KR20050121615A - 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치에 관한 것으로 가정과 산업현장 등에서 발생되는 쓰레기들 중 비닐, 페트병, 플라스틱, 화학섬유등의 폐 석유화학제품과 폐지류와 폐목재 등의 유기물 쓰레기를 압축 공기를 이용하여 충분한 양의 산소공급과 연소된 가스(CO₂등)를 밀어내고 연소시켜 연소효율을 높이고 그 열을 이용할 수 있는 시스템으로 종래의 기술에서 해결하지 못한 유기물 쓰레기의 연소에 의한 분진, 공해물질 등을 대부분 연소시켜 대기오염을 방지하므로써 가정 또는 공장 등에서 발생되는 유기물 쓰레기의 처리를 근원적으로 해결하고 열에너지원을 제공하는 장치이다.

본 발명은 크게 1차 연소실, 2차 연소실과 3차 연소실로 구성되어져 있고, 각각의 연소실에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급관이 설치되어져 있으며, 1차 연소실에는 착화를 돕는 점화기와 1차 연소실에서 발생하는 가스를 2차 연소실로 이송하는 가스 이송관이 형성되어 있다. 2차 연소실은 화목(폐지, 폐목 등 포함)의 착화를 위해 점화기가 형성되어 있으며 압축 공기를 사용한 화목의 연소는 주요 열에너지원이며 1차 연소실에서 발생된 가스를 재차 연소시킨다. 3차 연소실에서는 1차 연소실과 2차 연소실에서 약간의 불완전 연소되어진 가스가 압축공기와 함께 다량의 작은 구멍이 뚫린 열전도율이 큰(구리 등) 두꺼운 연소판을 통과하면서 재 연소되고, 연도로 배출되기 직전에는 연도 입구에 설치되어 있는 분진차단 연소망에서 다시 연소된다.

본 발명에서 발생되는 열에너지는 별도의 열 회수장치를 이용, 가정이나 산업현장에서 여러 가지 용도로 사용될 수 있는 것이며, 고가의 연료비를 상당부분 해결할 수 있는 대체에너지 발생 장치인 것이다.

Description

압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치{omitted}

본 발명은 일반적으로 발생되는 쓰레기 중 비닐, 페트병, 플라스틱, 화학섬유 등 폐 석유화학제품은 1차 연소실에서 용융(150℃) 후 압축 공기와 점화기를 이용 착화시켜 소각처리하고, 소각시에 발생된 가스는 2차 연소실로 이송시켜, 2차 연소실(1300℃이상)에서 화목(폐지, 폐목 등 포함) 및 압축 공기와 함께 연소시켜 재차 처리한다. 3차 연소실에서 연소판과 분진 차단 연소망에서 최종 배출가스를 다시 한번 연소시켜, 오염물질을 대부분 연소시키는 장치이다. 이 과정에서 각 연소실에는 압축 공기를 이용하여 충분한 양의 산소를 공급, 완전연소를 촉진시켜 주고, 연소후 발생되는 가스(CO₂등)를 밀어내어 연소효율을 극대화 시켜 주는 것이다. 이때 발생되는 열에너지는 주택 및 산업현장 등에서의 난방과 온수에 활용할 수 있는 시스템을 제공하는 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치에 관한 것이다.

현대사회는 갈수록 일회용품 및 포장재의 사용량 증가로 인하여 유기물 쓰레기의 증가로 환경오염이 심화되어지고 있고 이를 폐기 처리하고 있지만 종전에 단순하게 매립하는 경우에는 침출수, 악취, 매립장 마련에서 어려움을 겪고 있다. 또한 소각 처리하는 경우에는 가연성 쓰레기는 분리 수거하여 운반하여야 하므로 수거비용 및 물류비용이 상당하고 이때 소각을 돕는 보조연소장치를 사용하여야 하므로 보조연료비용이 추가되며 일부 포함된 폐 석유화학제품은 젖은 쓰레기 등의 영향으로 소각온도 800-1000℃정도로 연소되므로 불완전연소에 의해 많은 유해물질(염화수소, 염소, 불화수소, 불화규소, 질소화합물, 황산화합물, 일산화탄소, 다이옥신, 중금속 등)이 발생된다. 이로 인해 환경기준에 준하는 배출기준을 맞추기 위해서는 복잡하고 고가의 집진설비 또는 1000℃이상의 연소 장치를 설치하여야 하므로 과도한 설비투자와 배기가스를 재 연소시에 보조연료를 사용하여야 하므로 과도한 운전비용이 발생, 이로 인하여 산업현장이나 실생활에 적용하기 어려운 점이 있었다. 이를 해소하기 위해 대부분 유기물 쓰레기를 공해물질 발생없이 압축 공기를 이용하여 분해 연소처리 할 수 있는 장치에 관한 것이다.

