KR20040061708A - 폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 썩지 않는 가연성 고분자 폐기물로서 폐타이어 등의 고무제품 폐기물을 연소가 촉진되고 매연이 발생하지 않도록 처리하고 일정 크기로 절단하고 성형 가공하여 균질화된 폐고무 가공 고형연료를 저공해 대체 에너지 자원으로 활용하여 연소조건을 최적화시킨 소각로에서 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시키며 발생되는 소각열은 보일러 등으로 열교환시켜 재활용하고 연소된 잔류물로서 연소재는 별도로 수집하여 매립 처리하므로서 최종 폐기물이 월등히 감량됨과 동시에 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적인 대체 에너지 장치로서 폐고무를 가공한 고형연료를 사용하는 하향식 연소장치에 관한 것이다.

Description

폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치{Rubber Refuse Derived Fuel Combustion Incinerator}

본 발명은 폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 썩지 않는 가연성 고분자 폐기물로서 폐타이어 등의 고무제품 폐기물을 연소가 촉진되고 매연이 발생하지 않도록 처리하고 일정 크기로 절단하고 성형 가공하여 균질화된 폐고무 가공 고형연료를 저공해 대체 에너지 자원으로 활용하여 연소조건을 최적화시킨 소각로에서 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시키며 발생되는 소각열은 보일러 등으로 열교환시켜 재활용하고 연소된 잔류물로서 연소재는 별도로 수집하여 매립 처리하므로서 최종 폐기물이 월등히 감량됨과 동시에 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적인 대체 에너지 장치로서 폐고무를 가공한 고형연료를 사용하는 하향식 연소장치에 관한 것이다.

자연상태에서는 분해되지 않으므로서 심각한 환경오염을 유발하고 있는 산업폐기물로는 폐합성수지, 폐섬유, 폐고무, 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물이 있으며 고분자 폐기물중에서 폐고무 특히 폐타이어는 교통의 발달과 함께 단일품목으로는 가장 많이 발생하므로서 이의 처리문제가 사회문제화되고 있으나 현재 국내에서는 처리비용에 채산성(경제성)이 없기 때문에 발생량의 약 70% 이상이 매립 또는 방치되고 있어서 2차적인 환경오염을 유발하고 있다.

상기한 폐타이어를 재활용하는 방법으로는 군용진지 구축용으로 원형 그대로 이용하거나, 상태가 양호한 폐타이어를 선별 가공하여 재생타이어로 활용 또는 분말화시켜 재생고무로 가공하여 사용하는 방법, 소각처리하는 방법, 오일이나 가스를 생성시켜 연료로 사용하는 방법 등이 있으나 원형 또는 단순 가공하여 이용하는 방법은 수요 감소로 인한 경제성면에서 문제가 있으며 또한 종래의 방법에 따른 일반적인 소각처리는 대기오염을 발생시키며 연료자원으로서 재활용하는 방법은 고처리 비용 및 열처리효율 등의 요인으로 석유와의 가격 경쟁력을 높이고 환경오염을 극소화시키면서 재활용할 수 있는 연료자원(RDF)화나 고효율의 연소처리 시스템이 유기적으로 결합되어 효과가 복합 시너지화되는 것이 절실히 요구되고 있으며 또한 환경규제가 강화되고 유가가 폭등함에 따라 점차 대체 연료로서 경제성이 높아 지고 있다.

상기한 폐기물 재활용 연료(RDF)는 가공을 통하여 연료로서의 이용 가능성을 향상시킨 폐기물로 정의되는 것으로서, 특히 폐고무제품은 성상을 균일하게 가공 하여야 저장성 및 수송성이 향상되고 연소가 용이하게 되며 소각시 유독가스나 중금속 등의 함유량을 감소시켜 안정되고 균일한 품질을 유지하여 연료효과를 극대화시키는 것이 저공해 대체 에너지 자원으로서의 필요조건이다.

또한 상기한 바와 같이 가공된 폐고무를 가공한 고형연료를 원료원으로 이용하는 연소로(소각로)는 열분해효율이 좋아 완전연소가 이루어져야 하고 유해가스나 중금속이 발생되지 않음은 물론 잔류되는 연소재가 극소화되어 폐기물 발생량이 적고 발생된 연소열을 회수시켜 재활용하므로서 석유에 대비하여 경제성이 좋아질 수 있으며 특히 종래의 소각방법으로서 각각의 특성이 다른 고분자 폐기물 모두를 일괄 투입하여 소각만 실행하므로서 발생되는 불완전연소, 유해가스의 발생, 열분해효율의 저하, 배출되는 소각 폐열의 효율적인 재활용 방법 등의 복합적인 문제점을 해소시켜야 한다.

