KR20020045059A - 저발열량 폐기물용 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한퍼지 전문가 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저 발열량 폐기물을 소각시키는 소각로에 관한 것이다. 특히 폐기물 소각시 퍼지 전문가 제어 시스템 및 연소 공기의 산소 부화를 이용하여 다량의 불연물을 포함하는 저 발열량 폐기물을 경제적이고 안정적으로 처리하는 회전식 소각로에 관한 것이다.
본 발명의 퍼지 전문가 제어 시스템 및 산소 부화 공기를 적용하는 회전식 소각로는 종래의 회전식 소각로에 비하여 연소 가스 중의 대기 오염 물질을 증가시키지 않으면서 다량의 불연물을 함유하는 저발열량 폐기물을 안정적이고 경제적으로 처리할 수 있다.

Description

저발열량 폐기물용 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템{ROTARY INCINERATION KILN FOR SCRAP OF LOW CALORIC VALUE AND FUZZY EXPERT CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 저 발열량 폐기물을 소각시키는 소각로에 관한 것으로서, 특히 연소 공기의 산소 부화를 이용하여 다량의 불연물을 포함하는 저 발열량 폐기물을 경제적이고 안정적으로 처리하는 불연물을 다량 함유한 저발열량 폐기물용 회전식 소각로 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
농촌 지역 비닐하우스에서 발생하는 폐비닐과 매립지 굴착 및 자원화시 발생되는 가연성 폐기물은 불연물을 다량 함유하는 저발열량 폐기물들이다.
폐비닐의 경우 불연물 50 ∼ 60%, 수분 30 ∼ 35% 그리고 가연분 10 ∼ 15%로 구성되고 폐쇄된 매립지가 안정화 과정을 거친 후 이를 굴착하고 선별 재 이용함에 있어 가연분으로 발생되는 소각처리 대상 폐기물은 토양 불연물 50 ∼ 80%, 수분 10 ∼ 25% 그리고 가연분 10 ∼ 25%로 구성되며 발열량은 다량의 불연물에 의하여 대략 700 ∼ 3000 kcal/kg을 나타낸다.
현행 폐비닐 재활용 방식이 채산성이 낮고, 전처리 수세 과정에서 다량의 폐수가 발생하는 등의 문제가 있다.
반면 폐쇄된 매립지의 경우 사후토지가 택지로 전환될 때 매립지 이송이 필요하고 오염원으로써의 불량매립지 처리 또한 사회문제로 대두되고 있다.
이러한 대책으로 매립지의 폐기물을 굴착한 후 위생매립지에 재처분하는 방안이 있는데, 이는 굴착시 악취, 분진 등 환경문제를 야기시킬 뿐 아니라 단순 매립에 따른 처리비용의 과다투자 등이 문제시되고 있다.
따라서 이러한 문제는 폐쇄된 매립지를 굴착하여 폐기물을 선별 분류하고 일부를 자원화하거나 감량화함으로써 해결할 수 있다.
상기의 문제점들을 해결하기 위한 방안인 소각처리는 폐기물의 감량화는 물론 자원화까지 가능하다.
도 7는 종래의 일반 연소공기를 이용한 소각 설비 공정을 개략적으로 나타내고 있다.
폐비닐과 선별 분류된 가연성 매립폐기물 등 다량의 불연물을 함유하는 폐기물을 소각처리함으로써 이 때 발생되는 여열을 이용하여 에너지원으로 활용하고 감량을 통한 매립지 수명을 연장함은 물론 처리후 발생되는 소각재를 복토재의 대체토양으로 이용할 수 있는 것이다.
일반적인 소각로를 사용하는 경우 소각 운전에 있어서, 초기 운전시 로내 승온과정과 소각 안정화를 위한 일정기간이 필요하며 또한 폐기물을 소각할 때 출구온도를 850℃ 이상으로 유지하여야 한다.
따라서 폐비닐과 선별 분류된 가연성 매립폐기물 등 다량의 불연물을 함유하는 폐기물을 소각할 때는 폐기물의 저발열량과 더불어 폐기물 소각시 큰 열손실이발생하여 로내 온도 유지를 위해 상당량의 보조연료를 공급하여야 한다.
