KR102006957B1

KR102006957B1 - 소각로 폐열 회수 시스템

Info

Publication number: KR102006957B1
Application number: KR1020170041589A
Authority: KR
Inventors: 홍성록; 강형석
Original assignee: 에코매니지먼트코리아홀딩스 주식회사
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-08-02
Also published as: KR20180111114A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템은 폐기물을 소각하는 소각로; 및 소각로에서 발생된 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 스팀 발생부를 포함하되, 소각로는 폐기물을 열이나 화염을 이용하여 1차로 연소하는 1차 연소실; 및 1차 연소실의 상부에 연결되어, 1차 연소실에서 연소된 배기가스를 다시 2차로 연소하는 2차 연소실을 포함하고, 스팀 발생부는 소각로의 2차 연소실의 외벽에 위치하고, 2차 연소실의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 캐비티 보일러; 2차 연소실에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 수퍼 히터; 및 수퍼 히터에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 보일러부를 포함한다.

Description

소각로 폐열 회수 시스템{RECYCLING SYSTEM OF WASTE GEAT USING THE INCINERATOR}

본 발명은 소각로 폐열 회수 시스템에 관한 것이다.

쓰레기를 포함하는 각종 폐기물들을 과거에는 매립방식으로 처리해왔으나, 근래에는 매립지선정의 어려움으로 인해서 점차적으로 소각 방식으로 바뀌어 가고 있는 실정이다.

폐기물을 소각하는 방식으로는 소각로 내에 폐기물을 장입하고 열원 및 공기를 공급하여 연소시키는 방법을 사용한다. 이러한 폐기물을 소각하게 되면 연소과정에서 배기가스가 발생하게 되는데 이러한 배기가스 속에는 비산재, 일산화탄소(CO), 산성가스(HCL,SO2,HF,H2S), 질소산화물(NO,NO2), 중금속(Hg,As,Pb), 다이옥신(PCDD,PCDF)등 유해 대기오염물질을 포함하고 있다.

배기가스 속에 포함된 오염물질들을 제거하기 위해서 가스처리시설을 이용하게 된다. 가스처리시설을 가동하기 위한 적정온도는 대략 220℃이지만 상기 배기가스의 온도는 대략 900~1100℃정도의 고온이다.

따라서, 오염물질을 제거하기 위해서는 배기가스의 온도를 낮춰야만 가능하다.

배기가스의 온도를 낮추는 방법으로는 냉각장치와 폐열회수장치가 이용되며, 특히 수관을 이용한 폐열회수장치로 인해 소각시 발생된 폐열로 스팀을 생산한다.

한편, 이와 관련하여 대한민국등록특허 제10-0807200호(발명의 명칭: 소각로 일체형 폐열회수장치)에서는, 폐기물이 투입되는 투입구, 폐기물을 1차 연소시키는 제1소각로, 폐기물을 2차 연소시키는 2차소각로, 제2 소작로 내부에 설치되어 소각시 발생된 열을 회수하는 제1폐열회수부, 소각시 발생된 열을 2차로 회수하는 제2폐열회수부, 및 배출가스를 배출시키는 덕트를 포함하는 구성을 개시하고 있다.

하지만, 이러한 종래의 소각로 폐열회수장치는 제1 폐열회수부가 제2소각실 내에 위치하여, 배출가스 내에 포함된 이물질에 의해 제1 폐열회수부가 부식되어, 설비의 수명이 단축되고, 안정적인 유지 관리에 어려움이 있었다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐열을 효율적으로 회수할 수 있으며, 과열증기의 에너지 사용을 극대화할 수 있는 소각로 폐열 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템은 폐기물을 소각하는 소각로; 및 소각로에서 발생된 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 스팀 발생부를 포함하되, 소각로는 폐기물을 열이나 화염을 이용하여 1차로 연소하는 1차 연소실; 및 1차 연소실의 상부에 연결되어, 1차 연소실에서 연소된 배기가스를 다시 2차로 연소하는 2차 연소실을 포함하고, 스팀 발생부는 소각로의 2차 연소실의 외벽에 위치하고, 2차 연소실의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 캐비티 보일러; 2차 연소실에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 수퍼 히터; 및 수퍼 히터에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 보일러부를 포함한다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 캐비티 보일러, 수퍼히터, 및 보일러부를 이용하여 소각로에서 발생한 폐열을 효율적으로 회수하여, 과열증기를 생산할 수 있다.

