KR20100019316A - 고형연료 열분해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활쓰레기, 폐합성수지, 폐타이어 등으로 부터 만들어지는 고형연료중 2종류 이상의 고형연료를 하나의 연소장치에서 완전 연소가 가능토록 한 고형연료 열분해장치에 관한 것이다.

본 발명의 주요 특징은,

일측에 설치된 연료투입구로 부터 공급받은 고형연료가 열분해되며, 내부로 연소가스가 공급되는 열분해로; 상기 열분해로의 상부에 연결되어 상기 열분해로로 부터 발생되는 가스를 연소시키는 가스연소로; 상기 열분해로의 하부에 연결되어 상기 열분해로에서 완전연소화 되지 않은 고형연료의 잔류탄소를 연소시키는 애쉬 연소부를 포함하는 고형연료 열분해장치이다.

열분해, 고형연료

Description

고형연료 열분해장치{Pyrolysis Apparatus for Solid Fuel}

본 발명은 고형연료 열분해장치에 관한 것이다.

더 상세하게는 생활쓰레기, 폐합성수지, 폐타이어 등으로 부터 만들어지는 고형연료중 2종류 이상의 고형연료를 하나의 연소장치에서 완전 연소가 가능토록 한 고형연료 열분해장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐기물을 이용한 고형연료는 생활쓰레기로 제조되는 RDF(refuse derived fuel), 산업 폐기물 등 폐합성수지를 주원료로 제조되는 RPF(refuse plastic fuel), 폐타이어에 의한 연료인 TDF(tire derived fuel)로 구분된다.

현재까지 상기한 고형연료 2가지 이상을 모두 사용할 수 있는 방식은 개발된 바 없다.

예를 들어, Stoker Type을 이용한 고형연료 보일러의 경우, RDF에는 어느 정도 적용 가능하나 RPF를 연소시킬 경우에는 부적절하며, 반대로 RPF 전용 연료 보일러는 RDF, TDF 연료를 공급할 경우 고정탄소분이 많은 관계로 연소에 부적합하므로 적용이 곤란하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 생활쓰레기, 폐합성수지, 폐타이어 등으로 부터 만들어지는 고형연료중 2종류 이상의 고형연료를 하나의 연소장치에서 완전 연소가 가능토록 한 고형연료 열분해장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주요 특징은,

일측에 설치된 연료투입구로 부터 공급받은 고형연료가 열분해되며, 내부로 연소가스가 공급되는 열분해로; 상기 열분해로의 상부에 연결되어 상기 열분해로로 부터 발생되는 가스를 연소시키는 가스연소로; 상기 열분해로의 하부레 연결되어 상기 열분해로에서 완전연소화 되지 않은 고형연료의 잔류탄소를 연소시키는 애쉬 연소부를 포함하는 고형연료 열분해장치이다.

상기한 바와 같이 본 발명은,

1. 원통형 입형으로 중간부 일측에 설치된 고형연료 투입장치를 통하여 공급하고 하부에서 고형연료를 열분해시켜 상부로 이송시키므로 상부로의 이송 공기 속도를 최소화함으로써 분잔함량을 최소화할 수 있다.

2. 고형연료를 2가지 이상 혼합 사용할 경우 부하에 따라 연소속도를 조절하기에 적합하다.

3. 열분해시 발생된 분진을 상부 연료에 의해 스크린 하고 챔버 내에서 낙진할 수 있게 하여 보일러 및 방지시설의 오염을 최소화할 수 있다.

4. 가스연소로는 연소효율을 높이기 위해 연소공기를 공급하여 가스의 혼합 및 유효체적을 극대화할 수 있게 하여 연소효율을 극대화할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 보다 명확해 질 것이다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 열분해장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 E-E선 단면도이며, 도 3은 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B선 단면도이며, 도 5는 도 1의 C-C선 단면도이고, 도 6은 도 1의 D-D선 단면도이다.

위 도면들에서 보듯이 본 발명에 따른 고형연료 열분해장치는 고형연료를 열분해하기 위한 입형의 열분해로(10)를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 고형연료 열분해장치는 상기 열분해로(10)의 상부에 연통되게 설치되어, 상기 열분해로(10)로 부터 발생되는 가스를 연소시키기 위한 가스연소로(20)를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 고형연료 열분해장치는 상기 열분해로(10)의 하부에 연통되게 설치되어 상기 열분해로(10)에서 불완전연소 된 고형연료의 잔류탄소를 연소시키기 위한 애쉬(ASH) 연소부(30)를 갖는다.

