KR20040083230A - 탄화 가스 연소장치와 그 연소방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 탄화 가스 연소장치와 그 연소방법에 관한 것이다.
이는특히, 상부에 호퍼가 연결되는 건조실의 상부 일측에 저온촉매연소식 탈취기가 연결되며, 상기 건조실의 일측에 가열실이 연결되는 건조부;
상기 탄화실과 그 일측에 설치되는 1차연소실로 구성되며, 일측에 열분해 가스를 응축분리토록 분리기가 더 연결 설치되는 탄화부; 및,
연소배가스의 배출경로상에 연소공기의 예열에 사용되는 열교환기 및 집진기가 설치되고, 연소배가스를 배출토록 배기팬이 설치되는 필터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄화 연소로의 연소방법을 제공한다.
이에따라, 여러 가지의 재료가 혼재하는 가연성 폐기물을 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 잔사를 탄화하는 탄화설비를 저렴하게 건설하며, 냄새와 다이옥신의 발생을 억제하는 것이다.
Description
본 발명은 탄화 가스 연소장치와 그 연소방법에 관한 것으로서 이는 특히, 건조한 가연성 폐기물을 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 상기 가연가스를 열원으로 하여 연소, 잔사를 탄화하는 구성으로 탄화소각 설비의 소취(消臭)와 다이옥신 및 탄산가스의 발생을 억제하고, 설비비와 러닝코스트를 저감하도록 하는 탄화 가스 연소장치와 그 연소방법에 관한 것이다.
일반적으로, 여러 가지의 재료가 혼재하는 상태로 존재하는 가연성 폐기물(음식물 쓰레기, 타이어, 유기 슬러지 등을 포함)은 주로 스토커식 소각로에서 소각하여 왔으나, 다이옥신이 발생하기 때문에 운용중지나 개선이 요구되는 상황이 발생하고 있다.
따라서, 일단 산소가 없는 분위기에서 열분해 기화하고 나서, 이것을 연소하는 가스화 용융식의 유동상형 이라든가 킬른형의 소각로가 출현하여 현재에 이르고 있다.
그러나, 이러한 현재의 소각로 역시도 설비비가 매우높고, 러닝코스트가 높으며, 대량의 탄산가스가 발생하고, 소각재의 매립이 필요하다는 등의 문제점을 안고 있다.
또한, 가연성 폐기물을 직접 연소하면 나머지는 재로 남게 되고, 이를 연소용 에어의 취입방법을 개선하여 완전 연소화 하는 소각로 및, 가연성 폐기물을 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 상기 가연가스를 고온 연소하여 나머지를 재로 하는 소각로가 사용되고 있다.
그러나, 이 역시 탄산가스의 배출량이 많고, 전자에서는 다이옥신 문제가,후자에서는 고가의 설비비, 높은 러닝코스트 문제가 발생되었다.
더하여, 연소배출가스중의 다이옥신을 저감하는 방법으로서, 에어취입방법의 개선, 고온연소, 다단계연소, 탈염제를 취입하여 연소, 연소배출가스의 급냉, 배출가스중의 다이옥신을 흡착제거하는 방법등이 사용되고 있다.
그리고, 상기와 같이 연소로에 오존을 취입하는 방법이 일본 특허공개공보 2000-2406호에, 배출가스의 다이옥신을 수산화 마그네슘에 의하여 흡착 분해하는 방법이 일본 특허공개공보 1999-166710호에, 배출가스를 탈염제로 분해처리하는 방법이 일본 특허공개공보 1999-347359호에 각각 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 배출가스의 처리방법 역시 탄산가스의 배출량이 많고, 전자에서는 다이옥신 문제가, 후자에서는 고가의 설비비, 높은 러닝코스트 문제가 발생되었다.
