KR101421478B1

KR101421478B1 - 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치

Info

Publication number: KR101421478B1
Application number: KR1020120056886A
Authority: KR
Inventors: 정광훈
Original assignee: 정광훈
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2014-07-23
Also published as: KR20130018497A

Abstract

본 발명의 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치(100)는 가연성 폐기물을 간접 가열하여 열분해 탄화시키도록 내부에 열분해 실(R)이 형성되고, 상기 열분해 실(R) 안으로 스팀을 주입하기 위한 스팀 투입 관(111a)이 설치되는 소각로 (111); 상기 소각로(111) 내부에 설치되는 복수 개의 가열 관(112); 상기 소각로(111)의 하부에 형성되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열 관(112) 안으로 통과시키며 가연성 폐기물을 열 분해하기 위하여 내화 벽돌로 구획된 제1 연소실(113a); 상기 제1 연소실(113a)에 설치되는 제1 버너(113b); 상기 제1 연소실(113a) 외 측으로 내화 벽돌로 구획된 제2 연소실(113c); 상기 제2 연소실(113c)에 설치되는 제2 버너(113d); 상기 제2 연소실(113c)과 연결되어 가열에 의한 고온의 공기가 통과하며 상기 소각로(111) 외주 면에 설치되는 재킷(120); 및 상기 재킷(120) 안으로 냉기를 주입하여 상기 소각로(111)의 스팀(수증기)을 냉각시켜 상기 열분해 실(R)의 진공을 형성하도록 상기 재킷(120)과 연결되는 냉각 공기 공급 부(125);를 구비한다.
본 발명은 소각로의 외주 면에 재킷을 설치하고 그 재킷을 통해서 연소가스를 배기하고 배기가스를 피드백하여 재연소함으로써 연비를 높이고 소각로의 가열을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한 고온에서도 변형 및 균열이 발생하지 않는 효과가 있다.

Description

진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치{WASTE PYROLYSIS APPARATUS FOR COMBUSTIBLE WASTE IN VACUUM WITHOUT OXYGEN}

본 발명은 고온의 열분해 실 안의 진공 상태에서 가연성 폐기물을 소각시키는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 소각로의 가열온도를 극대화하고, 소각로 내의 가열 관과 재킷의 변형 및 균열을 효과적으로 방지할 수 있는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 관한 것이다.

현재 산업 폐기물의 슬러지와 생활 쓰레기와 같은 가연성 폐기물의 처리가 사회적인 쟁점으로 대두 되면서 이의 효율적인 처리를 위한 각종 방안이 제시되고 있다.

이러한 가연성 폐기물을 처리하는 방안 중 가장 널리 사용되고 있는 방안으로는 가연성 폐기물의 부피를 최소화시켜 매립 또는 소각하거나 해양에 투기하는 방안이 활용되고 있다.

그러나, 지상에 매립 또는 소각하거나 해양에 투기하는 방안은 여러 가지 사회적인 문제를 유발할 수밖에 없는데, 매립의 경우 침출수로 인한 2차 오염피해와 매립지의 한정으로 인해 매립행위 자체가 점차 제한될 수밖에 없고, 해양투기의 경우 해양오염의 문제점과 해양 투기 행위 자체가 금지되고 있는 추세이다.

그리고, 가연성 폐기물을 소각처리하는 경우 다이옥신 등과 같은 무수한 유해 물질을 포함한 오염가스가 대기중에 그대로 방출됨에 따라 환경 파괴 및 인간의 건강을 위협하는 요소로 작용하는 등 많은 문제점이 발생하였다.

또한, 가연성 폐기물을 소각하는 경우에는 가연성 가스가 배출되는데, 이러한 가연성 가스는 연료로서 재사용 가능하지만, 통상적인 소각 방식으로는 유용한 가연성 가스를 회수하여 재사용하는 것이 불가능하여 자원을 낭비하는 결과를 초래한다. 이러한, 문제점들을 해결하기 위한 움직임이 활발해 지면서, 가연성 폐기물을 소각하여 가연성 가스를 추출해내는 장치 및 방법들이 속속 개발되고 있다.

그러나, 종래의 처리 방법이나 장치들은 폐기물로부터 수분 등을 제거하고 가연성 가스를 추출하는데 많은 시간과 열이 필요하였으며, 이에 따른 처리비용도 많이 소요되는 등 비경제적인 단점이 있었다.

