KR102470767B1 - 세라믹 기반의 축열식 연소장치 - Google Patents
세라믹 기반의 축열식 연소장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세라믹을 기반으로 하여 축열식으로 연소하는 장치에 있어서: 하측의 인렛(21)과 상측의 아웃렛(22) 사이에 복수의 격벽(24)에 의하여 지그재그의 유동경로를 형성하는 본체(20); 상기 본체(20)의 유동경로 상에 세라믹 소재로 형성되는 수평블록(31)과 수직블록(33)을 구비하는 축열부재(30); 및 상기 본체(20)의 상류단에서 세라믹 소재의 연소통(43)을 인렛(21)과 연통하는 예열흡기통(41)으로 감싸서 흡기의 연소를 유발하는 연소부재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 플라스틱 폐기물 재생 설비에 친환경적으로 접목되어 작업현장 내외에서 매연ㆍ악취를 완전하게 차단할뿐더러 각종 폐기물에 확대 적용 가능하면서 별도의 공해방지설비를 필요로 하지 않아 공정 유연성에 의한 실질적인 활용성 증대를 도모하는 효과가 있다.
이에 따라, 플라스틱 폐기물 재생 설비에 친환경적으로 접목되어 작업현장 내외에서 매연ㆍ악취를 완전하게 차단할뿐더러 각종 폐기물에 확대 적용 가능하면서 별도의 공해방지설비를 필요로 하지 않아 공정 유연성에 의한 실질적인 활용성 증대를 도모하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 연소장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 플라스틱 폐기물을 용융하여 재생하는 공정설비 및 유기성 폐기물 연료 소각에 친환경적으로 접목되는 세라믹 기반의 축열식 연소장치에 관한 것이다.
통상 PE, PP를 비롯한 각종 플라스틱 폐기물을 분쇄하여 용융기에 공급하는 과정에서 매연 및 악취가 발생하지만 유해물질을 완전하게 제거할 수 없기에 작업현장의 환경 악화는 물론 민원이 빈번하게 발생한다. 스크러버나 활성탄흡착기 등의 공해방지설비를 갖추더라도 일시적 효과만 나타날 뿐 공해물질 배출을 차단하기 미흡할뿐더러 폐수도 발생한다. 스크러버 물이 쉽게 오염되고 활성탄이 쉽게 막혀 자주 세척ㆍ교체해야 하므로 많은 비용도 소요된다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 한국 등록실용신안공보 제0290646호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0823081호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 쓰레기를 소각하는 제1연소실과, 쓰레기를 재소각하는 제2연소실과, 제2연소실의 측면에 형성되고 내측면에 열축적부재가 설치되는 배기부와, 배기부의 상부에서 매연을 포집하는 매연 포집부와, 쓰레기가 이송되는 상태에서 소각되는 컨베이어 등으로 구성된다. 이에, 열손실을 최소화하고 소각효율 및 매연제거율을 향상하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 제1 축열부의 입구와 소통되는 유입구와, 제2 축열부의 출구와 소통되는 배출구를 가지는 축열실; 유입가스 또는 연소가스가 제1,2 축열부에 의한 유로를 통과하면서 연소실로 유입되거나 배출구를 통해 배출되도록 하는 유로연결수단;을 포함한다. 이에, 장치의 부피, 구조 및 단가를 낮추고 열교환을 효율적으로 수행하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌은 특정한 폐기물을 대상으로 하여 활용성이 제한적이고, 매연ㆍ악취와 같은 공해물질을 완전하게 차단하기 어려우며, 공해방지설비를 갖추더라도 비용 대비 실효성이 낮다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 플라스틱 폐기물을 용융하여 재생하는 공정설비에 친환경적으로 접목되어 작업현장 내외에서 매연ㆍ악취와 같은 공해물질의 발생을 완전하게 차단하고 전력을 열풍으로 대체하여 요금을 줄이는 세라믹 기반의 축열식 연소장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 폐목, 폐지, 폐섬유, 음식물 쓰레기, 가축분 등의 각종 폐기물에 확대 적용 가능하면서 별도의 