KR101417233B1 - 2 단 선회 유동층식 소각로에 의한 폐기물의 소각 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

소각 처리 중에 발생하는 다이옥신류의 재합성을 억제하는 연소와, 중화 처리와, 부유 입자 형상 물질의 제거를 효율적으로 또한 저렴하게 실시할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 제 1 단 선회 유동층실과 제 2 단 가스 선회류실과 가스 연소실과 가스 냉각실과 배기 가스 챔버와 배기통을 구비하는 2 단 선회 유동층 소각로와, 가스 냉각실과 배기 가스 챔버 사이에 유체 연통 상태로 설치되어 있는 습식 초음파 집진 장치 및 열 교환기를 구비하고, 열 교환기에 의해 열 교환된 열 에너지를 소각로에서 이용하는 2 단 선회 유동층 소각로 시스템.

Description

2 단 선회 유동층식 소각로에 의한 폐기물의 소각 처리 방법{METHOD FOR INCINERATING WASTE BY TWO-STAGE SWIRLING FLOW FLUIDIZED BED INCINERATOR}
본 발명은 2 단 선회 유동층식 소각로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러 종류의 다양화된 폐기물의 단독 혹은 혼합 연소의 고온 열분해에 의해, 발생한 연소 가스 중의 유해 물질을 안정한 물질로 치환하여 무해화하는 것, 부유 입자 물질을 분리 제거하는 것 및 연소 배기 가스가 보유하는 열 에너지를 이용하여 가압 공기를 열풍 가압 공기로 전환하는 것이 가능한 2 단 선회 유동층식 소각로에 관한 것이다.
일반적으로 폐기물은 식물성 또는 동물성의 식품 찌꺼기 등 이른바 주개(廚芥), 종이·섬유·나무·대나무·플라스틱류·고무·피혁·낙엽 등의 잡개(雜芥), 그 외 토사 유리·도자기·금속류 등을 포함한다. 주개와 잡개는 60 ∼ 80 ％ 의 수분을 함유하는 가연물이지만, 토사·유리·도자기·금속류는 불연물이다. 이들 가연물과 불연물의 비율은 지역별 차이는 거의 없다. 혼합개(混合芥)에서는 가연물이 약 80 ％, 불연물이 약 20 ％ 의 비율이다. 또한, 펄프 폐액이나 석유 정제에 있어서의 황산 슬래그 그 외 각종 가연물에는 다소의 차이는 있어도 불연물이 함유되어 있다. 또한, 화학 제품의 보급에 의해, 소각 처리 시설로부터 발생하는 소각회 및 연소 비회(飛灰) 중에는 맹독의 방향족계 유기 염소 화합물인 다이옥신류나 폴리염화디벤조푸란류가 다량으로 함유되어 있다. 이들 유해 물질이 자연계로 유출되면, 자연 환경이나 건강에 직접 영향을 미치는 폐해가 나타나기 때문에, 큰 사회 문제가 되고 있다.
현재로서는, 폐기물의 소각 처리는 고정 노상식(爐床式), 스토커 (루스터) 식, 유동상식 및 가스화 용융식 등에 의해 실시되고 있다. 그러나, 이들 소각 처리 방식에서는 다이옥신류나 폴리염화디벤조푸란류 등의 재합성을 억제할 수 없다. 발생하는 소각회 및 집진 장치에 의해 포집된 연소 비회 중에는 반드시 다이옥신류·폴리염화디벤조푸란류나 중금속이 함유되어 있다. 소각회 및 연소 비회는 용융로 등에서 끊임없이 재처리가 반복되고 있을 뿐, 특별한 소각 방식에 의해 다이옥신류·폴리염화디벤조푸란류 등의 재합성을 억제하는 조치는 채용되어 있지 않은 것이 실정이다.
종래의 소각 장치는 피소각물에 혼입되어 있는 돌·유리·도자기·금속류 등의 불연물 처리에 관하여 전혀 고려되어 있지 않은 것이 많다. 가령, 소각 장치의 전처리 공정 중에 불연물 제거 장치나 파쇄 장치를 설치해도 효율적인 소각 처리가 얻어지지 않는다. 진개(塵芥) 이외의 가연물, 예를 들어 펄프 폐액·황산 슬래그에도 동일한 과제가 남아 있다. 또한, 피소각물의 연소에 의해 발생하는 염화수소 (HCl), 산소 (O2), 일산화탄소 (CO) 로부터 연소 비회 중의 중금속이나 타고 남은 탄소에 의해 맹독의 다이옥신류가 재합성되고, 폴리염화디벤조푸란류가 발생하여 중대한 사회 문제를 야기하고 있다. 그러나, 종래의 소각 처리 방식에서는 이 문제의 해결은 이루어지지 않았다.
경사진 화상(火床) 상에 피소각물을 상방으로부터 투입하고, 그 하방으로부터의 공기를 상방의 비스듬한 방해판을 따라 불어올려 공기의 순환류를 만드는 연소 장치가, 예를 들어 일본 공개특허공보 소46-892호에 기재되어 있다. 이 장치에서는 공기의 순환이 불충분하고, 또한 피소각물은 직접 장치 내에 투입되기 때문에, 완전 연소는 거의 바랄 수 없다는 결점이 있다.
또한, 노 정상부의 개구부로부터 피소각물을 투입하고, 피소각물의 하부에 설치한 산기관으로부터의 불어들임 공기에 의해, 투입된 피소각물을 유동화시켜 연소시킨 후, 불연물을 산기관의 하부에 설치한 스크루 컨베이어로 장치 밖으로 배출하도록 한 1 단 연소 방식 (예를 들어, 일본 공개특허공보 소49-108856호) 도 있다. 그러나, 이 방식에서는 피소각물로 형성한 유동층에서의 완전 연소는 불가능하고, 수분이 많은 피소각물의 연소는 불완전 연소가 된다.
또한, 패들 피더를 소각로의 저부에 설치하고, 패들 피더의 하방으로부터 산기관을 개재하여 공기를 불어들이는 1 단식의 연소 장치가 일본 공개특허공보 소52-90174호에 기재되어 있다. 이 연소 장치에 있어서는, 피소각물을 패들 피더의 일단으로부터 그 노 내로 반송시키고, 이 패들 피더 트로프의 하방으로부터 불어들인 공기에 의해 피소각물의 유동화를 형성한다. 그러나, 이 방법도 1 단식 연소 장치이기 때문에 반드시 완전한 연소는 얻어지지 않는다.
상기 일본 공개특허공보 소52-90174호의 장치와는 달리, 피소각물을 소각로 본체의 유동층실의 비스듬한 상방으로부터 투하하여, 열 매체 (규사 등) 에 의해 형성된 유동층 중으로 낙하시켜 피소각물의 일부를 연소시키고, 유동층을 통과하여 패들 피더에 낙하된 피소각물은 패들 피더에 의해 분쇄되어 피더 트로프로부터의 공기 불어올림과, 유동층실의 중간부에 설치한 산기관에 의해 안정적인 유동층을 형성하며, 이 산기관 상방의 일방의 벽으로부터 비스듬한 상방으로, 또한 그 대향벽으로부터 비스듬한 하방으로 당해 노 밖에서 열 교환된 공기를 풍상(風箱)으로부터 불어들여 선회 유동층을 형성하는 2 단 연소 방식의 연소 방법이 일본 공개특허공보 소55-95016호에 기재되어 있다. 이 경우, 피소각물은 선회류를 타고 완전한 연소가 실시된다. 그러나, 노 내로 투입된 피소각물 중에는 패들 간격 이상의 큰 석괴나 금속괴 등의 불연물이 혼입되는 경우도 많기 때문에, 패들 피더의 회전 정지가 일어나 가연물의 분쇄와 불연물의 반송이 순조롭게 이루어지지 않으므로, 충분한 2 단 연소가 불가능해지는 경우도 많다. 또한, 부득이하게 소각 장치 그 자체가 일시 정지되는 등의 기본적인 결점이 있다. 또한, 피소각물의 연소에 의해 발생하는 산성 가스, 예를 들어 염화수소 등에 의해, 특수한 예를 제외하고 대부분의 당해 장치는 노 본체 내벽의 내화재가 현저하게 열화되고, 당해 장치 그 자체의 기능을 완전히 손상시켜, 소각 처리가 불가능해진다. 따라서, 이들을 보충하기 위한 수고나 수선 등에 소요되는 경비가 증대한다. 또한, 소각 장치 내에 있어서 맹독의 방향족계 유기 염소 화합물인 다이옥신류나, 폴리염화디벤조푸란류 등의 재합성은 거의 억제할 수 없다.
