KR101875150B1 - 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법 - Google Patents

현열 활용 장치 및 현열 활용 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101875150B1
KR101875150B1 KR1020160167779A KR20160167779A KR101875150B1 KR 101875150 B1 KR101875150 B1 KR 101875150B1 KR 1020160167779 A KR1020160167779 A KR 1020160167779A KR 20160167779 A KR20160167779 A KR 20160167779A KR 101875150 B1 KR101875150 B1 KR 101875150B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
sensible heat
combustion chamber
waste
unit
Prior art date
Application number
KR1020160167779A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180066673A (ko
Inventor
장동민
이운재
최재훈
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020160167779A priority Critical patent/KR101875150B1/ko
Publication of KR20180066673A publication Critical patent/KR20180066673A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101875150B1 publication Critical patent/KR101875150B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B45/00—Other details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B41/00—Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke
    • C10B41/08—Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke for the withdrawal of the distillation gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1003—Waste materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설비의 고온관을 통과하는 고온 가스의 현열을 이용하는 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치는 고온 가스가 통과하는 고온관을 포함하는 설비에 설치되는 현열 활용 장치에 있어서, 상기 고온관의 내부에 설치되고, 내부에 수용 공간을 갖는 가열부; 상기 수용 공간에 폐자원이 공급되도록 상기 가열부에 연결되는 폐자원 공급부; 및 상기 가열부에서 생성되는 연료 물질이 배출되도록 상기 가열부에 연결되는 연료 수집부;를 포함할 수 있다.

Description

현열 활용 장치 및 현열 활용 방법{Apparatus for using sensible heat and method for using sensible heat}
본 발명은 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설비의 고온관을 통과하는 고온 가스의 현열을 이용하는 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법에 관한 것이다.
코크스 오븐(Coke oven) 등의 상승관을 포함하는 설비의 상승관에서 발생하는 현열(또는 폐열)을 회수하기 위해 여러 가지 방법이 사용되어 왔으나, 지금까지 현장에 성공적으로 적용된 사례는 없다. 또한, 코크스 오븐의 경우에는 코크스 오븐의 구조적 특징으로 연소실 중 연소실 최외측의 온도 하락을 방지하여 코크스(coke)의 품질 편차를 저감하는 방법에 대한 해답도 도출된 적이 없다.
항상 고온을 일정하게 유지해야 하는 코크스 오븐에서는 고온의 열손실이 많은 편이며, 특히 탄화실은 고온(예를 들어, 800 ℃ 이상)의 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas; COG)가 생성되어 상승관을 통해 부산물 시설(by-product plant)로 배출되고 있다. 이러한 고온의 가스를 활용하기 위해 현열을 회수하는 여러 가지 기술들이 개발되고 있으나, 대부분이 스팀(steam)을 생산하거나, 전력을 생산하는 용도로 활용되고 있다. 하지만, 이러한 경우에 현열 회수 시스템의 효율을 위해 대량의 현열 회수가 불가피하며, 대량의 현열 회수에 의한 상승관 막힘 현상이 발생한다는 단점이 있다.
한편, 폐자원을 이용한 에너지 재활용 기술에서는 폐플라스틱(waste plastic), 바이오매스(biomass) 등의 폐자원을 활용한 가스화(gasification)나 액화(liquefaction) 기술이 많이 개발되어 있으나, 많은 양의 자원 회수 또는 공정을 위한 에너지 공급 조달 문제로 경제성 확보가 어려워 실질적으로 사용이 어려운 기술로 인식되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2005-0005627호
본 발명은 설비의 고온관을 통과하는 고온 가스의 현열을 이용하여 폐자원을 가열할 수 있는 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치는 고온 가스가 통과하는 고온관을 포함하는 설비에 설치되는 현열 활용 장치에 있어서, 상기 고온관의 내부에 설치되고, 내부에 수용 공간을 갖는 가열부; 상기 수용 공간에 폐자원이 공급되도록 상기 가열부에 연결되는 폐자원 공급부; 및 상기 가열부에서 생성되는 연료 물질이 배출되도록 상기 가열부에 연결되는 연료 수집부;를 포함할 수 있다.
상기 가열부의 측벽은 열전도성 재질을 포함할 수 있다.
상기 폐자원 공급부는 상기 폐자원을 공급하는 스크루 피더를 포함할 수 있다.
상기 가열부의 공정 잔류물이 배출되도록 상기 가열부의 하단부에 연결되는 공정잔류물 배출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 가열부에 가스가 공급되도록 상기 가열부에 연결되는 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.
상기 설비는, 상기 고온관을 포함하는 탄화실; 및 상기 탄화실의 일측에 배치되는 연소실을 포함하고, 상기 연료 수집부는 상기 연소실에 연결될 수 있다.
상기 연료 수집부는 상기 연소실의 최외측에 연결될 수 있다.
상기 연료 수집부는 상기 연소실의 상부 또는 하부에 연결될 수 있다.
상기 설비는, 각각 상기 고온관을 포함하는 상기 탄화실을 복수개 구비하며, 상기 탄화실과 교번되어 배치되는 상기 연소실을 복수개 구비하고, 상기 각 고온관에 설치된 각 연료 수집부 중 적어도 일부는, 복수의 상기 연소실 중 적어도 어느 하나의 연소실에 연결될 수 있다.
복수의 상기 연소실 중 적어도 일부는 연료 공급구를 구비하고, 상기 각 연료 수집부와 상기 연료 공급구 사이를 연결하는 연결 배관; 및 상기 연결 배관에 설치되는 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 각 연료 수집부 중 적어도 일부는, 복수의 상기 연소실 중 최외측 연소실과 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 현열 활용 방법은 고온 가스가 흐르는 고온관에 현열 활용기를 마련하는 과정; 상기 현열 활용기에 폐자원을 공급하는 과정; 상기 폐자원을 상기 고온 가스에 의하여 가열하는 과정; 상기 폐자원의 가열에 의해 연료 물질을 생성하는 과정; 및 생성되는 상기 연료 물질을 수집하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 현열 활용기의 공정 잔류물을 배출하는 과정; 및 상기 현열 활용기의 내부를 세정하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 세정하는 과정은, 상기 현열 활용기의 내부에 퍼지 가스를 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 가열하는 과정은, 상기 현열 활용기에 보조 가스를 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 고온관은 탄화실에 구비되고, 상기 탄화실에서 발생된 상기 고온 가스를 이용하여 상기 연료 물질을 획득하며, 상기 연료 물질을 연소실로 공급하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 연소실로 공급하는 과정은 상기 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 현열 활용기를 마련하는 과정은, 상기 탄화실과 상기 연소실이 복수개 구비된 설비의 각 탄화실에 상기 현열 활용기를 각각 장착하는 과정을 포함하고, 상기 연소실로 공급하는 과정은, 상기 각 현열 활용기로부터 획득한 연료 물질 중 적어도 일부를, 복수의 상기 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실에 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 폐자원은 고분자 폐기물 또는 유기 폐기물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 현열 활용 장치는 고온관을 포함하는 설비에 설치되어 고온관의 내부를 통과하는 고온 가스로 폐자원을 가열함으로써, 고온관을 통과하는 고온 가스의 현열을 활용할 수 있고, 고온 가스에 의한 가열을 통해 폐자원을 가스화 또는 액화시키기 위한 에너지를 효과적으로 조달할 수 있다.
그리고 현열 활용 장치를 통해 폐자원으로부터 생성된 연료 물질을 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 공급하여 연소실 내부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 연소실 운용을 최적화할 수 있다. 이에 따라 고온관을 포함하는 설비의 탄화실에서 탄화되는 탄화물의 품질 편차를 최소화할 수 있다. 또한, 환경 문제가 되는 폐플라스틱, 바이오매스 등의 폐자원을 연료 물질로 전환함으로써, 이산화탄소(CO2)의 배출을 저감시킬 수 있고, 환경을 보존할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 고온 가스에 의해 가열부의 수용 공간에 수용된 폐자원을 가열하여 생성되는 연료 물질만 회수하므로, 열교환매체를 통해 고온 가스의 현열 자체를 회수하였던 종래보다 열의 유출이 적을 수 있다. 또한, 고온관의 내부와 가열부의 수용 공간이 일정한 온도로 열평형을 이룰 수 있어 과도한 현열 회수가 방지될 수도 있다. 이로 인해, 고온관 내벽의 타르(tar) 생성을 최소화하여 고온관의 막힘 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 고온관을 포함하는 설비를 이용한 공정의 안정성과 효율성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온관을 포함하는 설비를 나타낸 그림.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치의 변형예를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 현열 활용 방법을 나타내는 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온관을 포함하는 설비를 나타낸 그림이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치(100)는 고온 가스가 통과하는 고온관(211)을 포함하는 설비(200)에 설치되는 현열 활용 장치(100)에 있어서, 상기 고온관(211)의 내부에 설치되고, 내부에 수용 공간을 갖는 가열부(120); 상기 수용 공간에 폐자원(10)이 공급되도록 상기 가열부(120)에 연결되는 폐자원 공급부(110); 및 상기 가열부(120)에서 생성되는 연료 물질이 배출되도록 상기 가열부(120)에 연결되는 연료 수집부(130);를 포함할 수 있다.
