KR200291649Y1 - 수증기 응집 장치와 열 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 생활 쓰레기나 산업 폐기물, 하수 슬러지 등을 소각 처리하는 소각장의 소각로나 각종 중 대형의 산업용 보일러 등으로부터 연소 후 배기되는 배기가스를 정화하는 장치에 관한 것이다.

본 고안에 의하면, 현재 소각 량에 의하여 분류 되어있는 소, 중 대형의 소각시설에서 연료와 함께 소각 재의 소각 시 발생하는 비산재를 포함한 고형상의 오염물질과 기체상의 오염물질들이 많이 발생하고 있는데, 이들 중에서 고형상의 물질들은 지금까지의 연구된 정화 방법으로도 완전에 가깝게 정화되어 배출되고 있으나, 기체상 오염물질의 정화에 있어서는 아직도 연구가 미흡하여 배기가스로 인한 대기오염이 심각한 실정이다.

이에 본 고안은 모든 소각 배출시설에서 발생된 배기가스를 기존의 정화시설에서 정화되었다고 하는 것들까지를 포함된 배기가스가 대기로 나가기 전의 굴뚝 끝에 장착하여 배기가스 속에 잔류하고 있는 수증기와 관련되어 이들 수증기 속에 녹아 들어 있는 가스상 오염물질이나, 수증기를 하나의 핵으로 하여 강하게 흡착되어 배출되고 있는 고형상의 오염물질들을 정화하는 장치이다.

Description

수증기 응집 장치와 열 연소 장치{CONDENSING AND HEAT SYSTEM}

본 고안은 생활 쓰레기 소각로나 산업 폐기물 등의 소각 처리 시설에서 소각 후 배출되고 있는 배기가스가 여러 가지의 정화 장치를 거쳐 지나서 배출되고 있으나, 아직도 이들 소각장의 주변에는 높은 수치의 오염도가 측정되고 있어 보다 확실한 배기가스의 정화 장치가 시급하게 필요하다고 하겠다.

기존 배출되고 있는 기체상의 오염물질 가운데에는 미처 정화되지 않은 채 배출되고 있는 비산재 등 미분의 고형상 물질들과 각종의 기체상 물질들이 배출되고 있으나, 이들 중에는 소각 시 사용하는 연료나 소각재로부터 생성되어 배출되고, 여러 단계의 정화 시설 중에 사용하는 물 등으로부터 발생하고 있는 수증기 등이 포함되어 있다.

이 수증기들은 뜨거운 열 속에서 발생하는 각종의 오염물질들과 함께 혼합되어 여러 과정을 거치면서 배출 되고 있다.

이때 이들 수증기에는 각종의 기체상의 오염물질들이 용해되어 포함된 강한 산성의 수증기가 되고, 또 이들 수증기를 하나의 핵으로 하여 각종 비산재나 미분의 고형상 오염물질들이 강하게 흡착되어 함께 배출되고 있다.

또, 이들 흡착 물질들 중에는 미량만으로도 모든 생물에 극히 해롭다는 다이옥신류도 강한 흡착력으로 이들 수증기에 흡착 배출되고 있다 하겠다.

또 이렇게 배출되고 있는 오염물질들 중에는 대기를 직접 오염 시키는 오염물질과 그 오염물질이 대기로 배출되어 태양의 에너지와 자연의 조건 아래에서 2차적으로 물리, 화학적 반응에 의하여 새로운 오염 물질로 변화하는 것들로 이루어져 있다는 것이다.

이에 폐기물 관리법, 환경 대기법 등의 법적인 규제치를 정하여, 배출하는 오염원을 규제하고 있지만, 실제로 거의 대다수를 차지하고 있는 소형소각로의 경우와 같이 우리의 가장 가까운 곳에서, 가장 많은 숫자로, 가장 손쉽게, 아무런 규제를 받지 않고서, 흔히 말하는 정화 장치라는 것은 아예 없는 상태에서 소각 능률만을 높여 생활 쓰레기를 소각하고 있다는 것이다.

