KR102126214B1 - 불연성 폐기물 소각을 위한 복합형선회연소로 - Google Patents

불연성 폐기물 소각을 위한 복합형선회연소로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 낮은 열량과 수분으로 인해 연료로 사용할 수 없는 호그, 젖은 톱밥, 폐슬러지, 음식폐기물 처리 후 남는 잔재 혼합물(폐비닐) 등 불연성 폐기물을 효과적으로 연소하고 비산재를 막아주기 위한 고효율 복합형선회연소로를 제공하기 위한 목적을 가지며, 수평형선회연소로를 1차 연소로로 하고, 수직형 삼중선회연소로를 2차 연소로로 구성하되, 2차 연소로인 수직형선회연소로는 원통형 내통과 원통형 외통의 2중 구조이고, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 상단의 연소 배가스 배출구의 중심선과 하부측단의 입구부분의 중심선의 각도가 90도를 이루고, 이들이 1/4 원호 모양이며, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구와 연결되는 것으로서, 본 발명에 따른 복합형선회연소로는 완전 연소에 가까운 연소 효율을 보여주고 재 회수율을 높여줌으로써 건조 하우스에서 건조 중 발화 등의 위험을 감소시키고 2차 연소로에 내화벽돌이 필요 없게 되어 경제적인 효과를 나타낸다.

Description

불연성 폐기물 소각을 위한 복합형선회연소로{Combined Swirling Combustor for incinerating incombustible waste}
본 발명은 제재소 등에서 흔히 사용하는 수평형선회연소로에서 나타나는 불완전 연소나 비산재의 발생을 막아주고, 낮은 열량과 수분으로 인해 연료로 사용할 수 없는 호그(hog), 젖은 톱밥, 폐슬러지, 음식폐기물 처리 후 남는 잔재 혼합물(폐비닐) 등을 연소하기 위해 고안된 고효율 수평/수직 복합형 선회 연소장치이다.
본 발명은 채소류 등을 연소하기 위해 개발된 수평형선회연소로(타입 3)를 1차 연소로로 사용하고, 비산 먼지 등을 원심력을 이용하여 수거하면서 미연 성분을 다시 연소 시킬 수 있는 수직형선회연소로(타입 2)를 연결하여 2차 연소로로 활용함으로써 위에서 언급한 불완전 연소 문제와 비산재 발생 문제를 해결할 뿐만 아니라, 2차 연소로가 공기 단열 기능을 구비한 것이어서 내화벽돌을 사용하지 않아도 되는 효과까지 나타냄으로써 현재의 수평형선회연소로 보다 훨씬 경제적인 제작과 운영이 가능하도록 고안된 복합형선회연소로에 관한 것이다.
도 1에 도시된 수평형선회연소로는 논문 1 ‘Swirl Flows’에 따르면 타입 3 선회식 연소로로 분류되며 높은 휘발성분을 포함한 채소류의 연소를 위해 1964년 Agrest가 개발하였다. 후에 낮은 열량의 가스 연소를 위해 사용되기도 하였는데, 도 1에 도시된 대로 초기 디자인은 16개의 접선방향 공기/가스 주입구(1)가 있으며 연소로 내부는 내화벽돌(2)로 보호되고 내화벽돌은 연소로 안의 온도를 유지시켜주는 역할도 겸하고 있다. 긴 연소로를 지나는 선회류(3)는 축 방향으로 직진하는 공기흐름에 비해 최대 15배까지 긴 체류시간을 보장한다.
그러나 수평형선회연소로는 미연소된 연료나 비산재가 출구(4) 직전에 있는 재배출구(5)로 충분히 빠져나가지 못하고 비산되어 출구로 나가는 경우가 발생한다. 이와 같이 비산재가 공기 중으로 비산될 경우 대기환경을 오염시키는 문제가 발생하게 되며, 보일러에 연결되어 있을 때는 보일러 내부에서 슬러깅, 파울링 또는 부식 문제가 발생한다.
또한 타입 3 수평형선회연소로를 직화방식 건조설비에 많이 사용하는 제재소 등에서는 건조하우스에 비산재가 날아들어 감으로서 출하하는 목재의 품질이 저하되는 원인이 되며, 심지어 건조 중 화재가 발생하는 위험까지도 야기되는 것이다.
