KR101033825B1 - 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신·재생연료를 완전 연소시킴과 동시에 연소로의 내구성을 증대시키기 위한 신·재생연료 연소시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 신·재생연료를 로타리킬른 가스화로 및 선회류연소로에서 2단 연소시키도록 구성하고 로타리킬른 가스화로가 간접식 열원에 의해 열분해되도록 구성함으로써 신·재생연료의 완전 연소를 달성함과 동시에 로타리킬른 가스화로 내에 발생되는 열 쇼크현상을 방지하여 로타리킬른 가스화로의 내구성을 향상시키고, 선회류연소로에서 발생하는 고온의 가스를 로타리킬른 가스화로의 열전달로로 유입시켜 열원으로 이용하고 폐열을 폐열보일러에서 스팀에너지로 열교환함으로써 열에너지 회수율을 증대시켜 열효율을 극대화시키는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 고형화 슬러지, RDF, RPF, 목제펠렛, 팜셀을 포함하는 신·재생연료를 연소하여 처리하기 위한 신·재생연료 연소장치에 있어서, 일측에 유입구가 형성되어 연소될 신·재생연료가 투입되며 열기에 의해 투입된 신·재생연료가 열분해되는 로타리킬른 가스화로와; 상기 로타리킬른 가스화로에서 신·재생연료의 열분해시 타측에 형성된 배출구를 통해 열분해되어 발생되는 열분해가스 및 열분해되지 않은 고형물을 전달받으며 뉴메틱 공기와 미분해 가연분이 혼합되어 별도 연소용 공기가 필요 없이 선회류 방식에 의해 열분해가스 및 고형물이 연소될 수 있도록 이루어지는 선회류연소로와; 상기 선회류연소로의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 전달받아 연소가스를 냉각시키는 폐열보일러를 포함하여 이루어진다.

Description

완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템{A New and Recycled Fuel Combustion System Capable of Complete Combustion and Indirect Heat Source Transfer}

본 발명은 신·재생연료를 완전 연소시킴과 동시에 소각로의 내구성을 증대시키기 위한 신·재생연료 연소시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 신·재생연료를 로타리킬른 가스화로 및 선회류연소로에서 2단 연소시키도록 구성하고 로타리킬른 가스화로가 간접식 열원에 의해 열분해되도록 구성함으로써 신·재생연료의 완전 연소를 달성함과 동시에 로타리킬른 가스화로 내에 발생되는 열 쇼크현상을 방지하여 로타리킬른 가스화로의 내구성을 향상시키고, 선회류연소로에서 발생하는 고온의 가스를 로타리킬른 가스화로의 열전달로로 유입시켜 열원으로 이용하고 폐열을 폐열보일러에서 스팀에너지로 열교환함으로써 열에너지 회수율을 증대시켜 열효율을 극대화시키는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 신·재생연료를 연소하기 위한 연소로는 연소 잔재를 슬래그 (Slag) 상태로 만드는 로터리킬른(Rotary Kiln) 연소로를 채택하여 사용하고 있다.

로터리킬른 가스화로는 신·재생연료를 고열을 이용하여 회전하는 경사면을 가진 로터리킬른 가스화로를 이용하는 것으로서, 고상의 신·재생연료가 투입되면, 고열로서 신·재생연료를 연소하며, 경사면을 가지며 회전하는 로타리킬른 가스화로에 의하여 연소된 잔재가 로타리킬른 가스화로의 하부의 경사면을 따라 조금씩 부서지며 이렇게 유입된 연소잔재물을 배출시키게 되는데, 이때 잔재물에는 일부 가연분이 포함되어 배출됨에 따라 완전 연소가 이루어 지지 않아 연소 효율이 다소 떨어지는 문제점이 있다.

이와 같은 로터리킬른 가스화로는 연소처리량에 비해 가스화로가 매우 크게 구성되어야만 신·재생연료의 완전한 연소가 가능하며, 연소온도가 매우 높고, 다량의 연소가 이루어짐에 따라 유입되는 공기의 양이 많아서 화재의 위험이 크고 연소로 내부에 고온에 따른 열 쇼크현상 및 폭발이 발생되는 문제가 있다.

