KR101928762B1 - 하이브리드 고온 사이클론 연소기 - Google Patents

하이브리드 고온 사이클론 연소기 Download PDF

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KR101928762B1
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채재우
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Abstract

본 발명은 스팀이 공급되는 소각대상물 자동투입부; 소각대상물 자동투입부가 연결되며, 스팀 처리된 소각대상물이 투입되는 화격자를 구비하며, 연소용 공기가 소각 대상물이 위치하는 화격자의 하부로 급기되도록 이중벽으 구성된 1차 연소실부; 1차 연소실부 상에 위치하며, 소각대상물의 연소가스가 통과하며, 상부 내벽에서 그 하부로 급기되도록 이중벽으로 구성된 2차 연소실부; 2차 연소실부 상에 위치하며, 2차 연소실부의 연소가스가 상승하여 스팀과 함께 더 연소되며 하부 내벽에서 그 상부로 급기되도록 이중벽으로 구성되며, 연소가스의 배기를 위한 상부 개구가 마련된 3차 연소실부; 1차 연소실부의 재를 외부로 배출하는 재 취출부; 및 소각대상물 자동 투입부와 1차 연소실부에 스팀을 공급하도록 구성된 스팀 라인부를 포함한다. 이러한 본 발명은 1차 연소실부와 2차 연소실부는 급기원을 공유하며, 화격자는 하부로 볼록한 원형의 바닥부와, 바닥부의 가장자리에 마련된 수직벽을 포함하며, 수직벽과 바닥면이 접하게 되는 가장자리 원주를 따라 폐기물이 연소된 후에 연소재가 배출되는 재 배출 홀이 마련된 특징을 갖는다.

Description

하이브리드 고온 사이클론 연소기{Hit cyclone combustor}
본 발명은 하이브리드 고온 사이클론 연소기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 소각대상물 등을 자동으로 투입되는 물과 연소공기의 열분해를 동시에 이용하여 가연성 폐기물을 완전 연소시켜 청정한 배기가스를 배출시키는 물과 연소공기의 열분해를 이용한 하이브리드 고온 사이클론 연소기에 관한 것이다.
현대 사회에서는, 일반쓰레기, 의료폐기물, 특수폐기물, 장례식장 화장, 동물사체 등의 소각대상물이 다양하게 대량으로 배출되고 있다.
기존 소각로 또는 연소기는 정해진 소각대상물, 특수 소각로에 의해 한정된 소각대상물만을 소각하고 있다. 이들 소각로는 주로 대형 소각로를 사용하고 있어서 의료 폐기물 및 동물사체 등의 특수 목적 등의 소각대상물을 완전 연소시켜 소각하기에 큰 어려움이 있다.
기존의 대형 소각로는 특수 소각 대상물을 소각하더라도 불완전 소각으로 인해 대기오염 및 유해가스 배출이 심하다. 이에 따라 각 지역에서는 특수 소각 대상물을 처리할 수 있는 단위 소각로 등의 설치를 기피하고 있는 실정이다.
기존의 대형 소각로는 소각대상물을 소각하기 위해 미리 야적장 또는 일정공간에 적재해 두고 있으므로, 시각적으로 미관상 좋지 아니하고, 악취가 나며 유해하고 전염성 높은 병균 및 바이러스에 노출되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 기존에는 단위 소형 소각로 또는 연소기를 개발 및 적용하여 소각대상물을 소각하고 있으나, 다양한 소각대상물을 단 한번에 소화하지 못하거나 불완전 연소에 기인하여 대기오염 및 유해가스가 설치장소의 주변에 그대로 노출되어 배출되고 있다.
한편, 종래의 특수목적용 소각장치, 예를 들어 동물사체 소각장치와 같은 경우 2단 사이클론 방식으로 연소시킴으로 인해 불완전 연소가 일어나며, 설령 완전연소가 이루어지더라도 NOx가 많이 배출되는 문제가 있다.
상기 종래 소각장치에서 소각대상물을 배치타입으로 소각함으로 인해 불가피하게 야적 또는 일정 공간에 쌓아 놓음으로써 악취가 발생되거나 유해한 병균 또는 바이러스가 사람들에게 노출될 우려가 있다.
일반 소각장치는 소각대상물을 스크류 타입으로 소각로에 밀어 넣어 소각함으로 인해 소각대상물의 크기가 클 경우에 스크류에서 막혀서 잦은 고장났다. 이로 인해 일반 소각장치는, 소각대상물을 일정 크기로 분쇄한 고형 소각대상물만 소각이 가능하였다. 이로 인해 소각대상물의 분쇄과정과 같은 별도의 공정이 필요하였다.
대부분 소각대상물은 수분이 많이 포함되어 있으므로, 이를 건조하기 위하여 별도의 건조과정을 거치는 등의 추가공정이 더 필요하고, 소각시간이 길어져서 소각대상물이 적재될 수 밖에 없고, 이로 인해 악취 등의 심하게 났다.
일반 소각장치에서 실린더와 피스톤을 이용하여 소각대상물을 소각로에 강제로 밀어내어 투입하는 방식을 채택함으로써 소각대상물에 의해 실린더가 막히는 문제가 있었다.
