KR20000018176A - 슬러지 소각 장치 - Google Patents

Abstract

건류기에서 생산된 대체 연료를 유동층 소각로에 공급하므로서 보조 연료로 일반 연료와 대체 연료를 병행 사용할 수 있으며, 간단한 설비로 이루어지는 슬러지 소각 장치(Sludge Incineration Facility)에 관한 것으로,

(a) 고질 쓰레기를 건류(열분해)하여 대체 건류 가스(이하, 대체 연료라 함)를 발생시키는 건류기와 (b) 상기 건류기와 연결되어 있고 상기 건류기에서 발생한 건류가스를 사용하여 착화 및 승온하는 제 1버너와 상기 제 1버너의 인접한 위치에 있으며 경유 또는 도시가스 등(이하, 일반연료라 함)을 사용하는 제 2버너와 로 하부에 위치하고 1차 연소용 공기를 공급하는 공기분산장치와 로 중간부에 위치한 로 내 방해판과 방해판 내부에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 2차 연소용 공기 주입구와 상기 방해판과 로 출구의 중간 부분에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 3차 연소용 공기 주입구 및 (c) 상기 유동층 소각로 출구에 위치하며, 상기 유동층 소각로의 소각조건에 따라 상기 건류기 출구에 위치한 자동밸브의 개폐를 조절하여 건류 가스의 흡인유량에 따라 건류기의 가스화 속도(열분해 속도)를 제어할 수 있고, 상기 유동층 소각로의 연소용 공기량을 제어할 수 있는 자동제어 장치를 포함하고 있는 슬러지 소각 장치를 제공함으로써 연료비를 절감할 수 있고 적정한 유동층 소각로 내의 연소조건을 자동으로 조절함으로써 운전 조업이 손쉽고, 단계적 공기 주입 등으로 질소산화물 및 석회석 투입으로 황산화물 등의 환경오염물질의 발생을 억제할 수 있는 슬러지 소각 장치에 관한 것이다.

Description

슬러지 소각 장치{Sludge incineration facility}

본 발명은 슬러지 소각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건류기를 이용하여 유동층 소각로에 보조연료를 공급함으로서, 유동층 소각로에서 일반연료와 대체연료의 병행사용이 가능하여 슬러지 소각시 보조 연료비를 절감시킬 수 있고, 건류기 출구에 자동 밸브 및 수동 밸브를 부착하여 건류기의 건류 속도를 자동으로 조절함으로써 유동층 내의 연소 조건을 적정히 유지하여 유동 연소효율을 증대시킬 수 있는 슬러지 소각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 슬러지의 유동층 소각 장치는 건조기와 유동층 소각로로 이루어져 있으며, 보조 연료로 가스나 경유 또는 폐목재 등이 사용되고 있다. 그리고 일반적인 유동층 소각로에서는 다른 소각방식에 비하여 유동화 공기에 의해 필연적으로 회재가 과다 비산유출되기 때문에 후처리 설비 중 특히, 집진 설비공정이 복잡하게 설치되어 있다.