각종 중, 대형의 소각로나 용융로에서는 그 규제치를 정하여, 배기가스의 경로에 냉각시설, 공기 예열 시설, 집진장치, 유인 팬, 연돌 등 전 과정이 폐기물 처리의 보다 높은 효율성으로 설비함에 있어서, 많은 가이드 라인을 정해 두고, 이를 지킴으로 하여 오염 물질을 정화 하고 있다.

이렇듯 규제의 정도를 높이는 반면에 한편에서는 규제의 제약을 피하기 위하여 소형의 다수 시설로 하는 경향도 있다 하겠다.

본 고안의 배기가스 정화 장치는 용융로나 또는 기타 소각로의 배기가스의 배출 경로 중에 마지막 부분인 굴뚝의 중, 저부에 위치 시키는 것으로 하여 배기가스를 여러 개의 원형의 가느다란 다공관(5)으로 지나게 하고 이들 다공관의 정 중앙을 관통하는 방진극(22)을 가지고 다공관 자체의 내벽이 집진극(23)이 되는 전기 집진 장치를 두어, 기존의 여러 가지 집진시설에서 미처 걸러지지 않은 채 배출되는 비산재나 미분의 고형상 오염물질을 제거하는 것이다.

이때, 함께 배출되어 나오는 수증기에는 그 자체가 하나의 핵으로 되어 이들 고형상 오염물질들이 강한 흡착력에 의하여 마치 고형상의 오염물질과 같은 상태로 된 이것들도 함께 집진된다 하겠다.

또, 이렇게 수증기에 흡착하여 배출되고 있는 오염물질들 중에는 흡착력이 강한 다이옥신류 마저 함께 흡착되어 배출되고 있다 하겠다.

기존의 정화 장치들을 들여다 보면, 배기가스 중의 고형상의 물질을 집진하기 위하여 물을 가장 많이 사용하고 있고, 또는 배기가스의 성질에 따라 알카리성 화학 물질도 사용하고 있는 것을 알 수가 있다.

이들 모두는 소각로 등으로부터의 뜨거운 열이 존재하는 가운데서 이루어지고 있는 까닭으로 하여, 항상 그 뜨거운 열에 의하여 수증기가 함께 생성된다는 것이다. 그리고, 이때 사용하는 물로 인하여 많은 고형상의 물질들이 제거 됨과 동시에 또 다시 발생하는 수증기에는 물과의 학학적인 변화로 많은 수용성 오염물질들이 녹아 들어 있다 하겠다.

이렇게 전기집진이 이루어지는 가운데 다연관인 세관의 주위로 냉매를 흘려 보내 다연관을 냉각시켜 안쪽으로 지나는 배기가스 중의 수증기가 응축현상을 일으켜 다연관의 내벽에서 물방울로 응축되고, 이들 응축수는 강한 산성이므로 수처리 시설로 보내져 따로 처리하게 하는 것이다.

이렇게 하여, 마지막으로 배출되는 배기가스 속의 수증기가 제거된 후의 건조한 배기가스를 다시 고온의 전기 열로 연소 배출함으로 하여 기체형의 오염물질을 안전된 상태의 분자상 물질로 하여 배출하게 되는 것이다.

이때 전기로에서는 바깥 대기의 공기와는 무관하게 다공관의 전기집진 때 발생하는 오존을 함께 연소함으로 하여 오존 산화라는 현상이 이루어져 더욱 높은 능률의 배기가스 정화가 이루어진다고 하겠다.

오존 산화법은 질소 산화물이나 각종 산화물, 심지어는 다이옥신류의 정화에 이르기까지 많이 적용이 되고 있는 것이라 하겠다.

이렇듯 대기 중의 공기와 관계없이 연소함은 공기가 타면서 또 다른 오염물질이 생성이 되기 때문에 이를 피하려는 것이기 때문이다.

아직까지 200가지가 넘는 종류의 다이옥신류의 생성과 분해에 대하여는 정확하고, 결론적인 발표가 없다는데 보다 큰 문제가 있다 하겠다.

월남 전쟁 때 사용된 이후부터 지금 까지 밝혀진 다이옥신류의 독성에 관하여는 너무나 잘 알려져 있다 하겠다.

