KR19990028234A - 유동바닥식소각로 - Google Patents

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KR19990028234A
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료오죠오 시지
타케시 마쯔이
노리히로 아오키
요시마사 미우라
유우수케 오카다
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미나미 이조
히타치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

격벽없이, 유동바닥재(S)를 거의 수평면상에서 순환이동시키고, 특히 건조열분해존에서 느린 유동속도에 의해 완만한 연소를 하기 때문에, 화로본체(1)의 경사바닥벽(6)을 투입구(4)측에서 재배출구측 아래쪽으로 경사시켜, 화로본체(1)의 투입구(4)측의 좌우의 측벽(1c,1d)을, 측부 유동층(RS,LS)으로부터 뿜어올려진 유동바닥재(S)를 중앙부 유동층(CS)에 안내하기 위해서 상부가 중앙부측에 경사하는 측부 경사벽(24R,24L)에 각각 형성하여, 상기한 분산공기관(21A,21B,25)에서 분출되는 분산공기에 의해, 유동바닥재(S)를 투입구(4)측의 측부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 중앙부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 측부 유동층(RS,LS)→투입구(4)측의 측부 유동층(RS,LS)→투입구(4)측의 중앙부 유동층(CS)의 순서로 순환이동시키도록 구성하였다.

Description

유동바닥식 소각로
본 발명자들은, 일본국 특원평5-225269호(일본국 특개평7-83424호 공보)에 있어서, 규사 등의 유동매체 및 미연쓰레기, 소각재로 이루어진 유동바닥재속에 투입된 피소각물의 급속한 연소에 기인하는 여러 문제를 해결하는 유동바닥식 소각로를 제안하였다.
이 유동바닥식 소각로는, 화로본체의 연소실 바닥면의 양측에, 피소각물의 투입구측에서 재의 배출구측에 연장하는 한쌍의 칸막이벽이 입설되어 연소실이 폭방향으로 3분할되고, 이것에 의해 유동층이 중앙유동층과 좌우의 측방유동층으로 분리된다. 그리고, 각 유동층의 밑부분에 유동화 공기의 분출관이 각각 배치되고, 각 유동층의 분출관에서 분출되는 분산공기의 속도를 제어함으로써, 투입구근처 중앙유동층→배출구근처 중앙유동층→배출구근처 측부유동층→투입구근처 측부유동층의 순서로 유동바닥재가 순환유동되도록 구성된다.
상기한 구성에 의하면, 투입구근처 중앙유동층에 투입된 피소각물의 유동속도를 저하시켜 완만하게 연소시켜, 안정된 연소를 실현하고, 또, 일산화탄소나 다이옥신의 발생의 억제를 할 수 있다.
그러나, 상기한 유동바닥식 소각로구성은 하기의 문제점이 보여졌다.
① 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해서, 격벽은 수관(水管)을 내장한 수냉격벽으로 되지만, 그 때문에 격벽의 두께가 커지고, 중앙유동층의 바닥면이 좁아져셔 바닥면적을 유효하게 이용할 수 없다. 또한 구조가 복잡하고 설비비용이 높다.
② 유동층의 층높이가 변하면, 유동바닥재와 격벽높이와의 관계가 변화하고, 유동바닥재의 순환이 안정되기 어렵고, 층높이나 유동속도제어가 필요하게 된다.
③ 입구근처 측부유동층은, 입구근처 중앙유동층의 바닥면을 넓게 하고 싶기때문에 구조적으로 좁은 면적이 되어, 격벽상부의 출구공간이 좁게 된다. 이 때문에 입구근처 측부유동층으로부터 입구근처 중앙유동층에 유동바닥재를 보내기 위해서는 높은 유속으로 유동바닥재를 윗쪽으로 올릴 필요가 발생하고, 여기서 유동바닥재의 유동속도를 내릴 수 없다. 따라서, 중앙유동층의 유동바닥재의 유동속도를 저하시키는데 한계가 있다.