이러한 종래의 유동층 소각 장치는 저 열량의 슬러지가 투입되었을 경우 보조연료의 양이 증가함에 따라 운전비의 대부분을 보조 연료비가 차지하여 경제성이 떨어지고 유동화 공기 분산장치와 유동층부에 연소용 공기의 공급이 집중되어 비산회재의 발생이 많아질 뿐만 아니라 배출되는 질소산화물의 증가에 적절히 대처할 수 없으며 미연 비산회재의 증가로 인하여 연소효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 유동층 소각로는 슬러지를 소각 처리하는 데에 있어서, 기존의 로타리 킬른 소각로(R/K로) 등에 비해 연소 효율은 좋으나, 연소 조건을 적정한 수준으로 유지하기 어려워서 조업조건이 복잡하다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 건류기를 이용하여 고질 쓰레기를 건류하여 대체 연료화한 후 유동층 소각로에 공급하며, 착화 및 승온 버너를 대체 연료 사용이 가능한 것으로 설치하여 전체 소각 장치의 운영비를 절감시키며, 건류기의 출구부분에 수동밸브와 자동밸브를 설치하여 슬러지 소각로의 로 내 온도 및 출구부분 온도로 상기 자동밸브의 개폐를 자동 조절함으로서 건류기의 건류(열분해) 속도를 자동 제어할 수 있게 하여 운전을 보다 쉽게 하는데 있다. 그리고 단계적 연소용 공기 주입에 따라 1차 공기량을 감소시켜 비말동반되는 분진의 양을 저감시키므로 집진설비의 처리부하를 줄여주며, 또한 단계적 공기주입으로 질소산화물의 발생을 억제시켜 간결한 후처리 공정 설비가 가능하도록 하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 소각 장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건류 가스의 장거리 이송 장치를 나타내는 도면이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

고질 쓰레기를 건류(열분해)하여 대체 건류 가스(이하, 대체 연료라 함)를 발생시키는 건류기; 및

상기 건류기와 연결되어 있고 상기 건류기에서 발생한 건류가스를 사용하여 착화 및 승온하는 제 1버너와 상기 제 1버너의 인접한 위치에 있으며 경유 또는 도시가스 등(이하, 일반연료라 함)을 사용하는 제 2버너와 로 하부에 위치하고 1차적으로 공기를 공급하는 공기분산장치와 로 중간부에 위치한 로 내 방해판과 방해판 내부에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 2차 공기 주입구와 상기 방해판과 로 출구의 중간 부분에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 3차 공기 주입구를 구비하고 있는 유동층 소각로

를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 소각 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 유동층 소각로 출구에 위치하며, 상기 유동층 소각로의 소각조건에 따라 상기 건류기 출구에 위치한 자동밸브와 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브를 연계 조절하여 건류 가스의 흡인유량에 의하여 건류기의 가스화 속도(열분해 속도)를 제어할 수 있고, 상기 유동층 소각로의 연소용 공기량을 제어할 수 있는 자동제어 장치를 더욱 포함하는 슬러지 소각 장치를 제공한다.

또한, 상기 슬러지 소각 장치는 상기 건류기와 상기 유동층 소각로를 연결하여 주는 장치로서, 상기 건류기에서 발생된 건류 가스를 배관으로 이송하여 장거리의 어느 위치에서나 사용할 수 있도록 이송관로 내에 응축된 타르를 제거하는 스트레이너와 결로 방지를 위해 전체 이송 관로에 걸쳐 부착되어 있는 리본 히터가 포함된 이송 장치를 더욱 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 유동층 소각로에서 연소실의 안정된 조건(온도)을 더욱 정확히 조정하기 위하여 일반 연료를 제 2버너에 자동 공급하도록 하는 연소 조정장치를 더욱 포함하는 슬러지 소각 장치를 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 소각 장치의 구성도로서, 건조기(100)와, 건류기(101)와, 슬러지 공급수단(110)과, 압입 송풍기(131)와, 유동층 소각로(130)와, 배기가스 급냉수단(140)과, 집진기(160) 그리고 배기 송풍기(170)를 도시하고 있다.

상기 건조기(100)는 냉각수단 특히, 수냉식 열교환기(141)로부터 회수한 열을 이용하여 슬러지를 건조시킴으로서 전체 시스템의 열효율을 증가시키기 위한 것으로 슬러지 공급수단(110)의 전단계에 설치되어 있다.

