KR101805700B1 - 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설 - Google Patents
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Abstract
발효조에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모하는 동시에 소각로의 스토커가 설치되어 있는 연소실 내에 바이오가스의 연소 배기 가스를 투입함으로써 완만 연소를 해서 연소를 촉진하여 CO 및 NOx의 발생을 감소시킬 수 있는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법을 제공한다. 바이오매스를 발효시키기 위한 발효조(12)와, 발효조(12)에서 생성된 바이오가스를 연소시키기 위한 연소기(15)와, 이 연소기(15)에서 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스가 불어넣어지는 소각로(17)를 구비하는 복합 시설(11)에서의 소각로(17)의 연속 촉진 방법이며, 바이오가스의 연소 배기 가스를, 소각로(17)의 스토커가 설치되어 있는 1차 연소실(18)에 불어넣는다.
Description
본 발명은 바이오매스(biomass)를 발효시키는 발효조에서 발생한 바이오가스를 연소기에서 연소시키고, 얻어진 연소 배기 가스를 소각로에 불어넣도록 한 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설에 관한 것이다.
종래의 쓰레기 소각 플랜트에서는 쓰레기 소각로에서의 배기 가스를 열원으로 증기를 발생시키는 보일러를 설치하여 쓰레기 소각로에서 배출되는 폐열을 회수하고 있다. 그리고, 보일러의 증기 드럼에서 나오는 증기를 과열기(superheater)에서 과열하고 증기 헤더를 통해 증기 터빈으로 인도하고 발전기를 작동시켜 발전하도록 되어 있는 것이 있다.
이 경우, 소각로의 배기 가스 중에는 쓰레기 중에 포함된 염소 성분 등의 연소에 의해 발생하는 염화수소 등의 부식성 성분이 포함되어 있기 때문에, 보일러의 과열기관의 부식을 방지할 목적으로 과열기의 표면 온도를 허용 온도 미만으로 하는 대책이 행해지고 있다.
이와 같이, 과열기의 온도를 허용 온도 미만이 되도록 하고 과열 증기를 증기 터빈에 공급하는 경우, 에너지의 유효 이용을 충분히 도모할 수 없어 발전 효율이 낮아진다.
그래서, 이 보일러의 과열기를 별도로 설치한 독립 과열기로 하고, 이 독립 과열기에 부식성이 적은 연료를 공급하여 더욱 높은 온도의 과열 증기로 하는 방법이 연구되고 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
이 증기 고온화 방법에 따르면, 과열기의 부식 문제를 일으키지 않고, 과열 증기의 온도를 올려 높은 발전 효율로 증기 터빈을 운전할 수 있다.
또한, 이 독립 과열기에서 배출되는 부식성이 적은 바이오가스의 연소 배기 가스는 소각로의 스토커(stoker)가 배치되어 있는 1차 연소실의 하류에 설치되어 있는 2차 연소실에 불어넣어져 열 회수가 되고 있다.
한편, 쓰레기 소각 플랜트는 연소의 안정화를 위해, 미연소 가스를 연소시키는 공기(2차 연소용 공기)만을 사용하여 쓰레기를 연소시켰을 때에 배출되는 미연소 배기 가스의 재연소를 하고 있는 것이 있다. 그러나, 2차 연소용 공기만으로는 미연소 배기 가스와의 혼합이 부족함으로 인한 일산화탄소(CO) 농도의 악화나, 공기 중의 산소(O2) 농도가 높음으로 인한 국부 연소가 원인으로 질소 산화물(NOx) 농도의 악화가 발생하는 때가 있었다.
그래서, O2 농도가 공기보다 낮은 소각로에서의 연소 후의 배기 가스를 재순환시켜 소각로 내에 재투입하는 배기 가스 재순환 시스템을 채용함으로써 혼합 교반의 촉진에 의한 연소 배기 가스 중의 일산화탄소(CO) 농도의 감소나, O2 농도가 낮음에 따른 국부 연소 억제에 의해 질소 산화물(NOx) 농도의 감소를 행하여 오고 있다.
그러나, 재순환 가스의 조성은 소각로 내의 연소 상황에 영향을 받아 O2 농도가 낮은 경우에는 상기 효과가 나오기 어려운 때가 있었다. 또한, 재순환 가스는 배기 가스 처리 공정의 도중에 뽑아냈을 경우에는 완전한 배기 가스 처리가 되어 있지 않기 때문에 부식성을 가져 가스 누설이 발생했을 때에는 주변 기기의 오염이나 주변 환경의 악화가 발생할 우려가 있었다.