또한, 2차 연소실의 외부에 캐비티 보일러가 위치하여, 2차 연소실에서 배출되는 배기가스의 온도를 낮게 하여, 수퍼 히터가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 생산된 과열증기를 이용하여 전기에너지 생산 및 중온수를 가열하여 외부로 온수를 공급하여, 에너지 사용을 극대화할 수 있는 효과가 크게 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 연소실 및 수퍼 히터를 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원은 소각로 폐열 회수 시스템(10)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템(10)의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템(10)의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 연소실(120) 및 수퍼 히터(220)를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 소각로 폐열 회수 시스템(10)에 대해 설명한다.

소각로 폐열 회수 시스템(10)은 폐기물을 소각하는 소각로(100) 및 소각로(100)에서 발생한 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 스팀 발생부(200)를 포함한다. 상술한 스팀이란 물을 가열하여, 포화 온도인 상태인 포화증기 또는 포화증기를 가열하여, 열량이 높은 과열증기일 수 있다.

소각로(100)는 폐기물을 열이나 화염을 이용하여 1차로 연소하는 1차 연소실(110) 및 1차 연소실(110)의 상부에 위치하고, 1차 연소실(110)에서 연소된 배기가스를 다시 2차로 연소하는 2차 연소실(120)을 포함한다.

상세하게는, 1차 연소실(110)은 일측에 폐기물이 투입되는 투입구(111)와 타측에 소각물을 배출시키기 위한 소각물배출구(112)가 구비될 수 있다.

예시적으로, 투입구(111)는 상부가 하부보다 상대적으로 넓은 영역을 갖는 개구부가 형성되고, 1차 연소실(110)의 일측 상부에 위치할 수 있다. 또한, 소각물배출구(112)는 1차 연소실(110)의 타측 하부에 위치할 수 있다.

또한, 1차 연소실(110)은 투입구(111)에서부터 소각물배출구(112) 방향으로 기울어진 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 1차 연소실(110)의 저면부가 투입구(111) 방향에서 소각물배출구(112) 방향으로 갈수록 점차적으로 그 높이가 낮아지는 형상을 가지며, 이에 따라 투입구(111)로 투입된 폐기물이 1차 연소실(110) 내부로의 공급로 공급되는 것이나, 소각된 소각물의 배출이 용이할 수 있다.

2차 연소실(120)은 1차 연소실(110)의 상부에 위치하고, 1차 연소실(110)에서 연소된 배기가스를 다시 2차로 연소할 수 있다. 예시적으로, 2차 연소실(120)에서는 배기가스의 온도가 1000도 내지 1100도로 가열될 수 있다.

상세하게는, 도 3을 참조하면, 2차 연소실(120)은 내부에 소정의 공간이 형성되는 외벽(126), 1차 연소실(110)과 연통되어, 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(121), 상하방향으로 좌우 교번되게 설치되는 적어도 하나 이상의 격판(122, 123, 124), 및 2차 연소실(120)의 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(125)를 포함할 수 있다.

다시 말해, 2차 연소실(120)은 복수의 격벽(122, 123, 124)에 의해 배출가스를 상하방향을 따라 지그 재그로 안내하는 배출로(127)가 형성될 수 있다.

상세하게는, 복수의 격벽(122, 123, 124)은 2차 연소실(120)의 바닥으로부터 상부방향으로 연장형성된 제1 격벽(122), 제1 격벽(122)으로부터 배기가스 배출구(125)가 위치한 방향으로 소정의 거리 이격되고, 2차 연소실(120)의 천정부로부터 하부방향으로 연장형성된 제2 격벽(123), 및 제2 격벽(123)으로부터 배기가스 배출구(125)가 위치한 방향으로 소정의 거리 이격되고, 2차 연소실(120)의 바닥으로부터 상부방향으로 연장형성된 제3 격벽(124)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 2차 연소실(120)로 유입된 배기가스는 제1 격벽(122)과 외벽(126)에 의해 상부방향으로 이동되고, 제1 격벽(122)과 제2 격벽(123)에 의해 하부방향으로 이동되며, 제2 격벽(123)과 제3 격벽(124)에 의해 다시 상부방향으로 이동되고, 제3 격벽(124)과 외벽(126)에 의해 하부방향으로 이동되어 배기가스 배출구(125)로 배출될 수 있다. 따라서, 2차 연소실(120) 내부에서 배출가스가 통과되는 시간을 길게하여, 캐비티 보일러(210)는 2차 연소실(120)의 내부에 위치한 배출가스로부터 열을 효율적으로 전달받을 수 있는 효과가 있다. 또한, 2차 연소실(120)에서 배출되는 배기가스의 온도는 캐비티 보일러(210)에 의해 550 내지 650도로 유지될 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 발생부(200)에 대해서 설명한다.

