KR101391723B1 - 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생활폐기물을 이용하여 합성가스를 생산하는 생산장치를 구비하여 오염물질 부하 감소를 통한 설치비용 및 운전비용을 절감시킬 수 있으며, 전기생산량의 현저한 증대를 도모할 수 있는 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 생활폐기물을 제공받아 고온에서 합성가스를 생산하여 발전장치에 이용하기 위한 합성가스 생산장치에 있어서, 생활폐기물과 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 잔여물은 배출하는 가스화로 바디; 공기를 예열하여 상기 가스화로 바디로 공급하고, 상기 가스화로 바디의 폐열을 회수하기 위한 공기공급 유닛; 상기 가스화로 바디로부터의 합성가스를 흡인하는 합성가스 유인송풍기; 상기 가스화로 바디에서 배출되는 잔여물을 처리하는 잔여물 처리 유닛을 포함하며, 상기 가스화로 바디는, 상부에 상기 투입구가 형성되며 상기 복수의 공급노즐을 구비하는 원통형 하우징부; 상기 원통형 하우징부의 내측 하부에 형성되고 상기 배출구를 구비하는 호퍼형 배출부; 상기 원통형 하우징부의 양측 부분이 구획된 공간을 형성하도록 내측 상부 양단으로부터 상기 호퍼형 배출부 측으로 연장되는 구획 격벽; 상기 구획 격벽의 하단부에 다수의 유통공이 형성되어 이루어지는 합성가스 배출 유통판; 및 상기 원통형 하우징부의 측벽에 형성되어 합성가스를 배출시키는 합성가스 배출 덕트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 생활폐기물을 제공받아 고온에서 합성가스를 생산하여 발전장치에 이용하기 위한 합성가스 생산장치에 있어서, 생활폐기물과 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 잔여물은 배출하는 가스화로 바디; 공기를 예열하여 상기 가스화로 바디로 공급하고, 상기 가스화로 바디의 폐열을 회수하기 위한 공기공급 유닛; 상기 가스화로 바디로부터의 합성가스를 흡인하는 합성가스 유인송풍기; 상기 가스화로 바디에서 배출되는 잔여물을 처리하는 잔여물 처리 유닛을 포함하며, 상기 가스화로 바디는, 상부에 상기 투입구가 형성되며 상기 복수의 공급노즐을 구비하는 원통형 하우징부; 상기 원통형 하우징부의 내측 하부에 형성되고 상기 배출구를 구비하는 호퍼형 배출부; 상기 원통형 하우징부의 양측 부분이 구획된 공간을 형성하도록 내측 상부 양단으로부터 상기 호퍼형 배출부 측으로 연장되는 구획 격벽; 상기 구획 격벽의 하단부에 다수의 유통공이 형성되어 이루어지는 합성가스 배출 유통판; 및 상기 원통형 하우징부의 측벽에 형성되어 합성가스를 배출시키는 합성가스 배출 덕트를 제공한다.
Description
본 발명은 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생활폐기물을 이용하여 합성가스를 생산하기 위한 생산 장치를 구비하여 오염물질 부하 감소를 통한 설치비용 및 운전비용을 절감시킬 수 있으며, 전기생산량의 현저한 증대를 도모할 수 있는 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산 장치에 관한 것이다.
공기사용 가스화를 통한 발전 기술에서 일반적으로 생활폐기물은 발열량이 낮아서 이용되고 있지 않으며, 다른 원료를 고형연료로 성형하여 가스화하여 사용하거나 50mm이하의 크기로 하여 저위발열량 4,000kcal/kg 이상의 고형연료를 이용하여 가스화하고 있는 상황이다.
생활폐기물의 처리와 함께 생활폐기물을 가스화에 적합한 폐기물로 처리하기 위해서는 에너지소모량이 증가하고 건설비 및 운전비용을 증가시키는 요인이 된다. 가스화용 원료인 폐기물의 적용범위가 좁고 물리적인 크기도 목질계 바이오매스의 일정한 규격에 맞춰 폐기물의 크기도 정형화된 규격에 맞추어야 하는 문제점이 있다.
생활폐기물 가스화에 있어서, 가스화로에서의 손실량이 크고 폐기물과 산화제의 반응영역에서 반응온도를 낮게 유지함에 따라 비산재로 배출되는 미반응 카본 분진과 타르가 크게 발생하여 합성가스로의 에너지전환율이 감소하고 바닥재에 함유된 미반응 카본 함량이 증가하는 문제가 있다. 또한 합성가스에 포함된 미세카본분진 및 타르 발생량이 커져 합성가스의 오염물질 정제시스템의 처리용량이 증가해야 하는 문제가 있다.