공해방지설비를 필요로 하지 않는 세라믹 기반의 축열식 연소장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세라믹을 기반으로 하여 축열식으로 연소하는 장치에 있어서: 하측의 인렛과 상측의 아웃렛 사이에 복수의 격벽에 의하여 지그재그의 유동경로를 형성하는 본체; 상기 본체의 유동경로 상에 세라믹 소재로 형성되는 수평블록과 수직블록을 구비하는 축열부재; 및 상기 본체의 상류단에서 세라믹 소재의 연소통을 인렛과 연통하는 예열흡기통으로 감싸서 흡기의 연소를 유발하는 연소부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체는 3개소의 수평유로와 3개소의 수직유로를 교호로 연통시킨 유동경로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 축열부재는 상류에서 적어도 2개소의 수평유로에 형성되는 수평블록과 상류에서 1개소의 수직유로에 형성되는 수직블록을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 수평유로 중의 적어도 일부는 수평블록의 상단을 긴밀하게 연결하는 덮개블록을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재는 연소통의 외면에 지그재그로 형성되는 분사유로를 통하여 예열흡기통의 흡기를 연소실로 유도하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재는 예열흡기통의 외측을 감싸는 급기통에서 급기튜브를 통하여 연소실로 외기를 유입시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재는 본체 상에 위치변동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 플라스틱 폐기물 재생 설비에 친환경적으로 접목되어 작업현장 내외에서 매연ㆍ악취를 완전하게 차단할뿐더러 각종 폐기물에 확대 적용 가능하면서 별도의 공해방지설비를 필요로 하지 않아 공정 유연성에 의한 실질적인 활용성 증대를 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 설치 상태로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치 전체를 나타내는 단면 구성도
도 3은 본 발명에 따른 본체를 나타내는 단면 구성도
도 4는 본 발명에 따른 연소부재를 나타내는 단면 구성도
도 5는 도 4의 주요부를 축방향으로 나타내는 단면 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치 전체를 나타내는 단면 구성도
도 3은 본 발명에 따른 본체를 나타내는 단면 구성도
도 4는 본 발명에 따른 연소부재를 나타내는 단면 구성도
도 5는 도 4의 주요부를 축방향으로 나타내는 단면 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 세라믹을 기반으로 하여 축열식으로 연소하는 장치에 관하여 제안한다. 플라스틱 폐기물을 용융하여 재생하는 공정설비에 접목하기 위한 연소장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 일예로 이보다 열악한 유기성 폐기물 연료 소각과 같은 분야에도 적용 가능하다. 본 발명은 기본적으로 축열연소산화설비(RTO)로서 휘발성유기물, 매연, 악취를 제거한다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 플라스틱 폐기물을 용융하여 재생하는 공정설비에 적용된 상태를 나타낸다. 이러한 공정설비는 분쇄기(11), 용융기(13), 순환관(14), 송풍기(15) 등을 포함한다. 분쇄기(11)는 플라스틱 폐기물을 설정된 크기로 분쇄한다. 용융기(13)는 분쇄된 폐기물에 열을 가하여 용융을 유발한다. 용융기(13)는 순차적 용융을 위해 상류와 하류의 2개소로 구분하여 설치할 수 있다. 용융기(13)에서 발생하는 고온의 유해한 공기는 순환관(14)을 통하여 후술하는 본체(20)로 순환된다. 송풍기(15)는 저속대풍량 방식을 적용하여 인렛(21)과 순환관(14)의 연결지점에 설치된다. 분쇄기(11)와 용융기(13) 사이에는 컨베이어(12)가 설치된다. 용융기(13)의 하류단에는 연돌(17)이 연결된다.
