KR101503783B1 - 회분 쓰레기의 가스화 공정 - Google Patents

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    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
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Abstract

본 발명은 쓰레기의 제어된 2 단계 열적 산화(thermal oxidation)에 관련되며, 에너지 생성 공정에의 사용에 적용하는 것과 관련된다. 쓰레기 물질을 소각하기 위해서 덕트를 통해 연소 챔버에 연결되는 하나 또는 그 이상의 가스화 챔버를 포함하는 시스템 및 방법에 제공된다. 쓰레기는 가스화 챔버에 로딩되어 그곳에서 점화되며, 가스화 챔버내의 부화학량론적(substoichiometric) 연소에 의해 생성된 가스는 제 2 연소 챔버내의 초고온에서 완전히 연소된다. 소각을 위해 사용되는 시간은 감소되며 본 발명에 따른 시스템의 에어 및 가스 플로우에 의해 제어된다.
쓰레기, 소각, 연소, 열적 산화, 가스화

Description

회분 쓰레기의 가스화 공정{Batch waste gasfication process}
본 발명은 쓰레기의 제어된 2 단계 열적 산화(thermal oxidation)에 관련되며, 에너지 생성 공정에의 사용에 적용하는 것과 관련된다.
종래에 연소 가능한 쓰레기 물질을 소각하기 위해 부화학량론적(substoichiometric) 조건에서 2 단계 연소공정을 이용하는 것이 알려져 있다. 종래 공정에서는 제 1 챔버에서 소각되어 가스와 재(ash)가 만들어지면, 가스는 공기와 혼합되어 제 2 챔버에서 초화학량론적(superstoichiometric) 조건 하에서 연소된다.
미국 특허 제5,941,184호는 쓰레기가 위에서 아래로의 하향 방향으로 소각되는 제1 연소 단계을 포함하는 고체 쓰레기의 제어된 열적 산화 공정을 개시하고 있다. 상기 연소 단계에서의 소각은 쓰레기의 하부에서 상부로 통과하는 기결정된 불변량의 에어 플로우와, 쓰레기의 상부 및 연소 불꽃을 통과하는 기결정된 소량의 조절된 에어 플로우에 의해 이루어진다. 상기 공정의 제 2 연소 단계는 제 1 연소 단계의 생성물을 부화학량론적(substoichiometric) 조건 하에서 짧은 기간 동안 고온에 노출함으로써 연소시키는 것을 포함한다.
쓰레기 물질의 산화를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 덕트를 통해 연소 챔버에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스화 챔버가 쓰레기 물질을 소각하기 위해 사용된다. 쓰레기는 가스화 챔버내로 로딩되어 그곳에서 점화된다. 가스화 챔버에서 부화학량론적(substoichiometric) 연소에 의해 생성된 가스는 초고온 조건에서 연소 챔버내에서 완전히 연소된다.
제1측면에서, 본 발명은 쓰레기 물질의 열적 산화를 위한 공정과 관련된다. 우선 소각 단계가 제 1 챔버에서 이루어지는데, 상기 제 1 챔버의 하측으로부터 에어플로우의 제 1 스트림이 공급됨으로써 쓰레기가 소각된다. 여기서, 에어플로우는 제 1 챔버 하측에서 유입되어 쓰레기 하부에서 쓰레기를 통과하도록 유도된다. 그리고 나서, 에어플로우의 제 2 스트림이 제 1 챔버의 상측으로부터 공급된다. 그 후에, 연소 단계가 제 2 챔버에서 이루어지는데, 제 1 챔버의 소각 단계에서 생성된 생성물(가스)이 고온에 노출되며, 에어 플로우가 제 2 챔버에 공급된다.
제2측면에서, 본 발명은 쓰레기 물질의 열적 산화를 위한 방법이 제공되며, 그 방법은
- 제 1 챔버의 하측 흡입구을 통해 유입되어 쓰레기 하부에서 쓰레기를 통과하도록 가이드되는 에어플로우의 제 1 스트림과 제 1 챔버의 상측에서 공급되는 에어플로우의 제 2 스트림을 공급함으로써 제 1 챔버내에서 쓰레기를 소각하고;
- 제 1 챔버의 가스를 기 결정된 최소 시간 동안 제 2 챔버내의 고온에 노출시키고, 추가적인 에어 플로우를 상기 제 2 챔버에 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 시스템과 방법은 소각 단계의 제어에 특징이 있다. 첫째, 제 2 챔버에서의 연소 단계는 기 결정된 시간 동안 수행된다. 기 결정된 시간은 일 실시예로서 최소 시간이다. 둘째로, 제 1 챔버의 온도가 떨어지면 제 1 챔버 하측의 에어 플로우를 증가시키고, 온도가 올라가면 제 1 챔버 하측의 에어 플로우를 감소시킴과 더불어 제 1 챔버의 상측의 에어 플로우를 증가시킴으로써, 제 1 챔버의 상측 에어 플로우와 하측 에어 플로우 사이의 비율이 변경된다. 게다가 본 발명에 따른 시스템과 방법은 제 1 챔버에서 제 2 챔버로 유입되는 가스 체적이 제 2 챔버로 유입되는 추가적인 에어 플로우를 제어하도록 하여, 제 2 챔버의 고온 연소를 용이하게 하는데 특징이 있다.
