KR101017500B1 - 열분해 용융설비의 고형물 공급장치 - Google Patents

Abstract

열분해 용융설비의 고형물 공급장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치는 저장조, 측정장치, 서클피더 및 공급피더를 구비한다. 저장조는 열분해공정에서 생성된 고형물이 투입되어 저장된다. 측정장치는 상기 저장조의 하단측면에 장착되어 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량을 측정한다. 서클피더(circle feeder)는 상기 저장조 하면에 연결되며 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량정보와 용융로 내부에 잔존하는 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 상기 저장조의 고형물이 배출되는 양을 조절한다. 공급피더는 상기 서클피더에서 배출되는 고형물을 상기 용융로로 공급한다. 상기 서클피더에서 상기 공급피더로 고형물을 공급하는 공급관인 슈트가 상기 서클피더와 상기 공급피더 사이에서 경사지게 연결된다.

Description

열분해 용융설비의 고형물 공급장치{Char feeder for pyrolysis and melting system}

본 발명은 열분해 용융설비의 고형물 공급장치에 관한 것으로서, 특히 가연성폐기물의 열분해 처리시 발생되는 고형물을 용융처리하기 위하여 용융설비에 공급할 때 공급되는 고형물의 중량 및 속도 제어가 가능하며, 고형물의 막힘 현상을 방지하여 용융설비에 안정적으로 공급할 수 있는 고형물 공급장치에 관한 것이다.

최근에는 폐기물의 처리시 환경오염을 줄이고자 생활 폐기물의 경우에는 오염물질을 극히 적게 발생시키는 방법으로 처리하여 에너지를 회수하여 이용하기 위한 방법으로 열분해공정을 사용하고 있다.

열분해공정은 도시생활폐기물을 산소와의 접촉 없이 고온의 상태에서 분해하여 가연성의 기체 혹은 액체, 고체상태의 연료를 얻는 방법으로, 최근 유럽 및 일본, 미국 등지에서는 소각처리의 대안으로서 열분해를 통한 폐기물의 무해화 및 감량화에 대한 연구에 관심을 기울이고 있는 한편 에너지 회수 측면의 이점까지도 바라볼 수 있을 것으로 기대되므로 최근에 연구가 활발히 진행되고 있는 분야이다.

열분해공정을 통하여 수소, 메탄, 열분해가스 혹은 타르, 유분, 차(숯, char) 등이 주생산물로 발생되며, 열분해로에서 발생되는 가스를 직접 연소시켜 보일러에서 폐열을 회수한다. 또한 현재 발표되어 있는 열분해 공정들의 열수지에 의하면 투입되는 도시생활폐기물이 지닌 연소열의 80% 이상이 열분해 고형물 혹은 스팀으로 회수되는 것으로 보고 되고 있어 상당히 높은 효율을 보이고 있음을 볼 수 있다.

열분해용융설비는 열분해설비, 용융설비, 고형물 공급설비, 재처리 설비, 연소가스 처리설비, 제어/전장 설비로 구성되어 있는데, 이 중 본 발명의 해당 기술은 열분해설비에서 발생된 고형물을 용융로에 투입하기 위한 고형물공급장치 이다.

도 1은 종래의 고형물 투입장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 고형물 투입장치(100)는 소각재(110)를 저장하는 저장조(112), 저장조(112)의 막힘을 방지하는 바이브레이터(113), 저장조(112)에 저장된 소각재(110)를 램피더(116) 쪽으로의 이동을 조절하는 댐퍼(114), 소각재(110)의 양을 측정하는 로드셀(115), 소각재(110)를 용융로(117) 내부로 투입하기 위한 램피더(116)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 투입장치(100)는 저장조(112)의 하부에 위치한 댐퍼(114)를 개방시키면 저장조(112)내의 소각재(110)가 로드셀(115)이 설치된 호퍼로 투입되어, 중량 측정후 램피더(116) 전단으로 떨어진다. 바이브레이터(113)는 일정한 시간간격을 두고 저장조(112)를 진동시켜 소각재(110)에 의하여 배출구가 막히는 현상을 방지하며, 램피더(116) 전단에 소각재(110)가 위치한 상태에서 램피더(116)를 전진시켜 용융로(117)내로 투입한다.

