KR20040075369A - 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법 및혼합 액체 - Google Patents

Abstract

적용전 검토 항목 171, 적용전 전제 조건 항목 172, 및 적용 검토 항목 173을 검토하여 그 후 적용 후 운용 항목 174 및 적용 후 확인 항목 175를 실시하는 것으로 다이옥신이 발생하는 환경을 배제해 나가므로, 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리에 있어 다이옥신의 발생을 방지할 수 있다.

Description

산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법 및 혼합 액체{Method of Incinerating Waste Liquid Utilizing Industrial Combustion Equipment, and Mixed Liquid}

종래부터 공장 등의 산업 활동을 실시하는 장소에서는 생성물의 부산물로서 폐액 등이 발생한다. 폐액은 주로 폐기물 소각 설비 등에서 소각처분 되는 것이 일반적이지만 그 정의, 처리 방법, 처리 설비 등을 설명한다. 또 본 발명에 의해 폐액을 연소 처분할 때에 이용하는 산업용 연소 설비나 그 구성, 거기에 사용되고 있는 여러가지 장치나 기술 등 또는 다이옥신류나 그 외의 공해 성분에 대한 개개의 대응에 대해서도 이하에 기술한다.

〔폐액〕

우선 폐액이란 주로 공장 등의 생산 설비나 의료·연구기관 등의 산업 활동에 수반해 부생되는 부생물이며, 그 중에 포함되는 열 에너지적 가치를 연료로 환산했을 경우의 대가가 연료와 동등 이상의 가치로서 판매 할 수 없는 물질이며, 소각, 매립해 배수 처리 등 일반적으로 폐기물 처리를 실시하는데 있어서 유효한 수단으로 처분하는 것이 가장 합리적인 처리 방법인 물질 중, 특히 그 최종 처리 형태가 액체인 것을 나타낸다.

그리고, 그 폐액은 무기계의 산·염기·염류 등을 포함한 무기계 폐액과 유기계산·염기·유기 화합물 등을 포함한 유기계 폐액으로 분류된다. 여기서, 무기계 폐액은 중화 침전 등의 처리에 의해 비교적 용이하게 정화되기 때문에, 환경에 대해서 큰 장해는 되기 어렵다.

그렇지만 유기계 폐액의 경우, 농도가 낮은 경우에는 생물처리 방법에 의해 정화 가능한 경우도 있지만, 농도가 높은 폐액이나 생물처리에 적합하지 않는 성분이 함유된 경우, 처리가 곤란하다.

유기계 폐액은 한층 더 친수성 물과 임의로 서로 섞이는 것과 친유성 기름과 임의로 서로 섞이는 에멀젼성 물과 기름이 유화 상태가 된 것의 3 종류로 대별되어 친수성의 것은 특히 폐수, 친유성의 것은 폐유 등이라고도 불리고 있다.

다음은 종래의 폐액의 처리 방법에 대해 개략의 설명을 실시한다. 공장에 있어서의 폐기물은 주로 산업 폐기물로서 산업 폐기물 처리 업자에게 인계되어 산업 폐기물 업자가 매립해 증발건고, 소각로에 의한 소각 등의 방법에 의해 처분되고 있다. 또 일부 시설에 있어서는 자사가 소각로를 가져 소각처분을 실시하고 있다.

또 폐액과는 약간 다르지만, 식물 등의 셀룰로오스나 당분 등을 원료로 한조제 알코올등도 본 기술의 적용으로, 산업용 연소 설비의 대폭적인 변경을 수반하지 않고, 안전하게 한편 합리적으로 열 자원으로서 이용 할 수 있으므로 본 명세서중에서는 같은 뜻으로 파악해도 문제없다.

또 에멀젼용 물이란 통상은 수돗물, 공업용수, 지하수, 하천수, 빗물 등과 같이 통상의 에멀젼 연료용의 물로서 이용되는 물이며, 그 함유 성분이나 pH 혹은 산화 환원 전위 등에 따라서는 폐액과 같은 문제를 파생하기 때문에, 본 발명에서 동시에 그러한 적용의 여러 문제를 해결할 수 있다고 생각한다.

〔폐액 소각로〕

폐액을 처분하는 폐기물 소각로는 특히 폐액 소각로로 불리고 있다. 폐액 소각로는 원칙적으로 자연성을 가지는 연료를 분무하는 주버너를 가져 이 주버너가 로 내의 온도 유지 및 연소성을 가지는 폐액에 관해서는 불씨로서의 작용을 겸한다. 폐액은 이 주버너에 의한 연소를 하고 있는 로 내에 안개상태로 분무된다. 이 때, 연소성을 가지는 것은 2차적인 화염을 형성해 연소성을 가지지 않는 폐액에 관해서는 수분이 증발한 후 산화 반응에 의해 유기물류가 열분해가 된다. 근년의 다이옥신 규제의 강화에 수반해 이전에는 단지 폐액을 증발시키는 정도의 로 온도 유지를 실시하는 형식이 많았지만, 현재는 로 온도 유지기준이 강화되고 800℃이상의 연소로 온도를 유지하는 것이 의무화되고 있다.

〔산업용 연소 설비〕

산업용 연소 설비란, 연소 반응에 수반하는 열에너지를 어떠한 목적으로 산업용 에너지로서 이용하는 설비의 총칭이다. 주로, 연소실의 압력 및 연속 연소나 간헐 연소인가에 의해 분류된다.

[대기압 근방의 압력의 연소실을 가지는 산업용 연소 설비]

주로 송풍기로 불리는 송풍 수단에 의해 대기압 전후부터 0.01 MPa 전후의 로 내압으로 연소를 실시하게 하는 연소 설비로 주로 그 열에너지를 열로서 이용하는 설비이다. 원칙적으로 모두 연속 연소의 운전 형태를 가진다.

(보일러)

물, 열매유등의 열매를 가열하여 제조 프로세스에서 그 열매에 의한 간접 가열을 이용하는 것이다. 증기 보일러, 온수 보일러, 열매 보일러 등이 있다. 또, 흡수식 냉동기 등도 이 분류에 들어간다.

(공업용로)

제품에 직접 열에너지를 주는 일에 의해 제품의 가공을 실시하는 것으로 상기 열매에 의한 간접 과열에서는 온도가 낮은 경우에 이용된다. 소성로, 용해로, 건조로, 가열로 등이 있다.

[대기압의 2배 이상의 압력의 연소실을 가지는 산업용 연소 설비]

주로 컴프레서나 피스톤으로 불리는 압축기에 의해 공기를 압축해 대기압의 수배이상의 로 내압으로 연소를 실시하게 하는 연소 설비로 주로 그 열에너지 중그 기체가 가지는 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 일을 목적으로 하는 것이다.

(가스터빈 기관)

연속 연소를 하는 것이 특징으로 터빈으로 불리는 풍차를 고압 배기가스가 가지는 운동 에너지로 회전시키는 일에 의해, 발전을 실시하거나 기계적 에너지를 이용한다. 일반적으로 그 배기가스를 폐열 보일러로 불리는 열매를 이용하는 설비로 열 회수해, 시스템 전체의 열효율을 올리는 것이 많다.

(디젤 기관)

간헐 연소를 하는 것이 특징으로 피스톤에 의해 수 MPa까지 가압된 고온의 압축 공기 중에 연료를 분사하는 것에 의해 스스로 연소되어 그 연소열에 의한 기체의 팽창 에너지에 의해 피스톤을 눌러 내려 기계적 에너지를 얻는 것이다. 연료로부터 기계적 에너지를 낳는 변환 효율은 우수하지만, 실린더나 피스톤을 냉각할 필요가 있기 때문에 시스템 전체의 열효율은 가스터빈 기관에 비해 떨어진다.

(직분가솔린 기관)

간헐 연소하는 것이 특징으로 디젤 엔진과 같게 압축 공기 중에 분사하지만 원칙적으로 분사한 연료는 스스로 연소되는 것은 없고, 점화 플러그로 불리는 불씨에 의해 열 반응이 생기는 것이다.

근래에는 연비 개선이나 저 NOx 대책을 위해 연료와 공기와의 혼합 방법이나 분사 타이밍, 점화 타이밍의 조정에 의해 확산 연소는 아니고, 예혼합 연소에 가까운 이론으로 연소시키는 경향이 강하다.

[열에너지의 요구량에 대해 연소 부하가 변화하는 산업용 연소 설비]

증기 보일러에 있어서는 프로세스에서의 증기 요구량에 수반하는 증기압 변화, 온수 보일러나 열매보일러에 있어서는 프로세스에서의 열소비에 대한 온수 또는 열매의 온도 변화에 의해 연소량이 변화 또는 자동적으로 정지하는 일을 나타내어 열에너지의 이용 형태가 전력인 경우에는 프로세스로 요구되는 전력에 대해 연소량이 변화 또는 정지하는 일을 나타낸다. 또 각종 공업용로에 있어서는 가열 대상이 되는 제품이나 로내 분위기 온도 등에 대해 연소량을 컨트롤 혹은 정지시키는 것이다.

(보일러의 구성 예)

도 24는 소·중 용량의 비례 제어식 보일러의 연소 수단에의 액체 연료 공급 라인 회전의 구성 예이다. 또 도 25는 대용량 보일러에 많은 복수의 버너를 가진 보일러용의 연료 공급 라인의 구성 예이다.

버너가 한 개인지 복수인지의 차이는 있지만 연료 펌프 2로 가압된 연료가, 연료 유량 조정 밸브 4에 의해 유량 컨트롤 되는 일을 특징으로 해 그 컨트롤 신호는 보일러의 증기압력 신호이며, 송풍기 46의 송풍량의 컨트롤을 실시하는 댐퍼 47의 개방도 컨트롤과 연동하고 있는 것이 특징이다.

소·중 용량 보일러에 있어서는 연료 유량 조정 밸브와 댐퍼의 개방도 컨트롤은 캠 기구 등을 통해서 기계식에 연결되고 있는 경우가 많지만, 대용량 보일러에 대해서는 캐스케이드(cascade) 제어로 불리는 PID 회로와 그 엑츄얼레이터에 의해 전기적 혹은 공기압 등으로 컨트롤 되는 것이 보통이다.

송풍기의 라인은 도 25에서는 도 24와도 같기 때문에 생략하였다.

(소성로의 구성 예)

도 26은 공업로 중 소성로의 액체 연료 공급 라인의 구성 예이다. 송풍기에 의한 송풍은 소성대상물이 위로부터 투입되어 소성이 끝난 것이 하부에서 배출되기 때문에 소성이 종료한 제품을 냉각하기 위해 하부 송풍구로부터 공급된다. 그러나 버너일부에도 화염을 형성시키기 위한 송풍이 필요하기 때문에, 분기 된 송풍 덕트가 연소 수단에 배치된다.

각 연소 수단의 연료 조정 밸브와 댐퍼는 연소량에 대해 최적 송풍량이 되도록 제어되지만 보일러와 달리 연소 수단과 연료 조정 밸브 및 댐퍼가 하나의 연소실에 대해서 독립하고 있는 것이 특징이다.

공업용로의 특징의 하나는 연소를 거의 대기압과 거의 동등한가, 약간 마이너스가 되는 정도의 비교적 느긋한 연소실내에서 실시하게 해 화염 혹은 연소 가스를 직접 제품의 가열이나 건조 등의 용도에 이용하는 일이다.

또 하나는 연소량의 제어 대상이 증기압과 같이 연소량의 전체량으로서 파악 할 수 있는 제어 대상이 아닌 것이 많기 때문에 도 26과 같이 화염 또는 연소 가스에 의해 가열되고 있는 부분의 온도 컨트롤을 개별적으로 실시할 필요가 있는 것이 많은 점이다.

공업용로라고 해도 여러가지 종류가 있지만, 원칙적으로 액체 연료를 사용하는 연소 수단을 가져 상기 특성을 갖추어 주로 온도를 제어 대상으로 해 연소량의컨트롤이나 ON/OFF를 실시하는 것이 본 발명의 대상이 되는 설비이다.

(가스터빈의 구성 예)

도 27은 액체 연소 수단을 가지는 가스터빈 발전기의 구성 예이다. 가스터빈 기관에서는 컴프레서 211에 의해, 공기를 5~15배 정도로 압축해 연소실 18에 압축 공기를 보냄과 동시에 연소실 주위를 냉각한다.

컴프레서에서의 압축은 이론상은 단열 압축이기 때문에 300~600℃전후의 온도를 가진 고압 공기가 되고 있기 때문에 연소를 실시하기 위해서는 매우 양호한 조건이 되고 있다. 연료 펌프 2에 의해 가압된 연료는 연료 유량 조정 밸브 4를 경유해 버너 9로 분무되어 방금 전의 고압 고온 공기 하에서 연소한다. 연소와 함께 연소실의 압력을 유지하면서 온도 상승에 수반하는 연소 가스의 체적이 팽창하기 때문에 이 에너지를 터빈 212를 회전시키는 에너지로 변환한다.

터빈의 회전 에너지는 주축으로 전달되어 전술의 컴프레서의 구동력을 낳음과 동시에 발전기 213에 의해 전력으로 변환된다. 발전량에 대해 토르크가 변동하면 주축의 속도가 변화하려고 하므로, 전술의 연료 유량 조정 밸브의 연소량을 컨트롤 해 연소량을 조정하는 일에 의해 회전수를 조정하여 전력 조정을 실시하는 방법이 일반적이다.

(디젤 엔진의 구성 예)

도 28은 디젤 엔진의 연료계의 구성 예이다. 연료 펌프 2에 의해 가압된 연료는 분사 펌프 218을 경유해 연료 압력 조정 밸브 3으로 압력 컨트롤 되어 다시 연료 펌프로 돌아온다고 하는 순환 회로를 형성하고 있다.

디젤 엔진은 실린더 220과 피스톤 221이 형성하는 공간 용적의 변화에 의해, 공기를 압축해 그 압축 공기 내에, 크랭크 샤프트 222의 회전수에 연료 캠 216에 의해 왕복 운동이 주어져 펌프 작용을 실시하는 분사 펌프 218의 고압 연료를 분사 밸브 219에 의해, 연료를 분사하는 일에 의해 연소 에너지를 크랭크샤프트를 통해서 운동 에너지로서 외부에 출력한다.

본 구성 예에서는 해당 운동 에너지를 이용해, 발전기 213에 대해 전력을 공급하는 시스템이다. 발전 부하가 변화 하면 토르크가 변동한다. 동일 연소량에 대해서는 그 변화는 회전수의 변동이 되어 나타나기 때문에 회전수를 일정하게 유지할 필요가 있다. 회전수를 일정하게 하려면, 본 도에서는 생략 하고 있지만, 가브너로 불리는 조속장치가 있어 이것이 로커 암 217을 통해서 컨트롤 락을 조작한다. 컨트롤 락은 분사 펌프내의 플렌져축과 연동한 컨트롤 피니언을 회전시킨다.

분사 펌프의 플렌져에는 리드로 불리는 도랑이 있어, 이 리드와 분사 펌프의 실린더에 열린 구멍과의 상대 위치에 의해 연료 내보내는 양을 컨트롤 해 토르크 발생량과 발전 부하를 밸런스 시키는 것이다.

그 외 이동용 설비와 같이 직접 컨트롤 락을 조작하여 회전 속도를 변경시키는 것 같은 제어 방법도 있지만 본 도에 나타낸 연료계에는 차이는 없다.

〔액체 연료〕

통상은 원유 혹은 원유로부터 분리 정제 된 가솔린, 등유, 경유, 중유 등을 나타내지만 천연가스나 석탄 혹은 생물 유래의 유지나 당질로부터 합성되는 각종액체 연료도 본 기술로 사용할 수 있다.

〔연소 수단〕

일반적으로는 버너로 불리고 액체 연소를 연소실에 안개상태로 분무하여 연소시키는 분무 장치를 나타내지만 그러한 연소를 유지하기 위해 스와라, 밧훌, 버너 콘 등으로 불리는 보염 장치나 공기의 흐름이나 선회를 컨트롤 하여 화염 형상을 조정하는 에어 레지스터 장치나 2차, 3차 공기구등도 연소 수단의 일부를 구성한다.

[버너]

(증기 분무 버너)

· 내부 혼합식

도 29가 내부 혼합식 버너의 개념도이다.

· 중간 혼합식

도 11이 중간 혼합식 버너의 개념도이다.

· 외부 혼합식

도 30이 외부 혼합식 버너의 개념도이다.

또, 증기 분무식 버너는 컴프레서에 의해 가압된 고압 공기(증기압력과 동등한 압력을 가진다)에서도 분무 가능하다.

(로터리 버너)

도 31이 로터리 버너의 개념도이다.

(역 압력 분무식 버너)

도 32가 역 압력 분무식 버너의 개념도이다.

보일러 등에서도 사용되는 것 외에 가스터빈등도 이 형식을 채용하는 경우가 있다.

(압력 분무식 버너)

연료유의 압력에 의해 버너 노즐 선단부에 와류를 일으키게 해 유막을 형성시키면서 분무시키는 일에 의해 미세한 분무 입자를 가지는 중공 패턴의 분무 형태가 되는 형식의 버너이다.

압력을 저하시키면 분무 입자 지름이나 분무 패턴이 큰 폭으로 변화하기 때문에 연소량을 바꾸려면 원칙적으로 연소하는 버너 개수를 변경할 필요가 있다.

(저압 분무 버너)

송풍기에 의해 얻을 수 있는 정도의 저압의 공기압에 의해 분무를 실시하는 일을 할 수 있는 버너로, 각종 공업용로 등에 채용예가 많다.

(연료 분사 밸브)

기본적으로 디젤 엔진용이지만 가스터빈 등의 경우에 연소 개수를 가변하는 일에 의해 연소량 제어를 실시하는 경우에 대해 고온의 열에 의해 연료가 카본화하지 않는 모양, 혹은 고압의 가스가 연료계로 돌아오지 않게 하기 위해 디젤 엔진용 분사 밸브와 같은 구조에 의해, 노즐분구와 연료계를 차단하는 구조를 가지므로 양자 모두 연료 분사 밸브라고 호칭한다.

기본적으로는 연료유압의 상승에 수반해 분구가 열린 밸브구조를 가진 분무 노즐로 디젤 엔진의 경우에는 다분구 노즐 형식을 가지는 것이 많지만, 가스터빈에서는 기본 구성은 압력 분무식 버너와 같다.

전자 제어화 된 연료 분사계에 대해서는 연료 분사 밸브 자체에 솔레노이드 구조를 가져 솔레노이드 신호의 ON·OFF에 의해 밸브의 개폐를 실시하여 개폐 타이밍이나 분사 갯수의 제어를 실시하는 것도 있다.

[보염 장치]

밧후르프레이트, 버너 콘 등 형상에 맞추어 다양한 호칭이 있지만 기본적으로는 버너 분무대 부근에 부압역을 마련해 연소한 화염의 일부가 돌아오는 것을 이용해 안정된 화염대를 형성하기 위해 필요하다.

[공기 혼합 장치]

주로 에어 레지스터라고 불려 연료유 방울과 공기의 혼합을 촉진시킴과 동시에 화염 형상을 정돈하고 연소실과의 매칭이 좋은 화염 형성을 실시하는 것이다.

상기 버너 중 증기 분무식·역 압력 분무식·압력 분무식 버너 등으로 사용되어 연소량에 맞추어 선회날개의 각도를 바꾸거나 일차 공기와 2차 공기의 비율을 바꾸거나 할 수 있는 것 같은 구조의 것과 고정식의 것이 있다.

[턴 다운비]

턴 다운비란 비례 제어식 연소 설비의 연소 가능한 최저 연소량과 최대 연소량의 비이다. 가장 적은 것은 압력 분무식 버너로 1： 2 정도가 한계이다. 가장 큰 것은 증기 분무 버너로 버너 자체로서는 1：10 정도까지 입자 지름의 증대를 부르는 것이 적게 연소 가능하다.

그러나 보염 장치나 공기 혼합 장치 등의 성능도 있어 실제의 설비에 있어서의 턴 다운비는 설비마다 다른 경우가 많다.

〔연료·액체 이송 수단〕

본 발명에서 사용되는 연료나 폐액은 액체 이송 수단으로 불리는 방법으로 이송된다.

[낙차]

액체의 질량을 이용하는 것이다.

[용적식 펌프]

동력을 사용해 닫힌 공간 용적의 압축 신장을 실시해 유체의 흡인 및 토출을 실시하는 것이다.

(기어식 펌프)

회전식 펌프이며, 기어로부터 구성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

(베인식 펌프)

회전식 펌프이며, 베인으로 불리는 가동판과 편심 한 원통내에 형성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

(루트식 펌프)

회전식 펌프이며, 설날 장식 형상의 루트로 불리는 2조의 요소로 형성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

(플렌져식 펌프)

왕복동펌프이며, 피스톤과 실린더로 형성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

(다이어프램식 펌프)

왕복동펌프이며, 고무나 얇은 금속판의 탄성변형에 의해 형성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

(나사식 펌프)

나사 형상을 가지는 로터와 거기에 대응한 스테이트 형식에 의해 아이라라로 불리는 부나사부에 의해 형성되는 닫힌 공간을 이용하는 것이다.

[비용적식 펌프]

원심력이나 날개에 발생하는 추진력, 혹은 유체의 마찰력 등을 이용한 이송수단으로 그 외의 물의 전자력을 응용해도 원리적으로는 펌프를 구성할 수 있다.

(원심식 펌프)

액체에 가해지는 원심력을 이용하는 것이며, 단단 및 다단의 터빈 펌프 등이 있다.

(축류 펌프)

프로펠라에 가해지는 추진력을 이용하는 것이며, 단단축류 펌프, 다단 축류 펌프 등이 있다.

(마찰 펌프)

액체의 마찰력을 이용해 유속을 발생시키는 것을 이용하는 펌프로, 급격하게 방향을 바꾸었을 때에 생기는 충격력도 이용해 단단으로 보다 고압의 토출압을 가지는 것도 있다.

캐스케이드(cascade) 펌프, 웨스코펌프 등.

〔유량 제어 수단〕

본 발명에 대해서는 유체의 유량을 제어하기 위해 이용하는 수단이다.

[유량 제어 밸브]

밸브의 CV치로 불리는 계수치를 허용 설정 범위 내에서 임의로 변경하는 일에 의해 소정의 유량을 통과시키는 일을 특징으로 하는 밸브이다. 일반적으로는 글로브 방식으로 불리는 밸브가 많지만 볼 밸브와 같은 형상을 가진 것도 있다.

이 방식은 점도가 낮은 유체에 유효하지만 일반적으로는 유량 검지 수단이나 압력 검출 수단에 의해, 피드백 제어를 실시하지 않으면 정밀한 컨트롤을 할 수 없다.

[펌프의 회전수제어]

상기 용적식 펌프의 회전수를 변경하는 일에 의해 액체의 이송을 실시하면서 유량 제어도 동시에 실시할 수 있는 제어 방법이다. 왕복동펌프도 캠 등에 의해 회전을 왕복 운동에 변환 할 수 있는 펌프는 본제어 방법을 이용할 수 있다.

이 방식은 비교적 점도가 높고, 윤활성의 높은 액체에 유리하다.

내부 리크가 적은 형식의 펌프를 선정하면 오픈루프(압력이나 유량에 의한 피드백이 없는 제어)에서도 충분한 정밀도를 나타낸다. 또, 정밀도는 떨어지지만 비용적식 펌프에서도, 회전수제어에 대해 유량 컨트롤은 가능하다. 그러나 압력 변동이 적은 용도로 한정되어 정밀한 제어에는 피드백 제어를 필요로 한다.

[펄스 펌프에 의한 펄스수제어]

상기 용적식 펌프 중 주로 왕복동 펌프에 이용되어 전자력을 넣거나 끊음으로써 발생하는 왕복동 에너지를 펌프의 구동력으로 하는 일에 의해 전자력을 넣거나 끊음을 제어하는 펄스열을 보내는 일에 의해 액체의 이송과 유량 제어를 동시에 실시 할 수 있는 제어이다.

일반적으로 맥동을 발생하기 위해, 주입량이 연료량에 대해서 적은 경우나 주입점이 연료 유량 조정 밸브의 일차 측에서 맥동이 버너에 영향을 주지 않는 경우에 한정해 사용해야 한다.

〔유량 검지 수단〕

일반적으로는 유량계로 불리는 센서를 나타내는 것이 많고 다음과 같은 종류의 유량계가 알려져 있지만 그 외 액체가 흐르고 있는 양이 정량적으로 파악 할 수 있는 것이면 유량 검지 수단으로서 이용할 수 있다.

[체적식 유량계]

오바르기야, 로터리 피스톤, 루트 등의 폐공간의 압축 신장을 이용해 유체의 통과량을 정확하게 계측 하는 것이다.

[차압식 유량계]

오리피스를 통과할 때의 유체 저항에 의해 발생하는 차압을 계측 해 유량계측을 실시하는 것이다.

[소용돌이식 유량계]

삼각기둥의 하류 측에 발생하는 카르만소용돌이의 주파수를 계측 하는 일에 의해 유량계측을 실시하는 것이다.

[전자 유량계]

물과 같이 전도성을 가지는 유체가 자속을 통과할 때에 발생하는 기전력을 계측 하여 유량계측을 실시하는 것이다.

[질량 유량계]

코리올리력을 이용해 센서를 통과하는 질량 유량을 계측 하는 일에 의해 유량계측을 실시하는 것이다.

[터빈 유량계]

수차나 프로펠러의 원리를 이용해 수류에 대해 변화하는 회전수로부터 유량계측을 실시하는 것이다.

〔비례 연산 수단〕

비례 연산 수단이란, 입력량(PV)에 대해서 미리 정해진 비율=설정치(SV)에 대한 출력량(MV)이 정해져 있는 제어계에 대해 PV의 변화에 대해 MV를 설정된 SV에 대응하는 변화를 시키기 위한 연산을 실시하는 것이고, PID 연산법은 오래전에 알려져 있는 일반적인 것이다.

[PID 연산기]

PID 연산의 원리는 PV=SV의 경우에는 MV=50%의 출력이 되어 P로 불리는 비례대의 상한에 있어 정비례의 경우에는 MV=100%, 역비례의 경우에는 MV=0%가 되어, 하한에 대해서는 그 역이 되는 P제어를 원칙으로 하고 있다.

그러나 이 P제어만으로 오프셋(offset)으로 불리는 오차, 즉 MV=50%이외의 범위에 대해서는 PV와 SV가 일치하지 않는 현상을 해소할 수 없다. 거기서, I로 불리는 적분 연산이 필요한 것이다.

적분 연산은 PV＜＞SV의 조건하에 있어 그 편차와 편차가 계속된 시간을 적분 해 그 크기(적분치)를 MV에 반영시키는 일에 의해 MV가 50%이외의 출력값을 받는 경우에 대해, PV=SV를 실현하는 것이다.

그런데, 적분 연산은 안정된 제어계에 대해서는 뛰어난 연산법이지만, 급격한 변동이 있는 제어계나 민첩한 응답성이 요구되는 용도에 대해 한계가 있기 때문에 D로 불리는 미분 연산이 병용 되는 경우가 많다.

미분 연산이란 PV의 일정시간에 있어서의 변화율을 MV에 반영시키는 것으로, 예를 들면, 역비례의 대표적인 가열 제어에 대하여 생각하면, 급격한 온도 상승이 검지되었을 경우에는 그 온도 상승이 억제될 방향, 즉 MV를 감소시킬 방향으로 연산을 실시하는 것이다.

또, 제어지연으로 불리는 MV의 값 변화가 PV의 변화가 되어 나타나는 시간차이가 적은 제어계에 대해서는 (예：고속 응답 가능한 압력센서의 값이 PV로, 유량 제어 밸브의 출력치가 MV로, 설정압력이 SV로 구성되는 압력 조정 제어) P의 폭을 매우 줄이는 일에 의해 I와 D의 연산을 실시없이, 실질상 편차가 판단되지 않는 안정된 제어가 가능하다.

또, 응답지연이 매우 큰 제어계, 자연 냉각 작용이 있는 대형 수조의 가열 제어 등은 I제어만으로 문제없다. 일반적으로는 PI제어로 충분한 제어계가 많아 제어 지연이 약간 있지만 출력 변화의 크기에 대한 버퍼량이 적은 제어계에 대해 PID 제어를 채용한다.

또, D제어만에서는 비례 제어는 할 수 없다.

그러나 현재의 제어기기에 대해서는 P연산만이나 I연산만이라고 해도 제품 코스트 면에서는 전혀 변화가 없기 때문에, 만일 P연산 밖에 실시하지 않는(설정에 의해) 경우에도 통칭으로서 PID 연산기라고 하는 말하는 것이 보통이다.

[캐스케이드(cascade) 제어]

전술의 PID 연산에 대해 SV의 값이 상위에 위치하는 PID 연산기의 MV치인 경우, 이 제어를 캐스케이드(cascade) 제어라고 한다. 예를 들면, 보일러의 압력 제어 기구를 생각하면 증기압력을 검출해(PV) 미리 설정된 압력(SV)으로 하기 위해 출력(MV)을 구성하는 PID 연산기가 필요하다.

그런데, 보일러의 연료 유량 제어 밸브는 MV의 크기에 의해 비례적으로 유량이 증가한다고는 한정되지 않기 때문에 압력 제어기의 MV를 SV로 해 유량계의 신호를 PV로 해 연료 유량 제어 밸브의 출력을 MV로 하는 또 하나의 PID 연산기가 필요하다.

즉 이 두 개의 PID 연산기의 편성으로 제어하는 제어계를 캐스케이드(cascade) 제어라고 하며, 이것은 주PID 연산으로부터 복수의 부PID 연산기에 MV가 배분되는 경우도 있고, 그 부PID 연산기로부터 한층 더 그 하위의 PID 연산기에 MV가 배분되는 경우도 있다.

(피드백 루프 제어·클로즈드 루프 제어)

통상 캐스케이드(cascade) 제어의 부PID 연산기의 제어 방법에 대해 사용되는 말로 상위로부터의 SV치에 대해서 PV치를 확인해 MV치를 보정하는 제어를 실시하는 것이다.

(오픈루프 제어)

전술의 유량 제어에 대해 만약 유량 제어 밸브의 개방도와 실제로 흐르는 유량이 일치한다면 유량계로부터의 신호를 이용할 필요는 없다. 그러나, 무리하게 대수적으로 일치 하든가, 지수적으로 일치하는 등의 경우에는 상위로부터의 SV를 MV로 고치는 연산은 필요하다.

이와 같게 스스로는 PV의 값을 확인하지 않고 상위로부터의 SV를 MV로 변환하는 일에 의해 캐스케이드(cascade) 제어를 실시하는 제어계를 오픈루프 제어라고 한다.

특히, 센서류에 대해 고장 나기 쉬운 센서인 산소 농도계를 댐퍼의 개방도 보정 등에 사용할 때 센서가 정상적이면 피드백 제어에 의해 최적인 산소 농도 제어를 실시하지만 비정상인 경우에는 SV에 대해 프리-셋(pre-set)된 값에 댐퍼 개방도의 설정을 실시하는 등 실용 면에서 중요한 제어 방법이다.

(다요소 연산 제어)

PID 연산 제어에 대해 둘 이상의 외부 신호 상태(PV)에 대해 MV의 연산을 실시하는 제어를 다요소 연산 제어라고 한다. 예를 들면, 히터에 의한 가온 제어에 대해 유량이나 히터 입구 온도가 변화하는 것 같은 제어계의 경우, 기본적으로는 히터 출구 온도(PV)와 설정 온도(SV)에 대해 PID 연산을 실시하는 것이지만 그 때에 예를 들면 유량이 감소했을 경우에는 MV의 게인을 감소한다. 입구 온도가 저하했을 경우에는 바이어스를 상승시키는 등의 보조 동작을 더하는 일에 의해 제어계의 안정을 촉진시키는 것이다.

[퍼지 연산기]

상기의 PID 연산 제어에 대해서는 PV의 변화에 근거해 정확한 연산을 실시해 MV를 결정하고 있었다. 이것들이 미리 수식에서 나타낼 수 있는 것 같은 단순한 제어계인 경우에는 지극히 안정적인 동작이 되지만 실제의 제어계에 대해 여러가지 외란조건에 의해 계산대로 제어를 할 수 없는 경우가 많다.

특히, D연산이 필요한 고속의 제어계가 요구되는 경우에 대해서는 실제로는 D연산이 도움이 되지 않는다. D의 최적치가 구해지기 어렵다. 상태에 따라 D의 값을 바꾸고 싶다. 상태에 따라 적분의 적분치를 제로로 하고 싶은 등의 상황이 되는 경우가 있다. 그러나 이것들은 명확한 수식으로서는 표현할 수 없지만 어떤 때에 도움이 되지 않는 것인지, 어떤 상태 때에 D의 값을 몇 개로 하고 싶은가, 어떤 상태가 되면 적분치를 제로로 하고 싶은가 등의 상태는 명확한 경우가 많다.

따라서 이와 같은 조건 판단에 대해 제어계의 파라미터(parameter)를 변화시키는 일에 의해 엄밀한 연산을 실시하는 것보다 응답성이 양호한 제어를 실시하는 일을 목적으로 한 제어법이 퍼지 제어이며 그 제어를 실시하는 것이 퍼지 연산기이다.

그러나 퍼지 연산기는 일반적으로 어떤 조건 때라고 하는 해석이 설계자의 의도에 의해 여러가지로 변화하는 경우가 많아 범용적으로 사용할 수 있는 제품은적고, 마이크로컴퓨터 회로나 시퀸서 등의 프로그램으로서 실현되는 것이 많다.

〔저NOx 수단〕

NOx는 질소산화물의 통칭이며, NO 및 NO₂를 총칭해 NOx라고 한다. NOx는 대기 중에 확산 하면, 호흡기계 장해를 일으킨다고 말해지고 있어 가능한 한 적은 배출량으로 억제하는 것이 사회적 의무이다.

[발생 원인]

· 고온 NOx

NOx의 발생 원인으로서는 연소에 수반하는 연소열에 의한 공기 중의 질소의 산화이다. 이것은 주로 고온 NOx로 불려 연소 온도가 고온에 되는 만큼 또 희박 연소를 제외해 배기가스 중의 산소 농도가 높게 되는 만큼 발생하기 쉽다.

· 연료 NOx

중유 중에는 100~3000 ppm 전후의 질소분이 피리딘 혹은 그 유도체로서 포함되어 있다. 피리딘은 벤젠의 탄소 한 개가 질소로 치환된 것으로, 연료의 탈황공정에서도 제거가 곤란하고 중유, 특히 C중유 등의 찌꺼기유에 잔류하기 쉽다. 연료 중에 포함되는 질소 성분은 연소에 의해 일부는 환원 반응에 의해 N₂로 돌아와 무해화 되지만, 일부는 NO 혹은 NO₂로 산화되고 NOx가 된다. 이것을 일반적으로 연료 NOx라고 한다.

· 폐액 NOx

종래의 연소 기술에 대해서는 상기 두가지 NOx가 문제가 되었지만 폐액을 연소 설비로 소각처분 하면, 폐액중에 포함되는 아민류등의 질소분이 문제가 된다.

[억제 기술에 대해]

억제 기술에 관해서는 발생의 억제와 배기가스로부터의 탈질의 두가지 방법이 있다. NOx는 N₂가 되면 완전히 무해가 되기 때문에 원칙적으로는 발생의 억제 기술이 최우선이라고 생각된다. 가능한 한 발생을 억제해 그런데도 기준을 넘는 경우에 한정해 탈질설비를 검토해야 한다.

[발생의 억제 기술]

(저 NOx 버너)

·다단 공기를 불어넣는 버너

분무 직후의 공기비를 억제해 급격한 화염 온도의 상승을 억제함과 동시에 환원염을 형성하여 연료중의 N성분이 산화되는 것을 억제하는 연소 방법으로 발연이 발생하지 않도록 2차·3차등의 공기 공급을 실시하는 방법이다. 내연기관에 있어서는 부연소실을 가지는 구조도 원리는 비슷하다.

도 33은 삼단 연소식의 연소 기구의 개념도이다.

송풍기 46으로 보내진 공기는 주댐퍼 233 및 보조 댐퍼 234로 컨트롤 되어각각 이차풍상(바람상자) 및 삼차풍상에 도입된다. 이차풍상과 일차풍상의 사이에는 오리피스가 설치되고 있어 2차 공기압의 상승과 함께 일차 공기압도 상승하는 기구가 되고 있다.

버너 9에서 분무되어 연소하고 있는 상태로 우선 일시적인 공기가 스와라 236으로 선회가 주어지고 보염대를 버너 분무 직후에 형성해 화염을 안정화 시킨다. 그러나 일차 공기만에서는 산소량이 부족하기 때문에 완만한 연소가 되어 수냉벽에 해당될 것 같은 화염이 된다. 그런데 2차풍상보다 수냉벽상에 신선한 공기가 흐르기 때문에 수냉벽에 화염이 닿기 직전에 연소성이 개선되고 연소실 후부에 화염이 흐르게 된다.

이 단계에서도 상당한 저 NOx화를 기대할 수 있지만, 그 2차 공기량도 완전 연소 하기 위해 부족한 정도로 억제 하면 2차 연소 영역에서도 연소가 활발하지 않게 되어, 삼차 공기의 유입에 의해 남는 가연 성분이 불탈 수가 있어 연소실 전체적으로 고온부를 만들지 않고, 완만한 연소를 유지한 채로 연소를 완결할 수 있다.

뛰어난 저 NOx 방법이지만, 풍상이나 공기를 분출하는 입구등을 전용 설계할 필요가 있어 삼차 연소의 경우에는 보일러 설계도 일부 변경되기 때문에 신설 보일러에의 적용이 보통이다.

·분할 화염 버너

증기 분무 버너로 보여지는 형태로, 노즐 패턴을 드문드문하게 하는 일에 의해 화염끼리의 간섭을 없애 화염의 냉각을 촉진하는 일에 의해 저NOx화를 꾀하는 것이다.

도 34는 분할 화염 버너의 정면에서의 화염 패턴의 개념도이다.

이것은 에어 레지스터등의 조정(선회류를 줄인다)은 필요하지만 수관식 보일러의 각형연소실의 특성을 파악해 저NOx화를 재는 것으로, 기존 설치된 수관식 보일러에도 적용할 수 있는 간편한 저 NOx 방법이다. 오른쪽이 표준의 화염 패턴이다.

연소 패턴상, 저연소영역이 불안정하게 되기 쉬운 것이 약점이다.

·자기 배기가스재순환 버너

이 방식은 연소실내의 배기가스의 일부를 화염의 일차 측에 되돌리는 일에 의해 연소용 공기의 산소 농도를 저하시켜, 저 NOx화를 꾀하는 것이다.

도 35는 자기 배기가스재순환 버너의 연소 기구의 개념도이다.

일차풍상 236및 버너 9는 연소실 18의 안쪽까지 선단부가 돌출하고 있어 화염과 함께 연소용 공기를 중심부에 강하게 불기 시작한다. 일차 공기가 분출해 입구부근이 고유속에 의해 부압이 되어 주위의 공기를 말려들게 하려고 한다.

그러면 화살표로 표시한 듯한 역방향의 가스류가 발생하여 어느 정도 수냉벽에서 흡열 되고 온도가 저하한 배기가스가 일차풍상이 불기 시작하는 공기에 말려 들어가 버너에의 공급 공기가 되어 배기가스재순환 작용을 실시한다.

·농담 연소 버너

파일럿 화염의 화염대 이후에 희박 화염의 화염대를 형성시키는 등의 수단에 의해 이론 공기비부근에서의 연소를 회피해 화염의 최고 온도를 억제하는 일에 의해 저 NOx화를 꾀하는 것이다. 경우에 따라서는 희박 연소 버너라고도 불리지만,예혼합염으로서는 보통의 발화법에서는 연소될 것 같지 않은 묽은 혼합 비율로 하지 않으면 NOx 저감 효과가 충분하지 않기 때문에 발화에 적절한 연료 농도의 진한 영역을 만드는 것이 보통으로, 발명자는 농담 연소 버너라고 해석하고 있다.

도 36은 가스터빈에 있어서의 농담 연소 기구의 개념도이다.

주버너 262로부터 분무된 연료는 스와라 235에 의한 보염대에 의해 안정된 화염 형성을 하고 있다. 보조 버너 263으로부터 분무된 연료는 주화염에 의한 보염에 의해 온도가 상승하기 쉬운 보염대를 가지지 않고 희박 연소가 가능해져 NOx의 상승을 방지함과 동시에 주화염이 연소하는 산소 농도를 저하시키는 일에 의해 주화염의 NOx의 상승을 억제할 수가 있다.

연료는 주버너용 주연료 라인 260과 보조 버너용 보조 연료 라인 261에 각각 독립적으로 제어되어 연소 부하에 대해 주화염과 보조 화염의 연료 비율을 조정하는 일에 의해, 저NOx화를 재면서 화염 안정성을 유지한다.

또, 가스터빈에 대해서는 앞에서 기술한 다단 공기를 불어 넣어주는 것처럼 3~4단으로 나누어 연소실에 공기를 공급하지만, 이것은 가스터빈이 보일러와 비교해 지극히 과잉 공기비의 높은 연소를 실시하기 때문에 일단으로 모든 공기를 버너에 보내면, 화염의 과냉각에 의해 연소가 안정되지 않기 때문이다.

원칙적으로 일차 공기(버너 앞으로부터의 공기)로 거의 완전 연소 가능한 공기가 이송되기 때문에 다단 연소의 이론에 의해 저NOx를 실시하는 것은 아니다.

일차 연소대를 지나 공급되는 2차 공기는 보다 빠른 완전 연소를 촉진시킴과 동시에 어느 정도의 희석을 실시해 희석 영역, 냉각 영역과 공기량이 늘려져 냉각영역을 나와 터빈에 도입될 때의 배기가스중의 산소 농도는 약 16%이다.

(물 분사)

화염대에 물을 분사하는 일에 의해 물의 증발 잠열과 수증기의 현열에 의해 화염의 최고 온도를 억제하는 기술이다. 주입 방법에 따라서는 HC나 CO의 증대를 일으키기 쉽다.

도 37은 농염 연소 외 물분사를 실시하고 있는 개념도이다.

연소실 18의 2차 공기 입구 전후에 배치된 물 분사 노즐 267에 의해, NOx치 혹은 연소량에 비례한 순수한 물이 2차 연소대에 분무된다. 일반적으로 가스터빈 연소기에 대해서는 연소성을 유지하기 위해 본 도면과 같이 2차 연소대에 분무되는 예가 많다. 덧붙여서, 가스터빈에 있어서의 일차 연소대와 2차 연소대에의 물 분사의 효과는 일차 연소대에의 분무가 주입되는 물 1% 당 약 1%, 2차 연소대에서 주입되는 물 1% 당 약 0.5%의 NOx 저감 효과라고 말해지고 있다.

물론, 2차 연소역이라고 해도 연소량이나 분무 형상등의 팩터에 의해 차이는 있지만, 효과가 높은 일차 연소 영역에 대해서 물 분사가 곤란한 이유는 화염에 균등하게 작용시키는 것처럼 물을 분산하는 것이 곤란한 때문으로, 불균일하게 분무되면 충분히 화력이 강해지지 않은 화염의 일부가 소화되어 HC나 CO가 상승하는 원인이 되기 때문이다.

(증기 분사)

화염대에 수증기를 분무하는 일에 의해 수증기에 의한 공기의 희석 효과와 수증기의 현열에 의해 화염의 최고 온도를 억제하는 기술이다.

가스터빈의 경우에는 분사된 수증기도, 터빈 출력에 기여하기 때문에 효율의 저하가 적다. 물 분사 노즐이 증기 분사 노즐이 되면, 증기 분사 방식에 의한 저NOx 수단이 된다. 증기 분사가 일차 화염대에 대해서 균일하게 작용시키기 쉽지만, 기체이기 때문에, 양을 증가시키면 연소용 공기가 차단되는 것 외, 증기 노즐의 물리적인 치수가 가스터빈의 일차 연소역에 배치하기 어려운 등의 이유에 의해 2차 연소역에 작용시키는 예가 많다. 또 콤바인드 사이클 등에 의해 터빈 출력을 증가하기 위해 실시하는 증기 분사는 저NOx 효과를 대부분 기대 할 수 없는 희석 공기 영역 이후에의 분사이며, 저NOx 수단과는 다르다.

