KR100962480B1 - 유기폐기물 열분해 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기폐기물 열분해 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고분자 폐기물인 유기폐기물을 열분해하여 연료가스 및 연료유를 제조하는 설비에서, 열분해 과정 중 발생되는 열을 회수하여 재사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기폐기물 열분해 장치는 열분해 과정에서 발생되는 폐열을 이용함으로써 유기폐기물 열분해 설비에 투입되는 에너지를 절감할 수 있게 하며, 열분해로의 가스 배출지점에 설치되는 집진부를 가동준비단계에서 단시간에 승온시킴으로써 유기폐기물 열분해 장치를 연속가동할 수 있도록 한다.

Description

유기폐기물 열분해 장치{pyrolytic apparatus for organic waste}
본 발명은 유기폐기물 열분해 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고분자 폐기물인 유기폐기물을 열분해하여 연료가스 및 연료유를 제조하는 설비에서, 열분해 과정 중 발생되는 열을 회수하여 재사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 방법에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라 발생되는 부산물인 산업폐기물 및 생활쓰레기는 환경 측면에서 여러 가지 문제를 야기하고 있으며, 이의 처리비용도 날로 증가하는 추세이다.
산업폐기물 및 생활쓰레기에는 유기성 폐기물이 많은 부분을 차지하고 있으며, 유기성 폐기물은 그대로 매립되면 부산물에 함유된 여러 성분이 침출되어 토양을 오염시켜서 식물의 생장을 교란하여 생태계에 악영향을 미치며, 지상에 노출 폐기하면 미관을 해치게 되고, 이를 소각처리하는 경우에는 유독가스 및 그을음이 발생하여 대기를 오염시키는 문제가 발생한다.
유기성 폐기물은 주요 구성성분인 고분자 화합물에 폐기물의 종류에 따른 기타 여러 성분으로 구성되어 있는데, 이러한 유기성 폐기물을 처리하는 방법 중에는 상기 고분자 화합물 중 가연성 물질을 추출하여 재활용 부산물로서 회수하는 열분해 처리방법이 있다.
상기 열분해 처리방법은 유기성 폐기물을 무산소 상태하에서 열을 가하여 탄화시키는 것으로서, 유기성 폐기물에 열을 가하면 고분자 화합물의 분자구조가 파괴됨과 동시에 발생되는 열분해 가스가 응축되어 보다 간단한 저분자 물질로 전환된 부산물을 얻을 수 있다.
상기 부산물로는 고체상의 타르, 액체상의 오일, 기체상의 가스 등이 있다.
상기와 같이 유기폐기물을 이용한 에너지 회수 이용 기술은 매우 훌륭한 자원화 방안이 될 수 있으나, 유기폐기물을 열분해하기 위해서는 고온으로 가열해야 할 에너지가 투입되어야 하기 때문에, 이를 감안하면 실제 얻을 수 있는 에너지는 소모 에너지에 비해 그리 많지 않은 실정이며, 지금까지의 유기폐기물 열분해 설비는 에너지 회수보다는 환경오염을 방지하는 목적으로 유기폐기물을 처리하는데 중점이 있어왔다.
또한, 열분해에 의하여 저분자 물질로 전환된 연료가스에는 비산 미세입자가 함유되어 있어서, 상기 미세입자에 의하여 열분해설비의 배관 막힘 현상 및 이에 따른 장치의 가동중단이 빈번히 발생하여 연속운전이 어려울 뿐만 아니라, 연료가스에 함유된 미세입자가 회수된 오일에 함유되어 이를 이용하는 장치에 고장을 일으키는 요인이 되어왔다.
따라서 상기 문제를 해결하기 위하여 열분해설비에 구비된 열분해로의 가스 배출지점에 집진부를 설치하는 방법이 제안되고 있으며, 열분해 설비를 연속운전하기 위해서는 집진부를 통상 2기를 설치하고 그중 1기를 운전하고 1기를 대기상태로 두게 되며, 일정기간 집진이 이루어지면 집진부 내부에 포집된 미세입자가 축적되어 집진효율이 저하되므로 대기상태의 집진부를 가동하고 입자가 축적된 집진부는 가동중지하여 정비하게 된다.
그러나 열분해로에서 배출되는 연료가스는 열분해로에서 가열을 받아 통상 350~400℃의 고온이고 연료가스에는 기체상태의 고비점 물질이 함유되어 있어서, 집진부의 온도가 배출되는 연료가스의 온도보다 낮을 경우 상기 기체상태의 고비점 물질이 집진부에서 응축되어 액체상태로 액화됨으로써, 집진부의 성능이 저하되고 회수되는 연료유의 양이 줄게 되는 문제가 발생한다.
