KR100960361B1

KR100960361B1 - 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는가동화격자

Info

Publication number: KR100960361B1
Application number: KR1020080066672A
Authority: KR
Inventors: 엄태인
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-05-28
Also published as: KR20100006445A

Abstract

본 발명은 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자에 관한 것으로 회전에 의해 고형연료를 이송시키며 연소를 가능하게 하는 가동화격자를 사용하여 고형연료의 완전연소를 가능하게 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자에 관한 것이다.

본 발명의 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치는, 고형연료가 저장되는 저장호퍼; 외주면에 나선형의 이송날개가 형성되어 회전에 의해 상기 저장호퍼에서 공급되는 고형연료를 이송시키며, 고형연료에 연소공기를 공급하는 가동화격자; 상기 가동화격자의 상측에 구비되어 상기 가동화격자에 의해 이송되는 고형연료를 연소시키는 연소부; 상기 가동화격자의 끝단에 형성되어 완전연소된 회재가 유입되는 회재포집부; 상기 가동화격자의 상부에 소정공간이 구비되어 와류에 의해 불연소가스가 연소되는 제2연소실; 및 상기 제2연소실의 일측에 구비되어 연소가스를 정화시키는 정화수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 가동화격자의 외주면에 형성되는 이송날개의 피치를 다르게 형성하여 고형연료의 연소구간에서는 이송날개의 피치를 작게 하여 고형연료의 완전연소를 가능하게 하고, 연소되고 남의 회재의 이송구간에서는 이송날개의 피치를 크게하여 회재의 신속한 배출을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한 가동화격자와 고정화격자에 연소공기가 공급되는 연통구를 형성하여 가동화격자의 회전에 의해 이송되는 고형연료가 연소공기와 고루 접촉하여 고형연료 의 완전연소를 가능하게 하는 효과가 있다.

고형연료, 건조슬러지, 가동화격자, 이송날개, 피치

Description

고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자 {Combustor for The Higher Calorific Valued Solid Fuel Derived from Dried Sludge, Mobile Grate used thereof}

본 발명은 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자 에 관한 것으로 회전에 의해 고형연료를 이송시키며 연소를 가능하게 하는 가동화격자를 사용하여 고형연료의 완전연소를 가능하게 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자 에 관한 것이다.

일반적으로 유기성 슬러지는 함수율 70~80% 정도를 갖으며, 이를 이용하여 고형연료로 성형하기 위해서는 필수적으로 탈수 및 건조의 과정을 거치게 된다. 슬러지 건조방법에는 고온의 기체와 슬러지가 직접 접촉하여 건조하는 대류식 건조방식과 회전하는 스크류 내부에 고온의 스팀이나 열매체를 이동시키고 스크류 외부에 슬러지를 투입하여 건조하는 간접식 전도열전달 건조방법이 있으나, 슬러지의 점결성, 미세입자 등으로 인하여 건조효율이 낮으며 건조시간이 긴 단점을 가지고 있다. 이들 방법으로 건조한 슬러지의 함수율은 20~40%, 건조시간 40~120분, 발열량 2,500~4,000kcal/kg 정도로서 고형 연료로 활용하는 것은 어렵다.

그러나 각종 산업용 폐유와 바이오디젤의 생산 부산물인 글리세롤과 잔존물, 동식물성 유지, 음식폐기물 탈리액에 포함된 동·식물성 기름 등은 수질환경 및 열적처리 시 대기오염 물질을 배출하나, 상기와 같은 폐유를 가열하여 튀김용 기름으로 사용하여 유기성 슬러지를 건조할 경우 튀김용 기름 온도 120~160℃, 건조시간 10분 정도이면 건조 후 슬러지의 함수율 10%, 발열량 5,000~6,500 kcal/kg인 양질의 고형연료를 생산할 수 있다. 그러나 국내에서 대량으로 발생하는 하수 및 폐수슬러지에는 무기물 성분이 다량 포함되어 있어 건조 후 회재 성분이 15~30%정도로 높으므로 고형연로의 연소 시 연소장치에서 회재를 신속히 제거하지 못하면 고형연료의 불완전연소 및 분진발생이 증가하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 2006년 현재 국내에서 연간 발생하는 약 272만 톤의 하수 슬러지와 약 2만 톤의 바이오디젤유 부산물인 글리세롤과 폐기물을 주원료로 사용함으로써 국가적인 자원 활용도 증대에 기여하며, 유기성 슬러지의 친환경적 처리와 바이오디젤유 폐기물로 무단방류로 인한 하수의 오염원을 저감시키고, 대체연료를 제공하여 경제성을 향상시킬 수 있는 유기성 슬러지를 이용한 고체연료 연소장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 회전에 의해 고형연료를 이송시키며 연소시키는 가동화격자를 사용하여 고형연료의 완전연소를 가능하게 하고 회재의 배출이 신속하게 이루어지는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자를 제공함에 있다.

