KR101924345B1

KR101924345B1 - 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치 및 이의 제어방법

Info

Publication number: KR101924345B1
Application number: KR1020180101716A
Authority: KR
Inventors: 강복길
Original assignee: 강보경
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-02-13

Abstract

본 발명은 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치에 관한 것으로, 종합폐기물을 가스화하여 합성가스를 생성하는 둘 이상의 합성가스 발생로와; 제어버너를 구비하고, 내부에서 합성가스와 연소용 공기를 혼합할 수 있도록 둘 이상의 합성가스 발생로 하류에 배치되어 있는 버너로; 버너로의 열원으로 합성가스를 완전연소하는 고온 연소로; 고온 연소로에서 발생된 연소열을 회수하는 열교환기; 및 고온 연소로에서 배출된 배기가스를 냉각시키는 냉각로;를 포함한다. 특히, 본 발명은 고온 연소로와 열교환기 및 냉각로를 배기가스의 상향이동을 돕도록 유체연통가능하게 일체로 수직 적층배열된다.
또한, 본 발명은 앞서 기술된 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법을 포함한다.

Description

종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치 및 이의 제어방법 {High temperature gasification combustion system for waste and control method thereof}

본 발명은 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치를 이용한 제어방법을 포함한다.

최근의 현대 사회는 폐플라스틱류, 대형폐가구류(Bulky Item)와 산업 폐기물의 급증에 따른 폐기물 처리와 환경오염 문제를 해소하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

일반적으로, 폐기물은 소각로 내에 투입하여 연소시키는 방식을 통해 처리하고 있다. 이러한 소각처리는 폐기물을 연소시키면서 불완전연소로 인해 미연소분진, 일산화탄소, 다이옥신, 질소산화물, 황산화물 등의 배기가스를 방출하고 있으며, 이러한 유해성분의 저감을 위한 대기오염방지시설을 별도로 구비하여 후처리 해야하는 등의 문제점을 갖는다.

특허문헌 1은 가연성 폐기물을 공급하는 폐기물 공급부와, 수증기와 산소를 공급하고 폐기물 충진층을 가열함으로써 합성가스를 생성하는 가스화부, 가스화부와 연결되어 생성가스와 함께 열을 흡수하는 열교환기, 및 열교환기와 연결되는 배기 휀을 포함한 가연성 폐기물을 이용한 합성가스 제조장치를 제안하고 있다. 특허문헌 1은 생성가스를 활용하기 위해 가스화부와 열교환기 사이 그리고 열교환기와 배기 휀 사이에 사이클론, 집진기 등을 설치해야 할 뿐만 아니라 가스화부에서 폐기물의 열분해 후에 남아 있는 생성물인 목탄(char)를 가스화부 외부로 배출해야 한다. 특허문헌 1의 도 4를 참조로 하면, 목탄은 통상적으로 가스화부의 하부로 배출된다.

만약 가스화로의 운전 중에 목탄을 배출할 경우 합성가스와 외부공기와의 접촉에 의해 예상치 못한 연소를 유발시킬 수 있기 때문에, 특허문헌 1에 따른 합성가스 제조장치는 가스화부의 운전을 중단한 이후에 목탄을 제거할 수 있다. 결과적으로, 종래기술에 따른 합성가스 제조장치는 가스화부로부터 목탄을 제거할 때마다 열교환기등의 가동을 멈춰야 하는 번거로움과 이로 인해 효율성이 떨어질 수밖에 없다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0088136호

본 발명은 많은 양의 종합폐기물을 일괄처리 하는 효율성을 향상시킬 수 있는 가스화 고온 연소장치 및 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는, 종합폐기물을 가스화하여 합성가스를 생성하는 둘 이상의 합성가스 발생로와; 제어버너를 구비하고, 내부에서 합성가스와 연소용 공기를 혼합할 수 있도록 둘 이상의 합성가스 발생로 하류에 배치되어 있는 버너로; 버너로의 열원으로 합성가스를 완전연소하는 고온 연소로; 고온 연소로에서 발생된 연소열을 회수하는 열교환기; 및 고온 연소로에서 배출된 배기가스를 냉각시키는 냉각로;를 포함한다. 여기서, 본 발명은 고온 연소로와 열교환기 및 냉각로를 배기가스의 상향이동을 돕도록 유체연통가능하게 일체로 수직 적층배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 합성가스 발생로는 하우징과; 이 하우징의 상부를 개폐하는 탑 커버; 하우징의 하부를 개폐하고, 하우징의 하부에서 가스화용 공기를 제공할 수 있는 버텀 커버; 하우징의 내부에 열원을 제공하는 착화버너; 제1 송풍팬을 통해 하우징 내부로 공급될 가스화 공기의 공급량을 제어하는 가스화 공기 조절밸브;를 구비할 수 있다.