본 발명과 관련하여 폐기물을 이용하여 에너지로 전환하는 시스템에 대해서는 대한민국 특허공개공보 제10-2013-120028호(2013.11.04.) 및 대한민국 등록특허공보 제10-0695908호(2007.03.09.)에 제안되어 있다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 생활폐기물의 발열량 문제도 해결함과 동시에, 생활폐기물을 이용하여 합성가스의 생산 시 전처리 공정을 단순화할 수 있고, 오염물질 부하 감소를 통한 설치비용 및 운전비용을 절감시킬 수 있으며, 전기생산량의 현저한 증대를 도모할 수 있는 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산 장치를 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 생활폐기물을 이용하여 가스화가 가능하도록 파쇄, 선별, 수분제거 및 건조 공정을 거쳐 가스화에 적합한 발열량으로 생활폐기물 처리하여 공기를 산화제로 가스화 하여 일산화탄소, 수소, 메탄, 이산화탄화, 질소가 주요 성분이 합성가스를 생산하고 합성가스에 포함한 오염물질을 정제하여 청정 합성연료로 처리하여 합성가스 전소용 가스엔진 발전장치에서 발전할 수 있도록 하기 위한 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 생활폐기물을 제공받아 고온에서 합성가스를 생산하여 발전장치에 이용하기 위한 합성가스 생산장치에 있어서, 생활폐기물과 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 잔여물은 배출하는 가스화로 바디; 공기를 예열하여 상기 가스화로 바디로 공급하고, 상기 가스화로 바디의 폐열을 회수하기 위한 공기공급 유닛; 상기 가스화로 바디로부터의 합성가스를 흡인하는 합성가스 유인송풍기; 상기 가스화로 바디에서 배출되는 잔여물을 처리하는 잔여물 처리 유닛을 포함하며, 상기 가스화로 바디는, 상부 일측에 폐기물 투입구가 형성되고, 공기가 투입되기 위한 복수의 산화제 공급노즐이 구비되며, 하부에 잔여물이 배출되는 배출구가 형성되며, 상부에 상기 투입구가 형성되며 상기 복수의 공급노즐을 구비하는 원통형 하우징부; 상기 원통형 하우징부의 내측 하부에 형성되고 상기 배출구를 구비하는 호퍼형 배출부; 상기 원통형 하우징부의 양측 부분이 구획된 공간을 형성하도록 내측 상부 양단으로부터 상기 호퍼형 배출부 측으로 연장되는 구획 격벽; 상기 구획 격벽의 하단부에 다수의 유통공이 형성되어 이루어지는 합성가스 배출 유통판; 및 상기 원통형 하우징부의 측벽에 형성되어 합성가스를 배출시키는 합성가스 배출 덕트를 포함하며, 상기 복수의 산화제 공급노즐은 상기 원통형 하우징부의 상부에 구비되는 위한 제1 공급노즐; 상기 원통형 하우징의 측부에 등간격으로 구비되는 제2 공급노즐; 및 상기 구획 격벽에 구비되어 원통형 하우징부의 중앙부로 공기를 공급하기 위한 제3 공급노즐;을 제공한다.
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상기 복수의 산화제 공급노즐은 잔여물이 배출되는 상기 배출구 측에 구비되는 제4 공급노즐을 더 포함하며, 상기 구획 격벽은 벤츄리 관 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 가스화로 바디의 생활폐기물 투입부에는 생활폐기물이 정량적으로 공급되도록 하기 위한 정량공급장치; 및 상기 가스화로 바디의 배출구에는 잔여물의 배출량을 제어할 수 있는 배출량 제어장치;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정량공급장치에는 합성가스가 대기 중에 누출되는 것을 방지하기 위한 이중 게이트를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 공기공급유닛은 외부 공기를 송풍하기 위한 공기 송풍기; 및 상기 공기 송풍기로부터의 공기를 예열하고 상기 가스화로 바디로 공급하도록 연결라인을 통해 상기 공급 노즐에 연결되는 공기 예열기;를 포함하며, 상기 잔여물 처리유닛은 상기 가스화로 바디의 배출구 하방에 위치되어 잔여물을 이송시키는 컨베이어 수단; 및 상기 컨베이어 수단에 의해 이송되어 오는 잔여물을 잔여물 저장조;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 합성가스 생산장치에서 생산되어 나오는 합성가스에 포함되는 분진을 분리 위한 하나 이상의 사이클론 장치를 더 포함하며, 상기 사이클론 장치는 그 사이클론 장치에서 걸러진 잔여물은 상기 컨베이어 수단으로 배출되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 가스화로에서의 폐기물과 산화제인 공기공급 영역인 주요 반응영역에서 1,200℃까지의 높은 반응온도가 형성되고, 가스화로의 구조가 가스화로 내측 반응로와 외측 반응로로 합성가스 흐름을 내측 반응로의 복사열을 외측 반응로에서 이용하여 미세 카본분진이나 타르의 발생량을 저감시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 합성가스 중의 타르 및 미세 카본분진 발생량을 저감시킴에 따라 합성가스 오염물질 정제장치의 오염물질 부하 감소로 처리규모 최소화시킬 수 있어서 설치비 및 운전비용을 절감할 수 있다.
