KR20000076167A - 연소 장치 - Google Patents

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KR20000076167A
KR20000076167A KR1019997008258A KR19997008258A KR20000076167A KR 20000076167 A KR20000076167 A KR 20000076167A KR 1019997008258 A KR1019997008258 A KR 1019997008258A KR 19997008258 A KR19997008258 A KR 19997008258A KR 20000076167 A KR20000076167 A KR 20000076167A
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이시다미치오
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

RDF를 연료로 하는 보일러나 도시 쓰레기를 소각하는 쓰레기 소각 장치로서 이용되는 연소 장치이다. NOx의 발생량을 적게 하는 동시에 집진 장치에 있어서의 유동 매체의 분리 효율을 향상시키고, 또한 유동층로내의 유동 매체의 유동성을 우수하게 한다. 유동층로(1)와, 유동층로(1)의 후류측에 배치되고 또한 유동층로(1)로부터 배출되는 유동 매체 및 연소 잔사를 연소 가스와 분리시켜 포집하는 싸이클론(2)과, 싸이클론(2)과 유동층로(1) 사이에 설치되고 또한 싸이클론(2)에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사를 유동층로(1)로 복귀시키는 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)를 구비하고 있다. 싸이클론(2)의 후류측에 싸이클론(2)으로부터 나온 연소 가스중의 미연소분을 공기를 도입하여 완전 연소시키는 2차 연소로(31)를 설치한다. 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)의 도중에 열 회수부(12)를 설치한다.

Description

연소 장치{COMBUSTION DEVICE}
종래의 RDF를 연료로 하는 보일러로서 이용되는 연소 장치를 도 4에 도시한다.
도 4에 있어서, 연소 장치는 유동층로(1; 流動層爐)와, 유동층로(1)의 후류측(後流側)에 배치되고 또한 유동층로(1)로부터 배출되는 유동 매체 및 연소 잔사(殘渣)를 연소 가스와 분리시켜 포집하는 싸이클론(2; 집진 장치)과, 싸이클론(2)과 유동층로(1) 사이에 설치되고 또한 싸이클론(2)에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사를 유동층로(1)로 복귀시키는 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)를 구비하고 있다.
유동층로(1)는 공기 예열기로부터 보내어져 온 1차 공기 및 2차 공기에 의해 모래 등의 유동 매체를 이용하여 유동층을 형성한다. 유동층로(1)의 내주면을 덮 도록 다수의 보일러용 수관(水管; 도시 생략)이 배치되어 있다. 이들 수관의 상단은 도시하지 않은 헤더(header)를 통해 증기 드럼(6)에 접속되어 있다. RDF는 도시하지 않은 스케일 컨베이어(scale conveyer)로부터 소정량씩 투입 장치(7)에 공급되고, 이 투입 장치(7)로부터 유동층로(1)내로 투입된다. 또한, 유동층로(1)의 하단으로부터 배출된 불연물(不燃物) 및 유동 매체는 유동층로(1)의 아래쪽에 설치된 분리기(8)에 의해 분리되고, 불연물은 계(系) 밖으로 배출되며, 유동 매체는 컨베이어(9) 및 엘리베이터(10)를 경유하여 유동층로(1)로 복귀되도록 되어 있다.
유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)는 도중에 2개로 분기되어, 한쪽 분기부(3a)의 도중에, 싸이클론(2)측으로부터 유량 제어 밸브(11) 및 열 회수부(12)가 설치되어 있다. 열 회수부(12)내에는 보일러용 과열기(13)가 배치되어 있다. 또한, 열 회수부(12)내에 유동 매체 이송 공기가 불어 넣어지도록 되어 있다. 다른쪽 분기부(3b)의 선단은 투입 장치(7)의 유동층로(1)로의 개구보다도 위쪽으로 개구되어 있고, 이 분기부(3b)의 도중에 컨베이어(9) 및 엘리베이터(10)에 의해 반송되어 온 유동 매체가 투입되도록 되어 있다.