그런데, 종래의 투입장치(100)는 소각재 배출 및 기기 작동시 발생되는 진동 및 충격에 의해 로드셀의 오동작 및 파손에 의하여 정량공급에 어려움이 있으며, 소각재에 함유된 수분에 의해 저장조(112)의 배출구의 막힘 현상과, 용융로(117)로 공급되는 램피더(116) 내부에 소각재가 뭉쳐져서 막히는 현상이 발생하여 연속운전에 어려움이 있었다.

특히, 도 1에 도시된 것처럼, 저장조(112)에서 배출되는 소각재(110)가 수직으로 램피더(116) 앞으로 떨어지면서 소각재(110)가 뭉쳐지는 현상이 더욱 자주 발생하게 되어 투입장치(100)의 연속운전에 문제가 발생하게 된다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 저장조의 고형물 중량과 용융로에 남아있는 고형물의 양에 따라 공급되는 고형물의 양을 조절할 수 있으며 고형물이 막힘없이 제공되고 용융로의 용융조건 및 고형물의 용융속도에 적절하게 운전할 수 있는 열분해 용융설비의 고형물 공급장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치는 저장조, 측정장치, 서클피더 및 공급피더를 구비한다.

저장조는 열분해공정에서 생성된 고형물이 투입되어 저장된다. 측정장치는 상기 저장조의 하단측면에 장착되어 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량을 측정한다. 서클피더(circle feeder)는 상기 저장조 하면에 연결되며 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량정보와 용융로 내부에 잔존하는 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 상기 저장조의 고형물이 배출되는 양을 조절한다.

공급피더는 상기 서클피더에서 배출되는 고형물을 상기 용융로로 공급한다. 상기 서클피더에서 상기 공급피더로 고형물을 공급하는 공급관인 슈트가 상기 서클피더와 상기 공급피더 사이에서 경사지게 연결된다.

고형물 공급장치는 상기 고형물의 중량정보와 상기 용융로 내부의 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 상기 서클피더가 고형물을 배출하는 양을 조절하도록 상기 서클피더의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비한다.

상기 서클피더는 바닥면에 상기 슈트로 고형물을 공급하기 위한 바닥홀을 복수개 구비하고, 상기 바닥홀과 위치가 일치하면 고형물을 상기 슈트로 배출시키는 회전홀이 복수개 형성되며 회전에 의해 고형물의 뭉침을 방지하는 회전판 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 회전판에 연결된 회전축의 회전속도를 제어하는 모터부를 구비한다.

상기 슈트는 바닥면에 수직한 면으로부터 30~45도 경사지며, 측면에 내부를 볼 수 있는 점검구를 구비한다.

상기 공급피더는 고형물을 상기 용융로 내부로 공급하도록 전후 이동 가능한 공급푸셔, 상기 공급푸셔 후단에 연결되며 상기 공급푸셔를 작동시키는 실린더, 상기 공급푸셔의 전단에 설치되며, 고형물의 다져짐으로 인한 막힘을 방지하기 위해 상기 공급푸셔보다 가는 막대기 형상의 헤더 및 상기 공급푸셔의 이동거리를 측정하고 이동거리의 변경이 가능하도록 하기 위한 위치센서를 구비한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치는 저장조에 저장된 고형물의 중량파악 및 중량 제어가 가능하여 용융로내에 정량을 공급함으로써 고형물의 막힘없이 용융로 용융조건 및 고형물의 용융속도에 적정하게 운전할 수 있는 장점이 있다.

또한, 써클피더에서 공급피더로 고형물을 제공하는 슈트가 기울어져 형성되어 고형물이 뭉치지 않도록 하는 장점이 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치(200)는 저장조(210), 측정장치(215), 서클피더(220) 및 공급피더(240)를 구비한다.

저장조(210)는 열분해공정에서 생성된 고형물(미도시)이 투입되어 저장된다. 가연성 폐기물은 열분해 공정을 통하여 수소, 메탄 등의 탄화수소와 일산화탄소 등의 가연성 가스와, 상온에서 액상인 식초산, 아세톤메탄올과 같은 유기화합물을 함유하는 타르(tar)분 또는 유분과, 순탄소와 유리, 금속, 토사 등을 함유하는 고형물(차:char)의 3가지 군으로 화학적 분해가 된다.

