KR20010007399A

KR20010007399A - 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노

Info

Publication number: KR20010007399A
Application number: KR1020000033068A
Authority: KR
Inventors: 김선미
Original assignee: 김선미
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-01-26

Abstract

본 발명의 목적은 도가니를 이용하여 브라운 가스 연소 화염으로 도가니에 투입된 물질을 용융하므로서 브라운가스의 열핵반응 연소를 유도하여 용융점의 고온 열을 발생시키고 그 연소열을 이용하여 폐기물을 무공해로 처리할 수 있도록 된 용융노를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 외형을 이루는 함체와, 함체 내부에 부착설치되는 단열재, 내화물로 이루어져 단열재 내측면에 조적설치되는 내화벽, 내화벽 내부에 내화벽과 일정 공간을 두고 설치되며 피용융물이 용융되는 도가니, 내화벽과 도가니 사이의 공간에 충진되는 가열매체, 함체 외측에서 도가니 중심부로 장입설치되어 도가니 내부의 피용융물에 브라운가스를 원료로하는 연소화염을 분사하여 피용융물을 용융하기 위한 토치, 함체 상부에 설치되어 용융노 내부의 배기열이 배출되는 배출구를 포함하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노를 제공한다.

Description

브라운가스 연소특징을 이용한 용융노{Kiln using Brown gas}

본 발명은 고온의 열을 발생시키는 용융노에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 분해하여 발생시킨 가스(이하 브라운가스라함)의 연소특징을 이용하여 고온을 발생시키는 도가니를 장치한 용융노에 관한 것이다.

일반적으로 물을 전기분해하여 발생되는 브라운 가스는 가스자체의 연소화염의 온도는 섭씨150도이나 연소화염이 물질에 접촉하면 접촉하는 순간에 접촉물질의 원자핵속에서 접촉물질의 용융점 온도로 핵반응을 일으키는 연소특징을 가지고 있어서 고온의 열을 발생시킬 수 있고, 이러한 브라운 가스를 발생시키기 위한 발생기는 개발되어 상품화된 상태이다.

그런데 현재까지 상기 브라운가스의 이용상태는 매우 저조한 상태로서, 본 발명 이전의 브라운가스 이용 기술은 브라운 가스를 토치를 이용하여 용융점이 다른 물질의 용접과 금,은 등의 가공, 물질의 절단에 사용되어 오고 있다,

또한 알콜, 탄화수소, 화석연료를 희석 분사하는 보일러, 소각기가 개발 되었기는 하나 그러나 이 기술은 브라운가스 화염을 일반 화석 연료화 한 것으로 에너지의 절약이라는 장점 이외는 브라운 가스의 혁신적인 고에너지 창출의 특징을 이용 하는데는 아주 미흡하여 널리 이용되지 않고 있다.

또한 브라운 가스를 특수강판으로 제조된 물질에 접촉시켜 열을 발생시키고, 촉매판을 가열하여 열을 발산하는 히터. 맥반석을 가열하여 원적외선을 발생시키는 기술등이 개발되었다. 그러나 위 종래의 기술은 브라운 가스의 열핵반응의 특성을 이용하여 혁신적인 고열을 창출 할 수 있는 것에 비하여, 열 발생과 그 이용에 있어서는 종래의 기술은 너무나 미미하였다.

또한 종래의 기술은 발열체판에 브라운 가스 연소 화염을 접촉 시켰을 때 접촉거리와 분사 압력 등의 선정이 잘못되고 접촉되는 시간이 길어지게 되면 발열체 판이 용융되어질 문제점이 내제되어 있다. 또한 접촉 발열체가 용융되어 버리면 브라운가스의 열핵반응 연소의 고온 열에 설비가 용융되어 설비는 마비되어 버리게 된다. 즉 밀폐공간에서 브라운 가스의 열핵반응 연소에 대한 제어방법이 없었다.

또한 기존의 공용화된 용융로는 전기, 프라즈마, 화석연료(석탄,가스,유류)와 산소를 사용하고 있다. 그러나 위 기존의 전기, 화석연료, 산소를 가열수단으로한 용융노는 많은 비용과 공해물질의 배출로 인하여 많은 문제점이 대두되어 왔다. 또한 기존의 용융노는 상부에서 열을 물질에 접촉 시키거나, 하부에서 용융노를 가열하여 용융 시키는 방법중에서 한 방법을 사용하여왔다.

그러나 위 기술들은 피용융물이 가열되어 용융점 온도가 피 용융물 전체에 열이 전도되어 용융되기까지 많은 시간이 소요된다. 특히 상부에서 가열 용융하기 때문에 용융물이 도가니의 하부에서는 완전 용해되지 않아 산소와 연료를 용융로에 깊이 넣어 고압으로 연소 가열해야 한다.

그리고 기존의 가열수단으로는 경제성에 있어서도 많은 비용이 소요되고 오염물질이 배출되는 문제점이 있다.

용융노 도가니에 투입된 용융대상 물질을 상부에서 가열하며 동시에 하부에서 도가니 전부를 가열하는 방법과 용융노에서 발생되는 열을 포집하여 이용하는 기술은 개발이 없었다. 또한 종래의 용융노는 가열수단으로 화석연료와 전기를 사용하는 고비용과 또한 용융도가니를 유동시켜야 하는 작업 특성으로, 용융물질을 이용하기 위하여 물질을 용융하는 것 이외 타 용도에는 용융노에서 발생된 열을 공급 이용할 수 없었다.