현열 활용 장치(100)는 고온 가스가 통과하는 고온관(211)을 포함하는 설비(200)에 설치될 수 있는데, 현열 활용 장치(100)의 적어도 일부가 고온관(211)에 설치될 수 있다. 여기서, 상기 설비(200)는 석탄을 건류시키는 코크스 오븐을 포함할 수 있고, 고온관(211)은 코크스 오븐의 상승관을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코크스 오븐(즉, 상기 설비)에서 석탄을 건류시키면서 고온의 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas; COG)가 발생될 수 있고, 상기 코크스 오븐 가스(즉, 상기 고온 가스)가 상기 상승관(즉, 상기 고온관)을 통과할 수 있다. 이때, 상기 고온 가스는 상온(약 20±5 ℃)보다 높은 온도의 가스일 수 있고, 바람직하게는 800 ℃ 이상의 고온 가스(예를 들어, 코크스 오븐 가스)일 수 있는데, 상기 고온 가스의 온도는 600 내지 1,300 ℃일 수 있고, 보다 바람직하게는 800 내지 1,100 ℃일 수 있다.
상기 코크스 오븐은 석탄을 뜨거운 열 에너지로 공기가 없는 상태에서 간접 건류시키는 장치이다. 코크스용 석탄은 상기 코크스 오븐에 있는 장입차(미도시)를 사용하여 장입구(212)를 통해 상기 코크스 오븐의 탄화실(210)에 투입될 수 있다. 여기서, 장입구(212)는 장입물(20)의 탄화시에는 장입구 덮개(212a)에 의해 닫혀(또는 덮혀) 있을 수 있다. 공기가 없는 탄화실(210)에서는 석탄(20)이 건류되면서 원코크스 오븐 가스(Crude COG)가 발생되어 탄화실(210) 상단의 고온관(또는 상승관, 211)을 통해 빠져나갈 수 있다. 고온관(211)을 지나가면서 또는 가스 포집부(300)에서 상당한 압력의 안수가 안수투입구(미도시)를 통해 분사되어 고온의 원코크스 오븐 가스(Crude COG)의 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 상기 안수는 다운 코머(Down Comer)로 떨어질 수 있으며, 동시에 원코크스 오븐 가스(Crude COG)에 포함된 타르(Tar)가 분리될 수 있다. 여기서, 고온관(211)은 고온관 덮개(211a)를 포함할 수 있고, 고온관 덮개(211a)에 의해 덮혀(또는 닫혀) 있을 수 있다.
폐자원 공급부(110)는 가열부(120)에 연결될 수 있고, 가열부(120)의 수용 공간에 폐자원(10)을 공급할 수 있다. 여기서, 폐자원(10)은 쓰고 난 자원 또는 버려지는 자원을 의미하고, 고분자(polymer) 폐기물 또는 유기(organic) 폐기물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 폐기물은 고분자가 함유된 폐기물로서, 폐플라스틱(waste plastic)을 포함할 수 있고, 상기 유기 폐기물은 유기 물질(organic matter)이 함유된 폐기물로서, 바이오매스(biomass)를 포함할 수 있다. 상기 고분자 폐기물 또는 상기 유기 폐기물을 가열(또는 열분해)하면 재생 연료(또는 연료 가스 등의 연료 물질)를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 환경 문제가 되는 폐플라스틱, 바이오매스 등의 폐자원을 연료 물질로 전환함으로써, 이산화탄소(CO2)의 배출을 저감시킬 수 있고, 환경을 보존할 수도 있다.
가열부(120)는 고온 가스가 통과하는 고온관(211)의 내부에 설치될 수 있고, 폐자원(10)이 공급(또는 수용)되도록 내부에 수용 공간을 가질 수 있다. 폐자원(10)이 상기 수용 공간에 공급되어 수용되면, 상기 고온 가스에 의해 가열될 수 있고, 열분해 또는 용융되어 가스화(gasification) 및/또는 액화(liquefaction)됨으로써 연료 물질(또는 재생 연료)이 생성될 수 있다. 여기서, 상기 연료 물질은 연료 가스(fuel gas) 및/또는 액체 연료(liquid fuel)를 포함할 수 있다.
그리고 가열부(120)의 측벽은 열전도성 재질을 포함할 수 있다. 본 발명의 가열부(120)는 열원이 내부에서 공급되는 것이 아니라 가열부(120) 외부의 상기 고온 가스에 의해 폐자원(10)이 가열되므로, 폐자원(10)에 열이 잘 전달될 수 있도록 가열부(120)의 측벽에 열전도성 재질을 포함할 수 있다. 가열부(120)의 측벽이 열전도성 재질로 이루어지면, 가열부(120) 주위를 지나는 상기 고온 가스의 열이 가열부(120)의 내부(즉, 상기 수용 공간)에 잘 전달될 수 있고, 상기 수용 공간에 수용된 폐자원(10)이 효과적으로 가열될 수 있다. 이에 따라 가열부(120)에서 상기 고온 가스에 의해 효과적으로 폐자원(10)을 가열하여 열분해하거나 용융시킴으로써, 상기 연료 물질을 얻을 수 있다. 또한, 폐자원(10)을 가열하는 데에 상기 고온 가스의 현열을 사용함으로써, 버려지던 상기 고온 가스의 현열을 활용(또는 회수)할 수 있다.
한편, 가열부(120)의 측벽은 내열성 재질을 포함할 수 있는데, 본 발명에서는 가열부(120)가 상기 고온 가스가 통과하는 고온관(211)의 내부에 설치되기 때문에 상기 고온 가스의 열에 견딜 수 있도록 가열부(120)의 측벽은 내열성 재질을 포함할 수 있다. 즉, 가열부(120)의 측벽이 내열성 재질로 이루어지면, 상기 고온 가스의 열에 의해 가열부(120)가 변형 또는 파손되지 않으면서 폐자원(10)이 상기 수용 공간에 안정적으로 수용되어 가열될 수 있고, 상기 수용 공간의 열, 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 적어도 어느 하나가 누출(또는 유출)되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명에서는 상기 고온 가스에 의해 가열부(120)의 수용 공간에 수용된 폐자원(10)을 가열하여 생성되는 상기 연료 물질만 회수하므로, 열교환매체를 통해 고온 가스의 현열 자체를 회수하였던 종래보다 열의 유출이 적을 수 있다. 또한, 고온관(211)의 내부와 가열부(120)의 수용 공간이 일정한 온도로 열평형을 이룰 수 있어 과도한 현열 회수가 방지될 수도 있다. 이로 인해, 고온관(211) 내벽의 타르(tar) 생성을 최소화하여 고온관(211)의 막힘 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 고온관(211)을 포함하는 설비(200)를 이용한 공정의 안정성과 효율성을 극대화할 수 있다.
연료 수집부(130)는 가열부(120)에서 생성되는 연료 물질이 배출되도록 가열부(120)에 연결될 수 있다. 가열부(120)의 수용 공간에서는 폐자원(10)이 가열되어 열분해 또는 용융됨으로써, 상기 연료 물질이 생성될 수 있고, 이렇게 생성된 상기 연료 물질이 연료 수집부(130)를 통해 가열부(120)에서 배출될 수 있다. 연료 수집부(130)를 통해 가열부(120)에서 배출되는 상기 연료 물질은 다른 장치 또는 설비에 직접 공급되어 사용될 수도 있고, 연료 가스 또는 액체 연료의 형태로 저장되어 사용될 수도 있다.
그리고 폐자원 공급부(110)는 가열부(120)에 연결되어 폐자원(10)을 공급하는 스크루 피더(111)를 포함할 수 있다. 스크루 피더(screw feeder, 111)는 가열부(120)에 연결될 수 있고, 가열부(120)의 수용 공간에 폐자원(10)을 공급할 수 있다. 이때, 스크루 피더(111)의 일측이 가열부(120)에 삽입되어 가열부(120)의 내부에 제공될 수 있다. 스크루 피더(111)는 원통상의 하우징 속에 스크루(나선상 축)가 설치된 것일 수 있는데, 폐자원(10)은 상기 하우징 속에 상기 스크루의 나선을 따라 형성된 내부 경로를 통해 상기 수용 공간에 공급될 수 있다. 여기서, 스크루(screw)는 일반적인 특징을 가진 분체에 적용할 수 있는 나선형 스크루(Spiral Screw), 가볍고 잘 흘러넘치는 분체에 적용할 수 있는 블레이드 스크루(Blade Screw), 미세한 이송량이나 거친 낟알의 일반적인 분체에 적용할 수 있는 쌍나선형 스크루(Twin Spiral Screw), 일반적인 분체 또는 가벼워 잘 흘러내리는 분체에 적용할 수 있는 트윈 블레이드 스크루(Twin Blade Screw), 흐름성이 아주 좋지 않은 분체에 적용할 수 있는 쌍오목 스크루(Twin Concave Screw) 등을 포함할 수 있다. 스크루 피더(111)를 이용하여 상기 수용 공간에 폐자원(10)을 공급하는 경우에는 상기 수용 공간에서 생성된 상기 연료 가스가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있고, 연속적으로 폐자원(10)을 상기 수용 공간에 공급할 수 있다.