본 발명에 따르면 본체(20)가 하측의 인렛(21)과 상측의 아웃렛(22) 사이에 복수의 격벽(24)에 의하여 지그재그의 유동경로를 형성하는 구조를 이룬다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 양측의 용융기(13)에서 순환관(14)을 거쳐 본체(20)에 연결되는 상태를 나타낸다. 인렛(21)은 순환관(14)에 연결되고 아웃렛(22)은 상류측 용융기(13)에 연결된다. 인렛(21)을 하측에 아웃렛(22)을 상측에 배치하는 것이 본체(20)의 연소효율 향상에 유리하다. 본체(20)는 인렛(21)과 아웃렛(22) 사이에 지그재그 유동경로를 형성하도록 격벽(24)을 구비한다. 본체(20)는 고강도ㆍ고내열 세라믹과 강판재로 형성할 수 있으며 외면은 전체적으로 단열재를 부가한다. 격벽(24)은 고강도ㆍ고내열 세라믹으로 유동경로를 유지하며 이에 더하여 어느 정도의 축열성을 갖출 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체(20)는 3개소의 수평유로(26)와 3개소의 수직유로(28)를 교호로 연통시킨 유동경로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 본체(20)의 내부에 수평유로(26)와 수직유로(28)에 의한 지그재그 유동경로가 나타난다. 수평유로(26)는 우향(순방향), 좌향(역방향), 우향으로 연결되고, 수직유로(28)는 상향, 상향, 하향으로 연결된다. 인렛(21)으로 유입된 공기는 우향, 상향, 좌향, 상향, 우향, 하향의 유동경로를 지나 아웃렛(22)으로 토출된다. 이와 같은 유동경로는 본체(20)의 불필요한 외형 증대를 방지하면서 연소효율 및 매연ㆍ악취 제거율 향상을 유도한다.
또한, 본 발명에 따르면 축열부재(30)가 상기 본체(20)의 유동경로 상에 세라믹 소재로 형성되는 수평블록(31)과 수직블록(33)을 구비하는 구조를 이루고 있다.
도 2는 축열부재(30)을 구성하는 수평블록(31)과 수직블록(33)을 부분 확대와 함께 나타낸다. 본체(20)의 수평유로(26)에는 수평블록(31)이 설치되고 수직유로(28)에는 수직블록(33)이 설치된다. 축열부재(30)는 알루미나, 코디어라이트, 뮬라이트 또는 그 복합재를 주재로 하고 적어도 일부 영역에 허니컴 구조를 적용하여 형성한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 축열부재(30)는 상류에서 적어도 2개소의 수평유로(26)에 형성되는 수평블록(31)과 상류에서 1개소의 수직유로(28)에 형성되는 수직블록(33)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 수평블록(31)과 수직블록(33)이 각각 2열로 일정한 간격을 유지하면서 연결되는 상태를 나타낸다. 수평블록(31)은 모든 수평유로(26)에 설치되거나 상류측 2개소의 수평유로(26)에 설치된다. 반면 수직블록(33)은 상류측 2개소의 수평블록(31)을 연결하도록 1개소의 수직유로(28)에 설치된다. 수평블록(31)과 수직블록(33)의 설치 수량이 이보다 증가할수록 제작이 어려워지고 축열성능보다는 유로저항에 의한 동력소모가 커진다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 수평유로(26) 중의 적어도 일부는 수평블록(31)의 상단을 긴밀하게 연결하는 덮개블록(35)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하류측 2개소의 수평블록(31)에 덮개블록(35)이 설치된 상태를 나타낸다. 덮개블록(35)은 대향하는 한 쌍의 수평블록(31)의 상단을 연결하여 수평유로(26) 내에서 전체적으로 ┏┓형태를 이룬다. 상류측 덮개블록(35)은 원활한 공기 유동을 위해 하류측 덮개블록(35)보다 짧게 형성한다. 수평블록(31), 수직블록(33), 덮개블록(35)은 동일한 소재를 사용한다. 어느 경우에나 덮개블록(35)은 수평블록(31)과 연계하여 축열성능을 높인다.
또한, 본 발명에 따르면 연소부재(40)가 상기 본체(20)의 상류단에서 세라믹 소재의 연소통(43)을 인렛(21)과 연통하는 예열흡기통(41)으로 감싸서 흡기의 연소를 유발하는 구조를 이루고 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본체(20)의 인렛(21)에 연소부재(40)가 연결된 상태를 나타낸다. 연소부재(40)는 예열흡기통(41), 연소통(43), 급기통(45), 버너(47) 등으로 구성된다. 예열흡기통(41), 연소통(43), 급기통(45)은 통구조로 형성된다. 내측의 연소통(43)과 외측의 급기통(45) 사이에 예열흡기통(41)이 동심으로 배치된다. 연소통(43)은 가장 길이가 길게 형성되고 일단의 버너(47)와 연통되어 직접 연소를 유발한다. 예열흡기통(41)은 연소통(43)보다 다소 길이가 짧으며 흡기유로(51)를 형성하면서 인렛(21)에 연결된다. 용융기(13)에서 발생하는 고온의 유해한 공기(가스)는 순환관(14), 인렛(21), 흡기유로(51)를 거쳐 예열되며 연소통(43)으로 유입된다. 급기통(45)은 가장 길이가 짧으며 본체(20)에 긴밀하게 맞물리고 외부의 연소용 공기(대기)를 연소통(43)으로 보내어 연소를 촉진한다.
