KR200360939Y1 - 쓰레기를 활용하는 소각로 겸용 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 쓰레기를 연료로 하는 소각로 겸용 보일러에 관한 것으로

정부는 쓰레기 종량제를 채택하여 쓰레기를 돈을 주고 버리게 함으로써

농어촌 지역이나 도시 일부지역에서는 드럼통을 개조한 쓰레기 소각통을

집집마다 하나씩 설치하여 쓰레기를 소각하고 있는 실정이며 이 와중에

일부 소규모 보일러 제작사들이 아무런 환경보호 대책없이 드럼통과 같은

모양에 온수나 난방 기능을 부여한 쓰레기를 태우는 보일러를 제작하여

판매하고 있어 환경오염을 부채질하고 있다. 해서 본 고안은 우리의 생활

주변에서 쉽게 얻어지는 가연성 쓰레기와 폐목 그리고 기존의 가스나 기름을

연료로 하는 소각로 겸용 보일러를 제공키 위한 것으로 생활속에서 버려지는

가연성 쓰레기나 목재를 높은 열효율과 완전연소를 통하여 소각함으로서

환경오염을 방지하면서 필요한 난방과 온수를 제공하며 심야에나

긴급시에는 일반보일러로 자동전환하여 가동함으로 사용상의 편의성과

에너지를 효과적으로 활용 할 수 있도록 하는 쓰레기를 활용하는 소각로

겸용 보일러를 제공한다.

Description

쓰레기를 활용하는 소각로 겸용 보일러 {WASTE RECYCLE INCINERATOR COMBINE BOILER}

현재 쓰레기는 소각로에서 주로 태우며 보일러에서는 쓰레기를 직접

태우는 경우는 없다. 이는 보일러에서는 쓰레기의 형성의 다양화에 따른

공기비의 제어 방법이 없고 물기를 머금은 쓰레기의 경우에는 건조와 동시에

소각이 실시되어야 하므로 쓰레기를 태우기 위하여 적절한 공기비와 연료가

공급되어도 완전연소를 실현하기가 불가능하므로 같은 연료를 쓸 경우

기름을 직접 연소하는 기름 보일러를 가동하는 것이 오히려 경제와 환경적인

측면에서 더 유리하기 때문이다. 반면에 소각로의 경우는 쓰레기를 태우는 것이

설비의 목적이므로 형성의 다양화나 물기를 머금은 쓰레기 소각을 위하여

많은 기름이나 가스를 공급하더라도 1차연소실에서는 무조건 쓰레기를

태우는 데 초점을 맞추고 이에 따른 불완전 연소가스는 2차 연소실에서

다시 연소시킴으로 환경오염에 대비한다. 이 2차연소의 경우는 1차연소에서

발생한 가연성 가스를 연소하여 열로 환원하기 위한 전단의 장치로서 연료를

추가하지 않고 연소를 진행할 수도 있으나 1차연소에서 발생하는 가연성

가스의 열량이 낮아 쓰레기 소각에서 발생하는 다이옥신의 결합이 가능한

온도인 800℃ 이하에서 2차 연소를 진행하는 경우가 빈번했고 이로인해

소각로 주변에서 발생하는 다이옥신이 사회적 문제로 대두되면서 정부는

법으로 2차 연소실의 배가스 체류 시간을 2초이상 유지하면서 배출가스

온도를 다이옥신이 분해되는 850℃ 이상을 유지하도록 규제를 강화하는

추세인데 문제는 2차에서 연소된 850℃ 이상의 폐가스를 열교환기를

통하여 발전용 보일러나 공장내 유틸리티 증기용으로 사용하면서 배출가스

온도가 급격히 떨어지면 분해된 다이옥신 성분이 재결합하는 디노보 현상이

발생한다. 이 디노보 현상은 250℃~ 500℃ 에서 가장 활발하게 발생되는데

이를 해소하기 위하여 냉매를 통한 급격한 냉각법이나 기타 촉매를 통한

흡착법 등 많은 방법이 동원되고 있고 여기에 공해방지 설비인 집진기나

여과기까지 붙어 대규모의 소각로가 구성되는데 이를 갖추지 못한 중소형

소각로는 환경단체나 지방자치 행정기관에 의하여 빠른 속도로 폐쇄되고 있다.