따라서 집진부를 교대운전할 때에는 대기상태의 집진부를 배출되는 연료가스의 온도까지 승온시켜야 하는데, 이를 위해서는 다시 에너지가 필요하게 되어 열분해 설비의 투입 에너지에 비해 상대적으로 에너지 회수효율이 더욱더 낮아지고, 상기 연료가스 온도가 고온이므로 승온시까지 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
따라서 열분해 처리방법으로 유기폐기물로부터 에너지를 좀더 많이 회수하기 위해서는, 열분해 설비로 투입되는 에너지를 줄일 수 있는 방법이 강구되어야 하며, 이를 위해서는 열분해 설비에서 발생되는 폐열을 이용하는 방법이 모색되어야 할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 과정에서 보다 더 많은 연료유를 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 연료유에 함유된 미세입자를 제거하기 위하여 열분해로의 가스 배출지점에 설치되는 집진부를 가동준비단계에서 단시간에 승온시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 유기폐기물이 열분해 설비로 공급되는 공급부, 상기 공급부로부터 유기폐기물이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해부, 상기 열분해부에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 제1집진부, 상기 제1집진부와 동일한 구성을 가지고서 연료가스 흐름에 대하여 상기 제1집진부와 병렬연결되어 있는 제2집진부, 상기 제1집진부 또는 제2집진부에서 입자가 제거된 연료가스가 냉각되는 냉각부, 상기 냉각부에서 연료가스가 냉각되어 응축된 연료유와 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장부 및 상기 열분해부에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출부를 포함하고 있는 유기폐기물 열분해 장치로서,
상기 열분해부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(21) 및 상기 케이스(21)의 하단 측면에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22)를 포함하고 있으며,
상기 버너(22)에는 일단이 공기예열기(26)의 제1유로의 토출측과 접속된 제1공기공급관(L2)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제1유로 흡입측에는 일단이 공기흡입원에 접속되어 있고 도중에 송풍기(27)가 개재된 제2공기공급관(L3)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 케이스(21)의 윗벽 일측에는 일단이 상기 공기예열기(26)의 제2유로의 흡입측과 접속되어 있는 제1연소가스배출관(L4)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제2유로의 토출측에는 일단이 연소가스 처리설비(70)의 흡입원과 유통가능하게 접속된 메인연소가스배출관(L5)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있는 유기폐기물 열분해 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1집진부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(31), 상기 열분해부의 연료가스가 상기 케이스(31)로 인입되며 도중에 제1차단밸브(V2)가 개재된 메인연료가스유입관(L6), 상기 케이스(31)의 연료가스가 상기 냉각부로 배출되며 도중에 제2차단밸브(V3)가 개재된 메인연료가스유출관(L7), 상기 열분해설비에서 발생하는 연소가스가 배출되고 도중에 연소가스차단밸브(V1)가 개재된 메인연소가스배출관(L5), 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제1차단밸브(V2) 하류측의 메인연료가스유입관(L6)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제3차단밸브(V5)가 개재되어 있는 연소가스유입분기관(L9) 및 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제2차단밸브(V3) 상류측의 메인연료가스유출관(L7)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제4차단밸브(V6)가 개재되어 있는 연소가스유출분기관(L10)을 포함하고 있으며,
상기 제2집진부는 상기 제1집진부와 동일한 구성을 갖되, 메인연료가스유입관(L6)에 접속된 연료가스유입관(L6a)과 메인연료가스유출관(L7)에 접속된 연료가스유출관(L7a)으로 구성되는 제1바이패스라인 도중에 개재되어 있는 동시에, 상기 연소가스차단밸브(V1)를 기준으로 상기 메인연소가스배출관(L5) 상류측에 접속된 연소가스유입분기관(L9a)과 상기 메인연소가스배출관(L5) 하류측에 접속된 연소가스유출분기관(L10a)으로 구성되는 제2바이패스라인 도중에 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기폐기물 열분해 장치는 열분해 과정에서 발생되는 폐열을 이용함으로써 유기폐기물 열분해 설비에 투입되는 에너지를 절감할 수 있게 한다.
또한, 열분해로의 가스 배출지점에 설치되는 집진부를 가동준비단계에서 단시간에 승온시킴으로써 유기폐기물 열분해 장치를 연속가동할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기폐기물 열분해 장치를 나타낸 구성도이다.
열분해 방법에 의하여 연료유가 추출되는 유기폐기물의 종류에는 대표적으로 고무, 종이, 비닐, 플라스틱, 목재, 피혁, 오염토양 등의 고형 폐기물과 음식물쓰레기, 하수슬러지, 오일슬러지, 분뇨, 동물사체 등의 슬러지성 폐기물이 있으며, 상기 고무의 대표적인 종류에는 폐타이어를 들 수 있다.
본 발명에서는 상기 폐기물이 칩 형태로 공급되는데, 상기 고형 폐기물은 파쇄되어 공급되고 슬러지성 폐기물은 건조 후 파쇄되어 공급되며, 상기 칩 형태로 가공되는 과정은 일반적인 공지의 건조ㆍ파쇄과정을 거치므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기폐기물 열분해 장치가 부호 100으로서 지시되어 있다.
