KR20020091022A - 고정식 수냉 화격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정식 수냉 화격자에 관한 것으로, 탈기기(37)에서 수 처리된 냉각수를 냉각수급수라인(38)으로 공급하는 급수펌프(36)를 포함하여,수냉 화격자(20)의 상부면(23)과 하부면(26)을 지지하면서 고정 설치된 격판(24)에 의해 형성된 냉각관로(27)를 구비하며, 상기 수냉화격자의 일측에는 냉각수가 유입되어 공급되는 수냉 화격자의 공급구 및 냉각관로(27)를 따라 순환되어 냉각수가 배출되는 배출구(22)가 구비되어 있고, 연소용 공기가 수냉화격자의 상부면(23)과 하부면(26)을 관통하여 공급되는 연소공기 공급구(25)를 갖는 수냉 화격자(20), 연소실에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급장치(35) 및 절탄기(42)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

고정식 수냉 화격자 {FIXED TYPE WATER-COOLED COMBUSTION GRATE}

본 발명은 보일러수를 냉각시스템으로 이용하여 화격자 고온부식과 마모 및수냉관로의 파열을 방지하고, 고온의 연소상태를 유지하여 오염물질의 발생을 최소화시킬 수 있는 고정식 수냉화격자에 관한 것이다. 통상의 가정용 및 일반쓰레기와 같은 고체물질의 폐기물 소각로는 그 소각방법에 따라 화격자 소각로, 유동층 소각로, 회전로 소각로 등으로 구분되고, 그 중에서 폐기물을 화격자 위에 올려 놓고 연소용공기를 공급하여 소각을 하는 화격자 소각로가 가장 일반적인 종래의 소각로이다. 이러한 종래의 화격자 연소방식의 소각로에서는 노(盧)내에 고정화격자 또는 이동식 화격자를 설치하여 화격자 위에 폐기물을 투입하여 소각한다. 기존의 화격자 소각방법에서 화격자는 계단식, 다단 원통 회전식 등이 널리 사용되고 있으며 소각로의 화격자 냉각방식은 연소용 공기를 화격자 하부에서 공급하여 화격자를 냉각하면서 폐기물을 연소시키는 공냉식을 취하고 있다. 이러한 공냉식 화격자는 공기의 열전도 특성이 낮아서 화격자를 냉각시키는데 한계가 있고, 고온의 연소상태에서 화격자의 고온부식을 가져오게 되어 화격자의 수명을 단축시키고, 결국 소각로 전체의 수명을 저하시키게 되어, 화격자의 보수, 유지비용이 상승되고, 국부적으로는 불완전 연소 등에 의해 환경을 오염시키는 공해물질의 발생제어를 방해하는 등 경제적 비용으로 증대시키는 결과를 초래하고 있다. 특히, 공기로 화격자를 냉각하는 공냉식은 최대 400℃이하에서 냉각하는 것이 용이하지 않기 때문에 고온에 견디는 니켈-크롬강 등 화격자를 고가의 재료로 만들어야 하기 때문에 소각로 건설 및 운전비용의 증대를 가져오게 되어 가정용 및 일반쓰레기와 같은 폐기물 처리비용에 대한 사회적 부담을 가중시키는 결과를 초래하고 있다. 이와 같이 종래의 공냉식 화격자 소각로로서는 화격자의 기계적, 열적특성에 따라 고온에서 폐기물을 소각할 수 없다는 기술적 한계와 사회적 비용 상승의 부담을 가지고 있어서, 결국 공냉식 화격자 방식은 난분해성 물질의 최저 분해 온도인 850℃부근 온도에서만 운전을 할 수 밖에 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 화격자의 냉각방식을 공냉식이 아닌 수냉식 냉각방식을 채택한 것이 일본국 공개특허공보 특개2000-240926호 및 평11-63460호 등에 제안되어 있다. 종래의 수냉 화격자는 화격자를 지지하는 화격자열이나 가동 화격자 열의 전면부에만 각각 수냉관로를 설치하거나, 냉각핀을 다수 설치한 화격자 부착 프레임에 화격자를 설치하여 상기 프레임에 냉각수를 공급하는 등의 이동식 수냉 쟈켓이나 이동식 수냉튜브방식을 채용하고 있으나, 이러한 이동식 수냉화격자의 작동과 이동에 따른 화격자 파손, 마모 등의 기계적 안정성에 많은 문제점이 야기되고 있다. 따라서, 본원 발명에서는 화격자의 이동에 따른 수냉관로의 기계적 결함을 발생시키지 않고 1000℃ 이상의 고온 소각로에서 화격자의 고온부식,마모 및 수냉관로의 파열을 방지하고 화격자를 냉각할 수 있게 고정식 수냉 화격자를 탈기기와 절탄기 사이에 보일러 순환 구동방식으로 사용하는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 고가의 특수재료로 이루어진 공냉식 화격자를 대신하여 기존의 공냉식 화격자보다 저가의 재료를 사용하면서 고온의 연소 온도 상태에서 폐기물을 소각하면서 연소가스로부터 발생되는 오염물질을 최소화하고, 아울러 이동식 수냉 쟈켓이나 수냉튜브 방식의 수냉화격자를 사용한 경우에 화격자 자체의 이동에 따른 마모와 수냉관로의 파열 등이 발생하지 않는 내구성이 증가된 고정식 수냉화격자를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 종래의 이동식 수냉 화격자의 개략적인 사시도,