이들 다이옥신류의 분해법으로는 고온(1,200도 이상)에서 연소 시켜 분해한다는 반면에, 그 온도인 용광로에서도 여전히 다이옥신류가 생성이 되고 있다고 한다.

다이옥신류의 분해법 중에는 심지어 프라즈마 분해법까지 개발되고 있으나, 그것에 대한 결론마저 아직 확실하게 나온 것이 없다.

본 고안의 특징 중의 하나는, 여러 가지의 다이옥신 분해법 중에 있는 오존분해법이 있고, 질소 산화물의 처리 방법 중에도 오존 산화법이 있는 것만으로도, 수증기를 제거 하고 건조화 된 배기가스를 오존과 함께 열 연소시킨다는 장치이다.

또, 전기 집진 시에 발생된 오존은 여러 가지 물질들과의 화학적인 반응에 의하여 다른 분자와 산소로 또, 여분의 오존은 고온의 열 속을 통과 하면서 분해되어 산소로 바뀌어 대기로 나간다는 것이다.

도면 1.은 본 고안의 설치도 및 2기 이상의 병렬 설치의 예시도

도면 2.는 본 고안의 내부 단면도

도면 3.은 본 고안의 구성 조립도

도면 4.는 본 고안의 다공관의 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>

1. 배기가스 흡입구 2. 앞두껑 연결부

3. 연도 확산 장치 4. 배기가스 모임통

5. 다공관 6. 본체

7. 냉매 출구 8. 냉매 입구

9. 본체 보온 카바 10. 전원 연결부

11. 뒷두껑 12. 연도 돌출, 연결부

13. 고형 물질 유입부 14. 집진통과 휠터

15. 전기로 16. 열선, 전원부

17. 배기 출구 18. 집진극 전원부

19. 응축수 출구 20. 방진극 전원

21. 집진극 전원 22. 방진극

23. 집진극 24. 방진극 지지대

25. 방진극 나사 두껑 26. 다공관 나사

본 고안은 우선 각종의 용융로나 기타의 소각로에서의 모든 배기가스 정화장치를 정상적으로 가동 한 후에 배기되어 굴뚝(17)을 통하여 대기로 나가는 배기가스 가운데 연료나 기타 집진을 위하여 사용된 물이나 중화를 위하여 사용하는 알카리성 화학물질로 인하여 발생한 물 등의 모든 것들이 뜨거운 열 속에서 수증기로 변하고, 이 수증기 속으로는 각종의 수용성 오염물질들이 용해되어 있고, 또 이들 수증기를 하나의 핵으로 하여 흡착 되어 있는 많은 오염물질들이 있어 이 수증기를 제거, 정화하는 장치이다.

우선 굴뚝을 통해 빠져 나가는 마지막 부분에 장치된 본 고안은 배기가스를 흡입구(1)로 들어오게 하여, 좀 더 넓어진 공간에 있는 연도 확산 장치(3)의 앞부분에서 배기가스는 확산장치(3')의 날개가 휘어진 방향으로 회전을 하면서 더욱 넓어진 가스 모임통(4)으로 들어가 회전을 하면서 여러 개로 나누어진 다공관(5)으로 회전 하면서 고르게 나누어져 들어가게 된다.

연도확산 장치는 이를 통과하면서 각각의 다공관으로 보내지는 배기가스의 흐름에 회전력을 죽어 다공관(5) 내에서 전기 집진으로 인한 분진 등을 둥근 벽쪽으로 쉽게 붙게 한다는 것이다.

이때, 다공관(5)의 기능 중의 하나인 전기집진(18,20,21)이 이루어 지는데, 전기집진의 방전극(22)은 다공관(5)의 가운데를 길이로 통과하게 하고, 집진극(23)은 다공관(5)자체의 내벽을 사용하고 있다.

전원(10)을 연결하면 방전극에는 플러스, 집진극에는 마이너스의 극이 걸려 이들 사이를 지나는 배기가스의 입자상 물질에 전하를 주어 집진극인 내벽에 집진이 되게 한 것이다.