이러한 로터리킬른 연소로를 통해 신·재생연료를 연소하는 방식은 열 쇼크현상 및 폭발에 의해 연소로의 수명이 단축되어 설비비용을 증대를 초래함은 물론, 고온의 연소 환경을 유지하기 위해 많은 양의 열원이 필요하게 되어 열효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 신·재생연료를 로타리킬른 가스화로 및 선회류연소로에서 2단 연소시키도록 구성하고 로타리킬른 가스화로가 간접식 열원에 의해 열분해되도록 구성함으로써 신·재생연료의 완전 연소를 달성함과 동시에 로타리킬른 가스화로 내에 발생되는 열 쇼크현상 및 폭발현상을 방지하여 로타리킬른 가스화로의 내구성을 향상시키고, 선회류연소로에서 발생하는 고온의 가스를 로타리킬른 가스화로의 열전달로로 유입시켜 열원으로 이용하고 일부 분해되지 않은 잔재물을 선회로 연소로에 이송공기와 함께 유입하여 완전연소 후 폐열을 폐열보일러에서 스팀에너지로 열교환함으로써 열에너지 회수율을 증대시켜 연소효율을 극대화시키는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 고형화 슬러지, RDF, RPF, 목제펠렛, 팜셀을 포함하는 신·재생연료를 연소하여 처리하기 위한 신·재생연료 연소장치에 있어서, 일측에 유입구가 형성되어 연소될 신·재생연료가 투입되며 열기에 의해 투입된 신·재생연료가 열분해되는 로타리킬른 가스화로와; 상기 로타리킬른 가스화로의 일측과 연결되어 열을 공급하기 위한 열공급수단과; 상기 로타리킬른 가스화로에서 신·재생연료의 열분해시 타측에 형성된 배출구를 통해 열분해되어 발생되는 열분해가스 및 열분해되지 않은 고형물을 전달받으며 뉴매틱 공기와 미분해가연분이 혼합되어 별도의 연소용 공기가 필요없이 선회류 방식에 의한 열분해가스 및 고형물이 연소될 수 있도록 이루어지는 선회류연소로와; 상기 선회류연소로의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 전달받아 연소가스를 냉각시키는 폐열보일러를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 로타리킬른 가스화로는 일정 수용공간을 가지며 열공급수단에 의해 열에너지를 공급받아 800℃ 내지 1200℃의 온도를 유지하는 열전달로과, 상기 열전달로의 내에 일정 부분이 수용 배치되어 상기 열전달로의 열에너지를 전도현상을 통해 전달받아 내부가 600℃ 내지 900℃로 유지되며 일측에는 신·재생연료가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에는 유입된 신·재생연료가 내부의 열에 의해 열분해되어 발생되는 열분해 가스와 고형물을 배출하기 위한 배출구가 각각 형성되는 열분해로로 이루어져 신·재생연료가 간접식 열원에 의해 열분해된다.

또한 상기 열분해로의 배출구는 배출되는 열분해가스와 고형물을 일시 수용하는 수집호퍼와 연결되되 상기 수집호퍼의 상부와 하부에는 각각 열분해가스와 고형물이 배출되도록 하는 제 1호퍼배출구와 제 2호퍼배출구가 형성되어 제 1호퍼배출구는 선회류연소로와 연결되고, 제 2호퍼배출구는 고형물의 가연성여부를 판별하기 위한 불연물선별기에 고형물이 전달될 수 있도록 불연물선별기와 연결되며, 상기 불연물선별기는 상기 제 2호퍼배출구로부터 전달받은 고형물 중 가연성 고형물을 판별하여 이를 선회류연소로로 전달하되, 상기 가연성 고형물이 배출되는 배출부와 선회류연소로 간에는 가연성 고형물을 이송되도록 연통시키는 연통관이 형성되고 상기 연통관의 일측에는 뉴메틱 이송송풍기가 설치되어 상기 가연성 고형물이 공기유동에 의해 선회류연소로로 전달된다.

아울러 상기 폐열보일러는 선회류연소로에서 전달받은 폐열을 통해 물을 수증기로 상변화시켜 스팀에너지를 생성하며, 상기 열공급수단은 상기 열전달로와 열전달가능하도록 연결되며 내측에 버너를 포함하는 히팅수단을 가지는 가스가열로이고, 상기 열전달로는 상기 선회류소각로의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 밸브의 개폐에 따라 선택적으로 일정량 전달받아 열전달로 내의 열원으로 이용되도록 이루어진다.