상기 가동화격자는 내부가 빈 중공관으로 외면에 다수개의 연통구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가동화격자는 상기 저장호퍼에서 상기 회재포집부 측으로 갈수록 이송날개의 피치(Pitch)가 커지는 것을 특징으로 한다.

상기 가동화격자는 상기 이송날개에 다수개의 연통구가 더 형성되는 것을 특 징으로 한다.

상기 가동화격자의 상측에는 연소가스의 난류화를 촉진하는 격벽이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가동화격자의 하측에는 상기 가동화격자의 회전에 따라 고형연료가 접촉하며 이송되는 고정화격자가 형성되고, 상기 고정화격자에는 연소공기가 공급되는 연통구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고열량 건조슬러지 고형연료의 연소장치용 가동화격자에 있어서, 상기 가동화격자는 내부가 빈 중공관으로 외면에 연소공기가 공급되는 다수개의 연통구가 형성되고, 외주면에 나선형의 이송날개가 형성되어 회전에 의해 고형연료를 이송시키며 연소를 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 가동화격자는 일단에서 타단으로 갈수록 이송날개의 피치(Pitch)가 커지는 것을 특징으로 한다.

상기 가동화격자는 상기 이송날개에 다수개의 연통구가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 가동화격자와 고정화격자에 연소공기가 공급되는 연통구를 형성하여 가 동화격자의 회전에 의해 이송되는 고형연료가 연소공기와 고루 접촉하여 고형연료의 완전연소를 가능하게 하는 효과가 있다.

이하 상기와 같은 구성의 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치 및 이에 이용되는 가동화격자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 연소장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 가동화격자를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 가동화격자를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 가동화격자와 고정화격자의 일실시예 단면도이며, 도 5는 본 발명의 연소장치의 작동예 개념도이다.

본 발명의 연소장치는 도 1과 같이, 고형연료가 저장되는 저장호퍼(10); 외주면에 나선형의 이송날개(22)가 형성되어 회전에 의해 상기 저장호퍼(10)에서 공급되는 고형연료를 이송시키며, 고형연료에 연소공기를 공급하는 가동화격자(20); 상기 가동화격자(20)의 상측에 구비되어 상기 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료를 연소시키는 연소부(30); 상기 가동화격자(20)의 끝단에 형성되어 완전연소된 회재가 유입되는 회재포집부(40); 상기 가동화격자(20)의 상부에 소정공간이 구비되어 와류에 의해 불연소가스가 연소되는 제2연소실(50); 및 상기 제2연소실(50)의 일측에 구비되어 연소가스를 정화시키는 정화수단(60); 을 포함하여 이루어진다.

상기 저장호퍼(10)는 내부에 공간이 형성되어 고열량 건조슬러지 고형연료가 저장된다. 상기와 같은 고형연료는 다양한 슬러지 건조방법을 이용하여 초기 함수율이 약 80% 정도인 슬러지를 건조하면 무기물 성분은 상존하여 슬러지의 종류에 따라 무기물 성분이 3~30% 정도이고 슬러지의 함수율이 10% 정도가 된다. 유기성 슬러지는 각종 기름을 이용한 튀김증발건조기술을 이용할 경우 유기성 슬러지의 내부의 수분과 튀김용 기름이 상호 치환되어 발열량이 크게 향상되므로 발열량이 석탄과 비슷한 5,000~6,500 kcal/kg인 고형연료가 얻어진다. 상기 저장호퍼(10)의 하부에는 고형연료가 연소장치 내부로 공급되는 공급구(12)가 형성된다.