이와같은 기술과 관련된 폐기물 처리 시스템이 등록특허공보 232403호에 개시되어 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 의료 폐기물이 투입된 상태에서 외기가 공급되는 상태로 이 폐기물을 가열시켜 열분해시키는 건류로(6)와; 이 건류로에서 발생된 열분해된 가스를 공급받아 이가스를 초고온의 상태에서 체류시켜 완전 연소시키는 연소로(8)를 구비하고 있는 연소부; 초고온의 가스를 후처리 공정으로 이송시키기 이전에 온도를 낮추어 주는 감온수단(42) 및, 배출되는 배기가스 내의 유해성 가스를 포집하고 수분을 제거하여 백색의 가스로 변환시키는 흡수탑(54)을 구비하고 있는 중화부를 포함하는 구성으로 이루어 진다.
또한, 평판형 다층 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해가스 처리시스템이대한민국 공개 특허공보 2002-24572호에 개시되어 있으며 그 구성은 도2a,b에서와 같이, 평판형 다층 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해가스 처리시스템에 있어서,
정방형 또는 장방형의 덕트(40)가 'ㄱ'자 형상으로 구성되어 상기 덕트(40)의 상부에 설치된 가스유입구(11)와, 상기 가스유입구(11)의 후면에 설치되어 유입된 가스를 여과하는 에어필터(또는 집진장치)(10)와, 상기 에어필터(또는 집진장치)(10)의 후면에 설치되어 상기 에어필터(또는 집진장치)(10)에서 여과된 가스를 흡입하는 흡기팬 또는 흡기구(20)와, 상기 흡기팬 또는 흡기구(20)의 후단에는 굴곡된 파이프나 덕트의 하부에 형성되어 플라즈마를 발생시키며 방전 교류전원 공급장치(50)가 부착된 저온 플라즈마 반응기(30)와,상기 저온 플라즈마 반응기(30)하부에 형성된 금속필터(60)와, 상기 금속필터(60)의 하부에 형성된 복수개의 카트리지 형상의 촉매반응기(70)와, 상기 촉매반응기(70) 하부에 형성된 유입팬 또는 급기팬(80)과, 상기유입팬 또는 급기팬(80) 일측면에 형성되어 가스를 배출하는 가스배출구(81)로 이루어 진다.
그러나, 상기와 같은 설비나 배출가스의 처리방법 역시 탄산가스의 배출량이 많고, 전자에서는 다이옥신 문제가, 후자에서는 고가의 설비비와, 러닝코스트의 문제가 발생되었다.
이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 탄화소각 설비의 다이옥신발생을 억제하도록 하고, 열분해 잔사를 탄화하여 탄산가스의 발생을 억제하도록 한다.
또한, 여러 가지의 재료가 혼재하는 가연성 폐기물(음식물 쓰레기, 타이어,유기슬러지 등을 포함)을 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하도록 하고, 잔사를 탄화하는 탄화설비를 저렴하게 건설하도록 함은 물론 냄새와 다이옥신의 발생을 억제하도록 하는 탄화 가스 연소장치와 그 연소방법을 제공하는데 있다.
도1는 종래의 폐기물처리 시스템을 도시한 개략도 이다.
도2a,b는 각각 종래의 유해가스 처리 시스템을 도시한 개략도 이다.
도3은 본 발명에 따른 탄화 연소로를 도시한 사시도 이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화 연소로를 도시한 사시도 이다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화 연소로를 도시한 사시도 이다.
