KR101008296B1 - 가연성 폐기물 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연성 폐기물 또는 고형연료를 무산소 분위기에서 열분해 전처리한 뒤 이를 버너로 연소시키는 방식을 구현함으로써, 종래 고형연료를 직접 연소시킬 때보다 온도조절이 용이하여 가변운전의 폭이 커지고, 용융재 타르가 버너 벽면에 달라붙는 스케일이 발생되지 않으므로 연속운전이 가능하며, 열분해가스와 연소공기의 혼합비를 최적으로 제어할 수 있으므로 완전연소가 가능한 가연성 폐기물 연소장치를 제공함에 있다.

본 발명은 폐기물 고형연료를 압송하는 압출스크류 그리고 상기 압출스크류를 감싸면서 전기히터의 가열로 상기 고형연료를 용융시키는 압출실린더로 구성되고, 버너로 가열되는 열분해실린더 내부에서 용융된 고형연료의 흐름을 안내하면서 열분해 시키고 열분해가스를 배출하는 열분해노즐 그리고 상기 열분해노즐의 끝단에 연결되어 용융 타르를 열분해가스와 별도로 배출하는 타르노즐로 구성되며, 상기 열분해노즐과 연결되는 연소실린더의 외주연은 상기 버너의 가열관으로 감싸져서 열분해가스를 연소시키는 열분해가스 연소실을 가지며, 상기 연소실린더의 내부는 상기 타르노즐과 연결되어 용융 타르를 연소시키는 타르연소실로 구성된다.

용융수단, 열분해수단, 연소수단, 열분해노즐, 타르노즐

Description

가연성 폐기물 연소장치{waste burner}

본 발명은 가연성 폐기물 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가연성 폐기물 또는 가연성 폐기물을 정형화시킨 고형연료를 무산소 분위기에서 열분해 하여 열분해가스로 전처리한 뒤 이를 버너에서 연소시키는 방식을 구현함으로써, 종래 고형연료를 직접 연소시킬 때보다 온도조절이 용이하여 가변운전의 폭이 커지고, 용융재 타르가 버너 벽면에 달라붙는 스케일이 발생되지 않으므로 연속운전이 가능하며, 열분해가스와 연소공기의 혼합비를 최적으로 제어할 수 있으므로 완전연소가 가능한 가연성 폐기물 연소장치에 관한 것이다.

생활 폐기물을 정형화시킨 고형연료(RDF)는 안정성, 저장성 및 균질성이 개선되어 연료로 사용할 수 있다. 고형연료화는 폐기물의 형상을 통일하는 것으로 조작이나 이송을 쉽게 하고, 균질성을 높이는 것으로 조작성을 개선하고, 소각을 안정화할 수 있다.

이러한 고형연료를 이용한 연소장치는 국내특허 제413188호에 개시된 바 있다. 이는 고형연료를 미립자로 분쇄하여 고온에서 연소시키며, 폐기물 자체의 소각열을 사용하여 3차에 걸쳐서 반복 소각하므로 소각을 위한 연료가 절약되는 구성이 다.

그러나 고형연료를 미립화하여 바로 연소시키는 것이므로 고열이 필요하여 버너 용량이 커지게되고, 연소과정에서 열분해가스 및 타르가 함께 연소되므로 완전연소를 위해 3단계로 연소시켜야되는 문제점이 있다. 그리고 타르가 연소과정에서 연소실 벽면에 부착되므로 이를 주기적으로 제거해야되므로 연속운전이 불가능하고, 타르와 열분해가스 연료가 함께 연소되므로 연소공기의 혼합비를 최적으로 유지시키기 어려우며, 연소실을 항상 고온으로 유지해야 되므로 최소운전을 위한 가변운전의 폭이 적어 효율성이 떨어지는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 가연성 폐기물 또는 이를 정형화시킨 고형연료를 무산소 분위기에서 열분해 하여 열분해가스로 전처리한 뒤 이를 버너로 연소시키는 방식을 구현함으로써, 종래 고형연료를 직접 연소시킬 때보다 온도조절이 용이하여 가변운전의 폭이 커지고, 용융재 타르가 버너 벽면에 달라붙는 스케일이 발생되지 않으므로 연속운전이 가능하며, 열분해가스와 연소공기의 혼합비를 최적으로 제어할 수 있으므로 완전연소가 가능한 가연성 폐기물 연소장치를 제공함에 있다.

본 발명은 용융수단은 폐기물 고형연료를 압송하는 압출스크류 그리고 상기 압출스크류를 감싸면서 전기히터의 가열로 상기 고형연료를 용융시키는 압출실린더로 구성되고, 열분해수단은 버너에 의해 가열되고 상기 압출실린더와 연결된 열분해실린더; 상기 열분해실린더 내부에서 상기 용융된 고형연료의 흐름을 안내하면서 열분해 시키고 열분해가스를 배출하는 열분해노즐 그리고 상기 열분해노즐의 끝단에 연결되어 열분해과정에서 생성되는 용융 타르를 열분해가스와 별도로 배출하는 타르노즐로 구성되며, 상기 열분해노즐과 연결되는 연소실린더가 구비되고, 상기 연소실린더의 외주연은 상기 버너의 가열관으로 감싸져서 열분해가스를 연소시키는 열분해가스 연소실을 가지며, 상기 연소실린더의 내부는 상기 타르노즐과 연결되어 용융 타르를 연소시키는 타르연소실로 구성된 특징이 있다.

