KR20050086627A - 유동층 기화로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연성 물질을 기화시키고, 생성된 가스 및 숯을 슬래깅 연소 노로 전달하고, 가스 및 숯을 고온에서 연소시키고 재를 슬래깅 연소 노에 용융시키기 위한 기화 및 슬래깅 연소 시스템내의 유동층 기화로에 관한 것이다. 유동층 기화로는, 가연성 물질이 유동성 매체의 순환 흐름내에서 기화되는 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층(11) 및 유동성 매체 및 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질을 배출시키기 위하여 유동층의 적어도 한쪽에 형성된 1이상의 불연성 물질 배출부(18)를 포함한다.

Description

유동층 기화로{FLUIDIZED-BED GASIFICATION FURNACE}

본 발명은 지방 자치체 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스 등등을 포함하는 가연성 물질들을 기화시키고 생성된 가스 및 숯(고체 탄소)을 슬래깅 연소 노로 전달하고, 가스와 숯을 고온에서 연소시키고 슬래깅 연소 노에 재를 용융(melting)시키는 기화 및 슬래깅 연소 시스템내의 유동층(fluidized-bed) 기화로에 관한 것이다.

최근 수년간, 유동층 기화로내의 환원 대기에서 지방 자치체 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스 또는 병원 폐기물과 같은 폐기물을 기화(열분해)시키고, 기화에 의해 생성된 가스, 숯 및 재를 슬래깅 연소 노로 도입하고, 가스 및 숯을 고온에서 연소시키고 재를 슬래깅 연소 노에 용융시키는 공정이 채택되었다.

한가지 종래의 유동층 기화로가 예를 들어, 일본 특허 공보 제 2-147692호에 개시되어 있다. 이러한 특허 공보에 개시된 유동층 기화로에서, 노 바닥부로부터 분출되는 기화제(gasifying agent)에 상이한 질량 속도를 제공함으로써 유동성 매체의 순환 흐름이 유동층내에 생성되어, 유동층내에 석탄으로부터 생성되는 상당히 작은 입자의 숯이라도 기화시킨다. 그러나, 이러한 기화로는 기화로의 연이은 스테이지에 슬래깅 연소 노를 제공하리라 기대되지 않기 때문에, 개시된 유동층 기화로는 숯이 기화로로부터 분산되는 것을 방지하기 위한 디자인에 중점을 둔다.

유동층 기화 및 슬래깅 연소 시스템은 제1스테이지에 기화로를 포함하고, 연이은 스테이지에 슬래깅 연소 노를 포함하는 2개의 노 구조로 이루어진다. 유동층 기화 및 슬래깅 연소 시스템에서, 기화로는 가연성 물질의 미세한 입자 및 재를 생성하고, 이를 고온 상태(high heating value state)에서 슬래깅 연소 노로 전달하는 역할을 한다. 또한, 기화로는 처리될 물질의 양 및 질적인 변동(fluctuation)을 흡수하고, 생성된 가스의 질 및 양적인 변동을 평준화시키고, 생성된 가스를 연이은 스테이지로 전달하는 버퍼링 기능을 가지는 것이 바람직하다. 상세하게는, 유동층 기화로에서, 폐기물과 같은 물질의 기화가 안정적으로 유지되어야 한다.

또 다른 유동층 기화로는 본 출원자에 의해 출원된 선 특허 출원인 일본 특허 공보 제 7-332614호에 개시되어 있다. 이러한 특허 공보에 개시된 유동층 기화로에 따르면, 유동층의 온도가 비교적 낮기 때문에, 열분해 가스 및 열분해 잔재가 안정적으로 소용돌이식 슬래깅 연소 노에 공급되어, 매우 안정적인 연소 조건이 소용돌이식 슬래깅 연소 노에 성립된다. 따라서, 소용돌이식 슬래깅 연소 노의 온도가 재를 슬래깅하는데 필요한 최소 온도 수준으로 안정적으로 유지될 수 있다. 이러한 이유로, 슬래그가 슬래깅 연소 노로부터 안정적으로 배출되고, 슬래그의 안정적인 특성으로 인해 무거운 금속들이 추출되는 것이 충분히 방지된다. 또한, 소용돌이식 슬래깅 연소 노에서 이상 고온을 경험하지 않기 때문에, 소용돌이식 슬래깅 연소 노의 내화성 재료의 수명을 연장할 수 있다.

또한, 폐기물 물질이 다량의 열에 의해 스스로 열적으로 용융되기 때문에 노 및 전체 시스템이 간결하게 만들어지고, 폐기물 물질을 연소시키는데 필요한 충전된 가스의 총량이 감소된다(소위 저-공기-비 연소(low-air-ratio combustion)). 따라서, 기화 및 슬래깅 연소 시스템내의 유동층 기화로는 기화 및 슬래깅 연소 시스템이 개발되기 전에 소각로로 사용되던 유동층 노와 기술적인 개념상 완전히 상이하다.

유동층 기화로내의 부분적인 연소의 비율이 감소되고, 유동층의 온도가 낮아지면, 유동성 매체내의 숯의 농도가 반드시 증가한다. 숯이 불연성 물질과 함께 시스템의 외부로 배출되는 경우에, 열 손실이 발생한다. 따라서, 유동층 기화로로부터 숯이 배출되는 것을 방지하는 것이 중요하다. 숯이 배출되는 것을 방지하기 위하여, 유동층내의 유동성 매체의 활발한 유동성으로 인하여 불연성 물질로부터 숯을 효과적으로 분리할 필요가 있다. 따라서, 원형 수평 단면을 가지는 종래의 유동층 기화로는 불연성 물질(유동성 매체) 및 숯을 서로 효과적으로 분리할 수 있어야만 한다.

순환식 유동층 노는 열을 확산시키고 열이 부분적으로 유지되는 것을 방지하기 위하여 유동층내에서 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하는데 매우 효과적이다. 기존의 버블링(bubbling) 유동층 노는 유동성 매체의 확산력(diffusion force)이 측방향으로 약하기 때문에, 처리될 물질이 충전되는 지역의 온도(열 밀도; heat density)가 증가하고, 처리될 물질이 충분히 확산되지 않은 지역의 열 밀도가 감소하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점들을 해결하여 유동층 노를 간결하게 만드는 것이다. 상세하게는, 유동성 매체의 순환 흐름이 전체 유동층내의 온도를 균일화하고 유동층내에서 열이 국부화되는 것을 방지하도록 형성된다. 따라서, 국부적인 고온 지역에 형성된 클링커로 인하여 비정상 상태의 유동성이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상술된 일본 특허 공보 제 7-332614호에 개시된 유동층 기화로가 예로서 기술되었지만, 기화 및 슬래깅 연소 시스템의 유동층 기화로에, 경사진 노 바닥부, 디플렉터라 일컬어지는 반사벽 및 노 바닥부로부터 상이한 속도의 유동성 가스를 조성하기 위한 기술이 유동성 매체의 순환 흐름을 생성하기 위해 적절히 결합된다.

유동화 매체의 순환 흐름을 형성하기 위하여 이들 요소들(또는 인자들)의 이러한 "적절한 조합"을 이용하는 것이 상술된 일본 특허 공보 제 2-147692호에는 개시되어 있지 않다. 숯이 불연성 물질 배출 디바이스로부터 불연성 물질과 함께 배출되는 경우에, 노내의 가스가 불연성 물질 배출 슈트내에서 충분히 밀봉되지 않을 수 있으며, 불연성 물질과 함께 배출되는 숯이 불연성 물질 배출 슈트내에서 연소되어, 클링커를 생성할 수 있다.

유동성 매체의 순환 흐름을 형성하기 위하여, 새로운 기화로는, 유동성 매체를 유동화시키는데 필요한 최소 속도(단위 최소 유동화 속도; Umf)로 매번 유동성 가스를 노 바닥부로부터 유동층 기화로로 도입함으로써 유동층 기화로내에 비정상 상태의 유동성을 발생시키지 않는 요구를 충족시켜야 한다.

기화 및 슬래깅 연소 시스템은 다량의 폐기물 물질을 처리하는데 필요하다. 소각 시설의 소각로의 층(bed)의 부하 값(화로의 단위 면적[m²]당 단위 시간[h]에 처리될 수 있는 물질의 무게[kg])은 대략 400 내지 500 kg/m²·h 범위이다. 한편, 기화로의 층의 부하 값은 대략 900 내지 1200 kg/m²·h 이고, 따라서, 소각로의 화로에 부과된 부하보다 훨씬 더 크다. 폐기물 물질은 고가의 금속, 유리, 더블리 등등과 같은 다양한 불연성 물질을 포함할 수 있다. 폐기물 물질이 이들 불연성 물질을 포함하는 경우에, 유동층내의 불연성 물질의 총량은 충전된 폐기물 물질의 양에 비례하여 종래의 소각로보다 반드시 더 커지고, 기화되지 않은 불연성 물질이 유동층내에 축적된다. 따라서, 유동성 매체내의 불연성 물질의 농도가 비교적 높아지는 경향이 있다.

유동성 매체내의 불연성 물질의 농도가 높아짐에 따라, 비정상 상태의 유동화가 발생할 가능성이 더 커진다. 따라서, 기화 및 슬래깅 연소 시스템을 정상적으로 작동시키기 위해 유동층으로부터 불연성 물질을 원활하게 배출시키는 문제가 매우 중요하다. 그러나, 수평 단면이 원형인 화로를 가지는 기화로는 상기 문제에 대하여 불리한 것으로 알려져 있다.

또한, 기화 및 슬래깅 연소 시스템에서, 이것은 유동층 노에 음압을 유지하고 유동층 노의 외부로 가스 성분(미연소 가스)이 누출되는 것을 방지하기 위해 필요한 절대 조건이다. 따라서, 유동층 노의 밀봉을 보장하기 위하여 모든 가능한 조치가 취해져야 하며, 새로운 기화로는 이러한 요건을 충족시켜야 한다.

