KR101185745B1 - 왕겨 탄화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자체 연소에 의해 고 수율의 왕겨 훈탄 생산을 가능하게 하는 왕겨 탄화장치를 제시하기 위한 것으로, 상부에 왕겨투입구(11)가 형성되고 하부에 훈탄배출구(13)가 형성되는 하부가 밀폐된 구조의 수직 통 형상으로 이루어지는 왕겨탄화실(10)과, 상기 왕겨탄화실 하부에 설치되어 왕겨탄화실 내부의 왕겨를 초기 연소시키는 점화장치(20)와, 왕겨탄화실의 상부로부터 왕겨탄화실 하부까지 연장되도록 상기 왕겨탄화실(10) 내부에 균일하게 분포 형성되는 배연통(30)을 포함하여 이루어지고, 상기 배연통은 전 길이에 걸쳐 내외부를 관통하는 통공(31)이 일정하게 형성된 구조로 이루어져 투입된 왕겨가 점화장치에 의해 초기 점화되어 연소된 후 왕겨탄화실 하부가 밀폐된 상태에서 왕겨탄화실 내부에서의 연소에 의해 탄화가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

왕겨, 탄화장치, 왕겨 훈탄

Description

왕겨 탄화 장치{ Carbonized rice-hulls burner }

본 발명은 왕겨의 자체 발열에 의해 훈탄의 생산이 이루어지는 왕겨 탄화장치에 관한 것이며, 상세히는 탄화 과정에서 발생하는 수증기 및 가스를 왕겨 층 내부에서 통공이 형성된 배연통으로 수집하여 배출함으로써 초기 점화 후 저 산소 조건에서 탄화가 이루어지도록 하여 왕겨 탄화물을 고 수율로 얻고, 외부 에너지를 소비하지 않고 자체 연소에 의해 왕겨 훈탄을 제조하는 왕겨 탄화장치에 관한 것이다.

왕겨는 벼 중량 대비 18% 정도 포함된 부산물로서 매년 풍부하게 생산되어 주로 가축의 깔개로 활용하여 퇴비화하거나 일부 암거 배수, 묘상 배지, 농지깔개, 제강 보온자재, 콘크리트의 규산질 보강, 연료 등의 목적으로 이용되고 있으나 SiO₂ 성분이 92% 이상으로서 부숙이 어려워 퇴비, 묘상배지 등으로 직접 활용하는 것은 한계가 있고, 300℃ 이상의 높은 온도에서 점화가 이루어지기 때문에 연료로서의 이용도 한계가 있어 95% 이상 가축의 깔개로 활용되고 있다.

한편, 불완전 연소에 의한 탄화 과정에 의해 생성되는 왕겨 훈탄은, 톱밥 훈탄에 비하여 2배 이상 많은 40~50%의 수율로 생산되며, 탄화과정에서 멸균이 이루어지고, 강력한 보습작용, 공극과 배수 및 토양의 물리성을 향상하는 능력이 우수하여 고가의 수입 상토를 대체할 수 있는 상토 재료로 사용될 수 있고, 탄화과정에 의해 연소성능을 저해하는 물질이 분해되어 연소성이 향상됨으로 압축 성형 등의 공정을 통해 연료로서 활용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 이유 때문에 가축깔개로의 단순 이용범위를 벗어나 왕겨를 훈탄으로 생산하려는 노력이 다양하게 시도되고 있다.

그동안의 연구 성과에 의하면, 왕겨는 대략 280℃까지 산소 또는 무산소 조건에서 흡열과정을 거친 후 320℃ 이상 지속적으로 열을 가하였을 때 발열에 의한 연소가 이루어지고, 이 온도에서 공기가 공급되면 점화가 이루어지며, 대략 440℃까지 발열반응에 의한 열분해가 지속되어 셀룰로오스 등 고분자 물질들의 분자 결합이 파괴되면서 산화 분해되고, 600℃ 부근에서 탄소 성분은 거의 잔존하지 않고 회분만 남는 연소 특성이 있다.

또한, 왕겨는 280℃까지 흡열에 의한 열분해와 320℃ 이상에서 발열에 의한 열분해에 의해 초기 왕겨에 포함된 수분이 배출되면서 1차 8~10% 정도의 무게감소가 이루어지고, 320℃에서 저분자 휘발성 유기물이 휘산분해되어 40~50%의 무게감소가 이루어지며, 440℃에서 고분자물질 분자구조가 파괴되어 10~20%의 무게 감소가 이루어지고, 그 이상의 온도에서 최종적으로 회분만 남는 열분해가 이루어지며, 열 분해과정에서 생성되는 탄화가스물질인 휘발성 유기물은 열분해에 의한 탄화물질의 감소에 비례하여 증가하는 특성이 있다. 이와 같이 열분해에 의해 생성되는 탄화가스물질 중 대략 35% 정도가 응축물인 목초액과 타르로서 연소 과정에서 이들 물질이 연료 공급통로 등에 달라붙어 협착(狹窄)화 시키는 특성이 있다.