지금까지 개발된 집진 장치는, (1) 사이클론과 (2) 세정 집진 장치 (벤튜리 스크러버) 와 (3) 전기 집진 장치와 (4) 백 필터와 (5) 음파 집진 장치가 있다. 이 중에서 음파 집진 장치는, 처리 가스에 음파에 의해 진동을 부여하면 부유 입자는 서로 충돌하여 응집된다. 응집 입자는 외관상 입경이 커지므로, 사이클론 등에 의해 용이하게 포집할 수 있다. 그러나, 음파에 의한 소음 공해의 문제가 있어, 현재는 거의 사용되고 있지 않다. 사이클론은 입자 직경 5 ㎛ ∼ 10 ㎛ 에 적응되기 때문에, 문제가 되는 1 ㎛ 전후의 함유 입자에는 적응할 수 없다는 결점이 있다. 세정 집진 장치의 포집 성능은 사이클론과 백 필터의 중간이며, 대량의 분진을 함유한 배수가 발생하기 때문에, 대규모의 배수 처리가 필요해진다. 전기 집진 장치는, 대전 입자를 정극판 방향으로 이동시켜 정극판에 부착시켜서, 처리 가스와 분리한다. 부착된 입자의 제거에는, 기계적으로 해머 링 등에 의해 정극판으로부터 박리하는 방법 (건식법) 과, 수류로 흘려 제거하는 방법 (습식법) 이 있다. 전기 집진 장치는, 각종 집진 장치 중에서도 가장 미소한 입자 (0.1 ㎛ 정도) 까지 포집할 수 있고, 또한 고온 고압에서도 사용할 수 있으며, 압력 손실도 작고 (10 ㎜ 수주(水柱) 정도), 운전비가 저렴하기 때문에, 대량의 가스 처리용으로서 사용되는 경우가 많다. 그러나, 전기 집진 장치는 고전압 (수천 볼트 이상) 및 정류기를 필요로 하기 때문에, 설비비가 가장 비싸고, 정극판에 부착된 입자를 기계적으로 해머 링 등에 의해 박리할 때 (4 회 이상/시간) 에는 대량의 분진이 대기 중으로 방출되며, 한편 수류로 흘려 제거하는 경우에는 배수 처리가 필요해진다는 결점이 있다. 백 필터는, 분진이 여과포 상에 퇴적되면 처리 가스 압력의 손실이 커지기 때문에, 분진을 일정 간격으로 털어서 떨어뜨릴 필요가 있고, 이 때문에 부착성이 있는 분진이나 수분이 많은 처리 가스의 집진은 불가능하다. 털어서 떨어뜨리는 방식은 역기류 불어들임이나 기계적 진동이 있지만, 털어서 떨어뜨리는 중에는 여과 조작을 중지하거나, 백을 몇 개의 그룹으로 나누어 순차적으로 털어서 떨어뜨려 나가는 방법이 사용되는데, 매우 불합리한 것으로, 상기의 문제점은 거의 해결되지 않았다.
폐기물 소각 시설의 연소 배기 가스로부터 열 에너지를 회수하는 열 교환기는, 통상적으로 가능한 한 고온측에 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 당해 연소 배기 가스 중에는 수분과 부유 입자가 많기 때문에, 열 교환기와 집진 장치의 조합이 어렵다. 또한, 당해 열 교환기에 부유 입자가 부착되기 쉽기 때문에, 당해 열 교환기를 저온측에 배치해야 한다. 따라서, 효과적인 열 에너지의 회수를 실현할 수 없는 것이 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하여, 피소각물의 연소에 의해 발생하는 맹독의 다이옥신류나 폴리염화디벤조푸란류 등의 재합성을 억제하고, 분진을 효과적으로 집진하며, 열 에너지를 효과적으로 회수하고, 대기 중으로 방출되는 연소 배기 가스의 백탁을 방지할 수 있는 소각 장치 및 소각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 제 1 단 선회 유동층실과, 당해 제 1 단 선회 유동층실의 상부와 유체 연통되는 제 2 단 가스 선회실과, 당해 제 2 단 가스 선회실의 상부와 유체 연통되는 가스 연소실과, 당해 가스 연소실의 상부에 형성된 습벽식 가스 냉각실과, 당해 습벽식 가스 냉각실의 상부 측면과 유체 연통되는 습식 초음파 집진 장치와, 당해 습식 초음파 집진 장치와 유체 연통되는 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기와, 당해 습식 초음파 집진 장치에 있어서 제진되고 그리고 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기에 있어서 열 교환된 연소 배기 가스를 계 밖으로 배출시키는 배기통을 구비하는 배기 가스 챔버와, 당해 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기에 있어서 열 교환되어 얻어지는 열 에너지를 당해 제 1 단 선회 유동층실, 당해 제 2 단 가스 선회실 및 당해 배기통에 있어서의 선회류의 발생에 이용하는 2 단 선회 유동층식 소각로 시스템이 제공된다. 당해 제 1 단 선회 유동층실에는, 다수의 오리피스 노즐 및 열 매체 취출구가 형성되어 있는 원추형 저판과, 당해 원추형 저판의 하방에 설치되어 있는 풍상과, 당해 풍상에 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 설치되고, 당해 원추형 저판의 상방에는 미리 열 매체가 충전되어 있으며, 당해 열풍 송기관으로부터 송입된 가압 공기를 다수의 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 원추형 저판의 상방으로 불어냄으로써 당해 열 매체를 불어올려 유동층을 형성하도록 구성되어 있고, 당해 제 1 단 선회 유동층실 상부 내벽에는 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐이 설치되며, 당해 제 1 단 선회 유동층실 상부 외벽에는 당해 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐과 유체 연통되는 고리형의 풍상이 설치되고, 당해 풍상에는 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 장착되어 있으며, 당해 풍상에 송입된 가압 공기를 당해 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 제 1 단 선회 유동층실로 송입하여 당해 유동층을 형성하고 있는 열 매체를 선회시키도록 구성되어 있다. 당해 제 1 단 선회 유동층실과 당해 제 2 단 가스 선회실 사이에는 피소각물 투입구, 중화제 투입구, 열 매체 순환구 및 버너가 설치되고, 피소각물, 중화제 및 열 매체를 당해 유동층에 투입하여 선회시키면서 당해 제 2 단 가스 선회실로 상승시키도록 구성되어 있으며, 당해 제 2 단 가스 선회실 상부 내벽에는 다수의 오리피스 노즐이 설치되고, 당해 제 2 단 가스 선회실 상부 외벽에는 당해 오리피스 노즐과 유체 연통되는 고리형의 풍상이 설치되며, 당해 풍상에는 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 장착되어 있고, 당해 풍상에 송입된 가압 공기를 당해 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 제 2 가스 선회실로 불어들여 당해 제 1 단 선회 유동층실로부터 상승해 오는 연소 배기 가스를 더욱 선회시키도록 구성되어 있다. 당해 가스 연소실 상부에는 당해 습벽식 가스 냉각실과 유체 연통되는 배기 가스 출구관이 설치되고, 연소 가스 및 연소 비회를 당해 습벽식 가스 냉각실에 도입하도록 구성되어 있다. 당해 습벽식 가스 냉각실에는 당해 가스 연소실의 당해 배기 가스 출구관을 덮도록 전립(陣笠)이 설치되어 있고, 당해 전립의 상면 중앙부에는 냉각수 입구관이 설치되며, 당해 전립의 하방에서 또한 당해 배기 가스 출구관의 외주부에 고압 공기를 송기하는 고압 공기 입구관이 당해 습벽식 가스 냉각실 외벽을 관통하여 설치되어 있고, 당해 전립 상면을 따라 냉각수를 연속 또한 평균적으로 송수하여 당해 전립의 하단에서 당해 가스 연소실로부터 상승해 오는 연소 배기 가스 및 비회와 접촉시켜 식히거나 또한 당해 배기 가스 출구관의 외주부와 당해 습벽식 냉각실 외벽 사이의 공간에 연소 배기 가스 및 비회를 함유한 냉각수를 저류시키도록 구성되어 있다. 당해 배기 가스 챔버에는 비회를 포집한 후의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 입구관과, 백연(白煙) 방지용 열풍 입구관과, 배기통이 설치되어 있고, 당해 배기통의 최하단에 고리형의 풍상을 설치하며, 당해 배기통 측판에 접선 방향으로 배열시킨 다수의 오리피스 노즐을 설치하고, 당해 배기통의 외측으로 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관을 설치하며, 가압 공기를 당 열풍 송기관으로부터 당해 풍상을 경유하여 당해 오리피스 노즐로부터 당해 배기통으로 불어들여 선회류를 발생시키도록 구성되어 있다.
