KR101490997B1 - 화장로 배가스 재순환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화장로 배가스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 주연소실 및 재연소실을 포함한 화장로의 내부 또는 외부에 설치된 센서류로부터 입력받은 온도값, 압력값, 산소량값을 포함한 제어변수에 대응하도록 주연소버너와 재연소버너의 연료공급량을 정하고, 상기 연료공급량에 비례하게 연소공기공급량을 정하는 루프회로를 갖는 중앙제어실; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 연료공급량에 대응한 연료 및 상기 연소공기공급량에 대응한 연소공기를 상기 주연소버너와 상기 재연소버너에 공급하는 화장로 현장제어반; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 냉각공기를 열교환기에 공급하도록, 열교환기 송풍기와 제 1 냉각공기 제어댐퍼를 제어하는 열교환기 동력반; 상기 루프회로에 접속되고, 재순환라인 상에 설치된 재순환 제어댐퍼를 제어하는 재순환 제어반; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 주연소실의 내부 압력을 미리 정한 압력범위 내로 유지하도록, 화장로의 연돌 전방의 유인배풍기의 회전속도를 제어하는 유인배풍기 동력반; 및 상기 재연소실의 상부의 3차 연소실 내부로 암모니아 및 압축공기를 제공하도록, 선택적 비촉매반응기를 제어하는 반응기 제어반을 포함한다.

Description

화장로 배가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM FOR CREMATION FURNACE}

본 발명은 주연소 이후 재연소를 통해서 완전연소를 유도하고, 무취, 무연의 친환경적인 화장을 처리하면서, 가스냉각기에서 외부 냉각공기 차단을 통해 냉각효과를 극대화할 수 있는 화장로 배가스 재순환 시스템과 관련된다.

일반적으로 화장로는 연소시 발생하는 배기가스에 의한 대기오염과 악취문제를 불식시키기 위해서, 주연소로(主燃燒爐)에 의한 1차 연소 외에 다음단계로서 재연소로(再燃燒爐)를 두어 2차 완전연소를 유도하여 완전 무취, 무연(無煙)을 도모하고자 한 바 있다.

발명의 배경이 되는 화장로는 그 내부에 관 전체를 수용할 수 있는 크기로 형성되어 있고, 연도 길이를 길게 형성하기 위하여 다수의 연소실이 구비되어 있다.

그러나, 종래의 화장로의 주연소로 및 재연소로는 열효율적으로 축열을 이용할 수 있도록 내화벽돌만을 사용하거나, 또는 내화벽돌과 세라믹재질을 혼용한 내화재, 즉 이질의 내화재를 사용하고 있음에 따라서, 주연소로 및 재연소로 자체의 중량 증가로 인해 시공이 불편하고, 유지 보수시 불편한 단점이 있다.

또한, 장기간 운용을 통해서 주연소로 또는 재연소로의 내화벽돌 자체가 손상이 발생하는 경우, 주연소로 또는 재연소로 자체를 교체하는 등의 대공사가 요구되고, 있다, 즉 내화벽돌의 손상으로 인하여 내화벽돌 자체를 교체하여야 하는 경우 소화로당 연간 수천만원의 비용이 소요됨으로써, 제작 및 유지 보수 경제상 최적화된 내화재가 요구되고 있는 실정이다.

특히, 재연소로의 경우에는 축열이 요구되지 않고, 1차로 주연소로에서 연소된 연소가스를 재연소하는 기능을 발휘하고, 이때 발생하는 열충격을 견딜 수 있거나, 상기 열충격을 완충시킬 수 있으면서도, 장시간 사용에 따른 팽창 및 수축에 의해 화염과 접촉하는 부분만을 부분적으로 교체할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 종래의 화장로의 경우에는 화장로 연소 공정별 시간 범위 내에서 미리 정해진 연소만을 수행하기 때문에, 화장시의 유체(시체)의 상태에 따른 주연소로 또는 재연소로의 온도 변화 내지 압력 변화에 대응하게 연소 공정을 가변 제어할 수 없어서, 효율적인 연소과정이 이루어지지 못하고, 불완전연소가 이루어져서 질소산화물(NOx) 또는 다이옥신 등의 유해물질이 화장시에 다량으로 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 화장로의 경우에는 가스냉각기의 냉열원으로서 외부 냉각공기를 유입시키기 때문에, 외부 온도 변화에 따라 가스냉각기의 부하 변동이 발생될 수 있고, 지속적인 순환 냉각이 이루어질 수 없는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-0205565호 (1999.04.02) 한국등록특허 제10-0523322호 (2005.10.14)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 중앙제어실에 접속된 재순환 제어반과, 대기오염물질이 최종 제거된 배가스를 가스냉각기 쪽으로 재순환시킬 수 있는 재순환라인을 구비함으로써, 가스냉각기에서 외부 냉각공기 차단을 통해 냉각효과를 극대화할 수 있고, 지속적인 순환냉각이 이루어질 수 있는 화장로 배가스 재순환 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 주연소실 및 재연소실을 포함한 화장로의 내부 또는 외부에 설치된 센서류로부터 입력받은 온도값, 압력값, 산소량값을 포함한 제어변수에 대응하도록 주연소버너와 재연소버너의 연료공급량을 정하고, 상기 연료공급량에 비례하게 연소공기공급량을 정하는 루프회로를 갖는 중앙제어실; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 연료공급량에 대응한 연료 및 상기 연소공기공급량에 대응한 연소공기를 상기 주연소버너와 상기 재연소버너에 공급하는 화장로 현장제어반; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 냉각공기를 열교환기에 공급하도록, 열교환기 송풍기와 제 1 냉각공기 제어댐퍼를 제어하는 열교환기 동력반; 상기 루프회로에 접속되고, 재순환라인 상에 설치된 재순환 제어댐퍼를 제어하는 재순환 제어반; 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 주연소실의 내부 압력을 미리 정한 압력범위 내로 유지하도록, 화장로의 연돌 전방의 유인배풍기의 회전속도를 제어하는 유인배풍기 동력반; 및 상기 재연소실의 상부의 3차 연소실 내부로 암모니아 및 압축공기를 제공하도록, 선택적 비촉매반응기를 제어하는 반응기 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 열교환기는 상기 열교환기를 빠져나온 배가스의 유동경로가 되는 배기라인; 및 상기 배기라인에 설치된 라인분기부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 재순환라인은 상기 배기라인 상에 설치된 여과집진기 및 선택적 촉매반응기를 통해 여과 및 냉각된 재순환 배가스를 상기 가스냉각기에 유입시키도록, 상기 선택적 촉매반응기의 후단의 상기 배기라인의 상기 라인분기부재와 상기 재순환 제어댐퍼의 사이에 관통하게 배관될 수 있다.

또한, 상기 센서류는 상기 주연소실에 설치된 제 1 압력센서, 상기 열교환기의 전단의 가스냉각기에 설치된 제 2 압력센서, 제 1 냉각공기 제어댐퍼에 설치된 유량 센서, 주연소실출구에 설치된 제 1 온도센서, 재연소실출구에 설치된 제 2 온도센서, 상기 가스냉각기에 설치된 제 3 온도센서, 상기 열교환기의 후단에 설치된 제 4 온도센서, 상기 화장로의 출구와 상기 가스냉각기의 입구 사이의 연결관에 설치된 공기량 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공기량 센서의 근방으로 상기 연결관에는 상기 화장로 현장제어반에 의해 제어되는 연소실압제어 댐퍼가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 가스냉각기는 상기 재순환 제어댐퍼와 연동하고, 상기 재순환 제어댐퍼에 의해 강제 투입된 상기 재순환 배가스와 상기 연결관으로부터 공급받은 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 700 ∼ 850℃로 급냉된 연소가스를 만들 수 있다.