이와 같은 특성 때문에 왕겨의 훈탄화는 탄화통 내에 왕겨를 넣고 탄화통을 가열하여 증기 및 응축성 물질을 함께 배출시켜 탄화가 이루어지도록 하는 방법이 전통적으로 사용되어 왔으나 이러한 훈탄 제조방법은 소규모 훈탄 생산에 적합하지만 대량 생산이 어렵고, 투입-가열-배출이 단계적으로 이루어지는 배치 방식이기 때문에 생산성이 낮으며, 왕겨의 탄화가 공기 조건에서 이루어지기 때문에 적절히 온도를 제어하지 않으면 왕겨 자체의 점화에 의해 훈탄 수율이 떨어지고, 화재의 위험성이 높은 문제점이 있고, 탄화를 위한 에너지 소비가 지속적으로 이루어져야 함으로 생산 비용이 높은 문제점이 있었다.

대한민국 실용신안공보 20-0148825호는 훈탄탱크 상부에 어퍼호퍼(upper hopper)와 연도구를 형성하고, 훈탄탱크 하부에 착화히터, 송풍기 및 댐퍼를 형성하여 이송관을 통하여 왕겨를 훈탄탱크에 투입하고, 왕겨가 투입된 후 댐퍼를 열어 송풍공기를 공급한 상태에서 착화히터를 가동하여 왕겨를 점화하여 왕겨를 탄화시키고 동시에 어퍼호퍼에 흘러내린 목초액을 수거하며, 왕겨의 탄화가 완성되면 댐퍼를 닫아 소화시킨 후 훈탄을 배출하는 구조의 왕겨 훈탄 제조장치를 제시하고 있다.

상기 구조는 착화히터에 의한 초기 점화 후 왕겨 자체의 연소에 의해 훈탄과 목초액을 생산하는 구조로서 소형 훈탄 제조장치에 적용될 수 있으나 강제 공기 공급에 의해 왕겨를 연소시키는 구조로서 과열에 의한 화재 발생 우려가 매우 높고, 480℃ 이상의 왕겨 연소열에 의하여 연소가 이루어짐으로 훈탄 수율이 50% 이하로 떨어지고, 타르를 포함하는 목초액 성분이 연도를 협착화시키고, 왕겨의 최초 투입에서부터 최종 훈탄의 배출과정이 길어 생산성이 낮고, 훈탄의 수율을 높이기 위한 급기량의 조절이 매우 어려운 문제점이 있다.

특허 등록 제0316359호에 의한 왕겨훈탄 간접가열식 연속자동제조장치는 버너에 의한 가열장치로 가열한 연속된 탄화관에 왕겨를 투입하여 왕겨를 탄화시키고, 왕겨의 탄화과정에서 발생한 가연성가스를 회수하여 연소가스로 활용하며, 냉매가스의 타르에 의한 협착화를 방지하기 위하여 유압실린더에 의한 타르제거부를 설치하고, 액체질소를 이용하는 훈탄소화부가 포함된 구조로 이루어져 왕겨의 투입과 배출 및 배출훈탄의 소화가 연속적으로 이루어지는 왕겨훈탄 간접가열식 연속자동제조장치를 제시하고 있다.

상기 구조는 타르에 의한 탄화관의 급속한 협착화에 대한 대책이 없고, 탄화 과정에서 회수한 휘발성 가연성 가스가 탄화에 필요한 에너지의 일부를 대체할 수 있으나 충분하지 않고, 소화를 위한 질소가스가 계속적으로 소요되고 부대 설비의 규모가 대형이어서 유지 관리 비용이 과대하게 소비되어 훈탄의 생산 원가가 높고, 화재 예방 등의 고도의 안전관리가 요구되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록제 0316360호에 의한 직화식 왕겨훈탄 연속제조장치는 가열부 상부측에 투입개폐댐퍼를 갖는 투입슈트와 압력계가 형성된 호퍼 형상의 연소 실본체가 형성되고, 상기 연소실 본체 내부의 배출구 상부측에 연소공기 공급노즐 및 연소기가 형성되는 구조로서 연소기에 공기를 공급한 상태에서 연소실 내의 왕겨를 연소하고 연소과정에서 발생한 가연성가스는 가연성 가스를 추출하여 연소실 본체 내로 재투입함으로써 외부 연료 투입 없이 훈탄공정을 연속 수행하며, 하부 배출된 훈탄은 질소가스 및 이중 물 재킷에 의한 훈탄 냉각부에 의해 소화되는 구조로 이루어져 있다.