덧붙여서, 버텀 커버는 가스화 공기 조절 밸브로 공급된 가스화 공기를 수용하는 공기 챔버와, 이 공기 챔버의 상부에 배치되고 공기 챔버와 유체연통가능하게 배치된 공기 노즐과, 이를 둘러싸는 냉각수 챔버를 포함할 수 있다.

본 발명은 제2 송풍팬을 통해 버너로 내부에 공급될 연소용 공기의 공급량을 제어하는 연소공기 조절밸브를 추가로 구비할 수 있다.

선택가능하기로, 본 발명은 냉각로의 후단에 유체연통가능하게 급냉각탑을 추가로 구비할 수 있다.

급냉각탑은 냉각로에서 배출된 고온의 배기가스를 안내하도록 상부에 배치된 배기가스 안내관과; 급냉각탑의 내부에 배치된 스프레이 노즐; 스프레이 노즐에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관; 및 스프레이 노즐에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관;을 구비하는데, 스프레이 노즐은 급냉각탑 내부로 냉각수를 안개형태의 미스트 분사할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법은, 둘 이상의 합성가스 발생로(100)에서 종합폐기물을 가스화하여 합성가스를 생성하도록 가스화하는 공정(T100)과; 상기 합성가스와 연소용 공기를 혼합하고, 고온 연소로에 열원을 제공하는 버너로 이용 공정(T200)과; 상기 합성가스와 상기 연소용 공기의 혼합가스를 고온 연소로에서 완전연소하는 공정(T300)과; 상기 고온 연소로의 열에너지를 재활용하는 폐열 회수 공정(T400)과; 상기 고온 연소로에서 배출된 배기가스를 냉각하는 냉각 공정(T500)를 포함하는 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소에서의 제어방법으로서,

상기 둘 이상의 합성가스 발생로에서 생성될 합성가스 생산량을 조절할 수 있도록, 상기 고온 연소로의 내부 연소 온도를 실측하는 단계(S310); 상기 고온 연소로의 측정된 내부 연소 온도와 설정 온도의 차를 비교 판단하는 단계(S320)와, 상기 비교 판단의 결과에 따라 수행되는, i) 가스화용 공기의 공급량을 제어하는 단계(S110), ii) 상기 버너로에 공급될 연소용 공기의 공급량을 제어하는 단계(S210), iii) 상기 버너로에 구비된 제어버너의 기동 단계(S220);를 포함한다.

비교 판단 단계에서 고온 연소로의 내부 연소 온도가 설정 온도미만인 경우에, 본 발명은 가스화용 공기의 공급량 제어 단계, 연소용 공기의 공급량 제어 단계, 및 제어버너의 기동 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하여 고온 연소로의 내부 연소 온도를 상승시킬 수 있도록 설계되어 있다.

냉각 단계 이후에, 본 발명은 급속 냉각 단계를 추가로 포함할 수 있다.

급속 냉각 단계는 냉각 단계에서 안내된 배기가스에 안개형태의 미스트 분사하여 냉각하여 실행될 수 있다.

가스화 단계에서, 둘 이상의 합성가스 발생로에서 생성된 합성가스는 각각의 합성가스 안내관을 통해 버너로에 개별적으로 공급될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 다량의 종합폐기물에서 합성가스를 생성하고, 고온 분위기 하에서 환경 유해물질을 완전히 제거할 수 있는 소각장치를 제안하는 것이다. 또한, 본 발명은 고온 연소로에서 발생하는 열에너지의 회수율을 높이고 구조적 안정화를 제공할 수 있도록 고온 연소로와 열교환기 및 냉각로를 일체로 수직 적층배열하고 있다.

또한 본 발명은 합성가스를 연속적으로 버너로에 공급할 수 있도록 둘 이상의 합성가스 발생로를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 다이옥신의 재결합을 방지할 수 있도록 냉각로 후단에 배기가스의 온도를 200℃ 이하로 냉각시킬 수 있는 급냉각탑을 구비할 수 있으며, 급냉각탑은 종래기술의 단순 물분사 방식이 아닌 공기압축방식을 통해 미스트 분사하여 배기가스와의 접촉을 향상시켜 급냉각탑의 바닥에 수분이 남아 있지 않도록 설계되어 있다.