종래의 유기물 쓰레기의 소각처리는 불완전 연소로 인해 처리할 수 있는 폐기물의 종류가 한정적이었고 직접 소각처리는 목재 가공품등 환경오염이 없는 물질로 한정되며, 비널이나 플라스틱 제품과 같은 폐 석유화학제품은 분리 배출하여 처리하므로 수거비용, 물류비용 및 처리비용이 크게 소요되고 소각처리 시의 연소된 배기가스는 연통을 통해 바로 배출시키므로 분진발생, 공해물질 배출 등에 의해 필수적으로 집진시설과 배출가스 정화시스템구축 등으로 실용적이지 못하였다. 따라서 본 발명에 의한 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치를 사용할 경우, 폐 석유화학제품을 포함한 대부분의 유기물 쓰레기를 분해하여 연소처리 할 수 있다. 폐 석유화학제품은 대부분이 탄소와 수소가 결합한 탄화수소의 고분자 물질로써 중합반응에 의해 사슬모양의 큰 분자로 형성되어져 있고 이러한 중합반응 생성물들은 사슬의 길이가 길어질수록 분자간의 인력이 증가하여 고분자의 역학적 강도와 경도가 증가되어져 있고 이러한 고분자 물질은 분해되는 과정에서 열에너지를 공급하여야만 흡열 반응에 의해 저분자 물질로의 구조 변화가 이루어져서 연료로 이용될 수 있다. 여기서 고분자 물질 분해에 필요한 에너지는 고분자 물질이 분해된 탄소나 수소가 산소와 결합 반응시에 발생되는 훨씬 큰 에너지에 의해 얻어지고 이 과정이 반복되어 고분자 물질인 폐 석유화학제품은 연소 분해되고 여기서 발생되는 열에너지를 적절히 회수하여 이용한다. 자연계에서 연료의 성분은 주로 탄소와 수소로 이것들은 공기중의 산소와 쉽게 반응, 연소한다.

탄소는 연소하여 이산화탄소가 되면서 열을 발생하고,

수소는 산소와 결합하여 연소, 수증기와 열을 발생시킨다.

현재 폐 석유화학제품을 재활용하기 위한 장치들은 주로 열을 가해 재활용하는 장치와 유류화하여 재생하는 장치들로 고분자에서 저분자 물질로 분해하는 과정에서 많은 양의 열에너지를 필요로 하며 종래의 기술에서는 별도의 가열 장치를 설치, 유용한 연료를 사용하여 열에너지를 공급해 주어야만 했다. 이러한 재생 장치들은 폐 석유화학제품의 재생보다는 폐기에 목적이 있어 물류비용 및 처리비용이 많이 소요된다. 또한 대형 소각장에서의 소각처리 시에 산소의 양이 부족하고 소각처리시 젖은 쓰레기 등의 영향으로 대부분 소각온도 800-1000℃정도로 이로 인한 불완전 연소된 배기가스에는 공해물질이 많은 양 포함되어 있어 별도의 연료(경유, LPG등)를 사용하는 배기가스 소각장치를 필요로 하고 있다. 이러한 문제점을 해결하려는 노력은 오래전 부터 계속되어져 오고 있고 본 발명은 이런 문제점을 해결하기 위해 1차 연소실에서 폐 석유화학제품을 용융(150℃), 연소시킬때 필요한 산소는 압축 공기를 충분히 공급함으로써 대부분 연소시키고 약간의 불완전 연소된 가스는 2차 연소실에서 1300℃ 이상으로 연소되는 화목(폐지, 폐목 등 포함)과 함께 재 연소되며 3차 연소실의 연소판과 연도 입구에 설치된 분진 차단 연소망에서 재차 연소되어 불완전 연소량을 대폭 줄일 수 있으며 이 과정에서 발생되는 열이 매우 높아 연소 장치 전체가 에너지원으로 활용될 수 있다. 이는 현재 대형 소각로 설치시 주변환경 오염문제에 따른 민원과 막대한 소각로 설치비용, 운전비용과 배기가스 정제시설 설치비용을 원천적으로 줄일 수 있고 소규모 설치가 가능하므로 갈수록 커지는 가정과 산업현장에서의 쓰레기 처리문제와 에너지원으로서의 활용을 통해 에너지 비용을 해결할 수 있는 것이다.