셋째, 본 발명은 가스화로의 반응온도 증가에 따른 합성가스에 포함되어 배출되는 타르 및 카본분진 발생량 저감으로 합성가스 정제폐수의 처리 부하도 저감시킬 수 있다.
넷째, 본 발명은 고정층 가스화로의 주요 반응영역의 반응온도를 높임으로써 배출되는 바닥재의 강열 감량을 10%이하로 낮출 수 있다.
다섯째, 본 발명은 생활폐기물을 이용하여 가스화 및 가스엔진 발전을 통해서 전기생산량을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 한 발전 시스템을 구성하는 가스화로 유닛을 도시한 구성도, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 방법을 도시한 플로차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 한 발전 시스템을 구성하는 가스화로 유닛을 도시한 구성도, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 방법을 도시한 플로차트이다.
이하에는 본 발명에 따른 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치에 대해서 설명하되, 자세한 이해를 돕기 위해 합성가스 생산장치를 운용하기 위한 전처리 장치 및 후처리 장치를 포함한 전체 발전 시스템 및 발전 방법에 대해서도 설명하도록 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지의 명확화를 위하여 그 상세한 설명을 생략하거나 간략히 한다.
먼저, 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 시스템을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 시스템을 구성하는 가스화로 유닛을 도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 투입되는 생활폐기물을 가스화하기 위한 규격으로 처리하고 선별하기 위한 전처리 장치(100); 상기 전처리 장치(100)에서 전처리된 생활폐기물을 제공받아 합성가스를 생산하고, 고상 잔여물(바닥재)은 배출하는 합성가스 생산장치; 상기 합성가스 생산장치에서 생산되는 합성가스를 제공받아 순수 합성가스화 하도록 후처리하기 위한 후처리 장치; 상기 후처리 장치로부터 합성가스를 제공받아 발전하는 합성가스 가스엔진 발전장치(400); 및 상기 가스엔진 발전장치(400)에서 연소되어 나오는 연소가스를 배출시키는 연소가스 배출장치(500)를 포함한다.
상기 전처리 장치(100)는 투입되는 생활폐기물을 일정 크기로 파쇄하기 위한 파쇄기(110); 상기 파쇄기(100)에서 파쇄된 생활폐기물에서 소정 입도의 생활폐기물을 선별하기 위한 입도 선별기(120); 및 상기 입도 선별기(120)에서 선별된 생활폐기물에 함유된 수분을 제거하기 위한 건조기(130)를 포함한다.
또한, 상기 전처리 장치(100)는 상기 입도 선별기(120)에서 선별되어 나오는 생활폐기물 중 철재 생활폐기물(자성을 갖는 생활폐기물)을 선별하기 위한 자력 선별기(140)를 더 포함한다.
이러한 전처리 장치(100)는 생활폐기물을 가스화용 폐기물로 처리하기 위하여 저위발열량 3,500kcal/kg이상, 300mm이하의 크기로 생산하도록 설정되며, 가스화용 폐기물의 품질을 유지하기 위하여 생활폐기물의 선별을 통해 불연문을 제거하고 수분함량을 줄이게 된다.
후술하겠지만, 상기 건조기(130)로 공급되는 건조 열원은 합성가스 가스엔진 발전장치(400)에서 배출되는 배출가스의 폐열을 회수하여 제공되도록 할 수 있다.
상기 전처리 장치(100)의 건조기(130)에서 최종 건조 처리된 가스화용 생활폐기물은 공급 라인(150)을 통해 합성가스 생산장치로 공급된다.
상기 합성가스 생산장치는 유입되는 폐기물과 산화제인 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 고상 잔여물은 배출하는 가스화로 바디(210); 산화제인 공기를 예열하여 상기 가스화로 바디(210)로 공급하고, 상기 가스화로 바디(210)의 폐열을 회수하기 위한 공기공급 유닛; 상기 가스화로 바디(210)에서 생성된 합성가스를 송출하도록 흡입하는 합성가스 유인송풍기(220); 및 상기 가스화로 바디(210)에서 배출되는 고상 잔여물(바닥재)을 처리하는 잔여물 처리 유닛(231, 232)을 포함한다.