싸이클론(2)의 후류측에 열 회수탑(14)이 배치되어 있다. 열 회수탑(14)내에는 싸이클론(2)으로부터 배출된 연소 가스가 위쪽에서 아래쪽으로 흐르는 제1 연도(15; 煙道)와, 제1 연도(15)의 하단에 연속해 있고 또한 연소 가스가 아래쪽에서 위쪽으로 흐르는 제2 연도(16)가 구비되어 있다. 제1 연도(15)의 내주면은 다수의 보일러용 수관(도시 생략)으로 덮여져 있고, 이들 수관의 상단도 도시하지 않은 헤더를 통해 증기 드럼(6)에 접속되어 있다. 제2 연도(16)내에는 탈기기(脫氣器)로부터 보내어져 온 물을 흐르게 하는 보일러용 이코노마이저(17; economizer)와, 전술한 열 회수부(12)내의 과열기(13)에 직렬형으로 접속되고 또한 증기 드럼(6)으로부터 보내어져 온 수증기를 흐르게 하는 2개의 과열기(18, 19)가 배치되어 있다. 제2 연도(16)내의 2개의 과열기(18, 19) 사이 및 제2 연도(16)내의 하측 과열기(19)와 열 회수부(12)의 과열기(13) 사이에 각각 물을 주입하여 수증기의 온도 및 압력을 조절하는 인젝터(20; injector)가 배치되어 있다.
열 회수탑(14)의 후류측에는 감온탑(減溫塔)(21) 및 버그(bug) 필터(22)가 배치되어 있다. 감온탑(21)은 열 회수탑(14)을 통과해 온 연소 가스의 온도를 더욱 저하시키는 것이다. 버그 필터(22)는 연소 가스중의 염화수소, 유황 산화물 및 매진(煤塵) 등을 포집하는 것으로, 그 전류측(前流側)에서 소석회 등의 중화제나 반응 조제(助劑)가 연소 가스 속에 첨가된다. 버그 필터(22)를 통과한 연소 가스는 굴뚝으로부터 대기중으로 배출된다.
열 회수탑(14), 감온탑(21) 및 버그 필터(22)의 하단으로부터 배출되는 비산재(飛散灰)는 컨베이어(23)를 거쳐 비산재 처리 장치(도시 생략)로 보내지도록 되어 있다.
상기 구성의 연소 장치에 있어서, RDF가 투입 장치(7)에 의해 유동층로(1)로 보내진다. 유동층로(1)에는 1차 공기 및 2차 공기에 의해 유동 매체를 이용하여 유동층이 형성되어 있고, 이 유동층에서 RDF가 연소된다. 미연소분(未燃燒分)은 연소 가스 및 유동 매체가 유동층로(1)의 상단으로부터 싸이클론(2)내로 들어 갈 때까지 거의 완전히 연소된다. 싸이클론(2)에서, 유동층로(1)로부터 배출된 유동 매체 및 연소 잔사는 연소 가스와 분리되어 포집되고, 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)의 2개의 분기부(3a, 3b)를 통해 유동층로(1)로 복귀된다. 유동 매체 및 연소 잔사가 갖는 열은 열 회수부(12)를 갖는 분기부(3a)를 통과하는 동안에 과열기(13)내를 흐르는 수증기에 전달되어 수증기가 과열된다. 유동 매체 이송 공기의 송풍량 및 유량 제어 밸브(11)의 개방도를 조절함으로써, 열 회수부(l2)를 갖는 분기부(3a)를 통과하는 유동 매체 및 연소 잔사의 양을 많게 하면, 유동층로(1)의 온도를 저하시킬 수 있고, 이것과는 반대로 열 회수부(12)를 갖는 분기부(3a)를 통과하는 유동 매체 및 연소 잔사의 양을 적게 하면, 유동층로(1)의 온도를 상승시킬 수 있다.
싸이클론(2)으로부터 나온 연소 가스는 열 회수탑(14)내로 들어가고, 우선 제1 연도(15)의 아래쪽으로 흐르게 됨으로써, 연소 가스가 갖는 열이 연도벽을 구성하는 수관내의 보일러수에 전해져, 수관내의 보일러수가 가열 증발되는 동시에 연소 가스의 온도는 저하된다. 이어서, 연소 가스를 제2 연도(16)의 위쪽으로 흐르게 함으로써, 연소 가스가 갖는 열이 연도벽을 구성하는 수관내의 보일러수, 양 과열기(19, 18)내의 수증기 및 이코노마이저(17)내의 물에 전달되어, 수관내의 보일러수가 가열 증발되는 동시에 수증기가 과열되고, 더욱이 이코노마이저(17)내의 물이 예열되며, 게다가 연소 가스의 온도는 저하된다.
이어서, 연소 가스는 감온탑(21)내로 유입되고, 여기서 더욱 온도가 낮춰진다. 그 후, 연소 가스는 소석회 등의 중화제 및 반응 조제가 첨가된 후 버그 필터(22)로 유입되고, 여기서 염화수소, 유황산화물 및 매진이 제거된다. 그리고, 굴뚝으로부터 대기중으로 배출된다.