이렇게 전기집진이 일어나는 밖으로는 본체(6)를 두고, 뒤쪽으로 3-4도 기울어 지게 한 후 아래쪽인 냉매입구(8)쪽으로 냉매를 주입하여 다공관(5) 주위를 통과 시켜 냉각 시키면 이때 다공관 속을 흐르고 있는 배기가스 중의 수증기가 응축현상을 일으켜 다공관의 내벽으로 응축이 되고, 이들이 물이 되어 흘러 내리는 것이다.

바로 이 물이 강한 산성의 응축수로 배기가스의 용해성이 높은 각종 가스상 오염물질이 용해된 것이다.

이렇게 하여 내벽인 집진극(23)에 붙어 있는 집진된 분진의 오염물질을 함께 깨끗이 씻어 내리게 되는 것이다.

이 응축수들이 다시 아래 뒤쪽의 집진 통(14)으로 모이게 되고, 이때 통속에 있는 휠터(14')에 의하여 고체 분은 걸러지고, 액체상 물질은 배기구(19)를 통하여 밖으로 배출되어 수 처리 조로 가게 한 장치이다.

이때, 전기 집진부의 뒤쪽 배기구(12)의 부분이 안쪽으로 튀어 나오게 함은조금이라도 더 고체상의 물질을 걸러 내어 다음 단계인 열 연소부(15)로 못가게 함이다.

응축수에 의하여 씻겨 내려온 물질들은 뒤쪽의 아래쪽(13) 깊은 곳으로 모여 집진 통(14)으로 들어 가게 하였다.

이렇게 하여, 전기 집진부를 통과한 배기가스는 수증기가 포함하고 있던 수용성의 용해된 오염물질 외에도 여러 가지 흡착 되어있던 입자상 물질까지 정화된 후, 다음 단계인 고온의 열 연소로(15,16)로 가게 되는 데, 이때에는 앞에서의 전기 집진 단계에서 발생된 오존을 함께 가지고 가게된다.

열 연소로는 전기에 의한 열 시설이며, 세라믹에 구리의 코팅이나 기타의 촉매에 의하여 열을 내는 것으로 되어 있다.

이 과정에서 일어 나는 중요한 것으로는 함께 들어온 오존으로 여러 가지 오존 산화 반응이 일어나고, 이 오존은 뜨거운 열에 의하여 모두 분해되어 무해한 산소로서 대기로 배출 된다는 것이다.

앞서 진행이 이루어지는 전기 집진부 쪽의 연도는 그 기능에 따라서 뒷부분을 약간(3-4도) 기울여 내려 줌으로 하여, 배기가스의 유속을 느리게 하여 집진률을 높이고, 다공관 속의 응축수도 아래쪽으로(뒷쪽) 쉽게 흐르게 하는 것이다.

반대로 뒷쪽의 열 연소부는 뜨거운 열기가 전기 집진부에 영향이 미치지 않게 하기 위하여 배기구를 약간 위로 올려 주는 것이다.

이상과 같이, 본 고안은 이렇게 하여 기존 정화 장치와는 여러 면에서 비교적 간단한 장치로 시설 면에서나 운영 면에서 경제적으로 되어 있다.

이는 연돌인 굴뚝의 높이가 지금의 높이 몇 백미터라는 것이 필요가 없고, 단지 뜨거운 열에 의한 장해가 없는 높이로 충분하다는 것이다.

또한, 지금까지의 배기가스 정화 장치는 배기가스가 식어 생기는 응축수가 강한 산성의 물인 관계로 각 기관을 부식 시킨다는 이유로 항상 고온으로 유지하기 위하여 다시 재가열 등을 하였으나, 본 고안의 장치로는 필요한 만큼의 열을 모두 활용하고 남은 배기가스의 온도가 낮을 수록 냉매 쪽의 소요비용이 적게 든다는 사실이다.

또한, 미처 정화 되지 못한 채 배출된 오염원을 제거 함에 있어, 이제까지 맹독성 물질로 알려진 다이옥신류의 배출로 중의 하나라고 여겨지는 흡착수증기를 응축 시켜 다이옥신류까지 집진하고 있다는 것이다.

그리고, 바깥 공기와 접촉이 없고 연료를 사용하여 연소 시키는 방법이 아닌 전기로에서의 연소는 전기 집진 장치에서 발생한 오존과 함께 하여 기체상 오염물질을 연소 시켜 화학적으로 안정된 물질로 배출하는 장치이다.