종래의 일반적인 건류식 소각장치는 고분자물질로서 폐타이어 등의 고무연료를 연소실에서 연소하여 건류화 가스를 생산한 다음 상기 연소실에서 생성된 건류화가스를 재연소하는 구성으로서 소각할 때 덜 타서(약 90%) 탄소가 함유된 연소 잔재물인 검은 재(회분)가 많이 발생되므로서 연소재의 처리가 불편하고, 1차 처리된 연소가스를 재연소할 때 연소공기가 부족하고 완전연소에 필요한 고온을 유지하지 못하며 연소시간이 짧아서 완전 연소가 되지않음에 따라 다이옥신이나 중금속 등의 유해가스나 중금속이 많이 배출되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 가연성 고분자 폐기물로서 폐타이어 등의 고무제품 폐기물을 가공하여 소각성이 향상된 폐고무 가공 고형연료를 에너지원으로 활용하는 연소조건이 최적화된 구조의 전용 소각로로서, 고형 원료와 연소시 발생하는 가스 모두를 완전히 연소시키기 위하여 이송 컨베이어에 의하여 자동으로 호퍼에 공급되고 연속 낙하 투입되는 고무연료를 1300℃ 이상의 고온으로 가열하여 하향의 직접 연소방식으로 연소시키며 미연소가스는 하향 선회 이동시켜 2차, 3차의 다단계로 재연소시키므로서 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 완전 연소시키고 발생되는 무독성, 무공해의 소각열은 열교환시켜 재활용하며 연소된 잔류물인 연소재는 별도로 수집하여 매립 처리하므로서 최종 폐기물이 월등히 감량됨과 동시에 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적인 대체 에너지 장치로서 폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 연소장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 도시한 단면도

도 2는 본 발명의 요부인 2차 연소실과 3차 연소실이 연접되는 열필터 불럭의 연결 구조를 확대하여 도시한 단면도

도 3은 본 발명의 2차 연소실의 열필터 블럭 전체를 일부 절결하여 도시한 사시도

도 4는 본 발명의 2차 연소실을 외관 구성을 도시한 도면

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10:호퍼 11:이송 컨베이어

20:1차연소실 21:벽체

22:점화버너 25:구동 모터

26:로스톨

30:2차연소실 31:열필터블럭

32:공기통로 33:벽체

34:공기분출공 35:연소가스통로

37:송풍기 38:케이스

40:재받이부 41:모터

42:이송 스크류 50:3차연소실

51:측벽 52:연소가스배출구

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 이송 컨베이어(11)에 의하여 자동으로 연속 공급되는 일정한 크기의 폐고무 가공 고형연료를 수집 적재하는 호퍼(10)가 최상부에 형성되어 하부의 1차 연소실(20)과 연통되고, 내구성이 좋은 철재 외벽(21a)의 내측으로는 내열성과 단열성이 좋은 내화재 성형 내벽(21b)으로 견고하게 벽체(21)를 구성하고 벽체(21) 일측면에는 착화를 위한 점화버너(22)를 착설하고 바닥으로는 구동모터(25)에 연동되어 좌우로 요동하는 로스톨(26)을 장착하여 1차 연소실(20)을 구성하여 호퍼(10)에서 낙하되는 고형연료를 고온에서 직접 연소시켜 미연소 가스와 연소 잔재를 2차 연소실(30)로 낙하시키고, 부정형(不定型) 내화재로서 캐스터블로 성형된 사각형의 내벽(33a) 외주로 열반사판 기능의 세라믹 코팅된 철재 외벽(33b)을 관통하고 블럭의 중심을 향하여 45도 각도 하향 경사지게 공기분출공(34)이 일체로 성형된 단위 열필터 블럭(31) 사이로 미연소가스와 잔재가 통과하는 연소가스통로(35)가 형성되게 다수개 수평으로 연설하고, 연설된 격실 공간구조의 열필터 블럭(31) 중앙과 열필터 블럭(31) 외주에 형성된 공기통로(32)가 송풍기(37)와 연통되어 압력 손실이 적고 하향 흡인력이 큰 고속의 회류공기를 공급하여 지속적이며 폭발적인 연소가 되게끔 에어자켓이 형성된 2차 연소실(30)을 1차연소실(20) 하부에 결합하여 1차 연소실(20)에서 불완전 연소된 연소가스를 흡인 재연소하여 완전 연소하게 하며, 2차 연소실(30) 하부에는 연소재를 회수하는 재받이부(40)가 모터(41)로 구동되는 이송 스크류(42)에 연결되고, 연소 가스는 3차 연소실(50)의 측벽(51)에 형성된 가스 분사공(51a)에서 측방으로 분사 배출되는 고온의 가열 가스로 최종적으로 연소되어 연소가스 배출구(52)로 선회 배출되는 구성이다.