(배기가스재순환)

배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합해 연소시키는 일에 의해 최고 화염 온도를 억제함과 동시에 공기유속이 증가하기 때문에 연소성은 그다지 악화시키지 않는 기술이다.

도 37은 배기가스재순환식 연소 설비 구성의 개념도이다. 이 연소 설비는 특히 저 NOx화를 재지 않은 표준 연소 설비를 상정하고 있다. 연소용 공기는 송풍기 46에 의해 주댐퍼 233으로 유량 제어되어 일차풍상 236에 이끌려 버너 9의 연소용 공기로서 연소실 18에 공급된다. 보조 댐퍼 234는 송풍기의 입구 압력을 낮게 하는 일에 의해, 굴뚝(화기 통로)으로부터의 배기가스를 재순환 덕트 240을 경유해 송풍기에 흡입하게 한다. 이를 위해 연소용 공기의 일부에 배기가스가 재순환하여 연소용 공기 중의 산소 농도가 낮기 때문에 연소를 완만하게 하는 효과를 기대 할 수 있다.

연소용 공기 중의 산소 농도가 낮기 때문에 보통은 NOx가 상승해 버리는 정도로 보염대를 강화해 한편 단염 연소를 할 수 있는 것 같은 공기류와 조합할 수가 있으므로 보통 산소 농도염과 길이가 변함없는 연소로 저NOx화를 실현 할 수 있다. 그러나 배기가스가 일차풍상으로 돌아오기 때문에 연료 중에 유황분을 포함한 경우나 배기가스 온도가 결로를 일으키는 만큼 저온의 경우에는 연소 제어장치의 고장 원인이 되기 때문에 사용 할 수 없고, 발연 등의 이상 연소를 실시하면, 연소실에 퇴적한 그을음이나 미연소가스등에 의해, 화재 등을 일으키는 경우도 있어 주의가 필요하다.

(물 에멀젼 연소)

본 발명의 베이스가 되는 기술이다. 연료 중에 물을 분산시킨 에멀젼 연료를 분무하는 일에 의해 연료유 방울의 미립화를 실시하면서 물 분사와 같은 화염의 흡열 작용에 의한 화염 온도의 억제 효과에 의해 NOx를 저감한다. 잔류 탄소분이 적은 연료에 대해서는 NOx의 저감을 기대 할 수 있지만 잔류 탄소분이 많은 연료의 경우에는 연소 촉진 작용과 대항해 보일러와 같이 고온 NOx가 낮은 값을 나타내는 연소 설비에 대해서는 NOx치가 변화하지 않는 경우가 있다. 연소 촉진 작용도 있기 때문에 H, C나 CO의 증가는 없고, 매진은 큰 폭으로 저감한다.

(인라인 비례식 혼유장치)

보일러와 같이 NOx 규제치가 낮은 연소 설비의 경우에는 C중유와 같이 연료 중에 질소분을 포함한 연료를 사용 하면 연료 NOx의 상승에 의해 규제치를 오버하는 리스크가 있다. 이와 같은 경우에 A중유 등의 질소분이 적은 연료를 C중유 중에비례적으로 주입하는 일에 의해 NOx를 저감 하는 방법이다.

[배기가스 탈질기술]

(습식탈질)

배기가스중의 NO를 오존이나 자외선 등으로 산화시키고 NO₂로 하고 나서, 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 수산화물이나 탄산염 용액에 흡수시키고 제거하는 방법이지만, 질산염의 분리와 후 처리가 과제이다.

(건식탈질)

일산화탄소, 탄화수소 가스등에 의한 환원 촉매법, 암모니아 촉매 환원법 외, 1000℃부근의 고온 배기가스에 암모니아를 작용시키는 직접 환원법등이 있다.

환원 촉매법은 가솔린엔진과 같이 배기가스 산소 농도가 제로가 되는 것 같은 용도로 없으면 사용하지 못하고, 연료비용도 나빠지므로 발생의 억제 기술이 중요하다. 또, 암모니아 촉매 환원법은 요소 등을 사용하는 일도 할 수 있어 산소를 다량으로 포함한 배기가스에 있어서도 선택적으로 NOx를 환원 할 수 있는 뛰어난 성능을 가지지만 촉매의 열화에 의해 미반응의 암모니아가 대기 중에 확산되거나 암모니아의 코스트의 문제, 촉매 열화에 의한 갱신 코스트 등 과제가 많다.

직접 환원법은 연소량이 일정한 특수한 연소 설비에만 이용되는 방법으로 일반적이지 않고, 미반응의 암모니아가 대기 확산하는 염려도 있기 때문에 문제가 많다.

〔공연비제어〕

[공기비·공기 과잉율]

연료와 연소용 공기량과의 비를 공기비 혹은 공기 과잉율이라고 해 배기가스 산소 농도가 제로 때의 공연비는 1이며, 이 상태를 이론 공기량이라고 한다. 실제의 연소에 대해서는 배기가스 산소 농도가 제로로 운용되는 일은 적고, 배기가스중의 산소 농도를 각각의 연소 설비에 최적인 농도로 관리하는 것이 보통이다. 공기 중에는 산소가 21%포함되어 있기 때문에 배기가스 산소 농도로부터 다음과 같이 공기비를 구할 수 있다.

공기비=21/(21－배기가스 산소 농도)

[공연비제어]

주로, 보일러나 공업용로 등에서 행해지는 제어이며, 상기 공기비를 이상적 상태의 연소 화염과 배기가스 조성으로 하기 위해 적합한 값에 컨트롤 하는 제어 방법이다. 일반적으로 연료가 연소할 때에 필요한 공기량은 일정하기 때문에 연료 유량에 대해 공기량의 컨트롤을 실시하는 일에 의해 공기비를 거의 목표로 하는 값에 컨트롤 할 수 있다.

그러나 목표로 하는 공기비가 1에 가까운 경우에는 근소한 공연비의 오차로 발연이 발생하기 때문에 본 발명에 대해 고정밀도의 공연비제어장치를 조합하는 것이 바람직하다.

(메카니컬 링크식)

가장 옛부터 사용되고 있는 방법이며, 연료 유량 조정 밸브와 댐퍼를 기계적으로 묶어, 제어 대상의 정보에 의해 동작하는 컨트롤 모터의 개방도에 따라 연료 유량 제어와 공기유량 제어를 실시하는 것이다.

일반적으로 연료 유량 조정 밸브의 개방도 특성과 댐퍼의 개방도 특성은 일치하지 않는 것, 각 연소대에 대한 목적으로 하는 공연비가 다른 일등의 현상으로부터 상기 기계적 링크의 도중에 가변 캠을 마련해 연료 유량 조정 밸브에 대한 댐퍼 개방도를 미세조정 할 수 있는 것처럼 되어 있다.

(전자 제어식)

상기 비례 연산 수단으로 설명한 PID 연산기등을 이용해 상기 메카니컬 링크식과 같은 제어를 실시하는 것으로 일반적으로 증기압력 PID 컨트롤을 주제어로 하고, 연료 유량 조정 밸브 개방도 조정기와 댐퍼 개방도 조정기의 2개의 부PID 연산기에 유량 조정 밸브와 댐퍼의 개방도 컨트롤을 실시시키는 것이다.

연료 조정 밸브에 개방도와 유량에 대해서 선형이 있는 경우 보통은 오픈루프 제어가 되는 것이 많지만 연료 유량계로부터의 신호에 의해 클로즈드 루프 제어를 실시하는 경우도 있다. 댐퍼는 연료 유량에 대해서 각 부하마다 정해진 적정한 공기비가 되도록 비선형 근사법에 따르는 곡선 근사 곡선에 따라 개방도 컨트롤 된다. 풍량 센서등에 의해 그 값에 따라 클로즈드 루프를 형성하는 경우도 있다.

(다단 제어식)

다단식공연비제어는[일본특허 소화 61－176875 연소 설비에 있어서의 연소 제어 설비]에 의하는 것으로, 구성은 상기 전자 제어식에 가까워 증기압력 PID 컨트롤을 주제어로 하는 부분은 변함없지만 부PID 연산기에 보내지는 신호가 아날로그 정보는 아니고, 유한개의 스테이지라고 하는 다단 스텝 신호가 되어 있는 공연비제어 방법이다.

이 방법에 의하면, 상기 전자 제어식에 있어서의 비선형 근사법을 이용하지 않고 각 스테이지마다 연료 유량이나 댐퍼 개방도, 그 외 분연펌프의 VVVF 제어나 송풍기의 VVVF 제어 등 연소에 필요한 각종 부PID가 실시되는 설정을 결정하면 복잡한 댐퍼 컨트롤계나 연료 분무계를 가진 모든 연소 수단을 유연하게 그렇지만 정확하게 컨트롤 할 수 있다고 하는 방법이다.

연소도 이 다단 스텝 신호 대로에 행해지므로 제어 대상이 보일러와 같이 버퍼를 가진 것이 없으면 제어 대상 부하와 연소 부하의 언바란스를 해소 할 수 없기 때문에 부하가 직접발전을 일으키는 가스터빈이나 디젤 기관 등에는 적용 할 수 없지만 원래 이러한 설비는, 공연비제어라고 하는 개념이 없기 때문에 문제없다.

(O₂피드백식)

상기의 각 공연비제어에 대해 각 연소 부하마다 산소 농도의 설정을 실시해 댐퍼 개방도 제어 혹은 송풍기에 VVVF 제어를 실시하고 있는 경우에는 그 회전수제어를 실시하는 일에 의해 목표로 하는 산소 농도가 되는 것처럼 제어하는 산소 농도계 신호에 의한 피드백 제어이다.

O₂계는 연소를 한 후 배기가스가 연소실을 나와 접촉전열면을 통과 후에 계측 되는 경우가 많아 연소 상태의 반영이 2~10초 정도와 지극히 늦은 응답성을 나타낸다. 또 보통의 계측과 달리 반응이 늦다고 하는 일은 아니고, 항상 2~10초전의 가스를 계측 하고 있다고 하는 과거 계측형 제어가 되기 때문에 종래의 PID의 수법중 D제어나 I제어가 전혀 의미를 이루지 않는다고 하는 어려운 제어이다.

또 O₂계는 배기가스 상태에도 따르지만, 지극히 신뢰성이 낮은 센서이기 때문에, 이 센서의 오작동이나, 제어법의 채용 실수에 의한 발연이나 연소 이상의 사례는 특별한 사례는 아니다.

따라서 원칙적으로는 산소 농도를 보정하지 않는 상태로 지극히 정확한 제어를 실시하여 연료 발열량의 보정이나 공기 밀도의 보정 등 한정된 보정 범위에 대해 어느 정도의 시간 동일 포인트로 연소가 계속하면 보정을 실시한다고 하는 퍼지 추론적인 제어 방법이 바람직하고, 그 보정 범위를 넘는 것 같은 상태의 경우에는 O₂피드백을 중지하는 것 같은 안전 회로도 필요하다.

〔물 에멀젼 연소〕

물 에멀젼 연소란 액체연료를 사용하는 산업용 연소 설비에 대해, 그 연소 수단으로 연소하는 연료 중에 물을 에멀젼 상에 분산시키고 연소시키는 일에 의한 여러가지 연소 개선 효과에 의해 산업용 연소 설비의 공해를 방지하는 연소 방법이다.

그렇지만 일견 간단한 것으로 생각되는 물에멀젼 연소가 여러가지 기술적 곤란을 극복하지 않으면 공해를 방지하는 일은 커녕 산업용 연소 설비의 기능을 잃게하는 것 같은 위험한 면도 가지고 있는 기술이다. 에멀젼 연소의 기술적 발견은 40년 정도전이라고 말해지고 있지만, 세계적으로 보급되어 있는 상황이라고 하기는 어렵다. 그것은 상기 위험 인자에 의한 기술적 과제를 극복할 수 없는 기술자가 많아 또 그 극복법이 있는 일을 믿지 않는 기술자가 많기 때문이다.

[제조 방법의 분류]

(탱크 브랜드법)

가장 간단하고 쉽게 누구라도 물에멀젼 연료를 제조 할 수 있는 방법이다. 도 38은 탱크 브랜드법의 일례이다. 연료 탱크 1에 저장되고 있는 연료는 연료 펌프 2에 의해 믹서 20에 공급되어 에멀젼 탱크 49에 공급된다. 급수 펌프 164는 연료 차단 밸브 6의 동작에 의해 운전되어 동시에 전자 밸브 48이 열린다. 연료 펌프에 내보내는 양이 정해져 있어 급수 펌프에 내보내는 양이 정해져 있으면, 그 펌프에 내보내는 양비에 대한 에멀젼 연료가 믹서에 의해 제조될 수 있다.

연료 차단 밸브는 에멀젼 탱크의 플로트에 의해 제어되므로 이 브랜드법에 대해서는 비례 제어와 같은 제어장치도 불필요하고 염가로 구성할 수 있지만, 이 기본 구성에 여러가지 배리에이션을 마련하는 일에 의해 에멀젼 혼합비나 점도의 높은 연료 등의 혼합도 가능하게 된다. 또, 유화제등으로 병용을 계산하여 분리속도나 안정성을 개선하는 등의 수단도 놓친다.

그러나, 원칙적으로 이와 같은 구성의 장치는 실제로 운용되고 있는 장치는 지극히 드물어, 이와 같은 장치는 5%이하의 미소한 가수율로 가까스로 운용되고 있는 것에 지나지 않는다.

이 원인은 [폐액과 액체 연료와의 혼합 상태의 파악]의(에멀젼성) 혹은[폐액 주입의 실현과 주입 펌프의 선정]에도 말하고 있지만, 보존 중 발생하는 침전이나 분리뿐만이 아니라, 침전 한 고함수율 W/O에멀젼에 기계적 전단을 주면, 상역전에 의해 크림과 같이 고형화해 연료의 유동성이 없어져 버리는 현상이 나타난다.

즉, 이와 같은 구성을 취하는 에멀젼 장치는 본 건의 적용 기술을 논하기 이전의 부분에 복수의 여러가지 장해를 가져 검토에 적합하지 않다.

(종래형 인라인 비례 방식)

도 39는 발명자등이 C중유로 불리는 에멀젼 안정성이 높은 연료로 에멀젼 연료를 제조하기 위해 개발한 에멀젼 제조 방법으로 [특허 1474455호 유화 연료유 제조 장치]가 되어 있는 장치 및 방법이다.

연료 탱크에 저장된 연료는 연료 부스터 펌프 167으로 가압되어 연료 유량계 5로 계량 되고 믹서 20을 경유하여 연료 펌프 2에 보내지고 히터 30에 의해 가온되고 연료 유량 조정 밸브 4로 유량 조정된 후 버너 9로 연소한다. 연료 유량계로 계측 된 연료량은 유량 비례 제어기 61에 보내져 프리-셋(pre-set) 된 목표치에 따라 비례 출력을 계산한다.

이 유량 비례 제어기는 시분할 비례 방식을 채용하고 있기 때문에 고속고빈도 동작이 가능한 전자 밸브 48의 ON·OFF 제어를 실시하는 일에 의해 물의 유량 비례를 실시하는 것이다.

유량 비례를 한 물은 믹서로 믹싱되고 에멀젼화 되지만 여기서 중요한 점은믹서가 넓은 유량 범위에서 에멀젼 성능을 유지해야 하며, [특허 1220654호 관로내 연속 유화기]와 같은 성능을 가지는 믹서가 필요한 점이다.

본 방식에서는 C중유에 있어서의 15%전후 이하의 가수율에서는 충분히 운용이 가능하지만 연료유가 A중유나 등유등의 에멀젼 안정성이 저하하는 연료의 경우에는 도중에 물분리 등을 일으켜 장해의 원인이 된다.

버너로 분무되는 연료유가 가수 실시 후도 동일 연소 부하에서는 변화하지 않기 때문에 실제의 발열량은 물을 더한 만큼만 저하해 과잉 공기율이 상승하는 것이다. 연료 유량 조정 밸브를 에멀젼 연소용으로 최적화했을 경우에는 만일 가수가 정지 하면, 공기 부족을 일으켜 발연하는 일 등 여러가지 개선해야 할 과제도 많다.

[믹서에 요구되는 성능]

이것은 [폐액의 혼합 방법의 조정]에 대해 자세하지만, 이상적인 에멀젼용 믹서로서는 연소 설비의 넓은 턴 다운비에 대응한 연료 유량의 변화에 대해서 안정된 입자 지름의 에멀젼 연료를 제조 할 수 있는 일이다.

또, 그 입자 지름은 버너의 평균 분무 입자 지름에 의존해 최적인 물입자 지름이 존재해 버너 특성을 파악한 다음, 입자 지름의 조정을 실시할 수 있는 것이 바람직하고, 또 연료 점도의 변화에도 그러한 특성이 변함없는 것이 중요하다.

따라서, 그 목적으로 하는 성능은 일반의 제조 프로세스에 있어서의 유화 설비에서 요구하는 성능이란 특히 유량이 변화한다는 점에서 완전히 다른 점에 유의해야 한다.

[미폭작용]

물 에멀젼 연소에 의한 가장 뛰어난 효과가 이 미폭작용이라고 하는 현상이다.

즉, 연료의 분무 입자 지름에 일치된 물입자 지름을 가진 에멀젼 연료가, 버너로부터 분무되어 화염대의 열을 받으면, 기름방울에 발화하기 전에 안의 수분이 비등해 주위의 연료를 증발의 에너지에 의해 비산시키는 현상이다. 물의 이와 같은 폭발적 증발 현상은 수증기 폭발이나 튀김유 화재에 있어서의 예 등으로 유명하다. 특히, 복사열에 의한 강력한 열에너지와 미세 입자이지만 옛부터 이상적인 구형을 가진 물입자는 100℃를 넘어도 비등하지 못하고, 소위 갑자기 끓어 튀는 상태가 되어, 증발이 개시되면 한번에 주위의 연료를 미세화시켜 버리는 것이다.

미세화된 연료는 본래 버너가 분사한 입자 지름보다 지극히 적은 입자 지름이 되어, 표면적의 증대와 공기가 끌려 들어가는 작용에 의해 연소성이 개선되는 것이다.

[수성가스 반응]

종래의 이론에서는 에멀젼의 바이진 억제 작용은 수성가스 반응에 의한 탄소 성분의 탄소 촉매 반응에 의한 것이라고 말해지고 있었다.

잔류 탄소로 불리는 성분이 많은 연료의 경우 연소에 수반하는 열분해에 의해 연료유가 분해되면서 연소하는 과정에 대해 기름 방울지름의 중심부에 흑연의 결정이 형성된다. 이것이 일반적으로 말해지는 그을음이다. 흑연은 탄소의 결정이며, 지극히 안정된 물질로 연소 속도가 늦기 때문에 연소실을 통과해도 연소가 완결하지 않기 때문에 그을음으로서 화기 통로에 퇴적하거나 굴뚝 주위에 확산하거나 하는 것이다.

그러나, 화염속과 같이 1000℃이상과 같은 고온화에 대해 탄소는 물과 수성가스 반응으로 불리는 다음의 같은 반응을 일으켜, 용이하게 연소가 가능해지는 것이다.

C ＋ H₂O → CO ＋ H₂

이것은, 흡열 반응이며, 물이 수소와 CO가 되어 새로운 에너지를 낳는 것은 아니지만 잔류 탄소에 기인하는 그을음을 연소시키는 뛰어난 촉매가 되는 것이다. 이것은 빨갛게 불타고 있는 탄소에 안개상태로 수증기를 내뿜으면 화염이 발생하거나 흑연제 고온 내열재에 수분이 금기인 것 외, 코크스로부터의 수성가스 생성 등 사례가 많다.

[기대되는 효과]

에멀젼 연소는 상기의 현상에 의해 C중유와 같이 잔류 탄소분이 많은 연료를 완전 연소시켜 그을음의 발생을 격감시키는 효과를 가지는 것 외, A중유나 등유등의 연료에 사용했을 경우, 상기 미폭작용에 의해 연소성을 악화시키지 않고, 한편,연소열을 물의 증발 잠열이 빼앗는 일에 의해 NOx 저감 효과를 가지는 등 뛰어난 효과를 가진다.

[용도 예]

(보일러·공업용로)

C중유 연소에 있어서의 매진량의 삭감, 강하 바이진으로 불리는 주위에의 그을음의 확산 방지, 저산소 운전 실현에 의한 NOx 저감.

A중유 연소나 등유 연소에 있어서의 연소성을 저감 시키지 않는 NOx 저감.

(디젤 엔진·가스터빈)

NOx 저감과 연기색의 개선.

[위험 인자]

(물에멀젼의 불안정함)

탱크 브랜드법으로 설명한 것이 연소라고 하는 섬세한 현상에 대해서는 유화제등의 사용(현실적인 사용량의 범위에 대해)을 실시해도 저장한 것을 사용하는 것은 지극히 곤란하다.

(윤활성의 저하)

연료유에 의한 윤활성을 기대해 설계되고 있는 펌프류는 물이 들어가는 일에 의한 물윤활에서는 소모를 방지하지 못하고 트러블의 원인이 된다. 등유·경유 에멀젼에 있어서의 기어 펌프의 적용이나 등유·A중유 에멀젼에 있어서의 디젤 분사펌프의 적용 등은 조심할 필요가 있다. 피하기 어려운 경우에는 윤활성이 높은 첨가제의 적용이나 물윤활에 견디는 재질의 선정등 에멀젼 장치만에서는 해결할 수 없는 과제가 있다. 또, 윤활성에도 기인하지만 유막 형성 능력이 낮은 연료유에 있어서는 에멀젼수가 직접 강재에 접하는 일에 의한 부식에도 유의할 필요가 있다. 이러한 대책도 상기와 같다.

(혼합 후의 연료의 불안정화)

불안정함에는, 생물학적 측면, 화학적 측면, 물리적 측면이 존재한다.

· 슬라임의 발생

생물학적 측면이란, 에멀젼화 된 연료가 탱크 저부 등에 저장했을 경우, 공기중이나 연료중 혹은 부주의한 운용에 의한 수중에 존재하는 박테리아에 의한 번식영역이 되는 점이다.

즉, 탱크 브랜드식과 같이 탱크 내에 저장되는 에멀젼 연료는, 정기적으로 탱크 청소를 실시하지 않는 한 저부에 잔류하는 고함수율의 에멀젼이 반드시 잔류한다. 여기에, 연료유를 먹이로 할 수 있는 박테리아가 번식 하면, 그 박테리아가 배출하는 여러가지 물질이 슬러지나 부식, 곰팡이 등의 발생 원인이 되는 것이다.

·슬러지의 발생

다음에 화학적 측면이지만, 연료 중에는 적지만 유화제의 작용을 가지는 물질(마르텐류)이 포함되어 있다. 마르텐은 특히 C중유중에 많기 때문에 C중유의 유화 연료가 비교적 안정한 것은 비중이 비슷한 것도 있지만, 이 성분의 작용에 의한 것이 많다. 그러나, 마르텐은 C중유 중에서는 아스파르텐으로 불리는 방향족 고분자 화합물을 분산시키기 위해 중요한 작용을 실시하고 있다.

에멀젼 연료가 된 C중유에 대해서, 열을 가하거나 기계적 전단을 반복해 주는 등의 스트레스를 반복하면, 점차 마르텐은 물입자의 주위에 흡착되어 아스파르텐의 분산 능력이 감소해 슬러지 발생의 요인이 되는 것이다.

따라서, 물에멀젼 연료에 대해서는 가열이 금기이며, 특히 전기 히터와 같이 표면이 고온이 되는 가열 매체에 접촉 하면, 히터 표면에 카본 부착이 발생하는 등의 현상을 발명자등은 알고 있다.

·연료 온도의 컨트롤

마지막으로 물리적 측면이다. 분리나 침전은 먼저 말했지만 물의 성질에 의해 100℃을 넘으면 물입자가 비등해, 무스의 같은 상황을 나타내는 점이다.

이것도 C중유의 사례로 알려지지만 고온 설정이 필요한 C중유와 같은 연료에 있어 물의 비등을 억제하면서 이상적인 연소를 유지시키려면 지극히 고도의 온도 제어 기술이 필요하게 된다.

(화염의 매칭 등)

에멀젼 연소는 원칙적으로 현재 사용하고 있는 연소 수단을 그대로 이용할 수 있는 뛰어난 공해방지 기기이지만 연소 설비의 연소 상태에 따라서는 어떠한 조정이나 개조 등을 필요로 하는 경우가 있다.

특히, 에멀젼 연소에 의해 화염이 굵어지는 현상이나 연소용 공기의 고유속에 의해 생기는 비등의 방지 등 연소 설비측의 연소 상황을 확인해 적절히 처치해야 하는 점이 있다.

(공연비조정의 곤란함)

버너전 인라인 비례 방식으로는 극복된 문제이지만, 탱크 브랜드법 혹은 분연펌프전 인 라인 비례 방식등에 대해서는 연료 유량 조정 밸브를 통과하는 연료의 발열량이 변화하기 때문에 공연비제어가 곤란해진다.

가수율이 정확해 안정되어 있어 전혀 고장이 없으면 현재의 가수율에 대한 연소 조정을 실시하면 좋지만 현실적으로는 가수율을 억제하여 만일 정지나 변동이 생겼을 경우에 대해서도 최악의 상태가 되지 않도록 하는 것이 대응방법이다.

〔후 처리에 의한 다이옥신류 대책〕

폐기물 소각로에 대해서는 「다이옥신류 대책 특별 조치법 」의 환경기준을 준수하기 위해서 신설 기설을 불문하고 배기가스의 급속 냉각 및 고도의 집진장치의 설치가 의무화 되고 있다.

〔분무 수단〕

상기 연소 수단에 대해서는 증기 분무, 압력 분무, 저압 분무 각 버너에 있어서는 버너 팁, 로터리 버너에 있어서는 로터리 컵, 연료 분사 밸브에 있어서는 연료 분사 밸브 등이 분무 수단이다. 물분무 설비에 대해서는 물 분사 노즐 등이 분무 수단이다.

〔다이옥신의 발생〕

[다이옥신류]

다이옥신류란 폴리염화디벤죠퓨란(PCDFs), 폴리염화디벤죠파라디옥신(PCDDs), 코프라나 폴리염화비페닐(코프라나 PCBs)이며, 배출량이나 섭취량의 기준이 되는 것은 가장 독성이 강하다고 말해지는 2·3·7·8-사염화 디벤죠파라디옥신(Teq)을 1로 해 각각의 독성에 대해 해당 물질 환산된 농도로 표현된다.

기본적으로, 불완전 연소에 의해 발생한다고 말해지고 있지만 환경하에 있어 일반적으로 존재하는 원소(탄소, 산소, 염소)로부터 생성되지만 허용되는 값이 지극히 적은 값이기 때문에 발생 메카니즘이나 방지 방법 등이 확립되어 있다고는 말할 수 없다.

예를 들면, 폐액중의 염소를 현재의 기술로 제로의 값으로 했다고 해도 배기가스중의 ng/Nm³오더의 다이옥신 합성을 위해 필요한 염소는 포함되어 있고, 연료나 윤활유 혹은 대기 중에도 이러한 합성에 필요한 염소가 존재하기 때문이다.

[폐액 소각로의 다이옥신 발생량]

폐액 소각로는 주로 사업소등에 설치되는 비교적 소규모의 폐기물 소각로에 해당해, 현시점에서 허용되는 다이옥신량은, 처리량이 2 t/h이하인 것이 대부분으로, 기설로에 있어서는 10 ng－Teq/Nm³, 신설로에 있어도 5 ng－Teq/Nm³가 환경기준치이다.

〔NOx의 증대〕

NOx는 폐액중에 포함되는 질소 성분의 산화에 의해서도 발생하지만 일반적으로는 연소에 수반하는 고온 상태에 의해 공기중의 질소가 고정되어 발생한다.

[폐액 소각로의 NOx 발생량]

폐액 소각로로 허용되는 NOx치는 250~700 ppm(산소 농도 12%)이며, 예를 들면 보일러의 150~180 ppm(산소 농도 4%)와 산소 농도 0%환산의 값으로 비교하면, 소각로의 583~1633 ppm에 대해 보일러 185~222 ppm로 실로 4~10배 정도의 NOx 발생량이 된다.

[폐액 소각로의 NOx 저감의 곤란한 요인]

폐액 소각로에서는 근년의 다이옥신 방지 대책에 의해 다이옥신의 발생 방지때문에 주버너의 연소량을 처리 폐액에 대해서 증대시키는 경향이 있는 일이나 로내를 800℃이상의 온도 조건으로 유지하기 위해 로내의 온도 조건이 고온 측으로 되거나 흑연이나 매진의 발생 방지를 위해 과잉 공기 연소로 관리되는 일등에 의해 NOx치가 증대하는 경향은 방지할 수 없다.

〔CO₂의 증대〕

지구 환경 악화의 요인은 전술의 다이옥신이나 NOx 외, 연료에 포함되는 탄소가 CO₂가 되어 지구 온난화의 원인이 된다. 폐액 소각로는 주버너에 의해 연료를 연소시키기 때문에 폐기물 소각에 따라 CO₂의 발생을 피할 수 없고, 전술과 같은 다이옥신 대책을 위해 폐액 단위 당의 CO₂발생량은 증가 경향에 있다.

〔후 처리의 필요성〕

폐액 소각로는 후 처리의 다이옥신류 대책을 실시하는 것이 요구되고 있어 코스트나 메인티넌스성 등에 문제가 많다. 이상과 같은 기술, 설비, 방법 등은 개개에는 뛰어난 특성을 가지고 있지만 폐액이 연소할 때의 다이옥신의 발생을 본질적으로 해결은 하고 있지 않고, 또, 다이옥신의 발생 감소만을 염두에 두면 CO₂의 발생 등 별개의 문제가 생긴다.

본 발명은 이상과 같은 문제에 착안하여 발안한 것으로 본 발명의 목적은 다이옥신의 발생을 방지하는 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법 및 혼합 액체를 제공하는 것이다.

동시에 발명자가 이미 수 100대의 납입 실적을 가지는 물에멀젼 연료 제조 장치에 대해 새로운 환경오염의 원인인 다이옥신류가 에멀젼 연소 기술에 의해 증가하는 염려가 없는 것을 증명해 한편보다 올바른 적용 방법을 확립하는 것으로써 에멀젼 연소 기술의 보급 촉진을 꾀하는 일에 있다.

본 발명은 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법 및 혼합 액체에 관한다.

도 1은 NOx 저감의 효과를 나타내는 그래프이다.

도 2는 버너전 인라인 비례 방식의 물에멀젼 연료유 제조 장치의 기본 구성도이다.

도 3은 보일러에의 비례 주입의 적용을 나타낸 설명도이다.

도 4는 파쇄기능을 가지는 믹서의 구성도이다.

도 5는 인젝터형의 혼합기의 구성도이다.

도 6은 발열량을 가지는 폐액을 연료 조정 밸브 이후에 주입하는 경우의 공연비제어 방법에 관한 설명도이다.

도 7은 물이나 각종 폐액을 연소시켰을 경우의 화염의 길이를 계측 한 결과의 그래프이다.

도 8은 C중유로 운용하고 있는 디젤 엔진에 있어서의 NOx와 연기 농도를 계측한 결과의 그래프이다.

도 9는 물 에멀젼 효과에 의한 고온 NOx의 저감 효과를 나타내는 그래프이다.

도 10은 중간 혼합식 버너의 물 분사 노즐을 이용한 처리 형태를 나타낸 구성도이다.

도 11은 버너의 설명도이다.

도 12는 배기가스중의 유해물 농도를 나타내는 그래프이다.

도 13은 석회소성로에의 적용의 구성도이다.

도 14는 가스터빈 기관의 에멀젼법과 물 분사 노즐에의 폐액 주입의 구성도이다.

도 15는 물 분사에 의한 NOx 저감 수단을 가지지 않는 가스터빈에의 적용의 구성도이다.

도 16은 세로틀 석회소성로의 구성도이다.

도 17은 폐액 연소의 구성도이다.

도 18은 종합적인 처리의 구성도이다.

도 19는 폐액을 산업용 연소 설비로 처리를 실시하는 경우의 플로우차트이다.

도 20은 실험중의 산소 농도나 CO 및 HCl와 연료중의 총염소량을 나타내는 그래프이다.

도 21은 독성 등가와 연료중의 염소 농도와의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 22는 A중유와 수도물과 블로우수 샘플과의 독성 등가를 나타내는 그래프이다.

도 23은 다이옥신류의 발생 분포를 나타내는 그래프이다.

도 24는 보일러나 흡수식 냉동기 등의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 25는 멀티 버너의 보일러의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 26은 소각로 등의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 27은 가스터빈 코제네레이션의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 28은 디젤 기관의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 29는 내부 혼합식 버너의 개념도이다.

도 30은 외부 혼합식 버너의 개념도이다.

도 31은 로터리 버너의 개념도이다.

도 32는 역 압력 분무식 버너의 개념도이다.

도 33은 삼단 연소식의 연소 기구의 개념도이다.

도 34는 분할 화염 버너의 정면에서의 화염 패턴의 개념도이다.

도 35는 자기 배기가스 재순환 버너의 연소 기구의 개념도이다.

도 36은 가스터빈에 있어서의 농담 연소 기구의 개념도이다.

도 37은 배기가스재순환식 연소 설비의 구성의 개념도이다.

도 38은 탱크 브랜드법에 따르는 물에멀젼 연료유 제조 장치의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

도 39는 종래형 인 라인 비례 방식의 물에멀젼 연료유 제조 장치의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법은 액체 연료를 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비를 이용해 해당 연료 중에 폐액을 혼합 분산시켜 소각 처리할 때 소각 처리하려고 하는 폐액의 폐액종의 검토, 조성과 물성, 혼합 특성의 조사를 미리 해 합리적인 전 처리 수단에 대해 적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정을 실시하는 적용전 검토 항목과 해당 연소 설비의 연소염 상태 및 배기가스 조성이 해당 설비에 대해 이상적 상태를 나타내고 있는 연소 범위 내인 적용 전제 조건 항목과 폐액의 전 처리 수단, 폐액의 주입 방법, 폐액의 혼합 방법, 연소 설비의 공연비제어 방법, 연소 장치 최적화, 저NOx 수단, 첨가제의 유무와 종류, 물에멀젼 연소의 병용의 필요와 불필요를 복합적으로 조정하는 적용 검토 항목을 검토해, 폐액이나 첨가제등의 주입율이나 주입율의 변화율을 조정하여 배기가스중의 산소 농도의 정규 범위로부터의 일탈을 방지하고, 이상적 연소 상태를 의심하는 현상이 없는 이상적 연소 상태를 유지해 연소 수단에의 장해를 방지해 연소 후의 찌꺼기 성분에 의한 산업용 연소 설비의 장해를 방지해 폐액 조성에 수반하는 매연 농도의 변화를 규제치 이내에 억제하는 것으로 상기 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토 항목이 정상 범위를 일탈했을 경우에 주입을 정지시키는지 또는 그 일탈을 보정할 수 있는 주입율에 조정하는 적용 후 운용 항목을 실시해 후 처리에 의한 다이옥신류 대책 수단이 없는지 또는 그 수단전에 있어 배기가스중의 다이옥신류 농도를 그 산업용 연소 설비가 그 대상이 되는 연료유를 연소시켰을 경우에 기대되는 농도 레벨로 억제하는 것과 NOx나 매진 발생량, 폐액을 연소시키는 일에 의해 기인하는 할로겐이나 중금속류도 해당 산업용 연소 설비에 허용 되는 범위 내에서 운전 관리 가능한 일을 확인하는 적용 후 확인 항목을 실시하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 및 적용 검토 항목을 검토해 그 후 적용 후 운용 항목 및 적용 후 확인 항목을 실시하는 것으로 다이옥신의 발생하는 환경을 배제해 나가므로 다이옥신의 발생을 방지하는 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법으로 할 수가 있다.

청구항 2에 기재의 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법은 액체 연료 또는 가스 연료 혹은 그 양쪽 모두를 동시에 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비를 이용하는데 두어 상기 산업용 연소 설비는 물을 분무하는 일에 의해 NOx 저감 효과를 가지는 물 분사 설비를 갖추어 물 분사를 실시하고 있는 상태로 다이옥신류의 발생량이 그 산업용 연소 설비가 기대되는 농도 레벨일 때 혹은 폐액 혼합에 의한 물 분사에 의해 기대되는 농도 레벨이 되는 경우 소각 처리하려고 하는 폐액의 폐액종의 검토, 조성과 물성, 혼합 특성의 조사를 미리 해 합리적인 전 처리 수단에 대해 적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정을 실시하는 적용전 검토 항목과 해당 연소 설비의 연소염 상태 및 배기가스 조성이 해당 설비에 대해 이상적 상태를 나타내고 있는 연소 범위 내인 적용 전제 조건 항목과 폐액의 전 처리 수단, 폐액의 주입 방법, 폐액의 혼합 방법, 연소 설비의 공연비제어 방법, 연소 장치 최적화, 저NOx 수단, 첨가제의 유무와 종류, 물에멀젼 연소의 병용의 필요와 불필요를 복합적으로 조정하는 적용 검토 항목을 검토해 폐액이나 첨가제등의 주입율이나 주입율의 변화율을 조정해, 배기가스중의 산소 농도의 정규 범위로부터의 일탈을 방지해, 이상적 연소 상태를 의심하는 현상이 없는 이상적 연소 상태를 유지해 연소 수단에의 장해를 방지해, 연소 후의 찌꺼기 성분에 의한 산업용 연소 설비의 장해를 방지해, 폐액 조성에 수반하는 매연 농도의 변화를 규제치 이내로 억제하는 것으로 상기 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토 항목이 정상 범위를 일탈했을 경우에, 주입을 정지시키는지 또는 그 일탈을 보정할 수 있는 주입율에 조정하는 적용 후 운용 항목을 실시해, 후 처리에 의한 다이옥신류 대책 수단이 없는지 또는 그 수단전에 있어, 배기가스중의 다이옥신류 농도를 그 산업용 연소 설비가 그 대상이 되는 연료를 연소시켰을 경우에 기대되는 농도 레벨로 억제하는 것과 NOx나 매진 발생량, 폐액을 연소시키는 일에 의해 기인하는 할로겐이나 중금속류도 해당 산업용 연소 설비에 허용 되는 범위 내에서 운전 관리 가능한 일을 확인하는 적용 후 확인 항목을 실시해 상기 적용 후 확인 사항을 만족하는 수용액 혹은 에멀젼으로서 분사하는 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 산업용 연소 설비에 대해, 가스 연소를 채용하고 있는 연소 설비에 있어도 물 분사에 의해 NOx를 저감 할 수 있는 위치에 물 분사 설비가 있으면 그 설비를 이용해 폐액을 처리하는 것이 가능해지는 것이다.

청구항 3에 기재의 혼합 액체는 청구항 1또는 청구항 2에 기재의 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법에 의해 처리되는 폐액을 포함해 액체 연료를 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비의 연소 수단, 혹은 산업용 연소 설비에 대해, 물을 분무하는 일에 의해 NOx 저감 효과를 가지는 물 분사 수단에 상기 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토 항목, 적용 후 운용항목 중의 하나 이상을 이용해 제조되는 것과 동시에 연소실에 분무되는 전분무 유체중의 평균 함유 농도가 치사성의 독가스 성분이나, 방사능 강도가 일반적으로 허용되는 한도를 넘지 않는 범위이며 한편 염소는 중유 환산의 총연소량이 2000 kg/h미만의 경우 85000 ppm 이하, 2000~4000 kg/h의 경우 17000 ppm 이하, 4000 kg/h이상의 경우에는 1700 ppm를 넘지 않는 범위, N성분은 각 연소 설비의 NOx의 규제치를 넘지 않는 범위, S성분은 각 연소 설비의 SOx의 규제치를 넘지 않는 범위, 중금속은, 각 연소 설비의 중금속류의 규제치를 넘지 않는 범위, 연소 수단에 있어서는 수분량은, 0－60%의 범위, 물분무 수단에 있어서는, 수분량은 100%미만, 회분은 대체로 해당 연소 설비에 적용 가능한 연료중에 허용 된다

회분량을 넘지 않는 범위 또는 적용 후 운용 항목의 실시에 의해 안전성의 확인된 범위에 조정되는 것을 특징으로 한다.

이것에 의하면, 치사성의 독가스 성분이나 방사능 강도가 일반적으로 허용 되는 한도를 넘지 않는 범위로 설정되는 것 외, 그 외의 성분에 대해서도 운용상의 장해가 되지 않는 범위로 설정되므로 공해가 발생하기 어려운 폐액 및 물의 혼합 액체로 할 수가 있다.

또, 청구항 1에 있어서의 적용 항목으로 사용하는 물에멀젼 연료에 이용하는 에멀젼 용수도 여러가지 염류나 불순물을 포함하는 것이 보통이기 때문에 운용에 해당해 청구항 1에 준한 운용 방법이 바람직하며 보다 공해가 적은 에멀젼 연료로 할 수가 있다.

청구항 4에 기재의 혼합 액체는 청구항 3에 기재의 혼합 액체에 대해 유화를실시하는 에멀젼 용수를 포함하는 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 혼합 액체가 유화해 에멀젼 연료로서 이용할 수가 있게 되므로 여러가지 연소 장치에 대한 염류나 불순물로 조정된다.

또 폐액과의 병용시라도 안전성을 확보할 수 있고, 과도적 현상등의 발연 원인도 회피할 수 있으므로 보다 공해가 적은 혼합 액체로 할 수가 있다.

덧붙여 본 발명의 주요부가 되는 부분의 설명을 이하에 상술한다.

〔이용하지 않는 연소 에너지의 이용〕

산업용 연소 설비에 대해, 연소라고 하는 화학반응을 이용할 때 그 설계 기준으로서는 우선 연료가 가지는 열에너지를 어떻게 효율좋게 대상으로 하는 에너지로 전환하는가 하는 효율면에 집약된다.

다음에 설치 대수의 증가에 수반해 발생한 공해문제에 대응하기 때문에 저 NOx 방법이나 저매진 방법 등의 저공해화의 측면이다.

또 이것들, 양 기술 과제를 경제적으로 달성시키지 않으면 필연적으로 시장으로부터 도태 된다고 하는 장치의 특성으로부터, 효율적이며, 깨끗하고 게다가 합리적인 설계가 이루어진 설비만 가동하고 있다고 하는 상황에 있다.

그러나, 이러한 연소설비에 거의 공통적으로 이용하지 않는 에너지(미이용 에너지)가 있는 것을 발명자는 깨달았던 것이다.

그 미이용 에너지란, 액체가 연소할 때의 연소열은 1300℃이상의 고온이 되는데 대해 연소 설비에 대해 필요한 열은 높아도 1000℃인 것이 대부분이라고 하는것이다. 즉, 1300℃이상의 화염 그 자체는, 결과적으로 그 화염이 발하는 열선을 전열면이나 제품에 흡수시키는 일에 이용되는 정도로 1300℃의 화염 그 자체는 대부분 모든 산업용 연소 설비에 대해 유효 이용되어 있지 않은 것이다.

근년 갑자기 인체에의 유해성이 지적되어 사회 문제로도 되어 있는 다이옥신류는 여러가지 유기물에 기인하는 유기 화합물이며, 주위에 존재하는 탄소, 수소, 염소, 산소라고 하는 원소로부터 구성되기 때문에, 폐기물의 소각에 의해 쉽게 발생한다.

이들, 유기물을 포함한 폐액을 연료중에 혼합한 폐액 혼합 연료를 상기 산업용 연소 설비로 연소시키면 유일한 미이용 에너지인 화염중의 고온도로 완전 열분해가 되고 다이옥신류의 발생이 없고, 그 후의 연소열은 종래대로 산업용 연소 설비의 열에너지로서 이용하면 또 하나의 사회 문제가 되고 있는 탄산 가스 농도를 상승시키는 일 없이 폐액을 처리할 수 있다.

액체 연료에 산업 프로세스로부터 부생하는 여러 종류의 물질을 혼합시키고 보일러 등으로 소각처분 하는 것은 이전부터 실시되고 있던 것이다.

그러나 그러한 현상은 본 발명과 같이, 현재의 다이옥신 문제에 대응시키기 위해서가 아니고, 단지 열에 의해 불타 준다면 좋다. 혹은 증발해 주면 좋다라고 하는 발상에 근거한 것이며, 이상적으로는 폐액 소각로와 같이 주버너와 독립한 폐액 분무 버너로부터 분무시키고 싶지만 설비상 혹은 코스트상의 제약으로부터 이와 같은 수단에 의지한 것에 지나지 않는다.