한편, 폐자원(10)을 공급하는 공급 장치(feeder)는 스크루 피더(111)에 한정되지 않으며, 상기 공급 장치로 다양한 공급 장치가 사용될 수 있고, 폐자원(10)을 효과적으로 상기 수용 공간에 공급할 수 있으면서 상기 연료 가스가 외부로 방출되는 것을 막을 수 있으면 족하다. 상기 공급 장치는 게이트 피더, 롤 피더, 로스체인 피더, 에어 슬라이드 피더, 테이블 피더, 에이프런 피더, 에이프런 컨베이어 피더, 로터리 피더, 로터리 포켓 피더, 회전 칸막이판 피더, 진동 피더, 플랜저 피더, 칭량 벨트 피더 등을 포함할 수 있다.
또한, 폐자원 공급부(110)는 스크루 피더(111)에 연결되는 호퍼(112)를 더 포함할 수 있다. 호퍼(112)는 다양한 형태와 크기를 가질 수 있고, 스크루 피더(111)에 연결되어 스크루 피더(111)로 폐자원(10)이 공급되도록 할 수 있다. 여기서, 호퍼(112)는 스크루 피더(111)의 타측(즉, 상기 가열부에 삽입된 일측과 반대측)에 연결될 수 있고, 스크루 피더(111)는 각종 크기의 호퍼(112)와 결합될 수 있다. 그리고 폐자원 공급부(110)는 폐자원(10)을 파쇄하는 파쇄기(shredder, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 파쇄기(미도시)는 폐자원(10)을 파쇄할 수 있는데, 원하는 입경으로 폐자원(10)을 파쇄하여 호퍼(112)에 전달할 수 있다. 이때, 호퍼(112)에 전달된 파쇄된 폐자원(10)은 호퍼(112)를 통해 스크루 피더(111)에 공급(또는 장입)될 수 있다.
본 발명에 따른 현열 활용 장치(100)는 가열부(120)의 공정 잔류물(15,25)이 배출되도록 가열부(120)의 하단부에 연결되는 공정잔류물 배출부(140);를 더 포함할 수 있다. 공정잔류물 배출부(140)는 가열부(120)의 하단부에 연결될 수 있고, 가열부(120)의 공정 잔류물(process residue, 15,25)을 배출할 수 있다. 여기서, 상기 공정 잔류물은 잔류물(residue, 15) 및 잔류 탄소(carbon residue, 25)를 포함할 수 있는데, 상기 고온 가스에 의해 폐자원(10)이 가열되어 상기 연료 물질을 생성하고 잔류물(15)과 잔류 탄소(25) 중 적어도 어느 하나가 가열부(120) 내에 잔류할 수 있다. 잔류물(15)은 열분해 잔류물 및 차(char) 등의 탄화 잔류물을 포함할 수 있고, 폐자원(10)이 열분해 또는 탄화하고 남은 것일 수 있다. 여기서, 잔류물(15)은 고체일 수도 있고, 액체일 수도 있다. 잔류 탄소(또는 잔류 탄소분, 25)는 가열 공정 후에 잔류하는 탄소 상태의 물질일 수 있고, 탄소를 주성분으로 하는 고체 연료(예를 들어, 코크스)에 혼합될 수도 있다. 한편, 차(char)는 가열부(120)에서 배출되어 다른 공정에 사용될 수도 있다.
공정잔류물 배출부(140)는 잔류물(15)을 배출하는 잔류물 배출부(141)와 잔류 탄소(25)를 배출하는 잔류 탄소 배출부(142) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 잔류물 배출부(141)는 열분해 잔류물, 탄화 잔류물 등의 잔류물(15)을 배출할 수 있는데, 가열부(120)의 하단부 측벽에 설치될 수 있으며, 잔류 탄소(25)를 제외한 잔류물(15)이 생기는 경우에만 사용(또는 설치)될 수 있다. 잔류물 배출부(141)는 가열부(120)의 측벽 일부를 개폐하는 게이트 밸브(141a) 및 잔류물(15)이 배출되는 잔류물 배출관(141b)을 포함할 수 있다. 게이트 밸브(141a)는 가열부(120)의 측벽 일부를 개폐할 수 있는데, 상기 고온 가스에 의한 폐자원(10)의 가열 중에는 상기 수용 공간의 열, 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 적어도 어느 하나의 누출이 방지되도록 가열부(120)의 측벽을 폐쇄하였다가 상기 고온 가스에 의한 폐자원(10)의 가열이 종료되면, 잔류물(15)을 배출할 수 있도록 가열부(120)의 측벽 일부를 개방할 수 있다. 여기서, 폐자원(10)의 가열이 종료되는 경우는 폐자원(10)의 공급 중단 및 상기 고온 가스의 공급 중단(예를 들어, 탄화실의 코크스 배출)을 포함할 수 있으며, 잔류물(15)이 일정량(또는 일정 높이) 이상 가열부(120)의 내부에 쌓이게(또는 차게) 되면 폐자원(10)의 공급을 중단하고 게이트 밸브(141a)을 열어 잔류물(15)을 배출시킬 수도 있다. 이때, 상기 일정량은 상기 연료 물질을 생성하고 수집하는 공정에 영향을 미치지 않을 정도의 양으로 알맞게 정해질 수 있으며, 가열부(120)의 내부에 쌓이는 잔류물(15)의 양이 상기 일정량에 도달하는지 여부는 폐자원(10) 대비 잔류물(15)의 양을 구하는 식 또는 센서(예를 들어, 중량 센서, 접촉 센서 등)를 이용하여 알 수 있다.
잔류물 배출관(141b)은 게이트 밸브(141a)에 연결될 수 있고, 게이트 밸브(141a)가 개방되는 경우에 잔류물(15)이 배출될 수 있다.
잔류 탄소 배출부(142)는 잔류 탄소(25)를 배출할 수 있는데, 가열부(120)의 하단부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 가열부(120)의 하단에 가열부(120)와 연통되어 설치될 수 있는데, 가열부(120) 내의 잔류 탄소(25)가 하부로 떨어지도록 구성될 수 있다. 잔류 탄소 배출부(142)는 잔류 탄소(25)의 외부로의 배출을 제어하는 배출탭(emission tap)을 포함할 수 있다. 배출탭은 개폐될 수 있는데, 상기 고온 가스에 의한 폐자원(10)의 가열 중에는 상기 수용 공간의 열, 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 적어도 어느 하나의 누출이 방지되도록 폐쇄되었다가 상기 고온 가스에 의한 폐자원(10)의 가열이 종료되면, 잔류 탄소(25)를 배출할 수 있도록 개방될 수 있다. 여기서, 상기 배출탭이 폐쇄되는 경우에는 상기 고온 가스가 가열부(120)의 내부에 직접 공급되는 것을 방지할 수도 있다. 이때, 상기 고온 가스에 의해 상기 연료 물질에 불순물 성분(또는 가스)이 혼합되어 상기 연료 물질의 순도가 저하되는 것을 방지할 수도 있고, 코크스 오븐 가스(COG)와 같이 상기 고온 가스를 포집하여 사용하는 경우에는 상기 고온 가스의 누출을 방지할 수도 있다.
한편, 잔류 탄소(25)는 잔류 탄소 배출부(142)를 통해 고온관(211)의 하부로 떨어지도록 할 수 있는데, 잔류 탄소(25)는 고온관(211)의 하부에 위치하는 상기 설비(200)의 탄화실(210)로 떨어질 수 있고, 탄화실(210)에서 탄화되는 장입물(20) 및/또는 장입물(20)이 탄화된 탄화물에 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 설비(200)가 코크스 오븐인 경우에는 잔류 탄소(25)가 탄화실(210)로 떨어져 탄화실(210)의 코크스와 함께 압출될 수 있다.