대한민국 등록특허 10-2018-0025282호 및 논문 2 ‘Introduction of A New Three-Way Swirling Combustion(TSC) Technology with Air Curtain Insulation Effect for Solid Waste’에 소개된 3중 선회연소로(TSC)는 논문 0001 ‘Swirl Flows’에서 분류한 6가지 선회식 연소로 중에 타입 2 수직형선회연소로에 해당하며, 도 2에 도시된 것과 같이 연소로가 내통(6)과 외통(7)으로 구분되어 있고 내통과 외통사이에 공기(8)를 불어 넣어주면 공기가 외통의 상단까지 회전하여 올라가고 내통과 만나는 지점에 만들어 놓은 안내판(9)에 의해 내통의 벽을 타고 연소로 하단으로 선회하며 내려가게 된다. 이때 하단으로 선회하는 공기는 내려오면서 이미 연소하고 있는 연료에 의해 열을 받게 되어서 연소로 하단의 연료층 부분에 도달할 때 공기 온도가 400-500℃까지 이르게 된다. 이와 같은 공기의 흐름은 내통의 내부벽을 단열 시켜주는 효과가 있고 예열된 공기는 연료와 만났을 때 바로 점화에 이르게 된다. 이때 다시 한 번 공기가 연소로의 중앙에서 방향을 바꿔 출구로 향하면서 중심선회류(10)를 형성하게 되고 최종적으로 배가스가 연소로 출구(11)를 빠져나간다.
이때 중요한 특징 중 하나는 연소공기의 선회력에 의해 생기는 원심력으로 인해 미처 타지 못한 연료나 재, 특히 비산재를 로의 하단으로 밀어주는 역할을 해서 좀 더 완전한 연소가 가능하게 해주고 최종적으로 남은 재는 연소로 하단의 재통(12)으로 빠져나게 된다. 이상 언급한 장점에도 불구하고 삼중선회연소로는 1차 연소로로서 사용할 때 내화재 부재로 인해 내통 자체가 고온 부식 등의 영향으로 빨리 마모할 뿐만 아니라, 수분이 많고 열량이 낮은 연료, 예를 들면 호그(hog), 젖은 톱밥, 폐슬러지, 음식폐기물 처리 후 남는 잔재 혼합물(폐비닐) 등을 연소할 때 연료들이 연소로 하단에 층을 이루고 있기 때문에 완전한 연소가 불가능하다. 따라서 이를 해결하기 위해서는 별도의 건조설비나 보조연료 투입을 필요로 한다.
(특허문헌 1) 대한민국등록특허공보 10-2018-0025282호 (특허문헌 2) 일본 공개특허공보 2010-276201호 (특허문헌 3) 대한민국등록특허공보 10-0564881호
(논문 1) Agrest, J: Institute Francais des Combustibles et de l'Energie, 1964, p543 from A. K. Gupta, D. G. Lilley, and N. Syred, "Swirl Flows", Abacus Press, Kent, 1995.pp 316, 323-324 (논문 2) Choe, Kangil, Chae,Jaeou, Cheah,WoonYong, Na,Sangkwon, Introduction of A New Three-Way Swirling Combustion (TSC) Technology with Air Curtain Insulation Effect for Solid Waste, Journal of Thermal Science and Engineering Applications, ASME, August 2018, Vol 10, PP 041021-2
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 호그(hog), 젖은 톱밥, 폐슬러지, 음식폐기물 처리 후 남는 잔재 혼합물(폐비닐) 등이 낮은 열량과 높은 수분으로 인하여 전통적인 연소로에서 효율적으로 연소될 수 없을 뿐만 아니라 수평 혹은 수직형선회연소로에서도 효율적으로 연소될 수 없는 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 수평형선회연소로에서 배출되는 비산재가 대기 중으로 날아가 대기 오염 등 환경 오염의 원인이 되거나, 보일러로 들어가서 열교환기 같은 보일러 내부 부품에 슬러깅(slugging), 파울링(foulin) 또는 부식 등을 발생시키는 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 제재소 건조설비에 비산재가 날아 들어감으로써 출하하는 목재 위에 재가 쌓이는 문제점 및 심한 경우 비산재에 의하여 화재가 발생하는 문제점 등을 해결하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 수직형선회연소로에서 열량이 낮은 연료를 연료 공급 화격자에 쌓아 연소시키려고 할 때 불완전 연소가 발생하는 문제점 혹은 아예 점화가 안 되는 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 삼중선회연소로를 1차 혹은 주 연소로로 사용할 경우 흔히 발생되는 내통의 빠른 부식문제 등의 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 다년간 수많은 연구를 수행한 결과 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은, 먼저, 수평형선회연소로와 수직형선회연소로를 조합할 경우 위와 같은 목적을 달성할 수 있는 것에 주목하였고, 그에 따라 여러 조합을 시도해본 결과, 수평형선회연소로를 1차 연소로로 채택하고, 이에 조합하여 수직형선회연소로를 2차 연소로로 채택하는 경우에 매우 효율적인 연소가 이루어지는 등 상기 목적이 달성되는 것을 확인하였다.