도6은 본 발명에 따른 탄화 연소로의 탈취기를 도시한 요부 사시도 이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100...탄화부 150...탄화실
160...1차연소실 210...건조실
220...가열실 300...필터링부
310...2차연소실 330...탈취기
340...열교환기 380...배기팬
상기 목적들을 달성하기 위해, 전단에 소취기(消臭器)를 부설한 건조부(건조실과 가열실)을 배설하고, 중단에 탄화부(탄화실과 1차 연소실)을 배설하며, 후단에 소형2차 연소실을 배설하고, 중단에서 열분해 기화한 가연가스를 연소실에 보내는 설비를 배치하고, 건조가열실의 배기출구 또는 1차 연소실의 출구에 배기가스를 완전연소하기 위한 촉매가열식 연소기를 배설한 탄화 가스 연소장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 건조한 폐기물을 탄화실 내에서 300~800℃ 의 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 내열형 송풍기와 공기예열용 열교환기 출구~집진기 출구의 배풍기를 사용하여 300~800℃ 인 채 그대로 1차 연소실로 보낸후 상기 가연가스를 1차 연소실에서 연소하고, 1차 연소실에 이송하는 도중에 응축 분리한 고비점 미분해물은 탄화실로 되돌려보내고 재차 열분해 기화하며, 1차 연소배출가스는 건조가열실의 열원으로 이용하도록 하고, 1차 연소에서 남은 가연가스를 소형2차 연소실에서 고온 연소하고, 탈황, 집진후의 1차 배기가스와 혼합하여 애프터 버너로 교체하도록 하는 탄화 가스 연소장치의 연소방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도3 내지 도6에서 도시한 바와같이 본 발명은, 탄화부(100)와 건조부(200)및 필터링부(300)로서 이루어 진다.
상기 건조부(200)는, 가연성 폐기물을 투입토록 상부에 호퍼(210c)가 연결되는 건조실(210)의 내측에 모터(210a)로서 구동되는 교반기(210b)가 설치되고, 상부 일측에 저온촉매연소식 탈취기(230)가 연결되며, 상기 건조실(210)의 일측에 가열실(220)이 연결된다.
상기 탄화부(100)는, 모터(150a)에 의해 구동하는 교반기(150b)가 설치되는 탄화실(150)과 그 일측에 설치되는 1차연소실(160)로 구성된다.
또한, 상기 탄화부(100)의 일측에 탄화실(150)에서 발생되는 열분해 가스를 응축분리토록 분리기(170)가 설치되며, 그 일측에 분리기(170)에 의해 분리되는 가스를 탄화실(150)의 열원으로 사용하는 1차연소실(160)에 압송토록 내열송풍기(190)가 더 구비된다.
상기 필터링부(300)는, 연소배기가스의 배출경로상에 연소공기의 예열에 사용되는 열교환기(340) 및 집진기(385)가 설치되고, 상기 연소배기가스를 배출토록 배기팬(380)이 설치된다.
또한, 상기 건조부(200)의 일측에 건조실(210)에서 배출되는 연소배기가스중의 냄새를 망간을 사용한 저온촉매연속방식에 의해 탈취하는 탈취기(330)가 더 구비되며, 탈황설비(390)가 추가되고, 집진기(385)를 통과한 배기가스를 이용하도록 2차연소실(310)과 기체혼합기(320)가 더 설치된다.
그리고, 상기 탈취기(330)는, 오존발생기(330a)와 고주파전원(330b)을 통한 오존발생기(330a)와 망간촉매층(330d)을 갖는 촉매연소기(330c)로서 이루어 진다.
한편 본발명은, 건조한 폐기물을 탄화실 내에서 300~800℃ 의 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 300~800℃ 를 유지한 채 그대로 1차 연소실로 보내어 연소하며, 1차 연소실의 열분해가스중 응축 분리한 고비점 미분해물은 탄화실로 되돌려보내 재차 열분해 기화하고, 1차 연소배출가스는 건조 및 가열실의 열원으로 이용하며, 1차 연소에서 남은 가연가스를 소형2차 연소실에서 고온 연소하고, 탈황, 집진후의 1차 배기가스와 혼합하여 애프터 버너로 교체하도록 하는 구성으로 이루어 진다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.
도3 내지 도6에서와 같이, 건조한 폐기물을 탄화실(150) 내에서 300~800℃의 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하고, 상기 탄화실(150)은, 그 내측에 모터(150a)로서 회전하는 교반기(150b)가 설치되어 폐기물을 교반하면서 균일하게 열분해 기화되도록 한다.