상기 습식 초음파 집진 장치는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관과, 가스 정류판 유닛과, 다수의 압전 소자의 진동자 유닛과, 미스트 세퍼레이터와, 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 출구관을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 선회용 공기 열 교환기는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관과, 고압 공기에 의해 부착 매진(煤塵)을 제거하는 산기관과, 각진 단면의 익스팬션과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 제 1 단 선회 유동층실, 제 2 단 가스 선회실 및 배기 가스 챔버에 열풍을 송기하는 배관을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 유동용 공기 열 교환기는 상기 선회용 공기 열 교환기의 하류에 설치되어 있고, 상기 선회용 공기 열 교환기와 유체 연통되는 덕트와, 고압 공기에 의해 부착 매진을 제거하는 산기관과, 각진 단면의 익스팬션과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 저부에 유동층을 발생시키기 위한 열풍을 송기하는 배관과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 배기 가스 챔버에 배기 가스를 송기하는 배관과, 매진 저류 챔버와, 매진 출구관을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 2 단 선회 유동층식 소각로 시스템을 사용하여 피소각물을 소각하는 방법이 제공된다. 본 방법은 상기 제 1 단 선회 유동층실로부터 선회 상승해 오는 열 매체에 상기 피소각물 투입구로부터 피소각물을 투입하고, 상기 가스 연소실 내에서의 선회류의 외측 온도를 850 ℃ 이상으로 유지시키며 또한 선회류의 중심축 온도를 1300 ℃ 이상으로 유지시켜 피소각물을 완전 연소시키며, 중화제를 상기 중화제 투입구로부터 투입하여 피소각물의 연소 산물인 산성 가스를 중화시키고, 피소각물의 연소에 의해 발생하는 연소 가스 및 비회를 상기 가스 연소실의 상기 배기 가스 출구관으로부터 상기 습벽식 냉각실로 도입하며, 상기 냉각수 입구관으로부터 냉각수를 공급하여 상기 전립의 상면을 따라 연속 또한 평균적으로 송수하고, 연소 배기 가스 및 비회와 냉각수를 접촉시켜 상기 배기 가스 출구관의 외주부와 상기 습벽식 냉각실 외벽 사이의 공간에 연소 배기 가스 및 비회를 함유한 냉각 배수를 저류시키며, 상기 고압 공기 입구관으로부터 고압 공기를 송기하여 당해 연소 배기 가스와 당해 비회를 혼합시킨 후 배수하여 나머지 연소 가스를 배출시키고, 상기 습벽식 냉각실로부터 배출된 연소 가스를 제진하고, 열 교환한 후 상기 배기 가스 챔버로 되돌려 상기 배기통으로 상승시켜 선회류를 발생시켜서 연소 가스 중의 수분을 기화시키며, 연소 가스의 열 교환에 의해 회수한 열 에너지를 상기 제 1 단 선회 유동층실, 상기 제 2 가스 선회실 및 상기 배기통에 있어서의 선회류의 발생 그리고 상기 제 1 단 선회 유동층실 하방에서의 유동층의 형성에 이용함으로써, 연소 산성 가스를 중화시키고 또한 다이옥신류의 재합성을 억제하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습벽식 냉각실의 상방의 측면에 설치된 상기 배기 가스 출구관으로부터 배출된 상기 연소 배기 가스 및 연소 비회를 함유하는 흐름은 상기 습식 초음파 집진 장치의 상기 가스 정류판 유닛에 의해 균등화되고, 상기 다수의 압전 소자의 진동자 유닛에 있어서 발생시킨 28 ㎑/S 전후 음파 영역의 진동을 부여하여 형성한 미세한 수적(水滴)에 연소 비회를 흡수시켜 연소 배기 가스로부터 분리하며, 연소 배기 가스 중의 나머지 수적을 상기 미스트 세퍼레이터로 제거하고, 이어서 제진한 연소 배기 가스를 상기 선회용 공기 열 교환기와 상기 유동용 공기 열 교환기로 이송하여 열 교환한 후, 상기 배기 가스 챔버에 도입하는 것이 바람직하다.
일반적으로 소각 처리 시스템에 있어서의 다이옥신류의 생성 과정은 2 차 연소실에 있어서 완전 연소되지 못하고 잔류한 미연소 성분 혹은 전구 물질이, 2 차 연소실로부터 집진 장치·열 교환기를 통과하는 동안에 온도·분위기·촉매 등의 제조건이 적당하게 갖추어져, 연소에 의해 발생한 염화수소와 반응하여 생성된다고 생각되고 있다. 이 생성 반응에는, 1) 300 ∼ 500 ℃ 의 분위기 온도에서 매진 중의 중금속 (특히 구리) 이 촉매가 되어, 미연소 탄소 등으로부터 다이옥신류가 합성되는 반응 경로와, 2) 클로로페놀이나 클로로벤젠 등의 전구 물질이 분해되고, 이어서 다이옥신류가 합성되는 반응 경로가 있다. 특히 1) 의 합성 반응은 관련성이 희박한 물질로부터 새롭게 합성된다는 의미로 디노버 합성 (De Novo Synthesis) 이라고 불리고 있다. 독성이 강한 다이옥신류는, 그 화학적 구조로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본질적으로는 일산화탄소 (CO) 나 각종 탄화수소 (HC) 등과 마찬가지로 미연소분의 일종이라고 생각되고 있다. 따라서, 소각로 내에서의 다이옥신류 생성 억제법은 높은 연소 온도 (Temperature), 연소 가스의 충분한 체류 시간 (Time) 및 미연소 가스와 공기의 양호한 난류 혼합 (Turbulence) 이 가장 중요해진다. 그래서, 산소 (O2) 농도의 컨트롤을 전제로 하여, 이들 3 요소의 양호한 밸런스를 도모하면 대부분의 다이옥신류의 재합성을 억제할 수 있게 된다. 이들 3 요소의 양호한 밸런스가 도모된 연소 조건 하에서, 연소에 의해 발생한 염화수소를 동시에 생석회 (CaO) 에 의한 중화 처리에 제공함으로써, 안정적인 무해한 염화칼슘 (CaCl2) 과 물 (H2O) 이 생성된다. 중금속의 촉매가 연소 배기 가스 중에 존재해도 염화칼슘 (CaCl2) 과 물 (H2O) 은 거의 반응하지 않기 때문에, 연소 배기 가스에 알맞은 중화제의 자동 공급에 의해 다이옥신류의 재합성 억제 효과를 높일 수 있다.
연소 배기 가스 중의 비회와 중금속류는, 2 단 선회 유동층식 소각로의 상부에 설치된 전립 (陣笠) 부착 습벽식 가스 냉각실의 냉각수에 흡수된다. 비회와 중금속류를 흡수한 냉각수는, 습식 초음파 집진 장치로부터의 배수와 함께 응집 침전식 배수 처리 장치에서 처리수와 오니로 분리된다. 처리수는 습벽식 가스 냉각실로 재순환되어, 냉각수로서 재이용한다. 이렇게 해서 습식 초음파 집진 장치의 연소 배기 가스 중의 수분량을 최소한으로 유지하여, 공기 열 교환기에 비회 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연소 배기 가스의 고온측에 그 공기 열 교환기를 배치할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소 장치에서는 물에 의해 집진을 실시하고 있기 때문에, 음파 집진 장치의 음파에 의한 소음 공해의 문제도 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소 장치에서는 대기 중으로 방출되는 연소 배기 가스의 백연에 선회류를 발생시켜 열풍과 혼합시킴으로써 백탁을 방지할 수 있다.