도 1A 및 도 1B는 종래의 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면으로서, 도 1A는 수직 단면도, 도 1B는 도 1A의 IB-IB 라인을 따라 취해진 단면도;

도 2는 도 1A에 도시된 화로 지역의 확대도;

도 3은 도 2의 III-III 라인을 따라 취해진 단면도;

도 4A 내지 도 4C는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면으로서, 도 4A는 수직 단면도, 도 4B는 수평 단면도, 도 4C는 도 4A의 A부분의 확대도;

도 5는 도 4A의 V-V라인을 따라 취해진 단면도;

도 6은 도 5의 VI-VI라인을 따라 취해진 단면도;

도 7은 도 5의 VII-VII라인을 따라 취해진 단면도;

도 8A 및 도 8B는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면으로서, 도 8A는 수직 단면도, 도 8B는 수평 단면도;

도 9A 및 도 9B는 종래의 유동층 기화로와 본 발명에 따른 유동층 기화로의 기능을 비교하는 도면;

도 10은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 노 단면의 수평 단면도;

도 11은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 변형된 노 단면의 수평 단면도;

도 12는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 변형된 노 단면의 수평 단면도;

도 13은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 변형된 노 단면의 수평 단면도;

도 14A 및 도 14B는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면으로서, 도 14A는 수평 단면도, 도 14B는 수직 단면도;

도 15A 및 도 15B는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면으로서, 도 15A는 수평 단면도, 도 15B는 수직 단면도;

도 16A는 도 16B의 XVIA-XVIA 라인을 따라 취해진 (도 5의 VI-VI 라인을 따라 취해진 단면에 대응하는)단면도, 도 16B는 도 16A의 XVIB-XVIB 라인을 따라 취해진 단면도;

도 17은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 수직 단면도;

도 18은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 외관을 나타내는 사시도;

도 19는 도 18의 XIX-XIX 라인을 따라 취해진 단면도;

도 20은 도 18의 XX-XX 라인을 따라 취해진 단면도;

도 21은 도 18의 XXI-XXI 라인을 따라 취해진 단면도;

도 22는 본 발명에 따른 유동층 기화로를 구비한 기화 장치의 배열을 나타내는 개략도;

도 23은 본 발명에 따른 유동층 기화로를 포함하는 기화 및 슬래깅 연소 시스템의 배열을 나타내는 개략도;

도 24는 본 발명에 따른 유동층 기화로를 포함하는 기화 및 개량 장치(gasifying and reforming apparatus)의 배열을 나타내는 개략도;

도 25는 본 발명에 따른 모듈식 유동층 기화로의 구조를 나타내는 수평 단면도;

도 26은 본 발명에 따른 모듈식 유동층 기화로의 구조를 나타내는 수평 단면도;

도 27은 위에서 비스듬하게 본, 본 발명에 따른 모듈식 유동층 기화로의 사시도;

도 28은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 수직 단면도;

도 29는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 수직 단면도;

도 30은 도 28의 XXX-XXX 라인을 따라 취해진 단면도;

도 31은 위에서 비스듬하게 본, 본 발명에 따른 유동층 기화로의 사시도;

도 32A 내지 도 32D는 노의 중심으로부터 유동층 기화로의 불연성 물질 배출 포트까지의 질량 속도 분포의 예를 나타내는 다이어그램.

본 발명은 상기 단점을 고려하여 만들어졌다. 본 발명의 목적은 기화 공정을 안정적으로 계속할 수 있고, 유동층에서 숯과 유동성 매체를 효과적으로 분류하고 숯을 미세한 입자로 전환하고, 미세한 입자의 숯을 슬래깅 연소 노로 공급하고, 숯이 불연성 물질 배출 통로로 도입되는 것을 방지하고, 불연성 물질을 포함하는 유동성 매체가 괴이지 않고 유동층으로부터 불연성 물질 배출 통로를 통해 불연성 물질 배출 장치로 원활하게 흐르게 하는 유동층 기화로를 제공하고, 불연성 물질 배출 통로에 대하여 탁월한 밀봉 능력을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 기능을 유지하면서 화로의 크기를 확대시킬 수 있는 유동층 기화로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,

실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지고, 유동층내에 유동성 매체의 순환 흐름이 형성되고 가스와 숯을 생성하기 위하여 유동성 매체의 순환 흐름에서 기화되는 유동층에 공급된 가연성 물질을 구비한 유동층; 및 유동성 매체와 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질을 배출하기 위하여 유동층의 적어도 한쪽에 형성되고, 유동층의 하단부에 배치되는 1이상의 불연성 물질 배출부를 포함하는, 가연성 물질을 기화시키기 위한 유동층 기화로가 제공된다.

상기 배열에 따르면, 유동층이 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지고, 유동층이 유동성 매체의 하강하는 흐름(하강하는 유동층) 및 유동성 매체의 상승하는 흐름(상승하는 유동층)을 구비한 유동성 매체의 순환 흐름을 가지기 때문에, 상승하는 유동층에 대응하는 화로의 폭이 종래의 원통형 유동층 기화로와 달리, 하강하는 유동층에 대응하는 화로의 폭에 비해 좁지 않다. 따라서, 유동층내의 유동성 매체의 이동 거리가 길어질 수 있다. 따라서, 숯이 미세한 입자로 충분히 변화되고, 숯과 불연성 물질이 효과적으로 분류될 수 있다. 이에 따라, 숯이 불연성 물질 배출부로 들어가는 것이 방지된다.

유동층의 한쪽(또는 한 쌍의 대향 측면)에 불연성 물질 배출부(또는 부분들)을 형성함으로써 불연성 물질 배출부(또는 부분들)의 면적(또는 면적들)을 증가시킬 수 있기 때문에, 불연성 물질을 배출시키기 위해 유동성 매체가 빼내지는 속도가 감소될 수 있어, 숯이 노에서 배출된 불연성 물질과 혼합되는 것을 억제할 수 있다.

유동성 매체 및 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질을 배출하기 위한 불연성 물질 배출부들이 유동성 매체의 순환 흐름 아래에 연속적으로 제공되기 때문에, 종래의 원통형 유동층 기화로와 달리, 불연성 물질 배출부들 사이의 부분이 유동성 매체의 하향 이동을 방해하지 않고, 유동층내의 유동성 매체가 불연성 물질 배출부로 원활하게 아래쪽으로 이동한다. 유동성 매체의 순환 흐름이 확산되지 않기 때문에, 불연성 물질은 하강하는 유동층으로부터 상승하는 유동층으로 원활하게 이동한다.

유동층의 수평 단면이 실질적으로 직사각형 또는 모듈화될 수 있는 형상을 가지기 때문에, 화로의 면적 넓이에 관계없이 기화로의 기능을 유지하면서 화로의 크기를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 1이상의 불연성 물질 배출부는 유동층의 한 쌍의 대향 측면에 2개의 불연성 물질 배출부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 유동층은 수평 단면이 실질적으로 직사각형 내면을 가지는 노벽으로 둘러싸인다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 불연성 물질 배출부는 유동층의 중심부 아래에 제공된다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 유동층의 위에 위치된 프리보드는 실질적으로 원형 수평 단면을 가진다.

기화로의 프리보드는 열분해 가스, 숯 및 재를 분리하는 기능을 가지고, 유동층으로부터 위쪽으로 뿜어지고 연이은 스테이지에서 슬래깅 연소 노로 열분해 가스, 숯 및 재를 전달하는 유동성 매체를 가진다. 따라서, 프리보드는 흐름 속도를 사전 설정된 범위로 설정하기 위한 단면적을 가지고, 유동성 매체가 분산되는 것을 방지하기 위하여 충분한 높이를 가질 필요가 있다. 따라서, 기화로의 프리보드는 어떤 크기를 가질 필요가 있고, 프리보드가 사용되는 온도 범위 때문에, 그 내면이 내화성 재료로 만들어진다. 프리보드의 공간(space free of content)이 구조적 강도를 가지도록 하기 위하여, 프리보드가 실질적으로 원형 수평 단면을 가져야 한다. 실질적인 원형 수평 단면으로 인하여, 프리보드에 필요한 보강 부재가 크게 감소될 수 있다. 프리보드가 직사각형 수평 단면을 가지는 경우에, 내화성 재료의 열팽창으로 인해 프리보드의 코너상에 응력이 집중하는 경향이 있어, 내화성 재료가 손상되거나 벽면으로부터 돌출하게 된다. 그러나, 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 프리보드는 내화성 재료의 수명을 크게 연장시키고 내화성 재료를 보수하기 위한 비용도 크게 감소시킨다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하는 장치는 불연성 물질 배출부를 향해 경사진 유동층 바닥부 및 경사진 유동층 바닥부로부터 실질적으로 상이한 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 공급하기 위한 유동성 가스 공급 장치로 이루어진다.

상술된 바와 같이, 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하는 장치는 불연성 물질 배출부를 향해 경사진 유동층 바닥부 및 큰 질량 속도를 가지는 유동성 가스 및 작은 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 경사진 유동층 바닥부로부터 분출시키기 위한 유동성 가스 공급 장치를 가진다. 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하는 장치는 또한 디플렉터를 가진다. 따라서, 유동성 매체 및 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질에는 경사진 유동층 바닥부로 인해 불연성 물질 배출부를 향해 아래쪽으로 유동층내에서 이동하도록 힘이 가해져서, 불연성 물질 배출부를 향해 원활하게 지향될 수 있다.

유동성 매체의 순환 흐름을 형성하면, 유동층 기화로는 가연성 물질 및 가연성 물질에 포함된 재를 미세한 입자로 전환시키고, 다량의 열을 가지는 미세한 입자를 유동층 기화로의 연이은 스테이지에 배치된 슬래깅 연소 노로 전달한다. 작은 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 공급하는 유동성 가스 공급 장치는 느리게 하강하는 유동층을 형성할 수 있고, 큰 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 공급하는 유동성 가스 공급 장치는 활발하게 상승하는 유동층을 형성할 수 있다. 따라서, 공급된 가연성 물질이 느리게 하강하는 유동층에 의해 흡수되고, 공급된 가연성 물질이 느리게 기화될 수 있다. 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하면, 전체 유동성 매체의 온도가 균일화되고, 유동층에서 열이 국부화되는 것이 방지된다. 따라서, 국부적인 고온 지역에 형성된 클링커로 인해 비정상 상태의 유동성이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 유동층 바닥부는 불연성 물질 배출부를 향해 기울어지고, 불연성 물질 배출부에 연결된 끝단부를 가지고, 상기 끝단부는 45°이상으로 기울어지고, 유동성 가스는 상기 끝단부로부터 뿜어진다.