상기 특허문헌1과 같이, 종래의 증기 고온화 방법에서는 독립 과열기에서 배출되는 부식성이 적은 바이오가스의 연소 배기 가스를 소각로의 2차 연소실에 불어넣음으로써 열 회수만이 되고 있지만, 1차 연소실에 있어서의 연소 상태는 고려되어 있지 않다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 바이오가스의 연소 배기 가스의 투입 위치를 스토커가 설치되어 있는 연소실로 함으로써 쓰레기의 연소 시에 생성되는 CO나 NOx를 억제할 수 있는 연소가 가능해지는 것이며, 발효조에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모하는 동시에 소각로의 연소실 내에 바이오가스의 연소 배기 가스를 투입함으로써 완만 연소를 하며 연소를 촉진하여 CO 및 NOx의 발생을 감소시킬 수 있는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 완만 연소란, 급격한 연소나 국소 연소를 하지 않고 완만하게 연소하는 것이다.
본 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법은 바이오매스를 발효시켜 바이오가스를 생성하기 위한 발효조와, 상기 바이오가스를 연소시키기 위한 연소기와, 폐기물을 소각하기 위한 소각로를 구비하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법이며, 상기 발효조에서 생성된 바이오가스를 상기 연소기에서 연소시키고, 그 연소 배기 가스를, 상기 소각로의 스토커가 설치되어 있는 연소실에 불어넣는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 따르면, 발효조에서 생성된 바이오가스를 연소기에서 연소시키고, 이 연소에 의해 생성된 바이오가스의 연소 배기 가스를 스토커가 설치되어 있는 연소실에 불어넣을 수 있다. 이로써 발효조에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모할 수 있는 동시에 연소실내에서 완만 연소를 하게 함으로써 연소를 촉진할 수 있다. 이처럼 완만 연소를 할 수 있는 것은 연소 배기 가스가 공기보다 산소 농도가 낮은 것도 요인 중의 하나가 되고 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 바이오가스의 연소 배기 가스를 상기 연소실 내의 미연소 가스를 연소시키는 공기의 일부로서 사용하는 것으로 할 수 있다.
이렇게 하면, 바이오가스의 연소 배기 가스는 소각로에서 배출되는 배기 가스를 소각로 내에 되돌리는 배기 가스 재순환의 배기 가스보다 산소 농도가 높고, 또한, 연소 배기 가스의 조성은 소각로에서의 연소의 영향을 받지 않으므로 폐기물 및 미연소 가스의 연소가 안정적으로 촉진되어 국부 연소가 억제됨으로써 NOx가 감소하고, 연소 배기 가스가 혼합 교반됨으로써 불완전 연소 가스(CO)가 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 하여 CO를 감소시킬 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 상기 발효조에서 생성된 바이오가스를 상기 연소실에 불어넣는 것으로 할 수 있다.
이렇게 하면, 발효조에서 잉여 바이오가스가 생겼을 때에는 바이오가스를 연소실에 직접 불어넣을 수 있어 연소실 내의 폐기물 연소 영역을 적절하게 유지하는 것이 가능해지는 것이나, 바이오가스의 연소에 의해 발생하는 연소열에 의해 로(爐) 내의 온도를 높일 수 있어 보일러의 열 회수율을 향상시킬 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 상기 연소실의 측벽 또는 천장 또는 양쪽 모두에는 복수의 가스 공급구가 설치되고, 이러한 복수의 가스 공급구 중 원하는 상기 가스 공급구에서 바이오가스의 연소 배기 가스 또는 바이오가스 또는 양쪽 모두의 가스를 상기 연소실 내에 불어넣을 수 있도록 할 수 있다.
이렇게 하면, 예를 들어 연소실 내의 연소 상태에 따라 연소실 내의 원하는 공간 위치에, 바이오가스의 연소 배기 가스 또는 바이오가스 또는 양쪽 모두의 가스를 불어넣는 것이 가능해져 적절한 연소 영역을 얻을 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 상기 연소실의 측벽 또는 천장 또는 양쪽 모두에는 일산화탄소 농도를 검출하는 복수의 일산화탄소 농도 검출기가 설치되고, 이러한 복수의 일산화탄소 농도 검출기에서 검출된 측정 일산화탄소 농도에 따라 일산화탄소 농도가 높은 공간 위치에 바이오가스의 연소 배기 가스, 또는, 바이오가스의 연소 배기 가스 및 바이오가스의 양쪽 모두를 불어넣는 것으로 할 수 있다.
이렇게 하면, 연소실에 불어 넣어진 바이오가스의 연소 배기 가스 또는 바이오가스의 연소 배기 가스 및 바이오가스의 양쪽 모두의 가스에 의해 일산화탄소 농도가 높은 공간 위치에 있어서의 가스를 교반할 수 있고, 이로써 완만 연소 및 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 하게 할 수 있다. 그 결과, CO 및 NOx의 감소를 도모할 수 있다. 그리고, 연소실 내의 연소 온도의 균일화를 도모할 수 있으므로 보일러의 열 회수율의 향상을 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 상기 복합 시설은 상기 소각로에서 배출되는 배기 가스를 사용하는 보일러를 더 구비하며, 상기 보일러가 발생하는 증기를 상기 연소기에서 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스에 의해 과열하여 과열 증기를 고온화하고, 이 과열 증기에 의해 터빈을 작동시키는 것으로 할 수 있다.