기존의 소각장치는, 폐기물을 연소시키는 공정과 배기가스를 완전 연소시키는 공정이 구분되어 있지 않기 때문에 배기가스가 완전 연소되지 못하고 인체에 해로운 유해물질과 함께 배출될 뿐만 아니라 연소되면서 발생한 미세 비산재(먼지)도 그대로 배출되므로 배기가스에 유해물질과 함께 미세먼지가 포함되어 환경오염을 유발시키는 문제가 있었다.
기존의 소각장치는, 폐기물을 연소시키고 남는 연소재가 연소실 하부로 배출되게 되므로 이를 처리하면서 연소재로 인하여 2 차 환경오염을 유발하게 됨은 물론 연소재가 자동적으로 배출되지 않고, 연소실의 하부로 배출되는 연소재를 인위적으로 배출시켜 주어야 하므로, 경우에 따라서는 연소재를 치우기 위하여 연소장치의 작동을 중지시켜야 한다는 문제가 있었다.
선행문헌 1: 대한민국 등록특허공보 10-1385303 선행문헌 2: 대한민국 등록실용신안공보 20-0374218 선행문헌 3: 대한민국 등록실용신안공보 20-0299712 선행문헌 4: 대한민국 등록특허공보 10-1041747
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다양한 소각대상물을 자동 투입하여 완전연소로 소각시켜서 대기오염 및 유해가스를 억제하며, 특히 다양한 소각대상물의 불완전 연소를 저감시키면서 완전연소를 구현할 뿐만 아니라, 스팀이나 물을 분사시켜 완전연소 및 고온연소로 인해 발생되는 유해배기가스인 NOx(Thermal NOx)를 저감시키고, 다양한 소각대상물을 소각로에 자동 및 연속적으로 투입하게 하여 악취제거 및 유해한 병균 등의 확산을 방지하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공하는 것을 기본 과제로 한다.
본 발명은 다양한 소각대상물의 성상에 따라 연소하여 소각시키는데 필요한 연소용 공기량이 다른 것에 대응하여 댐퍼 및 각도 조절수단으로 최적의 연소용 공기량을 공급할 수 있는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공하는 것이다.
본 발명은 소각 대상물의 소각 후에 별도의 추가 공정 없이 재(ash)를 용이하게 제거 처리가 가능하므로 소각의 후처리 작업의 편리함을 더할 수 있는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기는, 스팀이 공급되는 소각대상물 자동투입부; 상기 소각대상물 자동투입부가 연결되며, 스팀 처리된 소각대상물이 투입되는 화격자를 구비하며, 연소용 공기가 상기 소각 대상물이 위치하는 상기 화격자의 하부로 급기되도록 이중벽으로 구성된 1차 연소실부; 상기 1차 연소실부 상에 위치하며, 상기 소각대상물의 연소가스가 통과하며, 상부 내벽에서 그 하부로 급기되도록 이중벽으로 구성된 2차 연소실부; 상기 2차 연소실부 상에 위치하며, 상기 2차 연소실부의 연소가스가 상승하여 스팀과 함께 더 연소되며 하부 내벽에서 그 상부로 급기되도록 이중벽으로 구성되며, 연소가스의 배기를 위한 상부 개구가 마련된 3차 연소실부; 상기 1차 연소실부의 재를 외부로 배출하는 재 취출부; 및 상기 소각대상물 자동 투입부와 1차 연소실부에 스팀을 공급하도록 구성된 스팀 라인부를 포함하며, 상기 1차 연소실부와 상기 2차 연소실부는 급기원을 공유하며,
상기 화격자는 하부로 볼록한 원형의 바닥부와, 상기 바닥부의 가장자리에 마련된 수직벽을 포함하며, 상기 수직벽과 바닥면이 접하게 되는 가장자리 원주를 따라 폐기물이 연소된 후에 연소재가 배출되는 재 배출 홀이 마련된다.
상기 1차 연소실부는 상기 소각대상물 자동투입부가 연결되며, 내통과 외통, 상기 외통과 연결된 연소 하우징, 상기 화격자의 중앙부를 관통하여 배치되는 연소가스튜브, 상기 화격자 상에 배치되는 파일럿 버너, 및 상기 외통 상부에 연결관으로 연결된 1차 급기팬과 댐퍼를 포함하며, 상기 1차 급기팬의 연소용 공기가 상기 1차 연소실부와 2차 연소실부로 각각 공급 되도록 구성되며, 상기 소각대상물 자동투입부는 상기 1차 연소실부의 화격자 상으로 소각 대상물을 투입 가능하도록 상기 1차 연소실부의 상부에 연결될 수 있다.
상기 2차 연소실부는 상기 1차 연소실부의 상부에 연결되는 다른 내통과 외통, 상기 다른 외통의 상부를 일부 차단하는 상판, 상기 상판과 결합된 연소가스 통로부를 포함하며,
상기 연결관이 다른 외통의 하부에 연결되며, 상기 다른 내통과 상판 사이에 상기 다른 내통의 상부 측으로 상기 1차 급기팬의 급기를 위한 틈이 있을 수 있다.