도 1(a) 는 본 발명에 관련된 2 단 선회 유층층식 소각로를 개념적으로 나타내는 종단면도이고, (b) ∼ (d) 는 그 일부를 각각 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 도 1 에 있어서의 A-A 선으로 절단한 평면도이다.
도 3 은 도 1 에 있어서의 B-B 선으로 절단한 평면도이다.
도 4 는 도 1 에 있어서의 C-C 선으로 절단한 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 2 단 선회류식 연소로 시스템의 개략을 나타내는 계통도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 관련된 주장치인 소각로를 개념적으로 나타내는 단면도이다. 2 단 선회 유동층식 소각로 (1) 는 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 과, 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 의 상부와 유체 연통되는 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 과, 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 의 상부와 유체 연통되는 가스 연소실 (1-3) 과, 가스 연소실 (1-3) 의 상부에 형성된 습벽식 가스 냉각실 (27) 을 구비한다.
제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 에는, 다수의 오리피스 노즐 (3) 및 열 매체 취출구 (2) 가 형성되어 있는 원추형 저판 (n) 과, 원추형 저판 (n) 의 하방에 설치되어 있는 풍상 (4) 과, 풍상 (4) 에 열풍 (k) 을 송입하는 열풍 송기관 (5) 이 설치되어 있다. 원추형 저판 (n) 은 유발 형상으로 완만하게 경사져 있다. 원추형 저판 (n) 의 중앙을 통과하여 최하부로 빠지는 열 매체 취출구 (2) 가 형성되어 있다. 원추형 저판 (n) 의 거의 전체면에 걸쳐 다수의 오리피스 노즐 (3) 이 수직으로 배열되어 설치되어 있다. 이들 오리피스 노즐 (3) 은 원추형 저판 (n) 의 하측에 설치한 풍상 (4) 과 연통되어 있다. 원추형 저판 (n) 의 상방에는 열 매체 (a) 가 충전되어 있다. 열풍 송기관 (5) 으로부터 송입된 열풍 (k) 을 다수의 오리피스 노즐 (3) 을 통과시켜 원추형 저판 (n) 의 상방으로 불어냄으로써, 열 매체 (a) 를 불어올려 유동층을 형성하도록 구성되어 있다. 열풍 (k) 은, 도 5 에 나타내는 소음기가 부착된 송풍기 (76) 에 의해 송기되고, 공기 열 교환기 (75) 에 의해 열 교환된 후, 오리피스 노즐 (3) 을 통과하여 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내로 불어들여지고, 미리 충전된 열 매체 (a) 를 불어올려 유동층 노를 형성한다.
제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 의 상부 내벽에는 도 3 에 나타내는 바와 같이 임의의 각도를 갖는 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐 (6) 이 설치되어 있다. 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 의 상부 외벽에는 노 본체 (1) 의 외판과 내화재 (f) 사이에, 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐 (6) 과 유체 연통되는 고리형의 풍상 (7) 이 설치되어 있다. 도 2 에 상세하게 나타내는 바와 같이, 풍상 (7) 에는 노 본체 (1) 의 외측에 배치한 고리형 헤더관 (8) 의 일부에, 열풍 (k) 을 송입하는 열풍 송기관 (9) 이 장착되어 있다. 고리형 헤더관 (8) 과 풍상 (7) 사이에는 열풍 송기관 (10), 댐퍼 (12) 및 열풍 송기관 (11) 이 설치되어 있다. 열풍 송기관 (9) 으로부터 송입된 열풍 (k) 은 고리형 헤더관 (8), 열풍 송기관 (10), 댐퍼 (12) 및 열풍 송기관 (11) 을 경유하여 풍상 (7) 으로 송입된다. 풍상 (7) 에 송입된 열풍 (k) 은, 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐 (6) 을 통과하여 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 로 송입되고, 유동층을 형성하고 있는 열 매체 (a) 를 선회시켜 안정적인 제 1 단째의 선회 유동층을 형성하도록 구성되어 있다.
제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 과 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 사이에는 버너 (17) 가 설치되어 있다. 버너 (17) 의 장착 위치와 동일한 원주 상의 다른 지점에, 도 1(a), 도 1(b), 도 1(c), 도 1(d) 에 나타내는 바와 같이, 고형물 피소각물 투입구 (13), 액상 피소각물 주입구 (14), 열 매체 순환구 (15), 대각선 하방으로 경사지는 중화제 투입구 (16) 가 형성되고, 고형물 피소각물 (b), 액상 피소각물 (c), 열 매체 (a) 및 중화제 (g) 를 당해 유동층에 투입하여 선회시키면서 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 로 상승시키도록 구성되어 있다.
제 2 단 가스 선회실 (1-2) 의 상부 내벽에는 오리피스 노즐 (18) 이 설치되어 있다. 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 의 상부 외벽에는 오리피스 노즐 (18) 과 유체 연통되는 고리형의 풍상 (19) 이 설치되어 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 풍상 (19) 에는 고리형 헤더관 (20) 의 일부에, 열풍 (k) 을 송입하는 열풍 송기관 (21) 이 장착되어 있다. 고리형 헤더관 (20) 과 풍상 (19) 사이에는 열풍 송기관 (22), 댐퍼 (24) 및 열풍 송기관 (23) 이 설치되어 있다. 열풍 송기관 (21) 으로부터 송입된 열풍 (k) 은 고리형 헤더관 (20), 열풍 송기관 (22), 댐퍼 (24) 및 열풍 송기관 (23) 을 경유하여 풍상 (19) 으로 송입된다. 풍상 (19) 으로 송입된 열풍 (k) 은 오리피스 노즐 (18) 을 통과하여 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 로 송입되고, 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 로부터 상승해 오는 선회 유동층을 더욱 선회시켜, 한층 더 강인한 제 2 단 선회 유동층을 형성하도록 구성되어 있다.
가스 연소실 (1-3) 의 상부에는 습벽식 가스 냉각실 (27) 과 유체 연통되는 배기 가스 출구관 (28) 이 설치되어, 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 를 습벽식 가스 냉각실 (27) 로 도입하도록 구성되어 있다.
습벽식 가스 냉각실 (27) 에는 가스 연소실 (1-3) 의 배기 가스 출구관 (28) 을 덮도록 전립 (42) 이 설치되어 있다. 전립 (42) 의 상면 중앙부에는 냉각수 입구관 (40) 이 설치되어 있다. 전립 (42) 의 하방에서 또한 배기 가스 출구관 (28) 의 외주부에 고압 공기를 송기하는 고압 공기 입구관 (41) 이 습벽식 가스 냉각실 (27) 의 외벽을 관통하여 설치되어 있다. 전립 (42) 의 상면을 따라 냉각수 (l) 를 연속 또한 평균적으로 송수하여, 전립 (42) 의 하단에서 가스 연소실 (1-3) 로부터 상승해 오는 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 와 접촉시켜 냉각시키고, 또한 배기 가스 출구관 (28) 의 외주부와 습벽식 냉각실 (27) 의 외벽 사이의 공간에 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 를 함유한 냉각수 (l) 를 저류시키도록 구성되어 있다.
습벽식 가스 냉각실 (27) 의 배기 가스 출구관 (28) 은 습식 초음파 집진 장치 (72) 에 연결되어 있다. 습식 초음파 집진 장치 (72) 는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관 (72a) 과, 가스 정류판 유닛 (72b) 과, 다수의 압전 소자의 진동자 유닛 (72c) 과, 미스트 세퍼레이터 (72d) 와, 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 출구관 (72e) 을 구비한다.
습식 초음파 집진 장치 (72) 는 배관을 개재하여 선회 공기 열 교환기 (73) 및 유동층용 공기 열 교환기 (75) 에 연결되어 있다.
선회용 공기 열 교환기 (73) 는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관 (73a) 과, 고압 공기에 의해 부착 매진을 제거하는 산기관 (78) 과, 각진 단면의 익스팬션 (73b) 과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 제 1 단 선회 유동층실 (1-1), 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 및 배기 가스 챔버 (29) 에 열풍 (k) 을 송기하는 배관을 구비한다.
