KR101331215B1 - 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업폐기물, 생활 폐기물을 소각처리하기 위한 소각로에 있어서, 다이옥신, 아황산가스, 질소산화물, 염화 수소가스와 같은 유독가스, 특히 다이옥신과 같은 맹독성 물질의 배출을 최대한 억제하기 위하여 회오리 바람 형태의 사이클론 공기 흐름을 형성하여 연소에 이용 가능토록 한 초고온 소각로에 관한 것이다.
본 발명인 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로는, 로 본체 내부로 공급되는 폐기물 연료가 점화수단에 의해 점화되고, 계속 공급되는 연소공기에 의해 연소되어 외부로 배출되도록 된 소각로에 있어서, 상기 로 본체의 벽은 연소공기가 외부 유입구로부터 유입되어 로 내부로 공급되도록 내통, 외통의 2중으로 형성하되, 상기 내통, 외통의 2중 통로는 투입되는 공기가 나선형으로 회전하도록 나선형 칸막이가 형성되어 있으며, 상기 내통의 최상부 내벽에는 연소공기가 로 내부 중앙부를 향하여 수평으로 분사되면서 회전운동을 하도록 2개 이상의 연소공기 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 소각로 내부에서 2000℃ 이상의 온도 상승이 가능하기 때문에 완전연소가 가능하고, 온도가 초 고온임에도 로 주변부의 온도는 400~500℃ 정도로 낮기 때문에 내화물 사용이 불필요하고 철판이나, 스테인리스 강(SUS) 등의 일반재질로 로 본체를 구성하는 것이 가능하다. 또한 배출가스를 고온에서 포집하는 것이 가능하여 보일러 가열이나 발전 등 열 교환 작업 시 그 효율이 우수한 효과가 있고, 보조연료가 불필요하며, 로 구조가 간단하고 부피가 적어 제조단가가 저렴하고, 보조연료 사용이 불필요하므로 소각비용이 저렴하고, 소각로의 크기를 대형이나 소형에 관계없이 제조하는 것이 가능하여 열효율이 우수한 연소장비를 산업계 전반에 널리 보급할 수 있는 효과가 있다.

Description

사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로{An ultra-high temperature incinerator using cyclone-pattern air flow}

본 발명은 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업폐기물, 생활 폐기물을 소각처리하기 위한 소각로에 있어서, 다이옥신, 아황산가스, 질소산화물, 염화 수소가스와 같은 유독가스, 특히 다이옥신과 같은 맹독성 물질의 배출을 최대한 억제하기 위하여 회오리 바람 형태의 사이클론 공기 흐름을 형성하여 연소에 이용 가능토록 한 초고온 소각로에 관한 것이다.

일반적으로 소각로는 폐기물의 연소를 위한 설비이며, 연소란 연료 중의 가연성분인 탄소와 수소가 공기 중의 산소와 결합하는 화학반응을 통하여 다량의 열에너지를 방출하게 된다.

이러한 연소 원리를 이용하여 연소실 내부에서 다양한 종류의 연료를 발화, 연소시켜 열에너지를 발생시키는 연소장치가 오늘날 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 이와 같이 산업계 전반에서 연소장치에 대한 수요가 증가함에 따라 연소 효율이 높고 환경오염이 적은 고성능의 연소장치에 대한 요구가 높아지고 있다.

종래에 가장 많이 보급되어 있는 것은 스토카(stocker)식 연소장치이다. 스토카식 연소방식은 연소실 내로 공급된 연료의 하부에서 연소공기를 불어 넣어 고온 연소시키는 방식인데, 이 방식에 따르면 연료가 미 연소된 상태에서 연소장치의 상부로 부상하여 빠져나가 버리기 때문에 연소 효율이 높지 못하다는 심각한 문제점이 있다. 또한, 연료가 완전 연소되지 못하는 관계로 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 대량으로 발생하는데, 연소실 내부의 모든 공기 흐름이 하부에서 상부로 향하기 때문에 상기 환경오염 물질이 열원으로 사용되는 연소가스와 함께 연소장치의 상부로 빠져 나가게 되므로 이들을 회수하기 위한 별도의 집진설비를 필요로 하는 문제점이 있다.