그리고 폐기물을 용융처리 하는 기술이 개발되었으나 프라스마, 전기, 화석연료, 산소와 가스등을 사용하게 됨으로서 경제성에 있어 문제점이 제기되어 사양되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 요구사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 도가니를 이용하여 브라운 가스 연소 화염으로 도가니에 투입된 물질을 용융하므로서 브라운가스의 열핵반응 연소를 유도하여 용융점의 고온 열을 발생시키고 그 연소열을 이용하여 폐기물을 무공해로 처리할 수 있도록 된 용융노를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 브라운 가스의 연소화염이 물질표면에 침투되어 열핵 반응을 일으키어 발열되고 고온의 배기열로 배출되는 열을 보일러, 히터, 건조기, 탄화노, 고온노, 폐기물폐기 등 산업설비에 이용하고자 함에 또다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고갈되는 화석연료를 대체하여 물을 동력원으로 이용하고, 물을 동력원으로 사용함으로 환경 오염없는 에너지를 창출함을 또다른 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 밀폐 분위기에서 계속되는 브라운가스의 열핵반응 연소를 제어하기 위하여 핵반응으로 연소되는 열가스를 노 내부로부터 신속히 배출시켜 핵반응 연소를 중단시킴으로서, 즉 배기의 량을 조절함으로서 노 내부에서 계속적인 브라운 가스의 열핵반응 연소를 제어하여 원하는 온도를 지속적으로 유지하는 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용융노의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 용융노의 정단면도,

도 3은 본 발명에 따른 용융노의 도가니함체 평단면도,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 공해처리용 도가니함체 정단면도,

도 5는 본 발명에 따른 4의 단면도,

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 페기물 용융노를 도시한 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 용융노의 가스토치를 도시한 개략적인 단면도,

도 8은 본 발명의 또다른 실시에에 따른 용융노를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 함체 2 : 배기 배출구

3 : 배기 배출량 조절장치 4 : 자동제어장치

5 : 공기투입장치 6 : 투시구

7 : 브라운가스토치 8 : 단열제

9 : 가열매체 10: 내화벽

11: 용융물 12: 하부 도가니 외함체

13: 하부도가니 14: 하부 도가니 내함체

15: 상부 도가니 16: 도가니와 내화벽 사이 공간

17: 브라운가스 토치구 18: 호퍼

19: 스크류투입장치 20: 폐기물 투입관

21: 용융물 배출관 22: 용융물 배출구

23: 공해가스 유입관 24: 노즐관

25: 수냉관 26: 내화세라믹

30: 물가열관 31: 수관군

32: 수증기가열관 33: 송풍기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본 발명은 용융점이 높은 내화물로 도가니를 제조하고 도가니안에 도가니의 용융점보다 용융점이 낮은 물질을 투입한 후 토치 또는 버너로 브라운 가스를 분사하여 연소시켜 연소화염을 도가니에 담긴 물질에 접촉 가열함으로서 물질을 용해하여 열을 발생시키고, 용융노 도가니 하부에 또하나의 도가니를 장치한 가열노로 구성되어 위의 브라운가스 연소화염으로 도가니내 물질을 용해하는 공정이 도가니 하부에서도 수행되어 도가니의 상과 하에서 고온의 열을 발생시키며, 상하의 도가니내 물질의 용해과정에서 발생되는 열을 포집하여 보일러, 히터, 고온노, 건조노, 탄화노, 폐기물처리 등 각종 산업에 이용하는 구조로 되어 있다.

또한, 본 발명은 더욱 많은 양의 고온의 열을 발생시키기 위하여 용융로 내부공간의 배기열에 브라운 가스를 투입시키면 용융로 내부의 밀폐된 분위기에서 브라운가스는 연소되어 배출구에 장치된 알루미나 또는 질코늄, 마그네사아트로 제조되어 장치된 접촉판에 접촉되며, 추가로 주입하는 가스의 연소량에 따라 증가된 고온의 배기열을 배출통로을 통하여 탄화노 또는 열분해노, 건조기, 보일러,히터 등에 공급되는 구조로 되어 있다.

또한, 위 브라운 가스 연소 발열 특성을 이용하여 용융과 접촉판 접촉으로 고열을 발생시키는 방법의 목적 수행을 위하여 밀폐로된 함체 내에 도가니와 내화벽 사이를 공간으로 조성하고, 도가니 하부에 별도의 가열노를 장치한 용융로와, 밀폐된 공간에 접촉판을 장치한 구조로 되어 있다.

또한, 본 발명에서는 밀폐 분위기에서 계속되는 브라운가스의 열핵반응 연소를 제어하기 위하여 핵반응으로 연소되는 열가스를 노 내부로부터 배출시켜 핵반응 연소를 중단시키는 구조로 되어 있다. 즉 배기의 량을 조절함으로서 노 내부에서 계속적인 브라운 가스의 열핵반응연소를 제어하여 원하는 온도를 지속적으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 폐기물 용융처리 장치의 정면도와 측면도이고, 도 3과 도 4는 본 발명에 따른 용융로의 정단면도와 측단면도이다.