상기 3차 연소실부는 상기 2차 연소실부의 상부에 연결되는 또 다른 내통과 외통, 상기 또 다른 외통의 상부에 연결되는 2차 급기팬과 댐퍼, 상기 외통의 상부를 일부 차단하는 다른 상판, 상기 다른 상판에 배치되는 배기관, 상기 또 다른 내통 안에 배치되는 스팀 링, 상기 또 다른 외통 하부에 결합된 밑판, 상기 밑판 상에 장착된 온도상승버너을 포함하며, 상기 또 다른 내통과 상기 밑판 사이에 상기 또 다른 내통의 하부 측으로 상기 2차 급기팬의 급기를 위한 다른 틈이 있을 수 있다.
상기 1차 급기팬에 연결되는 연결관은, 상기 1차 연소실부의 외통과 상기 2차 연소실부의 외통에 급기 통로가 구분되어 연결되는 분할관; 및 상기 분할관의 내부에 배치되며, 상기 1차 연소실부 측과 2차 연소실부 측의 급기 통로를 구분하는 분할 격벽을 포함할 수 있다.
상기 1차, 2차 급기팬과 그 대응하는 연결관에 장착된 상기 댐퍼는, 공기압 및 연소용 공기량을 조절하기 위한 각도 조절수단을 독립적으로 구비할 수 있다.
상기 1, 2차 급기팬의 댐퍼 및 상기 각도 조절수단을 조절함으로써 상기 화격자 상부 압력이 화격자 하부의 하부공간의 압력보다 크게 되며, 상기 화격자 상의 소각대상물 재가 상기 재 취출부 측으로 자유 낙하되거나 상기 재 배출 홀을 통과할 수 있다.
상기 스팀 라인부는, 메인 스팀라인; 상기 메인 스팀라인에서 분기되어 상기 3차 연소실부에 연결되며 개폐 가능하게 구성된 제1 스팀 라인; 및 상기 메인 스팀라인에서 분기되어 상기 소각대상물 자동투입부에 측으로 배치되며 개폐 가능하게 구성된 제2 스팀 라인을 포함할 수 있다.
상기 소각대상물 자동투입부는, 소각 대상물이 투입되는 호퍼; 상기 호퍼의 하부를 개폐하도록 구성된 제1 개폐부; 상기 호퍼에 연결된 소각물 투입관; 상기 소각물 투입관의 상부를 개폐하도록 구성된 제2 개폐부; 상기 제1 개폐부와 제2 개폐부 사이에 위치하며, 상기 스팀 라인부에 연결되는 스팀 분사라인; 상기 소각물 투입관과 1차 연소실부 사이에 위치하며 상기 스팀 라인부에 연결된 스팀 커튼라인; 및 상기 소각물 투입관의 하부에 위치하며, 상기 1차 연소실부 측으로 소각대상물을 밀어 넣는 자동 투입수단을 포함할 수 있다.
상기 소각대상물이 자동 및 연속적으로 투입 가능하도록 상기 제1 개폐부와 제2 개폐부의 개폐 각도가 조절될 수 있다.
상기 스팀 링은 상기 내통의 내벽부에 인접하며, 상기 3차 연소실부 상하 간격을 두고 복수로 배치될 수 있다.
상기 스팀 링은 상기 3차 연소실부의 내통의 화염 중심방향으로 스팀을 분사하도록 노즐이 구성될 수 있다.
상기 재 취출부는 상기 연소 하우징과 연결된 연결관, 상기 연결관에 연결된 재 받침 수조, 상기 재 받침 수조에 물을 물 공급부, 상기 재 받침 수조의 물속에 있는 재를 외부로 배출하는 수조식 체인 컨베이어를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다양한 소각대상물을 자동 투입하여 완전연소로 소각시켜서 대기오염 및 유해가스를 억제하며, 특히 다양한 소각대상물의 불완전 연소를 저감시키면서 완전연소를 구현할 뿐만 아니라, 스팀이나 물을 분사시켜 완전연소 및 고온연소로 인해 발생되는 유해배기가스인 NOx(Thermal NOx)를 저감시키고, 다양한 소각대상물을 소각로에 자동 및 연속적으로 투입하게 하여 악취제거 및 유해한 병균 등의 확산을 방지하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 소각대상물의 성상에 따라 연소하여 소각시키는데 필요한 연소용 공기량이 다른 것에 대응하여 댐퍼 및 각도 조절수단으로 최적의 연소용 공기량을 공급할 수 있는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공할 수 있다.
본 발명은 소각 대상물의 소각 후에 별도의 추가 공정 없이 재(ash)를 용이하게 제거 처리가 가능하므로 소각의 후처리 작업의 편리함을 더할 수 있는 하이브리드 고온 사이클론 연소기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기의 연소용 공기유동의 단면도이다.