근래에는 이러한 스토카식 연소장치보다 진일보한 연소장치로서 소각로의 공기흐름의 원심력을 이용하는 원심분리 소각장치가 개발되고 있다.

도 1은 한국 특허등록 제10-559745호 (소각로의 공기흐름을 이용한 원심분리 소각장치)에 나타난 종래기술의 원심분리 소각장치의 하나이다.

도 1을 참조하면, 소각로 연소실(12)의 벽체 외부에 외통(13)을 설치하여 공기공급관(10)을 형성하고, 외통(13) 상면에 후랜지(16)와 공기 조절판(14)을 설치한 구성으로서, 송풍기(11)에 의하여 공기를 공기 공급관(10)을 통하여 공급하면 공기가 연소실(12)의 벽체와 외통(13) 사이의 공간을 회전하면서 상승하다가 후랜지(16) 저면에 막혀서 더 이상 상승하지 못하고 연소실(12)로 하향 주입되며, 연소실로 하향 주입되는 공기는 연속적으로 회전하면서 원심력이 발생되어 중앙부로 분산되지 않고 연소실(12)의 내벽면에 밀착된 상태로 회전하면서 하강하여 연료(17)와 혼합되면서 연소화염을 발생한다.

이때, 연료는 고속으로 회전되는 냉각공기에 의해서 원심 분리되어 저비중의 연료는 중앙부로 이동하면서 연소작용이 이루어진 후 배기통(15)을 통하여 배기되고, 고비중의 연료는 원심 분리되어 연소실(12)의 내벽면에 밀착된 상태로 회전하면서 하강되는 공기와 함께 이동되는 순환 과정을 통하여 완전 연소된 후 배기통(15)을 통하여 배기되도록 설계되어 있다.

그러나 이 소각로는 공기를 회전하면서 상승시키고, 상승된 공기가 후랜지(16)에 의해 하강하면서 연속적으로 회전하면서 원심력을 발생시키는 과정이 단순히 송풍기(11)의 송풍을 접선방향으로 공급하는 것에 의존하기 때문에 상승하면서 회전운동이 저하되고, 상승된 공기가 후랜지(16)에 의해 차단되어 방향을 180도 바꿔 하강하기 때문에 회전운동이 더욱 저하되는 문제가 있다.

또한 상기 소각로는 공기가 로 상부에서 내벽면을 따라 회전하면서 하강하도록 되어 있으나, 로 하부에서 연료와 반응하여 연소되는 화염은 중앙부뿐만 아니라 주변부로도 동반하여 상승하기 때문에 내벽면을 따라 하강하는 공기와 충돌이 일어나 난기류가 일어나게 되고, 난기류에 의해 제대로 연소가 되지 못할 뿐 아니라 용융된 연료가 주변부로 이동되어 배출구 모서리와 내 벽면에 부착 응고하여 연소효율이 떨어지는 문제가 있고, 완전연소가 불가능하고, 화염이 중앙부뿐만 아니라 주변부까지 번지기 때문에 하강하는 연소공기가 에어 커튼의 역할을 제대로 해내지 못하여 소각로 내 벽면이 가열되어 소각로의 수명이 저하되는 문제가 있다.

도 2는 한국 특허등록 제10-907269 (원심분리형 연속연소장치 및 그 연소방법)에 나타난 종래기술의 다른 원심분리 소각장치의 단면 개념도이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 이 연속 연소장치는 도 1의 종래기술이 갖고 있는 문제 즉, 연소공기가 원심력을 유지하면서 하부로 내려가는데 한계가 있음을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 내 벽면을 통해 하강하는 연소공기 투입구를 가운데와 상부 쪽 두 군데에 내부 장착구(26)와 제3플랜지(34)를 형성하여 송풍기(90)를 통하여 유입되는 공기를 강제로 하강시킴으로써 로 내에서 발생되는 화염 가스와 충돌 시 난기류가 발생되는 것을 최소화하도록 한 것이다.

그러나 이 역시 화염이 중앙부에 밀집되지 않고 주변부로 번지게 되는 것을 막지 못하여 상승하는 화염 가스와 충돌이 일어날 수 밖에 없어서 도 1의 종래기술에 비하여 조금은 효과가 있을 것으로 보이나 동일한 문제가 발생되고 있다.

