KR20060032353A

KR20060032353A - 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치 및 열의 회수방법

Info

Publication number: KR20060032353A
Application number: KR1020040081274A
Authority: KR
Inventors: 강점룡
Original assignee: 강점룡
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-04-17
Also published as: KR200374230Y1

Abstract

본 발명은 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치 및 열의 회수방법에 관한 것이다.

본 발명의 연소장치는, 폐합성수지의 연소를 위한 연소실을 가지며 연소장치의 외형이 되는 하우징과; 연소 대상물인 폐합성수지를 연소실로 공급하기 위한 합성수지공급수단과; 연소를 위한 점화장치와; 연소실에 위치되어 회전되고, 상부면이 회전중심부로 갈수록 계단형으로 낮아져 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 가장자리로부터 회전중심부로 흘러내려 상부면에 얇고 고르게 분포되는 연소버너와; 연소실에 연소를 위한 산소를 공급하는 산소공급수단과; 연소시 발생되는 가스가 배출되는 연통;을 포함하여 구성된다.

본 발명의 연소장치는, 연소버너가 회전되고 회전중심부로 갈수록 계단형으로 점차 낮아지므로 폐합성수지가 특정 위치에서 엉키는 현상이 발생되지 않을 뿐 아니라 폐합성수지의 액상화-열분해-기체화 과정이 빠르게 진행됨으로써 안정적이고 빠른 연소가 이루어진다.

합성수지, 폐비닐, 연소, 소각, 연소장치, 보일러

Description

폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치 및 열의 회수방법{THE BURNING APPARATUS AND HEAT RECOVERY METHOD USING USELESS PLASTIC}

도 1은 본 발명의 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치의 개략도

도 2는 본 발명의 구성요소인 하우징, 점화장치, 산소공급수단, 연소버너 등을 설명하기 위한 개략도

도 3은 본 발명의 구성요소인 연소버너의 작용을 설명하기 위한 개략도

도 4는 본 발명의 구성요소인 연소버너의 노즐 설치상태를 설명하기 위한 연소버너의 평면도

도 5는 본 발명의 구성요소인 회오리형성산소공급장치를 설명하기 위한 개략도

도 6은 합성수지공급수단을 설명하기 위한 개략도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10. 하우징 11. 연소실

12. 폭파구 13. 점검구

14. 수위조절장치 15. 잔재배출구

16. 연관 17. 스팀 및 온수출구관

20. 점화장치 30. 산소공급수단

31. 화원부산소공급장치 31a. 노즐

31b. 연소공기박스 32. 회오리형성산소공급장치

32a. 분사구 33. 연소용 송풍기

40. 연통 50. 합성수지공급수단

51. 호퍼 52. 감속기

53. 냉각장치 54. 급수펌프

60. 연소버너 61. 축

62. 감속기 70. 오존공급장치

71. 오존발생기 72. 노즐

80. 싸이크론 90. 배풍기어젝타노즐

91. 배풍용 송풍기 92. 연도닥트

93. 분진측정구 94. 배기가스측정구

95. 온도측정구 100. 물

101. 급수펌프

본 발명은 폐합성수지를 연소시키기 위한 연소장치 및 열의 회수방법에 관한 것이다.

합성수지를 원료로 한 각종 상품이 범람하고 있는 현대 산업사회에서 폐합성수지의 처리는 큰 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.

폐합성수지 제품을 각종 사출품으로 재활용하고 있기도 하지만 그 용도 및 처리용량에 한계가 있고 재활용할 수 없는 상태의 것들도 상당 수 있는 등 수집되는 폐합성수지에 비하여 재활용할 수 있는 용량은 매우 작고, 처리비용이 비교적 고가이기 때문이었다.

한편, 고유가 시대를 맞이하여 각종 산업분야에서는 기름을 절약할 수 있는 기술들이 요구되고 있는 실정이다.

상기와 같은 실정으로, 폐합성수지를 연소시킬때 발생되는 열을 이용하여 난방 등을 실시함으로써 폐합성수지를 연료로 사용할 수 있도록 하는 각종 기술이 개발되었다.

구체적으로는 한국 실용신안등록 제0263150호, "자동공급기를 갖는 연통식 다단 연소장치"(2001. 11. 14.출원) 등이 있다.

