KR20120136017A - 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 관한 것으로서,
가연성 폐기물의 단순 소각이 아니고 고효율의 폐기물 에너지화 설비로서 가연성 폐기물을 연료로 이용 친환경적으로 연소시켜 폐기물을 가스화 처리하여 에너지원으로 효율적으로 전환시키는 가열로와 가열로에서 발생되는 고온의 연소 가스로부터 폐열을 회수하여 냉난방 시설의 열원으로 공급하는 에너지 절약형의 열교환기가 상호 연계되는 폐기물 자원화 장치를 시스템적으로 구성하여,
폐 고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 획기적으로 저감하는 동시에 발생되는 고온의 연소 가스를 석유 에너지 대체 자원으로 적극 활용하여 폐기물의 친환경 처리와 더불어 발열량이 높은 저가의 저공해 고효율의 에너지 자원으로서 부가적 에너지인 고온 연소 가스로부터 폐열을 열교환시켜 회수하고 용도별로 다양한 열수요처의 열원으로 다목적으로 활용하는 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 관한 것이다.

Description

가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치{The Device of recycling combustible wastes}

본 발명은 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 가연성 폐기물의 단순 소각이 아니고 고효율의 폐기물 에너지화 설비로서 가연성 폐기물을 연료로 이용 친환경적으로 연소시켜 폐기물을 가스화 처리하여 에너지원으로 효율적으로 전환시키는 가열로와 가열로에서 발생되는 고온의 연소 가스로부터 폐열을 회수하여 냉난방 시설의 열원으로 공급하는 에너지 절약형의 열교환기가 상호 연계되는 폐기물 자원화 장치를 시스템적으로 구성하여,

폐 고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 획기적으로 저감하는 동시에 발생되는 고온의 연소 가스를 석유 에너지 대체 자원으로 적극 활용하여 폐기물의 친환경 처리와 더불어 발열량이 높은 저가의 저공해 고효율의 에너지 자원으로서 부가적 에너지인 고온 연소 가스로부터 폐열을 열교환시켜 회수하고 용도별로 다양한 열수요처의 열원으로 다목적으로 활용하는 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 관한 것이다.

산업사회의 발전과 생활수준의 향상으로 인해 폐목재, 폐섬유, 폐종이, 폐플라스틱 등과 같은 가연성 폐기물의 양이 점차 증가하고 있다.

자연상태에서는 분해되지 않는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어 등과 같은 가연성 폐기물의 처리 방법 중에서 매립은 매립지선정이 어려우며 심각한 환경오염을 유발하게 되므로 소각 처리하게 되는데,

우리나라는 에너지 자원 부족국가의 하나로서 에너지 절약은 필수적인 과제 임에도 불구하고 종래 폐기물은 에너지로서의 활용보다는 주로 폐기물처리의 차원에서 소각시설에서 처리되므로서 발생되는 열의 이용율이 매우 낮다.

즉, 가연성 폐기물의 단순한 소각처리는 엄청난 열량을 갖는 가연성 물질들을 돈을 들여 태워 없애는 매우 불합리하고, 비경제적인 방법일 뿐만 아니라 단순 소각 후 발생하는 배기가스는 인체에 유해한 각종 성분을 함유하고 있어 심각한 대기 및 수질오염의 2차 공해를 발생시키게 되며 소각재에 의한 재처리 문제도 심각하여 소각로를 이용한 단순한 소각보다 폐기물의 재생 및 자원화라는 관점에서 가연성 폐기물을 연소시켜 얻은 열에너지를 이용하는 폐열 회수 에너지 재활용 기술 및 연소장치에서의 연소효율도 높이고 수송성이나 안정성이 좋아 화석연료를 대체하는 연료자원으로서 재이용하기 위하여 폐기물 고형 연료(Refuse Derived Fuel, RDF) 등으로 제조하는 관련 기술이 개발되고 있다.