종래기술의 이러한 문제가 발생되는 근본 원인은 화염 가스가 배출구 쪽으로 상승하면서 배기되는 과정에서 화염 가스를 중앙부로 모아서 배기시키지 못하는 데서 비롯되는 것으로 화염 가스가 배출구로 상승은 하되 주변부로 넓게 퍼지게 되기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 로의 상부 배출구에 연소공기를 나선형으로 분사시켜 중앙부에 사이클론에 의한 구심력을 발생시켜 화염기둥을 만들어 배출함으로써, 로 내부에서 발생되는 화염 가스를 중앙부로 집결시켜 배출토록 하고, 로내 주변부로는 연소공기가 자연스럽게 하강하여 로 내벽을 냉각시키면서 연소를 원활하게 하고, 화염기둥 내부를 초고온상태로 하여 완전연소를 달성할 수 있는 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로는, 로 본체 내부로 공급되는 폐기물 연료가 점화수단에 의해 점화되고, 계속 공급되는 연소공기에 의해 연소되어 외부로 배출되도록 된 소각로에 있어서, 상기 로 본체의 벽은 연소공기가 외부 유입구로부터 유입되어 로 내부로 공급되도록 내통, 외통의 2중으로 형성하되, 상기 내통, 외통의 2중 통로는 투입되는 공기가 나선형으로 회전하도록 나선형 칸막이가 형성되어 있으며, 상기 내통의 최상부 내벽에는 연소공기가 로 내부 중앙부를 향하여 수평으로 분사되면서 회전운동을 하도록 2개 이상의 연소공기 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 외통에 형성된 나선형 칸막이는, 투입되는 연소공기가 외통을 통과하면서 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루면서 중간벽에 부착된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 내통에 형성된 나선형 칸막이는, 외통에서 내통으로 투입된 연소공기를 예열하고, 내벽의 온도를 감소시키면서, 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루면서 내벽에 부착된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 내통, 외통은 내벽과 외벽 사이에 중간벽을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 외통에 형성된 나선형 칸막이와 외벽의 사이, 상기 내통에 형성된 나선형 칸막이와 중간벽의 사이에는 틈새를 형성하여 열변형에 의한 로 구조물의 손상을 방지하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 연소공기 분출구는 분출되는 연소공기가 내벽과 접선되어 회전되도록 가이드부와 차단부를 구비한 안내판이 천정부에 부착, 형성되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 연소공기 외부 유입구는 외통의 상부에, 또는 상부 및 중앙부에, 또는 상부, 중앙부, 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 로 본체는 철계 금속의 판상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 소각로 내부에서 2000℃ 이상의 온도 상승이 가능하기 때문에 완전연소가 가능하고, 온도가 초 고온임에도 로 주변부의 온도는 400~500℃ 정도로 낮기 때문에 내화물 사용이 불필요하고 철판이나, 스테인리스 강(SUS) 등의 일반재질로 로 본체를 구성하는 것이 가능하다.

또한 배출가스를 고온에서 포집하는 것이 가능하여 보일러 가열이나 발전 등 열 교환 작업 시 그 효율이 우수한 효과가 있고, 보조연료가 불필요하며, 로 제조단가가 저렴하고, 보조연료 사용이 불필요하므로 소각비용이 저렴하고, 소각로의 크기를 대형이나 소형에 관계없이 제조하는 것이 가능하고, 연소되고 있는 연료표면의 연소재가 표면에 쌓이지 않고 회전에 의해서 화염 중앙으로 포집되기 때문에 연소재가 산소와 연료 사이에 정체되어 산소와 연료의 접촉 차단으로 열 화학 연소반응이 방해를 받지 아니하고, 산소와 연료가 충분히 접촉(接觸)되면서 원활한 연소조건이 형성되므로 연소효율이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 원심분리형 소각로의 정단면 개념도이다.
도 2는 종래기술에 의한 다른 원심분리형 소각로의 정단면 개념도이다.
도 3은 본 발명에 의한 소각로의 개념도로서, (a)는 평단면 개념도, (b)는 정단면 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 일 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면, 우선 도 3은 본 발명에 의한 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로의 전체 개념도로서, 그 하단부에 위치한 도 3(b)는 본 발명의 소각로를 정면에서 단면도 형식으로 보여주고 있다.