한편, 탈기기로부터 보내어지고, 이코노마이저(17)를 통과하는 동안에 예열된 물은 증기 드럼(6)으로 안내된 후, 보일러수 순환 회로를 구성하는 유동층로(1)및 열 회수탑(14)의 수관내에서 더욱 가열되어 공기와 물의 혼합물로 되고, 증기 드럼(6)으로 다시 보내어진다. 증기 드럼(6)내에서 분리된 수증기는 3개의 과열기(18, 19, 13)를 순서대로 흘러 과열기(18, 19)내를 통과하는 동안에 연소 가스가 갖는 열에 의해 과열되는 동시에 과열기(13)내를 통과하는 동안에 유동 매체가 갖는 열에 의해 과열되며, 과열된 수증기가 증기 터빈으로 보내어진다.
그러나, 종래의 연소 장치에서는 유동층로(1)내에서 RDF가 거의 완전히 연소되기 때문에, 유동층로(1)내의 온도가 상당히 고온이 되는 동시에 완전 연소시키기 위해서 다량의 2차 공기가 불어 넣어져 산소량이 다량이 되기 때문에, RDF 속에 함유되어 있는 N이나 공기중의 N을 기초로 하여 다량의 NOx가 발생한다고 하는 문제가 있다. 또한, 싸이클론(2)내로 유입되어 온 연소 가스의 온도는 상당히 고온, 예컨대 800℃ 정도 이상으로 되어 있기 때문에, 이것에 섞여 있는 소각재의 일부가 용융되고, 싸이클론(2)에 부착되어 유동 매체의 분리 효율을 저하시킨다고 하는 문제가 있다. 또한, 용융된 소각재가 유동 매체에 부착되고, 이것이 유동층로(1)에서 유동 불량을 일으킨다고 하는 문제가 있다. 또한, 이들 문제의 발생을 방지하기 위해서 유동층로(1)의 온도를 낮게 하면, 불완전 연소를 일으켜 미연소분의 발생량이 많아진다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여, NOx의 발생량이 적고, 싸이클론과 같은 집진 장치에 있어서의 유동 매체의 분리 효율이 향상되어 유동층로내의 유동성이 우수한 연소 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 쓰레기 재생 고형 연료(이하, RDF라 칭함)를 연료로 하는 보일러나 도시 쓰레기를 소각하는 쓰레기 소각 장치로서 이용되는 연소 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연소 장치를 RDF를 연료로 하는 보일러로서 이용한 경우의 전체 구성을 도시한 개략도.
도 2는 싸이클론에 대체되는 집진 장치의 변형예를 도시하며 일부를 생략한 수평 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 연소 장치를 도시 쓰레기를 소각하는 쓰레기 소각 장치로서 이용한 경우의 전체 구성을 도시한 개략도.
도 4는 종래의 연소 장치를 RDF를 연료로 하는 보일러로서 이용한 경우의 전체 구성을 도시한 개략도.
본 발명에 의한 연소 장치는 유동층로와, 유동층로의 후류측에 배치되고 또한 유동층로로부터 배출되는 유동 매체 및 연소 잔사를 연소 가스로부터 분리시켜 포집하는 집진 장치와, 집진 장치와 유동층로 사이에 설치되고 또한 집진 장치에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사를 유동층로로 복귀시키는 유동 매체 및 연소 잔사 환류로와, 집진 장치의 후류측에 설치되고 또한 집진 장치로부터 나온 연소 가스중의 미연소분을 공기를 도입하여 완전 연소시키는 2차 연소로를 구비하고 있는 것이다.
이와 같이 구성되어 있으면, 집진 장치로부터 나온 연소 가스중의 미연소분은 유동층로에서는 완전 연소하지 않더라도, 2차 연소로에서 공기의 도입하에 완전 연소시킬 수 있다. 따라서, 유동층로내의 온도를 비교적 저온으로 할 수 있게 되는 동시에 도입하는 산소량을 적게 할 수 있게 되고, 그 결과 NOx의 발생량을 종래의 장치에 비하여 적게 할 수 있다. 또한, 유동층로에서는 완전 연소시키지 않기 때문에, 집진 장치로 유입되는 연소 가스의 온도도 비교적 저온이 되고, 집진 장치내에서 소각재가 용융되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 유동 매체와 연소 가스와의 분리 효율이 종래의 장치에 비하여 향상된다. 또한, 용융된 소각재가 유동 매체에 부착되지 않기 때문에, 유동층로내에서 유동 불량을 일으키는 것이 방지된다. 또한, 2차 연소로에 있어서, 집진 장치로부터 보내어져 온 연소 가스중의 미연소분을 완전 연소시킬 수 있다.