상기 유기폐기물 열분해 장치(100)는 유기폐기물이 열분해 설비로 공급되는 공급부(10), 상기 공급부(10)로부터 유기폐기물이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해부(20), 상기 열분해부(20)에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 제1집진부(30), 상기 제1집진부(30)와 동일한 구성을 가지고서 연료가스 흐름에 대하여 상기 제1집진부(30)와 병렬연결되어 있는 제2집진부(30a), 상기 제1 및 제2집진부(30, 30a)에서 입자가 제거된 연료가스가 냉각되는 냉각부(40), 상기 냉각부(40)에서 연료가스가 냉각되어 응축된 연료유와 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장부(50) 및 상기 열분해부(20)에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출부(60)를 포함하고 있다.
상기 공급부(10)는 수거된 유기폐기물이 작은 조각으로 파쇄되어 유기폐기물 칩 형태로 저장되는 사일로(silo, 11), 일단이 상기 사일로(11)의 하부와 접속되고 타단이 열분해부(20)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1로터리 밸브(12)가 개재되어 있는 공급관(L1)을 포함한다.
상기 열분해부(20)는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(21), 상기 케이스(21)의 하단 하류측에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22), 상기 케이스(21) 내의 전장에 걸쳐서 수평방향으로 뻗어 있는 챔버(23), 상기 챔버(23) 내의 전장에 걸쳐 뻗어서 일측에서 타측으로 유기폐기물을 이송시키는 오거(auger, 24) 및 상기 챔버(23)의 하류측 상단에 일단이 접속되어 있고 타단이 상기 케이스(21)의 하류측 상단을 관통하여 노출된 연료가스배출관(25)을 포함하고 있다.
상기 챔버(23)의 상류측 상단은 일단이 상기 사일로(11)와 접속되어 있는 공급관(L1)의 타단에 유통가능하게 접속되어 있다.
상기 버너(22)에는 일단이 공기예열기(26)의 제1유로(26a)의 토출측과 접속된 제1공기공급관(L2)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제1유로(26a) 흡입측에는 일단이 공기흡입원(예를 들면 외기에 개방)에 접속되어 있고 도중에 송풍기(27)가 개재된 제2공기공급관(L3)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있어서, 공기는 상기 송풍기(27), 제2공기공급관(L3), 공기예열기(26)의 제1유로(26a) 및 제1공기공급관(L2)을 순차적으로 경유하여 버너(22)에 공급되어 진다.
또한, 상기 케이스(21)의 윗벽 상류측에는 일단이 상기 공기예열기(26)의 제2유로(26b)의 흡입측과 접속되어 있는 제1연소가스배출관(L4)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제2유로(26b)의 토출측에는 일단이 연소가스 처리설비(70)의 흡입원(도시되지 않음)과 유통가능하게 접속되며 도중에 연소가스차단밸브(V1)가 개재된 메인연소가스배출관(L5)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있어서, 상기 열분해부(20)에서 배출되는 연소가스는 제1연소가스배출관(L4), 공기예열기(26)의 제2유로(26b) 및 메인연소가스배출관(L5)을 순차적으로 통과하여 연소가스 처리설비(70)의 흡입원으로 배출된다.
즉, 공기는 상기 공기예열기(26)의 제1유로(26a)를 경유하는 동안 제2유로(26b)를 경유하는 연소가스와 열교환 된 후 상기 버너(22)로 공급되며, 상기 연소가스는 제2유로(26b)를 경유하는 동안 제1유로(26a)를 경유하는 공기와 열교환 된 후 연소가스 처리설비(70)의 흡입원으로 배출되도록 구성된다.
상기 공기예열기(26)는 열교환기 형태뿐만 아니라 이중관 구조(jacketed line)의 배관형태로도 가능한데, 공기가 흐르는 내관(內管)의 외부에 연소가스가 흐르는 외관(外管)을 설치함으로써 공기와 연소가스가 서로 열교환될 수 있다.
또한, 상기 공기예열기(26)를 열교환기와 이중관 구조의 배관형태가 동시에 구성되도록 하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 공기예열기(26)를 상기 케이스(21)의 내부 상부에 설치하여, 연소가스가 상기 케이스(21)에서 배출되어 상기 공기예열기(26)에 이송되는 도중 발생할 수 있는 열손실을 방지함으로써, 인입되는 공기가 좀더 고온의 연소가스와 접촉되도록 하는 동시에 상기 공기예열기(26)의 설치비가 절감되도록 하는 것도 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 오거(24)가 내장된 챔버(23)가 1기만 도시되어 있으나, 필요에 따라 상기 챔버(23)를 상하로 다수 단으로 구성하여 상기 단들을 지그재그 형태로 연결하는 구성도 가능하다.
상기 제1집진부(30)와 제2집진부(30a)는 동일한 구성의 설비로서 상기 열분해부(20)에서 연료가스배출관(25)을 경유하여 배출되는 연료가스 및 메인연소가스배출관(L5)을 경유하여 배출되는 연소가스 흐름에 대하여 병렬 배치된 상태에서 서로 교대로 운전되어 연료가스 중의 입자를 제거하는 설비이다.
