KR101461603B1 - 수냉식 화격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉식 화격자에 관한 것으로, 소각로에서 사용되는 수냉식 화격자에 있어서; 쓰레기가 적층되는 철판으로 된 상부판; 상기 상부판의 가로 세로 각 측면에서 드릴 가공되고, 환봉으로 막음처리하여 상기 상부판을 직접 냉각하도록 형성된 냉각수유로; 상기 상부판의 일단 하부에 수직하게 부착 고정된 전면부판; 상기 상부판과 전면부판 사이에 형성되어 연소용 공기를 공급하는 연소공기 공급구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 화격자를 제공한다.
본 발명에 따른 수냉식 화격자는, 구조적 한계없이 냉각수 관로 길이, 배열, 크기를 조절할 수 있어 화격자의 냉각성능이 향상되고, 냉각수를 자체적으로 냉각시켜 일정한 온도의 냉각수 공급이 가능하므로 고발열량화 된 쓰레기 성상에 따른 열화현상으로 화격자의 손상, 화학적 부식을 막아 수명단축을 방지할 수 있다.

Description

수냉식 화격자{WATER COOLING TYPE FIRE GRATE}

본 발명은 수냉식 화격자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가연성폐기물의 고발열량화에 따른 열화현상에 의한 기계적 손상과 화학적 부식으로부터 화격자의 수명단축을 방지할 수 있도록 개선된 수냉식 화격자에 관한 것이다.

폐기물 소각로는 소각방법에 따라 화격자 소각로, 유동층 소각로, 회전로 소각로 등이 있다.

이들 중에서 화격자 소각로는 소각로 내부에 복수 단으로 배치된 화격자 위에서 폐기물이 화격자를 따라 이동되면서 소각되는 구조로서 일반적으로 사용되는 소각 장치이다.

소각로의 화격자 냉각방식은 연소용 공기를 화격자 하부에서 공급하여 화격자를 냉각하면서 폐기물을 연소시키는 공랭식 방식과 화격자에 냉각수관을 설치하고 냉각수관 내부를 유동하는 냉각수에 의해 화격자를 냉각하는 수냉식 방식이 있다.

이러한 수냉식 화격자와 관련된 선행기술로, 공개특허 제1995-0033253호, 등록특허 제1277484호가 있는데, 이들은 화격자 내부에 냉각수를 유도하기 위한 냉각수 관로를 형성하고 있는 수냉식 화격자를 기술하고 있다.

그러나, 이와 같은 수냉식 화격자는 주조에 의한 제작 방법이므로 냉각수 관로에 구조적 한계가 있으며, 또한 경제성에 문제점이 있다.

다른 선행기술로, 등록특허 제0635407호가 개시된 바 있는데, 이는 화격자 내부에 별도의 냉각수관을 부착하여 화격자를 냉각하는 방식을 기술하고 있으며, 등록특허 제0561172호는 화격자 하부에 냉각수 배관을 부착하여 냉각하는 방식을 기술하고 있다.

그러나, 이들 방식은 화격자 내부에 직접 냉각수를 공급 하는 것이 아니라 냉각수 배관을 통하여 화격자를 냉각하거나 화격자 하부에만 냉각수가 접촉되므로 화격자 표면 온도 상승은 불가피하다.

그러므로 화격자 내부에 직접 냉각수를 공급하는 수냉식 화격자에 비하여 냉각 효율이 떨어진다.

또한, 종래의 수냉식 화격자는 화격자를 통과하면서 열교환으로 인한 냉각수 온도 상승으로 인해 한번 공급된 냉각수는 많은 화격자를 통과하지 못하고 일정 화격자를 통과한 후 배출해야하는 문제점이 있다.

이러한 문제점으로 화격자 하부의 배관라인이 복잡하고 냉각수 냉각을 위한 쿨러(COOLER) 등을 설치해야 하므로 추가적인 비용이 발생한다.

그런데, 상술한 문제들을 모두 무시하더라도 다음과 같은 매우 중요한 문제 발생은 새로운 모델의 화격자 개발의 필요성을 심각하게 요청하고 있다.

즉, 지금까지 개시된 수냉식 화격자는 전통적인 쓰레기 성상에 맞게 설계된 것으로, 그에 따라 보일러의 용량도 정해져 있다.

때문에, 종래 방식의 수냉식 화격자를 사용할 경우 전통적인 쓰레기 성상에서는 아무런 문제가 되지 않았다.