본 발명에 따르면 가연성 폐기물 또는 고형연료를 1차 예열하여 무산소 분위기에서 용융시키고 이를 버너로 간접 가열시켜 용융된 고형연료를 환원분위기에서 열분해가스 및 용융 타르로 분리시키고, 다시 열분해가스는 버너의 열기로 인하여 발화분위기에서 연소되며, 용융 타르는 열분해가스와 별개의 연소실에서 연소되는 분리 연소방식으로 인하여 열분해가스를 완전연소시킬 수 있으며, 열분해가스의 발생량을 제어하고 연소에 필요한 연소공기의 혼합비를 최적으로 맞추면 완전연소가 가능하다.

그리고 열분해가스량을 제어하면 최소운전이 가능하므로 버너를 고온으로 유지시킬 필요가 없으며, 용융 타르는 별도의 연소실에서 연소되므로 열분해가스가 연소되는 주 연소실의 스케일 걱정이 필요 없으며, 타르 연소실은 내벽을 나선형으로 형성하여 화염이 소용돌이치며 지나가도록 하여 완전연소를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 연소장치의 사시도 이고, 도 2는 본 발명 한 실시예의 연소장치의 전체 단면도이다. 본 발명 한 실시예의 연소장치는 고형연료를 유동성 있게 용융시키는 용융수단(100), 용융된 고형연료를 열분해시키는 열분해수단(200) 및 열분해가스 및 타르를 연소시키는 연소수단(300)으로 구성된다.

상기 용융수단(100)은 모터(107)로 회전되는 압출스크류(102)를 갖는 압출실린더(101)가 구비되고, 상기 압출실린더(101)의 외주면에는 호퍼(106)로 투입된 고형연료가 상기 압출스크류(102)를 따라 이송되는 과정에서 용융되도록 이를 가열시키는 전기히터(104)가 구비된다. 상기 압출스크류(102) 끝단은 용융된 고형연료를 열분해수단(200)으로 배출하는 용융연료 배출구(105)가 축소경사지게 구비된다.

상기 압출스크류(102)는 상기 호퍼(106)에서 상기 배출구(105) 쪽으로 외경이 증가하여 상기 압출스크류(102)와 압출실린더(101) 사이의 용융통로(103) 공간이 점차 감소되게 구성되며, 이러한 공간의 감소로 인하여 용융중인 고형연료가 점차 압착되면서 용융통로(103)가 밀폐되고 산소의 혼입이 방지된 무산소 용융상태로 된다.

상기 열분해수단(200)은 상기 용융연료 배출구(105)와 연이어서 열분해실린더(201)가 구비되고, 상기 열분해실린더(201) 내부에는 나선형의 열분해 배출홈(203)이 외주면에 형성된 열분해노즐(202)이 구비된다. 그리고 상기 열분해실린더(201) 및 열분해노즐(202)의 끝단 내,외주면에는 열분해된 가스를 배출하는 열분해가스 배출구(204)가 형성되고, 상기 열분해노즐(202)의 끝단 내부에는 상기 열분 해 배출홈(203)과 통로(203a)로 연결된 타르노즐(205)이 구비된다.

상기 열분해실린더(201)의 외주연에는 이를 감싸는 버너케이싱(206)이 구비되며, 상기 버너케이싱(206)의 끝단에는 상기 열분해실린더(201)를 감싸는 가열관(207)이 후방으로 돌출 형성된다. 그리고 상기 가열관(207)의 외주연에는 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍케이싱(208) 및 송풍관(209)이 구비된다.

상기 연소수단(300)은 상기 열분해노즐(202)의 끝단과 연결되면서 상기 타르노즐(205)을 감싸는 연소실린더(301)가 구비되고, 상기 연소실린더(301)와 가열관(207) 사이에 열분해가스 연소실(302)이 형성된다. 그리고 상기 연소실린더(301)의 외주면에는 상기 열분해가스 연소실(302)을 나선형으로 구획하여 화염이 나선형태로 소용돌이치며 지나가도록 유도하는 나선형 화염유도날개(303)가 형성되고, 상기 연소실린더(301)의 내부에는 상기 타르노즐(205)에서 배출되는 용융 타르를 연소시키는 타르 연소실(304)이 형성되며, 상기 타르 연소실(304)의 내벽은 나선형 화염 유도홈(305)이 형성되어 타르의 연소효율을 향상시킨다. 그리고 상기 송풍관(209)의 끝단에는 상기 타르 연소실(304) 및 열분해가스 연소실(302)의 화염을 열교환기로 방출하는 화염 방출구(306)가 구비된다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 연소장치는 고형연료를 무산소 상태에서 열을 가함으로써, 환원성분위기에서 열분해가스 및 용융 타르로 쉽게 분해되도록 한 것이다. 이를 위해 전기히터(104)를 작동시켜 압출실린더(101)를 가열시켜고 상기 호퍼(106) 내부에 폐기물 고형연료를 투입한 뒤 모터(107)로 압출스크류(102)를 회전시키면 고형연료가 이송되면서 점차 액체상태로 용융된다. 이때 용융통로(103) 는 이송방향으로 그 면적이 점차 감소되는 구조를 갖는 것이므로 고형연료의 압출 밀도가 높아져 무산소 상태로 되며, 약 205 ∼ 350℃에서 상기 용융연료 배출구(105)로 배출되어 열분해실린더(201)로 투입되고, 이때 열분해노즐(202)의 외주면에 형성된 열분해 배출홈(203)을 타고 다음 단계로 이송된다.

