KR200374881Y1 - 염공조절과 이중벽구조의 연소부를 갖는 매립가스소각기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 쓰레기 매립장에서 발생하는 매립가스를 소각하기 위한 적화식 연소방식을 채택한 매립가스간이소각기에 대한 것으로,

역화현상에 의한 소화와 강한 바람에 의한 소화를 제어하는 특징을 가지고 있다.

Description

염공조절과 이중벽구조의 연소부를 갖는 매립가스소각기{Landfill gas flare stack with the various flame holes and the double layer head}

본 고안은 쓰레기 매립장에서 발생하여 포집된 가스를 적화식 연소방법에 의하여 소각하는 기술로서 환경공학의 매립분야, 대기분야 그리고 가스의 연소공학 분야에 속하는 기술이다.

연소실 구조와 관련한 종래의 기술로는 개방형 연소실을 갖는 소각기와 단일벽 구조의 연소실을 갖는 간이소각기가 있다. 그리고 염공을 조절하는 기능을 갖은 간이소각기는 찾아볼 없다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 강한 바람에 의한 불꽃의 소화제어와 역화에 의한 소화제어이다.

매립가스간이소각기는 각각 용량범위를 갖는다. 용량이 결정되는 데 큰 영향을 주는 것은 매립가스소각기의 주배관이다. 그것은 매립가스 주배관의 끝단을 염공으로 이용하기 때문이다.

포집과 이송은 자연적인 힘(가스발생에 따른 차압과 농도에 따른 확산)과 기계 강제 흡입에 의해 이루어지는 두 가지 방법이 있으나 저장설비, 유량조정장치, 압력조정장치 등 가스의 연소를 조절하기 위한 장치가 마련되어 있지 않은 연소이기 때문에 매립가스간이소각기는 염공의 크기를 결정하는 주배관에 따라 용량이 결정된다.

간이소각기의 용량이 주배관에 따라 결정되는 공학적 근거는 가스의 연소공학에서 찾아볼 수 있다.

매립가스를 태우는 이유는 악취물질의 소각과 유해물질의 소각 그리고 메탄가스의 소각에 있다. 매립가스를 소각하는 데는 추가적인 연료가 가해지지 않아도 되는 데, 그 이유는 자체 내에 가연성가스인 메탄가스를 가지고 있기 때문이다.

매립가스간이소각기는 추가적인 연료의 공급 없이 자체 내에 포함되어 있는 메탄가스를 이용하여 매립가스를 소각하는 장치이다. 그래서 매립가스간이소각기는 메탄가스의 연소조건 및 연소범위에서 본래의 기능을 수행한다.

메탄가스는 공기 중에서 연소범위 상한(15%)와 하한(5%)의 범위 내에서 발열연소를 한다. 이것은 가스의 연소에 필요한 산소량의 공급·혼합과 공기 중에서 가연성가스의 농도에 영향을 받는다는 것을 의미하는 것이다.

매립가스에는 불연성가스가 포함되어 있기 때문에 메탄의 연소는 순수한 메탄가스 보다 까다로운 조건에 놓이게 된다. 그리고 연소부가 실내가 아니 외부에 노출되어 있기 때문에 자연의 영향을 받게 된다. 자연의 영향중에는 바람의 영향이 가장 크다.

매립가스간이소각기는 매립가스 자체 내의 가연성 가스인 메탄가스를 연료로 하여 매립가스를 소각하는 장치로서 상한과 하한의 소각처리용량을 가지며 실외에 노출 시공되기 때문에 바람의 영향을 받는다.

노출형 연소부를 갖는 매립가스간이소각기는 소각용량 상한과 하한 부근에서 바람의 영향을 받아 불꽃이 소화되기 쉽다. 즉 소각용량의 범위 상한과 하한에서 바람에 의한 처리용량의 손실이 있다. 이것을 극복하는 방법으로 연소부에 바람을 차단할 수 있는 벽 구조의 연소실을 갖는 매립가스간이소각기에 제안이 되었다. 그러나 바람의 영향을 제어하기 위해 고안된 커다란 벽구조의 연소실은 산소와 가연성 가스가 적당히 혼합되는 것을 방해한다.(그리고 잦은 이동을 필요로 하는 매립장에서 거대해진 연소부 때문에 이동성에 제한을 받는 경우가 많다.) 충분하지 않은 산소의 공급과 혼합을 위한 개량된 방법으로 예혼합연소방식을 채택하고 있는 간이소각기도 있으나 거대해진 연소실의 크기 때문에 이동에 제한이 많다.