본 발명의 제3측면에서, 쓰레기의 열적 산화를 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 쓰레기를 소각하기 위한 제 1 챔버를 포함한다. 제 1 챔버는 게다가 제 1 챔버의 하측에 설치되는 제 1 에어 흡입구와 제 1 챔버의 상측에 설치되는 제 2 에어 흡입구을 포함한다. 제 1 챔버는 또한 상기 제 1 챔버의 상측 및 하측에 설치되는 에어 흡입구들에 에어를 이송하기 위한 이송 수단을 하나 또는 그 이상 포함한다. 또한 제 1 챔버는 제 1 챔버내의 온도를 모니터링하기 위한 온도계와 점화를 위한 하나 또는 그 이상의 버너를 포함한다. 게다가 장치는 제 1 챔버의 가스를 연소하기 위한 제 2 챔버를 포함하는데, 제 2 챔버는 제 1 챔버의 가스를 유입하는 가스 흡입구와, 제 2 에어 흡입구와, 제 2 버너와, 연소 가스를 처리하기 위한 배출구을 포함한다. 제 1 챔버와 제 2 챔버는 덕트를 통해 연결되는데, 덕트는 제 1 챔버와 제 2 챔버사이의 가스 플로우를 제어하기 위한 밸브를 포함한다. 또한, 제 2 챔버의 연소 단계 시간을 제어하고, 제 1 챔버와 제 2 챔버 내부로 이송되는 에어 플로우를 제어하기 위한 산업용 컴퓨터가 제공된다. 본 발명의 일 실시예로서, 제 1 챔버는 가스화 챔버이고, 제 2 챔버는 연소 챔버이다. 또 다른 실시예로서, 둘 또는 그 이상의 가스화 챔버가 덕트를 통해 연소 챔버에 연결된다. 또 다른 실시예들은 예를 들면 집을 난방하기 위한 목적으로 연소 챔버의 열량으로 다른 매체, 예를 들어 물, 를 가열하는데 사용하는 것과 관련된다. 이때 열교환기가 연소 챔버에 연결된다.
본 발명의 일시예에서, 제 2 챔버를 빠져 나가는 가스/에어 플러우가 제 1 챔버의 하측 흡입구의 에어 플로우 속도를 결정한다. 이것은 만약 제 2 챔버를 빠져 나가는 가스/에어 플러우 속도가 감소하면, 제 1 챔버 하측의 에어 플로우의 흐름이 증가하고, 반면에 만약, 제 2 챔버를 빠져 나가는 가스/에어 플루오의 속도가 증가하면, 제 1 챔버 하측의 에어 플로우의 흐름이 감소하는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 시스템의 전체적인 운전은 산업용 컴퓨터와 같은 제어 컴퓨터에 의해 제어된다. 제어 컴퓨터는 챔버들내의 온도 뿐만 아니라, 제 1 챔버에서 제 2 챔버로의 가스 플로우 및 제 2 챔버를 빠져 나가는 가스 플로우와 같은 입력 데이타를 수신한다. 상기 제어 컴퓨터는, 수동 또는 미리 결정된 프로그램에 따라, 버너 및 밸브 뿐만 아니라 제 1 챔버 및 제 2 챔버의 에어 흡입구를 제어한다. 만약 상기 시스템과 방법이 에너지 재생 시스템에 결합되도록 세팅되면, 상기 산업용 컴퓨터는 또한 연소 챔버로부터 빠져 나가는 핫 가스의 일정한 플로우를 유지하기 위해서 다른 가스화 챔버들의 점화를 제어한다.