또한 소각로 운전시 폐기물의 투입과 더불어 외부 공기의 유입에 따라 로내 온도가 순간적으로 낮아지게 되는데 이 경우 가연성 폐기물 중 다량 함유되어 있는 플라스틱과 비닐 등의 가연물에 대한 불완전 연소가 발생하여 대기오염물 방출이 일시적으로 심화된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 소각로에서는 선형 제어기를 이용한 제어 시스템을 구성하여 소각로 연소 공정을 수행하였으나, 이 경우 종래의 제어 시스템은 폐기물의 투입량, 외부 공기 유입량 및 연료 공급량 사이의 상관 관계 등을 고려한 연소 공정을 안정적으로 수행할 수 없어, 대기 오염 물질 배출을 증가시킬 뿐만 아니라, 소각로 운전자들로 하여금 소각로 운전을 수동으로 하게 함으로써 소각로 운전을 더욱 어렵게 한다는 문제점이 있다.
또한 종래의 소각로는 저발열량 폐기물에 공급되는 산소 함량이 낮아서 완전 연소가 불가능하며, 이에 따른 대기 오염 물질 배출 문제와 미연소재의 2차 폐기 처리 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여 소각로의 초기 가동시 배기가스의 열손실을 상당히 줄임으로써 소각 운전조건을 안정화시키기 위해 걸리는 시간과 보조연료 사용량을 획기적으로 저감할 수 있는 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 폐기물 중에 존재하는 다량의 플라스틱과 비닐의 불완전 소각을 연소공기를 산소 부화시키고 이를 회전식 소각로에 공급하여 소각될 때 산소와 폐기물의 농도를 증가시킴으로써 연소반응속도를 상당히 증가시키고 또한 소각온도 및 체류시간을 높여 소각 배기 가스 및 재 중의 이차오염물 방출을 줄일 수 있는 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일반 소각에 대비하여 동일한 폐기물 소각 용량에 대한 연소공기와 배기가스의 부피 감소 그리고 소각로 내 가용 열량의 증가에 기인하여 연소공기 공급량, 가스 체류시간과 배기가스 정화시스템의 크기에 의해 제한되는 소각로의 처리량을 증가시킬 수 있는 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소각로 내부에서 폐기물과 연소공기의 인화한계를 넓혀 화염의 안정성을 향상시킴으로써 짧은 화염을 형성하여 소각로를 안정적으로 유지할 수 있는 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 능숙한 조업자가 소각공정의 여러조건을 수행한 운전의 상당부분을 컴퓨터에 의해 실시간으로 연속적인 조건변화의 인지 및 적절한 판단을 가능하게 하는 퍼지 전문가 제어를 이용하여 자동운전이 가능하게 하여 보다 안정적이고 효율적인 소각을 가능하는 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 산소 부화 공기를 이용한 소각 설비 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 회전식 소각로의 안정적인 연소를 위한 제어 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 퍼지 전문가 제어 시스템의 내부 로직 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예의 산소 부화 공기를 폐기물에 공급하며, 퍼지 전문가 제어 시스템을 사용하는 회전식 소각로에서 저발열량의 폐기물을 소각할 때 발생된 배출 가스 중의 산소 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 수동운전과 퍼지 전문가 제어 운전시 일반공기 및 산소소모량의 실험 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 6은 수동운전과 퍼지 전문가 제어 운전시 배기가스 내 CO농도의 실험 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 종래의 일반 연소공기를 이용한 소각 설비 공정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 종래의 산소 부화 공기를 폐기물에 공급하지 않으며, 선형 제어 시스템을 사용하는 일반 회전식 소각로에서 저발열량의 폐기물을 소각할 때 발생된 배출 가스 중의 산소 농도를 나타낸 그래프이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 회전식 소각로는 심냉분리법에 의해 생성되는 산소, 흡착법에 의해 생성되는 산소 또는 액체산소로 이루어진 군으로부터 선택되는 산소를 유량조절 밸브와 유량계를 사용하여 유량을 조절한 후 산기관으로 보내어 저 발열량 폐기물에 공급되는 연소공기와 혼합시켜서 산소 부화 공기를 제조하고, 제조된 산소 부화 공기를 상기 저 발열량 폐기물에 공급하는 산소 부화 공기 공급수단을 포함한다.