도 3a, 3b, 3c은 본 발명에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기의 1차, 2차, 3차 연소실의 단면도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
또한, 구성요소 중에 각기 다른 위치의 구성요소에 동일한 용어로 사용한 경우가 있으나, 이를 구별하기 위해 부호를 달리하여 사용되었기 때문에 이를 고려하여 해석되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기는, 다양한 소각대상물(211)을 자동 및 연속적으로 투입하는 소각대상물 자동투입부(A), 소각대상물(211)을 초기에 착화 내지 1차로 연소시키는 1차 연소실부(B), 1차 연소실부(B)에서 미연가스를 연소시키는 2차 연소실부(C), 2차 연소실부(C)에서 미연의 연소가스를 연소시키고 후단의 화염온도를 낮추어 NOx를 저감시키면서 연소시키는 3차 연소실부(D), 소각대상물(211)을 소각시킨 후 재(ash)를 제거하기 위한 재 취출부(E), 및 소각대상물 자동 투입부(A)와 1차 연소실부(B)에 스팀을 공급하도록 구성된 스팀 라인부(10)를 포함한다.
소각대상물 자동투입부(A)는, 1차 연소실부(B) 측으로 소각대상물(211)을 공급하도록 1차 연소실부(B)에 연결되며, 소각대상물(211)이 통과하는 경로가 개폐되며 소각대상물(211)에 스팀이 공급되도록 구성된 것이다.
소각대상물 자동투입부(A)는, 소각대상물(211)이 투입되는 호퍼(100), 호퍼(100)의 하부를 개폐하도록 구성된 제1 개폐부(101), 호퍼(100)에 연결된 소각물 투입관(103), 소각물 투입관(103)의 상부를 개폐하도록 구성된 제2 개폐부(105), 제1 개폐부(101)와 제2 개폐부(105) 사이에 위치하며 스팀 라인부(10)에 연결되는 스팀 분사라인(104), 소각물 투입관(103)와 1차 연소실부(B) 사이에 위치하며 스팀 라인부(10)에 연결된 스팀 커튼라인(107), 및 소각물 투입관(103)의 하부에 위치하며 1차 연소실부(B) 측으로 소각대상물(211)을 밀어 넣는 자동 투입수단(108)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 호퍼(100)는 다양한 소각대상물(211)을 투입하여 일정량의 소각대상물(211)을 저장할 수 있는 공간이 있는 것이다.
소각물 투입관(103)는 호퍼(100)에 저장된 소각대상물(211)이 1차 연소실부(B)에 투입되기 전에 소각대상물(211)이 스팀에 의해 건조되면서 통과될 수 있도록 구성된 것이다. 이러한 소각물 투입관(103)에는 소각대상물(211)이 건조 가능한 공간부(106)가 마련된다.
제1 개폐부(101)는 호퍼(100)의 출구를 개폐할 수 있는 개폐문(102a)과, 개폐문 개폐문(102a)를 열고 닫을 수 있는 실린더(102b)로 구성된 것이다.
스팀 분사라인(104)는 공간부(106)에 스팀을 공급하여 소각대상물(211)을 건조시킬 수 있는 것이다.
제2 개폐부(105)는 스팀 분사라인(104)이 배치된 공간부(106)를 개폐할 수 있는 스팀개폐문(105a)과 스팀개폐문(105a)을 개폐할 수 있는 실린더(105b)로 구성된 것이다.
자동 투입수단(108)은 호퍼(100)와 소각물 투입관(103)을 통과하여 투입된 소각대상물(211)을 1차 연소실부(B) 측으로 이동시킬 수 있도록 구성된 것이다.
스팀커튼라인(107)은 1차 연소실부에 미연의 연소가스가 소각물 투입관의 공간부(106)로 유입되는 것을 방지하고, 소각물 투입관과 공간부(106)에 유입된 소각대상물(211)을 방사열 등으로 건조하기 위해 스팀 라인부(10)에 연결된 것이다.
이러한 스팀커튼라인(107)은 1차 연소실부(B) 측으로 연결된 연결통로에 커튼 양상의 스팀을 분사하도록 구성된 것이다.
상기 소각대상물 자동투입부(A)는, 소각대상물(211)이 자동 및 연속적으로 투입 가능하도록 제1 개폐부(101)와 제2 개폐부(105)의 개폐 각도가 조절될 수 있다.
소각대상물 자동투입부(A)는 1차 연소실부(B)의 후술되는 화격자(208) 상으로 소각 대상물을 투입 가능하도록 1차 연소실부(B)의 상부에 연결될 수 있다.
1차 연소실부(B)는 받침대(131)와 지지대(132)가 결합된 연소기 받침부(130) 상에 배치된다.
1차 연소실부(B)는 소각대상물 자동투입부(A)가 연결되며, 스팀 처리된 소각대상물(211)이 투입되는 화격자(208)를 구비하며, 연소용 공기가 소각 대상물이 위치하는 화격자(208)의 하부로 급기되도록 구성된 것이다.
이러한 1차 연소실부(B)는 소각대상물 자동투입부(A)가 연결되는 내통(202)과 외통(201), 외통(201)과 연결되며 원추 형상의 연소 하우징(209), 화격자(208)의 중앙부를 관통하여 배치되는 연소가스튜브(226), 화격자(208) 상에 배치되며 소각대상물(211)에 최초 착화를 제공하는 파일럿 버너(206), 및 외통(201) 상부에 연결관(204)으로 연결된 1차 급기팬(203)과 댐퍼(205)를 포함한다.