도 1은 본 발명에 따른 분회 쓰레기 가스화 공정의 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1 챔버 2 : 제 1 에어 흡입구
3 : 제 2 에어 흡입구 4 : 온도계
5 : 버너 6 : 덕트
7 : 밸브 8 : 제 2 챔버
9 : 제 2 연소 에어 흡입구 10 : 보조 연료 버너
다음의 실시예들은 연소 챔버에 덕트를 통해 연결되는 하나 또는 그 이상의 가스화 챔버를 포함하는 시스템을 개시한다. 쓰레기 물질은 가스화 챔버에 로딩되어 점화된다. 가스화 챔버의 부화학량론적(substoichiometric) 조건에서 생성된 가스는 연소 챔버내에서 완전히 연소된다. 핫 가스의 플로우는 다양한 에너지 재생 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명의 시스템
시스템의 구성 요소들이 참조번호와 함께 도1에서 도시적으로 보여진다.
제 1 챔버(1)는 가스화 챔버인데, 본 공정에 에어를 도입하기 위한 2개의 가변 에어 흡입구/소스(inlet/source)을 구비한다. 제 1 에어 흡입구(2)는 쓰레기 하부로 에어를 불어넣으며, 제 2 에어 흡입구(3)는 쓰레기 상부로 에어를 불어넣는 다. 게다가 제 1 챔버는 챔버내 또는 챔버로부터 나가는 가스의 온도를 모니터하는 온도계(4)를 더 포함한다. 제 1 챔버는 또한 하나 또는 그 이상의 버너(5)를 구비한다. 각각의 가스화 챔버에는 연소 챔버인 제 2 챔버에 연결되는 덕트(6)가 구비된다. 덕트에는 가스화 챔버(들)와 연소 챔버 사이에 연결된 덕트를 폐쇄하는 밸브(7)를 구비한다. 제 2 챔버(8)는 게다가 가스화 챔버의 가스를 유입하는 입구쪽에 균일한 분포를 갖는 가변 연소 에어 흡입구/소스(inlet/source)(9)를 구비한다. 제 2 챔버는 게다가 하나 또는 그 이상의 보조 연료 버너(10)를 구비한다. 상기 시스템은 온도계와 에어 흡입구에 연결된 산업용 컴퓨터에 의해 제어된다.
본 발명의 시스템 운전
본 발명의 시스템을 위한 로딩 방법은 제 1 챔버의 크기뿐만 아니라 시스템 용량에 따라 결정된다. 로딩 시스템은 프론트 엔드 로더, 텔레스코픽 핸들러, 핸드 로딩, 컨베이어 로딩 중에서 선택 될 수 있다. 쓰레기를 제 1 챔버안으로 로딩한 이후에는 로딩 시스템은 닫힌다.
쓰레기는 제 1 챔버(가스화 챔버)안으로 로딩되고, 버너에 의해 불꽃이 점화되어 짧은 시간 동안 유지된다. 버너는 제 1 챔버의 온도가 상위 온도설정치에 도달할 때까지 운전된다. 일단 온도가 온도설정치에 도달하면, 제 1 챔버의 버너는 자동으로 꺼진다. 제 1 챔버로 유입되는 에어 플로우를 제어함으로써 제 1 챔버내의 온도가 제어된다. 대부분의 조건에서, 제 1 챔버의 버너는 각 회분(batch)당 15분 이하로 운전되므로 연료 소비가 매우 낮다.
제 1 에어 흡입구 및 제 2 에어 흡입구의 체적유량은 측정되어 지며, 제어 컴퓨터에 의해 변화한다. 제 1 챔버의 온도계는 챔버내의 온도를 감지하며, 그 온도 데이타는 제어 컴퓨터에 입력된다. 각각의 운전은 각 단계별 시간을 정의한 소정의 프로그램에 따라 이루어진다. 만약 제 1 챔버내의 온도가 요구 한계치(desired limit) 이하로 떨어지면, 제1 에어 흡입구의 에어 플로우가 증가한다. 만약 제 1 챔버내의 온도가 요구 한계치(desired limit)이상으로 올라가면, 제2에어 흡입구의 에어 플로우가 증가한다. 제 2 에어 흡입구의 에어 플로우가 증가하면, 제1에어 흡입구의 에어 플로우는 감소하며, 그 반대도 마찬가지이다. 즉, 에어의 최대치(100%)가 제 1 에어 흡입구를 통해 제 1 챔버에 유입되면, 제 2 에어 흡입구를 통해 유입되는 에어는 없다. 만약 제 2 에어 흡입구를 통해 최대치의 80%가 유입되면, 최대치의 20%가 제 1 에어 흡입구를 통해 유입된다.