상기 제1집진부(30)는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(31), 일단이 상기 연료가스배출관(25)과 접속되고 타단이 상기 케이스(31)의 상부 일측벽과 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1차단밸브(V2)가 개재된 메인연료가스유입관(L6), 일단이 상기 케이스(31)의 상부 타측벽과 접속되고 타단이 냉각부(40)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제2차단밸브(V3)가 개재된 메인연료가스유출관(L7), 상기 케이스(31)의 내부에 장착되어 상기 열분해부(20)에서 유입되는 연료가스에 함유된 미세입자를 제거하는 집진매체(32), 상기 집진매체(32)에 의하여 포집된 입자가 저장되는 저장통(33), 일단이 상기 케이스(31)의 하단과 접속되고 타단이 상기 저장통(33)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 입자배출밸브(V4)가 개재되어 있는 배출관(L8), 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제1차단밸브(V2) 하류측의 메인연료가스유입관(L6) 도중에 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제3차단밸브(V5)가 개재되어 있는 연소가스유입분기관(L9) 및 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제2차단밸브(V3) 상류측의 메인연료가스유출관(L7) 도중에 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제4차단밸브(V6)가 개재되어 있는 연소가스유출분기관(L10)을 포함하고 있다.
상기 제2집진부는 상기 제1집진부와 동일한 구성을 갖되, 메인연료가스유입관(L6)에 접속된 연료가스유입관(L6a)과 메인연료가스유출관(L7)에 접속된 연료가스유출관(L7a)으로 구성되는 제1바이패스라인 도중에 개재되어 있는 동시에, 상기 연소가스차단밸브(V1)를 기준으로 상기 메인연소가스배출관(L5) 상류측에 접속된 연소가스유입분기관(L9a)과 상기 메인연소가스배출관(L5) 하류측에 접속된 연소가스유출분기관(L10a)으로 구성되는 제2바이패스라인 도중에 개재되어 있다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 상기 제2집진부(30a)는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(31a), 일단이 상기 제1차단밸브(V2) 상류측의 메인연료가스유입관(L6) 도중에 접속되고 타단이 상기 케이스(31a)의 상부 일측벽과 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1차단밸브(V2a)가 개재된 연료가스유입관(L6a), 일단이 상기 케이스(31a)의 상부 타측벽과 접속되고 타단이 제2차단밸브(V3) 하류측의 메인연료가스유출관(L7) 도중에 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제2차단밸브(V3a)가 개재된 연료가스유출관(L7a), 상기 케이스(31a)의 내부에 장착되어 상기 열분해부(20)에서 유입되는 가스에 함유된 미세입자를 제거하는 집진매체(32a), 상기 집진매체(32a)에 의하여 포집된 입자가 저장되는 저장통(33a), 일단이 상기 케이스(31a)의 하단과 접속되고 타단이 상기 저장통(33a)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 입자배출밸브(V4a)가 개재되어 있는 배출관(L8a), 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제1차단밸브(V2a) 하류측의 연료가스유입관(L6a) 도중에 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제3차단밸브(V5a)가 개재되어 있는 연소가스유입분기관(L9a) 및 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제2차단밸브(V3a) 상류측의 연료가스유출관(L7a) 도중에 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제4차단밸브(V6a)가 개재되어 있는 연소가스유출분기관(L10a)을 포함하고 있다.
상기 냉각부(40)는 상기 제1 및 제2집진부(30, 30a)에서 메인연료가스유출관(L7)을 경유하여 배출되는 연료가스가 인입되고 냉각수에 의하여 냉각되어 응축성 물질이 응축되는 냉각기(41)를 포함한다.
상기 냉각기(41)는 흡입측이 상기 메인연료가스유출관(L7)의 하류단과 유통가능하게 접속되고 토출측이 저장부(50)와 연결된 제1유로(41a)와, 흡입측이 냉각탑(도시하지 않음)과 연결되어 냉각수가 인입되고 토출측이 냉각탑과 연결되어 냉각수가 냉각탑으로 순환되도록 구성된 제2유로(41b)를 형성하고 있다.
즉, 연료가스는 상기 냉각기(41)의 제1유로(41a)를 경유하는 동안 제2유로(41b)를 경유하는 냉각수와 열교환 된 후 저장부(50)로 배출되며, 상기 냉각수는 냉각탑에서 공급되어 제2유로(41b)를 경유하는 동안 제1유로(41a)를 경유하는 연료가스와 열교환 된 후 다시 냉각탑으로 순환된다.
상기 저장부(50)는, 연료가스가 상기 냉각기(41)의 제1유로(41a)를 경유하는 동안 연료가스 중에 함유된 응축성 물질이 냉각에 의하여 응축된 액상의 연료유 및 응축성 물질이 제거된 가스상의 연료가스가 저장되는 기액분리기(51), 일단이 상기 냉각기(41)의 제1유로(41a) 토출측과 접속되고 타단이 상기 기액분리기(51)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결된 연료이송관(L11), 상기 기액분리기(51)의 가스상의 연료가스가 저장되는 연료가스 저장용기(52), 일단이 상기 기액분리기(51)의 상부와 접속되고 타단이 상기 연료가스 저장용기(52)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 송풍기(53)가 개재된 연료가스 이송관(L12), 상기 기액분리기(51)의 액상의 연료유가 저장되는 연료유 저장용기(54) 및 일단이 상기 기액분리기(51)의 하부와 접속되고 타단이 상기 연료유 저장용기(54)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 이송펌프(55)가 개재된 연료유 이송관(L13)을 포함하고 있다.
