KR101781373B1 - 연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비 - Google Patents

연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동층 소각로 설비 내로 투입되는 소각물의 연소를 위해 유동층 소각로 설비 내로 공기를 공급하되 공기실과 프리보드층으로 공기를 각각 공급함으로써 소각물이 완전연소 되도록 할 수 있으며, 체류시간이 짧은 프리보드층에서 완전히 연소되어 배기가스의 열회수량이 많아 보조연료의 사용이 절감되며, 미연소 물질 및 오염물질이 감소되어 이에 따른 유동층 소각로 설비의 연소 효율 및 성능이 향상될 수 있는 연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비에 관한 것이다.

Description

연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비 {Fluidized bed incinerator with enhanced combustion efficiency by compartments of combustion chamber}
본 발명은 공기실에서 공급된 고온의 공기가 유동매체 내로 분사되어 유동매체가 유동되는 유동층에 슬러지 등의 소각물이 투입되어 연소되고 그 과정에서 소각물질의 유기휘발물, 연소 및 미연소 가스상물질 및 미세탄화분진 등이 프리보드층으로 이동하면서 확산연소 된 후 배출되도록 하는 유동층 소각로 설비에 관한 것이다.
일반적으로 유동층 소각로는 폐기물에 대한 수용폭이 넓고, 로 내 온도제어가 용이하며, 비교적 낮은 온도에서 소각이 이루어져 질소생성물이 적으며, 소각로 내에서 폐기물의 혼합 효과가 뛰어난 장점 등으로 인해 폐기물의 소각에 있어 광범위하게 적용되고 있다.
이러한 유동층 소각로는 일례로 벽체를 형성하는 본체의 내부 하측을 구획하도록 공기 분사판이 설치되어 있고, 공기 분사판은 상하를 관통하는 관통공들이 형성되어 수평으로 설치되며, 공기 분사판에 형성된 관통공들에 연결되도록 상측에 복수의 공기분사노즐이 형성되어, 공기 분사판의 하측에 공기실이 형성되고 공기 분사판의 상측에는 유동매체인 모래가 유동되는 유동층이 형성되며 그 상부에 형성되는 프리보드층이 형성되도록 구성된다.
그리하여 공기실로부터 공기분사노즐을 통해 유동매체 내로 고온의 공기가 분사되어 고온의 모래 입자가 유동화되어 유체와 같이 유동되며, 이때 유동층으로 투입된 소각물이 유동매체와 혼합되면서 연소된 후 소각물질의 유기휘발물, 연소 및 미연소 가스상물질 및 미세탄화분진 등이 프리보드층으로 이동되어 확산 연소된 후 본체의 외부로 배기가스가 배출된다.
그런데 이러한 유동층 소각로는 프리보드층에서 소각물이 확산 연소될 때 짧은 체류시간 및 온도조절용 스팀의 과량 공급에 의해 적정한 연소온도 이하로 낮아질 수 있으며, 이에 따른 미연소 가스, 미분탄화물, 오염물질(황, 질소산화물 등)이 발생되며, 연소 후 배출되는 배기가스의 온도가 낮아져 열회수량이 감소됨에 따라 보조연료 사용량 및 오염물질의 증가로 소각로의 성능이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
KR 10-0529001 B1 (2005.11.09.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유동층 소각로 내로 투입되는 소각물의 연소를 위해 유동층 소각로 내로 공기를 공급하되 공기실과 프리보드층으로 공기를 각각 공급함으로써 소각물이 완전연소 되도록 할 수 있는 연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유동층 소각로 설비는, 내부가 비어있는 통 형태로 형성된 본체; 상기 본체의 내부에 수평으로 설치되어 하부에 공기실 및 상부에 프리보드층이 형성되도록 상기 본체 내부의 공간을 구획하며, 상하를 관통하는 복수의 관통공이 형성된 공기 분사판; 상기 관통공들과 각각 연결되도록 