본 고안의 첫 번째 달성목표는 이중벽 구조의 연소실을 갖는 간이소각기를 통해 바람의 영향제어와 산소의 충분한 혼합 그리고 이동성 부여하는 데 있다.

이중벽구조의 연소부는 외부연소부(1), 내부연소부(12), 공기흡입구(13)을 특지으로 한다. 외부연소부(1) 하단은 개방형으로 하단부에서 유입된 공기는 내부연소부(12)벽에 제공된 공기유입구(13)을 통해서 내부연소실에서 매립가스와 혼합이 된다. 혼합된 가스는 제공된 점화원에 의해 점화되어 매립가스를 소각하는 구조이다.

내부연소실(12)에서 소각되지 않고 남은 가스는 외부연소실(1) 내에서 소각이 되며 외부연소실 내에서 소각하고 남은 가스는 외부 연소실 밖에서 연소된다.

바람은 외부연소실(1)에서 1차적으로 제어하고 내부연소실(12)에서 2차적으로 제어하는 형식이다. 바람은 외부연소실 안으로 들어오면서 소용돌이를 형성하면서 난류를 형성하며 다시 내부연소실(12)의 벽과 공기흡입구(13)에 의해 난류의 강도가 약해지거나 층류화 되어 내부 연소실에 공급된다.

외부연소실(1)의 높이를 낮게 하여 공기의 유입 및 혼합을 증가시키고 공기 유입구(13)를 갖는 내부연소부(12)를 두어 강한 바람에도 내부연소실(12)에는 층류 또는 약한 난류를 형성하여 안정적인 연소유지를 목적으로 하고 있다.

본 고안의 두 번째 달성목표는 공급되는 매립가스량이 줄어들 때 이에 대처하기 위한 방법으로 염공을 조절하여 역화에 의한 소화를 제어하고자 하는 것이다.

매립가스간이소각기는 매립층 내에서 발생한 가스를 저장탱크, 압력조정기,정압기 등 공급되는 가스를 일정하게 유지시켜주는 장치가 없다. 때로 송풍장치가 배관에 설치되기도 하나 매립층에서 발생하는 가스량 이상의 가스를 송풍하지 못한다. 이것은 가연성 가스인 메탄가스를 추가적으로 이송할 수 없다는 것을 의미한다.

매립층에서 발생하는 매립가스는 매립층의 틈과 포집관을 통해서 소각기에 이르게 된다. 소각기의 설치는 소각처리 되는 최대공급량가스량을 기준으로 설계가 된다. 쓰레기에서 발생하는 가스는 매립이 시작되면 수개월 후부터 활발히 발생하여 약2년을 최고점으로 해서 서서히 줄어든다.

일반적으로 연소장치는 공급되는 가스의 양을 조절하거나 공급되는 공기의 양을 조절하여 불꽃의 세기를 조절한다. 그러나 매립가스간이소각기는 매립층 내에서 공급되는 가스를 인위적으로 조작하기가 어렵다. 그러한 이유로는 저장설비 등을 갖지 않는다는 것과 발생량을 인위적으로 늘리기거나 줄이기가 어렵다는 것 등을 이유로 들 수 있다.

이러한 매립가스간이소각기는 매립가스소각기의 설치수량 및 용량의 선택은 매립가스간이소각기로 공급되는 최대매립가스공급량을 기준으로 설치가 된다.

최대매립가스공급량을 기준으로 설치된 매립가스간이소각기는 시간이 경과하면서 포집이송량의 감소로 역화현상에 시달리게 되는 데, 이러한 현상의 원인은 쓰레기분해과정의 가스발생량 감소와 포집불량을 들 수 있다.

매립가스간이소각기에 공급되는 가스량이 적어지게 되면 불꽃이 염공을 타고 주배관(7)으로 거꾸로 타고 들어가는 역화현상이 일어나게 된다. 역화현상은 원인은 궁극적으로 염공의 유효단면적에 비해 가스유량이 적게 될 경우에 생기는 현상이다. 역화가 심해지면 공기의 공급이 충분하지 않아 불완전연소의 원인이 되며, 소화의 원인이 되기도 한다. 불완전연소 및 소화는 매립가스를 소각하는 목적에서 벗어나게 한다.

역화에 의한 불완전연소 및 소화를 제어하기 위해서 내부연소실(12)에 염공조절기(14)를 제공하여 염공의 유효단면적을 줄여서 불꽃의 역화현상에 의한 불완전한 연소 및 소화를 제어하고자 하는 것이 본 고안이 이루고자하는 두 번째 기술적 과제이다.