상기 고형물 배출부(60)는, 상기 열분해부(20)에서 가스성분이 분리되고 남은 고형물인 카본블랙을 배출하기 장치들로 구성되어 있으며, 일단이 챔버(23)의 하류측 하단에 접속되고 타단이 외부(예를 들면 이송 컨베이어 또는 저장 사일로)에 노출되어 있으며, 도중에는 제2로터리 밸브(61)가 개재되어 있는 고형물 배출관(L14)을 포함하고 있다.
상기 로터리 밸브들(12, 61)은 원형의 단면을 갖는 케이스의 중앙에 모터에 의해 회전되는 축을 장착하고, 그 축에 일단이 고정되어 있고 타단이 방사상 바깥방향으로 뻗어 상기 케이스의 내주면과 시일(seal)을 개재하여 미끄럼운동가능하게 접촉하고 있는 복수개의 날개들을 일정한 균등 각도를 두고서 배치하고 있고, 케이싱의 상단에 입구와 케이싱의 하단에 출구가 형성되어 있는 밸브이다.
이러한 밸브들은 축의 회전속도 또는 축의 가동ㆍ중지를 통한 유체의 공급량을 조절하는 기능과 더불어 자체적으로 입구와 출구가 상기 시일에 의해 기밀적으로 차단되어 있어 입구의 기체가 출구로 유입되지 않도록 하는 작용을 한다.
상기 로터리 밸브들을 2개 연속하여 배치하면 상기 기밀효과는 좀더 향상된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 연료유 추출 시스템은 다음과 같이 운전된다.
유기폐기물이 작은 조각으로 파쇄되어 사일로(11)에 저장된 유기폐기물 칩은 공급관(L1)를 경유하여 열분해부(20)의 챔버(23)내 상류측으로 유입되는데, 이때 상기 공급관(L1) 도중에 설치된 제1로터리밸브(12)에 의해 외부의 공기가 상기 챔버(23)로 유입되는 것이 방지된다.
상기 챔버(23)내로 유입된 유기폐기물 칩은 오거(24)에 의해 일측에서 타측으로 이송되면서 버너(22)에 의해 가열되고, 상기 가열에 의해 유기폐기물의 고분자 유기물이 열분해되어 연료가스가 생성된다.
상기 연료가스는 연료가스배출관(25)을 경유하여 제1 및 제2집진부(30, 30a) 중 운전되고 있는 어느 하나로 방출되고, 유기폐기물 칩이 열분해되고 남은 카본블랙 등의 고형물은 고형물 배출관(L14) 도중의 제2로터리 밸브(61)를 경유하여, 도시되지 않은 고형물 처리시설로 보내져 처리된다.
버너(22)에는 연료와 공기가 공급되는데, 공기흡입원으로부터 공기가 송풍기(27), 제2공기공급관(L3), 공기예열기(26)의 제1유로(26a) 및 제1공기공급관(L2)을 경유하여 버너(22)로 인입되며, 상기 공기예열기(26)를 거치는 동안 공기예열기(26)의 제2유로(26b)를 경유하는 고온의 연소가스와 열교환되어 승온된 후 버너(22)로 공급된다.
상기 버너(22)의 연소에 의해 발생된 연소가스는 제1연소가스배출관(L4)을 경유하여 상기 공기예열기(26)의 제2유로(26b)로 유입되어 제1유로(26a)를 경유하는 공기와 열교환된 다음 메인연소가스배출관(L5)을 통하여 연소가스 처리설비(70)로 배출된다.
상기와 같이 배출되는 고온의 연소가스를 이용하여 버너(22)에 공급되는 공기를 승온시킴으로써 버너에 공급되는 연료(도시되지 않음)를 적게 사용하고도 열분해에 필요한 온도까지 승온이 가능하므로 열분해부(20)에 투입되는 연료를 절감할 수 있게 된다.
상기 열분해부(20)에서 열분해되어 배출되는 연료가스는 연료가스배출관(25) 및 메인연료가스유입관(L6)을 경유하여 제1 및 제2집진부(30, 30a) 중 운전중인 어느 하나의 집진부, 예를 들면 제1집진부(30)의 케이스(31) 일측으로 유입되고, 상기 케이스(31) 내부의 집진매체(32)에 의하여 연료가스 중에 함유된 비산 카본블랙 입자가 포집된 후 메인연료가스유출관(L7)을 통하여 냉각부(40)로 배출된다.
상기 집진매체(32)에 의하여 포집된 입자는 자중에 의해 낙하하여 케이스(31)의 하부에 쌓인 다음 배출관(L8) 도중에 설치된 입자배출밸브(V4)를 개폐함으로써 저장통(33)으로 배출되어 처리된다.
상기 제1집진부(30)를 계속 운전하게 되면 상기 집진매체(32) 및 케이스(31) 내부에 입자가 부착되어 집진효율이 저하되므로 대기상태인 제2집진부(30a)를 가동하고 운전중인 제1집진부(30)를 가동중지하여 정비할 필요가 있다.