또한, 본 발명은 고온 연소로에서 신뢰할 수 있는 완전연소 구동을 보장하기 위해 가스화용 공기의 공급량, 연소용 공기의 공급량, 또는 제어버너의 기동 등의 다양한 방식을 동원하여 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 합성가스 발생로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 버너로와 고온 연소로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 급냉각탑을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법을 개략적으로 도해한 순서도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는 예컨대 소각(흡열반응 열분해)를 통해 종합폐기물로부터 합성가스(syngas)를 생성하는 한편, 폐기물 소각시 발생하는 다양한 환경 유해물질(예컨대, 다이옥신, 타르 등)를 고온 연소시켜 외부로의 배출을 최소화시킬 수 있도록 구성되어 있다.

덧붙여서, 본 발명은 고온 연소로에서 발생되는 고온의 연소열을 열교환으로 회수하여 물을 증기로 전환시킬 수 있다. 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 이러한 증기는 터빈을 통해 전기 발전을 생성할 수도 있다.

특별하기로, 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는 종합폐기물을 별도의 파쇄 또는 선별 작업없이도 둘 이상의 합성가스 발생로를 수단으로 하여 다량의 종합폐기물을 안전하게 처리할 수 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 종합폐기물이라 함은 폐기물의 크기, 발열량의 고저와 상관없이 모든 가연성 폐기물을 의미한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는 종합폐기물을 공급받아 열분해 가스화에 의해 합성가스와 소각재를 생성하여 배출시키는 둘 이상의 합성가스 발생로(100)와; 둘 이상의 합성가스 발생로에서 공급되는 합성가스와 연소용 공기를 혼합하고, 고온 연소로 내에 연소를 활성화시킬 수 있는 버너로(200); 버너로의 열원을 이용하고 합성가스를 연소하는 고온 연소로(300); 고온 연소로(300) 내에서 발생되는 연소열을 회수할 수 있는 열교환기(400), 및 배기가스를 냉각시키는 냉각로(500);를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치(이하 가스화 고온 연소장치)에서, 환경 유해물질을 제거한 배기가스는 냉각로(500)를 통해 1차 냉각되고, 급냉각탑, 백필터, 연돌 등을 통하여 대기중으로 배출할 수 있다.

덧붙여서, 본 발명의 가스화 고온 연소장치는 가동 중에 불필요한 대기 중의 공기의 유입을 방지할 수 있는 밀폐 구조로 이루어져 있다.

본 발명에서, 합성가스 발생로(100)는 종합폐기물의 가스화 반응에 의해 합성가스를 생성하여 종합폐기물을 처리하는 구성부재이다.

구체적으로, 합성가스 발생로(100)는 종합폐기물을 수용할 수 있는 내부공간을 제공하는 하우징(110)와, 종합폐기물의 유입을 허용하는 한편 하우징의 내부를 외부 대기와의 밀폐를 가능하도록 하우징(110)의 상부를 개폐하는 탑 커버(120;top cover), 가스화 반응으로 생성된 소각재를 외부로의 배출을 돕고 하우징의 하부에서 공기(또는 산소)를 공급할 수 있도록 구성된 하우징(120)의 하부를 개폐하는 버텀 커버(130;bottom cover), 종합폐기물을 가스화하기 위해 착화를 수행하는 착화버너(140), 하우징(110)의 내부공간에 가스화용 공기를 제공하는 제1 송풍팬(150) , 및 가스화 반응으로 생성된 합성가스를 하류에 배치된 버너로(200)로 유도하는 합성가스 안내관(L1)을 포함한다. 참고로, 하우징(110)은 이의 외부면을 냉각수의 순환으로 냉각을 구현할 수 있는 수냉자켓으로 둘러쌀 수도 있다.

합성가스 발생로(100)는 탑 커버(120)를 개방하여 하우징(110)의 내부공간에 종합폐기물을 공급하고, 종합폐기물을 산소 부족 상태에서 착화버너(140)의 기동으로 착화하여 열분해한다. 다시 말하자면, 본 발명은 합성가스 발생로(100)에서 종합폐기물이 열분해되면서 발생된 합성가스를 하우징의 하부에서 공급되는 (가스화용) 공기를 통해 상측에 배치된 합성가스 안내관(L1)으로 강제로 안내한다. 널리 알려져 있듯이, 합성가스 발생로(100)에서 가스화를 통해 생성된 합성가스는 CO, H₂, CH₄, 분진, NH₃, 타르, 다이옥신 등을 포함하고 있다.