이때, 연소통(43)은 본체(20)와 동일한 물성의 소재를 사용하지만, 예열흡기통(41)과 급기통(45)은 강판재로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 본체(20)는 캠팩트한 싱글 타입으로서 작은 부지면적에 설치가 가능할 뿐더러 내구성과 운전 용이성을 갖추어 생력화에 유리하다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재(40)는 연소통(43)의 외면에 지그재그로 형성되는 분사유로(53)를 통하여 예열흡기통(41)의 흡기를 연소실로 유도하는 것을 특징으로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 연소부재(40)를 구성하는 연소통(43)의 흡기유로(51)와 분사유로(53)가 나타난다. 연소통(43)의 외주면에 6열의 분사유로(53)를 예시하며, 각열의 분사유로(53)에는 8개의 관통된 분사공을 갖추고 있다. 제1열에서 수직선에 인접한 분사공이 A1의 각도를 이루고 있다면 제2열에서 수직선에 인접한 분사공은 A2의 각도를 이루고 있다. 이와 같은 방식으로 분사유로(53)는 제1열에서 제8열까지 지그재그로 배치된 분사공을 갖추어 용융기(13)에서 발생한 유해 공기를 흡기유로(51)에서 예열하여 연소통(43)으로 고르게 분사킨다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재(40)는 예열흡기통(41)의 외측을 감싸는 급기통(45)에서 급기튜브(48)를 통하여 연소실로 외기를 유입시키는 것을 특징으로 한다.
도 4 및 도 5에서, 연소부재(40)를 구성하는 급기통(45)의 급기튜브(48)가 나타난다. 급기통(45)의 내면에서 예열흡기통(41)과 대향하는 영역에 급기유로(55)가 형성된다. 급기통(45)은 외부 공기를 급기유로(55)로 유입하기 위해 유입구와 송풍기(도시 생략)을 갖춘다. 급기유로(55)에서 예열흡기통(41)와 연소통(43)를 통과하는 다수의 급기튜브(48)는 분사유로(53)와 인접한 영역에 배치된다. 급기튜브(48)도 분사유로(53)와 마찬가지로 지그재그로 배치하는 것이 바람직하다. 급기튜브(48)의 소재에 제한은 없으나 내열성이 필요하다.
이와 같은 구성에 의하면, 인렛(21)으로 유입된 용융기(13)의 유해 공기가 흡기유로(51)를 통하여 역방향으로 예열하며 이동하면서 연소통(43)에 의하여 1차적 연소를 거치고, 분사유로(53)를 통하여 연소통(43)의 내부로 유입되면서 급기유로(55)와 급기튜브(48)를 통하여 공급되는 외기(산소)와 2차적 연소를 거친다. 1차 연소의 온도는 700~750℃ 범위이고, 2차 연소의 온도는 850~900℃ 범위이다. 1차연소 과정에서 과잉 공기가 들어가지 않아 NOx 생성이 억제되고, 환원성 가스와 NOx가 충분하게 혼합되도록 가스 흐름이 조성되며, NH2나 CO와 같은 미반응 환원성 물질이 2차 연소를 거치며 완전하게 연소된다. 본체(20)의 유동경로, 아웃렛(22), 연돌(17)을 거쳐 배기되는 가스는 스크러버나 활성탄흡착기 대신 여러 가지 소재에 따라 단순한 구조의 집기기로 처리가 가능하다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 연소부재(40)는 본체(20) 상에 위치변동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 연소부재(40)의 급기통(45)과 버너(47)가 본체(20)에서 부분적으로 노출된 상태를 나타낸다. 급기통(45)이 본체(20)에서 노출되는 길이(위치)를 변동하도록 구성하면 가스의 연소 상태, 배압 상태 등을 조절하기 용이하다. 자동화 방식으로 구현하면 인렛(21)으로 유입되는 유해 공기의 물성에 따라 시스템을 최적으로 유지할 수 있다.