이렇게 하면, 연소실 내에서의 연소가 촉진되어 CO 감소가 도모되고 있는 소각로에서 배출되는 배기 가스의 열을 보일러에서 이용할 수 있으므로 보일러의 열 회수율의 향상을 도모할 수 있다. 그리고 보일러가 발생하는 증기를, 연소기에서 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스에 의해 과열하여 과열 증기의 고온화를 도모할 수 있어 보일러의 과열기에서의 증기 온도를 터빈에 공급되는 과열 증기의 온도보다 낮게 억제할 수 있다. 이로써 보일러의 과열기에서의 증기 온도를 지나치게 높게 할 필요가 없어 보일러의 과열기의 수명을 연장시킬 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법에 있어서, 상기 소각로가 병행류형 소각로인 것으로 할 수 있다.
이렇게 하면, 연소 배기 가스 및 미연소 가스를 연소실의 최하류에서 완전 연소 또는 그에 가까운 연소가 가능하도록 흘릴 수 있어 연소 배기 가스를 연소실 내에 적절한 시간만 머무르게 할 수 있다. 또한, 병행류형 소각로는 스토커 상부까지 칸막이벽이 들어가 있는 구조를 특징으로 하고 있다. 따라서 이 칸막이벽에서 연소용 공기 등을 연소실 안으로 불어넣기 때문에, 측벽이나 천장에서 먼 위치가 되는 연소실의 중심부에도 바이오가스의 연소 배기 가스를 불어넣을 수 있다.
본 발명에 따른 복합 시설은 바이오매스를 발효시키기 위한 발효조와, 발효조에서 생성된 바이오가스를 연소시키기 위한 연소기와, 이 연소기에서 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스가 불어 넣어지는 병행류형 소각로를 구비한 복합 시설이며, 바이오가스의 연소 배기 가스를, 상기 소각로의 스토커가 설치되어 있는 연소실에 불어넣는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 복합 시설에 따르면, 발효조에서 생성 된 바이오가스를 연소기에서 연소시키고, 이 연소에 의해 생성된 바이오가스의 연소 배기 가스를, 스토커가 설치되어 있는 연소실에 불어넣을 수 있다. 이로써 발효조에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모할 수 있다. 그리고 소각로가 병행류형이므로 연소 배기 가스 및 미연소 가스를 완만 연소시키면서 연소실의 최하류에서 완전 연소 또는 그에 가까운 연소가 가능하도록 흘릴 수 있어 연소 배기 가스를 연소실 내에 적절한 시간만 머무르게 할 수 있다.
또한, 병행류형 소각로는 스토커 상부까지 칸막이벽이 들어가 있는 구조를 특징으로 하고 있으며, 이 칸막이벽에서 연소실 내에 바이오가스의 연소 배기 가스를 불어넣을 수 있다.
이로써, 연소실 내에서의 국부 연소를 억제할 수 있어 완만 연소에 의한 적절한 연소 상태를 확립하는 것이 가능해진다. 이처럼 완만 연소를 할 수 있는 것은 바이오가스의 연소 배기 가스가, 공기보다 산소 농도가 낮은 것도 요인 중의 하나가 되고 있다.
한편, 바이오가스의 연소 배기 가스는 소각로에서 배출되는 배기 가스를 소각로 내에 되돌리는 배기 가스 재순환의 배기 가스보다 산소 농도가 높으므로 적절한 불어넣음 위치로 함으로써 폐기물 및 미연소 가스의 연소가 촉진되어 불완전 연소 가스(일산화탄소)가 완전 연소 또는 그에 가까운 연소가 되어 CO 및 NOx의 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 바이오가스의 연소 배기 가스는 공기나 배기 가스 재순환의 배기 가스보다 고온이므로 소각로 내의 온도 저하를 방지하여 연소 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설에 따르면, 연소실 내에서의 국부 연소를 억제할 수 있어 완만 연소가 촉진되기 때문에 폐기물 및 미연소 가스의 연소를 촉진하여 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 하게 할 수 있다. 이로써 CO 및 NOx의 감소를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로의 연소 촉진 방법이 사용되는 복합 시설을 나타내는 계통도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 소각로 및 보일러를 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 복합 시설의 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 소각로 및 보일러를 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 복합 시설의 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 그 방법을 사용하는 복합 시설의 일 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타낸 복합 시설(11)은 바이오매스 등(예를 들어, 목질 바이오매스, 하수 슬러지, 주개 쓰레기 등)이 공급 기구(미도시)에 의해 공급되는 발효조(12)를 갖추고 있다. 이 발효조(12)는 공급된 바이오매스를 적절한 온도, 압력 하에서 반응시켜 발효시킬 수 있는 것이다.