상기 제2집진부(30a)를 가동하기 위해서는 먼저 상기 제2집진부(30a)를 승온시킬 필요가 있다.
상기 열분해부(20)로부터 유입되는 고온의 연료가스에는 응축성 물질이 함유되어 있어서 상기 제2집진부(30a)의 온도가 유입되는 연료가스의 온도보다 낮을 경우 상기 제2집진부(30a)에서 응축이 발생하여 제2집진부(30a) 내부를 젖게 하므로 제2집진부(30a)의 성능이 저하되며, 이후 공정인 냉각부(40)에서 회수되는 연료유의 양이 감소하게 되므로 유기폐기물 열분해 장치의 성능이 저하되는 결과를 가져온다.
먼저 연소가스유출분기관(L10a)에 설치된 제4차단밸브(V6a) 및 연소가스유입분기관(L9a)에 설치된 제3차단밸브(V5a)를 개방한 다음, 메인연소가스배출관(L5)에 설치된 연소가스차단밸브(V1)를 잠그면, 열분해부(20)에서 발생된 연소가스가 제1연소가스배출관(L4), 공기예열기(26)의 제2유로(26b), 메인연소가스배출관(L5), 연소가스유입분기관(L9a), 제3차단밸브(V5a)를 순차적으로 거쳐 대기상태인 제2집진부(30a)의 케이스(31a) 내로 유입된다.
유입된 연소가스는 고온이므로 단시간에 제2집진부(30a)의 케이스(31a) 내부 및 집진매체(32a)를 승온시킨 다음, 개방된 제4차단밸브(V6a), 연소가스유출분기관(L10a), 메인연소가스배출관(L5)을 순차적으로 경유하여 연소가스 처리설비(70)로 배출된다.
상기 제2집진부(30a)의 온도가 열분해부(20)에서 배출되는 연료가스의 온도에 도달하면, 연소가스차단밸브(V1)를 개방하고 제3차단밸브(V5a) 및 제4차단밸브(V6a)를 잠가서 상기 제2집진부(30a)로 인입되는 연소가스의 흐름을 차단함으로써 상기 제2집진부(30a)의 승온이 완료된다.
다음은 상기 제2집진부(30a)의 연료가스유입관(L6a) 도중에 설치된 제1차단밸브(V2a) 및 연료가스유출관(L7a) 도중에 설치된 제2차단밸브(V3a)를 개방하여 제2집진부(30a)를 가동하고, 운전중인 제1집진부(30)의 제1차단밸브(V2) 및 제2차단밸브(V3)를 잠가서 제1집진부(30)의 가동을 중지한 후 정비하여 운전대기한다.
상기 제2집진부(30a)를 운전중에 상기 제2집진부(30a)의 내부에 입자가 부착되어 집진효율이 저하되면 상기와 동일한 방법으로 대기상태인 제1집진부(30)를 가동하고 운전중인 제2집진부(30a)를 가동중지하여 정비한 후 운전대기한다.
상기와 같은 방법으로 상기 제1 및 제2집진부(30, 30a)는 서로 교대로 운전된다.
본 실시예에서는 2기의 집진부가 서로 교대로 운전되는 경우를 예시하였으나, 3기의 집진부를 설치하고 2기 운전 및 1기 운전대기 또는 4기의 집진부를 설치하고 3기 운전 및 1기 운전대기 등 여러 형태의 구성(도시하지 않음)도 가능하다.
즉, 상기 제1 및 제2집진부(30, 30a)와 동일한 구성의 집진부가 1기 또는 2기 추가로 설치되고, 추가 설치되는 집진부는 상기 제2집진부(30a)와 동일한 연결구성으로 제1집진부(30)와 병렬연결된다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 추가되는 집진부는 상기 제2집진부(30a)에서와 동일하게, 상기 열분해부(20)에서 배출되는 연료가스가 상기 제1집진부(30)의 메인연료가스유입관(L6) 도중의 제1차단밸브(V2) 상류측을 통하여 상기 추가되는 집진부로 인입되고, 상기 추가되는 집진부의 연료가스는 상기 제1집진부(30)의 메인연료가스유출관(L7) 도중의 제2차단밸브(V3) 하류측을 통하여 유출되며, 상기 열분해부(20)에서 배출되는 연소가스는 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5)을 통하여 상기 추가되는 집진부로 인입되고, 상기 추가되는 집진부의 연소가스는 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5)을 통하여 유출된다.
상기 추가 설치되는 집진부의 나머지 구성은 상기 제1 또는 제2집진부(30, 30a)와 동일하고, 교대운전시 승온방법 또한 상기 제1 또는 제2집진부(30, 30a)에서의 승온방법과 동일하므로 반복된 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 열분해부(20)에서 열분해되어 생성된 연료가스는 제1 또는 제2집진부(30, 30a)에서 중단없이 집진 됨으로써 연료가스로부터 추출되는 연료유에 이물질이 함유되는 것이 방지되어 고품질의 연료유를 제조할 수 있으며, 또한 별도의 에너지 투입 없이 대기상태의 집진부를 승온시켜 운전할 수 있으므로 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.