또한 상기한 열필터 블럭(31)의 경사진 공기분출공(34) 중 3차 연소실(50)과 연접하여 측단에 위치하는 열필터 블럭(31) 일측의 공기분출공(34)은 측방으로 분사되어 3차 연소실(50)로 유입되게 수평으로 형성하므로서 2차연소실(30)에서 발생되는 고온의 연소가스 중 일부를 3차 연소실(50)에서 재활용한다.

본 발명의 특징은 고분자화합물인 폐고무 가공 고형연료를 사용하여 1차 연소실(20)에서 하향의 직접 연소방식으로 연소시키고 불완전 연소된 연소가스는 2차 연소실(30)에서 흡입한 다음, 2차 연소실 단위 열필터 블럭(31) 사이에 형성된 다수개의 연소가스통로(35)로 미연소 가스가 통과할 때 송풍기(22)에 의하여 공기통로(32)에 연속공급되는 공기가 회류하여 열필터 블럭(31) 외주로 에어 자켓(air jacket)의 공기 단열층을 형성하여 고온을 유지하고 중심부로는 공기가 하향 경사진 다수개의 공기분출공(34)으로 침투하여 미연소 가스와 잔재를 빠르고 고르게 혼합하여 폭발적으로 연소시키는 하향 감압 조건의 완전 연소구조로 공기의 충분한 공급으로 공기와 연소가스의 혼합과 배출을 촉진시키고 강한 압력으로 하방으로 밀어줌과 동시에 다중구조로 연소가스 통과시간을 충분히 제공하여 용적당 연소체류시간을 극대화시키므로서 완전 연소를 촉진시키고 최종적으로 3차 연소실에서 마무리 연소를 수행하므로서 연소가스가 다단계로 완전연소되어 무공해, 무독성의 연소가스가 발생되고 연소열은 대체 에너지로 재활용할 수 있게 하고 잔류되는 연소재는 극소화시키는데 있다.

이하 구체적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴본다.

연소하기 적당하게 가공된 소정 크기의 폐고무 가공 고형연료는 이송 컨베이어(11)에 의하여 자동으로 호퍼(10)에 연속 공급 적재되고 1차 연소실(20)과 연결된 슬라이드식 도어로 개폐되는 연료투입구(12)로 자중으로 낙하 공급되는 것으로서 연료투입구는 연소실의 측면 벽체에 설치할 수 있다.

1차 연소실(20)은 내구성과 내식성이 좋은 스테인레스 강철재로 된 외벽(21a)과 내열성과 단열성이 우수한 내화재의 내벽(21b)으로 견고하게 벽체(21)를 형성하며, 벽체(21) 측면에는 고형연료를 점화시키는 점화버너(22)를 측설하고 바닥으로는 정역회전하는 구동 모터(25)에 연동하여 좌우로 요동되는 로스톨(26)을 장착하여 폐고무류 가공 고형연료를 로스톨(26)상에서 안치시킨 후 점화버너(22) 점화하여 고온에서 직소식으로 연소시키며 열분해된 연소가스와 연소잔회는 로스톨(26)에 형성된 다수개의 구멍(26a) 사이를 통과하여 2차 연소실(30)로 낙하 배출되는 것으로서 1차 연소실(20)은 별도의 공기 공급 없이 연소에 필요한 자연적인 이론 공기만을 존재시킨다.

본 발명에 있어서 연소방식은 화염 열분해 방식의 직화식으로서 고형연료가 1200-1300 ℃ 이상의 고온에서 연소시켜 완전히 용융되게한다.