본 발명에 따른 현열 활용 장치(100)는 가열부(120)에 가스가 공급되도록 가열부(120)에 연결되는 가스 공급부(150);를 더 포함할 수 있다. 가스 공급부(150)는 가열부(120)에 연결될 수 있고, 가열부(120)에 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(150)는 가열부(120)의 측벽에 연결될 수 있다. 상기 가스는 보조 가스를 포함할 수 있는데, 상기 보조 가스는 상기 고온 가스에 의한 열을 보조하여 폐자원(10)의 가스화 및/또는 액화를 활성화시키는 활성화 가스 및 가열부(120) 내부의 세정시에 세정을 위해 사용되는 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 이때, 상기 활성화 가스 및/또는 상기 퍼지 가스로 공기(예를 들어, 대기 중 공기)를 사용할 수 있다. 상기 활성화 가스는 폐자원(10)의 가스화 및/또는 액화를 활성화시켜 상기 연료 물질의 생성을 촉진시킬 수 있는데, 본 발명에서는 상기 고온 가스의 열이 외부에서 내부로 공급되어 간접적으로 폐자원(10)이 가열되기 때문에 폐자원(10)의 가스화 및/또는 액화가 효과적이지 않을 수 있으므로, 가스 공급부(150)를 통해 상기 활성화 가스를 가열부(120)의 내부에 공급하여 폐자원(10)의 가스화 및/또는 액화를 활성화(또는 촉진)시킬 수 있다. 또한, 상기 활성화 가스를 통해 폐자원(10)의 가스화 및/또는 액화를 활성화시켜 완전 가스화 및/또는 완전 액화시킴으로써, 잔류 탄소(25)를 제외한 잔류물(15)이 생기지 않도록 할 수도 있다. 예를 들어, 가열부(120) 내부의 측벽이나 바닥에 남아있는 잔류물(15)을 상기 활성화 가스를 이용한 연소(또는 완전 연소)를 통해 제거할 수 있다.
상기 퍼지 가스는 가열부(120) 내부의 세정을 위해 사용될 수 있는데, 불활성 가스를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 열원이 외부에서 내부로 공급되기 때문에 가열부(120)의 내부에 부착되어 있는 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)가 있을 수 있고, 가열부(120)의 내부에 부착되어 있는 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)에 의해 상기 고온 가스에 의한 열이 차단되어 폐자원(10)의 가열이 효과적이지 않게 될 수 있다. 이에 따라 상기 퍼지 가스를 통해 가열부(120)의 내부에 부착되어 있는 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)를 제거할 수 있고, 이를 통해 폐자원(10)이 효과적으로 가열되도록 할 수 있다. 제거된 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)는 가스 배출구를 통해 상기 퍼지 가스와 함께 배출될 수 있고, 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)은 배출되면서 포집될 수 있다. 여기서, 가열부(120) 내부의 세정시에는 상기 연료 물질을 수집하지 않기 때문에 연료 수집부(130)의 배출구를 상기 가스 배출구로 사용할 수도 있는데, 제거된 잔류물(15) 및/또는 잔류 탄소(25)이 상기 퍼지 가스와 함께 동일한 배출구로 가열부(120)의 내부에서 빠져나가 다른 배관을 통해 배출될 수 있다. 잔류 탄소(25)만 가열부(120)의 내부에 부착되어 있는 경우에는 상기 퍼지 가스로 부착된 잔류 탄소(25)를 떨어뜨려 잔류 탄소(25)가 상기 설비(200)의 탄화실(210)에 투입되도록 할 수도 있다.
가열부(120)는 가열을 위해 폐자원(10)이 지지되는 가열물 받침대(121)를 포함할 수 있다. 가열물 받침대(121)는 폐자원(10)을 지지할 수 있는데, 그레이트 바(grate bar) 등의 분산판 형태일 수도 있고, 지지면이 개폐되는 셔터(shutter) 형태일 수도 있으며, 바닥면을 형성하는 플레이트(plate) 형태일 수도 있다. 가열물 받침대(121)가 분산판 형태인 경우에는 미세한 크기(예를 들어, 5 ㎜)의 관통홀이 형성될 수 있으며, 상기 관통홀을 통해 가스 공급부(150)에서 공급되는 상기 가스가 통과할 수도 있고, 잔류 탄소(25)가 통과할 수도 있다. 이때, 폐자원(10)은 가스화(또는 열분해)될 수 있고, 상기 연료 물질은 연료 가스일 수 있다. 여기서, 상기 가스 및/또는 잔류 탄소(25)가 효과적을 통과할 수 있도록 상기 관통홀이 규칙적으로 형성될 수 있고, 폐자원(10) 및 잔류 탄소(25)를 제외한 잔류물(15)은 분산판 형태의 가열물 받침대(121)를 통해 하부로 새어나가지 않도록 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 활성화 가스를 가열물 받침대(121)의 하부에서 공급하게 되면, 상기 활성화 가스가 가열물 받침대(121)의 하부에서 상부로 폐자원(10)에 직접 공급되어 폐자원(10)의 가스화가 효과적으로 활성화될 수 있으며, 잔류 탄소(25)가 자연적으로 분리(또는 배출)될 수 있다. 여기서, 상기 활성화 가스는 폐자원(10)의 가스화에 사용될 수 있고, 사용되지 않은 상기 활성화 가스는 연료 수집부(130)의 배출구를 통해 배출될 수 있다. 이때, 상기 활성화 가스를 따로 포집할 수도 있고, 상기 활성화 가스가 상기 연료 가스에 불순물로 작용하지 않는 경우에는 상기 연료 가스와 함께 연료 수집부(130)에서 수집될 수 있다.
한편, 분산판 형태의 가열물 받침대(121)를 통해 폐자원(10)의 가스화가 효과적으로 활성화되어 잔류 탄소(25)를 제외한 잔류물(15)이 남지 않게 되면, 잔류물 배출부(141)을 설치(또는 사용)하지 않을 수 있으며, 잔류 탄소(25)가 상기 관통홀을 통해 배출될 수 있기 때문에 가열물 받침대(121)를 제거하지 않을 수도 있다. 그리고 분산판 형태의 가열물 받침대(121)를 사용하는 경우에 잔류 탄소(25)를 가열부(120)의 하부로 배출시켜 상기 설비(200)의 탄화실(210)에 투입하기 위해 상기 퍼지 가스를 가열부(120)의 상부에서 공급하여 가열물 받침대(121)의 상부에서 하부로 잔류 탄소(25)가 배출되도록 할 수 있다.
가열물 받침대(121)가 셔터 형태인 경우에는 상기 수용 공간(즉, 상기 폐자원이 가열될 수 있는 공간)을 제한하여 효과적으로 폐자원(10)이 가열되도록 할 수 있고, 상기 수용 공간의 열, 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 적어도 어느 하나의 누출을 방지할 수 있다. 이때, 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 어느 하나는 액체 물질(또는 액체 성분)을 포함할 수 있고, 폐자원(10)이 액화 또는 용융될 수 있다. 이에 따라 가열물 받침대(121)를 셔터 형태로 구성하여 상기 액체 물질의 누출(또는 누액)을 차단할 수 있다. 공정 잔류물(15,25)이 액체인 경우에는 잔류물 배출부(141)를 통해 공정 잔류물(15,25)이 배출되거나 셔터가 개방되어 하부로 공정 잔류물(15,25)이 배출될 수도 있다. 이때, 액체 상태의 공정 잔류물(15,25)이 상기 설비(200)의 탄화실(210)에 들어가지 않도록 배관을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 상기 연료 물질이 액체 연료인 경우에는 연료 수집부(130)가 잔류물 배출부(141)와 같이 구성될 수 있고, 게이트 밸브가 열려 상기 액체 연료가 배출되어 수집될 수 있다. 또한, 연료 수집부(130)가 셔터의 하부에 연결되어 상기 셔터가 개방됨으로써, 하부로 상기 액체 연료가 수집될 수도 있다.
한편, 공정 잔류물(15,25) 또는 상기 액체 연료를 잔류물 배출부(141)(또는 잔류물 배출부와 같은 구성)로 배출(또는 수집)하고 셔터를 개방하여 가열부(120)의 내부에 부착되어 있는 잔류 탄소(25)를 하부로 배출하는 경우에는 상기 고온 가스를 상기 셔터에 접촉시켜 상기 가열부(120)의 하부에서도 효과적으로 가열이 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 잔류 탄소(25)의 배출은 상기 셔터의 개폐로 제어될 수 있다.
가열물 받침대(121)가 플레이트 형태인 경우에는 액체 물질을 포함하는 폐자원(10), 공정 잔류물(15,25), 상기 연료 물질 중 어느 하나의 누출을 방지할 수 있고, 상기 가열부(120)의 하부에서도 효과적으로 가열이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 경우, 잔류 탄소(25)를 상기 설비(200)의 탄화실(210)에 투입하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 상기 설비(200)는 고온관(211)을 포함하는 탄화실(210); 및 탄화실(210)의 일측에 배치되는 연소실(220)을 포함할 수 있고, 연료 수집부(130)는 연소실(220)에 연결될 수 있다. 탄화실(210)은 고온관(211)을 포함할 수 있고, 탄화실(210)의 장입물(20)을 가열하여 탄화 또는 건류시킬 수 있다. 이때, 탄화실(210)에서는 공기가 없는 상태에서 장입물(20)이 탄화 또는 건류될 수도 있고, 장입물(20)이 탄화 또는 건류되면서 고온관(211)을 통해 상기 고온 가스가 통과할 수 있다. 여기서, 상기 설비(200)는 코크스 오븐을 포함할 수 있고, 고온관(211)은 상승관을 포함할 수 있으며, 장입물(20)은 석탄을 포함할 수 있고, 상기 고온 가스는 코크스 오븐 가스(COG)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 설비(200)가 코크스 오븐인 경우에는 석탄이 건류되어 코크스로 변환될 수 있고, 잔류 탄소(25)는 탄화실(210)로 떨어져 상기 코크스와 함께 압출될 수 있다.