전술한 구성에서, 저발열량 폐기물은 불연물의 함량이 50∼80 중량%이고, 가연물의 함량이 10∼25 중량%이고, 수분의 함량이 10∼35 중량%이고, 발열량이 700∼3.000 ㎉/㎏인 것이 바람직하다.
전술한 구성에서, 산소 부화 공기의 산소 농도는 21 내지 50 부피%인 것이 바람직하다.
그리고, 산소 부화 공기의 산소 농도는 폐기물 발열량이 700∼1,500 ㎉/㎏일때 21∼50 부피%이고, 1,500∼2.000 ㎉/㎏일때 21∼40 부피%이고, 2,000∼3.000 ㎉/㎏일때 21∼30 부피%인 것이 바람직하다.
전술한 구성에서, 산기관은 연소공기 공급 배관 중앙에 위치되며, 공급되는 산소를 연소공기 흐름에 직각으로 분사시켜 공급하며, 팔방 또는 일정 방향으로 뚫린 구멍들이 일렬로 정렬된 다공관인 것이 바람직하다.
한편, 저 발열량 폐기물용 회전식 소각로를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템은 퍼스널컴퓨터에 내장된 MMI 프로그램과, 퍼지 전문가 제어 프로그램을 이용하여 회전식 소각로를 제어한다.
전술한 구성에서, 퍼지 전문가 제어 프로그램은 퍼지 제어에 의해 폐기물의 투입량, 산소량, 연소 공기량 및 연료량을 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 퍼지 전문가 제어 프로그램은, 폐기물 발열량, 온도, 온도 오차, 산소 농도 오차 및 산소 농도 편차를 입력 변수로 하는 폐기물 투입량 제어 루프; 폐기물 발열량, 산소 농도 오차 및 산소 농도 편차를 입력 변수로 하는 산소 및 연소 공기량 제어 루프; 및 온도를 입력 변수로 하는 보조 연료량 제어 루프를 포함하는 것이 바람직하다.
전술한 구성에서, 상기 퍼지 전문가 제어 프로그램은 연산 간격이 1 내지 30 초인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 저발열량 폐기물용 회전식 소각로 및 이의 제어방법을 상세하게 설명한다.
발명에 있어서, 대상시료인 폐비닐과 가연성 매립폐기물 등은 다량의 불연물(50∼80 중량%)과 수분(10∼35 중량%) 및 소량의 가연물(10∼25 중량%)을 함유하는 약 700∼3,000kcal/kg의 저발열량 폐기물이고, 이를 위한 산소부화공기는 21∼50 부피%의 산소농도를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 산소부화공기는 심냉분리법, 흡착법 그리고 액체산소 등에 의해 생성된 산소를 유량조절밸브와 유량계를 사용하여 유량을 조절한 후 산기관으로 보내지고 연소공기와 혼합함으로써 공급되는 것이 바람직하다. 반면 막분리법은 혼합과정이 없이 직접 산소부화공기의 제조가 가능하다.
회전식 소각로에서 공기 주입 방식은 공기노즐을 이용하여 주입하는 경우와소각로의 내벽 원주에서 주입하는 경우로 구분된다.
후자의 경우 원주 방향에서 공기가 공급되므로 소각로 내부에서 짧은 회전 흐름을 줄이고 폐기물과 폐기물의 가스화에 의해서 발생되는 가연성 가스 모두와 공기의 접촉을 용이하게 한다.
투입된 폐기물은 소각로 회전에 의해 하부의 회전방향에 위치하게 되고 폐기물 층을 기준으로 주입되는 연소공기량은 상부 60 부피%, 하부 40부피% 이다.
종래 소각로는 초기 운전시 보조연료를 이용 로내온도를 550℃ 이상까지 승온을 한 후 15분 이상 유지한 후 폐기물을 투입하게 된다. 이후 폐기물 투입과 보조연료를 공급하여 로내 온도를 850℃ 이상까지 도달하도록 조절한다.