④ 입구근처 측부유동층과 입구근처 중앙유동층은, 유동바닥재를 안내하는 낮은 원호상 천장벽에 덮여져 있으므로, 열분해가스 등의 연소복사열을 받지 않는다. 그 때문에 열효율이 내려가고, 입구근처 중앙유동층 및 출구근처 중앙유동층의 온도가 지나치게 낮게 억제된다.
본 발명은 도시쓰레기나 산업폐기물 등을 유동바닥재속에 투입해서 소각하기위한 유동바닥식 소각로에 관한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 있어서의 유동바닥식 소각로를 나타낸 전체 종단면도이다.
도 2는 동일한 유동바닥식 소각로의 평면 단면도이다.
도 3은 동일한 유동바닥식 소각로의 요부측면 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 I-I 단면도이다.
도 5의 (a)는 동일한 유동바닥식 소각로의 경사화로벽을 나타내는 확대측면 단면도, (b)는 경사화로벽에 설치한 경사바닥 분산공기관을 나타내는 평면 단면도이다.
본 발명은, 칸막이벽을 없앰과 동시에, 유동바닥재의 저속의 순환을 실현할 수 있고, 바닥면을 유효히 이용할 수 있어 피소각물이 완만한 연소를 행하고, 또 유동층을 효과적으로 승온할 수 있는 유동바닥식 소각로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 위하여, 본 발명의 쓰레기소각설비는, 연소실 및 프리보드공간을 형성하는 화로본체의 바닥면위에 유동매체가 재치되고, 바닥면측에서 분출되는 분산공기에 의해 유동매체가 유동되어 유동층이 형성되는 유동바닥식 소각로에 있어서, 상기한 화로본체의 앞벽에 형성된 피소각물에 투입구와, 화로본체의 후방하부에 형성된 피소각물의 재배출구와, 연소실의 폭방향에서 3개로 구획된 중앙부 유동층 및 좌측부 유동층 및 우측부 유동층과, 상기한 중앙부 유동층과 좌우의 측부 유동층에 대응하는 바닥면에 각각 배치되어 분산공기를 분출하는 분산공기공급수단과, 화로본체의 바닥면에 형성되어 투입구측에서 재배출구측 아래쪽으로 경사하는 경사바닥벽과, 화로본체의 투입구측의 좌우의 측벽에 각각 형성되어 측부 유동층으로부터 내뿜어 올려진 유동매체와 피소각물로 이루어지는 유동바닥재를 중앙부 유동층에 안내하기 위해서 하부에서 상부에 걸쳐서 중앙부측에 경사하는 측부 경사벽과, 상기한 양측부 경사벽 사이의 공간에 연통된 프리보드공간을 구비하고, 상기한 분산공기공급수단에 의해 분출되는 분산공기에 의해, 유동바닥재를 투입구측의 중앙부 유동층→재배출구측의 중앙부 유동층→재배출구측의 측부 유동층→투입구측의 측부 유동층→투입구측의 중앙부 유동층의 순서로 순환이동시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 종래의 격벽을 없애고, 분산공기공급수단에 의해 유동되는 유동바닥재를, 경사바닥벽과 측부 경사벽에 의해 안내하고, 유동바닥재를 대략 수평면상에서 순환이동시키기 때문에, 유동바닥재를 느린 속도로 스무스하게 유동화시킬 수 있고, 피소각물을 완만하게 연소시킬 수 있고, 안정한 연소를 실현할 수 있고, 또, 일산화탄소나 다이옥신의 발생을 억제할 수 있다. 또한 격벽이 없기 때문에, 연소실의 바닥면을 유효하게 이용할 수 있다. 또 투입구측의 유동층은, 윗쪽을 낮은 천장벽에서 덮여지는 일이 없기 때문에, 연소가스의 복사열을 직접 받아 효과적으로 가열되어, 유동층 전체의 열효율이 향상된다.