또한, 상기 가스화로 바디(210)는 상부 일측에 폐기물 투입구(211)가 형성되고, 산화제인 공기가 투입되기 위한 복수의 산화제 공급노즐(212a, 212b, 212c, 212d)이 구비되며, 하부에 고상 잔여물(바닥재)을 배출하기 위한 배출구(213)가 형성된다.
또한, 상기 가스화로 바디(210)는 그 일 실시 형태로서 도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 원통형 하우징부(214); 상기 원통형 하우징부(214)의 내측 하부에 형성되는 호퍼형 배출부(215); 상기 원통형 하우징부(214)의 양측 부분이 구획된 공간을 형성하도록 상기 원통형 하우징부(214)의 내측 상부 양단으로부터 호퍼형 배출부(215) 측으로 벤츄리관 형태로 연장되는 구획 격벽(216); 상기 구획 격벽(216)의 하단부에 다수의 유통공이 형성되어 이루어지는 합성가스 배출 유통판(217); 및 상기 원통형 하우징부(214)의 측벽에 형성되어 합성가스를 배출시키는 합성가스 배출 덕트(218)를 포함한다.
이와 같은 가스화로 바디(210)는 구획 격벽(216)에 의해 원통형 하우징부(214)는 중앙부와 그 중앙부의 외측에 각각 구획 공간을 갖게 되는데, 중앙부의 구획 공간은 하향흐름 가스화로 챔버(A)를 형성하게 되고, 양측의 구획 공간은 상향흐름 가스화로 챔버(B)를 형성하게 된다.
상기 복수의 산화제 공급노즐은 원통형 하우징부(214)의 상부로 산화제인 공기를 공급하기 위한 제1 공급노즐(212a); 상기 원통형 하우징(214)의 측부에 구비되어 그 측부(즉, 상향흐름 가스화로 챔버(B))로 산화제인 공기를 공급하기 위한 제2 공급노즐(212b); 및 상기 구획 격벽(216)에 구비되어 원통형 하우징부(214)의 중앙부(즉, 하향흐름 가스화로 챔버(A))로 산화제인 공기를 공급하기 위한 제3 공급노즐(212c)을 포함한다.
또한, 상기 복수의 산화제 공급노즐은 고형 잔여물이 배출되는 배출구(213) 측에 제4 공급노즐(212d)을 더 포함하며, 이 제4 공급노즐(212d)이 구비됨으로써 배출구(213) 측으로 이동되는 고형 잔여물(바닥재 또는 고형물)에 포함된 가연분이 산화제인 공기와 반응하여 처리 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서 배출되는 고형 잔여물(바닥재)에 포함된 가연성분을 감소시키고 합성가스로 전환되는 가연성분 비율을 증대하여 발전용 연료로 사용되는 에너지량을 증대할 수 있다.
상기 제1 공급노즐(212a)이 원통형 하우징(214)의 상부로부터 공기를 제공하도록 구성됨으로써 원통형 하우징부(214)의 상부의 운전온도 유지를 가능하게 한다.
여기에서, 상기 제3 공급노즐(212c)은 투입되는 폐기물과의 반응이 균일하게 이루어지도록 원주방향으로 등 간격으로 복수 설치하고, 산화제 공급 속도 제어를 통해 폐기물과 산화제의 반응성을 증가시켜 1,200℃ 까지 반응하도록 구성하여, 폐기물의 전환율을 증가시켜고 오염물질인 타르 및 미세 카본분진 발생량을 저감시킬 수 있다.
상기 가스화로 바디(210)는 배출구(213) 측에 구비되어 원통형 하우징부(214) 내에서의 고상 잔여물의 체류 시간이 일정시간 유지되도록 하고, 고상 잔여물의 배출량을 제어할 수 있도록 구성되는 배출량 제어장치(미도시)를 더 포함한다. 이러한 배출량 제어장치는 고상 잔여물의 강열감량을 10%이하로 운전되도록 제어하여 주요 가스화 반응영역에서 가연성 물질을 가스화로 전환하도록 할 수 있다.
상기 공급라인(150)이 연결된 상기 합성가스 생산장치의 유입부에는 앞서 설명한 바와 같이 소정 크기(즉, 300mm 이하)의 생활폐기물이 정량적으로 공급되도록 하기 위한 정량공급장치(240)가 구비된다.
정량공급장치(240)의 투입구(241)를 통해 가스화로 바디(210)로 생활폐기물을 공급할 때에, 합성 가스가 정량공급장치(240)를 통해 대기중으로 누출되는 것을 방지하기 위해 이중 게이트를 구비할 수 있다.