연소실(220)은 탄화실(210)의 일측에 배치될 수 있고, 탄화실(210)에 연결되어 장입물(20)을 가열하기 위한 열을 탄화실(210)에 공급할 수 있다. 이때, 연소실(220)에서는 연료를 태워 뜨거운 상태로 유지될 수 있다. 연소실(220)은 복수의 서브 연소실로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 탄화실(210)은 높이 약 6 m, 길이 약 14 m, 폭 약 0.45 m일 수 있는데, 연소실(220)은 탄화실(210)의 길이 방향으로 나란히 제공될 수 있다. 탄화실(210)의 길이가 약 14 m로 길기 때문에 단일의 연소실(220)이 제공되게 되면, 탄화실(210)에 효과적으로 열을 공급하기 위한 연소실(220)의 구성이 어려울 뿐만 아니라 연소실(220) 내의 온도 편차가 심하여 탄화실(210)에 열이 균일하게 공급되지 못하게 된다. 이에 따라 탄화실(210)의 각 부분마다 효과적으로 열을 공급하고 연소실(220)의 위치 간 온도 편차를 줄이기 위해 탄화실(210)의 길이 방향을 나누어 상기 복수의 서브 연소실이 배치될 수 있다. 이때, 연소실(220)의 전체 길이는 탄화실(210)의 길이와 유사하게 될 수 있고, 연소실(220)의 높이 및 폭은 탄화실(210)의 높이 및 폭과 유사할 수 있다.
연료 수집부(130)는 연소실(220)에 연결될 수 있고, 상기 연료 물질을 연소실(220)에 공급할 수 있다. 이때, 상기 연소 물질을 태워 장입물(20)을 가열하기 위한 열을 발생시킬 수 있는데, 상기 연소 물질로만 장입물(20)을 가열하기 위한 열을 발생시킬 수도 있고, 장입물(20)을 가열하기 위한 열을 발생시키기 위한 연료를 상기 연소 물질를 통해 보충해 줄 수도 있다. 한편, 연소실(220) 중 다른 부분보다 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하여 낮은 온도를 보상해 줄 수도 있다.
그리고 연료 수집부(130)는 연소실(220)의 최외측(S,S´)에 연결될 수 있는데, 상기 복수의 서브 연소실로 이루어진 경우에는 연소실(220) 중 최외측(S,S´)의 서브 연소실에 연결될 수 있다. 여기서, 최외측(S,S´) 중 일측(S)은 푸셔 사이드(pusher side)일 수 있고, 타측(S´)은 코크스 사이드(coke side)일 수 있다. 도 3의 그래프와 같이, 외부에 노출되는 연소실(220)의 최외측(S,S´)은 연소실(220)의 다른 부분보다 온도가 낮게 나타나며, 온도 편차가 심하게 발생한다. 코크스 등의 상기 탄화물은 공급되는 열의 온도에 따라 그 특성 및 생산성에 큰 영향을 받으므로, 연소실(220)의 온도 편차(또는 상기 연소실 내부의 온도 편차)가 심하게 발생할수록 상기 탄화물의 품질 편차가 심화된다. 이에 따라 본 발명에서는 연소실(220)의 최외측(S,S´)에 연료 수집부(130)를 연결하여 상기 연료 물질을 공급함으로써, 외부 노출에 의한 온도 하락을 보상해 줄 수 있다. 이를 통해 연소실(220) 내부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 연소실(220) 운용을 개선할 수 있으며, 상기 탄화물의 품질 편차를 저감할 수 있다. 한편, 상기 복수의 서브 연소실로 이루어진 경우에는 연소실(220) 중 다른 부분보다 온도가 낮은 부분에 효과적으로 상기 연료 물질을 공급할 수 있고, 연소실(220) 중 최외측(S,S´)의 서브 연소실에만 상기 연료 물질을 공급하더라도 최외측(S,S´)의 서브 연소실에 인접한 서브 연소실의 온도 하락도 개선될 수 있다. 하지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 필요에 따라 연소실(220) 중 다른 부분보다 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하여 낮은 온도를 보상해 줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치의 변형예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 연료 수집부(130)는 연소실(220)의 상부(H´) 또는 하부(H)에 연결될 수 있다. 도 4의 그래프를 보면, 연소실(220)은 내부 온도의 상하 편차도 발생하는 것을 알 수 있는데, 약 2 ~ 3 m 높이를 갖는 화염의 끝부분이 위치하는 중간 부분(또는 중간 높이)의 온도가 높고, 연소실(220)의 상부(H´) 및/또는 하부(H)는 상대적으로 상기 중간 부분보다 온도가 낮은 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 연료 수집부(130)는 연소실(220)의 상부(H´) 및/또는 하부(H)에 연결될 수 있고, 연소실(220)의 상부(H´) 및/또는 하부(H)에 상기 연료 물질을 공급하여 연소실(220) 상부(H´) 및/또는 연소실(220) 하부(H)의 온도 하락을 보상해 줄 수 있다. 이를 통해 연소실(220) 내부의 온도 편차를 보다 줄일 수 있고, 연소실(220) 운용을 보다 개선할 수 있으며, 상기 탄화물의 품질 편차를 보다 저감할 수 있다.
한편, 연소실(220)은 상하(H´,H)가 다단으로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 각 높이에 따라 효과적으로 온도를 유지할 수 있고, 다른 부분보다 온도가 낮은 부분에 효과적으로 상기 연료 물질을 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 연소실에 연료 수집부가 연결된 현열 활용 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 상기 설비(200)는 각각 고온관(211)을 포함하는 탄화실(210)을 복수개 구비할 수 있으며, 탄화실(210)과 교번되어 배치되는 연소실(220)을 복수개 구비할 수 있고, 각 고온관(211)에 설치된 각 연료 수집부(130) 중 적어도 일부는 복수의 연소실(220) 중 적어도 어느 하나의 연소실(220)에 연결될 수 있다. 복수의 탄화실(210)은 각각 고온관(211)을 포함할 수 있고, 상기 길이 방향으로 서로 나란히 배치될 수 있다.
복수의 연소실(220)은 탄화실(210)과 교번되어 상기 길이 방향으로 나란히 배치될 수 있고, 각 연소실(220)은 상기 복수의 서브 연소실로 이루어질 수 있다.
각 고온관(211)에 설치된 각 연료 수집부(130) 중 적어도 일부는 복수의 연소실(220) 중 적어도 어느 하나의 연소실(220)에 연결될 수 있다. 상기 연료 수집부(130) 중 적어도 일부는 상기 적어도 어느 하나의 연소실(220)에 연결되어 상기 연료 물질을 공급할 수 있다. 상기 연료 물질을 상기 적어도 어느 하나의 연소실(220)에 공급하여 내부 온도를 향상시킬 수 있는데, 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 낮은 연소실(220)에 상기 연료 물질을 공급하여 낮은 온도를 보상해 줄 수 있다. 즉, 상기 적어도 어느 하나의 연소실(220)은 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 낮은 연소실(220)일 수 있고, 바람직하게는 인접한 연소실(220)보다 내부 온도가 낮은 연소실(220)일 수도 있다.
복수의 연소실(220) 중 적어도 일부는 연료 공급구(221)를 구비할 수 있고, 본 발명의 현열 활용 장치(100)는 각 연료 수집부(130)와 연료 공급구(221) 사이를 연결하는 연결 배관(132); 및 연결 배관(132)에 설치되는 밸브(131);를 더 포함할 수 있다. 복수의 연소실(220) 중 적어도 일부는 연료 공급구(221)를 구비할 수 있는데, 연료 공급구(221)를 통해 연소실(220) 내부에 상기 연료 물질이 공급될 수 있다.
연결 배관(132)은 각 연료 수집부(130)와 연료 공급구(221) 사이를 연결할 수 있는데, 복수의 연료 수집부(130)를 하나의 연료 공급구(221)와 연결할 수도 있고, 복수의 연료 수집부(130)를 복수의 연료 공급구(221)와 연결할 수도 있다. 연결 배관(132)을 통해 각 연료 수집부(130)에서 수집되는 상기 연료 물질을 원하는 연소실(220)의 연료 공급구(221)에 공급할 수 있다.
밸브(131)는 연결 배관(132)에 설치될 수 있고, 상기 연료 물질의 공급을 제어할 수 있다. 밸브(131)를 통해 상기 연료 물질의 공급을 제어하여 원하는 연소실(220)의 연료 공급구(221)에만 상기 연료 물질을 공급할 수 있다. 예를 들어, 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 낮은 연소실(220)에 연료 공급구(221)가 형성될 수 있고, 상기 내부 온도가 낮은 연소실(220)의 연료 공급구(221)에만 상기 연료 물질을 공급할 수 있다.