제 2 챔버(연소 챔버)의 버너는 제 2 챔버를 예열하고 최소 온도를 유지하기 위해서 사용된다. 상기 버너는 하한 온도설정치에서 작동하고, 상한 온도설정치에서 멈춘다. 제 2 연소 에어 흡입구는 연소 챔버의 세팅 온도를 일정하게 유지하기 위해 1개의 온도 설정치에 의해 제어된다. 제 2 챔버내의 온도가 온도설정치 이상으로 올라가면, 제어 컴퓨터가 제 2 연소 에어 흡입구의 에어 플로우를 증가시키며, 그 반대도 마찬가지이다. 제 2 연소 에어 흡입구의 에어 플로우량이 제어 컴퓨터에 입력된다. 제 2 연소 에어 흡입구의 에어 플로우량은 가스화 챔버의 운전 단계 동안 하측 에어 플로우의 제어에 이용된다. 제 2 연소 에어 흡입구의 에어 플로우의 제어는 하나 또는 그 이상의 가스화 챔버가 후술할 점화모드 또는 가스화 모 드일 때에 이용될 수 있는 최소 플로우 세팅을 갖는다.
연소 챔버의 공정은 몇 가지 구성과 기준에 기초하여 운전된다. 가스화 챔버에서 생성된 가스와 화학물질을 모두 연소하기 위한 연소 챔버의 온도는 미리 정해진다. 예를 들어 890℃이다. 가스화 챔버로부터 유입된 가스, 제2 연소 에어 흡입구의 에어 플로우 및 연소 챔버를 빠져 나가는 가스량 사이의 관계가 연소 챔버의 운전을 제어한다. 가스화 챔버에서 연소 챔버로 가스가 유입되면, 연소 챔버내의 가스를 연소하기 위하여 제2 연소 에어 흡입구를 통과하는 소정의 에어 플로우가 필요하다. 유입가스와 에어 플로우 사이의 관계가 엄격히 제어되기 때문에 연소 챔버내의 온도는 희망하는(미리 정해진) 온도로 유지된다. 연소 챔버내에서 연소된 후 연소 챔버를 빠져나가는 가스량이 제2 연소 에어 흡입구를 통해 연소 챔버로 유입되는 에어 플로우량을 결정한다.
본 발명의 시스템 제어
가스화 챔버내의 공정은 제어 컴퓨터에 의해 미리 정해진 모드에 따라 제어된다. 가스화 챔버의 상측 에어 흡입구 및 하측 에어 흡입구의 에어 플로우와 버너는 주어진 시간에 공정이 어떤 모드에 있는지에 따라 다른 방법으로 제어된다. 하측 에어 흡입구는 PID(Proportional(비례), Integral(적분), Differential(미분))컨트롤에 의해 제어되는데, 각 운전 모드별로 다른 제어값을 갖는다. 본 공정은 점화 모드, 가스화 모드, 과잉 에어 모드, 냉각 모드 및 오프 모드로 나뉜다.
점화 모드 제어
- 점화 모드 동안, 버너는 하한 온도설정치에서 작동하고, 상한 온도설정치에서 멈춘다
- 상측 에어 흡입구는 본 모드에서는 사용되지 않는다.
- 하측 에어 소스(source)의 제어를 위해, 제2 연소 에어 소스(source)의 체적유량에 대한 목표값이 세팅된다. 하측 에어 소스(source)의 체적유량은 제2연소 에어 소스(source)의 체적유량에 의해 제어된다. 만약 제2연소 에어 소스(source)의 체적유량이 목표값 이하이면, 가스화률을 증가시키기 위해 하측 에어 소스(source)의 체적유량을 증가시키고, 결국은 제2연소 에어 소스의 체적용량이 증가한다. 그 반대도 마찬가지이다.
- 점화 모드 동안, 하측 에어의 체적유량의 세팅 가능한 최대 플로우 률은 유통적이다.
- 점화 모드는 점화 시작부터 카운트되는 세팅 가능한 시간 동안 진행된다. 이 시간이 경과 한 후 챔버는 가스화 모드로 진입한다.
가스화 모드 제어(Gasfication mode controls)
- 가스화 모드 동안, 버너는 하한 온도설정치에서 작동하고, 상한 온도설정치에서 멈춘다
- 상측 에어 흡입구는 본 모드에서는 사용되지 않는다.
- 하측 에어 소스(source)의 제어를 위해, 제2 연소 에어 소스(source)의 체 적유량에 대한 목표값이 세팅된다. 하측 에어 소스(source)의 체적유량은 제2연소 에어 소스(source)의 체적유량에 따라 제어된다. 만약 제2연소 에어 소스(source)의 체적유량이 목표값 이하이면, 가스화 율(gasfication rate)을 증가시키기 위해 하측 에어 소스(source)의 체적유량을 증가시키고, 결국은 제2연소 에어 소스의 체적용량이 증가한다. 그 반대도 마찬가지이다.