상기의 경우 폐기물 투입 후 저발열량 폐기물 소각조건이 안정화되기까지에는 긴시간과 상당량의 연료가 소비된다. 또한 상기 기간 동안 폐기물의 투입시 외부공기 유입에 의한 로내 온도강하 등은 안정적인 소각조건에 도달하기에 반대 작용을 함은 물론 다량의 대기오염물질을 배출하게 된다.
이는 불안정한 소각조건에서 폐기물이 투입되면 일시적으로 유입공기와 더불어 소각로 내부 온도가 일시적으로 낮아지게 되고 이 때 일산화탄소 및 유기화합물을 다량 배출하게 되므로 기존 소각로 운전시 상기 기간을 줄이는 것이 중요하다.
본 발명은 상기 폐기물 소각시 공급되는 연소공기 중에 산소를 일부 공급한 후 완전 혼합하여 산소부화공기를 제조하고 이를 소각로에 공급하므로써 소각로 내부에서의 연소상태를 개선하는 것이다.
연소공기는 송풍기를 통하여 소각로 내부로 대기중의 공기를 주입되고 송풍기와 소각로 사이에 순산소를 공급하는 산기관을 설치한다.
산소 공급설비로는 심냉분리법, 흡착법, 막분리법 등의 플랜트와 심냉분리법에서 제조된 액체산소를 사용처의 저장탱크에 충전하여 사용하는 방식 등이 있다.
액체산소저장탱크의 경우 기화기를 거쳐 기화되고 일정 압력으로 조절된다.
기체 산소는 유량제어밸브와 유량계를 거친후 산기관으로 보내지고 연소공기와 혼합된다.
산기관은 적용목적에 따라 팔방 또는 일정방향으로 뚫린 구멍들이 일렬로 정렬된 다공관으로 기존 연소공기 공급 배관 중앙에 위치하며 산소가 연소공기 흐름에 직각으로 분사되도록 하여 혼합효과를 극대화되도록 설계한다.
산기관의 구멍에서 산소의 분사속도는 최대 60 m/sec 이하로 설계하여야한다. 따라서 필요한 구멍의 갯수는 요구하는 산소유량을 구멍 단면적과 산소분사속도로 나누어 구한다. 산소유량산출은 50% 산소부화조건에서 필요한 산소량의 1.3 배로 하고 이 때 송풍기의 적정 사용압력은 150 mmAq 이상으로 설계한다.
도 1에 도시한 바와 같이 산소와 공기가 혼합된 후 소각로 전단까지 일정한 거리를 유지하여 균일한 농도를 유지한다.
제조된 산소부화공기는 연소공기 중 산소농도가 21 ∼ 50 vol% 의 범위에서 소각로 내로 공급된다. 불연물을 다량 함유하는 폐기물을 산소부화소각하기 위해서는 대상 발열량에 따라 적정 산소부화공기의 산소농도 범위를 유지하여야한다. 이는 폐기물 소각시 슬래그 발생을 억제한 것으로 즉 폐기물 발열량이 700 ∼ 1500 kcal/kg이면 21 ∼ 50 vol%, 1000 ∼ 2000 kcal/kg이면 21 ∼ 40 vol%, 2000 ∼3000 kcal/kg이면 21 ∼ 30 vol% 로 각각 일정 범위에서 적용된다.
산소부화공기는 소각로 내부 벽면을 타고 원주로 공급함으로써 소각로 전체에 고르게 공급되게된다. 소각로 내부 하단부에서 산소분압을 증가시킴으로써 폐기물의 연소반응속도를 증대시킴은 물론 상부에서도 연소공기 중의 산소분압을 증가시킴으로써 폐기물로부터 발생된 가연성 가스 및 불완전연소가스들과 산소의 접촉효율을 향상 연소반응속도를 상당히 증가시킨다.
따라서 이러한 장치설계에 의하여 짧은 화염 형성은 물론 소각로 전체에서 고른 소각조건을 만듦으로써 균일한 온도 구배를 구현한다.