또 상기한 구성에 있어서, 재배출구측의 유동층으로부터 내뿜어 올려진 유동바닥재를 앞쪽으로 안내하기 위해서, 화로본체의 뒤벽에 하부에서 상부에 걸쳐서 앞쪽으로 경사하는 후부 경사벽이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 후부 경사벽에 의해 유동바닥재의 앞부분측에의 유동을 촉진시킬 수 있기 때문에, 바닥면이 전후방향으로 긴 경우에 유효히 유동화를 촉진시킬 수 있다.
또 상기한 구성에 있어서, 화로본체에 배설되어 프리보드공간의 하부에 2차연소용 공기를 빨아들이는 2차공기노즐과, 이 2차공기노즐의 상부에 배치되어 프리보드공간에 3차연소용 공기를 빨아들이는 3차공기노즐을 구비하여, 연소가스를 2단 연소시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 연소가스의 2단 연소에 의해, CO, NOx의 저감을 꾀할수 있다.
본 발명에 관한 유동바닥식 소각로의 실시예를 도 1∼도 5에 따라서 설명한다.
도 1∼도 3에 나타내듯이, 화로본체(1)는 대략 정방형 단면으로 형성되고, 연소실(2)과 그 윗쪽으로 연속하는 프리보드공간(3)이 형성되어 있다. 그리고, 화로본체(1)의 앞벽(1a)에 피소각물인 쓰레기의 투입구(4)가 형성되고, 또한 뒤벽(1b)의 하부에 재배출구(5)가 형성되어 있다. 유동바닥재(S)를 유지하는 연소실(2)의 화로밑부는, 투입구(4)측에서 저유동화 속도에 의해 저혼합으로 저온이 되는 완만연소용의 건조열분해존(마일드베드라고도 함)(A)을 형성하는 경사바닥벽(6)과, 재배출구(5)의 윗쪽측에서 연소존(메인베드라고도 함)(B)을 형성하는 분산관상부(7)로 구성되어 있다. 그리고 건조열분해존(A) 및 연소존(B)의 유동층은, 연소실(2)의 폭방향에서 중앙부 유동층(CS)과 좌우의 측부 유동층(RS,LS)으로 세개로 구획된다.
재배출구(5)에는, 유동매체인 규사(이하 모래라고 함)와 소각재를 정량씩 배출가능한 유동바닥재 배출장치(8)가 설치되고, 배출된 모래와 소각재는 스크류공급기(9)로부터 분급장치(10)로 보내어지고, 모래와 소각재 및 불연물로 분리된다. 이 모래는, 모래순환장치(11)에 의해, 모래순환노즐(12)을 통해 투입구(5)에 순환이송된다.
프리보드공간(3)의 하부의 대응하는 앞벽(1a)과 뒤벽(1b)에는, 각각 이차연소공기를 공급하는 이차공기노즐(18)이 각각 배치된다. 또한 그 후 벽(1b)의 이차공기노즐(13)의 상부에는, 삼차연소공기를 공급하는 삼차공기노즐(14)이 배치되고, 연소가스를 2단 연소시켜 CO, NOx의 저감을 꾀하고 있다. (15)는 앞벽(1a)에서 건조열분해존(A)에 냉각물을 뿜어들이는 화로바닥 냉각물 분무노즐, (16)은 프리보드공간(3)에 윗쪽으로부터 냉각물을 뿜어들이는 화로꼭대기 냉각물 분무노즐이다. 또한 도면에 나타내지 않은 조연(助燃)버너도 배설되어 있다.
상기한 경사바닥벽(6)과 분산관 화로바닥(7)의 전후방향의 길이는, 도 3에 나타내듯이, 경사화로바닥(6)이 m, 분산관 화로바닥(7)을 M으로, m＜M≤1.5×m의 범위로 설정되어 있다. 또한 경사바닥벽(6)은, 앞벽(1a)에서 후부아래쪽으로 경사각(α)이 약 15°이상으로 경사되어, 건조열분해존(A)에서 연소존(B)으로 유동매체나 미연쓰레기, 소각재 등으로 이루어지는 유동바닥재(S)가 스무스하게 흐르도록 구성된다. 또 경사바닥벽(6)의 표면에, 경사방향에 따라서 분산공기공급수단인 앞경사바닥 분산공기관(21A)과 뒤경사바닥 분산공기관(21B)이 전후위치에 설치되어 폭방향에 일정간격마다 배치되어 있다. 그리고, 화로본체(1)의 밑부외면에 배설된 분산용 바람상자(22A,22B)에 각각 연통관(28A,28B)을 개재해서 이들 전후의 경사바닥 분산공기관(21A,21B)이 접속되어, 분산공기가 공급된다.