상기 건류기(101)는 유동층 소각로에 대체연료를 공급하기 위한 장치로서, 기 분리된 고질 쓰레기(예를 들어, 폐타이어 등과 같은 고열량의 가스를 발생시키는 쓰레기)를 건류 가스화하며 연속조업이 가능한 구조로 되어있고, 유동층 소각로의 조업조건 즉, 유동층 소각로의 로 내 온도 및 출구 온도에 따라 건류기 출구 부분에 위치한 상기 유동층 소각로의 착화 및 승온 버너에 대체 연료를 공급하는 수동밸브(102)와 자동밸브(103) 및 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브(도 3에 도시함)를 연계 조절하여 대체 연료가 유동층 소각로로 흡인되는 유량에 따라 건류기의 건류(열분해) 속도가 자동으로 제어되는 장치(138)로 구성되어 있으며, 유동층 소각로에 직결되어 있다.

상기 슬러지 공급수단(110)은 폐기물 벙커에서 파쇄된 슬러지와 슬러지 벙커에 저장되어 건조기를 통하여 건조된 후 슬러지 투입구로 투입할 수 있도록 이루어져 있다.

상기 압입 송풍기(131)는 통상의 것으로 유동화 공기 (또는 1차 연소용 공기) 및 2차, 3차 연소용 공기를 공급하기 위해 유동층 소각로 전단계에 연결되어 있다.

상기 유동층 소각로(130)는 하부에 유동매질을 유동화시키기 위한 공기분산장치(또는 1차 공기 주입구)(134)와, 유동층 상부위치에 착화 및 승온버너(이하, 제 1버너라 함)(132)와, 그 인접한 위치에 있는 제 2버너(133)와, 석회석 공급장치(도시하지 않음)와, 2차 및 3차 공기 주입구(136)를 구비하고, 로 하부의 재 배출장치(137)와, 중단부의 방해판(135)과 로 출구에 위치하고 있는 자동제어 장치(138)를 포함하고 있다.

상기 배기가스 냉각수단(140)은 수냉식 열교환 장치(141)와 공냉식 열교환 장치(142)를 포함하며, 상기 유동층 소각로를 통하여 배출되는 배기가스를 급냉시키기 위한 것으로, 통상의 냉각수단을 사용하며, 상기 수냉식 열교환 장치(141)에서 회수된 열은 건조기(100)로 인입되어 저질 쓰레기를 건조하고, 공냉식 열교환기(142)에서 회수된 열은 상기 송풍기(131)에서 유동층 소각로로 공급되는 연소용 공기의 예열에 이용된다.

상기 분사장치(150)는 냉각수단(140)과 집진기(160) 사이에 위치하며, 냉수단에서 집진기로 배기가스를 이송하는 관로 내에 분말의 유해 물질 제거제를 투입하는 구조를 가지고 있다.

상기 집진기(160)는 상기 배기가스 냉각수단과 연결되어 있으며, 통상의 집진기를 사용한다.

상기 배기 송풍기(170)는 상기 집진기에서 나오는 배기가스를 외부로 배출할 수 있도록 연결되어 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 소각로의 단면도를 나타내고 있는 것으로서, 공기 분산장치(134)와 슬러지 투입구, 착화 및 승온용 제 1버너와 일반연료를 사용하는 제 2버너(132, 133), 석회석 주입장치(도시하지 않음), 방해판(135), 2차 및 3차 공기 주입구(136), 재 배출장치(137)와 자동제어 장치(138)를 도시하고 있다.