공기 분사판의 상측에 설치되어 공기를 분사하는 복수의 공기 분사노즐; 상기 공기 분사판의 상측에 채워져 유동층을 형성하는 유동매체; 상기 본체의 내부에 배치되되, 상기 유동층 또는 프리보드층으로 물을 분사하는 물 분사노즐; 및 상기 유동층 또는 프리보드층의 온도를 측정하는 온도센서;를 포함하여 이루어지며, 상기 본체에는, 공기실에 연결되되 상기 공기실로 열을 공급하는 버너 및 상기 공기실로 공기를 공급하는 메인 공기 공급관이 형성되고, 유동층에 연결되도록 보조연료 공급관이 형성되며, 상기 프리보드층에 연결되어 유동층의 상측으로 소각물을 투입할 수 있도록 소각물 투입관이 형성되며, 상기 프리보드층의 상부측에 연결되도록 연소 배출관이 형성되며, 상기 프리보드층에 연결되도록 보조 공기 공급관이 형성되며, 상기 물 분사노즐은 상기 온도센서를 통해 측정된 상기 유동층 또는 프리보드층의 온도가 기준온도보다 높아지면, 상기 유동층 또는 프리보드층으로 물을 분사하고, 상기 보조연료 공급관은 상기 온도센서를 통해 측정된 상기 유동층 또는 프리보드층의 온도가 기준온도보다 낮아지면, 상기 유동층으로 보조연료를 공급하며, 상기 보조 공기 공급관은 상기 본체의 상하방향을 따라 이단으로 구성되되, 각 단은 상기 본체의 원주방향을 따라 90도 간격으로 배치된 복수의 노즐이 형성되며, 하나의 단에 90도 간격으로 배치된 노즐들은 서로 파이프로 연결되어 하나의 보조 송풍기와 연결되며, 상기 보조 송풍기를 통해 상기 본체의 일측으로 공급된 공기가 파이프를 통해 각 노즐로 분할되도록 형성되며, 상기 본체는 내부로 유동매체를 공급할 수 있도록 타측에 유동매체 주입관이 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 분사노즐은 수평방향으로 공기 분사판의 외곽에서 중앙부로 갈수록 많은 수가 배치되어, 상기 중앙부에서 상대적으로 많은 유량의 공기가 분사되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 분사판의 하면은 상측으로 오목한 형태의 아치형으로 형성되며, 상면은 평면으로 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 유동층 소각로 설비 시스템은, 상기 유동층 소각로 설비; 상기 유동층 소각로 설비의 공기실에 연결되어 공기실로 공기를 공급하는 메인 송풍기; 상기 유동층 소각로 설비 본체의 연소 배출관 및 상기 메인 송풍기에 연결되어, 상기 연소 배출관을 통해 배출되는 배기가스와 메인 송풍기를 통해 공기실로 공급되는 공기가 열교환되도록 하는 열교환기; 및 상기 유동층 소각로 설비의 프리보드층에 연결되어 프리보드층으로 공기를 공급하는 보조 송풍기; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 유동층 소각로 설비 시스템의 제어 방법은, 상기 유동층 소각로 설비 내로 투입되는 소각물의 완전연소를 위한 이론 공기량보다 많은 과잉공기를 유동층 소각로 설비 내로 공급하여 소각물이 연소되도록 하되, 상기 유동층 소각로 설비 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 일부를 공기실로 공급하면서, 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 나머지를 프리보드층으로 공급하여 소각물이 연소되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공기실로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 85% 내지 95%를 공급하며, 상기 프리보드층으로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 5% 내지 15%를 공급할 수 있다.
또한, 상기 유동층 소각로 설비 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량은 상기 이론 공기량의 1.2배 내지 1.25배 일 수 있다.