유동용 공기 열 교환기 (75) 는 선회용 공기 열 교환기 (73) 의 하류에 설치되어 있고, 선회용 공기 열 교환기 (73) 와 유체 연통되는 덕트 (75a) 와, 고압 공기에 의해 부착 매진을 제거하는 산기관 (78) 과, 각진 단면의 익스팬션 (75b) 과, 2 단 선회 유동층 소각로의 저부에 유동층을 발생시키기 위한 열풍 (k) 을 송기하는 배관과, 2 단 선회 유동층 소각로의 배기 가스 챔버 (29) 에 배기 가스 (j) 를 송기하는 배관과, 매진 저류 챔버 (79) 와, 매진 출구관 (80) 을 구비한다. 습벽식 가스 냉각실 (27) 로부터 배기 가스 출구관 (28) 을 통하여 반송되는 연소 비회 (i) 는 산기관 (78) 으로부터의 기체 흐름에 의해 유동층용 공기 열 교환기 (75) 하부의 매진 벙커 (79) 에 모아진다.
또한, 선회 공기 열 교환기 (73) 에는 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 의 열풍 송기관 (9), 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 의 열풍 송기관 (21) 및 배기 가스 챔버 (29) 하방의 배기 가스 입구관 (30) 에 각각 열풍 (k) (200 ℃) 을 송기하는 배관이 연결되어 있다. 또한, 유동층용 공기 열 교환기 (75) 에는 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 하방의 풍상 (4) 에 열풍 (k) (200 ℃) 을 송기하는 배관이 연결되어 있다.
습벽식 냉각실 (27) 의 상방에는 배기 가스 챔버 (29) 가 추가로 형성되어 있다. 배기 가스 챔버 (29) 에는 연소 비회 (i) 를 포집한 후의 배기 가스 (j) 를 재순환시키는 배기 가스 입구관 (30) 과, 백연 방지용 열풍 입구 (31) 와, 배기통 (32) 이 설치되어 있다. 배기통 (32) 의 최하단에 고리형의 풍상 (33) 이 설치되어 있다. 풍상 (33) 에는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 배기통 (32) 외측에 배치한 고리형 헤더관 (35) 의 일부에, 열풍 (k) 을 송입하는 열풍 송기관 (39) 이 장착되어 있다. 고리형 헤더관 (35) 과 풍상 (33) 사이에는 열풍 송기관 (35), 댐퍼 (38) 및 열풍 송기관 (36) 이 설치되어 있다. 열풍 송기관 (39) 으로부터 송입된 열풍 (k) 은 고리형 헤더관 (33), 열풍 송기관 (36), 댐퍼 (38) 및 열풍 송기관 (37) 을 경유하여 풍상 (33) 으로 송입된다. 풍상 (33) 에 송입된 열풍 (k) 은 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐 (34) 을 통과하여 배기통 (32) 에 불여들여지고, 선회류를 발생시키고 있는 배기 가스 (j) 와 잘 혼합되어 배기 가스 (j) 중의 수증기를 기화시켜 백연의 발생을 방지하도록 구성되어 있다. 백연 방지용 열풍 입구관 (31) 은 그 챔버 (29) 의 배기 가스 입구관 (30) 과 동 레벨의 임의의 위치에 설치되어 있다. 백연 방지용 열풍 입구관 (31) 은 별도 설치된 열풍 발생 장치 (85) 에 연결되어 있다. 열풍 발생 장치 (85) 는 오일 버너 (85a) 를 구비하고, 보조 연료 (m) 와 가압 공기 (u) 를 혼합하여 연소시켜 발생시킨 연소 가스와, 열풍 발생 장치 (85) 의 측면으로부터 흡입된 공기 (t) 로부터 가스 온도를 600 ℃ 로 조정한 열풍 (e) 을 발생시킨다.
다음으로, 본 발명의 2 단 선회 유동층식 연소로 시스템을 사용하여 피소각물을 연소 처리하는 방법을 설명한다.
고형상 피소각물 (b) 은 도 5 에 나타내는 처리물 수납 박스 (43) 에 일정 용량 저류되고, 전동 횡행 호이스트 (44) 와 전동 블록 (45) 을 사용하여 압축 전단기 (46) 의 투입구로 이동되어 장입된다. 압축 전단기 (46) 에 장입된 고형상 피소각물 (b) 은 가로 세로 50 ㎜ 이하로 절단되고, 도 5 에 나타내는 No.1 처리물 반송기 (47) 에 의해 처리물 저류조 (48) 로 반송되어 일시적으로 저류된다. 그 후, 자동 절단 장치 (49) 를 경유하여 정량씩 No.2 처리물 반송기 (50) 에 의해 반송되고, 급진(給塵) 장치 (51) 를 경유하여 정량씩 상기 고형상 피소각물 투입구 (13) 로부터 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내로 투입된다.
액상 피소각물 (c) 은 액상 피소각물 저류조 (52) 에 일시적으로 저류된다. 액상 피소각물 (c) 의 열량 조정에 사용하는 잔사유 (p) 는 잔사유 저류조 (53) 에 일시적으로 저류된다. 액상 피소각물 (c) 및 잔사유 (p) 는 각각 펌프 유닛 (54 및 55) 에 의해 혼합조 (56) 로 이송되어 열량 조정된다. 그 후, 액상 피소각물 (c) 및 잔사유 (p) 의 혼합액 (r) 을 펌프 유닛 (57) 에 의해 액상 피소각물 주입구 (14) 로 이송하고, 혼합 분무 장치 (58) 에 의해 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내로 분무된다.
이와 같이 하여 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내로 송입된 피소각물은 순시에 건조되어 가스화되고, 및 일부가 연소되어 제 1 단째의 연소 공정이 완료된다. 동시에, 불연물 (d) 은 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내에서 가연분으로 분리되어 원추형 저판 (n) 상에 일시 체류된 후, 일부의 열 매체 (a) 와 함께 열 매체 취출구 (2) 로부터 노 밖으로 반출되고, 도 5 에 나타내는 분급기 (59) 로 이송되며, 분급기 (59) 에서 열 매체 (a) 와 불연물 (d) 로 분리된다. 분리된 열 매체 (a) 는 도 5 에 나타내는 열 매체 순환 장치 (60) 에 의해 로터리 피더 (61) 까지 반송된다. 오버플로우된 열 매체 (a) 는 열 매체 저류조 (62) 에 일시적으로 저류된 후, 열 매체 순환 장치 (60) 로 순차 되돌려지고, 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 과 제 2 단 가스 선회류실 (1-2) 사이의 내벽에 형성된 열 매체 순환구 (15) (도 1(c) 참조) 로부터 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 의 유동층 내로 정량씩 되돌려져 재이용된다. 한편, 불연물 (d) 은 도 5 에 나타내는 불연물 반송기 (63) 에 의해 불연물 저류 박스 (64) 로 이송되어 일시 저류된 후, 계 밖으로 반출된다. 본 발명에 있어서, 열 매체 (a) 는 정격 운전에서 항상 부압 상태로 운전할 필요성으로부터 외기와의 기밀성이 요구되는 소각로의 외기와의 시일 (샌드 시일) 도 제공한다.
중화제 (g) (CaO 등) 를 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내의 선회 유동층 내에 투입하고, 고형상 피소각물 (b) 및 액상 피소각물 (c) 의 연소에 의해 발생한 산성 가스, 예를 들어 염화수소 등을 화학 반응에 의해 중화 처리한다. 중화제 (g) 는 중화제 저류조 (65) 에 저류되고, 제습기 (66) 를 경유한 가압 공기 (u) 와 혼합된 후, 정량 절단 장치 (67) 에 의해 정량씩 열풍 송기관 (68) 에 의해 중화제 투입구 (16) 로부터 투입된다. 본 발명에 있어서, 중화제 (g) 는 선회 유동층의 선풍류 (난류) 를 타고 연소 가스와 직접 혼합되는 시간이 길어져, 효율적인 중화 반응이 실시되고 다이옥신류의 억제 효과를 발휘한다.
