KR20020066539A

KR20020066539A - 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수 및 온풍공급시스템

Info

Publication number: KR20020066539A
Application number: KR1020010006779A
Authority: KR
Inventors: 김재숙
Original assignee: 김재숙
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-08-19

Abstract

본 발명은 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템에 관한 것으로서, 상기한 폐기물 소각장치를 이용하여 생활폐기물로 제조된 폐기물 고형연료를 연소시키면서 발생되는 열원으로 비닐하우스 등에 온수공급 및 난방용으로 사용토록 한 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적달성을 위한 본 발명의 폐기물 고형연료 소각장치는, 폐기물을 연소시키는 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)이 하부 및 상부에 설치되어 가스통로에 의해 연통되며, 열원을 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)에 공급하는 연소 버너(56,58)가 구비되어 있으며, 상기 2차 연소실(54)은 싸이클론 집진기(60) 및 연돌(62)과 연결·설치되어 있는 폐기물 소각장치(50)에 있어서, 상기 1차 연소실(52) 및 2차 연소실(54)에 생활 폐기물을 연료화한 폐기물 고형연료를 연소시키고; 상기 2차 연소실(54)과 싸이클론 집진기(60) 사이에 열교환기(100)가 설치되어서, 상기 열교환기(100)에 공기나 용수가 선택적으로 통과되어 상기 폐기물 고형연료의 연소에 따른 열에 의해 열교환됨으로써, 난방 및 온수가 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수 및 온풍공급 시스템{APPARATUS FOR TO DESTROY BY BURNING}

본 발명은 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활폐기물을 고체연료화하여 에너지를 회수하기 위한 폐기물 고형연료를 완전연소시키고, 이 연소열을 이용하여 공장, 대형식당 및 아파트단지 등에 온수공급 및 난방용으로 사용토록 한 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템에 관한 것이다.

최근에 현대사회는 생활 쓰레기 및 각종 산업 폐기물의 급증으로 심각한 환경오염 문제에 봉착되었고, 이러한 환경오염 문제를 해결하기 위한 방법이 다방면으로 연구되고 있는 실정이다.

이러한 환경오염 문제를 해결하기 위한 방법으로는, 각종 폐기물 중 재활용이 가능한 것을 분리하여 다시 사용 가능하도록 변형시키는 방법과, 재활용이 불가능한 폐기물을 연소시켜 그 부피를 감소시킴과 동시에 오염원으로서의 오염도를 감소시키기 위한 소각 처리방법 등이 대표적이다.

여기서, 상술한 각종 산업 폐기물, 즉 폐타이어, 폐고무, 폐합성수지를 포함한 공극률이 높은 혼합 형태의 고분자 화합물 또는 제약회사 및 이차적인 감염사고가 우려되는 병원 적출물등을 소각 처리하는 방법에 의하면, 연소시 미연소된 성분 또는 연소시 생성물 등 각종 유해가스가 생성되고, 또 이들 유해가스를 배기시킬 경우 대기 오염의 요인으로 작용하는 문제가 있었다.

따라서, 산업 폐기물을 소각 처리함에 있어서, 발생되는 각종 유해가스 및 분진이 대기로 방출되는 것에 대하여 제한되고 있으며, 이러한 유해가스의 방출을억제하기 위한 방법의 하나로 유해가스를 재연소시키는 방법이 알려져 있다.

상술한 바와 같이, 유해가스의 재연소 방법으로는, 버너 등과 같은 2차 열원에 의해 불완전 연소가스를 연소시키거나 송풍기를 사용하여 강제로 공기를 유입시켜 불완전 연소를 최대한 줄이는 방법이 주로 사용되고 있다.

한편, 종래의 아파트 단지에서 사용되는 수냉식 소각로는 로벽의 구조가 수냉 흡열식 구조로 되어 있어서, 일반 폐기물은 온도가 낮아 불완전 연소에 따른 악취 및 유해가스가 다량으로 발생되고, 또한 폐타이어, 폐합성수지에 있어서는 온도가 비교적 높아 불완전 연소된 물질을 포함하여 많은 양의 불완전 연소 물질이 대기중으로 방출되는 문제가 있었다.

또한, 폐기물의 성분중에는 다량의 수분과 탄소회분이 포함되어 있어 소각시 폐기물의 중심 부위가 연소되지 않은 상태로 잔존하게 되거나, 각종 폐기물 및 쓰레기가 빈틈없이 적층되어 있을 경우, 이들 쓰레기의 틈새로 연소 공기가 충분히 공급되지 못하여 불완전 연소되는 결점이 있었다.