본 발명의 유동층 소각로 설비는 유동층에서 연소되지 않은 소각물이 프리보드층에서 완전연소 될 수 있어, 배기가스의 열회수량이 많아 보조연료의 사용이 절감되며, 미연소 물질 및 오염물질이 감소되어 이에 따른 유동층 소각로의 연소 효율 및 성능이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로 설비를 나타낸 정면 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 공기실에 연결된 메인 공기 공급관을 나타낸 평면 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 프리보드층에 연결된 보조 공기 공급관을 나타낸 평면 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 공기 분사판에 결합된 공기 분사노즐 배치의 일 실시예를 나타낸 상측 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 공기 분사노즐을 나타낸 정면 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로 설비 시스템을 나타낸 구성도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 연소실 구분연소에 따른 소각효율이 향상된 유동층 소각로 설비를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로 설비를 나타낸 정면 단면도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 공기실에 연결된 메인 공기 공급관 및 프리보드층에 연결된 보조 공기 공급관을 나타낸 평면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 유동층 소각로 설비(1000)는, 내부가 비어있는 통 형태로 형성된 본체(100); 상기 본체(100)의 내부에 수평으로 설치되어 하부에 공기실(A) 및 상부에 프리보드층(C)이 형성되도록 상기 본체(100) 내부의 공간을 구획하며, 상하를 관통하는 복수의 관통공이 형성된 공기 분사판(200); 상기 관통공들과 각각 연결되도록 공기 분사판(200)의 상측에 설치되어 공기를 분사하는 복수의 공기 분사노즐(300); 및 상기 공기 분사판(200)의 상측에 채워져 유동층(B)을 형성하는 유동매체(400); 를 포함하여 이루어지며, 상기 본체(100)에는 공기실(A)에 연결되도록 버너(110) 및 메인 공기 공급관(120)이 형성되고, 유동층(B)에 연결되도록 보조연료 공급관(130)이 형성되며, 상기 프리보드층(C)에 연결되어 유동층(B)의 상측으로 소각물을 투입할 수 있도록 소각물 투입관(140)이 형성되며, 상기 프리보드층(C)의 상부측에 연결되도록 연소 배출관(150)이 형성되며, 상기 프리보드층(C)에 연결되도록 보조 공기 공급관(180)이 형성될 수 있다.
우선, 본체(100)는 소각로의 외형을 형성하는 부분으로 내부에 공간이 형성된 챔버 형태로 형성될 수 있다. 그리고 본체(100)는 내부에서 슬러지와 같은 소각물의 연소가 일어나므로 고온의 열에 견딜 수 있도록 다양하게 형성될 수 있으며, 일례로 바깥쪽은 고강도 강재의 금속 재질로 형성되고 그 안쪽은 내화벽돌 재질로 형성될 수 있다.
공기 분사판(200)은 본체(100)의 내부에 배치되어 내부의 공간을 상하로 구획하도록 수평방향으로 설치될 수 있으며, 공기 분사판(200)을 기준으로 하부에 공기실(A)이 형성되고 상부에 프리보드층(C)이 형성될 수 있다. 그리고 공기 분사판(200)은 일례로 니켈 및 몰리브덴 합금 강재 등의 내열 강재로 형성되어 본체(100)에 결합되거나 본체(100)와 일체로 형성될 수도 있으며, 공기 분사판(200)은 상하를 관통하도록 복수의 관통공이 형성될 수 있다. 또한, 공기 분사판(200)은 내화벽돌 등 다양한 재질로 형성될 수도 있다.
공기 분사노즐(300)은 공기 분사판(200)의 관통공에 연결되도록 설치될 수 있으며, 각각의 관통공마다 공기 분사노즐(300)이 설치될 수 있다. 그리고 공기 분사노즐(300)은 일례로 관으로 형성된 하측 부분이 공기 분사판(200)의 관통공에 삽입되어 결합될 수 있으며, 공기 분사노즐(300)의 상측 부분인 분출구(310)가 형성된 헤드 부분이 공기 분사판(200)의 상면에서 상측으로 돌출된 형태로 결합될 수 있다. 또한, 공기 분사노즐(300)도 니켈 및 몰리브덴 합금 강재 등의 내열 강재로 형성될 수 있다.