본 발명은, 둘째, 1차 연소로인 수평형선회연소로와 2차 연소로인 수직형선회연소로를 연결하기 위하여 종래에 시도되지 않았던 독특한 형태로 2개의 연소로를 연결하면서 동시에 1차 및 2차 연소로를 가장 효율적으로 개량함으로써 고효율 단일체 복합형선회연소로를 안출한 것이다.
본 발명에 의하여 설계된 복합형선회연소로는 아래와 같은 구조와 기능으로 이루어져있다.
즉, 1차 연소로인 수평형선회연소로는 종래의 수평형선회연소로를 개량한 것으로서, 도 1에 도시되어 있는 것과 같은 종래의 수평형선회연소로가 16개의 접선방향의 공기/연료 주입구를 구비하고 있었던 것을 모두 제거하고, 1 내지 3개의 별도 연료 투입구와 2 내지 6개의 접선방향 공기 주입구1로 개량된 것이며, 바람직하게는 1개의 별도 연료 투입구와 4개의 접선방향 공기 주입구1을 구비하는 것이다.
또한, 1차 연소로인 수평형선회연소로의 내면은 내화벽돌로 구성되었으며, 점화용 버너1은 연료 투입구 입구에 설치되어서 투입되는 연료에 바로 점화할 수 있도록 개량하였다.
또한, 1차 연소로인 수평형선회연소로의 4개의 접선방향 공기 주입구1은 모두 1개의 송풍기1로 연결되어 있고 각 주입구에 들어가는 공기량은 각 주입구 입구에 설치된 조절판으로 조절되는 것이다.
2차 연소로인 수직형선회연소로는, 수직형선회연소로에 관한 종래기술인 대한민국 등록특허 10-2018-0025282호(도 2)에 도시되어 있는 것과 동일하게 내통과 외통 2중 구조로 되어있는 것으로서, 종래기술인 수직형선회연소로의 구조를 개량한 것이다.
즉, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 전체 구조가 1차 연소로인 수평형선회연소로에 가장 효율적으로 연결될 수 있는 구조로 개량된 것으로서, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 전체 구조가 1차 연소로인 수평형선회연소로에 가장 효율적으로 연결될 수 있는 1/4 원호 구조(전체 형상은 1/4 원통 구조이지만, 그 단면인 ‘1/4 원호 구조’라 칭함)로 개량된 것으로서, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 상단인 연소 배가스 배출구(26)의 중심선과 하부측단인 입구부분(1차 연소로와의 결합부분)의 중심선의 각도가 90도로 구성됨으로써 1/4 원호 모양으로 구성된 것이어서, 이들이 1/4 원호 모양으로 구성되는 것이다. 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구에 직선으로 연결되는 구조를 갖는 것이다.
또한 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분에 바로 재배출구를 구성하여 2차 연소로인 수직형선회연소로에서 원심력에 의해 연소로의 벽면에 부딪친 후 아래로 떨어지는 재가 배출될 수 있도록 구성하였고, 별도의 송풍기2가 입구부분에 설치된 재배출구와 이격을 두고 연이어 설치된 것이다.
그리고, 수직형선회연소로에 관한 종래기술인 대한민국 등록특허 10-2018-0025282호(도 2)에 구비되어 있던 재통에 배치된 송풍기는 제거되어 더욱 효율적으로 구성되었는바, 본 발명에서는 2차 연소로인 수직형선회연소로의 상단인 연소 배가스 배출구의 중심선과 하부측단인 입구부분(1차 연소로와의 결합부분)의 중심선의 각도가 90도로 구성됨으로써 1/4 원호 모양으로 구성된 것이어서, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구에 직선으로 결합되어 있으므로, 1차 연소를 거치면서 배출구로 배기되는 배가스에 여전히 남아있는 연소공기의 회전력을 그대로 이용할 수 있는 구조로 연결되어 있으므로 종래기술에 구비되어 있던 재통에 배치된 송풍기는 제거되어 더욱 효율적으로 구성되게 된 것이다.