2차 연소실(30)의 내벽은 열에 의한 부식과 변형이 되지 않도록 부정형(不定型) 내화재인 캐스터블로 성형하여 공기통로(32)가 중앙에 위치하는 중공의 사각 함체 형상의 내화블럭으로 단위 열필터 블럭(31)을 형성하되 열기와 하중을 이겨내도록 강도와 인장력을 보강하여 견고하게 굳히기 위하여 중간에 스테인레스로 된 골재 망(와이어 메시)(미도시함)을 내입하고 사방 측면에 일정 간격으로 엇갈려서 배열되게 45도 각도로 하향 경사지게 다수개의 구멍을 천공한 다음 건조하며(약 3-4일), 건조된 내화재 내벽(33a) 주위로 공기 분출공(34)이 천공된 세라믹 코팅의 강철재 철판으로 외벽(33b)을 형성하고, 이러한 구멍 뚫린 블럭벽돌 형상의 단위 열필터블럭(31)를 용접방법으로 각 열필터 블럭(31)의 세라믹 코팅된 외벽(33b) 사이로 가스와 잔재가 통과하는 열유통로서 연소가스통로(35)가 형성되게 다수개 수평으로 연설하고, 연설된 다수개의 열필터 블럭(31)을 내통으로 하는 금속재 케이스(38)를 덮어 씌워서 연설된 격실 공간구조의 열필터 블럭(31)의 공기 통로(32)와 외주로 공기가 순환되게 케이스(38)에 형성된 송풍기 연결구(37a)로 연통되는 송풍기(37)로 공기를 공급하는 에어자켓이 형성되는 2차 연소실(30)을 형성하는 것으로서 이렇게 하므로서 고열의 공기를 효율적으로 유도한다.

이때 상기한 내화재로 된 열필터 블럭(31)은 안정성이 좋고 화염에 오래 견디며 파손의 우려가 적은 것으로서, 내통을 외통과 결합하기 용이하게 하기 위하여 하나의 부정형 내화재로 단위 열필터 블럭(31)을 성형할 때 앵커가 결합되는 소정 부위에 결합홈을 먼저 형성하고 앵커가 결합된 부위는 접착 내화재로 메꾸는 것으로서 철재 공기주입관(미도시함)을 공기분출공(34)에 천설하므로서 막히지 않으며 제조 생산성이 좋고 유지보수가 용이하게 하는 것이 바람직하다.

또한 2차 연소실(30)의 연소반응을 설명하면, 1차 연소실(20)에서 불완전 연소된 화염상태의 고온 연소가스가 흡인됨과 동시에 송풍기(22)에서 열필터블럭(31)의 공기통로(32)로 강하게 불어 넣은 고속의 공기가 유입되며 유입된 공기는 열필터 블럭(31) 외주와 철재 케이스(38) 사이에 공기 단열층을 형성하고 에어자켓으로서 공기가 선회하여 연소가스가 항상 고온을 유지하게 하며, 이어서 열필터블럭(31)의 공기통로(32)로 유입되는 공기는 다수개의 하향 경사진 공기 분출공(34)을 통하여 열필터블럭(31)의 내벽(33a) 안쪽으로 골고루 분산 유입 회류되어 연소가스와 뒤섞여 재연소되고 충분한 공기공급에 의한 강한 압력에 의하여 불꽃 화염으로 뒤섞인 연소가스를 하부로 밀어서 배출되게하며, 또한 연소가스 중 일부는 3차 연소실(50)과 연접하여 측단에 위치하는 열필터 블럭(31) 일측의 수평 공기분출공(34)과 3차 연소실(50)의 측벽에 형성된 다수개의 가스 분사공(51a)을 통하여 3차 연소실(50)로 분사되는 것으로서,이렇게 다수개의 내화블럭으로 결합된 다중 연소구조로 연소가스 통과시간이 극대화되므로서 완전연소가 촉진되어 무공해, 무독성의 연소가스가 배출되며 연소잔회는 재받이부(40)에 구비되어 모터(41)로 구동되는 이송스크류(42)에 의하여 연속 이송된다. 이때 내화재로 된 내벽(33a)를 둘러싸서 일체로 형성되며 지르콘과 티타늄 계열의 세라믹이 코팅된 철판 외벽(33b)은 가열되어 원적외선 복사열를 방사하므로서 고온 집중상태에서 열전도성이 좋지 않은 고무 제품연료의 연소효율을 높이는 열반사체의 역할을 하면서도 1500℃이상의 고온에서도 견딜 수 있는 것으로서 소각효율이 극대화된 폐고무류 가공 고형연료의 특성에 맞춰 2차 연소실(30)에서 고압의 공기를 분사하고 열반사체에 의하여 연소가 촉진되어 저공해로 완전 연소시킬 수 있다.

