KR20100024043A - 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치 및 방법에 관한 것으로서,완전 연소 조건이 상이한 다양한 성분으로 이루어진 액체 유기성 폐기물(폐유)에 대해 1, 2차에 걸쳐 다단계의 자연발화 연소가 이루어질 수 있도록 연소 과정을 개선함으로써, 액체 유기성 폐기물의 완전한 연소와 더불어 연소 효율의 향상을 도모하고자 한 완전 연소 장치 및 방법에 관한 것이다.

액체 유기성 폐기물, 폐유, 연소 장치, 버너, 재연소, 와류

Description

액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치 및 방법{Burner and method for complete combustion of liquid organic effluent}

본 발명은 완전 연소 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 유기성 폐기물을 완전 연소시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 연소 효율을 높이기 위해서 연료의 분사방식과 함께 연료를 연소시키는 방법, 공기를 주입하는 방법 등 다양한 연구가 진행되고 있다.

특히, 액체 유기성 폐기물(폐유)을 연료로 사용하는 연소 장치(버너)의 경우, 폐기물을 처리한다는 점과 이를 연료로 사용하여 에너지를 획득한다는 점에서, 환경보호 및 폐기물의 재활용, 에너지 획득의 경제적인 이익 등 많은 이점을 제공한다.

상기와 같은 연소 장치에서는 대기 중에서 100% 연소가 이루어져야만 완전한 연소 효율을 얻을 수 있고, 더불어 유해물질의 배출을 최소화할 수 있다.

종래 강압분사방식의 연소 장치는 연료 자체를 분사하여 기체화시킨 다음 연 소시키는 방법을 채택하고 있는데, 이러한 연소 방법은 연료를 충분히 기체화시키는데 한계가 있고, 이로 인해 상당량의 연료가 불완전 연소되면서 연소 효율이 떨어지는 문제를 갖고 있다.

보통 연소 효율을 높이기 위해서는 충분한 공기를 주입하여 기체화를 조성할 수 있도록 해야 하고, 연소되지 않은 연료를 최대한 재연소시켜 완전 연소를 유도해야 한다.

이때, 주입되는 공기와 연소되지 않은 연료를 혼합시켜 완전 연소가 이루어지도록 하기 위해서는 주변의 환경을 자연발화가 가능한 온도인 800℃ 이상의 온도 조건으로 만들어주는 것이 필요하며, 이와 함께 연속적인 연료의 연소를 위하여 충분한 공기의 주입과 연료의 공급이 지속적으로 이루어져야 한다.

등록특허 제384065호에서는 위와 같은 점들을 고려한 액체 연료의 연소 방법을 제시하고 있다.

상기 액체 연료의 연소 방법은 고점도 및 저점도의 연료를 압축공기와 함께 소정의 압력으로 노즐 몸체의 길이방향을 따라 분사시키고, 이때의 혼합기가 노즐 몸체의 길이방향을 따라 방향을 달리하면서 굴절된 구조로 되어 있는 다수의 환형 통로를 통과하도록 함으로써, 혼합기가 각 환형 통로에서 유동방향이 꺾이는 도중에 생기는 충돌력 및 단면적의 차이로 인한 압력의 변화, 그리고 충분한 공기의 공급에 따른 연료의 미립화를 이용하여 액체 연료를 연소시키는 방법이다.

이러한 액체 연료의 연소 방법에서는 액체 연료의 기체화를 위해 초기 예열을 충분하게 하여 필요한 온도 이상의 온도 조건을 조성한 후 연소를 시작하고, 또 압축공기의 주입으로 인해 점차적으로 온도 보전이 낮아지더라도 연소열의 온도를 활용함으로써 액체 연료의 충분한 기체화 및 완전 연소를 만족시킬 수 있다.

그러나, 위와 같은 연소 방법에서도 점도가 높은 산업 폐기물인 폐유를 연료로 사용하는 경우 이때의 폐유를 완전 연소시키는 데에는 미흡한 점이 있다.

예를 들면, 폐유는 황, 납, 인 등 유해한 물질을 많이 함유하고 있기 때문에 정제시킨 다음 일정온도로 예열하여 사용하고 있으며, 불완전 연소 환경에서는 불연물질인 회분을 많이 발생시키는 문제가 있다.

이러한 회분은 기체화 공간의 형성을 억제하는 동시에 열을 가하면 고체화되어 굳어지는 성질을 가지므로, 회분 성분이 굳어지지 않도록 하는 연소 조건이 필요하다.

따라서, 폐유의 연소시 회분 발생을 억제하고 완전 연소를 도모하기 위해서는 초기 예열 후 연소가 시작되는 시점부터 예열 보존 온도가 초기 온도보다 약 1200℃ 정도까지 유지된 상태가 되어야 한다.

위와 같이 폐유의 연소시 그 종류에 관계없이 불연물질까지 완전 기체화를 이루어 완전 연소를 달성하기 위해서는 외부 공기의 도입으로 인해 저하되는 예열 보존 온도를 일정수준까지 보상해야 하는데, 기존의 액체 연료 연소 방법의 경우 완전 연소를 위한 온도 조건을 충분하게 확보하지 못하는 관계로 연료 내에 함유되어 있는 불연물질을 상당량 연소시키지 못하는 등 폐유를 완전 연소시키는 측면에서는 한계를 갖고 있다.

액체 유기성 폐기물(폐유)의 완전 연소에 있어서, 세 가지 요건, 즉 첫째 물 질의 기화를 위한 온도 유지, 둘째 기화된 기체와 공기의 혼합, 셋째 혼합기체를 자연발화 온도인 800℃ 이상의 온도로 지속 유지하는 조건을 만족시켜야만 완전 연소가 실현된다.

상기 세 가지 요소 중 기화를 위한 온도 유지와 공기 주입에 관한 기술은 등록특허 제825664호에 개시된 바 있다.

그러나, 복합 성분으로 이루어진 유기성 폐기물의 완전 연소는 송풍팬으로부터 공급되는 공기주입방법이 기화 조건을 좌우하며, 연소에 많은 영향을 준다.

또한 다양한 성분의 유기성 폐기물은 각 성분마다 기화를 위한 필요 온도가 각각 다르며, 연소 종료시간 또한 다를 수밖에 없다.

결국, 단순 공기주입방법으로는 다양한 성분의 혼합물질을 기화시키기 위한 온도를 보존하고 연료 종료시까지 충분한 공기를 공급하는 것은 불가능하며, 종래기술에서는 충분한 공기를 주입하지만 풍압과 풍량에 의한 연소 조건이 상실되어 불완전 연소가 발생할 수밖에 없다.