화격자(208)는 연소 하우징(209)에 배치되며 내통(202)과 결합된다.
화격자(208)는 하부로 볼록한 원형의 바닥부(221)와, 바닥부(221)의 가장자리에 마련된 수직벽(222)을 포함한다. 이러한 화격자(208)는 수직벽(222)과 바닥부(221)가 접하게 되는 가장자리 원주를 따라 폐기물이 연소된 후에 연소재가 배출되는 재 배출 홀(225)이 마련된다.
화격자(208)의 중앙부에는 1차 급기팬(203)으로부터 화격자(208)의 하부로 유동된 공기의 통과를 위한 연소가스튜브(226)가 위치한다. 연소가스튜브(226)는 화격자(208)의 중앙 하부로 유입된 연소용 공기의 상승 기류를 형성할 수 있다.
화격자(208)의 중앙 하부로 유입된 1차 급기팬(203)의 연소용 공기는 화격자(208)의 하부로 낙하된 재를 재 취출부(E) 측으로 배출시킬 수 있으며, 연소가스튜브(226)로 유입되어 화격자(208)의 상부로 상승기류를 형성할 수 있다.
이러한 1차 연소실부(B)는, 1차 급기팬(203)의 연소용 공기가 1차 연소실부(B)와 2차 연소실부(C)로 각각 공급 되도록 구성된다. 1차 연소실부(B)의 1차 급기팬(203)은 1차 연소실부(B)와 2차 연소실부(C)에 함께 연결되어 각각의 연소실부에 연소공기를 제공할 수 있다.
1차 연소실부(B) 상에는 2차 연소실부(C)가 배치된다. 2차 연소실부(C)는 1차 급기팬(203)으로부터 함께 연소용 공기를 공급받도록 1차 연소실부(B)와 1차 급기팬(203)을 연결하는 연결관(204)을 공유한다. 이처럼 2차 연소실부(C)는 1차 연소실부(B)와 연소용 공기를 공급하는 급기원을 공유한다.
이러한 2차 연소실부(C)는 1차 연소실부(B) 상에 위치하며, 소각대상물(211)의 연소가스가 통과하며, 상부 내벽에서 그 하부로 급기되도록 구성된 것이다.
2차 연소실부(C)는 1차 연소실부(B)의 상부에 연결되는 다른 외통(301)과 내통(302)과, 다른 외통(301)의 상부를 일부 차단하는 상판(307), 상판(307)과 결합된 연소가스 통로부(309)를 포함한다.
2차 연소실부(C)는 연결관(204)이 다른 외통(301)의 하부에 연결되며, 다른 내통(302)과 상판(307) 사이에 다른 내통(302)의 상부 측으로 1차 급기팬(203)의 급기를 위한 틈(308)이 있을 수 있다.
1차 급기팬(203)의 연소공기는 다른 외통(301)과 내통(302) 사이의 환형 공간을 통과하여 밑판(307)과 다른 내통(302) 사이의 틈(308)을 통해서 다른 내통(302)으로 유입되며, 1차 연소실부(B)에서 상승된 미연 공기의 연소에 사용된다.
연소가스 통로부(309)는 2차 연소실부(C)와 3차 연소실부(D)를 연결하는 것이다. 이러한 연소가스 통로부(309)는 2차 연소실부(C) 측에서 3차 연소실부(D) 측으로 미연 가스의 유동을 허용한다.
한편, 1차 연소실부(B)와 2차 연소실부(C)에 연결되며 1차 급기팬(203)에 연결되는 연결관(204)은, 1차 연소실부(B)의 외통(201)과 2차 연소실부(C)의 외통(301)에 급기 통로가 구분되어 연결되는 분할관(231), 및 분할관(231)의 내부에 배치되며 1차 연소실부(B) 측과 2차 연소실부(C) 측의 급기 통로를 구분하는 분할 격벽(232)을 포함할 수 있다.
이러한 연결관(204)은 1차 급기팬(203)의 연소용 공기가 분할 격벽(232)에 의해 1차 연소실부(B)와 2차 연소실부(C)로 구분되어 공급되도록 구성된 것이다. 연결관(204)과 1차 급기팬(203)은 상기와 같이 공기량과 유속을 조절 가능한 댐퍼(205)로 연결된다. 댐퍼(205)의 내부에는 각도가 조절되는 공기 조절판(205a)이 배치된다.
2차 연소실부(C) 상에는 3차 연소실부(D)가 2차 연소실부(C)보다 축소된 직경으로 배치된다.
3차 연소실부(D)는 2차 연소실부(C) 상에 위치하며, 2차 연소실부(C)의 연소가스가 상승하여 스팀과 함께 더 연소되며 하부 내벽에서 그 상부로 급기되도록 구성된 것이다. 이러한 3차 연소실부(D)에는 연소가스의 배기를 위한 상부 개구가 마련된다.
3차 연소실부(D)는 2차 연소실부(C)의 상부에 연결되는 또 다른 외통(401)과 내통(402), 또 다른 외통(401)의 상부에 연결되는 2차 급기팬(403)과 댐퍼(405), 외통(401)의 상부를 일부 차단하는 다른 상판(412), 다른 상판(412)에 배치되는 배기관(411), 또 다른 내통(402) 안에 배치되는 스팀 링(414, 415), 또 다른 외통(401) 하부에 결합된 밑판(413), 밑판(413) 상에 장착된 온도상승버너(407)를 포함한다.