실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동성 매체에서, 가연성 물질은 유동성 매체의 순환 흐름에 의해 경사진 노 바닥부를 따라 유동성 매체와 함께 불연성 물질 배출부로 안내된다. 유동성 매체가 불연성 물질 배출부에 고정 층으로 존재하기 때문에, 불연성 물질이 노 바닥부에서 불연성 물질 배출부에 연결되는 끝단부들에 퇴적될 수 있다. 본 발명에 따르면, 불연성 물질 배출부에 연결된 끝단부가 45°이상으로 샤프하게 경사지고, 유동성 가스가 경사진 끝단부로부터 공급되기 때문에, 유동화된 유동성 매체가 샤프하게 경사진 끝단부를 따라 이동하여, 불연성 물질이 괴어거나 퇴적되지 않고 배출된다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 유동층 기화로는 또한 :

실질적으로 수직으로 배치되고 불연성 물질 배출부와 연통하는 고정 길이의 수직 슈트; 및 유동층 기화로로부터 불연성 물질을 배출하기 위한 불연성 물질 배출 장치를 포함하며, 상기 불연성 물질 배출 장치는 수직 슈트와 연통하도록 수직 슈트 아래에 제공된다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 불연성 물질 배출 장치는 불연성 물질을 수평하게 배출시킨다.

상술된 바와 같이, 고정 길이의 수직 슈트는, 불연성 물질이 수직 슈트내에 괴이지 않고 원활하게 배출되도록 불연성 물질 배출부와 연통하도록 실질적으로 수직으로 배치된다. 수직 슈트는 유동성 매체로 조밀하게 채워지고, 이는 미연소 가스 및 유동성 가스가 불연성 물질 배출 통로로 누출되는 것을 방지하는 재료 밀봉 작용을 제공한다. 불연성 물질 배출 통로로 아래쪽으로 이동하는 숯과 같은 미연소 성분이 연소되는 것을 방지하여 클링커를 생성하지 않는다.

경사진 슈트는 약한 재료 밀봉을 제공하고 불연성 물질이 괴이는 경향이 있다. 이러한 경사진 슈트가 제거되기 때문에, 밀봉 능력을 저하시키지 않으면서 불연성 물질의 배출 능력이 증가될 수 있다. 수직 슈트 및 수직 슈트와 결합하는 불연성 물질 배출 장치는 구조가 간단하고 설치가 용이하다. 불연성 물질 배출 슈트의 밀봉 능력을 유지하기 위하여, 슈트의 수직 지역이 대략 2m의 길이를 가지는 것이 적절하다.

상세하게는, 유동층의 수평 단면이 실질적으로 직사각형이고, 고정 길이의 수직 슈트(예를 들어, 단일 슈트)가 불연성 물질 배출부와 연통하여 실질적으로 수직으로 배치된다. 4개의 불연성 물질 배출 슈트를 결합시키기 위해 이전에는 없어서는 안되는 어떤 특별한 디바이스(컨베이어 또는 경사진 슈트)가 필요하지 않기 때문에, 불연성 물질이 슈트내에 괴일 위험이 없고 보다 신뢰성있게 배출될 수 있다.

노 아래의 시스템의 높이(under-furnace height)가 종래의 시스템보다 낮은 경우에도 재료 밀봉이 유지될 수 있다. 따라서, 다양한 디바이스의 시스템의 레이아웃에 문제를 일으키는 전체 시스템의 높이 즉, 가연성 물질 공급 다바이스의 높이가 전체적으로 감소할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층; 및 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 프리보드를 포함하는 가연성 물질을 기화시키는 유동층 기화로가 제공되고, 유동성 매체의 순환 흐름은 유동층내에 형성되고, 유동층에 공급되는 가연성 물질이 기화되어 가스 및 숯을 생성한다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

상술된 여하한의 유동층 기화로들; 및 유동층 기화로에서 생성된 가스 및 숯을 연소시키고 재를 용융시키기 위한 슬래깅 연소 노를 포함하는 유동층 기화 및 슬래깅 연소 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 유동층 기화로가 도면을 참조하여 상세히 후술된다. 본 발명의 실시예들은 종래의 장치와 비교하여 기술된다.

도 1A 내지 도 3은 종래의 기화 및 슬래깅 연소 시스템에 사용된 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 1A는 수직 단면도이고, 도 1B는 도 1A의 IB-IB라인을 따라 취해진 단면도이다. 도 2는 도 1A에 도시된 화로 부분(hearth region)의 확대도이고, 도 3은 도 2의 III-III라인을 따라 취해진 단면도이다.

도 1A 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 유동층 기화로(10)는 그 하부에 유동층(11)를 가지며, 여기서 실리카 샌드와 같은 유동성 매체는 유동층 기화로(10)의 바닥부로부터 도입된(즉, 내뿜어진) 유동성 가스에 의해 유동화된다. 유동층(11)에서, 유동성 매체의 순환 흐름은 노 바닥부를 향해 표면으로부터 아래쪽으로 이동하는 하강 유동층(11d), 표면을 향해 노에서부터 위쪽으로 이동하는 상향 유동층(11u) 및 노의 중심부를 향해 이동하는 표면층 흐름(11s1, 11s2)에 의해 형성된다.

가연성 물질(14)이 가연성 물질 공급 포트(13)로부터 유동층(11)으로 공급되고, 환원 대기(reducing atmosphere)하에서 유동층(11)에서 기화된다. 기화에 의해 생성된 가스 및 숯이 유동층(11)을 통해 상승하고 프리보드(freeboard; 15)를 통과하고, 가스 유출구(16)를 통해 슬래깅 연소 노(연소 용융 노; 도시되지 않음)로 도입된다. 가연성 물질(14)에 포함된 금속과 같은 불연성 물질(비가연성 물질)은 유동성 매체를 수반하고 유동층(11) 아래에 제공된 불연성 물질 배출부(18) 및 슈트(Sh)를 통하여 유동성 매체와 함께 하강한 다음, 유동층 기화로(10)의 외측으로 배출된다.

도 1B에 도시된 바와 같이, 유동층(11)과 연통하는 4개의 불연성 물질 배출부(18)가 유동층(11) 아래에 유동층(11) 주위에 제공된다. 가연성 물질(14)이 원형 수평 섹션을 가지는 유동층(11)의 중심부에 공급되고, 유동성 매체가 가연성 물질(14)을 흡수하면서 기화로(10)의 바닥부를 향해 하강한다. 그런 다음, 유동성 매체가 노의 바닥부에 도달하고, 원형 유동층(11)에서 반경 방향 바깥쪽으로 가연성 물질(14)과 함께 확산한다. 가연성 물질(14)은 유동성 매체에서 열분해되고, 가연성 물질(14)에 포함된 불연성 물질이 유동성 매체를 수반하고, 원형 노 바닥부의 외주에서 개방되는 불연성 물질 배출부(18)의 유입부로 안내된다. 원형 노 바닥부는 노 바닥부의 중심부가 노 바닥부의 외주부보다 높아지도록 원뿔형상으로 기울어진다. 대부분의 유동성 매체는 원형 노의 외주부에서 상승하고, 원형 노의 중심부로 이동한다. 따라서, 인접한 불연성 물질 배출부들(18 및 18) 사이에 형성된 공간(19)이 데드 스페이스가 되어, 불연성 물질이 데드 스페이스에 축적되고, 데드 스페이스에 걸쳐 유동성 매체가 괴이거나 유동화매체의 하강 속도가 느려진다.

또한, 유동성 매체의 순환 흐름이 확산되기 쉽고, 순환 흐름내에서 불연성 물질이 원활하게 이동하기 어렵다. 유동성 매체가 노 바닥부의 중심부로부터 외주부로 확산되면, 유동성 매체를 균일하게 확산하기 어렵다. 따라서, 노 바닥부의 중심부로부터 외주부로 이동하는 유동성 매체의 이동 속도가 낮은 지역에 불연성 물질이 퇴적되는 경향이 있어, 유동층 기화로(10)의 작동이 방해된다.

소위 "재료 밀봉"으로 4개의 불연성 물질 배출부(18)를 밀봉하는 것이 일반적이었다. 불연성 물질 배출부(18)가 충분히 밀봉되지 않는 경우에, 가스가 불연성 물질 배출부로부터 누출되기 쉽다. 불연성 물질 배출부(18)의 밀봉 능력을 보장하기 위하여, 불연성 물질 배출부(18)가 주어진 수직 높이를 가져야 하고, (다양한 디바이스를 포함하는) 전체 노가 충분한 높이를 가질 필요가 있어, 다양한 디바이스들의 레이아웃에 큰 제한이 발생한다. 특히, 도 1A에 도시된 경사진 슈트(Sh)가 채택되는 경우에, 충분한 밀봉 효과가 달성되지 않고, 불연성 물질이 경사진 슈트(Sh)내에 괴어있게 된다.

순환 흐름 유동층은, 유동성 매체를 활발하게 상승시키는 유동층 및 유동성 매체를 하강시키는 유동층이 상이한 상태로 개별적인 유동성 가스를 공급하여 발생되고, 활발하게 상승하는 유동층에 발생하는 유동성 매체가 하강하는 유동층에 도달하고, 노 바닥부로 하강하는 하강하는 유동층이 확산되고, 활발하게 상승하는 유동층이 노 바닥부 위에 발생되는 지역에 도달하도록 형성된다. 이에 따라 형성된 순환 흐름 유동층에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 원활한 순환 흐름이 형성되어야 하기 때문에, 하강하는 유동층을 형성하기 위해 배치되는 유동성 가스 공급 디바이스의 면적(δT) 및 활발하게 상승하는 유동층을 형성하기 위해 배치되는 유동성 가스 공급 디바이스의 면적(δS)이 일정한 비율로 유지되어야 할 필요가 있다. 예를 들어, 상승하는 유동층 지역 및 하강하는 유동층 지역이 서로 동일한 면적으로 가져야 하는 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 이들 지역들간의 경계(h)가 단면에 표시된 바와 같이, 중심(O)으로부터 대략 0.7r 위치에 위치된다.

도 4A 내지 도 7은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 4A는 수직 단면도이고, 도 4B는 도 4A를 위에서 수평 단면도이고, 도 4C는 도 4A에 도시된 부분(A)의 확대도이다. 도 5는 도 4A의 V-V라인을 따라 취해진 단면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI라인을 따라 취해진 단면도이고, 도 7은 도 5의 VII-VII라인을 따라 취해진 단면도이다.