그런데, 종래의 방법을 사용하여 폐합성수지를 연소시킬 경우 겔화된 폐합성수지가 연소실 내의 공급부에서 엉겨붙어 쉽게 연소되지 못하므로 연소에 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 폐합성수지를 지속적으로 공급할 수 없는 문제점이 있었다.

또, 연소온도가 낮아 각종 오염물질이 배기가스에 섞여 그대로 배출되는 문제점 등도 있었다.

본 발명은 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 한데 모여 엉키는 현상이 발생되지 않아 빠른 연소가 이루어지는 동시에 높은 온도에서 연소되어짐으로써 연소효율이 우수한 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치를 제공하려는데 목적이 있다.

또, 폐합성수지의 연소시 발생되는 화염이 회오리를 형성하면서 보다 고온에서 연소되도록 함으로써 보다 빠른 연소가 이루어지는 동시에 오염물질의 양이 감소되도록 하려는 목적도 있다.

또, 연소실에 산소와 함께 오존을 분사하여 보다 높은 온도에서 연소가 이루어짐으로써 빠른 연소가 이루어지는 동시에 오염물질의 감소효과를 극대화하려는 목적도 있다.

본 발명에서는 회전중심부로 갈수록 단계적으로 낮아지는 연소버너를 연소실 내에 위치시키고 회전시키면서 가장자리에 연소 대상물이 착지되도록 하여 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 연소버너의 가장자리로부터 점차 회전중심부로 흘러내려 연소버너 위에 얇고 고르게 분산되어 위치됨으로써 원활한 연소가 이루어지도록 한다.

따라서, 본 발명의 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치는,

폐합성수지의 연소를 위한 연소실을 가지며 연소장치의 외형이 되는 하우징과;

연소 대상물인 폐합성수지를 연소실로 공급하기 위한 합성수지공급수단과;

연소를 위한 점화장치;를 갖는다.

또, 연소실에 위치되어 회전되고, 상부면이 회전중심부로 갈수록 계단형으로 낮아져 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 가장자리로부터 회전중심부로 흘러내려 상부면에 얇고 고르게 분포되는 연소버너;를 갖는다.

또, 연소실에 연소를 위한 산소를 공급하는 산소공급수단과;

연소시 발생되는 가스가 배출되는 연통;을 갖는다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 폐합성수지의 연소장치에 관한 것이다.

따라서, 통상의 폐합성수지 연소장치와 같이 연소를 위한 연소실(11)을 갖고, 연소장치의 외형을 이루는 하우징(10)을 갖는다.

또, 연소를 위한 점화장치(20)와 연소를 위한 산소를 연소실(11) 내로 공급하는 산소공급수단(30)을 갖는다.

또, 연소시 발생되는 가스가 배출되는 연통(40)과 연소대상물인 폐합성수지를 연소실(11)로 공급하기 위한 합성수지공급수단(50)을 갖는다.

상기 하우징(10), 점화장치(20), 연통(40), 산소공급수단(30), 합성수지공급수단(50)은 통상의 것과 같은 형태로 구현할 수 있다.

그런데, 종래의 방법을 통해서는 전술한 바와 같이 폐합성수지의 연소가 원활하지 못하다.

구체적으로 설명하면, 합성수지의 연소는 액상화-열분해-기체화의 과정을 통해 이루어진다.

따라서, 폐합성수지에 열을 가하면 겔상태화 되는 과정을 거치게 되는데 겔 상태의 폐합성수지는 엉겨붙는 성질이 강하여 공급이 원활하지 못하게 된다.

즉, 연소실(11) 내에 폐합성수지를 투입하면 폐합성수지는 연소실(11) 내의 착지된 위치에서 크게 유동되지 못하고 엉겨붙어 적체되므로 연소가 원활하지 못할 뿐 아니라 폐합성수지를 빠르게 지속적으로 공급할 수 없는 문제로 이어지는 것이다.

이와 같은 문제점으로 인하여 폐합성수지를, 연소를 위한 연료로 사용하지 못하였던 것이다.

따라서, 폐합성수지를 연료화하기 위해서는 겔화된 폐합성수지가 적체되는 것을 방지함으로써 원활한 연소를 통해 높은 온도에서 연소됨은 물론 지속적인 공급이 가능하도록 할 수 있어야 한다.

본 발명에서는 연소실(11) 내에 회전되는 연소버너(60)를 위치시켜 특정 위 치에서 공급되는 폐합성수지가 착지 지점에서 정체되는 것을 방지한다.