염공조절기(14)는 기존에 염공으로 사용되는 주배관(7)의 끝단에 설치하게 되는 데, 분출구의 유효단면적을 줄여주는 결과를 갖는다.

염공조절기(14)와 내부연소실(12)는 밀착되는 구조로 되어있어야 하며, 장착은 내부연소실(12)에 염공조절기(14)를 올려놓는 구조로도 충분한 효과를 얻도록 한다. 염공조절기(14)의 상부측 유효단면적은 주배관(7)의 끝단 유효단면적 보다 작은 구조로 되어있어야 하며, 설치시 염공조절기(14)의 상부가 내부연소실(12)의 공기흡입구(13)보다 아래 있는 구조로 한다.

매립가스공급량이 줄어들어 역화현상에 시달리지 않기 위해 유효단면적이 작은 염공조절기(14)를 제공하는 방법으로 불완전한 연소와 소화현상을 제어하고자 하는 것이다.

1 : 외부연소실

2 : 불꽃하강방지판

3 : 지지용 와이어

4 : 차단밸브

5 : 역화방지기

6 : 포집관

7 : 소각기주배관

8 : 샘플채취밸브

9 : 지지용 말뚝

10 : 지지용 판

11 : 외부연소실 고정판

12 : 내부연소실

13 : 공기흡입구

14 : 염공조절기

본 고안의 매립가스간이소각기는 매립가스공급관(6)위에 플랜지접합으로 이루어지는 장치이다. 안전장치로는 차단밸브(4), 역화방지기(5), 불꽃하강방지판(2), 전도방지하기위한 장치(지지용 말뚝(9), 지지용 와이어(3), 지지용 플레이트(10))가 있다. 매립가스를 채취하여 분석할 경우 샘플채취가 용이하도록 샘플채취밸브(8)를 두고 있다. 연소부는 외부연소실(1)와 내부연소실(12)로 되어 있으며 내부연소실(12)에는 산소의 공급을 위한 공기흡입구(13), 외부연소실 고정을 위한 고정판(11)과 염공을 조절하기 위한 염공조절기(14)가 있다. 그리고 소각기주배관(7)으로 구성이 된다.

공급관(6)으로 공급된 매립가스는 역화방지기를 거쳐 주배관(7)을 타고 연소부에 이르게 되어 연소부에서 소각처리가 된다. 갑작스러운 포집불량 등의 공급량이 갑작스럽게 줄어들어 역화가 일어날 경우, 역화방지기는 역화되는 불꽃을 소화시키는 작용을 하여, 더 이상 불꽃이 배관을 타고 쓰레기층 방향으로 가는 것을 막는다. 연소부에 공급된 매립가스는 공기공급구(13)을 통해 공급된 공기와 혼합되어 연소가 되며 남는 가스는 외부연소실(1)에서 소각된다. 외부연소실(1)에서 연소가 되지 않은 가스는 연소부 위에서 소각된다. 연소실 상부에서 하부로 유입되는 바람의 영향으로 불꽃이 소각기의 하부방향으로 향하는 경우가 있는데, 이런 이유로 쓰레기나 잔목, 잡풀 등에 불이 붙는 것을 방지하기 위해 불꽃하강방지판(2)을 연소실 하부에 위치하도록 하였다.

1) 바람에 의한 소화현상 제어.

2) 충분한 공기의 공급에 따른 완전연소 유도.

3) 연소부의 크기 최소화에 따른 이동성 부여.

4) 염공조절에 의한 역화방지로 불완전한 연소 및 소화의 제어.

Claims (2)

1. 매립가스를 소각하기 위한 매립가스간이소각기로서 외부의 바람영향으로 소화되는 것을 제어하고 짧은 연소기 높이에 의한 충분한 공기의 공급으로 완전한 연소를 유도하고 작은 연소부로 이동이 용이한 것을 달성하기 위한 것으로

   위와 아래가 개방되어 있는 외부연소실(1)과 내부연소실(12), 공기흡입구(13) 및 외부연소실(1)을 고정하기 위한 외부연소실 고정판(11)이 있는 이중벽구조의 연소실을 갖는 매립가스간이소각기.
2. 매립가스의 공급량 감소로 일어나는 역화현상의 결과로 불완전한 연소와 불꽃의 소화가 일어나는 불완전한 소각 요인을 제거하기 위해

   주배관(7) 끝단에 염공의 유효단면적을 줄여주는 염공조절기(14)가 제공되는 매립가스간이소각기.