향하도록 재연소실(20) 내부에 배치된다. 원추형으로 형성되는 다공판(25') 역시 다수의 통기공(27')을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25')에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25')에 형성된 통기공(27')들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 더욱 효과적인 불완전연소가스의 재연소를 실현함과 동시에 빠르게 통기공(27')을 통해 배출될 수 있도록 한다.

다른 한편, 다공판(25-1)(25-2)(25-3)은, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 횡방향 단면이 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 뿔형으로 형성될 수도 있으 며, 원추형으로 형성되는 상기 다공판(25')와 마찬가지로 그 정점이 배출방향을 향하도록 재연소실 내부에 배치된다. 다각형의 횡방향 단면형상을 갖는 뿔형 다공판의 구체적인 예로서, 도 4는 횡방향 단면형상이 사각형인 경우를 도시하고 있으며, 도 5는 횡방향 단면형상이 사각형인 경우를 도시하고 있으고, 도 6은 횡방향 단면형상이 팔각형인 경우를 도시하고 있다. 물론, 뿔형으로 형성되는 다공판의 단면형상이 도면에 도시된 형상으로 제한되는 것은 아니라 할 것이다. 다각형의 횡방향 단면을 갖는 뿔형으로 형성되는 다공판(25-1)(25-2)(25-3)은, 상기한 바와 같은 원추형으로 형성되는 다공판(25')과 마찬가지로, 다수의 통기공(27')을 구비하며, 따라서 재연소실(20)로 유입되는 연소가스가 다공판(25-1)(25-2)(25-3)에 의한 유동단면적의 감소로 인해 순간적으로 압축되고, 이 상태에서 점화버너(22)에 의해 폭발하게 되며, 더불어 다공판(25-1)(25-2)(25-3)에 형성된 통기공(27')들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 되어 더욱 효과적인 불완전연소가스의 재연소를 실현함과 동시에 빠르게 통기공(27')을 통해 배출될 수 있도록 한다.

본 발명의 제6실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 11에 도시한 바와 같이, 순환식으로 구성되는 것으로서, 이상의 제5실시예에 따른 와류유도형 소각장치와 달리, 각각 상단 일측이 배관(P1)에 의해 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되고 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 두 개의 재연소실(20)을 구비한다. 재연소실(20)의 수는 소각장치의 규모와 폐기물 소각로의 규모 등을 감안하여 그 수가 조절될 수 있는 것으로서, 폐기물 소각로에 병렬로 연결되는 셋 이상의 재연소실(20) 을 구비하는 소각장치를 구성하는 것도 가능하다 하겠다. 물론, 각 재연소실(20)에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25'), 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

본 발명의 제7실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 12에 도시한 바와 같이, 역시 순환식으로 구성되는 것으로서, 이상의 제5실시예에 따른 와류유도형 소각장치와 달리, 하나의 재연소실(20)을 구비함과 더불어, 이와 같은 하나의 재연소실(20)이 공기순환집진실(30)에 직접 연결되는 것이 아니라, 재연소실(20)과 공기순환집진실(30) 사이에 재연소실(20)과 유사한 보조 재연소실(20')을 더 구비한다. 즉, 폐기물 소각로(10)와 공기순환집진실(30) 사이에 두 개의 재연소실이 직렬로 배치되는 형태라 할 수 있으며, 따라서 보조 재연소실(20')이 공기순환집진실(30)과 직접적으로 연결된다.

보조 재연소실(20') 역시, 재연소실(20)과 마찬가지로, 일측에 적어도 하나 이상의 점화버너(22)가 구비되어, 전방에 위치하는 재연소실(20)에서 이미 재연소과정을 거친, 다시 말해 1회 이상 재연소된 연소가스를 추가로 재연소시키는 역할을 수행한다.

이와 같은 보조 재연소실(20')의 수는 소각장치의 규모와 폐기물 소각로의 규모, 요구되는 유해가스 제거효율 등을 감안하여 그 수가 조절될 수 있는 것으로서, 별도로 도시하진 않았으나, 재연소실(20)에 직렬로 연속해서 연결되는 둘 이상의 보조 재연소실(20')을 포함하는 소각장치를 구성하는 것도 가능하다 하겠다. 물 론, 각 보조 재연소실(20')에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25') 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

참고로, 보조 재연소실(20)'은 명료한 설명을 위해 재연소실(20)과 다른 용어로 정의하여 사용하고 있으나, 폐기물 소각로(10)와 직접적으로 연결되지 않는다는 배치상의 차이를 제외하면, 재연소실과 그대로 동일한 구성요소라 할 것이다.