상기 제1 또는 제2집진부(30, 30a)에서 입자가 제거된 연료가스는 메인연료가스유출관(L7)을 통하여 냉각부(40)의 냉각기(41) 제1유로(41a) 흡입측으로 인입되고, 상기 냉각기(41)의 제1유로를 통과하는 동안 상기 냉각기(41)의 제2유로(41b)를 통과하는 냉각수에 의해 냉각되어 연료가스 중의 응축성 물질이 응축되어 액화된다.
상기 냉각기(41)의 제1유로(41a)를 통과하는 동안 응축성 물질이 응축된 연료유 및 비응축성 물질인 연료가스는 연료이송관(L11)응 통하여 기액분리기(51)로 이송되고, 상기 기액분리기(51)의 연료가스는 연료가스 이송관(L12) 도중의 송풍기(53)에 의해 연료가스 저장용기(52)로 이송되어 저장되며, 상기 저장된 연료가스는 상기 열분해부(20)의 버너(22) 연료로 사용되거나 보일러 등의 연료로 사용될 수 있다.
상기 기액분리기(51)의 연료유는 연료유 이송관(L13) 도중의 이송펌프(55)에 의하여 연료유 저장용기(54)에 이송되어 저장되며, 보일러 등의 연료로 사용될 수 있다.
100:유기폐기물 열분해 장치, 10:공급부. 11:사일로, 12:제1로터리 밸브, 20:열분해부, 21:케이스, 22:버너, 23:챔버, 24:오거, 25:연료가스배출관, 26:공기예열기, 26a:제1유로, 26b:제2유로, 27:송풍기, 30:제1집진부, 30a:제2집진부, 31:케이스, 31a:케이스, 32:집진매체, 32a:집진매체, 33:저장통, 33a:저장통, 40:냉각부, 41:냉각기, 41a:제1유로, 41b:제2유로, 50:저장부, 51:기액분리기, 52:연료가스 저장용기, 53:송풍기, 54:연료유 저장용기, 55:이송펌프, 60:고형물 배출부, 61:제2로터리 밸브, 70:연소가스 처리설비,
L1:공급관, L2:제1공기공급관, L3:제2공기공급관, L4:제1연소가스배출관, L5:메인연소가스배출관, L6:메인연료가스유입관, L6a:연료가스유입관, L7:메인연료가스유출관, L7a:연료가스유출관, L8:배출관, L8a:배출관, L9:연소가스유입분기관, L9a:연소가스유입분기관, L10:연소가스유출분기관, L10a:연소가스유출분기관, L11:연료이송관, L12:연료가스 이송관, L13:연료유 이송관, L14:고형물 배출관,
V1:연소가스차단밸브, V2:제1차단밸브, V2a:제1차단밸브, V3:제2차단밸브, V3a:제2차단밸브, V4:입자배출밸브, V4a:입자배출밸브, V5:제3차단밸브, V5a:제3차단밸브, V6:제4차단밸브, V6a:제4차단밸브

Claims (7)

  1. 공급부에 의해 공급되는 유기폐기물을 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해시키는 열분해부, 상기 열분해부에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 집진부, 상기 집진부에서 입자가 제거된 연료가스가 냉각되는 냉각부, 상기 냉각부에서 연료가스가 냉각되어 응축된 연료유와 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장부 및 상기 열분해부에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출부를 포함하고 있는 유기폐기물 열분해 장치로서,
    상기 열분해부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(21) 및 상기 케이스(21)의 하단 하류측에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22)를 포함하고 있으며,
    상기 버너(22)에는 일단이 공기예열기(26)의 제1유로(26a)의 토출측과 접속된 제1공기공급관(L2)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제1유로(26a) 흡입측에는 일단이 공기흡입원에 접속되어 있고 도중에 송풍기(27)가 개재된 제2공기공급관(L3)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 케이스(21)의 윗벽 상류측에는 일단이 상기 공기예열기(26)의 제2유로(26b)의 흡입측과 접속되어 있는 제1연소가스배출관(L4)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제2유로(26b)의 토출측에는 일단이 연소가스 처리설비(70)의 흡입원과 유통가능하게 접속된 메인연소가스배출관(L5)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기예열기(26)는 상기 케이스(21)의 내부 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  3. 공급부에 의해 공급되는 유기폐기물을 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해시키는 열분해부, 상기 열분해부에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 제1집진부, 상기 제1집진부와 동일한 구성을 가지고서 연료가스 흐름에 대하여 상기 제1집진부와 병렬연결되어 있는 제2집진부, 상기 제1집진부 또는 제2집진부에서 입자가 제거된 연료가스가 냉각되는 냉각부, 상기 냉각부에서 연료가스가 냉각되어 응축된 연료유와 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장부 및 상기 열분해부에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출부를 포함하고 있는 유기폐기물 열분해 장치로서,