상기한 열분해로(10)는 외부공기를 최대한 차단할 수 있는 밀폐형 구조를 갖는다.

또한, 상기 열분해로(10)는 대략 중간부위에 고형연료가 투입되는 투입구(18)가 형성된다.

또한, 상기 열분해로(10)는 그 하부로 부터 투입구(18)까지 고형연료가 적재되어 있는 상태에서 고형연료의 공급 및 열분해가 이루어지게 된다.

또한, 상기 열분해로(10)의 외벽(15)은 내화재(15a) 또는 수냉재킷(15b)중 선택된 어느 하나로 되거나 또는 내화재와 수냉재킷을 겸하여 형성할 수도 있다.

또한, 상기 열분해로(10)의 벽면에는 다수의 연소공기공급노즐(12a)이 미리 지정된 각도로 경사지게 관통설치되어 있다. 상기 연소공기공급노즐(12a)은 열분해로(10)의 내부로 공기를 분사해 줌으로써 연소가스가 회전하면서 마치 토네이도와 같은 효과를 유발하여 고형연료의 열분해를 가속시킬 수 있다.

참고적으로, 상기한 고형연료는 RDF, RPF, TDF, FLUFF 등을 포함된다. 또한, 상기 고형연료는 상기 열분해로의 투입구(18)와 연결되는 호퍼(미도시)를 통해 공급될 수 있고, 공급된 고형연료는 압축 밀폐형 이중투입장치 이중투입장치에 의해 열분해로(10)의 내부로 공급되는 것이 바람직하다.

상기한 가스연소로(20)에는 상기 열분해로(10)에서 발생되는 열분해 가스를 완전 연소시키기 위한 공기공급노즐(19)이 설치된다.

여기서, 상기 공기공급노즐(19)은 미연가스를 연소시키기 위해 설치된 것이다.

또한, 가스연소로(20)의 내부에는 터빈 날개형 부넘기(22)(이하 "부넘기"라 약칭함)가 설치된다.

여기서, 상기 부넘기(22)는 가스연소로(20)의 내부를 통과하는 가스의 유속을 향상시키고, 가스에 와류를 유발시켜서 가스연소로(20)의 내벽과 중앙부분을 통과하는 가스의 유속을 균형있게 해 주는 역할을 한다.

상기한 공기공급노즐(19)은 유동단면적이 축소되는 열분해로(10)와 가스연소로(20)의 연결목(50)에 설치된다.

또한, 상기 공기공급노즐(19)은 연결목(50)의 내부를 향하여 방사형으로 다수 설치되되, 특히 유동가스가 와류를 형성하도록 연결목(50)의 중심으로 부터 빗나가도록 경사지게 설치된다. 따라서, 상기 공기공급노즐(19)로 부터 분사되는 공기와 열분해로(10)로 부터 유입되는 가스의 혼합을 용이하게 하여 완전 연소를 도모하게 된다.

또한, 상기한 가스연소로(20)에는, 가스연소로로 유입된 가스중 미연가스를 완전 연소시키기 위한 보조버너(21)가 설치된다.

상기한 애쉬 연소부(30)의 바닥에는 상기 열분해로(10)에서 완전 연소되지 않은 고형연료의 잔류탄소를 연소시키기 위한 다수의 연소공기공급노즐(34a,34b)이 설치된다.

또한, 상기 애쉬 연소부(30)에는 발생된 애쉬를 이송 또는 외부로 배출하기 위한 적어도 하나 이상의 이송램(31a,32a)이 설치된다.

이때, 상기 이송램(31a,32a)은 도 2, 3에서와 같이 교차되게 설치할 수 있다. 교차되는 이송램은 31c, 32c, 31d, 32d로 각각 표기 하였다.

상기한 애쉬 연소부(30)는 다단형으로 여러 개 형성할 수 도 있다.

여기서, 여러 개의 애쉬 연소부중에서 상부에 위치하는 애쉬 연소부의 이송램(31a)에 의해 애쉬가 이송되면, 하부에 위치하는 애쉬 연소부의 이송램(32a)이 애쉬를 외부로 배출시킬 수 있도록 할 수 있다.

한편, 상기 애쉬 연소부(30)에는 고형연료의 열분해시 고열에 의해 발생될 수 있는 크랭커를 제거하기 위하여 크랭커 방지장치(미도시)를 설치할 수 있다. 여기서, 상기 크랭커 방지장치는 회전식 교반기(미도시)와 날개로 구성될 수 있으며, 이중 어느 하나만을 구비할 수도 있다. 본 발명의 도면에서는 날개(35)가 설치된 상태만이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 고형연료 열분해장치는 상기 애쉬 연소부(30)에서 발생되는 가스를 열분해로(10)로 바이패스 하기 위하여 상기 애쉬 연소부(30)와 열분해로(10)를 연결하는 바이패스부(17)를 더 구성할 수 있다.