- 가스화 챔버의 출구 가스의 온도가 세팅된 온도에 도달하면 가스화 챔버는 다음 모드로 진입한다.
과잉 에어 모드 제어(Excess air mode controls)
- 과잉 에어 모드 동안, 버너는 운전하지 않는다.
- 과잉 에어 모드 동안, 하측 에어의 체적유량는 가스화 챔버의 출구 가스 온도에 따라 제어된다. 출구 가스 온도의 목표값은 세팅가능하다. 출구 가스 온도가 설정치 이상으로 올라가면, 하측 에어의 체적유량은 감소한다. 그 반대도 마찬가지이다.
- 상측 에어의 체적유량은 직접적으로 하측 에어의 체적유량과 반대로 제어된다. 즉, 하측 에어 플로우가 최대일때, 상측 에어 플로우는 최소이며 그 반대도 마찬가지이다. 최대 에어 플로우 및 최소 에어 플로우는 하측 에어와 상측 에어 둘 모두에 정해진다. 최소 및 최대 범위는 제어 시스템에서 일정한 비율로 정해지며, 하측 에어가 최대 세팅값에 있으면 상측 에어는 최소 세팅값에 있다. 그리고 하측 에어가 하측 에어의 최대 세팅값과 최소 세팅값의 중간에 있으면, 상측 에어는 상 측 에어의 최대 세팅값과 최소 세팅값의 중간이 된다. 예를 들어, 하측 에어 팬(fan)의 최소 속도가 20Hz이고 최대 속도가 60Hz로 세팅됨과 동시에, 상측 에어 팬(fan)의 최소 속도가 0Hz이고 최대 속도가 60Hz로 세팅된다. 제어 컴퓨터가 가스화 챔버의 출구 가스 온도를 낮추기 위해서 하측 에어를 최소(20Hz)로 운전하게 되면, 상측 에어 팬은 60Hz로 운전된다. 만약 하측 에어 플로우가 최소 (20Hz) 및 최대(60Hz)의 중간(40Hz)일 경우에, 제어 컴퓨터는 상측 에어팬을 최소(0Hz) 및 최대(60Hz)의 중간(30Hz)으로 제어한다.
- 가스화 챔버의 출구 가스 온도가 세팅된 온도에 도달하면 다음 모드로 진입한다.
냉각 모드 제어(cooling mode controls)
- 냉각 모드 동안, 버너는 운전하지 않는다.
- 냉각 모드 동안, 하측 에어의 체적유량은 고정된 세팅값으로 제어된다.
- 냉각 모드 동안, 상측 에어의 체적유량은 고정된 세팅값으로 제어된다.
- 가스화 챔버의 출구 가스의 온도가 세팅된 온도에 도달하면 다음 모드로 진입한다.
오프 모드 제어(off mode controls)
- 오프 모드 동안, 제 1 챔버의 모든 에어 소스와 버너는 운전하지 않는다.
- 가스화 챔버가 오프 모드 이외의 다른 모드에 있는 동안, 로딩 및 배출 도 어는 닫혀 있다.
본 시스템은 다양한 특성, 즉 다양한 열량, 습도 함유, 밀도 및 화학 성분,을 갖는 쓰레기를 처리할 수 있다. 만약 쓰레기의 전체 열량이 낮다면 각 회분(batch)에 대한 가스화 공정 속도는 더 빨라지게 된다. 즉 각 회분(batch)를 처리하는데 더 짧은 시간이 소요된다. 열량이 높을수록 처리하는데 시간이 더 오래 걸린다.
하나 또는 그 이상의 가스화 챔버가 가스화 모드에 있으면, 세팅 온도가 1200℃이하인 제2연소 챔버의 온도를 유지시키기 위한 보조 연료는 필요없다.
가스화 챔버의 하측 흡입구을 통과하는 하측 에어 플로우의 제어
점화 모드 및 가스화 모드 동안, 하측 에어 소스의 체적유량은 제어 컴퓨터에 의해 변한다. 이것은 제2 연소 챔버로부터 빠져 나가는 체적유량에 따라 이루어진다. 즉, 핫 가스의 체적유량 목표값이 하측 에어 소스를 제어하기 위한 제어신호로 사용된다. 제2연소 챔버로부터 빠져 나가는 체적유량이 목표값 이하이면, 가스화 챔버의 하측 에어 소스의 체적유량은 증가한다. 그 반대도 마찬가지이다.