그러나, 연료 중에 폐액을 혼합한다는 것은 그것에 기인하는 여러가지 문제를 해결하지 않으면 오히려 연소의 악화를 불러 다이옥신류의 발생 원인이 될 뿐더러 NOx나 매진의 증대, 또 산업용 연소 설비 자체를 고장시키거나 제품의 열화를 부르거나 하는 경우도 많아 안이한 적용은 사회적으로도 산업적으로도 리스크가 큰 일로 생각되었다.

거기서, 발명자는 우선 폐액의 상세한 분석을 실시해 그 성분이나 발열량으로부터의 검토, 연료와 혼합했을 경우 상태 등으로부터 주입 방법, 혼합 방법, 공연비제어 방법, 연소 장치의 최적화의 검토, 적용 가능한 연소 대상 설비의 선택 등을 실시해 상기 연소 설비가 양호한 연소를 실시하고 있는 상황 하에 대해 그 양호한 연소를 저해하지 않는 범위에 대해, 폐액 주입을 행하면 다이옥신류의 발생이나 NOx, 매진을 방지하면서 산업용 연소 설비의 장해를 방지해 그 에너지 절약 효과에 의해 탄산가스의 발생량까지 억제 가능한 기술을 확립했던 것이다.

[산업용 연소 설비로 허용 되는 범위내의 배기가스중의 유해 성분〕

산업용 연소 설비로 허용 되는 범위내의 배기가스중의 유해 성분이란 일반적으로 NOx, SOx, CO등이다. 이러한 값은 각 설비마다 각국의 규제치나 지방 자치체에 의해 기준치가 정해져 있다.

[산업용 연소 설비에 기대되는 다이옥신류 농도]

다이옥신류에 관해서는 소각로 이외에서는 현재의 장소, 대부분의 연소설비에 대해 명확한 기준은 없지만 적어도 소각로로 허용 되는 가장 어려운 배출 기준0.1 ngTeq/Nm³를 밑도는 것이 바람직하다.

보일러·가스터빈·화염 접촉부에 할로겐이 포함되지 않는 공업용로에서는 0.1 ngTeq/Nm³의 1/50 이하, 디젤 엔진과 같이 단속 연소를 하는 장치에 대해 1/5 이하가 기대되는 값이라고 생각된다. 0.1 ngTeq/Nm³를 웃도는 설비에 대해서는 그 농도 저하에 노력해야 하고 본 처리법에 따르는 대상 설비는 될 수 없다.

[중금속류의 제한]

또, 폐액을 연소하는 일이 되면 폐액 중에 포함되는 금속 성분이나 할로겐을 주체로 한 성분의 배출도 고려해야 한다.

특히 산업용 연소 설비에서는 배기가스의 후처리로서 버그 필터나 스크러버(scrubber) 등과 같이 중금속류를 제거하는 부대설비가 없기 때문에 중금속류에 관해서는 전 처리로 제거해 두는 등의 조치가 사회적 의무라고 생각한다.

[유해 성분의 결론]

즉, 폐액 소각로에 대해서는, 프로세스로부터 폐기되는 모든 폐액을 처리하는 것이 그 장치에 대해서 기대되는 성능인데 대해, 산업용 연소 설비는 배기가스 중에 유해 성분을 내지 않는 연료를 사용하는 일을 전제로 하고 있다.

폐기물 소각로(폐액 소각로)에 대해 후 처리가 요구되는 것은 어떠한 폐액에서도 받아들여 처분 가능한 것이 요구되고 있는 점에서 산업용 연소 설비에 있어서의 폐액 처리법과는 분명하게 다른 것이다.

즉 본 처리법에서는 역으로 연소 처분 할 수 있는 폐액의 여러가지 특성을 사전에 조사 검토하는 일에 의해, 국가나 또는 지방 자치단체 및 국민이 기대하는 레벨 이하로 배기가스중의 모든 성분을 억제 할 수 있도록 확신될 수 있어야 한다.

〔물 분사 노즐의 이용〕

청구항 1의 발명은 액체 연료에는 이용 할 수 없는 즉 액체끼리이기 때문에 에멀젼화나 용해 등의 방법으로 버너에 안전하게 공급할 수가 있지만 가스 연소에서는 그 같은 수단을 강구할 수 없다.

물 분사 설비는 NOx를 저감하기 위해 행해지는 NOx 저감 수단의 일종이지만 H, C나 CO의 증대를 부르기 때문에 그 분사 위치나 분무 입경 및 연소량과의 밸런스 등을 정밀하게 컨트롤 하지 않으면, 이상적인 연소 상태를 유지하면서 물 분사를 실시할 수가 없다. 그러나, 물 분사는 연료 중에 혼합하는 경우와 달리 분사영역(일차 영역 혹은 2차 영역) 혹은 화염의 크기 등에 의존해 확실히 소각 처리 할 수 있는 확률은 낮다.

일반적으로 완성된 설비로서 물 분사를 실시하는 경우에는 H, C나 CO의 발생이 없는 일이 전제이지만 그 일을 충분히 확인한 다음 다이옥신류가 발생하기 어려운 폐액, 즉 탄소수 1~5 정도의 알코올, 산, 알데히드, 에테르 등으로부터 구성되는 폐액이면, 물 분사 라인에 혼합되어 만일 불완전 연소 상태로 배출되어도 열축합에 의한 벤젠이 발생하지 않기 때문에 안전하게 처리 할 수 있는 것을 알았다.

물론, 본 기술은 액체 연소 수단을 가지는 물분무에도 적용 가능하지만 한정적이면서 가스 연소 설비에도 적용 할 수 있어 NOx 제어나 연소실 온도, 배기가스 온도 등에 유의하면 효율 개선에도 도움이 되는 기술인 것을 알았다.

따라서, 이 정밀하게 컨트롤 되는 물 분사 노즐이 가스 연소 설비에 있어서의 유일한 폐액 처리법의 수단이 될 수 있다.

〔장래의 액체 연료의 전망〕

석유를 원료로 한 액체 연료는 점점 고갈되어 간다고 이야기된다.

확실히 천연가스와 비교해 석유의 잔존비는 낮고, 자원의 고갈과 함께 가격이 상승하는 것은 피할 수 없다고 생각된다. 종래의 고찰이면 차세대의 에너지라고 말해지고 있는 핵융합열의 이용까지는 천연가스를 주체로 한 에너지 공급 체제의 강화가 과제가 되고 있다. 그러나 폐액 처분에 있어서의 액체 연료의 메리트는 실시의 형태로 말하는 것처럼 지구 환경을 지키는데 있어서, 매우 가치가 있는 기술이다.

다행스럽게, 액체 연료가 가지는 운반성이 평가되어 옛부터 합성 액화 연료가 천연가스나 석탄 혹은, 리사이클 자원인 셀룰로오스 등으로부터의 알코올에 의해 합성 가능한 기술 축적이 있었고, 석유값의 상승과 함께 채산성이 있다고 생각된다.

본 발명은 천연가스가 액체 연료보다 싸졌을 경우에 대해서도 이 처리법의 유용성이 없어지는 일은 없고, 따라서 석유 자원의 고갈에 의해 이 처리법이 진부화 할 우려는 없다.

[조제 알코올에 대해]

현재는 소각처분 되고 있는 잡지류 등의 재이용이 곤란한 오래된 종이도 셀룰로오스에서 당류, 다시 알코올이라고 하는 공정을 거치면 열원으로서 유효 이용이 기대되고 있는 알코올을 얻을 수가 있다.

그러나, 알코올을 직접 연료로 하려면 순도의 높은 알코올을 정제해야 하고, 그러나 이 순도의 높은 정제 알코올을 얻기 위해는 매우 많은 에너지와 코스트가 필요하다. 그러나, 본 처리법에 따르는 산업용 연소 설비의 NOx나 바이진을 저감 하는 수단으로서 단증류 같은 간단한 설비로 얻을 수 있는 조제 알코올중의 증류수가 실은 가스터빈이나 디젤 엔진에도 사용 할 수 있고, NOx 저감에 큰 역할을 다하게 된다.

또, 증류액 중에 동시에 포함되는 유기계 불순물등도 본처리법에 의하면 전혀 문제없게 처리할 수 있다. 이와 같은 조제 알코올은 협의의 폐액은 아니지만, 본 처리법으로 이용하므로 에너지의 재이용과 함께 지구 환경의 악화 방지에 지극히 유효하다.

〔라디칼의 컨트롤〕

[라디칼이란]

라디칼이란 분자를 구성하는 원자간의 결합에 있어, 전자를 공유하는 공유결합 상태의 원자끼리가 어떠한 이유로 절단되어 자유전자를 가진 상태를 말한다. 본 발명에서 이용하는 액체 연료 및 폐액은 여러가지 탄화수소를 포함하고 있고 이 라디칼은 연료와 폐액의 혼합에 대해 여러가지 악영향을 미치지만, 반대로 연소 반응은 이 라디칼을 이용해 급격한 열반응을 일으키는데 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 발명은, 말하자면 이 탄화수소 라디칼을 어떻게 컨트롤 하는가 하는 점에도 충분한 배려가 필요하다.

[이물 생성과 라디칼의 관계]

연료는 여러가지 탄화수소의 집합체이며, 폐액에도 또 여러가지 탄화수소가 포함되어 있다.(연료유의 라디칼과 슬러지 생성)

연료는 그 정제 공정, 조정 공정으로 여러가지 스트레스를 받아 라디칼 반응이 발생하지만 이들은 연료 저장 중에 소멸되고 안정화 상태가 된 것이 출하되기 위해 일단 안정화 상태라고 판단할 수가 있다. 이것은 실은 그 연료의 탄화수소의 다양성에 기인하고 있다.

즉 라디칼을 발생하기 쉬운 성분과 반대로 라디칼을 수복하는 분자가 포함되어 있기 때문에 일정시간의 경과 후에 라디칼 소멸 결과로 슬러지는 잔류하지만 안정 상태가 되는 것이다. 예를 들면 연료유가 라디칼을 일으키기 쉽고, 그 수복을 실시하는 성분이 없다고 하면 이와 같은 라디칼에 기인한 연쇄반응이 발생해 자연발화 혹은 중합화 등을 일으켜 연료유로서는 전혀 사용 할 수 없는 것이 되어 버린다. 즉, 연료 정제나 조정 공정으로 발생하는 슬러지류는 실은 라디칼 반응이 소멸한 결과에 의한 이물인 것을 잊어서는 안된다.

이 때문에 일견 안정하다고 생각되는 연료유도 산소나 오존 혹은 자외선 등의 스트레스에 의해 라디칼이 발생해 그 소멸의 결과로서 슬러지 생성이 발생하는 것이다.

(폐액의 라디칼과 산화 환원 전위)

폐액에 대해서는 적어도 동일 지식이나 조성이 아닌 한 적어도 어느 정도의 라디칼이 존재해 연료유와 혼합했을 경우, 어떤 화학반응을 일으킬까 하는 것은 실험에 의지하지 않을 수 없다. 즉 순수 시험을 실시하려고 해도 연료유의 조성 자체, 상기의 라디칼 반응을 경유해 안정화 한 것이고, 폐액으로서 배출되는 폐액에도 그 주요 조성 이외의 여러가지 이물질이 혼입해 있을 가능성이 있기 때문이다.

그렇지만, 폐액이 강력한 산화 혹은 환원 전위를 가지는 경우, 적어도 그 폐액과 연료유의 혼합은, 연료유의 탄화수소에 대해서 강력한 라디칼 생성의 스트레스와 완성되는 일은 상상이 어렵지 않다. 즉 산화 환원 전위란 전자를 빼앗는 혹은 준다고 하는 라디칼 반응의 방아쇠 그 자체이다.

따라서, 산화 환원 전위에 대해서는 이것들을 혼합 전에 중화 하는 등의 방법을 거쳐 혼합시키지 않으면 안 된다.

[연소와 라디칼의 관계]

(세탄값과 옥탄가와 라디칼의 관계)

디젤 엔진의 이론 구성으로 중요한 점은 불씨(즉 강력한 라디칼의 덩어리)가없는 상태에서의 고온 고압하에서의 연료의 발화성이다. 이 발화성의 용이함의 지표가 세탄값으로 불리는 발화성을 평가하는 값이며, 반대로 옥탄가는 발화성의 낮음을 나타내는 지표이다. 이 발화성이란 고온이라고 하는 스트레스와 산소의 작용에 의해 일으켜진 라디칼이 연쇄 반응에 의해 연소(즉 급격한 라디칼 반응)에 이르는 스트레스이다. 즉, 세탄가가 높은 연료는 스트레스에 약하고, 옥탄가가 높은 연료는 스트레스에 강한 것이다.

여기서, 발화성과 인화성을 명확하게 구별해야 한다. 인화성이란 연료 성분중의 가스화하는 성분의 증기압과 동일하고, 가스화하기 쉬운 저분자의 성분이 많으면 인화점은 저하한다. (인화성은 향상한다.) 반대로 발화성이란 스트레스에 대한 약함을 나타내 분자량이 큰 직쇄나 불포화기가 많이 존재하면 발화성이 증가한다. 여기서, 경유와 같이 비교적 저분자의 탄화수소로 구성되어 있는 연료유의 경우에는 직쇄 구조가 긴 것 일수록 세탄가가 높고 우수한 디젤 엔진 연료라고 특정지어 진다.

· 중유의 라디칼 억제 성분, 내성 성분

그러나, A중유나 C중유와 같이 거대한 분자가 존재하는 경우에는 이것만으로는 해명할 수 없는 복잡한 요소가 관련되어 있다.

와인의 발암성 방지 효과로 유명하게 된 폴리페놀류는 두개 이상의 OH기가 붙은 페놀의 화합물의 총칭이지만 그 외 여러가지 라디칼 반응 억제 물질이 중유중에도 포함되어 있다고 추정된다. 즉, 벤젠고리가 여러가지 형태로 결합한 구조를 가지는 탄화수소는 지극히 안정성이 높고 라디칼 연쇄의 영향을 받기 어려운 것이다. 폴리페놀류는 자신의 강력한 벤젠 골격을 지킬 수 있어 OH기가 산소 라디칼과 반응해, 에너지를 받아도 벤젠 골격 전체에 에너지를 분산해, 새로운 라디칼을 외부에 내지 않음으로써 강력한 라디칼 억제작용이 있다고 생각되고 있다.

그러나, 다이옥신류의 기본이 되는 디벤죠다이옥신, 디벤죠퓨란, 비페닐 등의 안정성, 즉 약간의 라디칼로는 분해되지 않는 특성을 주고 있다. 이것은 발화성이라고 하는 면에서는 라디칼 내성 성분이다.

다시 말하면, 폴리페놀과 다이옥신류는 극단적으로 말하면 배위된 물질이 OH기인지 염소원자인지의 차이에 관계없이 산소 라디칼의 공격을 받았을 때, OH기이면, 자신은 산화되어 -O(카르보닐)가 되어, H^＋를 건네주어 안정한 H₂O로 되어 라디칼을 소멸시키지만, 염소가 배위되면 O－에 의해 유해한 -ClO가 되어 유전자를 손상시키는 것이지만, 아마 2, 4, 7, 8에 배위된 것은, 본래 안정한 O₂를 반대로 라디칼화 시키는 작용 때문에 지극히 높은 독성을 가지는 것은 아닐까라고 추정된다.

그러나, 양자가 공통되는 일은, 자신의 강력한 골격은 약간의 라디칼로는 매우 안정하다고 하는 점이다.

다이옥신류는 생체 호르몬으로서 생체에 수용체가 있어, 유전자를 보다 손상시키기 쉬운 위치를 차지하므로, 지극히 미량에서도 그러한 작용이 보다 데미지의 큰 부분에 효과적으로 작용하는 것이라고 추정되고 있다.

이 때문에, 중유와 같이 여러가지 성분과 스트레스를 거쳐 제품으로 된 연료유의 경우, 그 스트레스 내성인 발화성은, 연료유가 들어올 때마다 변화하는 것이라 해도 과언은 아니라고 생각된다.

(연소와 라디칼의 관계)

상기와 같이 연료 중에는 라디칼에 대해서 여러가지 특성을 나타내는 물질이 존재하지만 연소라고 하는 지극히 원시적인 화학반응은 연료 중에 보통 존재하는 모든 탄화수소의 라디칼 내성을 파괴하는 가장 간편한 화학반응이다.

예를 들면 폴리페놀로 유명한 탄닌류도 불을 붙이면 간단하게 태울 수 있는 사실로부터 명백하다. 아무리 강력한 골격을 가진 탄화수소에서도 연소에 견딜 수 있는 물질은, 존재하지 않는다.

·그래파이트(graphite)의 라디칼 내성

그러나, 상기 폴리페놀이나 축합 다환식 화합물등은 연소라고 하는 강력한 라디칼 작용을 받으면 열분해해, 연소하기 쉬운 C1~C5 전후의 탄화수소 가스를 발생한다. 그러나, 축합 다환식 화합물은 벤젠고리 자체가 C와 H가 1대 1인데 대해, 축합 위치에서는 H의 배위가 없기 때문에, 탄화수소 가스가 될 수 없고, 최종적으로 그래파이트(graphite) 결정으로서 잔류한다. 이것이 소위 잔류 탄소이다. 문제는 이 그래파이트(graphite)가 지극히 안정한 물질로, 산소가 존재하지 않는 상태에서는 방사능과 같은 지극히 높은 에너지를 가지는 라디칼에 대해서도 안정한 물질이라는 사실이다. 즉 기름 방울이 크고, 표면이 그래파이트(graphite)화한 그을음은 연소라고 하는 라디칼로부터 내부의 탄화수소를 지키는 위험이 있다. 비장탄 등의 고급탄은 그래파이트(graphite)의 순도를 올려 치밀한 결정으로 되어있기 때문에 매우 오랫동안 불붙는 것이 이 이유이다.

따라서, 연료유의 연소에 수반해 기름방울의 중심부에 그래파이트(graphite) 결정이 생성되면 그래파이트(graphite)에 의해 라디칼의 연쇄반응으로부터 지켜진 탄화수소가 잔류하는 확률도 높아진다고 추정된다.

(물과 라디칼의 관계)

·물의 라디칼 억제 효과

상기 그래파이트(graphite)와 같게 지극히 라디칼 내성이 높은 물질로서는 물이 있다. 물은 상기의 연소에 물을 가하면 연소가 정지해 버리는 일도 지극히 원시적인 화학반응 정지 작용이라고 말할 수 있다.

(라디칼의 억제 작용)

이것은 보통 상태의 물 혹은 수증기의 비점의 높이, 비열의 크기, 증발 잠열의 크기에 기인할 것이라고 생각된다. 즉 외부로부터의 에너지를 흡수하는 능력이 높게 라디칼을 억제한다.

이것은 전술의 그래파이트(graphite)같이 원자로의 로심재 뿐만이 아니라 가장 신뢰가 필요한 긴급정지재료로서도 이용되는 것으로부터 명확하게 알 수 있다. 이 물의 라디칼 억제 효과의 원인은 물 혹은 수증기, 비열의 크기, 비점의 높이 등 물이 가지는 특수성이며, 즉 물의 극성과 거기에 따르는 분자간 상호력에 있다고 추정된다. 즉, 상기 폴리페놀과 같이 극성에 의해 큰 분자간 상호력을 가지는 물은 라디칼을 분자간 상호력내에서 흡수해 외부에 전달시키지 않는 작용을 가진다고 생각된다.

그렇지만 보통의 온도나 압력 영역에 있어 증기가 되어도 이 분자간 상호력은 유지된 채로 있기 때문에, 수증기의 특수성과 함께 뛰어난 라디칼 억제 효과를 가진다고 추정된다.

학설에 따라서는 이 극성에 기인하는 분자간 상호력의 이상성을 가져 클러스터 구조를 가진다고 해석하는 것도 있지만, 이 부분에 관해서는 완전하게 해명된 이론은 없다.

· 물의 미폭라디칼 반응

그러면, 어떤 상태의 물이 라디칼 억제 효과를 가지는가 하는 것은 의문이다. 최근 화제가 되고 있는 임계수 혹은 초임계수 등에 의한 다이옥신류의 분해는, H₂O도 지극히 강력한(즉 다이옥신류의 안정성을 깬다) 작용을 가지는 일을 나타내고 있고, 상기 그래파이트(graphite)를 분해하는 수성가스 반응도 상황에 따라서는(즉 수증기와 탄소가 1000℃이상으로 반응한다) 물이 강력한 라디칼로 되어 있는 것을 나타내고 있다. 아마, 이와 같은 1000℃를 넘는 고온에서의 물은 일반의 연소 반응에 기인하는 O^－나 H^＋나 알킬 라디칼보다 높은 반응 활성(라디칼)을 가지는 것이라고 추정된다.

특히 분무된 기름방울은 한 개가 아니고, 복수의 입자가 서로 간섭해 고온의 수증기 반응을 받는 것으로 한층 더 이 작용을 높이는 것이다.

[라디칼의 발생 원인]

라디칼이란 전술했듯이 산소 혹은 수소등이 O₂혹은 H₂라고 하는 안정된 상태로부터 O^－혹은 H^＋가 된 산소 라디칼 혹은 수소 라디칼이 가장 일반적이지만 그 외 전자를 빼앗긴 혹은 받은 상대방도 각각의 라디칼이 된다.

(라디칼의 요인)

라디칼을 발생시키는 요인은 여러 가지이다. 전술의 열, 자외선, 방사선등의 물리적 요인으로부터 O₃나 여러가지 산화 환원 물질, 또 화학반응에 기인하는 여러가지 전자의 이동이 라디칼의 발생 요인이 될 수 있다.

본 특허에 있어, 특별히 주의해야 할 점은 열이다. 열의 경우 보통은 가열이라고 하는 공정에 의해 발생하며 액체에 열을 가하지 않으면 열에 의한 라디칼을 일으키지 않는다고 생각하기 십상이다. 그러나, 연료의 이송을 실시하는 펌프에 의한 가압은 만일 근소한 기포라도 있으면 그 단열 압축 효과에 의해 놀랄 만한 열이 발생하고, 유량 제어를 실시하는 오리피스나 액체의 혼합으로 사용하는 믹서 등으로 생기는 캐비테이션 현상도, 마이크로적으로 연료에 대해서 지극히 큰 열스트레스(라디칼)를 준다.

[연소 반응에 있어서의 연료유와 물]

연소 반응에 있어서의 물이 연료유에게 미치는 특성은, 연료유의 발화전은 억제적으로 작용해(NOx 억제), 어느 임계점(아마 1000℃)이 되면 반대로 라디칼로 된다(매진 억제)고 하는 면이 있어, 공해방지에 대해 지극히 양호한 관계에 있다고 생각된다. 이와 같은 이론적인 고찰에 근거해, 물 분사 혹은 에멀젼 연소와 같은NOx 억제 수단이나 매진 억제 수단이 고안 된 것은 아니라고 생각되지만, 이 점을 해명했다고 해서 물 분사나 물에멀젼 기술 그 자체의 특허성이 없는 것은 아니다.

그러나, 이와 같은 물 분사 기술이나 물에멀젼 기술이 가장 빨리 검토된 보일러 연소에 대해, 반드시 성공했다고는 말할 수 없는 상황을 생각하면 이론에 근거한 방법으로 정확하게 운용하는 것은 중요한 기술이라고 생각한다.

[물 분사 혹은 에멀젼 연소를 보일러 연소 기술자가 기피하는 요인]

(잠열 손실의 희생)

전술과 같이, 연소에 있어서의 물의 작용은 공해방지라고 하는 점에 대해 뛰어난 특성을 발휘한다. 그렇지만, 그 같은 역할을 끝낸 물은 수증기로서 폐기되어 열을 회수할 수가 없다. 따라서, 고도의 연소 설계에 근거해 연소성이 개선된 버너에 대해서는 에멀젼 연소에 의한 라디칼 효과는 효율 면에서는 거의 기여하지 않고, 그 증발 잠열분이 효율의 손실이 되어 시스템의 효율을 저하시킨다.

(C중유 연소에 있어서의 NOx 저감 효과의 한정적 작용)

보일러에 대해 물 분사 혹은 에멀젼 연소가 가장 기대된 것은 NOx 저감 작용이다. 물의 라디칼 억제 작용을 무의식중에 인지하고 있는 기술자는 많고, 화염 중에 수증기가 작용하면, 화염 온도가 저하해 NOx의 저감에도 기여한다는 생각은 그렇게 곤란한 일은 아닐 것이다. 그렇지만, 현실은 보일러와 같은 비교적 완만한 연소과정에서는 화염 온도 저하에 의한 NOx 저감량은 지극히 적은 것이다.

도 1은 보일러, 가스터빈, 디젤 엔진의 미대책 NOx치(전혀 저NOx 수단을 취하지 않는 경우의 NOx치를 A중유 보일러 연소를 1로 한 배수)와 물 1%가 NOx 저감에 어느 정도 효과가 있는지를 나타낸 값이다.

유감스럽지만 가스터빈 기관에서는 현재 상태로서는 물에멀젼에 대해서 이해를 얻을 수 없기 때문에 물분무에 의한 데이터를 채용했지만 보일러 및 디젤은 실측의 값에 근거하고 있다. 디젤 엔진으로 연료를 특정하고 있지 않는 것은 연료중의 질소분이나 잔류 탄소등은 대부분 NOx 발생량에 의존하지 않기 때문이다.

C중유 보일러 에멀젼의 NOx 저감 효과는, 도 1에 보는 것처럼 100건 이상의 발명자의 지식에 의해, 평균치는 거의 제로이라고 생각된다.

이것은 A중유 보일러 에멀젼으로 확인할 수 있는 보일러 연소에 있어서의 NOx 저감 효율과 에멀젼 연소 과정에 있어서의 라디칼 작용에 기인하는 NOx 상승 요인이 우연히 맞아떨어진 결과라고 추정된다. 즉, C중유는 고분자의 탄화수소가 많아(라디칼 저항 물질이 많다), 연료의 점도도 높으므로 기름 방울지름이 커지기 십상이며, 그렇지만 연소 반응이 진행되기 어렵다.

그런데, 에멀젼은 물리적 현상인 미폭작용에 의해 연료를 미립화한 후 한층 더 고온이 되어 라디칼이 되어 이러한 고분자 물질의 분해를 가속적으로 앞당긴다고 생각된다. 이 때문에 가장 NOx가 발생하기 쉬운 일차 영역의 온도가 양호한 연소를 유지 할 수 있는 범위에 대해, 물을 더해도 물의 증발 잠열에 의한 열흡수와 라디칼 활성작용에 의해 상쇄되는 것으로 추정되어 실제의 연소 적용의 결과와 일치한다.

[폐액 처리에 있어서의 라디칼 이론에 근거하는 에멀젼 연소의 우위성]

물 분사나 증기 분사에서도 사실상 이와 같은 라디칼 반응을 일으키는 것이라고 생각되지만 연소 후에 분무된 수분은 실은 라디칼의 억제 작용만 발휘되고 미연분억제에는 대부분 효과가 없다. 즉, 물이 가지는 잠열이나 현열이 연소 전에 작용하는 것과 연소 후에 작용하는 것과는 물이 라디칼화하는 비율이 분명하게 다르기 때문이다.

즉 연료와 함께 분무되는 신에멀젼 연소 이론에서는 연료유 방울은 미세한 폭발에 의해 미립화되어 발화함과 동시에 이번에는 열에 의해 라디칼화한 H^＋, O^－의 공격을 받는 순간에 열분해 반응이 진행된다고 생각되어 폐액 중에 포함되는 각종의 유기물을 비롯해, 연료 중에 포함되는 연료 이외의 유기물의 분해에도 절대적인 효과를 발휘하는 것은 상상하기 어렵지 않다.

그러나, 이상적인 연소 형성을 일으키고 있는 화염에 대해서 유기물을 포함한 폐액을 분무했을 경우에는 그다지 잘 화염과의 컨트롤을 실시하지 않는 이상 물의 라디칼 억제 효과에 의해 폐액중의 유기물의 분해가 억제되어 버리고 마는 우려가 있다. 실은, 이 점이 폐액 소각로에 의한 다이옥신류 억제와 에멀젼 연소를 응용한 다이옥신류 대책과 결정적으로 다른 포인트인 것이다.

[정확한 믹싱의 중요성]

폐액 혼합에 있어서 라디칼의 컨트롤에 대해 또 하나 소중한 점이 있다. 그것은 폐액과 연료의 혼합은 단번에 재빠르게 간결하게 실시하고, 혼합 후는 즉시 연소시켜 버린다고 하는 점이다.

(한번에 혼합) 연료끼리의 혼합법에도 물에멀젼 제조와 같이, 탱크 브랜드법과 인라인 비례 제어법이 있다. 발명자는 물에멀젼 장치의 기술을 응용해 A중유와 C중유의 인라인 비례 혼합기도 다수 제작해 납입하고 있다.

이것은 탱크 브랜드법은 슬러지 발생이 많다고 하는 경험적 지식에 근거한 것이었지만 라디칼 이론에 있어, 이 점도 해명할 수 있었다.

즉, A중유와 C중유와 각각 스트레스 이력과 조성이 다른 연료유가 혼합하는 것은 계면에 새로운 라디칼 발생 요인을 가져오는 것을 상상하기 어렵지 않다.

이 계면에서만 라디칼이 동반하는 전자의 이동이 발생하면, 연료의 경우에는 억제 물질이 있기 때문에 이 정도의 라디칼로는 화재 등의 이상 현상은 발생하지 않기 때문에 연쇄 반응이 일어나기 쉽고, 보다 안정한 물질 즉 거대한 골격을 가지는 슬러지가 생성되기 쉬운 것이라고 생각한다.

확실히, 아스파르텐의 마르텐 이탈에 의한 슬러지 발생의 요인도 있을 것이며, 그러나, 접촉시킨 채로 혼합시키지 않으면 서로 섞임에 따른 라디칼의 연쇄 반응이 발생하기 쉬운 일은 사실일 것이다.

라디칼의 연쇄반응을 일으키기 쉬운 물질이 분산됨에 따라 회피되는 것은 역설적이지만 최근의 저NOx 수단인 희박 연소 이론과 잘 일치한다. 즉, NOx가 지극히 낮은 연소가 가능한 희박 연소 영역(연료에 대한 공기량이 많다)에서는 대단히 큰 에너지가 존재하지 않는 한 연쇄 반응은 일어나지 않는다. 즉 점화 플러그 정도의불꽃(라디칼)에서는 연쇄 반응이 일어나지 않고, 엔진은 움직이지 않는다. 거기서, 점화 플러그 주위에만 연료의 고농도 영역을 만드는 일에 의해, 라디칼이 이 고농도 영역을 연소시켜, 이 큰 라디칼에 의해 연소실 전체에 라디칼을 전파 시키는 것이다.

즉, 연료와 폐액과의 혼합(특히 서로의 분산성이 용해 분산)에서는 그 농도의 진한 부분(라디칼 연쇄가 발생하기 쉬운 부분)을 없게 해 단숨에 균일 농도로 해 버리는 것이 혼합 장치를 설계하는데 있어서 중요하다.

(재빠르게 혼합)

이것은 전술과 완전히 같은 이유이다.도 5의 인젝터형 믹서는 발명자가 라디칼 이론을 깨달은 후 채용한 믹서 형식이며, 연료끼리의 혼합에 프리믹서로서 채용하고 있지만 즉 유속을 빠른 주위로부터 균등하게 혼합시켜, 혼합 후에 난류를 일으킨다고 하는 이상적 혼합 방법이다.

인젝터의 이론 그 자체가 이 균일하게 민첩한 혼합에 대해서 용이하고, 한편 보다 바람직하다. 덧붙여서, 선회안내날개 방식의 믹서는 본 발명에 의한 믹서로서는 복수단의 안내 날개를 경유해 가는 과정에서 혼합에 시간이 걸리기 때문에 라디칼이 발생하기 쉬운데 반하여 약간 인젝터식에 뒤떨어진다고 생각하고 있다.

(간결한 혼합)

상기의 화학적 혼합뿐만이 아니라 기계적 혼합에 대해서도 많은 에너지는 필요하고, 이 에너지는 혼합되는 유체에게 전달될 수 있어 라디칼의 원인이 된다. 따라서, 연료와 폐액과 같이 가능한 한 연소 전에 라디칼을 주고 싶지 않는 성분의혼합에 있어, 필요 이상의 혼합 에너지는 완전히 불필요할 뿐만이 아니라, 오히려 장해의 원인이 될 수도 있다. 이 점에 대해 [특허 1220654호]의 믹서는 이번 라디칼 이론에 근거해 설계된 것은 아니고, 필요 최저한의 에너지에 의해 효율 좋게 혼합하는 관점으로부터의 설계였지만, 라디칼 이론에 근거하는 이론과 일치하며, 에멀젼 연료 제조용 믹서로서 성공한 것이라고 생각된다.

라디칼 이론을 따라 주위의 식품과 각종 믹서와의 상관관계를 조사하면 재미있는 것을 깨닫는다. 그것은 우유와 초콜릿이다. 우유도 믹서도 호모게나이자로 불리는 지극히 고압인 펌프로 승압해, 미세한 구멍을 통과시키므로, 지극히 균질인 에멀젼을 제조하는 믹서이다.

그러나, 이것들 우유나 초콜릿은 굉장한 라디칼 반응을 받음이 틀림없다. 그런데 우리는 그것들 균질화 된 우유나 초콜릿을 소비해도 전혀 문제없는 것은 주지의 사실이다. 즉, 가열도 마찬가지이지만, 그것들 우유나 초콜릿에는 뛰어난 라디칼 억제 효과가 있어, 이러한 스트레스를 흡수해 무해화하는 작용이 있기 때문에 안전하다고 생각된다. 하지만, 이 이론에 근거하면, 우유도 스트레스가 없는 상태로 마시면 보다 건강에 좋을 것이라고 상상하는 것은 어렵지 않다.

따라서, 이 이론에 근거하면, 혼합 방식으로서는 초음파 등을 사용한 고에너지의 믹서도 본 발명에 대해서는 지극히 안정한 폐액의 혼합에 한해서 사용해야 한다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 근거해 설명한다.

〔고정밀의 에멀젼 제조와 새로운 이론〕

원칙적으로 본 발명으로 응용하는 에멀젼 기술은 버너전 인라인 비례 방식으로 불리는 고정밀도의 비례 주입 기구를 가진 에멀젼 장치를 전제로 하고 있다.

[버너전 인라인 비례 방식]

도 2는 현재 발명자등이 실제로 제조하고 있는 물에멀젼 장치의 기본 구성이다.

도 2는 연료 탱크에 저장되는 연료를 연료 펌프 2에 의해 가압해, 연료 유량 조정 밸브 4로 유량 조정된 연료가 연료 유량계 5로 믹서 20을 통과해 버너 9에서 연소된다. 물은 용적식 물펌프 164로 토출되어 급수 유량계 168을 통과해 믹서에 주입된다고 한다. 플로우 구성만을 생각하면 지극히 심플한 구조가 되고 있다.

믹서는 상기의[분연펌프전 인라인 비례 방식]에서 사용한 믹서와 같이 유량 변화에 의해 에멀젼 입자 지름이 변화하지 않는 것을 사용해야 한다.

(과도적 현상의 해결)

그러나, 연료 유량 조정 밸브에서 유량 제어된 연료 배관중에 물을 주입하는 일은 비례 제어 기술에 대해, 매우 어려운 제어성이 요구된다. 하나는, 주입 개시시나 주입 정지시에 있어서의 과도적 현상의 문제이다.

즉, 이 포인트에서의 주입의 경우, 연료 유량 조정 밸브로 유량 조정된 연료는 물주입의 유무에 한정하지 않고 일정한 경우가 많다.

(이것도 연료 유량 조정 밸브의 특성에 작용된다.)

만일 100 L/h의 유량으로 흐르고 있는 상태로 30 L/h의 물을 단번에 주입했을 경우, 주입한 순간에 버너로 분사되는 연료량은 두 유체의 합계인 130 L/h로 증가한다.

그러나, 주입한 순간에 있어서는 버너 근방의 연료에는 물이 주입되지 않고, 연료 그 자체가 130 L/h로 흘러 버리는 과도적 현상이 발생한다. 이 때문에 주입 직후에 대량의 발연이 생기게 된다. 반대로, 이 상태에서 안정되어 있는 상태로 단번에 물주입을 정지하면, 버너에서 130 L/h로 분무되고 있던 연료는 단번에 100 L/h로 감소한다.

그런데, 정지한 직후는 버너 근방의 연료에는 약 23%의 물이 포함되어 있기 때문에 실질적인 연소량은 87 L/h로 감소한다. 이것은 과잉 공기 연소에 연결되어 흰 연기의 발생이나 불이 끄지는 등의 원인이 된다.

따라서, 이러한 상태를 해결하기 위해, 물을 가하는 것을 정지하거나 가수율 변경 등이 연소계에 영향을 주지 않는 속도로 실시되는 것 같은 특별한 제어 방법이 필요하다. 또, 과도적 현상은 믹서로부터 버너 첨단까지의 연료계의 용적과 유량에 의해 정해지는 값이기 때문에 믹서와 버너간의 거리를 줄여, 배관 구경을 가능한 한 작게 하는 일에 의해 주입율의 변화를 신속히 실시할 수 있는 것처럼 되므로, 가스터빈과 같이 보일러 보다 더 어려운 부하 특성이 요구되는 용도의 경우에는 보다 짧고 가는 라인으로 설계해야 한다.

(부하 변동의 대응)

둘째는, 부하의 변동이다. 보일러등의 연소 설비는 부하의 변동에 따라 고속의 부하 대응이 요구되는 것이 많아 특히 중소 용량 보일러에 대해서는 증기의 소비 포인트가 분산하고 있는 것이 많고, 이 경향이 현저하다.

연료 유량의 그 같은 변동에 대해서, 그 변화 속도에 떨어지지 않는 정확한비례 추종이 요구되는 것이지만 이 일을 깨닫지 않은 기술자가 많은 것도 특징이다. 즉, 연료 변화에 대해서 응답 지연이 생기면 결과적으로 상기의 과도적 현상이 발생하는 것은 지금까지의 설명으로 이해되는 것이지만 예를 들면 100 L/h로 연소하고 있는 상태에서 200 L/h로 연소량이 증가했을 경우, 가수율이 30%이면, 각각 130 L/h와 260 L/h의 에멀젼 연료가 오차 없게 버너로부터 분무되지 않으면 과도적 발연이나 흰 연기가 회피되지 않는 것이다.

그러나, 보통의 PID 연산법에 대해서는, 고정밀도라고 생각되고 있는 피드백 제어를 실시해도 130 L/h→230 L/h→260 L/h라고 하는 과도적 상황이 반드시 발생해 버린다. 이것은 비례 물주입의 추종성이 나쁘기 때문이다.

본 기술의 물주입제어는 연료 유량계의 신호가 유량 비례 제어기 61에 입력되어 여기서 후술 하는 퍼지 추론에 근거하는 고속 비례 연산을 실시한 신호가 용적식 물펌프의 회전수제어를 실시하는 일에 의해 실현된다. 용적식 물펌프는 고정밀도의 것을 사용하고 있기 때문에 원칙적으로는 오픈루프 제어가 가능하지만 (반대로 오픈루프 제어가 아니면, 이와 같은 고속의 비례 응답은 곤란하다.)

경시 변화와 함께 혹은 기기차에 의해 1회전 당의 토출양이 변화한다.

거기서, 급수 유량계의 신호에 근거해 현재 사용하고 있는 급수 펌프의 기기차 특성을 산출해 미리 이 기기차 특성을 가미한 다음 상기 고속 비례 연산을 실시하게 하는 것이다.

(그 외의 제 과제)

여기에서는 자세하게 말하지 않지만 그 외 믹서의 내압이 연소 부하에 대해변화하거나 연료유 온도의 상승에 수반하는 물주입의 비등현상의 방지 등 여러가지 기술적 과제를 극복하지 않으면 일견 간단하게 보이는 이 플로우는 실제의 장치에서는 쓸모가 없다. 비례 제어 기술에 있어서는 발명자등이 가지는 기술에서는 퍼지 추론을 응용해 연료가 증가한 순간에 물주입율도 순간적으로 추종 시킨다고 하는 수법을 취해 게다가 헌팅 등에 기인하는 오버 슛이나 언더 플로우 현상을 일으키지 않는 비례 주입 방법을 개발했기 때문에 수 100대를 넘는 실제의 산업용 연소 설비로 안전하면서도 효율적으로 운용되고 있다.

(제 과제의 해결된 장치 실적)

이와 같은 에멀젼 연료 제조 장치를 사용하는 일에 의해 C중유 뿐 만이 아니라, A중유나 지극히 분리속도가 빠른 등유 등에서도 유화제등의 첨가제를 사용하는 일 없이 버너가 연소 가능한 범위 내에 있어 임의로 설정 할 수 있음과 동시에 물이 정지해도 공연비가 변함없는 특성을 이용해 저연소역에 대해서는 물주입을 자동적으로 정지해 버리는 일에 의해, 재기동시에 있어서의 물분리에 의한 발화성의 문제를 해결하는 등 에멀젼 연소를 실용화하는데 있어서 에멀젼 장치로서의 모든 과제를 해결한 주입 방법 또는 장치이다.

[에멀젼 연소의 새로운 이론]

종래 에멀젼 연소는 미폭작용과 수성가스 반응에 의해 그을음을 저감 하는 것이라고 생각되고 있었다. 그러나, 그을음인 카본 결정의 덩어리는 연소 후기에 발생하는 것으로 이 연소 촉진은, NOx 발생에는 기여하지 않는 것인데, 실제의 보일러의 연소에 대해 A중유나 등유의 연소에 대해 NOx의 저감 효과가 되지만 C중유 연소에 대해 NOx 저감 효과가 없다(양호한 에멀젼 연료를 사용하면, 가수를 증가시켜도 대부분 NOx가 저하하지 않는다.)고 하는 이상한 원인으로 골치를 썩였다. 이 현상에 의해 에멀젼 연소의 보일러에의 적용이 한정적이며, 에멀젼 연소 그 자체에 대한 다른 연소 기관에의 적용의 주저원인이 되고 있다.

· 라디칼 이론

그러나, 에멀젼 연소의 효과는 미폭작용과 라디칼 작용이라고 생각하면, 이 수수께끼 풀기는 간단하다. 즉 양호한 연소를 실시하는 일을 할 수 있는 에멀젼은 미폭 후 라디칼이 되는 것은 전술한 대로이며, 이 이론에 근거해 발견된 본 발명은 유기물을 열분해에 의해 무해화 시켜 열회수를 측정하는 단순한 발상은 아니고, 과학적 안전성에 근거한 이론적 증명을 수반하고 있다.

[에멀젼 연소의 결론]

발명자는 물에멀젼 연소의 여러가지 위험 인자를 극복해 전술의 용도 예에 있는 것 같은 수백대에 있어서의 물에멀젼 장치의 납입 사례와 운용 실적으로부터 새로운 라디칼 이론으로 본 처리법에 따르는 폐액 처리를 확립했던 것이다. 그러나, 여기에 기재한 곤란함 뿐만이 아니고, 지금부터 말하는 것처럼, 에멀젼 연소의 곤란함은 에멀젼 장치에 기인하는 원인만이 아니고, 에멀젼 연소에 적절한 연소법이나 연소 수단 등, 실제 장치의 연소 설비측에서 대응해야 하는 여러가지 대응 기술을 적절히 조합해야 하는 점이 있다.

또, 실시 예에서도 언급했듯이 수돗물을 이용했을 경우에서도 폐액과 마찬가지의 염소량이 포함되어 있고, 그 운용에 따라 다이옥신류의 발생 요인이 명확하기 때문에 이것들 과도적 현상등의 발연 요인을 극복 할 수 없는 장치에 있어서는 이러한 지식을 참고로 해 환경 문제에 대응해야 한다고 생각한다.

또 연소실이나 전열면에의 영향에 관해서도 에멀젼 용수로서는 연수로 불리는 칼슘이나 마그네슘을 나트륨으로 치환한 물을 이용하는 것보다 원수로 불리는 치환전의 물을 사용하는 것이 바람직한 것은 명확하고, 바나듐을 포함한 연료의 경우에는 순수한 물을 이용하는 것보다도 원수가 바람직한 경우가 있으니까, 그 농도도 후술 하는 연소실 형상이나 버너등의 형식을 고려해, 최적인 수질을 선택할 필요가 있다.