먼저, 브라운 가스 연소(화학연소방정식 2H₂O = 2H₂+ O₂)는 직접 화염의 온도가 섭씨 약 150도 정도이나 연소화염이 어느 물질에 접촉하면 닿는 물질의 원자핵 속으로 침투하여 접촉물질의 용융점 온도에 이르는 열핵반응을 일으키는 특성이 있고, 밀폐 공간에서 브라운가스는 계속되는 열핵반응 연소의 특징이 있다는데 주지하여야 한다.

여기서 상기한 도면에 의하면, 본 발명에 의해 고온의 열을 창출하기 위하여 재작되는 용융노는, 함체(1)내에 내화도가 고온의 융점을 갖는 내화물질로 원형, 타원형, 사각, 직사각 상자형,삼각형등 각종 형태로 성형하여 도가니(15)를 제조하고 도가니(15)의 외부와 내부에 온도에 따라 수축성이 다른 내화물로 제조한 타일또는 벽돌로 축조하여 제조한다,

그리고 도가니(15) 외부는 내화도 섭씨1000도 이상의 내화물로 제조된 벽돌로 조적하거나 내화물을 압축하여 내화벽(10)을 구성한다. 그리고 도가니(15)와 내화벽(10)사이는 빈공간(16)으로 구성하여 섭씨 1000도 이상의 용융점을 갖는 내화물로 성형된 가열매체(9)를 충진물로 충전시킨다. 상기 내화벽(10)은 이중으로 축조하는데 내화벽(10)과 내화벽(10) 사이는 빈공간으로 형성시켜 단열 효과를 높힌다. 그리고 내화벽(10) 외부는 세라믹 단열재(8)로 처리되고 단열재(8) 외부는 골조에 외장 강판을 부착시킨 함체(1)이다.

또한 상부도가니(15) 하부에는 가열공간이 형성되어 있고, 가열공간에 통관형, 반원 통관형, 직사각, 정사각 상자형, 원추형, 삼각추형 등으로 내화물을 이용하여 제조된 하부 가열노로 구성되며, 하부의 가열노 내부는 소규모 하부도가니(13)가 설치된다. 상기 용융노의 상부도가니(15)에 규석, 철, 광석, 각종 폐기물등을 투입하고 브라운 가스를 토치(7) 또는 버너를 이용하여 분사하여 점화하고 연소 화염을 위 투입물질에 접촉시켜 가열하면 물질이 용해된다.

그러나 도가니안 바닥측은 용해가 되는 시간이 길어지고 또는 용해가 잘되지 않는다. 이때 용융노의 하부도가니(13)에 투입된 SiO₂물질을 브라운 가스로 가열하면 투입 물질의 용융점 온도로 열핵반응이 일어나 고온으로 발열되고 위 열은 상부도가니(15)의 하부를 가열하고 상부도가니(15)와 내화벽(10) 사이의 빈공간(16)을 통과하여 상부도가니(15)의 상부공간으로 배출되며 상부도가니(15)측면을 가열하여 상부도가니(15) 안에 투입된 물질을 더욱 빨리 용해시키게 된다.

함체(1)에는 1개소 이상의 브라운 가스토치(7) 또는 버너가 함체(1) 내부 용융도가니 중심부를 향하여 함체(1)로부터 장입되어 설치된다. 그리고 도가니(15) 하부 가열공간에도 용융노에 장입되게 토치(7) 또는 버너가 설치된다.

함체(1) 외부의 상부 또는 상부측면에는 배기열의 배출구(2)이 설치되고, 함체(1)의 측면에 피용융물의 투입구가 설치되며, 함체(1) 측면에는 용융물의 배출장치가 설치되고, 또한 공해가스 투입구(도시되지 않음)가 설치되어 있다.

함체(1) 외부 정면에는 용융과정을 투시할 수 있는 투시구(6)가 부착되어 있고, 브라운가스 토치(7)가 장치된다. 그리고 용융노의 운용을 자동으로 제어하는 자동제어장치(4)가 부착 설치되어 있다.

또한 배기열 배출구(2)에 배기열의 배기량을 조절하는 조절장치(3)가 부착되며, 함체(1) 외부로부터 노 내부로 공기를 유입 할 수 있는 유입관(23)이 설치되어 있다. 여기서 배기량 조절장치(3)는 배기구를 좁게,넓게 조절할수 있는 기능을 갖는다.

도 4와 도 5는 또다른 실시예에 따른 용융노를 예시하고 있다.

상기 도면에 의하면, 도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)으로 함체(1) 외부로부터 공해가스 유입관(23)이 장입 설치되어 공해가스를 유입시켜 고열로 산화시키게 된다.

그리고 도6에서는 또 다른 구조로 이루어지는 용융노가 도시되어 있다.

용융노의 도가니(15) 내부로부터 함체(1) 외부로 용융물(11)을 배출하는 용융물 배출관(21)이 함체(1)의 외부 측면의 하부로 급경사지도록 용융물(11)의 배출통로가 장치된다. 그리고 용융물 배출통로는 위 도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)에서 용융물 배출구(22)를 따라 설치한 통관 안으로 설치되어 용융물(11)이 배출되며 냉각되는 것을 방지하도록 설치된다.