상기 구조는 왕겨의 자체 연소에 의해 탄화물인 훈탄을 생산하는 구조로서 연소 과정에서 발생한 타르가 연소실 본체 내부와 흡기관 및 싸이클론 내에서의 급속한 협착화 때문에 빈번히 가동을 중지하고 타르층을 제거해 주어야 하는 문제가 있고, 소화를 위한 질소가스가 계속적으로 소요되고 부대 설비의 규모가 대형이어서 유지 관리 비용이 과대하게 소비되어 훈탄의 생산 원가가 높고, 연소공기 조절에 의한 화재 예방 등의 고도의 안전관리가 요구되는 문제점이 있었다.

특허등록제10-0553383호에 의한 왕겨숯 제조장치는 소형의 훈탄탱크를 복수로 형성하여 연소시간 및 소화시간을 감소시킨 구조의 왕겨숯 제조장치를 제시하고 있으나 공기 공급 상태에서 훈탄공정이 진행되는 구조로서 급기량의 정밀한 조절이 훈탄 수율에 영향을 미치고, 과열에 의한 화재 위험이 높으며, 타르에 의한 연통부의 협착이 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 왕겨 자체의 탄화 열을 이용하고 외부 에너지는 사용하지 않으면서 고 수율의 훈탄을 생산할 수 있는 왕겨 탄화장치를 제시할 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 왕겨 탄화 과정에서 발생하는 타르에 의한 연소실 및 연통의 협착화를 방지하여 지속적인 운전이 가능한 왕겨 탄화장치를 제시할 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 구조가 단순하여 경제적으로 설치가능하고, 운전이 용이하며, 운전 비용은 절감하면서 훈탄의 생산 효율을 향상할 수 있는 구조의 왕겨 탄화장치를 제시할 목적을 갖는다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 상부에 왕겨투입구가 형성되고 하부에 훈탄배출구가 형성되는 하부가 밀폐된 구조의 수직 통 형상으로 이루어지는 왕겨탄화실과, 상기 왕겨탄화실 하부에 설치되어 왕겨탄화실 내부의 왕겨를 초기 연소시키기 위해 설치되는 점화장치와, 왕겨 탄화실의 상부로부터 왕겨탄화실 하부까지 연장되도록 분포 설치되는 배연통을 포함하여 이루어지고, 상기 배연통의 왕겨 접촉부위는 내외부를 관통하는 통공이 일정하게 형성된 구조로 이루어져 점화장치에 의해 초기 점화 후 왕겨탄화실 하부가 밀폐된 상태에서 왕겨탄화실 내부에서의 연소에 의해 탄화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕겨 탄화장치를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 왕겨탄화실 상부의 왕겨투입구에 설치되어 왕겨를 연속적으로 투입하기 위한 왕겨공급장치와, 상기 왕겨탄화실 하부의 훈탄배출구에 설 치되어 생성된 훈탄을 연속적으로 배출하는 훈탄배출장치가 포함되는 구조의 왕겨 탄화장치를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 배연통에 축 지지되어 전동 모터에 의해 회전하는 브러시가 설치되는 구조의 왕겨 탄화장치를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 배연통에 연설되는 목초액수집장치와, 배기가스정화장치와, 가연성가스분리장치를 포함하여 구성되는 왕겨 탄화장치를 제시한다.

본 발명은 점화장치에 의해 왕겨의 초기 연소가 이루어진 상태에서 왕겨에 포함된 수증기가 열 분해과정에서 생성되는 탄화가스물질인 휘발성 유기물이 가까이에 있는 배연통의 통공을 통하여 수집되어 왕겨탄화실 외부로 방출되고, 압력의 외부 방출로 형성되는 왕겨 층 내부의 마이너스 압력에 의해 왕겨 층 상부로부터 왕겨 연소에 필요한 최소의 공기가 유입됨으로써 왕겨 탄화실 내부 왕겨 표면으로부터 일정 깊이에 연소층이 형성되고, 상기 연소층은 연소공기가 소모된 하부와 연소공기가 공급되는 상부로 구분되어 하부는 자동으로 소화되면서 탄화물이 유지되고, 상부는 지속적으로 연소되어 탄화물이 형성됨으로써 탄화공정이 지속적으로 이루어진다.

또한, 초기 점화 이후 왕겨탄화실 내부 연소층 하부에는 무산소 조건이 형성된다. 그에 따라 연소층 하부에서 연소가 정지되어 연소가 쉽게 이루어지는 특성을 갖는 왕겨 훈탄에서의 연소는 제한되고, 연소층 상부에서는 상부로부터 충분하지는 않지만 연소에 필요한 공기공급이 이루어져 연소가 이루어지고 부족한 공기에 의해 연소층은 과열되지 않고 왕겨의 탄화에 최적 온도인 300℃~400℃의 열이 지속적으로 유지되며, 완전 연소에 이르지 못한 왕겨훈탄은 왕겨의 형상이 거의 그대로 유지되면서 하부로 밀려 내리는 과정에서 소화(消火)되고 이후 훈탄배출장치에 의해 배출됨으로써 지속적인 왕겨훈탄의 생산이 가능한 효과를 제공한다.