발효조(12)에서 발생한 바이오가스는 생성 가스관(13)에 인도된다. 이 생성 가스관(13)은 그 하류 측에서 분기되어 있다. 이 일측의 제1 분기 가스관(14)은 연소기(15)의 가스 입구에 연결되어 있으며, 발효조(12)에서 발생한 바이오가스가, 생성 가스관(13) 및 제1 분기 가스관(14)을 통해 연소기(15)의 가스 입구에 도입 가능하게 되어 있다.
그리고 타측의 제2 분기 가스관(16)은 소각로(17)의 1차 연소실(18)에 연결되어 있으며, 발효조(12)에서 발생한 바이오가스가, 생성 가스관(13) 및 제2 분기 가스관(16)을 통해 1차 연소실(18)의 제2 가스 공급구(20)에 도입 가능하게 되어 있다.
또한, 연소기(15)의 가스 출구는 연소 배기 가스관(22)을 통해 소각로(17)의 1차 연소실(18)에 연결되어 있으며, 연소기(15)에서 발생한 바이오가스의 연소 배기 가스가, 연소 배기 가스관(22)을 통해 1차 연소실(18)의 제1 가스 공급 구(19)에 도입 가능하게 되어 있다.
즉, 바이오가스의 연소 배기 가스를, 소각로(17) 내의 가스화된 미연소 가스를 연소시키는 공기의 일부로서 사용할 수 있도록 되어 있다.
이렇게 하면, 바이오가스의 연소 배기 가스는 소각로(17)에서 배출되는 배기 가스를 소각로(17) 안으로 되돌리는 배기 가스 재순환의 배기 가스보다 산소 농도(O2 농도)가 높고, 또한 연소 배기 가스의 조성은 소각로(17)에서의 연소 영향을 받지 않으므로 폐기물 및 미연소 가스의 연소가 안정적으로 촉진되어 국부 연소가 억제됨으로써 NOx가 감소하고, 연소 배기 가스가 혼합 교반됨으로써 불완전 연소 가스(일산화탄소(CO)가 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 하여 CO를 감소시킬 수가 있다.
또한, 도 1에 나타낸 복합 시설(11)에 있어서, 바이오가스의 연소 배기 가스와 공기를 1차 연소실(18)의 외부에서 혼합하여 약 200 ~ 300℃가 되도록 하고, 그 혼합 가스를 1차 연소실(18)의 후 연소 스토커(31)에서 불어넣도록 하여도 좋다. 또한, 이 대신에, 공기를 1차 연소실(18)의 외부에서 바이오가스의 연소 배기 가스로 가열하여 약 200 ~ 300℃가 되도록 하고, 그 가열된 공기를 1차 연소실(18)의 후 연소 스토커(31)에서 불어넣도록 하여도 좋다.
이로써, 소각로(17)(1차 연소실(18))에 있어서의 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 더욱 촉진할 수 있어 소각로(17)에서 배출되는 소각재의 열작(熱灼) 감소를 도모할 수 있다. 게다가 상기한 바와 같이, 1차 연소실(18)에 바이오가스의 연소 배기 가스를 불어넣음으로써 CO 및 NOx를 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 1에 나타낸 소각로(17), 폐열 보일러(23), 터빈(24) 및 발전기(25)를 설명한다. 소각로(17)는 이른바 스토커 방식의 병행류형 소각로이며, 소각로(17)의 폐열을 이용하여 발전하기 위한 폐열 보일러(23), 터빈(24), 및 발전기 (25)가 설치되어 있다.
소각로(17)는 바이오매스를 포함한 쓰레기 등의 폐기물(피소각물)(26)이 공급되는 호퍼(27)를 갖추고 있다. 호퍼(27)는 슈트(28)를 통해 1차 연소실(18)에 연결되어 있으며, 호퍼(27)에 공급된 폐기물(26)은 슈트(28)를 통해 1차 연소실(18)에 보내진다. 1차 연소실(18)에는 건조 스토커(29), 연소 스토커(30) 및 후 연소 스토커(31)가 설치되어 있다. 각 스토커(29,30,31)의 하부에서 1차 공기가 보내지고 있으며, 또한 1차 연소실(18)의 천장(32) 또는 측벽(41)(도 2 참조)에서 미연소 가스를 연소시키는 공기(2차 공기)(미도시)가 보내지고 있다.
1차 연소실(18) 내의 폐기물(26)은 먼저, 건조 스토커(29)에 보내져 1차 공기와 1차 연소실(18)의 복사열에 의해 건조되고 점화된다. 점화된 폐기물(26)은 연소 스토커(30)에 보내진다. 또한, 점화된 폐기물(26)에서는 열분해에 의해 가연성 가스가 발생한다. 이 가연성 가스는 1차 공기에 의해 1차 연소실(18) 상부의 가스층으로 보내지고, 이 가스층에서 2차 공기와 함께 연소된다. 이 연소에 따른 열복사에 의해 폐기물(26)은 더욱 승온된다. 점화된 폐기물(26)의 일부는 연소 스토커(30)에서 연소되고, 나머지 미연소분은 후 연소 스토커(31)에 보내진다. 미연 소분은 후 연소 스토커(31)에 보내진다. 미연소분의 폐기물(26)은 후 연소 스토커(31)에서 표면 연소되고, 연소 후에 남은 소각재는 슈트(33)(도 2 참조)에서 외부로 배출된다.