본 발명에 있어, 연소연료 투입구를 통해 소각로 본체 내부로 공급되는 폐기물 연료는 점화수단(미도시)에 의해 점화되고, 계속 공급되는 연소공기에 의해 연소되어 외부로 배출되도록 되어 있으며, 이러한 기본 구성은 종래의 소각로에도 나타나 있으므로 상세한 도해는 생략하였다.

본 발명에 있어, 상기 소각로 본체의 벽은 원통 형상으로 이루어지되, 연소공기가 외부 유입구(1)로부터 유입되어 외통 및 내통을 거쳐 로 내부로 공급되도록 중간벽과 내벽 사이에 형성된 내통(A), 외벽과 중간벽 사이에 형성된 외통(B)의 2중으로 형성되어 있다. 즉, 상기 내통(A), 외통(B)은 내벽(4)과 외벽(2) 사이에 중간벽(3)을 형성하여 이루어진다. 로 상부에 형성된 외부 유입구(1)로부터 유입된 연소공기는, 도 3에 화살표로 나타낸 바와 같이 외통(B)을 거쳐 로 하부로 공급되며, 중간벽(3) 하부에 형성된 공간을 통하여 다시 내통(A) 하부에서 상승하여, 내통(A) 상부에 형성된 연소공기 분출구(6)를 통하여 로 내부로 공급된다. 이와 같이 연소공기 공급통로를 내통(A)과 외통(B)의 2중으로 구성한 이유는 다음과 같다:

1) 연소공기를 충분히 예열시킴으로써 예열효과를 증진하기 위함이다.

2) 투입되는 연소공기가 외통을 통과하면서 균형을 유지하여 안정적으로 공기의 회전이 이루어지도록 하기 위함이다.

3) 외통으로 공급되는 공기가 내통으로부터 예열되어 예열효과를 높이고, 이로서 내통을 통과하는 공기는 내벽의 온도를 뺏음으로써 내벽의 온도를 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한 본 발명에서 상기 내통(A), 외통(B)의 2중 통로는 투입되는 공기가 나선형으로 회전하도록 나선형 칸막이(5)가 형성되어 있다. 이와 같이 내통과 외통에 나선형 칸막이(5)를 형성한 이유는 연소공기의 회전운동을 촉진하여 연소공기가 회오리 바람을 일으키는 사이클론 현상을 원활히 유도하기 위함이다.

상기 외통(B)에 형성된 나선형 칸막이(5)는, 투입되는 연소공기가 외통(B)을 통과하면서 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루고 있다. 본 발명에서 등간격 나사산이란, 도 3(b)와 같이 내통(A) 또는 외통(B)의 중앙 지름선을 종단했다고 가정하는 경우, 수직 종(縱) 방향으로 첫번째 나사산에서 두번째 나사산까지의 길이와, 두번째에서 세번째 나사산까지의 길이 및 연속해서 이어지는 다음 나사산까지의 길이가 모두 동일하도록 구성하는 것을 의미한다. 이러한 구조를 통하여 내통(A) 또는 외통(B)을 회전하는 연소공기는 이동 중 계속 일정한 단위면적 당 부피를 유지하면서 안정적으로 등가속 회전운동을 하게 된다.

또한 외통(B)의 나선형 칸막이(5)는 중간벽(3)에 부착되도록 형성하고, 나선형 칸막이(5)와 외벽(2) 사이에는 틈새가 형성되도록 구성할 수 있다. 외벽(2)이 아닌 중간벽(3)에 나선형 칸막이(5)를 부착하는 이유는, 중간벽(3)이 로 중앙부에 가까워 온도가 상대적으로 더 높기 때문이며, 연소공기 외부 유입구(1)를 통하여 투입되는 연소공기는 중간벽(3)과 나선형칸막이(5)로 이루어지는 상대적으로 넓은 표면적의 외통(B) 공간을 스쳐 흐르면서 벽체, 특히 중간벽(3)의 온도를 감소시키면서, 연소공기 자체는 예열된다. 또한 나선형 칸막이(5)와 외벽(2) 사이에 틈새를 형성함으로써, 공기의 흐름을 보다 원활하게 함을 물론, 로 내부의 구조물들이 열팽창 및 열변형에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 내통(A)에 형성된 나선형 칸막이는, 외통에서 내통(A)으로 투입된 연소공기를 예열하고, 내벽의 온도를 감소시키면서, 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루고 있다. 그 원리 및 기능은 상기에서 외통(B)에 관하여 설명한 것과 동일하다.