이러한 결점을 해소하기 위하여 종래에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 소각장치를 이용하여 완전연소토록 하였는 바, 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 폐기물 소각장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 종래의 폐기물 소각로를 나타낸 단면도로서, 도시된 바와 같이, 내벽이 수냉벽이나 내화 단열재로 형성된 소각로(1)가 있고, 이 소각로(1)의 하측 부위에는 연료탱크(16)로부터 연료를 공급받고, 소각로(1)로부터 이격 설치된 송풍기(10)와 공기 공급조(12)에연결된 공기 공급관(14a,14b)으로부터 공기를 공급받아 소각로(1) 내부에 열원을 제공하는 버너(16a)가 설치된다.

또한, 상술한 공기 공급관(14a,14b)은 분리되어 분리된 일측이 소각로(1)의 하측 부위에 구비된 공기 분기구(18)로 연결되고, 이 공기 공급관(14b)을 통해 소정 압력으로 공급되는 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 소각로(1) 내측으로 연장된 공기 분기구(18)의 공기 노즐(20)을 통해 분사되는 구성을 이룬다.

그리고, 상술한 소각로(1)의 일측 소정 위치에는 폐기물을 투입할 수 있도록 개폐 가능하게 형성된 투입문(22)이 형성되고, 또 소각로(1)의 상측 부위에는 소각로(1) 내부의 연소에 의해 발생되는 배기가스가 배출되는 배출관(24)이 연장 연통된 형상으로 설치되며, 이 배출관(24)의 다른 단부는 싸이클론(미도시됨)과 연결된다.

이러한 구성의 종래 폐기물 소각장치는, 일정량의 폐기물이 소각로(1) 내부에 투입된 상태에서, 버너(16a)는 일정량의 연료와 공기가 공급받아 소각로(1) 내부에 열원을 제공하게 된다.

이때, 송풍기(10)에 의해 발생된 고압의 공기가 공기 공급조(12)를 거쳐 공기 공급관(14a,14b)을 통하여 공기 분기구(18)에 형성된 다수의 공기 노즐(20)로 배출된다.

한편, 다수의 공기 노즐(20)은 고압의 공기를 분사하므로 중심부에서 폐기물자체의 덩어리를 균열,파괴하면서 동시에 연소 단면적을 크게하여 연소공기와 폐기물과의 연소접촉이 원활하게 됨으로써, 완전 연소를 이루도록 하였다.

그러나, 상기한 종래의 폐기물 소각장치는 고분자 화합물의 소각시에 일반 폐기물 소각시와 똑같이 공기를 공급하면 아주 급속히 분해 연소를 일으켜, 산소의 확산 도달이 지연됨에 따라 검정 매연이 발생하게 되며, 이에 따라 과다한 연료 소비량에 비하여 폐기물 및 폐가스의 완전 연소가 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 연소 가스의 정화를 위해 사용되는 별도의 습식 세정장치(SCRUBBING DUST COLLECTOR)나 전기 집진장치(ELECTROSTATIC PRECIPITATOR)가 필요로 하는 등의 문제점이 있었다.

상기한 종래의 폐기물 소각장치가 일반 폐기물은 잘 연소시키나 폐타이어, 폐고무, 폐합성수지등과 같은 고분자 화합물과 병원 적출물 등은 완전 연소되지 못한 채 불완전 연소가스가 외부로 배출되는 것은 공기 공급량이 항상 일정하고, 단 한번의 연소로 완전 연소시키려는 것에 기인하는 것이다.

즉, 종래의 폐기물 소각장치는 폐기물을 완전히 연소시킬 수 있는 산소의 공급을 충분히 고려치 않은데서, 그리고, 단 한번의 연소로 완전 연소시켜 배출 기준에 적합한 공기를 배출 시키려는데서 전술한 문제점의 원인이 되었다.

따라서, 이러한 폐기물의 처리시 소각방법을 택할 때 연소시에 발생하는 유해가스를 제거하는 방법의 하나로 유해가스를 재연소시키는 방법이 알려져 있는 바, 재연소 방법은 히터, 버너 등과 같은 2차 열원에 의해 불완전 연소가스를 연소시키거나 송풍기를 사용하여 강제로 공기를 유입시켜 불완전 연소를 줄이는 방법이 사용되고 있으나, 이는 1차,2차 연소에 필요한 공기량을 고려하지 않고 공급하지 않기 때문에 그 연소 효율이 저하되어 유해가스가 그냥 대기중으로 방출되어 별도의 정화시설을 설치해야 하는 등의 문제점은 여전히 내포하고 있었다.