또한 피용융물질을 투입하는 투입관(20)이 도6에서 도시된 바와 같이 용융 도가니(15) 외부로부터 장입 부착되어 있으며, 투입관(20)은 상부에서 하부로 향하도록 스크류식 투입장치(19)로 구성되어, 피용융물(11)을 용융도가니 용해물 중간내부로 투입시켜 피용융물(11) 투입으로 인한 분진발생을 방지하게 된다.

한편, 본 발명에서 사용되는 토치(7)는 고온의 도가니(15) 내부로 장입되므로 고열을 견딜 수 있도록 도 7에 도시된 바와 같이, 브라운가스가 토출되는 노즐관(24) 외부에 수냉관(25)을 설치하여 냉각수를 유통시키고, 수냉관(25) 외부에 고순도의 마그네 사이트와 흑연 등으로 조성된 내화세라믹(26)을 설치하여 방열 보호되도록 하는 구조로 되어 있다.

여기서, 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같이 다음과 같이 또 다른 구조로서 용융노가 구성되고 운용됨을 제공한다.

상기 용융노 구성에서 용융로 내부 도가니(15)와 내화벽 사이공간과 도가니(15) 하부공간에 가열매체를 충전하지 아니하고, 물가열관(30)을 설치한다, 또한 용융로 내부 도가니(15) 상부층에 가열수통 또는 수관군(31)를 위 도가니(15)에 설치된 물가열관(30)과 연결시켜 설치하고, 용융노 배기의 배출 통로에 수증기 가열관(32)을 설치하여 보일러로 구성시켜 상,하 용융노에서 발생되는 간접열에 수통과 수관을 가열하는 구조로 되어 있다.

또한 용융노에서 수통과 수관을 장치하지 아니 하거나, 장치한 상태에서 함체(1) 내부의 상부에 송풍기(33)를 부착하고 송풍기(33) 하부에 공기의 유입구(도시되지 않음)를 장치하여 용융노에서 발생되는 높은 온도의 배기에 외부공기를 희석하여 고온의 배기를 저온화하여 원하는 곳으로 송풍하여 난방하는 히터로 구성된다.

이하 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 용융노는 위와 같이 구성되어 있고, 가열수단은 브라운 가스를 연료로 하고 토치(7)나 버너로 연소시켜 화염을 조성하게 된다. 상기 용융노는 용융 도가니(15)에 규석등 용융점이 높은 물질을 투입한 후 브라운 가스 토치(7) 또는 버너를 이용하여 브라운 가스를 분사하여 발화시켜 연소한다.

브라운가스 연소화염을 밀폐분위기에서 도가니(15) 내부에 투입된, 또는 발열노인 하부도가니(13) 내부에 장치된 용융점이 높은 물질에 접촉시키면 브라운 가스의 화염은 접촉되는 용융대상, 또는 접촉대상 물질의 원자핵속으로 침투되어 열핵반응을 이르키어 고열로 발열하여 접촉물질의 용융점 온도의 열이 발생되고 발생되는 열은 피용융물(11)의 전체로 열이 전도되어 용융되거나 고온으로 발열한다.

발생시킨 고온의 열에 브라운가스를 주입하면 브라운가스는 연소되며 열핵반응을 계속 일으키어 다량의 고온 배기열이 발생된다.

용융노에 있어서 도가니(15)안의 물질을 가열하는 동시에 발열노인 하부도가니(13)를 브라운가스 연소화염으로 가열하면, 도가니(15) 하부에서도 열핵반응을 일으킨 고열이 도가니(15)와 내화벽(10) 사이 통로에서 도가니(15)를 가열하여 피용융물(11) 전체가 신속히 용융점 온도에 도달하여 용융된다.

즉 도가니(15)와 용융대상 물질은 동시에 고온의 열에 접촉되어 가열되는 것이다. 따라서 열핵반응 연소열에 도가니(15)안에 투입된 물질은 용융되고 용융물(11)은 용융점온도의 열을 발산한다. 또한 용융노 도가니(15)의 하부에 장치된 또 하나의 용융노에 위의 과정을 수행하여 열을 발생시킨다.

용융노 도가니(15)와 발열노인 하부도가니(13)에서 발생된 열은 도가니(15)와 내화벽(10) 사이의 빈 공간(16)을 통하여 상승하며 충전한 가열 매체와 도가니(15)를 가열하고 용융노 내부로 배출된다.

도가니(15) 하부에서 발생된 열과 도가니(15)에서 발생된 열을 도가니(15) 상부에서 포집되어 배기의 배출통로를 통하여 열사용처로 송출된다. 이때 발생된 열을 더 고온화 시키기 위하여 도가니(15) 상부 공간의 상승되는 열속으로 브라운 가스를 물질에 접촉시키지 아니하고 적정량 분사하면, 투입된 부라운 가스는 밀폐 분위기의 용융노 내부에서 고온열에 연소되며 섭씨 약4천도 온도에 이르도록 열핵 반응이 계속된다.

이때 미리 원하는 온도에 이르면 가스의 투입량을 줄이고 배기 배출구(2)에 장치된 배기 배출 조절장치(3)가 배기구를 확장시켜 배기열을 많이 배출시켜, 노 내부에서의 열핵반응을 저지한다. 즉, 밀폐 분위기에서 계속되는 브라운가스의 열핵반응 연소를 제어하기 위하여 배기배출구(2)를 넓게 확장시켜 배기열을 빨리 배출시켜 계속되는 열핵반응을 제어하고, 역으로 온도가 낮아지면 다시 배기구를 좁힌다. 이와 같이 배기의 배기량의 조절로 원하는 온도를 유지시킨다.