또한 내통(A)의 나선형 칸막이(5)는 내벽(4)에 부착되도록 형성하고, 나선형 칸막이(5)와 중간벽(3) 사이에는 틈새가 형성되도록 구성할 수 있다. 중간벽(3)이 아닌 내벽(4)에 나선형 칸막이(5)를 부착하는 이유는, 내벽(4)이 로 중앙부에 가까워 온도가 상대적으로 더 높기 때문이며, 외통(B)으로부터 유입되는 연소공기는 내벽(4)과 나선형칸막이(5)로 이루어져 내벽(4)의 전열면적(傳熱面積), 즉 열 전달면적을 넓혀, 상대적으로 넓은 표면적의 내통(A) 공간을 스쳐 흐르면서 벽체, 특히 내벽(4)의 온도를 감소시키면서, 연소공기 자체는 예열된다. 또한 나선형 칸막이(5)와 중간벽(3) 사이에 틈새를 형성함으로써, 공기의 흐름을 보다 원활하게 함을 물론, 로 내부의 구조물들이 열팽창 및 열변형에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있음은 외통(B)에 관하여 상술한 바와 같다.

또한 상기 내통(A)의 최상부 내벽(4)에는 연소공기가 로 내부 중앙부를 향하여 수평으로 분사되면서 회전운동을 하도록 2개 이상의 연소공기 분출구(6)가 형성되어 있다. 또한 상기 연소공기 분출구(6)에는 분출되는 연소공기가 내벽(4)과 접하면서 회전되도록 된 안내판(9)이 형성되어 있다. 이 안내판(9)은 가이드부(7)과 차단부(8)를 포함하여 한 세트를 이루고 있으며, 로의 천정부(101)에 부착, 형성되어 있다. 내통(A)에 형성된 나선형 칸막이(5)를 통과하면서 올라온 연소공기는 가이드부(7)과 차단부(8)의 사이를 통과하여 로 내부 중앙부를 향하여 회전하면서 수평 분사된다. 수평 분사를 원활하게 하기 위하여, 내통(A)의 상단부는 로 바닥면과 수직을 이루도록 구성되며, 로 내부 중앙부를 향하여 수평 방향으로 연소공기 분출구(6)가 형성된다.

상기와 같이 내통(A)의 상단부 내벽(4)에 연소공기 분출구(6)를 형성하고, 내통(A)에 가이드부(7)과 차단부(8)으로 안내판을 형성한 이유는 회전하면서 상승하는 연소공기를 수평으로 중앙부를 향하여 회전하면서 분출되도록 유도하기 위한 것이며, 또한 강력한 등가속도 원주운동에 의해 구심력이 발생되고 이에 따라 원통형의 화염기둥이 형성되도록 하기 위함이다.

도 3에서 본 발명의 연소공기 외부 유입구(1)는 외통의 상부에 형성되어 있으나, 이는 필요에 따라, 연소공기의 원활한 공급을 위하여 외통의 상부 및 중앙부에, 또는 외통의 상부, 중앙부 및 하부 등 여러 곳에 형성하여도 무방하다. 또한 본 발명에서 상기 소각로 본체는 철계 금속의 판상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 동작방법 및 작용에 관하여 설명한다.