또한, 상기 열교환기는 상기 가스냉각기의 후단에 관통하게 연결되고, 상기 열교환기의 일측 입구의 냉각공기라인에 설치된 상기 열교환기 송풍기 및 상기 제 1 냉각공기 제어댐퍼를 구비하고, 상기 제 1 냉각공기 제어댐퍼 및 상기 열교환기 송풍기에 의해 강제 투입된 냉각공기와 상기 급냉된 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 200 ∼ 700℃로 급냉된 배가스 또는 2차 연소공기를 만들 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 화장로 배가스 재순환 시스템에 따르면, 연소가스를 안정되게 냉각시켜서 2차 연소공기를 주송풍기에 안정적으로 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 가스냉각기의 냉열원으로서 외부 냉각공기를 유입시키기 때문에, 외부 온도 변화에 따라 가스냉각기의 부하 변동을 최소화시켜서, 지속적인 순환 냉각을 실현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 화장로 배가스 재순환 시스템은 자동연소 과정 도중에, 비례적으로 조절된 공기 및 연료를 주연소버너와 재연소버너에 공급함으로써, 주연소실과 상기 재연소실의 내부 온도를 850 ∼ 900℃로 유지시킬 수 있되, 화장이 실질적으로 이루어지는 도중에, 상기 내부 온도가 다이옥신의 열분해온도영역으로서 유효한 800℃ 이상으로 제어될 수 있음과 함께, 질소산화물(NOx)의 억제에 유효한 950℃ 이하로 제어될 수 있어서, 산소부족이나 과잉연소 등의 불안전 연소가 방지될 수 있는 효과가 있고, 질소산화물(NOx) 또는 다이옥신 등의 대기오염물질 또는 유해물질이 화장시에 다량으로 발생되지 않게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중앙제어실은 유체(시신)의 상태에 따라 화장할 때마다 달라질 수 있는 주연소실 또는 재연소실의 내부 환경, 즉 제어변수(예: 온도, 압력, 산소량)를 고려하여, 단위시간당 온도상승을 PLC(Programmable Logic Control) 내부 연산에 의해 산출함으로써, 시간마다 변화하는 제어변수(예: 온도, 압력, 산소량)에 상응하게 효율적으로 연소공정을 자동제어 할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 화장로 자동연소 시스템이 적용된 화장로는 세라믹화이버 재질만으로 재연소실의 내화재를 구성함에 따라, 내화벽돌을 주로 사용하거나, 또는 내화벽돌 및 세라믹화이버를 사용하는 종래의 주연소로에 비하여, 경량화되고 부분교체가 가능한 재연소실의 제작이 가능하여, 제작 및 유지 보수시 비경제적인 문제나, 내화벽돌 손상으로 인하여 내화벽돌을 교체할 때, 화장로의 가동이 1개월 이상 소요되는 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 예컨대, 내화벽돌 교체 기간(예: 1개월 이상 소요)에 비해 세라믹화이버로 이루어진 제 1 층 또는 제 1 겹만을 교체 수리하는 시간 및 비용이 상대적으로 짧거나 작게 들 수 있다.

또한, 재연소실의 내부 화염에 의한 고온 또는 열충격이 재연소실의 제 1 층을 손상시키더라도, 제 1 층만을 제 2 층에서 분리 및 교체함에 따라, 경제성이 뛰어난 화장로를 제공할 수 있다.

또한, 재연소실에는 내화벽돌 자체가 구비되어 있지 않기 때문에, 내화벽돌 손상에 따른 문제에서 자유로울 수 있고, 재연소실의 경량화를 도모하여, 제작 경제상 매우 유리할 수 있다.

또한, 재연소실의 내화재를 구성할 때, 동질의 내화재인 세라믹화이버만을 사용함으로써, 내화벽돌 및 세라믹화이버로 구성된 이질의 내화재보다 팽창 및 수축이 상대적으로 대등하게 일어날 수 있어서, 이질의 내화재간 이격 발생 현상 등을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 주연소실의 일측 적층부 또는 재연소실의 타측 적층부에 코팅층이 더 마련되어 있어서, 세라믹화이버 재질의 교체 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상하로 적층 시공된 주연소실과 재연소실의 사이에 압축 세라믹화이버를 개재하고, 다수의 볼트 및 너트로 상기 주연소실과 재연소실을 서로 결합시키고 있음에 따라, 주연소실과 재연소실 사이의 갭을 제거하여 밀폐구조로 제작할 수 있고, 주연소실과 재연소실간 완벽한 기밀 유지를 실현할 수 있다.

또한, 주연소실의 내화대차용 레일은 일부분이 경사진 경사 구간을 포함하여, 내화대차가 안정되게 주연소실의 내부에 위치될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화장로 배가스 재순환 시스템의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템이 적용된 화장로의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 원 B의 확대 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 원 C의 확대 단면도.
도 6은 도 2에 도시된 원 D의 확대 단면도.
도 7은 도 1에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템의 설치도.
도 8은 도 7에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템에 의한 화장로내 온도 변화 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 층 또는 겹 등은 패널 또는 플레이트와 같은 단위체를 표면적 방향으로 연결하여 화장로의 내부를 형성하는 것으로서, 상기 패널 또는 상기 플레이트의 두께와 상기 연결에 따라 형성된 면적을 갖는 구성품을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화장로 배가스 재순환 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 화장로 배가스 재순환 시스템은 중앙제어실(600)과, 이러한 중앙제어실(600)에 전기적으로 결합 또는 서로 접속될 수 있는 화장로 현장제어반(620), 열교환기 동력반(640), 재순환 제어반(650), 유인배풍기 동력반(660) 및 반응기 제어반(680)을 포함할 수 있다.

중앙제어실(600)은 배가스 재순환 또는 자동연소 전공정을 원격 감시 할 수 있는 전장 설비, 디스플레이 설비, 통사의 경보 설비, 자동 수동 선택 계장 등을 더 포함할 수 있다.

중앙제어실(600)은 주연소실 및 재연소실을 포함한 화장로의 내부 또는 외부에 설치된 센서류로부터 입력받은 온도값, 압력값, 산소량값을 포함한 제어변수에 대응하도록 주연소버너와 재연소버너의 연료공급량을 정하고, 상기 연료공급량에 비례하게 연소공기공급량을 정하는 루프회로를 가질 수 있다.

또한, 루프회로에는 댐퍼제어기에 의한 재순환 배가스의 유입량을 조절할 수 있도록, 재순환라인(780)(도 7 참조) 상의 재순환 제어댐퍼(752)에서 재순환 배가스의 유입량을 측정하고, 미리 설정한 설정치와 비교 체크하여 액추에이터에 연결된 베인의 베인의 각도를 조절하는 로직이 구비되어 있을 수 있다. 재순환 배가스의 유입량의 측정은 재순환 제어댐퍼(752)의 전단 및 후단에 설치된 유입량 계측 장치(미 도시)(예: 차압 감지기)에 의해 이루어질 수 있고, 이를 통해서 재순환 배가스의 유입량이 미리 설정한 설정치로 유지될 수 있다.

또한, 재순환 제어댐퍼(752)의 전단 또는 후단의 재순환라인(780)에는 재순환 배가스를 강재 투입 또는 유입시키기 위한 송풍기(미 도시)가 더 구비될 수 있다.

이러한 루프회로의 로직은 재순환 제어반(650)을 통해서 작동될 수 있다.

또한, 연소공기공급량은 도 7에 도시된 바와 같이, 버너용 송풍기(175) 및 공기조절변(622, 623) 및 이들이 설치된 배관라인을 통해서 주연소버너(170) 및 재연소버너(230)에 공급될 1차 연소공기의 유량을 의미할 수 있다.

또한, 루프회로는 루프 콘트롤러 제어기(one loof controller)에서 사용되는 회로일 수 있다. 또한, 루프회로는 중앙제어실의 실질적인 제어수단에 포함되는 것으로서, 루프회로에 전기회로적으로 구성되거나 이루어진 센서신호처리기, 댐퍼제어기, 동력제어기, 인버터제어기, 비례제어기, 산소농도제어기 및 압력제어기를 포함할 수 있다.