그리고 밸브(131)를 통해 상기 연료 물질의 공급량을 제어하여 원하는 양만큼 각 연소실(220)에 상기 연료 물질을 공급할 수도 있다. 예를 들어, 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 많이 낮은 연소실(220)에는 상기 연료 물질을 많이 공급하고 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 조금 낮은 연소실(220)에는 상기 연료 물질을 조금 공급할 수 있다. 각 연료실(220)의 필요에 따라 밸브(131)를 조절하여 알맞은 양의 상기 연료 물질을 공급할 수 있다.
각 연료 수집부(130) 중 적어도 일부는 복수의 연소실(220) 중 최외측 연소실(220a,220a´)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 설비(200)의 최외측(A,A´)에 위치하는 연소실(220a) 또는 상기 설비(200)의 최외측(A,A´)에 위치하는 탄화실(210)과 연결된 연소실(220a´)에 연결될 수 있다. 도 5의 그래프와 같이, 외부에 노출되는 최외측 연소실(220a,220a´)은 다른 연소실(220)보다 온도가 낮게 나타난다. 상기 탄화물은 공급되는 열의 온도에 따라 그 특성 및 생산성에 큰 영향을 받으므로, 연소실(220)의 온도 편차(또는 복수의 상기 연소실의 온도 편차)가 발생할수록 연소실(220) 간에 상기 탄화물의 품질 편차가 발생한다. 이에 따라 본 발명에서는 최외측 연소실(220a,220a´)에 연료 수집부(130)를 연결하여 상기 연료 물질을 공급함으로써, 외부 노출에 의한 온도 하락을 보상해 줄 수 있다. 이를 통해 연소실(220) 간의 온도 편차를 줄일 수 있고, 연소실(220) 운용을 최적화할 수 있으며, 상기 탄화물의 품질 편차를 최소화할 수 있다.
한편, 복수의 탄화실(210)은 복수의 연소실(220)의 사이마다 배치될 수 있다. 즉, 복수의 연소실(220)이 탄화실(210)의 양측에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 복수의 연소실(220) 중 최외측 연소실(220a,220a´)의 온도 하락(또는 온도 편차)이 동일하여 질 수 있고, 복수의 연소실(220)의 온도 분포가 대칭이 될 수 있으며, 이에 따라 복수의 연소실(220)을 동일한 온도로 맞추는 데에 용이할 수 있다. 이때, 복수의 연소실(220)에서 발생(또는 생성)되는 열이 복수의 탄화실(210)에 균일하게 분배될 수 있도록 할 수 있는데, 모든 탄화실(210)의 양측에 대칭되도록 복수의 연소실(220)을 배치하여 각 탄화실(210)의 양측에 대칭되어 배치되는 복수의 연소실(220)이 각 탄화실(210)에 열을 공급하도록 할 수도 있고, 복수의 연소실(220)이 각 탄화실(210)마다 동일한 수의 연소실(220)로 나누어지지 않는 경우에도 복수의 연소실(220)에서 발생되는 열을 잘 분배하여 복수의 탄화실(210)에 균일한 열이 공급되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치(100)는 고온관(211)을 포함하는 설비(200)에 설치되어 고온관(211)의 내부를 통과하는 상기 고온 가스로 폐자원(10)을 가열함으로써, 고온관(211)을 통과하는 상기 고온 가스의 현열을 활용할 수 있고, 상기 고온 가스에 의한 가열을 통해 폐자원(10)을 가스화 또는 액화시키기 위한 에너지를 효과적으로 조달할 수 있다. 그리고 현열 활용 장치(100)를 통해 폐자원(10)으로부터 생성된 상기 연료 물질을 연소실(220) 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 공급하여 연소실(220) 내부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 연소실(220)이 복수인 경우에는 복수의 연소실(220) 중 다른 연소실(220)보다 내부 온도가 낮은 연소실(220)에 폐자원(10)으로부터 생성된 상기 연료 물질을 공급하여 연소실(220) 간의 온도 편차를 줄일 수도 있으며, 연소실(220) 운용을 최적화할 수 있다. 이에 따라 상기 설비(200)의 탄화실(210)에서 탄화되는 탄화물의 품질 편차를 최소화할 수 있다. 또한, 환경 문제가 되는 폐플라스틱, 바이오매스 등의 폐자원(10)을 상기 연료 물질로 전환함으로써, 이산화탄소(CO2)의 배출을 저감시킬 수 있고, 환경을 보존할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 현열 활용 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 현열 활용 방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 현열 활용 장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 현열 활용 방법은 고온 가스가 흐르는 고온관에 현열 활용기를 마련하는 과정(S100); 상기 현열 활용기에 폐자원을 공급하는 과정(S200); 상기 폐자원을 상기 고온 가스에 의하여 가열하는 과정(S300); 상기 폐자원의 가열에 의해 연료 물질을 생성하는 과정(S400); 및 생성되는 상기 연료 물질을 수집하는 과정(S500);을 포함할 수 있다.
먼저, 고온 가스가 흐르는 고온관에 현열 활용기를 마련한다(S100). 상기 고온관에 현열 활용기를 설치할 수 있는데, 상기 현열 활용기는 상기 고온관의 내부에 설치되고, 내부에 수용 공간을 갖는 가열부를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 현열 활용기에 폐자원을 공급한다(S200). 즉, 상기 현열 활용기의 상기 가열부에 폐자원을 공급할 수 있는데, 상기 수용 공간에 상기 폐자원이 공급될 수 있다.
그 다음 상기 폐자원을 상기 고온 가스에 의하여 가열한다(S300). 상기 폐자원은 상기 고온 가스에 의해 가열될 수 있고, 열분해 또는 용융되어 가스화 및/또는 액화될 수 있다. 여기서, 상기 고온 가스가 상기 폐자원을 가열하는 것을 통해 상기 고온 가스의 현열이 활용(또는 회수)될 수 있다.
그리고 상기 폐자원의 가열에 의해 연료 물질을 생성한다(S400). 상기 폐자원의 가열에 의해 상기 폐자원이 열분해 또는 용융되어 가스화 및/또는 액화됨으로써, 연료 물질(또는 재생 연료)이 생성될 수 있다. 여기서, 상기 연료 물질은 연료 가스 및/또는 액체 연료를 포함할 수 있다.
그 다음 생성되는 상기 연료 물질을 수집한다(S500). 생성되는 상기 연료 물질은 상기 현열 활용기의 연료 수집부를 통해 수집될 수 있는데, 수집되는 상기 연료 물질은 다른 장치 또는 설비에 직접 공급되어 사용될 수도 있고, 연료 가스 또는 액체 연료의 형태로 저장되어 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 현열 활용 방법은 상기 고온관의 내부를 흐르는 상기 고온 가스로 상기 폐자원을 가열하여 상기 고온 가스의 현열을 활용할 수 있고, 상기 고온 가스에 의한 가열을 통해 상기 폐자원을 가스화 또는 액화시키기 위한 에너지를 효과적으로 조달할 수 있다. 그리고 상기 고온 가스에 의해 상기 수용 공간에 수용된 상기 폐자원을 가열하여 생성되는 상기 연료 물질만 회수하므로, 열교환매체를 통해 고온 가스의 현열 자체를 회수하였던 종래보다 열의 유출이 적을 수 있다. 또한, 상기 고온관의 내부와 상기 수용 공간이 일정한 온도로 열평형을 이룰 수 있어 과도한 현열 회수가 방지될 수도 있다. 이로 인해, 상기 고온관 내벽의 타르(tar) 생성을 최소화하여 상기 고온관의 막힘 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 상기 고온관을 포함하는 설비를 이용한 공정의 안정성과 효율성을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 현열 활용 방법은 상기 현열 활용기의 공정 잔류물을 배출하는 과정(S60); 및 상기 현열 활용기의 내부를 세정하는 과정(S70);을 더 포함할 수 있다. 상기 현열 활용기의 공정 잔류물을 배출할 수 있다(S60). 상기 공정 잔류물은 열분해 잔류물 및 차(char) 등의 탄화 잔류물을 포함하는 잔류물 및 가열 공정 후에 잔류하는 탄소 상태의 물질인 잔류 탄소를 포함할 수 있는데, 상기 고온 가스에 의해 상기 폐자원이 가열되어 상기 연료 물질을 생성하고 상기 잔류물과 상기 잔류 탄소 중 적어도 어느 하나가 상기 현열 활용기(즉, 상기 가열부) 내에 잔류할 수 있다. 상기 잔류물 또는 상기 잔류 탄소가 일정량(또는 일정 높이) 이상 상기 현열 활용기 내에 쌓이면, 상기 현열 활용기 내의 상기 공정 잔류물을 배출할 수 있다.