또, 연소버너(60)의 상부는 회전중심부로 갈수록 계단형으로 낮아짐으로써 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 연소버너(60)의 가장자리에 낙하되어 회전되면서 점차 회전중심부로 흘러내려 상부면에 얇고 고르게 분포되고, 이로 인하여 원활한 연소가 이루어지도록 한다.

연소버너(60)의 회전을 위한 구성은 도 1에 도시된 것과 같이 연소버너(60)의 회전중심에 연결된 축(61)을 감속기(62)를 통해 회전시켜 주는 형태 등으로 구현할 수 있다.

상기와 같은 구성만으로도 폐합성수지의 원활한 공급 및 원활한 연소가 가능하다.

그러나, 폐합성수지의 연소시에 발생되는 오염물질을 제거하기 위해서는 폐합성수지가 보다 원활하게 연소되면서 높은 온도에서 연소되고 연소체류 시간을 늘려 완전 연소시키기 위한 기술이 요구된다.

이를 위한 방법으로서, 연소실 내에 공급되는 산소는 전체적으로 연소실 내에서 회전되도록 분사, 공급하여 화염이 회오리를 형성하면서 연소됨에 따른 연소체류 시간이 증가되고 고온에서 연소가 되도록 하는 방법이 있다.

구체적인 구성으로는, 도 1 및 도 2와 같이 산소공급수단(30)을 통해 공급되는 산소를 통해 회오리를 형성하는 방법이 있다.

도 1 및 도 2의 산소공급수단(30)은 화원부산소공급장치(31)와 회오리형성산소공급장치(32)를 포함하고 있다.

화원부산소공급장치(31)는 도 3 및 도 4와 같이 연소버너(60)의 상부면 각각의 계단에 다수 개의 노즐(31a)이 설치되고, 동일한 계단 상에는 노즐이 원형의 구조로 배열되며 한 방향으로 산소를 분사하여 전체적으로는 원을 그리며 분사되도록 되어 있다.

또, 회오리형성산소공급장치(32)는 연소버너(60)에서 연소되는 화염의 중, 상단부에 고압의 산소를 분사하되 화원부산소공급장치(31)의 노즐(31a)이 산소를 분사하는 방향과 같은 방향으로 분사하여 화염에 회오리를 형성하도록 되어 있다.

보다 구체적으로는 도 5와 같이 일측에서 공급된 고압의 압축공기가 원형으로 구부러진 관로를 따라 진행하고, 관로에 각도를 두고 형성된 분사구(32a)를 통해 분사되어 회오리를 형성하도록 되어 있다.

즉, 폐합성수지가 착지된 연소버너(60)의 상부면 부근에서는 원활한 연소를 위한 산소를 비교적 저속으로 공급하되 연소실(11)내에서 회오리바람을 형성하기 위해 노즐에서 분사되는 산소가 한 방향으로만 분사되도록 하고, 이와 같이 연소버너(60)의 상부면 부근에 공급되는 산소는 비교적 저속이어서 회오리바람을 형성하기에는 다소 부족하므로 화염의 중, 상단부에 강한 바람을 일으켜 강력한 회오리바람이 형성되도록 하는 것이다.

상기와 같은 구성에 의해 연소실(11) 내에는 매우 높은 온도가 유지되면서 폐합성수지가 연소되므로 가스를 통해 배출되는 오염물질의 양을 대폭 줄일 수 있다.

그러나, 오존발생기(71)를 통해 생성된 오존을 산소와 함께 상기 연소실(11) 로 공급할 경우 보다 높은 온도에서 연소가 이루어지며 오염물질의 양도 더욱 줄어들게 된다.

오존공급장치(70)는 전술한 산소공급수단(30)에 오존발생기(71)로부터 생성된 오존이 유동되는 배관 등을 연결하는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

또, 도 1 및 도 2에서와 같이 화염의 중심부에서 산소에 섞여 분사되데 노즐(72)이 나선구조로 배열되어 있고, 나선방향을 따라 산소 및 오존을 분사하도록 되어 있어 화염에 회오리를 형성하면서 오존을 공급하도록 할 수도 있다.

이와 같은 구성에 의하면 회오리가 더욱 강력해지고 오존의 공급도 원활하여 폐합성수지를 1000℃ 이상의 고온에서 연소시킬 수 있어 오염물질의 배출량이 극히 미미하게 된다.