풍압과 풍량은 비례하며, 풍압이 연소 조건에 많은 영향을 주게 된다. 이에 연소 조건에 많은 영향을 미치는 풍압을 조절하여 연소 조건을 보다 향상시킬 수 있도록 함에 본 발명의 필요가 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 완전 연소 조건이 상이한 다양한 성분으로 이루어진 액체 유기성 폐기물(폐유)에 대해 1, 2차에 걸쳐 다단계의 완전 연소가 이루어지도록 연소 과정을 개선함으로써, 액체 유기성 폐기물의 완전한 연소와 더불어 연소 효율의 향상을 도모할 수 있는 연소 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 연소 과정의 개선과 더불어 1차 및 2차 연소를 위한 공기의 주입 과정을 개선하여, 액체 유기성 폐기물의 완전 연소가 가능하도록 기화 효율을 향상시키는 동시에 혼합 기체의 자연발화 온도 형성을 유도할 수 있고, 최적의 완전 연소 조건을 조성할 수 있는 연소 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 후단부가 밀폐된 공기도입관과 그 내측의 외부보조관 및 내부보조관의 3중관 구조로 구성되어 상기 내부보조관 내부에 길게 삽입 설치되는 기화기 및 이 기화기를 예열하기 위한 예열기가 구비되고, 상기 기화기 전단부 일측에는 반경방향으로 돌출 형성된 역류판이 형성되며, 상기 기화기의 혼합부 대직경 부분 전면에 기화기 내에서 기화된 유기성 폐기물 가스와 압축공기의 혼합기가 배출되는 오리피스가 구비되어 상기 대직경 부분과 역류판이 상기 내부보조관 내에서 1차 연소실을 형성하는 연소기와;

상기 연소기와는 별도의 원통형 관으로 구비되고, 상기 외부보조관의 전단부가 접합 연결되어 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로에 연통된 내부공간을 가지며, 상기 공기도입관을 거쳐 공급되는 공기와 상기 1차 연소실에서 배출되는 연소가스 및 잔유물이 혼합된 상태로 2차 재연소가 이루어지는 재연소통과;

송풍팬에 의해 압송된 공기를 상기 연소기의 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로로 공급하는 송풍하우징;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 예열기를 작동시켜 기화기의 연료 이동공간 및 그 주변을 예열하는 단계와;

송풍팬이 가동되어, 송풍하우징을 통해 연소기의 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로로 공급된 뒤 상기 공기도입관의 후단부 내부공간으로 유도된 공기가, 상기 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로와 내부보조관 내측의 유로로 각각 분배되어, 연소기 내 1차 연소실과 상기 연소기가 접합 설치된 재연소통에 공급되는 단계와;

연료가 되는 액체 유기성 폐기물과 압축공기가 기화기에 공급되고, 상기 기화기 내에서 기화된 유기성 폐기물 가스와 압축공기의 혼합기가 상기 기화기의 오리피스를 통해 상기 1차 연소실 내로 배출되는 단계와;

예열기에 의해 가해지는 열의 누적과 예열 온도에 의해 상기 1차 연소실 내 에서 혼합기의 자연발화가 개시되고 연료의 1차 연소가 이루어지는 단계와;

상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로를 통해 공기와 상기 1차 연소실의 연소가스 및 잔유물이 재연소통으로 공급되어 2차 재연소가 이루어지는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명의 완전 연소 장치 및 방법에 의하면, 완전 연소 조건이 상이한 다양한 성분으로 이루어진 액체 유기성 폐기물(폐유)에 대해 1, 2차에 걸쳐 다단계의 완전 연소가 이루어지도록 연소 과정을 개선함으로써, 액체 유기성 폐기물의 완전한 연소와 더불어 연소 효율의 향상을 도모할 수 있다.

또한 본 발명에서는 1차 연소가 이루어지는 연소기에서 고온의 연소가스와 잔유물, 공기가 재연소통 내에 편심된 방향으로 토출되어 와류를 형성하도록 함으로써, 이에 연소가스와 공기의 완전한 혼합이 이루어질 수 있게 된다. 특히, 와류 형성에 의해 재연소통 내에서 2차 연소된 가스의 체류시간이 길어질 수 있고, 열 또한 최대한 누적될 수 있게 된다. 또한 배기구에 설치된 차단판이 열 및 가스를 재연소통 안으로 다시 밀어주어 모아주며, 이에 재연소통 내에서 고온의 열이 최대한 누적될 수 있게 된다.

이에 따라, 재연소통 내에서 토출 기체의 회전 및 와류 발생, 와류로 인한 공기의 원활한 혼합 및 고온 연소가스의 체류시간 증대, 차단판에 의한 열 배출 최소화, 와류 및 차단판에 의한 열 누적 극대화 및 최대한의 연소 시간 확보 등이 복합적으로 작용하게 되면서, 재연소통 내 온도를 완전 연소 조건으로 최대한 상승시킬 수 있고, 연소기 내에서 연소되지 못한 고형물질 등이 재연소통 내에서의 완전 연소에 의해 최종 완전 소각되어 제거될 수 있게 된다.

또한 혹한기에 압축공기를 1차 연소와 2차 연소가 진행되는 동안 재연소통 및 외부보조관 주변의 압축공기 순환관으로 통과시켜 연소열에 의해 예열되도록 하고, 이에 예열된 압축공기를 연료와 혼합하여 사용할 수 있게 됨으로써, 연료의 기화 조건을 최상의 조건으로 유지할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명에서는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소와 연소 효율의 향상이 가능해지며, 폐기물 완전 처리를 통한 환경오염 방지의 효과는 물론, 본 발명의 연소 장치를 열에너지 공급 장치로 활용할 경우 에너지 이용 효율 및 폐기물 재활용성이 극대화되는 효과를 기대할 수 있다.

특히, 고유가 시대에 모든 액성을 가진 유기성 폐기물을 완전 연소시킬 수 있게 됨으로써, 처리시 대기오염을 방지하면서 폐기물의 고급 에너지화를 도모할 수 있다는 커다란 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 액체 유기성 폐기물을 완전 연소시키는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 완전 연소 조건이 상이한 다양한 성분으로 이루어진 액체 유기성 폐기물(폐유)에 대해 1, 2차에 걸쳐 다단계의 완전 연소가 이루어지도록 연소 과정을 개선함으로써, 액체 유기성 폐기물의 완전한 연소와 더불어 연소 효율의 향상을 도모하고자 한 것이다.

이러한 본 발명의 완전 연소 장치는 액체 유기성 폐기물(폐유)을 완전 연소시켜 처리하는 처리 장치로서의 역할뿐만 아니라 액체 유기성 폐기물을 연료로 사용하여 열에너지를 얻을 수 있게 하는 가열 장치 또는 버너의 역할을 수행하게 됨으로써, 액체 유기성 폐기물의 효과적인 활용은 물론 이것의 연소시에 발생하는 불연물질인 회분이나 다이옥신과 같은 환경오염물질 등의 완전한 연소를 유도하여 폐기물의 재활용 및 공해 방지에 탁월한 효과를 가지는 완전 연소 장치이다.

연소 효율을 높이기 위한 요건 중 공기주입방법은 매우 중요한 요소이다.

특히, 공기는 80% 이상의 질소 성분으로 이루어져 있으며, 이는 연소 조건의 악재 요소로서, 연소의 악재 조건인 질소의 역할은 완전 연소 조건의 형성에 많은 영향을 준다.

질소질이 풍압에 의해 대기 중으로 열을 이송할 때 질소질이 포함하고 있는 열을 집약하여 연소실 내에 충분한 온도가 전달될 수 있는 공기주입방법이 필요하며, 그래야만 완전 연소 조건이 충족되게 된다.

종래 사용되었던 일반적인 연소 방법에서는 연료의 '분사'-'점화'의 두 단계로만 진행되므로 불완전 연소가 이루어질 수밖에 없으며, 그 이유는 연료의 기화 과정에서 강제 기화가 아닌 자연 연소열에 의한 이동 자연 기화에 의존하기 때문이다.

완전 연소의 세 가지 요건, 즉 물질의 100% 강제 기화, 기체와 공기의 강제 혼합, 혼합기의 자연발화 온도(800℃) 유지라는 조건을 모두 만족시켜야만 완전 연소가 실현될 수 있다.