〔폐액종의 검토〕

폐액종의 검토란 소각처분을 실시하는 폐액의 종류를 아는 일에 의해 조성이나 물성만으로 특정하려면 방대한 시간으로 비용이 드는 주요 분석 물질을 미리 예측하거나 예상되는 조성의 오차 범위 등을 유추 하는데 중요하다.

그러나, 어쨌든 폐액의 주원료나 가공물 및 예상되는 성분이나 농도 등의 정보에 근거해 폐액종의 검토, 조성, 물성, 혼합 특성을 조사해야 한다.

[식품계 폐액]

식품 폐액은 식물유·정제된 동물유등을 제외해 생물적 부패나 곰팡이 등에의한 찌꺼기나 이송 장해 등에 주의가 필요하다. 당류나 단백질을 포함한 경우에는 타거나 카본 부착 등의 대책을 위해 버너종에도 주의가 필요하다.

(식물유·동물유)

튀김등의 식용유의 폐유이다. 제조 공정에서 혼입하는 식염 등의 농도가 중요하다.

(쥬스류의 폐액)

쥬스 등의 제조 공정에서의 폐액 외, 유효기한이 넘은 회수품의 처리도 필요하다. 이것들은 생산자 측에서 제품 출하 때문에 꽤 엄밀하게 성분 조사를 하기 때문에 가능 주입율 등은 품목마다 프리-셋(pre-set)값에 따른 처리등도 가능하다.

(우유류의 폐액)

단백질이나 염분 등이 포함되어 있는 것, 가열에 의해 고체화하기 쉬운 것 외, NOx의 상승 요인이나 되기 때문에, 연소 설비, 사용 연료, 저NOx 수단 등에 주의가 필요하다. 또 우유류는 탈지분유를 제조할 때에 농축 공정에 있어 우유 중의 수분을 증발시키지만 이러한 증발 성분은 대부분이 증류수이므로 에멀젼 용수로서 최적이다. 그러나, 프로세스에 이상이 있으면 고농도의 우유 성분이 누설 하는 경우도 있으므로 우유류와 같은 주의가 필요하다.

(끓인 국물 폐액)

대상이 되는 제품에 따라 다양한 물질의 유출이 예상되기 때문에(위해) 주의가 필요하다. 단, 미리 식염등을 넣은 끓인 국물에 대해서는 탈소금 등의 전 처리를 검토하지 않으면 적용을 할 수 없다.

(당류 폐액)

과당액당 등의 희석수나 제당 공정에서의 폐당 등도 농도 변화에 조심할 필요가 있다. 또 분사 밸브나 압력 분무 버너와 같이, 분무 정지시에 열의 영향을 직접 받기 쉬운 것은 캬라멜상으로 고체화하기 쉽고, 분무 장해를 일으키기 쉽다. 이점 증기 분무 버너에서는 포화 증기를 사용하는 한에는 이와 같은 현상을 억제하기 때문에 유리하다.

[알코올계 폐액]

(에틸·메틸 알코올계)

양조 공정이나 약품 공장 등에서 배출된다. 제조 공정에 의해, 그 외의 알코올 성분이 대체로 특정 가능하기 때문에 이러한 특정도 필요하다.

(다가·고급 알코올계 폐액)

에틸렌글리콜·글리세린 등의 다가 알코올이나 프로판올, 부탄올, 펜탄올 등의 고급 알코올계 폐액은 성분이 특정되면 비중 측정으로 대체하여 농도를 추정할 수 있다.

[절삭유·금속 가공유]

수용성, 비수용성 모두 가공 대상이 되는 금속을 금속 비누의 형태로 포함하고 있으므로, 이러한 농도나 성질을 파악해 둘 필요가 있다.

[아민·암모니아계 폐액]

모노 에탄올 아민·모르폴린 등과 같이 조성 중에 N성분을 포함한 폐액. 그러나 산화 환원 전위에 주의할 필요가 있다.

[용제계 폐액]

벤젠·톨루엔·초산에틸 등의 유기용제를 주체로 한 성분이다. 추출된 것은 가스터빈 등으로 사용 할 수 있는 것도 있지만 안료 등을 포함한 것은 성분 농도에 의해 허용 할 수 있는 대상 설비를 검토하는지 전처리를 실시할 필요가 있다. 특히 안료 등은 사용하고 있는 원소 등에 주의가 필요하다.

[화학공업계 폐액]

포르말린·초산·알데히드 등의 수용성 유기물 등 외, 용제계 폐액등도 배출된다.

회분이나 염소 등이 적은 것은 가스터빈에도 사용 할 수 있을 가능성이 있다.

[독물을 포함한 우려가 있는 폐액]

독물을 포함한 우려가 있는 폐액에 대해서는 그 독물의 성질을 조사해 미량에서도 치사성이 있는 사린 등의 독가스를 발생하는 액체에 대해서는 검토를 단념할 필요가 있다. 그 외 일반의 맹독물에 해당하는 물질을 포함할 우려가 있는 액체에 대해서는 그러한 MSDS(취급 지시서)에 따라 조성 분석이나 물성의 검토를 행할 필요가 있다. 또 이것들은 정상시에는 나오지 않아도, 이상시에 검출될 우려가 있는 경우에는 그러한 이상 상태를 검출 할 수 있는 주입 정지 조치와 함께 운용해야 한다.

[방사능을 포함한 우려가 있는 폐액]

이것들은 산업용 연소 설비에서의 소각처분의 경험이 없기 때문에 친숙하지 않기 때문에 검토를 단념할 필요가 있다. 또 이것들은 정상시에는 나오지 않아도 이상시에 검출될 우려가 있는 경우에는 그러한 이상 상태를 검출 할 수 있는 주입 정지 조치와 합해 운용해야 한다.

［중금속을 포함할 우려가 있는 폐액］

이것들은 해당하는 산업용 연소 설비로 배출 가능한 레벨 이하가 되는 농도로 전 처리를 행할 필요가 있지만 전 처리를 행하지 않는 경우에는 정상시에는 나오지 않아도 이상시에 검출될 우려가 있는 경우에는 그러한 이상 상태를 검출 할 수 있는 주입 정지 조치와 합해 운용해야 한다.

[예상되는 오차 범위의 특정]

폐액중의 발열량이 50%전후인 폐액의 경우에는 특히 농도 오차에 조심할 필요가 있다. 그것은 지금부터 말하는 공연비제어 방법의 특정에 중요한 정보이기 때문이다. 또, 오차가 쉽게 특정 할 수 있는 분석 방법 등도 검토해 둘 필요가 있다. 예를 들면 알코올계 폐액 등의 경우, 비중을 측정함으로써 대략의 농도 즉 발열량을 정할 수 있으므로 폐액 주입 시에 비중 측정 신호를, 발열량 신호로서 사용 할 수 있다.

전 처리가 필요한 폐액에 관해서는 그 전 처리 장치의 불편 등에 의해 기인하는 농도 오차 등에도 주의할 필요가 있어 이와 같은 경우에는 미리 그 고장 정보의 인터락을 폐액 주입 장치에 집어넣음으로써 산업용 연소 설비의 트러블을 미연에 방지 할 수 있다.

그 외, 폐액을 구성하는 각 성분의 최대 오차에 대해, 검토를 실시해 각각의 경우의 대응방안법에 대한 시뮬레이션이나 대책을 강구하는 것이 안전 운용상 중요하다.

〔폐액의 조성〕

먼저, 산업용 연소 설비로 폐액을 연소시키는 본 방식에 대해, 중요한 포인트는 폐액의 상세한 분석을 실시하는 것이다. 왜냐하면, 폐액이란 각 산업마다, 각 프로세스마다 여러가지 성분이나 성질과 상태를 수반하는 물질의 집합체이며, 배출하는 프로세스를 취급하는 담당자에 있어서도 그 자세한 것은 잘 모르는 것이 대부분이기 때문이다. 폐액의 조성 분석 항목은 크게 나누면 다음의 각 항목으로 분류된다.

[수분량]

발열량이 거꾸로 되는 경우도 있지만 너무 과잉인 수분을 혼합시키고 연소시키면, 연소 악화의 원인이 되기 때문에 주의가 필요하다.

그러나, 적당한 수분의 첨가는 매진량의 저감이나 NOx의 저감으로 연결되고, 난연성 물질의 분해 작용도 기대할 수 있다. 따라서, 폐액이 함유 하는 수분량을 가미한 다음, 최대 가능한 주입 비율을 결정할 필요가 있다.

[할로겐류]

Cl는 다이옥신류의 발생원이 되기 때문에 주의가 필요하지만 그 외 HCl로서의 허용 배출량이 각 연소 설비마다 정해져 있다. 또, 할로겐 전체적으로 연소 설비의 내화재나 전열관을 열화 시키기 때문에 연료 중에 포함되는 총할로겐량으로서 제한하는 것이 설비 보전상 중요하다.

[회분류]

회분이란 700℃이상의 온도로 공기 중에서 가열했을 때에 잔류하는 고형물이며, 각종 금속 성분의 산화물이나 인산, 황산 등을 포함한다. 회분은 재를 구성하는 성분마다 연소 설비나 지역 환경에게 미치는 영향이 크기 때문에 각각의 항목에 대해, 적절한 전 처리 혹은 주입 비율의 제어가 필요하다.

(총회분량)

상기의 증발 잔류물을 공기 기류 중에서 700℃이상의 온도로 가열해 잔류 물량으로서 분석하는 것으로 JISK2272에 규정되고 있다. (알칼리 금속류) 나트륨·칼륨 등의 알칼리 금속염은 융점이 낮고, 연소실내에서 크린 카를 형성하기 쉽다. 연료 중에도 약간 존재하지만 폐액중의 존재량도 가능한 한 줄이는 것이 연소 관리상 바람직하다.

(알칼리 토류 금속류)

칼슘·마그네슘등의 알칼리 토류 금속 산화물염은 융점이 높고 연소실내에 있어 비교적 장해를 일으키는 것이 적다. 또, 반대로 염소등의 할로겐과 강하게 결합되어 이 성분이 염소에 대해서 과잉으로 존재하고 있으면 다이옥신의 발생 리스크는 꽤 저감 할 수 있다고 생각된다.

특히, 본 처리법에 대해 폐액중에 알칼리 토류 금속이 존재하는 경우 폐액으로 분산시키는 방법에 따라서는 매우 세세한 산화칼슘 입자로서 염소와 함께 연소실로 이동하기 때문에 유리한 염소 원자가 다른 금속 성분과의 염화물을 형성하는 것보다 빨리 염소와 결합 할 수 있는 확률이 높고 염소 기인의 부식등의 장해를 방지할 수 있다.

또, 칼슘이나 마그네슘은 생체에 대해서 친화성이 높게 대기중에 확산해도 특별한 해는 없다고 여겨지고 있다. 또, 다른 저융점 물질의 융점을 상승시키는 효과도 있어 이러한 성분의 장해를 경감하기 위해 적극적으로 첨가하는 경우도 생각할 수 있다.

(구리)

환경상 특히 유해성은 높지 않지만 다이옥신 합성에 유효한 촉매인 염화구리로 바뀌기 때문에 가능한 한 전 처리로 제거하든지 알칼리 토류 금속을 가해 촉매능을 잃게 하는 것이 중요하다라고 생각한다.

(철족 금속류)

환경상 특히 유해성은 없고, 산화철은 융점도 높기 때문에, 어느 정도 폐액중에 포함되는 일은 허용 할 수 있다.

(주석, 아연류)

주로, 윤활유등의 폐유 중에 많이 포함된다. 알칼리 금속류와 같이, 저융점의 화합물을 생성하기 때문에 폐액 중에 포함되는 이러한 성분량은 연소 설비의 열부하나 연소실의 표면 온도 등을 고려해 제한할 필요가 있다.

(바나듐)

바나듐은 C중유등의 비교적 중질 연료 중에 10 ppm 전후 존재하고 있다. 고온 부식의 원인 물질이며, 가능한 한 적은 양으로 관리하는 것이 바람직하다.

(규소류)

수중에 규산염으로서 포함되어 있는 경우나 실리콘 오일 등과 같이 균등하게 분산하고 있는 경우에는 알칼리 금속류와 같은 주의가 필요하다.

(알루미늄)

주로 절삭유등의 알루미늄 가공 공정으로 사용된 폐액 중에 포함된다. 알루미늄의 산화물은 알칼리 토류 금속과 같이 지극히 융점이 높기 때문에 연소실의 장해는 되기 어렵다. 따라서, 각 연소 설비마다 일정한 허용 한도는 있지만 비교적 허용되는 성분이다.

(인·비소류)

특정의 온도영역에서 강재에 대한 부식성을 가지므로 전술의 알칼리 토류 금속의 밸런스에 의해 주입율이나 주입 방법을 제어할 필요가 있다. 폐액 중에 알칼리 토류 금속이 존재 하면, 융점이 매우 높은 인산칼슘이나 인산 마그네슘 등이 되어 연소실에 대한 악영향은 저지 할 수 있다. 비소류는 인산과 같은 방법으로 연소실에 대한 영향은 저지할 수 있지만 대기 확산되는 것을 고려하면, 가능한 한 전처리로 없애는 것이 바람직하다.

(중금속류)

이것들은 원칙적으로 연료 중에는 대부분 존재하지 않고, 산업용 연소 설비로 대기 방출되는 일은 상정되어 있지 않다. 따라서, 폐액 중에 이러한 성분을 포함한 경우에는 전 처리하여 제거하든지 후처리에 의해 완전하게 제거 할 수 없는 경우에는 본 발명의 적용을 제외해야 한다.

[그 외의 조성]

(질소성분)

연소상에는 특별히 장해는 없지만 질소성분 함유 상태에 의해, 배기가스 중에 질소산화물로서 배출되기 때문에 주의가 필요하다. 질산으로서 포함되는 경우에는 거의 100%가깝게, 암모니아 질소의 경우에는 약 50%정도가 NOx로 전환한다고 생각되고 있다. 탈질설비가 있는 경우를 예외로서 이것들을 포함한 폐액을 처분하는 경우에는 처리 대상 설비의 NOx 배출 기준을 넘지 않는 양을 한도로서 혼합율을 조정하거나 저NOx 수단이나 전 처리와 함께 처리할 필요가 있다.

(유황성분)

연소상 특별히 장해는 없지만 질소성분과 같이, 배기가스 중에 포함되는 양이 배출 기준으로서 정해져 있다. 탈황장치가 있는 경우를 예외로서 배출 농도가 이러한 기준을 넘지 않는 양을 한도로서 혼합율을 조정해 처리할 필요가 있다. 그렇지만, 일반적으로는 폐액 중에 포함되는 S성분은 연료유와 비교해 낮은 경우가 많아 반대로 연료의 S성분을 희석하는 작용이 있는 경우가 많다.

(스케일(SS))

연소 설비의 연소 수단은 어느 쪽도 미세한 연료 입자를 분무시키는 것에 의해 이상적인 화염 형성을 실시하는 것이다. 폐액중의 SS성분은 그것들이 유기물로 구성되어 있으며 어떠한 분산 수단에 의해 연료 분무 입자보다 세세하게 분산 할 수 없는 것으로 있는 경우 사전에 제거해 둘 필요가 있다.

이 폐액의 여과 혹은 분리 설비의 검토 후라도, SS성분의 파악, 특히 양만이 아니고, 입도 분포, 성질 등의 물성 면도 파악해 둘 필요가 있다.

〔폐액의 물성〕

[발열량·비중·점도]

폐액이 가지는 발열량의 파악은, 폐액의 주입 포인트의 결정이나 연소 설비의 공연비제어 방법에 큰 영향을 준다.

또, 주입 방법에 따라서는 그 폐액의 비중도 파악할 필요가 있다. 즉, 원심식이나 축류 펌프를 이용했을 경우 무거운 비중의 액체의 이송은 다음의 점도 증대의 경우와 같이 이송이 곤란해지는 경우가 있기 때문이다.

용액의 점도도, 이송 방법, 주입 방법, 온도 관리 등 여러가지 팩터에 영향을 미친다. 적당한 점도는 용적식 펌프의 선정을 가능하게 하여 이송 수단과 유량 제어 수단을 펌프만으로 실현 할 수 있는 등의 메리트가 있지만 너무 높은 점도의 경우에는 배관 구경의 증대나, 온도 관리의 필요성 등을 수반해, 코스트 상승 요인이 된다. 또, 점도가 없는 용액의 경우에는 용적식 펌프의 적용이 한정되는 경우가 많고, 고압 주입의 경우에 불리하게 된다.

[금속 부식성]

주로, 금속 소재에 대해서의 부식성을 나타내, 일반적으로는 pH가 낮은 경우에 문제가 되어 접액부재질이나 연소 수단에 있어서의 버너의 소재 등을 검토할 필요가 있다. 그러나, pH가 높아도 암모니아와 같이 구리나 구리합금을 침식하는 성질의 것도 있고, 금속 비누와 같이 포함되어 있는 금속에 의해 접액 금속이 침식되는 경우 등도 있어 주의가 필요하다.

부식성을 가지는 경우에는, 원칙적으로 접액 재질을 내식성의 재료로 설계하는 것이 바람직하지만, 디젤 엔진등과 같이 연료의 접촉 부분이 많아 대응이 곤란한 경우에는 중화를 실시하거나 방식제의 병용을 실시하거나 하는 일도 유효하다.

[윤활성]

용적식 펌프나 디젤 엔진으로 사용하는 경우에는 중요한 팩터가 된다. 윤활이라고 하는 성질은 여러가지 액체의 성질이 서로 영향을 주어 결과적으로 금속 접동부끼리의 마모나 스틱 등을 어느 정도 방지 할 수 있는지 라고 하는 지표이기 때문에 폐액의 분석만으로 이 성질을 결정하는 일은 곤란하다. 이 팩터가 필요한 경우에는 원칙적으로는 대상이 되는 연료유와 혼합한 다음, 윤활 시험을 실시하는 것이 바람직하다.

즉, 연료유가 등유인지, A중유인지, C중유인지 또는 중유라도 증류방법이나 분해방법에 따라 연료 자체의 윤활성이 달라 스스로 폐액을 혼합했을 경우의 윤활성도 다르기 때문이다.

폐액이 유성 액체이면 종래부터 있는 사구 시험기나 티무켄 시험기 등으로 대략의 윤활성을 요구하는 것이 가능하지만 폐액이 수용성 액체의 경우에는 에멀젼 상태가 되기 때문에 에멀젼 상태를 유지한 채로 윤활 시험을 할 수 있는 장치의 개발이나 그 결과와 실제의 운용 결과의 고찰을 실시하면서 경험적으로 구해갈 수법이 채택된다.

[불소 고무 내성]

연료유를 취급하는데 있어서는 최근에는 액봉장치에 불소 고무가 사용되는 것이 보통이다. 불소 고무는, 퍼플로로에스트로머(상품명：카르렛트)를 제거하고 고무 탄성을 가지는 소재중에서는, 내용제성이 가장 우수하다.

연료유중에는 벤젠계 성분이 포함되어 있어 윤활유에서는 사용 가능한 니트릴계 내유고무에서는 수명이 짧기 때문이다.

퍼플로로에스트로머는 현재 상태로서는 재료로서 매우 고가이기 때문에 실링재료로서 PTFE(상품명：테플론)을 사용하는 경우에는 전용 설계가 필요하게 되는 등 폐액 주입의 설비뿐만 아니라 연소수단이나 이송수단의 설계에도 영향을 미치기 때문에 바이톤의 사용 가능 여부의 판정도 중요하다.

[타는 성질, 점착성]

폐액 연소에 대해, 필요한 특별한 성질이다. 즉 당류와 같이 가열 증발에 따라 점착성을 가지는 성질을 조사해 둘 필요가 있는 것이다. 버너의 종류에 따라서는 전혀 문제없기는 하지만, 연소가 단속적으로 행해지는 디젤 엔진이나 분사 밸브 방식을 채용하는 가스터빈에서는 금기가 된다.

당분 이외의 일부 단백질 등에도 인정되어 전혀 문제없다고 생각되는 조성 이외에서는, 120℃의 가열 잔류물의 성질과 상태 등에 의해 판단한다.

[HLB]

HLB는 원래는 유화제중에 있는 친유기와 친수기의 밸런스를 나타내는 수치로, 0이 가장 친유성이 높게 20이 가장 친수성이 높은 물질이다고 규정 할 수 있다. 따라서, HLB 기존의 계면활성제를 갖추어 대상이 되는 폐액에 혼합하면 대략의 폐액의 HLB의 추정이 가능하다. 일반적으로 HLB가 10 이하이면 그 폐액은 친유성을 가진다고 생각되며 액체 연료가 광물성기름이면 용이하게 혼합하는 것이 가능하며10을 넘으면 유화제를 이용하든지 기계적으로 에너지를 주어 에멀젼화할 필요가 있다.

[유성 액체]

유성 폐액의 대표적인 것은 식물성 유지의 폐유나, 각종 공업용 유지의 폐유, 유기용제 등이 있다. 이러한 폐유와 연료유의 혼합은 지극히 용이하게 생각된다. 그렇지만, 유지류는 서로 상용성이라고 불리는 특성에 의해 상대측의 가용기끼리가 강하게 결합되어, 반대로 남겨진 성분이 불용성의 슬러지로서 잔류하는 확률이 높다. 이것을 일반적으로 혼합 안정성이라고 한다.

연료유와의 혼합 안정성이 우수한 성분끼리의 혼합이면, 혼합과 관련하여 이렇다할 주의는 필요없기 때문에 드물게, 탱크 브랜드라고 하는 쉬운 방법으로 이러한 폐액을 처리하고 있는 케이스도 있다. 그렇지만, 연료의 품질도 여러가지로 변화하는 상황 하에서는 이와 같은 쉬운 방법으로 안정된 연소를 유지하는 것은 곤란하다.

안정성을 저해하는 요소는 혼합 후의 시간 경과, 산소나 오존의 영향, 열쇼크등이 알려져 있어 어쨌든 연료유중에 비례적으로 혼합하는 것이 바람직하고, 연소 장치가 정지할 때에는, 폐액의 잔류가 없는 상태로 정지하는 것이 바람직하다. 또, 주입 포인트도 그러한 혼합 안정성에 대해 연소 처분 할 수 있는 시간의 범위 내에서 안정성을 유지 할 수 있는 주입 포인트를 선택해야 한다.

[수용성 액체]

수용성 폐액의 대표적인 것은 폐알코올이나 식품계 배수 등이나 그 외 유기산 폐액 등이다. 이것들을 연료유중에 혼합하려면, 에멀젼화 수단으로 불리는 믹서나 호모지나이저 등의 기계적 전단력을 주는 방법이든지, 계면활성제를 이용해 유화하는 방법 등이 있다.

일반적으로 수용성 액체는 연료유와의 상용성이 작고, 연료유의 가용기를 빼앗는 것 같은 기능은 적은 경우가 많지만 반대로 에멀젼 입자의 안정성에 기인하는 문제가 발생하기 쉽기 때문에 역시 비례적으로 주입함에 따라 가능한 한 연소 직전에 주입하는 것이 바람직하다.

또, 이와 같은 경우에 원칙적으로 에멀젼을 기름 중수도적형(W/O)으로 하는 일로 특히 중질유를 연료유로 할 때에 미폭효과에 의해 매진량을 큰폭으로 감소시키는 일도 가능하다. 또, 수용성 액체의 경우 알코올계 폐액을 제외해 일반적으로 발열량이 적은 경향이 있다.

이 때문에 주입 비율의 증대는 화염 안정성의 악화를 수반하는 일이 되므로 최대 주입율도 각 연소 부하대에 대해 최대치를 정할 필요가 있고, 최대 연소역에 대해 버너의 분사량이 연료유와 폐액의 합계량이 되기 때문에 설계상의 정격 분무량을 넘어 버리는 경우가 많아 정격 분사량을 오버하지 않게 주입율을 제한할 필요가 있다.

[에멀젼성]

에멀젼성 폐액의 대표적인 것은 수용성 절삭유(압연유)나 압축기 드레인, 세제 폐액등이 존재한다. 일반적으로 이것은 O/W형 에멀젼(수중 기름 방울형 에멀젼)을 형성하는 경우가 많지만 가압 부상 설비의 부상유가 상역전을 일으킨 것이나 청정기로 불리는 유지류를 원심분리해 불순물을 없애는 설비의 드레인과 같이 W/O형 에멀젼(기름 중수도적형 에멀젼)의 조성을 나타내는 것도 있다.

에멀젼형 폐액의 특징은 보존중에 유지와 물이 분리 혹은 크림을 형성해, 동일 폐액에서도 그 물성이 균일하지 않는 것이다. 연료에 대한 첨가율이 지극히 소량인 경우에는, 공연비에게 주는 영향은 적고, 처리상의 장해는 되지 않지만 연료에 대한 주입량이 증가하는데 따라, 공연비조정이 곤란해진다.

원칙적으로 연료에 대한 혼합율이 10%를 넘으면 에멀젼 폐액의 경우에는 수상과 유상로 분리해, 안정된 수상(약간 기름입자가 있어 우유와 같이 되어 있어도 분리성이 적으면 문제 없다)과 수분을 감소시킨 유상과의 2상로 분리 후 상기 유성 액체나 수용성 액체와 같은 취급으로 처리하는 것이 바람직하다.

또, 에멀젼 폐액에 대해, 또 하나 주의해야 할 점은 상역전의 문제이다.

즉 일반적으로 에멀젼 폐액은 어떠한 형태로 유수 분리 처리가 이루어진 후의 배수인 것이 많아 W/O형 에멀젼이면서, 물의 비율이 많기도 하고, O/W형이면서, 기름의 양이 많은 케이스가 적지 않다.

덧붙여서, W/O형 에멀젼과는 기름이 연속상이 되고 있어 그 중에 물의 입자가 존재하는 것을 나타내, O/W형과는 그 역의 에멀젼을 나타낸다.

일반적으로 어느 쪽인가의 연속상이 분산 입자에 대해서 충분한 양이 존재하면, 기계적 쇼크(펌핑, 밸브에 의한 캐비테이션) 등이 더해져도 그 에멀젼형은 변화하지 않고 안정하다.

그렇지만, 예를 들면 W/O형 에멀젼이라도 물의 존재량이 많은 경우 기계적 쇼크에 의해, 물이 연속상이 되어, 기름이 입자상으로 변화한다.

이것이 상전이이다. 상전이가, 용액 전체로 단번에 행해지면 그것은 그래서 안정된 에멀젼이 되는 것이지만 그 현상이 용액 전체의 일부에서 발생 하면, 그 계면상(W/O와 O/W)에서는 서로의 용액이 이동하기 어려워져 매우 높은 유동 저항성 즉 점도 증대를 나타내는 것이다.

이 현상의 응용예로서는 마요네즈등이 알려져 있고 그 외 샴푸나 화장품등도 이 원리를 응용해, 사용시에는 높은 점성을 가지지만, 건조하거나(연속상이 증발하거나) 물로 씻을 수 있는 등의 특성을 부여하는 것이다.

본 법으로 주입하는 폐액에 그 같은 현상이 발생 하면, 배관 저항의 증대에 의해 주입 유체의 주입이 정지할 뿐만이 아니고, 연료계에 이와 같은 현상이 발생하면 연소 설비 그 자체가 정지해 버리므로 주의가 필요하다. 덧붙여서, 이와 같은 비안정형 에멀젼은, W/O형 에멀젼에 있어서는 W/O형 에멀젼 폐액의 침전상으로 O/W형 에멀젼에 있어서는 O/W형 에멀젼 폐액의 부상상이나 원심분리상에 발생하기 쉽다.

[인화점]

폐액 처분법에 대해서는 직접 영향이 없는 항목이지만, 일본의 법률에서는 인화점에 의해 필요한 방재상의 설비 규정이 세세하게 정해져 있다.

또, 인화점은 폐액의 인화점이 10℃이며, 연료유가 100℃이었을 경우 폐액 주입량이 연료유에 대해서 불과 1%여도 인화점으로서는 폐액의 인화점이 되어 버리기 때문에 인화점의 파악이 주입 설비 및 연소 설비 전체의 방재 설계상의 문제가 된다.

[독성]

예를 들면, 아세트알데히드나 포름알데히드 등, 연소 처분해 버리면, 물과 탄산가스가 되어 전혀 문제없기는 하지만 연료에의 주입 공정에 대해 새거나 흘러넘치거나 하는 일에 의해 환경이나 오퍼레이터에게 피해가 미치는 성질이 있는 액체인 경우 일반적으로 연소 설비가 그 같은 액체를 취급하는 모양으로 제작되어 있지 않기 때문에 그 방호 대책이 충분히 행해지지 않은 설비의 경우에는 검토를 단념할 필요가 있다.

특히, 사린이나 포스겐 등의 휘발성이 있어 미량의 누설에서도 치사성을 가지는 독가스나 독가스가 되기 쉬운 물질을 포함한 경우에는 적용을 단념할 필요가 있다.

[부폐성]

예를 들면, 식품계 폐액의 경우에는 저장 중에 발효, 부폐, 곰팡이 등이 발생해 악취나 가스등의 발생을 일으킬 뿐만이 아니고, 필터를 막는 등 여러가지 장해를 준다. 따라서, 이 때문에 대책의 필요성을 인지하여 파악해 둘 필요가 있다.

[자연발화성·자기반응성·산화성]

자연발화성·자기반응성·산화성 등은 방재상의 지정 물질이 되기 때문에 소방법등의 분류를 기본으로 조사 후, 대상이 되는 경우에는 전 처리의 단계에서 그러한 성질을 잃게 하든지 제거할 필요가 있다.

예를 들면, 니트로 글리세린등과 같이 충격이나 열 등에 의해 용이하게 폭발하는 우려가 있는 물질이나, 강산화성이 있어 가연물과의 혼합에 의해 용이하게 자기 발화하기 쉬운 물질의 경우에는, 전 처리하여 그러한 상태를 회피 할 수 없는 한 적용을 단념할 필요가 있다.

〔폐액과 액체 연료 혹은 물과의 혼합 특성〕

전항의 조성 및 물성에도 관계가 깊은 항목이지만 전항의 성분 분석이나 물성과 함께 사용하는 연료유나 물과의 혼합 특성을 검토할 필요가 있다.

[분산성]

분산성이란 연료유와 폐액을 혼합한 상태를 말해, 연료유의 HLB가 3~5 전후인 것을 고려하면 폐액의 HLB가 10을 넘는 경우에는 에멀젼상 분산, 이하의 경우에는 용해 분산으로 생각해도 좋다.

(에멀젼상 분산)

본 처리법에 있어서의 에멀젼상 분산의 형태는 W/O형 에멀젼 즉 기름 중수도적형 에멀젼을 원칙으로 하고 있다.

에멀젼상 분산 형태를 취하는 폐액의 경우에는 고정밀도의 에멀젼 제조 방법에 따르는 혼합 방법을 선택해 디젤 엔진이나 소각로와 같이 복수의 연소 수단에 분기 하고 있는 경우에는 종래형 인라인 방식을 채용해 주입 포인트도 가능한 한 연소 수단의 직전에 배치하는 것이 바람직하다.

탱크 브랜드법으로 의지하는 경우에는 유화제를 이용하는 것이 일반적이지만 폐액 중에 유화제 성분 등이 포함되어 있는 경우에는 그럴 필요가 없다.

그러나, 침전을 비롯한 여러가지 불편이 예상되기 때문에 선택해야 할 방법은 아니다.

에멀젼상 분산 형태를 취하는 폐액의 경우에는, W/O형 에멀젼을 유지 할 수 있는 HLB 3~7 전후의 계면활성제와 병용 하지 않는 경우 첨가율이 100%(함수율 50%) 전후로부터 그 값을 넘는 첨가를 실시하면, 가령, 인 라인 비례 방식 등의 고성능인 에멀젼 연료 제조 장치를 사용해도 연료 분사등에 수반하는 전단 작용에 의한 상전이가 발생할 우려가 있어점도 급증에 수반하는 분무 불량등의 우려가 있으므로 주의할 필요가 있다.

(용해 분산)

용해 분산은 연료유와 식물유, 용제 등의 분산과 같이 용해되는 것으로, 상기 에멀젼상 분산과 같이 분리를 걱정할 필요는 없다. 일반적으로 지극히 간단한 기술로 인식되어 연료 탱크 내에의 투입이나 간단한 혼합기에 의한 고정량 주입(연소량이 변화해도 주입량이 변함없다.)등에 의해 문제없게 운용되고 있는 사례도 있다.

그러나, 이것들 문제없게 운용되고 있는 사례는 실은 연료에 대한 혼합비가 지극히 적고, 실은 슬러지 등이 발생하고 있는 것이지만 탱크 저부에 체류 하거나 다소 스트레이너의 청소 빈도가 증가한 정도의 가벼운 장해로 끝나고 있는 예가 실은 대단히 많다. 주입율이 대체로 10%를 넘은 근처로부터 후술의 이물 생성에 의한 장해의 영향이 커진다.

이 문제에 대한 대응에 대해, 오히려 전자의 에멀젼성 분산형태를 취하는 폐액이 오히려 대응이 용이한 경우가 많다.

혼합 후의 장해는 폐액 성분과 연료유와의 화학적 요인에 의하는 것이지만, 시간 경과, 열쇼크, 광 등 여러가지 물리적 요인이나 산소, 오존등도 영향을 주므로 혼합 후는 가능한 한 빨리 연소 처분하는 일에 대해 에멀젼성 분산형태를 취하는 것과 차이는 없다.

[이물 생성]

이물 생성이란 연료유 및 폐액 모두, 대상으로 하는 산업용 연소 설비의 연소 수단에 있어 장해가 없는 상태에 이물을 제외한 후 양자를 혼합했을 경우에, 장해를 주는 혐의가 있는 이물이 생성하는 상태를 나타낸다.

(결정상 물질)

연료유와 폐액과의 혼합에서는 발생하기 어렵지만 2종 이상의 폐액을 혼합했을 경우에 결정화하는 성분이 포함되어 있으면 발생하기 쉽다. 주의해야 할 점은 칼슘이나 마그네슘의 탄산염이나 인산염이다.

(슬러지상 물질)

폐액중의 용제 성분이나 광유 등에, 연료중의 마르텐이 용해하는 것에 의해 아스파르텐 성분이 불용해화하는 슬러지 발생이 가장 일반적이지만 그 외, 연료유중에 존재하는 불포화기를 가교 해 버리는 것 같은 성분에 의한 슬러지 발생등도 주의할 필요가 있다.

[고체화·고점도화]

유 흡착성 겔화제와 같이, 수용성 상태에서는 용액에서도 연료유와 혼합 후 고형화하는 혹은 고점도화하는 성분이 있기 때문에 이러한 확인 시험도 필요하다.

예를 들면, 수처리등에 사용되는 히드라진은 폐액안에 미량 섞이고 있어도 연료를 고형화 시키는 기능을 가지는 이물 생성을 포함해 이것들 장해를 일으키는 성분을 모두 성분 조성으로 요구하는 것은 방대한 시간으로 코스트가 들기 때문에 실제로 대상 연료와 혼합해 확인하는 수단이 합리적이다.

[안정성]

상기의 각 상태가 어떤 조건하에서 발생할까의 검증이 필요하다. 즉, 혼합후 지극히 단시간에 장해가 발생해 주입 방법의 개선에서는 원칙적으로 회피가 곤란한 경우에는 전 처리나 첨가제의 주입등으로 회피해야 하기 때문이다.

(시간 안정성)

시간의 경과와 함께, 상기의 혼합 특성이 어떤 경과를 거칠지 확인해 둘 필요가 있다. 가장 알기 쉬운 것은, 에멀젼상 분산의 안정성이다. 예를 들면 몇 초로 분리가 생기는 경우에서도, 그 시간 이내에서 연소 처분 할 수 있는 위치에 주입 포인트를 마련하면 계면활성제등의 적용은 불필요하다.

그러나, 연소 수단이 연소를 중단하기 전에는 폐액의 주입을 정지해야 한다.

그 외, 이물 생성이나 고체화·고점도화도 혼합 후의 시간 경과에 의해 상태 변화하는 경우도 있으므로 확인해 둘 필요가 있다.

(열안정성)

이물 생성이나 고체화·고점도화등의 장해는 히터등의 가열에 의해 보다 현저하게 나타난다. 특히, 전기 히터등과 같이 표면 온도가 고온이 되는 경우 보다 현저하게 장해가 발생하기 쉽다.

열안정성이 나쁜 성분은 리놀산등의 불포화기를 포함한 식물 폐유와 연료유와의 혼합으로, 미리 따뜻하게 해 둔 것을 혼합해 연소하면, 이물 발생이 없게 연소 가능하지만, 혼합한 것을 가열하면, 히터 표면에 슬러지가 퇴적하고, 전기 히터의 경우에는, 해당 슬러지의 열전도성이 나쁘게 되므로 히터 표면이 과열하여 사고에 이르는 경우도 있다. 그 외, 과산화물이나 가교성 물질등도, 열쇼크에 의해, 연료유중의 불포화기와 결합하기 쉽고, 작용이 보다 현저하게 되기 때문에 주의가 필요하다.

(저장 안정성)

시간 경과와 함께, 상기 장해를 일으키는 경우의 기준이다. 히터나 유속이 늦게 흐름이 정체하는 것 같은 설비를 가지는 연소 수단에 있어서는 혼합을 실시하면 체류 한 혼합 연료가 저장 안정성에 기인하는 장해를 일으키므로 충분히 확인할 필요가 있다.

또, 가장 단시간에 처리 할 수 있는 보일러용 연소 수단에 있어서도 1~2초 이내에 장해가 발생하는 경우에는 대응 할 수 없는 경우도 있어 주의가 필요하다.

(산소·오존·자외선 안정성)

보통은, 탱크 브랜드법을 택하지 않는 한 문제가 없는 항목이다. 탱크 브랜드법으로 이러한 염려가 있는 경우에는 주의가 필요하다.

[혼합 특성의 결론]

이상과 같이 폐액과 연료유 혹은 폐액과 물과의 혼합 특성에 기인하는 여러가지 상태나 특성에 맞추어 전처리 수단, 주입 수단, 혼합 방법, 연소 장치, 첨가제등의 검토를 실시해야 한다.

〔이상적 상태의 연소염과 배기가스 조성〕

이상적 상태의 연소염과 배기가스 조성이란 기본적으로 다이옥신류의 발생을 억제해, 한편 NOx나 매진의 발생도 억제하는 일을 할 수 있는 이상적 연소 상태를나타낸다. 이것들은, 주로 좋은 상태의 파악보다 이상적 연소 상태를 의심하는 각 현상이 없기 때문에 종합적으로 판단해 결정되는 것이어서, 어느 특정의 현상만으로 이상적 연소조건이라고는 단정 할 수 없다.

[돌비]

연소량이 정격 연소에 비해 지극히 적고, 버너에서의 안개화능이 악화되었을 경우, 버너의 정격을 넘거나 보염 성능이 악화되었을 경우등에 대해 연료유가 대부분 산화 반응을 일으키지 않는 상태로 연소실로부터 일탈하는 현상을 말한다.

상기의 원인 외, 연료유 온도관리의 부적절, 버너 노즐의 열화나 오염, 폐액중의 수분이나 염소 성분등과 같이 연소 온도를 저하시키는 성분이 연료중에 과잉으로 포함되는 경우에서도 발생한다.

연료나 폐액이 미연 상태로, 화기 통로로 이동할 우려가 있는 것 외, 액체 연료에 있어서는 증발하지 않고 잔류할 우려도 있기 때문에, 촉매 반응에 의한 다이옥신의 2차 발생의 우려가 높고, 가장 경계해야 하는 현상이다.

또, 돌비의 감시는 연소실 후방에 감시창이 있는 경우에는 유리창에 연료유 방울이 부착하므로 용이하게 감시 할 수 있지만, 그 이외의 경우에는, 흰 연기나 검은 연기와 같이 굴뚝으로부터의 이상 감시가 곤란하기 때문에 H, C나 CO의 이상이나, 판정 여과지나 매연 측정 여과지의 이상 등으로 판정하는지, 화염의 근소한 이상 등으로 유추 할 필요가 있다.

[흰 연기]

버너 근방에서는 정상적인 연소가 실시되고 있지만 연소용 공기나 로내 분위기 온도에 의해, 화염이 냉각되고 가스 성분이 잔존한 상태로 연소가 중단했을 경우에 생기는 현상이다. 주로, 저연소시나 연소 설비의 냉각된 상태의 기동시와 같이 연소실 분위기 온도가 저하할 때에 발생하기 쉬운 것 외, 연소 공기의 과잉에 의해서도 발생한다.

가스상태가 되어 있다고 추정되어 돌비보다 다이옥신류의 2차 발생의 우려가 적지만, 반대로 연소실내에서 직접 생성되는 리스크가 크다고 생각된다.

[흑연]

버너 근방에서는 정상적인 연소를 하고 있지만, 연소용 공기의 부족에 의해 생기는 현상과 버너 노즐이나 보염 기구 혹은 에어 레지스터등의 공기 혼합 수단의 불편에 의해, 화염의 일부가 성장하고 혹은 늦어져 연소실을 지나도 연소가 간헐 하지 않는 경우에 발생하는 현상으로 구별된다. 산소 부족이나 검은 연기의 정도에 따라서 다르지만 역시 다이옥신의 발생을 방지하기 위해 절대로 회피해야 하는 현상이다.

[화염길이]

직접적으로 연소 상태의 악화를 나타내는 것은 아니지만 보일러나 공업용로등은, 비교적 용이하게 화염길이를 확인할 수가 있으므로, 동일한 연소 부하와 산소 농도화에 있어서의, 대상 연료전소시에 있어서의 화염길이와 극단적인 차이를 일으켰을 경우에, 어떠한 장해를 유발하는 염려가 있다.

일반적으로는 짧을수록 좋다고 생각되기 쉽지만, 이것은 동일 연료를 사용했을 경우의 경험이며, 용제등 휘발계 물질을 혼합했을 경우에는 지나치게 짧은 문제점에도 주위를 기울여야 한다.

[그 외 이상적 연소 상태를 의심하는 현상]

(가시적 현상)

·반딧불

주로, 버너의 불안정한 상태에 기인하는 거대 기름방울이 화염 안에서 반디불과 같이 연소하면서 연소실안을 맴도는 현상이다. 잔류 탄소 성분이 많은 연료에 발생하기 쉽고, 또 폐액이 균일하게 섞이지 않는 경우에도 발생하기 쉽다.

이 현상은 매진의 발생 요인이 되는 것 외, 화기 통로중에 퇴적하기 쉽고 2차 발생의 요인이 될 수도 있다. 그러나, 폐액 중에 물을 포함했을 경우나 폐유와의 혼합에 대해 물을 가함으로써 극적으로 개선되는 경우가 있다.

·불똥

화염대가 주화염을 떨어져 연소실 내를 방황하는 현상이며, 연소실을 지나 존재하는 경우에는, 검은 연기나 흰 연기의 발생 원인이 된다. 주로 저연소시에 저과잉 공기비로 연소 시키려고 하면 발생하는 현상으로 흰 연기 발생의 전단계라고도 말할 수 있다.

이와 같은 증상이 있을 때에, 물을 포함한 폐액을 연료 중에 첨가 하면, 보다 나쁜 연소 상황이 되므로 주의가 필요하다. 중간 연소영역 혹은 고연소영역에서 생기는 경우에는 화염 패턴이나 공기 혼합에 문제가 있어 버너등을 포함해 개선할 필요가 있다. 중·고 연소영역에 있어서도 이와 같은 연소 조건 때에 연소를 악화시키는 요인이 되는 폐액을 혼합하는 것은 위험하다.

·화염길이가 불규칙적 연소

연소 화염이 정기적으로 커지거나 작아지거나 해 드래프트계가 크게 흔들리는 것이 특징이다. 연료에서 기인하는 원인과 버너의 보염 기능의 부전에 의해 발생하지만, 대부분 버너의 보염 기능의 부전이다.

즉, 보염 기능이 저하해 화염이 연소실내에 올라가 일순간 소화한 상태가 되지만, 이미 분무하고 있는 연료에 재발화 해 급격한 연소가 정기적으로 발생하는 것이다.

다이옥신 발생 이전의 문제로서 연소 설비의 운용상 큰 장해를 주는 경우도 있어 주의가 필요하지만, 폐액의 혼합에 의해(물과 같이 불타기 어려운 성분 외, 반대로 용제와 같이 연소성이 너무 좋은 성분의 경우에서도 발생할 가능성이 있다.)

