KR101206016B1 - 폐기물 소각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 소각 시스템에 관한 것으로서, 브라운 가스를 연료로 하여 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치와; 상기 폐기물 소각장치로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 해수를 청수로 담수화하는 담수화장치와; 상기 폐기물 소각장치로부터의 배기가스를 상기 담수화장치로 안내하도록, 상기 폐기물 소각장치와 상기 담수화장치 사이에 마련되는 제1 배기가스 안내관; 및 상기 담수화장치로부터 생성된 청수를 전기분해하여, 상기 폐기물 소각장치의 연료로서 공급될 브라운 가스를 발생시키는 브라운 가스 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 폐기물 소각장치로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여, 소각장치의 연료로 사용될 브라운 가스를 생산할 수 있다.

Description

폐기물 소각 시스템{Waste incinerating system}

본 발명은 폐기물 소각 시스템에 관한 것으로서, 특히 브라운 가스를 이용한 선박용 소각장치로부터 배출되는 배기가스를 회수하여 재활용하는 폐기물 소각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박 등의 해상 구조물에서는 선박 등에서 발생하는 화물관련 폐기물 및 생활쓰레기와 같은 고체 폐기물과, 선박으로부터의 폐유(廢油)를 소각하기 위한 소각장치가 마련되어 있다.

이러한 종래의 선박용 폐기물 소각 시스템의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 선박용 폐기물 소각 시스템(10)은 폐유 및 고체 폐기물을 소각하기 위한 소각장치(1)를 구비하고 있는데, 소각장치(1)에서는 폐유 저장조(2)에 저장된 폐유와, 기타 고체 폐기물을 소각시킨다. 이때, 소각장치(1)의 연료로서 선박용 경유인 MGO(Marine Gas Oil; 4)가 사용된다.

그러나, 종래의 선박용 폐기물 소각 시스템(10)은 소각장치(1)에서의 폐기물 소각으로 인해 발생된 고온, 고압의 배기가스를 대기로 그대로 방출하고 있어, 환경 오염을 초래하고, 에너지 효율면에서 바람직하지 않다.

또한, 폐유의 소각시, 폐유가 폐유 저장조(2)로부터 소각장치(1)로 원활히 공급되게 할 필요가 있는데, 이때에는 폐유의 점도를 낮추는 것이 중요하다. 이를 위해, 종래의 폐기물 소각 시스템(10)에서는 폐유의 점도를 낮추기 위하여, 별도의 외부 에너지원으로부터 공급되는 증기를 파이프(3)를 통해 열전달시켜, 폐유를 가열시키고 있는 실정이다.

한편, 이러한 종래의 선박용 폐기물 소각 시스템(10)에서 소각장치(1)의 연료로서 브라운 가스를 이용하려고 하는 경우, 브라운 가스 제조의 원료가 되는 청수(淸水)를 얻는게 용이하지 않고, 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 제조하는 데 필요한 전력의 소모가 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 브라운 가스를 연료로 하여 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치에 있어서, 폐기물 소각장치로부터 발생하는 배기가스의 에너지를 회수하여 재활용할 수 있는 폐기물 소각 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐기물 소각 시스템은, 브라운 가스를 연료로 하여 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치와; 해수를 가열하여 청수(淸水)로 담수화하는 담수화장치; 상기 폐기물 소각장치에서 배출되는 배기가스의 열로 상기 해수를 가열하도록, 상기 폐기물 소각장치로부터의 배기가스를 상기 담수화장치로 안내하기 위해 상기 폐기물 소각장치와 상기 담수화장치에 접속되어 있는 제1 배기가스 안내관; 및 상기 담수화장치로부터 생성된 청수를 전기분해하여, 상기 폐기물 소각장치의 연료로서 공급될 브라운 가스를 발생시키는 브라운 가스 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폐기물 소각 시스템은, 상기 담수화장치로부터 배출되는 배기가스의 압력으로 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 터빈 발전기와; 상기 담수화장치로부터의 배기가스를 상기 터빈 발전기로 안내하도록, 상기 담수화장치와 상기 터빈 발전기 사이에 접속되어 있는 제2 배기가스 안내관을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치에서 발생하는 배기가스를 이용하여 해수를 담수화시킴으로써, 소각장치의 연료로 사용되는 브라운 가스를 생산할 수 있다. 또한, 담수화장치로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 전력을 생산하는 터빈 발전기가 마련되는 경우에는, 터빈 발전기로부터 발생된 전력으로 청수를 전기분해시켜 브라운 가스를 제조하는 데 이용할 수 있다.