본 발명의 연소 장치에 있어서, 유동 매체 및 연소 잔사 환류로의 도중에, 집진 장치에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사가 갖는 열을 회수하는 열 회수 장치가 설치되는 경우가 있다.
이 경우, 가열된 유동 매체 및 연소 잔사가 갖는 열을 회수할 수 있게 되어 열의 효과적 이용을 도모할 수 있다.
상기 열 회수 장치는 예컨대 보일러의 과열기인 것이 바람직하다.
이 경우, 유동층로내의 유동 매체 및 연소 잔사가 연소 가스와 함께 집진 장치에 도달하고, 여기서 연소 가스와 분리되어 유동층로로 복귀되는 동안에, 연소 잔사는 충분한 잔류 시간에 의해 탈 염소화가 도모되기 때문에, 과열기의 염소분에 의한 고온 부식이 방지된다.
이하, 본 발명의 최적의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연소 장치를 RDF를 연료로 하는 보일러로서 이용한 경우의 전체 구성을 도시한다. 또, 도 1에 있어서, 도 4에 도시하는 것과 동일물 및 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.
도 1에 있어서, 연소 장치의 유동층로(1)는 도 4에 도시하는 장치와 같은 큰 공간을 갖추고 있지 않지만, 그 구성은 기본적으로 동일하다. 그러나, 이 연소 장치는 싸이클론(2)의 후류측이면서 열 회수탑(14)의 전류측에 배치된 2차 연소로(31)를 구비하고 있다. 2차 연소로(31)에는 3차 공기가 공급되고, 유동층로(1)로부터 싸이클론(2)을 경유하여 보내어져 온 연소 가스중의 미연소분을 완전 연소시킨다. 그 밖의 구성은 도 4에 도시하는 장치와 동일하다.
상기 구성의 연소 장치에 있어서, 투입 장치(7)에 의해 유동층로(1)로 보내진 RDF는 도 4의 장치의 경우와 같이, 로(1)내의 유동층에서 연소된다.
유동층로(1)내의 연소는 불어 넣어지는 2차 공기의 양이 여기서 완전 연소시키는 경우보다도 적고 저산소 농도하에서 연소가 행해지게 되며, 완전 연소가 아니기 때문에 연소 온도도 낮게 할 수 있고, NOx, 특히 RDF에 함유되는 N을 기초로 하는 NOx의 발생량을 적게 할 수 있다.
미연소분을 함유한 연소 가스 및 연소 잔사를 함유한 유동 매체는 유동층로(1)의 상단으로부터 싸이클론(2)내로 들어간다. 그리고, 유동 매체 및 연소 잔사는 도 4의 장치의 경우와 같이, 싸이클론(2)에서 분리되어 포집되고, 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)의 2개의 분기부(3a, 3b)를 통해 유동층로(1)로 복귀되며, 한쪽 분기부(3a)를 통과하는 동안에 과열기(13)내를 흐르는 수증기가 과열된다.
여기서, RDF가 유동층로(1)내로 투입되고 나서 싸이클론(2)에서 유동 매체 및 연소 잔사가 분리될 때까지의 시간 및 유동층로(1)내 및 싸이클론(2)내의 온도는 RDF의 연소 잔사로부터 염소분이 열적으로 제거되는 조건으로 설정된다. 즉, 상기 시간은 1 내지 2초, 상기 온도는 650 내지 800℃로 설정된다. 따라서, 분기부(3a)의 열 회수부(12)에 배치된 과열기(13)내를 흐르는 수증기의 온도가 고온, 예컨대 500℃ 이상이어도 과열기(13)의 고온 부식이 방지된다. 그 결과, 증기 터빈으로 보내어지는 수증기의 온도를 500℃ 이상으로 설정할 수 있고, 증기 터빈 발전 플랜트에서의 플랜트 효율을 대폭 높일 수 있게 된다.
한편, 소각재의 용융은 800℃ 정도에서 시작되기 때문에, 상기 조건에서는 용융된 소각재가 싸이클론(2) 내부에 부착됨으로 인한 유동 매체 및 연소 잔사와 연소 가스와의 분리 효율의 저하가 방지된다. 또한, 용융된 소각재가 유동 매체에 부착되지 않기 때문에, 유동 불량을 일으키는 것이 방지된다.