하지만, 최근에 발생되고 있는 쓰레기 성상은 고열량화되어 전통적인 쓰레기 성상이 예를 들어, 톤당 1000kcal의 발열량이었다면 현재는 톤당 3500kcal 이상의 발열량이 나오고 있다.

때문에, 종래 쓰레기 성상에 맞게 설계된 보일러의 용량 때문에 최근 바뀐 고열량의 쓰레기처리시 종래 일당 쓰레기를 처리할 수 있었던 양에 비해 현저히 줄어든 양 밖에 처리할 수 없는 한계에 봉착해 있다.

다시 말해, 종래 쓰레기 성상에 따를 때, 만약 하루 50톤을 처리할 수 있는 보일러 용량으로 설계된 경우라면, 최근 쓰레기 성상일 경우 일일 30톤만 처리해도 보일러의 용량을 초과하는 문제가 생기므로 결국 하루 처리할 수 있는 쓰레기 양이 30톤을 넘지 못하게 되어 종래 50톤 처리시에 비해 현저히 줄어들기 때문에 쓰레기 처리 효율이 급격히 떨어지는 단점이 생기게 된다. 즉, 나머지 20톤은 처리되지 못하고 쌓이게 되는 문제에 봉착하게 된다는 말이다.

이를 해소하기 위해서는 쓰레기 소각장에서 사용되는 보일러의 용량 자체를 바꿔야 하는데, 보일러의 용량을 바꾸려면 아예 소각장을 다시 지어야 하기 때문에 그것은 현실적으로 불가능하므로 현재 가동중인 보일러의 용량은 그대로 유지하면서 고열량화 된 최근의 쓰레기 처리량을 늘릴 수 있는 방법은 매우 제한적이며 어려운 일인 것이다.

더구나, 종래 방식의 화격자는 내화주물로 제작되었음은 물론 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 관을 끼우거나 관로를 별도로 형성하는 구조였기 때문에 간접 냉각방식일 수 밖에 없어 열회수효율이 떨어지므로 보일러 용량을 줄이는데 전혀 영향을 미치지 못하며, 연소공기의 정밀 공급제어가 불가능하여 열변동이 심하고 환경호르몬 발생이 증대되며, 수명도 3-4년으로 매우 짧아 유지 보수에 따른 비용이 급증하고, 주물 방식은 크기를 크게 만들 수 없기 때문에 정교성 측면에서도 한계에 다달아 있는 상태이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 화격자의 새로운 모델 개발을 통해 정밀한 연소공기 공급 제어가 가능하고, 고열량화된 쓰레기 소각시 열량의 일부를 흡수함으로써 보일러의 용량은 그대로 유지한 채 쓰레기 처리량은 증대시킬 수 있어 쓰레기 처리효율을 높인 새로운 개념의 수냉식 화격자를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 소각로에서 사용되는 수냉식 화격자에 있어서; 쓰레기가 적층되는 철판으로 된 상부판; 상기 상부판의 가로 세로 각 측면에서 드릴 가공되고, 환봉으로 막음처리하여 상기 상부판을 직접 냉각하도록 형성된 냉각수유로; 상기 상부판의 일단 하부에 수직하게 부착 고정된 전면부판; 상기 상부판과 전면부판 사이에 형성되어 연소용 공기를 공급하는 연소공기 공급구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 화격자를 제공한다.

이때, 상기 전면부판은 부판상부, 스페이서, 부판하부로 분리 구성되고, 부판상부와 스페이서 사이에는 연소공기 공급구가 형성되며, 상기 부판하부는 렌치볼트를 통해 스페이서에 체결되어 교체 가능하게 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 상부판 다수개에 형성된 냉각수유로는 하나의 냉각수공급관과 연결되어 냉각수 온도를 80-120℃로 유지 조절하기 쉽게 구성된 것에도 그 특징이 있다.

이 경우, 상기 냉각수공급관에는 다수의 냉각핀이 더 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 수냉식 화격자는, 구조적 한계없이 냉각수 관로 길이, 배열, 크기를 조절할 수 있어 화격자의 냉각성능이 향상된다.

또한, 냉각수를 자체적으로 냉각시켜 일정한 온도의 냉각수 공급이 가능하므로 고발열량화 된 쓰레기 성상에 따른 열화현상으로 화격자의 손상, 화학적 부식을 막아 수명단축을 방지할 수 있다.