예로서, 본 단계를 제어하는 3가지 다른 방법이 아래에서 설명되어 지나, 본 발명이 그것에 한정되지는 않는다.
제1제어 방법은 제 2 연소 챔버로부터 빠져 나가는 핫 가스의 플로우는 플로우 측정 장치에 의해 측정될 수 있다. 플로우 측정 장치는 제어 컴퓨터에 입력할 아날로그 신호를 발생한다. 그러면, 이 신호는 하측 에어 소스의 에어 플로우를 제어하는데 사용된다.
또 다른 방법은 제2 연소 챔버로부터 빠져 나가는 핫 가스의 플로우를 이용하는 것인데, 제2연소 챔버로부터 빠져 나가는 핫 가스의 플로우는 제2연소 에어 팬의 속도에 비례한다. 따라서 상기 팬의 속도가 제어 컴퓨터에 아날로그 신호로 입력되며, 하측 에어 소스를 제어하는데 이용된다.
하측 에어 소스의 에어 플로우를 제어하는 제3 제어 방법은 회분(batch) 가스화 시스템이 에너지 재생 장치와 방사 제어 장치를 구비할 것을 요구한다. 또한 유도 드래프트 팬이 구비되는것도 요구된다. 유도 드래프트 팬은 전체 시스템이 균일한 음(-)압이 되도록 유지하기 위하여 제어 컴퓨터에 의해 제어된다. 유도 드래프트 팬의 속도는 제2연소 챔버로부터 빠져 나가는 체적유량에 비례한다. 따라서 팬 속도가 아날로그 신호로 제어 컴퓨터에 입력된다.
제2연소 챔버로부터 빠져나가는 핫 가스의 체적유량을 제어함으로써, 에너지 재생 장치의 에너지 생산은, 적어도 1개의 가스화 챔버가 가스화 모드에 있는 한, 필요에 따라 변화될 수 있다.
에너지 재생 시스템
본 발명의 실시예에서, 핫 가스의 플로우는 에너지를 생산하는데 사용된다. 가스화율이 상술한 방법에 의해 제어되기 때문에 제2연소 챔버로부터 빠져나가는 핫 가스의 플로우는 매우 고르게 제어된다. 심지어 핫 가스의 유량은 터빈등에 쓰 이는 스팀과 같이 매우 균일한 에너지 재생이 가능하도록 한다.
운전 방법에 무관하게, 제2연소 챔버는 항상 상술한 설명과 동일하게 운전된다. 제2연소 챔버에 연결된 가스화 챔버의 수에 따라 4가지의 다른 운전모드가 선택될 수 있다.
싱글 챔버 운전
싱글 챔버 운전은 1개의 제 1 챔버가, 동일한 제2연소 챔버에 연결될 수 있는,다른 제 1 챔버와 독립적으로 운전되는 것이다. 가스화 챔버는 상술한 설명에 따라 운전된다.
더블 챔버 운전
더블 챔버 운전 방법은 2개의 가스화 챔버가 그들의 공정을 동시에 완료하기 위한 목적으로 동시에 운전되는 것이다. 더블 챔버 운전은 상술한 설명과 동일하게 운전이 되나, 그 예외로서, 제어부가 가스화 챔버의 가스화율을 감소시킬것을 명령하면, 출구 가스 온도가 더 높은 가스화 챔버의 하측 에어 플로우는 그 체적 유량이 감소한다. 제어부가 가스화율을 증가시킬 것을 명령하면, 출구 가스 온고가 더 낮은 가스화 챔버의 하측 에어 플로우는 그 체적 유량이 증가한다.
멀티플 챔버 운전
멀티플 챔버 운전은 같은 목표값에서 운전하는 복수개의 가스화 챔버에 관한 운전이다. 제어부가 가스화율의 감소를 명령하면, 점화모드 또는 가스화 모드에 있는 모든 가스화 챔버들의 하측 에어 체적유량이 감소한다. 그 반대도 마찬가지이다.
순차 챔버 운전
순차 챔버 운전은 쓰레기 플랜트의 연속적인 운전을 위해 전체 기간에 걸쳐 운전이 유지되도록 가스화챔버를 순차적으로 운전하는 것이다. 이전 가스화 챔버가 과잉 에어 모드로 진입하면, 그 다음의 가스화 챔버는 점화 모드에 진입하게 된다. 버너와 팬은 각 챔버의 모드에 따라 독립적으로 제어된다.