본 출원인은 연소를 촉진하고 공해가 최소화되는 폐기물 재활용 고형연료(RDF)의 선행기술로서 특허 출원 제10-2004-0007109호(2004.02.04) "폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법" 및 특허 출원 제10-2004-0007108호 (2004.02.04)로 폐타이어나 폐고무제품을 이용한 고형연료의 제조방법으로 가연성 폐기물을 재활용한 고형연료(RDF) 제조방법 및 가연성 폐기물 전용 연소장치로서 특허 출원 제10-2002-0087996호(2002.12.31) "폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치"를 각각 제안한 바 있다.

상기 "폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법" 은,

"가연성 고분자 물질로서 폐플라스틱을 재활용한 저공해 대체 에너지자원으로서 고형연료를 제조함에 있어서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하며 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 첨가하여 다중 흡착효과를 구현하므로서 매연이나 유독 가스의 발생을 저감시켜서 2차 공해 발생요인을 줄일 수 있고 균질화되고 성형성이 좋으며 발열량이 높으며 소규모 소각로에서도 사용이 편리하게끔 체적이 감소되고 연소재 발생이 극소화되어 연료로서의 이용성과 경제성이 향상된 저공해 고효율의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 관한 것이며,

상기 "폐타이어나 폐고무제품을 이용한 고형연료의 제조방법"은

"수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하여 매연이나 아황산 가스의 발생을 저감시키므로서 2차 공해 발생요인을 줄이고 가연성 물질로서 호제를 첨가하여 발열량을 높이므로서 연료로서의 이용성을 향상 시키기 위하여 전처리된 폐고무 원료 90-95%(중량비)에 황화물(SOX) 제거 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘과 질산화물(NOX) 흡착 제거제로서 다공성의 제올라이트를 3:1 비율로 혼합한 혼합물 5-10%(중량비)를 450-500 ℃의 열분해 반응기에 혼합 첨가하고 성형기에서 압출 성형한 다음 가연보조제로서 호제를 고무 표면에 코팅하여 하는 폐타이어나 고무제품의 잔재물 또는 부산물 등의 폐고무류를 재활용한 저공해 대체 에너지자원으로서 고형연료를 제조하는 방법에 관한 것으로서,

가연성 폐기물 가공을 통하여 연료로서의 이용 가능성을 향상킴으로써 폐기물을 직접 소각하지 않고 연료화 한후 이를 연소시켜 고형연료를 유효하게 재활용할 수 있어서 연료적인 가치가 향상되며 석유자원이 고갈되고 유가가 상승함에 따라 경제성도 더윽 향상시킬 수 있다.

또한 "폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치는,

"종래 폐기처분되었던 가연성 고분자 폐기물로서 폐타이어 등의 고무제품 폐기물을 연소가 촉진되고 매연이 발생하지 않도록 처리하고 일정 크기로 절단하고 성형 가공하여 균질화된 폐고무 가공 고형연료를 저공해 대체 에너지 자원으로 활용하여 연소조건을 최적화시킨 소각로에서 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시키며 발생되는 소각열은 보일러 등으로 열교환시켜 재활용하고 연소된 잔류물로서 연소재는 별도로 수집하여 매립 처리하므로서 최종 폐기물이 월등히 감량됨과 동시에 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적인 대체 에너지 장치로서 폐고무를 가공한 고형연료를 사용하는 하향식 연소장치에 관한 것으로서,

폐 고무 가공 고형연료는 물론 종래 폐기처분되었던 폐플라스틱이나 폐타이어 등의 공극률이 높은 혼합 형태 가연성 폐기물을 다이옥신 등의 유해물질을 발생 없이 처리할 수 있다.

그러나 상기한 폐기물 재활용 고형연료(RDF) 제조 기술이나 가연성 산업폐기물을 대체연료로 사용하는 연소장치는 가연성 폐기물의 매립과 소각으로 인한 오염 등 등을 1차적으로 최소화시켜 환경오염을 감소시키는 데는 기여하였으나 단순한 공해방지 차원을 넘어 폐기물을 자원화함으로써 폐기물 관리법상 에너지 회수기준을 만족시키는 석유 대체 에너지원으로 유효하게 활용하지 못한 문제점이 있다.

`

상기한 에너지 활용 방법으로서 열량이 많은 폐 플라스틱이나 폐타이어 등을 직접 소각하지 않고 연료화하여 연료자원으로 재활용하여 환경오염을 극소화시키면서 재활용할 수 있는 연료자원(RDF)화나 이에 연계되는 고효율의 가열(연소)처리 시스템이 유기적으로 결합되어 효과가 복합 시너지화되는 것이 절실히 요구되고 있다.