유동매체(400)는 유동층(B)을 형성하는 부분으로, 유동매체(400)는 다양한 재질로 형성될 수 있으나 일례로 모래로 형성되어 공기 분사판(200)의 상측에 채워질 수 있다. 그리하여 하측에서 상측방향으로 공기실(A), 공기 분사노즐(300)을 포함한 공기 분사판(200), 유동층(B) 및 프리보드층(C)이 차례로 형성될 수 있다. 그리고 유동매체는 14 내지 48 mesh의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 본체(100)에는 공기실(A)에 연결되도록 버너(110)가 설치될 수 있으며, 버너(110)로 공기와 주 연료가 공급될 수 있다. 그리고 버너(110)는 소각물의 연소를 위해 필요한 고온(약850℃)의 열을 발생시키기 위해 사용되며, LNG 등의 가스 연료를 연소시켜 스팀의 형태로 열을 공급할 수 있다. 이는 소각로의 초기가동 및 초기가동 이후 고온의 소각로에서 연소 후 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 공기실(A)로 공급되도록 재이용(약650℃)하는 경우에 부족한 열을 보충하여 약850℃를 유지하기 위해 버너(110)를 통해 지속적으로 열을 공급할 수 있다. 또한, 본체(100)에는 공기실(A)에 연결되도록 메인 공기 공급관(120)이 형성될 수 있다. 그리하여 메인 공기 공급관(120)을 통해 공급된 공기가 버너(110)에 의해 가열되어 공기 분사노즐(300)들을 통해 유동층(B)을 형성하는 유동매체(400) 내로 분사되도록 구성될 수 있다. 또한, 본체(100)에는 유동층(B)에 연결되도록 보조연료 공급관(130)이 형성되어, 유동층(B)의 온도가 낮아졌을 때 유동층(B)으로 보조 연료를 공급하여 유동층에서의 연소 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 본체(100)에는 프리보드층(C)에 연결되도록 소각물 투입관(140)이 형성되며, 유동매체(400)가 존재하는 상면보다 높은 위치에 소각물 투입관(140)이 형성될 수 있다. 또한, 본체(100)에는 프리보드층(C)의 상부측에 연결되어 연소된 후의 배기가스가 배출되도록 연소 배출관(150)이 형성될 수 있다. 또한, 본체(100)에는 프리보드층(C)에 연결되도록 보조 공기 공급관(180)이 형성되어, 프리보드층(C)으로도 공기가 공급되도록 구성될 수 있다. 이때, 일례로 도시된 바와 같이 메인 공기 공급관(120)은 1개로 형성될 수 있으며 다양한 개수 및 형태로 형성될 수도 있다. 그리고 일례로 보조 공기 공급관(180)은 프리보드층(C)의 상측에 4개 및 하측에 4개가 형성될 수 있으며, 상측에 형성된 4개는 서로 원주방향으로 이격되도록 배치되어 4개가 파이프로 연결될 수 있고, 마찬가지로 하측에 형성된 4개도 서로 원주방향으로 이격되도록 배치되어 파이프로 연결될 수 있다. 또한, 8개의 보조 공기 공급관(180)들은 서로 연결될 수 있다. 또한, 보조 공기 공급관(180)들은 각각 본체(100)의 내부로 돌출된 단부 부분이 노즐 형태로 형성될 수 있다. 이외에도 보조 공기 공급관(180)은 다양한 개수 및 형태로 형성될 수도 있다.