상기 3가지 군에서의 가연성 가스와 타르(tar)분 또는 유분은 에너지로써 회수가 가능하나, 고형물(차:char)의 경우에는 에너지로써 회수가 불가능하여 매립을 하고 있어 이로 인하여 환경오염이 발생하게 된다. 본 발명의 실시예에서 고형물은 주로 숯(차 : char)이다. 그러나, 숯에 한정되는 것은 아니며 용융로에 투입되는 다양한 종류의 고형물일 수 있다.

측정장치(215)는 저장조(210)의 하단측면에 장착되어 저장조(210)에 저장된 고형물의 중량을 측정한다. 서클피더(circle feeder)(220)는 저장조(210) 하면에 연결되며 저장조(210)에 저장된 고형물의 중량정보와 용융로(270) 내부에 잔존하는 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 저장조(210)의 고형물이 배출되는 양을 조절한다.

공급피더(240)는 서클피더(220)에서 배출되는 고형물을 용융로(270)로 공급한다. 서클피더(220)에서 공급피더(240)로 고형물을 공급하는 공급관인 슈트(260)가 서클피더(220)와 공급피더(240) 사이에서 경사지게 연결된다.

고형물 공급장치(200)는 고형물의 중량정보와 용융로(270) 내부의 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 서클피더(220)가 고형물을 배출하는 양을 조절하도록 서클피더(220)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 구비한다.

도 3(a)는 도 2의 서클피더의 평면도이다.

도 3(b)는 도 2의 서클피더의 측면도이다.

도 4는 도 2의 공급피더의 평면도이다.

이하, 도 2내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고형물 공급장치(200)의 구조 및 동작이 상세히 설명된다.

본 장치는 열분해로 후단과 용융로 전단에 구비되는 것으로 먼저, 열분해공정에서 생성된 고형물이 저장조(210)로 투입된다. 저장조(210)는 하단측면에 날개들(213)이 장착된다. 그리고, 날개들(213)의 아래에 측정장치(215)가 설치된다. 날 개들(213)은 저장조(210)의 하중과 저장조(210)에 투입된 고형물의 하중을 측정장치(215)로 전달한다. 날개들(213)은 저장조(210)에 일체로 형성된 것으로서, 모양은 다양할 수 있으며, 도 2에는 저장조(210)의 측면에 2개만 도시되어 있으나, 여러개가 저장조(210)를 둘러싸며 설치될 수도 있다.

측정장치(215)는 받침판(217)상에 설치되고 저장조(210)의 날개를 통해 고형물의 무게를 측정할 수 있는 로드셀일 수 있다. 측정장치(215)는 저장조(210)에 투입된 고형물의 중량을 측정한 후 고형물의 중량정보를 외부의 제어부(미도시)로 전송한다. 중량정보의 전송은 유선 또는 무선으로 가능하며 당업자라면 전기회로를 설치하기에 따라 다양하게 전송방법을 구현할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

중량이 측정된 고형물은 저장조(210) 하면에 연결된 서클피더(220)에 의해 정량적으로 공급피더(240)로 배출된다.

서클피더(circle feeder)(220)는 저장조(210) 하면에 연결되며 저장조(210)에 저장된 고형물의 중량정보와 용융로(270) 내부에 잔존하는 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 저장조(210)의 고형물이 배출되는 양을 조절한다.

서클피더(220)는 열분해 공정에서 생성된 고형물의 뭉침으로 인해 막힘 현상을 방지하기 위해 저장조(210) 하부에 설치된다

도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 서클피더(220)는 케이스(221)와 회전판(223) 및 회전판(223)을 회전시키는 회전축(229)과 모터부(235)를 구비한다.

케이스(221)는 회전판을 둘러싸는 납작한 원통형상으로서, 바닥면에 슈트(260)로 고형물을 공급하기 위한 바닥홀(227)을 복수개 구비하고 측면에는 내부 를 관찰할 수 있는 관찰구(237)가 형성된다. 관찰구(237)도 도면에는 하나만 나타나 있으나 여러개가 설치될 수 있다.

그리고, 회전판(223)은 바닥홀(227)과 위치가 일치하면 고형물을 슈트(260)로 배출시키는 회전홀(225)이 복수개 형성되며 회전에 의해 고형물의 뭉침을 방지한다. 모터부(235)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 회전판(223)에 연결된 회전축(229)의 회전속도를 제어하는 모터부(235)를 구비한다. 회전홀(225)과 바닥홀(227)의 모양 및 갯수는 도 3(a)에 개시된 것에 한정되는 것이 아니다.