또한, 왕겨탄화실 내부는 왕겨의 탄화에 최적 온도인 300℃~400℃가 지속적으로 유지되고, 연소층에 속해 있는 왕겨는 연소에 의해 탄화된 후 부족 공기에 의해 즉시 소화되어 고 수율의 왕겨 훈탄 제조가 가능하고, 훈탄 배출과정에서 별도의 소화장치를 사용할 필요가 없다.

또한, 본 발명은 왕겨의 투입이 연속적으로 이루어지도록 왕겨 공급장치를 구성하고, 왕겨 훈탄을 연속적으로 배출하도록 왕겨 훈탄배출장치를 구성함으로써 왕겨의 투입과 훈탄의 생산이 연속적으로 이루어지는 연속식 왕겨 훈탄제조장치의 구성이 가능하고, 초기 가열 후 왕겨 자체의 발열과정에 의해 발생되는 열에 의해 왕겨의 열분해가 지속적으로 이루어지는 구조임으로 구성이 간단하고 운전이 용이하며, 외부 에너지를 거의 사용하지 않음으로 왕겨 훈탄의 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 일정 간격으로 형성된 배연통에 의해 왕겨의 흡열 및 발열로 발생한 수증기와 탄화가스물질에 포함된 타르 성분이 신속하고 최단 경로를 통하여 배출함으로써 왕겨탄화실 내부의 협착화가 효과적으로 억제되어 협착물제거를 위해 운전을 정지할 필요성이 감소 되고, 배연통 내에 브러시를 설치함으로써 타르 에 의한 배연통 내부 협착화도 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 왕겨 자체의 발열과정에 의해 탄화가스물질이 발생함으로 배연통으로부터 탄화가스물질을 취합하고 이를 알려진 정제공정에 의해 타르와 목초액 연소가스물질로 분리함으로써 불순물이 적은 고 순도의 목초액을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 왕겨 탄화장치의 기본 구성을 도시한 것으로, 본 발명에 의한 왕겨 탄화장치는 왕겨의 불완전 연소에 의해 왕겨훈탄을 생산하는 왕겨탄화실(10)과, 왕겨의 초기 연소를 유도하여 자체 연소가 이루어지도록 유도하는 점화장치(20)와,왕겨의 연소 과정에서 생성되는 탄화가스물질을 수집하여 배출하는 배연통(30)을 기본 구성으로 한다.

왕겨탄화실(10)은 투입된 왕겨가 흡열과 발열 및 연소과정을 거쳐 훈탄화 되는 공간으로, 수직 통 형상으로 이루어지고, 하부로부터 공기 공급이 차단되도록 하부 밀폐 구조로 구성되며, 외 각부에 열이 외부로 전달되지 않도록 단열 벽체로 이루어진다.

상기 왕겨탄화실(10)은 원통형으로 구성될 수 있고, 사각형으로 구성될 수 있으며, 설치공간 및 탄화 과정에서 발생하는 열의 2차적 이용목적에 맞게 기타의 형상으로 구성될 수 있는 것으로 통 형상에 대한 제한을 갖지 않는다.

상기 왕겨탄화실(10)의 상부는 왕겨를 투입하기 위한 왕겨투입구(11)가 형성 되고, 상부가 개방되거나 개방형태의 덮개(12)가 설치되고, 하부는 생성된 왕겨 훈탄을 배출하기 위한 훈탄배출구(13)가 형성된다.

왕겨탄화실(10)의 상부에 형성되는 왕겨투입구(11)나 덮개(12)는 왕겨의 연소에 필요한 공기의 통행이 이루어지도록 밀폐되지 않는 구조를 갖는다.

왕겨탄화실 하부는 외부 공기가 왕겨탄화실 하부로부터 내부로 유입되는 것을 차단하기 위해 밀폐구조를 갖는다.

왕겨탄화실(10)의 상부 개방 하부 밀폐구조는 왕겨탄화실 내부에서 연소층이 하부에서 상부로 이동하고, 상부에서 하부로 이동하는 것은 방지하도록 작용하여 왕겨 탄화실 하부에 생성되는 탄화왕겨(즉, 왕겨 훈탄)가 연소되는 것을 방지하고, 왕겨탄화실 내의 과열과 훈탄 생산 수율의 저하를 방지하는 작용을 한다.