이는 다시 말해, 대기 중의 공기를 태움으로 하여 발생할 수 있는 제2의 오염물질의 배출이 없는 안전한 장치라 하겠다.

이들의 모든 구성을 조립식이나 하나의 키트로 하여 정비나 청소 등을 위하여, 손 쉽게 분해 조립이 가능하게 하여 더욱 경제적으로 하였다.

또한, 각종 소각 시스템의 용량에 맞추어서, 본 고안을 소형화 하여 병렬로 여러 개를 조합하여 운영함으로 하여, 교대로 돌아 가면서 청소, 수리를 함으로 전체적인 시스템의 중단이 없이 부분적인 운영이 가능하여 운영 효율의 극대화를 가질 수 있다 하겠다.

Claims (5)

1. 각종 보일러나 소각장에서 연소 후 배출 되는 배기가스의 굴뚝에 있어서, 배기가스가 대기로 배출되기 바로 직전의 위치에 장착하는 굴뚝의 한 형태로, 배기가스를 원형의 가느다란 스테인레스 재질의 파이프들(다공관, 5)로 분산 배출되게 하고, 이들 파이프들(다공과)은 각각 정 중앙을 관통하는 방진극(22)을 고정하는 절연체의 지지대(24)를 앞뒤로 갖고 다공 관의 바깥 면은 절연 물질로 감싸고 내벽 자체가 집진(23)극으로 한 전기 집진 장치이며, 이 다공관을 외부로 감싸고 있는 굵은 파이프(본체.6)는 바깥으로 보온 덮개(9)를 감싸고 뒤쪽을 3-4도 경사지게 내려 속으로 아래(8)에서 위(7)로 냉매가 흐르게 냉매를 주입하여 다공 관의 각 파이프를 밖으로부터 냉각시켜 이들 다공 관의 속으로 전기집진이 되면서 배기되고 있는 배기가스속에 포함되어 배출되고 있는 수증기가 다공 관의 내벽에 닿아 응축되어 응축 수로되게 하여 전기 집진으로 내벽인 집진극의 표면에 집진된 오염물질 분진을 씻어 내리게 하고, 이 다공관을 통과하면서 수증기가 제거된 배기가스는 전기집진 때 발생된 오존과 함께 다음 굴뚝의 연결부인 고온의 전기로(15)를 거쳐 배출 되면서 미처 제거되지 않은 잔존의 각종 오염물질이 재연소(오존 산화법에 해당)되어 화학적으로 안정된 물질로 되어 배출 되게한 수증기 응집 장치와 열연소장치.
2. 제 1항에 있어서, 이 다공관(5)의 정 중앙을 관통하는 방진극(22)의 앞뒤는 나사 홈을 두고 두껑(25)을 씌워 강도를 조절할 수 있도록 하여 방진극의 흔들림을조절하고, 부식으로 인한 손쉬운 교환이 가능하게 한 수증기 응집장치와 열연소장치.
3. 제 1항에 있어서, 이들 다공관(5)을 관통하는 방진극의 지지대(24)는 세개의 꼭지점을 갖는 별모양으로 하고, 정 가운데에 방진극의 홈을 두고 절연 물질로 된 지지대로 하여 아래와 위로 뚫린 양 옆으로는 배기가스가 통과 할 수 있게 된 수증기 응집장치와 열연소장치.
4. 제 1항에 있어서, 이들 다공관(5)이 강한 산성인 응축수로 인한 부식으로 교환을 쉽게 하기 위하여 다공관의 앞과 뒤를 나사의 홈(26)을 두고 방진극의 지지대(24)로 두껑을 하여 나사로 탈 부착, 조절을 하게 한 수증기 응집장치와 열연소장치.
5. 제 1항에 있어서, 다공관(5)을 통과 하면서 전기집진 시에 발생한 오존을 이용하여 전기로(15)에서의 열연소가 이루어짐에 있어 오존이 함께 산화되어 질소 산화물이나 각종 오염물질이나 다이옥신류까지 정화하게 한 수증기 응집장치와 열연소 장치.