상기 로 본체에서 연소실은 하부의 공기 분산장치와 상부 가스 배출구와 중간의 벽체(원형 또는 사각형) 내부의 공간에 형성된다. 상기 공기분산장치는 유동매체를 유동화 시키기 위한 것으로 노즐이 부착된 산기판식으로 제작되어 있다. 상기 슬러지 투입구는 확장된 유동층 내로 인입시킬 수 있는 구조이며, 스프레더가 부착된 통상적인 로터리밸브 방식의 것으로 스프레더 부분은 적당한 압력의 공기를 분사하여 소각 대상물질을 산포하는 역할과 연소실의 열로부터 스프레더를 보호하는 역할을 한다. 유동층 상부위치에는 대체연료를 사용할 수 있는 착화 및 승온용 제 1버너(132)가 부착되어 있다. 상기 착화 및 승온 버너는 연료 절감을 위한 것으로 건류기에서 생성된 고발열량의 건류가스를 공급하는 수단과 연결되어 있다. 그리고 착화 및 승온버너의 인접위치에는 제 2버너(133)가 부착된다. 상기 제 2버너(133)는 일반 연료가 사용되며, 그 공급수단과 연결되어 있다. 상기 제 2버너는 대체연료의 공급이 불가능하거나 대체연료만으로 필요한 열량을 공급할 수 없을 때 지속적으로 유동층 소각로 내의 소각대상물을 처리할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기의 슬러지 소각장치는 보조 연료 소모가 많은 액상 폐기물, 슬러지 등 저질 폐기물 소각시 고질 폐기물을 건류시켜 생성된 가스를 착화 및 승온버너에 전용으로 공급하여 대체연료로 사용할 수 있어 연료비를 절감하고, 비상시 즉, 대체연료 공급 중단시에는 일반연료가 공급되는 제 2버너를 이용하여 소각로를 정지시키지 않고 연속 운전을 할 수 있다.

또한 석회석 주입장치(도시하지 않음)는 소각 중 발생하는 황산화물을 로 내에서 직접 제거하기 위한 것으로 석회석이 소성되는 과정에서 미세한 기공이 생기고 이 기공을 통하여 수착 반응에 의하여 황산화물을 제거할 수 있다.

상기 방해판(135)은 미연입자의 비산유출을 방해하고 로 내의 가스 흐름에 와류를 형성시켜 연소효율을 증대시키기 위한 것으로 로 중단부에 벽체에서 중심방향으로 설치되어 있다.

그리고 2차 및 3차 공기 주입구(136)는 단계적 공기주입을 실시하여서 연소에 필요한 공기량보다 적은 양을 공급하여 방해판 상부의 로 내에 산소 결핍상태를 형성하여 환원분위기를 로 하단부로부터 상층부 쪽으로 확산시켜 질소산화물의 발생을 억제하고자 설치된 것으로 2차 공기 주입구는 방해판 내부를 통하여 설치되어 있고, 3차 공기 주입구는 방해판과 로 출구의 중간부분에 설치되어 있다. 2차 및 3차 공기 주입구는 로의 중심을 기준으로 접선방향으로 부착되어 선회류를 형성시키게 되어 있다.

또한, 유동층 하부에는 소각잔재를 배출하기 위한 재 배출수단(137)이 마련되어 있다. 상기 재 배출수단은 통상의 것을 사용한다.

또한, 상기 유동층 소각로의 소각조건에 따라 상기 건류기 출구에 위치한 수동 및 자동밸브와 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브를 연계 조절하여 건류 가스가 유동층 소각로로 흡인되는 유량에 따라 건류기의 가스화 속도(열분해 속도)를 제어할 수 있고, 상기 유동층 소각로의 연소용 공기량을 제어할 수 있는 자동제어 장치(138)가 상기 유동층 소각로 출구에 위치하고 있으며, 이 자동제어 장치로 인하여 본 발명의 슬러지 소각 장치는 적정한 조업조건을 자동으로 만족할 수 있으며 따라서 작업이 손쉽게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건류 가스의 장거리 이송장치를 설명하기 위한 것으로서, 상기 건류기와 상기 유동층 소각로는 배관으로 연결되어 있어서, 건류기에서 발생된 건류 가스를 상기 배관을 통하여 이송하고 장거리의 어느 위치에서나 사용할 수 있도록(통상은 1m 이내에서 직결하여 사용) 이송 관로 내에 응축된 타르(tar)를 제거하는 스트레이너(strainer)(105)와 결로 방지를 위한 리본 히터(ribbon heater)(도시하지 않음)가 전 이송 관로(104)에 걸쳐 부착되어 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 슬러지 소각 장치는, 유동층 소각로에서 공기 분산판(134)으로 공급된 공기에 의해 유동화가 일어나면 착화 및 승온버너(132)에 대체연료를 공급하여 작동시키고, 제 2버너(133)에 일반 연료를 주입하여 작동시킨다. 이 때, 유동층 소각로에서 필요한 열량은 90 내지 100 %는 건류기에서 공급하고, 연소 조정장치(또는 보정 제어장치, 도시하지 않음)에 의해 0 내지 10 %는 제 2버너로 공급하며, 공급라인은 생산된 건류 가스를 장거리의 어느 위치에서나 사용할 수 있도록(통상은 1m 이내에서 직결하여 사용) 이송 관로 내에 응축된 타르를 제거하는 스트레이너와 결로 방지를 위해 전 이송 관로에 걸쳐 리본 히터를 부착하였다.