상기 저장호퍼(10)의 공급구(10) 측에서부터 상기 회재포집부(40)까지 도 2 및 3과 같이, 가동화격자(20)가 구비된다. 상기 가동화격자(20)의 일측에는 상기 가동화격자(20)를 회전시키기 위한 구동모터(26)가 구비된다. 상기 가동화격자(20)는 소정길이를 갖는 내부가 빈 중공관으로 외주면을 따라 일측에서 타측까지 이어지는 나선형의 이송날개(22)가 형성된다. 상기 이송날개(20)는 상기 저장호퍼(10) 측에서 상기 회재포집부(40) 측으로 갈수록 피치(pitch)가 커지도록(L₁<L₂) 형성된다. 따라서 상기 구동모터(26)에 의해 상기 가동화격자(20)가 일정속도로 회전하는 경우 피치가 작은 저장호퍼(10) 측의 고형연료는 가동화격자(20)의 단위회전당 이송거리가 짧아 상기 회재포집부(40) 측으로 이송되는 시간이 보다 증가하게 되고, 피치가 큰 회재포집부(40) 측의 연소가 완료된 회재는 가동화격자(20)의 단위회전당 이송거리가 커 회재포집부(40) 측으로 빠르게 이송되어 회재포집부(40)로 배출되는 효과가 있다. 상기 가동화격자(20)의 외주면에는 다수개의 연통구(24)가 형성 되어 상기 가동화격자(20)의 중공관을 통해 연소공기가 가동화격자(20) 외부의 고형연료로 공급된다. 아울러 상기 이송날개(22)에도 연소공기가 공급되는 연통구(24)를 더 형성하면 상기 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료에 연소공기를 원활하게 공급할 수 있으므로 연소효율이 증가하는 효과가 있다.

상기 가동화격자(20)의 하측에는 상기 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료가 안착되는 고정화격자(70)가 형성된다. 이송되는 고형연료가 상기 고정화격자(70)와 접촉하여 마찰이 발생하므로 고형연료가 상기 가동화격자(20)의 이송날개(22)를 따라 보다 원활하게 이송되도록 하는 효과가 있다. 아울러 상기 고정화격자(70)에도 연소송기가 공급되는 다수개의 연통구(72)를 형성하면 고형연료에 보다 많은 양의 연소공기를 공급할 수 있어 연소효율이 보다 향상되는 효과가 있다.

도 4는 상기와 같은 가동화격자(20)와 고정화격자(70)의 일실시예로서 가동화격자의 형성 개수에 따른 배치를 나타낸다. 가동화격자(20)가 하나만 구비되는 경우에는 상기 가동화격자(20)의 하측과 양측면에 고정화격자(70)가 구비되어 마찰에 의한 고형연료의 이송을 원활하게 하고 가동화격자(20)와 고정화격자(70)의 연통구(24, 72)를 통해 보다 많은 연소공기가 고형연료로 공급되는 효과가 있다. 도 4(b)와 같이 두 개 이상의 가동화격자가 구비되는 경우에는, 두 개의 가동화격자(20) 사이에 고정화격자(70)가 형성되고 가동화격자(20)의 외측과 하측에도 상기 가동화격자(20)의 길이방향을 따라 고정화격자(70)가 형성되므로 상기 고정화격자(70)와 고형연료와의 마찰로 인해 이송이 원활해지며, 상기 가동화격자(20)와 고정화격자(70)에서 연소공기가 공급되므로 연소율을 향상시키는 효과가 있게 된다. 상기 일실시예에서는 가동화격자가 2개가 구비되는 것을 도시하고 있으나, 고형연료 연소장치의 규모가 커질 경우에는 가동화격자와 고정화격자가 다수개 형성되는 것도 가능하다.

상기 가동화격자(20)의 상측으로는 상기 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료를 연소시키는 연소부(30)가 구비된다. 상기 가동화격자(20)의 회전에 의해 이송되는 고형연료에 상기 가동화격자(20)와 고정화격자(70)의 연통구(24, 72)를 통해 연소공기가 공급된 상태에서 연소부(30)에 의해 고형연료를 향해 불이 분사되므로 고형연료가 연소하게 된다. 본 발명에서 상기 연소부(30)가 상기 가동화격자(20)의 상측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 이에 국한되는 것을 아니며, 고형연료의 연소율을 높이는 위치라면 어디든 가능하다.