도2는 종래의 이동식 수냉 화격자의 작용상태를 나타내는 설명도,

도3는 본 발명의 실시예에 따른 고정식 수냉 화격자 정면도,

도4는 본 발명의 실시예에 따른 고정식 수냉 화격자 측면도,

도5는 본 발명의 실시예에 따른 고정식 수냉 화격자 단면도,

도6는 본 발명의 실시예의 A-A절단 사시도,

도7은 본 발명의 실시예에 따른 고정식 수냉 화격자의 시스템 계통도를 나타

낸 것이다.

도8은 본 발명의 실시예에 따른 고정식 수냉 화격자의 입체도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부 화격자 2 : 화격자 전단부

3 : 냉각수 공급구 4 : 냉각수 배출구

5 : 수냉관로 6 : 화격자 지지대

7 : 하부 화격자 20: 화격자

21: 냉각수 공급구 22: 냉각수 배출구

23: 화격자 내부 상부면 24: 화격자 내부 격판

25: 연소공기 공급구 26: 화격자 하부면

27: 냉각수 수냉관로 28,29: 화격자 측면부

31: 1차 고정식 수냉 화격자 32: 2차 고정식 수냉 화격자

33: 3차 고정식 수냉 화격자 34: 연소실 물분사 노즐

35: 폐기물 공급장치 36: 급수펌프

37: 탈기기 38: 보일러수 공급라인

39: 1차 고정식 수냉 화격자 냉각라인

40: 2차 고정식 수냉 화격자 냉각라인

41: 3차 고정식 수냉 화격자 냉각라인

42: 절탄기

이하에서는 본 발명이 기술적 구성 및 작용에 대하여 구체적으로 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 도1 및 도2는 일본국 공개특허공보 특개2000-240926호의 종래의 일반적인 이동식 수냉화격자를 도시한 것이다. 종래의 이동식수냉화격자는 두개의 화격자가 상하로 위치하고 있으며, 하부 화격자(7)는 고정되어 있고, 상부화격자(1)는 이동할 수 있는 구조로 되어 있다. 상부 화격자(1)와 하부 화격자(7)는 모두 화격자 전단부(2)내부에 냉각수가 통과하는 수냉관로(5)를 구비하고 있다. 냉각수는 냉각수 공급구(3)를 통하여 수냉관로(5)로 들어가서 냉각수 배출구(4)로 나오게 되고, 하부 화격자(7)는 화격자 지지대(6)에 의해 고정되어 있다. 상부 화격자(1)와 하부 화격자(7)로 이루어진 다수의 다층 화격자 구조이며, 또한 상부 화격자(1)가 고정된 하부 화격자(7)위를 도면상 좌우 이동하기 때문에 하부 화격자(7)의 상부와 접촉하면서 하부 화격자(7)의 표면에 마모가 생기게 되고, 또한 화격자를 냉각하는 수냉관로가 이동식 상부 화격자(1)와 하부 화격자(7)의 전단부에만 설치되어 있어서, 화격자를 냉각하는 냉각 효율이 균일하지 않는 등의 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 고정식의 수냉화격자를 제안하게 된 것이다. 이하에서는 본 발명의 고정식 수냉 화격자에 도3 내지 도6을 참조하여 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명의 고정식 수냉 화격자(20)는 화격자 내부에서 화격자 상부면과 하부면에 화격자의 강도를 증가 시키면서 냉각수를 순환시키는 격판(24)이 화격자 내부에 설치되어 있으며, 화격자 내부에 설치된 격판(24)을 따라 냉각수가 순환하여 통과하게 되어 있다. 상기 격판(24)은 화격자 내부에서 양측면부(28,29)와 격판(24)에 의해 지그재그 형태로 형성된 냉각수 수냉관로(27)를 따라 화격자를 냉각하면서 내부 수냉관로를 통과하여 지나가게 되어있다. 즉, 화격자의 외부에서 화격자의 내부 냉각수 공급구(21)를 통하여 유입된 냉각수는 격판(24)사이를 순환 통과하여 화격자(20) 전체를 냉각시킨 후 화격자 내부 냉각수 배출구(22)를 통하여 배출된다. 화격자(20)에는 화격자 상부에 위치한 폐기물을 연소시키기 위한 연소공기 공급구(25)가 화격자를 관통하며 격판(24)사이에 다수의 열로 설치되어 있고, 연소용 공기는 상기 연소공기 유입구를 통하여 화격자 상부의 폐기물을 연소시키기 위해 유입된다. 