지방 자치체 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스 폐기물, 병원 폐기물과 같은 가연성 물질(14) 및 폐타이어 또는 슈레더 더스트(shredder dust)와 같은 자동차 폐기물이 가연성 물질 공급 포트(13)로부터 유동층 기화로(10)의 유동층(11)으로 공급된다. 가연성 물질(14)은 기화되어 환원 대기하에서 유동층(11)에 가스 및 숯을 생성하고, 생성된 가스(17)는 유동층(11)을 통해 상승하고 프리보드(15)를 통과한 다음, 가스 유출구(도시되지 않음)를 통하여 슬래깅 연소 노(도시되지 않음)로 도입된다. 가연성 물질(14)에 포함된 금속과 같은 불연성 물질은 상승하는 유동성 매체를 수반하고, 유동층(11) 아래에 제공된 불연성 물질 배출부(18)를 통해 아래쪽으로 이동된 다음, 도 1A 및 도1B에 도시된 유동층 기화로와 동일한 방식으로 노에서 배출된다.

유동층 기화로(10)에 형성된 유동층(11)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 수평 단면내에 직사각형 내면을 가지는 노벽(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 형성된 직사각형 수평 단면을 가진다. 유동층(11)과 연통하는 불연성 물질 배출부(18)는 유동층(11)의 측면들에 마주하여 배치된 한 쌍의 노벽들(10a 및 10b)의 하부에 제공된다.

유동성 매체는 기화로에 공급된 가연성 물질(14)을 흡수하고 하강하는 유동층(11d)을 수반하면서, 기화로(10)의 노 바닥부를 향해 하강한다. 유동성 매체가 노 바닥부에 도달한 후에, 유동성 매체는 대향하는 노벽(10a 및 10b)의 방향으로 확산된다. 가연성 물질(14)은 유동성 매체에서 열분해되고, 가연성 물질(14)에 포함된 불연성 물질은 유동성 매체를 수반하고, 노벽(10a 및 10b)의 하부에서 개방되는 불연성 물질 배출부(18)의 유입구로 도입된다. 노 바닥부는 가연성 물질(14)이 유동성 매체에 의해 흡수되는 지역이 불연성 물질 배출부(18)의 유입구보다 높아지도록 경사진다. 대부분의 유동성 매체는 상승하는 유동층(11u)이 화로의 대향 단부에서 상승함에 따라 상승하고, 노벽면(10a 및 10b)의 안쪽으로 경사진 부분 즉, 디플렉터들(Df 및 Df)에 의해 안내되어 노의 중심부를 향한 표면층 흐름(11s1 및 11s2)으로 이동한다.

이러한 실시예에서, 유동층(11)과 연통하는 불연성 물질 배출부(18)는 노벽(10a 및 10b)의 하부에 제공되고, 긴 측면이 노벽(10a 및 10b)의 폭과 실질적으로 동일한 개별적인 직사각형 유입구를 가진다. 따라서, 도 1A 내지 도 3에 도시된 종래의 유동층 기화로와 달리, 유동성 매체가 괴이거나 도 6 및 도 7에 도시된 유동층 기화로(10)의 불연성 물질 배출부(18) 사이의 공간(도 1B참조)에 걸쳐 유동성 매체의 하강 속도가 느려지는 데드 스페이스가 없다.

노 바닥부(22)는 (45°이상의)샤프한 기울기로 기울어진 끝단부(22a)를 가지고, 유동성 가스(12)가 기울어진 끝단부(22a)로부터 뿜어진다. 기울어진 끝단부(22a)로부터 뿜어지는 유동성 가스로 인해, 유동성 매체가 끝단부(22a)의 근방에서 흐르기 때문에, 노 바닥부의 끝단부에 도달된 불연성 물질이 불연성 물질 배출부(18)로 원활하게 안내된다. 노 바닥부(22)의 끝단부가 실질적인 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층에서 사프한 기울기로 기울어지지 않은 경우에, 불연성 물질이 순환 흐름에 의해 노 바닥부(22)의 기울기를 따라 유동성 매체와 함께 안내될 것이다. 유동성 매체가 불연성 물질 배출부(18)에 고정 층으로 존재하기 때문에, 불연성 물질이 노 바닥부에서 불연성 물질 배출부(18)에 연결되는 끝단부들에 축적될 수 있다.

노의 수평 단면이 실질적인 직사각형을 가지기 때문에, 유동성 매체의 순환 흐름은 폐기물 물질이 불연성 물질 배출부(18)의 유입구쪽으로 흡수된 노 바닥부 근처의 위치로부터 유동화 매체를 확산시키지 않도록 형성되고, 중력 작용은 노 바닥부의 경사진 표면으로 인해 불연성 물질을 포함하는 유동성 매체에 가해진다. 따라서, 불연성 물질이 노 바닥부에 퇴적되지 않고 유동성 매체의 흐름에 의해 불연성 물질 배출부(18)로 안내된다.

또한, 불연성 물질 배출부(18)와 연통하는 슈트의 밀봉이 유동성 매체로 조밀하게 채워진 지역에서만 효과적이기 때문에, 슈트가 종래의 배열대로 비스듬하게 배치되는 경우에는, 충분한 밀봉을 제공하기 위해 그 수직 높이를 보장하도록 슈트의 높이가 증가되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 유동층 기화로를 종래의 유동층 기화로와 비교하기 위하여, 2개의 기화로가 동일한 순환 흐름으로 배열된다. 그러나, 본 발명에 따른 기화로가 직사각형 수평 단면을 가지기 때문에, 유동성 매체의 순환 흐름 방향은 유동성 매체가 반대로 배치되는 노벽들(10a 및 10b)의 측면에서 하강하고 기화로(10)의 중심부에서 상승하도록 반대가 될 수 있다. 이러한 경우에, 긴 측면이 노벽들(10a 및 10b)의 각각의 측면들과 실질적으로 동일한 유입구를 가지는 불연성 물질 배출부가 노 바닥부의 중심부에 용이하게 제공될 수 있다.

다음으로, 대량의 폐기물을 처리할 수 있는 즉, 하루에 150톤 이상, 상세하게는 하루에 200 내지 400톤의 처리 능력을 가지는 기화 및 슬래깅 연소 시스템(기화 및 화산회-용융 시스템(ash-melting system))에 사용하기 적절한 기화로가 후술된다.

대규모의 유동층 기화로의 특징 중에 하나는 하강하는 유동층이 어떤 부분에서 노벽과 접촉하게 되고, 기화로로 폐기물을 공급하는 폐기물 공급 디바이스 또는 폐기물 공급 포트가 어떤 부분 바로 위의 위치에서 노벽에 제공된다는 것이다.

이제, 상기 특징들을 가지는 대규모의 유동층 기화로가 도 8A 및 도8B를 참조하여 후술된다. 도 8A는 본 발명에 따른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 수직 단면도이고, 도 8B는 도 8A의 VIIIB-VIIIB 라인을 따라 취해진 단면도이다.

유동층 기화로는 실질적으로 직사각형의 수평 단면을 가진다. 하강하는 유동층(11d)은 노의 중심부에 형성되고, 활발하게 상승하는 유동층(11u)은 노의 대향측에 형성된다. 이들 유동층을 형성하기 위하여, 유동성 가스를 공급하는 윈드 박스들(23a, 23b, 23b)이 유동층 노 바닥부(22) 아래에 배치된다. 활발하게 상승하는 유동층(11u)을 형성하기 위한 윈드 박스(23b, 23b) 및 하강하는 유동층(11d)을 형성하기 위한 윈드 박스(23a)는 서로 분리된다. 대안적으로, 유동성 가스를 공급하기 위해 노 바닥부(22)에 형성되고 각각의 지역에 대응하는 유동성 가스의 질량 속도(mass velocity)를 차별화시키기 위해 최적으로 선택된 인접한 홀들간에 직경 또는 피치를 가지는 유동성 가스 공급 디바이스가 제공된다.

하강하는 유동층(11d) 및 활발하게 상승하는 유동층(11u)에 각각 대응하는 지역의 화로 면적비를 사전 설정된 범위내에서 유지하는 것이 중요하다. 이러한 화로 면적비는 거의 1 대 1이다. 화로 면적비가 1 대 1과 크게 상이한 경우에는, 유동성 매체의 유동성(fluidization)을 유지하면서 노의 전체 유동층으로서 유동성 매체를 순환시키기 위한 순환 흐름이 생성될 수 없다. 이러한 관점에서, 하강하는 유동층와 활발하게 상승하는 유동층에 각각 대응하는 지역의 화로 면적비를 거의 1 대 1로 유지하기 위하여, 종래의 원형 유동층 노(도 1A 내지 도 3 참조)는 원의 중심으로부터 노 바닥부의 외주까지 반경 1의 대략 0.7 위치에 내부 원 지역내에 하강하는 유동층(11d)을 형성하고, 원의 중심으로부터 노 바닥부의 외주까지의 거리의 0.7위치와 1.0 위치 사이의 외주 지역에 활발하게 상승하는 유동층(11u)을 형성할 필요가 있다.

그러나, 본 발명에 따르면, 노의 수평 단면이 실질적으로 직사각형이기 때문에, 하강하는 유동층(11d) 및 활발하게 상승하는 유동층(11u)에 각각 대응하는 지역의 화로 면적비를 거의 1 대 1로 유지하기 위하여, 하강하는 유동층이 노의 중심으로부터 노 바닥부의 외주까지의 거리(r)의 대략 0.5 위치까지의 내부 직사각형 지역내에 형성될 수 있고, 활발하게 상승하는 유동층(11u)이 대략 0.5r위치에서 대략 1.0r위치까지의 외부 직사각형 지역에 형성될 수 있다. 이러한 배열은 충전된 가연성 물질에 포함된 불연성 물질과 숯의 양이 많은 경우에 기화 공정에 대하여 결정적인 차이를 나타낸다.

상세하게는, 가연성 물질들의 특성을 포함하는 동일한 조건하에서 작동하는, 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 노와 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 노가 비교되는 경우에, 충전된 가연성 물질은 충분한 거리에 걸쳐 활발하게 상승하는 유동층으로 이동하지 않으므로, 숯이 원형 단면을 가지는 노의 유동층내에서 충분히 분해되지 않는다. 한편, 충전된 가연성 물질이 충분한 거리에 걸쳐 활발하게 상승하는 유동층으로 이동하므로, 숯이 직사각형 단면을 가지는 노의 유동층(11)내에서 충분히 분해된다.