본 발명은 회전식 소각로 내부의 산소분압과 폐기물 분압을 균일하게 높임으로써 로내 난류형성을 증대시키고 배기가스의 체류시간을 더 길게 함으로써 이차오염물질의 배출을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한 불연물을 다량 함유하고 있는 저발열량 폐기물의 소각에 있어 소각온도를 높임으로써 연소효율을 증진시킨다. 상기 원리에 의하여 연소공기공급장치 용량, 가스체류시간, 배기가스 후처리시스템의 용량에 의해 제한되는 소각로의 처리량을 상당히 증가시킬 수 있는 소각방식이다.
본 발명에 대한 회전식 소각로의 제어시스템은 조업자의 경험과 운전지식을 바탕으로 퍼지(Fuzzy) 전문가 제어 이론을 이용하여 제어시스템을 구축하고 연소공정상의 외란과 불연속적인 공정변화에 대해 제어기능을 유지함은 물론 다변수시스템으로 설계되어 있어 공정변수간의 상호간섭에 적절한 대응이 가능하다.
이를 위하여 퍼스널 컴퓨터에 내장된 MMI(Man Machine Interface) 프로그램과 퍼지 전문가 제어 프로그램을 이용하여 회전식 소각로를 제어하게 된다.
회전식 소각로에서 데이터를 처리하는 PLC(Programmable Logic Controller)와 퍼스널 컴퓨터는 서로 RS-232C 규격으로 통신한다.
상기 제어시스템은 소각량을 고르게 유지시켜 가스형성과 열형성의 변동편차를 감소시키므로 최대 변동점에서 주로 발생하는 CO, 유기화합물, NOx 등 유해물질의 발생을 상당량 저감시킬 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 퍼지 전문가 제어 프로그램으로 입력되는 공정입력값은 온도, 산소농도, 일산화탄소와 폐기물 발열량이고, 출력되는 공정 출력값은 폐기물투입량, 연소공기량, 보조연료량이다.
여기서 폐기물 발열량은 폐기물의 겉보기 상태에 따라 조업자가 0∼100 %의 임의 값으로 정한다. 공정입력값으로부터 폐기물 발열량, 온도, 온도오차, 산소농도오차, 산소농도편차 등의 제어기 입력값이 얻어진다.
본 시스템은 폐기물투입량, 산소 및 연소공기량, 보조연료량 제어루프(Loop)로 구성된다.
폐기물투입량 제어루프는 폐기물 발열량, 온도, 온도오차, 산소농도오차, 산소농도편차을 입력변수로 하고, 산소 및 연소공기량 제어루프는 폐기물 발열량, 산소농도오차, 산소농도편차를 입력변수로 하며, 보조연료량 제어루프는 온도를 입력변수로 한다. 단 연산간격은 5 ∼ 15초 사이로 설정한다.
퍼지 전문가 제어 프로그램의 로직은 공통적으로 다음과 같은 규칙을 따른다.
공정으로부터 얻어지는 입력변수는 5~7단계로 나누어 등급을 두고 각 등급별 간격값을 두어 퍼지연산을 수행하여 출력변수의 값을 결정하는데, 이때 출력되는 값은 퍼지식에 의해 계산된 값을 이전값에 가산하여 이를 최종 출력값으로 출력하게 된다.
예를 들어 투입허용률이 이전값으로 50%이고 퍼지연산에 의한 결과값이 5%dlas 55%가 최종 출력값으로 나가게 된다.
먼저 폐기물 투입량을 결정하는 제어규칙은 경과시간, 산소오차, 로내온도, 온도오차를 입력변수로 하고, 투입허용률을 출력값(%확률)으로 하며 설정값(set point)보다 크면 투입을 한다.
일정 경과시간(일반적으로 연산주기는 10초)마다 산소오차 및 온도오차를 검색해서 산소농도의 경우 산소오차가 양의 값(이전값보다 현재값이 작은 농도를 나타내는 경우)이면 투입허용율을 높이고 반대로 음의 값이면 허용률을 낮추게 된다.
또 로내온도의 경우 온도오차가 양의 값(이전값 보다 낮은 온도를 나타내는 경우)이면 투입허용률을 높이고 반대로 음의 값이면 허용률을 낮춘다.