3차 연소실부(D)는 또 다른 내통(402)과 밑판(413) 사이에 또 다른 내통(402)의 하부 측으로 2차 급기팬(403)의 급기를 위한 다른 틈(408)이 있다.
3차 연소실부(D)의 2차 급기팬(403)은 또 다른 외통(401)의 상부에 위치하고 있다. 이에 따라 2차 급기팬(403)의 연소공기는 또 다른 외통(401)과 내통(402)의 환형 공간을 타고 하부로 유동하여 또 다른 내통(402)과 밑판(413)에 마련된 틈을 통해 또 다른 내통(402)으로 유입된다.
이러한 2차 급기팬(403)의 연소용 공기는 3차 연소실부(D)에서 유입된 미연 공기를 태우는데 사용된다. 3차 연소실부(D)에 유입된 미연 공기는 또 다른 내통(402)에서 상승하는 연소용 공기와 틈(408)에 인접하게 배치된 온도 상승 버너(407)에 의해 질소산화물이 저감된 저 녹스(NOx)로 연소된다.
이러한 3차 연소실부(D)는 화염온도를 낮추기 위해 스팀 라인부(10)에 연결된 링 형상의 스팀 링(414, 415)이 배치된다. 스팀 링(414, 415)은 원주 방향을 따라 노즐(410)이 배치된다. 이러한 노즐(410)은 화염의 중심방향으로 스팀이 분사되도록 구성된다. 스팀 링(414, 415)은 1, 2단 복수로 배치될 수 있다.
이처럼 스팀 링(414, 415)은 내통(402)의 내벽부에 인접하며, 3차 연소실부(D) 상하 간격을 두고 복수로 배치되며, 3차 연소실부(D)의 내통(402)의 화염 중심방향으로 스팀을 분사하도록 노즐(410)이 구성되어 있다.
전술한 1차, 2차 급기팬(403)과 그 대응하는 연결관(404)에 장착된 댐퍼(205)는, 공기압 및 연소용 공기량을 조절하기 위한 각도 조절수단을 독립적으로 구비할 수 있다. 각도 조절수단은 회전 구동되게 구성된 공기 조절판(205a)으로 마련될 수 있다.
1, 2차 급기팬의 댐퍼(205) 및 각도 조절수단을 조절함으로써 화격자(208) 상부 압력이 화격자(208) 하부의 하부공간(210)의 압력보다 크게 되며, 화격자(208) 상의 소각대상물(211) 재가 재 취출부(E) 측으로 자유 낙하되거나 재 배출 홀(225)을 통과할 수 있다.
스팀 라인부(10)는, 메인 스팀라인(111), 메인 스팀라인(111)에서 분기되어 3차 연소실부(D)에 연결되며 개폐 가능하게 구성된 제1 스팀 라인(112a), 및 메인 스팀라인(111)에서 분기되어 소각대상물 자동투입부(A)에 측으로 배치되며 개폐 가능하게 구성된 제2 스팀 라인(112b)을 포함할 수 있다.
재 취출부(E)는 연소 하우징(209)과 연결된 연결관, 연결관(240)에 연결된 재 받침 수조(502), 재 받침 수조(502)에 물을 물 공급부(505), 및 재 받침 수조(502)의 물속에 있는 재를 외부로 배출하는 수조식 체인 컨베이어(508)를 포함할 수 있다.
상기의 1차 연소실부(B)의 화격자(208) 하부에 있는 재 취출부(E)는 낙하되는 소각대상물(211)의 재를 받아 외부로 배출하도록 구성된 것이다. 재 취출부(E)는 물이 공급됨으로써 먼지의 발생을 방지한다. 재는 물속에 잠긴 상태에서 물속에서 작동 가능한 수조식 체인 컨베이어(508)에 의해 외부에 배치된 재 반출부(520)로 반송된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 고온 사이클론 연소기의 연소 작용에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2, 3a에 도시된 바와 같이, 1차 연소실부(B)에 공급되는 1차 연소용 공기는 1차 연소실부(B)에 형성된 외통(201)과 내통(202) 사이에서 강한 사이클론 양상으로 유동하며 및 그 양상을 유지하면서 화격자(208)가 있는 연소 하우징(209)의 하부공간(210) 방향으로 유동된다. 이 연소용 공기는 화격자(208)의 하부에서 상부 방향으로 유동하며, 일부는 연소가스튜브를 통해 화격자(208)의 상부로 유동된다.
상기와 같은 1차 연소실부(B)의 내부에서는, 1차 급기팬(203)로 공급된 연소용 공기와 화격자(208)에 쌓여진 다양한 소각대상물(211)이 파일럿 버너(206)로 착화된다.
파일럿 버너(206)는 소각대상물(211)에 화염을 생성시킬 수 있고, 화염이 생성된 후에는 파일럿 버너(206)는 소화된다. 이러한 화염은 소각물 투입관(103)의 공간부(106)에 적재되어 있는 소각대상물(211)을 방사열 등에 의해 건조시킨다.