버너 (17) 는 중유 등의 고발열량의 보조 연료 (m) 를 연소시킨다. 보조 연료 (m) 는 보조 연료 저류조 (69) 에 저류되고, 오일 펌프 유닛 (70) 에 의해 송유된다. 보조 연료 (m) 는 연소용 송풍기 (71) 로부터 송기된 고압 공기 (o) 와 혼합되고, 연소된다. 열 매체 (a) 가 선회 유동 상태에 있어서 착화되어 연소되고, 노 내 온도가 설정 온도로 상승한 시점에서, 고형상 피소각물 (b) 및 액상 피소각물 (c) 을 단독 혹은 동시에 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 내에 공급한다. 버너 (17) 를 사용하여 선풍류의 외측 온도를 850 ℃ 이상으로 유지시켜 고형상 피소각물 (b) 및 액상 피소각물 (c) 의 연소를 안정화시킴과 함께 선풍류의 에너지, 즉 선풍류의 중심축 온도를 1300 ℃ 이상으로 유지시킬 수 있다.
고리형 헤더관 (20) 에는 도 5 에 나타내는 소음기가 부착된 선회용 송풍기 (74) 로부터 송기되고, 선회 공기 열 교환기 (73) 에 의해 열 교환된 열풍 (k) (200 ℃) 이 송입된다. 이 열풍 (k) 은 댐퍼 (24) 에 의해 평균적인 산소 농도 (공기량) 로 조정되고, 풍상 (19) 에 송기되어 각 오리피스 노즐 (18) 로부터 제 2 단 가스 선회류실 (1-2) 로 불어내어져, 제 1 단 선회 유동층실 (1-1) 에서 발생하는 선회류 (선풍류) 보다 한층 더 강인한 제 2 단째의 선회류를 형성한다.
이 제 2 단째의 선회류 (선풍류) 는 선회류의 외측에 있는 물질을 선회류의 중심으로 끌어당기는 특성을 갖고 있다. 이 특성은 소각로 (1) 에서 발생한 연소 가스 (산성 가스) 를 선회류의 중심부로 끌어당기기 때문에, 소각로 (1) 의 내벽면에 사용되는 내화재 (f) 에 대한 산성 가스에 의한 부식을 완전히 저지할 수 있고, 연소 가스의 노 내에서의 체류 시간을 연장시킬 수 있으며, 또한 선회류의 중심부 온도를 1300 ℃ 이상으로 유지시킬 수 있다. 이렇게 하여, 제 2 단 선회류는 산성 가스의 중화 처리와 고형상 피소각물 (b) 및 액체 피소각물 (c) 의 완전 연소를 거의 달성할 수 있게 되어, 다이옥신류의 발생을 현저하게 억제한다.
고형상 피소각물 (b) 및 액상 피소각물 (c) 은 제 2 단 가스 선회류실 (1-2) 에서 발생시킨 선회류에 의해 선회되면서 가스 연소실 (1-3) 로 상승하여, 연소된다. 연소 완료된 후의 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 는 노 본체 (1) 의 가스 연소실 (1-3) 정상부에 설치한 배기 가스 출구관 (25) 으로부터 배출되어, 가스 냉각실 (습벽식) (27) 로 유도된다. 이 때, 냉각수 (l) 를 전립 (42) 의 중심부에 설치한 냉각수 입구관 (40) 으로부터 연속 또한 평균적으로 송수하여, 상승해 오는 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 와 대향 접촉시킨다. 상승하는 연소 가스 (h) 및 연소 비회 (i) 는 냉각수 (l) 와 접촉함으로써 500 ∼ 400 ℃ 까지 냉각됨과 함께, 가스 연소실 (1-3) 의 배기 가스 출구관 (25) 의 외주부와 습벽식 냉각실 (27) 의 외벽 사이의 공간에 연소 비회 (i) 를 함유한 배수가 저류된다. 이 배수에, 압력 공기 입구관 (41) 으로부터 고압 공기 (o) 를 송기하여 잘 혼합시킴으로써 연소 비회 (i) 의 50 ％ 이상을 배수 중에 평균적으로 부유 현탁시킬 수 있다. 나머지의 연소 비회 (i) 를 함유한 연소 가스 (h) 는 냉각수 (l) 에 의해 500 ∼ 400 ℃ 로 강온된 후, 가스 냉각실 (습벽식) (27) 의 상부 측면에 설치한 배기 가스 출구관 (28) 으로부터 배출된다. 또한, 가스 연소실 (1-3) 의 정상부에는 연소 가스 긴급 방출구관 (26) 을 설치하여, 미연소 가스에 의한 폭발 사고를 방지하도록 구성하는 것이 바람직하다.
배기 가스 출구관 (28) 으로부터 배출된 연소 비회 (i) 를 함유하는 연소 배기 가스 (j) 는 도 5 에 나타내는 습식 초음파 집진 장치 (72) 로 이송된다. 습식 초음파 집진 장치 (72) 는 중금속류를 함유한 비회를 포집하여 배기 가스 (j) 로부터 분리한다. 바람직하게는, 가스 정류판 유닛 (72b) 에 의해 균등화된 후, 다수의 압전 소자의 진동자 유닛 (72c) 에서 발생시킨 28 ㎑/S 전후 음파 영역의 진동을 부여하여 형성한 미세한 수적에 연소 비회를 흡수시켜, 연소 배기 가스로부터 분리한다. 연소 배기 가스 중의 나머지 수적은 미스트 세퍼레이터 (72d) 에 의해 제거된다. 이렇게 하여 비회가 분리 제거된 후의 배기 가스 (j) 는 선회용 공기 열 교환기 (73) 및 유동용 공기 열 교환기 (75) 로 이송된다. 배기 가스 (j) 는 선회용 공기 열 교환기 (73) 에서 소음기가 부착된 선회용 송풍기 (74) 로부터 송기된 공기와 열 교환되어 공기를 데워서 선회용 열풍 (k) (200 ℃) 을 형성시킨다. 유동용 공기 열 교환기 (75) 에서, 배기 가스 (j) 는 소음기가 부착된 유동용 송풍기 (76) 로부터 송기된 공기와 열 교환되어 공기를 데워서 유동용 열풍 (k) (200 ℃) 을 형성시킨다. 유동용 열풍 (k) 은 배관을 경유하여 열풍 송기관 (5) 및 풍상 (4) 을 통해 제 1 단 선회 유동실 (1-1) 의 저부로부터 도입된다. 선회용 열풍 (k) 은 배관을 경유하여 열풍 송기관 (9) 및 풍상 (7) 을 통해 제 1 단 선회 유동실 (1-1) 로 도입되고, 열풍 송기관 (21) 및 풍상 (19) 를 통해 제 2 단 가스 선회실 (1-2) 로 도입되며, 열풍 송기관 (36) 및 풍상 (33) 을 통해 배기통 (32) 으로 도입된다.
한편, 유동용 공기 열 교환기 (75) 에 의해 열 교환된 배기 가스 (j) 는 유인 송풍기 (77) 에 의해 흡인되고, 배관을 경유하여 배기 가스 챔버 (29) 하부의 측면에 설치되어 있는 배기 가스 도입관 (30) 으로부터 배기 가스 챔버 (29) 로 도입된다. 동시에, 배기 가스 챔버 (29) 에는 열풍 발생 장치 (85) 로부터의 600 ℃ 의 열풍 (e) 이 백연 방지용 열풍 입구관 (31) 으로부터 도입된다. 배기 가스 챔버 (29) 내에서 배기 가스 (j) 와 열풍 (e) (600 ℃) 은 충분히 혼합되고, 배기통 (32) 으로 상승한다. 배기통 (32) 에는 선회 공기 열 교환기 (73) 에 의해 열 교환된 열풍 (k) (200 ℃) 이 선회류로서 도입되고, 배기 가스 (j) 및 열풍 (e) 과 충분히 혼합된다. 이렇게 하여 배기 가스 (j) 중의 수증기는 열풍 (e 및 k) 에 의해 기화되므로, 백연의 발생이 방지된다. 처리 후의 다이옥신류 등을 함유하지 않는 배기 가스는 배기통 (32) 의 정상부로부터 계 밖으로 배출된다.