본 발명에 따르면, 로타리킬른 가스화로가 간접식 열원에 의해 열분해되도록 구성됨으로써 로타리킬른 가스화로 내에 열공급수단이 설치되지 않게 되어 공기유입이 없음에 따라 화재 및 폭발의 위험성이 없고, 간접식 가열 방식으로 고형물이 녹거나 열 쇼크현상에 의해 로타리킬른 가스화로의 내구성이 감소되는 문제점이 없어 제거할 수 있다.

아울러 선회류연소로에 발생하는 고온의 가스 중 일부를 선택적으로 로타리킬른 가스화로의 열전달로로 유입시켜 열원으로 이용함으로써 초기 가동시를 제외하고 보조열원원료가 필요하지 않으며 열효율을 극대화시키는 효과가 있다.

또한 열분해되지 않는 고형물 중 가연성 고형물을 불연물선별기를 통해 선별하여 선회류연소로로 이송하되 뉴메틱 이송송풍기에 의해 이송시킴에 따라 선회류연소로에서 연소시 필요한 공기가 별도로 필요하지 않아 연소용 공기가 필요없는 효과가 있다.

또한 열분해 가스와 혼합되는 가연성 고형물이 선회류연소로 내에 형성되는 난류를 통해 효과적으로 연소되고 연소효율이 증대되며, 선회류연소로의 상부측 배출구를 통해 배출되는 폐열 및 연소가스를 폐열보일러를 통해 고압의 스팀으로 열교환시킴으로써 열에너지의 회수효율 또한 증대되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 신·재생연료 연소시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로타리킬른 가스화로, 선회류연소로, 폐열보일러 간의 결합관계를 나타내는 도 1의 A부분 확대도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 신·재생연료 연소시스템에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 신·재생연료 연소시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 로타리킬른 가스화로, 선회류연소로, 폐열보일러 간의 결합관계를 나타내는 도 1의 A부분 확대도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 신·재생연료 연소시스템은 로타리킬른 가스화로(100)와, 열공급수단(200), 선회류연소로(300) 및 폐열보일러(400)로 구성된다.

상기 로타리킬른 가스화로(100)는 일측에 유입구가 형성되어 연소될 신·재생연료가 투입되며 열기에 의해 투입된 신·재생연료가 열분해될 수 있도록 구비되는데, 이러한 로타리킬른 가스화로(100)는 일정 수용공간을 가지며 열공급수단(200)에 의해 열에너지를 공급받아 800℃ 내지 1200℃의 온도를 유지하는 열전달로(110)과, 상기 열전달로(110) 내에 일정 부분이 수용 배치되어 상기 열전달로의 열에너지를 전도현상을 통해 전달받아 내부가 600℃ 내지 900℃로 유지되며 일측에는 신·재생연료가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에는 유입된 신·재생연료가 내부의 열에 의해 발생되는 열분해 가스와 고형물을 배출하기 위한 배출구가 각각 형성되는 열분해로(120)로 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 로타리킬른 가스화로(100)는 종래 로타리킬른 가스화로를 통해 신·재생연료를 직접 연소할 경우 발생하는 열 쇼크현상 및 폭발을 방지하기 위해 전술한 바와 같이 별도의 열공급수단(200)을 통해 열전달로(110)를 우선 가열시키고 이와 간접 가열되는 열분해로(120)에 신·재생연료가 배치함으로써 별도의 공기유입이 필요없어 화재 및 폭발의 위험성이 사라지고, 간접 가열에 따라 열 쇼크현상 또한 제거될 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 간접 가열 방식의 로타리킬른 가스화로(100)에 의해 발생될 수 있는 불완전 연소 또는 비연소 고형물은 본 발명에 따른 선회류소각로(300)를 통해 재연소과정이 수행됨으로써 신·재생연료의 완전 연소에 근접할 수 있게 된다.

물론 상기 열분해로(120)의 유입구에는 별도의 이송수단을 통해 신·재생연료의 유입이 일정하게 이루어지도록 구성될 수 있고, 유입구에 공기가 유입되지 않도록 별도의 공기실링장치가 부착될 수 있는데, 이에 따라 고온의 열전도에 의해 고형물의 열분해가 연속적으로 이루어지게 된다.

또한 상기 열분해로(120)의 배출구 측에는 배출되는 열분해가스와 고형물을 일시 수용하는 수집호퍼(130)가 연결되는데, 이러한 수집호퍼(130)는 상부와 하부 각각에 제 1호퍼배출구(131), 제 2호퍼배출구(132)가 형성된다.

여기서 제 2호퍼배출구(132)에 별도의 공기실링장치를 부착하여 외부 공기유입을 차단할 수 있다.