한편, 본 발명은 용융도가니(15)와 내화벽(10) 사이에 물가열관(30), 수관군(31)을 설치하고 용융노와 배기 배출공간에 수증기가열관(32) 또는 수관, 수통을 장치함으로서 보일러로 구성하여, 발생된 고열로 수통과 수관을 가열하여 증기와 온수를 생산한다.

그리고, 위 용융노에서 발생된 열을 배기구에 송풍기(33)를 장치하고 배기열을 이송하여 난방에 사용한다.

또한, 폐기물 처리를 위해 용융노, 발열노에서 발생시킨 고온의 열을 보일러에서 섭씨600도-섭씨1000도의 낮은 온도로 변환시켜 탄화 또는 열분해기의 열로 이용할 수 있고, 탄화노 또는 열분해기에서 배출되는 폐열을 다시 보일러에서 섭씨80도-섭씨120도의 온도로 변환시켜 건조기의 열로 사용한다.

본 발명의 보다 더 자세한 설명은 다음의 실시예에 의하여 제공되며 다음의 예는 본 발명에 국한된 것은 아니다.

실시예 1

알루미나 또는 마그네 사이트, 질코늄,규조토 등의 내화물을 원형,타원형,사각형,직사각형등 으로 압축성형하여 압축도가니를 만든다. 그리고 내화물로 벽돌을 재조하여 압축도가니의 내부와 외부에 축조하여 용융도가니(15)를 만든다.

그리고 용융도가니(15)와 일정한 공간(16)을 두고 내화물을 조적하여 내화벽(10)을 형성시키고 다시 공간(16)을 형성하여 내화벽(10)을 조적하고, 내화벽(10)외부에 단열재(8)를 부착하고 단열재(8) 외부는 함체(1)로서 외장 강판으로 구성시킨다. 그리고 도가니(15) 발열노인 하부도가니(13)를 장치하고 도가니(15)와 내화벽(10)사이 공간(16)에 가열매체(9)로서 내화물로 성형된 충진물을 충전한다.

도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)의 상부를 밀폐시키고 도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)의 상부 일측면에 함체(1)외부로 배기의 배출통로를 장치한다. 그리고 함체(1) 외부로 부터 도가니(15)와 내화벽(10)사이 공간(16)으로 폐가스 주입 통로를 조성한다. 또한 용융노 함체(1)상부에 용융노 내부의 배기가스의 배출구(2)를 형성시킨다.

용융노의 사용 용도에 따라 도가니(15)와 내화벽(10)사이 공간(16)의 상부면을 밀폐시키지 않고 도가니(15)하부에서 가열되는 배기열을 용융노 내부공간을 통하여 용융노 내부의 배기열과 같이 배출시킨다.

본 실시예에서는 내직경 30cm의 도가니(15)를 사용하고 도가니(15)에 융점이 높은 규석, 화강암등 광물질을 분쇄하여 투입시킨다. 그리고 브라운 가스를 도가니(15) 하부 가열노와 용융노 도가니(15)내 용융대상물질에 토치(7)로 분사하여 연소시켜 화염을 만든다.

토치(7)로 부터 분사되는 브라운 가스의 연소화염을 용융로 도가니(15)에 투입된 규석에 10분간 접촉시킨다. 용융대상물질인 규석에 접촉된 화염은 규석을 가열하며 간접열,복사열이 되어 상승되고 규석은 빨갖게 변하며 용해되기 시작한다. 이때의 로 내부의 온도는 섭씨350도로 급상승되었고, 이때 함체(1) 외부에 부착된 제2의 브라운 토치로 압력을 가하지 않고 브라운 가스를 노 내부 상층부로 0.05m³투입하였다.

브라운 가스는 열핵반응을 일으켜 화염이 되어 노 외부로 배출되기 위하여 용융노 배출통로에 장치된 알루미나,마그네시아,지르코늄으로 제조된 접촉판에 접촉되며 배출구(2)로 빠저나간다. 이때의 배출온도는 섭씨823도로 상승되었다. 45분 후에 도가니(15) 내부의 규석은 완전 용해되어 용융물화 하였다. 알루미나가 함유된 규암질 규석의 용융도가니(15) 내부의 온도는 섭씨1350도 이다. 노 내부 도가니(15) 상부의 온도는 섭씨1065도 이다. 다시 노 상부에 약간의 브라운 가스를 주입하였고 브라운 가스는 연소하여 접촉판에 접촉되며 배출되었다. 배출되는 배기열의 온도는 섭씨1230도에 이르렀다.

위 실시예에서 내화세라믹(26)으로 보호처리된 물순환냉각식 유동 브라운가스 토치(7) 1개를 사용 하였으며, 온도는 각종 스테인리스를 설치하여 용융점으로 온도를 측정하였다. 토치(7) 분사 압력은 1.5kg이었고, 위 실시에서 브라운 가스는 자체연소 화염온도 섭씨 약 150도로 규석에 접촉 연소하며 규석의 용융점 온도로 열핵반응을 일으켜 용해되며 용융점인 섭씨1328도의 온도를 발생시킨다. 또한 브라운 가스를 용융로 내부 용해열의 상승 공간에 투입하여 연소 접촉판에 접촉시켜 고열 화 기킨다. 섭씨1500도의 융점인 Cr계 F430 스테인리스봉의 용융점으로 측정하여 섭씨1500도 이상으로 추정하는 온도의 열을 발생시키는 결과를 얻었다.