이중 게이트는 정량공급장치(240)의 상부에 일단 게이트(245)가 설치되고, 하부에 이단 게이트(246)가 각각 설치되며, 두 게이트 사이에는 상부 호퍼(242)가 설치되어 폐기물이 잠시 저장되도록 한다. 정량공급장치(240)의 투입구(241)로 공급된 폐기물은 일단 게이트(245)를 개방함과 동시에 이단 게이트(246)를 닫아 상부 호퍼(242)에 제공되도록 하여 합성 가스가 가스화로 바디(210)에서 누출되는 것을 방지한다.
또한, 일단 게이트(245)를 닫는 것과 동시에 이단 게이트(246)를 개방함으로써 상부 호퍼(242)에 저장된 폐기물이 하부 호퍼(243)를 거쳐 가스화로 바디(210)로 제공되도록 하며, 폐기물이 가스화로 바디(210)로 공급되면 이단 게이트(246)도 닫아 상부 호퍼(242)가 밀폐된 상태가 되도록 한 후 상부 호퍼(242)에 퍼지용 공기를 공급하여 상부 호퍼(242)에 존재하는 합성 가스를 가스화로 바디(210)로 이동하도록 한다.
계속해서, 공기공급 유닛은 외부 공기를 송풍하기 위한 공기 송풍기(250); 상기 공기 송풍기(250)로부터의 공기를 예열하고 가스화로 바디(210)로 공급하도록 하나 이상의 연결라인(261)을 통해 각 공급 노즐에 연결되는 공기 예열기(260)를 포함한다.
상기 공기 예열기(260)은 가스화로 바디(210) 후단에 구성되어 산화제인 공기를 예열하여 가스화로 바디(210)에 투입한다. 이로써 공기 예열기(260)에서 산화제인 공기를 1차 예열하고 2차로 가스화로 바디(210)의 방열손실(챔버 B 영역)을 이용하여 예열된 공기를 한번 더 예열하여 폐열을 보다 효율적으로 회수 활용하도록 한다. 또한 예열된 공기가 가스화로 챔버 B 영역을 통과하도록 함에 따라 산화제 공급노즐을 통해 가스화로 바디(210)에 투입되는 공기 온도를 유지 또는 상승시킬 수 있어서 가스화 반응성을 극대화 시킬 수 있다.
상기 잔여물 처리유닛(231, 232)은 상기 가스화로 바디(210)의 배출구(213) 하방에 위치되어 배출되는 잔여물을 이송시키는 컨베이어 수단(231); 및 상기 컨베이어 수단(231)에 의해 이송되어 오는 잔여물을 잔여물 저장조(232)를 포함한다.
한편, 본 발명에서 합성가스 생산장치의 가스화로 바디(210)와 공기 예열기(260) 사이에 구비되어 배출되어 나오는 합성가스에 포함되는 분진을 분리 위한 하나 이상의 사이클론 장치(270)를 더 포함한다.
상기 사이클론 장치(270)는 분리된 합성가스는 공기 예열기(260)로 공급되고, 하부에 걸러진 잔여물은 앞서 설명한 컨베이어 수단(231)으로 배출되도록 구성된다.
다음으로, 합성가스 생산장치에서 생산되어 나오는 후처리 장치에 대해 설명한다. 후처리 장치는 생산된 합성가스가 가스엔진 발전장치로 공급되는 경로 상에 구비되는 것이다.
상기 후처리 장치는 상기 공기 예열기(260)를 거쳐 나오는 합성가스를 세정하기 위한 세정유닛; 상기 세정유닛을 거쳐 나오는 합성가스에 포함된 분진을 집진하기 위한 집진기(310); 상기 집진기(310)를 거쳐 나온 합성가스에 함유된 수분을 응축시키기 위한 수분 응축기(320); 상기 수분 응축기(320)에 의해 수분이 제거된 합성가스를 임시 저장하는 합성가스 버퍼탱크(330); 및 상기 세정유닛으로 세정수를 순환시키고, 상기 수분 응축기(320)와 상기 공기 예열기(260)에서 발생한 수분을 모아 저장하는 세정수 순환수조(340)를 포함한다.
상기 세정 유닛은 벤츄리관 형태로 이루어져 그 내부를 흐르는 합성가스를 상기 세정수 순환수조(340)로부터 공급되는 세정수를 통해 1차 세정하는 벤츄리 세정수단(351); 및 상기 벤츄리 세정수단(351)을 통해 배출되는 합성가스를 2차 세정하는 습식세정 수단(352)을 포함한다.