이 중 물질의 기화에 대해서는 인위적으로 온도를 가해주면 된다. 하지만, 인위적인 온도 유지는 2차 공기 공급과 충돌이 되어 동일 방향에서 공기 주입시 2차 연소를 위한 산소 공급이 결핍되는 현상이 일어나게 된다.

자체의 열을 이용하여 물질을 기화하고 혼합 기체를 자연발화 온도인 800℃ 이상으로 유지해야만 2차 연소시 충분한 산소 공급 조건이 이루어지게 된다.

이에 본 발명에서는 연소 과정의 개선과 더불어 1차 및 2차 연소를 위한 공기의 주입 과정을 개선하여, 액체 유기성 폐기물의 완전 연소가 가능하도록 기화 효율을 향상시키는 동시에 혼합 기체의 자연발화 온도 형성을 유도할 수 있고, 최적의 완전 연소 조건을 조성할 수 있도록 한다.

완전 연소를 위해서는 공기가 연소에 미치는 2대 요소, 즉 첫째 연소실 내의 압력을 극복하기 위한 풍압, 둘째 연소에 필요한 충분한 공기를 주입하기 위한 풍량의 두 요소를 고려하여야 하며, 상기 두 요소가 연소에 미치는 결과에 따라 완전 연소, 불완전 연소가 결정된다.

이와 같은 점을 감안하여, 본 발명에서는 공기의 양 및 풍압을 적절히 분산할 수 있는 공기주입방법을 제공하며, 강압분사방식이든, 기화연소방식이든 과도한 풍압은 물질이 기화하는데 필요한 온도의 상실 요인이 되기 때문에 반드시 조절되어야 한다.

송풍팬에 의해 공급되는 공기의 압력, 즉 풍압을 조절하지 않으면 공기 중에 포함되어 있는 질소 성분이 기화기 주위에 있는 열을 밖으로 강제 배출하기 때문에 기화 조건 형성이 어렵게 된다.

이에 본 발명에서는 풍압을 분산시키기 위해 공기주입구조를 다중 구조로 한다.

이하, 다음의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연소 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

첨부한 도 1과 도 2는 본 발명에 따른 완전 연소 장치의 사시도이고, 도 3과 도 4는 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 주요 구성을 도시한 사시도이다. 도 3과 도 4에서는 본 발명의 연소 장치에서 와류 형성을 통해 2차 완전 연소가 이루어지는 재연소통(200), 송풍팬에 의해 공기가 공급되는 재연소통(200) 외측의 송풍하우징(300), 내측으로 1차 연소가 이루어지는 부분이면서 완전 연소를 위한 개선된 공기 주입이 이루어지는 연소기(100) 등을 도시하였으며, 송풍팬의 도시를 생략하였다.

또한 첨부한 도 5와 도 6은 절개 사시도로서, 도 5에서는 송풍하우징(300)을 절개하여 도시하였으며, 도 6에서는 송풍하우징의 도시를 생략하고 그 내측의 재연소통(200)을 도시하되, 재연소통(200)의 일부를 절개하여 도시하였다.

또한 첨부한 도 7은 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 기화기 및 예열기를 도시한 사시도이고, 도 8은 연소기의 종단면 및 재연소통의 횡단면 구조를 도시한 단면도이다.

도 8에서 화살표 A는 공기의 흐름을 나타내고, 화살표 FA는 연료인 액체 유기성 폐기물(폐유)과 압축공기의 혼합물 흐름을 나타내며, 화살표 MG는 혼합기(액체 유기성 폐기물이 기화된 가스와 압축공기의 혼합기)의 흐름을 나타내며, CG는 연소가스의 흐름을 각각 나타낸다.

본 발명의 완전 연소 장치는 송풍팬(400), 송풍하우징(300), 그리고 공기도입관(110)/보조관(120,130)/기화기(140)를 포함하여 구성되는 연소기(100), 재연소통(200)을 주된 구성으로 하며, 각 구성요소에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 내부공간을 가지는 원통형 관의 재연소통(200)이 연소기(100)와는 별도로 구비되고, 상기 재연소통(200)의 외측으로는 그 일측 주변을 둘러싸도록 송풍하우징(300)이 설치된다.

이때, 재연소통(200)과 이를 둘러싼 송풍하우징(300) 사이에 공기가 공급되어 흐를 수 있는 공간(송풍실)이 형성되도록 상기 재연소통(200)과 송풍하우징(300)은 내외측에서 소정의 간격을 두고 상호 조립된다.

상기 송풍하우징(300)과 재연소통(200) 사이의 공간, 즉 송풍실(301)은 연소기(100)의 공기도입관(110)과 외부보조관(120) 사이의 유로와 연통되며, 이를 제외하고는 나머지 송풍실 공간이 밀폐된 공간이 되도록 송풍하우징(300)과 재연소통(200)이 조립된다.

또한 상기 송풍하우징(300)의 공기공급부(302)는 송풍팬(400)의 출구부와 연 결되어, 송풍팬(400)의 구동시에 압송되는 공기가 송풍하우징(300)의 내부공간(송풍실(301))으로 공급될 수 있게 되어 있다.

또한 상기 재연소통(200)의 일단부 중앙에 형성된 공기주입구(201)는 송풍하우징(300)의 내측에서 송풍하우징(300)의 공기공급부(302)를 향해 개방되어 있으며, 재연소통(200)의 반대쪽 타단부는 개방된 구조로 되어 배기구(202)가 형성되어 있다.

상기 재연소통(200)의 일단부는 원추형상으로 제작되어 단면적이 끝으로 갈수록 축소되는 구조이며, 그 끝단에 상기 공기주입구(201)가 형성되어 있다.

상기 재연소통(200)에서 개방된 구조의 배기구(202)에는 전 둘레에 걸쳐 그 안쪽으로 테이퍼지게 연장 형성된 경사판 구조의 차단판(203)이 구비된다. 여기서, 테이퍼진 차단판(203) 대신 배기구에서 안쪽으로 수직 절곡된 차단판이 배기구 둘레에서 안쪽으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다.

결국, 송풍팬(400)이 구동되면, 이에 의해 강제 압송되는 공기가 송풍하우징(300) 내측 및 재연소통(200) 주변으로 마련된 송풍실(301)로 공급되고, 일부는 재연소통(200)의 공기주입구(201)를 통해 재연소통(200)의 내부로 공급되어진다.

상기 송풍실(301)로 공급된 공기는 재연소통(200)과 송풍하우징(300) 측방에 길게 설치된 연소기(100)의 내부로 공급되는데, 연소기(100)의 내부에서 공기도입관(110)을 거쳐 외부보조관(120)과 내부보조관(130)으로 각각 분배되어 공급되며, 특히 내부보조관(130)으로 공급된 공기는 기화기(140) 주변의 연소실(131)로 공급되는 바, 연소실(131)에서의 혼합기(액체 유기성 폐기물이 기화된 연료 가스 및 공 기의 혼합기) 1차 연소시에 사용된다.

이하, 연소기의 구성에 대해 좀더 설명하면 다음과 같다.

우선, 연소기(100)는 재연소통(200) 및 송풍하우징(300)의 측면에 연결 설치되며, 이때 재연소통(200) 및 송풍하우징(300)의 길이방향에 대해 대략 90°각도로 길게 배치되어 연결 설치된다.