합성가스 발생로(100)는 대용량의 종합폐기물을 처리할 수 있도록 예컨대 200㎥의 내부용적을 갖는 하우징(110)으로 구성될 수 있다. 특별하기로, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)를 구비하고 있으며, 이에 국한되지 않고 작업 여건에 따라 2개, 3개, 4개,…, N개의 합성가스 발생로를 구비할 수도 있다.

앞서 기술되었듯이, 본 발명은 다량의 종합폐기물을 처리하기 위해 둘 이상의 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)를 배치할 수 있으며, 각각의 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)에서 생성된 합성가스는 각각의 합성가스 안내관(L1;L1a,L1b,L1c)을 통해 순차적으로 버너로(200)로 안내될 수 있다. 도시된 바와 같이, 합성가스 안내관(L1;L1a,L1b,L1c)은 각각의 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)와 버너로(200) 사이를 유체연통가능하게 배치되는데, 각각의 합성가스 발생로에서 생성된 합성가스는 버너로(200) 내로 유입되어 혼합될 수 있도록 구성된다. 각각의 합성가스 발생로에서 열분해 순서를 달리하여 본 발명에 따른 가스화 고온 연소장치에 제1 합성가스 발생로(100a)의 합성가스, 제2 합성가스 발생로(100b)의 합성가스, 그리고 제3 합성가스 발생로(100c)의 합성가스를 연속적이면서 순차적으로 제공하여 종합폐기물의 처리 효율성을 극대화시킬 수 있다. 제1 합성가스 발생로(100a)가 먼저 가동되어 생성된 합성가스를 합성가스 안내관(L1a)으로 버너로(200)에 공급한다. 제1 합성가스 발생로(100a)로부터의 합성가스 공급량이 저감되면, 제2 합성가스 발생로(100b)를 가동하여 버너로(200)에 요구되는 합성가스 공급량을 유지할 수 있게 된다. 그리고 제1 합성가스 발생로(100a)는 운전을 중단하고 하우징 내부에 소각재를 배출하고 나서 하우징에 종합폐기물을 재충전하여 추후 합성가스 생성을 위한 열분해 공정을 준비하게 된다. 그런 다음에, 제2 합성가스 발생로(100b)에서 공급될 합성가스의 양이 줄어들면, 제3 합성가스 발생로(100c)를 가동하여 이로부터 합성가스를 추가 공급받을 수 있게 된다. 마찬가지로, 본 발명은 제2 합성가스 발생로에서 소각재를 배출한 다음에 종합폐기물을 재충전시켜 열분해 공정을 준비시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 둘 이상의 합성가스 발생로를 순환 반복적으로 가스화 단계를 수행할 수 있도록 설계되어 있기 때문에, 다량의 종합폐기물을 소각처리할 수 있을 뿐만 아니라 고효율의 에너지 회수를 가능하게 한다.

합성가스 발생로(100)는 하우징에 충전된 종합폐기물 하부측에 열분해에 필요한 공기를 제공하는데, 바람직하기로, 제1 송풍팬(150)으로 공급된 공기(또는 가스화용 공기)는 공기 챔버(131)를 지나 버텀 커버(130)의 공기노즐(133)을 통해 하우징 내부로 제공될 수 있다. 가스화용 공기의 경로 확보를 위해 공기 챔버와 공기노즐은 유체연통가능하게 배치된다. 버텀 커버(130)는 하부에 공기 챔버(131)와 상부에 냉각수 챔버(132)를 배치한다. 공기 챔버(131)는 가스화 공기 조절밸브(160)를 통해 종합폐기물의 열분해에 요구되는 공기의 소모량을 화학양론비에 따라 계산하여 미량의 공기를 제공받는다. 결과적으로, 합성가스 발생로(100)는 가스화 공기 조절밸브(160)의 개폐를 통해 합성가스 발생로(100)에 가스화용 공기의 공급량을 제어함으로써 합성가스의 생산량을 제어할 수 있게 된다. 공기노즐(133)은 고온 분위기에서의 보호를 위해 버텀 커버의 냉각수 챔버(132)로 둘러싸여 있다.