또한 상기 제 1호퍼배출구(131)로는 열분해로(120)에서 배출되는 열분해가스가 공기보다 가벼워 상승함에 따라 배출되게 되며 제 2호퍼배출구(132)는 공기보다 무거운 불완전 연소 또는 미연소 고형물이 자연스럽게 배출되게 된다.

또한 상기 제 1호퍼배출구(131)는 선회류연소로(300)와 연결되고, 제 2호퍼배출구(132)는 고형물의 가연성여부를 판별하기 위한 불연물선별기(500)에 고형물이 전달될 수 있도록 불연물선별기(500)와 연결된다.

아울러 상기 열공급수단(200)은 상기 열전달로(110)와 열전달가능하도록 연결되며 내측에 버너를 포함하는 히팅수단(210)을 가지는 가스가열로(220)로 구성됨이 바람직하며, 이외에도 다른 형태로 열에너지가 전달되더라도 본 발명의 열공급수단(200)에 적용됨은 물론이다.

여기서 각 구성 간의 이송 연결은 각 구성 간을 연통시키는 연통관에 의해 연결되며 이는 일반적인 연결 구성이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.

한편 상기 불연물선별기(500)는 고형물의 가연성 여부를 판별하여 가연성 고형물과 비가연성 고형물을 선별하고 비가연성 고형물은 별도의 수집공간에 저장하여 폐기하며 가연성 고형물은 선회류연소로(300)로 전달한다.

이때 상기 불연물선별기(500)에서 가연성 고형물이 배출되는 배출부와 선회류연소로 간에는 가연성 고형물이 이송되도록 배출부와 선회류연소로(300) 간을 연통시키는 연통관(510)이 형성되고 상기 연통관(510)의 일측에는 뉴메틱 이송송풍기(600)가 설치되어 상기 가연성 고형물이 공기유동에 의해 선회류연소로(300)로 전달되도록 한다.

이러한 뉴메틱 이송송풍기(600)를 통해 가연성 고형물을 선회류연소로(300)로 전달함에 따라 선회류연소로(300)에 뉴메틱 이송송풍기(600)에 의한 공기유입이 발생되어 별도의 선회류연소로(300) 내에 연소를 위한 송풍수단이 필요 없게 되는 효과가 있다.

이러한 배출부와 선회류연소로(300) 간을 연통하는 연통관(510)은 선회류연소로(300) 내에 공기의 난류를 보다 더 유도하기 위해 일정 중간 지점에서 복수개로 분기되어 각각 선회류연소로(300)와 연통되도록 형성할 수 있다.

한편 상기 선회류연소로(300)는 하부측에 히팅수단(310)이 설치되고, 로타리킬른 가스화로(100)에서 배출되는 열분해가스와 가연성 고형물을 각각 전달받아 뉴메틱 공기와 미분해 가연분이 혼합되어 별도 연소용 공기가 필요 없이 선회류 방식에 의해 완전 연소될 수 있도록 구비되는데, 본 발명에 따른 선회류연소로(300)는 연소시 발생되는 폐열과 고온의 연소가스를 폐열보일러(400) 및 로타리킬른 가스화로(100)의 열전달로(110)에 전달하여 자칫 소멸될 열에너지를 회수함으로써 열효율을 증대시키게 된다.

이에 따라 로타리킬른 가스화로(100) 또한 상기 회수되는 열에너지를 통해 초기 가동시를 제외하고 보조열원원료가 필요하지 않게 된다.

여기서 상기 폐열보일러(400)는 상기 선회류연소로(300)의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로(300)에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 전달받아 폐열을 스팀에너지로 변환시키고 연소가스를 냉각시키도록 구비된다.

이후 냉각된 연소가스는 이후 배출가스 처리설비를 통해 산성가스와 다이옥신, 먼지 등의 유해성분을 제거한 후 대기로 배출된다.

이러한 배출가스 처리설비는 도 1에 도시된 바와 같이 반건식반응탑(700)과 건식반응기(800), 여과집진기(900)으로 구성되며, 상기 반건식반응탑(700)은 폐열보일러(400)에서 유입된 연소가스가 220℃ 정도로 냉각되어 유입되며, 별도의 소석회 공급수단(710)을 통해 소석회가 유입되어 연소가스와 반응한다.