상기 연소기(100)는 3개의 관이 동심원 구조로 배치된 다중관 구조로 구성되는데, 외곽의 공기도입관(110)과, 상기 공기도입관(110)의 내측에 그로부터 소정 간격을 두고 조립되는 외부보조관(120)과, 상기 외부보조관(120)의 내측에 그로부터 소정 간격을 두고 조립되는 내부보조관(130)을 포함하여 구성된다.

상기 연소기(100)에서 가장 안쪽 관이 되는 내부보조관(130)의 내부 중앙에는 기화기(140)가 동심원상에 배치되도록 길게 삽입되어 설치된다.

공기도입관(110)과 외부보조관(120), 내부보조관(130), 기화기(140)는 이들 사이에 공간이 마련되도록 각각 내외측에서 소정 간격을 두고 배치되며, 상기 관들은 스페이서(101,102)를 매개로 상호 조립되어서 그 전체가 하나의 어셈블리를 구성하게 된다.

상기 공기도입관(110)은 밀폐된 내부공간(공기주입통로가 됨)을 가지면서 송풍하우징(300)에 측방 연결되어 설치되는 관으로서, 상기 공기도입관(110)의 전단부가 송풍하우징(300)의 배출구에 직접 연결되며, 이에 공기도입관(110)의 내부공간과 송풍하우징(300)의 송풍실(301)이 서로 연통된다. 이러한 구조에 의해 송풍하우징(300)으로부터 공기도입관(110)으로 공기가 공급될 수 있다.

상기 외부보조관(120)은 전단부가 송풍하우징(300)의 내측에 배치된 재연소통(200)에 직접 측방 연결되어 설치되는 관으로서, 상기 외부보조관(120)의 전단부가 재연소통(200)의 주입구(204)에 직접 연결되며, 이에 외부보조관(120)의 내부공간(공기와 연소가스의 유동통로가 됨)과 재연소통(200)의 내부공간(재연소실 = 2차 연소실임)이 서로 연통된다. 상기 외부보조관(120)의 후단부는 공기도입관(110)의 후단부 내부공간에서 개방된 구조로 되어 있다.

상기 내부보조관(130)은 외부보조관(120)의 내측에서 스페이서(101,102)에 의해 고정되는 소정 길이의 관으로서, 전단부는 재연소통(200)의 주입구(204)를 향해 개방되어 있고, 후단부는 공기도입관(110)의 후단부 내부공간으로 개방되어 있다.

또한 상기 내부보조관(130)에는 그 내부공간과 외부공간을 연통시키는 일종의 공기 통로로서 통공(132)이 슬릿(slit) 형태로 형성되며, 이때 내부보조관(130)에서 원주방향으로 길게 형성된 통공(132)들이 원주방향을 따라 일정간격으로 여러 개 형성될 수 있다.

상기 통공(132)은 내부보조관(130)에서 기화기(140) 후단부 쪽 위치에 형성되는데, 연소실(131) 후방으로, 특히 노즐부(144) 및 혼합부(145) 등의 후방 위치 형성된다.

이에 상기 내부보조관(130)의 내부공간으로는 그 후단부의 개방된 부분을 통해 공기도입관(110)의 후단부 내부공간으로부터 공기가 공급될 수 있으며, 이때 공기가 기화기(140)의 혼합부(145) 주변으로 마련된 연소실(131)로 공급될 수 있고, 연소실(131)에서 발생한 연소가스는 후술하는 역류판(148)에 의해 역류하여 상기 통공(132)을 통해 외부보조관(120)으로 빠져 나갈 수 있게 된다.

상기 내부보조관(130)의 내측으로 설치된 기화기(140)는 연료가 되는 액체 유기성 폐기물과 압축가스의 혼합물을 공급받아 이를 기화시키고, 기화된 혼합기를 내부보조관(130)과의 사이에 마련된 연소실(131)로 공급하는 역할을 한다.

상기와 같이 이루어진 연소기(100)에서는 송풍팬(400)에 의해 송풍하우징(300)의 내부공간(송풍실(301))으로 공기가 압송되면, 이후 공기가 송풍하우징(300)의 내부공간으로부터 공기도입관(110)으로 우선 공급되고, 이후 공기도입관(110)의 후단부 내부공간에서 외부보조관(120)의 후단부와 내부보조관(130)의 후단부를 통해 공기가 분배되어 주입되게 된다.

상기 기화기(140)에 대해서는 본원 출원인에 의해 출원된 등록특허 제825664호에 상세히 개시되어 있는 바, 이에 개시된 바와 같이 기화기(140)는 노즐부(144)와 혼합부(145)를 구비하며, 여기서 상기 혼합부는 노즐부의 주변에 동심원상에 배치되도록 설치된다.

상기 혼합부(145)는 노즐부(144) 보다는 큰 직경을 가지면서 서로 직경을 달리하는 단차진 형태의 관으로 이루어져 있으며, 내부보조관(130)의 내부공간에서도 상기 혼합부(145)의 대직경 부분(146)과 후술하는 역류판(148) 사이의 공간이 연소실(1차 연소실)(131)이 된다.

상기 대직경 부분(146)의 전면에는 연소실(131)측 통하는 복수의 오리피스(147)가 갖추어져 있으며, 이때의 오리피스(147)를 통해 연소실(131)측으로 토출 되는 연료(액체 유기성 폐기물이 기화된 가스) 및 압축공기의 혼합가스가 압력 강하 상태로 토출될 수 있게 된다.

상기 연소실(131)에서는 송풍하우징(300) 및 공기도입관(110)을 경유하여 내부보조관(130)의 후단부를 통해 공급된 공기가 기화기 혼합부(145)의 오리피스(147)를 통해 배출된 혼합기와 고르게 혼합되고, 이 상태에서 고온 환경 하의 자연발화가 유도되어 1차 연소가 발생하는 바, 이 1차 연소에 의해 연소가스 및 잔유물(또는 연소생성물)이 발생하게 된다.

상기와 같이 혼합부(145)의 대직경 부분(146)까지 이동된 연료(액체 연료)는 압축공기와 혼합된 상태에서 기체화되어 오리피스(147)를 통해 연소실(131)로 보내지는데, 혼합부(145)를 두는 이유는 액체상태의 연료가 혼합부(145) 내에서 압축공기의 압력에 의해 기체상태로 보다 쉽게 변화되도록 하여 자연발화가 가능한 상태가 되도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 기화기(140)의 후단부에는 액체상태의 연료(유기성 폐기물, 즉 폐유)와 압축공기의 혼합물이 공급되는 연료공급부(141)가 형성되는데, 이 연료공급부(141)는 공기도입관(110)의 내부공간을 밀폐하는 캡(111)을 관통하여 고정된다.

상기 기화기(140)의 연료공급부(141)에는 연료와 압축공기의 혼합물을 공급하기 위한 공급호스(142)가 연결되며, 이 공급호스(142)를 통해 압축공기와 함께 공급되는 연료가 기화기 노즐부(144) 및 혼합부(145)를 거치면서 기화되어 상기 대직경 부분(146)의 오리피스(147)를 통해 연소실(131)로 공급되게 된다.

상기 기화기(140)에는 전술한 바와 같이 액체상태의 연료와 함께 압축공기가 혼합되어 공급되어야 하는데, 만약 압축공기가 혼합되지 않은 상태로 액체상태의 연료만 공급되는 경우 연료의 기화가 일어나지 않게 된다.