노의 형태의 차이는 또한 유동층(11)내의 숯으로부터 불연성 물질과 유동성 매체를 분리하는 분류 능력에 대하여 명확한 차이를 나타낸다. 폐기물 물질과 같은 가연성 물질의 특성을 포함하는 동일한 조건하에서 작동하는, 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 노와 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 노를 비교하는 경우에, 가연성 물질이 충분한 거리(도 9A의 상승하는 유동층에 대응하는 위치(δS; 0.3)참조)에 걸쳐 활발하게 상승하는 유동층에서 이동하지 않으므로 원형 단면을 가지는 노의 유동층내에서 숯으로부터 불연성 물질과 유동성 매체를 분리하는 분류 능력(분리 능력)이 충분하지 않다. 한편, 충전된 가연성 물질이 충분한 거리(도 9B의 상승하는 유동층에 대응하는 위치(δS; 0.5)참조)에 걸쳐 활발하게 상승하는 유동층에서 이동하므로, 직사각형 단면을 가지는 노의 유동층에서 숯으로부터 불연성 물질과 유동성 매체가 충분히 분류되거나 분리된다.

불연성 물질 배출 슈트를 수직 형상으로 구성하면, 불연성 물질 배출 슈특 충분히 밀봉될 수 있다. 활발하게 상승하는 유동층에 의한 숯의 분류 능력으로 인하여 분련성 물질 배출 슈트에 숯이 거의 존재하지 않는다. 따라서, 불연성 물질 배출 슈트내의 클링커의 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.

상기 배열에서, 하강하는 유동층(11d)은 유동층(11)의 내부 지역에 제공되고, 활발하게 상승하는 유동층(11u)은 유동층(11)의 외부 지역에 제공된다. 그러나, 활발하게 상승하는 유동층(11u)이 유동층(11)의 내부 지역에 제공될 수도 있으며, 하강하는 유동층(11d)이 유동층(11)의 외부 지역에 제공될 수도 있다. 노의 수평 단면은 실질적으로 직사각형이 아니라, 노의 중심에 대하여 하강하는 유동층 및 상승하는 유동층에 대응하는 화로내의 지역의 거리비가 0.4 내지 0.6 정도의 범위에 있도록 약간 변형될 수도 있다. 이러한 변형례에 따르면, 노의 수평 단면적은 실질적으로 마름모꼴, 실질적으로 평행사변형, 실질적으로 삼각형, 실질적으로 긴 직사각형 등등과 같은 다각형일 수 있다. 도 10은 수평 단면이 실질적으로 평행사변형인 노를 나타내고, 도 11은 수평 단면이 실질적으로 사다리꼴인 노를 나타낸다.

원형 수평 단면을 가지는 노가 단순히 크기가 증가하는 경우에, 전체 노에 걸쳐 반경 방향 바깥쪽 방향으로 거리가 연장되어야 한다. 이러한 경우에, 화로내의 불연성 물질 배출부의 위치에서 유동층의 깊이가 단순히 증가하면, 불연성 물질 배출부의 위치에서 유동화 공기의 소요 압력이 크게 변화한다. 그러나, 직사각형 수평 단면을 가지는 노의 경우에, 노의 크기가 증가하면, 측방향으로 노의 중심으로부터의 길이를 일정하게 유지하면서, 길이 방향으로 노의 중심으로부터의 길이를 연장할 수 있다. 따라서, 유동층(11)의 깊이를 변화시키지 않고 노의 크기를 증가시킬 수 있다.

유동층 기화로가 도 8A 및 도 8B를 참조하여 후술된다. 도 8A에 도시된 바와 같이, 유동성 매체가 노의 대향측에서 활발하게 상승하는 유동층(11u)에서 상승하고, 하강하는 표면층 흐름(11s1, 11s2)으로 유동층(11d)으로 이동한다. 도 8B에 도시된 바와 같이, 하강하는 유동층이 들어가는 표면층 흐름들이 서로 마주하는 2방향 즉, 표면층 흐름(11s1) 방향(X방향) 및 표면층 흐름(11s2) 방향(-X방향)으로만 이동한다. Y방향 또는 -Y방향으로는 실질적으로 흐르지 않는다.

상기 특징으로 인하여, Y방향 또는 -Y방향으로 하강하는 유동층(11d)으로 들어가는 실질적은 표면층 흐름이 없고, 처리될 가연성 물질의 양의 증가에 맞서기 위하여 X방향의 노 치수를 유지하고, Y방향의 노 치수를 변화시킴으로써, 활발하게 상승하는 유동층을 형성하기 위한 유동성 가스 공급 디바이스가 위치되는 범위(δS)가 Y방향의 치수에 선형으로 비례할 수 있다. 즉, Y방향으로 확대 및 축소될 수 있는 하강하는 유동층 및 활발하게 상승하는 유동층이 그 경계에서 오정렬되는 것이 방지된다. 상세하게는, 하강하는 유동층(11d)과 활발하게 상승하는 유동층(11u)간의 경계에서의 비율이 변하지 않아야 하고, 활발하게 상승하는 유동층(11u)으로 공급된 공기의 공기비가 변하지 않아야 하고, 활발하게 상승하는 유동층(11u)으로 공급된 공기의 흐름 속도가 변하지 않아야 한다. 따라서, 노의 크기가 용이하게 증가될 수 있다.

하강하는 유동층(11d)에서 가연성 물질들이 하강하는 동안, 가연성 물질들이 열분해되고, 유동성 매체의 열 및 소량의 유동화 공기에 의해 부분적으로 산화되어, 열분해 가스, 숯(고체 탄소), 타르 및 재가 점차적으로 생성된다. 숯은 이동하는 유동성 매체의 압력하에서 노 바닥부의 경사진 표면을 따라 하강하는 유동층(11d)으로부터 활발하게 상승하는 유동층(11u)으로 운반된다. 활발하게 상승하는 유동층(11u)을 형성하기 위해 공급되는 유동성 가스(12b)는 하강하는 유동층(11d)을 형성하기 위해 공급되는 유동성 가스(12a)보다 양이 많다.

따라서, 하강하는 유동층(11d)으로부터 운반된 고체 탄소(숯)가 산소와 반응하고 부분적으로 연소되어(타서), 열을 발생한다. 이러한 연소 열에 의하여, 유동성 매체가 400℃ 내지 800℃(바람직하게는 450℃ 내지 650℃) 온도 범위로 유지된다. 활발하게 상승하는 유동층(11u)에서, 숯은 부분적으로 연소되고 미세한 입자들로 변화된다. 활발하게 상승하는 유동층(11u)에서, 숯이 상승하고, 단부들(22b)의 샤프하게 경사진 부분의 유동층에서는, 숯이 분류된다. 불연성 물질은 유동성 매체와 함께 불연성 물질 배출부(18)로부터 불연성 물질 배출 슈트를 통하여 노의 외부로 원활하게 배출된다. 상승하는 유동층(11u)은 표면층 흐름(11s1, 11s2)으로 하강하는 유동층(11d)을 향해 이동한다. 표면층 흐름(11s1, 11s2)내의 미립자 숯은 공기 흐름으로 끌어당겨 유동층의 표면으로부터 해제되고, 생성된 가스(17)의 흐름에 의해 슬래깅 연소 노로 운반된다.

슬래깅 연소 노에서, 생성된 가스 및 유동층 기화로(10)로부터 공급된 미립자 숯이 산소 또는 산소 농축 공기(oxygen-enriched air)에 의해 고온에서 연료로서 연소되어, 재 등을 용융시킨다. 도 8A 및 도 8B에서, 유동층 기화로는 직사각형 수평 단면을 가진다. 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13에 도시된 구조는 본 발명의 실시예로 채택될 수 있다. 상세하게는, 활발하게 상승하는 유동층(11u)과 상승하는 유동성 매체의 표면층 흐름(11s1, 11s2)을 한 방향, 반대 방향 또는 양방향 즉, X방향, -X방향 또는 X방향과 -X방향으로 실질적으로 하강하는 유동층(11d)으로 이동시키기 위한 구조는 직사각형 구조로 제한되지 않는다.

도 14A에 수평 단면도가 도시되고 도 14B에 수직 단면도가 도시된 유동층 기화로의 구조에 따르면, 하강하는 유동층(11d)으로 지향되는 표면층 흐름(11s)은 X방향으로만 방향이 잡힌다. 도 15A에 수평 단면도가 도시되고 도 15B에 수직 단면도가 도시된 유동층 기화로의 구조에 따르면, 하강하는 유동층(11d)은 노의 대향 단부에 위치되고, 하강하는 유동층(11d)으로 지향된 표면층 흐름(11s1, 11s2)은 X방향 또는 -X방향으로 방향이 잡히고, Y방향 또는 -Y방향으로는 실질적인 흐름이 존재하지 않는다.

도 6에서, 유동층(11) 아래에 불연성 물질 배출부(18, 18)가 배치되지 않은 마주하는 노벽면(10c, 10d)은 서로 평행하다. 그러나, 도 16B의 XVIA-XVIA 라인을 따라 취해진 단면도(도 5의 VI-VI 라인을 따라 취해진 단면도에 대응함)인 도 16A 및 도 16A의 XVIB-XVIB 라인을 따라 취해진 단면도인 도 16B에 도시된 바와 같이, 대향하는 노벽(10c 및 10d)은 유동층(11)을 향해 아래쪽으로 기울어지는 경사진 표면(10e 및 10f)을 형성하기 위하여 유동층(11)의 중심을 향해 돌출할 것이다. 경사진 표면(10e 및 10f)이 유동층(11)의 중심을 향해 돌출하는 대향햐는 노벽(10c 및 10d)에 의해 제공되기 때문에, 유동층(11)에서 하강하는 유동성 매체가 불연성 물질 배출부(18)를 향해 원활하게 이동될 수 있다. 따라서, 불연성 물질이 노 바닥부의 노벽(10c 및 10d) 근방에 퇴적되는 것이 방지될 수 있다.

도 17은 한 쌍의 불연성 물질 배출부를 통하여 유동성 매체 및 불연성 물질을 배출하기 위한 불연성 물질 배출 섹션의 개략적인 구조도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 대향하는 불연성 물질 배출부(18, 18)의 하단부에 연결되는 사전 설정된 길이를 가지는 수직 슈트(20, 20)는 실질적으로 수직으로 배치되고, 수직 슈트(20, 20)의 하단부들은 불연성 물질 배출 디바이스(21)에 연결된다. 스크루 컨베이어(24)는 불연성 물질 배출 디바이스(21)내에 배치되고, 모터(25)에 결합된다. 모터(25)를 기동시킴으로써, 한 쌍의 불연성 물질 배출부(18, 18)로부터 배출된 유동성 매체 및 불연성 물질이 수직 슈트(20, 20)를 통과하고, 불연성 물질 배출 디바이스(21)에서 함께 결합된 다음 배출된다. 여기서, 실질적으로 수직으로 배치된 수직 슈트(20, 20)라 함은 수직 슈트(20, 20)가 수평선에 실질적으로 수직한 방향으로 배치되는 것을 의미한다.