연소 접촉판은 고 내화물질인 알루미나, 마그네사이트, 질르콘늄을 다공으로 성형하여 용융노 내부공간 배기열의 배출구(2)에 부착하였다.

또한 용융대상물을 계속 투입하여 용융물(11)을 배출시킨다. 용융물(11)은 도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)의 높은 온도에 냉각되지 않고 순조롭게 배출되었다.

그리고 도가니(15)와 내화벽(10) 사이에 조성된 공간(16)에 충전한 충전물 사이로 배기열은 배출되며, 배기의 온도는 섭씨1450도이다,

그리고 폐풀라스틱 35%, 폐고무 10%, 폐목재 15%, 폐종이 10%, 건조한 진개류 30%를 인위적으로 폐기물을 조성시켜 배기가스 배출구(2)를 제외하고 밀폐시킨 용기(탄화통)에 투입시킨다. 그리고 융융도가니(15)에서 배출되는 열에 공기를 희석하여 섭씨 800도의 열로 탄화통을 가열하고, 탄화통에서 배출되는 가스를 용융로 도가니(15) 하부의 가스 투입구에 주입하여 열반응시킨후 배기열 배출구(2)에서 다음의 결과를 측정하였다. 배출온도는 섭씨1382도 이었고 일산화 탄소, 탄화수소, 방향족 휘발성오염 물질은 검출되지 않았으며, 미미한 질소화합물, 황화합물, 염소계가 측정되었다. 이로서 가연성 공해물이 완전 산화되는 결과를 얻었다.

실시예 2

용융로 도가니(15)와 내화벽(10) 사이는 빈공간(16)으로 형성하고 마그네 사이트 또는 알루미나, 질르코늄으로 성형 제조된 가열 매체를 충전한다.

그리고 도가니(15) 하부에 소규모 도가니(13)를 내장한 발열노를 장치하여, 발열노에 브라운 가스를 분사하여 연소 화염을 고온의 융점인 화강암 물질에 접촉시켜 가열한다. 브라운가스 연소화염은 고온화되어 용융로 도가니(15)와 내화벽(10) 사이로 도가니(15)를 가열하며 배기 배출구(2)를 통하여 배출된다.

배기열의 배출구(2)는 용융노의 사용 용도에 따라 도가니(15)와 내화벽(10)사이 상부로 통하여 용융노 내부 도가니(15)에서 발생된 열에 희석시켜 배출시킨다.

또한 도가니(15)와 내화벽(10)사이 공간(16)의 상부를 밀폐시키고 도가니(15)와 내화벽(10) 사이공간(16)과 용융노 함체(1) 외부로 배출통로를 별도로 설치하고 함체(1)외부로부터 도가니(15)내로 공기유입관(23)을 설치하여 도가니(15)로 유입된 공해가스를 도가니(15)의 열에 반응시키고 도가니(15)와 내화벽(10) 사이로 유입시켜 하부도가니(15)(13)에서 발열한 고온의열에 반응시켜 공해물을 분해하여 배출통로를 통하여 함체(1) 외부로 배출시킨다. 전자는 물질의 용융과 배출되는 열을 사용할 목적이며. 후자는 폐기물을 용융하고 용융으로 발생되는 공해가스를 가열노에 투입시켜 고열로 공해물을 분해하기 위한 목적이다.

도가니(15)를 하부에서 가열하여 용융노의 도가니(15)에 투입된 규암의 용해시간은 30분으로 단축 되었으며, 용융노 내부와 도가니(15) 하부 가열노의 온도는 내부에 장치된 온도 측정봉인 스테인리스 Cr계 F430 봉이 용해되는 것으로 측정하여 섭씨1500도 이상이다.

실시 예 3.

용융노 도가니(15)를 규조토로 제조하고 발열노 도가니(13)와 내화벽(10) 사이에 수관으로 두께6mm, 직경 15mm의 C_r계F430이나 오스트나이트계 스테인리스관을 도가니(15)를 감아 설치하고 도가니(15)와 내와벽(10)사이의 충전된 가열매체(9) 대신 규조토를 물에 반죽 투입하여 공간을 체우고, 도가니(15)에 설치된 물가열관(30)을 용융로 내부 열 상승공간에 연결하여 수관군을 이루어 설치하고, 수관군의 양측에 0.2m³의 원통형 물통를 설치하고 수관에서 수통으로 접속관으로 연결하고, 다시 물통 상부로 장치된 증기배출구관에서 증기 가열관으로 연결하여, 증기과열기를 용융로 배기통로에 설치한후, 브라운 가스 연소화염을 도가니(15)안에 분사하여 피 용융물(11)인 규석에 접촉시켜 가열하여 용해시킴과 동시에, 도가니(15) 하부 가열통을 브라운가스 연소 화염으로 가열하였다.

도가니(15) 하부의 배기는 도가니(15)(15)와 내화벽(10)사이 공간(16)이 아닌 내화벽(10)과 내화벽(10) 사이 빈 공간에 배기 배출통로를 설치하여 도가니(15) 하부에서 가열되는 배기를 용융노 내부 안으로 배출시킨다.