예컨대, 센서신호처리기는 후술되는 각종 센서류의 센싱값을 입력받아서, 제어를 수행하기 위한 기초정보를 입력 처리할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 댐퍼제어기는 후술되는 각종 댐퍼의 개폐 제어 또는 개폐량 조절 제어를 수행할 수 있는 것으로서, 각 댐퍼에 설치된 스텝 모터 또는 기어 모터 등의 액추에이터를 동작시키거나, 정지 상태를 유지할 수 있는 작동 제어 회로로 구성될 수 있다.

또한, 동력제어기는 후술되는 각종 송풍기 또는 모터 작동 장치에 동력을 제공하거나, 차단하는 역할을 수행할 수 있도록 회로적으로 구성될 수 있다.

또한, 인버터제어기는 후술되는 해당 송풍기의 모터의 회전수를 가변전압가변주파수(VVVF: Variable Voltage Variable Frequency) 제어로서, 인버터 회로에 의해 해당 송풍기의 모터, 즉 유도전동기를 갖는 유인배풍기의 회전속도를 제어할 수 있도록 구성될 수 있고, 유동전동기의 회전속도 가변 제어에 따라 연소가스의 압력을 제어하는 역할을 담당할 수 있다. 유인배풍기의 회전속도란 유인배풍기의 유도전동기의 모터샤프트 또는 모터샤프트에 결합된 송풍팬의 회전속도를 지칭할 수 있다.

또한, 비례제어기는 주연소버너와 재연소버너의 연료공급량에 비례하게 연소공기공급량을 정하는 역할을 담당할 수 있고, 온도 및 시간을 고려하여 버너 착화 온도 및 시간 타이밍을 고려하여, 열료공급량 대비 필요한 공기공급량을 산출하는 역할을 담당할 수 있으며, 산출 방식이나 방법은 통상의 고온 가열로내 온도 제어용으로 알려져 있는 비례 제어 수식이나 또는 알고리즘으로 구현 가능하므로, 본 실시예에서 상기 비례 제어 수식은 특정 수식 또는 알고리즘으로 한정되지 않을 수 있다.

또한, 산소농도제어기는 화장로내에서 유동하는 연소가스의 유량 대비 산소 함유량을 산출하는 것으로서, 통상의 산소농도센서를 이용한 산소 농도 산출 수식을 구현한 회로 장치일 수 있다.

또한, 압력제어기도 연소가스의 유량과 화장로 및 관련 배관의 체적량을 이용하여 압력을 산출할 수 있도록 구성된 회로 장치일 수 있다.

화장로 현장제어반(620)은 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 연료공급량에 대응한 연료 및 상기 연소공기공급량에 대응한 연소공기를 상기 주연소버너와 상기 재연소버너에 공급하는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 화장로 현장제어반(620)은 화장로 전단에 마련된 전실(미 도시)의 자동문 또는 자동 개폐 도어에 해당하는 주연소실(100)의 내화문(160)의 개폐를 제어하는 역할을 담당할 수 있고, 화장 종료 후 자동 냉각이나 내화대차(500)의 자동 반입 또는 출입을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 열교환기 동력반(640)은 상기 루프회로에 접속되어 있고, 냉각공기를 열교환기(700)(도 7 참조)에 공급하도록, 열교환기 송풍기(702)와 제 1 냉각공기 제어댐퍼(701)를 제어하는 역할을 담당할 수 있고, 이러한 역할에 상응한 전장 설비로 구성될 수 있다.

또한, 재순환 제어반(650)은 상기 루프회로에 접속되고, 재순환라인(780) 상에 설치된 재순환 제어댐퍼(752)를 제어하는 역할을 담당할 수 있고, 이러한 역할에 상응한 전장 설비로 구성될 수 있다.

유인배풍기 동력반(660)은 상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 주연소실의 내부 압력을 미리 정한 압력범위 내로 유지하도록, 화장로의 연돌(771) 전방의 유인배풍기(770)의 회전속도를 제어하는 역할을 담당할 수 있으며, 역시 그 역할에 대응한 전장 설비로 구성될 수 있다.

반응기 제어반(680)은 상기 재연소실의 상부의 3차 연소실(200a)(도 7 참조) 내부로 암모니아 및 압축공기를 제공하도록, 선택적 비촉매반응기(760)를 제어하는 역할을 담당할 수 있다. 선택적 비촉매반응기(760)는 암모니아 및 압축공기를 공급할 수 있도록 주입라인(761)을 통해서 3차 연소실(200a)에 연결될 수 있다.

반응기 제어반(680)은 제어변수에 대응하게 암모니아 분무량을 조절할 수 있고, 화장 완료 후 자동으로 펄싱(pulsing)할 수 있다.

또한, 화장로에서 발생된 분진은 여과집진기(720) 및 그와 연결된 잔재처리장치(미 도시)를 통해서 포집 처리될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템이 적용된 화장로의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 2 또는 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 화장로는 신체 또는 사람을 제외한 동물체 혹은 기타 소각을 통해 화장이 필요한 몸체를 완전 연소 또는 소각시키는 화장 시설이거나, 이러한 화장로를 포함한 화장 설비를 지칭할 수 있다.

본 실시예는 주연소실(100)의 상부에 재연소실(200)이 위치한 구조에 관한 것일 수 있고, 상기 재연소실(200)의 상부에 별도의 연소실(200a)(예: 3차 연소실)이 더 있는 화장로에 적용될 수 있고, 공지된 2차 또는 3차 연소가 가능한 화장로일 수 있고, 도면에 도시된 것으로만 한정되지 않을 수 도 있다. 이 경우, 상기 별도의 연소실의 내벽 및 천장을 형성하는 내화재는 동질의 내화재를 다층 또는 다겹으로 형성하고, 상기 동질의 내화재가 세라믹화이버 및 세라믹화이버를 서로 연결하기 위한 부착제로 이루어질 수 있다.

예시적인 설명을 위해서, 본 실시예는 1차 연소실인 주연소실(100)과 2차 연소실일 재연소실(200) 및 3차 연소실(200a)을 포함하여 설명될 수 있다.

여기서, 주연소실(100), 내부연도(300), 재연소실(200) 및 3차 연소실(200a)은 일종의 연소로 또는 소각로일 수 있다.

주연소실(100)은 스틸 재질의 플레이트를 서로 연결(예: 용접 또는 볼팅 결합)하여 함체 구조를 갖도록 일측 프레임(110)을 포함할 수 있다.

일측 프레임(110)은 화장로의 하부에 위치하는 것으로서, 여기서, 일측이란 화장로의 하부를 지칭할 수 있다.

주연소실(100)은 일측 프레임(110)의 내측면에 배치된 단열보드(120)와, 상기 단열보드(120)의 내측면에 축조된 내화벽돌(130)과, 상기 내화벽돌(130)의 내측면에 배치된 일측 적층부(140)를 가질 수 있다.

주연소실(100)의 바닥(101)은 내화 재질의 콘크리트로 제작되어 있을 수 있다.

이런 주연소실(100)의 바닥(101)의 테두리를 따라서 정면, 양측면, 배면을 이루도록 단열보드(120)가 설치 또는 시공될 수 있다. 단열보드(120)는 상온 또는 안전온도 1200℃에서 사용될 수 있고, 내열성 재질인 이산화규소(SiO2)(실리카), 산화알루미늄(Al2O3)(알루미나), 산화철(Fe2O3)(산화제이철) 중에서 선택되거나, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 내열성 재질을 가질 수 있고, 이에 한정되지 않을 수도 있다. 또한, 본 실시예에서 세라믹화이버 또는 세라믹화이버 재질이란 상기 이산화규소 및 산화알루미늄 성분으로 이루어진 내화재 또는 내화재 재질로 이루어진 패널, 플레이트, 블록 등의 화장로 내장 구성품을 의미할 수 있다.