또한, 1차 연소로와 달리 2차 연소로는 내통과 외통 사이에 존재하는 공기에 의한 단열로 내통을 보호함으로써 값비싼 내화벽돌을 제거할 수 있어서 비용을 크게 절감시키는 것이다.
또한, 1차 연소로에서 충분히 연소되지 않은 미연 연료 혹은 미연 가스의 2차 연소를 위해 공기 주입구2와 재배출구 사이에 2번째 점화용 버너2가 설치되는 것이다.
1차 연소로로 투입되는 연료는 분쇄돼서 접선 방향으로 주입되는 공기에 의해 선회하면서 투입이 되며, 1차 연소로에서 선회하는 공기를 따라 화염이 형성되면서 대부분 연소가 되지만, 수분이 많고 열량이 낮은 연료인 경우 불완전 연소가 일어난다. 이때 생성되는 연소 가스나 미연 연료는 2차 연소로에서 다시 연소하게 되며 수직형선회연소로 특성상 미연분이나 재 등은 연소공기의 회전에 의해 생성되는 원심력에 의해 2차 연소로의 출구로 빠져 나가지 못하고 입구부분으로 계속 밀어주게 된다. 최종적으로 배가스는 중심선회류에 의해 2차 연소로 출구로 향하게 되며 이곳에 필요에 따라서 보일러를 연결하거나 건조하우스를 연결할 수 있다.
1차 연소로에서 로의 내면 내화벽돌을 따라 형성된 유동 흐름은 좁은 통로를 통과하면서 2차 연소로에서 형성된 중심선회류와 만나 더욱 강한 선회를 일으키고 이는 중심부분에 따라 들어온 미연 연료나 미연 가스를 완전히 연소시킬 수 있는 삼중선회 매카니즘을 만나게 된다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
본 발명에 따른 기술은 제재소 등에서 폐기물로 버려지던 호그(hog)와 젖은 톱밥을 연료로 사용할 수 있는 기술을 제공하며 음식폐기물 처리 공정 중에 별도fh 분리하여 높은 처리 비용을 주고 처리해야 하는 잔재 혼합물인 폐비닐 등을 바로 소각할 수 있는 방법을 제시하고, 주로 건조에 의한 연료화에 집중되어 있는 폐슬러지 처리 방법에 소각에 의한 방법을 제시함으로서 너무 열량이 낮아 건조 후에도 바이오고형연료 기준치에 맞출 수 없어서 매립하던 염색폐수슬러지나 각종 산업폐수슬러지를 소각 처리 기술을 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
제재소에서 많이 사용하는 수평형선회연소로는 1차 연소 후 온도를 낮추고 재를 추가로 수거하기 위하여 내화벽돌을 구비한 별도의 로를 연소로 후단에 추가 설치하는데, 본 발명에서 제안한 수직형 2차 연소로로 이 부분을 대체할 경우 연소공기 온도를 낮춰주고 재를 수거하는 역할을 할 뿐만 아니라 기존의 설비에서 이루지 못한 완전 연소에 가까운 연소 효율을 보여주고 재 회수율을 높여줌으로써, 비산재가 대기 중에 날아가 대기 오염 등 환경 오염의 원인이 되거나, 보일러로 들어가서 열교환기 같은 보일러 내부 부품에 슬러깅(slugging), 파울링(foulin) 또는 부식 등을 발생시키는 문제점을 해결해주는 효과를 가지며, 제재소 건조설비에 비산재가 날아 들어감으로써 출하하는 목재 위에 재가 쌓이는 문제점 및 심한 경우 비산재에 의하여 화재가 발생하는 문제점 등을 해결해주는 효과를 갖는다.
또한 2차 연소로에 공기에 의한 단열효과로 내화벽돌이 필요 없게 된 것은 높은 내화벽돌 설비 비용을 절약해 줄 뿐만 아니라 궁극적으로 2차 연소로에서 연소온도를 낮춰줌으로써 다단 연소 형태와 유사한 NOx 저감 효과를 가져다준다. 완전 연소에 가까운 2차 연소로의 연소 효과는 CO 등 배가스를 후단 배가스 처리 설비 없이도 대기 중에 배출 할 수 있는 수준까지 낮춰주는 효과를 가져다준다.