이를 감안하여 폐기물을 분쇄하거나 압축시켜서 열 처리 하는 등 다양한 방법이 동원되기도 하였으나, 이러한 방법은 폐기물 내에 깊숙이 잔류하는 공기와 수분과 기체 등을 완전히 제거하는데 한계가 있었기 때문에 처리단계에서 유해 물질의 발생을 완전히 방지하는 것이 어려워 양질의 가연성 가스를 얻지 못하게 되는 등 실제 적용하는 데에 많은 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 열분해 방식을 이용하여 폐기물을 처리하는 방법이 발명되고 있다. 열분해란 유기물 무산소 또는 저 산소 분위기 상태에서 가열하여 가스 액체 고체상태의 연료를 생성시키는 방법으로, 실제 장치상에서는 공기를 제거하지 않은 상태에서 폐기물 자체를 열분해 하여 가연성 가스를 추출한다.

이러한 방법에 의하면 공기를 제거하지 않은 상태에서 열분해가 이루어지기 때문에 산화작용 및 불완전 연소에 의한 유해 오염물질이 포함된 오염가스가 발생하는 문제가 여전히 남는다.

이를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제 10-0510818 호에는 진공상태에서 열분해 및 탄화과정을 수행하는 방법이 공지되는데, 상기에 공지된 종래방법은 과열수증기의 팽창에 의해 폐기물 및 가열로 내부의 오염된 기체를 외부로 배출시킴에 따른 공기의 오염을 해결하지 못하는 문제점이 있었고, 냉각 및 재가열을 반복함에 따라 연료비가 상승하는 등의 문제점이 존재한다.

그리고, 설비에 있어서 내부 구성의 설치를 위해서는 작업자가 직접 장치 내부에 들어가서 용접 등 제반 작업을 수행해야 하는데, 이는 대형 소각 장치의 설비에서만 가능하고 중소형 소각 장치를 설치하는 경우에는 작업이 불가능하다.

상기와 같은 진공방식에 따르면 로(爐) 내부가 냉각에 의해 진공이 형성되는 시간이 너무 오래 걸려 작업의 효율이 떨어지고, 로 자체가 수축 변형되는 등의 문제점이 발생해 실용화되는데 커다란 한계가 있다.

그 밖에도, 가열로를 가로방향으로 길게 설치하고 구동수단을 통하여 상기 가열로를 회동시키면서 외부 가열 방식으로 폐기물을 소각처리하는 로터리식 킬링 방법도 제시되어 있지만, 이러한 로터리식 킬링 방법은 진공 방식이 아니어서 연소에 의한 유해가스의 배출 문제가 해소되지 않는다.

또한 이 방법에 의하면, 구동수단이 별도로 구비되어야 하기 때문에 구조 및 제작이 복잡하고 제작 비용이 증가하며, 비교적 대용량인 가열로를 회동시키는 데 소요되는 전력량과 외부가열에 의한 연료비가 상승하기 때문에 에너지 효율 면에서 비경제적이며, 뿐만 아니라 잔해 폐기물의 수거의 어려움도 있어 이 역시 실용화에는 한계가 있어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 10-2008-0007916 "가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물처리 방법"이 출원된바 있다.

종래 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템은 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열 관이 구비되고 내부에 투입된 가연성 폐기물이 가열 관을 통한 열에 의해 간접 가열되어 열분해 탄화되는 열분해 실과, 상기 열분해 실의 하부에 분리구획되게 위치되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열 관에 통과시켜 상기 폐기물이 열 분해되기 위한 열을 제공하는 연소실과, 상기 열분해 실과 간격을 가지면서 감싸 밀폐되고 냉각수가 유입되면서 순환되는 냉각수 실로 구성된 소각로; 상기 열분해 실과 수증기 공급 관에 의해 연통되고 이를 통해 과열수증기를 강제주입하는 수증기 발생기; 상기 냉각수 실에 냉각수 유입관과 냉각수 유출 관에 의해 연통되고 이를 통해 냉각수를 제공하고 순환시키는 냉각장치; 상기 열분해 실과 가스 유출 관에 의해 연통되어 이를 통해 배출된 희박성 가스 및 가연성 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치와; 상기 정화장치와 가스이송관에 의해 연통되어 정화된 상기 가연성 가스를 저장하고 일부를 가스 순환 관을 통해 상기 연소실로 투입시키는 가연성 가스 저장 조; 및 상기 가열 관과 연결되면서 이를 통과한 고온의 공기를 포집하는 폐열 회수 관과 연통되어 상기 고온의 공기를 냉각 처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑;으로 이루어진다.

상기 가열 관은 구불구불한 관 형상으로 상기 열분해 실의 하부 저면 판에 끼워져 상기 연소실과 연통되는 하부 튜브; 상기 하부튜브의 상부에 연결되어 구불구불한 형상을 만드는 다수개의 연결튜브; 및 상기 연결튜브의 상부와 일단이 연결되고 타 단이 상기 폐열 회수 관과 연결되며 상기 열분해 실의 상판을 관통하고 상단에 댐퍼가 형성된 상부 튜브;로 구성된다.