버너로(200)는 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)에서 길이연장된 각각의 합성가스 안내관(L1;L1a,L1b,L1c)과 고온 연소로(300) 사이에 개재되는바, 합성가스 발생로(100;100a,100b,100c)에서 배출된 합성가스를 연소용 공기와 함께 고온 연소로(300)로 투입하여 연소공정을 실시할 수 있도록 돕는다. 바람직하기로, 본 발명에서 버너로(200)와 고온 연소로(300)는 일체형으로 이루어질 수 있다. 버너로(200)는 이의 내부에서 각각의 합성가스 안내관으로 공급될 합성가스와 연소공기 조절밸브(230)로 공급될 연소용 공기를 강제로 혼합접촉시켜 충분히 혼합된 혼합가스를 형성하고, 고온 연소로(300)의 내부 설정 온도를 유지할 수 있도록 혼합가스의 연소를 돕는 제어버너(210)를 구비할 수 있다. 연소용 공기는 제2 송풍팬(220)으로 공급되되, 연소에 필요한 공기의 소모량을 화학양론비에 따라 계산하고서 연소공기 조절밸브(230)로 정밀하게 조절하여 버너로(200) 내부로 공급된다. 연소용 공기는 유해물질을 함유한 합성가스를 폐기물관리법에 따라 고온 연소로(300)에서 800℃ 이상의 고온 환경하에서 연소공정을 실시할 수 있도록 돕는다.

버너로(200)에서 혼합된 혼합가스는 고온 연소로(300)로 유입되고, 고온 연소로(300)의 연소공정으로 완전연소를 유도한다. 이를 위해서, 고온 연소로(300)는 혼합가스의 체류시간을 유지시키면서 재차 연소할 수 있는 공간을 제공한다. 고온 연소로(300)는 예컨대 제2 송풍팬(220)으로 공급되는 연소용 공기를 고온 연소로(300)의 내주면을 따라 구비된 분사노즐로써 선회방식으로 하방분사시켜 고온 연소로 내부로 안내된 혼합가스와 연소용 공기를 충분히 섞어 연소 효율을 향상시킬 수 있다(도 3에서는 도시되어 있지 않으나 제2 송풍팬(220)과 분사노즐 사이에 연소공기 조절밸브를 구비할 수 있다). 고온 연소로는 폐기물의 가스화로 생성된 합성가스를 원료로 하여 연소시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 이로 인해 제어버너의 별도 기동 없이도 고온 연소로의 내부 온도를 지속적으로 유지할 수 있다.

본 발명은 완전연소를 유도하기 위해 고온 연소로(300)의 내부 온도를 800℃ 이상, 바람직하기로 850℃ 이상의 설정 온도를 유지하는데, 혼합가스의 연소열 및/또는 제어버너의 화염으로 구현되는 고온 분위기 하에서 혼합가스에 함유된 다이옥신 등의 유해물질을 완전하게 연소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 온도 센서(310)로 고온 연소로(300)의 내부 온도를 실제 측정하고서, 가스화 공기 조절밸브(160)의 공기량 제어에 의한 합성가스의 공급량과 함께 필요에 따라 버너로(200)의 제어버너(220)의 기동으로 고온 연소로의 내부 온도를 고온으로 유지할 수 있을 것이다.

본 발명은 고온 연소로(300) 상에 열교환기(400)와 냉각로(500)를 수직 적층방식으로 배열하여 배기가스의 상향이동을 통해 후단설비로 용이하게 안내되는바, 바람직하기로 고온 연소로(300)와 열교환기(400) 및 냉각로(500)를 유체연통가능하게 수직 적층배열한다. 열교환기(400)는 고온 연소로(300)에서 배출되는 고온의 배기가스의 열에너지를 회수하여 열교환을 통해 고온/고압의 증기를 발생시킬 수 있는바, 여기서 열교환기는 다양한 유형의 고효율 보일러일 수 있다. 그런 다음에, 배기가스는 열교환기(400) 위에 적재되어 있는 냉각로(500)로 직접 안내되면서 냉각된다. 본 발명은 냉각로(500)를 통해 상대적으로 낮은 온도의 배기가스를 배기가스 안내관(L2)을 따라 급냉각탑 등으로 안내하여 저온의 열기만을 배출할 수 있게 된다.

다시 말하자면, 고온 연소로에서 배출될 배기가스는 고온의 영향으로 밀도가 낮아져 상방으로 이동하게 하게 되는데, 본 발명은 배기가스의 폐열 회수율을 높이고 후단설비로 배기가스의 이동을 돕는 배관 설비를 완전히 배제시킬 수 있도록 고온 연소로(300)와 열교환기(400) 및 냉각로(500)를 순서대로 수직 배열한다. 이러한 수직 적층배열은 본 발명의 가스화 고온 연소장치의 점유면적을 줄일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스화 고온 연소장치는 냉각로(500)의 후단에 급냉각탑(600;도 4 참조)을 추가로 구비할 수 있다. 다시 말하자면, 급냉각탑(600)은 냉각로(500)와 백필터 사이에 배치될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 급냉각탑(600)은 배기가스 안내관(L2)을 통해 냉각로(500)에서 1차 냉각된 배기가스를 2차(재차) 냉각하는 설비이다. 특히, 급냉각탑(600)은 다이옥신 재결합을 방지하기 위해 예컨대 200℃ 이하로 배기가스를 급속 냉각시킬 수 있다.