그리고, 상기 1차연소실(160)의 관로와 연결되는 내열송풍기(190)와 집진기(385)의 출구의 배기팬(380)을 사용하여 300~800℃ 인 채로 1차 연소실(160)에 보낸다.
바람직하게로는 400~500℃ 의 상태에서 탄화실의 열원용 소각로로 사용되는 1차 연소실에 이송할 수 있도록 이송중의 온도저하를 가미한 조건으로 열분해 기화한다.
계속하여, 상기 가연가스를 탄화실의 열원용 소각로로 사용되는 1차 연소실(160)에서 연소하고, 상기 탄화실(150)에서 배출되는 열분해 가스는분리기(170)를 통하여 열분해 가스가 응축 분리되면서 고비점 미분해물은 탄화실(150)의 내측에 되돌려 보내어 재차 열분해 기화된다.
이때, 상기 탄화실(150)의 온도를 유지하는 연료는, 액체연료 또는 고체연료를 추가 사용하고 열분해 기화한후 연소되며, 1차연소실(160)에서 배출되는 1차 연소배출가스는 건조,가열실의 열원으로 이용된다.
더하여, 상기와 같이 1차 연소실(160)에서 완전히 연소되지 않은 잉여의 가연가스를 후속의 소형 2차 연소실(310)에서 고온 연소하고, 상기 2차연소실(310)의 상부에 설치되는 스태틱 믹서 등의 혼합기(320)를 사용하여 1차 연소실(160) 또는 건조가열실에서 배출된 연소가스(탈황장치에서 탈황하고 집진기로 제진됨)와 혼합하고, 애프터 버너(백연방지)로 교체한다.
이때, 상기 1차 연소실(160)과 2차 연소실(310)의 용적비는 99.9 : 0.1 ~ 50 : 50, 특히 97 : 3 ~ 90 : 10 이 바람직 하다.
더하여, 상기 건조실(210)에서 배출되는 연소 배기가스가 망간을 사용하는 촉매가열식 탈취기(330)를 통과하면서 균등히 통과하고, 이때 탈취기(330)는 오존발생기(330a)와 망간촉매층(330d)에 의해 연소공기예열용 열교환기에 완전연소된 가스를 공급한다.
또한, 연소가스와 오존이 균일한 상태에서 취입되는 구조의 저온 촉매연소식 탈취기(230)를 건조실의 배기구에 설치하고, 실온 이상으로 산소이온을 발생시켜서 냄새 성분을 분해한다.
그리고, 폐기물 저장실 및 투입구에서 발생하는 냄새도 일괄 분해하고, 촉매에는 4산화 망간계를 오존 7ppm 이상 병용하는 조건으로 사용한다.
또한, 사산화 망간촉매로 냄새 성분을 산화분해하기 위해서는 공기만으로는 450℃ 이상 필요하지만 오존을 7ppm이상 병용하는 조건에서는 실온에서도 분해할수 있게 된다.
이에따라서, 망간촉매와 오존주입을 결합하여 그 상승효과로 저온, 저농도 오존의 조건에서도 효율적으로 다이옥신을 분해할수 있다.
그리고, 상기 촉매는 실온~650℃ 에서 처리하는 경우에는 4산화 망간계를, 600~800℃ 에서 처리하는 경우에는 멀라이트계를 사용한다.
더하여, 가연가스 및 다이옥신의 산화에 4산화 망간 단독의 조건에서는 450℃ 이상, 멀라이트계 단독의 조건에서는 800℃ 이상이 필요하므로, 각각 실온 이상, 550℃ 이상에서 활성화가 가능하도록 7ppm 이상의 오존을 첨가한다.
그리고, 상기 오존은 안전상 산소 또는 공기에 고압고주파전력을 인가하여 제작하는 방법이 바람직하다.