내화벽돌(130)은 크롬, 지르코늄 및 상기 내열성 재질을 갖는 것으로서, 상온 또는 안전온도 1000℃ ~ 1400℃에서 사용될 수 있고, 내부식성이 있는 재질 또는 공지된 내화벽돌용 재질로 이루어질 수 있고, 형상적 교합에 의한 결합 또는 적층 결합을 통해서 축조 가능하도록 단위체로서 제작되어 있을 수 있다.

일측 적층부(140)는 세라믹화이버 재질로 제작된 것으로서, 주연소실(100)의 정면쪽, 양측면쪽 및 배면쪽과 천장쪽에서 각각 제 1 겹(140-1)과 제 2 겹(140-2)으로 적층되어 있을 수 있다. 여기서, 세라믹화이버 재질의 일측 적층부(140)는 상온 또는 안전온도 1000℃ ~ 1600℃에서 사용될 수 있고, 적층 또는 이음 시공 가능한 패널 또는 플레이트 형태의 단위체로 이루어져 있을 수 있다.

여기서, 일측 적층부(140)의 제 2 겹(140-2)은 연소로 또는 소각로 등에서 사용하는 접착제 또는 부착제(미 도시)를 사용하여 내화벽돌(130)에 부착될 수 있다. 같은 방식으로, 제 1 겹(140-1)도 상기 부착제를 이용하여 제 2 겹(140-2)에 부착될 수 있다.

제 1 겹(140-1)이 주연소실(100) 내에서 발생하는 화염에 직접 닫을 수 있는 곳일 수 있다. 화장로의 장기간 운용에 따라, 제 1 겹(140-1)이 상기 화염 또는 열충격에 팽창 및 수축하여 훼손되는 경우가 발생하더라도, 유지 보수자는 제 1 겹(140-1)만을 제 2 겹(140-2)으로부터 분리 및 교체할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 원 B의 확대 단면도이다.

도 4를 참조하면, 일측 적층부(140)의 외표면에 해당하는 제 1 겹(140-1)에는 코팅층(150)이 더 마련되어 있을 수 있다.

여기서, 코팅층(150)은 화이버계 코팅제(결정화 무라이트 화이버)로서, 두께 4mm로 도포되는 방식으로 상기 제 1 겹(140-1)에 마련 또는 시공되어 있을 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 내부연도(300)는 주연소실(100)에 관통하게 연결된 것으로서, 재연소실(200)과 주연소실(100)을 서로 연결시켜주는 연소가스 배출통로의 역할을 담당할 수 있다.

또한, 재연소실(200)과 3차 연소실(200a)의 사이에도 연소가스 배출통로가 더 구비될 수 있다.

내부연도(300)도 다층 또는 여러 겹으로 적층된 세라믹화이버(301, 302)를 포함할 수 있다. 세라믹화이버(301, 302)는 적층 가능한 패널 또는 플레이트 형태의 단위체로 이루어져 있을 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 화장로는 내부연도(300)에 관통하게 연결되도록 상기 주연소실(100)의 상부에 위치한 재연소실(200)을 포함할 수 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 재연소실(200)은 상기 주연소실(100)의 일측 프레임(110)에 대응하여 일측 프레임(110)의 위에 배치된 타측 프레임(210)과, 상기 타측 프레임(210)의 내측면에서 배치된 세라믹화이버 재질의 타측 적층부(220)를 가질 수 있다. 여기서, 세라믹화이버 재질의 타측 적층부(220)도 상온 또는 안전온도 1000℃ ~ 1600℃에서 사용될 수 있고, 적층 가능한 패널 또는 플레이트 형태의 단위체로 이루어져 있을 수 있다.

또한, 재연소실(200)의 바닥(203)은 내화 재질의 캐스터블로 제작되어 있을 수 있다. 재연소실(200)의 바닥(203)의 저부에는 주연소실(100)의 천장을 이루는 이질의 내화재들이 시공되어 있을 수 있다.

반면, 재연소실(200)의 타측 적층부(220)는, 도 3에 도시된 주연소실(100)의 개폐 가능한 내화문(160)이 있는 곳을 제외하고, 도 2에 도시된 상기 주연소실(100)의 상기 단열보드(120), 상기 내화벽돌(130), 상기 일측 적층부(140)를 합한 두께(W1)에 대응한 적층 두께(W2)를 가질 수 있다. 여기서, 내화문(160)은 전동 승강식으로 주연소실(100)의 내화대차(500)(예: 내화대차)의 내화문출입구의 테두리에 밀착된 기밀구조를 유지하거나, 상기 내화문출입구를 개폐시킬 수 있다.

즉, 재연소실(200)의 타측 적층부(220)에서 동질의 내화재(예: 세라믹화이버)로만 이루어진 부분의 적층 두께(W2)는 상기 주연소실(100)에서 이질의 내화재로 이루어진 두께(W1)에 비교할 때, 동일하거나 대등한 치수를 가질 수 있다.

이러한 재연소실(200)의 타측 적층부(220)는 내화벽돌(120) 및 일측 적층부(140)인 세라믹화이버로 구성된 이질의 내화재보다 팽창 및 수축이 상대적으로 대등하게 일어날 수 있어서, 이질의 내화재간 이격 발생 현상 등을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 3차 연소실(200a)도 앞서 설명한 재연소실(200)의 타측 적층부(200)와 같은 세라믹화이버로 구성될 수 있다.

또한, 유지보수시 부분적인 교체를 위하여, 타측 적층부(220)는 재연소실(200)의 벽 두께 방향 또는 천장 두께 방향을 따라 적층되고 동질의 내화재(예: 세라믹화이버)만으로 구성된 하나 이상의 층(220-1, 220-2, 220-3)을 갖되, 상기 재연소실(200)의 내부 공간쪽에 위치하여 화염에 직접 접촉하는 제 1 층(220-1)과, 재연소실(200)의 외부쪽으로 상기 제 1 층(220-1)에 적층되고 상기 제 1 층(220-1)에 대응한 두께를 갖는 제 2 층(220-2)을 포함할 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 원 C의 확대 단면도이다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 제 1 층(220-1)과 제 2 층(220-2)은 서로 동일하거나 대등한 두께(k1, k2)를 가질 수 있다.

또한, 타측 적층부(200)는 제 1 층(220-1) 또는 제 2 층(220-2)보다 상대적으로 두꺼운 두께(k3)를 갖고, 상기 제 2 층(220-2)과 상기 타측 프레임(210)의 사이에 적층된 제 3 층(220-3)을 포함할 수 있다.

이들 타측 적층부(200)의 층(220-1, 220-2, 220-3)들도 앞서 주연소실(100)에 관한 설명에서 언급한 바와 같이, 주지의 연소로 또는 소각로 등에서 사용하는 부착제(미 도시) 또는 내화몰탈을 사용하여 서로 결합되거나, 또는 타측 프레임(210)에 부착될 수 있고, 층(220-1, 220-2, 220-3)들 중 화염에 접촉하여 훼손이 일어난 경우, 훼손이 일어난 곳[예 : 제 1 층(220-1) 및 코팅층(250)]만을 교체함으로써, 내화벽돌을 교체하는 것에 비하여 상대적으로 비용 및 시공 시간을 줄이거나 단축시킬 수 있다.

화염의 열전달은 제 1 층(220-1)과 제 2 층(220-2) 및 제 3 층(220-3)을 통해서 차례로 일어날 수 있다. 이때, 제 1 층(220-1)은 열충격에 의해 가장 큰 팽창 및 수축이 일어나는 부위일 수 있고, 다른 층(220-2, 220-3)에 비해 손상이 상대적으로 크게 발생할 수 있다. 따라서, 화장로의 장기간 운용에 따라, 제 1 층(220-1)이 훼손되는 경우가 발생하더라도, 유지 보수자는 제 1 층(220-1)만을 제 2 층(220-2)으로부터 분리 및 교체하고, 이후 코팅층(250)을 재 시공할 수 있다.