그리하여 본 발명의 유동층 소각로 설비(1000)는 공기실(A)로 공기가 공급되어 유동층(B)에서 소각물이 1차로 연소되고, 프리보드층(C)에서 2차로 확산 연소될 때 프리보드층(C)으로도 공기가 공급될 수 있으므로 프리보드층(C)에서의 짧은 체류시간 동안에도 소각물의 완전연소가 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 유동층 소각로 설비는 유동층에서 연소되지 않은 소각물이 프리보드층에서 완전연소 될 수 있어, 배기가스의 열회수량이 많아 보조연료의 사용이 절감되며, 미연소 물질 및 오염물질이 감소되어 이에 따른 유동층 소각로의 연소 효율 및 성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 공기 분사노즐(300)은 수평방향으로 공기 분사판(200)의 외곽에서 중앙부로 갈수록 많은 수가 배치되어, 상기 중앙부에서 상대적으로 많은 유량의 공기가 분사되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 4와 같이 공기 분사판(200)에 결합 및 배치된 공기 분사노즐(300)들은 수평방향으로 공기 분사판(200)의 외곽에서 중앙부로 갈수록 많은 수가 배치되어, 외곽보다 중앙부에서 상대적으로 많은 유량의 공기가 분사되도록 할 수 있다. 이때, 각각의 공기 분사노즐(300)들의 형태는 공기가 분사될 수 있는 유량이 동일하게 형성되되 중앙부에 상대적으로 많은 수의 노즐이 배치됨으로서, 유동층(B)을 형성하는 유동매체(400)의 선회유동이 발생할 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 공기 분사노즐(300)들은 중앙부에서 외곽쪽으로 갈수록 이웃하는 노즐들 간의 거리가 점점 멀어지도록 형성될 수 있으며, 이외에도 다양하게 형성될 수 있다. 그리하여 유동매체(400)는 중앙부에서 상측으로 유동되어 상측에서 외곽쪽으로 유동된 다음 외곽쪽에서 하측으로 유동된 후 하측에서 중앙부로 유동되는 선회류 유동이 형성될 수 있다. 그리하여 본 발명의 유동층 소각로는 유동층을 이루는 유동매체의 선회류 유동이 원활하게 일어날 수 있어, 소각물과 유동매체간의 혼합이 용이하며 연소 성능 및 효율이 향상될 수 있다. 또한, 소각물의 연소 후 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해가스나 오염물질이 저감될 수 있다.
또한, 상기 공기 분사판(200)은 하면의 상측으로 오목한 형태의 아치형으로 형성되며, 상면은 평면으로 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 공기실(A)과 접하는 공기 분사판(200)의 하면은 상측으로 오목한 형태로 형성되되 아치형으로 형성될 수 있다. 그리고 유동매체(400)와 접하는 공기 분사판(200)의 상면은 평면 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 수평방향으로 공기 분사판(200)의 중앙부 부분이 외곽에 비해 공기 분사노줄(300)의 상하방향 길이가 짧게 형성될 수 있어 중앙부 부분에서의 공기의 유동저항이 상대적으로 작아져 중앙부 부분을 통해 유동매체(400) 내로 분사되는 공기의 양이 더욱 많아질 수 있다. 이에 따라 유동층을 이루는 유동매체의 선회류 유동이 더욱 빠르고 원활하게 일어날 수 있다.
또한, 도 5와 같이 상기 공기 분사노즐(300)의 헤드 부분에 형성된 분출구(310)들이 수평면과 이루는 각도(θ)가 30° 내지 90°로 형성될 수 있으며, 중앙부에서 바깥쪽을 향해 하측방향으로 경사진 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 유동매체(400) 내로 공기 분사노즐(300)을 통한 공기의 분사가 정지되었을 때 유동매체가 분출구(310) 내부로 역류되어 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 본체(100)의 상측에는 프리보드층(C)과 연결되며 유동층(B)으로 물을 분사할 수 있는 물 분사노즐(500)이 설치되어 연소 온도가 너무 높아진 경우에는 물 분사노즐(500)을 통해 물을 스프레이 형태로 분사하여 유동층(B) 및 프리보드층(C)의 온도가 850℃ 정도의 적정한 온도로 유지될 수 있다. 