이와 같이 2개의 연소버너의 장착으로 동시에 가동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제 1버너에 사용되는 대체연료의 공급이 일시 중단되더라도 제 2버너를 통하여 정상적인 연속운전이 가능하게 된다.

그리고 폐기물 벙커에 있는 쓰레기는 쓰레기 공급 크레인으로 파쇄기에 투입시켜 적절한 크기로 파쇄한 후 컨베이어 등으로 건류기(101)에 인입되며, 슬러지 벙커에 있는 슬러지는 건조기(100)로 건조시킨 후, 이송장치(110)를 이용하여 슬러지 투입구(120)로 투입하여 층 내의 온도가 적당한 온도로 상승되면 로 내부로 인입시킨다. 이렇게 소각로에 인입된 슬러지들은 유동매체의 함열에 의해 건조와 소각이 동시에 이루어지며 연소용 공기의 1차, 2차 및 3차의 분산공급으로 유동층부는 환원분위기에서 질소산화물의 발생이 억제되고 층상부에 직접 주입된 석회석에 의해 소각 중에 발생하는 황산화물을 제거할 수 있다. 유동층부에서 비말동반된 미연분들은 방해판에 의해 비산유출이 방해받고 와류현상에 의해 공기와의 접촉시간이 늘어나며, 2차 및 3차 공기의 접선방향 유입으로 인하여 선회류가 형성되므로 로 내 체류시간이 현저히 증가되고 로 상부에서 비말동반되는 미분들의 포집율이 늘어나 연소효율이 증대된다. 이러한 과정을 통하여 완전 연소가 이루어지고 배기가스는 후 처리 공정으로 배출된다. 이때 로 내 온도 및 소각로의 출구온도에 의해 건류기의 배출관에 부착된 수동 밸브(102) 및 자동 밸브(103), 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브를 연계 조절하여 건류기에서의 건류(열분해) 속도를 제어하고 유동층 소각로에 공급되는 연소용 공기도 함께 제어하는 자동제어 장치(138)가 부착되어 있어서 전체 소각장치의 연속 조업을 가능하게 하며, 적정한 조업 조건을 유지할 수 있으므로 운전조작을 쉽게 할 수 있도록 한다.

그리고 소각잔재는 통상의 장치(137)로 배출된 후 진동체에 의해 유동사와 분리된 후 외부로 배출되며 유동사는 층 높이에 따라 소각로 내로 재투입된다.

상기 후처리 공정으로 배출되는 가스는, 통상의 열교환 수단(140)을 이용하여 냉각을 시키고, 배기가스에 의하여 데워진 더운 공기는 하부 공기분산장치나 2차 및 3차 공기 주입구로 인입되어 소각에 필요한 공기를 공급한다.

이러한 냉각과정은 신속하게 이루어지는 것이 바람직하며, 급냉온도는 대략 200 ℃ 이하로 되는 것이 바람직하다. 이것은 상기 배기가스가 냉각되는 시간이 길어지거나 대략 300 ℃ 이상이 되는 경우에는 배기가스 중에 포함되어 있는 유기물질이나 염소 공여체가 치환반응에 의해 다이옥신류로 생성되기 때문에 기준치 이상으로 다량 배출될 가능성이 있어 이를 막기 위한 것이다.