상기 가동화격자(20)의 상측으로는 연소실의 내벽면에서 격벽(52)이 돌출 형성된다. 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료가 상기 연소부(30)에 의해 착화되어 연소가 일어나면 연소가스가 발생하게 된다. 그러나 발생된 연소가스 중에는 불연소가스가 포함되어 있으므로 이는 환경오염을 유발하고, 불완전연소가스로 인하여 에너지 효율이 저감된다. 따라서 상기 가동화격자(20)의 상측에 구비되는 격벽(52)으로 인하여 상기 불연소가스가 상측으로 이동되다가 상기 격벽(52)을 만나게 되고 격벽(52)에 의해 불연소가스의 난류화가 촉진되어 상기 제2연소실(50) 내부에서 와류를 일으켜 불연소가스가 넓게 분산되므로 연소가스의 열로 인하여 완전연소가 가능해진다. 아울러 상기 제2연소실(50)의 일측에 보일러 등과 같은 열교환수단(54)을 구비하면 난방시설 또는 발전시설 등으로 이용가능하다.

상기 제2연소실(50)의 열교환수단(54)을 지나며 온도가 낮아진 연소가스는 정화수단(60)을 거치게 된다. 연소가스는 상기 정화수단(60)에서 분진 등과 유해가스가 제거되어 대기중으로 방출되므로 환경오염을 방지하는 효과가 있게 된다.

상기 가동화격자(20)의 끝단에는 회재포집구(40)가 구비된다. 상기 가동화격자(20)에 의해 상기 회재포집부(40) 측으로 이송되며 연소되고 남은 회재가 구동모터(26)에 의해 계속적으로 회전하는 가동화격자(20)를 따라 회재포집부(40) 측으로 이송되어 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 외부로 배출시켜 재처리하거나, 매립 등이 이루어지게 된다.

상기와 같은 구성의 연소장치의 작동에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 튀김증발건조기술을 이용하여 발열량이 석탄과 비슷한 5,000~6,500 kcal/kg을 갖도록 제조된 고형연료가 상기 저장호퍼(10)에 저장된다. 저장된 고형연료는 구동모터(26)의 구동에 따라 가동화격자(20)가 회전하고 따라서 상기 저장호퍼(10) 하측의 공급구(12)를 통해 고형연료가 상기 가동화격자(20) 측으로 공급되어 이송되어 진다. 상기 가동화격자(20) 측으로 고형연료가 공급됨에 따라 상기 가동화격자(20)와 고정화격자(70)의 연통구(24, 72)를 통해 연소공기가 고형연료로 공급된다. 고형연료가 연소공기와 섞이게 됨에 따라 연소조건이 충분히 만족되고, 상기 가동화격자(20) 상측의 연소부(30)에서 상기 고형연료 측으로 불을 분사하여 고형연료가 착화된다. 우선 연소부(30)의 불길과 직접 접촉하는 외측의 고형연료부터 연소되기 시작하고, 가동화격자(20)의 회전에 의해 회재포집부(40) 측으로 이송되는 고형연 료는 계속적으로 섞이게 됨에 따라 내측의 고형연료까지 모두 고루 연소되어 연소가스가 발생하게 된다. 발생된 연소가스는 고온으로 인하여 상부의 제2연소실(50)측으로 상승하게 되고, 상승하던 연소가스는 격벽(52)과 접하여 강력한 와류를 일으키게 된다. 따라서 연소가스 중의 불연소가스가 넓게 분산되어 연소가스의 열로 인하여 완전연소되고, 연소가스가 보유한 막대한 열이 제2연소실(50) 일측의 열교환수단(54)과 열교환하여 난방 또는 발전 등으로 이용된다. 상기 가동화격자(20)를 따라 이송되는 고형연료는 저장호퍼(10) 측의 이송날개(22)의 피치(pitch)가 보다 작게 형성되므로 가동화격자(20)의 단위회전당 고형연료의 이송거리가 짧아 천천히 이송되며 모든 고형연료가 연소부(30)의 불길과 접촉하여 전량 연소된다. 연소되고 남은 회재는 가동화격자(20)의 회전에 따라 상기 회재포집부(40) 측으로 이송되며, 이때 상기 회재포집부(40) 측의 가동화격자(20)의 이송날개(22)의 피치가 보다 크게 형성되므로 가동화격자(20)의 단위회전당 회재의 이송거리가 보다 커져 연소되고 남은 회재가 상기 회재포집부(40)로 신속하게 배출되는 효과가 있다. 고형연료가 연소되고 남은 회재는 회재포집부(40)로 배출되고 고형연료가 연소됨에 따라 발생된 연소가스는 제2연소실(50) 일측의 열교환수단(54)을 지나며 난방 또는 발전용도로 사용되고, 열이 방출된 연소가스는 정화수단(60)을 지나며 유해가스 분진 등이 제거되어 대기 중으로 방출되게 된다.