본 발명은 PP, PE, PET, 멜라민 등의 폐합성수지 뿐만아니라 폐목, 폐지, 폐섬유(기름걸레), 폐합성고무, 폐필름, 음식물쓰레기, 가축분, 가금류분 등을 건류, 가스화, 완전연소하기 때문에 친환경적으로 폐기처리할 수 있다.
도 1처럼 본 발명을 플라스틱 폐기물의 용융/재생 공정설비에 접목하는 경우 용융기(13)에서 발생하는 폐열이 회수되므로 용융기(13)의 히터 부담을 경감하여 전력소모를 줄일 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
11: 분쇄기 12: 컨베이어
13: 용융기 14: 순환관
15: 송풍기 17: 연돌
20: 본체 21: 인렛
22: 아웃렛 24: 격벽
26: 수평유로 28: 수직유로
30: 축열부재 31: 수평블록
33: 수직블록 35: 덮개블록
40: 연소부재 41: 예열흡기통
43: 연소통 45: 급기통
47: 버너 48: 급기튜브
51: 흡기유로 53: 분사유로
55: 급기유로
13: 용융기 14: 순환관
15: 송풍기 17: 연돌
20: 본체 21: 인렛
22: 아웃렛 24: 격벽
26: 수평유로 28: 수직유로
30: 축열부재 31: 수평블록
33: 수직블록 35: 덮개블록
40: 연소부재 41: 예열흡기통
43: 연소통 45: 급기통
47: 버너 48: 급기튜브
51: 흡기유로 53: 분사유로
55: 급기유로
Claims (7)
- 세라믹을 기반으로 하여 축열식으로 연소하는 장치에 있어서:
하측의 인렛(21)과 상측의 아웃렛(22) 사이에 복수의 격벽(24)에 의하여 지그재그의 유동경로를 형성하는 본체(20);
상기 본체(20)의 유동경로 상에 세라믹 소재로 형성되는 수평블록(31)과 수직블록(33)을 구비하는 축열부재(30); 및
상기 본체(20)의 상류단에서 세라믹 소재의 연소통(43)을 인렛(21)과 연통하는 예열흡기통(41)으로 감싸서 흡기의 연소를 유발하는 연소부재(40);를 포함하되,
상기 본체(20)는 3개소의 수평유로(26)와 상향, 상향, 하향을 포함한 3개소의 수직유로(28)를 교호로 연통시킨 유동경로를 형성하고,
상기 축열부재(30)는 상류의 수평유로(26)에서 본체(20)의 내부 측면에서 이격되도록 형성되는 수평블록(31)과 상류의 수직유로(28)에서 본체(20)의 내부 측면에서 이격되도록 형성되는 수직블록(33)을 구비하며,
상기 수평유로(26) 중의 적어도 일부는 수평블록(31)의 상단을 긴밀하게 연결하는 덮개블록(35)을 더 구비하고,
상기 연소부재(40)는 연소통(43)의 외면에 지그재그로 형성되는 분사유로(53)를 통하여 예열흡기통(41)의 흡기를 연소실로 유도하며,
상기 연소부재(40)는 예열흡기통(41)의 외측을 감싸는 급기통(45)에서 연소통(43)으로 관통되는 급기튜브(48)를 통하여 연소실로 외기를 유입시키고,
상기 연소부재(40)는 본체(20) 상에 위치변동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 축열식 연소장치. - 삭제
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| KR1020210134292A KR102470767B1 (ko) | 2021-10-08 | 2021-10-08 | 세라믹 기반의 축열식 연소장치 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100290646B1 (ko) | 1998-03-31 | 2001-05-15 | 가부시키가이샤 니프코 | 수고정구 |
| KR20050004998A (ko) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | 한국에너지기술연구원 | 다공 분사구가 형성된 저열량가스 연소기와 그 연소방법 |
| KR100821124B1 (ko) * | 2007-11-16 | 2008-04-14 | 에너원 주식회사 | 열회수용 연소장치 |
| KR100823081B1 (ko) | 2007-03-23 | 2008-04-18 | 한영무 | 축열식 소각장치 |
| KR101986223B1 (ko) * | 2018-05-04 | 2019-06-07 | 에프케이엔지니어링 주식회사 | 고효율 구조를 갖는 세라믹 화장로 |
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2021
- 2021-10-08 KR KR1020210134292A patent/KR102470767B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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