계속해서 냉각된 배기가스는 분말분사기를 통하여 분사되는 활성탄과 혼합되어 유해가스 성분이 제거되고, 집진기(백필터라고도 함)(160)를 통하여 배기가스 중에 포함되어 있는 미분들이 재차 제거된 후 송풍기를 통하여 외부로 배출된다.

이와 같이 본 발명은, 건류기를 이용하여 고질 쓰레기를 건류하여 대체 연료화한 후 유동층 소각로에 공급함에 따라 유동층 상부에 대체 연료를 사용할 수 있는 착화 및 승온 버너를 설치하여 연료비를 절감할 수 있으며, 로 내에 일정한 간격으로 2차 및 3차 공기를 로 중심의 접선방향으로 주입함으로써 선회류 효과에 의한 로 내 체류시간 증가와 방해판 설치에 따른 로 내 체류시간 증가로 소각효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 건류기의 출구부분에 수동밸브와 자동밸브를 설치하여 유동층 소각로 내에서의 필요 열량에 따라 자동밸브와 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브를 연계 조절하여 자동 조절함으로서 건류기의 열분해 속도를 자동 제어하여 유동층 소각로 내의 연소 조건을 자동으로 조절할 수 있기 때문에 적정한 조업조건을 유지할 수 있어 운전을 보다 쉽게 할 수 있고, 건류 가스 이송관로에 스트레이너와 리본 히터를 장착하여 슬러지 소각로의 위치에 상관없이 소각 시스템에 건류로의 적용이 용이하며, 소각과정에서 유해가스와 분진 발생을 최소화하여, 후 처리공정을 최소화시킴으로서 유동층 소각 장치의 설비규모와 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 운전 및 유지관리가 용이토록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고질 쓰레기를 건류(열분해)하여 건류 가스를 발생시키는 건류기; 및

   상기 건류기와 연결되어 있고 상기 건류기에서 발생한 건류 가스를 사용하여 착화 및 승온하는 제 1버너와 상기 제 1버너의 인접한 위치에 있으며 일반연료를 사용하는 제 2버너와 로 하부에 위치하고 1차적으로 공기를 공급하는 공기분산장치와 로 중간부에 위치한 로 내 방해판과 방해판 내부에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 2차 공기 주입구와 상기 방해판과 로 출구의 중간 부분에 위치하고 로 중심부와 접선 방향으로 공기를 분사하는 3차 공기 주입구를 구비하고 있는 유동층 소각로

   를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 소각 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유동층 소각로 출구에 위치하며, 상기 유동층 소각로의 소각조건에 따라 상기 건류기 출구에 위치한 자동밸브와 건류기에 공급되는 공기량 조절 밸브를 연계 조절하여 건류 가스가 유동층 소각로로 흡인되는 유량에 의하여 건류기의 가스화 속도(열분해 속도)를 제어할 수 있고, 상기 유동층 소각로에 공급되는 공기량을 제어할 수 있는 자동제어 장치를 더욱 포함하는 슬러지 소각 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 건류기와 상기 유동층 소각로를 연결하여 주는 장치로서, 상기 건류기에서 발생된 건류 가스를 배관으로 이송하여 장거리의 어느 위치에서나 사용할 수 있도록 이송관로 내에 응축된 타르를 제거하는 스트레이너와 결로 방지를 위해 전체 이송 관로에 걸쳐 부착되어 있는 리본 히터가 포함된 이송 장치를 더욱 포함하는 슬러지 소각 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동층 소각로에서 연소실의 안정된 조건(온도)을 더욱 정확히 조정하기 위하여 일반 연료를 제 2버너에 자동 공급하도록 하는 연소 조정 장치를 더욱 포함하는 슬러지 소각 장치.