도 1은 종래의 선박용 폐기물 소각 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 실시예는 제한적으로 의도된 것이 아니며, 각 실시예들을 설명함에 있어 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템의 개락도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템(100)은, 폐기물 소각장치(110)와, 담수화장치(120a)와, 제1 배기가스 안내관(130)과, 브라운 가스 발생장치(124)를 포함하여 구성된다.

폐기물 소각장치(110)에서는 선박의 폐유 저장조(160)에 저장된 폐유와, 기타 고체 폐기물이 소각되는데, 폐기물 소각장치(110)의 연료로서 브라운 가스가 사용된다. 브라운 가스란 잘 알려진 바와 같이, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소와 산소가 2 대 1의 혼합비율로 정량적으로 공존하는 가스로서, 완전연소에 필요한 알맞은 산소를 자체 함유하고 있어, 차세대 연료로서 각광받고 있다. 또한, 브라운 가스는 완전연소 후에 수증기만 발생하므로 근본적으로 환경오염이 없는 청정한 에너지원이다.

폐기물 소각장치(110)에서 폐유를 소각하는 경우에는 브라운 가스를 이용하여, 폐기물 소각장치(110)를 예열하고 폐유를 분무장치(112)를 통하여 분무시킴으로써 소각한다. 한편, 고체 폐기물을 소각하는 경우에는, 폐기물 소각장치(110)에 브라운 가스 연료를 지속적으로 공급하여 이를 연소시킴으로써, 고체 폐기물을 소각한다.

폐기물이 폐기물 소각장치(110)에서 소각되면 고온, 고압의 배기가스가 발생한다. 본 폐기물 소각 시스템(100)에는, 이러한 고온, 고압의 배기가스를 담수화장치(120a)로 안내하기 위한 제1 배기가스 안내관(130)이 폐기물 소각장치(110)와 담수화장치(120a) 사이에 마련되어 있다.

담수화장치(120a)는 잘 알려진 바와 같이 일반적인 증발식 담수화장치로서, 제1 배기가스 안내관(130)을 통하여 담수화장치(120a)로 유입된 고온의 배기가스가 담수화장치(120a)로 유입된 해수를 가열하여 증발시킴으로써, 청수(淸水)로 담수화시키는 구조를 취하고 있다.

생성된 청수는 청수 저장조(122)에서 일시적으로 저장된 후, 브라운 가스 발생장치(124)로 공급된다. 잘 알려진 바와 같이, 브라운 가스 발생장치(124)는 청수를 전기분해하여, 수소와 산소가 정량적으로 공존하는 브라운 가스를 생산한다. 브라운 가스 발생장치(124)에서 생산된 브라운 가스는 폐기물 소각장치(110)에서 폐기물을 소각하기 위한 연료로 사용된다.

한편, 본 실시예에서의 폐기물 소각 시스템(100)은, 터빈 발전기(140)와, 이 터빈 발전기(140)와 담수화장치(120a) 사이에 마련되는 제2 배기가스 안내관(132)을 포함한다. 제2 배기가스 안내관(132)은 폐기물 소각장치(110)로부터 담수화장치(120a)를 거친 고압의 배기가스를 터빈 발전기(140)로 안내하는 역할을 한다. 터빈 발전기(140)는 유입된 고압의 배기가스를 팽창시켜 터빈을 회전시킴으로써, 전력을 생산한다.

터빈 발전기(140)에서 생산된 전력의 일부는 브라운 가스 발생장치(124)에 공급되어, 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 데 사용된다.

한편, 본 실시예에서의 폐기물 소각 시스템(100)은, 폐유를 저장하는 메인 폐유 저장조(160)와, 서브 폐유 저장조(162)를 포함하는데, 이 메인 폐유 저장조(160)와 서브 폐유 저장조(162)에는 연료나 윤활유와 같은 폐유가 저장된다.

메인 폐유 저장조(160)에는 열교환부(164a)가 마련되어 있다. 도시된 바와 같이, 열교환부(164a)는 내부에 터빈 발전기(140)에서 사용되고 배출된 배기가스가 흐르는 파이프 형태로, 메인 폐유 저장조(160) 내에 담겨 있다. 폐유와의 열전달 효율을 증대시키기 위하여, 열교환부(164)는 파이프를 수차례 굴곡시킨 형태를 갖고 있다. 또한, 파이프 내에서 흐르는 고온의 배기가스로부터 폐유로의 열전달 효율을 증대시키도록, 파이프에는 열전달 휜(163)이 마련되어 있다.

메인 폐유 저장조(160)에서의 폐유는, 열교환부(164a)에 의한 가열 덕분에, 점도가 낮아져 유동성이 향상된다. 가열된 폐유는 서브 폐유 저장조(162)에서 잠시 저장된 후, 폐기물 소각장치(110)에 유입되어 소각된다.