또한 상기와 같이 2단계로 연소된 연소가스는 하향으로 유인되고 선회되며 연소가스 배출구가 위치하는 3차 연소실(50)을 통과할 때 3차 연소실(50)과 연접하는 2차 연소실(30) 일측단의 단위 열필터 블럭(31)에서 발생하는 고온으로 가열된 연소가스 중 일부는 3차 연소실(50)의 가스 분사공(51a)를 통하여 측방으로 분사되고 유입되는 미연소 불꽃덩어리가 포함된 연소가스를 최종적으로 재연소시켜 다단계의 완전연소로 중금속 등의 유해물질이 없는 가스를 외부로 배출시키므로서 보일러(60) 등에서 열교환하여 대체 에너지로 재활용되며 잔류재는 재받이부(40)에서 수거되어 이송 스크류(42)에 의하여 배출된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 본 발명은 썩지 않는 가연성 고분자 폐기물로서 폐타이어 등의 고무제품 폐기물 재생 고형연료를 저공해 대체 에너지 자원으로 활용하여 연소조건을 최적화시킨 소각로에서 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계직접 연소방식으로 완전 연소시키며 발생되는 소각열은 열교환시켜 보일러 등에서 재활용하며 연소된 잔류물로서 연소재는 별도로 수집하여 매립 처리하므로서 최종 폐기물이 월등히 감량됨과 동시에 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적이며 석유에 비하여 경제적인 대체 에너지를 생산하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 폐고무 가공연료를 시용하는 연소장치에 있어서,

   이송 컨베이어(11)에 의하여 자동으로 연속 공급되는 일정한 크기의 폐고무 가공 고형연료를 수집 적재하는 호퍼(10)가 최상부에 형성되어 하부의 1차 연소실(20)과 연통되고, 내구성이 좋은 철재 외벽(21a)의 내측으로는 내열성과 단열성이 좋은 내화재 성형 내벽(21b)으로 견고하게 벽체(21)를 구성하고 벽체(21) 일측면에는 착화를 위한 점화버너(22)를 착설하고 바닥으로는 구동모터(25)에 연동되어 좌우로 요동하는 로스톨(26)을 장착하여 1차 연소실(20)을 구성하여 호퍼(10)에서 낙하되는 고형연료를 고온에서 직접 연소시켜 미연소 가스와 연소 잔재를 2차 연소실(30)로 낙하시키고, 부정형(不定型) 내화재로서 캐스터블로 성형된 사각형의 내벽(33a) 외주로 열반사판 기능의 세라믹 코팅된 철재 외벽(33b)을 관통하고 블럭의 중심을 향하여 45도 각도 하향 경사지게 공기분출공(34)이 일체로 성형된 단위 열필터 블럭(31) 사이로 미연소가스와 잔재가 통과하는 연소가스통로(35)가 형성되게 다수개 수평으로 연설하고, 연설된 격실 공간구조의 열필터 블럭(31) 중앙과 열필터 블럭(31) 외주에 형성된 공기통로(32)가 송풍기(37)와 연통되어 압력 손실이 적고 하향 흡인력이 큰 고속의 회류공기를 공급하여 지속적이며 폭발적인 연소가 되게끔 에어자켓이 형성된 2차 연소실(30)을 1차연소실(20) 하부에 결합하여 1차 연소실(20)에서 불완전 연소된 연소가스를 흡인 재연소하여 완전 연소하게 하며, 2차 연소실(30) 하부에는 연소재를 회수하는 재받이부(40)가 모터(41)로 구동되는 이송 스크류(42)에 연결되고, 연소 가스는 3차 연소실(50)의 측벽(51)에 형성된 가스 분사공(51a)에서 측방으로 분사 배출되는 고온의 가열 가스로 최종적으로 연소되어 연소가스 배출구(52)로 선회 배출되게 함을 특징으로 하는 폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치
2. 제 1항에 있어서, 열필터 블럭(31)의 경사진 공기분출공(34) 중 3차 연소실(50)과 연접하여 측단에 위치하는 열필터 블럭(31) 일측의 공기분출공(34)은 측방으로 분사되어 3차 연소실(50)로 유입되게 수평으로 형성하므로서 2차연소실(30)에서 발생되는 고온의 연소가스 중 일부를 3차 연소실(50)에서 재활용하게 함을 특징으로 하는 폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치