싸이클론(2)으로부터 나온 연소 가스는 2차 연소로(31)내로 들어가고, 여기에 3차 공기가 도입되어 연소 가스중의 미연소분이 완전 연소된다. 이 경우, 연소 가스의 온도는 850 내지 900℃ 정도, 연소 가스 체류 시간은 2초 정도가 되지만, 이러한 온도 영역은 공기중의 N을 기초로 하는 NOx의 발생 온도로서는 낮은 온도 영역으로서, 이러한 NOx의 발생을 억제할 수 있다.
2차 연소로(31)를 나온 연소 가스는 도 4의 장치의 경우와 같이, 보일러의 각 전열면을 통과하고, 이어서 감온탑(21)에서 감온되고 나서 버그 필터(22)내로 유입되어 염화수소, 유황산화물 및 매진이 제거된 후, 굴뚝으로부터 대기중으로 배출된다.
한편, 증기 터빈으로 보내어지는 과열 수증기를 얻는 공정도 도 4의 장치의 경우와 동일하다.
도 2는 유동층로(1)의 후류측에 배치되고 또한 유동층로(1)로부터 배출되는 유동 매체 및 연소 잔사를 연소 가스와 분리시켜 포집하는 집진 장치의 변형예의 평면도이다.
도 2에 있어서, 집진 장치(35)는 도시하지 않은 하우징내에 다수의 유동 매체 충돌판(36)이 평면에서 보아 지그재그 배치형으로 설치된 것이다. 유동 매체 및 연소 잔사 충돌판(36)은 평면에서 보아 연소 가스의 흐름의 상류측을 향하여 개구된 역 ㄷ자형이며, 그 상하 양단은 개구되어 있다.
이 집진 장치(35)의 경우, 충돌판(36)에 충돌한 유동 매체 및 연소 잔사는 충돌판(36)을 따라 낙하하여 하우징의 하단으로부터 배출된다.
도 3은 본 발명에 따른 연소 장치를 도시 쓰레기를 소각하는 쓰레기 소각 장치로서 이용한 경우의 전체 구성을 도시한다. 또, 도 3에 있어서, 도 1에 도시한 것과 동일물 및 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.
도 3에 도시하는 연소 장치의 경우, 2차 연소로(31)와 감온탑(21) 사이에 도 1의 장치와 같은 열 회수탑이 배치되어 있지 않다. 또한, 유동 매체 및 연소 잔사 환류로(3)의 한쪽 분기부(3a)의 열 회수부(12)에 보일러의 과열기 대신에 증기 발생기와 같은 열 회수용 열 교환기(40)가 배치되어 있다. 또한, 보일러에 필요한 기기, 즉 유동층로(1) 내주면의 수관이나 증기 드럼은 설치되어 있지 않다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시한 장치와 동일하다.
상기 구성의 연소 장치에 있어서, 투입 장치(7)에 의해 유동층로(1)로 보내진 도시 쓰레기의 연소 및 싸이클론(2)에 의해 연소 가스와 분리되어 포집된 유동 매체 및 연소 잔사의 유동층로(1)로의 환류는 도 1의 장치의 경우와 동일하게 행해진다.
본 발명에 따른 연소 장치는 RDF를 연료로 하는 보일러로서, 또한, 도시 쓰레기를 소각하는 쓰레기 소각 장치로서 이용되는 데 적합하다.

Claims (3)

  1. 유동층로와, 유동층로의 후류측(後流側)에 배치되고 또한 유동층로에서 배출되는 유동 매체 및 연소 잔사(殘渣)를 연소 가스로부터 분리시켜 포집하는 집진 장치와, 집진 장치와 유동층로 사이에 설치되고 또한 집진 장치에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사를 유동층로로 복귀시키는 유동 매체 및 연소 잔사 환류로와, 집진 장치의 후류측에 설치되고 또한 집진 장치로부터 나온 연소 가스중의 미연소분(未燃燒分)을 공기를 도입하여 완전 연소시키는 2차 연소로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  2. 제1항에 있어서, 유동 매체 및 연소 잔사 환류로의 도중에, 집진 장치에 의해 포집된 유동 매체 및 연소 잔사가 갖는 열을 회수하는 열 회수 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  3. 제2항에 있어서, 열 회수 장치는 보일러의 과열기인 것을 특징으로 하는 연소 장치.
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