반대로 보일러의 경우는 배출되는 폐가스 온도가 평균이 1200℃ 정도이고

워낙 높은 열이 배출되므로 1600℃ 이상을 넘지 못하도록 규제를하는 실정인데

이는 보일러의 연료가 열량이 높은데다 연도가 짧아 충분한 열교환이 진행

되기도 전에 배출되는 특성때문이다. 종합해 보면 소각로는 배출가스 온도가

낮아서 더 높이도록 규제를 하고 있고 보일러는 너무 높아서 일정한 온도를

벗어나지 못하도록 규제를 당하고 있는데 다이옥신의 규제 온도인 800℃를

초과하는 가스를 배출하는 보일러의 장점과 1차 연소에서발생하는 불완전

연소가스를 2차 연소실에서 완전연소하는 소각로의 장점을 활용하면서

일반 서민들이 바라는 쓰레기를 태우기 위하여 기름을 쓰지 않고 쓰레기

자체로도 훌륭한 열원으로 활용하여 난방비 절감에 도움이 되는 보일러가

절실히 요구된다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로 쓰레기

완전연소를 위하여 소각로의 구조를 활용한 1차연소실과 2차연소실을 형성하고

1차연소실에서 쓰레기를 소각하고 이를 2차연소실에서 가스나 기름보일러로

재연소하면 배출가스는 완전 연소화하여 오염물질의 배출을 막을 수 있으며

또 2차연소실은 보일러의 특성을 그대로 유지함으로 배출가스 온도를 1200℃

이상의 높은 온도를 유지할 수 있어 다이옥신 분해 온도인 850℃ 이상이

되도록 한다. 여기에 쓰레기 소각을 위하여 별도의 연료를 쓰지 않고 2차

연소실에서 배출되는 배가스를 1차연소실에 주입하여 쓰레기에 자연건조와

동시에 소각이 진행되는 열분해 소각 방식으로 소각을 진행하면 초기 착화시

어려운 문제점과 쓰레기 미건조에 따른 문제점을 함께 해결 할 수 있어

특별한 추가 에너지의 소모없이 쓰레기 소각을 할 수 있어 소각된 쓰레기를

통한 에너지의 회수와 쓰레기 발생량을 획기적으로 줄일 수 있어 국가적으로

크게 이익이 될 수 있다.

본 고안은 보일러와 소각로의 장점을 취하고 단점을 배제하면서 쓰레기를

배가스 순환방식을 활용하여 소각함으로 순수한 열원으로 활용하게 하여

자원을 재활용하면서 환경의 오염을 방지할 수 있는 쓰레기를 활용하는

소각로 겸용 보일러를 제공코자 한다.

도1은 본 발명에 따른 쓰레기 재활용 보일러의 사시도

도2는 본 발명에 따른 쓰레기 재활용 보일러의 측면도

도3은 도1에 따른 보일러의 연도에 설치된 수밀필터의 사시도

도4는 도3에 따른 수밀필터의 측면도

도5는 도3에 따른 수밀필터의 평면도

도6은 수밀필터 사이에 설치되는 중간배관

< 도면의 주요 부분에 대한 설명 >

10 ----- 보일러 20 ----- 송풍모터

30 ----- 급수관 32 ----- 배관밸브

34 ----- 배수관 36 ----- 집수통

45 ----- 연돌 47 ----- 연돌내관

50 ----- 주연도 51 ------ T분기관

52 ----- 1차연도 54 ----- 연결연도

55 ----- 2차연도 59 ----- 댐퍼

60 ----- 수밀필터 62 ----- 배출구

64 ----- 필터외벽 66 ----- 필터커버

68 ------ 커버서포트 69 ----- 중간배관

70 ------폐열회수관 79 ------ 폐열배송관

80 ------ 연돌외관 82 ------ 급기관

90 ----- 송풍실 100 ----- 폐열배송실

110 ---- 1차연소실 130 ------ 2차연소실

150 ----- 제어반

상기의 목적을 달성하기 위해 본 고안을 첨부된 도면에 의하여 좀 더

자세히 설명하면 도1내지 도2에서 도시된 바와 같이 보일러의 본체(10)는

쓰레기나 목재 등을 연소하는 1차연소실(110)과 기름이나 가스등을

연소하는 2차 연소실(130)로 구성되는데 두 연소실은 하나의 연결연도(54)로

연결되도록 구성되어 있다. 이 연도의 구성을 좀 더 세부적으로

살펴보면 1차연소실(110)은 두개의 연도로 구성되는바 1차연도(52)와

연결연도(54) 이다. 연결연도(54)는 1차연소실(110)과 2차연소실(130)의 연결

역할을 한다.