이에 따라 연소가스 내에 산성가스는 제거되게 되며, 계속하여 연소가스는 건식반응기(800)에서 활성탄저장조(810), 소석회 공급수단(710)을 통해 유입되는 활성탄 및 소석회와 반응하여 다이옥신 및 일부 미반응 산성가스와 반응, 제거된다. 건식반응기(800)에서 제거된 가스는 여과집진기(900)로 유입되어 먼지를 제거한 후 연돌(910)을 통해 대기로 배출된다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예들로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 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.

100 : 로타리킬른 가스화로 110 : 열전달로
120 : 열분해로 130 : 수집호퍼
131 : 제 1호퍼배출구 132 : 제 2호퍼배출구
200 : 열공급수단 210 : 히팅수단
220 : 가스가열로 300 : 선회류연소로
400 : 폐열보일러 500 : 불연물선별기
510 : 연통관 600 : 뉴메틱 이송송풍기
700 : 반건식반응탑 710 : 소석회 공급수단
800 : 건식반응기 810 : 활성탄저장조
900 : 여과집진기 910 : 연돌

Claims (7)

1. 고형화 슬러지, RDF, RPF, 목제펠렛, 팜셀을 포함하는 신·재생연료를 연소하여 처리하기 위한 신·재생연료 연소장치에 있어서,
   일측에 유입구가 형성되어 연소될 신·재생연료가 투입되며 열기에 의해 투입된 신·재생연료가 열분해되는 로타리킬른 가스화로와;
   상기 로타리킬른 가스화로의 일측과 연결되어 열을 공급하기 위한 열공급수단과;
   상기 로타리킬른 가스화로에서 신·재생연료의 열분해시 타측에 형성된 배출구를 통해 열분해되어 발생되는 열분해가스 및 열분해되지 않은 고형물을 전달받으며 하부측에 설치되는 히팅수단을 통해 상기 전달받아 혼합되는 열분해가스 및 고형물이 연소될 수 있도록 이루어지는 선회류연소로와;
   상기 선회류연소로의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 전달받아 연소가스를 냉각시키는 폐열보일러를 포함하여 이루어지되,
   상기 로타리킬른 가스화로는
   일정 수용공간을 가지며 열공급수단에 의해 열에너지를 공급받아 800℃ 내지 1200℃의 온도를 유지하는 열전달로과, 상기 열전달로 내에 일정 부분이 수용 배치되어 상기 열전달로의 열에너지를 전도현상을 통해 전달받아 내부가 600℃ 내지 900℃로 유지되며 일측에는 신·재생연료가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에는 유입된 신·재생연료가 내부의 열에 의해 발생되는 열분해 가스와 고형물을 배출하기 위한 배출구가 각각 형성되는 열분해로로 이루어져 신·재생연료가 간접식 열원에 의해 열분해되는 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 열분해로의 배출구는
   배출되는 열분해가스와 고형물을 일시 수용하는 수집호퍼와 연결되되 상기 수집호퍼의 상부와 하부에는 각각 열분해가스와 고형물이 배출되도록 하는 제 1호퍼배출구와 제 2호퍼배출구가 형성되어 제 1호퍼배출구는 선회류연소로와 연결되고, 제 2호퍼배출구는 고형물의 가연성여부를 판별하기 위한 불연물선별기에 고형물이 전달될 수 있도록 불연물선별기와 연결되는 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 불연물선별기는
   상기 제 2호퍼배출구로부터 전달받은 고형물 중 가연성 고형물을 판별하여 이를 선회류연소로로 전달하되,
   상기 가연성 고형물이 배출되는 배출부와 선회류연소로 간에는 가연성 고형물이 이송되도록 배출부와 선회류연소로 간을 연통시키는 연통관이 형성되고 상기 연통관의 일측에는 뉴메틱 이송송풍기가 설치되어 상기 가연성 고형물이 공기유동에 의해 선회류연소로로 전달되는 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 폐열보일러는
   선회류연소로에서 전달받은 폐열을 통해 물을 수증기로 상변화시켜 스팀에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 열공급수단은
   상기 열전달로와 열전달가능하도록 연결되며 내측에 버너를 포함하는 히팅수단을 가지는 가스가열로인 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 열전달로는 상기 선회류연소로의 상부측과 열전달가능하도록 연결되어 선회류연소로에서 발생되는 폐열 및 연소가스를 밸브의 개폐에 따라 선택적으로 일정량 전달받아 열전달로 내의 열원으로 이용되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 완전연소와 간접열원 전달방식을 가지는 신·재생연료 연소시스템.

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