상기한 경사바닥 분산공기관(21A,21B)은, 도 5(a), (b)에 도시하듯이, 양측면에 일정간격마다 다수의 분산공기구멍(21a)이 경사각(β)이 20°∼40°로 경사해서 뚫려 있다. 그리고 이들 분산공기구멍(21a)에서 분산공기가 후방측에서 경사 아래쪽의 연소존(B)측에 향해서 분사되어, 유동바닥재(S)를 건조열분해존(A)에서 연소존(B)에 향해서 유동시킬 수 있다. 또한 중앙부 유동층(CS)에 대응하는 경사바닥 분산공기관(21A,21B)과, 좌우의 측부 유동층(RS,LS)에 대응하는 경사바닥 분산공기관(21A,21B)과는 따로따로 분산공기의 분출속도를 제어할 수가 있도록 구성되어 있다.
또, 이들 경사바닥 분산공기관(21A,21B)은, 측면에 분산공기구멍(21a)이 형성되어 있기 때문에, 분산공기구멍을 형성한 분산판을 화로바닥부에 이용한 소각로와 같이, 분산공기구멍에의 유동바닥재(S)의 침입을 방지하는 침입방지부재가 표면에 돌출하는 일이 없기 때문에, 유동바닥재(S)의 흐름을 방해하는 일도 없다.
도 4에 도시하듯이, 건조열분해존(A)에서의 좌우의 측벽(1c,1d)에는, 연소실(2)의 폭(Wa)에 대하여 1/4∼1/8의 돌출량(Wb)으로 중앙측으로 뻗고, 하부에서 상부에 향해서 중앙측에 경사하는 내마모성의 측부 경사벽(24R,24L)이 각각 형성되어, 건조열분해존(A)(투입구측)측의 좌우의 측부 유동층(RS,LS)에서 뿜어올려진 유동바닥재(S)를 중앙부 유동층(CS)측에 보내도록 구성된다.
이 측부 경사벽(24R,24L)에 의해, 유동바닥재(S)가 높게 뿜어올려지고, 그 유동바닥재(S)가 중앙부 유동층(CS)에 비처럼 내리고, 쓰레기가 유동바닥재(S)내에 밀어넣어지는 것이 좋고, 또한 그 유동바닥재(S)의 움직임이 직접 중앙부 유동층(CS)을 옆에서 밀어 중앙부 유동층(CS)의 혼합교반을 촉진시키지 않은 쪽이 좋다. 또한 측부 경사벽(24R, 24L)의 내화물은, 유동바닥재(S)가 경사로부터 닿는 쪽이 마모가 적기 때문에, 돌출량(Wb)이 적은 쪽이 내구성이 풍부하다. 따라서, 유동바닥재(S)의 유동속도를 너무 올리지 않은 범위로 측부 경사벽(24R,24L)의 경사각이 느슨한 설계가 바람직하다.
연소존(B)을 형성하는 분산관상부(7)는, 분산공기공급수단인 폭방향의 독립분산관(25)이 수평면내에서 전후방향에 일정간격을 두고 배설된다. 이것에 의해, 불연물이나 재를 포함하는 유동바닥재(S)의 통과를 허락함과 동시에, 측면에 형성된 분산공기공으로부터 분사되는 분산공기에 의해 유동바닥재(S)를 유동화시키도록구성되어 있다.