상기 현열 활용기의 내부를 세정할 수 있다(S70). 본 발명에서는 열원이 외부에서 내부로 공급되기 때문에 상기 현열 활용기의 내부에 부착되어 있는 상기 잔류물 및/또는 상기 잔류 탄소가 있을 수 있고, 상기 현열 활용기의 내부에 부착되어 있는 상기 잔류물 및/또는 상기 잔류 탄소에 의해 상기 고온 가스에 의한 열이 차단되어 상기 폐자원의 가열이 효과적이지 않게 될 수 있다. 이에 따라 상기 현열 활용기의 내부에 부착되어 있는 상기 잔류물 및/또는 상기 잔류 탄소를 제거할 수 있고, 이를 통해 상기 폐자원이 효과적으로 가열되도록 할 수 있다.
상기 세정하는 과정(S70)은 상기 현열 활용기의 내부에 퍼지 가스를 공급하는 과정(S71)을 포함할 수 있다. 상기 현열 활용기의 내부에 퍼지 가스를 공급할 수 있다(S71). 상기 퍼지 가스를 상기 현열 활용기의 내부에 공급하게 되면, 상기 퍼지 가스를 통해 상기 현열 활용기의 내부에 부착되어 있는 상기 잔류물 및/또는 상기 잔류 탄소가 효과적으로 제거될 수 있고, 이를 통해 상기 폐자원이 보다 효과적으로 가열될 수 있다.
상기 가열하는 과정(S300)은 상기 현열 활용기에 보조 가스를 공급하는 과정(S310)을 포함할 수 있다. 상기 현열 활용기에 보조 가스를 공급할 수 있다(S310). 상기 보조 가스는 상기 고온 가스에 의한 열을 보조하여 상기 폐자원의 가스화 및/또는 액화를 활성화시키는 활성화 가스를 포함할 수 있다. 이때, 상기 활성화 가스로 공기(예를 들어, 대기 중 공기)를 사용할 수 있다. 상기 활성화 가스는 상기 폐자원의 가스화 및/또는 액화를 활성화시켜 상기 연료 물질의 생성을 촉진시킬 수 있는데, 본 발명에서는 상기 고온 가스의 열이 외부에서 내부로 공급되어 간접적으로 상기 폐자원이 가열되기 때문에 상기 폐자원의 가스화 및/또는 액화가 효과적이지 않을 수 있으므로, 상기 활성화 가스를 상기 현열 활용기의 내부에 공급하여 상기 폐자원의 가스화 및/또는 액화를 활성화(또는 촉진)시킬 수 있다. 또한, 상기 활성화 가스를 통해 상기 폐자원의 가스화 및/또는 액화를 활성화시켜 완전 가스화 및/또는 완전 액화시킴으로써, 상기 잔류 탄소를 제외한 잔류물이 생기지 않도록 할 수도 있다.
상기 고온관은 탄화실에 구비될 수 있고, 상기 탄화실에서 발생된 상기 고온 가스를 이용하여 상기 연료 물질을 획득할 수 있으며, 본 발명의 현열 활용 방법은 상기 연료 물질을 연소실로 공급하는 과정(S600);을 더 포함할 수 있다. 상기 고온관은 탄화실에 구비될 수 있는데, 상기 탄화실에서 발생된 상기 고온 가스가 상기 고온관을 통과할 수 있다. 이에 따라 상기 고온관에 상기 현열 활용기를 설치함으로써, 상기 탄화실에서 발생된 상기 고온 가스를 이용하여 상기 연료 물질을 획득할 수 있다.
상기 연료 물질을 연소실로 공급할 수 있다(S600). 상기 연소실은 상기 연소 물질을 태워 장입물을 가열하기 위한 열을 발생시킬 수 있는데, 상기 연소 물질로만 상기 장입물을 가열하기 위한 열을 발생시킬 수도 있고, 상기 연소 물질를 통해 상기 장입물을 가열하기 위한 열을 발생시키기 위한 연료가 보충될 수도 있다. 한편, 상기 연소실 중 다른 부분보다 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하여 낮은 온도를 보상해 줄 수도 있다.
상기 연소실로 공급하는 과정(S600)은 상기 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하는 과정(S610)을 포함할 수 있다. 상기 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급할 수 있다(S610). 상기 탄화실에서 탄화되는 코크스 등의 탄화물은 공급되는 열의 온도에 따라 그 특성 및 생산성에 큰 영향을 받으므로, 상기 연소실의 온도 편차(또는 상기 연소실 내부의 온도 편차)가 심하게 발생할수록 상기 탄화물의 품질 편차가 심화된다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분(예를 들어, 상기 연소실의 최외측)에 상기 연료 물질을 공급하여 낮은 온도(예를 들어, 외부 노출에 의한 온도 하락)를 보상해 줄 수 있다. 이를 통해 상기 연소실 내부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 상기 연소실 운용을 개선할 수 있으며, 상기 탄화물의 품질 편차를 저감할 수 있다.
상기 현열 활용기를 마련하는 과정(S100)은 상기 탄화실과 상기 연소실이 복수개 구비된 설비의 각 탄화실에 상기 현열 활용기를 각각 장착하는 과정(S110)을 포함할 수 있고, 상기 연소실로 공급하는 과정(S600)은 상기 각 현열 활용기로부터 획득한 연료 물질 중 적어도 일부를 복수의 상기 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실에 공급하는 과정(S650)을 포함할 수 있다. 상기 탄화실과 상기 연소실이 복수개 구비된 설비의 각 탄화실에 상기 현열 활용기를 각각 장착할 수 있다(S110). 이에 따라 상기 각 탄화실의 상기 고온관에서 상기 연료 물질을 생성하고 수집할 수 있다.
상기 각 현열 활용기로부터 획득한 연료 물질 중 적어도 일부를 복수의 상기 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실에 공급할 수 있다(S650). 상기 탄화물은 공급되는 열의 온도에 따라 그 특성 및 생산성에 큰 영향을 받으므로, 상기 연소실의 온도 편차(또는 복수의 상기 연소실의 온도 편차)가 발생할수록 상기 연소실 간에 상기 탄화물의 품질 편차가 발생한다. 이에 따라 본 발명에서는 복수의 상기 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실(예를 들어, 최외측 상기 연소실 또는 최외측 상기 탄화실과 연결된 연소실)에 상기 연료 물질을 공급하여 외부 노출에 의한 온도 하락을 보상해 줄 수 있다. 이를 통해 상기 연소실 간의 온도 편차를 줄일 수 있고, 상기 연소실 운용을 최적화할 수 있으며, 상기 탄화물의 품질 편차를 최소화할 수 있다.
상기 폐자원은 고분자 폐기물 또는 유기 폐기물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 폐자원은 쓰고 난 자원 또는 버려지는 자원을 의미하고, 고분자 폐기물 또는 유기 폐기물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 폐기물은 고분자가 함유된 폐기물로서, 폐플라스틱을 포함할 수 있고, 상기 유기 폐기물은 유기 물질이 함유된 폐기물로서, 바이오매스를 포함할 수 있다. 상기 고분자 폐기물 또는 상기 유기 폐기물을 가열(또는 열분해)하면 재생 연료(또는 연료 가스 등의 연료 물질)를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 환경 문제가 되는 폐플라스틱, 바이오매스 등의 폐자원을 연료 물질로 전환함으로써, 이산화탄소(CO2)의 배출을 저감시킬 수 있고, 환경을 보존할 수도 있다.