아울러, 화격자의 전면부판을 상부와 하부로 분리하여 마모 정도에 따라 교체 사용이 가능하므로 화격자의 유지 보수 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식 화격자의 예시적인 단품 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 수냉식 화격자의 냉각수 유로 구성예를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수냉식 화격자의 냉각수관 연결구조를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수냉식 화격자는 상부판(100)과 전면부판(200)을 포함한다.

상기 상부판(100)은 쓰레기가 적층되는 판이며, 상기 전면부판(200)은 상기 상부판(100)과 그 일단 하부에서 간극을 유지하여 쓰레기가 소각될 때 쓰레기를 태울 수 있는 산소, 즉 연소용 공기를 공급하는 연소공기 공급구(120)를 형성하게 된다.

또한, 상기 상부판(100)과 전면부판(200)은 서로 연결 고정된 상태로 한 몸체를 이루며, 구동원에 의해 전후진을 반복하는 통상의 소각로 화격자와 동일하게 동작하도록 구성된다.

그리고, 상기 상부판(100)에는 측면이 드릴 가공되어 도 3과 같이 냉각수유로(110)가 형성되는데, 상기 냉각수유로(110)는 도 4와 같이 상부판(110)의 일부를 절삭했을 때 서로 연결된 상태를 유지하도록 구성된다.

때문에, 본 발명에서는 상부판(100) 자체에 홀이 가공되어 냉각수유로(110)가 구성되는 것이므로 기존처럼 별도의 냉각파이프가 삽입되는 구조가 아니기 때문에 직접 냉각이 가능한 구조를 갖는다.

특히, 본 발명에서는 상기 냉각수유로(110)를 형성할 때 도 4와 같이 절삭한 상태에서 냉각수유로를 가공한 다음 그 상부를 덮는 구조가 아니라, 직접 구멍을 뚫어서 형성하는 것이므로 가공 방법적 측면에서도 매우 독특한 특징을 갖는다.

즉, 상기 상부판(100)에는 상부판(100)의 폭방향 및 길이방향 각각으로 관통시킨 홀을 형성하여 직각방향으로 서로 통할 수 있게 구성한 다음, 환봉(112)을 삽입한 후 용접하여 냉각수가 순환할 수 있는 유로 형상, 즉 냉각수유로(110)를 구성하게 된다.

따라서, 기존처럼 냉각수관을 별도로 삽입할 필요가 없고, 환봉(112)의 길이를 조절하여 끼우게 되면 냉각수유로(110)를 원하는 형태, 길이, 배열 등을 자유자재로 구현할 수 있다.

이러한 화격자는 여러개가 단을 이루며 배열되어 있기 때문에 쓰레기 소각시 공급된 냉각수는 상부판(100)을 직접 냉각하게 되므로 냉각효율이 그만큼 상승되게 되며, 이때 쓰레기 소각시 발생되는 고열량 중 일부를 흡수하게 된다.

때문에, 냉각효율이 높아 열량 흡수량도 높아지므로 그 만큼 보일러를 가열하는 열량은 줄어 들게 되므로 종래 구조의 화격자에 비해 더 많은 쓰레기를 처리할 수 있게 되는 것이다.

이것은 종래 기술에서 설명하였듯이, 보일러의 용량은 고정되어 있기 때문에 보일러로 보내는 열량은 냉각수가 흡수하여 줄이되 쓰레기 소각은 지속적으로 이루어지게 하여 동일한 보일러 용량 하에서도 쓰레기 소각 처리량은 증대시킬 수 있는 원리가 되는 것이다.

특히, 본 발명에서 사용되는 상부판(100)은 기존과 달리 상술한 냉각수로 설계 과정에서 살펴 보았듯이, 직접 냉각이 가능한 기술 구현이 가능하므로 주물이 아닌 철판, 즉 카본 스틸을 사용할 수 있다.

따라서, 드릴 가공시 정밀한 가공이 가능하고, 연소공기 공급구(120)를 구성할 때에도 변형없이 정밀한 설계가 가능하므로 공기 공급을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

또한, 마모나 변형도 주물로 만든 화격자에 비해 현저히 줄어들며, 크기에 있어서도 철판을 가공하는 것이기 때문에 원하는 크기대로 마음껏 설계할 수 있는 장점이 있다.