왕겨탄화실(10)의 하부는 탄화에 의해 약간의 부피가 감소된 훈탄이 자연스럽게 하부로 흘러내릴 수 있도록 호퍼 형태로 형성된다.

또한, 왕겨탄화실 하부에 훈탄배출구(13)가 형성되어 생성된 훈탄이 훈탄배출구를 통하여 배출될 수 있도록 구성되고, 상기 훈탄배출구는 개폐구조로 이루어져 생성된 훈탄을 배출하도록 구성되며, 도시된 바와 같이 개폐구조로 셔터(14)를 설치하여 훈탄 배출시에만 개방하는 구조로 실시할 수 있다.

또한, 상기 왕겨탄화실 벽체에는 탄화실 내부 점검을 위하여 개폐형 점검구(미도시)를 설치할 수 있다.

초기 점화장치(20)는 왕겨를 초기 점화시키기 위한 장치로, 버너나 화목, 전열선 등의 다양한 수단을 사용하여 왕겨의 초기 점화가 이루어지도록 구성된다.

도시된 실시 예는 초기 점화장치(20)로서 왕겨탄화실 내부에 화실(21) 및 화격자(22)와, 화실개폐구(23)를 형성하여 연소공기를 공급한 상태에서 화목 또는 버너(24)를 이용하여 초기 점화시키는 구조를 도시한 것이다.

전열선을 초기점화장치로 사용하는 경우에는 별도의 화실이나 화실개폐구를 형성할 필요는 없으나 초기 점화에 필요한 공기 공급을 위하여 밀폐구조의 급기구를 별도로 형성하며, 상기 급기구는 연소 상태에 따라 급기량을 조절할 수 있도록 개폐량을 조절하는 구조로 실시될 수 있다.

상기 초기 점화장치(20)는 초기 점화시에 화실개폐구를 통하여 투입하여 왕겨에 점화한 후 왕겨의 자체 연소 및 발열에 의해 연속적인 탄화가 이루어지도록 작용한다.

배연통(30)은 왕겨의 탄화시 발생하는 수증기와 타르를 포함한 응축물질, 휘발성 탄화물질을 신속히 배출하여 왕겨탄화실 내부의 왕겨 연소층 압력을 낮춤으로써 왕겨의 불완전 연소에 필요한 최소한의 공기가 왕겨탄화실의 상부에서 켜켜이 쌓인 왕겨 층을 통하여 공급되도록 작용한다.

상기 배연통(30)은 통 구조이며, 왕겨와 접촉하는 부위, 바람직하게는 연소층에 접하는 부위에 내외부를 관통하는 통공(31)이 일정하게 형성된 구조로서 왕겨탄화실에 대하여 프레임(32)에 의해 지지 고정되며, 상단이 왕겨 탄화실 상부로 돌출 형성되고, 하단은 왕겨탄화실 하부까지 연장되며, 왕겨탄화실에 균일하게 형성된다.

도 1 내지 도 3은 는 본 발명을 원통형태의 왕겨탄화실 구조에 적용한 경우 에 배연통(30)의 배치 형태를 도시한 것으로, 배연통을 왕겨탄화실에 균일하게 형성함으로써 수증기 및 탄화 생성물질을 신속하게 배출시킬 수 있다.

본 발명은 상기 배연통 내에 모터의 구동력에 의해 회전하는 브러시(40)를 설치하여 타르물질에 의한 배연통(30) 및 통공(31)의 협착을 방지하는 구조를 아울러 제시한다.

상기 브러시(40)는 축(41)과 상기 축의 길이 방향으로 연속 형성된 브러시모(42)로 이루어지고, 상기 축(61)은 상단이 배연통의 상부에 지지되도록 배연통 내부에 설치된다.

상기 축의 상단을 베어링(43)을 사용하여 안정된 회전이 이루어지도록 지지함으로써 상기 축의 하단은 비 지지상태로 구성할 수 있으며, 상기 축의 하단은 필요에 따라 왕겨탄화실 하부를 관통하여 왕겨탄화실 외벽에서 지지되는 구조로 구성할 수 있다.

각각의 배연통(30)마다 설치되는 상기 브러시(40)는 각기 독립된 모터에 의해 구동할 수 있고, 체인으로 각기 연결하여 단일 모터에 의해 구동할 수 있다.

도시된 실시 예는 브러시(40)의 축 상단만 베어링(43) 지지하여 배연통(30) 내에 설치하고, 각 축은 서로 연동 되도록 체인스프로킷(44)을 연결하여 단일 모터(45)에 의해 전체 브러시가 구동되도록 한 구성을 도시한 것이다.

상기 브러시(40)는 일정한 시간 간격으로 작동되어 배연통 내벽 및 통공(31)에 부착된 타르 성분을 제거하여 협착화를 방지함으로써 지속적인 배연 성능을 유지한다.