이하, 첨부도면에 도시되는 구체적인 실시 예를 통하여 본 발명의 기술내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보는바와 같이, 본 발명에 따른 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치는 크게 본체(1), 1차 연소실(2), 2차 연소실(3), 3차 연소실(4) 및 연도(5)로 구성되어 있다.

1차 연소실(2)은 본체(1)의 윗 부분에 위치해 있고, 1차 연소실(2)의 윗 부분에는 폐 석유화학제품을 공급할 수 있는 유기물 쓰레기 투입구(6)가 형성되어 있으며, 1차 연소실(2) 내부에는 1차 연소실(2)에서 연소된 가스를 2차 연소실(3)로 이송시키는 가스 이송관(7)이 중앙에 수직으로 설치되어 있고, 용융된 유기물 쓰레기를 점화 및 연소시키는데 필요한 다량의 공기를 공급하는 1차 연소실 압축 공기 공급관(8)을 중앙부에 링 형태로 설치하여 상하로 공기가 분사되도록 형성되어 있으며, 이때 하부로 분사된 공기는 폐 석유화학제품의 유기물 쓰레기를 연소시키는데 활용되며, 상부로 분사된 공기는 연소된 가스와 혼합되어 2차 연소실(3)에서 재연소시 이용된다. 용융된 유기물 쓰레기를 점화시키기 위해 1차 연소실 점화기(9)를 설치하며, 이 1차 연소실 점화기(9)는 전기 또는 LPG 등의 가스나 다른 점화장치를 사용할 수도 있다.

2차 연소실(3)은 본체(1)의 아랫 부분에 위치해 있으며, 2차 연소실(3)의 옆부분에는 화목(폐지, 폐목 등 포함)을 공급할 수 있는 화목 투입구(10)가 형성되어 있으며, 2차 연소실(3) 내부에는 가스 이송관(7)의 말단이 형성되어 있고, 이의 옆면과 밑면에는 이송된 가스를 균질하게 분사되도록 하는 가스 노즐(11)이 형성되어 있다. 이곳 또한 화목을 점화 및 연소시키는데 필요한 다량의 공기를 공급하는 2차 연소실 압축 공기 공급관(12)이 형성되어 있고, 화목을 점화시키는데 사용되는 2차 연소실 점화기(13)가 형성되어 있으며, 화목을 받쳐 주고 하부의 2차 연소실 압축 공기 공급관(12)으로 부터 압축 공기가 잘 소통되도록 구멍이 뚫려있는 깔때기 모양의 받침판(14)이 형성되어 있다. 2차 연소실 점화기(13) 역시 전기 또는 LPG 등의 가스나 다른 점화장치를 사용할 수도 있다.

3차 연소실(4)은 본체(1)의 가운데 부분에 위치해 있으며, 3차 연소실(4)의 옆부분에는 연도(5)가 형성되어 있고, 1차 연소실(2)과 2차 연소실(3)에서 소량의 불완전 연소된 가스와 화목의 분진을 다시 연소시키는데 필요한 다량의 공기를 공급하는 3차 연소실 압축 공기 공급관(15)이 형성되어 있으며, 3차 연소실(4) 바닥에는 2차 연소실(3)에서 연소된 가스와 분진이 통과되면서 재 연소되도록 다량의 작은 구멍이 뚫린 열전도가 높은 재료(구리 등)의 두꺼운 연소판(16)이 형성되어 있다. 이 연소판(16)은 2차 연소실(3)의 열에 의해 달구어져 높은 온도가 된다. 연도(5)의 입구에는 융점과 열전도가 높은 가는 망(텅스텐 등)의 분진 차단 연소망(17)이 형성되어 있는데, 이 또한 열에 의해 달구어져 높은 온도가 되고 3차 연소실(4)에서 배출되는 분진을 여기서 많은 양을 차단시켜 최종으로 재 연소되어 배출되도록 한다.