한편, 석탄이나 다른 폐자원을 가스화하면, 약 1 % 정도만 가스화되고 나머지가 공정 잔류물로 남게 되지만, 상기 고분자 폐기물 또는 상기 유기 폐기물을 사용하여 가스화하게 되면, 약 97 % 이상이 가스화될 수 있고, 적은 양의 공정 잔류물이 남게 되며, 상기 고분자 폐기물 또는 상기 유기 폐기물은 탄소(C) 성분을 다량 함유하고 있기 때문에 남은 상기 공정 잔류물도 대부분 잔류 탄소일 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 고온관을 포함하는 설비에 설치되어 고온관의 내부를 통과하는 고온 가스로 폐자원을 가열함으로써, 고온관을 통과하는 고온 가스의 현열을 활용(또는 회수)할 수 있고, 고온 가스에 의한 가열을 통해 폐자원을 가스화 또는 액화시키기 위한 에너지를 효과적으로 조달할 수 있다. 그리고 현열 활용 장치를 통해 폐자원으로부터 생성된 연료 물질을 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 공급하여 연소실 내부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 연소실이 복수인 경우에는 복수의 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실에 폐자원으로부터 생성된 연료 물질을 공급하여 연소실 간의 온도 편차를 줄일 수도 있으며, 연소실 운용을 최적화할 수 있다. 이에 따라 상기 설비의 탄화실에서 탄화되는 탄화물의 품질 편차를 최소화할 수 있다. 또한, 환경 문제가 되는 폐플라스틱, 바이오매스 등의 폐자원을 연료 물질로 전환함으로써, 최근 크게 대두되고 있는 이산화탄소(CO2)의 배출을 저감시킬 수 있고, 환경을 보존할 수도 있다. 한편, 본 발명에서는 고온 가스에 의해 가열부의 수용 공간에 수용된 폐자원을 가열하여 생성되는 연료 물질만 회수하므로, 열교환매체를 통해 고온 가스의 현열 자체를 회수하였던 종래보다 열의 유출이 적을 수 있다. 또한, 고온관의 내부와 가열부의 수용 공간이 일정한 온도로 열평형을 이룰 수 있어 과도한 현열 회수가 방지될 수도 있다. 이로 인해, 고온관 내벽의 타르(tar) 생성을 최소화하여 고온관의 막힘 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 상기 설비를 이용한 공정의 안정성과 효율성을 극대화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 폐자원 15 : 잔류물
20 : 장입물(석탄) 25 : 잔류 탄소
100 : 현열 활용 장치 110 : 폐자원 공급부
111 : 스크루 피더 112 : 호퍼
120 : 가열부 121 : 가열물 받침대
130 : 연료 수집부 131 : 밸브
132 : 연결 배관 140 : 공정잔류물 배출부
141 : 잔류물 배출부 141a: 게이트 밸브
141b: 잔류물 배출관 142 : 잔류 탄소 배출부
150 : 가스 공급부 200 : 설비(코크스 오븐)
210 : 탄화실 211 : 고온관
211a: 고온관 덮개 212 : 장입구
212a: 장입구 덮개 220 : 연소실
220a,220a´: 최외측 연소실 221 : 연료 공급구
300 : 고온가스 포집부

Claims (19)

  1. 내부에 고온 가스가 통과하는 고온관을 포함하는 설비에 설치되는 현열 활용 장치에 있어서,
    상기 고온 가스가 통과하는 상기 고온관의 내부에 설치되고, 내부에 수용 공간을 갖는 가열부;
    상기 수용 공간에 폐자원이 공급되도록 상기 가열부에 연결되는 폐자원 공급부; 및
    상기 가열부에 수용된 상기 폐자원이 가열되어 생성되는 연료 물질이 배출되도록 상기 가열부에 연결되는 연료 수집부;를 포함하는 현열 활용 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부의 측벽은 열전도성 재질을 포함하는 현열 활용 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐자원 공급부는 상기 폐자원을 공급하는 스크루 피더를 포함하는 현열 활용 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열부의 공정 잔류물이 배출되도록 상기 가열부의 하단부에 연결되는 공정잔류물 배출부;를 더 포함하는 현열 활용 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열부에 가스가 공급되도록 상기 가열부에 연결되는 가스 공급부;를 더 포함하는 현열 활용 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 설비는, 상기 고온관을 포함하는 탄화실; 및 상기 탄화실의 일측에 배치되는 연소실을 포함하고,
    상기 연료 수집부는 상기 연소실에 연결되는 현열 활용 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료 수집부는 상기 연소실의 최외측에 연결되는 현열 활용 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 연료 수집부는 상기 연소실의 상부 또는 하부에 연결되는 현열 활용 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 설비는, 각각 상기 고온관을 포함하는 상기 탄화실을 복수개 구비하며, 상기 탄화실과 교번되어 배치되는 상기 연소실을 복수개 구비하고,
    상기 각 고온관에 설치된 각 연료 수집부 중 적어도 일부는, 복수의 상기 연소실 중 적어도 어느 하나의 연소실에 연결되는 현열 활용 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    복수의 상기 연소실 중 적어도 일부는 연료 공급구를 구비하고,
    상기 각 연료 수집부와 상기 연료 공급구 사이를 연결하는 연결 배관; 및 상기 연결 배관에 설치되는 밸브;를 더 포함하는 현열 활용 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 각 연료 수집부 중 적어도 일부는, 복수의 상기 연소실 중 최외측 연소실과 연결되는 현열 활용 장치.
  12. 고온 가스가 흐르는 고온관의 내부에 수용 공간을 갖는 가열부를 구비한 현열 활용기를 마련하는 과정;
    상기 현열 활용기의 상기 가열부에 폐자원을 공급하는 과정;
    상기 가열부에 수용된 상기 폐자원을 상기 고온 가스에 의하여 가열하는 과정;
    상기 폐자원의 가열에 의해 연료 물질을 생성하는 과정; 및
    생성되는 상기 연료 물질을 수집하는 과정;을 포함하는 현열 활용 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 현열 활용기의 공정 잔류물을 배출하는 과정; 및
    상기 현열 활용기의 내부를 세정하는 과정;을 더 포함하는 현열 활용 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 세정하는 과정은, 상기 현열 활용기의 내부에 퍼지 가스를 공급하는 과정을 포함하는 현열 활용 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 가열하는 과정은, 상기 현열 활용기에 보조 가스를 공급하는 과정을 포함하는 현열 활용 방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온관은 탄화실에 구비되고, 상기 탄화실에서 발생된 상기 고온 가스를 이용하여 상기 연료 물질을 획득하며,
    상기 연료 물질을 연소실로 공급하는 과정;을 더 포함하는 현열 활용 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 연소실로 공급하는 과정은 상기 연소실 중 다른 부분보다 내부 온도가 낮은 부분에 상기 연료 물질을 공급하는 과정을 포함하는 현열 활용 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 현열 활용기를 마련하는 과정은, 상기 탄화실과 상기 연소실이 복수개 구비된 설비의 각 탄화실에 상기 현열 활용기를 각각 장착하는 과정을 포함하고,
    상기 연소실로 공급하는 과정은, 상기 각 현열 활용기로부터 획득한 연료 물질 중 적어도 일부를, 복수의 상기 연소실 중 다른 연소실보다 내부 온도가 낮은 연소실에 공급하는 과정을 포함하는 현열 활용 방법.
  19. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐자원은 고분자 폐기물 또는 유기 폐기물을 포함하는 현열 활용 방법.
KR1020160167779A 2016-12-09 2016-12-09 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법 KR101875150B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167779A KR101875150B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167779A KR101875150B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180066673A KR20180066673A (ko) 2018-06-19
KR101875150B1 true KR101875150B1 (ko) 2018-07-06

Family

ID=62790334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160167779A KR101875150B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101875150B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102502682B1 (ko) * 2020-12-28 2023-02-24 재단법인 포항산업과학연구원 활성탄 재생 장치 및 이를 이용한 활성탄 재생 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009203335A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Jfe Engineering Corp バイオマス熱分解油からの燃料ガス製造方法及びタール製造方法、コークス炉ガスの保有顕熱の回収方法、転炉ガスの保有顕熱の回収方法及び転炉ガスの発熱量増加方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050005627A (ko) 2003-07-07 2005-01-14 주식회사 포스코 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009203335A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Jfe Engineering Corp バイオマス熱分解油からの燃料ガス製造方法及びタール製造方法、コークス炉ガスの保有顕熱の回収方法、転炉ガスの保有顕熱の回収方法及び転炉ガスの発熱量増加方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180066673A (ko) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10093875B2 (en) Biomass gasification/pyrolysis system and process
US9505996B2 (en) System and method for processing material to generate syngas using plurality of gas removal locations
RU2287010C2 (ru) Экологически чистый способ получения энергии из угля (варианты)
KR100948784B1 (ko) 슬러지 건조와 탄화장치
DK2799523T3 (en) EXTERNAL HEATED MICROWAVELY PLASMA GASATING DEVICE AND PROCEDURE FOR SYNTHESE GAS PRODUCTION
AU2008303334B2 (en) Downdraft refuse gasification
WO2007077685A1 (ja) バイオマスガス化装置
KR101721823B1 (ko) 가연성 폐기물 및 바이오매스 자원을 이용하는 상향식 가스화 반응기
CN106987281A (zh) 粉煤热解气化一体化反应器和处理粉煤的方法
JP2004292768A (ja) バイオマスのガス化方法及びその装置
CN101646752A (zh) 用于可燃材料的可变功率气化的方法和装置
KR101875150B1 (ko) 현열 활용 장치 및 현열 활용 방법
JP4478441B2 (ja) 畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備
CN2697475Y (zh) 生活垃圾筛上物热解处理炉
EP3265721B1 (en) Temperature profile in an advanced thermal treatment apparatus and method
JP6738977B1 (ja) 流動床熱分解装置及びこれを用いた有機性物質の熱分解方法
US20110041404A1 (en) Plasma-based apparatus for gasifying bio-waste into synthetic gas
CA2741386C (en) System and method for processing material to generate syngas
CN106350118A (zh) 生物质气化装置及方法
US11175036B2 (en) Pyrolysis gasification apparatus for solid refuse fuel
WO2013140418A1 (en) Multi-condition thermochemical gas reactor
RU2721695C1 (ru) Способ переработки органического сырья с получением синтетического топливного газа в установке высокотемпературного абляционного пиролиза гравитационного типа
RU2680135C1 (ru) Устройство и способ плазменной газификации углеродсодержащего материала и установка для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой используется указанное устройство
JP5605576B2 (ja) 廃棄物ガス化溶融装置
RU74918U1 (ru) Установка для конверсии твердого топлива (варианты)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right