스팀 발생부(200)는 소각로(100)의 2차 연소실(120)의 외벽(126)에 위치하고, 2차 연소실(120)의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 캐비티 보일러(210), 2차 연소실(120)에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 수퍼 히터(220) 및 수퍼 히터(220)에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 보일러부(230)를 포함한다.

캐비티 보일러(210)는 2차 연소실(120)의 외벽(126)에 위치하여, 2차 연소실(120)에서 발생되는 폐열을 이용하여, 포화증기를 생산할 수 있다. 예시적으로, 캐비티 보일러(210)는 2차 연소실(120)의 외벽(126)에 위치하는 수관 및 2차 연소실(120)의 외벽(126)과 소정의 거리 이격되어 위치하고, 수관을 단열하는 단열벽을 포함할 수 있다. 이때, 단열벽은 벽돌로 구성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 수퍼 히터(220)는 2차 연소실(120)의 배기가스 배출구(125)와 연결되는 히터 하우징(221) 및 히터 하우징(221)의 내부에 위치하고, 배기가스 배출구(125)로 유입된 고온의 배기가스를 이용하여, 스팀을 생산하는 수퍼 히터(220)의 수관(222)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 도 1을 참조하면, 수퍼 히터(220)의 수관(222)은 캐비티 보일러(210) 및 보일러부(230)에서 발생된 포화증기를 공급받아, 히터 하우징(221)으로 공급된 배기가스를 통해 포화증기를 과열증기로 가열하여 후술되는 스팀 공급부(400) 및 스팀 터빈부(500)로 공급할 수 있다.

도 2를 참조하면, 보일러부(230)는 수퍼 히터(220)에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 포화증기를 생산할 수 있다.

예시적으로, 보일러부(230)는 스팀 드럼(231), 적어도 하나 이상의 워터 드럼(232), 및 복수의 스팀배관(233)으로 구성될 수 있다. 워터 드럼(232)은 스팀 드럼(231)보다 상대적으로 작은 직경을 갖도록 구비되며, 내부에 물이 충진되도록 구비될 수 있다. 또한, 복수의 스팀배관(233)은 스팀 드럼(231)과 워터 드럼(232)을 각각 연결하는 미세한 관일 수 있다. 즉, 스팀배관(233)은 상단이 스팀 드럼(231)과 연결되고, 하단은 워터 드럼(232)에 연결될 수 있다.

또한, 보일러부(230)는 2드럼 수관 보일러 또는 3드럼 수관 보일러 일 수 있다. 다시 말해, 2드럼 수관 보일러는 상부에 스팀 드럼(231), 하부에 워터 드럼(232)으로 하여 2개의 드럼이 설치되고, 스팀 드럼(231)과 워터 드럼(232)을 연결하는 복수의 스팀배관(233)으로 구성될 수 있다. 또한, 3드럼 수관 보일러는 상부에 스팀 드럼(231)을 설치하고, 하측 양방에 워터 드럼(232)이 설치되며, 스팀 드럼(231)과 워터 드럼(232) 간에는 외벽(126)으로서 다수의 스팀배관(233)들이 연결되어 구성될 수 있다. 상술한 보일러부(230)는 소각로(100)에서 일반적으로 사용되는 구성이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 보일러부(230)에서 배출된 배기가스는 배기가스 정화장치를 통해 정화한 후, 외부로 배출될 수 있다.

도 1을 참조하면, 소각로 폐열 회수 시스템(10)은 스팀 발생부(200)에서 발생된 스팀을 외부로 공급하는 스팀 공급부(400), 스팀 발생부(200)에서 발생된 스팀에 의하여 전력을 생산하는 스팀 터빈부(500), 스팀 터빈부(500)에서 나온 스팀을 이용하여, 외부에서 유입된 중온수를 가열하여 온수를 외부로 공급하는 열교환부(600)를 더 포함할 수 있다.

다시 말해, 소각로 폐열 회수 시스템(10)은 스팀 발생부(200)에서 발생된 과열증기를 외부로 바로 공급하거나 스팀 터빈부(500)를 통해 전기에너지로 변환하여 외부로 공급할 수 있다. 이때, 스팀 터빈부(500)는 스팀 발생부(200)에서 발생된 스팀에 의하여 동력을 생산하는 스팀터빈 및 스팀터빈의 동력에 의하여 전력을 생산하는 발전기를 포함할 수 있다. 또한, 열교환부(600)에서는 외부에서 공급받은 중온수(약 40도의 물)를 가열하여, 다시 외부로 온수(약 100도의 물)를 공급할 수 있다.