이상과 같이 1차 연소실의 후단 또는 건조가열실의 후단에 망간형의 촉매가열식 연소기를 설치하고, 오존을 병용하여 실온~1200℃ 에서 산소이온을 발생시켜 다이옥신을 분해, 완전 연소시킨다.
상기와 같은 조건을 갖는 탄화 가스 연소장치의 동작상태를 설명한다.
먼저, 상부에 연결되는 호퍼(210c)로서 건조실(210)의 내측에 가연성 폐기물이 투입되면 모터(210a)로서 구동되는 교반기(210b)에 의해 교반되면서 열분해 기화된다.
이때, 상기 건조실(210)의 일측에 탄화실(150)의 액체 또는 고체 연료후 배출되는 연소배기가스를 열원으로 하는 가열실(220)이 설치되어 투입되는 폐기물을 열분해 기화한다.
그리고, 상기 건조실(210)에서 배출되는 연소배기가스의 일부는 상부 일측에 설치되는 저온촉매연소식 탈취기(230)에 의해 그 냄새가 제거되며, 연소배기가스는 망간이 사용되는 촉매가열식 연소기(330)를 통하여 완전연소된다.
그리고, 상기 건조실(210)에서 1차 건조된 의료 폐기물은 탄화부(100)의 탄화실(150)에서 공급되어 그 내측에 투입되는 액체 또는 고체연료에 의해 300~800℃ 의 온도를 발생시켜 폐기물을 탄화 한다.
계속하여, 상기 탄화실(150) 역시 모터(150a)에 연결되는 교반기(150b)를 통하여 균일하게 열이 공급되어 미 탄화 되는 것을 최소화 하고, 탄화후 배출되는 열분해 가스는 응축분리하는 분리기(170)로서 응축분리되며, 상기 분리기(170)에 의해 응축 분리되는 가스를 탄화실(150)의 열원으로 재사용하거나 탄화실(150)의 열원용으로 사용되는 1차연소실(160)에 내열송풍기(190)를 통하여 압송토록 되고, 그 일부는 2차연소실(310)의 열원으로 사용된다.
또한, 상기 1차연소실(160)에는 연소배기가스가 예열되도록 설치되는 열교환기(340)를 통과한 배기가스가 예열되어 공급토록 되고, 상기 탄화실(150)에서 배출되는 연소배기가스는 가열실(220)의 열원으로 사용된다.
그리고, 상기 건조실(210)에 배출되는 연소배기가스는 먼저 오존이 방출되는 촉매가열식 연소기(330)를 통과하면서 공해물질이 필터링되고, 열원을 포함하는 폐기스중의 열을 열교환기(340)를 통과하면서 열교환토록 한다.
계속하여, 상기 열교환기(340)를 통과한 가스는 탈황설비(390)를 통과하면서 황성분이 제거되고, 연소가스 배기팬(380)의 강제 흡입동작에 의해 집진기(385)에서 집진토록 된다.
그리고, 상기 집진기(385)를 통과한 배기가스를 이용하도록 2차연소실(310)과 기체혼합기(320)가 더 설치되어 유해물질이 포함되지 않는 배기가스를 최종 방출하는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 탄화소각 설비의 다이옥신발생을 억제하도록 하고, 열분해 잔사를 탄화하여 탄산가스의 발생을 억제한다.
또한, 여러 가지의 재료가 혼재하는 가연성 폐기물(음식물 쓰레기, 타이어, 유기슬러지 등을 포함)을 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하도록 하고, 잔사를 탄화하는 탄화설비를 저렴하게 건설함은 물론 냄새와 다이옥신의 발생을 억제하는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.