이외에도 독창적인 구성으로 1차 연소로에 연결한 수직형 3중선회 연소로의 경우 주 연소로로 사용할 때 나타나는 내통의 부식문제를 피할 수 있으며 향후 2차 연소로로서 대기 오염을 방지하고 연소 효율을 높여주는 기능으로 집중할 수 있는 길을 열어놓았다.
도 1은, 논문 1 “Swirl Flows”에서 소개한 J. Agrest의 타입 3 형태의 수평형선회연소로의 개념도(내화벽돌(2)과 재배출구(5)는 실제 사용할 연소로 형태로 발명자가 추가한 부분)이다.
도 2는 특허문헌 1 ‘대한민국등록특허공보 10-2018-0025282호’에서 제안한 삼중선회연소로(Three-way Swirling Combustor)로서 타입 2 형태의 수직형선회연소로 도면(특허문헌 2, 3 및 논문 2에서도 유사한 형태가 제안 및 소개되었음)이다.
도 3은 본 발명이 제안한 수평형선회연소로와 수직형선회연소로를 혼합한 복합형선회연소로(CSC: Combined Swirling Combustor)이다.
도 4는 본 발명이 제안한 복합형선회연소로의 1차 연소로 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명이 제안한 복합형선회연소로의 공기 주입구와 연료 투입구 그리고 점화용 버너의 위치를 보여주는 1차 연소로 부분 측면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 아래와 같다.
[실시예]
도 3 내지 도 5을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명이 제안한 수평형선회연소로와 수직형선회연소로를 혼합한 복합형선회연소로(CSC: Combined Swirling Combustor)의 단면도이고, 도 4는 본 발명이 제안한 복합형선회연소로의 1차 연소로인 수평형선회연소로의 부분 평면도이며, 도 5는 본 발명이 제안한 복합형선회연소로의 공기 주입구와 연료 투입구 그리고 점화용 버너의 위치를 보여주는 1차 연소로인 수평형선회연소로의 부분 측면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합형선회연소로는, 아래 기재된 바와 같은 구조와 기능을 갖는 단계적인 유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 1차 연소로인 원통형의 수평형선회연소로에 2차 연소로인 원통형의 수직형선회연소로가 연결되어 구성되는 것으로서, 이들 각각의 유닛은 아래와 같이 구성된다.
1) 1차 연소로 유닛
1차 연소로인 수평형선회연소로는 종래의 수평형선회연소로를 개량한 것으로서 도 1에 도시되어 있는 것과 같은 종래의 수평형선회연소로가 16개의 접선방향의 공기/연료 주입구를 구비하고 있었던 것을 모두 제거하고, 1내지 3개의 별도 연료 투입구(13)와 2 내지 6개의 접선방향 공기 주입구1(14)를 구비한 것으로 개량된 것인바, 바람직하게는 1개의 별도 연료 투입구(13)와 4개의 접선방향 공기 주입구1(14)을 구비한 것이다.
또한, 1차 연소로인 수평형선회연소로의 내면은 내화벽돌(15)로 구성되었으며, 점화용 버너1(16)는 연료 투입구 입구에 설치되어서 투입되는 연료에 바로 점화할 수 있도록 개량되었다.
또한, 1차 연소로인 수평형선회연소로의 4개의 접선방향 공기 주입구1(14)들은 모두 1개의 송풍기1(17)로 연결되어 있고 각 주입구에 들어가는 공기량은 각 주입구 입구에 설치된 조절판(18)으로 조절되는 것이다.
2) 2차 연소로 유닛
2차 연소로인 수직형선회연소로는 원통형 내통(19)과 원통형 외통(20)의 2중 구조로 되어있으며, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 전체 구조가 1차 연소로인 수평형선회연소로에 가장 효율적으로 연결될 수 있는 1/4 원호형 구조로 개량된 것으로서, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 상단의 연소 배가스 배출구(26)의 중심선과 하부측단의 입구부분(1차 연소로와의 결합부분)의 중심선의 각도가 90도로 구성됨으로써 1/4 원호 모양으로 구성된 것이어서, 이들이 1/4 원호 모양으로 구성되는 것이다. 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구에 직선으로 연결되는 구조를 갖는 것이다.