그러나 종래 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템은 열분해 실의 고온에 의해서 가열 관의 균열 및 파열이 발생하여 소각로 전체를 교체해야 하는 문제점이 있으며, 연소실의 연소효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소각로의 외주 면에 재킷을 설치하고 그 재킷을 통해서 연소가스를 배기하고 배기가스를 피드백하여 재연소함으로써 연비를 높이고 소각로의 가열을 극대화할 수 있으며, 소각로의 가열 관에 제1 균열방지 부를 형성하고 재킷에 제2 균열 방지 부를 형성하여 고온에서도 변형 및 균열이 발생하지 않는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치는 가연성 폐기물을 간접 가열하여 열분해 탄화시키도록 내부에 열분해 실이 형성되고, 상기 열분해 실 안으로 스팀을 주입하기 위한 스팀 투입 관이 설치되는 소각로; 상기 소각로 내부를 관통하여 설치되는 복수 개의 가열 관과; 상기 소각로의 하부에 형성되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열 관 안으로 통과시키며 가연성 폐기물을 열 분해하기 위하여 내화 벽돌로 구획된 제1 연소실; 상기 제1 연소실에 설치되는 제1 버너; 상기 제1 연소실 외 측으로 내화 벽돌로 구획된 제2 연소실; 상기 제2 연소실에 설치되는 제2 버너와; 상기 제2 연소실과 연결되어 가열에 의한 고온의 공기가 통과하며 상기 소각로 외주 면에 설치되는 재킷; 상기 소각로 안에 스팀을 공급하는 스팀 공급기; 및 상기 재킷 안으로 냉기를 주입하여 상기 소각로를 냉각시켜 상기 열분해 실의 진공을 형성하도록 상기 재킷과 연결되는 냉각 공기 공급 부;를 구비한다.

본 발명의 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치는 상기 열분해 실과 연결된 가스 유출 관을 통해서 배출되는 가연성 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치; 상기 정화장치에 의해 정화된 상기 가연성 가스를 저장하고 그 일부 가연성 가스를 가스 순환 관을 통해 상기 제2 연소실로 공급하는 가연성 가스 저장 장치; 상기 가열 관과 상기 가열 관을 통과한 고온의 공기를 회수하기 위한 폐열 회수 관; 및 상기 폐열 회수 관과 연결되며, 상기 고온의 공기를 냉각 처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑;을 구비한다.

상기 폐열 회수 관의 중간에는 상기 냉각탑과 연결되는 열교환기가 설치되고, 상기 열교환기의 내부에는 다수의 전열 관이 설치되며, 상기 폐열 회수 관에는 그 내부로 물을 공급하는 물탱크가 설치된다.

상기 가열 관은 제1 관과 제2 관으로 구성되고, 상기 제1 관과 제2 관 사이에는 연소시 열변형 및 균열을 방지하는 제1 균열 방지 부가 설치된다.

상기 제1 균열 방지 부는 상기 제1 관에 고정되는 제1 슬리브; 상기 제1 슬리브에 볼트 결합하며, 상기 소각로의 상판(경판)에 고정되고, 상기 제2 관이 슬라이드 되는 제2 슬리브; 및 상기 제2 슬리브와 상기 제2 관의 틈새를 시일링하는 시일러;로 구성된다.

상기 재킷에는 연소시 열변형 및 균열을 방지하는 제2 균열 방지 부가 설치된다.

상기 제2 균열 방지 부는 상기 재킷에 고정되며, 내부에 슬라이드 홈이 형성되는 바디; 상기 소각로와의 틈새를 막기 위하여 상기 슬라이드 홈 안으로 일부 삽입되는 석면패킹; 및 상기 바디에 나사 체결되어 상기 석면패킹의 위치를 조절하는 조절볼트;를 구비한다.

상기 소각로의 일 측과 타 측에는 폐기물 투입구와 회분 수거구가 설치된다.

상기 정화장치는 그 내부에 가스정화필터가 설치되어 이물질과 냄새를 제거하되, 상기 가스정화필터는 세라믹 필터, 헤파 필터, 가스라인 필터가 사용된다.