용융 도가니(15)에 투입된 규석(석영)의 용해 과정의 열핵반응 연소열, 복사열과 간접열, 그리고 용융로 도가니(15)의 열과 용융로 도가니(15) 하부에서 발열되어 내화벽(10)과 내화벽(10)사이 공간(16)을 통하여 상승되는 고열에 물가열관(30)과 수증기가열관(32)이 가열되어 37분후에 온도 섭씨200도 압력 16kgf의 증기를 발생 시켰다. 그리고 증기의 배출를 중지하고 가열통의 온수 배출관를 10분간 개봉하였다. 섭씨100도의 온수가 계속 배출되고 10분동안 물의 온도가 섭씨95도 이하로 낮아지지 않았다.

실시예 4.

실시예 3의 용융도가니(15) 배기의 배출구(2)에 송풍기(33)를 부착하고 송풍관을 1000m²의 비닐 하우스 내에 송풍한다. 비닐 하우스 내부의 온도는 섭씨 영하 3도이다. 그리고 송풍 온도는 외부온도를 주입하여 70도가 되게하였다. 또한 보일러에서 생산되는 온수에 지하수를 희석하여 물의 온도를 섭씨20도가 되게 하여 스프레이로 흙에 분무한다. 실시 50분에 비닐 하우스안의 온도는 섭씨 32도가 되었다. 배기가스에 포함된 공해물질은 검출되지 않았으며, 풍부한 산소가 검출된다.

실시예 5

용융노 도가니(15) 내부에 규암석과 화강암을 투입한후 브라운가스 토치(7)로 브라운가스를 분사하여 연소시켜 연소화염으로 직접 도가니(15)에 투입된 물질에 접촉시키고, 동시에 용융노내 도가니(15)(15) 하부 가열 통에 브라운가스 연소화염을 접촉시켜 고열을 발열시켜 도가니(15)를 가열한다.

가열 35분후에 도가니(15)안에 투입된 화강암,규암석 물질이 용융되었다. 용융노 도가니(15)내부 용융물(11)의 온도는 섭씨1500도이다. 용융노내 도가니(15) 상부온도 섭씨1360도 이다. 용융노 도가니(15) 용융물 온도 섭씨1500도 이상의 분위기에 함체(1) 외부에 부착 장치된 피용융물 투입용 호퍼(18)를 통해 폐지25%, 폐목재15%, 폐합성수지와 폐섬유 35%, 폐고무5%, 진개류20%를 인위적으로 조성한 폐기물10kg를 투입하여 투입관(20)에 부착한 스크류(19)를 통하여 도가니(15)의 중간부분 용융물(11)내부로 투입하였다. 투입 후 폐기물은 산화되며 용융되었다.

폐기물이 용융노에서 용융 산화되며 발생된 열과 공해가스는 용융로 밖으로 배출되어 기존의 공용된 공해처리 기술을 이용하여 공해처리 한다,

본 실시에서 용융노의 폐열의 온도는 섭씨1287도 이었고 폐열을 열교환시켜 섭씨830도의 온도 열로 변환 시켜 별도로 설치한 3m³의 탄화노의 열 투입구에 주입하여, 탄화내통을 가열한다. 탄화노의 내통내부의 온도가 탄화노 또는 열분해노의 탄화, 열분해 적정온도인 섭씨450도-섭씨650도에 이르렀다.

수차의 폐기물을 투입시켜 용융노 도가니(15)안의 용융물(11)은 도가니(15)를 넘치게 하여 배출한다. 용융물 배출통로는 도가니(15)와 내화벽(10) 사이의 열통로 안에 설치 되어 있어 용융물(11)은 냉각되지 않고 순조로히 배출된다.

또한 다른 방법으로 용융물(11) 배출에 대한 실시가 이루어진다. 도가니(15)를 용융물(11)이 넘치어 흘러 내리도록 도가니(15) 상부에 용융물(11)이 넘치는 배출구(22)가 형성되도록 제조하여 설치한다. 그리고 내화벽(10)과 내화벽(10)사이의 빈공간(16)에 용융물 배출관(21)을 함체(1) 외부까지 장치하고, 함체(1)에서부터 함체(1)외부로 용융물 저장소 까지 배출통로를 설치한다. 그리고 브라운 가스토치를 1개이상 배출통로에 장치하여 배출물을 가열한다.

실시예 6

탄화노 또는 열분해노를 용융노 도가니(15) 상부 또는 용융노 외부에 별도로 설치한다. 설치된 탄화노 또는 열분해노의 외통과 내통사이에 설치된 열투입구에 용융노에서 발생시킨 열을 투입시킨다.

투입된 열은 내통을 가열하고 배출구(2)로 배출된다. 투입시키는 열의 온도는 피 탄화물질 또는 피열분해 물질에 따라 섭씨300도-섭씨1000도 이다. 투입온도는 탄화 또는 열분해 대상물질에 따라 각기 다르다.

본 실시예 에서는 3m³의 탄화통에 폐고분자 화합물 PP,PE,PS를 투입하고 용융노에서 투입한 섭씨850도의 열에 따라 내통의 온도 섭씨450도에서 탄화를 실시하여 투입물을 탈가스화 하였다. 다른 물질은 물질에 따라 기존의 탄화,열분해 온도 기술이 사용되어진다.