본 발명의 제8실시예에 따른 와류유도형 소각장치는, 도 13에 도시한 바와 같이, 역시 순환식으로 이루어지는 것으로서, 이상의 제6실시예 및 제7실시예에 따른 와류유도형 소각장치를 조합한 형태의 구성으로 이루어진다. 즉, 폐기물 소각로(10)에 병렬로 연결되는 두 개의 재연소실(20)을 구비함과 더불어, 두 개의 재연소실(20) 중 하나에 연결되는 하나의 보조 재연소실(20')을 구비한다. 물론, 폐기물 소각로(10)에 병렬로 연결되는 재연소실(20)의 수와, 각 재연소실(20)에 직렬로 연결되는 보조 재연소실(20')의 수는 필요에 따라 조절될 수 있는 것이라 하겠다.

그리고, 각 재연소실(20) 및 보조 재연소실(20')에는 상기한 바와 같은 다공판이 내장되며, 또한 평판형 다공판(25), 원추형 다공판(25') 및 다각형의 단면형상을 갖는 뿔형 다공판(25-1)(25-2)(25-3) 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 순환식 와류유도형 소각장치는, 폐기물 소각로(10)에서 폐기물이 소각되는 과정에서 발생되는 연소가스가 재연소 실(20)과 공기순환집진실(30) 및 순환관(P3) 등을 경유하여 다시 폐기물 소각로(10)로 유입되는 순환과정에서, 연소가스에 함유되어 있는 유해물질을 90 ~ 95% 이상 재연소와 재순환을 통해 소멸시킬 수 있기 때문에, 대기오염을 줄일 수 있어 친환경적이라 할 수 있다.

본 발명에 따른 와류유도형 소각장치에 의해 폐기물이 소각되는 과정에서 발생되는 연소가스의 순환과정을 도 10을 참조하여 설명한다.

먼저, 폐기물 소각로(10)의 일측 상단에 형성되는 폐기물투입구(11)를 통해 폐기물 소각로(10)에 투입되는 폐기물이 폐기물 소각로(10)의 하부 일측에 구비되는 가열버너(13)에 의해 소각된다.

이와 같이 폐기물이 소각되는 과정에서 발생하는 연소가스는 불완전연소로 인해 대기오염의 원인이 되는 각종 유해물질을 함유하고 있으며, 이와 같은 유해물질을 포함하는 불완전연소가스는 폐기물 소각로(10) 상단에 배관(P1)을 통해 연결되는 재연소실(20)로 유입된다.

배관(P1)을 통해 재연소실(20)로 유입되는 연소가스는, 재연소실(20)의 일측에 구비되는 다공판(25)과 다수의 점화버너(22)에 의해 순간압축과 동시에 폭발하게 되고, 이때 다공판(25)에 의한 와류현상이 발생하게 되며, 다공판(25)에 형성된 통기공(27)들을 통해 배출된다.

이때, 약 1400 ~ 1600℃의 열이 발생하게 되며, 이와 같은 고온환경에서의 재연소로 인해 연소가스에 함유되어 있는 유해물질의 약 90~ 95% 가 소멸된다.

이와 같이 다공판(25)의 통기공(27)을 통해 배출되는 연소가스는 배관(P2)을 통해 공기순환집진실(30)의 내부로 유입되며, 이때 유입되는 연소가스는, 공기순환집진실(30)의 상부에 구비되는 공기유입구(31)를 통해 유입되는 외부의 깨끗한 공기와 혼합된다. 즉, 재연소실(20)에서 유입되는 연소가스와 공기유입구(31)를 통해 유입되는 외부의 공기가 공기순환집진실(30)의 내측 하부에서 혼합되는 것이다.

이와 같이 공기순환집진실(30)의 내부로 유입되는 연소가스는 외부의 공기와 혼합된 후, 공기순환집진실(30)의 하부측에 일측이 연결되고 타측은 폐기물 소각로(10)의 하부 일측과 연결되는 순환관(P3)을 통해 다시 폐기물 소각로(10)로 유입되는 재순환과정을 거치게 된다.

이때, 순환관(P3)에 설치되는 흡입송풍기(40)들에 의해 외부공기와 혼합된 연소가스가 공기순환집진실(30)에서 더욱 용이하게 폐기물 소각로(10)로 재유입될 수 있게 된다.

한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치가 병렬로 연결된 두 개의 재연소실(20)을 구비하는 경우에는, 각 재연소실(20)에서 동일한 방식으로 유해물질을 포함하는 연소가스를 재연소시키게 된다. 따라서, 소각장치의 규모가 증가하더라도 용이하게 대응할 수 있게 된다.