상기 가연성 가스 저장 장치는 가연성 가스에서 냄새를 제거하기 위하여 내부에 염소가 투입된 복수 개의 염소 저장 조; 상기 염소 저장 조에서 이송된 가연성 가스를 냉각수 분무방식으로 냉각시키는 분무 냉각수 조; 및 상기 분무 냉각수 조에서 이송된 가연성을 가스를 저장하는 가연성 가스 저장 조;로 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 소각로의 외주 면에 재킷을 설치하고 그 재킷을 통해서 연소가스를 배기하고 배기가스를 피드백하여 재연소함으로써 연비를 높이고 소각로의 가열을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 소각로의 가열 관에 제1 균열방지 부를 형성하고 재킷에 제2 균열 방지 부를 형성하여 고온에서도 변형 및 균열이 발생하지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치 전체 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 소각로 내부 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 제1 균열 방지 부를 보인 단면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 제2 균열 방지 부를 보인 단면도

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치 전체 구성도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 소각로 내부 구성도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 제1 균열 방지 부를 보인 단면도, 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치에 있어서 제2 균열 방지 부를 보인 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치(100)는 가연성 폐기물을 간접 가열하여 열분해 탄화시키도록 내부에 열분해 실(R)이 형성되고, 상기 열분해 실(R) 안으로 수증기를 주입하기 위한 스팀 투입 관(111a)이 설치되는 소각로(111); 상기 소각로(111) 내부를 관통하여 설치되는 복수 개의 가열 관(112); 상기 소각로(111)의 하부에 형성되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열 관(112) 안으로 통과시키며 가연성 폐기물을 열 분해하기 위하여 내화 벽돌로 구획된 제1 연소실(113a); 상기 제1 연소실(113a)에 설치되는 제1 버너(113b); 상기 제1 연소실(113a) 외 측으로 내화 벽돌로 구획된 제2 연소실(113c); 상기 제2 연소실(113c)에 설치되는 제2 버너(113d); 상기 제2 연소실(113c)과 연결되어 가열에 의한 고온의 공기가 통과하며 상기 소각로(111) 외주 면에 설치되는 재킷(120); 상기 소각로(111) 안에 스팀을 공급하는 스팀 공급기(127); 및 상기 재킷(120) 안으로 냉기를 주입하여 상기 소각로(111)의 스팀을 냉각시켜 상기 열분해 실(R)의 진공을 형성하도록 상기 재킷(120)과 연결되는 냉각 공기 공급 부(125);를 구비한다.

상기 소각로(111)에는 내부의 온도, 압력 등의 수치를 측정하여 적정 공정 조건을 충족시키고 위험방지를 위한 안전조치로서, 일 측에 온도센서(TS), 압력 게이지(PG), 안전 밸브(SV)와 다수의 관들이 연결될 수 있도록 구성된다.

상기 소각로(111)의 상부에 폐기물을 투입할 수 있도록 개폐가능한 폐기물 투입구(115)가 설치되고, 하부에 열분해 탄화된 폐기물을 회수할 수 있도록 개폐가능한 회분 수거구(116)가 개폐 가능하게 설치된다.

상기 폐기물 투입구(115)와 상기 회분 수거구(116)에는 밀폐를 위해서 가스켓(미도시)이 설치된다.

상기 스팀 발생기(127)는 스팀 공급 관(111a)을 통해서 상기 소각로(111)의 열분해 실(R)에 연통한다. 스팀 발생기(127)에서 고온의 수증기인 스팀을 상기 스팀 공급 관(111a)을 통해서 상기 열분해 실(R) 안으로 강제 주입시키면, 열분해 실(R) 내부의 산소를 포함하는 기체는 개방된 상기 가스 유출 관(P1)을 통하여 외부로 배출되고, 열분해 실(R) 내부에는 고온의 스팀으로 채워진다.

그리소, 열분해 실(R) 내부에 스팀을 지속적으로 공급함에 따라 상기 열분해 실(R) 내부의 대부분의 공기는 배출되어 열분해 실(R) 내부에는 스팀으로 꽉 차게 충전되며, 열분해 실(R) 내부에 투입된 가연성 폐기물은 스팀의 물 분자에 둘러싸이게 된다.

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이와 같이 열분해 실(R) 내부의 대부분의 공기는 배출되고, 가연성 폐기물의 표면에 스팀(과열 수증기)에 의한 수막이 형성됨에 따라 열분해 실(R) 내의 가연성 폐기물은 공기와의 접촉이 차단되기 때문에 상기 가연성 폐기물은 외부 열에 의해 연소 되지 않고 열분해 탄화되는 것이다.