배기가스 안내관(L2)은 급냉각탑(600)의 상부에 연통되어 배기가스를 급냉각탑의 상측부로 공급할 수 있다. 급냉각탑(600)은 상단측에 인접하게, 다시 말하자면 배기가스 안내관 아래에 스프레이 노즐(610)을 배치하고, 스프레이 노즐(610)은 압축공기 공급관(620)과 냉각수 공급관(630)에 연결된다. 여기서, 급냉각탑 내부에 배치된 스프레이 노즐(610)은 고온의 배기가스로부터 보호하기 의해 스프레이 노즐의 분무 헤드를 제외한 나머지 부위를 보호커버(참조부호 없음)로 둘러싸여 진다.

스프레이 노즐(610)은 전술된 바와 같이 콤프레샤에서 공급된 압축공기를 통해 냉각수를 공기압축방식으로 분사시켜 급냉각탑(600)의 내부공간으로 냉각수를 미스트(mist) 분사, 다시 말하자면 안개형태로 분사시킬 수 있다. 미스트 분사는 액체 미립자를 난류로 분산시켜 배기가스와의 양호한 접촉 상태를 보장하여 냉각속도를 향상시킨다. 결과적으로, 급냉각탑(600)은 이의 바닥에 수분을 남기지 않게 하면서 200℃ 이하로 냉각된 배기가스를 배기가스 배출덕트(L3)로 후단설비, 예컨대 백필터, 연돌 등으로 안내할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는 도 5에 도해된 순서도를 통해 이의 구동제어 방법을 기술하도록 한다.

본 발명은 종합폐기물의 가스화 공정(T100)을 포함한다. 가스화 공정(T100)은 둘 이상의 합성가스 발생로(100) 내부에 종합폐기물을 충전하고 가스화용 공기를 제공하고 착화버너의 착화와 가스화에 의해 종합폐기물을 가스화(열분해)하여 합성가스를 생성한다. 본 발명은 전술된 바와 같이 둘 이상의 합성가스 발생로를 구비하는데, 각각의 합성가스 발생로에 열분해 순서를 서로 달리하여 각 합성가스 발생로에서 생성된 합성가스를 순차적으로 버너로(200)에 공급(주입)하여 고온 연소 공정을 연속적으로 운행할 수 있다.

가스화 공정(T100)과 관련하여, 합성가스 발생로(100)는 합성가스의 공급량을 조절하기 위해 가스화공기 조절밸브(160)의 조작을 통해 하우징 내로 가스화용 공기의 공급량을 제어하는 단계(S110)를 포함한다.

가스화 공정(T100) 이후에, 본 발명은 버너로(200) 이용 공정(T200)을 포함한다. 버너로 이용 공정(T200)은 합성가스 발생로(100)에서 생성된 합성가스와 연소용 공기를 버너로(200) 내에서 강제로 혼합접촉시켜 혼합가스를 만들 수 있으며, 고온 연소로에서 완전연소가 가능하도록 제어버너를 이용한다.

버너로 이용 공정(T200)과 관련하여 본 발명은 연소공기 조절밸브(230)를 통해 버너로(200)에 공급되는 연소용 공기량을 제어하는 단계(S210)와 제어버너(210)의 기동 단계(S220)를 포함할 수 있다.

본 발명은 버너로와 일체로 결합된 고온 연소로 공정(T300)을 통해 합성가스에 포함된 유해물질, 예컨대 다이옥신 등을 완전히 연소시킬 수 있도록 한다. 고온 연소로 공정(T300)은 고온 연소로의 내부 온도를 800℃, 바람직하기로는 850℃ 이상으로 유지해야 하기 때문에, 온도 센서(310)를 통해 고온 연소로(300)의 내부 온도를 실측(측정)하는 단계(S310)를 가진다.

바람직하기로, 본 발명은 온도 센서(310)로 측정된 고온 연소로(300)의 연소 온도가 기 설정된 설정 온도(800℃ 이상, 바람직하기로 850℃ 이상)에 도달했지는지 비교 판단하는 단계(S320)를 포함한다.