제 1 층(220-1)과 제 2 층(220-2)이 제 3 층(220-3)에 비해 상대적으로 얇기 때문에 두께가 얇은 쪽, 즉 화염에 의해 훼손 가능성이 높은 제 1 층(220-1)만을 교체하는 것이 비용 경제상 유리할 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 타측 적층부(220)의 외표면에 해당하는 제 1 층(220-1)에는 상기 언급한 바와 동일한 두께 및 코팅제에 해당하는 코팅층(250)이 더 마련되어 있을 수 있다.

아울러, 주연소실(100)은 주연소실(100)의 전방 벽체에 설치된 내화문(160)과, 상기 주연소실(100)의 후방 벽체에 설치된 주연소버너(170)와, 상기 주연소버너(170)의 위쪽으로 상기 후방 벽체에 설치된 주송풍구(180)와, 상기 주연소실(100)의 바닥(101) 위에 설치된 내화대차(500)용 레일(190)을 포함할 수 있다.

이때, 주송풍구(180)는 주연소버너에서 발생되는 불꽃을 향하도록 경사지게 형성되어 있을 수 있고, 이에 따라, 주송풍구(180)에 장착된 주송풍기(181)(예: 2차 연소공기 송풍기)를 통해 필요공기량만큼 온도 200℃의 2차 연소공기가 원활하게 상기 불꽃 쪽으로 전달될 수 있고, 2차 연소를 원활하게 수행함으로써, 완전연소를 유도할 수 있다.

또한, 주연소버너(170)는 상하 각도 25ㅀ, 좌우 각도 15ㅀ, 전후 이동 500mm 등과 같이 각도 조절이 가능하여, 난연부 해소 및 화장시간 단축효과를 가질 수 있다.

또한, 주연소버너(170)는 로내(주연소실 또는 재연소실)의 온도, 압력, 연소량이 자동제어되는 제어기(미도시)의 루프회로에 결합되어 있음에 따라, 완전연소를 실현할 수 있고, 연소가스가 주연소실(100)의 내부에 2초 이상 체류될 수 있음에 따라, 완전연소를 유도할 수 있다.

내화대차(500)용 레일(190)은 주연소실(100)의 바닥(101)의 상면을 기초로 설치될 수 있다. 또한, 주연소실(100)의 바닥(101)의 저부에는 상기 바닥(101)을 관통하여 상기 레일(190) 위의 내화대차(500) 쪽으로 냉각공기를 공급할 수 있는 송풍장치(191)가 더 마련되어 있을 수 있다.

송풍장치(191)는 화장로의 하부측에 위치한 송풍기와, 송풍기의 토출구에 연결된 주송풍관과, 주 송풍관에서 분기된 다수의 분기관을 포함하되, 여기서, 각 분기관의 끝단이 주연소실(100)의 바닥(101)을 관통하여 상향으로 연장되어 있을 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 내화대차(500)용 레일(190)은 내화문(160) 쪽의 레일 일측 끝단부로부터 전방 바퀴 근방의 위치까지의 수평 구간(L1)과, 상기 전방 바퀴 근방의 위치로부터 레일 타측 끝단부까지의 경사 구간(L2)을 포함하고, 상기 경사 구간(L2)은 내화대차(500)의 전방 부위를 미세하게 하향 위치시키도록 경사각도(S)만큼 경사져 있을 수 있다.

즉, 레일(190)은 상기 전방 바퀴 근방의 위치의 높이 및 내화문(160) 쪽의 레일 일측 끝단부의 높이(h1)는 상기 레일 타측 끝단부의 높이(h2)보다 상대적으로 클 수 있다.

따라서, 내화대차(500)는 레일(190)의 수평 구간(L1)을 따라 수평 이동할 수 있고, 이후, 내화대차(500)의 전방 바퀴가 상기 레일(190)의 경사 구간(L2)에서 경사 이동한 후, 상기 전방 바퀴를 지지하는 바퀴 브래킷이 상기 레일 타측 끝단부의 스토퍼프레임(190-1)에 걸려서 정지될 수 있고, 그 결과 상기 내화대차(500)가 상기 경사각도(S)만큼 경사진 상태로 유지 또는 정지될 수 있다.

이처럼 내화대차(500)는 상기 경사각도(S)만큼 경사진 상태로 정지될 수 있기 때문에, 소각 작업 도중 발생될 수 있는 충격, 진동으로 인하여 뜻하지 않게 내화대차(500)가 내화문(160) 쪽으로 이동되는 것이 방지될 수 있고, 레일(190) 위에서 안정되게 정지상태를 유지할 수 있다.

또한, 재연소실(200)의 측면에는 재연소버너(230)가 설치되어 있을 수 있다. 또한, 재연소실(200)의 측면 다른쪽에는 도어에 의해 개폐 가능한 액세스홀 또는 유지보수통로(240)가 더 마련되어 있을 수 있다.

재연소버너(230)는 주연소실(100)에서 배출되는 미연탄소 및 유기 화합물을 고온에서 혼합시켜 완전연소하고, 특히 편심방향으로 설치, 즉 재연소실(200)의 측벽에 경사지게 설치되어서, 버너화염과 배기가스를 병류 접촉시켜 완전연소를 유도할 수 있다. 즉, 재연소버너(230)에서 발생된 화염은 배기가스의 흐름에 영향을 받아서 재연소실(200)의 평면 기준으로 동그라미를 그리거나 또는 회전하듯이 병류 접촉하면서 와류를 형성함으로써, 완전연소를 유도할 수 있다.

이러한, 재연소실(200)은 내부연도(300)가 위치한 제 1 공간(201)과 상기 내부연도(300)의 반대쪽의 제 2 공간(202)을 구획하도록 상기 재연소실(200)의 내부에 설치된 와류화도공 벽체(260)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 와류화도공이란 블록 형상에 구멍이 형성된 내화물을 수평 방향으로 이격 배치하고, 수직 방향으로 지그재그 구조가 되도록 축조하는데 사용되는 단위체일 수 있다.

와류화도공 벽체(260)는 다수의 구멍을 갖도록 내화물 재질로 제작된 것으로서, 재연소버너(230)의 불꽃 또는 주연소실(100)에서 공급된 가스 및 분진이 상기 와류화도공 벽체(260)의 내화물의 복사열(축열)에 의해 간접 접촉의 연소를 일으킴으로써, 화장로의 무연, 무취, 저공해를 더욱 효과적으로 실현할 수 있다.

즉, 와류화도공 벽체(260)는 주연소로에서 발생된 배기가스를 통과시켜 재연소 효과를 높일 수 있고, 연기나 냄새를 제거할 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 원 D의 확대 단면도이다.

도 6을 참조하면, 주연소실(100)과 상기 재연소실(200)은 압축 세라믹화이버(199)를 개재한 상태로 결합 수단(198)인 다수의 볼트 및 너트에 의해 서로 연결되어 있을 수 있다.

이런 경우, 주연소실(100)과 재연소실(200) 사이의 갭이 제거될 수 있으므로, 본 실시예에 따른 화장로는 압축 세라믹화이버(199)에 의해 밀폐구조로 주연소실(100)과 재연소실(200)을 제작할 수 있고, 주연소실(100)과 재연소실(200)간 완벽한 기밀 유지를 실현할 수 있다.