또한, 1차 연소실(18)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 소각로(17)에 설치되어있는 폐열 보일러(23)의 2차 연소실(36)에 연결되어 있으며, 폐기물(26)의 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스가, 1차 연소실(18)에서 2차 연소실(36)로 보내져 온다. 이 연소 배기 가스는 2차 연소실(36)에서 다시 연소되고 나서 제1 방사실(34)에서 열 회수가 되고, 또한, 폐열 보일러(23)의 제2 방사실(35)을 통해 이코노마이저(37)에 인도된다. 그 후, 배기 가스 처리 설비(38)에서 무해화 처리가 이루어지고 나서 유인 송풍기(39) 및 굴뚝(40)을 통해 대기로 방출된다.
이와 같이, 이 소각로(17)의 1차 연소실(18)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 폐기물(26)을 지지하는 바닥부가, 건조 스토커(29), 연소 스토커(30) 및 후 연소 스토커(31)로 형성되며, 그리고 측면부가 측벽(41)으로 형성되고, 상벽부가 천장(32) 및 칸막이벽(42)으로 형성되어 있다.
이 1차 연소실(18) 내의 미연소 가스는 폐기물(26)이 3개의 스토커(29~31) 상을 이동하는 방향과 병행하게 흐르도록 되어 있다. 이 소각로(17)가 병행류형 소각로라고 불리는 이유이다.
또한, 폐열 보일러(23)의 제1 방사실(34) 및 제2 방사실(35)을 형성하는 각각의 벽에는 복수의 수관(水管)(미도시)이 설치되고, 이러한 수관은 보일러 드럼(43)에 연결되어 있다. 수관 내에는 보일러 드럼(43)에서 보내져 오는 물이 흐르고 있으며, 수관 내의 물은 제1 또는 제2 방사실(34 또는 35)의 폐열을 회수하고 그 일부가 증발하여 염분이 낮은 물(汽水)이 되어 보일러 드럼(43)에 되돌려진다. 보일러 드럼(43)에 돌아온 기수는 일부가 기화하여 증기가 된다. 증기는 보일러 드럼(43)에서 과열기(44)로 보내져 과열된다. 또한, 이코노마이저(37)는 보일러 드럼(43)에 공급하는 물을 예열하기 위한 것이다.
이와 같이 과열되어 고온 고압이 된 증기는 도 1에 나타낸 바와 같이, 증기관(46)을 통해 독립 과열기(47)에 유입되고, 이 독립 과열기(47)에 의해 더 과열되어 고온이 된다. 그리고 이 고온이 된 과열 증기는 터빈(24)으로 보내지고, 이 터빈(24)에 의해 발전기(25)를 회전시켜 발전할 수 있다.
이 독립 과열기(47)는 연소 배기 가스관(22) 중 연소기(15)의 가스 출구에 근접한 위치에 설치되어 있다. 이 독립 과열기(47)는 바이오가스가 연소기(15)에서 연소되었을 때에 발생하는 고온의 연소 배기 가스에 의해 증기관(46)을 통해 독립 과열기(47)에 유입되어 오는 증기를 고온으로 가열할 수 있는 것이다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 처리 설비(38)에서 일부 뽑아내어진 배기 가스는 배기 가스 재순환 가스관(48)을 통해 1차 연소실(18)의 제3 가스 공급구(21)에 도입 가능하게 되어 있다.
덧붙여서 말하면, 도 1에 나타낸 연소기(15)에 있어서의 바이오가스의 연소 배기 가스의 온도(T1)는 약 900℃, 이 연소 배기 가스의 독립 과열기(47)의 출구 온도(T2)는 450~600℃, 증기관(46) 내의 독립 과열기(47)에 유입되는 과열 증기의 온도(T3)는 약 350℃ 이상, 증기관(46) 내의 독립 과열기(47)에서 유출되는 과열 증기의 온도(T4)는 400℃ 이상이다.
그리고, 배기 가스 재순환 가스관(48)을 통해 1차 연소실(18)의 제3 가스 공급구(21)에 도입되는 배기 가스는 온도(T5)가 150~200℃이며, O2 농도(N5)가 5~10%이다. 또한, 바이오가스의 연소 배기 가스는 온도(T2)는 450~600℃이며, O2 농도(N2)가 10~18%이다.
또한, 도 1에 나타낸 제1~제3 가스 공급구(19,20,21)는 1차 연소실(18)의 천장(32), 칸막이벽(42), 및 측벽(41) 각각에 대해 복수개씩 설치되어 있다.