Claims (8)
- 가연성 폐기물을 투입토록 상부에 호퍼(210c)가 연결되는 건조실(210)의 내측에 모터(210a)로서 구동되는 교반기(210b)가 설치되고, 상부 일측에 저온촉매연소식 탈취기(230)가 연결되며, 상기 건조실(210)의 일측에 가열실(220)이 연결되는 건조부(200);모터(150a)에 의해 구동하는 교반기(150b)가 설치되는 탄화실(150)과 그 일측에 설치되는 1차연소실(160)로 구성되며, 상기 탄화부(100)의 일측에 탄화실(150)에서 발생되는 열분해 가스를 응축분리토록 분리기(170)가 설치되고, 분리기의 가스를 1차연소실(160)에 공급토록 내열송풍기(190)가 연결되는 탄화부(100); 및,연소배기가스의 배출경로상에 연소공기의 예열에 사용되는 열교환기(340) 및 집진기(385)가 설치되고, 상기 연소배기가스를 배출토록 배기팬(380)이 설치되는 필터링부(300)를 포함하는 구성으로 이루어진 탄화 가스 연소장치.
- 제1항에 있어서, 상기 건조실(210)를 통과하는 배출가스를 필터링하도록 설치되는 필터링부(300)는, 배출되는 연소배기가스중의 냄새를 망간을 사용한 촉매가열방식에 의해 탈취하는 촉매가열식 탈취기(330)가 더 구비되면서 탈황설비(390)가 추가되고, 집진기(385)를 통과한 배기가스를 이용하도록 2차연소실(310)과 기체혼합기(320)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치.
- 제2항에 있어서, 상기 탈취기(330)는, 오존발생기(330a)와 고주파전원(330b)을 통한 오존발생기(330a)와 망간촉매층(330d)을 갖는 촉매연소기(330c)로서 이루어 지는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치.
- 건조한 폐기물을 탄화실 내에서 300~800℃의 연소되지 않는 분위기에서 열분해 기화하는 단계;열분해 되는 가스를 300~800℃를 유지하면서 1차 연소실로 보내어 연소하는 단계;1차 연소실의 열분해가스중 응축 분리한 고비점 미분해물은 탄화실로 되돌려보내 재차 열분해 기화하는 단계;1차 연소실의 배출가스를 건조가열실과 연소배기가스를 연소하는 소형2차 연소실의 열원으로 공급하는 단계로서 이루어 지는 탄화 가스 연소장치의 연소방법.
- 제4항에 있어서, 상기 1차 연소실에서 완전 연소되지 않았던 가연가스를 탄화실에 연결되는 후속의 2차 연소실에서 고온 연소하고, 1차 연소실 또는 건조가열실에서 배출된 연소배출가스와 혼합하여 애프터 버너기능을 부여하고, 1차 연소실과 2차 연소실의 용적비가 99.9:0.1~50:50 이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치의 연소방법.
- 제4항에 있어서, 상기 탄화실에 연결되는 연소배기가스의 경로에는, 실온~650℃ 에서 처리하는 경우에는 4산화 망간계 촉매, 600~800℃에서 처리하는 경우에는 멀라이트계 촉매가 사용되고, 실온~550℃ 이상에서 활성화가 가능토록 망간에 7ppm 이상의 오존이 첨가되는 촉매가 각각 투입되는 촉매가열식 탈취기에 의해 완전연소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치의 연소방법.
- 제4항에 있어서, 상기 건조가열실의 배기구에 부가되는 촉매가열식 연소기에 4산화 망간촉매와 7ppm이상의 오존을 병용하여 폐가스에 포함되는 냄새의 실온분해가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치의 연소방법.
- 제4항에 있어서, 상기 탈황장치에 입상 석회석등 고형 입상의 SOx 흡수제를 사용한 유동조를 이용하여 폐수가 나오지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 탄화 가스 연소장치의 연소방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR100976770B1 (ko) * | 2010-03-17 | 2010-08-18 | 황창성 | 마이크로웨이브를 이용한 가연성 방사성 폐기물 처리장치 |
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2003
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