또한, 분사된 물은 고온의 열에 의해 수소와 산소로 분해되어 소각물의 연소에 도움이 되는 조연소 가스 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 보조연료 공급관(130)에는 막힘을 방지할 수 있는 자동 에어퍼지가 설치될 수 있다. 또한, 상기 본체(100)에는 압력센서, 온도센서 및 산소센서가 설치되고, 상기 소각물 투입관에는 질량메터가 설치되어, 연소에 따른 압력, 온도, 산소농도 및 소각물의 질량을 정확하게 제어할 수 있으며 소각물의 연소 효율이 증대될 수 있다. 또한, 상기 본체(100)에는 프리보드층(C)에 연결되도록 유동매체 주입관(160)이 형성되며, 상기 본체(100)의 내부로 유동매체를 공급할 수 있으며 중량계가 설치된 유동매체 사일로(600)가 상기 유동매체 주입관(160)에 연결되며, 상기 본체(100)에는 유동층(B)에 연결되도록 유동매체 배출관(170)이 형성되어, 배출된 이물질이 포함된 유동매체에서 이물질과 유동매체로 분리하여 유동매체만을 상기 유동매체 사일로(600)로 이송시킬 수 있는 유동매체 재생장치(700)가 상기 유동매체 배출관(170) 및 유동매체 사일로(600)에 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로 설비 시스템을 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 유동층 소각로 설비 시스템은, 상기 유동층 소각로 설비(1000); 상기 유동층 소각로 설비(1000)의 공기실(A)에 연결되어 공기실(A)로 공기를 공급하는 메인 송풍기(1100); 상기 유동층 소각로 설비 본체(100)의 연소 배출관(150) 및 상기 메인 송풍기(1100)에 연결되어, 상기 연소 배출관(150)을 통해 배출되는 배기가스와 메인 송풍기(1100)를 통해 공기실(A)로 공급되는 공기가 열교환되도록 하는 열교환기(1200); 및 상기 유동층 소각로 설비(1000)의 프리보드층(C)에 연결되어 프리보드층(C)으로 공기를 공급하는 보조 송풍기(800); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 유동층 소각로 설비(1000)의 공기실(A)로 공기를 공급할 수 있도록 메인 송풍기(1100)가 구비되되, 유동층 소각로 설비(1000)에서 연소 후 배출되는 배기가스의 폐열을 이용해 공기실(A)로 공급되는 공기를 가열하여 연소 효율을 향상시킬 수 있도록 열교환기(1200)가 구성될 수 있다. 이때, 열교환기(1200)는 일측이 연소 배출관(150)에 연결되고 타측이 대기오염 방지시설인 습식 스크러버(1300)에 연결될 수 있다. 그리고 열교환기(1200)는 타측 타부가 메인 송풍기(1100)와 연결되며 일측 타부가 공기실(A)과 연결된 메인 공기 공급관(120)에 연결될 수 있다. 그리고 프리보드층(C)에 연결된 보조 공기 공급관(180)에 보조 송풍기(800)가 연결되어, 보조 송풍기(800)를 이용해 프리보드층(C)으로 공기를 공급하도록 구성될 수 있다.
그리하여 유동층 소각로 설비(1000)의 초기 가동시에는 메인 송풍기(1100)를 가동시켜 2,000 내지 3,000mmAq(0.02 내지 0.03bar)의 풍압으로 필요한 공기량을 공기실(A)로 공급하며, 버너(110)를 이용해 유동층(B)의 온도를 650℃ 내지 700℃까지 상승시킬 수 있다. 이 후 유동층 소각로 설비(1000)가 작동되어 온도가 상승하면 연소 후 배출되는 배기가스의 온도가 800℃ 내지 850℃이며, 열교환된 후 가열된 600℃ 내지 650℃의 공기가 공기실(A)로 공급될 수 있다. 이때, 프리보드층(C)으로는 보조 송풍기(800)를 통해 공기가 공급되어 유동층(B)에서 타지 않고 남은 소각물이 완전연소 될 수 있다.