즉, 압축공기의 제공은 연료의 기화를 촉진시키기 위한 것으로, 이를 통해 연료의 완전한 기화를 유도하여 연소실(131) 내에서의 불완전 연소를 최대한 억제하고, 불완전 연소 환경에서 발생하는 회분 등의 불연물질 형성을 억제할 수 있게 된다.

또한 상기 기화기(140)에서 재연소통(200)의 주입구(204)와 가까운 전단부 위치의 일측에는 기화기(140)의 길이방향(축방향)에 대해 대략 90°방향, 즉 기화기(140)를 중심으로 그 반경방향으로 돌출 형성된 역류판(148)이 설치되는 바, 이 역류판(148)은 연소실(131)에서 1차 연소가 이루어진 연소가스가 부딪히면서 그 흐름 방향이 전환되도록 하는 역할을 한다.

즉, 공기도입관(110)에서 내부보조관(130)의 후단부를 통해 공급된 공기가 연소실(131)로 공급되는 상태에서, 연료와 압축공기의 혼합기가 기화기(140)의 대직경 부분(146) 오리피스(147)를 통해 배출될 때, 연소실(131) 내에서는 자연발화 연소(1차 연소)가 일어나는 바, 이때 발생한 연소가스 및 잔유물(미연소된 고형물질, 즉 불연물질과 연소 반응에 의한 추가 생성물을 포함하는 것임)이 역류판(148)에 부딪히면서 일부는 역방향으로 흐르게 되고, 나머지는 역류판(148)을 통과하여 재연소통(200)으로 주입되게 된다.

이와 같이 상기 역류판(148)이 재연소통(200)의 주입구(204)를 향해 흐르는 연소가스 및 잔유물의 흐름 방향을 역방향으로 바꿔주게 되면, 역류된 연소가스 및 잔유물이 혼합부(145) 등 기화기(140) 주변을 거치게 되고, 이때 역류된 연소가스 및 잔유물의 열이 혼합부(145) 등 기화기(140)에 제공되면서 가열하게 된다.

결국, 역류판(148)이 설치됨으로 해서, 1차 자연발화 연소시 발생한 가스 및 잔유물의 일부가 역류판(148)에 부딪히면서 역류하게 되고, 이때 역류된 가스 및 잔유물이 기화기(140)에 열을 제공한 뒤 내부보조관(130)의 통공(132)을 통해 외부 배출되어 외부보조관(120)의 내부공간을 경유하게 된다.

상기와 같이 연소가스 및 잔유물이 기화기(140)에 열을 제공하게 되면 기화기(140) 내에서의 보다 완전한 연료 기화가 가능해진다. 또한 역류로 인해 열의 외부 배출을 줄일 수 있고, 결국 연소실(131) 내에 열이 누적되면서 자연발화 온도 및 완전 연소를 위한 고온 환경(1000℃ 이상)을 보존할 수 있는 바, 연소실(131)의 온도를 최대한 고온으로 유지할 수 있게 되면서 완전 연소는 물론 고형물질의 완전한 소각, 냄새까지 최대한 제거가 가능해진다.

요약컨대, 상기 역류판(148)은 연소실(131) 내 1차 연소 과정에서 발생한 연소가스 및 잔유물을 기화기(140) 주변으로 역류시켜, 기화기의 온도 상승을 유도하고, 이를 통해 기화기 내에서 상시 최상의 기화 조건이 유지될 수 있게 해준다.

연소실(131)에서 역류된 연소가스 및 잔유물(불가피하게 제거되지 못한 고형물질 및 냄새 입자 등)은 역류판(148)에 의해 역류된 뒤, 내부보조관(130)에서 통공(132)을 통해 외부보조관(120)으로 이동하고, 이어 외부보조관(120)의 후단부를 통해 공급된 공기와 함께 혼합되어 재연소통(200)의 내부공간(재연소실 = 2차 연소 실)으로 최종 공급되게 된다.

결국, 재연소통(200)으로는 역류판(148)에 의해 차단되어 역류 후 외부보조관(120)을 경유한 일부 연소가스 및 잔유물이 외부보조관(120)의 후단부를 통해 공급된 공기와 함께 재연소통(200)으로 주입되고, 또한 역류판(148)을 통과하는 나머지 연소가스 및 잔유물이 바로 재연소통(200)으로 주입되는 바, 재연소통(200)에서는 연소가스 및 잔유물이 공기와 함께 혼합된 상태에서 재연소, 즉 2차 자연발화 연소가 일어나게 된다.

이때, 연소실(131)에서 발생한 연소가스 및 잔유물 중에서 대략 2/3 정도는 기화기(140)의 역류판(148) 주변을 통과하여 재연소통(200)의 내부공간으로 바로 주입될 수 있도록 하고, 나머지 1/3 정도가 역류판(148)에 의해 역류되어 외부보조관(120)을 경유해 재연소통(200)의 내부공간으로 주입될 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 이를 위해 역류판(148)의 크기와 역류판(148)을 통과할 수 있는 내부보조관(130) 내 유로 단면적이 적절히 설정되어야 한다.

본 발명의 연소 장치에서는, 도 8의 화살표로 나타낸 바와 같이, 송풍하우징(300)에서 공기도입관(110)을 경유한 공기가 외부보조관(120)과 내부보조관(130)의 내부로 동일방향으로 주입되며, 이때 공기주입구조가 외부보조관(120)과 내부보조관(130)의 이중관 구조로 되어 있기 때문에 재연소통(200)으로 공급되는 풍압이 분산되게 된다.

이와 같이 공기가 분산되어 일부는 1차 연소실인 내부보조관(130) 내부의 연소실(131)로 공급되고, 나머지는 외부보조관(120)의 내부공간을 통해 2차 연소를 위한 재연소통(200)으로 공급되는데, 이때 완전 연소에 충분하면서도 적정량의 공기가 분산 및 공급되어 연소실(131)의 연소 분위기를 완전 연소를 위한 분위기로 유지할 수 있다.

또한 분산된 나머지 공기가 외부보조관(120)을 통해 재연소통(200)으로 바로 공급되므로 재연소에 필요한 공기 부족을 막을 수 있고, 충분한 양의 공기를 재연소통(200)이 공급받아 재연소통(200) 내에서의 완전 연소가 달성될 수 있게 된다.

한편, 기화기(140) 주변으로는 예열기(150)가 설치되는데, 이는 전기 스파크 방식으로 점화하는 통상의 점화기를 포함하는 것으로서, 상기 점화기와 연료인 가스를 공급하는 가스공급관(153)을 포함하여 구성된다.

상기 점화기와 가스공급관(153)은 공기도입관(110)의 캡(111)에 고정되어 설치되는데, 점화기의 점화봉(152)과 가스공급관(153)이 내부보조관(130) 내측으로 길게 연장 삽입되며, 점화봉(152)의 끝단과 가스공급관(153)의 출구단이 기화기(140) 주변에 위치된다.

결국, 캡(111)의 커넥터(154)에 연결된 가스공급호스(155)를 통해 가스공급관(153)으로 가스가 공급되는 상태에서, 커넥터(154)의 단자를 통해 점화기로 전기 신호가 인가되면, 점화기가 작동하면서 점화봉(152)의 끝단에 스파크가 발생되고, 이에 가스공급관(153)의 선단부에서 점화가 이루어지면서 예열기(150)가 작동하게 된다.

한편, 본 발명의 연소 장치에서 재연소통(200)은 1차 연소가 일어나는 내부보조관(130)의 연소실(131)에서 1차 연소에 의해 미처 제거되지 못한 연소가스 및 잔유물을 공급받아 최종적으로 완전 제거하기 위한 것에 목적을 둔 것으로, 액체 유기성 폐기물의 완전한 연소를 달성하기 위한 것이다.