모터부(235)는 모터(231)와, 제어부의 제어에 의해서 모터(231)의 회전속도를 감속시키는 감속부(233)로 구성된다. 모터(231)는 회전속도를 제어할 수 있는 인버터모터일 수 있다.

제어부는 저장조(210)에 설치된 측정장치(215)에서 입력되는 고형물 중량 정보를 기초로 하여 모터(231)의 회전속도를 제어함으로써 서클피더(220)의 회전판의 회전속도를 조절하여 고형물을 공급피더(240)로 정량 공급할 수 있다. 제어부가 서클피더(220)의 모터(231)의 회전속도를 제어하는 것은 오퍼레이터가 측정장치(215)에서 전송된 고형물의 중량정보와 용융로(270)에 남아있는 고형물의 양을 관찰하여 회전속도 및 회전시간을 입력하여 제어할 수 있으며, 따라서 용융로(270)의 운전조건 및 상황에 따라 적절하게 제어가 가능하다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 서클피더(220)와 공급피더(240) 사이에는 고형물이 이동하는 공급관인 슈트(260)가 서클피더(220)와 공급피더(240) 사이에서 경사지게 연결된다. 슈트(260)는 바닥면에 수직한 면으로부터 30~45도 경사지며, 측면에 내 부를 볼 수 있는 점검구(263)를 구비한다. 점검구(263)는 상시 유지보수 및 슈트(260) 내부 점검이 가능하게 한다. 슈트(260)를 경사지게 설치함으로써 고형물이 투입되는 공급피더(240)에서의 위치가 종래와 달리 용융로(270)에 최대한 가깝게 되며 공급푸셔(245)의 끝단에 형성된 헤더(249)쪽으로 고형물이 떨어진다. 그러면, 고형물이 용융로(270)로 이동하는 거리가 짧아져서 고형물의 뭉침으로 인한 막힘 현상을 현저하게 줄일 수 있다.

공급피더(240)는 공급푸셔(245), 실린더(247), 헤더(249) 및 위치센서(257)를 구비한다.

공급피더(240)는 슈트(260)에서 떨어지는 고형물을 용융로(270) 안으로 공급하기 위한 것으로서, 슈트(260)에 연결되며 용융로(270)의 벽(273)까지 삽입된다. 공급피더(240)는 공급푸셔(245)와 실린더(247)와 헤더(249)가 위치하는 부분(241)과 용융로(270)의 벽(273)에 삽입되는 부분(243)으로 구분되며, 두 부분(241, 243)은 플렌지를 이용하여 연결된다.

공급푸셔(245)는 고형물을 상기 용융로 내부로 공급하도록 전후 이동 가능하며, 실린더(247)는 공급푸셔(245) 후단에 연결되며 공급푸셔(245)를 작동시킨다. 헤더(249)는 공급푸셔(245)의 전단에 설치되며, 고형물의 다져짐으로 인한 막힘을 방지하기 위해 공급푸셔(245)보다 가는 막대기 형상으로 만들어진다. 위치센서(257)는 공급푸셔(245)의 이동거리를 측정하고 이동거리의 변경이 가능하도록 한다.

실린더(247)는 유압실린더 또는 공압실린더일 수 있다. 공급푸셔(245)는 도2 와 같이 헤더(249)를 설치하여 공급피더(240) 내부에서 고형물의 다져짐으로 인한 막힘을 방지하도록 구성된다.

도 1에 도시된 기존의 공급장치(100)의 램피더(116)는 도시된바와 같이, 공급피더(240)를 거의 다 채울정도의 크기로서 수직으로 떨어지는 고형물(110)을 밀도록 되어있는 구조이다. 따라서, 램피더(116)에 직접 접촉하는 고형물 이외의 나머지 고형물들은 램피더(116)에 의해서 밀리는 것이 아니므로 고형물들끼리 뭉치게되고 또한 이동거리가 길어서 이동중에 뭉친 고형물들이 투입구를 막는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서, 본 발명의 공급장치(100)는 공급푸셔(245) 앞단에 공급푸셔(245)보다 가는 막대기 형상으로 만들어지는 헤더(249)를 길게 장착한다. 슈트(260)가 기울어져 있으므로 인해 고형물이 공급피더(240)로 떨어지는 위치가 용융로(270)에 가깝게 되어 고형물의 이동거리가 짧으며, 얇은 막대형상의 헤더(249)가 고형물과 직접 접촉하여 고형물을 밀게되므로 고형물을 분산시켜 고형물이 뭉치는 것을 방지할 수 있다.