연소공기량 및 산소량을 결정하는 제어규칙은 경과시간, 산소오차, 산소편차를 입력변수로 하여 투입되는 공기 및 산소량을 결정하는 댐퍼의 개도율(%)을 출력값으로 한다.
마찬가지로 산소오차가 양의 값이면 연소공기량을 늘리기 위해 댐퍼의 개도율을 높이며, 반대로 음의 값이면 개도율을 낮춘다.
또 산소량은 산소오차가 양의 값이면 산소투입량을 늘리기 위해 댐퍼의 개도율을 높이고 반대로 음의 값이면 개도율을 낮춘다. 산소편차는 산소오차의 차이를 나타내는데 이는 투입산소변화량을 결정하는 인자가 된다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
발열량이 997 kcal/kg인 불연물을 다량 함유하는 폐기물을 퍼지 전문가 제어 시스템을 사용하여 산소 부화 공기를 사용하는 회전식 소각로에서 소각시킨 후 배출가스를 분석하였다. 소각조건과 분석결과를 표 1에 기재하였다.
또한 소각로 출구에서 배출 가스의 산소농도를 측정하였다. 분석결과는 도 4에 나타내었다.
항 목 산소부화소각조건
소각용량 (kg/hr) 480
1차 공기공급량 (Nm3/hr) 888
1차 산소공급량 (Nm3/hr) 평균 107
2차 공기공급량 (Nm3/hr) 0
연료사용량 (l/hr) 52.1
소각로 온도 (℃) 800 ~ 900
CO 온도 (ppmv) 50 ~ 100
NOx농도 (ppmv) 100 ~ 155
산소부화 정도 (%) 1 ~ 15
소각재 강열감량 (%) 4
비교예
상기 실시예에서와 같은 폐기물을 종래의 산소 부화 공기를 폐기물에 공급하지 않으며, 선형 제어 시스템을 사용하는 일반 회전식 소각로에서 소각시킨 후 배출가스를 분석하였다. 소각조건과 분석 결과를 표 2에 기재하였다.
또한 소각로 출구에서의 산소농도를 측정하고, 분석결과는 도 8에 나타내었다.
항 목 산소부화소각조건
소각용량 (kg/hr) 229
1차 공기공급량 (Nm3/hr) 500
1차 산소공급량 (Nm3/hr) 0
2차 공기공급량 (Nm3/hr) 0
연료사용량 (l/hr) 132
소각로 온도 (℃) 800 ~ 900
CO 온도 (ppmv) 100 ~ 200
NOx농도 (ppmv) 88 ~ 130
산소부화 정도 (%) 0
소각재 강열감량 (%) 7
표 1 및 표 2에서 알 수 있듯이, 산소 부화 공기 및 퍼지 전문가 제어 시스템을 사용하여 불연물을 다량 함유하는 폐기물을 소각하는 경우가 산소 부화 공기를 사용하지 않는 경우보다 폐기물의 소각용량이 크고, 배출 가스 중 오염 물질의 양이 작으며, 배출 가스 중 미연 탄소 양과 관계있는 강열감량이 작음을 알 수 있다.
또한, 도 4 및 도 8에서 알 수 있듯이, 산소 부화 공기 및 다변수 퍼지 제어 시스템을 적용한 회전식 소각로는 불연물을 다량 함유하는 폐기물을 소각할 때 배출가스 산소농도가 설정치대비 -1∼1 편차를 보이는 반면 산소 부화 공기를 사용하지 않는 경우보다 일반 회전식 소각로는 -4∼4 편차를 보임을 알 수 있다.
또한 산소 부화 공기 및 퍼지 전문가 제어 시스템을 적용한 회전식 소각로는폐기물을 소각할 때 최대 연소반응 시점에서 요구되는 산소공급량만을 적절히 주입함으로써 안정적인 연소상태를 유지하고 연소 공기의 사용량을 감소시킬 수 있었다.
따라서 본 발명의 산소 부화 공기와 퍼지 전문가 제어 시스템으로 운전되는 소각로는 저 발열량 폐기물을 소각 처리하는 경우 배출 가스 중의 산소 농도를 일정하게 유지시킬 수 있으므로 본 발명의 제어 시스템은 소각로에 유입되는 산소와 연료를 소각로 온도에 따라 효과적으로 조절할 수 있는 것으로 판단된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.