1차연도(52)는 1차연소실(110)과 주연도(50)에 직접연결되어 있으나

가운데 댐퍼(59)가 있어 필요에 따라서는 개폐되어 1차 연소실(110)에서

발생한 폐가스가 연결연도(54)를 통하여 2차연소실(130)로 유입되거나

1차연도(52)를 통하여 막바로 주연도(50)로 배출되도록 구성되어 있다.

1차연도(52)와 연결연도(54)는 외부돌출형 구조로 돌출 연도의 상부에

위치한 커버를 열면 연도 청소가 용이하게 구성된다.

또 2차연소실(130)의 연도(55)는 하향식으로 구성되어 1차 연소개스의

연소실 체류 시간을 늘려준다. 이 2차연도(55)는 주연도(50)와

연결되고 이 주연도(50)는 수밀필터(60)와 연결되기전에 T분기관(51)으로

분기하여 폐열회수관(70)과 연결된다

이 폐열회수관(70)은 송풍모터(20)와 연결된 송풍실(90)을 거쳐

폐열배송관(79)과 연결되고 이관은 1차연소실(110) 하부에 위치하는

폐열배송실(100)로 연결된다.

보일러의 상부에 부착되어 송풍모터(20)에 의하여 가동되는 송풍실(90)은

여러개의 실로 구성되는데 주연도(50)로 부터 폐가스를 회수하여 연돌(45)로

내보내는 실과 폐열회수관(70)으로부터 폐가스를 회수하여 폐열배송관(79)로

보내는 실과 연돌내관(47)과 연돌외관(80) 사이에서 데워진 공기를 흡입하여

급기관(82)으로 보내주는 실 등으로 구성되는데 각각의 흡입력과 출력은

송풍모터(20) 1개로 가동되게 되어 있어도 베인의 개수와 각도를 통하여

각각의 원하는 출력을 얻을 수 있다.

또 주연도(50) 와 연결된 T분기관(51)의 상부는 수밀필터(60)를 거쳐

연돌(45)로 이어는데 도3에 도식된 바와 같이 수밀필터(60)는

중간배관(69)이 받치고 있는데 배출구(62)가 좌측이나 우측에 위치하도록

구성되어 상하부가 번갈아 좌우로 물 배출구가 형성되어

상부의 맑은 물은 하부의 배출구(62)로 곧바로 빠지지 않고 하부물과

섞여서 나가도록 좌우로 위치하도록 구성되며 현장의 형편에 따라 개수

조정이 가능하다

또 이 수밀필터(60)는 하부로부터 상승하는 가스가 곧바로 위로 올라가지

못하게 필터커버(66)가 덮여 있고 이 필터커버(66)은 여러 개의 기둥으로

받쳐진 커버서포트(68)에 의하여 바닥보다는 높은 일정한 높이를 갖으며

원형의 필터외벽(64)은 배출구(62)보다 높은 위치를 유지한다.

도4에 의하여 작동의 원리를 설명하면 급수관(30)으로부터 유입된 물은

항상 배출구(62)의 만큼의 높이를 유지하는데 이는 배출구의 가운데가 구멍이

뚫여 있어 일정량 이상의 물은 넘쳐 밑으로 흘러 나가기 때문이다. 이때

외벽(64)은 배출구(62)보다 높아 급격하게 유입되어 배출구(62)로 빠져 나가지

못하는 물이 유출되는 것을 막아주며 필터커버(66)의 끝부분은

배출구(62)보다 낮은 곳에 위치하여 있으므로 하부의 가스는 반드시

필터커버(66)와 배출구(62)의 높이차 d만큼의 물의 두께를 통과하여

상부로 이동하게 된다. 이 과정에서 폐가스 속에 함유하고 있던 스컴이나

강산성 성분은 상부로 갈수록 물에 녹아 없어지거나 얕아져서 마지막에는

오염도가 없는 폐열만 대기로 배출되고 수밀필터(60) 상부의

오염도가 낮은 물은 하부로 흘러내려 점점 강한 오염성분이 형성되면서

종국에는 가장 오염도가 심한 배출수가 배수관(34)을 통하여 보일러

내부나 외부에 존재하는 집수통(36)에 포집되거나 배관을 통하여 정해진

장소로 이동된다

연돌(45)은 폐가스를 배출하는 연돌내관(47)과 공기를 빨아들이는

연돌외관(80)의 이중구조로 형성되는데 이 연돌외관(80)은 송풍실(90)을 거쳐

급기관(82)으로 연결된후 폐열배송관(79)으로 연결되거나 도식되지 않은 2차

연소실(130)의 급기관에 연결된다.