또한 연소존(B)측의 뒤벽(1b)에, 측부경사벽(24R,24L)과 거의 같은 돌출량(Wc)으로 선단이 앞쪽으로 돌출되어 하부에서 상부에 걸쳐서 중앙측에 경사하는 내마모성의 후부 경사벽(26)이 형성되어 있다. 이 후부 경사벽(26)에 의해, 연소존(B)(재배출구측)측의 좌우의 측부 유동층(RS,LS) 및 중앙부 유동층(CS)에서 뿜어올려지는 유동바닥재(S)를 앞쪽으로 안내하여 순환시킬 수 있다. 또한, 특히 연소실(2)의 전후의 길이가 긴 경우에, 유동바닥재(S)의 유동화를 효과적으로 촉진시킬수 있다.
상기한 구성에 있어서, 쓰레기가 투입구(4)로부터 연소실(2)내에 투입되면, 건조열분해존(A)에서 쓰레기에 유동바닥재(S)가 씌여지고 혼합가열되어, 건조됨과 동시에 열분해된다. 그리고 그 열분해가스는 윗쪽의 프리보드공간(3)에서 연소되고, 이 때의 복사열에 의해 건조열분해존(A)의 유동바닥재(S)와 쓰레기가 가열된다. 그리고 쓰레기는 유동바닥재(S)와 함께 연소존(B)에 보내어져 연소된다. 그 소각재는 분산관 바닥부(7)의 독립분산관(25)의 사이를 통과하여 하강되고, 유동바닥재 배출장치(8)에 의해 재배출구(5)로부터 배출된다. 여기서 분급장치(10)에 의해 소각재와 모래로 분리되며, 모래는 모래순환장치(11) 및 모래순환노즐(12)을 통해 다시 연소실(2)에 투입된다.
또한 연소가스는 프리보드공간(3)에 있어서 이차공기노즐(13)로부터 뿜어들여진 3차 연소용 공기에 의해 연소되고, 또 3차 공기노즐(14)로부터 뿜어들인 삼차 연소용 공기에 의해 완전연소된다. 이 2단 연소에 의해, 배기가스중의 CO나 NOx가 저감된다.
또한 이 소각시, 경사바닥벽(6)과 경사바닥 분산공기관(21A,21B)과 측부 경사벽(24R,24L)의 작용에 의해, 유동바닥재(S)는 화살표로 나타낸 것처럼 투입구(4)측의 중앙부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 중앙부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 측부 유동층(RS,LS)→투입구(4)측의 측부 유동층(RS,LS)→투입구(4)측의 중앙부 유동층(CS)의 순서로 대략 수평면상에서 순환이동되어 연소실(2)이 균등한 온도로 유지됨과 동시에, 유동바닥재(S)의 혼합이 촉진되어 효과적으로 연소된다. 이 때, 충분한 순환이동을 실현하기 위해서 연소상태에 의해서는, 측부 유동층(RS,LS)에 대응하는 경사바닥 분산공기관(21A,21B)에서 분출되는 분산공기의 속도(예를 들면 1.5m/s)를, 다른 경사바닥 분산공기관(21A,21B)의 분산공기의 속도(예를 들면 0.6m/s)보다도 3배 이내의 범위로 빠르게 되도록 제어하더라도 좋다.
상기한 실시예에 의하면,
① 종래와 같이 격벽을 설치하지 않고 유동바닥재(S)를 순환시키기 때문에, 연소실(2)의 바닥의 면적을 유효히 이용할 수 있다.
② 측부 경사벽(24R,24L)은, 격벽과 같이 양측에서 가열되는 일이 없기 때문에, 통상의 내화물인 캐스터장 등으로 대처할 수 있고, 내구성에 문제가 없다.
③ 측부 경사벽(24R,24L)은 낮은 위치에서 형성할 수 있기 때문에, 층높이가 변화하더라도 유동바닥재(S)의 유동, 순환에 영향이 매우 적고, 느린 분산공기속도라도 유동바닥재(S)를 충분히 윗쪽으로 유동시켜 투입구(4)측 중앙부 유동층(CS)에 스무스하게 순환시킬 수 있다.