또한, 도 2 또는 도 3을 참조하면, 주연소실(100)과 재연소실(200)은 주연소실(100) 및 재연소실(200)의 외측면에 연결된 보강프레임(400, 401)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 보강프레임(400, 401)은 I자 또는 H자 단면의 스틸빔일 수 있다. 또한, 스틸빔에만 한정되지 않을 수 있고, 구조적 보강을 수행할 수 있는 축부재 또는 프레임 구조물일 수 있다. 이런 보강프레임(400, 401)은 다수로 이격 배치되어 골조형의 구조물로서 제작될 수 있는 것으로서, 주연소실(100)과 재연소실(200)의 구조적 강성을 보강하는 역할도 수행할 수 있다. 보강프레임(400, 401)에는 미도시된 러그(lug) 또는 인양케이블이 연결될 수 있는 구멍(미 도시)이 더 마련되어 있어서, 주연소실(100)과 재연소실(200) 및 보강프레임(400, 401)의 미세 위치 조정을 가능케 할 수도 있다.

또한, 보강프레임(400, 401)에는 다수의 볼트구멍(미 도시)이 더 구비되어서, 외장 인테리어 패널 등이 시공되어, 화장로 자체가 심미적인 특징을 가질 수 있도록 구성되게 할 수 있다.

이하, 본 실시예에 따른 화장로 배가스 재순환 시스템의 세부 구성에 대하여 설명하고자 한다.

도 7은 도 1에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템의 설치도이다.

도 7을 참조하면, 화장로 배가스 재순환 시스템의 중앙제어실(600)에는 화장로 현장제어반(620), 열교환기 동력반(640), 재순환 제어반(650), 유인배풍기 동력반(660) 및 반응기 제어반(680)이 접속될 수 있다.

중앙제어실(600)은 유체(시신)의 상태에 따라 화장할 때마다 달라질 수 있는 주연소실(100) 또는 재연소실(200)의 내부 환경, 즉 제어변수(예: 온도, 압력, 산소량)를 고려하여, 단위시간당 온도상승을 PLC(Programmable Logic Control) 내부 연산에 의해 산출함으로써, 시간마다 변화하는 제어변수(예: 온도, 압력, 산소량)에 상응하게 효율적인 연소공정을 자동제어 하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 산출 방법이나 수식은 제어변수(예: 온도, 압력, 산소량)별로 다수의 실험을 통해서 얻을 수 있는 비례 제어 수식이나 또는 알고리즘일 수 있으므로, 본 실시예에서는 특정 수식이나 알고리즘으로 특정되지 않을 수 있다. 다만, 상기 산출 방법이나 수식은 루프 콘트롤러 제어기(one loof controller)에서 사용되는 방식을 주연소실(100)과 재연소실(200) 및 3차 연소실(200a)을 갖는 화장로에 적용하여 구현할 수 있다.

다만, 화장로의 주연소실과 재연소실의 온도는 다이옥신의 열분해온도영역으로서 유효한 800℃ 이상으로 제어될 수 있음과 함께, 질소산화물(NOx)의 억제에 유효한 900 ∼ 950℃ 이하로 제어될 수 있다. 이를 통해서 산소부족이나 과잉연소 등의 불안전 연소가 방지될 수 있다.

화장로 배가스 재순환 시스템에 사용된 센서류는 주연소실(100)에 설치된 제 1 압력센서(P1), 열교환기(700)의 전단의 가스냉각기(750)에 설치된 제 2 압력센서(P2), 제 1 냉각공기 제어댐퍼(701)에 설치된 유량 센서(F1), 내부연도에 해당하는 주연소실출구(109)에 설치된 제 1 온도센서(T1), 재연소실출구(209)에 설치된 제 2 온도센서(T2), 상기 가스냉각기(750)에 설치된 제 3 온도센서(T3), 상기 열교환기(700)의 후단에 설치된 제 4 온도센서(T4), 화장로의 출구(208)와 상기 가스냉각기(750)의 입구(751) 사이의 연결관(740)에 설치된 공기량 센서(A1)를 포함할 수 있다.

해당 센서류는 화장로 현장제어반(620)에 전기적으로 접속되어 있을 수 있고, 화장로 현장제어반(620)을 통해서 중앙제어실(600)의 센서신호처리기에 입력될 수 있다.

또한, 공기량 센서(A1)의 근방으로 상기 연결관(740)에는 화장로 현장제어반(620)에 의해 제어되는 연소실압제어 댐퍼(741)가 더 설치될 수 있다.

본 실시예의 설명에서 연소실압제어 댐퍼(741)를 비롯한 각종 댐퍼(예: 제어댐퍼)는 공기조화설비를 지칭하는 것으로서, 연결관(740)과 같은 관부재에 관통하게 결합된 댐퍼하우징과, 댐퍼하우징에서 회전에 의해 각도를 조절할 수 있게 결합된 하나 이상의 베인(vane)과, 베인의 각도를 조절하는 모터와 같은 액추에이터와, 상기 액추에이터의 작동 및 베인의 각도 조절에 의한 댐퍼 개도를 비례 적분 제어하도록 중앙제어실의 댐퍼제어기에 접속된 구동회로를 더 포함할 수 있다.

또한, 가스냉각기(750)는 재순환 제어댐퍼(752)와 연동하는 것으로서, 여과집진기(720) 및 선택적 촉매반응기(730)를 통해 냉각됨과 함께 대기오염물질 제거 및 재순환된 재순환 배가스를 재순환 제어댐퍼(752)로 유입받되, 상기 재순환 배가스와 상기 연결관(740)으로부터 공급받은 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 700 ∼ 850℃로 급냉된 연소가스를 만드는 역할을 담당할 수 있다.

여기서, 재순환 배가스는 외부 냉각공기가 아니라 시스템 내부 처리 공기로서 외부 환경(예 : 온도, 습도)에 영향을 받지 않으므로, 그 결과 가스냉각기(750)의 외부 냉각공기 차단 효과를 가져올 수 있고, 지속적인 순환 냉각의 역할을 담당할 수 있으며, 환경 관할 부서에서 요구하는 외부공기 투입 규제에 따른 화장로 기술 규격을 만족시킬 수 있다.

가스냉각기(750)는 강제 투입된 냉각공기와 연소가스의 혼합을 통해서 열교환이 이루어지는 장치일 수 있다.

이에 반하여, 열교환기(700)는 서로 구분 또는 격리된 쉘(미 도시) 내부에서 서로 혼합되지 않고 단순히 열전달만이 이루어지는 장치일 수 있다.

또한, 열교환기(700)는 가스냉각기(750)의 후단에 관통하게 연결되고, 상기 열교환기(700)의 일측 입구(703)의 냉각공기라인에 설치된 열교환기 송풍기(702) 및 제 1 냉각공기 제어댐퍼(701)를 구비하고, 상기 제 1 냉각공기 제어댐퍼(701) 및 상기 열교환기 송풍기(702)에 의해 강제 투입된 냉각공기와 상기 급냉된 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 200 ∼ 700℃로 급냉시킨 배가스 및 2차 연소공기를 만드는 역할을 담당할 수 있다.

즉, 급냉된 연소가스는 열교환기(700)에 의해서 배가스가 되고, 강제 투입된 냉각공기는 열교환기(700)에 의해서 2차 연소공기가 될 수 있다.

가스냉각기(750) 및 열교환기(700)의 온도는 각각 제 3 온도센서(T3)와 제 4 온도센서(T4)에 의해 측정될 수 있고, 상기 측정 온도가 가스냉각기(750) 및 열교환기(700)의 목표 온도에 도달할 때까지, 제 1 냉각공기 제어댐퍼(701) 및 재순환 제어댐퍼(752)의 댐퍼 개도가 제어될 수 있다.

또한, 상기 2차 연소공기는 상기 열교환기(700)의 타측 출구(703)로부터 상기 주연소실(100)의 주송풍기(181) 사이의 연소공기공급라인(705)을 통해서 상기 주연소실(100)의 내부로 공급될 수 있다.