또한, 복수의 제1 가스 공급구(19)에 연결되는 복수의 연소 배기 가스관(22)(바이오가스의 연소 배기 가스가 통과하는 가스관)의 각각에는 제1 가스 밸브(49)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 가스 공급구(20)에 연결되는 복수의 제2 분기 가스관(16)(바이오가스가 통과하는 가스관)의 각각에는 제2 가스 밸브(50)가 설치되고, 복수의 제3 가스 공급구(21)에 연결되는 복수의 배기 가스 재순환 가스관(48)의 각각에는 제3 가스 밸브(51)가 설치되어 있다. 다만, 각 도면에는 각 가스관(22,16,48), 및 제1~제3 가스 밸브(49~51)를 각각 1개씩 나타내고 있다.
이로써 각각 복수개씩 설치되어 있는 제1~제3 가스 밸브(49~51) 중 원하는 제1~제3 가스 밸브(49~51)를 개방함으로써 1차 연소실(18)의 천장(32), 칸막이벽(42) 및 측벽(41)에 설치되어 있는 원하는 제1~제3 가스 공급구(19,20,21)에서 원하는 1 또는 2 이상 종류의 가스를 1차 연소실(18) 내에 내뿜을 수 있도록 되어 있다. 이러한 복수개씩 설치되어 있는 제1~제3 가스 밸브(49~51)는 도 3에 나타낸 제어부(52)(중앙 연산 처리 장치)에 의해 저장부(미도시)에 저장된 프로그램에 따라 개폐 제어되도록 구성되어 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 도 1에 나타낸 1차 연소실(18)의 천장(32), 칸막이벽(42), 및 측벽(41)의 각각에는 CO 농도를 검출하기 위한 복수의 CO 농도 검출기(53)가 설치되어 있다.
그리고, 이러한 복수의 CO 농도 검출기(53)에서 검출된 측정 CO 농도에 따라 CO 농도가 높은 공간 위치에 바이오가스의 연소 배기 가스, 바이오가스, 및 배기 가스 재순환 가스 중에서 원하는 1 또는 2 이상 종류의 가스를, 원하는 유량으로 불어넣을 수 있도록, 제1~제3 가스 밸브(49~51)가, 도 3에 나타낸 제어부(52)에 의해 개폐 제어되도록 구성되어 있다.
이렇게 하면, 1차 연소실(18)에 불어넣어진 원하는 바이오가스의 연소 배기 가스, 바이오가스, 배기 가스 재순환 가스에 의해 CO 농도가 높은 공간 위치에 있어서의 가스를 교반할 수 있어 적절한 연소 영역을 얻을 수 있다. 이로써 연소 촉진, 및 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 행하는 것이 가능해진다. 그 결과, CO 및 NOx의 감소를 도모할 수 있다. 그리고 1차 연소실(18) 내의 연소 온도의 균일화를 도모할 수 있으므로 보일러(23)에서의 열 회수율의 향상을 도모할 수 있다.
다만, 도면에는 도시되지 않지만, 소각로(17)에서 보일러(23) 입구까지의 전체에 복수의 CO 농도 검출기(53)가 설치되어 있고, 소각로(17) 및 보일러(23) 내의 전체의 CO 농도 분포를 검출할 수 있도록 하여 소각로(17) 및 보일러(23) 내의 전체의 CO 농도 분포를 알 수 있도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 복합 시설(11)에 있어서의 소각로의 연소 촉진 방법에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 발효조(12)에서 생성된 바이오가스를 연소기 (15)에서 연소시키고, 이 연소에 의해 생성된 바이오가스의 연소 배기 가스, 또는 이 바이오가스 연소 배기 가스 및 바이오가스를, 건조 스토커(29), 연소 스토커(30) 및 후 연소 스토커(31)가 설치되어 있는 1차 연소실(18)에 불어넣을 수 있다. 이로써 발효조(12)에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모할 수 있다.
그리고, 바이오가스의 연소 배기 가스는 소각로(17) 내의 연소 상황의 영향을 받지 않고, 부식성도 없는데다가 O2 농도도 낮게 안정되어 있으므로 이러한 바이오가스의 연소 배기 가스를 1차 연소실(18)에 투입함으로써 1차 연소실(18)에 있어서의 연소의 안정화를 도모할 수 있다.
그리고, 이 소각로(17)가 병행류형이므로 바이오가스 및 폐기물(26) 각각의 연소 배기 가스를 1차 연소실(18)의 3개 스토커(29~31) 중 최하류인 후 연소 스토커(31)의 위치까지 흘릴 수 있어 미연소 가스를 1차 연소실(18) 내에 적절한 시간만 머무르게 할 수 있다. 또한, 병행류형 소각로(17)는 스토커(31)의 상부까지 칸막이벽(42)이 들어가 있는 구조를 특징으로 하고 있으며, 1차 연소실(18)의 중심부에 바이오가스의 연소 배기 가스를 불어넣을 수 있다.