2차 연소실부(C)는 1차 연소실부(B)에서 생성된 화염 중에 미연성분 가스를 연소시키는 것이다. 이러한 2차 연소실부(B)는 1차 급기팬(203)에 의해 공급되는 연소용 공기를 제공받는다.
2차 연소실부(C)로 공급되는 연소용 공기는 다른 내통(302)과 외통(301, 302)사이에 강한 사이클론 양상의 유동을 발생시킨다. 연소용 공기는 그 유동이 유지되면서 내통(302)의 상부방향의 틈(308)을 통과한다.
2차 연소실부(C)의 연소용 공기는 2차 연소실부(C)의 2차 연소실(306)으로 강한 사이클론 방식으로 2차 연소실부(C) 하부로 유동되며, 1차 연소실부(B)에 생성된 미연가스를 연소시킬 수 있다.
3차 연소실부(D)는 2차 연소실부(C)에서 유입되는 미연 가스를 완전 연소시키는 것이다.
이러한 3차 연소실부(D)는 2차 급기팬(403)에서 연소용 공기를 제공받는다. 온도상승버너(407)의 화염과 연소용 공기에 의해 미연가스를 연소시킨다. 스팀 링(414, 415)의 스팀은 상기 미연가스의 연소에서 화염온도를 저하시켜 NOx를 저감시킨다.
2차 급기팬(403)에서 공급되는 연소용 공기는 외통과 내통(401, 402) 사이에서 사이클론 양상으로 유동되어, 연소가스 통로부(309)의 상부로 유입된다. 그 유입된 연소용 공기는 3차 연소실부(D)로 유입된 미연의 연소가스를 완전 연소시킨 후에 배기관(411)을 통해 배기가스로 배출된다.
1차 연소실부(B)에 연소된 후 재(ash)는 1차 급기팬(203)으로 공급되는 화격자(208) 상하부의 공기압의 차이로 재 취출부(E)로 자유 낙하된다. 모아진 재는 물속에서 수조식 체인컨베이어(508)에 의해 외부로 배출된다.
상기와 같이 소각 대상물이 호퍼(100)로 공급되며, 호퍼(100)의 하부에 있는 공간부(106)로 자유 낙하 방식으로 연속 공급되어 1차 연소실부(B)의 화격자(208) 상에 일정량의 다양한 소각대상물(211)이 쌓이게 된다.
이 후에는, 1차, 2차, 3차 연소실부(B, C, D)로 연소용 공기가 공급되면서 1차 파일럿 버너(206)가 소각 대상물에 화염을 생성하여 1, 2, 3차로 연소시킨다. 3차 연소실부(D)에서는 온도상승버너(407)가 가동되며, 2차 연소실부(C)의 미연 가스를 완전연소 시킴과 동시에 스팀에 의해 화염온도를 낮추어 NOx를 저감한다. 배출가스는 배기관(411)을 통해 배출된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
A: 소각 대상물 자동투입부
100: 호퍼 101: 제1 개폐부
102: 실린더 103: 소각 대상물 공급부
104: 스팀 분사라인 105: 제2 개폐부
106: 공간부 107: 스팀 커튼라인
108: 자동 투입 수단 109: 실린더
B: 1차 연소실부
201: 외통 202: 내통
203: 1차 급기팬 204: 연결관
205: 댐퍼 206: 파일럿 버너
207: 1차 연소실 208: 화격자
209: 연소 하우징 210: 하부공간
211: 소각대상물 225: 재 배출 홀
226: 연소가스튜브 240: 연결관
C: 2차 연소실부
301: 외통 302: 내통
307: 상판 308: 틈
309: 연소가스 통로부
D: 3차 연소실부
401: 외통 402: 내통
403: 2차 급기팬
404: 연결관 405: 댐퍼
407: 온도상승버너 408: 틈
411: 배기관 412: 상판
413: 밑판 414, 415: 스팀 링
E: 재 취출부
502: 재 받침 수조 505: 물 공급부
508: 수조식 체인 컨베이어

Claims (13)

  1. 스팀이 공급되는 소각대상물 자동투입부;
    상기 소각대상물 자동투입부가 연결되며, 스팀 처리된 소각대상물이 투입되는 화격자를 구비하며, 연소용 공기가 상기 소각 대상물이 위치하는 상기 화격자의 하부로 급기되도록 이중벽으로 구성된 1차 연소실부;
    상기 1차 연소실부 상에 위치하며, 상기 소각대상물의 연소가스가 통과하며, 상부 내벽에서 그 하부로 급기되도록 이중벽으로 구성된 2차 연소실부;
    상기 2차 연소실부 상에 위치하며, 상기 2차 연소실부의 연소가스가 상승하여 스팀과 함께 더 연소되며 하부 내벽에서 그 상부로 급기되도록 이중벽으로 구성되며, 연소가스의 배기를 위한 상부 개구가 마련된 3차 연소실부;
    상기 1차 연소실부의 재를 외부로 배출하는 재 취출부; 및
    상기 소각대상물 자동 투입부와 1차 연소실부에 스팀을 공급하도록 구성된 스팀 라인부를 포함하며,
    상기 1차 연소실부와 상기 2차 연소실부는 급기원을 공유하며,
    상기 화격자는 하부로 볼록한 원형의 바닥부와, 상기 바닥부의 가장자리에 마련된 수직벽을 포함하며, 상기 수직벽과 바닥면이 접하게 되는 가장자리 원주를 따라 폐기물이 연소된 후에 연소재가 배출되는 재 배출 홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 연소실부는 상기 소각대상물 자동투입부가 연결되며, 내통과 외통, 상기 외통과 연결된 연소 하우징, 상기 화격자의 중앙부를 관통하여 배치되는 연소가스튜브, 상기 화격자 상에 배치되는 파일럿 버너, 및 상기 외통 상부에 연결관으로 연결된 1차 급기팬과 댐퍼를 포함하며,