상기 재킷(120)은 소각로(111) 외주 면을 따라 나선구조로 형성되는바, 상기 냉각 공기 공급 부(125)는 상기 재킷(120)을 통하여 공기를 제공하여 고온의 스팀으로 채워진 열분해 실(R) 내부를 냉각시킨다. 소각로(111) 외주 면을 따라 제공되는 차가운 공기에 의하여 열분해 실(R) 내부를 냉각되면서, 밀폐된 열분해 실(R) 내부는 진공상태로 변하며, 이러한 진공상태에서 가연성 폐기물은 열분해 탄화된다. 한편, 상기 냉각 공기 공급 부(125)를 통하여 공기가 제공되기 전에, 열분해 실(R) 내부가 밀폐되도록 상기 가스 유출 관(P1)의 밸브는 미리 잠궈진다.

상기 가열 관(112)에는 연소가스 흐름 지연 체(180)가 설치될 수 있다. 상기 연소가스 흐름 지연 체(180)는 상기 가열 관(112)을 흐르는 고온의 연소가스 흐름을 지연시켜 상기 제1/제2 연소실(113a)(113b)의 열손실을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치(100)는 열분해 실(R)과 연결된 가스 유출 관(P1)을 통해서 배출되는 가연성 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치(140); 상기 정화장치(140)에 의해 정화된 상기 가연성 가스를 저장하고 그 일부 가연성 가스를 가스 순환 관(P2)을 통해 상기 제2 연소실(113c)로 공급하는 가연성 가스 저장 장치(150); 상기 가열 관(112)과 연결되며, 가열관(112) 및 재킷(120)을 통과한 고온의 공기를 회수하기 위한 폐열 회수 관(160); 및 상기 폐열 회수 관(160)과 연결되며, 상기 고온의 공기를 냉각 처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑(170);을 구비한다.

상기 정화장치(140)는 그 내부에 가스정화필터(F1)가 설치되어 이물질과 냄새를 제거하되, 상기 가스정화필터(F1)는 세라믹 필터, 헤파 필터, 가스라인 필터 중 어느 하나일 수 있다.

상기 가연성 가스 저장 장치(150)는 가연성 가스에서 냄새를 제거하기 위하여 내부에 염소가 투입된 복수 개의 염소 저장 조(151); 상기 염소 저장 조(151)에서 이송된 가연성 가스를 냉각수 분무방식으로 냉각시키는 분무 냉각수 조(153); 및 상기 분무 냉각수 조(153)에서 이송된 가연성을 가스를 저장하는 가연성 가스 저장 조(155);로 구성된다.

상기 가연성 가스 저장 장치(150)에서는, 염소의 화학반응에 의해서 및 냉각수 분무방식과 필터에 의해서 가연성 가스에서 냄새를 효과적으로 제거할 수 있다.

상기 폐열 회수 관(160)의 중간에는 상기 냉각탑(170)과 연결되는 열교환기(HE)가 설치되고, 상기 열교환기(HE)의 내부에는 다수의 전열 관(h)이 설치되며, 상기 폐열 회수 관(160)에는 상기 전열 관 내부로 물을 공급하는 물탱크(T)가 설치된다.

상기 가연성 폐기물의 열분해 탄화가 일어나는 상기 열분해 실(R)의 온도는 700℃를 넘지 않게 하며, 약 550℃ 내외로 유지하는 것이 저온도 열분해 과정에 따라 가연성 폐기물 처리방법의 에너지 절약효과는 극대화될 수 있다.

상기 제1/제2 연소실(113a)(113c)에서 발생한 고온의 연소가스, 즉 폐열은 회수되고 냉각되어 외부 대기로 배기 되는데, 이를 위해 본 발명의 폐열회수 관(160)은 상기 가열 관(112) 및 재킷(111)과 연결되면서 이를 통과한 상기 고온의 연소가스를 포집한다. 그리고 상기 폐열회수 관(160)과 연결된 상기 냉각탑(170)은 고온 공기를 냉각처리해 대기중에 배기시켜서 고온의 공기가 대기중에 그대로 방출되어 대기의 온도가 상승하여 환경파괴의 원인이 되는 문제점을 해결한다.

상기 냉각 탑(170)에 있어서 냉각 탑 본체(170')의 하부에는 상기 냉각 탑 본체(170')와 연통되는 냉각수 탱크(171)가 설치된다.

상기 냉각 탑 본체(170')는 냉각수 이송관(172)에 의해 상기 냉각수 탱크(171)와 연결되는데, 상기 냉각 탑 본체(170')에는 다수의 분사노즐(173)이 구비되고, 냉각수 이송관(174)과 냉각수탱크(171) 사이에는 펌프(175)가 구비되어 냉각수 탱크(171)의 저장된 냉각수를 적절한 압력으로 상기 냉각탑 본체(170')로 공급한다.