만약, 액체 유기성 폐기물을 연료로 하지 않고 경유나 등유와 같이 정제된 청정 연료를 사용하는 경우, 연소실(131) 내 연소 환경에서 충분히 완전 연소를 이룰 수 있다.

그러나, 원유를 정제하고 남은 폐유 등 액체 유기성 폐기물이나 저질유인 벙커C유의 경우에는 진흙성분 등 고형물질이 많이 포함되어 있고 기타 다양한 성분들을 포함하고 있다.

특히, 폐기물에 포함된 다양한 성분들의 완전 연소 조건이 상이하기 때문에 연소실(131) 내 1차 연소만으로는 폐기물의 모든 성분들을 완전히 제거가 어려우며, 특히 회분이나 진흙성분과 같은 고형물질 등은 완전 소각되지 않고 남아 있을 수 있으므로 완전 연소를 실현하는데 부족함이 있다.

따라서, 외부보조관(120)을 통해 별도 분배된 공기를 재연소통(200)으로 공급하면서, 연소실(131)에서 나온 연소가스 및 잔유물이 재연소통(200)의 내부공간(재연소실)로 이동되도록 하여, 고온에서의 추가적인 자연발화 연소 과정, 즉 재연소통(200)에서의 2차 연소 과정을 거치도록 하는 것이다.

상기 재연소통(200) 내 재연소 조건은 자연발화 및 완전 연소를 위해 고온 환경으로 유지되어야 하는데, 본 발명의 연소 장치에서는 연소기(100)에서 별도 분배된 공기가 외부보조관(120)을 통해 직접 재연소통(200)으로 공급되므로, 재연소통(200) 내 완전 연소에 필요한 충분한 공기가 공급될 수 있고, 재연소통(200)에서 의 공기 부족이 발생하지 않는다.

다만, 완전 연소를 위한 고온 환경을 유지하기 위해서, 본 발명에서는 연소실(131)로부터 나온 연소가스와 잔유물(미연소 물질 및 별도 생성물을 포함), 그리고 외부보조관(120)을 통해 공급된 공기가 재연소통(200) 내에서 회전되도록 하여, 재연소통(200) 내에서의 체류시간이 길어지도록 하고, 또한 열이 최대한 누적되도록 한다.

즉, 연소가스와 공기가 혼합 상태로 연소기(100)에서 재연소통(200)으로 배출될 때 이들 가스가 재연소통(200) 내에서 순간적으로 회전되도록 하여 와류 흐름을 유도하는 것이다.

이와 같이 연소기(100)로부터 배출되는 가스가 재연소통(200)의 내부공간에서 회전하여 와류를 형성하도록 하게 되면, 재연소통(200) 내에서 연소 중인 가스의 체류시간이 길어지게 되고, 최대한 연소열이 재연소통(200) 내에서 누적될 수 있게 되며, 결국 재연소통(200) 내 온도를 완전 연소 조건으로 최대한 상승시킬 수 있는 것이다.

이를 위해, 연소기(100)에서 연소가스와 공기가 주입되는 외부보조관(120)을 재연소통(200)의 길이방향에 대해 횡방향으로 접합시키되, 도 8에 나타낸 바와 같이 재연소통(200) 중심에서 일측으로 편심되게 접합시키고, 내부보조관(130) 역시 재연소통(200) 중심에서 일측으로 편심되게 배치시킨다.

이렇게 연소기(100)의 외부보조관(120)과 내부보조관(130)을 재연소통(200)에 수직 편심되게 연결하면, 외부보조관(120)과 내부보조관(130)에서 배출된 가스 가 재연소통(200) 내에서 회전하여 와류를 형성하게 된다.

바람직하게는, 외부보조관(120)을 통해 배출된 가스가 재연소통(200) 내에서 원활히 회전할 수 있도록 하기 위하여, 재연소통(200) 직경을 외부보조관(120) 직경의 1.5배 이상으로 크게 하고, 상기 외부보조관(120)을 재연소통(200)의 중심선을 기준으로 어느 한쪽으로 편심시켜 접합시킨다.

결국, 가스의 회전 동안 체류시간이 길어지면서(최대한의 2차 연소시간 확보) 재연소통(200) 내 연소열이 계속해서 누적되는 조건이 만들어지고, 이에 재연소통(200) 내의 온도 상승이 극대화될 수 있는 바, 결국 완전 연소를 위한 고온 조건이 형성된다.

특히, 고형분 등의 미연소 물질이 재연소통(200) 내부로 배출될 때 이 역시 가스와 함께 회전하여 재연소통(200) 내 긴 경로를 통해 순환 및 체류하게 되고, 이에 고온 조건에서 확실한 소각 및 제거가 가능해지는 등 재연소통(200) 내 완전 연소가 가능해진다. 또한 연소가스와 공기가 재연소통(200) 내에서 회전하는 경우 연소가스와 공기의 완전한 혼합이 가능해진다.

바람직하게는, 재연소통(200)의 배기구(202)에 전 둘레에 걸쳐 그 안쪽으로 테이퍼지게 연장 형성된 경사판 구조의 차단판(203)을 구비하는데, 이 차단판(203)은 배기구(202)로 배출되려는 고온 가스 및 열이 부딪히면서 다시 재연소통(200) 내부로 모이도록 하는 역할을 한다.

즉, 상기 차단판(203)이 재연소통(200) 내의 고온 가스 및 열이 배기구(202)를 통해 외부로 배출되는 것을 차단하는 동시에, 재연소통(200)의 안쪽으로 고온 가스와 열을 모아주는 역할을 해줌으로써, 재연소통(200) 내에서의 가스 체류시간 증가, 연소열 누적, 완전 연소를 위한 고온 분위기 유지가 더욱 유리해진다.

특히, 다양한 성분으로 이루어진 연료의 완전 연소를 위해서 최대한의 연소 시간을 확보할 수 있다는 측면에서 매우 큰 장점을 가진다.

본 발명에서 배기구(202)에 테이퍼진 차단판(203)을 설치하는 것이 바람직하나, 그 대신 배출구에서 안쪽으로 수직 절곡된 차단판이 배기구(202) 둘레에서 안쪽으로 돌출 연장되어 형성될 수도 있다.

도 8에서 도면부호 143은 압축공기 순환관을 나타내는데, 이는 연료로 사용되는 액상의 폐유(액체 유기성 폐기물)과 함께 혼합되는 압축공기를 연소열로 예열하여 온도를 상승시키기 위해 설치되는 것이다. 연료와 함께 혼합되어 공급되는 압축공기의 온도가 높을수록 완전 연소에 보다 유리해진다.

연료와 혼합되는 압축공기의 온도는 완전 연소 조건을 형성하는데 있어서 매우 중요한데, 특히 혹한의 겨울철에 저온의 압축 공기가 예열 없이 바로 연료와 혼합되어 공급되면 완전 연소 조건을 저해하는 요인이 된다.

따라서, 본 발명의 연소 장치에서는 연소열을 이용하여 연료와 함께 공급되는 압축공기를 미리 예열시켜 줌으로써, 압축공기의 기능을 향상시키고, 연료와의 혼합 공급시에 압축공기가 완전 연소 조건을 저해하지 않도록 한다.