만약 고온 연소로의 연소 온도가 설정 온도 미만인 경우에, 본 발명은 고온 연소로(300)의 연소 온도를 설정 온도까지 높이기 위해 몇 가지 방식을 모두 또는 선택적으로 동원할 수 있다. 이를 위해서, 본 발명은 가스화용 공기의 공급량 제어 단계(S110)에서 가스화 공기량을 증가시켜 합성가스 발생로에서 합성가스의 생산량을 늘려 고온 연소로에서 연소를 활성화시킬 수 있으며, 제어버너(210)의 기동 단계(S220)를 통해 고온 연소로의 내부 온도를 설정 온도까지 높일 수도 있다. 또한, 본 발명은 연소용 공기의 공급량 제어 단계(S210)를 통해서도 고온 연소로의 연소 온도 조절을 가능하게 한다.

가스화용 공기의 공급량 제어 단계(S110)와, 연소용 공기의 공급량 제어 단계(S210), 및 제어버너의 기동 단계(S220)는 동시에 병행 조합하여 실시될 수 있으며, 개별적으로 실시될 수도 있다. 본 발명은 단계(S110)와 단계(S210)에 의해 제어버너의 기동에 필요한 연료를 저감하는 효과도 기대할 수 있다. 단계(S110), 단계(S210), 또는 단계(S220)는 고온 연소로의 연소 온도에 종속되어 프로그램화된 컴퓨터 등을 통해 제어될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 기술은 생략하도록 한다.

완전연소를 통해 유해물질을 완전히 연소한 이후에, 배기가스는 고온 연소로(300)의 상측에 유체연통가능하게 적층배열된 열교환기(400)를 통해 열교환되는 폐열 회수 공정(T400)을 포함하고, 열교환기(400)의 상측에 유체연통가능하게 적층배열된 냉각로(500)를 통해 냉각되는 냉각 공정(T500)을 포함한다.

본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치는 전술된 바와 같이 버너로(200)를 일체로 갖춘 고온 연소로(300)와 열교환기(400) 및 냉각로(500)를 각 구성부재들간에 유체연통가능한 배관 설비 없이 수직 적층배열하고 있어 열에너지의 방열을 최소화하고 내구성을 향상시킬 수 있으며, 컴팩트(compact)화된 조립체를 제공할 수 있다.

특별하기로, 본 발명은 연돌로 배출될 배기가스의 온도를 다이옥신 재결합 범위(300℃ 이하), 바람직하게는 200℃ 이하로 급속 냉각하는 공정(T600)를 추가로 포함할 수 있다. 급속 냉각 공정(T600)는 앞서 기술된 바와 같이 다이옥신 재결합을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 낮은 온도의 미미한 열기만을 연돌로 배출할 수 있기 때문에 연돌의 높이를 낮게 설치하여 시설비를 저감시키는 장점을 제공할 수 있다.

급속 냉각 공정(T600)은 스프레이 노즐(610)을 통해 냉각수를 공기압축방식으로 급냉각탑의 내부에 미스트 분사시켜 미스트 형태의 액체 미립자와 배기가스의 접촉 기회를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 온도는 낮춰지고, 액체 미립자는 배기가스의 열에너지를 흡수하여 신속하게 기체상 증기로 전환되어 배기가스 배출덕트로 배출된다. 이때, 액체 미립자는 대부분 기체상 증기로 전환되기 때문에 급냉각탑의 바닥에는 수분(폐수)이 존재하지 않게 된다.

이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치 및 이의 제어방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 ----- 합성가스 발생로,
200 ----- 버너로,
300 ----- 고온 연소로,
400 ----- 열교환기,
500 ----- 냉각로,
600 ----- 급냉각탑.