또한 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분에 바로 재배출구(22)를 구성하여 2차 연소로인 수직형선회연소로에서 원심력에 의해 연소로의 벽면에 부딪친 후 아래로 떨어지는 재가 배출될 수 있도록 구성하였고, 별도의 송풍기2(21)가 입구부분에 설치된 재배출구(22)와 이격을 두고 연이어 설치되었다.
그리고, 수직형선회연소로에 관한 종래기술인 대한민국 등록특허 10-2018-0025282호(도 2)에 구비되어 있던 재통에 배치된 송풍기(23)는 제거되어 더욱 효율적으로 구성되었는바, 본 발명에서는 2차 연소로인 수직형선회연소로의 상단인 연소 배가스 배출구의 중심선과 하부측단인 입구부분(1차 연소로와의 결합부분)의 중심선의 각도가 90도로 구성됨으로써 1/4 원호 모양으로 구성된 것이어서, 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구에 직선으로 결합되어 있으므로, 1차 연소를 거치면서 배출구로 배기되는 배가스에 여전히 남아있는 연소공기의 회전력을 그대로 이용할 수 있는 구조로 연결되어 있으므로 종래기술(도 2)에 구비되어 있던 재통에 배치된 송풍기(23)는 제거되어 더욱 효율적으로 구성되게 된 것이다.
또한, 1차 연소로와 달리 2차 연소로는 내통과 외통 사이에 존재하는 공기에 의한 단열로 내통을 보호함으로써 값비싼 내화벽돌을 제거할 수 있어서 비용을 크게 절감시키는 것이다.
또한, 1차 연소로에서 충분히 연소되지 않은 미연 연료 혹은 미연 가스의 2차 연소를 위해 공기 주입구2(24)와 재배출구 사이에 2번째 점화용 버너2(25)가 설치되는 것이다.
1차 연소로로 투입되는 연료는 분쇄되어 접선 방향으로 주입되는 공기에 의해 선회하면서 투입이 되며, 1차 연소로에서 선회하는 공기를 따라 화염이 형성되면서 대부분 연소가 되지만, 수분이 많고 열량이 낮은 연료인 경우 불완전 연소가 일어난다. 이때 생성되는 미연 가스나 미연 연료는 2차 연소로에서 다시 연소하게 되며 수직형선회연소로 특성상 미연분이나 재 등은 연소공기의 회전에 의해 생성되는 원심력에 의해 2차 연소로의 출구로 빠져 나가지 못하고 입구부분으로 계속 밀리게 된다. 최종적으로 배가스는 중심선회류에 의해 2차 연소로 출구(26)로 향하게 되며 이곳에 필요에 따라서 보일러를 연결하거나 건조하우스를 연결할 수 있다.
1차 연소로에서 로의 내면 내화벽돌을 따라 형성된 유동 흐름은 좁은 통로를 통과하면서 2차 연소로에서 형성된 중심선회류와 만나 더욱 강한 선회를 일으키고 이는 중심부분에 따라 들어온 미연 연료나 미연 가스를 완전히 연소시킬 수 있는 삼중선회가 가능하게 된다. 이때 1차 연소로의 선회 흐름이 방해 받지 않고 2차 연소로에 연결됨으로써 충분한 선회력을 유지시켜줄 수 있도록 구성되는 1차 연소로의 내경과 2차 연소로의 내통의 내경 비율은 1:0.5~0.9이다.
그리고 바람직하기는 1:0.6~0.8이며, 더욱 바람직하기는 1:0.65~0.73이며, 가장 바람직하기는 1:0.68~0.70인바, 실시예에서는 13:9(1:0.692)로 하였다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
실험예 및 비교실험예
실험예 1 내지 6에서는 상기 본 발명의 실시예에 따른 완전연소 도모형 재배출 장치를 구비한 선회식 연소기를 이용하여 통상의 우드칩을 연소시키는 실험을 수행하였다.
비교실험예 1 내지 2에서는 통상의 선회식 연소기를 이용하여 실시예 1 내지 6에서와 동일한 우드칩을 연소시키는 실험을 수행하였다.
실험예 및 비교실험예의 결과를 아래 표에 나타냈다.