상기 압축공기 순환관(143)은 고온으로 유지되는 재연소통(200) 및 외부보조관(120) 주변을 여러 번 감는 구조로 설치될 수 있으며, 이때 재연소통(200) 및 외부보조관(120) 모두에 설치되거나 양쪽 중 어느 한쪽에만 설치될 수 있다.

압축공기는 압축공기 순환관(143)을 우선 통과한 뒤 연료와 혼합되어 기화기(140)에 공급되는데, 압축공기 순환관(143)을 따라 흐르는 압축공기가 재연소통(200) 및 외부보조관(120) 주변의 경로를 따라 이동하면서 재연소통(200) 및 외부보조관(120)으로부터 연소열을 받아 예열된 뒤 연료공급부(141)에서 공급되는 연료와 함께 혼합되어 기화기(140)에 공급되도록 한다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 연소 장치의 구성에 대해 상세히 설명하였는 바, 다음은 연소 과정을 좀더 상세히 단계적으로 설명하기로 한다.

1) 1단계 : 준비 단계

일정시간 동안 송풍팬을 가동하여 송풍하우징을 통해 연소기의 연소실 및 재연소통의 재연소실 내에 존재하는 잔여가스를 외부로 배출하면서 압축공기를 기화기의 노줄부 내부로 공급하여 노즐부 내부의 잔여물질을 외부로 배출하는 단계이다.

2) 2단계 : 예열 단계

가스공급관에 가스를 공급한 상태에서 점화기를 작동시켜 점화봉의 스파크로 가스를 점화함으로써 예열기를 작동시키고, 이 예열기의 작동으로 기화기를 가열하여 연료의 이동공간 및 그 주변을 일정시간 동안 예열한다.

3) 연료 공급

예열이 이루어지는 상태에서, 기화기의 노즐부 내부로 액체 연료, 즉 폐유(액체 유기성 폐기물, 즉 폐유)와 압축공기를 공급하고, 연료와 압축공기가 기화기의 혼합부 내에서 서로 혼합되면서 기체화되게 한다.

4) 공기 공급 단계

송풍팬을 가동하여 송풍하우징을 통해 공기도입관과 외부보조관 사이의 공기주입통로에 공기를 공급하고, 공기도입관 후단부 내부공간으로 도입된 공기가 외부보조관 및 내부보조관의 후단부로부터 각각 외부보조관과 내부보조관 사이의 공기주입통로, 그리고 내부보조관 내측 연소실로 이어지는 공기주입통로로 분산 공급될 수 있도록 한다.

이러한 공기주입과정은 2단계를 수행하기 전에 미리 실시할 수도 있다.

5) 자연발화 개시 및 1차 연소 단계

기화기에서 기체화된 연료 가스와 공기의 혼합기가 기화기의 혼합부에 구비된 오리피스를 통해 연소실 내로 공급되고, 이때 예열기 가스 연소열 누적과 높은 예열 온도에 의해 연소기의 연소실 내에서 혼합기의 자연발화가 일어나게 된다.

예열기의 초기 예열로 기화기 주변 및 연소실의 온도가 자연 발화가 가능한 온도 이상으로 상승 및 유지되면 기화기의 혼합부에 구비된 오리피스를 통해 혼합기기 공급될 때 자연발화가 일어나게 된다.

이때, 자연발화에 의한 1차 연소 과정에서 발생한 연소가스와 잔유물, 연소생성물이 내부보조관 내측의 기화기에 설치된 역류판에 부딪히면서 일부는 역류하는 흐름 상태를 보이게 되며, 나머지는 역류판 주변을 통과하여 재연소통으로 공급된다.

또한 역류판에 부딪히면서 역류한 연소가스와 잔유물(연소생성물 포함)은 내부 보조관의 슬릿(slit) 구조로 된 통공을 통해 외부보조관 내측으로 빠져나가는 데, 공기도입관에서 외부보조관 내측으로 공급되는 공기와 함께 재연소통으로 공급된다.

자연발화 후 연소실에서 일어나는 1차 연소 과정에서 고온의 연소가스와 잔유물, 연소생성물은 역류판에 의해 기화기 주변을 따라 후방으로 역류하게 되는데, 이때 고온의 가스 열이 기화기로 제공됨으로써 기화기 내에서의 최적 기화 조건이 유지되고, 또한 연소실 내에서의 불완전연소를 최대한 억제하여 연소 효율을 극대화하게 된다.

연소실 내 혼합기의 자연발화가 이루어진 뒤에는 예열기의 작동을 정지시켜 초기 예열은 중단한다.

6) 재연소 단계

연소기의 연소실로부터 나온 고온의 연소가스와 잔유물, 그리고 공기도입관으로부터 외부보조관 내측으로 분산 공급된 새로운 공기가 재연소통으로 공급되어 자연발화에 의한 2차 연소가 일어나는 단계이다.

고온의 연소가스와 잔유물, 공기가 재연소통으로 공급되면, 재연소통 내에서 2차 연소가 일어나게 되고, 이때 외부보조관 및 내부보조관이 재연소통 중앙에서 일측으로 편심되게 연결되어 있으므로 재연소통으로 공급되는 기체는 편심된 방향으로 토출된다.

이에 재연소통 내에서 토출된 기체 및 1차 연소 과정에서 미처 제거되지 못한 고형물질들이 회전하면서 와류 흐름 상태를 보이는 바, 연소가스와 공기의 완전한 혼합이 이루어지고, 재연소통 내에서 2차 연소된 가스의 체류시간이 길어지면서 열 또한 최대한 누적될 수 있게 된다.

또한 배기구에 설치된 차단판은 배기구를 통해 배출되는 열 및 가스를 재연소통 안으로 다시 밀어주어 모아주며, 이를 통해 재연소통 내에서 고온의 열이 최대한 누적되도록 한다.

결국, 재연소통 내에서 토출 기체의 회전 및 와류 발생, 와류로 인한 공기의 원활한 혼합 및 고온 연소가스의 체류시간 증대, 차단판에 의한 열 배출 최소화, 와류 및 차단판에 의한 열 누적 극대화 및 최대한의 연소 시간 확보 등이 복합적으로 작용하면서, 재연소통 내 온도를 완전 연소 조건으로 최대한 상승시킬 수 있고, 연소기 내에서 연소되지 못한 고형물질 등이 재연소통 내에서의 완전 연소에 의해 최종 완전 소각되어 제거될 수 있게 된다.

또한 1차 연소와 2차 연소가 진행되는 동안에는 압축공기의 경로를 재연소통 및 외부보조관 주변의 압축공기 순환관을 통과하도록 전환시켜, 압축공기가 고온부를 통과하여 예열되도록 하고, 이에 예열된 압축공기가 연료와 혼합되어 기화기에 공급되도록 함으로써 연료의 기화 조건을 최상의 조건으로 유지하게 된다.

2차 연소실, 즉 재연소통 내의 열 보전 및 고온 유지는 연소기 내의 기화기의 기화 조건에도 유리한 영향을 미치게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소와 연소 효율의 향상이 가능해지며, 폐기물 완전 처리를 통한 환경오염 방지의 효과는 물론, 본 발명의 연소 장치를 열에너지 공급 장치로 활용할 경우 에너지 이용 효율 및 폐기물 재활용성이 극대화되는 효과를 기대할 수 있다.