Claims

종합폐기물을 가스화하여 합성가스를 생성하는 둘 이상의 합성가스 발생로(100)와;
제어버너(210)를 구비하고, 내부에서 상기 합성가스와 연소용 공기를 혼합할 수 있도록 상기 둘 이상의 합성가스 발생로(100) 하류에 배치되어 있는 단일의 버너로(200);
상기 버너로(200)의 열원으로 상기 합성가스를 완전연소하는 고온 연소로(300);
상기 고온 연소로(300)에서 발생된 연소열을 회수하는 열교환기(400); 및
상기 고온 연소로(300)에서 배출된 배기가스를 냉각시키는 냉각로(500);를 포함하여 구성되며,
상기 고온 연소로(300)와 상기 열교환기(400) 및 상기 냉각로(500)는 상기 배기가스의 상향이동을 돕도록 유체연통가능하게 일체로 수직 적층배열되어 있는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 둘 이상의 합성가스 발생로(100)의 각각은,
하우징(110)과;
상기 하우징의 상부를 개폐하는 탑 커버(120);
상기 하우징의 하부를 개폐하고, 상기 하우징의 하부에서 가스화용 공기를 제공할 수 있는 버텀 커버(130);
상기 하우징의 내부에 열원을 제공하는 착화버너(140);
제1 송풍팬(150)을 통해 상기 하우징(110) 내부로 공급될 가스화 공기의 공급량을 제어하는 가스화 공기 조절밸브(160);를 구비하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
청구항 2에 있어서,
상기 버텀 커버(130)는, 상기 가스화 공기 조절 밸브(160)를 통해 공급된 가스화 공기를 수용하는 공기 챔버(131)와, 상기 공기 챔버(131)의 상부에 배치되고 상기 공기 챔버(131)와 유체연통가능하게 배치된 공기 노즐(133)과, 상기 공기 노즐(133)을 둘러싼 냉각수 챔버(132)를 포함하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 버너로(200)는, 제2 송풍팬(220)을 통해 상기 버너로 내부에 공급될 연소용 공기의 공급량을 제어하는 연소공기 조절밸브(230)를 추가로 구비하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각로(500)의 후단에 유체연통가능하게 급냉각탑(600)을 추가로 배치하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
청구항 5에 있어서,
상기 급냉각탑(600)은,
상기 냉각로(500)에서 배출된 고온의 배기가스를 안내하도록 상부에 배치된 배기가스 안내관(L2)과;
상기 급냉각탑의 내부에 배치된 스프레이 노즐(610);
상기 스프레이 노즐에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관(620); 및
상기 스프레이 노즐에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(630);을 구비하고,
상기 스프레이 노즐(610)은 상기 급냉각탑 내부로 냉각수를 안개형태의 미스트(mist) 분사하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치.
둘 이상의 합성가스 발생로(100)에서 종합폐기물을 가스화하여 합성가스를 생성하도록 가스화하는 공정(T100)과; 상기 합성가스와 연소용 공기를 혼합하고, 고온 연소로에 열원을 제공하는 버너로 이용 공정(T200)과; 상기 합성가스와 상기 연소용 공기의 혼합가스를 고온 연소로에서 완전연소하는 공정(T300)과; 상기 고온 연소로의 열에너지를 재활용하는 폐열 회수 공정(T400)과; 상기 고온 연소로에서 배출된 배기가스를 냉각하는 냉각 공정(T500)를 포함하는 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소에서의 제어방법으로서,
상기 둘 이상의 합성가스 발생로에서 생성될 합성가스 생산량을 조절할 수 있도록,
상기 고온 연소로의 내부 연소 온도를 실측하는 단계(S310);
상기 고온 연소로의 측정된 내부 연소 온도와 설정 온도의 차를 비교 판단하는 단계(S320)와,
상기 비교 판단의 결과에 따라 수행되는, i) 가스화용 공기의 공급량을 제어하는 단계(S110), ii) 상기 버너로에 공급될 연소용 공기의 공급량을 제어하는 단계(S210), iii) 상기 버너로에 구비된 제어버너의 기동 단계(S220);를 포함하는,
종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법.
청구항 7에 있어서,
상기 비교 판단 단계(S320)에서 고온 연소로의 내부 연소 온도가 설정 온도미만인 경우에,
상기 가스화용 공기의 공급량 제어 단계(110), 상기 연소용 공기의 공급량 제어 단계(210), 및 상기 제어버너의 기동 단계(S220) 중 적어도 하나의 단계를 수행하여 상기 고온 연소로의 내부 연소 온도를 상승시킬 수 있는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각 공정(T500) 이후에,
급속 냉각 공정(T600)를 추가로 포함하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법.
청구항 9에 있어서,
상기 급속 냉각 공정(T600)은 상기 냉각 공정(T500)에서 안내된 배기가스에 안개형태의 미스트 분사하여 냉각하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법.
청구항 7에 있어서,
상기 가스화 공정(T100)에서,
상기 둘 이상의 합성가스 발생로에서 생성된 상기 합성가스는 각각의 합성가스 안내관을 통해 상기 버너로에 개별적으로 공급하는, 종합폐기물 일괄투입 가스화 고온 연소장치의 제어방법.