본 발명은 상기 구성에 왕겨의 투입 및 훈탄의 배출이 연속적으로 이루어져 훈탄 생산효율을 향상시킨 왕겨 탄화장치를 아울러 제시한다.

이를 위하여 본 발명은 상기 구성에, 왕겨를 상기 왕겨탄화실에 연속적으로 공급하기 위한 왕겨공급장치와(50)와, 왕겨탄화실에서 생성된 왕겨훈탄을 연속적으로 배출하는 훈탄배출장치(60)가 설치된다.

왕겨공급장치(50)는 왕겨를 투입하기 위한 장치로 배치형으로 구성할 수 있고, 연속식으로 구성할 수 있다.

배치형으로 구성하는 경우에 왕겨공급장치(50)는 왕겨탄화실 상부 또는 측벽에 형성된 왕겨투입구(11)나 왕겨탄화실의 상부에 형성된 개폐형 덮개(12)를 통하여 스크루 등의 이송장치에 의해 왕겨를 투입하거나 또는 인력에 의해 왕겨 투입이 이루어지도록 구성할 수 있다.

왕겨 공급장치(50)를 연속식으로 구성하는 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이 왕겨탄화실(10)의 상부로 연장설치되는 스프링 구조의 이송스크루(51)를 설치하여 외부 호퍼(52)에 저장된 왕겨를 연속적으로 투입할 수 있도록 구성한다.

상기 이송스크루(51)는 상향 이송이 이루어지도록 구성하여 만일의 경우에 왕겨가 연소하더라도 호퍼에 저장된 왕겨로 화염이 역류하는 것을 차단할 수 있도록 구성한다.

상기 이송스크루에 대체하여 강제 송풍에 의해 이송되는 송풍 이송관으로 구성할 수 있고, 송풍 이송관으로 구성하는 경우에 왕겨탄화실로 배출되는 왕겨는 송풍압에 의해 휘날리면서 투입되어 상부 왕겨 면이 평탄하게 골라지는 효과도 얻을 수 있다.

훈탄배출장치(60)는 왕겨탄화실 하부에 설치되어 왕겨의 탄화에 의해 형성된 훈탄을 배출하기 위한 장치이며, 훈탄배출구(13)에 접하도록 수평이송스크루(61)와 수직이송스크루(62)를 설치하여 생성된 훈탄을 훈탄저장용 호퍼(63)로 이송하며, 각 수평이송스크루 및 수직이송스크루는 각기 구동모터(64)(65)에 의해 구동되도록 구성된다.

상기 구조에서 배연통(30)을 통하여 배출되는 수증기와 탄화과정에서 발생한 가스물질은 왕겨탄화실 외부에서 수렴하여 목초액 수집공정과 가연성가스 분리공정 및 배기가스 정화공정 등을 거쳐 배출되는 구조로 실시될 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 탄화장치에서 각각의 배연통(30)에 연결되는 집진관(33)을 설치하여 목초액수집장치(70)에 연결하고, 목초액수집장치(70)에서 배출되는 가스는 배기가스정화장치(80)를 거쳐 방출되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 배기가스 정화장치(80)에 의한 정화 처리 전단계에 가연성 가스 분리장치(90)를 설치하여 가연성 연소가스 및 배기가스를 분리하여 가연성 가스는 별도로 저장하여 이용할 수 있게 하고, 배기가스만 배기가스 정화장치(90)를 통하여 정화 후 방출하는 구조로 구성할 수 있다.

상기 구조에 의해 배연통으로부터 배출되는 탄화 생성가스로부터 고 순도의 목초액을 분리할 수 있고, 불완전 연소 과정에서 발생하는 대기오염물질을 정화 후 배출할 수 있으며, 필요에 따라 가연성 가스물질을 추출 활용할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 왕겨 탄화장치의 동작은 다음과 같이 설명될 수 있다.

왕겨공급장치(50)를 이용하여 왕겨를 왕겨탄화실(10)의 대략 2/3 높이까지 채운다.

다음으로, 초기 점화장치(20)를 구성하는 화실개방구(23)를 열어 공기 공급이 이루어지는 상태에서 버너(또는 화목)를 사용하여 화실(21)에 접해 있는 왕겨를 점화한다.

화실개방구(23)가 열어진 상태에서 화실(21) 내에는 연소에 필요한 공기가 공급되고, 점화장치에 의한 열이 왕겨에 작용하여 왕겨는 통상적인 흡열단계와 발열단계를 거쳐 대략 320℃ 이상의 온도에서 점화되어 연소가 이루어진다.

이때 초기 점화 과정에서 발생한 수증기, 탄화 가스물질은 균일하게 배열된 배연통(30)의 통공을 통하여 수집되어 굴뚝 효과에 의해 왕겨탄화실 외부로 배출되고, 배출 압력에 의해 별도의 연소공기를 공급하지 않더라도 초기 점화에 필요한 충분한 공기가 개방된 화실개방구(23)를 통하여 왕겨 탄화실 내부의 연소층(F)으로 공급된다.