상기에서 연소장치에 구비되는 가동화격자(20)는 연소장치의 규모에 따라 다수개로 설치하여 연소효율을 높이는 것이 가능하다. 또한 고형연료를 제조한 슬러지의 종류에 따라 무기물 성분이 10% 정도인 슬러지는 건조 후 무기물 함량이 현저 히 증가하므로, 기존 석탄 연소장치와 같은 생활폐기물 소각장치에서는 완전연소가 어려운 실정이다. 그러나 본 발명의 연소장치는 가동화격자(20)의 이송날개(22)의 피치가 다름에 따라 고형연료의 연소구간에서는 피치를 좁게 형성하여 완전연소를 가능하게 하고, 연소되고 남은 회재의 이송구간에서는 이송날개(22)의 피치를 크게 형성하여 연소된 회재를 신속하게 배출할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 만족하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 연소장치를 나타낸 개념도.

도 2는 본 발명의 가동화격자를 나타낸 정면도.

도 3은 본 발명의 가동화격자를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명의 가동화격자와 고정화격자의 일실시예 단면도.

도 5는 본 발명의 연소장치의 작동예 개념도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 저장호퍼 12: 공급구

20: 가동화격자 22: 이송날개

24: 연통구 26: 구동모터

30: 연소부 40: 회재포집부

50: 제2연소실 52: 격벽

60: 정화수단 70: 고정화격자

72: 연통구

Claims

삭제
고형연료가 저장되는 저장호퍼(10);

외주면에 나선형의 이송날개(22)가 형성되어 회전에 의해 상기 저장호퍼(10)에서 공급되는 고형연료를 이송시키며, 고형연료에 연소공기를 공급하는 가동화격자(20);

상기 가동화격자(20)의 상측에 구비되어 상기 가동화격자(20)에 의해 이송되는 고형연료를 연소시키는 연소부(30);

상기 가동화격자(20)의 끝단에 형성되어 완전연소된 회재가 유입되는 회재포집부(40);

상기 가동화격자(20)의 상부에 소정공간이 구비되어 와류에 의해 불연소가스가 연소되는 제2연소실(50); 및

상기 제2연소실(50)의 일측에 구비되어 연소가스를 정화시키는 정화수단(60);

을 포함하되,

상기 가동화격자(20)는 내부가 빈 중공관으로 외면에 다수개의 연통구(24)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치.
제 2 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)는 상기 저장호퍼(10)에서 상기 회재포집부(40) 측으로 갈수록 이송날개(22)의 피치(Pitch)가 커지는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치.
제 3 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)는 상기 이송날개(22)에 다수개의 연통구(24)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치.
제 4 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)의 상측에는 연소가스의 난류화를 촉진하는 격벽(54)이 형성되는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치.
제 5 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)의 하측에는 상기 가동화격자(20)의 회전에 따라 고형연료가 접촉하며 이송되는 고정화격자(70)가 형성되고, 상기 고정화격자(70)에는 연 소공기가 공급되는 연통구(72)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치.
고열량 건조슬러지 고형연료의 연소장치용 가동화격자에 있어서,

상기 가동화격자(20)는 내부가 빈 중공관으로 외면에 연소공기가 공급되는 다수개의 연통구(24)가 형성되고, 외주면에 나선형의 이송날개(22)가 형성되어 회전에 의해 고형연료를 이송시키며 연소를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치용 가동화격자.
제 7 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)는 일단에서 타단으로 갈수록 이송날개(22)의 피치(Pitch)가 커지는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치용 가동화격자.
제 8 항에 있어서,

상기 가동화격자(20)는 상기 이송날개(22)에 다수개의 연통구(24)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고열량 건조슬러지 고형연료 연소장치용 가동화격자.