이와 같이 연소온도가 매우 높은 경우에는 합성수지가 연소실(11) 내로 투입되기도 전에 투입 과정에서 겔화되어 발화되는 등의 문제가 발생되므로 합성수지의 원활한 공급을 위해서는 합성수지공급수단(50)에 냉각장치(53)를 구비하는 것이 바람직하다.

또, 합성수지공급수단(50)은 분쇄된 폐합성수지를 스크류컨베어를 통해 연소버너(60)의 가장자리에 투입할 수 있도록 된 것이 바람직하다.

본 발명의 작용을 첨부된 도면을 사용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 본 발명의 연소실(11)은 외벽에 2중의 캐스타블과 단열재가 두텁게 충진되어 있어 고온에 충분히 견딜 수 있다.

폐합성수지가 공급되기 전에 점화장치(20)가 작동되어 연소실(11) 내를 가열하는데 통상의 합성수지 연소장치에 구비된 점화장치(20)와 같이 본 발명의 점화장치(20)도 연소실(11) 내의 온도가 450℃ 정도가 될 때까지 화염을 발사하고 450℃ 정도에 이르면 자동으로 작동을 정지한다.

합성수지공급수단(50)을 통해 폐합성수지가 공급될 때는 이미 연소버너(60)는 회전되고 있는 상태인데 연소버너(60)는 회전중심부로 갈수록 계단형으로 점차 낮아지므로 연소실(11) 내부의 연료가 액상화 - 열분해 - 기체화되는 연소과정을 촉진할 수 있어 연소버너(60)에 폐합성수지를 비교적 많이 지속적으로 공급할 수 있다.

연소버너(60)의 회전은, 연소버너(60)의 회전 중심부에 형성된 축(61)과 감속기(62)가 체인에 의해 연결되어 있어 감속기(62)의 회전에 따라 0.3rpm 정도의 속도로 회전된다.

연소실(11) 내에 투입된 폐합성수지는 연소버너(60)의 상단부에서 발화되며, 산소공급수단(30) 중 연소버너(60)의 상단부에 형성된 노즐(31a)을 통해 산소를 분사하면 발화된 폐합성수지의 연소가 더욱 활발해진다.

또, 연소되는 화염의 중, 상단부에 형성된 회오리형성산소공급장치(32)를 통해 산소가 분사되면 연소실(11) 내에 회오리바람이 형성되면서 화염이 회오리를 일으키며 연소된다.

합성수지공급수단(50)과 연소실(11)에서 고온에 의해 재 생성되는 질소산화물(NOx)의 배출을 저감할 수 있도록 회오리가 형성되면서 연소되어 연소체류 시간 이 길어지게 되는 것이고, 연소시 발생되는 열에너지는 연소실(11) 외측의 물을 가열하게 되는 것이다.

오존발생기(71)를 통해 오존이 분사되면 폐합성수지는 1000℃ 이상의 높은 온도에서 연소되어 완전 연소되며, 질소산화물 등의 오염물질이 대폭 줄어들게 된다.

도 1에서는 오존발생기(71)의 노즐(72)이 나선구조로 배열되고 4방향에서 분사되도록 되어 있어 강한 회오리를 형성하는 역할도 하도록 되어 있다.

연소에 의해 발생되는 미량의 재(Ash)는 연소실(11) 내의 회오리 현상에 의해 연소실(11)의 외측으로 선회되어 낙하되면서 연소버너(60) 외측에 일자형으로 달려있는 쇠막대 갈고리 사이로 빠져 하부로 배출된다.

배기가스는 연통(40)을 통해 외부로 배출되며, 배기가스 중에 섞인 미세한 먼지는 싸이크론(80)에 의해 포집되고, 연통(40) 중간에 배풍기 에젝타노즐(90)이 장착된 시스템으로 연소실(11) 내부가 부압(-)이 된다.

완전 연소된 고온의 청정가스는 매우 높은 열 확산에 의해 보일러 전열면을 가열하면서 증기나 온수 에너지로 변환되어 산업장이나 농어촌 난방시설에 활용된다.

본 발명은 연소시 발생되는 열이 물을 가열하도록 된 보일러 등에 적용될 수 있다.

또, 연통을 통해 배출되는 배기가스를 사용하여 온실이나 비닐하우스 등에 난방을 실시할 수도 있다.