덧붙여, 기존 주물 형태에서도 본 발명처럼 구멍이 뚫어지는 형태로 주형을 만들어 주물로 뜨면 쉽게 구성할 수 있을 것으로 생각할 수 있지만, 이것은 주물의 특성상 주물로 뜨는 과정에서 내부 구멍이 막히는 현상이 빈번하고, 막힐 경우 어디가 막혔는지 알 수 없어 불량품이 많을 뿐만 아니라, 만약 막힌 상태에서 모르고 사용시 폭발사고를 일으켜 엄청난 재산상, 인명상 사고를 유발하므로 주물 가지고는 사실상 불가능한 기술이라고 보아야 한다.

다만, 본 발명에서는 상기 상부판(100)이 철판으로 제작되기 때문에 저온의 냉각수를 사용하면 안된다. 이는 저온냉각수 사용시 열교환 온도차가 커 저온 부식을 야기하므로, 이 경우에는 관로(냉각수유로) 막음 현상이 초래될 수 있다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 냉각수의 온도는 반드시 약 80-120℃로 유지되는 냉각수를 사용하여야 한다.

한편, 도 1에서와 같이, 상기 전면부판(200)은 부판상부(210), 스페이서(220), 부판하부(230)로 분할 형성될 수 있다.

이 경우, 부판상부(210)와 스페이서(220) 사이에 연소공기 공급구(120)가 형성되고, 스페이서(220)와 부판하부(230)는 렌치볼트와 같은 고정구로 체결함으로써 화격자의 움직임시 주로 마모되는 부판하부(230)만을 따로 떼어 교체 가능하게 구성할 수 있어 유지 보수를 쉽게 하고 장수명화를 달성할 수 있게 된다.

더구나, 상기 스페이서(220)와 부판하부(230) 사이에도 간극을 조절하여 연소공기 공급용 통로로 활용하게 되면 연소 효율을 더욱 더 높일 수 있을 것이다.

덧붙여, 도 5에서와 같이, 상부판(100) 내부에 형성된 냉각수유로(110)와 상부판(100) 외부에서 연결되는 냉각수공급관(300)은 다수의 상부판(100)을 서로 연결되게 함으로써 약 80-120℃로 유지되어야 할 냉각수의 온도를 좀 더 쉽게 유지 관리할 수 있도록 구성할 수 있다.

그런데, 이 경우 여러개를 동시에 연결하게 되면 몇 단 지났을 때에는 소각시 열교환에 의해 냉각수 온도가 상기 범위를 넘어서 더 올라갈 수 있으므로 이러한 경우 냉각수공급관(300)의 외주면에 다수의 냉각핀(310)을 부착하여 외부 공기와의 접촉면적을 넓혀 줌으로서 냉각수가 관류될 때 냉각수를 공냉시켜 온도가 과도하게 상승하지 않도록 방지하면 더욱 좋다.

이와 같이, 본 발명에 따른 수냉식 화격자는 상부판(100)을 직접 냉각할 수 있는 독특한 기술 구성을 갖춤으로써 쓰레기 성상이 고발열량화되면서 생긴 처리용량 문제를 간단하고 편리하게 일소하는 효과를 얻을 수 있다.

100: 상부판 200: 전면부판
300: 냉각수공급관

Claims (4)

1. 소각로에서 사용되는 수냉식 화격자에 있어서;
   쓰레기가 적층되는 철판으로 된 상부판;
   상기 상부판의 가로 세로 각 측면에서 드릴 가공되고, 환봉으로 막음처리하여 상기 상부판을 직접 냉각하도록 형성된 냉각수유로;
   상기 상부판의 일단 하부에 수직하게 부착 고정된 전면부판;
   상기 상부판과 전면부판 사이에 형성되어 연소용 공기를 공급하는 연소공기 공급구;를 포함하고,
   상기 전면부판은 부판상부, 스페이서, 부판하부로 분리 구성되고, 부판상부와 스페이서 사이에는 연소공기 공급구가 형성되며, 상기 부판하부는 렌치볼트를 통해 스페이서에 체결되어 교체 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 수냉식 화격자.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 상부판 다수개에 형성된 냉각수유로는 하나의 냉각수공급관과 연결되어 냉각수 온도를 80-120℃로 유지 조절하기 쉽게 구성된 것을 특징으로 하는 수냉식 화격자.
   
4. 청구항 3에 있어서;
   상기 냉각수공급관에는 다수의 냉각핀이 더 부착된 것을 특징으로 하는 수냉식 화격자.

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