상기 집진기(310)는 습식 전기 집진기로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 습식세정 수단(352)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 합성가스 가스엔진 발전장치(400)는 공지의 것을 채용할 수 있으며, 본 발명의 설명의 간략화를 위하여 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 여기에서, 본 발명은 합성가스 가스엔진 발전장치(400)의 유입 측과 배출 측을 연결하는 바이패스 라인(410); 및 상기 바이패스 라인(410)에 구비되는 합성가스 연소수단(420)을 포함한다.
다음으로, 상기 연소가스 배출장치는 합성가스 가스엔진 발전장치(400)로부터 배출되는 연소가스를 흡인하는 연소가스 유인송풍기(510); 및 상기 유인송풍기(510)에 의해 흡입된 연소가스를 정화처리하여 외부로 배출시키는 연소가스 배출 연돌(520)을 포함한다.
여기에서, 상기 합성가스 가스엔진 발전장치(400)로부터 연소가스 배출장치 배출장치로 연소가스가 배출되는 배출라인(610) 상에는 가스엔진 배출가스 폐열회수수단(620)이 더 구비되며, 상기 폐열회수수단(620)에서 회수된 폐열은 상기 건조기(130)로 공급되어 열원으로서 이용될 수 있도록 폐열 연결 라인(630)이 구비된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 방법을 도시한 플로차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생활폐기물의 가스화를 이용한 발전 방법은, 생활폐기물을 가스화하기 위한 규격으로 처리하고 선별하기 위한 전처리 단계(S100); 상기 전처리 단계(S100)에서 전처리된 생활폐기물을 제공받아 합성가스를 생산하는 합성가스 생산단계(S200); 상기 합성가스 생산단계(S200)에서 발생하여 배출되는 고상 잔여물(바닥재)을 처리하는 배출 잔여물 처리 단계(S300); 상기 합성가스 생산단계에서 생산되는 합성가스를 제공받아 후처리하기 위한 후처리 단계(S400); 상기 후처리 단계로부터 합성가스를 제공받아 발전시키는 합성가스 가스엔진 발전단계(S500); 및 상기 가스엔진 발전단계(S500)에서 연소되어 나오는 연소가스를 배출시키는 연소가스 배출단계(S600)를 포함한다.
상기 전처리 단계(S100)는 투입되는 생활폐기물을 일정 크기로 파쇄하고, 파쇄된 생활폐기물에서 소정 입도의 생활폐기물을 선별하며, 선별된 생활폐기물에 함유된 수분을 제거하기 위하여 건조시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 전처리 단계(S100)는 선별되어 나오는 생활폐기물 중 철재 생활폐기물(자성을 갖는 생활폐기물)을 자력 선별하기 위한 것을 더 포함한다.
또한, 상기 전처리 단계(S100)는 전처리를 거쳐 투입되는 생활폐기물이 정량적으로 공급되도록 하는 것을 더 포함한다.
이러한 전처리 단계(S100)는 생활폐기물을 가스화용 폐기물로 처리하기 위하여 저위발열량 3,500kcal/kg이상, 300mm이하의 크기로 생산하도록 공정화되며, 가스화용 폐기물의 품질을 유지하기 위하여 생활폐기물의 선별을 통해 불연문을 제거하고 수분함량을 줄이게 된다.
상기 합성가스 생산단계(S200)는 소정 형태의 가스화로를 통해 투입되는 산화제인 공기와 생활폐기물의 반응을 통해 합성 가스를 생산하도록 이루어진다.
구체적으로, 상기 합성가스 생산단계(S200)는 산화제인 공기를 예열하여 가스화로로 공급하고, 유입되는 폐기물과 산화제인 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 가스화로의 폐열을 회수하고, 가스화로에서 생성된 합성가스를 송출하도록 흡입하는 것을 포함하며, 상기 산화제인 공기의 공급은 가스화로의 상부와 측부 그리고 잔여물이 배출되는 배출부 측에서 공급되도록 한다.
또한, 상기 합성가스 생산단계(S200)에서 생성되는 합성가스의 흐름이 적어도 상향류와 하향류가 1회 이상 흐르도록 가스화로를 구성하는 것이 바람직하다.
상기 배출 잔여물 처리 단계(S300)는 합성가스 생산단계에서 배출되는 잔여물을 이송시키고, 이송되어 오는 잔여물을 잔여물 저장하는 것을 포함한다.
여기에서, 본 발명은 합성가스 생산단계에서 생산되어 나오는 합성가스에 포함되는 분진을 사이클론 방식을 통해 분리하는 것을 더 포함하며, 상기 사이클론 방식에 의해 분리되어 나온 잔여물(고형물)은 상기 잔여물을 이송시키는 과정으로 제공된다.