따라서 본 출원인은 친환경적인 폐기물의 처리뿐만 아니라, 폐기물 처리에서 나오는 열원을 유효하게 활용하기 위하여 노력한 결과 본 발명의 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계하여 가연성 폐기물 처리의 부담을 덜면서도 자원절약과 에너지회수 효과도 얻을 수 있는 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치 및 방법을 개발하게 된 것이다.

전술한 바와 같이 종래의 폐기물 처리 및 자원화 장치는 제반 문제점을 가지고 있는바,

즉 종래의 소각시 발생되는 불완전연소, 유해가스의 발생, 열분해효율의 저하, 배출되는 소각 폐열의 효율적인 재활용 방법 등의 복합적인 문제점을 해소시켜, 가연성 폐기물의 매립과 소각으로 인한 오염 등을 최소화하되 단순 소각방식을 탈피하여 에너지원으로 효율적으로 전환시켜 가연성 폐기물처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 획기적으로 저감하는 동시에 에너지 대체자원으로 적극 활용할 수 있는 장치를 구성하여 발열량이 높은 저가의 고부가가치 대체 에너지를 얻을 수 있고 2차 환경오염도 방지할 수 있게 에너지 절약형의 폐기물 처리 및 자원화 장치를 개발하여야 하는 기술적 과제가 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

가연성 폐기물의 단순 소각이 아니고 고효율의 폐기물 에너지화 설비로서 가연성 폐기물 또는 폐기물 가공 고형연료를 연료로 이용 친환경적으로 연소시켜 폐기물을 가스화 처리하여 에너지원으로 효율적으로 전환시키는 가열로와 가열로에서 발생되는 고온의 연소 가스로부터 폐열을 회수하여 냉난방 시설의 열원으로 공급하는 에너지 절약형의 열교환기가 상호 연계되는 폐기물 자원화 장치를 시스템적으로 구성하여,

폐 고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 획기적으로 저감하는 동시에 발생되는 고온의 연소 가스를 석유 에너지 대체 자원으로 적극 활용하여 폐기물의 친환경 처리와 더불어 발열량이 높은 저가의 저공해 고효율의 에너지 자원으로서 부가적으로 발생하게 되는 에너지인 고온 연소 가스를 폐열을 열교환시켜 회수하고 열수요처 시설의 열원으로 다목적으로 활용할 수 있게 하는 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같이 된 본 발명의 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치는,

원활한 연소가 가능하게끔 가연성 폐기물을 연료화시켜 가열로의 연료로 활용할 수 있고,

가연성 폐기물 또는 가연성 폐기물 재활용 고형연료(RDF)를 가열시 연소 과정에서 발생되며 폐기물 관리법상 에너지 회수기준을 만족시키는 열에너지(고온 연소 가스)는 냉난방 용도로 할 수 있어 가연성 폐기물의 친환경 처리와 더불어 부가적 에너지인 고온 연소 가스 생산 및 고온 연소 가스를 이용한 효율적 열교환으로 효율적인 에너지 전환이 가능해 폐열을 회수하여 냉난방 시설의 열원으로 재활용 할 수 있어 환경오염 방지는 물론 연료절감 효과를 거둘 수 있게 되므로, 단순한 공해방지 차원을 넘어 폐기물을 자원화하여 폐기물을 석유 대체 에너지원으로 활용할 수 있어 친환경 폐기물 처리는 물론 미사용 에너지의 재활용, 열교환능력 향상 등의 복합 상승효과로 저 탄소 녹색 성장 정책에 가장 잘 부응하여 환경 및 에너지 산업분야의 동반 상승효과를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 폐기물 자원화 장치 프로세스 흐름을 도시한 흐름도
도 2는 본 발명의 요부인 가연성 폐기물 전용 가열로를 도시한 단면 구성도
도 3은 본 발명의 폐기물 투입장치로서 폐기물 투입 호퍼 구성을 도시한 도면
도 4는 도 3의 폐기물 투입 호퍼 내에 장착되는 폐기물 이송 스크류를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 폐기물 자원화 장치 시스템 전체 구성을 개략적으로 도시한 예시도
도 6은 본 발명의 요부인 열교환기 세부 구성을 개략적으로 도시한 도면