즉, 2차 연소공기는 주연소버너(170)를 통하지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 주연소실(100)의 후방 벽체에 설치된 주송풍구(180)를 통해 직접 유입될 수 있다. 이때, 2차 연소공기는 주연소실(100) 내부의 화염을 꺼트리지 않는 온도, 예컨대 온도 200℃ 일 수 있다.

아울러, 2차 연소공기는 주연소실(100)의 내부로 유입될 필요가 없는 경우, 바이패스라인(772) 및 바이패스밸브(773)를 통해서 연돌(771) 쪽으로 배출될 수도 있다.

또한, 제 4 온도센서(T4)가 있는 상기 열교환기(700)의 후단을 통해 열교환기(700)를 빠져나온 배가스는 배출라인 상의 여과집진기(720)와 선택적 촉매반응기(730) 및 유인배풍기(770)를 경유하여 연돌(771)을 통해 무공해 상태로 배출될 수 있다. 이때, 상기 배가스는 선택적 촉매반응기(730)의 후단에서 분기되는 재순환라인(780) 쪽으로 공급될 수 있는 것으로서, 여과집진기(720)와 선택적 촉매반응기(730)에 의해 대기오염물질이 최종 제거되고, 여과집진기(720)와 선택적 촉매반응기(730)를 경유하면서 냉각된 재순환 배가스일 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 선택적 촉매반응기(730)의 사이에는 유인배풍기(770)는 배기라인(731)이 관통하게 배관될 수 있다.

여기서, 배기라인(731)은 열교환기(700)를 빠져나온 배가스의 유동경로를 제공할 수 있다.

또한, 배기라인(731)에는 상방 관부재와 같은 라인분기부재(731)가 설치될 수 있다.

이때, 재순환라인(780)은 배기라인(731) 상에 설치된 여과집진기(720) 및 선택적 촉매반응기(730)를 통해 여과 및 냉각된 재순환 배가스를 상기 가스냉각기(750)에 유입시키도록, 선택적 촉매반응기(730)의 후단의 배기라인(731)의 라인분기부재(731)와 재순환 제어댐퍼(752)의 사이에 관통하게 배관되어 있을 수 있다.

이때, 재순환 제어댐퍼(752)는 가스냉각기(750)의 유입구(753) 쪽으로 재순환 배가스를 유입시킬 수 있도록 결합되어 있을 수 있다.

또한, 주송풍기(181)는 상기 화장로 현장제어반(620)을 통해 상기 중앙제어실(600)에 접속될 수 있다. 주송풍기(181)는 중앙제어실(600)의 인버터제어기의 가변전압가변주파수(VVVF) 제어에 의해 제어된 유량을 갖는 상기 2차 연소공기를 상기 주연소실(100)의 내부에 공급함으로써, 상기 주연소실(100)의 내부 산소량을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 상기 가변전압가변주파수(VVVF) 제어에 의해서 주연소실(100) 등의 연소실 내부 압력은 미리 정한 적정 압력으로 유지될 수 있다.

또한, 화장로 현장제어반(620)은 공기 및 연료를 비례적으로 조절하여 상기 주연소버너(170)와 상기 재연소버너(230)에 공급하도록, 상기 중앙제어실(600)의 비례제어기에 접속된 제어계(621)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 제어계(621)는 주연소버너(170) 및 재연소버너(230)별 버너송풍라인의 공기조절변(622, 623)과, 주연소버너(170) 및 재연소버너별 연료공급라인의 연료조절변(624, 625)의 개폐 조절, 즉 개폐 또는 개폐 비율을 조절하는 제어 장치일 수 있다.

또한, 화장로 현장제어반(620)은 화장로의 주연소실(100)의 저부에 마련되고 냉각공기를 공급하여 내화대차(500)의 냉각을 담당하는 송풍장치(191)를 제어할 수 있도록 구성(E1)될 수 있다.

또한, 화장로 현장제어반(620)은 버너용 송풍기(175)를 제어할 수 있도록 구성(E2)될 수 있다. 여기서, 버너용 송풍기(175)는 주연소버너(170) 및 재연소버너(230)별 버너송풍라인의 공기조절변(622, 623) 쪽으로 공급할 1차 연소공기를 공급하는 역할을 담당할 수 있다.

특히, 주연소실(100)의 온도제어는 온도 850 ∼ 900℃와 같은 제어변수, 주연소버너 연료공급량과 같은 제어요소, 연료 및 연소공기 비례제어와 같은 제어방안에 의해 이루어질 수 있다.

또한, 재연소실(200)의 온도제어는 온도 850 ∼ 900℃와 같은 제어변수, 재연소버너 연료공급량과 같은 제어요소, 연료 및 연소공기 비례제어와 같은 제어방안에 의해 이루어질 수 있다.

또한, 주연소실(100) 및 재연소실(200) 내의 산소농도제어는 주연소실(100) 또는 재연소실(200) 내부 산소량과 같은 제어변수, 주송풍기(181)와 같은 제어요소, 주송풍기(181)의 인버터(VVVF) 제어를 통해 회전속도를 제어하는 것과 같은 제어방안에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, 주연소실(100) 또는 재연소실(200) 내부 산소량은 공기량 센서(A1)를 통해서 계측될 수 있다.

또한, 주연소실(100) 및 재연소실(200) 내의 압력제어는 주연소실(100) 또는 재연소실(200) 내부 압력과 같은 제어변수, 유인배풍기(770)와 같은 제어요소, 유인배풍기(770)의 인버터(VVVF) 제어를 통해 회전속도를 제어하는 것과 같은 제어방안에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, 주연소실(100) 또는 재연소실(200) 내부 압력은 제 1 압력센서(P1)에 의해 계측될 수 있다.

즉, 화장로 현장제어반(620)은, 공기 및 연료를 비례적으로 조절하여서, 주연소실(100) 및 재연소실(200)의 온도, 버너 화염, 연소실 내부 압력을 자동 또는 수동 제어할 수 있고, 주연소실(100) 및 재연소실(200)의 로내 상태, 제어변수인 온도, 압력, 산소량의 변화 상태에 따라 버너 화염을 자동 또는 수동 제어할 수 있다.

예컨대, 화장시의 유체(시체)의 상태(예: 유체 내에 수분이 많이 함유되거나 적게 함유되거나, 또는 유체 자체가 크거나 작은 정도)에 따라 연소 공정이 자동 제어될 필요가 있고, 이는 제어변수인 온도, 압력, 산소량의 변화 상태로 파악됨으로서, 본 실시예서는 그 변화 상태에 따라 버너 화염이 자동 또는 수동 제어되게 된다.

이하, 본 실시예에 따른 화장로 자동 연소 시스템에 의한 제어방법에 대하여 설명하고자 한다.

도 8은 도 7에 도시된 화장로 배가스 재순환 시스템에 의한 화장로내 온도 변화 그래프이이다.

도 8을 참조하면, 화장로 자동연소 제어방법은 주연소실공정과 재연소실공정의 착화가 순차적으로 이루어질 수 있고, 주연소실 및 재연소실을 포함한 화장로의 내부 또는 외부에 설치된 센서류로부터 입력받은 온도값, 압력값, 산소량값에 대응하여 주연소버너와 재연소버너의 연소를 중앙제어실에 의해 제어하는 방법을 제시할 수 있다.

도 8을 참조하면, 중앙제어실은 먼저 재연소버너를 착화시켜 재연소실에서 예열이 이루어지는 예열 단계를 수행할 수 있다.

이러한 예열 단계에 의해서, 재연소실도 예열될 뿐만 아니라, 내부연도를 통해 관통하게 재연소실에 연결된 주연소실도 예열될 수 있다.

또한, 재연소실의 와류화도공 벽체도 가열되고, 주연소실을 빠져나와 재연소실을 따라 유동하는 연소가스의 연기와 냄새를 제거하고, 연소가스내 잔류 공해물질의 연소가 이루어질 수 있다.