주로 저연소영역에서 일어나기 쉽고 이와 같은 현상이 확인되는 연소영역에서는 폐액의 혼합을 피할 필요가 있다. 중·고연소영역으로 발생하는 경우에는 그러한 현상이 발생하지 않도록 보염 기능의 강화등의 대책이 필요하다.

· 진동 연소

전술의 화염길이가 불규칙한 연소와 달리 비교적 빠른 진동이 드래프트 및 설비에 나타나는 현상이다. 이 현상은 연소 반응에 의한 저주파수의 음파가, 보일러 연소실에서 공명하는 것에 의해 기인한다.

이 현상 그 자체는 다이옥신류의 발생에 직접 결부되는 것은 아니지만 연소 설비를 파괴하거나 계장용 계기류에 악영향을 주는 경우가 많아 회피해야 한다.

폐액의 혼합에 수반하는 연소 속도의 차이가 진동 연소의 원인이 되는 경우도 있어 공연비의 조정이나 에어 레지스터, 분무용 증기량의 조정등에 의해 회피 할 수 있는 경우가 많지만 경우에 따라서는 버너등의 교환이 필요한 경우도 있다.

(분석 수단을 필요로 하는 현상)

·CO의 증대

연소에 의해 발생하는 CO는 이상적으로는 제로가 바람직하지만, 산업용 연소 설비에 대해 10~30 ppm 전후의 CO의 발생을 방지하는 일은 약간 곤란하다. 연소에 의한 CO의 발생을 완전하게 방지하는 것이 곤란한 것은 연소의 정상 종료란, 연소를 계속하는 연소성 가스가 없어진 시점을 나타내지만, 이 정도의 농도의 CO가스 농도로 되면 연소라고 하는 산화 반응을 계속 할 수 없기 때문이라고 생각된다.

일반의 산업용 연소 설비에 대해서는 연소실내에서도 열은 냉각벽이나 대상물에 흡수되기 때문에 연소라고 하는 산화 반응이 정지하면 급격하게 분위기 온도는 저하하고 CO를 CO₂로 산화시키는 조건이 성립하지 않게 되기 때문이다.

따라서, CO를 제로로 하는 일은 산업용 연소 설비에 대해 꽤 곤란한 일이지만, 이것들 적은 농도의 CO가 직접적으로 다이옥신류의 발생에 연결되는 일은 없고, 또, 생태계에 대해서는, 여러가지 미생물이 CO를 CO₂로 산화하거나 광화학 반응에 의해 산화되기 때문에 대기 중의 CO가 증가할 걱정은 없다.

그러나, 상용의 CO를 넘는 CO가 검출되었을 경우에는 어떠한 이상 현상이 연소실내에 생기고 있다고 하는 징조를 나타낼 것이다.

전술한 돌비, 흰 연기, 검은 연기 등의 현상도 모두 CO치의 이상 상승이라고 하는 형태로 검출 가능하다. CO는 각종의 분석 방법이 알려져 있지만, 비분산형 적외선 방식등이 신뢰성이 높다.

· H, C의 증대

CO의 발생과 같이, H, C도 완전하게 방지하는 일은 곤란하지만 연속 연소식 연소 설비에 대해 CO에 비해 비교적 낮은 값으로 억제하기 쉽다.

특히 C1~C4 정도까지의 분자량이 낮은 가스로 구성되어 농도가 낮은 경우에는 CO와 같이 다이옥신류의 직접 발생 요인은 되지 않지만 고농도이거나 벤젠등의 C6 이상의 H, C가 검출되는 경우에는 다이옥신 발생 리스크가 증대한다. H, C의 분석에는 THC계등과 같이 수소염 중에서 배기가스를 연소시켜 이온 전류를 계측 하는 방법 등이 알려져 있다.

· NOx치의 이상

NOx치는 일반적으로 낮을수록 좋다고 생각되기 쉽지만 연소 설비에 의해 정해진 NOx치를 큰 폭으로 밑돌거나 웃돌거나 했을 경우에는 뭔가 이상 현상이 생기고 있다는 지표가 되는 경우가 있다.

특히, 연료 중에 대부분 N성분을 포함하지 않는 A중유나 등유 등의 연료의 경우 NOx치의 저하는 연소의 이상을 나타내는 경우가 많다. 그러나 폐액 중에 물 등의 비가연성 물질이 있는 경우나, C중유와 같이 연료 중에 N성분을 포함한 경우에는 N성분을 포함하지 않는 가연성 폐액의 혼합에 의해 NOx치가 저하하는 경우도 있다.

또, 폐액 중에 N성분을 포함한 경우에는, 연료에의 혼합에 의해 NOx치가 상승하기 때문에 해당 연소 설비로 허용 되는 NOx치 이하로 운전 관리할 수 있는 혼합율도 억제할 필요가 있다. NOx치의 계측에는, 화학분석 외, 연속 분석법의 화학 발광법이나 적외선 분석법등이 이용된다.

·매진량의 증대

매진량은 A중유나 등유와 같이 잔류 탄소 성분이 적은 연료의 연소에 대해서는 대부분 발생하지 않는다. 이것은 돌비, 흰 연기, 검은 연기 등이 생겨도 지극히 소량의 매진량에 머무는 것이 많다.

그러나, C중유와 같이 잔류 탄소 성분이 많기도 하고, 폐액 중에 잔류 탄소 성분이 많은 경우, 배기가스 중의 매진량은 큰 폭으로 증대하기 쉽다.

그 같은 경우의 매진량의 증대는 전술의 반딧불을 수반하는 것이 많지만 돌비, 흰 연기, 검은 연기와의 상관관계는 적다.

또, 연료중의 잔류 탄소 성분이 많은 경우에는 버너로부터 분사하는 기름 방울지름을 작게 하는 것에 의해 감소를 재는 것이 가능하지만 폐액 중에 수분이 포함되는 경우, 미폭현상이나 수성화 가스 반응 등의 연소 촉진 효과에 의해 현저하게 매진량을 감소할 수 있다.

어느 쪽으로 해도, 탄소를 포함한 매진은 화기 통로 중에 있어 2차적으로 다이옥신의 발생 요인이 될 우려가 있어 가능한 한 적은 값으로 억제할 필요가 있으므로 매진량의 증대에는 주의가 필요하다.

단, 폐액 중에 금속 성분이 존재하는 경우에는 회분으로서 매진량이 증가하므로 폐액의 조성이나 혼합비에 대한 매진량의 파악이 필요하다.

매진량의 계측은 일반적으로는 매진 포집 셀에 일정량의 가스를 통과시켜 포집된 매진량을 계량 하는 방법 외, 정전 용량을 이용한 연속 분석 장치등도 실용화되고 있다.

· 배기가스

산소 농도의 이상 배기가스중의 산소 농도 자체가 다이옥신류의 발생에 직접 결부되는 것은 아니지만 원래 최적으로 공연비 제어된 연소영역의 산소 농도가 급변하는 일은 어떠한 이상 현상을 추정할 수 있다.

본 방식에 대해서는 폐액이 가지는 발열량의 변화나 폐액의 주입율 변화등에 의해서도 생기기 쉽기 때문에 이러한 감시가 필요하다. 또, 산소 농도는 화학분석 외, 자기 덤벨식, 자기풍식, 산화 지르코니아식 등의 연속 분석법에 따라 비교적 용이하게 분석 가능하다.

·바까 락 지수의 증대

연소의 양호성 여부는 바까 락 지수로 불리는 비색 여과지에 배기가스중의그을음을 부착시키는 방법으로 확인할 수 있다. 이 방법을 이용하면, 전술의 검은 연기라고 하는 형태가 발생하기 이전에, 바까 락 지수의 값에 의해, 발연 한계의 확인이 가능하다.

발연 한계란, 산소 농도를 저하시켰을 때에 배기가스중의 미연카본이 증가하는 상황으로 판단하는 것으로, 각 설비마다 및 그 연소 부하마다 변화하는 것이다. 다이옥신류 대책으로서는 바까 락 지수를 한없이 제로에 가까운 값으로 유지하는 것이 중요하다.

·다이옥신류 전구 물질치의 증대

염화벤젠, 염화 페놀 등의 다이옥신류의 전구물질의 값에 이상이 없는 것.

이 물질의 연속 모니터 장치 등이 개발된 것에 의해, 이 장치등과 연계하여, 이상적 연소 상태인 것을 확인할 수 있다.

· 다이옥신류·등가 독성 농도

현재 상태로서는 다이옥신류의 계측은 JIS로 정해진 가스 크로마토그래피에 의한 분석이 필요하며 계측 후 결과가 나오는 기간이 길기 때문에 본 특허에 있어서의 주지와는 약간 달라, 이상적 연소 상태인 것의 확인을 위한 수단이라고 생각된다.

그러나, 과학의 발전이나 요구의 증가와 함께, 다이옥신류나 등가 독성 농도 등의 리얼타임 계측이 가능하게 된다고 생각되어 이와 같은 경우에는 이상적인 연소 상태의 확인을 위한 수단에 이용할 수가 있다.

〔폐액의 주입 방법의 조정〕

도 3에서 주입 방법의 조정을 해설한다. 본 도면은 보일러 설비에 대해 연료중에 수용성 폐액, 유성 폐액, 에멀젼성 폐액을 혼합해 소각처분 하는 경우의 구성을 나타낸 것으로, 연료에는 C중유로 불리는 가열을 필요로 하는 연료를 사용하고 있다. 또, 본 도면은 본 조정의 설명 외, 혼합 방법의 조정에도 사용된다.

[폐액 주입의 실현과 주입 펌프의 선정]

연료 탱크 1에 저장되고 있는 연료는 분연펌프 2로 가압되어 히터 30으로 적정 온도로 가온되어 연료 유량 조정 밸브 4로 유량 조정된 후 버너에 의해 연소된다.

이 때, 연료 유량계 5가 연소 유량을 검지해 다점주입율 결정 장치 64등의 폐액의 비례 제어를 실시하는 제어장치에 전송한다. 수용성 폐액은 3% 농도의 초산 폐액이며, 폐액 탱크 11에 저장되어 캐스케이드(cascade) 구조를 가지는 폐액 펌프 12에 의해 가압되어 상기 연료 유량에 근거한 폐액 비례 제어기의 신호에 의해 제어된 폐액 유량 조정 밸브 14, 히터 30을 경유해, 믹서 20에 대해 연료와 혼합된다.

폐액 펌프나 유량 조정 밸브는 초산에 대해서 충분한 내식성을 가지는 스텐레스로 구성되는 것 외, 그 외 접액부도 스텐레스로 제작되고 있다.

유성 폐액은 식물성 폐유이며, 부폐액 탱크 21에 저장되지만 히터로 직접 가열하면 타는 장해가 되기 쉽기 때문에 부폐액 탱크내에서 60℃정도로 가온되고 있다.

식물성 폐유는 윤활성이 좋기 때문에, 부폐액 펌프로서는 용적식 펌프의 한 형태인 기어 펌프를 선택해 첨가제 비례 제어기 66으로부터의 지령에 의해 제어되는 VVVF 장치 22의 회전 출력에 의해, 회전 속도가 가변되어 용적식 펌프의 특성에 의해 유량 컨트롤을 한다.

에멀젼 폐액은 세정 공정 배수를 원심분리기에 의해 분리한 것으로 HLB 14 정도의 비이온계 계면활성제와 식물성 유지 및 수분을 대략 5：55：40의 비율로 포함하고 있는 O/W형 에멀젼 폐액이다.

이 폐액은 양이 적은 것과 원심식 펌프와 같이 전단 작용을 가지는 펌프로 이송하면, 상의 역전이 일어나 크림을 발생하기 쉽고 고점도화하는 염려가 있으므로 유화 폐액 펌프 52에는 다이어프램식 펌프를 사용해, 기계적 전단을 주지 않고, 유화 폐액 비례 제어기가 출력하는 펄스 신호에 대해, 폐액을 폐액 유량 조정 밸브의 2차 측에 비례 주입한다.

폐액은 에멀젼 폐액에 대해서 10배 이상의 용량이고, 식물유지는 계면활성제에 의해 미셀을 형성하고 있는 것 등에 의해 다이어프램 펌프의 맥동은 주입점에 대해서 대부분 영향이 없고, 또 수용성 폐액 중에 용이하게 분산해 안정화 한다.(상역전이 생기지 않는 기름：물에 비례한다)

[주입 포인트의 선택]

(버너전 주입)

폐액의 주입 방법이란 첫째 주입 포인트의 선택이다. 상기의 수용성 액체나 에멀젼성 액체의 경우에는 분리가 발생하기 쉬운 일이나 발열량이 적은 등의 현상에 의해 버너의 직전인 것이 바람직하다.

도 3에 대해, 믹서 20의 위치는 연료 유량 제어 수단인 연료 유량 조정 밸브의 하류 측에 설치되어 있다. 이 포인트를 수용성 폐액, 특히 대부분 발열량이 없는 액체의 주입 위치로서 선택하는 일에 의해 공연비제어 설비의 변경을 수반하지 않고 폐액의 연소를 실시할 수가 있다.

(연료유량 조절밸브 전 주입)

혼합기 10의 위치는 연료 유량 조정 밸브의 상류측이기 때문에 이 포인트에 주입하는 것은 연료와 동등의 발열량을 가지는 식물유나 윤활유등의 폐유류가 바람직하다. 그러나, 전술의 혼합 상태의 파악에서 언급했듯이 서로의 혼합 후의 슬러지 발생량이나 열쇼크에 대한 내성등을 검토해 주입 포인트를 선택해야 한다.

(폐액중 주입)

본 구성 예에 있어서의 에멀젼 폐액은 HLB 14의 계면활성제를 포함한 O/W형 폐액이기 때문에 본 구성 예와 같이 수용성 폐액 중에 미리 주입해 두는 것에 의해 이송 쇼크에 의한 상전이가 발생하기 어려운 안정형 O/W에멀젼이 된다. 그렇지만, 수용성 폐액 중에 계면활성제가 주입된 것과 같은 효과에 의해, 믹서에서의 에멀젼화도 용이해져 염가의 믹서를 사용할 수 있다.

[주입율과 함유율]

또, 상기의 주입 포인트의 특성상, 주입율과 함유율을 구별하여야 한다.

버너전 주입을 검토하는 경우에는 혼합하는 비율을 나타내는 명칭으로서 주입율 또는 가수율을 이용하고. 연료유량 조절밸브 전 주입을 실시할 때는 함유율, 혼합율, 혼유율 등의 표현을 이용하는 것이 좋다.

양자의 차이는 주입율에서는(혼합하는 비율)/(연료 유량)인데 대해, 함유율은(혼합하는 비율)/(연료 유량＋혼합하는 비율)로 표현되는 것으로 예를 들면 주입율 100%에서는 함유율은 50%이다.

[비례 주입 방법]

주입 방법으로서 우선 제일 먼저 선택해야 할 것은 본 도면과 같이 연료 유량에 대한 비례 제어 방법이다. 이 방법은 유량 검지 수단으로부터의 신호에 의해 유량 제어 수단을 컨트롤 해, 목표로 하는 폐액을 비례 주입하는 방법이다.

이 방법은 다음 이후에 말하는 각종의 주입 제어에 유연하게 대응 할 수 있기 때문에 유리하다. 그 외, 연료 유량 조정 밸브나 연료 락과 기계적으로 링크한, 유량 제어 수단에 의해 폐액을 주입하는 방법 등이 있다.

그러나, 후자의 방법은 폐액중의 염소등이 지극히 적고, 연소성도 연료와 거의 변화하지 않는 듯한 다이옥신류의 발생의 염려가 없는 폐액에 한정해야 하는 것이다.

[연소 존에 대한 주입]

산업용 연소 설비에 대해서는 그 대상으로 되는 부하의 변동에 대해 연소량도 변화한다. 가장 먼저 주의해야 할 점은 연소량이 저하함에 따른 다양한 연소 악화요인이다.

(연소량의 저하에 수반하는 연소 악화 요인)

폐액이 연료와 같은 연소성을 가져 한편 염소 등의 함유량이 연료보다 적은 경우를 제외해 아래와 같은 이유에 의해 폐액의 주입을 정지하는 것이 필요하다.

· 분무 특성의 악화

연소량이 변경 가능한 연소 수단은, 대체로 정격 연소량의 70~100%부근의 분무 특성으로 최고의 특성을 발휘하도록 설계되고 있다.

다음의 예는 각 버너 형식에 있어서의 저연소시의 주의 사항을 말한다.

(1) 증기 분무식 버너

연료의 분사량에 대해서 그 구멍의 구경이 너무 커져 분사 유속이 저하하거나, 입자 지름의 증대를 부른다. 연료에 대한 분무 증기량이 증가해 폐액중에 포함되는 수분등의 소각 능력이 감소한다.

(2) 로터리 버너·저압 공기 분무

로터리 컵이나 분무 컵 지름이 크기 때문에, 흘러넘치는 연료량이 감소하면, 컵에 근소한 비틀림이나 상처에 의해, 유막이 균등하게 되지 않고, 화염이 흐트러지기 쉽다. 화염 형성용의 일차 공기의 컨트롤이 어려워져 카본 부착이 발생하기 쉬워진다.

(3) 역 압력 분무

기름방울의 축방향의 관철력이 약해져 화염이 단소화 해 버너 근처에서의 와류가 격렬해지므로 버너 노즐등이 더러워지기 쉬워진다.

(4) 단순 압력 분무

분무 압력이 저하하기 때문에 기름 방울지름의 증대나 분무 패턴의 악화가 발생한다.

· 연소실 온도의 저하

모든 산업용 연소 장치나 버너를 조립하여 공통으로 하고, 연소실이 낮은 온도로 되기 위해 연소가 완결하기 전에 냉각되는 산화 반응을 유지 할 수 없게 되므로 HC나 CO가 증대한다. 흰 연기의 발생 원인이 되기 쉽다.

· 공기와의 혼합성의 악화

일반적으로 연소용 공기량이 감소하기 때문에 공기유속이 저하해 기름방울과 공기와의 혼합이 악화되어 검은 연기의 발생 원인이 된다.

· 과잉 공기

상기의 혼합성을 높이려고 하면, 과잉 공기가 되어 연소실 온도의 저하를 부른다.

· 연소의 중단

보일러 등의 장치에 있어서는 증기압의 상승에 수반해 자동적으로 연소가 정지하는 경우가 있다. 이것은 고장은 아니고 연소량 제어에 의한 증기압력 제어의 한 형태이며, 운용 방법에 의해 일상적으로 발생할 수 있는 현상이다. 이 때문에 폐액을 혼합하고 있으면 다음의 재발화시에 폐액의 분리나 발화성의 악화를 부르는경우가 있다.

· 연소량의 저하에 수반하는 연소 악화 요인의 결론

즉, 산업용 연소 설비의 저연소 영역에 대해서는 저연소 설정의 방법 혹은 연소 수단의 성능에 의해 어느 영역까지가 이상적 상태의 연소염을 형성하고 있는가 하는 판단을 하면서 각 연소 설비의 특성이나 폐액 조성 등을 고려해 주입율이나 주입의 유무의 판단을 실시할 필요가 있다.

(정격 연소 부근에서의 주의 사항)

· 분무 용량의 증대와 분무 압력의 증가

폐액에 열량이 거의 없는 경우에 대해, 정격 연소시에 다량의 폐액을 연료에 첨가하면, 버너의 최대 분사 능력을 넘게 되어 압력의 상승이나 분무 형상의 변화 등의 장해가 발생한다.

버너 노즐의 구경의 증가 등, 연소 설비의 개선에 의해 회피 할 수 있는 경우도 있지만, 산업용 연소 설비의 연소 수단의 턴 다운비는 최대에서도 1：10 전후인 것을 생각하면, 저연소 영역으로 연소 악화의 원인이 될지도 모른다.

일반 산업용 보일러와 같이 상용 부하대가 70%전후의 설비에 대해서는 정격 연소시에 그러한 장해를 발생시키지 않는 정도로 폐액의 주입율을 억제하는 것에 의해, 연소 설비의 변경 없이 대응이 가능해진다.

· 공기유속의 증대에 의한 돌비의 발생

정격 연소영역에 있어서는 연소 설비로부터의 연료의 분무 속도 외, 공기유속도 증대한다. 연소 설비의 설계에 따라서는 대상이 되는 연료유의 성질과 상태에맞추어 급속한 연소가 이루어지도록 화염대 부근의 연료와 공기의 혼합 속도가 급상승하는 경우가 있다.

이와 같은 경우, 연료 중에 수분 등이 다량으로 포함되어 있으면, 기름방울의 일부에 수분 증발이 종료해 발화하기 전에 화염대를 통과해 버리는 것이 나타나 이것이 돌비가 되어 연소실이나 배기가스 중으로 이동한다.

돌비유에 염소 등이 포함되어 있으면 연소실이나 전열면 등으로 열건류를 받으면서 산화 분해가 발생하기 때문에 다이옥신류의 발생이 염려된다.

따라서, 시운전시에 중연소 영역으로부터 정격 연소영역에 걸쳐 돌비가 발생하지 않는 첨가율로 억제하거나 보염 기능의 강화 등의 연소 조정을 실시하는 것이 중요하다.

[연소 비정상에 의한 주입의 중단]

상기의 이상적 상태의 연소염의 감시나 배기가스 조성 상태에 근거해 이상이 인정되면 염소를 포함한 폐액의 경우, 다이옥신류의 발생의 방지를 위해 폐액 주입의 중단 등의 처치를 할 필요가 있다.

〔폐액의 혼합 방법의 조정〕

믹싱 방법, 스태틱식, 노즐식, 전단식, 초음파식

일반적으로 믹서로 불리는 장치의 적용도, 폐액의 성질과 상태나 주입 포인트등에 의해 여러가지로 선택해야 한다.

[기계 믹싱 방법]

주로, 전단, 분산 등의 기능을 모터 등의 동력에 의해 기계적으로 실시하는 믹서이다.

잘 알려져 있는 것은 스크루와 같은 날개를 가진 스크루 믹서이지만 이 타입의 믹서는 탱크 내에서 사용하기 위해 탱크 브랜드법만 이용된다.

본 발명에서는 원칙적으로 인라인으로 혼합 할 수 있지만 유량의 변화에 대해서도 안정된 혼합 성능을 기대 할 수 있는 연료와 물의 에멀젼 연료를 제조하기 위한 [특허 1220654호 관로내 연속 유화기]등이 적합하지만 그 외, 겔상 고형물 등은 파쇄 해 혼합할 수 있는 밀 타입 믹서 도 4등도 사용할 수 있다.

[고압 분사 방법]

폐액과 연료유를 일차 혼합한 후 혼합액이 미세한 오리피스를 고압으로 통과하는 것에 의한 캐비테이션이나 전단을 이용해 미세화하는 것으로, 우유의 호모지나이즈등에 사용되고 있다.

압력을 10 MPa 정도까지 올려, 미세한 오리피스를 통과시키면 점도에 관계없고, 지극히 균질인 에멀젼을 만들 수가 있지만 일차 혼합 믹서가 필요하거나, 세로 혼합성이 적고, 유량 변화에도 약하고, 에너지 효율도 낮기 때문에 에멀젼의 균일성이 요구되는 용도로 사용된다.

[정적 믹싱 방법]

(선회 안내 날개식)

관로 내에 90번의 선회 각도를 가진 안내 날개를 마련해 안내 날개에 의해 선회 힘을 얻은 유체끼리 합류할 때에 생기는 난류에 의해 두 액을 혼합하는 것으로 에멀젼을 제조하려면 지극히 엄격한 점도 관리와 유속 관리가 필요하지만 기름끼리 혹은 물끼리와 같이 전단력을 필요로 하지 않는 혼합에는 가동부가 없게 구조도 간단한 때문에 적합하다.

(인젝터식)

인젝터의 원리를 응용해, 연료의 고속류 중의 저압부에 폐액을 흡입시키면서 혼합하는 것으로 스로트부(디퓨저)가 비교적 저류량에서도 혼합 후에 난류 상태가 되므로 두 액의 분산성이 뛰어나 상기 고압 분사 믹서등의 일차 혼합기나 기름끼리 혹은 물끼리의 혼합에 적절하다(도 5 참조).

[초음파식]

초음파 진동하는 혼이라 불리는 진동자가 혼합액과 접촉하는 일에 의해 에멀젼 입자의 미세화를 시도하는 것이지만 효율적으로 초음파 에너지를 혼합액에게 전하는 혼의 설계가 곤란하며, 일차 분산 능력이 없기 때문에 기계식 믹싱법과 함께하여 사용되는 것이 많다.

[혼합 방법으로 요구되는 성능]

(분산성능)

이 성능은 프리믹서 등에 요구되는 성능으로 액체를 난류 상태로 하는 것에 의해 이 성능을 기대할 수 있다. A중유와 등유의 혼합과 같이 용해 분산하는 용액끼리의 경우에는 이 성능이, 전부하영역에서 유지할 수 있으면 충분히 사용 가능하다.

(에멀젼화 성능)

연료와 물과 같이 서로 서로 섞이지 않는 액체끼리를 분산시키기 위해서 보통은 서로의 표면장력에 대한 에너지를 가하지 않으면 분산할 수가 없다.

에멀젼화 성능이란 유체에 이 에너지를 주는 수단이며, 이 성능이 전부하 영역에 대해 유지할 수 없으면 본 발명의 인라인 비례 제어에 이용하는 것이 곤란하다.

(종(縱) 혼합성)

맥동이 있는 펌프나 제어에서는 보정할 수 없는 연료와 폐액 유량의 미소한 타임 래그를 기계적으로 보충하는 것이, 이 종(縱) 혼합성이다. 종(縱) 혼합이란 믹싱을 실시하면서, 일부가 순환함으로써, 두 액의 혼합 상태를 평균화시키는 작용이 있다. 일반적으로 유속이 빨리 되면 종(縱) 혼합성을 기대 할 수 없게 되므로, 비례 주입 방법 등과 합해 검토할 필요가 있다.

(파쇄기능)

보다 강한 에너지로 액체에 전단을 주는 일에 의해, 고형물을 물에 분산시키는 일도 가능하다. 예를 들면, 쥬스의 과육이나 두부등과 같이 대부분이 수분으로구성되어 있는 물질은 이 파쇄기능에 의해 액상화 할 수 있는 경우가 많다. 또 맷돌의 원리로 기계적으로 전단시키는 밀 타입의 믹서나 고에너지 초음파 타입에서는 연료중의 슬러지를 파쇄 할 수 있는 것도 있다.

〔폐액 성분에 의한 연소 설비의 공연비제어 방법의 조정〕

[발열량을 가지지 않는 폐액]

발열량을 가지지 않든지, 발열량이 지극히 낮은 폐액의 경우에는 상기[주입 포인트]의 선택에서도 말했지만 도 3에 있어서의 믹서 20의 위치에 주입하는 것에 의해 연료 유량 조정 밸브 4가 결정된 연료 유량에 폐액 유량이 가해지기 때문에 버너 9에서의 분사량은 증가하지만, 발열량은 변함없이 이론 공기량에도 변화가 없기 때문에 안정화에 대해 공연비가 흐트러지는 일은 없다.

그러나, 급격하게 폐액의 양을 증가시키거나 감소시키는 일 및 폐액을 연료 유량과 지극히 정확하게 비례 제어시키지 않으면 과도적 상황 하에서 발연이나 흰 연기 발생의 원인이 되므로 다이옥신류의 발생 요인이 된다.

이 과도적 상황마저, 폐액의 주입 제어로 컨트롤 하면 이 경우에는 종래형의 공연비제어장치로 대응이 가능하다.

[발열량이 연료와 동일한 폐액]

(혼합 후의 성질과 상태가 안정되어 있는 폐액)

상기 [폐액과 액체 연료와의 혼합 상태의 파악]으로 혼합 상태가 안정되어있어, 한편 연료유와 동일한 발열량을 가지는 폐액의 경우에는 도 3의 혼합기 10의 위치에 폐액을 주입할 수가 있다.

이 경우에는 연료 유량 조정 밸브 4를 통과하는 연료는 폐액과 연료의 합계량이 되지만 폐액의 발열량이 연료와 동일하기 때문에 버너 9로 연소하고 있는 연료의 발열량은 변함없기 때문에 종래형의 공연비제어장치로 대응이 가능하다.

그러나, 여기서 주의하지 않으면 안 되는 것은 폐액의 발열량과 연료유의 발열량의 비교를 체적 당으로 비교하느냐 중량으로 비교하느냐 하는 점이다.

즉, 연료 유량 조정 밸브에서는 체적의 컨트롤을 실시하기 위해 체적 당의 발열량이 변화 하면, 버너로 연소되는 연료량은 동일해도 발열량이 변화해 공연비가 흐트러지기 때문이다. 또, 점도에도 주의가 필요하다. 점도는 보통 혼합율에 대해, 대수 비례해 점도 변화를 일으킨다.

즉 동일 온도로 200 cst와 2 cst의 연료와 폐유를 50：50으로 혼합했을 경우, 혼합 후의 점도는 20 cst가 된다. 연료 유량 조정 밸브는 점도에 의한 유량 변화를 일으키므로 혼합 후의 예상 점도도 파악해, 공연비의 혼란을 예측해, 필요한 대책을 세우는 것이 바람직하다.

일반적으로는 이와 같은 경우, 질량 유량계에 의한 질량 유량을 일정하게 하는 피드백 제어를 연료 유량 제어 수단으로 실시하게 하는 것에 의해 회피 할 수 있는 경우가 많다.

(혼합 후의 성상이 불안정한 폐액)

이 경우에는 상기의 안정하여 있는 경우의 방법은 취급하지 않고, 주입 포인트를 도 3의 믹서의 위치로 할 필요가 있지만 이 경우에는 연료 유량 조정 밸브로 컨트롤 하고 있는 연료에, 발열량을 가지는 폐액이 상승시키는 형태로 버너에 의해 연소되기 때문에 보통의 공연비제어 방법에서는 지극히 적은 주입율에 제어되는 연소 설비가 많다.

대책은 다음 [발열량이 있지만 연료와는 같지 않은 폐액]과 같기 때문에 거기에 기재한다.

[발열량이 있지만 연료와는 같지 않은 폐액]

발열량이 있지만, 연료와는 같지 않은 폐액의 경우에는 도 3의 믹서부 혹은 혼합기부의 어느 쪽으로 주입해도 공연비의 변화는 피할 수 없다.

공연비제어의 개념이 희박한 가스터빈 설비나 디젤 엔진의 경우에는 특히 문제는 없지만 보일러와 같이 저과잉 공기비로 운용하고 있는 연소 설비의 경우에는 주입량을 증가시키면, 발연이나 과잉 공기에 의한 효율 저하나 NOx 상승 등의 원인이 된다.

예를 들면, 발열량이 연료의 반인 경우, 두 주입량 포인트에 대해서 같은 양씩 주입하면 결과적으로 상쇄되어 버너에서의 발열량은 변함없이 공연비의 불규칙성도 없어지지만 시스템이 번잡하게 되고, 혼합 후의 성상이 불안정한 폐액의 경우에는 적용할 수 없다.

따라서, 도 6에 의해 혼합 후의 성상이 불안정한 경우나 발열량이 연료의 반 정도인 경우의 공연비제어의 방법에 대한 형태를 설명한다.

도 6은 연료 탱크 1의 연료를 연료 펌프 2로 가압해 연료 유량 조정 밸브 4에 대해 유량 제어된 연료가, 믹서 20으로 연료 유량계 5를 통과해 버너 9로 연소되는 보일러 38의 연료계와 압력 발신기 43의 검지한 증기압력 신호를 압력 조정기 44로 PID 연산해, 캐스케이드(cascade) 한 연료 유량 제어 PID 연산기 230으로 댐퍼 개방도 제어 PID 연산기에 출력해, 연료 유량과 댐퍼 개방도를 조정해 공연비를 적정하게 유지하면서 증기압력 제어를 실시하는 공연비제어 기구를 가진다.

폐액 탱크 11에는 칼로리가 5000 KCal/L의 알코올계 폐액이 저장되어 있어 폐액 펌프 12에 의해 가압되고 폐액 유량 조정 밸브 14에 의해 유량 컨트롤 되고 믹서 20으로 연료중에 주입되고 에멀젼화 되어 버너 9에서 연소 처분된다. 연료 유량계 5의 신호는 폐액 비례 제어기 65에 보내지지만 이 때 미리 프리-셋(pre-set) 된 목표 혼합율에 따라, 폐액 유량 조정 밸브의 개방도 조정이 이루어진다.

주입 개시 직후부터의 동작을 설명 하면 다음과 같이 된다.

프리-셋(pre-set) 된 값이 20%의 혼합 비율이었다고 해도 폐액 비례 제어기는 갑자기 20%의 혼합율이 되는 개방도 조정을 실시하는 것은 없고, 예를 들면 1%정도의 주입율로 주입을 개시한다. 그 때에 폐액 비례 제어기는 현재 주입하고 있는 폐액의 발열량과 폐액 유량을 연료 유량 제어 PID 연산기에 보낸다.

연료 유량 제어 PID 연산기에서는 현재 흘려야 되는 목표유량이 500 L/h이라고 가정했을 경우, 폐액 비례 제어기로부터의 신호에 의해(목표 유량＋폐액 유량-폐액 유량×(폐액 발열량/연료 발열량))이라고 하는 계산을 실시해 현재의 폐액 주입량에 있어서의 목표 유량에 따라 연료 유량 조정 밸브의 제어를 실시한다. 이 조건하에 있어서의 새로운 목표 유량은 502.5 L/h이다.

폐액 비례 제어기는 연료의 통과 유량의 적분치 혹은 시간 제어등에 의해 서서히 폐액의 주입율을 증가시키는 것에 의해 목표 유량도 서서히 보정되고 최종적으로 폐액 주입율 20%시에 550 L/h의 목표 유량의 제어가 안전하게 실현 할 수 있는 것이다.

이 구성 예에서 나타난 방법 이외, 어느 쪽도 서서히 폐액의 주입량을 증가시키는 것에 의해, 연료 유량을 보정해 올바른 공연비제어를 실시하는 방법을 취할 수 있으면 방법은 묻지 않고, 반대로 댐퍼의 개방도 보정이나 송풍기에 VVVF를 사용하고 있는 경우 회전수보정을 실시하는 것에 의해 목표로 하는 공연비를 유지하는 방법에서도 문제는 없다.

원리상, O₂계의 고장시에 약간의 위험이 수반하지만 O₂트리밍법에 의해 보정하는 일도 유효한 방법이다. 그러나, 이 방법으로 실시할 때에는 가능한 한 주입량을 줄임과 동시에, O₂계가 고장났을 때에는 즉시 폐액의 주입을 정지하는 등의 안전 대책도 강구할 필요가 있다.

또, 전술의 목표 유량의 변경 방법으로 O₂트리밍법을 같이 사용하면, 폐액의 약간의 발열량의 차이를 흡수 할 수 있기 때문에 지극히 유효한 수단이 될 수 있고, 만일 O₂계가 고장났을 경우에 대해서도 예상되는 최대 발열량을 프리-셋(pre-set) 해 두면, 발연등의 연소 트러블에 의한 다이옥신류 발생을 방지 할 수 있다.또, O₂트리밍법에 따르는 보정은 댐퍼 보정이나 송풍기 회전수보정 방법에 대해서도 유효하다.

발열량의 파악은 기본적으로는 사전의 상세 분석을 실시해 프리-셋(pre-set) 해 둘 필요가 있지만, 폐액 유량계 15를 비중 측정도 가능한 질량 유량계로 하는 것에 의해, 알코올 용액의 경우 물과 알코올과의 비중차이에 의해, 대략의 발열량을 계산할 수 있으므로 폐액 비례 제어기에 이 연산식을 프로그램 하는 일에 의해 연료 유량 제어 PID 연산기에 보내는 발열량 신호가 실제의 발열량에 가깝게 되므로 알코올의 농도 변화에도 어느 정도 유연하게 대응 할 수 있다.

〔폐액 성분에 의한 연소 장치의 조정〕

[버너 형식의 선정]

폐액 성분에 의한 버너 형식의 선정이란 우선 폐액 중에 포함되는 수분량의 팩터가 크다. 즉 폐액 중에 포함되는 수분량이 많은 경우에는 처리량의 연료에 대한 증가에 수반해, 버너가 분사하는 혼합 연료의 증대를 의미하는지 등이다. 연료의 증대에 가장 유리한 버너 형식은 로터리식이다. 이 버너는 버너 컵도 크고, 연료유의 적하구도 과대 유량에 대해서 비교적 여유가 있기 때문이다. 물론, 발열량을 가지는 연료를 과대 분무시키면 풍량의 부족이나 이상 연소 등의 원인이 되지만 정격 연소시의 발열량에 맞추고 분무량 만을 증가시키는 것은 경험상도 원리상도 그렇게 곤란은 따르지 않는다.

다음에 유리한 것이 내부 혼합식 증기 분무 버너이다.

내부 혼합식 버너에서는, 외부에 분무하는 노즐 팁 37의 구경은, 증기와 혼합 후의 에어로졸을 분무하기 때문에 약간의 액체의 증가는 압력 증대에 연결되지 않는다. 그러나, 믹서 33의 기름구멍은 액체 유량의 증가에 수반해 압력이 증대하기 때문에 정격 연소시에 혼합 비율을 증가시키는 경우에는 구경의 큰 것을 선택할 필요가 있다.

그러나, 이 부분의 수정은 저연소시의 분무 특성이 약간 악화되지만 원래 분무 특성 자체는 큰 턴 다운비를 가지는 버너이기 때문에, 마이너스 요인이 되기 어렵기 때문이다. 가장, 곤란한 형식이 역 압력 분무식이다.

역 압력 분무식은 정격 능력에 대해서의 턴 다운비가 1：5 정도로 작기 때문에, 노즐구멍의 구경을 크게 해 최대 연소시의 연료 유량을 증가시키면, 거기에 따라 제어 가능한 최저 연소량이 증가해 버리기 때문이다.

이 때문에, 이 형식의 버너에서는 가능한 한 발열량이 연료에 가까워 분무량을 너무 증가시키지 않아도 좋은 폐액에 대해서 선택해야 할 버너이다.

(타기 쉬운 폐액)

예를 들면, 자당 등을 대량으로 포함한 폐액의 경우에는 연소 중단 등에 의해 로내의 복사열을 받으면 타서 버너 노즐에의 장해가 되기 쉽다. 원칙적으로는 연소 정지 전에 폐액의 주입을 정지하는 것이지만 이와 같은 폐액의 경우 증기 분무 버너 형식(특히 내부 혼합) 방식의 것이면 타는 것에 의한 장해가 대부분 발생하지 않고 유리하다.

반대로, 분사 밸브 구조를 가지는 디젤 엔진이나 가스터빈에서는 분사 밸브 노즐의 시트면에 당류가 부착한 상태로 가열되면 캬라멜상에 고착해 연소 트러블의 원인이 되므로 주의가 필요하다.

[보염 형식의 선정]

(물을 포함한 폐액)

수분을 포함한 폐액을 연료에 혼합해 연소하는데 있어서, 주의하지 않으면 안 되는 것은 분무된 기름 방울에 파급되는 것이 폐액 중에 포함되는 수분이 증발한 후라는 점이다. 일반적으로 이 증발이란 W/O에멀젼 연료에 있어서의 미폭현상으로 불리고 증발의 에너지에 의해, 에멀젼 입자 표면의 연료를 재분산시켜 기름 방울지름의 미세화에 의한 연소 촉진 효과에 의해, 매진량을 큰 폭으로 저하시키는 기술로서 알려져 있다.

그러나, 연소 수단으로부터 혼합 연료가 분사되어 이 미폭이 생겨 미세화된 기름방울에 발화 할 때까지의 시간은 그렇지 않은 경우에 비해 일반적으로 길어지는 것이 보통이다. 이 때문 전술의[정격 연소 부근에서의 주의 사항]에서도 언급했듯이 보염성을 확보할 필요가 있고, 보염대의 체류 시간을 약간 길게 취할 필요가 있다.

물에멀젼 연료계에 대해, 미폭효과에 의해 본래는 화염이 짧아지는 불꽃이 되어버리는데 화염길이가 짧아지지 않거나 혹은 다소 길어지는 등의 상황을 볼 수 있는 것은 보염 기능이 물에멀젼계의 연료의 연소 특성에 맞지 않는 것에 기인하는경우가 많다. 도 7은 이 점을 고려한 보염 기능을 가지는 버너와 화염 감시를 실시할 수 있는 수냉벽로에 의해 물이나 각종 폐액을 연소시켰을 경우의 화염의 길이를 계측 한 것이다.

각 기호(1) A중유 단독, (2) 수도물, (3) 탄닌계 약품 보일러 블로우수, (4) 오차추출 폐액, (5) 쥬스 폐액, (6) 알코올계 폐액, (7) 아민계 용제 폐액을 나타내고 있다.

(1) 이외는 각종 시료 20%를 연료중에 에멀젼화해 화염길이 계측을 실시한 것이다. 보염 대책에 유의한 버너이면, 상기와 같이 화염의 길이에 차이는 없고, 양호한 연소를 유지 할 수 있다.

(휘발성이 높은 폐액)

휘발성이 높은 폐액을 혼합한 연료유는 일반적으로 높은 인화성(인화점이 낮다)을 가져 연소 반응이 단번에 진행되기 쉽다. 도 7에서 보는 것처럼 시험한 버너는 공기 분무식이기 때문에, 그다지 현저하지 않지만 (7)의 아민계 용제 폐액의 혼합 연료는 분명하게 화염길이가 짧게 되어 있다.

화염길이가 짧게 되는 것은 완전 연소라고 하는 입장에서 생각하면 전혀 문제는 없는 그러나, 화염길이가 짧다고 하는 것은 그 만큼 보염대 부근에서 연소를 하고 있는 것이 되어 버너 노즐이나 보염 기능 자체의 소실에 연결되는 경우도 있으므로, 주의가 필요하다.

(보염 기능의 결론)

즉, 대상의 연소 설비로 폐액 처분을 실시하는 경우, 원칙적으로 해당 연료유로 연소하고 있는 화염길이가 큰 폭으로 변함없는 범위에서, 주입율을 결정해야 하지만, 상기와 같은 요목을 배려해 보염 기능을 최적화하는 것에 의해 대상 폐액량을 증가시키는 것도 가능하다.

[에어 레지스터]

(회분 농도가 높은 폐액)

회분 농도가 높은 폐액을 연료유에 혼합해, 폐액 처분을 실시할 때, 유의하지 않으면 되지 않는 것은 그 용융한 재성분이 전열 면에 접촉해 크린 카로 불리는 용암상 물질을 형성하는 일이다. 양질의 연료유를 사용하는 연소 설비에 있어서는 열효율의 개선을 위해 화염을 수냉벽 등에 가능한 한 근접시켜 복사열의 흡수를 높이는 것 같은 연소 조정을 실시하고 있는 경우가 많다. 그러나, 이와 같은 연소 형상인 채로, 회분 농도가 높은 폐액을 연료유에 혼합했을 경우, 화염은 대략 1400℃전후의 온도영역에 있으므로, 이 온도 이하로 용융하는 회분에 관해서는 냉각 고체화하기 전에 전열면에 접촉해 고체화하기 때문에 크린 카를 형성하기 쉽다.

이 때문에, 회분 농도가 높은 폐액을 혼합하는 경우, 화염이 직접 수냉벽에 접근하지 않는 듯한 화염 형상을 선택해야 해 노즐 각도 등에도 영향을 받지만, 에어 레지스터가 가변 구조를 가지는 타입의 연소 수단이면 이 조정에 의해 회분의 영향이 나타나기 어려운 화염 형상을 형성하는 경우도 많다.

(물을 혼합한 폐액)

상기, 보염 기능의 부분보다 영향은 적지만 물에멀젼에 대해서는 미폭현상에의해 전방향을 향한 운동력이 증가하는 것이 되어 화염의 굵기가 굵게되는 경향이 있다. 즉 이 경향은 연료와 공기와의 접촉면을 증가하는 요인이며, 물에멀젼의 연소 개선 효과를 나타내는 하나의 중요한 증거이다.

그러나, 에어 레지스터에 의해 형성된 화염 형상이 수냉벽에 대해서 지극히 가까운 위치에 접근하고 있었을 경우 폐액의 물에멀젼 효과에 의해 화염의 접근이 보다 강해지는 경향이 있어 카본 부착 장해를 일으키는 염려나 수냉벽에서 급냉되고 미연물의 생성 원인이 될 수도 있다.