한편, 선회 공기 열 교환기 (73) 및 유동 공기 열 교환기 (75) 에 도입된 배기 가스 (j) 중에 수반되어 있는 연소 비회 (i) 는 열 교환기 (73 및 75) 에 부착되는 경우가 있다. 이들 부착된 매진 (연소 비회) 은 열 교환기 (73 및 75) 의 상부에 설치된 산기관 (78) 으로부터 간헐적으로 공기를 도입시킴으로써, 유동 공기 열 교환기 (75) 의 하부에 형성한 매진 벙커 (79) 에 저류된다. 그 후, 2 중 댐퍼 (80) 를 경유하여 비회 반송기 (81) 에 의해 가습기 (82) 로 반송되어 비산 방지를 도모하면서, 재벙커 (83) 에 일시 저류된 후, 계 밖으로 반출된다.
가스 냉각실 (습벽식) (27) 및 습식 초음파 집진 장치 (72) 에서 발생한 배수 (q) 는 응집 침전식 배수 처리 장치 (도시 생략) 에 의해 처리된다.
산업상의 이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 2 단 선회 유동층식 소각로를 주장치로서 사용한 소각 처리 시스템은 소각로 내에 선회류 (선풍류) 를 발생시킨다. 2 단 선회 유동층식 소각로의 특성인 선회류의 외측에 존재하는 물질을 선회류의 중심축으로 끌어당기는 특성을 충분히 활용하여, 선회류의 외측 온도를 850 ℃ 이상으로 유지시켜 안정적인 연소를 계속할 수 있음과 함께, 선회류의 에너지, 즉 선회류의 중심축 온도를 1300 ℃ 이상으로 유지시킬 수 있다. 또한, 노 내에서의 연소 가스의 체류 시간을 대폭 연장시켜 99.9999 ％ 의 거의 완전에 가까운 연소가 가능해졌다. 따라서, 연소 배기 가스 중에 미연소 탄소가 거의 함유되지 않고, 연소에 의해 발생하는 산성 가스 (염화수소) 의 중화 반응 효율도 양호하며, 다이옥신류의 재합성을 저지할 수 있다. 또한, 2 단 선회 유동층식 소각로의 상부에 설치된 전립부가 부착된 습벽식 가스 냉각실의 배치에 의해, 연소 배기 가스 중의 50 ％ 이상의 부유 현탁 물질 (비회 등) 을 냉각수에 흡수시켜 응집 침전식 배수 처리 장치에서 처리할 수 있기 때문에, 연소 배기 가스 중에 함유되는 수분량을 최소한으로 유지시킬 수 있다. 또한, 습벽식 가스 냉각실에서 연소 배기 가스로부터 고형분을 감소시키고, 또한 집진 효율이 높은 습식 초음파 집진 장치를 사용함으로써 연소 배기 가스 중의 고형분 (비회) 을 격감시킬 수 있어, 연소 배기 가스의 고온측에 공기 열 교환기를 배치할 수 있게 하였다. 이렇게 해서 소각로로부터 발생하는 열 에너지를 재이용하여 유동층 및 선회류를 발생시킬 수 있다. 또한, 배기 가스 챔버와 배기통에 열풍의 선회류를 발생시킴으로써 대기 중으로 방출되는 연소 배기 가스의 수증기를 기화시켜 백탁을 방지할 수 있다. 결과적으로, 건설·수선비 및 러닝 코스트를 현저하게 경감시킬 수 있게 되었다. 종래의 소각 처리 시스템은 노의 하부에 퇴적되는 소각회 및 연소 비회 중의 다이옥신류를 활성탄에 흡착시킨 것을 혼합하여, 용융로 및 가스화 용융로에 의해 폐기물을 직접 연소 용융시키는 방법이 주류이다. 직접 연소 용융되는 가스화 용융로라도, 연소 배기 가스 중에 다이옥신류는 항상 혼입되어 있기 때문에, 연소 비회와 활성탄에 흡착시킨 것은 끊임없이 처리해야 하기 때문에 막대한 건설비와 러닝코스트를 필요로 한다.
1 : 노 본체 1-1 : 제 1 단 선회 유동실
1-2 : 제 2 단 가스 선회실 1-3 : 가스 연소실
2 : 열 매체 취출구 3 : 오리피스 노즐
4 : 풍상 5 : 열풍 송기관
6 : 오리피스 노즐 7 : 풍상
8 : 고리형 헤더관 9, 10, 11 : 열풍 송기관
12 : 댐퍼 13 : 고형상 피소각물 입구
14 : 액상 피소각물 입구 15 : 열 매체 순환구
16 : 중화제 투입구 17 : 버너
18 : 오리피스 노즐 19 : 풍상
20 : 고리형 헤더관 21, 22, 23 : 열풍 송기관
24 : 댐퍼 25 : 배기 가스 출구관
26 : 연소 가스 긴급 방출구 27 : 가스 냉각실 (습벽식)
28 : 배기 가스 출구관 29 : 배기 가스 챔버
30 : 배기 가스 입구관 31 : 백연 방지용 열풍 입구관
32 : 배기통 33 : 풍상
34 : 오리피스 노즐 35 : 고리형 헤더관
36, 37 : 열풍 송기관 38 : 댐퍼
39 : 열풍 송기관 40 : 냉각수 입구관
41 : 압력 공기 입구관 42 : 전립
43 : 처리물 수납 박스 44 : 전동 횡행 호이스트
45 : 전동 블록 46 : 압축 전단기
47 : No.1 처리물 반송기 48 : 처리물 저류조
49 : 자동 절단 장치 50 : No.2 처리물 반송기
51 : 급진 장치 52 : 액상 피소각물 저류조
53 : 잔사유 저류조 54, 55 : 펌프 유닛
56 : 혼합조 57 : 펌프 유닛
58 : 혼합액 분무 장치 59 : 분급기
60 : 열 매체 순환 장치 61 : 로터리 피더
62 : 열 매체 저류조 63 : 불연물 반송기
64 : 불연물 저류 박스 65 : 중화제 저류조
66 : 제습기 67 : 정량 절단 장치
68 : 열풍 송기관 69 : 보조 연료 저류조
70 : 오일 펌프 유닛 71 : 연소용 송풍기
72 : 습식 초음파 집진 장치 72a : 배기 가스 입구관
72b : 가스 정류판 유닛 72c : 진동자 유닛
72d : 미스트 세퍼레이터 72e : 배기 가스 출구관
73 : 선회용 공기 열 교환기 73a : 배기 가스 입구관
73b : 익스팬션 74 : 선회용 송풍기
75 : 유동용 공기 열 교환기 75a : 덕트
75b : 익스팬션 76 : 유동용 송풍기
77 : 유인 송풍기 78 : 산기관
79 : 매진 벙커 80 : 2 중 댐퍼
81 : 비회 반송기 82 : 가습기
83 : 재벙커 84 : 공기 압축기
85 : 열풍 발생 장치 85a : 오일 버너
a : 열 매체 b : 고형상 피소각물
c : 액상 피소각물 d : 불연물
e : 열풍 f : 내화재
g : 중화제 h : 연소 가스
i : 연소 비회 j : 배기 가스
k : 열풍 l : 냉각수 (처리수)
m : 보조 연료 n : 원추형 저판
o : 고압 공기 p : 잔사유
q : 배수 r : 혼합액
s : 신수(新水) t : 공기
u : 가압 공기

Claims (4)

  1. 제 1 단 선회 유동층실과, 당해 제 1 단 선회 유동층실의 상부와 유체 연통되는 제 2 단 가스 선회실과, 당해 제 2 단 가스 선회실의 상부와 유체 연통되는 가스 연소실과, 당해 가스 연소실의 상부에 형성된 습벽식 가스 냉각실과, 당해 습벽식 가스 냉각실의 상부 측면과 유체 연통되는 습식 초음파 집진 장치와, 당해 습식 초음파 집진 장치와 유체 연통되는 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기와, 당해 습식 초음파 집진 장치에서 제진되고 그리고 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기에서 열 교환된 연소 배기 가스를 계 밖으로 배출시키는 배기통을 구비하는 배기 가스 챔버와, 당해 선회용 공기 열 교환기 및 유동용 공기 열 교환기에서 열 교환되어 얻어지는 열 에너지를 당해 제 1 단 선회 유동층실, 당해 제 2 단 가스 선회실 및 당해 배기통에서의 선회류의 발생에 이용하는 2 단 선회 유동층식 소각로 시스템으로서,