또한, 상기 열교환기(1200)에 연결되어 열교환기(1200)를 통해 배출된 배기가스에 포함된 이물질을 제거하는 습식 스크러버(1300); 및 상기 메인 송풍기(1100)에 연결되고 습식 스크러버(1300)를 통해 배출되는 배기가스 배출관에 연결되며, 상기 열교환기(1200)와 습식 스크러버(1300)를 연결하는 배관과 연결되어, 상기 열교환기(1200)를 통해 배출되는 배기가스와 메인 송풍기(1100)를 통해 공급되는 공기가 열교환되도록 하는 백연방지 예열기(1400); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 연소 후 배출되는 배기가스 중에 포함된 회분 등의 오염물질을 제거할 수 있도록 대기오염 방지시설인 습식 스크러버(1300)가 구성될 수 있으며, 습식 스크러버(1300)를 통과한 후 연도를 통해 배출되는 배기가스는 온도가 상대적으로 낮고 습도가 높으므로 백연(하얀 연기)이 발생할 수 있다. 그러므로 백연방지 예열기(1400)를 거치며 가열된 공기가 습식 스크러버(1300)를 통해 배출되는 배기가스와 합류되도록 하여 연도를 통해 배출되는 배기가스의 온도를 높여 백연의 발생을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 습식 스크러버(1300)는 일측이 열교환기(1200)에 연결되고 타측이 연도(굴뚝)에 연결되며, 백연방지 예열기(1400)는 일측이 메인 송풍기(1100)에 연결되고 타측이 연도에 연결될 수 있다. 그리고 백연방지 예열기(1400)에서는 열교환기를 통해 배출된 배기가스와 송풍기에서 공급된 공기가 열교환되어 배기가스의 온도는 낮아지고 공기는 가열되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 유동층 소각로 설비 시스템의 제어 방법은, 상기 유동층 소각로 설비(1000) 내로 투입되는 소각물의 완전연소를 위한 이론 공기량보다 많은 과잉공기를 유동층 소각로 설비(1000) 내로 공급하여 소각물이 연소되도록 하되, 상기 유동층 소각로 설비(1000) 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 일부를 공기실(A)로 공급하면서, 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 나머지를 프리보드층(C)으로 공급하여 소각물이 연소되도록 할 수 있다.
즉, 유동층 소각로 설비 내로 투입되는 소각물을 완전연소 시키기 위해서는 이론적으로 계산된 공기의 양보다 많은 과잉공기를 공급하게 되며, 이때 유동층 소각로 설비 내부로 공급해야 할 미리 설정된 전체 과잉공기 공급량의 일부를 공기실(A)로 공급하면서 프리보드층(C)으로 나머지를 공급하여 소각물의 완전연소가 이루어지도록 할 수 있다.
여기에서 상기 공기실(A)로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 85% 내지 95%를 공급하며, 상기 프리보드층(C)으로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 5% 내지 15%를 공급할 수 있다.
즉, 유동층 소각로 설비 내로 공급되어야 하는 미리 설정된 전체 과잉공기 공급량의 100% 중 대부분을 공기실(A)로 공급하고 나머지를 프리보드층(C)으로 공급하여 소각물의 완전연소가 이루어지도록 할 수 있다. 그리고 공기실(A)로 90% 및 프리보드층(C)으로 10%의 과잉공기가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유동층 소각로 설비(1000) 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량은 상기 이론 공기량의 1.2배 내지 1.25배 일 수 있다.
즉, 상기 이론 공기량을 100%라고 하면 상기 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량은 120% 내지 125%가 될 수 있으며, 이때 공기실(A)로 108~112.5%(미리 설정된 전체 과잉공기 공급량의 90%) 및 프리보드층(C)으로 12~12.5%(미리 설정된 전체 과잉공기 공급량의 10%)의 공기가 공급될 수 있다. 그리하여 소각물의 연소 시 불완전 연소를 방지하기 위해 이론적으로 계산된 공기의 양보다 많은 양의 공기를 공급하되 상기한 바와 같이 적정량의 과잉공기를 공급하여 소각물이 미연소되는 것을 방지할 수 있으며, 질소산화물(NOx)의 발생을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 유동층 소각로 설비
100 : 본체 110 : 버너
120 : 메인 공기 공급관 130 : 보조연료 공급관
140 : 소각물 투입관 150 : 연소 배출관
160 : 유동매체 주입관 170 : 유동매체 배출관
180 : 보조 공기 공급관
200 : 공기 분사판
300 : 공기 분사노즐 310 : 분출구
400 : 유동매체
500 : 물 분사노즐
A : 공기실 B : 유동층
C : 프리보드층
600 : 유동매체 사일로
700 : 유동매체 재생장치