한 쌍의 대향하는 불연성 물질 배출부(18, 18)의 하단부에 연결되는 사전 설정된 길이를 가지는 수직 슈트(20, 20)가 수직으로 제공되기 때문에, 수직 슈트(20, 20)가 유동성 매체로 조밀하게 채워지고, 따라서 이러한 유동성 매체에 의해 수행된 재료 밀봉 작용이 불연성 물질 배출부(18, 18)를 통해 유동성 가스(주로 공기; 12)가 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 각각의 불연성 물질 배출부(18, 18)의 하단부에 연결된 한 쌍의 수직 슈트(20, 20)가 수직으로 배치되고, 2개의 불연성 물질 배출부(18, 18)로부터 배출된 유동성 매체 및 불연성 물질을 결합시키고 그곳으로부터 이들을 배출시키기 위한 불연성 물질 배출 디바이스(21)가 슈트(20, 20)의 하단부에 연결되기 때문에, 수직 슈트(20, 20) 및 불연성 물질 배출 디바이스(21)가 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이 4개의 불연성 물질 배출부를 가지는 종래의 유동층 기화로에 비해 간단한 구조를 가지고, 용이하게 설치될 수 있다.

불연성 물질 배출부(18, 18) 및 수직 슈트(20, 20)는 불연성 물질 배출부(18, 18)의 유입구로부터 스크루 컨베이어(24)와 같이 기계적 배출 디바이스에 근접한 위치까지의 일정한 수평 섹션을 가진다. 즉, 불연성 물질 배출부(18, 18) 및 수직 슈트(20, 20)는 유동성 매체가 흐르는 방향으로 확대하거나 감소하지 않은 면적을 가진다. 따라서, 불연성 물질 배출부(18, 18)와 수직 슈트(20, 20)에 빈 공간이 거의 형성되지 않아, 기밀한 재료 밀봉이 수행될 수 있다. 수직 슈트(20, 20)는 수직 슈트(20, 20)의 상부 및 하부 지역에서 이루어지는 연결로 인해 그 상부 지역(기화로의 근처)과 그 하부 지역(스크루 컨베이어 근처)에서 상이한 형상을 가지기 때문에, 수직 슈트(20, 20)의 수평 단면이 상부와 하부간에 약간 상이할 수도 있다. 수직 슈트(20, 20)는 사전 설정된 길이(예를 들어, 2.0m 이상, 바람직하게는 2.5m 정도)를 가지고, 불연성 물질 배출부와 연통하도록 실질적으로 수직으로 배치된다.

도 18 내지 도 21은 본 발명에 따른 유동층 기화로의 구조를 나타낸다. 도 18은 외관을 나타내는 사시도이고, 도 19는 도 18의 XIX-XIX 라인을 따라 취해진 단면도이고, 도 20은 도 18은 XX-XX 라인을 따라 취해진 단면도이고, 도 21은 도 18의 XXI-XXI라인을 따라 취해진 단면도이다. 도 18 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 유동층 기화로(10)는 실질적으로 직사각형 수평 단면적이 디플렉터(Df)까지 감소하는 화로를 구비한다. 수평 단면은 디플렉터(Df) 위의 프리보드(15)가 증가된 단면을 가지는 부분(δH)에서 직사각형에서 원형으로 변화된다.

상술된 바와 같이, 유동층 기화로(10)의 프리보드(15)는 열분해 가스, 숯 및 재를 분리하는 기능을 가지고, 유동층(11)으로부터 위쪽으로 뿜어지고 연이은 스테이지에 슬래깅 연소 노로 열분해 가스, 숯 및 재를 전달하는 유동성 매체를 가진다. 따라서, 프리보드(15)가 흐름 속도를 사전 설정된 범위로 설정하기 위한 단면적을 가지고, 유동성 매체가 분산되는 것을 방지하기 위하여 충분한 높이를 가질 필요가 있다. 따라서, 유동층 기화로(10)의 프리보드(15)는 어떤 크기를 가질 필요가 있고, 작동 온도 범위가 높기 때문에 그 내면이 내화성 재료로 만들어져야 한다. 프리보드(15)의 공간이 구조적 강도를 가지도록 하기 위하여, 프리보드가 실질적으로 원형 수평 단면을 가져야 한다.

실질적인 원형 수평 단면으로 인하여, 프리보드(15)에 필요한 보강 부재가 크게 감소될 수 있다. 프리보드(15)가 직사각형 수평 단면을 가지는 경우에, 내화성 재료의 열팽창으로 인해 프리보드(15)의 코너상에 응력이 집중하는 경향이 있어, 내화성 재료가 손상되거나 벽면으로부터 돌출하게 된다. 그러나, 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 프리보드(15)는 내화성 재료의 수명을 크게 연장시키고 내화성 재료를 보수하기 위한 비용도 크게 감소시킨다.

도 22는 본 발명에 따른 유동층 기화로를 구비한 기화 장치의 배열을 나타내는 개략도이다. 폐기물과 같은 가연성 물질(14)을 포함하는, 기화될 물질이 이중 댐퍼(101), 일정한 공급 장치(102) 및 폐기물 공급 장치(103)로부터 본 발명에 따른 유동층 기화로(10)로 공급된다. 일정한 공급 장치(102)는 기화될 재료에 의해 제공되는 재료 밀봉 효과에 따라 노내의 압력을 밀봉할 수 있다. 기화될 재료는 폐기물 공급 장치(103)에 의해 유동층 기화로(10)로 전달된다.

상기 구조의 기화 장치에는 유동성 가스(104) 및 유동성 가스(105)가 공급된다. 이들 유동성 가스들이 스팀, 공기, 산소, 스팀과 공기의 혼합 가스, 산소와 공기의 혼합 가스 및 이들 전체의 혼합 가스로부터 선택된다.

송풍기(106)는 이중 댐퍼(101)와 유동층 기화로(10)의 프리보드(15)를 연통시킨다. 기화될 재료가 충분하 압축되지 않은 경우에는, 송풍기(106)가 유동층 기화로(10)로부터 일정한 공급 장치(102)를 통해 이중 댐퍼(101)로 누설되는 가스를 노의 내부로 복귀시킨다. 이중 댐퍼(101)로부터 적절한 양의 공기 및 가스를 빼내고, 이를 노로 복귀시키기 위하여 이중 댐퍼(101)로부터 노의 프리보드(15)로 가스를 공급하도록 송풍기(106)가 위치되어, 이중 댐퍼(101)의 상부에 대기압이 조성될 것이다.

유동층 기화로(10)로부터 불연성 물질을 배출시키기 위하여, 불연성 물질 배출부(18, 18), 수직 슈트(20, 20), 스크루 컨베이어(24)를 포함하는 일정한 배출기, 제1밀봉 스윙 밸브(107), 스윙 커팅 밸브(108), 제2밀봉 스윙 밸브(109) 및 원통형 회전체(trommel)를 구비한 연속적인 배출기(110)가 연속적으로 배열되고, 다음과 같이 작동한다 :

(1) 제1밀봉 스윙 밸브(107)가 개방되고, 제2밀봉 스윙 밸브(109)가 폐쇄되어, 제2밀봉 스윙 밸브(109)에 의해 유동층 기화로(10)의 압력을 밀봉한다. 일정한 배출기가 작동되어 유동성 매체를 포함하는 불연성 물질들(샌드 등등)을 슈트로부터 스윙 커팅 밸브(108)로 배출하기 위하여 모터(25)로 스크루 컨베이어(24)를 작동시킨다.

(2) 스윙 커팅 밸브(108)가 사전 설정된 양의 불연성 물질을 받아 들이면, 일정한 배출기가 턴오프되고, 제1밀봉 스윙 밸브(107)가 폐쇄되어 제1밀봉 스윙 밸브(107)에 의해 유동층 기화로(10)내의 압력을 밀봉한다. 그런 다음, 배출 밸브(111)가 개방되어 스윙 커팅 밸브(108)내를 대기압으로 복귀시킨다. 그런 다음, 제2밀봉 스윙 밸브(109)가 완전히 개방되고, 원통형 회전체를 구비한 연속적인 배출기(110)로 불연성 물질을 배출시키기 위하여 스윙 커팅 밸브(108)가 개방된다.

(3) 제2밀봉 스윙 밸브(109)가 완전히 폐쇄된 후, 평준화 밸브(112)가 개방되어, 제1밀봉 스윙 밸브(107)내의 압력과 슈트내의 압력을 평준화시킨다. 그 후, 제1밀봉 스윙 밸브(107)가 개방되고, 작동이 제1단계(1)로 돌아간다. 이들 단계들(1) 내지 (3)이 자동으로 반복된다.

원통형 회전체를 구비한 연속적인 배출기(110)는 크기가 큰의 불연성 물질을 시스템의 외부로 배출시키기 위해 연속적으로 작동된다. 샌드 및 크기가 작은 불연성 물질은 샌드 순환 승강기(113)에 의해 이송된다. 미세한 불연성 물질들이 분류기(114)에 의해 제거된 후에, 유동성 매체가 밀봉 기구(115)를 통하여 유동층 기화로(10)로 복귀된다. 원통형 회전체를 구비한 연속적인 배출기(110)는 크기가 큰 불연성 물질을 시스템의 외부로 배출시키기 위하여 진동 스크린으로 대체될 수 있다. 상술된 바와 같은 불연성 물질 배출 기구에 따르면, 2개의 밀봉 스윙 밸브(107, 109)가 불연성 물질을 수용하지 않고 압력 밀봉 기능만을 가지기 때문에, 불연성 물질이 제1 및 제2밀봉 스윙 밸브의 밀봉부에 트래핑되는 것을 방지할 수 있다. 노내의 압력이 약간 음압인 경우에는, 밸브의 밀봉 기능이 필요하지 않을 것이다.