    당해 제 1 단 선회 유동층실에는, 다수의 오리피스 노즐 및 열 매체 취출구가 형성되어 있는 원추형 저판과, 당해 원추형 저판의 하방에 설치되어 있는 풍상과, 당해 풍상에 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 설치되고, 당해 원추형 저판의 상방에는 미리 열 매체가 충전되어 있으며, 당해 열풍 송기관으로부터 송입된 가압 공기를 다수의 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 원추형 저판의 상방으로 불어냄으로써 당해 열 매체를 불어올려 유동층을 형성하도록 구성되어 있고, 당해 제 1 단 선회 유동층실 상부 내벽에는 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐이 설치되며, 당해 제 1 단 선회 유동층실 상부 외벽에는 당해 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐과 유체 연통되는 고리형의 풍상이 설치되고, 당해 풍상에는 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 장착되어 있으며, 당해 풍상에 송입된 가압 공기를 당해 접선 방향으로 다수 배열된 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 제 1 단 선회 유동층실로 송입하여 당해 유동층을 형성하고 있는 열 매체를 선회시키도록 구성되어 있고,
    당해 제 1 단 선회 유동층실과 당해 제 2 단 가스 선회실 사이에는 피소각물 투입구, 중화제 투입구, 열 매체 순환구 및 버너가 설치되고, 피소각물, 중화제 및 열 매체를 당해 유동층에 투입하여 선회시키면서 당해 제 2 단 가스 선회실로 상승시키도록 구성되어 있으며, 당해 제 2 단 가스 선회실 상부 내벽에는 다수의 오리피스 노즐이 설치되고, 당해 제 2 단 가스 선회실 상부 외벽에는 당해 오리피스 노즐과 유체 연통되는 고리형의 풍상이 설치되며, 당해 풍상에는 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관이 장착되어 있고, 당해 풍상에 송입된 가압 공기를 당해 오리피스 노즐을 통과시켜 당해 제 2 단 가스 선회실로 불어들여 당해 제 1 단 선회 유동층실로부터 상승해 오는 연소 배기 가스를 더욱 선회시키도록 구성되어 있으며,
    당해 가스 연소실 상부에는 당해 습벽식 가스 냉각실과 유체 연통되는 배기 가스 출구관이 설치되고, 연소 가스 및 연소 비회를 당해 습벽식 가스 냉각실에 도입하도록 구성되어 있으며,
    당해 습벽식 가스 냉각실에는 당해 가스 연소실의 당해 배기 가스 출구관을 덮도록 전립이 설치되어 있고, 당해 전립의 상면 중앙부에는 냉각수 입구관이 설치되며, 당해 전립의 하방에서 또한 당해 배기 가스 출구관의 외주부에, 고압 공기를 송기하는 고압 공기 입구관이 당해 습벽식 가스 냉각실 외벽을 관통하여 설치되어 있고, 당해 전립 상면을 따라 냉각수를 연속 또한 평균적으로 송수하여, 당해 전립의 하단에서 당해 가스 연소실로부터 상승해 오는 연소 배기 가스 및 비회와 접촉시키며, 또한 당해 배기 가스 출구관의 외주부와 당해 습벽식 가스 냉각실 외벽 사이의 공간에 연소 배기 가스 및 비회를 함유한 냉각수를 저류시키도록 구성되어 있고,
    당해 배기 가스 챔버에는 비회를 포집한 후의 연소 배기 가스를 도입하는 연소 배기 가스 입구관과, 백연 방지용 열풍 입구관과, 배기통이 설치되어 있고, 당해 배기통의 최하단에 고리형의 풍상을 설치하며, 당해 배기통 측판에 접선 방향으로 배열시킨 다수의 오리피스 노즐을 설치하고, 당해 배기통의 외측으로 가압 공기를 송입하는 열풍 송기관을 설치하며, 가압 공기를 당 열풍 송기관으로부터 당해 풍상을 경유하여 당해 오리피스 노즐로부터 당해 배기통으로 불어들여 선회류를 발생시키도록 구성되어 있고,
    상기 습식 초음파 집진 장치는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관과, 가스 정류판 유닛과, 다수의 압전 소자의 진동자 유닛과, 미스트 세퍼레이터와, 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 출구관을 구비하고,
    상기 선회용 공기 열 교환기는 각진 단면이고 원추형인 배기 가스 입구관과, 고압 공기에 의해 부착 매진을 제거하는 산기관과, 각진 단면의 익스팬션과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 제 1 단 선회 유동층실, 제 2 단 가스 선회실 및 배기 가스 챔버에 열풍을 송기하는 배관을 구비하며,
    상기 유동용 공기 열 교환기는 상기 선회용 공기 열 교환기의 하류에 설치되어 있고, 상기 선회용 공기 열 교환기와 유체 연통되는 덕트와, 고압 공기에 의해 부착 매진을 제거하는 산기관과, 각진 단면의 익스팬션과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 저부에 유동층을 발생시키기 위한 열풍을 송기하는 배관과, 상기 2 단 선회 유동층 소각로의 배기 가스 챔버에 배기 가스를 송기하는 배관과, 매진 저류 챔버와, 매진 출구관을 구비하는, 2 단 선회 유동층식 소각로 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 기재된 2 단 선회 유동층식 소각로 시스템을 사용하여 피소각물을 소각하는 방법으로서,
    상기 제 1 단 선회 유동층실로부터 선회 상승해 오는 열 매체에, 상기 피소각물 투입구로부터 피소각물을 투입하고, 상기 가스 연소실 내에서의 선회류의 외측 온도를 850 ℃ 이상으로 유지시키며 또한 선회류의 중심축 온도를 1300 ℃ 이상으로 유지시켜 피소각물을 완전 연소시키며,
    중화제를 상기 중화제 투입구로부터 투입하여 피소각물의 연소 산물인 산성 가스를 중화시키고,
    피소각물의 연소에 의해 발생하는 연소 가스 및 비회를 상기 가스 연소실의 상기 배기 가스 출구관으로부터 상기 습벽식 가스 냉각실로 도입하며,
    상기 냉각수 입구관으로부터 냉각수를 공급하여 상기 전립의 상면을 따라 연속 또한 평균적으로 송수하고, 연소 배기 가스 및 비회와 냉각수를 접촉시켜 상기 배기 가스 출구관의 외주부와 상기 습벽식 가스 냉각실 외벽 사이의 공간에 연소 배기 가스 및 비회를 함유한 냉각 배수를 저류시키며, 상기 고압 공기 입구관으로부터 고압 공기를 송기하여 당해 연소 배기 가스와 당해 비회를 혼합시킨 후 배수하여 나머지 연소 가스를 배출시키며,
    상기 습벽식 가스 냉각실로부터 배출된 연소 가스를 제진하고, 열 교환한 후 상기 배기 가스 챔버로 되돌려 상기 배기통으로 상승시켜 선회류를 발생시켜서 연소 가스 중의 수분을 기화시키며,
    연소 가스의 열 교환에 의해 회수한 열 에너지를 상기 제 1 단 선회 유동층실, 상기 제 2 가스 선회실 및 상기 배기통에서의 선회류의 발생 그리고 상기 제 1 단 선회 유동층실 하방에서의 유동층의 형성에 이용하고,
    상기 습벽식 냉각실의 상방의 측면에 설치된 상기 배기 가스 출구관으로부터 배출된 상기 연소 배기 가스 및 연소 비회를 함유하는 흐름은 상기 습식 초음파 집진 장치의 상기 가스 정류판 유닛에 의해 균등화되고,
    상기 다수의 압전 소자의 진동자 유닛에 있어서 발생시킨 28 ㎑/S 전후 음파 영역의 진동을 부여하여 형성한 미세한 수적에 연소 비회를 흡수시켜 연소 배기 가스로부터 분리하며,
    연소 배기 가스 중의 나머지 수적을 상기 미스트 세퍼레이터로 제거하고,
    이어서, 제진한 연소 배기 가스를 상기 선회용 공기 열 교환기와 상기 유동용 공기 열 교환기로 이송하여 열 교환한 후, 상기 배기 가스 챔버에 도입하는, 연소 산성 가스를 중화시키고 또한 다이옥신류의 재합성을 억제하는 소각 방법.
  4. 삭제
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