보일러 상부의 설치된 송풍실(90)은 1대의 모터를 활용하여 각실에

설치된 베인의 개수와 각도의 변화를 통하여 속도와 송풍량 조절이 가능

토록 구성되며 주연도(50)내의 배가스를 일부는 회수하여 배송하거나

일부는 곧바로 배출한다 또 이중으로 구성된 연돌(45)의 외관(80)과

연결되어 가열되어 유입되는 공기를 1차연소실(110)이나 2차연소실(130)로

배송하는 다중송풍방식으로 운용되며 평소에 보일러 내부를 음압으로 유지시켜

불길을 항상 내부로 끌여들여 주변 쓰레기나 목재에 불길이 옮겨 붙는 것을

방지한다.

이하 본 고안을 연소에 따라 보다 상세히 설명한다

보일러의 가동을 위해서는 우선 수밀필터(60)에 물이 차 있어야

연소가스중에 배출되는 검댕이류와 강산성 성분을 걸러 낼수있는 바

급수관(30)의 배관밸브(32)를 개방하여 최상부의 수밀필터(60)를 충진하고

넘치는 물은 배출구(62)를 통하여 아랫단 수밀필터(60)로

내려간다 이렇게 연쇄반응을 일으키면서 최하부의 수밀필터(60)를

거치면 배수관(34)을 거쳐 집수통(36)으로 포집되도록 배관밸브(32)를

적당히 개방하여 지속적으로 물을 공급하도록 조건을 맞춘 상태에서

2차연소실(130)을 가동하면 연소가스는 2차연도(55)를 따라

주연도(50)로 거쳐 T분기관(51)에서 송풍모터(20)에 의하여 일부는

수밀필터(60)를 거쳐 연돌(45)를 통하여 대기로 배출되고 일부는 폐열

회수관(70)으로 유도되어 송풍실(90)에서 폐열배송관(79)을 거쳐

1차연소실(110)의 하부에 위치한 폐열배송실(100)에서 1차연소실(110)로

배송되어 진다. 이때의 폐열은 온도가 1200 ℃ 이상의

고온의 기체로 1차연소실(110)에 있는 쓰레기나 폐목은 건조와 동시에

소각이 진행되며 이때 공기량을 적정 공기량의 30 % ~ 50% 정도만

공급하는 열분해 소각방식을 채택하여 냄새와 녹스 발생을 줄일 수

있고 부족한 공기로 인해 1차 연소시에 발생하는 폐가스는

2차연소실(130)에서 완전연소함으로 환경오염을 막을 수있다.