즉, 폐합성수지가 고온에서 연소됨에 따라 발생되는 열을 난방 등에 사용하여 폐합성수지의 연소에 의한 열을 회수하는 것이다.

미설명 부호 16은 연소실(11) 내의 가스가 배출되는 연관이고, 100은 연소실에서 발생되는 열에 의하여 가열되는 물이다.

본 발명의 폐합성수지 연소장치는, 연소버너가 회전되고 회전중심부로 갈수록 계단형으로 점차 낮아지므로 폐합성수지가 특정 위치에서 엉키는 현상이 발생되지 않을 뿐 아니라 폐합성수지의 액상화-열분해-기체화 과정이 빠르게 진행됨으로써 안정적이고 빠른 연소가 이루어진다.

따라서, 폐합성수지를 지속적으로 공급할 수 있으므로 폐합성수지를 연료화하는 것이 가능하다.

또, 폐합성수지의 연소시 발생되는 화염에 회오리를 형성시킬 경우 보다 원활한 연소가 이루어지고 오존(O³)까지 공급할 경우 완전 연소되어 오염물질이 급감되므로 환경을 오염시키지 않으면서도 폐합성수지를 연소시켜 처리할 수 있다.

Claims

폐합성수지의 연소장치에 있어서,

폐합성수지의 연소를 위한 연소실을 가지며 연소장치의 외형이 되는 하우징과;

연소 대상물인 폐합성수지를 연소실로 공급하기 위한 합성수지공급수단과;

연소를 위한 점화장치와;

상기 연소실에 위치되어 회전되고, 상부면이 회전중심부로 갈수록 계단형으로 낮아져 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 가장자리로부터 회전중심부로 흘러내려 상부면에 얇고 고르게 분포되는 연소버너와;

상기 연소실에 연소를 위한 산소를 공급하는 산소공급수단과;

연소시 발생되는 가스가 배출되는 연통;을 포함하여 구성된, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
제 1항에 있어서,

상기 산소공급수단은 화원부산소공급장치와 회오리형성산소공급장치를 포함하여 구성되어 있되

상기 화원부산소공급장치는 연소버너의 상부면 각각의 계단에 다수 개의 노즐이 설치되고, 동일한 계단 상에는 노즐이 원형의 구조로 배열되며 한 방향으로 산소를 분사하여 전체적으로는 원을 그리며 분사되도록 된 것이고,

회오리형성산소공급장치는 연소버너에서 연소되는 화염의 중, 상단부에 고압의 산소를 분사하되 화원부산소공급장치의 노즐이 산소를 분사하는 방향과 같은 방향으로 분사하여 화염에 회오리를 형성하도록 된 것임을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

오존발생기를 통해 생성된 오존을 산소와 함께 상기 연소실로 공급하는 오존공급장치;가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 합성수지공급수단은, 분쇄된 폐합성수지를 스크류컨베어를 통해 연소버너의 가장자리에 투입할 수 있도록 되어 있고, 이송되는 과정의 폐합성수지가 고열에 의해 발화되는 것을 방지하기 위한 냉각장치가 구비된 것임을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

연소시 발생되는 열이 물을 가열하도록 된 보일러에 적용된 것을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
제 3항에 있어서,

상기 오존공급장치는 화염의 중심부에서 산소에 섞여 분사되데 노즐이 나선구조로 배열되어 있고, 나선방향을 따라 산소를 분사하도록 되어 있어 화염에 회오리를 형성하면서 오존을 공급하도록 된 것임을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 연소장치.
폐합성수지를 연소시키고 연소에 의한 열을 회수하는 방법에 있어서,

회전중심부로 갈수록 단계적으로 낮아지는 연소버너를 연소실 내에 위치시키고 회전시키면서 가장자리에 연소 대상물이 착지되도록 하여 고열에 의해 겔화된 폐합성수지가 연소버너의 가장자리로부터 점차 회전중심부로 흘러내려 연소버너 위에 얇고 고르게 분산되어 위치되도록 하고, 연소실 내에 공급되는 산소는 전체적으로 연소실 내에서 회전되도록 분사, 공급하여 화염이 회오리를 형성하면서 연소됨에 따른 연소체류 시간의 증가와 고온 연소가 되도록 하며, 폐합성수지가 고온에서 연소됨에 따라 발생되는 열을 난방 등에 사용하는 것을 특징으로 하는, 폐합성수지를 연료로 사용하는 열의 회수방법.