따라서, 화격자는 내부 냉각수 공급구를 통하여 유입되는 냉각수가 연소공기 유입구(25)를 제외한 화격자 내부 전체를 격판(24)을 따라서 순환되며 냉각되면서, 동시에 연소공기 유입구(25)를 통하여 유입되는 연소공기에 의해서도 화격자는 냉각된다. 또한 상기와 같은 구조의 고정식 수냉 화격자를 다수개 설치함으로서 폐기물의 소각 용량에 대응하여 적절한 수의 다수개의 화격자 구조를 가진 소각로를 구성할 수 있다. 본원 발명과 같은 고정식 수냉 화격자는 폐기물이 이동되는 화격자 표면이 고정되어 있고, 고정 화격자 상부를 이동하는 이동 화격자가 없기 때문에 화격자간의 상호 마찰에 의한 화격자 접촉면의 마모나 침식 및 연소가스에 의한 부식 등을 최소화 시키면서, 화격자 내부에 연소실의 내부 온도의 고온상태인 경우에도 항상 일정한 온도로 공급되는 냉각수가 화격자 내부를 순환하면서, 동시에 폐기물 연소용 공기가 연소공기 유입구를 통하여 유입되기때문에 본 발명의 고정식 수냉 화격자가 일정한 온도를 유지하게 냉각제어 될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 1000℃ 이상의 연소실 온도에도 영향을 받지 않는 고온의 연소온도를 유지하면서 고온의 연소출구 온도를 유지할 수 있으므로, 1100℃ 이상의 고온 연소실 온도 유지를 필요로 하는 특정의 고상산업용폐기물을 소각하는 고가의 산업용폐기물 소각로에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 화격자는종래의 공냉식 화격자와 같이 고가의 초합금을 사용함이 없이 일반 탄소강과 같은 저가의 재료를 이용하여도 충분하기 때문에 화격자 재료의 선택에는 제한이 없다.한편, 도7은 본 발명의 실시 예에 따른 고정식 수냉 화격자의 시스템 개통도를 나타낸 것이다. 보일러수 중의 용존 기체를 제거하여 보일러수의 수질을 향상시키는 탈기기(37)에서 처리된 보일러수는 보일러 급수펌프(36)를 통하여 보일러 급수라인(38)을 따라 상기와 같이 도3내지 도6를 통하여 상세히 설명한 고정식 수냉 화격자의 냉각수 공급구를 통하여 화격자 내부로 유입된다. 즉, 보일러 급수라인(38)을 지난 보일러수는 수냉 화격자의 냉각라인(39)을 통하여 1차 고정식 수냉 화격자 내부로 유입되어 1차 고정식 수냉화격자(31)를 냉각시키고, 이어서 2차 고정식 수냉 화격자의 냉각라인(40)을 통하여 내부로 유입되어 2차 고정식 수냉 화격자(32)를 냉각시키고, 마지막으로 3차 고정식 수냉 화격자의 냉각라인(41)을 통하여 내부로 유입되어 3차 고정식 수냉 화격자(33)를 냉각시킨 후, 보일러 본체 이전의 절탄기(42)로 이동하게 되어 있다. 한편, 콘베이어 또는 롤러, 호퍼 및 크레인 등을 이용하는 통상의 폐기물 자동이송시스템을 채택한 폐기물 공급장치(35)에 의하여 폐기물 투입구로부터 투입된 폐기물은 연소실 내부로 이송되어진다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 도7에서는 3차 고정식 수냉 화격자 시스템을 실시예의 대상으로 설명하였으나, 이를 변경하여 고정식 수냉 화격자를 채택하는 것에 수적 제한은 없다.그리고, 고정식 수냉 화격자(31,32,33) 내부의냉각라인(39,40,41)에서의 보일러수의 온도는 열교환후 150~200℃의 포화수로 설비내에서 스케일 또는 관석 및 부식 등이 발생되지 않도록 탈기기(37)와 약품처리설비라인을 통하여 이미 처리된 것이다. 한편 금속의 열전달 특성상 연소실 내부에서 연소실 온도의 고저에 상관없이 고정식 수냉 화격자 내부의 보일러수 자체에서 일어나는 보일러수 온도 변화는 최대 변동이 50℃이상 상회하여 일어나지 않으므로 이러한 사항을 고려하여도 본 발명의 고정식 수냉 화격자 내부에서 최대의 온도 영역은 250℃를 넘지 않는다.그러므로, 일반 탄소강의 재료로 고정식 수냉 화격자를 본 발명과 같이 구성하여도 고온의 연소상태를 유지하는 폐기물 소각로에 본 발명의 고정식 수냉 화격자를 사용할 수 있다.