또한, 중앙제어실은 상기 예열 단계에 의해 상기 재연소실의 온도가 제어온도영역에 진입하였을 때 주연소버너를 착화시켜 주연소실에서 주연소버너의 저연소가 이루어지는 저연소 단계를 수행할 수 있다. 여기서, 저연소 단계는 1차 저연소를 의미할 수 있다.

여기서, 주연소실의 착화는 앞서 예열 단계에 의해 주연소실의 내부 온가 상승된 상태에서 이루어지기 때문에, 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 중앙제어실은 상기 주연소버너의 저연소 도중 상기 재연소버너의 고연소 또는 저연소 반복에 따라, 상기 재연소실의 온도가 상기 제어온도영역 내에서 포함되도록 조절되는 재연소실 온도조절 단계를 시작할 수 있다.

또한, 저연소 단계 이후에는 상기 주연소버너를 소화시키고 주송풍기로 2차 연소공기를 상기 주연소실의 내부로 공급하는 송풍 단계가 이루어질 수 있다.

특히, 송풍 단계에서 주연소실의 내부로 공급되는 2차 연소공기는 상기 예열, 주연소버너의 저연소 등에서 발생된 연소가스와 열교환을 통해 200℃ 정도의 온도로서 주연소버너의 재착화를 효율적으로 수행할 수 있게 도움을 줄 수 있다.

특히, 상기 열교환은 가스냉각기에서 1차적으로 이루어질 수 있고, 이후 열교환기에서 2차적으로 이루어질 수 있다. 또한, 1차적으로 이루어지는 열교환은 도 7을 통해 설명한 바와 같이, 재순환라인 및 재순환 제어댐퍼를 통해 가스냉각기에 유입된 재순환 배가스와 화장로쪽의 연결관(740)으로부터 공급받은 연소가스에 의해 이루어질 수 있다.

상기한 도움을 받아서, 주연소버너를 재착화시켜서 주연소실에서 재저연소가 이루어지는 재저연소 단계가 이루어질 수 있다. 여기서, 재저연소 단계는 2차 저연소를 의미할 수 있다.

아울러, 앞서 설명한 재연소실 온도조절 단계는 송풍 단계와 재저연소 단계의 도중에도 계속될 수 있다.

이와 함께, 주연소버너의 고연소 또는 저연소의 반복이 이루어질 수 있고, 이에 따라, 상기 주연소실의 온도가 상기 재연소실의 온도를 추종하는 주연소실 온도조절 단계가 이루어질 수 있다.

또한, 중앙제어실은 상기 제 2 온도조절 단계 이후에는 화장이 종료, 즉 주연소버너 및 재연소버너가 소화된 후, 냉각이 이루어지는 냉각 단계를 수행할 수 있다.

이때, 상기 제어온도영역은 질소산화물 발생온도영역과 다이옥신 발생온도영역의 사이에 위치할 수 있는 것으로서, 850 ∼ 900℃일 수 있다.

이를 위해서, 주연소버너와 재연소버너는 비례적으로 조절된 공기 및 연료를 공급받아 화염을 발생시킴으로써, 주연소실과 재연소실의 내부 온도를 850 ∼ 900℃로 유지시킬 수 있다.

위와 같이 설명한 본 실시예에 따르면, 세라믹화이버 재질만으로 재연소실의 내화재를 구성함에 따라, 내화벽돌을 주로 사용하거나, 또는 내화벽돌 및 세라믹화이버를 사용하는 종래의 주연소로 또는 종래의 재연소로에 비하여, 경량화되고 부분교체가 가능한 재연소실의 제작을 가능케 할 수 있고, 재연소실의 제작 및 유지 보수시 비경제적인 문제나, 내화벽돌 손상으로 인하여 화장로의 운용이 장기적으로 이루어지지 못하는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 내화재 구성에 따라 온도 변화가 외부에 의해 영향을 받지 않을 수 있다는 조건 하에서, 화장로 배가스 재순환 시스템은 제어변수인 온도, 압력, 산소량에 따라 연료 및 연소공기 각각의 공급량을 비례제어하고, 인버터 제어를 통해서 산소농도 및 압력을 제어함으로써, 완전연소를 자동으로 제어할 수 있다.

100 : 주연소실 200 : 재연소실
300 : 내부연도 400, 401 : 보강프레임
500 : 내화대차 600 : 중앙제어실

Claims (7)

1. 주연소실 및 재연소실을 포함한 화장로의 내부 또는 외부에 설치된 센서류로부터 입력받은 온도값, 압력값, 산소량값을 포함한 제어변수에 대응하도록 주연소버너와 재연소버너의 연료공급량을 정하고, 상기 연료공급량에 비례하게 연소공기공급량을 정하는 루프회로를 갖는 중앙제어실;
   상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 연료공급량에 대응한 연료 및 상기 연소공기공급량에 대응한 연소공기를 상기 주연소버너와 상기 재연소버너에 공급하는 화장로 현장제어반;
   상기 루프회로에 접속되어 있고, 냉각공기를 열교환기에 공급하도록, 열교환기 송풍기와 제 1 냉각공기 제어댐퍼를 제어하는 열교환기 동력반;
   상기 루프회로에 접속되고, 재순환라인 상에 설치된 재순환 제어댐퍼를 제어하는 재순환 제어반;
   상기 루프회로에 접속되어 있고, 상기 주연소실의 내부 압력을 미리 정한 압력범위 내로 유지하도록, 화장로의 연돌 전방의 유인배풍기의 회전속도를 제어하는 유인배풍기 동력반; 및
   상기 재연소실의 상부의 3차 연소실 내부로 암모니아 및 압축공기를 제공하도록, 선택적 비촉매반응기를 제어하는 반응기 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 열교환기를 빠져나온 배가스의 유동경로가 되는 배기라인; 및
   상기 배기라인에 설치된 라인분기부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 재순환라인은 상기 배기라인 상에 설치된 여과집진기 및 선택적 촉매반응기를 통해 여과 및 냉각된 재순환 배가스를 가스냉각기에 유입시키도록, 상기 선택적 촉매반응기의 후단의 상기 배기라인의 상기 라인분기부재와 상기 재순환 제어댐퍼의 사이에 관통하게 배관되어 있는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 센서류는,
   상기 주연소실에 설치된 제 1 압력센서, 상기 열교환기의 전단의 가스냉각기에 설치된 제 2 압력센서, 제 1 냉각공기 제어댐퍼에 설치된 유량 센서, 주연소실출구에 설치된 제 1 온도센서, 재연소실출구에 설치된 제 2 온도센서, 상기 가스냉각기에 설치된 제 3 온도센서, 상기 열교환기의 후단에 설치된 제 4 온도센서, 상기 화장로의 출구와 상기 가스냉각기의 입구 사이의 연결관에 설치된 공기량 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 공기량 센서의 근방으로 상기 연결관에는 상기 화장로 현장제어반에 의해 제어되는 연소실압제어 댐퍼가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 가스냉각기는 상기 재순환 제어댐퍼와 연동하고, 상기 재순환 제어댐퍼에 의해 강제 투입된 상기 재순환 배가스와 상기 연결관으로부터 공급받은 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 700 ∼ 850℃로 급냉된 연소가스를 만드는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 가스냉각기의 후단에 관통하게 연결되고, 상기 열교환기의 일측 입구의 냉각공기라인에 설치된 상기 열교환기 송풍기 및 상기 제 1 냉각공기 제어댐퍼를 구비하고, 상기 제 1 냉각공기 제어댐퍼 및 상기 열교환기 송풍기에 의해 강제 투입된 냉각공기와 상기 급냉된 연소가스를 상호 열교환시켜 온도 200 ∼ 700℃로 급냉된 배가스 또는 2차 연소공기를 만드는 것을 특징으로 하는 화장로 배가스 재순환 시스템.

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