정상연소
시간		 정상연소
유지시간
[min]		 투입된 우드칩량
[kg]		 재 중량
[kg]		 재 발생비율
실험예 1 08:46-10:18 92 613.8 2.2 0.36%
실험예 2 11:36-12:54 78 602.5 1.4 0.23%
실험예 3 16:15-17:55 100 612.0 1.1 0.17%
실험예 4 09:50-11:40 110 520.9 7.2 1.38%
실험예 5 13:31-14:34 63 557.3 7.6 1.36%
실험예 6 14:55-16:41 106 564.0 2.5 0.44%
비교실험예 1 15:57-17:42 105 567.1 28.8 5.08%
비교실험예 2 18:15-17:55 100 613.2 93.9 15.31%
상기 본 발명의 실시예에 따른 실험예 1 내지 6의 연소 실험 결과, 투여한 우드칩의 양 대비 재의 양이 0.17% 내지 1.38%로 측정되었고, 통상의 선회식 연소기를 이용한 비교실험예 1 및 2의 경우 투여한 우드칩의 양 대비 재의 양이 5.08% 내지 15.31%로 측정되었으므로, 본 발명의 재의 양은 비교실험예 1 및 2인 통상의 선회식 연소기의 재의 양에 비하여 3.7배 내지 90배 감소된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1 : 연료+공기 주입구
2 : 전면
3 : 선회공기 진행방향
4 : 후면
5 : 재배출구
6 : 잔여 연소용 재실공간
7 : 소각재 배출 박스
8 : 재실차압콘트롤시스템의 연소실정압센서
9 : 재실차압콘트롤시스템의 재실정압센서
10 : 재실차압콘트롤시스템의 재실가압용 팬
11 : 재실차압콘트롤시스템의 PLC
12 : 재통
13 : 연료투입구
14 : 공기주입구1
15 : 내화벽돌
16 : 점화용 버너1
17 : 송풍기1
18 : 공기조절판
19 : 내통
20 : 외통
21 : 송풍기2
22 : 재배출구
23 : 재실 가압용 팬
24 : 공기 주입구2
25 : 점화용 버너2

Claims (8)

  1. 원통형의 수평형선회연소로인 1차 연소로에 원통형의 수직형선회연소로인 2차 연소로로 연결하여 구성되는 복합형선회연소로에 있어서,
    상기 2차 연소로인 수직형선회연소로의 하부측단인 입구부분이 상기 1차 연소로인 수평형선회연소로의 연소 배가스 배출구와 연결되는 구조이고,
    상기 2차 연소로인 수직형선회연소로는 1/4 원호 모양으로 구성되며 상단의 연소 배가스 배출구의 중심선과 하부측단의 입구부분의 중심선의 각도가 90도로 구성되며,
    상기 2차 연소로인 수직형선회연소로는 내통과 외통으로 된 2중 구조이고, 하부측단의 입구부분에 재배출구를 구성하여 2차 연소로인 수직형선회연소로에서 원심력에 의해 연소로의 벽면에 부딪친 후 아래로 떨어지는 재가 배출될 수 있도록 구성하고, 별도의 송풍기2가 입구부분에 설치된 재배출구와 이격을 두고 설치되고, 미연 연료 또는 미연 가스의 2차 연소를 위해 공기 주입구2와 재배출구 사이에 점화용 버너2가 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형선회연소로.






  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 1차 연소로인 수평형선회연소로는, 1 내지 3개의 연료 투입구와 2 내지 6개의 접선방향 공기 주입구1을 구비하고, 내면이 내화벽돌로 구성되고, 점화용 버너1가 연료 투입구 입구에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형선회연소로.

  6. 제5항에 있어서, 상기 1차 연소로인 수평형선회연소로는, 4개의 접선방향 공기 주입구1들이 모두 1개의 송풍기1로 연결되어 있고, 각 공기 주입구에 들어가는 공기량은 각 주입구 입구에 설치된 조절판으로 조절되는 것을 특징으로 하는 복합형선회연소로.

  7. 제6항에 있어서, 상기 1차 연소로인 수평형선회연소로의 내경과 2차 연소로인 수직형선회연소로의 내통의 내경 비율은 1:0.5~0.9인 것을 특징으로 하는 복합형선회연소로.

  8. 제7항에 있어서, 상기 1차 연소로인 수평형선회연소로의 내경과 2차 연소로인 수직형선회연소로의 내통의 내경 비율은 1:0.6~0.8인 것을 특징으로 하는 복합형선회연소로.


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