다음으로, 상기 후처리 단계(S400)는 합성가스 생산단계에서 생산되어 나오는, 선택적으로 사이클론 방식의 분리를 거쳐 나오는 합성가스를 습식 세정하고, 합성가스에 포함된 분진을 집진하며, 합성가스에 함유된 수분을 응축시키고, 수분이 제거된 합성가스를 저장하여 상기 가스엔진 발전 단계로 제공하게 된다.
상기 합성가스 가스엔진 발전단계(S500)는 공지의 가스엔진을 채용하여 이루어질 수 있다.
상기 연소가스 배출단계(S600)는 가스엔진 발전단계에서 배출되어 나오는 연소가스를 흡인하고, 흡입된 연소가스를 정화처리하여 외부로 배출시키는 것을 포함한다.
여기에서, 상기 연소가스 배출단계는 배출되어 나오는 연소가스의 폐열을 회수하고, 회수된 폐열은 상기 전처리 단계에서의 건조 과정에 열원으로서 제공하는 것을 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 고온 가스화는 가스화로에서의 폐기물과 산화제인 공기공급 영역인 주요 반응 영역에서 운전 온도가 850 ~ 1200℃ 범위로 운전되며, 운전 온도 1200℃ 란 산화제 3 공급노즐(212c)로 공급된 산화제와 폐기물의 반응 온도가 1200℃로 가스화로의 가장 높은 온도를 의미한다.
고온 가스화는 가스화로에서 폐기물에 포함된 가연성분의 합성가스로의 전환율을 증대시키고, 미반응으로 인해 생성되는 오염물질인 타르와 미세 카본분진의 발생량을 전감시키며 바닥재(잔재물)로 배출되는 불연물에 포함된 가연성분의 함량을 저감시킬 수 있다. 따라서 폐기물을 반응효율을 증가시켜 총 합성가스 생산에너지를 증가시킴으로써 가스엔진의 연료인 합성가스 증가에 의한 발전량을 증가시킬 수 있다. 또한 타르 및 미세 카본분진 발생량을 저감시킴으로써 합성가스 정제설비의 오염물질 부하량을 감소시켜 관련 운전비용을 절감할 수 있으며 합성가스 정제 시스템의 유지관리가 보다 안정적이다.
이러한 본 발명에 따른 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치는 생산된 합성가스를 통해 전기를 생산하는 시스템 및 방법에 적용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치는, 생활폐기물의 발열량 문제도 해결함과 동시에, 생활폐기물의 처리시 발생하는 합성가스의 생산 시 전처리 공정을 단순화할 수 있고, 오염물질 부하 감소를 통한 설치비용 및 운전비용을 절감시킬 수 있으며, 전기생산량의 현저한 증대를 도모할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 생활폐기물을 이용한 합성가스 발전장치는, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100: 전처리 장치 110: 파쇄기
120: 입도 선별기 130: 건조기
140: 자력 선별기 210: 가스화로 바디
212a, 212b, 212c, 213d: 산화제 공급노즐
213: 배출구 214: 원통형 하우징부
215: 호퍼형 배출부 216: 구획 격벽
217: 합성가스 배출 유통판 218: 합성가스 배출 덕트
220: 합성가스 유인송풍기 231: 컨베이어 수단
232: 잔여물 저장소 240: 정량공급장치
260; 공기 예열기 270: 사이클론 장치
310: 집진기 320: 수분 응축기
330: 합성가스 버터탱크 340: 세정수 순환수조
400: 합성가스 가스엔진 발전장치 410: 바이패스 라인
420: 합성가스 연소수단 500: 연소가스 배출장치
510: 연소가스 유인송풍기 520: 연소가스 배출 연돌
610: 배출라인 620: 폐열회수수단
630: 폐열 연결 라인
S100: 전처리 단계
S200: 합성가스 생산단계
S300: 배출 잔여물 처리 단계
S400: 후처리 단계
S500: 합성가스 가스엔진 발전단계
S600: 연소가스 배출단계
120: 입도 선별기 130: 건조기
140: 자력 선별기 210: 가스화로 바디
212a, 212b, 212c, 213d: 산화제 공급노즐
213: 배출구 214: 원통형 하우징부
215: 호퍼형 배출부 216: 구획 격벽
217: 합성가스 배출 유통판 218: 합성가스 배출 덕트
220: 합성가스 유인송풍기 231: 컨베이어 수단
232: 잔여물 저장소 240: 정량공급장치
260; 공기 예열기 270: 사이클론 장치
310: 집진기 320: 수분 응축기
330: 합성가스 버터탱크 340: 세정수 순환수조
400: 합성가스 가스엔진 발전장치 410: 바이패스 라인
420: 합성가스 연소수단 500: 연소가스 배출장치
510: 연소가스 유인송풍기 520: 연소가스 배출 연돌
610: 배출라인 620: 폐열회수수단
630: 폐열 연결 라인
S100: 전처리 단계
S200: 합성가스 생산단계