또한, 공급피더(240)의 벽면에는 위치센서(257)가 장착되어 공급푸셔(245)의 이동거리를 측정하고 그 변경이 가능하도록 한다.

그리고, 용융로(270)의 벽면에 삽입되는 공급피더(240)의 부분(243)은 벽면이 워터재킷으로 형성된다. 즉, 내부에 냉각수가 채워져서 벽면을 냉각시킴으로써 용융로(270)의 고열에 노출되어도 공급피더(240)의 부분(243)의 벽면에 고형물이 눌러 붙는 것을 방지하고 공급피더(240)를 보호할 수 있다.

도면에는 제어부가 도시되지 아니하였으나, 오퍼레이터는 용융로(270) 내부의 고형물의 잔존량에 대한 정보를 제어부로 입력시키고 제어부가 서클피더(220)의 동작을 제어하도록 할 수 있다.

제어부는 공급장치(200)에 장착될 수도 있고, 공급장치(200)와 일정거리 이격되어 설치될 수도 있으며, 제어부가 서클피더(220)의 모터부(235)를 제어하는 방식이나 측정장치(215)의 측정정보와 용융로(270) 내부의 고형물의 잔존량에 대한 정보가 제어부로 입력되는 방식 및 제어부와 서클피더(220)의 모터부(235)의 연결관계 및 제어부의 구조는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 종래의 고형물 투입장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열분해 용융설비의 고형물 공급장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 3(a)는 도 2의 서클피더의 평면도이다.

도 3(b)는 도 2의 서클피더의 측면도이다.

도 4는 도 2의 공급피더의 평면도이다.

Claims (5)

1. 열분해공정에서 생성된 고형물이 투입되어 저장되는 저장조 ;

   상기 저장조의 하단측면에 장착되어 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량을 측정하는 측정장치 ;

   상기 저장조 하면에 연결되며 상기 저장조에 저장된 고형물의 중량정보와 용융로 내부에 잔존하는 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 상기 저장조의 고형물이 배출되는 양을 조절하는 서클피더(circle feeder) ;

   상기 서클피더에서 배출되는 고형물을 상기 용융로로 공급하는 공급피더를 구비하며,

   상기 서클피더에서 상기 공급피더로 고형물을 공급하는 공급관인 슈트가 상기 서클피더와 상기 공급피더 사이에서 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 열분해 용융설비의 고형물공급장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고형물의 중량정보와 상기 용융로 내부의 고형물의 양에 대한 정보에 응답하여 상기 서클피더가 고형물을 배출하는 양을 조절하도록 상기 서클피더의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열분해 용융설비의 고형물공급장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 서클피더는,

   바닥면에 상기 슈트로 고형물을 공급하기 위한 바닥홀을 복수개 구비하고,

   상기 바닥홀과 위치가 일치하면 고형물을 상기 슈트로 배출시키는 회전홀이 복수개 형성되며 회전에 의해 고형물의 뭉침을 방지하는 회전판 ; 및

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 회전판에 연결된 회전축의 회전속도를 제어하는 모터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열분해 용융설비의 고형물공급장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 슈트는,

   바닥면에 수직한 면으로부터 30~45도 경사지며,

   측면에 내부를 볼 수 있는 점검구를 구비하는 것을 특징으로 하는 열분해 용융설비의 고형물공급장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 공급피더는,

   고형물을 상기 용융로 내부로 공급하도록 전후 이동 가능한 공급푸셔 ;

   상기 공급푸셔 후단에 연결되며 상기 공급푸셔를 작동시키는 실린더 ;

   상기 공급푸셔의 전단에 설치되며, 고형물의 다져짐으로 인한 막힘을 방지하기 위해 상기 공급푸셔보다 가는 막대기 형상의 헤더 ; 및

   상기 공급푸셔의 이동거리를 측정하고 이동거리의 변경이 가능하도록 하기 위한 위치센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 열분해 용융설비의 고형물공급장치.

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