왕겨의 점화에 의하여 상승된 온도는 주변 왕겨를 가열하고, 열을 흡수한 왕겨는 내부의 수증기를 1차로 증발하여 배연통을 통하여 배출되게 하고, 이후 흡열 및 발열, 급기에 의한 연소에 의해 왕겨의 탄화가 이루어지고, 탄화과정에서 발생한 가스물질이 2차로 배연통을 통하여 배출되면서 연소가 확산되어 왕겨 탄화실 내의 온도를 증가시킨다.

왕겨탄화실 내의 상승된 온도는 왕겨의 연소를 촉진시키고, 연소층이 확산되어 이후 왕겨 자체의 발열반응과 연소에 필요한 열량이 확보된다.

왕겨 자체의 연소가 진행되면 버너를 제거하거나 화목 공급을 중지하고 화실개방구를 닫는다. 전열선으로 초기 점화장치를 구성한 경우에는 전열선의 작동을 정지시키고, 급기구를 닫아 하부로부터 공기 공급을 차단한다.

화실개방구(23) 또는 급기구를 닫으면 왕겨 탄화실(10)의 하부는 밀폐상태가 유지되어 하부로부터의 공기는 차단되며, 더 이상의 왕성한 연소는 이루어지지 않고, 왕겨 사이 사이에 존재하는 공기와 왕겨 탄화실 상부로부터 공급되는 공기에 의해 불완전 연소가 이루어진다.

즉, 통공(31)을 통하여 배연통(30)으로 수증기 및 탄화 가스물질이 배출되면 굴뚝효과에 의해 왕겨 탄화실 내의 연소가 이루어지는 층(연소층)에는 마이너스 압력이 형성되며, 마이너스 압력은 대기와 접해 있는 개방된 왕겨 탄화실 상부의 왕겨 표면층을 통하여 공기를 흡수하여 연소에 이용한다.

상기 왕겨 표면층을 통하여 흡수하는 공기는 연소에 의해 형성되는 가스물질의 배출에 의해 형성된 마이너스 압력에 의해 흡수됨으로 다음과 같은 연소특성을 갖는다.

첫째, 왕겨의 연소에 필요한 공기보다 항상 부족하게 공급된다.

따라서, 왕겨의 열 분해 과정인 흡열에 의한 무게감소 과정과, 발열에 의한 탄소 분해과정과 최종 회분 생성과정을 거치지 않고, 연소 초기 단계에서 분해가 정지되며, 연소에 의해 형성된 열은 이웃 왕겨의 연쇄적인 연소로 이루어지며, 왕겨의 연소에 의해 제공된 공기가 소멸 됨과 동시에 연소가 정지되어 왕겨의 불완전 연소 물질인 훈탄이 고 수율로 생성된다.

또한, 탄화 가스물질의 배출과 외부 공기의 흡입이 어느 정도 균형을 이루어 왕겨 탄화실 내에는 항상 일정한 온도가 유지되며, 과열 상태가 발생하지 않는다.

둘째, 왕겨의 연소층(F)은 항상 상향으로 이동하는 특성이 있다.

왕겨탄화실 내에서 왕겨의 연소는 320℃ 이상의 온도가 일정시간 유지되고, 연소에 필요한 공기가 공급되는 조건을 만족할 때 연소층이 형성된다.

최초 왕겨탄화실 하부에서 공급되는 공기에 의해 점화되어 연소가 이루어지는 상태에서 하부로부터의 공기 공급을 차단된 상태이므로 초기엔 최초 점화 부위에 연소층이 형성된다.

상기 연소층을 유지하는 공기는 굴뚝효과에 의해 상층부로부터 유입되고 하층부는 밀폐상태로 공기공급이 차단됨으로 연소층의 하부(F2)는 공기공급이 이루어지지 않고 상부만 공기 공급이 이루어져 결국 연소층은 점차 상승한다.

하층에 속해 있는 탄화된 왕겨훈탄은 발열분해에 의해 연소 방해물질인 규산 등이 분해됨으로써 쉽게 연소될 수 있으나 공기 공급이 이루어지지 않음으로 초기 연소되어 탄화과정을 거친 후 소화(消火)되며, 연소에 의해 발생한 열은 상층 왕겨의 연소에 이용되고 자신은 열을 빼앗겨 별도의 소화과정 없이도 시간이 경과 됨에 따라 식어 훈탄배출장치에 의해 연속적인 배출이 가능해지게 된다.

셋째, 왕겨투입량을 연소 속도에 맞춤으로써 왕겨탄화실 내의 연소층을 일정 높이로 유지할 수 있다.