수평순환이 없고, 중앙부 유동층(CS)을 느린 유동속도로 하면, 완만연소로는 되지만, 연소속도가 느려 화로바닥부하가 작게 되어, 대형의 화로가 되고, 또한 미연물이 화로바닥밑에서 뽑아내는 유동바닥재(S)에 섞인다고 하는 문제가 발생한다.
그러나 여기서는 수평순환으로 최종의 연소찌꺼기를 연소존(B)에 이동시켜 연소시킬 수 있으므로, 중앙부 유동층(CS)에서는 정상적으로 안정된 완만연소가 성립한다. 따라서, 건조열분해존(A)에서의 유동바닥재(S)의 유동속도를 느리게 할 수 있고, 완만한 연소에 의하여 연소변동을 절감하여, CO나 다이옥신의 발생을 억제할 수 있다.
④ 측부 경사벽(24R,24L)에 의해, 건조열분해존(A)의 윗쪽을 개방하여 프리보드공간(3)과 연속시킬 수 있기 때문에, 프리보드공간(3)에 있어서의 연소복사열을 이용하여 효과적으로 유동바닥재(S)를 가열할 수 있다.

Claims (3)

  1. 연소실(2) 및 그 윗쪽에 연속하는 프리보드공간(3)을 형성하는 화로본체(1)의 바닥면위에 유동바닥재(S)가 재치되어, 바닥면측에서 분출되는 분산공기에 의해 유동바닥재(S)가 유동되어 유동층이 형성되는 유동바닥식 소각로에 있어서,
    상기한 화로본체(1)의 앞벽(1a)에 형성된 피소각물에 투입구(4)와,
    화로본체(1)의 후방 하부에 형성된 피소각물의 재배출구(5)와,
    연소실(2)의 폭방향에서 3개로 구획된 중앙부 유동층(CS) 및 좌측부 유동층(LS) 및 우측부 유동층(RS)과,
    상기한 중앙부 유동층(CS)과 좌우의 측부 유동층(LS,RS)에 대응하는 바닥면에 각각 배치되어 분산공기를 분출하는 분산공기공급수단(21A,21B,25)과,
    화로본체(1)의 바닥면에 형성되어 투입구(4)측에서 재배출구(5)측 아래쪽으로 경사하는 경사바닥벽(6)과,
    화로본체(1)의 투입구(4)측의 좌우의 측벽(1c,1d)에 각각 형성되고 측부 유동층(LS,RS)에서 뿜어올려진 유동바닥재(S)를 중앙부 유동층(CS)에 안내하기 위해서, 하부에서 상부에 걸쳐서 중앙부측에 경사하는 측부 경사벽(24R,24L)을 구비하고,
    상기한 분산공기공급수단(21A,21B,25)에 의해 분출되는 분산공기에 의해, 유동바닥재(S)를 투입구(4)측의 중앙부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 중앙부 유동층(CS)→재배출구(5)측의 측부 유동층(LS,RS)→투입구(4)측의 측부 유동층(LS,RS)→투입구(4)측의 중앙부 유동층(CS)의 순서로 순환이동시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 유동바닥식 소각로.
  2. 제1항에 있어서, 재배출구(5)측의 유동층으로부터 뿜어올려진 유동바닥재(S)를 앞쪽으로 안내하기 위해서, 화로본체(1)의 뒤벽(1b)에 하부에서 상부에 걸쳐서 앞쪽으로 경사하는 후부경사벽(26)이 형성된 것을 특징으로 하는 유동바닥식 소각로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 화로본체(1)에 배설되어 프리보드공간(3)의 하부에 이차연소용 공기를 빨아들이는 이차공기노즐(18)과, 이 이차공기노즐(18)의 상부에 배치되어 프리보드공간(3)에 삼차연소용 공기를 빨아들이는 삼차공기노즐(14)을 구비하고, 연소가스를 2단 연소시키는 것을 특징으로 하는 유동바닥식 소각로.
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