이에, 본원 출원인은 강제 송풍식으로 소각로 내의 공기를 다차 유입시키되, 공기 공급량을 차수별로 차등되게 공급하여 소각작용을 원활하게 하고, 이 과정에서 발생되는 미연소 가스를 2차에 걸쳐 재연소케 하는 다단계 연소방식을 채용하여 유해가스가 대기로의 방출됨을 극소화시켜 환경오염을 방지할 수 있도록 하고, 송풍 모터에 의해 공기 공급관을 통한 공기의 유입과 1차 연소에 의한 미연소 가스의 상승, 상승된 미연소 가스가 2차 공급되는 공기와의 2차 연소되는 과정을 거쳐 완전 연소케 할 수 있으며, 1차 연소실에서는 공기 유입량을 이론 공기량보다 적게 공급하고, 2차 연소실에서는 공기 유입량을 이론 공기량 보다 과잉공급하여 완전 연소케 함으로써, 연소 가스의 정화를 위해 사용되는 별도의 습식 세정장치나 전기 집진장치가 없어도 외부로 배출되는 가스가 배출 기준에 적합하도록 한 폐기물 소각장치(실용신안등록 출원번호 : 1996-008401)를 출원하여 등록받은 바 있다.

상기 폐기물 소각장치는, 폐기물을 연소시키는 1차 연소실이 하부에 설치되고, 2차 연소실이 상부에 설치되어 가스통로에 의해 연통되고, 공기를 공급하는 송풍 모터가 공기 분배관 및 공기 공급관과 연결되어 1차 연소실과 2차 연소실에 공기가 공급되며, 열원을 1차 연소실과 2차 연소실에 공급하는 연소 버너가 구비되는 폐기물 소각장치에 있어서, 상기 1차 연소실에는 이론 공기량의 70∼80% 공기가 공급되고, 상기 2차 연소실에는 이론 공기량의 140∼200% 공기가 공급됨을 특징으로 하고 있는 것이다.

본 발명은 상기한 폐기물 소각장치를 이용하여 생활폐기물로 제조된 폐기물 고형연료를 연소시키면서 발생되는 열원으로 비닐하우스 등에 온수공급 및 난방용으로 사용토록 한 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 폐기물 소작장치를 나타낸 정면도.

도 2는 종래의 폐기물 소각장치를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치를 개략적으로 도시한 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치의 연소실을 개략적으로 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수 및 온풍공급 시스템의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 폐기물 고형연료 소각장치 52 : 1차 연소실

54 : 2차 연소실 56,58 : 버너

60 : 싸이클론 집진기 62 : 연돌

100 : 열교환기

이러한 목적달성을 위한 본 발명의 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수공급 및 난방 시스템은, 폐기물을 연소시키는 1차 연소실이 하부에 설치되고, 2차 연소실이 상부에 설치되어 가스통로에 의해 연통되며, 공기를 공급하는 송풍 모터가 공기분배관 및 공기 공급관과 연결되어 1차 연소실과 2차 연소실에 공기가 공급되고, 열원을 1차 연소실과 2차 연소실에 공급하는 연소 버너가 구비되어 있으며, 상기 2차 연소실은 싸이클론 집진기 및 연돌과 연결·설치되어 있는 폐기물 소각장치에 있어서, 상기 1차 연소실 및 2차 연소실에 생활 폐기물을 연료화한 폐기물 고형연료를 연소시키고; 상기 2차 연소실과 싸이클론 집진기 사이에 열교환기를 설치하여서, 상기 열교환기에 공기나 용수가 통과되도록 하여 상기 폐기물 고형연료의 연소에 따른 열에 의해 열교환되도록 함으로써, 난방 및 온수가 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치의 연소실을 개략적으로도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수 및 온풍공급 시스템의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치(50)는, 폐기물 고형연료(RDF:Refuse Derived Fuel)를 연소시키는 1차 연소실(52)이 하부에 설치되어 있고, 그 상부측에 가스통로로 연통된 2차 연소실(54)이 설치되어 있다.

그리고, 송풍 모터(미도시됨)가 공기 분배관(미도시됨) 및 공기 공급관(미도시됨)과 연결되어 상기 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)에 공기가 공급되며, 열원을 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)에 공급하는 연소 버너(56,58)가 구비되어 있다.