더불어, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 재연소실(20)에 보조 재연소실(20')이 직렬로 연결된 경우에는, 이미 재연소실(20)에서 1차적으로 재연소되어 포함되었던 상당부분의 유해물질이 소멸된 상태의 연소가스가 보조 재연소실(20') 내에서 추가적으로 재연소과정을 거치게 되고, 따라서 더욱더 효과적으로 유해물질을 제거할 수 있게 된다.

한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 순환식 와류유도형 소각장치는, 종래기술의 소각장치와 마찬가지로, 폐열보일러(미도시)와 병합된 구성으로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 폐열보일러는 재연소실(20) 또는 보조 재연소실(20')과 공기순환집진실(30)을 연결하는 배관(P2) 상의 위치 등에 설치될 수 있다. 따라서 재연소실(20)이나 보조 재연소실(20')에서 발생되는 약 1400 ~ 1600℃의 높은 열을 폐열보일러의 열원으로 사용하여 궁극적으로 에너지로 활용할 수 있도록 한다. 따라서, 고온연소에 의한 폐기물의 신속한 완전연소를 실현함과 더불어 온도 증가에 따른 에너지 전환 효율의 극대화를 통해 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치를 제공함으로써, 다음과 같은 효과가 기대된다.

기본적으로, 단순 배기식으로 구성되는 경우나 순환식으로 구성되는 경우와 무관하게 재연소실에서의 효율적인 배기가스 재연소를 통해 유해물질을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

나아가, 이상과 같이 순환식으로 구성되는 본 발명에 따른 와류유도형 소각장치는, PU, PVC, 플라스틱, 비닐, 스티로폼, 고무, 폐합성수지 등 가연성이라면 어떠한 폐기물이라도 별도로 분류할 필요없이 모두 함께 소각할 수 있다. 그리고, 폐기물 소각로에서 폐기물이 소각되는 과정에서 발생하게 되는 연소가스가 재연소 실 등에서 1회 이상 재연소됨과 더불어 공기순환집진실을 경유하여 폐기물 소각로로 재순환되도록 함으로써, 연소가스에 함유된 대기오염의 원인이 되는 유해물질을 더욱 효과적으로 소멸시킬 수 있어 환경친화적일 뿐만 아니라, 외부로 방출되는 연소가스를 억제하여 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 재순환하여 폐기물 소각로로 유입되는 여전히 고온상태인 연소가스가 폐기물을 신속하게 건조되도록 하여 소각과정에서 발열량을 높임과 동시에, 고온의 연소가스가 순환하는 과정에서 연소가스로부터 열을 회수하여 에너지로 활용할 수 있으며, 재순환되는 연소가스에 고순도의 산소를 혼합하여 폐기물 소각로로 유입되도록 함으로써, 산소부화율을 증가시켜 고온연소에 의한 폐기물의 신속한 완전연소를 실현함과 더불어 온도 증가에 따른 에너지 전환 효율의 극대화를 통해 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있도록 한다.

더불어, 연소가스를 재순환시켜 폐기물 소각로에서의 폐기물 소각에 적용하기 때문에 유해가스 제거에 필요한 약품의 사용량을 줄일 수 있어서 운영비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 간단한 구성으로 이루어짐에 따라 설치비용 부담을 현저히 경감시킬 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽 게 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 투입되는 가연성 폐기물이 가열버너에 의해 점화되어 소각되는 폐기물 소각로;

   상기 폐기물 소각로와 배관으로 연결되고, 적어도 하나의 점화버너가 구비되어, 폐기물 소각과정에서 발생하는 연소가스를 재연소시키는 하나 이상의 재연소실;

   상기 재연소실과 각각 배관에 의해 연결되고, 상단에 외부의 공기가 유입되는 공기유입구가 형성되는 공기순환집진실; 및

   일측은 상기 공기순환집진실의 하단측에 연결되고, 타측은 상기 폐기물 소각로의 하부에 연결되는 순환관을 포함하여 이루어지는 순환식 소각장치로서,

   상기 재연소실은, 내부의 유동단면을 횡단하도록 배치되어 유입되는 연소가스를 순간적으로 압축시킴과 동시에 와류형태의 유동이 발생하도록 유도하는 것으로서, 다수의 통기공을 구비한 하나 이상의 다공판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 재연소실과 상기 공기순환집진실 사이에 직렬로 배치되어, 1회 이상 재연소된 연소가스를 추가로 재연소시키는, 상기 재연소실과 동일한 구성으로 이루어지는 하나 이상의 보조 재연소실을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 다공판은 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치.
9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 다공판은 원추형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치.
10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

    상기 다공판은 횡방향 단면이 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 뿔형으로 형성되어, 그 정점이 배출방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 와류유도형 소각장치.

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