즉, 회전식 소각로 내부의 산소분압과 폐기물 분압을 균일하게 높임으로써 소각로 내부에서 난류 형성을 증대시키고 배기가스의 체류시간을 더 길게함으로써 이차오염물질의 배출을 획기적으로 줄일 수 있으며, 불연물을 다량 함유하고 있는 저 발열량 폐기물의 소각에 있어 산소분압을 증가시키고 질소 분압을 감소시킴으로써 소각 온도를 높임으로써 연소효율을 증진시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 회전식 소각로는 연소공기 공급장치용량, 가스 체류 시간, 배기가스 후처리 시스템의 용량에 의해 제한되는 소각로의 처리용량을 2 배 이상 증가시키면서 대기 오염물의 배출농도에는 크게 변화를 주지 않는 효과가 있다.
아울러, 퍼지 전문가 제어 프로그램을 이용하여 능숙한 조업자의 운전을 모방하여 보다 안정적이고 효율적인 운전이 가능하며 별도의 설비 추가가 없이 경제적으로 시스템을 구축할 수 있다.

Claims (9)

  1. 심냉분리법에 의해 생성되는 산소, 흡착법에 의해 생성되는 산소 또는 액체산소로 이루어진 군으로부터 선택되는 산소를 유량조절 밸브와 유량계를 사용하여 유량을 조절한 후 산기관으로 보내어 저 발열량 폐기물에 공급되는 연소공기와 혼합시켜서 산소 부화 공기를 제조하고, 제조된 산소 부화 공기를 상기 저 발열량 폐기물에 공급하는 산소 부화 공기 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 불연물을 다량 함유한 저발열량 폐기물용 회전식 소각로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저발열량 폐기물은 불연물의 함량이 50∼80 중량%이고, 가연물의 함량이 10∼25 중량%이고, 수분의 함량이 10∼35 중량%이고, 발열량이 700∼3.000 ㎉/㎏인 것을 특징으로 하는 저발열량 폐기물용 회전식 소각로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 부화 공기의 산소 농도가 21 내지 50 부피%인 것을 특징으로 하는 저발열량 폐기물용 회전식 소각로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산소 부화 공기의 산소 농도는 폐기물 발열량이 700∼1,500 ㎉/㎏일때21∼50 부피%이고, 1,500∼2.000 ㎉/㎏일때 21∼40 부피%이고, 2,000∼3.000 ㎉/㎏일때 21∼30 부피%인 것을 특징으로 하는 저발열량 폐기물용 회전식 소각로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산기관은 연소공기 공급 배관 중앙에 위치되며, 공급되는 산소를 연소공기 흐름에 직각으로 분사시켜 공급하며, 팔방 또는 일정 방향으로 뚫린 구멍들이 일렬로 정렬된 다공관인 것을 특징으로 하는 저발열량 폐기물용 회전식 소각로.
  6. 퍼스널컴퓨터에 내장된 MMI 프로그램과, 퍼지 전문가 제어 프로그램을 이용하여 회전식 소각로를 제어하는 것을 특징으로 하는 회전식 소각로를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퍼지 전문가 제어 프로그램은 퍼지 제어에 의해 폐기물의 투입량, 산소량, 연소 공기량 및 연료량을 조절하는 것을 특징으로 하는 회전식 소각로를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 퍼지 전문가 제어 프로그램은,
    ⅰ) 폐기물 발열량, 온도, 온도 오차, 산소 농도 오차 및 산소 농도 편차를입력 변수로 하는 폐기물 투입량 제어 루프;
    ⅱ) 폐기물 발열량, 산소 농도 오차 및 산소 농도 편차를 입력 변수로 하는 산소 및 연소 공기량 제어 루프; 및
    ⅲ) 온도를 입력 변수로 하는 보조 연료량 제어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 소각로를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지 전문가 제어 프로그램은 연산 간격이 1 내지 30 초인 것을 특징으로 하는 회전식 소각로를 제어하기 위한 퍼지 전문가 제어시스템.
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