모든 가스화 챔버가 냉각 모드 또는 오프 모드에 진입하면, 제2연소 챔버의 버너와 에어 소스는 자동으로 멈춘다. 하나 또는 그 이상의 가스화 챔버가 점화 모드, 가스화 모드 또는 소각 모드에 있으면 제2연소 챔버의 버너와 에어소스는 상술한 것과 같이 제어된다.
대표적인 가스화 사이클의 예
가스화 챔버에 점화를 하기 위해서는 제2연소 챔버가 최소 운전 온도 850℃(비할로겐화 물질일 경우, 할로켄화 물질의 경우 1100℃)에 이르러야 한다. 만약 그 시스템이 갑자기 시작되는 것이라면, 가스화 챔버가 로딩되는 동안 제2연소 챔 버는 예열된다. 가스화 챔버가 로딩이 되면, 운영자가 가스화/소각 사이클을 위한 시작 버튼을 누른다. 제2 연소 챔버의 예열온도가 만족되면, 제어부는 가스화 챔버와 제2연소 챔버 사이의 덕트내 밸브를 오픈 한다. 밸브가 완전히 오픈 되면, 가스화 챔버의 버너가 작동한다. 버너는 챔버들 사이의 덕트를 흐르는 가스의 온도가 200℃에 도달할 때까지 작동한다. 이것이 만족되면, 가스화 챔버내에서의 가스화는 자동으로 계속된다. 쓰레기 혼합물에 따라 점화 모드는 기간이 정해질 수 있는데, 15~60분으로 제한되지는 않는다. 버너가 꺼진 이후에 덕트를 흐르는 가스의 온도가 잠시 약 150℃ 이하로 떨어질 수도 있는데, 그렇다고 하더라도 가스화가 여전히 계속 진행되는데에는 영향이 없다. 가스화 챔버내의 회분(batch)에 대한 가스화가 진행됨에 따라, 하측 에어 팬의 속도는 서서히 증가한다. 가스화 챔버에서 제2연소 챔버로 흐르는 가스의 온도의 850℃에 도달할 때까지 서서히 증가한다. 이 시점에서, 하측 에어 팬은 50-60Hz의 높은 속도로 운행된다. 850℃에 도달하면, 제어 컴퓨터는 프로그램을 가스화 모드에서 과잉 에어 모드로 변경한다. 그 결과, 상측 에어 팬이 작동하는데, 초기에는 낮은 속도로 운전된다. 만약 예를 들어, 제어 컴퓨터가 모드를 변경할 때, 하측 에어 팬의 속도가 50Hz이었다면, 상측 에어 팬의 속도는 10Hz에서 시작한다. 850℃를 유지하기 위해서 하측 에어 팬의 속도가 감소하는 한편, 상측 에어 팬의 속도는 증가한다. 상측 에어 팬은 짧은 시간 동안에 최대 속도에 이를 것이며, 그 시간 동안 하측 에어 팬은 멈춘다. 30-60분의 시간 후에, 잔존 쓰레기의 더 빠른 에너지 배출을 위해 하측 에어 팬의 속도는 증가하며, 동시에 상측 에어 팬의 속도는 감소한다. 이때에 가스화 챔버의 소각은 과잉 에어 조건 으로 이루어진다. 챔버들 사이의 덕트 내 온도는 과잉 에어 모드에 의해 850℃로 유지된다. 이것은 상술한 두 개의 팬의 속도를 변화시킴으로써 제어된다. 쓰레기의 에너지가 모두 소모될 때, 하측 에어팬은 최대 속도에 이르고, 상측 에어 팬은 최소 속도에 이른다. 이 시점에서, 챔버들사이의 덕트내 온도는 서서히 떨어진다. 가스의 온도가 700℃ 아래로 떨어지면 제어 컴퓨터는 냉각 모드로 모드 변경을 한다. 냉각 모드 동안, 하측 에어 팬은 최대 속도(60Hz)로 운전되고, 상측 에어 팬은 절반 속도(30Hz)로 운전된다. 덕트내의 온도가 100℃이하로 떨어질 때까지 계속된다. 100℃에 도달하면, 제어 컴퓨터는 오프 모드로 모드 변경을 한다. 그러면, 운영자는 챔버를 열어 재를 제거하고 다시 로드할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제 1 챔버의 하측 흡입구로부터 공급되어 쓰레기를 통과하는 에어플로우의 제 1 스트림과 상기 제 1 챔버의 상측 흡입구로부터 공급되는 에어플로우의 제 2 스트림을 공급함으로써 쓰레기를 소각하는 제 1 챔버의 소각 단계와;
    상기 제 1 챔버로부터의 가스가 고온에 노출되고 에어 플로우가 공급되는 제 2 챔버의 연소단계를 포함하며,
    상기 제 2 챔버의 연소단계는 기결정된 시간 동안 수행되며,
    상기 제 1 챔버의 하측 흡입구의 에어플로우는 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어 플로우에 의해 제어되며,
    상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 흐르는 가스의 체적이 상기 제 2 챔버로 유입되는 에어 플로우를 제어하며,
    상기 제 1 챔버의 상측 흡입구와 하측 흡입구의 에어플로우 사이의 비율이 반비례하는 것을 특징으로 쓰레기의 열적 산화 공정.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버의 하측 흡입구와 상측 흡입구의 에어플로우 사이의 비율이 변경되어 상기 제 1 챔버의 온도가 떨어지면 하측 흡입구의 에어플로구가 증가하고 상측 흡입구의 에어플로우는 감소하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 공정