도 23은 본 발명에 따른 유동층 기화로를 포함하는 기화 및 슬래깅 연소 시스템의 배열을 나타내는 도면이다. 폐기물 피트(200)로부터의 폐기물(201)은 폐기물 크레인(202)의 버킷(202a)에 의해 유지되고, 폐기물 호퍼(203)에 채워진다. 폐기물 호퍼(203)내의 폐기물(201)은 폐기물 공급 디바이스(204)에 의해 유동층 기화로(10)의 폐기물 공급 장치(103)로 공급되고, 가연성 물질 공급 포트(13)로부터 유동층 기화로(10)로 충전된다. 폐기물(201)은 유동층 기화로(10)의 유동층(11)내에서 가스를 열분해된다. 생성된 가스(17) 및 미세한 입자들(재, 숯 등등)이 도관(231)을 통해 함께 슬래깅 연소 노(210)로 도입되고, 생성된 가스(17) 및 미세한 압자들의 연소에 의해 재가 용융된 슬래그로 용융된다.

도 23에 도시된 기화 및 슬래깅 연소 시스템에서, 유동층 기화로(10)에서 생성된, 다량의 가연성 성분을 포함하는 생성된 가스(17)가 슬래깅 연소 노(210)로 도입된다. 산소, 산소와 공기의 혼합 가스, 공기 또는 적어도 참조 부호(211)로 표시된 산소와 스팀의 혼합 가스가 슬래깅 연소 노(210)로 뿜어져서, 생성된 가스(17) 및 미세한 입자들을 대략 1300℃ 이상의 온도에서 연소시키고, 이에 따라 발생된 열이 재를 용융시키고 다이옥신, PCB 등등을 포함하는 유해 물질을 분해한다. 재는 슬래깅 연소 노(210)에서 용융된 슬래그에 용융되고, 용융된 슬래그는 슬래깅 연소 노내의 소용돌이 흐름(swirling flow)에 의해 생성된 원심력하에서 노벽에 의해 트래핑된다. 트래핑된 용융된 슬래그는 노 바닥부로 흐르고, 슬래그 컨베이어와 함께 물 탱크(212)에서 냉각(quench)된 다음, 슬래그 컨베이어에 의해 슬래그(228)로서 배출된다.

배기 가스(213)는 슬래깅 연소 노(210)에서 슬래그로부터 분리된 다음 배출된다. 그런 다음, 배기 가스(213)가 폐기물 가열 보일러(214)로 도입되어 스팀(229)을 회복하고, 2차 공기 예열기(215) 및 배기 가스(213)의 열이 회복되는 이코노마이저(216)를 통과한다. 활성 탄소(218) 및 디더스팅제(dedusting agent; 219)가 이코노마이저(216)로부터 배출되는 배기 가스(213)에 첨가된다. 그 후, 배기 가스(213)는 배기 가스(213)로부터 먼지 입자들을 제거하는 제1집진기(first dust collector)로 도입되낟. 그런 다음, 수산화칼슘(220)이 배기 가스(213)에 첨가되고, 산성 가스 성분으로부터 발생된 먼지 입자를 제겅하는 제2집진기로 배기 가스(213)가 도입된다. 그런 다음, 배기 가스(213)가 공기 드래프터(222)에 의해 배기 가스 재가열기(223)로 끌어 당겨지고, 그 안에서 배기 가스(213)는 배기 가스 재가열기(223)으로 도입되는 스팀(224)으로 재가열된다. 암모니아 가스(225)가 가열된 배기 가스(213)에 첨가되고, 배기 가스(213)에서 질산을 제거하는 촉매 기둥(catalytic column; 226)으로 암모니아 가스를 포함하는 배기 가스가 도입된다. 그런 다음, 유해 성분이 제거된 배기 가스(213)가 스택(227)으로부터 대기로 배출된다.

다음은, 본 발명에 따른 유동층 기화로를 포함하는 기화 및 개량(reforming) 장치가 후술된다. 도 24는 도 20에 도시된 유동층 기화로를 포함하는 기화 및 개량 장치의 배열을 나타내는 개략도이다. 유동층 기화로(10)에서 생성되는 생성된 가연성 가스(17) 및 미세한 입자들은 가스 유출구(16) 및 도관(302)을 통과하고, 가스 유입구(303)로부터 개량 노(300)로 도입된다. 개량 노(300)에서, 생성된 가연성 가스(17) 및 미세한 입자들이 개량된 가스(301)로 개량되어, 가스 유출구(304)로부터 배출된다. 개량 노(300) 또는 촉매 개량기(예를 들어, 촉매 유동층 노)가 재량 장치로서 선택되고, 어느 하나가 유동층 기화로(10)로 도입되는 처리될 물질의 특성에 따라 선택될 수 있다.

예를 들어, 다량의 슬래그 소스를 포함하는 물질이 처리되는 경우에, 개량 노(300)와 같이 슬래그를 제거할 수 있는 장치를 선택하는 것이 바람직하다. 슬래그 소스를 거의 포함하지 않는 바이오매스가 처리되는 경우에, 촉매 개량기를 선택하는 것이 바람직하다. 스팀을 회복하기 위한 열 회복 디바이스(도시되지 않음) 예를 들어, 보일러가 개량 장치의 다음 스테이지에 제공될 수 있고, 보일러에 의해 얻어진 스팀이 개량 장치로 도입될 수 있다.

다음은, 본 발명에 따른 복수의 모듈식 유동층 기화로의 조합을 포함하는 기화 장치가 후술된다. 도 25는 2개의 모듈식 유동층 기화로를 포함하는 기화 장치의 수평 단면도이고, 도 26은 3개의 모듈식 유동층 기화로를 포함하는 기화 장치의 수평 단면도이고, 도 27은 4개의 모듈식 유동층 기화로를 포함하는 기화 장치를 위에서 비스듬하게 본 사시도이다.

도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 각각의 기화 장치는 실질적으로 직사각형 수평 단면을 각각 가지는 유동층 기화로의 조합을 포함하고, 기화 장치는 도 4A 내지 도 4C에 도시된 유동층 기화로와 유사한 구조를 가지지만 X(X1, X2, X3)방향으로 거리의 변화가 없이 Y방향으로 연장된다. 상기 구조에 따르면, 도 4A 내지 도 4C에 도시된 유동층의 기능 즉, 기화로의 기능을 유지하면서, 처리 능력을 증가시킬 수 있다. 처리 능력 증가의 관점에서, 한 무리의 모듈식 기화로는 도 25 내지 도 27에 도시된 배열에 제한되지 않고, Y방향으로 크기를 연장시킴으로써 상술된 각각의 실시예들에 따른 모듈식 기화로의 조합을 포함할 수 있다.

도 27에 도시된 바와 같이, 화살표(F1, F2, F3)는 유동성 매체가 흐르는 방향을 나타낸다. 모듈식 노를 채택하기 보다, Y방향으로 노의 형상을 연장시켜 노의 크기를 증가시킬 수 있다.

이에 따라 크기가 증가한 노는 처리될 물질의 양에 대한 작동비 및 설비비가 낮고, 보일러의 발전 효율이 증가하기 때문에 우수한 비용 효과를 제공한다. 작동 안정성이 높아지기 때문에, 다이옥신과 같은 유해 물질의 배출을 억제할 수 있다.

상기 실시예에서, 유동층 기화로의 수평 단면은 도 4B에 도시된 바와 같이 직사각형 형상 또는 도 10, 11, 12, 13에 도시된 형상들 중에 하나이다. 그러나, 유동층에 대응하는 노의 형상은 이들 형상들 중에 하나일 수 있다. 상세하게는, 전체 노의 수평 단면이 이들 형상들 중에 하나일 필요는 없다. 예를 들어, 도 28 및 도 29에 도시된 유동층 기화로에서, XXX-XXX(상부)라인을 따라 취해진 수평 단면은 도 30에 도시된 원형일 수 있으며, IVB-IVB(하부)라인을 따라 취해진 수평 단면은 도 4B에 도시된 직사각형일 수 있다. 즉, 수평 단면(XXX-XXX)으로부터 노의 최상부까지의 범위(H)는 실질적으로 원형 수평 단면일 수 있으며, 수평 단면 아래 지역(IVB-IVB)은 실질적으로 직사각형 수평 단면이거나 도 10, 11, 12, 13에 도시된 형상들 중에 하나일 수 있다. 각각의 도면에, 복수의 폐기물 공급 장치(103)가 제공될 수도 있다.

도 31은 본 발명에 따른 또 다른 유동층 기화로의 일반적인 구조를 나타내는 개략도이다. 본 유동층 기화로에서, 윈드 박스(23)는 도 1A 및 도 4A에 도시된 유동층 기화로와 달리, 큰 질량 속도를 가지는 유동성 가스 및 작은 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 공급하기 위하여 분할판에 의해 분리되지 않는다. 유동성 매체가 하강하는 하강하는 유동층 및 유동성 매체가 유동층(11)내에서 상승하는 상승하는 유동층을 형성하기 위하여, 도 27에 화살표(F1, F2)로 표시되는 바와 같은 유동성 매체의 순환 흐름을 생성하도록 노 바닥부(22)상에 유동성 가스 공급 노즐(P)의 직경 및 피치 간격이 적절하게 디자인된다.

상세하게는, 도 4A 내지 도 4C에 도시된 실시예와 같이, 큰 질량 속도를 가지는 유동성 가스가 불연성 물질 배출부(18) 근처의 노 바닥부(22)상의 경사진 화로의 하부측에 공급되고, 작은 질량 속도를 가지는 유동성 가스가 노 바닥부(22)상의 경사진 화로의 상부측에 공급되더라도, 도 4A 내지 도 4C에 도시된 유동층 기화로와 달리, 유동성 가스의 질량 속도가 연속적으로 또는 서서히 변화될 수 있다. 질량 속도가 연속적으로 또는 서서히 변화되는 유동성 가스가 도 32A, 32B, 32D에 도시된 그래프에 예시된다. 도 32C는 도 4A 내지 도 4C에 도시된 유동층 기화로에서 질량 속도가 변하는 유동성 가스를 비교를 위하여 나타낸다. 수평 축선은 불연성 물질 배출부(18)로부터 노의 중심까지의 수평 거리(L)를 나타내고, 수직 축선은 유동성 가스 공급 노즐(P)로부터 노로 공급되는 유동성 가스의 질량 속도(V; Umf)를 나타낸다.