이상과 같이 구성되어 있는 본 발명의 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소장치의 작용은 다음과 같다.

1차 연소실(2)의 유기물 쓰레기 투입구(6)를 통하여 폐 석유화학제품의 쓰레기를 1차 연소실(2) 내부에 일정량을 채우고, 2차 연소실(3)에 설치된 화목 투입구(10)를 통하여 처리하고자 하는 폐목재나 폐지류를 투입하고 2차 연소실 점화기(13)를 작동시켜 2차 연소실 압축 공기 공급관(12)을 통하여 공급된 압축 공기와 함께 폐목재나 폐지류 등에 점화시켜 소각하기 시작한다. 이때 필요에 따라서는 화목을 추가로 투입한다. 2차 연소실(3)의 폐목재나 폐지류 등이 착화되어 소각이 시작되는 시점에서 2차 연소실 점화기(13)의 작동은 멈추어 지도록 한다. 폐목재나 폐지류가 연소를 시작하면 이때 2차 연소실의 온도가 빠르게 상승되어 지고, 1차 연소실(2)의 온도 또한 상승되어 1차 연소실(2) 내부의 온도가 100℃이상으로 상승되면 대부분이 폐 석유화학제품인 1차 연소실(2)의 유기물 쓰레기는 용융되어지기 시작하면서, 가스를 발생하며 고분자 물질에서 저분자 물질로의 상변화를 일으키는데 일부 생성된 가스는 2차 연소실(3)과 연결되어 있는 가스 이송관(7)을 통하여 2차 연소실(3) 내부로 이송되고 가스 노즐(11)에서 분사되어 2차 연소실(3)에서 소각중인 폐목재나 폐지류와 함께 연소되어진다. 이때 1차 연소실 점화기(9)를 작동하고 1차 연소실 압축 공기 공급관(8)을 통해 압축 공기를 공급하여 용융된 폐 석유화학제품의 유기물 쓰레기를 점화시키면 급격히 연소되며 용융되고 가스발생이 많아진다. 유기물 쓰레기에 점화가 되면 1차 연소실 점화기(9)는 작동을 중지시킨다. 이 때 연소되어 생성된 가스(CO₂ 및 불완전 연소가스 등)는 공급되어진 압축 공기와 함께 2차 연소실과 연결되어진 가스 이송관(7)을 통하여 2차 연소실(3) 내부로 이송되고 가스 노즐(11)에서 분사되어 2차 연소실에서 연소중인 폐목재나 폐지류와 함께 2차로 연소되어 진다. 1차 연소실(2)과 2차 연소실(3)을 거쳐 연소된 소량의 불완전 연소가스와 분진(매연)은 3차 연소실(4) 하단에 설치되어 높은 온도로 달구어진 다량의 작은 구멍이 뚫린 두꺼운 연소판(16)을 통과하면서 3차 연소실 압축 공기 공급관(15)을 통하여 공급된 압축 공기와 함께 재 연소되어 불완전 연소에 의한 공해물질과 분진 등의 배출을 최대한 방지한다. 또한 연도(5)와 3차 연소실(4) 사이에 설치되어진 분진 차단 연소망(17)이 분진의 배출을 막아주고, 배출이 차단된 분진은 분진 차단 연소망(17)의 높은 온도에 의해 재 연소되어 배출되므로 배기 가스 분진의 양을 상당량 줄일 수 있는 것이다. 이때 약간의 분진이 발생할 수도 있지만 대기오염에 미미하며 또한 본발명 이전에 특허로 출원중인 벽난로 겸용 온수, 온풍 발생 가정용 용융병행 소각로(출원번호 10-2004-0004551)의 내용에서와 같이 연소된 배기 가스 분진은 구들하부연도를 통과하면서 대부분 가라앉게 하여 해결할 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 유기물 분해 연소 장치에서는 필요시 연소효율을 높이기 위하여 압축 공기 대신에 압축 산소를 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치는 산업현장이나 가정에서 필연적으로 발생하는 폐목, 폐지 등을 최대한 완전연소 소각처리하고 폐 석유화학제품 등의 유기물 쓰레기를 분해, 산소와 결합시켜 화학적으로 대부분 완전 연소 처리하므로 기존 폐기물 소각로에서의 낮은 연소 온도에 의한 불완전 연소 등으로 공해물질 유발 문제로 인한 공해 방지 시설을 설치하고 운전하는 고비용의 시설투자 등을 줄일 수 있고 산업현장이나 가정에서 발생되는 유기물 쓰레기를 분해 연소시켜 에너지원으로 활용할 수 있으므로{예를 들면, 본발명 이전에 특허로 출원중인 벽난로 겸용 온수, 온풍 발생 가정용 용융병행 소각로(출원번호10-2004-0004551)에서 용융기화실, 화실 및 연도를 본발명의 유기물 분해 연소 장치로 대체} 고가의 연료비를 상당부분 해결할 수 있는 대체에너지 발생 장치로 이용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치의 일부 절결 사시도