한편, 폐기물 소각장치(110)가 최초로 소각을 시작하기 전에는, 전술한 열교환부(164a)가 메인 폐유 저장조(160)에 고온의 열을 전달할 수 없는 문제점이 있다. 이로 인해, 폐기물 소각장치(110)의 최초 소각시에는, 서브 폐유 저장조(162)에 저장된 폐유를 폐기물 소각장치(110)로 공급하도록, 서브 폐유 저장조(162)에 저장된 폐유의 점도를 감소시킬 수 있는 별도의 가열장치가 필요하다. 이를 위해, 본 실시예에서는, 외부 전력 공급원(170)에 의해 전기적으로 가열시키는 전기히터(166)가 마련되어 있다. 이 전기히터(166) 덕분에, 폐기물 소각장치(110)의 최초 소각시에도 폐유의 점도를 낮춤으로써, 폐유를 폐기물 소각장치(110)로 원활하게 공급할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 폐열회수 시스템(100)에서는, 폐유 저장조를 메인 폐유 저장조(160)와 서브 폐유 저장조(162)로 구분하여, 폐유를 최초로 소각할 때에만 외부 전력 공급원(170)의 전력을 이용하여 전기히터(166)를 가열시키고, 폐기물 소각장치(110)가 소각을 시작한 이후에는, 외부 전력 공급원(170)의 전력을 사용하지 않으면서, 배기가스의 폐열을 이용하여 열교환부(164a)를 통해 폐유를 가열시키기 때문에, 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

상기 실시예에 있어서, 열교환부(164a)가 열전달 휜(163)을 구비한 파이프 형태인 것으로 설명되었으나 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환부(164b)는 잘 알려진 바와 같이, 진공상태의 파이프 내부에서 유동하는 작동 유체의 열전달에 의해 폐유에 열을 공급하는, 소위 히트 파이프(heat pipe)에 의해 구성될 수도 있다.

열교환부(164b)인 히트 파이프의 일단부는 터빈 발전기(140)로부터 배출되는 배기가스로부터 열을 공급받고, 히트 파이프의 타단부는 메인 폐유 저장조(160)에 담겨져, 메인 폐유 저장조(160)에 저장된 폐유에 열을 전달시킨다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 폐유 저장조(160)에는, 전술한 열교환부(164a, 164b) 대신에, 터빈 발전기(140)에서 생산된 전력을 이용하여 폐유를 가열시키는 코일형태의 전기히터(165)를 사용할 수도 있음은 물론이다. 또한, 전술한 열교환부(164a, 164b)와, 전기히터(165)를 함께 사용하여 메인 폐유 저장조(160)에 저장된 폐유를 가열할 수도 있다.

이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템(103)에 대하여 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 실시예는 전술한 제1 실시예에서 터빈 발전기(140)가 구비되어 있지 않다는 점을 제외하고는, 제1 실시예와 구성이 동일하다.

본 실시예에서는, 담수화장치(120a)에서 열을 공급하고 배출된 폐기물의 배기가스가 곧바로, 열교환부(164a)의 배기가스 파이프 내로 유입되어, 메인 폐유 저장조(160)에 저장된 폐유를 가열시키는 구조이다.

이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐기물 소각 시스템(104)에 대하여 설명하기로 한다. 메인 폐유 저장조(160), 서브 폐유 저장조(162) 및 열교환부(164a)의 구성은 도 2에 도시된 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서의 담수화장치는(120b), 전술한 실시예들에서의 담수화장치(120a)와는 다른 방식으로 해수를 청수로 담수화시킨다. 본 실시예에서의 담수화장치(120b)는 해수를 가열하여 증발시키는 증발식 담수화장치가 아니라, 잘 알려진 바와 같이, 고압펌프를 이용해 삼투압력 이상으로 가압하여 역으로 삼투압 모듈에 투과시킴으로써, 해수를 청수로 담수화하는 역삼투압식 담수화장치이다.

폐기물 소각장치(110)로부터 배출되는 고압의 배기가스는 터빈 발전기(140)로 유입된다. 터빈 발전기(140)는 유입된 고압의 배기가스를 팽창시켜 터빈을 회전시킴으로써, 전력을 생산한다. 터빈 발전기(140)에서 생산된 전력의 일부는 담수화장치(120b)의 고압펌프를 구동시키는 데 이용되고, 일부는 브라운 가스 발생장치(124)에 공급되어, 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 데 사용된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 폐기물 소각 시스템(100)은, 폐기물 소각장치(110)에서 발생하는 폐기물의 배기가스를 이용하여, 해수를 청수로 담수화시키고, 이 담수화된 청수를 이용하여 브라운 가스의 발생장치(124)에서 브라운 가스를 생산하며, 생산된 브라운 가스를 폐기물 소각장치(110)의 연료로 재사용한다는 점에서 폐기물 소각장치(110)의 작동에 필요한 외부 에너지의 공급을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 폐기물 소각장치(110)에서 발생하는 배기가스의 고압을 이용하여 터빈 발전기(140)에서 전력을 생산하고, 생산된 전력을 브라운 가스 발생장치(124) 등의 전력을 필요로 하는 장치에 공급할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.

* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*
100, 101, 102, 103, 104: 폐기물 소각 시스템 110: 폐기물 소각장치
120a, 120b: 담수화장치 124: 브라운 가스 발생장치
130: 제1 배기가스 안내관 132: 제2 배기가스 안내관
140: 터빈 발전기 160: 메인 폐유 저장조
164a, 164b: 열교환부 165: 전기히터

Claims (7)

1. 브라운 가스를 연료로 하여 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치;
   해수를 가열하여 청수(淸水)로 담수화하는 담수화장치;
   상기 폐기물 소각장치에서 배출되는 배기가스의 열로 상기 해수를 가열하도록, 상기 폐기물 소각장치로부터의 배기가스를 상기 담수화장치로 안내하기 위해 상기 폐기물 소각장치와 상기 담수화장치에 접속되어 있는 제1 배기가스 안내관;
   상기 담수화장치로부터 생성된 청수를 전기분해하여, 상기 폐기물 소각장치의 연료로서 공급될 브라운 가스를 발생시키는 브라운 가스 발생장치;
   상기 폐기물 소각장치로 공급될 폐기물을 저장하는 메인 저장조;
   상기 메인 저장조와 상기 폐기물 소각장치 사이에 배치되어 상기 메인 저장조로부터 상기 폐기물 소각장치로 공급될 폐기물을 저장하는 서브 저장조;
   상기 메인 저장조에 마련되어 상기 폐기물 소각장치에서 배출되는 배기가스와 상기 폐기물 사이의 열교환을 수행하는 열교환부; 및
   상기 서브 저장조에 설치되어 외부 전력 공급원에 의해 상기 폐기물을 가열시키는 전기히터:를 포함하며,
   상기 폐기물 소각장치에서 폐기물의 소각을 시작할 때에는 상기 전기히터가 가동되고, 상기 폐기물 소각장치에서 폐기물의 소각을 시작한 이후에는 상기 열교환부가 가동되는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 담수화장치로부터 배출되는 배기가스의 압력으로 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 터빈 발전기와;
   상기 담수화장치로부터의 배기가스를 상기 터빈 발전기로 안내하도록, 상기 담수화장치와 상기 터빈 발전기 사이에 접속되어 있는 제2 배기가스 안내관을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 터빈 발전기에서 생산된 전력은, 상기 브라운 가스 발생장치에서 청수를 전기분해시키기 위한 전력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 폐기물은 폐유이고,
   상기 열교환부는 상기 터빈 발전기로부터 배출되는 배기가스와 상기 폐유 사이의 열교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 폐기물은 폐유이고,
   상기 열교환부는 상기 담수화장치로부터 배출되는 배기가스와 상기 폐유 사이의 열교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.
7. 브라운 가스를 연료로 하여 폐기물을 소각하는 폐기물 소각장치;
   상기 폐기물 소각장치로부터 배출되는 배기가스의 압력으로 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 터빈 발전기;
   펌프를 통해 역삼투압식으로 해수를 청수로 담수화하는 담수화장치로서, 상기 터빈 발전기에서 생산된 전력으로 상기 펌프가 구동되는 담수화장치;
   상기 담수화장치로부터 생성된 청수를 전기분해하여, 상기 폐기물 소각장치의 연료로서 공급될 브라운 가스를 발생시키는 브라운 가스 발생장치;
   상기 폐기물 소각장치로 공급될 폐기물을 저장하는 메인 저장조;
   상기 메인 저장조와 상기 폐기물 소각장치 사이에 배치되어 상기 메인 저장조로부터 상기 폐기물 소각장치로 공급될 폐기물을 저장하는 서브 저장조;
   상기 메인 저장조에 마련되어 상기 터빈 발전기를 통과한 배기가스와 상기 폐기물 사이의 열교환을 수행하는 열교환부; 및
   상기 서브 저장조에 설치되어 외부 전력 공급원에 의해 상기 폐기물을 가열시키는 전기히터:를 포함하며,
   상기 폐기물 소각장치에서 폐기물의 소각을 시작할 때에는 상기 전기히터가 가동되고, 상기 폐기물 소각장치에서 폐기물의 소각을 시작한 이후에는 상기 열교환부가 가동되는 것을 특징으로 하는 폐기물 소각 시스템.

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