이에 따라 상기 폐열회수 관(160)을 통해 폐열(고온의 연소가스)가 냉각 탑 본체(170')로 유입되면, 펌프(175)에 의해 냉각수 탱크(171)의 냉각수가 적절한 압력으로 냉각수 이송관(174)을 통하여 냉각 탑 본체(170') 내로 이동되고, 이동된 냉각수는 분사노즐(173)을 통하여 내부에 분사된다. 그리고, 상기 고온의 연소가스는 분사된 냉각수에 의해 냉각되어 배기관(176)을 통해 대기로 방출된다.

또한, 상기 분사노즐(173)을 통해 분사된 물은 하방으로 연장된 연통 관(172)을 통해 상기 냉각수탱크(171)로 재유입되어 재사용된다.

상기 가열 관(112)은 상기 열분해 실(R)의 온도, 대략 550-700℃에서도 견딜 수 있는 고강도의 금속재질로 형성되며, 고온에 의해서 균열과 파열이 발생하지 않는 구조를 가져야 한다. 이를 위하여 상기 가열 관(112)은 제1 관(112a)과 제2 관(112b)으로 구성되고, 상기 제1 관(112a)과 제2 관(112b) 사이에는 연소시 열변형 및 균열을 방지하는 제1 균열 방지 부(130)가 설치된다.

상기 제1 균열 방지 부(130)는 상기 제1 관(112a)에 고정되는 제1 슬리브(131); 상기 제1 슬리브(131)에 볼트(B) 결합하며, 상기 소각로(111)의 상판(경판)(111b)에 고정되고, 상기 제2 관(112b)이 슬라이드 되는 제2 슬리브(132); 및 상기 제2 슬리브(132)와 상기 제2 관(112b)의 틈새를 시일링하는 시일러(133);로 구성된다.
상기 소각로(111)와 상기 재킷(120) 사이에는 연소시 열변형 및 균열을 방지하는 제2 균열 방지 부(190)가 설치된다.
상기 제2 균열 방지 부(190)는 상기 재킷(120)에 고정되며, 내부에 슬라이드 홈(191a)이 형성되는 바디(191); 상기 소각로(111)와의 틈새를 막기 위하여 상기 슬라이드 홈(191a) 안으로 일부 삽입되는 석면 패킹(192); 및 상기 바디(191)에 나사 체결되어 상기 석면패킹(192)의 위치를 조절하는 조절볼트(193);를 구비한다.

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이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

폐기물 투입구(115)를 열고 그 안으로 가연성 폐기물을 투입한다. 이후 상기 스팀 발생기(127)는 스팀 공급 관(111a)을 통해서 상기 소각로(111)의 열분해 실(R)에 연통한 상태에서 스팀(과열된 고온의 수증기)을 강제 주입시킨다. 이때, 열분해 실(R) 내부의 기체가 배출될 수 있도록 상기 가스 유출 관(P1)의 밸브는 개방 상태가 된다.

스팀 강제 주입에 의해 상기 열분해 실(R)은 고온의 스팀이 채워지면서, 열분해 실(R) 내부의 기체는 외부로 배출되어 열 분해실 내부는 팽창되고, 폐기물은 표면에 스팀에 의한 수막이 형성되어 기체와의 접촉이 차단된 상태에 도달하게 된다. 다시 말해, 본 발명의 가연성 폐기물의 처리에 있어서 폐기물을 연소시키지 않고 열분해 탄화시키기 위해 폐기물과 공기의 접촉을 차단하도록 상기 스팀 발생기(127)에서 강제주입된 스팀이 이용된다.

상기 열분해 실(R) 내부에 스팀을 지속적으로 공급함에 따라 상기 열분해 실(R) 내부의 대부분의 공기는 배출되어 열분해 실(R) 내부에는 스팀으로 꽉 차게 충전되며, 열분해 실(R) 내부에 투입된 가연성 폐기물은 스팀의 물 분자에 둘러싸이게 된다.

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상기 냉각 공기 공급 부(125)는 상기 재킷(120) 안에 차가운 공기를 제공하여 상기 소각로(111)를 냉각시켜서 열분해 실(R)을 진공상태로 유지한다. 즉, 고온의 스팀으로 채워진 열분해 실(R)이 외부와 밀폐된 상태에서 냉각되는 경우 열분해 실(R) 진공상태로 변한다.