본 발명의 소각로 내에 폐기물 연료를 공급하고, 점화수단에 의해 점화가 이루어지게 한 후, 연소공기 외부 유입구(1)로 연소공기를 투입하면, 연소공기는 외통(B)을 거쳐 내통(A)을 통과하면서 내통(A) 상부에 형성된 연소공기 분출구(6)를 통하여 로 내부 중앙부로 수평 분사된다. 이때 연소공기는 내통(A)과 외통(B)에 형성된 나선형 칸막이(5)에 의해 나선형으로 회전되면서 내통(A) 상부에 도달하고, 온도는 내통(A)의 내벽(4)으로부터 열을 흡수하여 400℃ 이상으로 예열된다.

내통(A) 상부에 도달한 연소공기는 내통(A) 상부 측면에 접선방향으로 가이드부(7)와 차단부(8)를 포함하여 형성된 안내판(9)에 의해 로 내부 중앙부를 향하여 수평으로 분출되며, 이때 분출되는 공기의 회전력이 배가된다. 상기 연소공기 유입 안내판(9)은 2개 이상, 바람직하게는4개, 또는 그 이상 등 간격으로 형성되어 있기 때문에 중앙부로 분출되는 회전 연소공기는 등가속도 원주운동을 하게 된다.

상부 중앙에서 회전하는 연소공기는 등가속도로 회전하면서 상부로 개방된 배출구(100)를 통하여 외부로 배출된다. 동시에 연속체인 유체로서의 소각로 저부의 화염은 중앙부에서 외부로 분출되면서 회전하는 상기 연소공기와 함께 등가속도 원주운동을 하면서 따라 올라와서 외부로 배출된다. 이에 따라 로 내부의 화염 가스는 연속적으로 상승하게 되고 상부의 회전 연소공기와 함께 연결되어 회전하면서 회전기둥을 이루면서 상승하게 된다.

이때 하부의 화염 가스가 상승함에 따라 하부의 압력이 낮아지게 되고, 상부와 하부의 압력 차가 발생되기 때문에 로 상부에서 중앙부로 분출되는 예열된 연소공기의 일부가 내벽(4)을 따라 하강하면서 압력의 평형을 이룬다. 하강하는 예열된 연소공기는 중앙부 열원에서 전달되는 복사열을 흡수하여 예열온도가 더 한층 높게 되어 연료는 고온으로 예열된 연소공기와 혼합되어 충분한 열분해 화학반응 연소조건이 형성되어 연소되고, 이러한 과정이 계속 순환되면서 연속적으로 작업이 진행된다.

이러한 과정이 연속적으로 진행되면서 로의 배출구(100) 인근에서 수평으로 회전하는 연소공기는 등가속도 원주운동을 하는 관계로 공기 구심력이 작용하게 되고, 이에 따라 회전하는 불기둥이 로내 중앙부에 형성되고, 연료는 등가속 원주 회전 구심력에 의해 불기둥 중심으로 집결된다. 동시에 중심의 압력, 온도와 회전상승 유체속도는 극한에 도달하게 되고, 또한 회전 연소하는 관계로 열분해 화학반응이 진행되는 거리가 수배로 급속히 증가되어 산소와 연료가 접촉면적이 넓어져 충분한 완전연소 조건이 형성된다. 이러한 과정에서 완전연소가 이루어지면 연소열량이 회전연소 중심으로 최대한 집중되어 중심부의 온도가 1300℃에 이르게 된다.

연소온도가 1300℃에 도달되면 연소물질이 용융상태로 변하고, 용융상태의 물질은 일부분 원자핵이 분해 조합되어 열을 방출하여 초고온 플라즈마 현상이 발생되어 1600℃에서 2000℃ 이상으로 급속히 높아진다.

이러한 초고온 연소원인은 투입공기의 등가속 원주 운동에 따른 사이클론 현상이 발생되어 불기둥 중심부로 연료가 집결되고, 회전연소에 따른 완전연소가 가능하여 중심부의 온도가 1300℃로 상승하게 되고, 1300℃에 도달하면 물질이 용융상태로 변환하고, 이때 원자핵이 분해 조합되어 고온 플라즈마 열핵 방열상태가 형성되어 1600℃에서 2000℃ 이상으로 급속히 높아지는 원리이다.