미연물이나 카본은 다이옥신류의 발생 요인이 되기 때문에 이와 같은 징조가 염려되는 경우 에어 레지스터를 조정해 폐액의 물에멀젼 효과에 의한 상태를 수정할 필요가 있다. 또, 이 경우 물과 같은 미폭작용에 의해 동일한 현상을 일으키는 폐액 성분에 대해서도 같다.

[노즐 각도나 구멍수의 선정]

상기 에어 레지스터의 조정으로, 화염 형상의 수정이 곤란한 경우나 에어 레지스터의 조정을 할 수 없는 혹은 없는 구조의 연소 수단에 대해서는 노즐 각도의 수정이나 구멍수의 조정에 의해 대상의 폐액을 혼합 연소하는데 적합한 화염 형상으로 하는 것이 가능하다.

[노즐 구경의 선정]

발열량이 낮은 폐액에 있어서는 연료에 대해서 처리하려고 하는 폐액이 플러스되기 때문에, 정격 연소시에 있어서는 분무 유압의 상승, 분사 속도의 상승에 의한 화염 형상의 이상 등의 장해를 파생시킨다. 연소 설비에 있어서의 정격 연소시간이 적은 설비에 대해서는, 이와 같은 경우에는 폐액의 주입량을 감소시키는 것에 의해 이와 같은 장해를 방지하는 것이 가능하지만, 대부분이 정격 연소를 실시하는 디젤 기관이나 가스터빈 기관에 대해서는 노즐 구경을 다시 보는 등의 수단으로 목적으로 하는 폐액을 처리 할 수 있는데 적합한 노즐 구경으로 조정할 필요가 있다.

[내식성의 선정]

일반적인 버너에 대해서는, 연소실이 고온의 산화 상태이기 때문에 버너 선단부 등에 관해서는 내식품 재료를 이용하고 있는 경우가 많다. 이 때문에 팁부 등에 대해서는 특별한 배려가 불필요한 경우가 많지만 팁에 이르는 경로에 대해서는 강재가 사용되고 있는 예가 많아 폐액의 부식성 혹은 pH에 의해 적절한 재질로 변경할 필요가 있다.

또, 연소 설비측의 대응이 어려운 경우에는 연료 또는 폐액중에 연소에 장해를 주지 않는 성분으로 구성된 방식제등을 첨가하는 것으로 대응 할 수 있는 경우도 있다.

〔폐액 성분에 의한 저 NOx 수단의 조정〕

폐액의 첨가에 의해, 연소 수단에 있어서의 저NOx 수단도 여러가지 영향을 받는다. 이것들을 가미해 저NOx 수단의 검토를 실시할 필요가 있지만 우선 과제를정리 하면, NOx가 저감 하는 폐액과 NOx가 상승하는 폐액이 존재해, 각각에 대해 검토를 진행시킬 필요가 있다.

[NOx가 저하하는 폐액]

(발열량을 가져 질소성분이 없다)

이와 같은 폐액은 액체 연료로서는 등유와 거의 같다고 봐도 좋기 때문에, 등유에 혼합하는 경우에는 NOx의 저감 효과는 없지만 그 외의 질소성분을 포함한 연료에 대해서는 NOx 저하 원인이 된다.

예를 들면, C중유와 같이 질소성분을 2000 ppm 정도 포함한 연료의 경우, 발생하는 fuel NOx는 배기가스 중에서 약 80~100 ppm라고 말해지고 있어 연료중의 질소 100 ppm 근처 약 4~5 ppm가 배기가스 NOx에 영향을 준다고 말해지고 있다. 이와 같은 C중유에 발열량이 같고 질소성분이 없는 폐액을 혼합하면, 혼합율 50%때의 연료중의 질소분성은 1000 ppm로 저하해, 약 40~50 ppm의 NOx 저감 효과를 기대 할 수 있다.

(수분량이 많다)

· 보일러, 소각로, 가스터빈 등

수분량이 많은 폐액은 특히 등유나 A중유에 대해서, NOx 저감 요인이 된다. 완전한 물이라고 규정 하면 도 1과 같은 NOx의 저감 효과를 기대 할 수 있다. C중유 연료에 있어서는 보일러나 소각로에 대해, 수분량이 많은 것은 직접적인 NOx 저감 효과가 되지 않는다.

그러나, 바이진량이 큰 폭으로 저하하는 일로부터, 산소 농도를 저감 하는 것이 가능해 결과적으로 NOx 발생량이 감소하므로, NOx의 저감 효과를 기대 할 수 있다.

· 디젤 엔진

디젤 엔진에 대해서는, 어떤 연료라도 NOx치가 차지하는 thermal NOx의 값이 지극히 크기 때문에, 수분량이 많은 것은 NOx치 저감의 효과를 기대 할 수 있다. 도 8은 C중유로 운용하고 있는 디젤 엔진에 있어서의 NOx와 연기 농도의 계측 사례이다.

또, 도 1에 디젤 엔진에 기대 할 수 있는 NOx 저감 효과가 나타나 있지만, 다소의 곤란을 극복해도 물에멀젼 연소를 실시하는 사회적 의의가 있다고 생각되는 결과가 되고 있다.

[NOx가 상승하는 폐액]

아민이나 암모니아 혹은 단백질이나 암모니아 등의 질소성분을 포함한 폐액은 폐액 NOx로서 배기가스 중에 가산되는 요인이 된다. 그러나, 수분이 많은 경우에는, 물에멀젼 효과에 의한 고온 NOx의 저감 효과로, 도 9의(5) 식품계 폐액과 같이 토탈 NOx량에서는 변함없는 경우도 있다.

도 9중의 각 기호는, (1) A중유 단독, (2) 수도물, (3) 탄닌계 약품 보일러 블로우수, (4) 오차추출 폐액, (5) 쥬스 폐액, (6) 알코올계 폐액, (7) 아민계 용제 폐액을 나타내고 있다. 어느 쪽으로 해도, 폐액의 분석에 의해 질소 성분을 분명하게 예상되는 NOx를 요구하고(질소성분도 그 조성에 의한 NOx의 전환율이 다르기 때문에 기존의 것은 예상 NOx치가 요구되지만 단백질이나 아미노산등 복잡한 화합물에 대해서는, 실험로 등으로 실측으로 요구할 필요가 있다고 생각된다.)

혼합 가능한 비율을 결정하든지 저NOx 수단을 강화하는 등의 대책을 실시해, NOx의 배출량을 억제해야 한다.

[저NOx 수단의 검토]

폐액 성분중에 물이 존재하고 있는 경우에는 원칙적으로 그 수분량에 의존해, NOx 저감 효과를 기대 할 수 있는 것은 전술대로이지만 저NOx 수단중, 물분무나 수증기 분무등은 해당 폐액중에 포함되는 물과 경합 해 연소성 악화의 원인이 될 수도 있는 것으로, 주의가 필요하다.

(2단 연소 방식의 선택)

따라서, 가능한 한 이와 같은 수단에 의지하지 않고, 저NOx 버너등의 방법을 취하는 것이 바람직하지만 그중에서도 다단 공기 흡입 버너가 폐액중에 물이 존재하고 있는 경우에는 가장 바람직하다.

즉, 다단 공기 흡입 버너의 경우 에멀젼상으로 분산한 물입자가 미폭을 일으키는 범위의 연소영역은 공기유속이 늦고 화염이 차가워지기 어렵다.

따라서, 어느 정도의 물의 존재는 돌비 등의 원인이 되기 어려울 뿐만 아니라, 이 연소영역에서의 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제하는 한편, 그 미폭효과에 의해, 2차 공기 혹은 삼차 공기 흡입시의 발연 방지 효과가 지극히 크기 때문이다.

따라서, 본 특허를 최대한 유효하게 이용하기 위해 연소기구로서는 이 연소방식이 서로의 상승효과를 기대 할 수 있는 지극히 궁합이 좋은 저 NOx 방법이다.

또, 목적은 다르지만, 가스터빈의 다단 공기 흡입 방법이나 디젤 기관에 대해서도 부연소실 방식에서, 발화영역(에멀젼이 미폭 후 기름 방울에 발화 하는 연소영역)이 공기에 식지 않는 방식에 의한 연소 형태는 폐액중에 수분을 포함한 경우에, 주입율을 올릴 수가 있다.

(분할 화염의 선택)

반대로 주의할 점은 분할 화염 버너등과 같이, 공기와 복사열의 흡수에 의해 적극적으로 화염 온도를 저하시키도록 하는 저NOx 방법이다. 이 저NOx 방법에 대해서는, 에멀젼이 미폭을 일으키는 과정의 발화 지연이 직접 화염상의 증대에 연결되기 쉽고, 기름방울이 발화하지 않는 돌비 등의 현상도 발생하기 쉽기 때문이다.

(물 분무, 증기 분무의 선택)

물 분무, 증기 분무와 폐액에 물을 포함한 경우의 적용은 주의가 필요하다.

즉, 물에 의한 라디칼 억제 작용에 의한 NOx 저감은 연소 설비마다 일정한 한도가 있어 과도의 적용은 반대로 H, C나 CO의 증가 원인이 되어,다이옥신류의 발생 리스크가 높아지기 때문이다.

이것들을 현재 병용 하고 있는 경우에는 폐액 처리중의 분무량을 조정하는 등의 수단과 병용 해 H, C나 CO의 증가를 억제해야 한다.

(배기가스 탈질장치의 선택)

최근의 주류인 암모니아 환원식 배기가스 탈질장치에 관해서 말하면, 그 온도 조건이나 작용 기구로부터 다이옥신류의 재합성 리스크는 낮다고 말할 수 없다. 현재로서는 잘 알려져 있지 않지만 적용에 해당해서는 탈질장치 전후의 다이옥신량의 계측을 실시하는 등의 수단에 의해 발생 리스크를 조사할 필요가 있다. 결과에 의해 200℃이하의 환경에서 탈질 가능한 탈질장치의 검토도 필요하지만 가능한 한 일차 처리 즉 발생을 방지하는 것이 원칙이다.

(C중유의 NOx 저감)

보일러 등의 원래 NOx 발생량이 적은 산업용 연소 설비에 대해, C중유등과 같이 연료 중에 질소성분을 포함한 연료의 경우 그 성분 비율의 변동에 의해 NOx치가 규제치를 웃도는 리스크를 안고 있다. C중유의 질소성분을 저감시키는 것은 꽤 곤란하고, 이것을 억제하기 위해 무리한 저NOx 수단이나 저산소 운전을 실시하면, 바이진 발생 리스크가 상승한다.

폐액 처리에 사용하는 경우에는, 폐액에 질소분을 포함하지 않고 발열량이 많은 경우에는, 연료 NOx 저감 효과를 기대 할 수 있지만 그렇지 않은 경우에는 A중유와 같이 연료중의 질소성분이 적은 연료를 혼유 해 무리한 저NOx 수단에 의지하지 않는 것이 중요하다.

특히 발열량을 어중간하게 가지는 폐액의 경우에는 그 열칼로리가 안정화 되어 있지 않는 한 약간 산소 농도에 여유를 갖게 함으로써 예측하지 못한 사태에 대비할 필요가 있지만 NOx 저감을 위해 발연 한계 근처까지 산소 농도를 좁힌 보일러에서는 폐액 처리의 적용이 곤란해지기 때문이다.

[저NOx 수단의 조정의 결론]

이상과 같이, 폐액 주입에 수반하는 NOx 저감 효과 혹은 상승 요인등을 고려하면서 폐액의 주입율을 결정함과 동시에 현재 이용하고 있는 저NOx 수단이 폐액 주입과 경합이나 악영향을 미치지 않는 범위에 주입율을 두는지 저NOx 수단의 변경을 실시하는 등의 대응이 필요하다.

특히 C중유 연소에 있어서의 A중유의 인라인 비례 제어식 혼유법은 본 처리법과 장치를 겸용할 수 있는 메리트가 있는 것 외, C중유의 질소성분의 변동에도 유연하게 대응 할 수 있는 등 병용 메리트가 크다.

〔첨가제의 유무와 종류〕

본 특허에서 말하는 첨가제란 폐액을 연료에 주입할 단계에 있어 이용하는 것을 가리켜 폐액의 전 처리 단계에서 필요로 하는 것은 포함하지 않는다.

첨가제를 이용하는 목적은 원칙적으로 다음과 같은 요목이지만 기본적으로는 코스트 상승의 요인이 되기 때문에 장치 측의 대응에서 무첨가에서도 적용 가능한 경우에는 이용할 필요는 없지만 이용하지 않는 경우에 장해가 예상되는 경우에는 이용할 필요가 있어 이러한 첨가율이나 종류의 선택등도 중요한 기술이다.

[윤활성의 부여]

혼합 상태가 에멀젼상 분산인 경우, 폐액이 윤활성을 가지는 것이 아닌 한혼합액의 윤활성은 저하한다. 그러나, 연료유 그 자체의 윤활성이 높으면 그 장해를 회피 할 수 있는 경우도 있다.

이것은, 볼베어링 축을 액중 윤활 하고 있는 기어식의 용적 펌프를 등유로 1 MPa 정도의 토출압차로 운용하고 있는 상태로 그 중에 물을 30% 더하면 30분이나 경과하지 않고 , 베어링의 마모에 의해 운전이 정지하는 일로부터 분명하다. 그러나, 동일 조건을 C중유로 실시하면 5년 이상 문제없게 운용 할 수 있다.

윤활성과는 여러가지 유체 요소와 접동 재료의 편성에 의해 유추 할 수 있는 지극히 애매한 지표이지만 예를 들면, 상기 등유에 있는 특정의 첨가제를 가하는 것에 의해 30분밖에 가지지 않는 운전 시간이 5년 이상 운전 할 수 있다면 그 첨가제는 분명하게 효과를 기대 할 수 있는 일은 명백하다.

발명자는, 그 같은 실험 방법에 의해, 에멀젼 상태에 있어서의 연료의 윤활성의 동적 평가를 실시해, 연료 및 폐액종과 그 연소 설비가 요구하는 여러가지 바리에이션의 윤활 부여 첨가제를 개발하고 있다.

본래는 이러한 약품도 가능한 한 사용하지 않는 것이 바람직하지만 디젤 엔진과 같이 설비 대책만으로는, 윤활 대책이 곤란한 경우에는 이와 같은 윤활 부여제를 연료 또는 폐액에 혼합하는 것에 의해, 장해를 방지 할 수 있다.

[방식성의 부여]

방식성은 원칙적으로 장치 측의 대응에 의해 처리하는 것이 바람직하다. 그러나, 디젤 엔진등과 같이 폐액 첨가 후의 연료계가 길고, 그리고 매우 고압인 연료 압력이 요구되는 용도에서는 이러한 개선에도 많은 비용이 필요하다. 물정도의 부식성에 대한 대응의 경우에는, 연료 중에 아민계 계면활성제등을 사용하는 것에 의해 강재 표면에 아민계 계면활성제의 유막이 형성되어 부식을 방지 할 수 있다.

전술했듯이, 아민은 질소성분을 포함하기 때문에 NOx의 상승 요소가 되지만 물을 가하는 것에 의해 상쇄 혹은 저감이 가능한 때문에 유효한 기술이다.

[유화성의 부여]

폐액이 수용성 액체로 에멀젼상 분산에 의해 연소 수단으로 연소시킬 때, 폐액의 주입점으로부터 연소 수단으로 분무되는 동안의 안정성이 연소에 견딜 수 없는 상태인 경우 유화제를 사용할 필요가 있다.

유화제로서는, W/O형 에멀젼을 안정화시키기 위해, HLB로서 3~7 정도의 유용성 계면활성제를 미리 연료계에 분산시켜 두어, 그 계면활성제 혼합 연료유에 수용성 폐액을 주입하는 것이 바람직하다. 그러나, 폐액의 경우에는 계면활성제와의 궁합이, 물을 유화하는 경우와 다른 경우도 예상되어 사전에 연료와 폐액의 예비 시험을 실시해 둘 필요가 있다.

[이물 발생의 방지]

예를 들면, 용제 등의 혼합에 의해 연료 중에 슬러지 발생이 염려될 때, 본래는 용해 분산이기 때문에, 안정성은 문제없다고 생각된다. 그러나, 연료중의 마르텐 등이 용제에 용해해, 아스파르텐 유리에 의한 슬러지 발생 리스크가 높게 되는 일이나, 펌핑이나 유량 제어에 수반하는 캐비테이션이 라디칼을 발생시키고 슬러지 요인이 되는 것은 전술대로이다. 이와 같은 용도에도 계면활성제가 이용된다.

특히 휘발성이 높은 용제를 연료 중에 혼합하는 경우 펌프로 승압할 때에 접동면에서 증발이 일어나 드라이 운전이 생기고 쉽고, 윤활성도 문제가 된다.

이와 같은 경우에, 다가 알코올 지방산 에스테르계의 계면활성제를 이용하는 것에 의해 강재 표면에 유막을 일으키게 하는 기능이 있어, 슬러지 발생 리스크를 감소시킴과 동시에, 윤활성의 부여도 기대할 수 있어 펌프나 분사 밸브 등을 보호할 수가 있다.

또, 라디칼 이론에 의하면, 라디칼 억제 효과를 가지는 산화 방지제나 폴리페놀 등을 포함한 폐액도 이물 발생 효과를 기대 할 수 있다고 생각되어 슬러지 억제 방법으로서 특허를 동시에 신청할 예정이다.

[결정화의 방지]

폐액 중에 폴리 아크릴산이나 PVA등의 수용성 분산제를 가하는 것에 의해 중탄산염 등으로서 혼입해 있는 칼슘이나 마그네슘 성분의 결정화를 방지 가능하다. 특히 디젤 엔진과 같이 지극히 좁은 구멍을 가져, 고압에 압축되는 펌프에 대해서는 수중의 약간의 기포 등이 단열 압축에 의해 발열해, 상기 칼슘류의 결정화를 일으킬 우려가 있다.

결정화한 미세 칼슘은 분사 펌프나 분사 밸브의 접동부를 손상시킬 우려도 있으므로 칼슘의 결정화를 방지하는 그 같은 약품류도 용도에 의해, 검토하는 것이바람직하다.

[폐액의 특성에 주목한 재이용]

그러나, 폐액으로서 배출되는 것 중에는 상기의 유용한 첨가제 성분을 포함한 채로 폐기되는 예가 있는(윤활유, 방수유, 계면활성제 함유 배수, 비타민 C, 비타민 E를 포함한 식품 폐액 등) 엔진 윤활유에 관해서는 이미 알고 있지만, 향후 본처리가 실제로 상용될 단계가 되면, 첨가제를 구입하는 일 없게 폐기물의 재이용으로 이 효과를 기대하는 것도 가능하다.

〔물 에멀젼 연소의 병용의 필요와 불필요〕

산업용 연소 설비에 의해 폐액을 처리하는 것에 대해 유의해야 할 점은 다이옥신류 대책용으로 설계된 소각로와는 달라 충분한 연소실 체류 시간을 기대 할 수 없는 점에 있다. 특히 디젤 기관이나 가스터빈 등의 고온 고압화의 연소에서는 수십 미터 초단위의 체류 시간 밖에 기대할 수 없다. 거기서 중요해지는 것이, 그을음을 내지 않는 기술이다.

즉 연소 과정에 그을음이 생성되면 라디칼 연쇄가 차단되어 내부에 지켜진 탄화수소에 의해, 다이옥신류 생성의 리스크가 높아지기 때문이다.

또, 이 그을음을 촉매 연소 등으로 저온 연소시키면, 다이옥신류 생성에 가장 좋은 조건이 되는 염려가 있다.

따라서, 적어도 폐액을 소각처분 하는데 있어서는 그을음이 연소실로부터의발생을 방지하는 것이 중요하다.

[저분자로 구성된 물을 포함하지 않는 폐액과 양질의 액체 연료] 물에멀젼 연소가 뛰어난 유기물 분해 작용은 이미 말한 대로이다. 연료 및 폐액 모두, 벤젠고리가 생성하기 어려운 저분자의 탄화수소로 구성되어 있다면, 그 같은 폐액 처리에, 열칼로리의 손실을 수반하는 물에멀젼 연소를 적용하는 메리트는 NOx 저감 효과 이외에는 기대하는 것은 없다.

[물을 포함한 폐액]

또, 폐액중에 물을 포함하는 것은 물에멀젼 효과를 기대 할 수 있어 고분자 유기물이 있는 경우에는 그 분해 촉진에 효과를 기대 할 수 있어 굳이 물에멀젼을 실시할 필요는 없다. 그러나, 물의 양이 한정적으로 물에멀젼 효과가 충분하지 않은 경우 폐액을 물로 희석하는 등의 수단으로 물에멀젼 효과를 발휘시키는 것은 고려할 만하다.

[C중유 등의 액체 연료와의 병용]

C중유는 전술한 바와 같이 여러가지 라디칼을 받아(이것은 원유를 채취하기 이전의 지구에 의해 주어진 라디칼도 포함해) 라디칼에 대해서 지극히 안정적인 복수의 물질을 포함하고 있다.

오해를 두려워하지 말고 말한다면, C중유와는 원래, 현대 사회에 있어서의폐기물의 재생품이라고 해도 과언은 아니다. C중유는 원유로부터 가솔린, 경유, 등유, A중유등의 연료나 각종 윤활유, 플라스틱 원료, 용제등 여러가지 제품 생성 후의 찌꺼기인 것이다.

그러나, 이것을 산업 폐기물로서 처리한다면 그 처리비를 포함한 방대한 코스트가 발생해, 제품 전가되고 사회 코스트의 상승에 연결되는 것과 동시에 그 에너지는 쓸데없게 상실되어 탄산 가스등의 배출량도 보다 증가하고 있었을 것이다. 즉, C중유의 사용을 제한해서는 안되고, 어떻게 환경에의 영향을 적게 연소하는가 하는 점이 사회 코스트의 저감 혹은 지구 온난화 대책상 지극히 중요하다.

그러나, 현재 상태로서는 그 같은 사회적 의의로 C중유를 연소시키고 있는 수요가는 지극히 적고, 연료 코스트가 싸다고 하는 이유만으로 채용되는 사례도 적지 않다. 이 때문에, 현재 상태로서는 유감스럽지만 가스 연료를 이용하는 수요가에 비해, 환경 의식이 부족한 것도 부정 할 수 없다.

발명자로서는 오히려 가스 연료로 전환하는 것 같은 사회의식의 강한 수요가에게, 일본 혹은 지구 전체적으로, 원유의 찌꺼기인 이 C중유를 어떻게 세심한 주의를 바탕으로 환경에 우수하고 열 회수하는가 하는 부분에 주력하는 것이 사회 전체의 환경 개선에 도움이 된다고 생각하는 것이다.

C중유 등을 안전하게 연소하는 보일러나 디젤 엔진은 원래 산업 폐기물을 소각 할 수 있는 능력을 가지고 있었던 것이다. 그러나, 적어도 폐액 처리를 실시한다고 하는 행위와 병용 한다면, 폐액에 물을 포함하지 않는 경우에는 봇슈 농도가 최저로 되는 비율로 설정된 물에멀젼과 병용 해야 하는 일은 사회적 요구에 대하는것이다.

[고분자의 탄화수소 또는 할로겐화 탄소를 포함한 폐액의 경우]

이와 같은 폐액을 처리해야 하는 때 폐액중에 물을 포함하지 않는 것이면, 에멀젼 연소 적용의 판정을 실시해 필요에 따라서, 물에멀젼법도 채용해야 한다. 식물유등의 보일러에 의한 연소도 혼합율이 높은 경우에는 물에멀젼법을 병용해야 할 사례이다.

[에멀젼 연소 효과의 판정과 적용의 판정]

즉 에멀젼을 사용하지 않는 상태로 봇슈 농도(백색의 여과지에 그을음이 붙는다) 판정에 의해 검어지는 경우, 봇슈 농도가 가장 얇아지는 범위에서 가수율 혹은 폐액중의 물의 양을 조정하는 것이 가장 간편하고, 봇슈 농도가 높은 상태로 폐액을 처리하는 것은 사회적 리스크가 높다고 추정된다.

[에멀젼 연소의 효과가 없는 버너의 존재]

물 에멀젼도 물분무와 같은 이유(NOx 저감 효과)로 이용한다면 모든 버너 형식에 대해서 효과적이다. 그러나, 전술과 같이 충분한 보염 기능을 가지지 않는 버너, 공기유속이 너무 빠른 버너, 증기식 내부혼합버너의 형식에서, 에멀젼 연료 중의 물입자가 이탈해 버리는 만큼 버너 노즐 내부에서의 예비 혼합을 실시하는 버너 등에 있어서는, 미폭과 거기에 따르는 라디칼 효과가 화염의 일부에 대해서 유효하게 작용하지 않고, 오히려 라디칼 억제 효과가 되어, 미연성분 발생의 원인이 되는 경우가 있다. 이 점을 배려해, 연소 수단의 특성에 맞추고 물에멀젼화를 검토하여야 하며, 폐액에 물을 포함한다면, 필요에 따라서 연소 수단의 개량등도 검토할 필요가 있다.

〔폐액의 전 처리 수단〕

폐액의 전 처리 수단이란 폐액의 성분, 물성, 혼합 특성을 개선함으로써, 산업용 연소설비에 혼합하는 것이 가능한 폐액에 개선하기 위한 수단이다.

[성분 제거]

처리 대상으로 하는 산업용 연소 설비 혹은 연소 수단에 대해 장해의 염려가 있는 성분에 대해서는 미리 제거해 두는 것이 필요하다. 어떤 의미로 이 기술과 본 발명의 조합에 의해, 액상과 완성될 수 있는 대부분 모든 유기물을 고온 리사이클에 의한 화석연료 소비의 억제에 이용 할 수 있는 중요한 기술이다.

(SS성분의 제거)

이것은, 여과로 불리는 수단에 의해, 폐액 중의 불용해 고형물을 없애는 일이며, 일반적이지만 제거 입자의 크기에 의해, 처리법도 다르고, 대량으로 존재하는 경우에는 원심분리 등의 수단이 유효한 경우가 있다.

또, 디젤 엔진의 경우에는, 특별히 주의해 제거할 필요가 있다.

(재 성분의 제거)

이온상으로 용해하고 있는 경우에는 이온교환 수지, 이온 교환막 등을 이용해 유기물과 재성분을 제거할 수가 있다.

(할로겐의 제거)

재성분의 제거와 같게 이온교환 수지, 이온 교환막 등을 이용해 유기물과 할로겐을 제거할 수가 있다.

재성분도 동시에 제거 가능하지만 염화 나트륨등은, 유기물에 비해 매우 작은 분자이기 때문에 저성능의 역삼투막(즉 염류를 통과하는 역삼투막) 혹은 고성능인 한외여과막(저분자 성분만 통과)등 지금까지는 개발해도 의미가 없는 여과막에 의해 본처리의 목적에 합치한 여과법에 따르는 회분이나 할로겐의 동시 처리가 가능하게 된다고 생각된다.

(질소의 제거)

유기용제 등에 혼입해 있는 경우에는, 증발 온도차를 이용해 질소 성분을 포함하는 것과 포함하지 않는 것으로 구별할 수 있다.

(중금속의 제거)

중금속이 이온상에 용해하고 있는 경우에는 킬레이트 수지등에 의해 제거 가능한 경우가 있다.

(성분 제거의 결론)

현재는 본 폐액 처리법이 확립되어 있지 않은 단계이기 때문에 이러한 제거법의 상당수는 반도체 제조나 의약품 제조 등 정밀화학제품 분야의 기술에 응용이 되어 지극히 고가이며, 현실성이 적다.

그러나, 본 처리법의 특징 즉, 소각 처리 대상의 산업용 연소 설비 혹은 연소 수단에 있어 영향이 없을 정도로 제거하면 좋다고 하는 특징을 살린 설비의 등장을 기다리면 급식 설비 등의 식염분을 수% 이상 포함한 폐액도 유기물 성분만은 본 처리법으로 처분 가능하다고 생각된다.

[산화 환원 전위의 중화]

일반적으로 폐액의 pH는 부식이나 접액재 등에의 영향으로 한정되기 때문에 굳이 중화 등의 수단에 의해 처리량을 증가시키는 것보다 재질을 변경하는 방법이, 폐액처리라고 하는 관점에서 바람직하다.

그런데, 산화 환원 전위에 관해서는, 연료유의 영향(고체화 혹은 슬러지 발생)이 큰 경우가 많아 산화 환원 전위를 중화 해 두는 것이 필요한 경우가 있다.

[농축]

연료 소비량에 대해서, 폐액량이 많은 경우에 그것이 수용성 액체일 때, 미리 수분을 증발시킴으로써 전량을 본 처리법에 의해 처분 가능하게 하는 전 처리이다.

대상으로 하는 연소 설비가 증기 보일러인 경우, 연소 부하가 적은 시간에 앞에서 사용한 처리용 증기를 사용하면 폐액 처리 가능량이 증가하는 효과를 기대 할 수 있다.

폐액중의 유기물량이 약 7%즉 발열량으로서 600 Kcal/L일 때, 본처리법에 있어서의 에너지 로스는 자신의 증발열을 자기 자신의 발열량으로 조달할 수 있기 때문에 제로가 된다.

농축법은 증기를 사용하기 때문에 에너지의 로스가 많은 느낌을 받지만 이것에 의해 폐액 중의 유기물량이 증가하면, 반대로 열효율에 기여하므로 로스는 없다. 그렇지만, 다중 효용으로 불리는 농축 장치를 이용하는 것에 의해 전량을 무리하게 본처리법에 의해 처리하는 것보다 에너지의 이용 효율로서는 에너지 절약이 된다. 또, 이 다중 효용법을 응용한 감압 증류법은 열에 의해 고형화 등의 염려가 있는 우유 등의 단백질을 포함한 폐액에도 저온 증발이 가능하기 때문에 유효하다. 이러한 폐액 처리에 적절한 농축법 혹은 증류법에 관해서도 특허 출원을 할 예정이다.

[살균]

전 처리라고 하는 개념과는 약간 다르지만 보존 중에 생물에 의한 부폐, 발효, 곰팡이, 찌꺼기 형성, 악취 등에 기인하는 장해가 발생하는 경우에는 적절한 살균 혹은 제균의 수단을 이용해 장해를 방지할 필요가 있다.

이러한 수단은 식품 보존으로 일반적으로 사용되는 가열, 냉각, 자외선, 오존 등의 방법 외, 그 후 소각처분 하는 것이 가능하기 때문에 알데히드나 유기산등의 탄화수소계 살균제 주입법도 환경에 대한 염려가 없기 때문에 유효한 방법이다.

[고형화 방지·효소 분해·용해 처리]

예를 들면, 우유 등의 단백질을 포함한 폐액의 경우, 연료유의 온도나 복사열등에 의해 혼합 방법이나 연소 수단에 제한이 필요하다. 그러나, 펩신과 같은 단백질 분해 효소를 이용하는 것에 의해 그러한 염려가 적은 아미노산 으로 분해할 수 있으므로 처리가 용이해진다.

이것은 자당인 포도당과 과당으로의 분해나 전분인 포도당으로의 분해 외, 폴리 유산 등의 생분해성 플라스틱을 유산으로 분해해 액상화 시키는 등의 수단에도 응용할 수 있다. 그 외, 효소를 이용하지 않아도 특정 물질과의 반응으로 고점도 혹은 고형화한 것을 보통 점도의 액체로 하는 방법(예를 들면, 발포 합성수지의 리모넨에 의한 용해)에 의해 본처리의 응용범위를 펼치는 것이 가능하다. 또, 폐용제등을 이용해, 플라스틱류를 용해시키거나 폐알코올이나 폐유기산에 잘 녹는 성질을 이용해 고형 폐기물을 용해시키거나 성분을 추출해 그 용해 용액을 연소시킨다고 하는 방법 등도 검토할 가치가 있다.

〔합리적인 전 처리 수단〕

합리적인 전 처리 수단이란 폐액에 상기 전 처리 수단을 실시함으로써 산업용 연소 설비에 혼합하는 것이 가능해지는 전 처리 수단이며, 그 전 처리에 필요한 모든 경비가 그 외의 처분 방법이나 처리 대상으로 하는 산업용 연소 설비의 보수비등과 비교해 합리적인 전 처리 수단인 것을 가리킨다.

그리고, 다음의〔적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정과 합쳐 광범위한 기술적 지식과 그 최첨단의 기술 수준도 인지 가능한 뛰어난 당사자에 의해 합리적인것이 확인될 수 있다.

〔적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정〕

상기의 합리적인 전 처리 수단에 의해 제거 가능한 폐액중의 성분, 개선 가능한 물성, 개선 가능한 혼합 특성에 대해, 처리 가능한 산업용 연소 설비가 결정된다. 상기 [폐액의 성분과 그 조성의 분석]항목에서도 언급한 부분을 제외하고, 대상 설비를 선택하는데 있어서 중요한 성분의 대표적인 항목에 대한 구성을 말한다.

[염소 성분]

염소 성분은 원칙적으로 모든 산업용 연소 설비에 대해 배기가스 중에 허용 되는 농도가 규정되어 있기 때문에 소각로와 같이 수%의 오더로 포함되어 있는 폐액은, 사전에 탈염을 실시할 필요가 있다.

그러나, 탈염의 필요와 불필요 검토를 실시함에 있어 원래 염소 농도가 낮은 폐액 등은 각각의 연소 설비의 특성에 맞추어 영향이 미치기 어려운 설비로 운용하는 것에 의해 탈염설비가 불필요해져 코스트 삭감 효과가 크다.

또, 성분 중에서 제로로 가리키고 있는 수치는 절대적인 0은 아니고, 현재의 보통의 분석 기술에 있어서의 검출 한계 이하를 나타내는 것이다.

또, 원칙적으로 그 연소 설비로 연소 가능한 연료에 포함되는 염소량은 실적으로부터 안전이 확보되고 있다고 말할 수 있으므로, 안전기준을 정하는데 있어서큰 팩터가 된다. 또, 다이옥신류의 발생 리스크에 관해서 분류하면, 염소의 보통의 검출 한계인 0.01 ppm에서도, ppb 오더의 다이옥신류를 합성하기에는 충분한 양이기 때문에 폐액의 염소가 제로이기 때문에 어떤 연소를 실시해도 다이옥신류는 생성되지 않는다는 생각은 아니다.

·가스터빈

우선 가스터빈 기관이지만 이 장치는 염소 성분은 금기이다. 즉 폐액 중에 포함되는 식염 등의 염소는, 300℃이하에 대해 괴리가 대부분 발생하지 않고, 부식성도 그다지 없는 것이지만, 300℃을 넘으면 강력한 산화성을 가지는 유리 염소가 되어 내열합금이나 세라믹등의 고온 재료를 침범하기 때문이다.

따라서, 가스터빈으로 처리하는 폐액에 관해서는 A중유에 포함되는 10 ppm 이하의 폐액 농도가 바람직하고, 만약 폐액의 발열량이 대부분 제로인 경우에는, A중유의 염소 농도＋폐액의 염소 농도라고 하는 상태가 되기 때문에, 가능한 한 제로가 바람직하다.

· 디젤 엔진

디젤 엔진은 실린더나 피스톤 등의 표면 온도는, 낮기는 하지만, 피스톤정부나 배기 밸브 등은 300℃을 넘는 온도 영역에 있어, 너무 높은 농도의 염소는 삼가 할 필요가 있다.

또, 다른 연소 설비와 달리 간헐 연소이기 때문에, 발화·소화 공정이 사이클마다 반복해지기 때문에, 미연물이 증가하기 쉽다. 따라서, 디젤 기관의 평균적인 다이옥신류 농도는, 다른 연속 연소 설비에 대해서 10~100배 정도 높은 값을 나타내므로(라고 말해도 가장 어려운 소각로의 기준치보다 낮은 값이다.) 폐액중의 염소량은 가능한 한 적은 것이 바람직하다.

·보일러 등

원칙적으로 이러한 연소 설비중, 슈퍼 히터나 열매유관과 같이 300℃을 넘지 않은 수냉벽구조를 가지는 연소 설비에서는, 법적으로 정해진 배기가스중의 염화수소의 제한 농도 이하의 값을 지키면 어느 정도의 염소 농도는 허용 할 수 있다.

그러나, 염소에 의한 장해는 화염 형상이나 연소실 형상, 화로 부하에도 영향을 받으므로 보일러나 버너의 형식마다, 그러한 부식 상황의 확인을 실시하면서, 연료중의 염소 농도를 기준으로 한 안전량으로부터 서서히 염소량을 증가시켜 가는 실험적 수법이 바람직하다.

· 그 외의 설비

석회등의 알칼리 토류 금속 소성로는 제품의 품질을 해치지 않는 범위에서 꽤 고농도의 염소를 허용 할 수 있다. 그 외 공업용로 등은 제품에의 금기인 경우를 제외하고, 배기가스의 염소 가스 허용 범위 내에서 사용 가능하지만, 300℃이상의 고온 지역이 많기 때문에, 내화재 등의 보수비용과 처리에 수반하는 메리트를 비교해 검토해야 한다.

[N성분]

N성분은 모든 산업용 연소 설비에 대해 NOx 상승 요인이 되기 때문에, 가능한 한 제한 해야 한다고 생각되기 쉽다. 그러나, 디젤 기관에 대해서는 연료중의질소성분에 기인하는 것보다 훨씬 더 높은 고온 NOx가 발생하기 때문에, 도 9에 있어서의(7) 아민계 폐액에 의한 NOx 상승치 약 250 ppm를 디젤 엔진의 산소 농도 13%로 환산한 값은 117 ppm이다.

디젤 엔진에 에멀젼 연료를 적용함으로써, 도 8에 있어서의 에멀젼 효과에 의해 가수율 10%를 뒤따라 약 120 ppm의 NOx 저감 효과를 기대 할 수 있다. 거기서, (7)의 아민계 폐액과 함께 10%의 가수를 실시하면 배기가스의 NOx의 상승을 방지하면서 N성분이 많은 폐액을 처리할 수 있는 것이다.

다시 말하면, NOx에의 전환율이 높은 아민류나 암모니아를 3000 ppm 포함한 처리 곤란한 배수의 경우, 디젤 엔진으로 처리하면, NOx치의 상승을 억제하면서 처리가 가능해지는 것이다. 그렇지만, 아민계 폐액은 전술과 같이 연료계의 부식 방지 효과나 라디칼 기인의 슬러지 억제 효과도 기대할 수 있는 경우가 있어 검토에 적합하다.

[재성분]

· 가스터빈

원칙적으로 고융점 회분이라도, 터빈 블레이드를 손상할 우려가 높고, 엄격하게 규제할 필요가 있다.

· 디젤 엔진

600℃이하의 저융점 물질을 제외하고, 비교적 재성분에 대해서의 내성이 높은, 그러나, 경질인 슬러리는, 분사 펌프나 분사 밸브의 수명을 극단적으로 줄임과동시에 스틱의 발생 등에 의해, 기관 정지의 우려도 있기 때문에 SS성분의 혼입이나, 다른 성분과의 혼합에 의해 결정화하는 것 같은 물질은 제거할 필요가 있다.

예를 들면, 칼슘 등은 인산과 결합해, 경질인 어퍼타이트나 인산칼슘이 된다.

초산칼슘 용액과 인산암모늄 용액 등을 혼합하면 인산칼슘 결정이 형성되기 때문에 주의가 필요하다.

특히, 미세한 분말로 생성되는 회분은 문제가 없지만 연소실 내부에서 스케일상에 고착된 것이 떨어져 밸브 시트나 피스톤에 들어가면 그 크기나 딱딱함에 의해, 엔진 장해의 원인이 되므로, 회분을 포함한 폐액이 연소전에 피스톤 헤드에 도달하는 것 같은 연소성이 나쁜 엔진의 경우에는(물이 고온부에 접촉 후 증발 하면 용해 염류가 스케일화한다.)

그 엔진에 대해, 내부 스케일이 생기지 않는 회분 농도로 운전 관리를 하든지 엔진의 튜닝을 행하지 않으면 안 된다. 그러나, 이러한 현상의 예측은 적용 전에는 꽤 판단이 어려운 부분이므로 적용 후의 실험적 수법으로 결정할 필요가 있다.

·보일러 등

고 융점 물질이면 500 ppm 정도까지는 허용 할 수 있는 장치가 많지만 퇴적한 회분을 제거 할 수 있거나 청소 가능한 설비에 따라 허용량은 다르다.

저융점 물질의 경우에는 고화로 부하(100만 Kcal/m³를 넘는다) 경우에는 수냉벽과 화염과의 간격이 좁아져 보다 용해 상태의 저융점 물질이 수냉벽에 도달하는 확률이 높아지기 때문에 가능한 한 적은 값으로 제한해야 한다.

또, 슈퍼히터 등의 증기 가열기나 열매보일러의 경우에는 저융점 물질의 용해 온도를 조사해, 용해점을 웃도는 경우에는 전 처리에 의해 제거하는 일을 검토하든지 융점 상승제등의 병용을 검토한다.

(저융점 물질)

인산 등의 저융점 물질은 그 억제 물질인 칼슘이나 마그네슘을 허용 할 수 있는 산업용 연소용 설비에 있는 정도를 허용 할 수 있다. 그 외의 저융점 물질에 대해서는 그 연소 수단으로 장해 없게 연소 할 수 있는 연료에 대해, 허용되는 농도를 목표치로서 제한하는 것이 무난하지만, 연소 설비를 비롯한 여러가지 요소에 의해, 장해가 발생하는 농도가 다르기 때문에 그 성분이 나트륨이나 칼륨 등의 환경에의 염려가 적은 성분인 경우에 한정해, 배기가스 온도나 드래프트 등에 주의를 하면서, 서서히 폐액 주입량을 증가시키는 것이 바람직하다.

(고융점 물질)

고융점 물질은, 가스터빈 등을 제외해, 허용 되는 바이진 이하이면, 산업용 연소 설비의 운영에 관해서, 연소 수단에 영향이 없으면 허용 된다.

그렇지만 날아다니는 재의 구성 성분에 대해서도 검토해야 하며, 칼슘, 마그네슘, 철 등 인체에 흡수되어도 무해하고, 환경에 대해서도 악영향이 없으면 어느 정도 허용 할 수 있지만 본 처리에 수반해 날아다니는 재에 포함되는 성분의 검토에 대해서도 연구가 필요하다.

(회분 일반 항목)

회분은 각 연소 설비에 관해서 그 성능 시방서에 허용 할 수 있는 회분량이 기재되어 있는 경우가 많이 그 값을 참조하면 좋지만, 그 기재가 없는 경우에는, 그 연소 설비로 사용 가능한 연료와 동등의 회분량을 개략의 상한치로 해서 정해 제한 물질이 회분뿐인 경우에는, 서서히 첨가량을 늘리는 등의 방법에 의해, 설비마다의 상한 농도를 아는 방법도 유효하다.

이것은, 전술과 같이 회분의 조성에 의해 영향을 주기 쉬운 것이나 영향의 적은 것, 혹은 악영향을 상쇄할 수 있는 것 등, 폐액이나 물의 경우에는 연료의 경우와 달리 회분이라고 하는 일반항목의 상한 만에서는 판단하기 어렵다. 여러가지 팩터가 있기 때문이다.

〔혼합 분산 방법〕

〔폐액이나 첨가제등의 주입율이나 주입율의 변화율을 조정하는〕

주입율의 조정에는 세가지의 중요한 의미를 가지는 과제가 있다.

제1에는 이상적 상태를 나타내지 않는 연소영역에 폐액을 주입하는 것은 다이옥신류의 발생뿐만 아니라 연소의 정지나 화염길이가 불규칙한 연소 운전등을 파생시켜 대기오염의 원인이 될 뿐 아니라, 산업용 연소 설비의 안전 운용상도 장해가 발생하기 때문이다.

제 2에는 이상적 상태를 나타내고 있는 연소역에 폐액을 주입해도 주입율이 너무 많으면 이상적 상태를 나타내지 않게 되는 일은 연소실이나 대기오염의 원인이 되지 않는 순수한 물이어도 연료에 대해서 과잉으로 주입해 불안정 연소가 되면, 연료 중에 포함되는 염소에 의해 다이옥신류는 발생하고, 연소 정지나 화염길이가 불규칙한 연소를 일으키는 일은 명백하다.