이후, 제1/제2 연소실(113a)(113c)의 버너(113b)(113d)는 열분해 실(R)을 가열하여 가연성 폐기물을 열분해 탄화시킨다. 즉, 제1/제2 연소실(113a)(113c) 내에서 상기 제1 버너(113b) 및 제2 버너(113d)가 동작하여, 상기 가열 관(112) 및 재킷(120)으로 고온의 연소가스를 공급하여 상기 열분해 실(R)을 가열한다. 가열 시간은 가연성 폐기물의 종류에 따라 상이 하지만 통상, 3-5시간 정도 걸린다. 이때, 상기 재킷(120)은 상기 냉각 공기 공급 부(125)와의 연통이 차단되고, 상기 제2 연소실(113c)과 연통된다. 이를 위하여 상기 냉각 공기 공급 부(125)와 상기 제2 연소실(113c)은 상기 재킷(120)과 연통 및 차단되기 위한 수단이 구비된다. 이와 같이 가연성 폐기물은 표면에 스팀에 의한 수막이 형성되고, 열분해 실(R) 내부의 기체가 배출된 상태에서 가열되므로 외부 열에 의해 연소 되지 않고, 열분해 탄화된다.

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가연성 폐기물의 열분해 탄화가 일어나는 상기 열분해 실(R)의 온도는 700℃를 넘지 않게 하며, 약 550℃ 내외로 유지하는 것이 저온도 열분해 과정에 따라 가연성 폐기물 처리방법의 에너지 절약효과는 극대화될 수 있다. 열분해 탄화가 일어나는 온도에 도달하는 경우, 가스 유출 관(P1)의 밸브는 개방되어 열분해 탄화에 의하여 발생하는 가연성 가스가 가스 유출 관(P1)을 통하여 배출되도록 한다. 이때, 가스 유출 관(P1) 밸브는 열분해 실(R) 내부에서 열분해 탄화가 진행되는 최적의 온도와 압력 조건이 유지될 수 있도록 제어된다.

상기 정화장치(140)는 그 내부에 가스정화필터(F1)가 설치되어 이물질과 냄새를 제거하며, 상기 가연성 가스 저장 장치(150)는 가연성 가스에서 냄새를 제거한다. 상기 열분해 실(R)과 연결된 가스 유출 관(P1)을 통해서 배출되는 가연성 가스에 포함된 유해물질을 제거하며, 상기 정화장치(140)에 의해 정화된 상기 가연성 가스는 가연성 가스 저장 장치(150)에 저장되며, 그 일부 가연성 가스는 가스 순환 관(P2)을 통해 상기 제2 연소실(113c)로 재투입된다.

상기 폐열 회수 관(160)은 상기 가열 관(112) 및 재킷(120)과 연결되어, 상기 가열 관(112) 및 재킷(120)을 통과한 고온의 공기를 회수한다.

상기 냉각탑(170)은 상기 고온의 공기를 포집하는 폐열회수 관(160) 및 재킷(120)과 연통(연결) 됨으로써 상기 고온 공기를 냉각처리해 대기중에 배기시킴으로써, 환경파괴를 효과적으로 방지한다.

이하, 상기 제1 균열 방지 부(130)에 의한 가열 관(112)의 열변형 및 균열 방지 작용에 대하여 설명한다.

연소시 고온이 발생하여 상기 제1 관(112a)과 상기 제2 관(112b)은 팽창을 하며, 이때 제2 슬리브(132)가 상기 상판(111b)에 고정되어 있어 제2 관(112b)은 제2 슬리브(132)에 대하여 슬라이드 이동한다.

상기 시일러(133)는 제2 관(112b)과 상기 제2 슬리브(132)의 틈새를 시일링하여 가스가 누출되지 않도록 한다. 소각 종료 이후에 상기 제1 관(112a)과 상기 제2 관(112b)은 냉각되어 원위치로 복귀한다.

또한, 상기 제2 균열 방지 부(190)에 의한 상기 소각로(111)와 상기 재킷(120)의 열변형 및 균열 방지 작용에 대하여 설명한다.

상기 재킷(1220)은 그 하부가 상기 소각로(111)에 용접 고정되고 상부에는 상기 제2 균열 방지 부(190)가 형성된다.

연소시 상기 소각로(111)가 고온으로 가열되며, 재킷(120) 안으로 고온의 공기가 순환되며, 상기 제2 균열 방지 부(190)는 열 손실을 줄이고 상기 소각로(111)의 온도를 극대화하여 상기 소각로(111)와 상기 재킷(120)의 열변형 및 균열을 방지한다. 여기서 상기 소각로(111)의 외 측면의 틈새는 상기 석면패킹(192)에 의해서 시일링 된다. 작업자는 상기 조절볼트(193)를 조여서 석면패킹(192)의 위치를 적당히 조절할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 권리는 상기 설명된 실시 예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들어 본 발명에서는 소각로를 1개로 한정하여 설명하였으나, 설계조건에 따라 2개 이상으로 변경하여 사용할 수 있음은 물론이다.