본 발명의 고정식 수냉화격자는 냉각수가 격판을 따라서 순환하면서 화격자 내부 전체를 냉각하기 때문에 종래의 이동식 공냉 및 수냉 화격자에서 전단부에 설치된 냉각관로나 냉각핀에 의한 화격자보다 고효율의 냉각 성능을 가지게 되고, 또한 화격자 전체가 순환하는 냉각수에 의해 냉각되기 때문에 화격자 자체가 저온상태를 항상 유지하므로, 본 발명에서는 고온 강도가 큰 특수 합금재료 대신에 보통의 탄소강으로 이루어진 저가의 재료로 화격자를 제작할 수 있고, 화격자 자체가 고정되어 있기 때문에 이동식 화격자가 고정 화격자 상부를 이동하면서 생기는 마모, 침식, 부식 등을 최소화 할 수 있는 구조이며, 1200℃ 이상의 고온 열분해를 화격자 소각로에서도 할 수 있기 때문에 일반 폐기물은 물론이고, 발열량이 높은 산업폐기물의 소각도 가능하여, 고가의 회전형 소각로(Rotary Kiln)을 대체할 수 있다. 또한 고온의 완전 연소가능한 연소실 온도를 유지하기 때문에 폐기물 연소과정에서 발생되는 환경오염물질의 발생을 최소화 할 수 있고, 연소실내의 발열을 화격자내의 냉각수가 흡수하여 보일러 급수부로 보내줄 수 있기 때문에 에너지 절감효과가 있고, 이동식 화격자가 고정 화격자 상부를 이동할 때 화격자 사이에 폐기물또는 연소 물질등의 이물질 끼임현상이 일어나지 않고 있다.

Claims (3)

1. 탈기기(37)에서 수 처리된 냉각수를 냉각수 급수라인(38)으로 냉각수를 공급하는 급수펌프(36), 수냉화격자(20)의 상부면(23)과 하부면(26)을 지지 고정하면서 화격자의 양측면부(28,29)에 교호로 고정 설치된 격판(24)에 의해 지그재그로 형성된 수냉관로(27)를 구비하고, 상기 수냉 화격자의 일측에는 냉각수가 유입되어 공급되는 수냉 화격자의 냉각수 공급구(21) 및 수냉관로(27)를 따라 순환되어 냉각수가 배출되는 배출구(22)가 형성되고, 연소용 공기가 수냉화격자의 상부면(23)과 하부면(26)을 관통하여 공급되는 연소공기 공급구(25)를 갖는 수냉 화격자(20), 연소실에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급장치(35) 및 절탄기(42)를 구비한 것을 특징으로 하는 고정식 수냉화격자.
2. 제1항에 있어서,상기 수냉화격자는 수냉 냉각라인(39,40,41)을 따라 3개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고정식 수냉화격자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각수는 150℃~250℃의 포화 보일러수를 이용하는 것을 특징으로 하는 고정식 수냉화격자.