    상기 제1집진부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(31), 상기 열분해부의 연료가스가 상기 케이스(31)로 인입되며 도중에 제1차단밸브(V2)가 개재된 메인연료가스유입관(L6), 상기 케이스(31)의 연료가스가 상기 냉각부로 배출되며 도중에 제2차단밸브(V3)가 개재된 메인연료가스유출관(L7), 상기 열분해설비에서 발생하는 연소가스가 배출되고 도중에 연소가스차단밸브(V1)가 개재된 메인연소가스배출관(L5), 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제1차단밸브(V2) 하류측의 메인연료가스유입관(L6)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제3차단밸브(V5)가 개재되어 있는 연소가스유입분기관(L9) 및 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제2차단밸브(V3) 상류측의 메인연료가스유출관(L7)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제4차단밸브(V6)가 개재되어 있는 연소가스유출분기관(L10)을 포함하고 있으며,
    상기 제2집진부는 상기 제1집진부와 동일한 구성을 갖되, 메인연료가스유입관(L6)에 접속된 연료가스유입관(L6a)과 메인연료가스유출관(L7)에 접속된 연료가스유출관(L7a)으로 구성되는 제1바이패스라인 도중에 개재되어 있는 동시에, 상기 연소가스차단밸브(V1)를 기준으로 상기 메인연소가스배출관(L5) 상류측에 접속된 연소가스유입분기관(L9a)과 상기 메인연소가스배출관(L5) 하류측에 접속된 연소가스유출분기관(L10a)으로 구성되는 제2바이패스라인 도중에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2집진부와 동일한 구성의 집진부가 1기 또는 2기 추가 설치되는 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  5. 유기폐기물이 열분해 설비로 공급되는 공급부, 상기 공급부로부터 유기폐기물이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해부, 상기 열분해부에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 제1집진부, 상기 제1집진부와 동일한 구성을 가지고서 연료가스 흐름에 대하여 상기 제1집진부와 병렬연결되어 있는 제2집진부, 상기 제1집진부 또는 제2집진부에서 입자가 제거된 연료가스가 냉각되는 냉각부, 상기 냉각부에서 연료가스가 냉각되어 응축된 연료유와 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장부 및 상기 열분해부에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출부를 포함하고 있는 유기폐기물 열분해 장치로서,
    상기 열분해부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(21) 및 상기 케이스(21)의 하단 측면에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22)를 포함하고 있으며, 상기 버너(22)에는 일단이 공기예열기(26)의 제1유로의 토출측과 접속된 제1공기공급관(L2)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제1유로 흡입측에는 일단이 공기흡입원에 접속되어 있고 도중에 송풍기(27)가 개재된 제2공기공급관(L3)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 케이스(21)의 윗벽 일측에는 일단이 상기 공기예열기(26)의 제2유로의 흡입측과 접속되어 있는 제1연소가스배출관(L4)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며, 상기 공기예열기(26)의 제2유로의 토출측에는 일단이 연소가스 처리설비(70)의 흡입원과 유통가능하게 접속된 메인연소가스배출관(L5)의 타단이 유통가능하게 접속되어 있으며,
    상기 제1집진부는 내부에 공간을 형성하고 외부와 기밀상태를 유지하는 케이스(31), 상기 열분해부의 연료가스가 상기 케이스(31)로 인입되며 도중에 제1차단밸브(V2)가 개재된 메인연료가스유입관(L6), 상기 케이스(31)의 연료가스가 상기 냉각부로 배출되며 도중에 제2차단밸브(V3)가 개재된 메인연료가스유출관(L7), 상기 열분해설비에서 발생하는 연소가스가 배출되고 도중에 연소가스차단밸브(V1)가 개재된 메인연소가스배출관(L5), 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 상류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제1차단밸브(V2) 하류측의 메인연료가스유입관(L6)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제3차단밸브(V5)가 개재되어 있는 연소가스유입분기관(L9) 및 일단이 상기 연소가스차단밸브(V1) 하류측의 메인연소가스배출관(L5)과 접속되고 타단이 상기 제2차단밸브(V3) 상류측의 메인연료가스유출관(L7)과 접속되어 유통가능하게 연결되며 도중에 제4차단밸브(V6)가 개재되어 있는 연소가스유출분기관(L10)을 포함하고 있으며,
    상기 제2집진부는 상기 제1집진부와 동일한 구성을 갖되, 메인연료가스유입관(L6)에 접속된 연료가스유입관(L6a)과 메인연료가스유출관(L7)에 접속된 연료가스유출관(L7a)으로 구성되는 제1바이패스라인 도중에 개재되어 있는 동시에, 상기 연소가스차단밸브(V1)를 기준으로 상기 메인연소가스배출관(L5) 상류측에 접속된 연소가스유입분기관(L9a)과 상기 메인연소가스배출관(L5) 하류측에 접속된 연소가스유출분기관(L10a)으로 구성되는 제2바이패스라인 도중에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기폐기물은 고무, 종이, 비닐, 플라스틱, 목재, 피혁, 오염토양 등의 고형 폐기물이 파쇄되거나, 음식물쓰레기, 하수슬러지, 오일슬러지, 분뇨, 동물사체 등의 슬러지성 폐기물이 건조 후 파쇄된 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고무는 폐타이어인 것을 특징으로 하는 유기폐기물 열분해 장치.
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