연소실에 투입한 연소공기는 외통(B) 및 내통(A)의 공기경로를 이동하면서 400℃ 이상으로 예열된다. 연소실내의 온도는 중앙부에 불기둥이 형성되고 내벽(4) 주변부에는 예열된 연소공기가 하강하면서 중앙부의 열원에서 전달되는 복사열을 흡수하여 복사열이 내벽에 전달되는 것을 차단하기 때문에 내벽(4) 주변부의 온도는 400~500℃ 정도를 유지한다.

연소실내의 중앙부 불기둥의 온도는 초기단계에는 800~1200℃가 되고, 그 후 구심력 발생되면서 열이 응축, 집중되어 1300~1500℃로 상승하게 되고, 이 온도에서는 물질이 용융상태로 변환되어 회전하기 때문에 원자핵 분열이 일어나 열을 방출하는 초고온 플라즈마 현상이 발생되어 2000℃ 이상의 온도로 급상승하게 되어 연료를 완전 연소하게 된다.

그리고 연소된 화염은 구심력에 의해 중앙부의 불기둥을 이루고 주변부에는 외부로부터 진입되는 연소공기에 의해 연소실 내부는 완전히 구분되어 중앙부와 주변부의 온도차가 현격하게 일어난다.

1 : 연소공기 외부 유입구 2 : 외벽 3 : 중간벽
4 : 내벽 5 : 나선형 칸막이 6 : 연소공기 분출구
7 : 가이드부 8 : 차단부 9 : 안내판
100 : 배출구 101 : 천정부
A : 내통 B : 외통

Claims (8)

1. 로 본체 내부로 공급되는 폐기물 연료가 점화수단에 의해 점화되고, 계속 공급되는 연소공기에 의해 연소되어 외부로 배출되도록 된 소각로에 있어서,
   상기 로 본체의 원통형의 벽은 연소공기가 외부 유입구로부터 유입되어 외통 및 내통을 거쳐 로 내부로 공급되도록 중간벽과 내벽 사이에 형성된 내통, 외벽과 중간벽 사이에 형성된 외통의 2중으로 형성하되,
   상기 내통, 외통의 각각의 연소공기 통로는 투입되는 공기가 나선형으로 회전하도록 각각 나선형 칸막이가 형성되어 있으며,
   상기 외통에 형성된 나선형 칸막이는, 투입되는 연소공기가 외통을 통과하면서 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루면서 상기 외벽과 틈새를 형성하며 상기 중간벽에 부착되고,
   상기 내통에 형성된 나선형 칸막이는, 상기 외통에서 내통으로 투입된 연소공기를 예열하고, 상기 내벽의 온도를 감소시키면서, 균형을 유지하여 안정적으로 등가속 회전운동을 하도록, 등간격 나사산을 이루면서 상기 중간벽과 틈새를 형성하며 상기 내벽에 부착되고,
   상기 내통의 최상부 내벽에는 2개 이상의 연소공기 분출구가 형성되어 예열된 연소공기가 로 상부 중앙부를 향하여 수평으로 분사되면서 등가속 회전운동을 함으로써, 로 하부의 연소중인 화염 가스는 연속적으로 로 상부 중앙부로 회전하면서 상승 배출되고, 상기 로 상부 중앙부를 향하여 수평 분사된 연소공기 중 일부는 로 내부의 내벽을 따라 로 하부로 하강하면서 고온 예열되어 로 하부의 연료와 혼합되면서 고온의 화염 기둥을 생성, 로 상부로 회전하며 상승하는 회오리 바람 형태의 고온 연소조건을 형성하는 것을 특징으로 하는 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 외통에 형성된 나선형 칸막이와 외벽의 사이, 상기 내통에 형성된 나선형 칸막이와 중간벽의 사이에는 틈새를 형성하여 열변형에 의한 로 구조물의 손상을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로
6. 제1항에 있어서,
   상기 연소공기 분출구는 분출되는 연소공기가 내벽과 접선되어 회전되도록 가이드부와 차단부를 구비한 안내판이 천정부에 부착, 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로
7. 제1항에 있어서,
   상기 연소공기 외부 유입구는 외통의 상부에, 또는 상부 및 중앙부에, 또는 상부, 중앙부, 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로
8. 제1항에 있어서,
   상기 로 본체는 철계 금속의 판상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 사이클론 공기흐름을 이용한 초고온 소각로
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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