100: 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치
111: 소각로
111a: 스팀 투입 관
112: 가열 관
112a: 제1 관
112b: 제2 관
113a: 제1 연소실
113b: 제1 버너
113c: 제2 연소실
113d: 제2 버너
115: 폐기물 투입구
116: 회분 수거구
120: 재킷
125: 냉각 공기 공급 부
130: 제1 균열 방지 부
131: 제1 슬리브
132: 제2 슬리브
133: 시일러
140: 정화장치
150: 가연성 가스 저장 장치
151: 염소 저장 조
153: 분무 냉각수 조
155: 가연성 가스 저장 조
160: 폐열 회수 관
170: 냉각탑
180: 연소가스 흐름 지연 체
190: 제2 균열 방지 부
191: 바디
192: 석면패킹
193: 조절볼트
HE: 열교환기
h: 전열 관
P1: 가스 유출 관
R: 열분해 실
T: 물탱크

Claims

가연성 폐기물을 간접 가열하여 열분해 탄화시키도록 내부에 열분해 실(R)이 형성되고, 상기 열분해 실(R) 안으로 스팀을 주입하기 위한 스팀 투입 관(111a)이 설치되는 소각로(111);
상기 소각로(111) 내부를 관통하여 설치되며, 제1 관(112a)과 제2 관(112b)으로 구성되는 복수 개의 가열 관(112);
상기 소각로(111)의 하부에 형성되어, 상기 가열 관(112) 안으로 연소가스를 공급하기 위하여 내화 벽돌로 구획된 제1 연소실(113a);
상기 제1 연소실(113a)에 설치되는 제1 버너(113b);
상기 제1 연소실(113a) 외 측으로 내화 벽돌로 구획된 제2 연소실(113c);
상기 제2 연소실(113c)에 설치되는 제2 버너(113d);
상기 소각로(111)의 외주 면을 따라 나선 구조로 설치되면서, 하단부는 가열 공정에서 상기 열분해 실(R)을 가열시키기 위한 연소가스가 통과하도록 상기 제2 연소실(113c)과 연결되는 재킷(120);
상기 스팀 투입 관(111a)에 연결되어, 상기 열분해 실(R) 내부로 스팀을 공급하는 스팀 공급기(127);
상기 재킷(120)에 연결되어, 냉각 공정에서 상기 열분해 실(R)을 냉각시키기 위하여 상기 재킷 내부로 공기를 주입하는 냉각 공기 공급부(125);
상기 열분해 실(R)과 연결된 가스 유출 관(P1)을 통해서 배출되는 가연성 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치(140);
상기 정화장치(140)에 의해 정화된 상기 가연성 가스를 저장하고 그 일부 가연성 가스를 가스 순환 관(P2)을 통해 상기 제2 연소실(113c)로 공급하는 가연성 가스 저장 장치(150);
상기 가열 관(112) 및 상기 재킷(120)과 연결되며 연소가스를 회수하기 위한 폐열 회수 관(160); 및,
상기 제1 관(112a)에 고정되는 제1 슬리브(131), 상기 제1 슬리브(131)에 볼트(B) 결합하며, 상기 소각로 (111)의 경판(상판)에 고정되고, 상기 제2 관(112b)이 슬라이드 되는 제2 슬리브(132) 및, 상기 제2 슬리브(132)와 상기 제2 관(112b)의 틈새를 시일링하는 시일러(133)로 구성되어, 연소시 상기 제1 관(112a)과 제2 관(112b)의 열변형 및 균열을 방지하는 제1 균열 방지 부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
제1항에 있어서,
상기 폐열 회수 관(160)과 연결되며, 상기 연소가스를 냉각 처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑(170)을 더 포함하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
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제1항에 있어서,
상기 소각로(111)의 일 측과 타 측에는 폐기물 투입구(115)와 회분 수거구(116)가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
제1항에 있어서,
상기 가열 관(112)에는 연소가스 흐름 지연 체(180)가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
제1항에 있어서,
상기 정화장치(140)는 그 내부에 가스정화필터(F1)가 설치되어 이물질과 냄새를 제거하되, 상기 가스정화필터(F1)는 세라믹 필터, 헤파 필터, 가스라인 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
제1항에 있어서,
상기 가연성 가스 저장 장치(150)는
가연성 가스에서 냄새를 제거하기 위하여 내부에 염소가 투입된 복수 개의 염소 저장 조(151);
상기 염소 저장 조(151)에서 이송된 가연성 가스를 냉각수 분무방식으로 냉각시키는 분무 냉각수 조(153); 및
상기 분무 냉각수 조(153)에서 이송된 가연성을 가스를 저장하는 가연성 가스 저장 조(155);로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 무산소 열분해 폐기물 소각장치.
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