제 3에는 예정된 폐액 농도를 유지하는 것이 목적이다. 즉 그대로, 혹은 전 처리를 행한 결과에 대해, 주입 전에 이상적 연소 상태를 나타내고 있는 연소영역에 폐액 주입 후에도 이상적인 연소 상태를 나타내고 있는 상황 하에 있어 허용 되는 폐액 농도는 거기에 포함되는 수분을 비롯한 여러가지 물질에 의해 제한되는 일은 이미 전술했다.

또, 첨가제는 주로 폐액의 장해를 방지하기 위해 사용되는 것이기 때문에 폐액의 주입율에 대해 이러한 주입율도 변화시키는 것이 일반적이다.

(주입율 변화율의 조정)

이것은 폐액의 주입 방법의 조정과 관련한 항목이기도 하지만 예를 들면 수계 폐액을 보일러의 연료 유량 조정 수단 이후에 주입하는 경우에 특별히 영향을 준다. 즉 급격한 주입율의 변화가 과도적 현상으로 불리는 연료와 폐액 비율의 언바란스를 파생시키기 때문에 주입점으로부터 버너 노즐 선단부까지의 버퍼에 대해, 변화율을 조정해야 한다. 또, 발열량이 있지만 연료와 다른 폐액의 경우 공연비제어와 합해 제어를 실시할 필요가 생기는 경우도 있다(주입율이 미량이면 문제없다).

그 같은 경우, 그 공연비제어장치의 응답성에 맞추어 주입율의 변화율을 결정할 필요가 있다.

그 외, 고공기비로 운용되는 공업용로, 디젤 엔진, 가스터빈등과 같이 과잉 공기로 운용되고 있기 때문에 폐액 주입량의 변화에 수반하는 공연비변화는 특히 큰 문제를 일으키지 않는 산업용 연소 설비에 있어서도 급격한 발열량의 변화는 그 부하의 제어계를 어지럽혀 안전 운전상 영향이 나오므로 변화율에 주의해야 한다. 이것들은, 대체로 그러한 장치의 제어성이나 응답성을 파악한 다음 시운전 중 저속 변화율로부터 스타트시켜, 서서히 변화율을 앞당기는 수법이 안전성이 높다.

〔배기가스중의 산소 농도의 정규 범위로부터의 일탈을 방지한다〕

이 방지 대책은 주로 보일러나 저공기비의 공업용로에 관해서 적용되어 정규에 운용되고 있는 상황 하에 대해서는 [폐액의 주입 방법의 조정]과[폐액 성분에 의한 연소 설비의 공연비제어]의 기술을 조합하는 일에 의해 달성되지만, 정규 범위의 일탈이 폐액 혼합에 기인하는 연소 수단의 장해에 기인하는 것이면, 모든 기술을 이용하고 재검토가 필요하다.

예를 들면, 버너가 막힌 것이 원인이면 버너가 막힌 이유를 해석해 전 처리를 다시 하거나 연소 설비의 최적화등의 검토를 실시할 필요가 있다.

〔연소 설비의 이상적 연소 상태를 유지한다〕

이 방지 수단은 모든 산업용 연소 설비의 연소 수단에 적용되어 본 발명의 모든 구성 요건을 갖추어 달성된다. 그렇지만, 폐액을 주입하지 않는 상태에 대해 이상적 상태를 유지할 수 있다면 주입율의 최적화로 달성되는 것은 전술했다.

〔연소 수단에의 장해 방지〕

이 방지 수단은 모든 산업용 연소 설비의 연소 수단에 적용되어 본 발명의 모든 구성 요건을 갖추어 달성된다. 특히 연소 수단에 따라서는 타는 성질, 부식성에 주의가 필요하다. 이것도 예를 들면 보일러나 가스터빈 등과 같이 연속 연소이라면 분사를 정지하기 전에 주입율을 제로로 하는 것에 의해 타는 성질 등은 회피 할 수 있는 경우가 있고, 부식성등도 첨가제의 주입율과 폐액의 주입율의 밸런스가 있으면 방지 할 수 있는 것이다.

〔연소 후의 찌꺼기 성분에 의한 산업용 연소 설비의 장해를 방지〕

이 방지 수단은 모든 산업용 연소 설비의 연소 수단에 적용되어 본 발명의 [폐액종의 검토] [폐액의 조성] [폐액의 전 처리 수단]의 적용에 의해 달성된다. 특히, 염소나 회분 등의 농도에 주의가 필요하다.

예를 들면, 염소 등의 할로겐류는 연소실내에 있어 고온인 내화재를 열화 시키고, 300℃을 넘는 증기관등도 부식시키는 것은 알려져 있다. 따라서, 이러한 부위를 가지는 연소실을 가지는 산업용 연소 설비에 있어서는 할로겐 농도를 다이옥신류의 발생과는 별도로 관리하여야 한다. 또, 이러한 장해가 발생하는 부위가 용이하게 교환 가능한지의 여부도 농도 설정에 큰 영향을 준다.

따라서, 이러한 염소량의 상한은 그 산업용 연소 설비를 설계한 메이커의 기술적 지식이 필요하지만, 안전율을 본다면, 그 메이커에서 추천하고 있는 연료 중에 포함되는 최대의 허용 염소량을 상한으로 해야 한다.

또, 회분에 있어서는 전술했듯이, 회분으로서 카운트 되는 여러가지 성분에 의해, 산업용 연소 설비에게 주는 영향도 여러가지이다.

이것도 산업용 연소 설비를 설계한 메이커의 기술적 지식이 필요하지만 염소와 같이 추천 하고 있는 연료 중에 포함되는 최대의 허용 회분량을 기준으로 결정하면 안전성이 높다.

따라서, 이러한 팩터도 주입율의 컨트롤로 제어 할 수 있는 것이다.

〔폐액 조성에 수반하는 매연 농도의 변화를 규제치 이내로 억제〕

이 방지 수단은 모든 산업용 연소 설비의 연소 수단에 적용되어 본 발명의 [폐액종의 검토] [폐액의 조성] [폐액 성분에 의한 연소 장치의 조정] [폐액 성분에 의한 저NOx 수단의 조정] [폐액의 전 처리 수단]등의 적용에 의해 달성된다.

그러나, 염소량에 의한 다이옥신량, N성분에 의한 NOx량, S성분에 의한 SOx량등은 주입율의 컨트롤로 제어 할 수 있는 것이다.

또, 바이진량에 관해서는 수분이 반대로 바이진량을 저하시키는 경우도 있기 때문에 이 부분을 가미해 허용 되는 바이진량으로 컨트롤 할 필요가 있지만, 이것도 주입율의 컨트롤로 제어 할 수 있는 것이다.

〔보일러의 실시 형태〕

도 3은 싱글 버너 구조의 비례식 연소 수단을 가지는 버너에의 실시 형태이다. 일부는 공연비제어 방법의 조정으로 설명되어 있지만, 재차 설명을 실시한다.

[기본 구성]

연료 탱크 1에 저장되어 있는 연료는 C중유이며, 연료중에 질소성분을 0.1%, 유황을 0.5%, 염소를 200 ppm 포함해, 80℃에 있어서의 점도는 20 cst이다. 연료는, 연료 펌프 2로 가압되고 히터 30으로 가온되고 혼합기 10을 경유해, 연료 유량 조정 밸브 4로 유량 제어되어 연료 유량계 5로 계량 되고 믹서 20, 연료 차단 밸브 6을 경유해 버너 9로 연소된다.

[폐액의 검토]

폐액은 폐액 탱크 11에 저장되지만 약 10%농도의 에틸 알코올 수용성 액체이며, 혼합 특성이 에멀젼상 분산이며, 발열량은 600 Kcal/L이다. 이 폐액은 연료에 대한 발열량비로 6%이며, 20%정도의 주입이면, 1.2%정도의 발열량의 증가가 되지만, 배기가스 산소 농도의 저하는 적기 때문에, 「발열량은 있지만 연료와 다른 폐액」에 대한 공연비제어 수단은 취하지 않는다.

[부폐액의 검토]

부폐액은 식물성의 폐유이며, 질소성분은 0.01%이하, 유황도 0.01%이지만 염소는 300 ppm 포함해, 50℃에 있어서의 점도가 50cst이다. 식물유는 라인 히터로 가열 하면 카본 석출의 원인이 되기 때문에 부폐액 탱크 21으로 미리 온수 히터에의해 약 50℃로 가온되고 있다.

[유화 폐액의 검토]

유화 폐액은 HLB 14의 계면활성제를 포함한 O/W형 형태를 취하는 식물유의 분산한 폐액이며, 배수에의 부하를 감소시키기 때문에 원심분리기의 배출액으로 기름 농도가 약 60%로 되어 있다.

[버너의 검토]

버너는 외부 혼합식 증기 분무 버너를 채용하고 있어 분무 증기는 연소 포인트의 연료량에 맞추어 조정되고 있다.

[폐액 주입 대역의 가결정]

미리 연소량이 최저 상태로부터 정격 연소량까지의 연소영역을 10개로 분류해, 각각의 연소 부하에 있어서의 「이상적 상태의 연소염과 배기가스 조성」인 것을 확인하고, 어느 정도의 연소영역까지가 폐액의 주입이 가능한지, 또 각 연소영역에 있어서의 가능한 폐액의 주입량의 개략의 예측치를 다점주입율 결정기에 프리-셋(pre-set) 한다.

(다점주입율 결정기)

다점주입율 결정기란, 연료 유량계 5의 신호에 근거해, 특정의 연소영역(연료 유량)에 있어서의 폐액의 주입율을 선택해 목표 비율 변경 시간 제어기 62나 부폐액 비례 제어기 66에 프리-셋(pre-set)된 주입율을 출력하는 장치이다.

연소의 개시와 함께 연료 유량계에 연료가 흘러 다점주입율 결정기는 프리-셋(pre-set)된 주입율을, 목표 비율 변경 시간 제어기와 부폐액 비례 제어기에 보낸다.

(목표 비율 변경 시간 제어기)

목표 비율 변경 시간 제어기는, 변경전의 주입율을 기록하고 있고, 새로운 주입율 지시에 대해서 「버너전 인라인 비례 방식」에서 설명한 과도적 현상을 회피 할 수 있는 속도로 변경전의 주입율로부터 새로운 주입율로 서서히 주입율을 접근한 신호를 폐액 비례 제어기 65에 보낸다.

[폐액 비례 제어의 구성]

폐액 비례 제어기는 연료 유량계로부터의 유량 신호와 주입율 신호로부터 주입해야 하는 폐액량을 계산해 그 결과에 근거해 폐액 유량 제어 밸브 14의 개방도 결정을 실시하지만, 이 연산 시에, 폐액 유량 제어 밸브 14의 전후의 압력을 압력 발신기 14로부터 수신해, 이 차압을 가미한 연산을 부가한다. 즉, 폐액 펌프 12의 토출 압력은, 폐액 유량에 관련되지 않고 거의 일정하지만, 믹서의 압력은, 연료 유량 혹은 연료 유량과 폐액 유량의 합계치에 기인하는 압력 손실에 의해, 변화하기 때문이다. 이 압력 변화에 근거하는 예측 제어를 실시해 두지 않으면 폐액 유량계 15에 의한 피드백이 실시될 때까지의 타임 래그가 크고, 과도적 현상이 회피되지 않기 때문이다.

(압력의 예측 제어와 유량 보정)

압력 보정의 방법은, 각종의 연산 방법이 알려져 있지만 이와 같은 경우, 연료 유량계로부터의 신호를 캐스케이드(cascade) 제어에 있어서의 주제어기의 캐스케이드(cascade) 신호(PV)로 해, 주입율 신호를 SV로 한 오픈루프 제어를 구축해 두어, 우선 이 부분에서의 정비례 연산(P제어만) 출력을 일차 출력으로 한다. 압력 차이에 대해 이 일차 출력을 미리 계산해 둔 차압테이블에서의 보정 데이터에 근거해, 2차 출력으로 해, 우선 연료 유량의 변화가 크지 않으면, 전회의 폐액 유량계로부터의 유량 보정치를 채용해 연료 유량의 변화가 클 때에는 그 영역에 있어서의 전회의 유량 보정치를 채용하는 일에 의해 최종 출력으로서 폐액 유량 제어 밸브 14에 출력한다. 그 후, 폐액 유량계로부터 올바른 현재의 유량이 입력되므로 그 값에 근거해 재차 유량 보정치를 계산해, 보다 정밀도 높은 주입 유량을 유지한다.

[폐액의 온도 컨트롤]

폐액은 상온에서 20℃전후이기 때문에, 이대로 20%의 폐액을 첨가하면 연료의 비열이 물의 반이기 때문에 혼합액의 온도는 약 30℃저하하고, 점도는 60 cst로 상승한다. 점도의 상승은 물에멀젼의 미폭효과에 의해 어느 정도 보충할 수가 있지만, 60 cst는 증기 분무 버너의 분무 한계이며, 카본 트러블의 원인이 되기 쉽다. 그 때문에 폐액을 믹서 직전에 히터 30에 의해 가온함에 따라 연료유 온도의 저하를 방지 할 수 있다. 폐액은 연료와 미혼합 상태로 가열되므로 열쇼크등에 의한 장해도 발생하기 어렵다.

또, 100℃을 넘으면 버너 유압이 저하했을 때에 폐액중의 수분이 증발을 일으키므로, 온도 관리가 중요하지만 폐액중에 물보다 비점이 낮은 성분이 포함되는 경우 그 비점 이하의 온도 관리를 실시하는 것이 필요하다.

또, 폐액중의 성분의 비점이 C중유의 적정 점도를 밑도는 경우에는, 연료를 A중유등의 가열이 불필요한 연료로 변경하든지 버너 직전에 내압 보유 밸브 등을 설치하여 버너 입구까지는 저비점 물질이 비등해 발연이나 단화등의 현상을 파생시키지 않게 주의해야 한다.

또, 경험상 버너 노즐 내에서의 비등은 그것이 대부분 직선부로 구성되어 있는 것이나 유량에 대한 버퍼가 적은 등의 이유에 의해 밸런스가 잡히기 때문에, 특히 배려할 필요는 없지만 저연소영역은 버너 유압이 저하하는 것 외, 버너 암 중의 버퍼가 연소량에 대해서 무시 할 수 없게 되어 불안정 요인이 되기 쉽기 때문에, 비점이 낮은 폐액은 들어가지 않도록 주의할 필요가 있다.

[부폐액(副廢液) 비례 제어의 구성]

부폐액은 점도가 20 cst와 비교적 높은 점도인 것, 윤활성도 양호한 것 등에서 부폐액 펌프 22에는 기어펌프를 채용하고 있다. 그렇지만, 이 주입 포인트는 연료 유량의 변동에 의한 압력 변화가 없는 포인트이기 때문에 압력 보정은 실시하지 않아도 양호한 제어를 기대 할 수 있다. 부폐액 비례 제어기는 전술과 같은 캐스케이드(cascade) 연산을 오픈루프로 실시해, VVVF 장치 68에 보내 회전수신호로 변환해, 부폐액 펌프의 회전수를 제어하는 것에 의해, 목표로 하는 부폐액의 주입을 실시한다. 이 제어의 경우에는, 폐액 펌프의 소모나 부폐액 온도의 과도한 상승을 제외해, 오픈루프에서도 충분히 신뢰성이 높은 제어를 실시하지만, 이러한 예측하지 못한 사태에 대비하기 위해 부폐액 유량계의 신호에 근거해 유량 보정을 실시한다.

[유화 폐액 비례 제어의 구성]

유화 폐액은 에멀젼성으로 농도 변화가 심하게 변하는 것이 예측되지만, 폐액에 대해서 2%의 주입이며, 공연비에의 영향은 적다. 폐액 유량계로부터의 신호를 유화 폐액 비례 제어기가 캐스케이드(cascade) 제어해, 유화 폐액 펌프의 출력으로 한다.

그러나, 이 펌프는 전술했듯이 전단력을 주면 상전이를 일으키기 쉬운 유화 폐액을 토출하기 때문에 다이어프램식 펌프가 되고 있어 지극히 소량의 첨가이기 때문에, 펄스 피드 타입이 되고 있으므로, 유화 폐액 비례 제어기는 제어 출력에 대한 펄스열을 해당 펌프에 출력한다.

원칙적으로 제어 압력 범위 내에 있어서는, 토출 오차가 한정되고 있는 펌프인 것이나, 약간 내보내는 양이 변화해도 연소에 영향은 생기지 않기 때문에, 유화 폐액 유량계의 신호는 토출되고 있는지, 토출되어 있지 않은지의 확인을 위해 사용되고 굳이 보정 연산은 실시하지 않고, 메인티넌스를 정기적으로 행하는 등, 운용상의 문제가 되지 않는 경우에는 없어도 상관없다.

[버너 노즐 편입형 물 분사 노즐의 이용]

도 10이 중간 혼합식 버너의 개념을 이용한 물분무식 버너의 개념도이다.

도 11의 중간 혼합식 버너의 인젝터부 33에 물라인 39를 설치하여 연료유와 물을 동시에 분사 할 수 있는 것이다.

이 물라인을 이용해, 여기에 주로 발열량을 가지지 않는 배수등을 주입함으로써, 폐액 처리를 실시하는 것이다. 발열량을 가지는 것의 경우에는, 발열량은 있지만 연료와는 다른 폐액의 공연비제어와 같은 방법으로, 연료량을 감소시킬 필요가 있다.

(장점)

물주입에 수반하는 과도적 감소가 회피되어 비교적 용이한 물주입시스템으로 대응할 수 있다. 또, 이미 설치된 버너의 경우에는 개조 범위가 한정적으로 안이하게 구성 할 수 있는 것 외, 연료와의 혼합에 의한 이물 발생을 피할 수 없는 경우에는, 연료와 물이 기본적으로는 혼합하지 않는 방식이기 때문에 유효하다.

(단점)

물 에멀젼의 효과를 기대 할 수 없기 때문에, 연료유가 C중유등의 잔류 탄소 분이 많은 연료의 경우에는 주의가 필요하다. 또, 에멀젼 효과를 기대 할 수 없는 것 외, 증기 분사 에너지를 물이 빼앗아 버리므로, 물의 첨가는 연소의 억제로 작용해, 물주입양의 증가에 따르는 H, C나 CO등의 이상적 상태의 연소염과 배기가스 조성을 취하는 연소 영역이 물주입에 비교적 좁아지기 쉽다.

[보일러에의 적용 형태의 결론]

도 12는 본 적용 형태에 의한 주된 배기가스중의 유해물 농도이다.

(1) C중유(100%), (2) C중유(100%)＋폐액(20%), (3) C중유(50%)＋부폐액(50%), (4) C중유(50%)＋폐액(20%)＋부폐액(50%).

또, (2), (4)의 비율 합계가 100%를 넘는 것은, 주입율 표기법으로 적은 때문이다. 또, C중유와 폐액 주입시에는 대부분 차이가 없는, 전술과 같이 본래 물 에멀젼이면 NOx는 저하하지 않지만, 그러나, (2)에 대해서는 폐액중에 포함되어 있는 알코올에 의해 fuel NOx의 희석 효과가 있던 것은 없을까 추정된다. 식물유 폐유는 라디칼 반응을 일으키는 불안정함도 가지지만, 동시에 긴 직쇄가 산화된 불포화기는 수소가 부족해 벤젠이나 축합 벤젠 화합물이 되기 쉽고, 글리세린등의 라디칼 저항 물질도 가지기 때문에 불타기 어렵다. 그 때문에 물 에멀젼의 라디칼 효과에 의해 연소가 촉진되므로, NOx치는 C중유 같이 변함없다.

〔종형(縱型) 석회소성로의 실시 형태〕

도 16은 종형(縱型) 석회소성로 실시의 형태이다. 석회소성로는 탄산칼슘을 고온에서 구어 생석회로 하는 것이지만, 그 소성온도나 체류 시간 등에 의해, 여러가지 입경이나 반응성 등에 대응한 제품을 만들 수가 있다.

본 구성에 대해서는 석회의 염소의 흡수성 및 칼슘이나 나트륨이 혼입해도 제품 품질에 악영향을 주지 않는 등의 특성을 이용해, 알칼리 세정수와 산성 세정수의 처리를 실현하는 것이다.

세정수는 알칼리나 산성의 특성을 이용함과 동시에 계면활성제를 작용시켜,단백질이나 지방류를 포함한 유기물의 오염을 완전하게 제거하기 위해 일반적으로 사용된다. 보통은 양자를 중화 한 후, 가압 부상 등에 의해 기름 성분을 분리해, 그 후 활성 슬러지 등에 의해 처리하는 방법이 일반적으로 취해지고 있다.

폐액 탱크 11에는 알칼리성 세정액, 부폐액 탱크 21에는 산성 세정액을 저장할 수 있고 폐액 펌프 12, 부폐액 펌프 22 모두, 다이어프램식 펌프이다. 라인상에 비례 주입하는 경우에는 가능한 한 맥동이 없는 펌프가 바람직하지만, 본플로우와 같이 연료 유량 조정 밸브 4의 앞에 주입하는 경우에는, 믹서 20에 세로 혼합성이 있으면 그 종(縱) 혼합성을 허용 할 수 있는 범위에 대해, 맥동을 허용 할 수 있다. 연료 유량 조정 밸브나 버너 및 그 주변의 배관은 산 및 알칼리에 침범되지 않는 스텐레스 타입으로 변경되어 있다.

제조하는 석회에 대해, 목표 비율 변경 시간 제어기 62에 폐액의 혼합율을 설정함과 함께, 절환기 69로 어느 쪽의 폐액으로 할지를 결정한다.

연료 유량 조정 밸브는 소성로의 온도를 계측 하면서, 상단 및 하단의 각 버너의 연소량을 컨트롤 하는 것에 의해, 희망의 품질의 석회를 제조하도록 연료 조정을 실시한다.

보일러와 달리, 보다 좁은 범위의 온도 컨트롤이 중요한 때문에, 본 도면과 같이 각 버너마다 연료 유량 조정 밸브가 갖춰지고 있는 것이 보통이다.

연료 유량 조정 밸브 앞의 주입이기 때문에 단번에 주입량을 증가해도 과도적 현상에 의한 발연이나 단화 등의 우려는 없지만, 폐액 주입에 의해, 단번에 발열량 저하가 발생 하면, 소성로의 온도 제어가 어렵기 때문에 서서히 설정치를 상승시키는 것이 좋다. 이 때문에 목적은 다르지만, 목표 비율 변경 시간 제어기에 의해, 프리-셋(pre-set) 된 값을 최종 목표치로서 서서히 설정치를 유량 비례 제어기 61에 출력한다.

유량 비례 제어기는 캐스케이드(cascade) 입력과 연료 유량계 5의 신호에 근거해, 비례 출력을 절찬기에 출력한다. 절찬기는 비례 출력 신호를 대상으로 하는 폐액용 VVVF 장치에 출력함과 함께 대상으로 하는 차단 밸브를 열어서 회전수제어에 의해, 폐액을 믹서에 주입해 에멀젼화해 각 연료 유량 조정 밸브 4를 경유해 각 버너 9로 분무 연소한다.

공정이 끝에 가까워졌을 경우, 다음의 전환에 대비해 절찬밸브에서 급수 탱크 163의 물로 라인속을 치환해 두면, 다음에 역의 폐액을 주입하는 경우에, 소금 등에 의한 스케일화를 방지할 수 있다. 또, 석회로는 수분을 연료중에 불어넣으면 발생한 수증기에 의해, 생석회가 소석회로부터 생성된 결정 구조에 가깝게 되어, 보다 활성도가 높은 제품을 제조 할 수 있으므로, 품질 향상에도 효과가 있다.

〔가스터빈의 실시 형태〕

가스터빈에의 실시 형태는 보일러에 의한 폐액 처리의 지식이나 새로운 에멀젼 이론과 현 단계에 있어서의 가스터빈의 연소 이론에 근거하는 예측이며, 발명 제출의 시점에 있어 실증은 이루어지지 않지만, 실험에 의해 그 올바름이 추인된다고 믿고 있는 것이다.

[보통 에멀젼법과 물 분사 노즐의 이용]

도 14의 가스터빈 코제네레이션 설비는 연료로서 등유를 사용하고 있는 단통식 연소기를 가지는 등압 연소형 터빈이다. 연료 탱크 1에 저장된 연료는, 연료 펌프 2로 가압되고 발전 부하에 맞추고 연료 조정을 해 연료 유량계 5로 계량되어 믹서 20을 경유해 주버너로 연소 분무된다.

폐액 탱크 11에는 농도 20%전후의 알코올계 폐액이 저장되어 있어 청구항 1의 방법에서는 폐액 펌프 12로 가압되어 연료 유량계 5의 신호에 의한 캐스케이드(cascade) 제어에 의해, 폐액 유량 조정 밸브 14를 컨트롤 하는 제어에 관해서는 이미 말한 방법에 의해, 믹서에 보내져 에멀젼화 후 즉시 주버너에 공급되고 연소된다.

(기본 제어 방법과 과도적 현상의 회피)

본 제어에 대해서는 버너전 인 라인 비례 방식법과 동일한 방법이다. 그러나, 가스터빈에 대해서는 공기비라고 하는 부분에서 보일러와 같이 엄격한 제한은 없다. 거기서 보일러와 같이 목표 비율 변경 시간 제어기는 불필요한 것으로 생각된다. 그러나, 발전 부하의 경우에는, 토르크 제어에 민감하고, 상기 과도적 현상이 발생 하면, 보일러와 같은 발연이나 단화등의 걱정은 적지만, 회전수가 불안정이 되는 등의 문제를 파생한다. 또, 비례 제어의 응답성이 나쁘면 과도적 현상에 의한 토르크 변동이 생기기 쉽고, 보일러 제어 같이 지극히 고속으로, 정밀도가 좋은 제어가 필요하다.

(폐액 혼합 범위의 검토)

또, 일차 연소영역에 대해서는 거의 이론 공기비와 같은(즉 보일러의 연소와 같은) 정도의 공기비로 연소되지만, 일반적으로 그 일차 공기유입량은 고정이기 때문에 저연소시에는 과잉 공기비가 되기 쉽고, 반대로 정격 연소시에는 산소 부족이 되어 화염이 성장하기 쉬워지는 경우가 많다. 또, 버너 노즐을 폐액 주입이 행해지도록 사이즈 업을 하지 않는 한, 정격 연소시에 그다지 과잉의 분무를 실시할 수가 없다.

(폐액 혼합 범위의 설정)

거기서, 보일러와 같도록 정격 연소역에서는 일반적으로 설계적인 여유인 110%의 분사량을 기준에 주입량을 조정하는 것이 필요하다. 저연소시에는 상기 이유로부터 보일러보다 화염이 불안정하게 되어, CO나 H, C농도가 급증하기 쉽기 때문에, 주입을 정지하든지 지극히 소량으로 CO나 HC농도가 상승하지 않도록 배려할 필요가 있다.

(에멀젼 연료의 효과)

이와 같이 컨트롤 되어 주버너에 의해 분무된 폐액 혼합 연료는 폐액중의 수분에 의해 미폭을 일으킨다. 등유 등의 잔류 탄소 성분이 적은 연료에 대해서는 미폭에 의지하지 않아도 고온 공기의 증발열에 의해 간단하게 가스상태가 되지만, 이 미폭작용에 의해 일차 연소영역에 잠열 흡수를 실시하기 때문에, 일차 연소영역의 화염 온도를 저하시킬 수가 있다.

등유와 같이 분자량이 적고 간단하게 열분해하는 연료의 경우에는 물에멀젼에 의해 NOx가 저감 하는 일은 전술했다. 이 일차 연소역에의 물 분사는 전술과 같이 기계적 제약이 있어 몹시 곤란하지만, 에멀젼상에 분산된 물 혹은 수용성 폐액이면 지극히 균일해 연소에 악영향을 주지 않는 상태로, NOx의 저감 효과가 가장 높은 일차 연소영역에 물을 작용시킬 수가 있다.

일반적으로 일차 연소영역의 물 분사가 주는 NOx 저감 효과를 1로 하면 2차 연소영역에서는 0.5로 여겨지고 있어 에멀젼은 가장 효과가 있는 일차 연소영역에 확실히 균일하게 작용할 수가 있으므로, 2차 연소영역에의 물 분사에 비교해 약 반의 첨가로 같은 NOx 저감 효과를 기대할 수 있다.

(물 분사에 의한 NOx 저감의 정합)

급수 탱크 163에는 순수한 물 혹은 증류수가 저장되고 있다. 물 분사 펌프 268에 의해 승압되어 보통은 연소 부하에 의해 정해진 양을 물 분사 제어 밸브 269에 의해 컨트롤 되고 물 분사 노즐 267에 의해 2차 연소영역에 분무된다. 그러나, 이 때 연료유에 혼합된 폐액중의 물의 효과에 의해 화염 온도는 저하해, NOx도 어느 정도 저감 하고 있기 때문에, 폐액이 없는 상태를 상정한 양에서는 NOx가 너무 저하할 우려가 있다.

(물 분사에 의한 과냉각의 방지)

일반적으로, NOx는 가능한 한 저하시키는 것이 바람직한 일은 사실이지만, 물 분사에 의한 라디칼 억제 효과에 의해, 화염의 과냉각이 진행되면 연소가 완결하지 않게 되기 때문에 CO나 H, C의 증대 원인이 되는 것은 전술했다.

일차 화염대에 의한 물의 증발 잠열 흡수 작용에 의해, 이미 2차 연소영역의 화염 온도가 하강하고 있는 상태로, 무첨가때와 같은 양의 물 분사를 실시하면, 과냉각에 의한 불편이 발생할 가능성이 높은 것은 분명하다.

(물 분사 라인에의 폐액 첨가와 과냉각 방지 대책)

이 경우, 물 분사의 분사량을 억제해, 과냉각을 방지하는 것이 일반적 수법이지만, 본 구성예에서는 보다 폐액의 처리량을 증가시켜, 효율을 올리기 위해 폐액 탱크보다 물 분사용 폐액 펌프 279에 의해 가압되어 물 분사용 폐액 유량 조정 밸브에 의해 컨트롤 된 폐액을 혼합기 10에 의해, 물주입 라인에 혼합하는 것에 의해, 결과적으로 물 분사량을 감소시켜, 반대로 폐액의 2차 연소에 의해 칼로리의 증대를 재면서, 화염을 안정화 시킬 수가 있는 것이다.

또, 여기서의 혼합은 물과 알코올 용액이기 때문에 용해 분산이 되므로, 간단한 인젝터믹서 등의 스태틱(정적) 타입의 혼합기로 충분하다.

또, 여기서 주입하는 것은, C6이하의 열분해에 의한 벤젠고리를 형성하기 어려운 탄화수소계 폐액을 고도로 분류 한 것이 바람직하고, 큰 분자량을 가지는 탄화수소 등이 존재 하면, 저온 증기에 의한 라디칼 억제 효과에 의해 열분해가 진행되지 않고 다이옥신류의 발생 요인이 되므로 주의해야 한다.

(보통 에멀젼법 정리)

물론, 이러한 컨트롤은, 가스터빈의 부하 추종 속도에 떨어지지 않는 속도로 제어할 필요가 있지만 PID와 퍼지 추론 편성에 의한 프로토콜이나 요즈음의 시퀸서를 비롯한 전자기기의 발달에 의해, 이러한 구성은 용이하다.

이와 같이 주버너와 물 분사 노즐을 병용 하는 것에 대해서, 이상적인 연소를 유지하면서, 결과적으로 물 첨가량을 큰폭으로 감소시키는 것에 의해 효율이 개선됨과 동시에 폐액의 열에너지를 유효하게 이용할 수 있어 저압 연소인 보일러등에서는 불가능한, 연료량 1에 대해서 폐액의 처리량이 1을 넘는 일도 가능한 뛰어난 적용예이다. 또, 물분무 노즐을 이용하면, 가스 연소를 채용하고 있는 가스터빈 기관에 대해서도 적용 할 수 있고 응용범위가 넓어지는 것이다.

[분할 혼합법]

(농염 연소 이론 버너)

도 15는 농염 연소 이론 또는 희박 연소 이론에 의해, NOx의 발생 피크인 공기비(이론 당량비 전후)를 회피해 NOx 저감을 꾀하기 때문에 물 분사에 의한 NOx 저감 수단을 가지지 않는 가스터빈에의 적용 예이다.

이 타입의 연소기에서는, 주버너 외에 복수의 보조 버너를 가져, 주버너와 각 보조 버너의 연료 비율을 조정하는 것에 의해, 주버너의 하류에 존재하는 NOx의 상승하기 쉬운 일차 화염대의 산소 농도를 당량비 이하로 유지해 NOx의 발생량을 억제함과 동시에 보조 버너의 화염은 희박 연소에 의해 화염 온도의 상승을 억제하는 것이다.

(희박 연소용 버너에의 폐액 첨가)

이 연소 형태를 취하는 버너는 특히 보조 버너 화염중에 물이 존재 하면, 희박 연소에 장해를 주기 쉽기 때문에, 이 버너에의 혼합은, 유기용제등의 열칼로리가 연료와 동등해, 휘발성도 높다.(인화점이 낮다) 폐액이 좋은 상태이다. 즉 확산 연소 이론으로 연소하는 버너에는 물의 첨가는 대부분 의미가 없을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 액체 연료의 증발이 억제되어 상태가 나쁜 원인으로도 될 수도 있다.

이것은 연소 부하영역에 따라서 다르지만, 일반적으로 희박 연소영역에서는 그 온도 조건이나 공기비에 엄격한 제한이 있는 가운데 간신히 산화 반응(격렬한 라디칼)을 일으키는 것에 의해, 화염 온도의 상승을 억제해, NOx의 저감을 꾀하는 기술이기 때문에 물과 같이 라디칼을 억제하는 작용이 발화 영역에서 발생하면, 불완전 연소가 일어날 가능성이 높기 때문이다. 또, 이 이론은 일반의 액체 연료의 확산 연소 형태는 아니고, 가스의 연소와 같은 예혼합 연소 형태를 전제로 하고 있기 때문에, 휘발성이 낮게 잔류 탄소분이 남기 쉬운 윤활유등의 처리에는 적합하지 않다.

(주버너에의 폐액 첨가)

주버너는 보통의 연소 이론이기 때문에 수분을 포함한 연료로 문제없지만, 희박 연소의 발화원으로서 문제없는 화염을 유지시키는 양으로 억제해야 한다. 또, 저연소 영역으로부터 중연소역에 대해서는 발화영역의 공연비가 상승하므로, 50% 부하를 밑돌면 불완전 연소를 방지하기 때문에 주버너에의 물주입을 억제하는 것이 좋다. 또, 주버너 근방의 공기량을 연소 부하에 맞추어 변경시키는 것은 이 영역이 아니다.

(농염 연소 버너에의 실시의 형태)

도 15는 이러한 농염 연소에 의한 저 NOx화를 실시해 물 분사 노즐을 가지지 않는 가스터빈에서의 적용 예이다. 연료 탱크 1에는 A중유가 저장되어 있고 연료펌프 2에 의해 가압되고 연료 유량 조정 밸브 4에 의해, 발전기 출력을 부하로 추종 시키도록 연료 유량 컨트롤을 실시하고 있다.

분배 밸브 195의 기능은 복잡해, 우선 발화영역에서는 보조 버너 263에만 연료 공급을 실시해 점화기에 의해 발화 시키고 확산 연소를 실시한다.

부하가 약간 오르면 주버너 22에 연료 공급을 실시해, 모든 버너가 확산 연소를 실시한다.

부하가 50%전후에서 한 번 주버너에만 연료 공급을 실시해, 보조 버너를 소화한 후, 재차 연료를 분사 하면 모두 주버너의 비율을 저하시키면 주버너 화염대 주위에서 예혼합 연소염이 형성되어 초희박 연소를 실현 할 수 있다.

따라서, 폐액 주입 제어장치는 이 프로세스를 이해해, 올바르고 정확하게 폐액의 주입 동작을 실시해야 한다.

(폐액의 검토)

폐액 탱크 11에는 이소프로필 알코올의 수용액이 저장되고 있다. 부폐액 탱크 21에는 초산에틸과 톨루엔 및 메틸 에틸 케톤의 혼합 용액이 저장되고 있다. 이것들은 어느쪽이나 인쇄공정에서 대기 중에 확산하고 있던 유기용제를 활성탄 흡착법에 의해 회수해, 증기 추출한 폐액이지만 이소프로필 알코올이 증류수에 용해하는 일을 이용해, 수용성 폐액과 용제계 폐액으로 나눈 것이다.

용제계 폐액은 대부분 수분을 포함하지 않기 때문에 각 성분의 약간의 비율 변화는 있지만, 본 연소계에 있어서는 전혀 문제없다. 주폐액은 기온의 변화나 증기 응축 장치 상태에 의해 수분량이 변화할 우려가 있으므로, 비중계측 등에 의해,가능한 한 일정한 농도가 되는 것처럼 해야 하지만, 물이 포함되어 있으면, 라디칼 작용에 의해 열분해가 진행되므로, 다소 탄소가 많은 불순물이 혼입해도 문제 없게 처리할 수 있을 것이다.

(폐액 주입 부하의 검토)

원칙적으로 상기의 폐액을 주입하는 것은 초희박 연소가 실현된 후가 바람직하다. 즉 연소 상태의 상황에 맞추고 발화 공정에서는 연료 유량이 변화하는 것과 정규의 화염 상태는 아니고, 화염의 안정성이 나쁘기 때문이다.

주버너 및 보조 버너의 연료 라인 각각의 폐액을 비례 주입하는 제어 수단은, 도에는 기록하지 않지만, 목표 비율 변경 시간 제어기나 캐스케이드(cascade)식 비례 연산기 등을 이용하는 것은 주지의 사실이다.

[가스 연소에의 응용]

가스터빈에 있어서의 버너가 가스버너인 경우, 저NOx 수단으로서 물 분사 설비를 가지는 것이면, 물분무 라인에의 폐액 주입에 의해, 폐액 처분이 가능하다. 그러나, 이 경우, 2차 연소영역에 연료가 가해지기 때문에, NOx 상승에 주의해 폐액 주입량을 컨트롤 하는 것이 바람직하고, 물주입 제어 밸브도 연속 NOx계로부터의 피드백 제어를 실시하는 것이 바람직하다.

또, 연소 후기에 분무되는 타입에서는, 충분한 열분해 반응을 할 수 없게 되므로, 열축합에 의해 벤젠고리가 생성하는 리스크가 높아지는 C6이상의 탄화수소는 이용하지 않는 것이 바람직하다.

〔디젤 엔진의 실시 형태〕

[물에멀젼＋식물유＋윤활유]

도 16은 A중유 운전의 봇슈형의 분사 형식을 가지는 중형 디젤 엔진에, NOx 저감 대책으로서 물에멀젼 연료를 채용하고 있지만, 윤활성과 세탄값을 향상시키기 위해, 식물유의 첨가를 실시해, 방식, 유화제로서 윤활유의 폐유를 사용하고 있는 실시 형태이다.

요즈음의 A중유는, 수요가 주로 보일러 등의 버너전용 용도가 많아, 열효율을 높이거나 저유황화의 요청도 강하므로 탈황이 진행되어, 방향족계 성분이 많은 연료유가 증가하고 있다. 이 때문에, 세탄값으로부터 보면 반드시 좋은 연료라고는 말하지 못하고, 특히 물에멀젼 연소와 같이, 세탄값을 저하시키는 저NOx 수단을 이용하면, 예혼합 시간이 길어지는 등의 요인에 의해, 연기색개선 효과나 효율의 저하 등을 초래하기 쉬웠다.

이 에멀젼 연소계중에 식물유를 혼합 하면, 식물유는 C16~C18 전후의 불포화계의 직쇄 구조를 가지지만, 세탄의 C17와 가까워, 불포화기는 프리 라디칼이 되기 쉽기 때문에, 디젤 엔진의 발화성을 향상시키는 효과를 가진다.

이 때문에, 에멀젼 연소에 의한 고가수율 운전에 의한 저NOx화를 재면서, 연기색 개선에도 효과가 있다.

(물에멀젼과 식물유의 상승효과)

물에멀젼은 물이 증발하지 않으면 결코 기름방울이 인화 할 수가 없다.

엔진내에 분사된 에멀젼 연료는, 엔진 룸의 고온에 의해 물의 미폭에 의해 미립화 되지만, 그 때에 기름방울 표면의 온도를 저하시켜, 탄화수소의 라디칼 연쇄 반응을 억제해 버린다. 그 때문에, 세탄값이 낮은 A중유의 경우에는 더욱 더 발화가 늦는 일이 되어 시간지연 효과에 의해 효율의 저하를 부른다.

이것이 식물유에 의해 개선되는 것에 의해 발화 지연이 적게 되는 것이다.

그러나, 식물유는 많은 불포화 지방산을 포함하고 있고 한편 그것이 C17 전후의 비교적 큰 분자 구조를 가지므로, C에 대한 H의 값이 부족해 바이진을 발생하기 쉽다. 그러나, 발화에 의한 불씨가 된 후의 에멀젼 연료는 이미 설명했듯이 뛰어난 저바이진성을 발휘하기 때문에, 식물유 첨가에 의한 폐해를 적게 할 수 있다. 게다가 식물유는 분자 구조의 도중에 불포화기를 가지는 것과 수용성기인 글리세린을 가지는 것으로부터 금속 표면에 흡착해 윤활성을 향상시키는 기능이 있다. 따라서, 고가수율에 의한 윤활성 부족을 식물유의 윤활성에 의해 보충할 수가 있는 것이다.

(윤활유와의 상승효과)

폐윤활유는 엔진 자체로 발생한다. 엔진 윤활유는 일정기간 사용 하면, 윤활유중의 청정 성분이나 산화도등이 상승해, 엔진 윤활에 견딜 수 없게 되기 때문에 정기적으로 교환해야 하지만, 이것들도 일반적으로는 폐기물이 된다.

그러나, 폐윤활유라고 해도 지극히 엄격한 관리 아래 전혀 사용 할 수 없는 레벨은 아니고, 상당한 여유를 가져 폐기되는 것이 보통이다. 이 때문에, 윤활유안에는 충분히 청정 분산 성분이나 방수 성분, 유성 향상 성분이 포함되어 있다.

이 윤활유를 상기, 식물유 물 에멀젼 연료에 가하면, 식물유의 혼합에 기인해 발생하는 슬러지를 분산시킴과 동시에, 식물유의 산화에 의해 생긴 과산화물에 의한 강재의 부식을 방지해, 물에 의한 부식이나 유성의 저하 및 물의 유화의 작용을 갖게 할 수가 있다. 저유황-A중유로 이용되는 윤활유는 원래 저회분의 것이 많지만, 이 용도에 이용하기 위해는, 저회분 저염소의 윤활유를 사용하는 것이 바람직하다.

또, 윤활유가 부족한 경우에는 자가용차등의 폐윤활유를 정제 한 것이라도 좋고, 폐기물 처리법의 운용이, 본특허의 성립등에 의해 탄력적으로 되면, 슬러지분을 제거하는 것으로써, 단순한 thermal 리사이클은 아닌 재이용 방법이 된다.

(식물유 물 에멀젼의 실시 형태)

연료 탱크 1에 저장된 연료는 연료 부스터 펌프 167으로 승압되어 혼합기 10, 스트레이너 8을 경유해 연료 유량계 5에 의해 계량 된다. 이것이 엔진계의 공급 라인이다.

공급 라인을 지난 연료는, 연료 펌프 2로 승압되고 스트레이너, 믹서 20을 경유한 후, 분사 펌프 218에 보내져 압력 조정 밸브 3으로 압력 조정되고 다시 연료 펌프로 돌아오는 이것이 엔진계의 순환 라인이다.

순환 라인에는 주입된 물입자가 존재하고 있는 에멀젼 연료의 순환 라인이 되고 있다. 그 순환 라인의 연료를 분사 펌프 218이 연료 캠 216의 타이밍에 맞추어 분사 밸브 219에 의해 실린더내에 분사한다.

봇슈형 분사 기구를 가지는 디젤 엔진의 경우에는, 분사 펌프의 기구상, 즉최대 내보내는 양 이상의 연료를 플렌져내로 충전하고, 컨트롤 락으로 불리는 속도 조정기에 의해, 분사의 도중에 연료를 순환 라인에 토출하여 분무를 중단하는 기능에 의해, 반드시 순환 라인이 필요하기 때문에, 종래형 인라인 비례 제어 방식에서 에멀젼이 성립한다. 따라서, 목표 비율 변경 시간 제어등은 불필요해, 일순간에 물을 0으로 하거나 50%로 하거나 해도, 순환 라인계가 버퍼가 되기 때문에, 보일러나 가스터빈등의 같은 나쁜 상태를 일으키지 않는다.