유동성 가스의 질량 속도(V)가 도 32A에 도시된 바와 같이 연속적으로 변하거나 유동성 가스의 질량 속도(V)가 도 32B 및 도 32D에 도시된 바와 같이 다단으로 변하더라도 유동화 매체의 순환 흐름을 형성할 수 있다. 상기 유동층 기화로에서, 불연성 물질 배출부(18)는 노의 둘레 지역에 제공된다. 그러나, 불연성 물질 배출부가 (도 15A 및 도 15B에 도시된 바와 같이)노의 중심부에 제공되더라도, 윈드 박스내에 분할판이 없이 유동화 매체의 순환 흐름을 형성할 수 있다. 윈드 박스가 제공되는 경우에, 윈드 박스내의 분할판의 위치는, 유동성 가스의 질량 속도(V; Umf)의 분포가 도 32A, 32B, 32D에 도시된 바와 같이 달성될 수 있는 한 상기 실시예들의 위치에 제한되지 않는다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 다음의 탁월한 이점을 제공한다 :

(1) 유동층은 실질적인 직사각형 수평 단면을 가지고, 유동층은 유동성 매체의 하강 흐름(하강하는 유동층) 및 유동성 매체의 상승 흐름(상승하는 유동층)를 구비한 순환 흐름을 한다. 따라서, 상승하는 유동층에 대응하는 화로의 폭이 종래의 원통형 유동층 기화로와 달리 하강하는 유동층에 대응하는 화로의 폭에 비해 작지 않고, 따라서 유동층내의 유동성 매체가 충분히 이동할 수 있다. 따라서, 숯이 미세한 입자들로 충분히 변화되고, 숯 및 불연성 물질이 효과적으로 분류될 수 있다. 이에 따라, 숯이 불연성 물질 배출부로 들어가는 것이 방지된다.

(2) 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질 및 유동성 매체를 배출시키기 위한 불연성 물질 배출부가 유동성 매체의 순환 흐름 아래에 연속적으로 제공되기 때문에, 종래의 유동층 기화로와 달리, 불연성 물질 배출부들 사이의 부분이 유동성 매체의 하향 이동을 방해하지 않고, 유동층의 유동성 매체가 불연성 물질 배출부로 아래쪽으로 이동한다. 그러므로, 유동성 매체에 포함된 숯과 같이 미연소 탄소 성분이 연소되더라도, 미연소 탄소 성분이 연소되는 지역의 온도가 부분적으로 증가하지 않고, 유동성 매체의 융해에 의해 클링커가 생성되지 않는다.

(3) 유동층의 수평 단면이 모듈화될 수 있는 형상 또는 실질적으로 직사각형이기 때문에, 화로의 면적의 넓이와 관계없이 기화로의 기능을 유지하면서 화로의 크기를 증가시킬 수 있다.

(4) 유동층은 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지고, 불연성 물질 배출부(또는 부분들)가 유동성 매체 및 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질을 배출하기 위하여 유동층의 한쪽(한 쌍의 대향측)에 형성되고, 유동층의 하단부에 배치된다. 이러한 배열에 따르면, 비정상적인 유동성을 일으키지 않도록 유동층 노의 기능을 유지하면서 기화로의 크기를 증가시킬 수 있다.

(5) 프리보드가 실질적으로 원형 수평 단면을 가지기 때문에, 프리보드의 구조적 강도가 증가하고, 프리보드에 필요한 여하한의 보강 부재가 크게 감소할 수 있다. 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 프리보드는 내화성 재료의 수명을 크게 연장하고 내화성 재료를 보수하는 비용을 크게 감소시킨다.

(6) 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하기 위한 수단 또는 디바이스는 불연성 물질 배출부를 향해 경사진 유동층 바닥부, 큰 질량 속도를 가지는 유동성 가스 및 작은 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 경사진 유동층 바닥부로부터 분출시키기 위한 유동성 가스 공급 수단( 또는 디바이스) 및 디플렉터를 가진다. 따라서, 유동성 매체 및 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질에는 경사진 유동층 바닥부로 인해 불연성 물질 배출부를 향해 아래쪽으로 유동층내에서 이동하도록 힘이 가해져서, 불연성 물질 배출부를 향해 원활하게 지향될 수 있다.

(7) 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하면, 유동층 기화로는 그곳에 공급된 가연성 물질에 포함된 재 및 가연성 성분를 미세한 입자로 전환시키고, 다량의 열을 가지는 미세한 입자를 유동층 기화로의 연이은 스테이지에 배치된 슬래깅 연소 노로 전달하고, 충전된 가연성 물질들의 질 및 양적인 변동 및 연이은 스테이지로 전달되는 가연성 물질 및 재의 질 및 양적인 변동을 흡수하는 댐핑 기능을 가진다.

(8) 유동성 매체의 순환 흐름을 형성하면, 전체 유동성 매체의 온도가 균일화되고, 유동층에서 열이 국부화되는 것이 방지된다. 따라서, 국부적인 고온 지역에 형성된 클링커로 인해 비정상 상태의 유동성이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

(9) 실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층에서, 불연성 물질은 경사진 노 바닥부를 따라 순환 흐름에 의해 유동성 매체와 함께 불연성 물질 배출부로 안내되고, 불연성 물질 배출부에 연결된 끝단부에 퇴적되지 않고 샤프한 기울기 및 유동성으로 인해 괴이지 않고 배출된다.

(10) 사전 설정된 길이를 가지는 수직 슈트는 불연성 물질이 수직 슈트내에 괴이지 않고 원활하게 배출될 수 있게 불연성 물질 배출부와 연통하도록 실질적으로 수직으로 배치된다. 수직 슈트는 유동성 매체로 조밀하게 채워지고, 이는 유동성 가스(주로 공기)가 불연성 물질 배출 통로에 누출되지 않도록 재료 밀봉 작용을 제공한다. 불연성 물질 배출 통로로 아래쪽으로 이동하는 숯과 같은 미연소 탄소 성분이 연소되는 것을 방지하여, 클링커가 생성되지 않는다.

(11) 약한 재료 밀봉 작용의 원인인 경사진 슈트가 실질적으로 제거되기 때문에, 불연성 물질을 배출시키는 능력이 밀봉 능력을 약화시키지 않으면서 증가될 수 있다. 수직 슈트 및 수직 슈트를 결합시키는 불연성 물질 배출 디바이스는 구조가 간단하고 설치가 용이하다. 상세하게는, 유동층의 수평 단면은 실질적으로 직사각형이고, 불연성 물질 배출부와 연통하도록 실질적으로 수직으로 배치되는 사전 설정된 길이를 가지는 수직 슈트들은 불연성 물질을 잘 배출시키는 구조(예를 들어, 단일 슈트로 이루어진 구조)를 가진다. 4개의 불연성 물질 배출 슈트를 결합시키기 위해 이전에는 없어서는 안되는 어떤 특별한 디바이스(컨베이어 또는 경사진 슈트)가 필요하지 않기 때문에, 불연성 물질이 슈트내에 괴이지 않고 보다 신뢰성있게 배출될 수 있다.

(12) 노 아래의 시스템의 높이가 종래의 시스템의 높이보다 낮더라도, 노의 하부에서 재료 밀봉이 유지될 수 있다. 따라서, 다양한 디바이스의 시스템의 레이아웃에 문제를 일으키는 전체 시스템의 높이 즉, 가연성 물질 공급 다바이스의 높이가 전체적으로 감소할 수 있다.

본 발명은 지방 자치체 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스와 같은 가연성 물질들을 기화시키고 생성된 가스 및 숯(고체 탄소)을 슬래깅 연소 노로 전달하고, 가스와 숯을 연소시키고 슬래깅 연소 노에 재를 용융시키는 기화 및 슬래깅 연소 시스템내의 유동층 기화로에 적용가능하다.

Claims (12)

1. 가연성 물질을 기화시키는 유동층 기화로에 있어서,

   실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층으로서, 상기 유동층 내에 유동성 매체의 순환 흐름이 형성되고 가스와 숯을 생성하기 위하여 상기 유동층에 공급된 가연성 물질이 상기 유동성 매체의 상기 순환 흐름에서 기화되는 유동층; 및

   상기 유동성 매체와 상기 유동성 매체를 수반하는 불연성 물질을 배출하기 위하여 상기 유동층의 적어도 한쪽에 형성되고, 상기 유동층의 하단부에 배치되는 1이상의 불연성 물질 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 1이상의 불연성 물질 배출부는 상기 유동층의 한 쌍의 대향측에 2개의 불연성 물질 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유동층은 수평 단면이 실질적으로 직사각형 내면을 가지는 노벽으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 불연성 물질 배출부는 상기 유동층의 중심부 아래에 제공되는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동층 위에 위치된 프리보드는 실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동성 매체의 상기 순환 흐름을 형성하는 장치는, 상기 불연성 물질 배출부를 향해 경사진 유동층 바닥부 및 상기 경사진 유동층 바닥부로부터 실질적으로 상이한 질량 속도를 가지는 유동성 가스를 공급하는 유동성 가스 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
7. 제6항에 있어서,

   상기 유동성 매체의 상기 순환 흐름을 형성하는 상기 장치는 디플렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   유동층 바닥부는 상기 불연성 물질 배출부를 향해 경사지고, 상기 불연성 물질 배출부에 연결된 끝단부를 가지며, 상기 끝단부는 45°이상으로 경사지고, 유동성 가스가 상기 끝단부에서 뿜어지는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   실질적으로 수직으로 배치되고 상기 불연성 물질 배출부와 연통하는 고정 길이의 수직 슈트; 및

   상기 수직 슈트와 연통하도록 상기 수직 슈트 아래에 제공되고, 상기 유동층 기화로로부터 불연성 물질을 배출하기 위한 불연성 물질 배출 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
10. 제9항에 있어서,

    상기 불연성 물질 배출 장치는 상기 불연성 물질을 수평하게 배출하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
11. 가연성 물질을 기화시키는 유동층 기화로에 있어서,

    실질적으로 직사각형 수평 단면을 가지는 유동층; 및

    실질적으로 원형 수평 단면을 가지는 프리보드를 포함하고,

    유동성 매체의 순환 흐름이 상기 유동층에 형성되고, 상기 유동화된 베으에 공급된 가연성 물질이 기화되어 가스 및 숯을 생성하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화로.
12. 유동층 기화 및 슬래깅 연소 시스템에 잇어서,

    제1항 내지 제11항 중에 어느 한 항에 따른 유동층 기화로; 및

    상기 유동층 기화로에서 생성된 가스와 숯을 연소시키고 재를 용융시키는 슬래깅 연소 노를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 기화 및 슬래깅 연소 시스템.