800 : 보조 송풍기
1100 : 메인 송풍기
1200 : 열교환기
1300 : 습식 스크러버
1400 : 백연방지 예열기

Claims (7)

  1. 내부가 비어있는 통 형태로 형성된 본체;
    상기 본체의 내부에 수평으로 설치되어 하부에 공기실 및 상부에 프리보드층이 형성되도록 상기 본체 내부의 공간을 구획하며, 상하를 관통하는 복수의 관통공이 형성된 공기 분사판;
    상기 관통공들과 각각 연결되도록 공기 분사판의 상측에 설치되어 공기를 분사하는 복수의 공기 분사노즐;
    상기 공기 분사판의 상측에 채워져 유동층을 형성하는 유동매체;
    상기 본체의 내부에 배치되되, 상기 유동층 또는 프리보드층으로 물을 분사하는 물 분사노즐; 및
    상기 유동층 또는 프리보드층의 온도를 측정하는 온도센서;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 본체에는, 공기실에 연결되되 상기 공기실로 열을 공급하는 버너 및 상기 공기실로 공기를 공급하는 메인 공기 공급관이 형성되고, 유동층에 연결되도록 보조연료 공급관이 형성되며, 상기 프리보드층에 연결되어 유동층의 상측으로 소각물을 투입할 수 있도록 소각물 투입관이 형성되며, 상기 프리보드층의 상부측에 연결되도록 연소 배출관이 형성되며, 상기 프리보드층에 연결되도록 보조 공기 공급관이 형성되며,
    상기 물 분사노즐은 상기 온도센서를 통해 측정된 상기 유동층 또는 프리보드층의 온도가 기준온도보다 높아지면, 상기 유동층 또는 프리보드층으로 물을 분사하고,
    상기 보조연료 공급관은 상기 온도센서를 통해 측정된 상기 유동층 또는 프리보드층의 온도가 기준온도보다 낮아지면, 상기 유동층으로 보조연료를 공급하며,
    상기 보조 공기 공급관은 상기 본체의 상하방향을 따라 이단으로 구성되되, 각 단은 상기 본체의 원주방향을 따라 90도 간격으로 배치된 복수의 노즐이 형성되며,
    하나의 단에 90도 간격으로 배치된 노즐들은 서로 파이프로 연결되어 하나의 보조 송풍기와 연결되며, 상기 보조 송풍기를 통해 상기 본체의 일측으로 공급된 공기가 파이프를 통해 각 노즐로 분할되도록 형성되며,
    상기 본체는 내부로 유동매체를 공급할 수 있도록 타측에 유동매체 주입관이 형성되는 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 분사노즐은 수평방향으로 공기 분사판의 외곽에서 중앙부로 갈수록 많은 수가 배치되어, 상기 중앙부에서 상대적으로 많은 유량의 공기가 분사되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기 분사판의 하면은 상측으로 오목한 형태의 아치형으로 형성되며, 상면은 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 유동층 소각로 설비;
    상기 유동층 소각로 설비의 공기실에 연결되어 공기실로 공기를 공급하는 메인 송풍기;
    상기 유동층 소각로 설비 본체의 연소 배출관 및 상기 메인 송풍기에 연결되어, 상기 연소 배출관을 통해 배출되는 배기가스와 메인 송풍기를 통해 공기실로 공급되는 공기가 열교환되도록 하는 열교환기; 및
    상기 유동층 소각로 설비의 프리보드층에 연결되어 프리보드층으로 공기를 공급하는 보조 송풍기;
    를 포함하여 이루어지는 유동층 소각로 설비 시스템.
  5. 제4항의 유동층 소각로 설비 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 유동층 소각로 설비 내로 투입되는 소각물의 완전연소를 위한 이론 공기량보다 많은 과잉공기를 유동층 소각로 설비 내로 공급하여 소각물이 연소되도록 하되,
    상기 유동층 소각로 설비 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 일부를 공기실로 공급하면서, 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 나머지를 프리보드층으로 공급하여 소각물이 연소되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비 시스템의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공기실로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 85% 내지 95%를 공급하며, 상기 프리보드층으로 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량의 5% 내지 15%를 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비 시스템의 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유동층 소각로 설비 내로 공급할 미리 설정된 전체 과잉공기의 공급량은 상기 이론 공기량의 1.2배 내지 1.25배 인 것을 특징으로 하는 유동층 소각로 설비 시스템의 제어 방법.
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