그러나, 급격하게 저연소가 되거나 고연소가 되거나 하는 부하 변동의 격렬한 상황에서는 가수를 정지해도 즉시 에멀젼 연료가 없어지는 것은 아니고, 순환 라인의 에멀젼 연료가 서서히 순연료에 희석된다고 하는 경과를 거치므로 그 같은 부하 변동하에 있어서는 가수의 적절여부에 대해서도 검토할 필요가 있다.

· 물의 비례 주입

급수 탱크 163에 저장되는 물은 증류수이다. 보급수에 연수를 사용하면, 디젤 엔진의 쟈켓수를 일단으로 증류해도 충분한 양의 증류수를 얻을 수가 있다. 급수 펌프 164는 베인타이프의 펌프로 회전수제어를 실시하는 것에 의해 유량 컨트롤이 가능해, 연료 유량계의 신호를 PV, 가수율 설정 신호를 SV로 한 캐스케이드(cascade) 제어로, 회전수컨트롤 된다.

급수 유량계 168은 이 캐스케이드(cascade) 제어의 피드백 제어 신호로서 사용된다.

이 제어는 전술했듯이 종래형의 PID 제어와 같이 응답성이 나쁜 제어에서도 대응 가능하다. 비례 제어된 물은 믹서 20에 공급되고 에멀젼화 된다.

· 식물유의 비례 주입

폐액 탱크 11에는 식물성 폐유가 저장되고 있다. 보일러의 실시 형태로 나타내었듯이 혼합 후의 열쇼크에 식물성 폐유는 약하기 때문에, 미리 탱크내에서 엔진의 분무 적정 점도까지 온도상승 되고 있다. 폐액 펌프 12는 보통의 기어펌프를 적용 할 수 있다.

그러나, 장기간 저장된 식물 폐유는 산화되고 산성을 띠므로, 장기 저장이 없는 식물유를 사용하는 것이 바람직하다. 이것도 연료 유량계를 이용한 캐스케이드(cascade) 제어에 의해 회전수제어되고 혼합기 10으로 연료와 혼합한다.

· 윤활유의 비례 주입

부폐액 탱크 21에는 윤활유 폐유가 저장되고 있다. 윤활유는 연료량(A중유와 식물유의 합계)에 대해서 2%정도로 좋기 때문에, 다이어프램식 펌프를 사용해, 이것도 연료 유량계 신호를 이용한 캐스케이드(cascade) 제어에 의해, 펄스수제어에 의해 비율 설정을 한다.

·식물유와 윤활유의 혼합의 기능과 처치

식물유는 윤활유와 함께 연료와 합류해 필터로 여과 된다. 윤활유 안에는 전술했듯이, 산화 방지제나 과산화물로부터 강재를 지키는 과산화물 분해제가 포함되어 있어 산화된 식물유의 장해를 없애는 생성된 비유리기 생성물(무해화된 과산화물)이 슬러지화하는 경우에 대비해, 여과기의 앞에서 혼합하는 것이 바람직하다.

· 물주입 후의 기능과 처치

믹서의 위치는 순환 라인에 존재하는 2차 스트레이너 8의 후단이 바람직하다. 즉 스트레이너와 같이 유속의 늦은 부분에서는 침전 현상에 의해 거대 입자가 형성될 우려가 있어, 이와 같은 물입자가 분사 펌프에 공급되면 윤활 불량의 원인이 되기 때문이다. 필터를 통과해 분사 펌프의 직전에 믹서를 배치하는 것에 의해, 거대 입자 형성의 리스크가 적게 된다.

분사 펌프로 가압이 반복해지는 식물 연료는, 물에 포함되는 미량의 산소등에 의해 라디칼이 발생하기 쉽지만, 이것들도 윤활유안에 포함되는 산화 방지제등에 의해 과산화물이 제거되고, 윤활유중의 분산 청정별로 슬러지 발생도 억제된다.

(식물유 에멀젼의 결론)

이상과 같이, 이 편성은, 물, 식물유 폐유, 윤활유 각각의 장점이나 약점을 서로의 특징에 의해 보충하는 일을 할 수 있는 뛰어난 방법으로 저NOx 저바이진을 재면서, 식물유와 윤활유의 열에너지를 회수함과 동시에, 연소성도 개선하는 것으로 다이옥신류의 발생도 종래 이하에 억제하는 것이 가능하다.

[직접 물 분사법의 이용 제어]

이것은 발명자가 라디칼 이론에 근거해, 예측하는 디젤 엔진에의 폐액 처리의 한 형태이며, 실증은 되어 있지 않다.

도 17은 분사 밸브에 물 분사 라인 266을 부가한 분사 홀더이다. 고압 라인 294에 공급되는 연료는, C중유의 50%가수 에멀젼 연료를 상정하고 있다.

이 에멀젼 연료는, 연료가 발화 해 버리면 뛰어난 저NOx성 및 저바이진성을 나타내지만, 발화 지연이 커지는 경향이 있어, 바이진값이나 연기색은 가장 양호한20~40%가수율과 비교해 약간 악화되는 경향이 된다. 폐액 탱크 11에 저장되고 있는 것은 약 60%농도의 메틸 알코올 폐액이다.

메틸 알코올은 지극히 세탄값이 낮고, 디젤 엔진의 압축열에서는 자기 발화 하기 어렵다. 또한 여기에 물을 가하기 위해, 수증기보다 더욱 라디칼이 억제되어 자기 발화 하기 어려운 상태가 되고 있다.

폐액 펌프 12에 의해 가압된 연료는 혼합기 10을 경유해 폐액 유량계 15로 계량 되어 이 유량계는 질량 유량계로 비중계측도 동시에 실시할 수가 있기 때문에, 급수 펌프를 비례 제어시켜, 질량을 일정하게 하는 것에 의해, 메틸 알코올 농도를 30%로 하고 있다. 희석 알코올 폐액은 순환 펌프로 한층 더 가압되고 폐액 압력 조정 밸브 13으로 1 MPa 정도의 압력으로 가압된다. 전자 밸브 48은 4 사이클 기관의 흡입 공정에 대해 정해진 시간만 물 분사 라인을 경유해 연소실에 폐액을 분사한다.

연소실은 대부분 상압에 가깝기 때문에 얼마 안되는 압력으로 폐액은 분무 할 수 있으므로, 장치도 간편하지만, 역지 밸브 50에는 10 MPa 가까운 연소실 압력이 작용하기 때문에 여기에 견디는 설계가 필요하다. 분무 타이밍은 흡입 공정중이면 특히 문제가 없기 때문에, 전자 밸브의 관성에 의한 응답 지연 등은 그다지 문제없다.

연소실내에 분무된 메틸 알코올은 저분자의 탄화수소이기 때문에, 400~500℃의 열의 영향을 받아도 다이옥신류를 합성하는 일은 없다. 압축 공정이 시작되면 열의 영향에 의해 기화하고 있는 메틸 알코올은 곳곳으로 프리 라디칼이 발생해,불안정화 되지만, 분자량이 적은 것과 농도를 컨트롤 되고 있는 것에 의해 자기 발화 할 우려는 없다.

즉 발열과 고압이라고 하는 조건으로 활성화 된 O^-라디칼을 받아도 CH₃ ⁺의 메틸 라디칼이나 H^＋를 형성할 뿐이어, 게다가 H^＋는 OH^-로 중화 되어 버린다. 그렇지만, 이 온도와 압력영역에서 수증기는 라디칼화하지 않기 때문에, 억제 측에 작용해 연쇄 반응은 생기지 않는다.

분사 타이밍이 되면, 가수율 50%(함수율 33%)의 연료가 분무되고 미폭이 발생해, 분사 연료가 라디칼화하지만 이 때 이미 불안정하게 되어 있는 메틸 알코올이 존재하기 때문에 연쇄 반응이 발생하기 쉽고, 발화 지연이 적게 된다.

예혼합이 진행된 상태이기 때문에 메틸알코올의 양을 컨트롤 하지 않으면 디젤 노크와 같이 되므로 주의가 필요하지만, 수증기도 충분하기 때문에 연료유의 완전 연소가 진행되어, NOx 저감 효과도 크다. 폐액의 실린더내에의 주입량을 조정해, 자기 발화 하지 않는 주입량에 컨트롤 하면, 보다 세탄값의 높은 폐액에도 응용할 수 있다.

이 방법에 의해, 디젤 엔진과 같이 연료계에 혼합하는 것으로써, 윤활성이 저하하거나 슬러지가 발생하기 쉬운 폐액에서도 처리 가능해진다. 또, 이 이론을 이용하면, 천연가스등을 사용한 가스 엔진에도 적용 할 수 있는 것은 명백하며, 연소 형태는 가스 엔진에 가깝게 되므로, 저NOx 효과도 기대 할 수 있는 뛰어난 기술이라고 생각된다.

〔이상적인 처리 형태〕

발명자는 장래적으로는 우선 발생하는 에너지가 유효하게 이용되는 에너지 매체를 선택해, 그 에너지와 수요가가 가지는 여러가지 폐액(폐기물)을 연소시키는데 적당한 산업용 연소 설비를 선택하는 일에 의해, 가능한 한 유효한 에너지로서 재이용하는 것이 폐기물 처리의 원점이라고 생각한다.

이 때문의 전 처리 수단의 개발도, 본 특허를 베이스로서 여러가지 발전을 기대 할 수 있다.

본 특허에서는 취급하지 않지만 처리 기술이 발전하면, 산업 폐액을 차세대의 에너지원이다고 말해지는 연료 전지용 수소의 원료로도 응용 할 수 있을 것임에 틀림없다.

그러나, 여기서 중요한 일은 C중유의 난에서도 접한 바와 같이, 원료가 되는 알코올은 제조 단계로부터 이미 연료 전지로 사용 할 수 있는 만큼 순도가 높은 것은 아니고, 연료 전지에 이용하기 위해서는 여러가지 불순물을 제거할 필요가 있다고 생각된다.

항상 크린으로 불리는 기술을 지지하는 것은 불순한 것을 어떻게 처분하는가 하는 기술과 앞뒤 일체가 아니면 성립하지 않는 것이다.

연소라는 것은 이러한 불순물로 불리는 버려진 유기물에서 에너지를 회수하고, 불순물에 의한 사회적 코스트의 증대를 방지하기 위해 향후도 중요한 위치를 차지할 것이다.

즉, 폐액을 일괄 수집해 산업 폐기물 처리로서 태운다고 하는 수단이 아니고, 폐기전의 프로세스로부터 재이용을 향한 세심한 주위를 기울여, 각각의 폐액이 가지는 퍼텐셜을 최대한으로 살리는 노력을 한다면, 폐액 처리 설비의 부담도 경감해, 응집제등의 소비량을 삭감할 수 있기 때문에, 단지 배기가스 정화에 머물지 않고, 물, 슬러지의 삭감 등 파급하는 효과는 매우 크다.

도 18은 그 같은 생각을 근거로 해 종합적인 처리의 구성을 나타낸다.

[저농도 식품계 폐액]

저농도 식품계 폐액 탱크 241에는 식염등의 염류도 포함한 수 100 ppm 정도의 BOD를 포함한 배수가 저장되고 있다. 탈염유기물 농축기 251에서는 이 폐액으로부터 염분 및 비교적 분해가 빠른 저분자의 유기물을 포함한 배수와 처리 곤란한 고분자의 유기물을 분리해, 고농도화 된 유기물을 여과 해, 보일러 38으로 본 처리법으로 C중유에 혼합시키고 처분 하면 모두 열회수된다. 발생한 증기는 증기 터빈 163으로 발전에도 사용된다.

[식물 폐유]

식물유 폐유 탱크 242에는 식물유의 폐유가 저장되고 있어 열스트레스가 적은 A중유 연소를 실시하는 소형 관류 보일러 58으로 처분됨과 동시에 열회수된다.

[유제품]

유제품 탱크 243에는 제조 라인으로부터 배출되는 부생물 외, 기한 마감된 유제품이 저장된다. 우유에는 유단백이 많고 처리 중에 고체화 할 우려가 높은 것과 NOx의 원인이 되기 때문에 탈단백 처리 장치로 분리 제거한다.

분리된 유당류는 알코올 발효 가능하기 때문에, 알코올 발효 장치 254에 보내진다.

[쥬스류]

쥬스류 탱크 244에는 제조 라인으로부터 배출되는 부생물 외, 기한 마감된 쥬스류가 저장된다. 쥬스류는 당류를 많이 포함하기 때문에, 알코올 발효 장치에 보내지지만, 당도가 낮은 경우에는 농축등을 실시하는 일도 유효하다.

[알코올계 폐액 탱크]

알코올계 폐액 탱크 245에는 불순물을 포함한 에틸알코올이 저장되고 있다. 보일러등으로 연소시키기 위해서는 문제없지만, 연료 전지 189용 알코올로 하기 위해 알코올 증류기 253으로 증류된다. 이 알코올 증류기로 사용되는 증기등도 물론 여기에 있는 각종 연소 설비가 발생하는 증기이다.

알코올 증류기에는 그 외 알코올 발효 장치로부터의 발효액도 보내져, 순도가 높은 알코올과 불순물을 포함한 알코올 용액 및 발효잔액으로 분리된다.

순도가 높은 알코올은 연료 전지에서 발전에 사용되는 것 외, 불순물을 포함하여도 회분 등을 포함하지 않는 것은 보일러 혹은 가스터빈등에서 열회수를 도모한다.

발효잔액은, 탈염유기물 농축기에 보내져 배수와 보일러용 폐액으로 분리된다.

[에멀젼성 폐액]

에멀젼성 폐액 탱크 247에는 회분을 포함하지 않는 에멀젼계 폐액인 압축기 드레인이 저장되고 있다. 그 때문에 디젤 엔진 181 용수 에멀젼수로서 이용 할 수 있다. 특히 코프렛서 드레인은 증류수이기 때문에 물에 기인하는 회분등을 포함하지 않기 때문에 상태가 좋고, 압축기 오일이 윤활의 역할이나 산화 방지의 역할을 하기 때문에 상태가 좋다.

[아민계 폐액]

아민계 폐액 탱크 248에는 아민계 유기용제가 들어 있다. 이것들은 연소성에는 문제없고, 연소에도 사용하지만 일부는 배기열을 이용해 열분해시키고 암모니아를 꺼내, 가스 성분은 가스터빈 182로 연소시킴과 동시에 암모니아는 탈질설비용의 환원 암모니아로서 사용한다.

가스터빈은 양질의 염소를 대부분 포함하지 않는 연료를 사용하고 있는 것, 고압하의 예혼합 가스화 연소이기 때문에, 다이옥신류의 발생 요인이 되는 벤젠고리가 생성되지 않기 때문에, 발생하는 NOx는 아민 유래의 NOx와 함께 아민 유래의 암모니아로 건식탈질법으로 탈질을 실시해도 전혀 문제없다.

[톨루엔계 폐액]

톨루엔계 폐액 탱크 249에는 톨루엔계 유기용제가 들어 있다. 이 용제는 등유보다 휘발성이 높기 때문에 가스터빈용의 희박 연소용 버너로서 가장 적합하다. 그렇지만, 가스 연소와 비교해 액체 연료는 대량의 에너지를 소비하는 가스 부스터가 불필요해, 회수 에너지 효율이 좋고, 탄산 가스 삭감 효과도 높다.

[윤활유 폐액]

윤활유 폐유 탱크 250에는 윤활유 폐유가 저장되고 있다. 이것들을 할 수 있는 한 저회분의 것으로 변경하는 것에 의해, 디젤 엔진용 첨가제로서 재이용 할 수 있다.

[이상적인 처리 형태의 결론]

이상과 같이, 폐액을 가장 바람직한 연소 설비에 바람직한 형태로 공급하는 것에 의해 여러가지 폐액의 이용 형태를 나타냈다.

〔폐액의 제공으로부터 처리까지의 플로우〕

도 19는 폐액을 산업용 연소 설비로 처리를 실시하는 경우의 플로우를 나타내는 것이다. 각 처리 혹은 판단에 대해서는 각각 전문의 기술적 지식을 가지는 기술자에 있어서는 본 발명의 그 항목을 참조하는 일에 의해, 실현 할 수 있는 내용이다.

[적용전 검토 사항]171

폐액 처리의 의뢰 71에 의해 우선 이루어야 할 일은, 폐액종의 검토 72이다. 이 기술적 지식에 관해서는 그것을 제조하는 프로세스의 폐액에 관한 지식을 가지는 기술자와 그러한 조성의 조사 73(조성 분석에 대한 지식), 물성의 조사 74(물성 분석에 대한 지식), 혼합 특성의 조사 75(혼합 특성 조사에 대한 지식)를 행하는 기술적 지식을 가지는 기술자가 이 기술적 과제를 검토해야 한다.

이 때, 일반적으로는 의뢰를 받는 측이 폐액종류의 검토의 란에서 가리킨 항목 외, 조성이나 물성의 참고가 되어야 할 성분 등을 기재하기 위해 조사표를 작성해, 그것을 의뢰하는 측의 기술자에 기재하게 하여, 의뢰하는 측에 본 발명에 대한 지식이 없어도, 순조로운 운용이 가능하다.

또, 필요에 따라서, 극독물의 취급에 관한 지식이나 방사성 물질의 취급에 관한 지식을 가지는 기술자와 함께 검토를 하지 않으면 조성, 물성, 혼합 특성의 조사 자체가 위험한 것이 되는 경우가 있으므로 주의가 필요하다. 각각의 조사가 종료 하면, 그 데이터에 근거해, 합리적인 전 처리 수단 76에 있어서의 산업용 연소 설비의 선정 77을 행해야 한다.

합리적인 전 처리 수단을 선정할 수 있는 것은, 수처리 분야에 대한 지식, 증류 분야에 대한 지식, 계면활성제 분야의 지식 등, 가장 합리적으로 처리했을 경우의 코스트나 예상되는 유해물 농도의 추정치등을 검토한 다음 보일러 분야의 지식, 가스터빈 분야의 지식, 디젤 엔진 분야의 지식, 각종 소각로 분야의 지식등을 종합 해, 적용할 수 있는 연소 설비중 가장 합리적인 연소 설비의 선정을 실시할 필요가 있다.

또, 이 때에 적용 검토 항목의 각 항의 기대할 수 있는 성능등이 어느 정도의 기술적 지식을 가지지 않으면 다음의 스텝으로 진행되었을 때에 기대되는 성능이 만족할 수 없는 등의 요인이 되므로 주의가 필요하다.

그리고, 이 검토로 합리적 전 처리 수단이란 예를 들면 본 방식에 의해 폐액 처리의 의뢰자측이 얻을 수 있는 장점으로부터 전 처리 수단을 포함한 필요한 모든 경비를 공제한 금액이 단지 폐액 처리 업자에게 의뢰해 폐기하는 경우에 비해 장점이 큰 것을 나타낸다. 그리고, 검토 단계에 있어 합리적 전 처리 수단이 발견되지 않는 경우에는, 폐액의 처리를 할 수 없는 것을 판단하는 일도 중요한 항목이다.

[적용 전제 조건 항목]172

이것은, 대상이 되는 산업용 연소 설비가 적어도 한점의 연소 부하영역에 대해 이상적인 연소 상태를 나타내고 있는 것이 중요한 전제 조건이 된다.

즉, 모든 연소 상태에 대해, 이상적인 연소 상태를 달성할 수 없는 연소 설비에 대해서는, 폐액을 주입함으로써 그러한 연소 상태가 확실히 개선된다는 기대가 없는 한 폐액을 주입하는 일은 위험한 경우가 많기 때문이다.

[적용 검토 항목] 173

이것은, 상기 두 항목을 달성해, 실제의 적용에 해당하기 때문에 검토에 필요한 항목이다.

(1) 전 처리 수단

전 처리 수단의 검토 79에서는, 상기 합리적 전 처리의 검토로 가리킨 지식을 가지는 기술자가, 목표로 하는 조성치나 물성치가 되는 것처럼 구체적인 검토를 행할 필요가 있어, 전 처리가 불필요하다는 결론도 중요한 결론이다.

전 처리 수단의 검토아래에 있는 처리는, 검토의 결과 실시하는 경우의 처리를 나타낸다. 오른쪽에 있는 각각의 처리도 마찬가지이다.

그렇지만, 여과를 포함해 전 처리 수단이 본 기술 중에서 가장 중요한 기술이며, 게다가 다방면에 걸치는 기술적 지식이 없으면 합리적인 전 처리는 실현될 수 없다. 예를 들면, 당분을 포함한 폐액은 타는 성질을 가지기 때문에 디젤 엔진이나 분사 밸브 형식을 가지는 가스터빈 혹은 압력 분무식 버너에서는 적용 할 수 없는 것을 나타냈다.

그러나, 이것을 알코올 발효 시키면, 안전한 폐액으로서 처리 할 수 있다.

그러나, 당분으로부터 알코올을 만드는 방법은, 발효 뿐만 아니라, 촉매등을 사용한 산화등에 의해서도 실현될 수 있으며, 이러한 실용화 혹은 연구 성과에 의해, 그 때에 가장 합리적이라고 생각되는 전 처리법을 선택할 필요가 있는 것이다.

(2) 주입 방법

주입 방법의 검토 80에 대해서는 주입 장치에 대한 지식을 가지는 기술자가 중심이 되어, 주입 방법을 검토하지만, 부식성 등의 염려가 있는 경우, 설비류의방식성에 대한 지식도 필요하다.

(3) 혼합 방법

혼합 방법의 검토 81에 대해서는 혼합 장치에 대한 지식을 가지는 기술자가 검토할 필요가 있어, 설비류의 방식성에 대한 지식도 필요하다.

(4) 공연비제어 방법

공연비제어 방법의 검토 82는 주로 폐액 발열량에 대해 계장제어 분야 및 주입 장치에 대한 지식을 가지는 기술자가 서로 검토할 필요가 있다.

(5) 연소 장치의 최적화

연소 장치의 최적화의 검토 83은, 버너 분야의 지식을 가져 주로 폐액이 타는 성질 등을 고려해, 필요에 따라서 연소 설비 등의 변경이나 개량도 필요하다.

(6) 저NOx 수단의 검토

저NOx 수단의 검토 84는 주로 버너 분야, 연료 분야, 혼합 분야의 지식을 가지는 기술자가, 필요에 따라서 저NOx 수단의 적용의 유무나 개량을 행할 필요가 있다.

(7) 첨가제의 검토

첨가제의 검토 85는 폐액과 그 용매가 에멀젼 분산을 취하는 경우에 필요에 따라서 유화제의 적용의 가부를 검토하지 않으면 안 되고, 폐액의 부식성이나 윤활성을 개선하기 위해서도, 필요에 따라서 이러한 방지제를 적용할 필요가 있다. 이것들은, 계면활성제 분야, 방식, 윤활 분야의 지식을 가지는 기술자가 검토를 행한다.

(8) 물에멀젼의 검토

물 에멀젼의 검토 86은 NOx 저감 용도와 바이진 저감 용도에 따라 목적이 달라지고, 쌍방을 목적으로 하는 경우도 있다. 폐액 중에 포함되는 수분량도 가미하면서 검토해야 하므로 혼합 장치, 조성 분석, 물성 분석, 버너 분야의 지식을 가지는 기술자가 검토한다.

[적용 후 운용 항목] 174

주입율 조정 151이나 주입율의 변화율 조정 152는, 전술의 적용 검토 항목의 각 항목이 모두 순조롭게 기능하고 있고, 폐액 처리를 안전하게 효율적으로 운용하는데 있어서, 지극히 중요한 항목이다. 이러한 조정을 통해서, 산소 농도의 일탈 방지 153, 이상적 연소의 유지 154, 연소 수단에의 장해 방지 155, 연소 설비에의 장해 방지 156, 매연 농도의 변화를 규제치 이내에 억제 157을 달성 할 수 있지만, 이것들은 달성할 수 없는 경우에는 플로우와 같이 주입율 조정이나 변화율 조정을 재차 행하는 일에 의해, 적당하게 보정을 실시하는 것이 필요하다.

이것들, 각 항목에 대해서는, 주입 장치, 혼합 장치, 계장제어 분야, 버너 분야의 다른 대상이 되는 산업용 연소 설비의 기술 분야의 지식과 함께, 배기가스 분석 분야의 지식 등이 필요하다.

또, 적용 검토 항목의 수단이 비정상으로 되거나 그 전에 있어서의 적용 전제 조건 항목, 적용전 검토 사항의 각 항목이 정상적이지 않은 경우에는, 이상 인터락 정보 176에 의해 주입을 정지하는 등의 방법에 따라, 이것들에 기인하는 장해를 방지하는 일도 할 수 있다. 적용 전제 조건 항목으로 주의해야 하는 것은, 예를 들면 폐액을 배출하는 프로세스의 비정상이다.

또, 적용 전제 조건에 대해서는, 대상이 되는 산업용 연소 설비 자체의 고장이나 비정상이고, 적용 검토 항목은 거기에 열거한 다양한 장치나 수단의 고장 혹은 비정상이다.

이 주입의 정지나 그 일탈을 조정하는 수법에 대해서는, 예를 들면 각 항목의 이상 신호를 주입 장치가 수신하든가, 비중, 압력, 진동, 온도, 점도, pH, 산화 환원 전위, 전기 전도도, 탁도, 색도, 색채 등의 물리, 화학적 수법에 의해 비교적 용이하게 감시 할 수 있는 연속 분석기의 정보를 수신하는 등의 방법에 의해 실현 할 수 있다.

또, 이상은 폐액에 관한 이상뿐 만이 아니라, 연소 수단이나 공연비제어의 이상등도 고려해야 하므로, 이상 발생의 리스크 인정에 관해서는, 각각의 항목에 관한 기술적 지식을 가지는 기술자가 리스크에 근거해, 처리 방법(폐액의 주입을 정지시키든지, 어느 정도의 양에 억제해야할 것인가)을 결정할 필요가 있다.

그리고, 이와 같이 하여 얻어진 결과가 운용 87이며, 이와 같이 얻어진 운용 결과는 기본적으로는 다음의 적용 후 확인 항목을 행하지 않아도, 적용 후 확인 항목으로 기대되는 처리 결과를 얻을 수 있는 것이라고 추정 할 수 있다.

[적용 후 확인 항목] 175

구체적으로는 다이옥신류 측정 158, NOx·SOx·매진 측정 159, 중금속류의측정 160이나 그 외 처리하는 폐액에 고유한 유해 성분의 배출의 염려가 있으면 그러한 측정을 실시해, 그 결과가 사회적 혹은 법적으로 인지되어 한편 그 굴뚝으로부터의 배기가스 성분을 흡인하는 우려가 있는 종업원 및 부근 주민의 건강을 지키는 범위인 것을 확인하는 것이다.

〔일부 기술의 유용의 위험성〕

예를 들면, 폐식물의 적용이, 폐식물유라고 하는 것만으로, 조성 분석을 비롯한 여러가지 조사를 거쳐 적용되지 않는 경우에 대해서도, 혼합 방법의 적용만을 이용하면, 폐식물유의 조성이 그 적용에 적절한 경우에는 특히 문제없이 운용할 수 있다.

그러나, 이와 같은 운용의 경우 만일 식염 등을 포함한 폐식물유를 처리하려고 하는 경우, 그대로 안이하게 적용해 다이옥신류의 발생 요인이 되는 일은 분명하다.

또, 제조 공정에 대해 보통은 독물이나 중금속류는, 폐액으로서 배출되지 않을 것이지만, 제조 라인의 어떤 트러블에 의해 흐를 우려가 있는 프로세스에 대해서는, 분석 수단에 대해 독성이나 중금속은 없어도 그러한 회피 수단을 강구해 두지 않으면 오퍼레이터나 부근의 주민을 위험에 빠뜨릴 수 있다.

따라서, 현재 상태로서는 잘되고 있는 것처럼 보이는 산업용 연소 설비에 있어서의 폐액 소각 방법에 대해서도 본 발명에 근거하는 올바른 지식 위에서 운용하는 일에 의해, 사회적인 여러가지 리스크를 회피할 수가 있는 뛰어난 기술이 되는것이다.

상술과 같은 본 실시 형태에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 적용전 검토 항목 171, 적용 전제 조건 항목 172, 및 적용 검토 항목 173을 검토해, 그 후 적용 후 운용 항목 174 및 적용 후 확인 항목 175를 실시하는 것으로, 다이옥신이 발생하는 환경을 배제해 나가므로 다이옥신의 발생을 방지하는 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법으로 할 수가 있다.

덧붙여 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량은, 본 발명에 포함되는 것이다.

〔시험로에서의 실험 데이터〕

이상의 기술을 정확하게 운용하면, 원칙적으로 대상이 되는 산업용 연소 설비에 기대되는 다이옥신류 농도를 유지해 한편 NOx치나 바이진량도 해당 산업용 연소 설비에 요구되는 값을 지킬 수 있을 것이다.

[시험로의 개요]

시험로는 화로 부하 30만 Kcal/h, 연소실 용적 700 mm×2500 mm의 환형로로, 대체로 로통연관식 보일러의 연소실을 본떠 제작되어 있다. 연소실 외부는 30℃전후의 냉각수로 냉각하기 때문에 보일러에 비해 지나치게 냉각되기 때문에 1 MPa 정도의 증기압력의 수냉벽에 맞추어 세라믹화이버(ceramic fiber)제의 단열재를 내장하고 있어, 로온도는 900~1000℃을 확보하고 있다.

실험시의 연소량은, 30 L/h이며 계산한 화로 부하는 약 14만 Kcal/h로, 보통의 보일러의 정격 화로 부하 60만 Kcal/h(소형 관류식 보일러를 제외한다)의 23%에 해당해, 비교적 저연소 영역에서의 실험이 되었다.

버너는 내부 혼합형 공기 분무식 버너로분무 공기량 440 m3/h 공기압력 0.04 MPa이며, 공기 온도는 상온, 로내압력은 약 40 mmH₂O로 실험했다.

도 9에 보는 것처럼 NOx의 발생량은, 특히 저NOx화를 실시하고 있지 않는 버너로서는 일반적인 값을 나타내고 있지만, (7)의 아민계 폐액의 NOx치는 질소성분 농도로부터도 아는 것처럼 예외적인 값이다.

그 외 A중유의 질소성분과 변하지 않는 공시시료에서는 물 에멀젼의 라디칼 억제 효과에 의해 NOx치가 저감 하고 있다.

도 20은 실험중의 산소 농도나 CO 및 HCl와 연료중의 총염소량을 비교한 것이다. 도 20중의 각 기호는, (1) A중유 단독, (2) 수돗물, (3) 타닌계 약품 보일러 블로우수, (4) 오차추출 폐액, (5) 쥬스 폐액, (6) 알코올계 폐액을 나타내고 있다. A중유의 염소량은 5.5 ppm였다. (2)의 수도물에 대해서는, 5시간의 실험중에 약 40분 정도의 이상한 현상이 발생했다.

본 도면의 세로축은, %, ppm, 배로 각각 단위가 다른 값을 나타내고 있지만, 이들 값끼리의 상관성을 알기 쉽게 나타내기 위해 편리하다. 또, 도 20중에 상관관계를 나타내기 위한 직선이 있다. 이 직선은 (2)를 제외한 데이터에 근거하고 있다.

또, O₂및 CO는 5시간에 걸친 계측시간의 평균치이므로 여러가지 외란요소를 고려하면 최종적인 값에 약간의 오차를 일으키는 것은 당사자에 있어 특히 위화감이 없는 데이터이라고 믿는다.

[이상한 산소 농도의 변화]

초기 산소 농도가 원인 불명으로 상승하기 시작하여 12%의 산소 농도로 급상승했다. 이상하다고 느껴 산소농도를 적정치 근처로 고치려고 했지만, 연소 상태가 나쁘고 CO농도는 최대 1300 ppm에까지 상승했다.

이 이상 현상은 약 30분간 계속되어, 그 후 산소 농도가 급격하게 저하해 발연을 일으키기 때문에, 다이옥신 샘플링 및 CO, O₂의 계측을 중지했지만, 10분 후에 정상적으로 복귀하였기 때문에 측정을 계속하였다.

(태풍의 통과)

연료 유량이나 연소 감시 항목에 이상은 없고, 원인을 특정할 수 없었던 것이지만, 그 후의 데이터 정리로부터 2001/09/11 11：00에서 11：40 전후는 실험 장소인 치바 상공에 태풍이 통과하고 있던 일이 확인되어 연소용 공기압력이나 로내 저항이 낮은 것과 함께, 로내압이 저하해 연소 상태가 악화된 것을 알았다. 이 때문에, 본래는 A중유나 블로우수와 동등한 수도물의 시험 결과의 CO가 가장 높은 값을 나타내고 있다.

[다이옥신류 독성과 양과의 평가]

도 21은 독성과 연료중의 염소 농도와의 상관관계를 플롯한 것이다. 도 21중의 각 기호는 (1) A중유 단독, (2) 수도물, (3) 탄닌계 약품 보일러 블로우수, (4) 오차추출 폐액, (5) 쥬스 폐액, (6) 알코올계 폐액을 나타내고 있다.

어느 쪽의 데이터도 소각로의 기준치의 1/50~1/200의 값을 나타내, 본처리법이 안전한 처리법이라는 사실을 알 수 있다.

(2)의 수도물의 결과를 제외하면 연료중의 염소 농도와 깨끗한 직선관계가 되는 일도 특징적이다. 수도물의 결과는 다음에 상세 해설을 실시하지만, 역시 태풍에 있어서의 이상 연소가 영향을 미친다고 생각할 수 있다.

또 (6) 알코올계 폐액에서는 (1) A중유 단독보다 독성량이 낮은 것도 특징적이고, 염소량이 적으면 오히려 연소법의 적정화에 의해 보다 발생량의 억제가 가능해지는 것을 나타내는 것이다. 또, 본 도면의 각 플롯치를 연결하는 곡선은 상기 태풍에 의한 영향을 알기 쉽게 가리키기 때문에 편리하다.

일반적으로 이와 같은 플롯법에서는 그 값의 격차의 중간부의 직선을 대표로 한 근사선을 추가하지만, 본 건 데이터에서는 이와 같은 곡선을 굳이 추가하는 일에 의해 (2)의 데이터는 무시할 수 있는 값이라고 인식한다.

(A중유와 수도물과 블로우수 샘플과의 독성의 특징)

도 22는 (1) A중유, (2) 수돗물, (3) 블로우수의 성분마다 독성을 플롯한 것이다. 코프라나 PCB류에 대해서는 (1) (2) (3)의 차례로 모두 오른쪽으로 올라가고 있다. 구조적으로 코프라나 PCB류의 근본이 되는 비페닐은 벤젠고리의 결합에 산소가 없고, 산소 당량비 근방에서 발생하기 쉬운 것이라고 생각된다.

이번 시험에서는 산소 농도 4%를 목표로 해 연소 관리했기 때문에, 일반의 소각로에 비해 지극히 공기 과잉율이 낮은 것이다.

이번 시험에서는 시험로를 이용해 상기 태풍에 의한 영향을 제외해 엄밀한 연소 관리하에서 실시하였기 때문에 염소배위가 없는 비페닐류의 발생량은 모든 공시샘플의 연소에 대해 변화가 적었던 것이라 추정되어 염소량의 증가와의 관계를 측정하는 순수 실험적인 상황이 되어 염소와 다이옥신류 발생량과의 상관성을 의심하기 어려운 실험 결과가 된 것이라고 생각된다.

또, 이 일은 보일러에 있어서의 보통 연소영역의 저산소 농도 연소에 있어서의 폐액 처리의 우위성을 나타낸 것이라고 평가할 수 있고, 산소 농도가 높아지는 저연소 영역에서는 독성의 리스크가 높아지기 쉬운 일을 나타낸 것이라고도 생각하고 있다.

(A중유와 수도물과 블로우수 샘플과의 성분 분포의 차이)

도 23은 검출 하한 이상의(정량 하한 이하의 참고값도 포함한다) 모든 다이옥신류의 발생 분포를 나타내는 것이다. (1) A중유와 (2) 수돗물, (3) 블로우수로 비교하면, (2)의 디벤죠다이옥신류나 디벤죠퓨란류는 (1)이나 (3)과 분명한 차이가 있다. 차이는 5시간중의 30분 정도가 이상이 있고, 결코 독성 레벨로서는 높은 값은 아니지만 불완전 연소(독성 농도가 높은 물질이 생성되기 쉽다)에 의한 다이옥신류 발생 리스크를 나타낸 결과로 생각된다.

[염소와 독성의 상관치와 관리 농도의 상한]

도 21(2)의 수도물을 예외로서 제외하면 나머지의 플롯치는 독성 (pg/Nm³)=0.0613×염소 ppm라고 하는 근사 함수가 요구되며 그렇지만 매우 직선도가 높은 값이므로 대체로 1700 ppm 이하의 농도로 적정한 운전 관리를 행하면, 폐액 소각로에서 가장 엄격한 농도 기준인 0.1 ng/Nm³이하에서의 운용이 가능해지는 것이다.

[실시 예의 결론]

본 실시예로 사용한 폐액류는 모두 실제 수요가로부터 제공된 것이며, 현상은 산업 폐기물 혹은 폐액 처리 설비에서 처리되고 있다. 향후 본처리법에 근거하는 올바른 처분법에 의해 다이옥신류의 발생을 억제하면서 그 뛰어난 에너지 절약성이나 저공해성에 의해 수요가의 기대에 부응할 것이다.

본 발명은 공장 등의 생산시설 설비나 의료·연구기관 등의 산업활동에 수반하여 부생하는 페액처리를 행하는 산업용 연소설비에 대하여 폐액의 소각처리방법 및 혼합액체를 이용할 수 있다.

Claims (4)

1. 액체 연료를 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비를 이용해 해당 연료 중에 폐액을 혼합 분산시켜 소각 처리할 때,

   소각 처리하려고 하는 폐액종류의 검토, 조성과 물성, 혼합 특성의 조사를 예측하고,

   합리적인 전처리 수단에 대해 적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정을 실시하는 적용전 검토 항목과

   해당 연소 설비의 연소염 상태 및 배기가스 조성이 해당 설비에 대하여 이상적인 상태를 나타내고 있는 연소 범위 내인 적용 전제 조건 항목과

   폐액의 전처리 수단, 폐액의 주입 방법, 폐액의 혼합 방법, 연소 설비의 공연비제어 방법, 연소 장치 최적화, 저NOx 수단, 첨가제의 유무와 종류, 물에멀젼 연소의 병용의 필요와 불필요를 복합적으로 조정하는 적용 검토 항목을 검토하고,

   폐액이나 첨가제 등의 주입율이나 주입율의 변화율을 조정해 배기가스중의 산소 농도의 정규 범위로부터의 일탈을 방지해, 이상적 연소 상태를 의심하는 현상이 없는 이상적 연소 상태를 유지하고, 연소 수단에의 장해를 방지해고, 연소 후의 찌꺼기 성분에 의한 산업용 연소 설비의 장해를 방지하여 폐액 조성에 수반하는 매연 농도의 변화를 규제치 이내에 억제하는 것으로,

   상기 적용 전 검토항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토항목이 정상 범위를 일탈했을 경우에 주입을 정지시키든지 또는 그 일탈을 보정할 수 있는 주입율에 조정 적용 후 운용 항목을 실시하고,

   후 처리에 의한 다이옥신류 대책 수단이 없는지 또는 그 수단 전에 있어 배기가스중의 다이옥신류 농도를 그 산업용 연소 설비가 그 대상이 되는 연료유를 연소시켰을 경우에 기대되는 농도 레벨로 억제하는 것과 NOx나 매진 발생량, 폐액을 연소시키는 일에 의해 기인하는 할로겐이나 중금속류도 해당 산업용 연소 설비에 허용 되는 범위 내에서 운전 관리 가능한 일을 확인하는 적용 후 확인 항목을 실시하는 것을 특징으로 하는 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법.
2. 액체 연료 또는 가스 연료 혹은 그 양쪽 모두를 동시에 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비를 이용하는데 있어서,

   상기 산업용 연소 설비는 물을 분무하는 일에 의해 NOx 저감 효과를 가지는 물 분사 설비를 갖추어 물 분사를 실시하고 있는 상태로,

   다이옥신류의 발생량이 그 산업용 연소 설비가 기대되는 농도 레벨일 때 또는 폐액 혼합에 의한 물 분사에 의해 기대되는 농도 레벨이 되는 경우,

   소각 처리하려고 하는 폐액의 폐액종의 검토, 조성과 물성, 혼합 특성의 조사를 예측하여,

   합리적인 전처리 수단에 대해 적용 가능한 산업용 연소 설비의 선정을 실시하는 적용전 검토 항목과

   해당 연소 설비의 연소염 상태 및 배기가스 조성이, 해당 설비에 대해, 이상적 상태를 나타내고 있는 연소 범위 내인 적용 전제 조건 항목과

   폐액의 전 처리 수단, 폐액의 주입 방법, 폐액의 혼합 방법, 연소 설비의 공연비제어 방법, 연소 장치 최적화, 저NOx 수단, 첨가제의 유무와 종류, 물에멀젼 연소의 병용의 필요와 불필요를 복합적으로 조정하는 적용 검토 항목을 검토하여,

   폐액이나 첨가제등의 주입율이나 주입율의 변화율을 조정해, 배기가스중의 산소 농도의 정규 범위로부터의 일탈을 방지하고, 이상적 연소 상태를 의심하는 현상이 없는 이상적 연소 상태를 유지하여 연소 수단에의 장해를 방지하고, 연소 후의 찌꺼기 성분에 의한 산업용 연소 설비의 장해를 방지해, 폐액 조성에 수반하는 매연 농도의 변화를 규제치 이내로 억제하는 것과,

   상기 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토 항목이 정상 범위를 일탈했을 경우에 주입을 정지시키든지 또는 그 일탈을 보정할 수 있는 주입율에 조정하는 적용 후 운용 항목을 실시하여,

   후 처리에 의한 다이옥신류 대책 수단이 없는지, 혹은 그 수단 전에 있어, 배기가스중의 다이옥신류 농도를 그 산업용 연소 설비가 그 대상이 되는 연료를 연소시켰을 경우에 기대되는 농도 레벨로 억제하는 것과 NOx나 매진 발생량, 폐액을 연소시키는 일에 기인하는 할로겐이나 중금속류도 해당 산업용 연소 설비에 허용 되는 범위 내에서 운전 관리 가능한 일을 확인하는 적용 후 확인 항목을 실시해 상기 적용 후 확인 사항을 만족하는 수용액 또는 에멀젼으로서 분사하는 일을 특징으로 하는 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 산업용 연소 설비를 이용한 폐액의 소각 처리 방법에 의해 처리되는 폐액을 포함하여,

   액체 연료를 연소시키는 연소 수단을 가지는 산업용 연소 설비의 연소 수단, 혹은 산업용 연소 설비에 대해, 물을 분무하는 일에 의해 NOx 저감 효과를 가지는 물 분사 수단에 상기 적용전 검토 항목, 적용 전제 조건 항목, 적용 검토 항목, 적용 후 운용 항목 중의 지식 중 하나 이상을 이용해 제조되는 것과 동시에,

   연소실에 분무되는 전분무 유체중의 평균 함유 농도가, 치사성의 독가스 성분이나, 방사능 강도가 일반적으로 허용 되는 한도를 넘지 않는 범위이며 한편,

   염소는 중유 환산의 총연소량이 2000 kg/h미만의 경우 85000 ppm 이하, 2000~4000 kg/h의 경우 17000 ppm 이하, 4000 kg/h이상의 경우에는 1700 ppm를 넘지 않는 범위,

   N성분은 각 연소 설비의 NOx의 규제치를 넘지 않는 범위,

   S성분은 각 연소 설비의 SOx의 규제치를 넘지 않는 범위,

   중금속은 각 연소 설비의 중금속류의 규제치를 넘지 않는 범위,

   연소 수단에 있어서는 수분량은 0－60%의 범위,

   물분무 수단에 있어서 수분량은 100%미만,

   회분은 대체로 해당 연소 설비에 적용 가능한 연료중에 허용 되는 회분량을 넘지 않는 범위 또는 적용 후 운용 항목의 실시에 의해 안전성이 확인된 범위에 조정되는 것을 특징으로 하는 혼합 액체.
4. 청구항 3에 기재된 혼합 액체에 대해,

   유화를 실시하는 에멀젼 용수를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 액체.