왕겨의 연소가 상향으로 진행함으로써 연소층의 하부는 소화되고 상층은 연소가 진행하여 왕겨의 추가적인 공급이 없으면 점차 연소층이 상승하며, 최종단계 에서 연소가 종료되어 왕겨 탄화실 내에는 왕겨 훈탄만 남게 되므로 배치식 왕겨 탄화장치를 용이하게 구성할 수 있다.

또한, 연소층이 유지되고 있는 상태에서 왕겨를 연속적으로 투입하고, 하부에서 생성된 훈탄을 연속적으로 배출시키면 왕겨 연소층은 왕겨 탄화실 내부에 유지되며, 왕겨 투입과 훈탄 배출을 일정하게 조절하면 왕겨 탄화실 내부에서 연소층을 일정하게 유지시킬 수 있어 연속식 왕겨탄화장치를 용이하게 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 왕겨 탄화장치의 기본 구성도

도 2는 본 발명에 의한 왕겨 탄화장치의 실시 예도

도 3은 본 발명에 의한 왕겨 탄화장치에서 배연통의 배치를 보인 왕겨탄화실의 평면 구성도

*. 주요부호의 설명

10: 왕겨탄화실 11: 왕겨투입구 12: 덮개

13: 훈탄배출구 14: 셔터

20: 점화장치 21: 화실 22: 화격자

23: 화실개방구 24: 버너

30: 배연통 31: 통공 32: 프레임

33: 집진관

40: 브러시 41: 축 42: 브러시모

43: 베어링 44: 체인스프로킷 45: 모터

50: 왕겨공급장치 51: 스크루 52: 외부호퍼

60: 훈탄배출장치 61: 수평이송스크루

62: 수직이송스크루 63: 호퍼

64,65:모터

70: 목초액수집장치

80: 배기가스정화장치

90: 가연성가스분리장치

Claims (4)

1. 상부는 왕겨투입구(11)가 형성되고, 하부는 훈탄배출구(13)가 형성되고 밀폐된 수직통의 형상으로 이루어진 왕겨탄화실(10)과;

   상기 왕겨탄화실 하부에 설치되어 왕겨탄화실 내부의 왕겨를 초기 연소시키는 점화장치(20)와;

   왕겨탄화실의 상부로부터 왕겨탄화실 하부까지 연장되도록 하고, 상기 왕겨탄화실(10) 내부에 일정한 간격으로 균일하게 분포 형성된 것으로 이루어진 배연통(30);이 있고,

   상기 배연통은 왕겨와 접촉하여 연소가 이루어지는 부위에서 내외부를 관통하는 통공(31)이 일정하게 형성되어 투입된 왕겨가 점화장치에 의해 초기 점화되어 연소된 후 왕겨탄화실 하부가 밀폐된 상태에서 왕겨탄화실 내부에서 연소에 의해 탄화가 이루어지는 것과,

   왕겨탄화실(10)의 왕겨투입구(11)에 설치되어 왕겨를 연속적으로 투입할 수 있도록 한 왕겨공급장치(50)와, 상기 왕겨탄화실(10) 하부의 훈탄배출구(13)에 설치되어 훈탄을 연속적으로 배출하는 훈탄배출장치(60)가 설치된 것과,

   배연통(30)에 축 지지되고 전동 모터(45)에 의해 회전하는 브러시(40)가 설치되어 응축성 연소물질에 의한 배연통의 협착을 방지하기 위하여 주기적으로 배연통 내부를 청소하는 것과,

   왕겨 공급장치(50)를 연속식으로 구성하는 경우 왕겨탄화실(10)의 상부로 연장설치되는 스프링 구조의 이송스크루(51)를 설치하여 외부 호퍼(52)에 저장된 왕겨를 연속적으로 투입하고,

   상기 이송스크루(51)는 상향 이송이 이루어지도록 구성과,

   상기 이송스크루에 대체하여 강제 송풍에 의해 이송되는 송풍 이송관으로 구성할 수 있고, 송풍 이송관으로 구성하는 경우에 왕겨탄화실로 배출되는 왕겨는 송풍압에 의해 휘날리면서 투입되어 상부 왕겨 면이 평탄하게 골라지는 것을 특징으로 하는 왕겨 탄화장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1항에 있어서,

   배연통(30)에 연설되는 목초액수집장치(70)가 설치되고, 목초액수집장치에서 배출된 가스를 정화하는 배기가스정화장치(80)가 설치되고, 배기가스정화장치에 의한 정화처리 전단계에서 연소가스와 배기가스를 분리하여 가연성가스를 별도로 저장하고 배기가스만 정화 후 방출하는 가연성가스분리장치(90)로 구성된 것을 특징으로 하는 왕겨 탄화장치.

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