농촌지역에서는 쓰레기 뿐만아니고 폐목을 소각하여 운용함으로

기름을 절약하는 경우가 대부분인데 폐목의 경우는 쓰레기보다는 오염

물질의 배출이 적어 1차연소로만 운전하는 경우가 대부분인데

동절기 주위 온도가 낮거나 폐목에 습도가 높으면 쉽게 착화가 이루어지지

않아 많은 불편을 초래했다 본 고안은 이런 문제를 해결하기 위하여

먼저 2차연소실(130)을 일정시간 가동하여 회수되는 폐열로

1차연소실(110) 내부를 가열하여 연소분위기가 만들어지면

폐목을 삽입하여 충분한 건조와 소각이 이루어지도록 하는데

이때까지는 1차연소실(110)의 폐가스는 2차연소실(130)을 통하여 완전

연소하여 배출되므로 건조나 초기 연소과정의 짙은 농도의 폐가스에 대한

오염 가능성은 적다. 그러나 일정시간 가동으로 연소 조건이 충만하면

제어반(150)을 통하여 1차연도(52)의 댐퍼(59)를 열어 2차연도(55)를

막으면서 1차연도(52)를 개방하여 1차연소실(110)의 폐가스를

주연도(50)를 통하여 바로 배출되고 이때 2차연소실(130)의 연료주입은

중단되고 2차연소실 연소를 위하여 유입되던 공기량을 필요한 만큼 가감하여

지속적으로 유입되도록 구성되어 이 공기는 2차연소실을 가득채우면

연결연도(54)를 통하여 1차연소실(110)로 보내어져 1차연소실(110)에서

발생하는 폐가스 성분이 더 이상 유입되지 않아 그을음에 의한

1차연도(54)의 막힘을 방지 할 수 있을 뿐만 아니라 초기에 열분해

연소로 낮은 공기량만으로 연소하던 연소실에 충분한 공기량 공급으로

연소가 진행토록하여 1차연소에서 완전연소가 가능하며 일정시간 가동후

제어반(150)은 배출가스의 온도를 측정하여 2차연소실(130)의 가동을

중단함으로 잔여 목재를 느린속도의 완전 연소를 이룰 수 있다.

또 심야에나 필요에 따라 2차연소실(130)의 기름보일러 단독으로만

운전이 가능하며 배가스순환 방식의 적용으로 상부의 송풍모터(20)가

보일러 가동중에는 항상 상부로 폐열을 뽑아 올리므로 내부는 음압이

형성되어 불길이 밖으로 번지지를 않아 보일러 주변에 산재한 쓰레기에

옮겨 붙을 염려가 없다.

모든 가연성 쓰레기나 목재를 열원으로 환경오염 없이 재활용 할 수

있다면 정부는 쓰레기 매립에 따른 환경 오염 문제를 해결할 수 있고

개인은 쓰레기량의 축소에 따른 부담절감과 쓰레기를 소각함으로서

얻을 수 있는 에너지의 활용으로 국가적으로 이익이 될 수 있다.

그러나 이 모든 조건들은 쓰레기를 소각하기 위하여 또 다른 에너지를

소모하지 않아야 한다는 전제와 완벽한 환경오염이 이루어진다는 조건을

만족해야 하는데 현재까지는 이러한 기능을 가진 소각로나 보일러는

없다. 본 고안은 이러한 두가지의 문제점을 동시에 해결하여 쓰레기

배출량을 줄임과 동시에 에너지로 활용하게 함으로 개인의 자발적인

보일러 설치를 유도하여 국가적인 문제로 대두한 닌비현상에 따른

소각로 설치장소 부재와 매립에 따른 환경오염을 예방 할 수 있다.

Claims (3)

1차연소실과 2차연소실이 각각 존재하여 연결된 연도를 가지는 구조를

갖는 보일러에서 1차연소실은 연도가 2개 있어 2차연소실과 연결된 연도와

배출 연돌측과 직접 연결되는 연도로 구성되며 이 배출 연돌과 연결되는

연도에는 댐퍼가 달려 있어 평소에는 1차연소실 측으로 닫혀서 운전되나

필요시에 댐퍼를 열면 이 댐퍼가 2차연소실의 연도를 막도록 구성되어

1차연소실의 배가스가 2차연소실을 통하거나 막바로 배출되도록 운전되며

댐퍼가 2차연소실을 막아서 운전할 때 필요에 따라서 2차연소실은

연료를 주입하지 않고 공기만 주입하여 이 공기가 1차연소실로 유입되면서

1차연소실의 공기량 조절이 가능토록 구성된 쓰레기를 활용하는

소각로 겸용 보일러

한대의 모터로 구성된 송풍실에서 베인의 개수와 각도의 변화를 통하여

연도내의 폐가스가 일부는 회수하거나 배출이 가능하며 각각의

연소실에 연소에 필요한 공기의 주입이 가능토록 구성된 한대의 모터로

다중 송풍이 가능토록 구성되는 쓰레기를 활용하는 소각로 겸용 보일러

두개의 연소실을 가진 보일러에서 한개의 보일러실은 완벽한 기름

보일러나 가스보일러 등의 기능을 갖고 있어 언제든지 단독 운전이

가능하며 여기에서 배출되는 배개스의 일부를 이용하여 다른 보일러실에

연소를 이용할 수 있는 구조에서 이 배출되는 가스는 배출연돌의 배관이

이중으로 구성되어 내부는 배가스 배출이 가능하고 외부관은 유입되는

공기가 데워져서 급기가 가능토록 구성되며 두개의 보일러실에서 나오는

오염물질을 수밀필터를 활용하여 오염물을 제거하는 굴뚝 구조를 가진

쓰레기를 활용하는 소각로 겸용 보일러