즉, 소각로 폐열 회수 시스템(10)은 스팀 발생부(200)에서 발생된 과열증기를 이용하여, 스팀, 전기에너지의 상태로 외부로 공급할 뿐만 아니라, 외부에서 공급된 물을 가열할 수 있으며, 이에 따라 에너지 사용 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1을 참조하면, 소각로 폐열 회수 시스템(10)은 열교환부(600)에서 생성된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 캐비티 보일러(210) 및 보일러부(230)로 공급하는 FW(Fresh Water) 탱크(300)를 더 포함할 수 있다. 다시말해, FW 탱크(300)에는 스팀 공급부(400)를 통해 외부로 공급된 스팀을 제외한 스팀이 스팀 터빈부(500) 및 열교환부(600)를 통해 냉각된 온수가 저장될 수 있다. 또한, 소각로 폐열 회수 시스템(10)은 스팀 공급부(400)에서 외부로 공급된 스팀량만큼, FW 탱크(300)로 물을 보충하는 보충수 공급부를 더 포함할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 소각로 폐열 회수 시스템
100 : 소각로
110 : 1차 연소실 111 : 투입구
112 : 소각물배출구
120 : 2차 연소실
121 : 배기가스 유입구 122 : 제1 격벽
123 : 제2 격벽 124 : 제3 격벽
125 : 배기가스 배출구 126 : 외벽
127 : 배출로
200 : 스팀발생부
210 : 캐비티 보일러
220 : 수퍼 히터
221 : 히터 하우징 222 : 수퍼 히터의 수관
230 : 보일러부
231 : 스팀 드럼 232 : 워터 드럼
233 : 스팀 배관
300 : FW 탱크 400 : 스팀 공급부
500 : 스팀터빈부 600 : 열교환부

Claims

소각로 폐열 회수 시스템에 있어서,
폐기물을 소각하는 소각로; 및
상기 소각로에서 발생된 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 스팀 발생부를 포함하되,
상기 소각로는
상기 폐기물을 열이나 화염을 이용하여 1차로 연소하는 1차 연소실; 및
상기 1차 연소실의 상부에 연결되어, 상기 1차 연소실에서 연소된 배기가스를 다시 2차로 연소하는 2차 연소실을 포함하고,
상기 스팀 발생부는
상기 소각로의 2차 연소실의 외벽에 위치하고, 상기 2차 연소실의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 캐비티 보일러;
상기 2차 연소실에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 수퍼 히터; 및
상기 수퍼 히터에서 나온 고온의 배기가스를 이용하여 스팀을 생산하는 보일러부를 포함하고,
상기 캐비티 보일러는
상기 2차 연소실의 외벽에 위치하는 수관 및
상기 2차 연소실의 외벽과 소정의 거리 이격되어 위치하는 단열벽을 포함하고,
상기 수퍼 히터는
상기 2차 연소실의 배기가스 배출구와 연결되는 히터 하우징 및 상기 히터 하우징의 내부에 위치하고, 상기 2차 연소실의 배기가스 배출구로 유입된 고온의 배기가스를 이용하여, 스팀을 생산하는 수퍼 히터의 수관을 포함하고,
상기 수퍼 히터의 수관은 상기 캐비티 보일러 및 보일러부에서 발생된 포화증기를 공급받아, 상기 히터 하우징으로 공급된 배기가스를 통해 과열증기로 가열하는 것인 소각로 폐열 회수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 2차 연소실에서 배출되는 배기가스의 온도는 상기 캐비티 보일러에 의해 냉각되어 550 내지 650도인 것인 소각로 폐열 회수 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스팀 발생부에서 발생된 스팀을 외부로 공급하는 스팀공급부;
상기 스팀 발생부에서 발생된 스팀에 의하여 전력을 생산하는 스팀터빈부; 및
상기 스팀 터빈부에서 나온 스팀을 이용하여, 외부에서 유입된 중온수를 가열하여 온수를 외부로 공급하는 열교환부를 더 포함하는 것인 소각로 폐열 회수 시스템.
제4항에 있어서,
상기 열교환부에서 생성된 온수를 저장하고, 상기 저장된 온수를 상기 캐비티 보일러 및 보일러부로 공급하는 FW 탱크를 더 포함하는 것인 소각로 폐열 회수 시스템.