특히, 고유가 시대에 모든 액성을 가진 유기성 폐기물을 완전 연소시킬 수 있게 됨으로써, 처리시의 대기오염을 방지하면서 폐기물의 고급 에너지화를 도모할 수 있다는 커다란 이점이 있다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 완전 연소 장치의 사시도,

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 주요 구성을 도시한 사시도,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 일부를 절개하여 도시한 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 기화기 및 예열기를 도시한 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 완전 연소 장치에서 연소기의 종단면 및 재연소통의 횡단면 구조를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연소기 101, 102 : 스페이서

110 : 공기도입관 111 : 캡

120 : 외부보조관 130 : 내부보조관

131 : 연소실 132 : 통공

140 : 기화기 141 : 연료공급부

142 : 공급호스 143 : 압축공기 순환관

144 : 노즐부 145 : 혼합부

146 : 대직경부 147 : 오리피스

148 : 역류판 150 : 예열기

152 : 점화봉 153 : 가스공급관

154 : 커넥터 155 : 가스공급호스

200 : 재연소통 201 : 공기주입구

202 : 배기구 203 : 차단판

204 : 주입구 301 : 송풍실

302 : 공기공급부

Claims (15)

1. 후단부가 밀폐된 공기도입관과 그 내측의 외부보조관 및 내부보조관의 3중관 구조로 구성되어 상기 내부보조관 내부에 길게 삽입 설치되는 기화기 및 이 기화기를 예열하기 위한 예열기가 구비되고, 상기 기화기 전단부 일측에는 반경방향으로 돌출 형성된 역류판이 형성되며, 상기 기화기의 혼합부 대직경 부분 전면에 기화기 내에서 기화된 유기성 폐기물 가스와 압축공기의 혼합기가 배출되는 오리피스가 구비되어 상기 대직경 부분과 역류판이 상기 내부보조관 내에서 1차 연소실을 형성하는 연소기와;

   상기 연소기와는 별도의 원통형 관으로 구비되고, 상기 외부보조관의 전단부가 접합 연결되어 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로에 연통된 내부공간을 가지며, 상기 공기도입관을 거쳐 공급되는 공기와 상기 1차 연소실에서 배출되는 연소가스 및 잔유물이 혼합된 상태로 2차 재연소가 이루어지는 재연소통과;

   송풍팬에 의해 압송된 공기를 상기 연소기의 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로로 공급하는 송풍하우징;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부보조관과 내부보조관의 후단부가 상기 공기도입관의 후단부 내부공간에서 개방되어, 상기 송풍하우징으로부터 상기 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로를 통해 공기도입관의 후단부 내부공간으로 유도된 공기가, 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로로 각각 분배되어, 상기 1차 연소실과 상기 재연소통에 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부보조관과 내부보조관이 재연소통에 횡으로 배치됨과 동시에 재연소통 중심에서 일측으로 편심되게 배치되어, 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로에서 배출된 공기, 연소가스 및 잔유물이 상기 재연소통 내에서 회전하면서 와류를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 내부보조관에는 기화기 후단부 위치에 통공이 형성되어, 상기 1차 연소실에서 발생한 연소가스와 잔유물이 상기 역류판 주변을 통과하여 재연소통으로 배 출되는 동시에 그 일부가 상기 역류판에 부딪히면서 역류되어 상기 통공을 통해 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로로 배출된 뒤 재연소통으로 토출되도록 된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 송풍하우징은,

   상기 재연소통을 둘러싸도록 설치되고 상기 공기도입관의 전단부가 접합 연결되어 상기 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로에 연통된 내부공간을 가지며 일측의 공기공급부에 상기 송풍팬이 연결된 구조로 된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 재연소통은,

   일단부 중앙에 형성된 공기주입구가 상기 송풍팬에 의해 압송된 공기의 유입이 가능하도록 상기 송풍하우징의 내측에서 송풍팬이 연결된 송풍하우징의 공기공급부를 향해 개방되어 있고 반대쪽 타단부에는 배기구가 형성된 구조로 된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 배기구에는 전 둘레에 걸쳐 그 안쪽으로 테이퍼지게 연장 형성된 차단판 또는 안쪽으로 수직 절곡된 차단판이 돌출 형성되어, 상기 경사판 또는 차단판에 의해 재연소통 내에서 2차 재연소된 가스 및 열이 차단되는 동시에 재연소통 내부로 역류되도록 된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부보조관 및 재연소통 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 압축공기 순환관이 설치되고, 이 압축공기 순환관을 통과하여 예열된 압축공기가 연료인 액체 유기성 폐기물과 함께 상기 기화기에 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 압축공기 순환관은 연소열을 제공받을 수 있도록 외부보조관 및 재연소통의 주변을 감도록 설치된 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
10. 예열기를 작동시켜 기화기의 연료 이동공간 및 그 주변을 예열하는 단계와;

    송풍팬이 가동되어, 송풍하우징을 통해 연소기의 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로로 공급된 뒤 상기 공기도입관의 후단부 내부공간으로 유도된 공기가, 상기 공기도입관과 외부보조관 사이의 유로와 내부보조관 내측의 유로로 각각 분배되어, 연소기 내 1차 연소실과 상기 연소기가 접합 설치된 재연소통에 공급되는 단계와;

    연료가 되는 액체 유기성 폐기물과 압축공기가 기화기에 공급되고, 상기 기화기 내에서 기화된 유기성 폐기물 가스와 압축공기의 혼합기가 상기 기화기의 오리피스를 통해 상기 1차 연소실 내로 배출되는 단계와;

    예열기에 의해 가해지는 열의 누적과 예열 온도에 의해 상기 1차 연소실 내에서 혼합기의 자연발화가 개시되고 연료의 1차 연소가 이루어지는 단계와;

    상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로를 통해 공기와 상기 1차 연소실의 연소가스 및 잔유물이 재연소통으로 공급되어 2차 재연소가 이루어지는 단계;

    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 외부보조관과 내부보조관이 상기 재연소통에 횡으로 배치됨과 동시에 재연소통 중심에서 일측으로 편심되게 배치되어, 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로와 상기 내부보조관 내측의 유로에서 배출된 공기, 연소가스 및 잔유물이 상기 재연소통 내에서 회전하면서 와류를 형성하도록 하고, 이에 재연소통 내에서의 열 누적 및 연소시간 확보가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 방법.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 1차 연소실의 연소가스와 잔유물이 기화기 전단부에 반경방향으로 설치된 역류판 주변을 통과하여 재연소통으로 배출되는 동시에, 그 일부가 상기 역류판에 의해 역류되어 기화기 주변을 따라 흐르면서 기화 조건 형성을 위한 열을 제공하고, 이후 역류된 연소가스와 잔유물이 내부보조관에 형성된 통공을 통해 상기 외부보조관과 내부보조관 사이의 유로로 배출된 뒤 재연소통으로 토출되는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 방법.
13. 청구항 10에 있어서,

    상기 1차 연소실 내 혼합기의 자연발화가 이루어진 뒤에는 예열기의 작동을 정지시켜 초기 예열을 중단하는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연 소 방법.
14. 청구항 10에 있어서,

    상기 재연소통 내에서 2차 재연소된 가스 및 열이 재연소통의 배기구에 설치된 차단판에 의해 재연소통 내부로 역류되어 재연소통 내에서의 열 누적 및 연소시간 확보가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.
15. 청구항 10에 있어서,

    상기 외부보조관 및 재연소통 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치된 압축공기 순환관을 통과하여 예열된 압축공기를 연료인 액체 유기성 폐기물과 함께 상기 기화기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액체 유기성 폐기물의 완전 연소 장치.

Images