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어 플로우가 상기 제 2 챔버로 유입되는 과잉 에어 플로우량을 결정하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 공정
  7. 제 1 챔버의 하측 흡입구로부터 공급되어 쓰레기를 통과하는 에어플로우의 제 1 스트림과 상기 제 1 챔버의 상측 흡입구로부터 공급되는 에어플로우의 제 2 스트림을 공급함으로써 쓰레기를 소각하고,
    상기 제 1 챔버로부터의 가스를 제 2 챔버내의 고온에 노출시키고 제 2 챔버에 추가적인 에어 플로우를 공급하여 연소하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 챔버의 연소단계는 기결정된 시간 동안 수행되며;
    상기 제 1 챔버의 하측 흡입구의 에어플로우는 상기 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어 플로우에 의해 제어되며,
    상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 흐르는 가스의 체적이 상기 제 2 챔버로 유입되는 에어 플로우를 제어하며,
    상기 제 1 챔버의 상측 흡입구와 하측 흡입구의 에어플로우 사이의 비율이 반비례하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버의 하측 흡입구 및 상측 흡입구의 에어플로우 사이의 비율이 변경되어 상기 제 1 챔버의 온도가 떨어지면 하측 흡입구의 에어플로구가 증가하고 상측 흡입구의 에어츨로우는 감소하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 방법
  11. 삭제
  12. 제 7 항 또는 제 10 항에 있어서,
    산업용 컴퓨터가 상기 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어에 따라 상기 제 1 챔버의 하측 흡입구의 에어 플로우를 제어하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 방법
  13. 쓰레기의 열적 산화 장치로서, 상기 장치는
    쓰레기를 소각하기 위한 제 1 챔버를 포함하되, 상기 제 1 챔버는 상기 제 1 챔버의 하측에 설치된 제 1 에어 흡입구와, 상기 제 1 챔버의 상측에 설치된 제 2 에어 흡입구와, 상기 제 1 챔버의 상기 제 1 에어 흡입구와 상기 제 2 에어 흡입구에 에어를 이송하는 하나 또는 그 이상의 이송 수단과, 상기 제 1 챔버의 온도를 모니터하기 위한 온도계와, 하나 또는 그 이상의 버너를 포함하며;
    상기 제 1 챔버로부터의 가스를 연소하기 위한 제 2 챔버를 포함하되, 상기 제 2 챔버는 제 1 챔버로부터의 가스를 유입하는 가스 흡입구와, 제 2 연소 에어 흡입구와, 제 2 버너와, 연소 가스를 처리하기 위한 배출구를 포함하며;
    상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버를 연결하는 덕트를 포함하되, 상기 덕트는 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버사이의 가스 플로우를 제어하기 위한 밸브를 포함하며;
    산업용 컴퓨터를 포함하되, 상기 산업용 컴퓨터는 상기 제 1 챔버의 하측 흡입구로부터의 에어플로우를 상기 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어 플로우에 따라 제어하며, 상기 제 1 챔버의 하측 흡입구의 에어플로우는 상기 제 2 챔버를 빠져나가는 가스/에어 플로우에 의해 제어되고, 상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 흐르는 가스의 체적이 상기 제 2 챔버로 유입되는 에어 플로우를 제어하며, 상기 제 1 챔버의 상측 흡입구와 하측 흡입구의 에어플로우 사이의 비율이 반비례하는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 장치
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버는 가스화 챔버이고, 상기 제 2 챔버는 연소 챔버인 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 장치
  15. 제 13 항에 있어서,
    둘 또는 그 이상의 가스화 챔버가 덕트를 통해 상기 연소 챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 장치
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 교환기가 연소 챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 열적 산화 장치
  17. 삭제
  18. 삭제
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