이로써 1차 연소실(18) 내에서 완만 연소를 하게 함으로써 연소를 촉진할 수 있다. 이와 같이 완만 연소를 할 수 있는 것은 바이오가스 연소 배기 가스의 O2 농도(N2)(10~18%)가, 공기의 O2 농도(21%)보다 낮은 것도 요인 중의 하나가 되고 있다.
그리고, 바이오가스의 연소 배기 가스의 O2 농도(N2)(10~18%)는 소각로(17)에서 배출되는 배기 가스의 O2 농도(N5)(5~10%)보다 높으므로 폐기물(26) 및 미연소 가스의 연소가 촉진되어 불완전 연소 가스(CO)가 완전 연소 또는 그에 가까운 연소를 하여 CO 및 NOx를 감소시킬 수 있다.
또한, 바이오가스의 연소 배기 가스의 온도(T2)(450~600℃)는 고온이므로 소각로(17) 내의 온도의 저하를 방지하여 연소 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 소각로(17)에서 배출되는 고온의 배기 가스의 열을 보일러(23)에서 사용할 수 있다. 여기서, 1차 연소실(18)에는 바이오가스의 고온의 연소 배기 가스가 불어넣어져 1차 연소실(18) 내의 가스가 교반되고 있으므로 1차 연소실(18) 내의 온도의 저하를 방지하여 보일러(23)에서의 열 회수율의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 발효조(12)에서 생성된 바이오가스를, 생성 가스관(13) 및 제2 분기 가스관(16)을 통해 1차 연소실(18)에 불어넣을 수 있는 구성으로 했으므로 발효조(12)에서 잉여 바이오가스가 생겼을 때에는 바이오가스를 1차 연소실(18)에 불어넣을 수 있어 1차 연소실(18) 내의 폐기물 연소 영역을 적절하게 유지하는 것이 가능해지는 것이나, 바이오가스의 연소에 의해 발생하는 연소열에 의해 로 내의 온도를 높일 수 있어 보일러(23)의 열 회수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 보일러(23)가 발생하는 증기를, 독립 과열기(47)에 안내하여 연소기(15)에서 배출되는 바이오매스의 연소 배기 가스에 의해 과열하여 과열 증기의 고온화를 도모할 수 있으므로 보일러(23)의 과열기(44)에서의 증기의 온도(T3)(약 350℃ 이상)를 터빈(24)에 공급되는 과열 증기의 온도(T4)(약 400℃ 이상)보다 낮게 억제할 수 있다. 이로써 보일러(23)의 과열기(44)의 고온 부식을 방지할 수 있어 보일러(23)의 과열기관의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이, 1차 연소실(18) 내에서의 연소가 촉진되어 CO 감소가 도모되고 있는 소각로(17)에서 배출되는 배기 가스의 열을 보일러(23)에서 사용할 수 있으므로 보일러(23)의 열 회수율의 향상을 도모할 수 있다.
다만, 상기 실시예에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 바이오가스를 생성 가스관(13) 및 제2 분기 가스관(16)에 안내하여 1차 연소실(18)에 불어넣도록 했지만, 바이오가스를 1차 연소실(18)에 불어넣지 않도록 하여도 좋다.
그리고, 상기 실시예에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 재순환 가스를 배기 가스 재순환 가스관(48)에 안내하여 1차 연소실(18)에 불어넣도록 했지만, 배기 가스 재순환 가스를 1차 연소실(18)에 불어넣지 않도록 하여도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설은 발효조에서 생성된 바이오가스의 유효 이용을 도모하는 동시에 소각로의 스토커가 설치되어 있는 연소실 내에서 완만 연소를 해서 연소를 촉진하여 CO 및 NOx의 발생을 감소시킬 수 있는 뛰어난 효과를 가지며, 이러한 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법 및 복합 시설에 적용하는데 적합하다.