여기서, 상기 바이패스부(17)에는 이를 통해 배출되는 가스의 흐름량을 조절하기 위한 조절게이트(16)가 설치됨이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 고형연료 열분해장치의 작동 및 작용에 대해 설명한다.

열분해로(10)의 측부에 구비된 투입구(18)를 통해 적어도 2가지 이상의 고형연료를 투입하며, 투입된 고형연료는 열분해로(10)의 하부에 적재된 상태가 된다.

이 상태에서 점화버너(13)를 가동시켜서 고형연료에 점화를 하고, 점화가 된 이후에는 연소공기공급노즐(34a,34b)로 부터 공급되는 공기에 의해 연소가 시작된다.

이렇게 되면 고온의 가스가 발생되는데, 발생된 고온가스는 대류현상에 의해 열분해로(10)의 상부로 이동하면서 열분해로(10) 내부에 적재된 고형연료를 가열함으로써 열분해를 촉진시킨다.

이때, 상기 이송램(31a,32a)은 실린더에 의해 전후진 작동이 되기 때문에 외부와 연통될 소지를 갖고 있으나, 패킹(미도시)과 같은 밀폐수단에 의해 기밀을 해 줌으로써 열분해로(10) 내의 고형연료는 저산소 상태의 열분해가 가능하게 된다.

이와 같이 열분해로(10) 내에서 고형연료가 열분해가 되면 고열가스가 발생하게 되고, 발생된 고열가스는 대류작용에 의해 열분해로(10)의 상부에 연결된 가스연소로(20)로 이동된다.

여기서, 상기 열분해로(10) 내의 하부 분위기 온도는 약 800 ~ 1200℃, 상부 분위기 온도는 대략 600 ~ 900℃, 상기 가스연소로(20)의 내부 분위기 온도는 약 950 ~ 1100℃의 온도를 각각 유지해야만 연소 열분해 및 연소효율을 극대화시킬 수 있다.

만약, 상기한 온도가 내려가거나 또는 올라갈 경우에는 온도를 조절할 필요가 있는데, 열분해로(10)의 내부 온도는 연소공기공급노즐(34a,34b)에 의해 조절하며, 가스연소로(20)의 내부 온도는 공기공급노즐(19)에 의해 공급되는 공기에 의해 각각 조절한다.

한편, 상기 열분해로(10)로 부터 가스연소로(20)로 이동되는 열분해 가스는 연결목(50) 부위에서 공기공급노즐(19)에 의해 연소공기와 혼합되고, 보조버너(21)에 의해 재연소되면서 가스 중에 잔류된 미연가스를 완전연소시키게 된다.

여기서, 상기 가스연소로(20)에는 고형연료 연소시 발생되는 NO_X를 제거하기 위해, 요소수를 분사할 수 있는 분무장치(미도시)를 증설하게 되면 NO_X를 약 70% 이상 제거할 수 있다.

이와 같이, 열분해로(10) 하부에서 공급되는 연소공기에 의해 1차 불완전 연소된 잔류탄소는 하부로 쌓이게 되는데, 이때 하부에서 공급되는 연소공기에 의해 미연소 분의 연소가 이루어진다.

여기서, 고열에 의해 크랭커 현상 등이 발생될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 이송램(31a,32a)을 적어도 하나 이상 교차 설치하여 이송램(31a,32a)의 이동에 따라 이동시켜 크랭커 현상을 방지하며, 상측에서 발생될 수 있는 크랭커는 크랭커 방지장치에 의해 억제할 수 있다.

또한, 애쉬 연소부(30)의 하부에서 연소된 애쉬는 하부 및 측면에서 공급되는 연소공기에 의해 완전연소 또는 일부가 냉각되어 배출램(31b,32b)에 의해 외부로 배출된다.

여기서, 상기 애쉬 연소부(30)에서 발생되는 연소공기는 바이패스부(17)를 통해 열분해로(10) 상부로 배출되며, 이때의 배출 가스량은 조절 게이트(16)에 의해 조절된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 고형연료 열분해장치는, 분리 정재된 고형연료를 친환경적 고효율로 연소하기 위한 장치로서, 종래의 열분해(가스화) 소각장치보다 단순화하여 제작비 및 유지관리비를 절감할 수 있어서 경제적이며 설치면적을 줄일 수 있어서 효율적 시설이 가능하다.