S300: 배출 잔여물 처리 단계
S400: 후처리 단계
S500: 합성가스 가스엔진 발전단계
S600: 연소가스 배출단계
Claims (8)
- 생활폐기물을 제공받아 고온에서 합성가스를 생산하여 발전장치에 이용하기 위한 합성가스 생산장치에 있어서,
생활폐기물과 공기와의 반응을 통해 합성가스를 생성하고, 잔여물은 배출하는 가스화로 바디;
공기를 예열하여 상기 가스화로 바디로 공급하고, 상기 가스화로 바디의 폐열을 회수하기 위한 공기공급 유닛;
상기 가스화로 바디로부터의 합성가스를 흡인하는 합성가스 유인송풍기; 및
상기 가스화로 바디에서 배출되는 잔여물을 처리하는 잔여물 처리 유닛을 포함하며,
상기 가스화로 바디는,
상부 일측에 폐기물 투입구가 형성되고, 공기가 투입되기 위한 복수의 산화제 공급노즐이 구비되며, 하부에 잔여물이 배출되는 배출구가 형성되며,
상부에 상기 투입구가 형성되며 상기 복수의 공급노즐을 구비하는 원통형 하우징부;
상기 원통형 하우징부의 내측 하부에 형성되고 상기 배출구를 구비하는 호퍼형 배출부;
상기 원통형 하우징부의 양측 부분이 구획된 공간을 형성하도록 내측 상부 양단으로부터 상기 호퍼형 배출부 측으로 연장되는 구획 격벽;
상기 구획 격벽의 하단부에 다수의 유통공이 형성되어 이루어지는 합성가스 배출 유통판; 및
상기 원통형 하우징부의 측벽에 형성되어 합성가스를 배출시키는 합성가스 배출 덕트;를 포함하며,
상기 복수의 산화제 공급노즐은,
상기 원통형 하우징부의 상부에 구비되는 위한 제1 공급노즐;
상기 원통형 하우징의 측부에 등간격으로 구비되는 제2 공급노즐; 및
상기 구획 격벽에 구비되어 원통형 하우징부의 중앙부로 공기를 공급하기 위한 제3 공급노즐;을 포함하는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 산화제 공급노즐은
잔여물이 배출되는 상기 배출구 측에 구비되는 제4 공급노즐을 더 포함하며,
상기 구획 격벽은 벤츄리 관 형태로 형성되는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가스화로 바디의 생활폐기물 투입부에는 생활폐기물이 정량적으로 공급되도록 하기 위한 정량공급장치; 및
상기 가스화로 바디의 배출구에는 잔여물의 배출량을 제어할 수 있는 배출량 제어장치;를 더 포함하는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 정량공급장치에는 합성가스가 대기 중에 누출되는 것을 방지하기 위한 이중 게이트를 더 구비하는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 공기공급유닛은 외부 공기를 송풍하기 위한 공기 송풍기; 및 상기 공기 송풍기로부터의 공기를 예열하고 상기 가스화로 바디로 공급하도록 연결라인을 통해 상기 공급 노즐에 연결되는 공기 예열기;를 포함하며,
상기 잔여물 처리유닛은 상기 가스화로 바디의 배출구 하방에 위치되어 잔여물을 이송시키는 컨베이어 수단; 및 상기 컨베이어 수단에 의해 이송되어 오는 잔여물을 잔여물 저장조;를 포함하는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 합성가스 생산장치에서 생산되어 나오는 합성가스에 포함되는 분진을 분리 위한 하나 이상의 사이클론 장치를 더 포함하며,
상기 사이클론 장치는 그 사이클론 장치에서 걸러진 잔여물은 상기 컨베이어 수단으로 배출되도록 구성되는
생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140013367A KR101391723B1 (ko) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140013367A KR101391723B1 (ko) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | 생활폐기물을 이용한 합성가스 생산장치 |
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| KR101646764B1 (ko) * | 2015-10-28 | 2016-08-09 | 삼호환경기술 주식회사 | 고정층 가스화 장치 및 방법 |
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| JP2012102180A (ja) | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Yasuharu Matsushita | ガス化炉及びガス化システム |
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2014
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