11: 복합 시설 12: 발효조
13: 생성 가스관 14: 제1 분기 가스관
15: 연소기 16: 제2 분기 가스관
17: 소각로 18: 1차 연소실
19: 제1 가스 공급구 20: 제2 가스 공급구
21: 제3 가스 공급구 22: 연소 배기 가스관
23: 보일러 24: 터빈
25: 발전기 26: 폐기물
27: 호퍼 28,33: 슈트
29: 건조 스토커 30: 연소 스토커
31: 후 연소 스토커 32: 천장
34: 제1 방사실 35: 제2 방사실
36: 2차 연소실 37: 이코노마이저
38: 배기 가스 처리 설비 39: 유인 송풍기
40: 굴뚝 41: 측벽
42: 칸막이벽 43: 보일러 드럼
44: 보일러의 과열기 46: 증기관
47: 독립 과열기 48: 배기 가스 재순환 가스관
49: 제1 가스 밸브 50: 제2 가스 밸브
51: 제3 가스 밸브 52: 제어부
53: 일산화탄소 농도 검출기
13: 생성 가스관 14: 제1 분기 가스관
15: 연소기 16: 제2 분기 가스관
17: 소각로 18: 1차 연소실
19: 제1 가스 공급구 20: 제2 가스 공급구
21: 제3 가스 공급구 22: 연소 배기 가스관
23: 보일러 24: 터빈
25: 발전기 26: 폐기물
27: 호퍼 28,33: 슈트
29: 건조 스토커 30: 연소 스토커
31: 후 연소 스토커 32: 천장
34: 제1 방사실 35: 제2 방사실
36: 2차 연소실 37: 이코노마이저
38: 배기 가스 처리 설비 39: 유인 송풍기
40: 굴뚝 41: 측벽
42: 칸막이벽 43: 보일러 드럼
44: 보일러의 과열기 46: 증기관
47: 독립 과열기 48: 배기 가스 재순환 가스관
49: 제1 가스 밸브 50: 제2 가스 밸브
51: 제3 가스 밸브 52: 제어부
53: 일산화탄소 농도 검출기
Claims (8)
- 바이오매스를 발효시켜 바이오가스를 생성하기 위한 발효조와,
상기 바이오가스를 연소시키기 위한 연소기와,
스토커, 측벽 및 상벽으로 형성된 1차 연소실과, 상기 1차 연소실의 하류에 설치된 2차 연소실을 갖는 폐기물을 소각하기 위한 소각로를 구비하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법으로서,
상기 발효조에서 생성된 바이오가스를 상기 연소기에서 연소시키고,
상기 소각로의 상기 1차 연소실의 상기 측벽 및 상기 상벽에 설치된 복수의 일산화탄소 농도 검출기로 일산화탄소의 농도를 검출하고,
검출된 일산화탄소의 농도에 기초하여, 상기 1차 연소실의 일산화탄소 농도가 높은 공간 위치로, 상기 측벽 및 상기 상벽 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치된 가스 공급구로부터 상기 바이오가스의 연소 배기 가스 및 상기 바이오가스 중 어느 하나 또는 둘 모두를 불어넣는 것을 특징으로 하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법. - 제1항에 있어서, 바이오가스의 연소 배기 가스를 상기 연소실 내의 미연소 가스를 연소시키는 공기의 일부로서 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복합 시설은 상기 소각로에서 배출되는 배기 가스를 사용하는 보일러를 더 구비하며,
상기 보일러가 발생하는 증기를 상기 연소기에서 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스에 의해 과열하여 과열 증기를 고온화하고, 상기 과열 증기에 의해 터빈을 작동시키는 것을 특징으로 하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소각로가 병행류형 소각로인 것을 특징으로 하는 복합 시설에서의 소각로의 연소 촉진 방법. - 바이오매스를 발효시키기 위한 발효조와,
상기 발효조에서 생성된 바이오가스를 연소시키기 위한 연소기와,
스토커, 측벽 및 상벽으로 형성된 1차 연소실과, 상기 1차 연소실의 하류에 설치된 2차 연소실을 갖고, 상기 연소기로부터 배출되는 바이오가스의 연소 배기 가스가 불어 넣어지는 병행류형 소각로를 구비한 복합 시설로서,
상기 1차 연소실의 상기 측벽 및 상기 상벽에 설치된 복수의 일산화탄소 농도 검출기와,
상기 측벽 및 상기 상벽에 설치되고, 상기 연소기와 접속되며, 상기 바이오가스의 연소 배기 가스를 상기 1차 연소실에 불어넣는 복수의 제1 가스 공급로와,
상기 복수의 제1 가스 공급로 각각에 대응하여 설치된 복수의 제1 가스 밸브와,
상기 복수의 일산화탄소 농도 검출기에서 검출된 일산화탄소의 농도에 기초하여, 상기 1차 연소실의 일산화탄소의 농도가 높은 공간 위치로 상기 바이오가스의 연소 배기 가스가 불어 넣어지도록 상기 복수의 제1 가스 밸브를 개폐 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 시설. - 제5항에 있어서,
상기 측벽 및 상기 상벽에 설치되고, 상기 발효조와 접속되며, 상기 바이오가스를 상기 1차 연소실에 불어 넣는 복수의 제2 가스 공급구와,
상기 복수의 제2 가스 공급구 각각에 대응하여 설치된 복수의 제2 가스 밸브를 더 구비하며,
상기 제어장치가 상기 복수의 일산화탄소 농도 검출기에서 검출된 일산화탄소 농도에 기초하여 상기 1차 연소실의 일산화탄소 농도가 높은 공간 위치로 상기 바이오가스가 불어 넣어지도록 상기 복수의 제2 가스 밸브를 개폐제어하는 것을 특징으로 하는 복합 시설. - 삭제
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