또한, 본 발명의 장치는 고형연료를 연속적으로 열분해로(10) 중간부 일측에서 투입하고, 투입된 연료는 하부에서 연소가 시작되며, 이 열에 의해 상부의 연료를 열분해 시킨다. 이때 분리 정재된 고형연료는 폐기물보다 발열량이 높은 반면 크기가 작아 미연소 분이 적게 발생하는 특징을 가지고 있으므로 적은 바닥면적으로도 완전 연소가 가능하다.

또한, 열분해시 발생된 고온의 가스는 대량의 NO_X 등이 발생될 수 있으므로 이를 공기공급노즐(19)을 통과하는 과정에서 NO_X가 환원되도록 하였으며, 열분해로(10)는 하부의 연소공기공급노즐(12a)에 의한 토네이도 현상이 발생하나 상부는 토네이도 현상이 발생하지 않으며 하부 용적에 비해 상부 용적이 크게 됨으로써 발생가스의 속도를 최소화할 수 있으며, 이로인해 분진이 가스연소로(20)로 이송되는 것을 최소화할 수 있다.

특히, 본 발명은 RDF 연소시에 복사열에 의해 연소를 촉진시킬 수 있도록 열분해로(10)의 상측에 적어도 하나 이상의 공기공급노즐(19)을 구성하여, 고속으로 공급되는 연소공기에 의해 상부에서 열분해 가스를 연소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 장치는 최하층 고형연료를 일부 연소시키고 이 연소열에 의해 고형연료를 열분해시킨다.

그리고, 열분해 되고 남은 잔류탄소를 포함한 미연소분은 하부에서 연소공기공급노즐(12a)에 의해 공급되는 연소공기에 의해 연소가 이루어진다.

또한, 상기 열분해로(10)에서 열분해가 이루어진 후 잔재는 이송램(31a,32a)에 의해 애쉬 연소부(30)로 이송되고 애쉬 연소부의 하측 연소공기공급노즐(34a,34b)에서 공급되는 연소공기에 의해 잔류탄소가 완전히 연소되고 냉각된 후 배출램(31b,32b)에 의해 외부로 배출된다.

한편, 열분해된 고온의 가스는 상부로 이송되어 투입된 고형연료를 열분해시키면서 약간 냉각되어 열분해로(10) 상부로 이송되며, 이 가스는 다시 상부에 설치된 가스연소로(20)에 유입되어 연소공기와 혼합되어 완전히 연소된다.

위에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양 한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 열분해장치의 구성도

도 2는 도 1의 E-E선 단면도

도 3은 도 1의 A-A선 단면도

도 4는 도 1의 B-B선 단면도

도 5는 도 1의 C-C선 단면도

도 6은 도 1의 D-D선 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열분해로 20 : 가스연소로

30 : 애쉬 연소부

Claims (7)

1. 일측에 설치된 연료투입구로 부터 공급받은 고형연료가 열분해되며, 내부로 연소가스가 공급되는 열분해로;

   상기 열분해로의 상부에 연결되어 상기 열분해로로 부터 발생되는 가스를 연소시키는 가스연소로;

   상기 열분해로의 하부에 연결되어 상기 열분해로에서 완전연소화 되지 않은 고형연료의 잔류탄소를 연소시키는 애쉬 연소부를 포함하는 고형연료 열분해장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애쉬 연소부에서 발생되는 가스를 상기 열분해로로 바이패스 시키기 위하여, 상기 애쉬 연소부와 열분해로를 연결하는 바이패스부와, 상기 바이패스부를 통과하는 가스의 흐름량을 조절하기 위한 조절게이트를 포함하는 고형연료 열분해장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열분해로의 외측벽에는,

   상기 연소가스를 상기 열분해로의 내부로 고속회전분사시키기 위하여 다수의 연소공기공급노즐이 미리 지정된 각도로 경사지게 관통설치된 고형연료 열분해장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 애쉬 연소부는 적어도 1단 이상으로 구성된 고형연료 열분해장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 애쉬 연소부에는, 발생된 애쉬를 이송하기 위한 적어도 하나 이상의 이송램을 갖는 고형연료 열분해장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 가스연소로에는, 초기 가동시 승온을 위한 보조버너가 설치되며, 상기 가스연소로의 가스가 통과하는 중간에는 터빈 날개형 부넘기가 설치된 고형연료 열분해장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 가스연소로와 상기 열분해로 사이에는, 유동가스가 와류를 형성하도록 하는 공기공급노즐이 설치된 고형연료 열분해장치.

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