실시예 7

먼저 브라운 가스는 밀폐분위기 에서도 연소하며, 물속에서도 연소되는 특징을 주지 하여야한다.

질코늄으로 브라운가스 연소불꽃의 접촉판을 제조하여 장치한, 스테인리스로 재조한 밀폐된 용적1m³통에 인위적으로 개,폐할 수 있는 배기 배출구(2)와 공기 주입구를 관으로 부착하고 브라운가스를 토치(7)로 분사하여 연소화염을 통내부에 장치된 접촉판에 접촉시킨다. 그리고 배기의 배출구(2)를 직경 1.5cm정도 열어 놓았다. 브라운가스의 분사압력은 1kg 이고 가스분사량은 1488 L/h 이다.

연소시간 20분에 통 내부온도는 섭씨800도에 도달되었다. 인위적으로 브라운 가스의 투입량을 700L/h로 줄였으나 온도는 계속상승 16분 경과후 섭씨1100도에 이르렀다. 배기배출구(2)를 3cm로 확장하였다. 온도는 섭씨950도로 낮아진다.

23분후 다시 섭씨 1150도로 온도가 상승되었다. 배기구를 8cm로 넓히고 30분후에 온도는 섭씨1170도이다. 공기주입구를 0.3cm 개봉하였다. 온도는 섭씨 1015도로 급하강 하고 3분후에 섭씨920도가 되었다. 공기주입구를 폐하고 배기배출구(2)를 10cm 확장시킨다. 온도가 980도를 유지한다.

이와같이 배기열의 배출량을 조절함으로서 통내부의 브라운 가스 열핵반응 연소를 제어할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 폐기물 용융 처리장치에 의하면, 브라운가스의 연소 특징을 이용하여 물질을 용융하고 용융의 용해과정으로 브라운가스 연소화염의 열핵반응을 유도하여 고열을 발생시켜 물질의 용융, 물질의 탄화 또는 열분해로 폐기물 등을 처리하며, 보일러에 이용하여 스팀 온수의 생산, 히터등 제반 산업에 활용하는데 있어 경제적인 효과가 있다.

Claims

외형을 이루는 함체와, 함체 내부에 부착설치되는 단열재, 내화물로 이루어져 단열재 내측면에 조적설치되는 내화벽, 내화벽 내부에 내화벽과 일정 공간을 두고 설치되며 피용융물이 용융되는 도가니, 내화벽과 도가니 사이의 공간에 충진되는 가열매체, 함체 외측에서 도가니 중심부로 장입설치되어 도가니 내부의 피용융물에 브라운가스를 원료로하는 연소화염을 분사하여 피용융물을 용융하기 위한 토치, 함체 상부에 설치되어 용융노 내부의 배기열이 배출되는 배출구를 포함하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 도가니 하부에 가열공간이 형성되고, 가열공간에 내화물이 조적되며, 내화물 내부에 소규모의 하부도가니가 설치된 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 도가니는 원형, 타원형, 사각형, 직사각형, 또는 삼각형태를 이루고, 고내화물질로 압축성형된 도가니의 내부와 외부를 팽창과 수축도가 각기다른 재질로 제조된 벽돌로 축조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 배기열 배출구에 배기열의 배기량을 조절하는 조절장치가 부착되고, 함체 일측에는 외부로부터 노 내부로 공기를 유입 할 수 있는 유입관이 설치된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 토치는 브라운가스가 토출되는 노즐관 외부에 냉각수가 유통되는 수냉관이 설치되고, 수냉관 외부에 고순도의 마그네 사이트와 흑연 등으로 조성된 내화세라믹이 설치되어 노즐관이 방열 보호되는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 도가니 상부에 용융물 배출구가 형성되고, 도가니와 내화벽 사이의 공간에는 함체 외부로 용융물을 배출하는 용융물 배출관이 경사져 설치되어 용융물을 배출시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 함체 일측면에 설치되어 피용융물질을 투입하기 위한 호퍼와, 호퍼에 연결되어 피용융물을 용융도가니 용해물 중간내부로 투입시키기 위한 투입관, 투입관 내부에 설치되어 피용융물을 진행시키기 위한 스크류식 투입장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 용융로 도가니에 각종 광물질, 각종 폐기물을 투입하여 용융하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 8 항에 있어서, 상기 광물질이 유리, 또는 SIO₂를사용하는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 상기 용융로 내부 도가니와 내화벽 사이공간과 도가니 하부공간에 물가열관이 설치되고, 용융로 내부 도가니 상부층에 상기 물가열관과 연결되는 가열수통 또는 수관군이 설치되며, 용융노 배기의 배출 통로에 수증기 가열관이 설치되어 용융노에서 발생되는 간접열에 온수와 스팀을 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 브라운가스의 연소특징을 이용한 용융노.
제 10 항에 있어서, 상기 함체 내부의 배기 배출통로상에 송풍기가 설치되고, 함체 일측에 공기 유입구를 설치하여 일정온도로 낮춰진 배기를 필요한 곳에 송풍하여 난방할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 브라운가스의 연소특징을 이용한 용융노.
제 1 항에 있어서, 함체 외측에서 도가니 상부로 토치가 장입설치되어 도가니 상부로 유통되는 고온의 배기에 브라운 가스를 분사하도록 된 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소특징을 이용한 용융노.