    상기 1차 급기팬의 연소용 공기가 상기 1차 연소실부와 2차 연소실부로 각각 공급 되도록 구성되며,
    상기 소각대상물 자동투입부는 상기 1차 연소실부의 화격자 상으로 소각 대상물을 투입 가능하도록 상기 1차 연소실부의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 연소실부는 상기 1차 연소실부의 상부에 연결되는 다른 내통과 외통, 상기 다른 외통의 상부를 일부 차단하는 상판, 상기 상판과 결합된 연소가스 통로부를 포함하며,
    상기 연결관이 다른 외통의 하부에 연결되며, 상기 다른 내통과 상판 사이에 상기 다른 내통의 상부 측으로 상기 1차 급기팬의 급기를 위한 틈이 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 3차 연소실부는 상기 2차 연소실부의 상부에 연결되는 또 다른 내통과 외통, 상기 또 다른 외통의 상부에 연결되는 2차 급기팬과 댐퍼, 상기 외통의 상부를 일부 차단하는 다른 상판, 상기 다른 상판에 배치되는 배기관, 상기 또 다른 내통 안에 배치되는 스팀 링, 상기 또 다른 외통 하부에 결합된 밑판, 상기 밑판 상에 장착된 온도상승버너을 포함하며, 상기 또 다른 내통과 상기 밑판 사이에 상기 또 다른 내통의 하부 측으로 상기 2차 급기팬의 급기를 위한 다른 틈이 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 급기팬에 연결되는 연결관은,
    상기 1차 연소실부의 외통과 상기 2차 연소실부의 외통에 급기 통로가 구분되어 연결되는 분할관; 및
    상기 분할관의 내부에 배치되며, 상기 1차 연소실부 측과 2차 연소실부 측의 급기 통로를 구분하는 분할 격벽을 포함하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 1차, 2차 급기팬과 그 대응하는 연결관에 장착된 상기 댐퍼는, 공기압 및 연소용 공기량을 조절하기 위한 각도 조절수단을 독립적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 1, 2차 급기팬의 댐퍼 및 상기 각도 조절수단을 조절함으로써 상기 화격자 상부 압력이 화격자 하부의 하부공간의 압력보다 크게 되며, 상기 화격자 상의 소각대상물 재가 상기 재 취출부 측으로 자유 낙하되거나 상기 재 배출 홀을 통과하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 스팀 라인부는,
    메인 스팀라인;
    상기 메인 스팀라인에서 분기되어 상기 3차 연소실부에 연결되며 개폐 가능하게 구성된 제1 스팀 라인; 및
    상기 메인 스팀라인에서 분기되어 상기 소각대상물 자동투입부에 측으로 배치되며 개폐 가능하게 구성된 제2 스팀 라인을 포함하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 소각대상물 자동투입부는,
    소각 대상물이 투입되는 호퍼;
    상기 호퍼의 하부를 개폐하도록 구성된 제1 개폐부;
    상기 호퍼에 연결된 소각물 투입관;
    상기 소각물 투입관의 상부를 개폐하도록 구성된 제2 개폐부;
    상기 제1 개폐부와 제2 개폐부 사이에 위치하며, 상기 스팀 라인부에 연결되는 스팀 분사라인;
    상기 소각물 투입관과 1차 연소실부 사이에 위치하며 상기 스팀 라인부에 연결된 스팀 커튼라인; 및
    상기 소각물 투입관의 하부에 위치하며, 상기 1차 연소실부 측으로 소각대상물을 밀어 넣는 자동 투입수단을 포함하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 소각대상물이 자동 및 연속적으로 투입 가능하도록 상기 제1 개폐부와 제2 개폐부의 개폐 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 스팀 링은 상기 내통의 내벽부에 인접하며, 상기 3차 연소실부 상하 간격을 두고 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 스팀 링은 상기 3차 연소실부의 내통의 화염 중심방향으로 스팀을 분사하도록 노즐이 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 재 취출부는 상기 연소 하우징과 연결된 연결관, 상기 연결관에 연결된 재 받침 수조, 상기 재 받침 수조에 물을 물 공급부, 상기 재 받침 수조의 물속에 있는 재를 외부로 배출하는 수조식 체인 컨베이어를 포함하는 특징으로 하는 하이브리드 고온 사이클론 연소기.
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