상기 2차 연소실(54)은 열교환기(100)를 사이에 두고 싸이클론 집진기(60)와 연결되어 있고, 이 싸이클론 집진기(60)의 상측에는 연돌(62)이 형성되어 있다.

이러한 구조로 이루어진 소각장치(50)에는 생활폐기물을 고체연료화한 폐기물 고형연료가 연소되는데, 상기 폐기물 고형연료는 생활쓰레기를 잘게 부숴 수분을 제거하고 말린뒤 가래떡 같은 형태로 보관했다가 연료로 사용하는 것이다.

이러한 폐기물 고형연료는 생활폐기물을 1톤 가공해 450kg을 제조할 수 있으며, 이 폐기물 고형연료 1kg은 양질의 석탄과 같은 4,500kcal/kg의 높은 열량을 얻을 수 있다.

상기 폐기물 고형연료는 오염물질 배출도 일산화탄소가 기존 소각로에 비해 20% 줄어들고 중금속과 다이옥신도 크게 감소하는 것으로 나타났다.

따라서, 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 소각장치(50)의 1차 연소실(52)에 폐기물 고형연료를 넣고 1차 연소시킨 후, 2차 연소실(54)에서 2차로 연소시킴으로써, 완전소각하게 되며, 이와 같은 소각시 상기 2차 연소실(54)에서 연소된 열이 싸이클론 집진기(60)와 연돌(62)을 통해 외부로 배출된다.

즉, 상기 폐기물 고형연료 소각에 필요한 소량의 이론 공기량(50∼70%정도)을 1차 연소실(52) 하부의 화격자(53) 아래로 공급하여 상기 폐기물 고형연료가 미연소가스를 발생시키도록 하고, 이 미연소가스를 2차 연소실(54)로 보내 이 2차 연소실(54)에 과잉공기를 공급하여 상기한 미연소가스를 완전연소시키도록 하며, 이와 같이 완전연소된 열이 싸이클론 집진기(60)와 연돌(62)을 통해 외부로 배출되도록 한다.

이때, 상기 2차 연소실(54)에서 연소된 열은 싸이클론 집진기(60)와의 사이에 설치된 열교환기(100)를 거치게 되는데, 상기 열교환기(100)는 일반적인 라디에이터와 같은 구조로 설치하고, 이 열교환기(100)의 일측 즉, 옥내측에 송풍기(미도시됨)를 설치하여서, 외부의 공기가 이 열교환기(100)를 통과할 때, 이 열교환기(100)를 지나는 고온의 연소열과 열교환하여 온풍이 실내로 유입되도록 하는 것이다.

따라서, 외부의 찬 공기가 상기 송풍기에 의해 열교환기(100)를 지나면서 더운 공기로 열교환을 이루면서 옥내측에 온풍이 공급되는 것이다.

한편, 상기 열교환기(100)에 용수 공급관(미도시됨)을 연결설치하여서, 상기 열교환기(100)를 기나는 폐기물 고형연료의 연소열과 상기 용수 공급관을 지나는 용수의 열교환으로 온수가 공급되게 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 난방 및 온수공급 시스템에 의하면, 생활 폐기물을 이용하여 만든 폐기물 고형연료를 소각하면서, 그 연소열을 이용하여 비닐하우스 등에 난방 또는 온수를 공급할 수 있게 됨으로써, 생활 쓰레기의 처리와 더불어 대체 에너지를 이용한 난방과 온수공급이 가능한 바, 크게는 에너지 절감의 효과가 있는 것이다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

폐기물을 연소시키는 1차 연소실(52)이 하부에 설치되고, 2차 연소실(54)이 상부에 설치되어 가스통로에 의해 연통되며, 공기를 공급하는 송풍 모터가 공기분배관 및 공기 공급관과 연결되어 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)에 공기가 공급되고, 열원을 1차 연소실(52)과 2차 연소실(54)에 공급하는 연소 버너(56,58)가 구비되어 있으며, 상기 2차 연소실(54)은 싸이클론 집진기(60) 및 연돌(62)과 연결·설치되어 있는 폐기물 소각장치(50)에 있어서,

상기 1차 연소실(52) 및 2차 연소실(54)에 생활 폐기물을 연료화한 폐기물 고형연료를 연소시키고;

상기 2차 연소실(54)과 싸이클론 집진기(60) 사이에 열교환기(100)가 설치되어서, 상기 열교환기(100)에 공기나 용수가 선택적으로 통과되어 상기 폐기물 고형연료의 연소에 따른 열에 의해 열교환됨으로써, 난방 및 온수가 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 난방 및 온수공급 시스템.