상기 열분해수단(200)의 버너(미도시)를 작동시켜 외부 연료를 연소시키면 약 350℃의 화염이 상기 버너케이싱(206)을 타고 가열관(207)으로 흐르는데, 이때 상기 열분해실린더(201)가 간접 가열되면서 내부의 열분해 배출홈(203)을 타고 이송되는 용융된 고형연료는 환원분위기에서 가열 및 열분해 된다. 상기 열분해 배출홈(203)에서 열분해된 열분해 가스는 상기 열분해가스 배출구(204)를 타고 열분해가스 연소실(302)로 투입되며 이때 가열관(207) 내부는 버너의 열기가 흐르면서 열분해가스의 발화점 이상 고온분위기 이므로 상기 열분해가스는 연소되어 화염방출구(306)로 배출된다.

그리고 열분해 과정에서 생성되는 용융 타르는 상기 열분해 배출홈(203)을 타고 흐르다가 통로(203a)에서 상기 타르노즐(205)로 유입되며, 이후 연소실린더(301) 내부 타르 연소실(304)의 1200℃ 분위기에서 완전연소되어 화염방출구(306)로 배출되므로 이들 열분해 가스 및 용융 타르의 완전연소로 필요한 열원을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 연소장치의 사시도

도 2는 본 발명 한 실시예의 연소장치의 전체 단면도

도 3은 본 발명 한 실시예의 일부 확대 단면도

도 4는 본 발명 한 실시예의 일부 분해 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 용융수단 101 : 용융실린더

102 : 압출스크류 103 : 용융통로

104 : 전기히터 200 : 열분해수단

201 : 열분해실린더 202 : 열분해노즐

203 : 열분해 배출홈 204 : 열분해가스 배출구

205 : 타르노즐 206 : 버너케이싱

207 : 가열관 208 : 송풍케이싱

300 : 연소수단 301 : 연소실린더

302 : 열분해가스 연소실 303 : 화염유도날개

304 : 타르연소실 305 : 화염유도홈

Claims (3)

1. 폐기물 고형연료를 유동성 있게 용융시키는 용융수단, 용융된 고형연료를 열분해시키는 열분해수단 및 열분해가스 및 타르를 연소시키는 연소수단을 연이어 구성하되,

   상기 용융수단은 상기 고형연료를 압출스크류로 압송하는 압출실린더의 외주연에 상기 고형연료를 용융시키는 전기히터가 구비되고,

   상기 열분해수단은 버너의 화염이 공급되는 버너케이싱으로 감싸지고 상기 압출실린더의 끝단과 연결된 열분해실린더가 구비되며, 상기 열분해실린더 내부에는 상기 용융된 고형연료의 흐름을 안내하면서 열분해 시키고 열분해가스를 배출하는 열분해노즐이 구비되고, 상기 열분해노즐의 끝단에 연결되어 열분해과정에서 생성되는 용융 타르를 열분해가스와 별도로 배출하는 타르노즐로 구성되며,

   상기 연소수단은 상기 열분해노즐과 연결되는 연소실린더가 구비되고, 상기 연소실린더의 외주연은 상기 버너케이싱과 연결된 가열관으로 감싸져서 상기 열분해노즐에서 배출되는 열분해가스를 연소시키는 열분해가스 연소실을 가지며, 상기 연소실린더의 내부는 상기 타르노즐과 연결되어 용융 타르를 연소시키는 타르연소실로 구성됨을 특징으로 하는 가연성 폐기물 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압출스크류 끝단은 상기 열분해실린더 선단과 접하면서 용융된 고형연료를 배출하는 용융연료 배출구가 형성되고,

   상기 압출스크류와 압출실린더 사이에 용융통로가 형성되며, 상기 용융통로는 상기 용융연료 배출구 쪽으로 갈수록 내용적이 감소되어 용융된 고형연료의 밀도가 증가되고 무산소상태로 용융시킴을 특징으로 하는 가연성 폐기물 연소장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열분해노즐의 외주면은 용융된 고형연료의 흐름을 안내하는 나선형 열분해 배출홈이 형성되고,

   상기 열분해노즐의 끝단 외주면은 열분해가스를 상기 열분해가스 연소실로 배출하는 열분해가스 배출구가 형성되며,

   상기 타르노즐은 상기 열분해 배출홈의 끝단과 연결되어 용융 타르가 유입되도록 한 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 연소장치.

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