도 2는 본 발명에 따른 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치의 평면도

도 3은 도 2의 A-A 단면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1: 본체 2: 1차 연소실

3: 2차 연소실 4: 3차 연소실

5: 연도 6: 유기물 쓰레기 투입구

7: 가스 이송관 8: 1차 연소실 압축 공기 공급관

9: 1차 연소실 점화기 10: 화목 투입구

11: 가스 노즐 12: 2차 연소실 압축 공기 공급관

13: 2차 연소실 점화기 14: 받침판

15: 3차 연소실 압축 공기 공급관 16: 연소판

17: 분진 차단 연소망

Claims (3)

1차 연소실(2)은 본체(1)의 윗 부분에 위치해 있고, 1차 연소실(2)의 윗 부분에는 유기물 쓰레기 투입구(6)가 있으며, 1차 연소실(2) 내부에는 가스 이송관(7)이 중앙에 수직으로 형성되어 있고, 1차 연소실 압축 공기 공급관(8)이 링 형태로 형성되어 상하로 공기가 분사되도록 형성되어 있으며, 1차 연소실 점화기(9)가 형성되어 있다.

2차 연소실(3)은 본체(1)의 아랫 부분에 위치해 있으며, 2차 연소실(3)의 옆부분에는 화목 투입구(10)가 형성되어 있으며, 2차 연소실(3) 내부에는 가스 이송관(7)의 말단이 형성되어 있고, 이의 옆면과 밑면에는 가스 노즐(11)이 형성되어 있으며, 하부에는 2차 연소실 압축 공기 공급관(12)이 형성되어 있고, 2차 연소실 점화기(13)가 형성되어 있으며, 구멍이 뚫려있는 깔때기 모양의 받침판(14)이 형성되어 있다.

3차 연소실(4)은 본체(1)의 가운데 부분에 위치해 있으며, 3차 연소실(4)의 옆부분에는 연도(5)가 형성되어 있고, 3차 연소실 압축 공기 공급관(15)이 형성되어 있으며, 3차 연소실(4)의 바닥에는 다량의 작은 구멍이 뚫린 열전도가 높은 재료의 두꺼운 연소판(16)이 형성되어 있고, 연도(5)의 입구에는 열전도가 높은 가는 망의 분진 차단 연소망(17)이 형성되어 있는 구조로 이루어진 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치

제 1항에 있어서, 본체(1)를 가정용 또는 산업용 보일러의 중앙에 설치하여 에너지 공급원으로 활용하는 것을 특징으로 하는 압축 공기를 이용한 유기물 분해 연소 장치

제 1항에 있어서, 본체(1)를 가동시 연소효율을 높이기 위하여 압축 공기 대신에 압축 산소를 사용하는 것을 특징으로 하는 압축 산소를 이용한 유기물 분해 연소 장치