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 전용 가열로(100)와 열교환기(200)를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치는 가연성 폐기물로 이루어지는 폐자원 재활용에 따라 에너지 절감에 이바지하며 유해물질 발생을 저감시키므로서 환경친화적인 대체 에너지 공급 장치로서,

친환경 연소장치로서 폐 고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물 또는 폐 고무나 폐합성수지 등의 가연성 폐기물 가공 고형 연료를 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시켜 폐기물을 처리하며 발생되는 연소열은 후단의 열교환기(200)에 공급하는 가열로(100),

통상의 보일러를 대체하는 폐열회수장치로서 전단의 상기 가열로(100)에서 폐기물의 연소로 발생하는 고온의 연소가스를 회수 재활용하고 효과적으로 열교환 기능을 수행하여 에너지 절약적으로 폐열을 이용하여 난방 빛 급탕열, 스팀, 열풍을 가정이나 공장 등의 열수요처에 공급하는 폐열회수용 열교환기(200),

상기 폐열회수 열교환기(200)에서 열교환 동작 수행 후 방출되는 배기가스를 물세척법으로 포획하여 정화된 배기 가스를 방출시켜 폐기물 자원화처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 저감시키는 냉각 겸용의 가스정화장치(300))가 순차로 연결 구성되어 각 장치의 연계 공정에 의하여 열에너지를 공유시키는 최적의 폐열 회수 라인 구성으로 선택적 운전이 가능한 폐기물 자원화 장치 시스템을 구성한다.

이하 구체적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

상기한 본 발명의 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 전용 가열로(100)는,

연소실이 내부에 3단계로 구획 형성된 사각 함체 형상의 몸체(101) 외주 가장자리에 1500℃ 이상의 고열 열충격에도 견디게끔 내화 도료가 코팅된 강철재 내화 강판(103)으로 벽체(102)를 구성하고 벽체(102) 내측 가장자리로는 수도(600)로부터 공급되는 물(용수)를 저장하고 가열로(100)의 고온 연소열로 가온시켜 별도의 가열수단 없이도 온수를 온수 배관(240)으로 열수요처(500) 또는 열교환기(200)의 축열탱크(220)에 공급하는 물 가열부(104)가 형성되어 있으며,

몸체 상부 중간으로는 폐기물 이송 컨베이어(111)로부터 연속 이송되는 가연성 폐기물 또는 가연성 폐기물 가공 고형 연료를 투입하는 호퍼(110)와 직하방으로 연통되는 폐기물 투입구(105), 몸체(101) 하부 일측으로는 연소재를 외부로 배출시키는 연소재 배출구(106)가 형성되어 있으며 타측으로는 고온의 연소 가스를 폐열회수 열교환기(200)에 공급하는 가스 배출구(107)가 각각 형성되어 가열된 고온의 연소 가스를 열교환기(200)에 토출 공급함과 동시에 화염의 연소열로 가온된 온수도 열수요처(500)에 직접 또는 온수배관(240)으로 열교환기(200)를 경유하여 축열 후 열수요처(500)에 공급함으로써 가연성 폐기물의 친환경 연소 처리와 함께 가열로에서 발생하게 되는 열을 효율적으로 이용함으로써 보조 열원의 추가 에너지 입력에 따른 시스템 성능계수 저하 없이 대체 에너지 공급 장치 전체 시스템 장치 열효율을 높이게 된다.

상기 본 발명의 가열로 (100) 전체 구성은 본 출원인이 종래 제안한 등록 특허 "폐고무 가공 고형연료를 사용하는 하향식 다단 연소장치"와 유사하며,

부정형(不定型) 내화재로서 캐스터블 대신 가열로 벽체(102)의 내외벽 사이에 몰이 흐르게 하여 연소열로 온수를 생산하는 몸체 테두리 통로 형상의 물 가열부(104)를 형성하기 위하여 내화 도료가 코팅된 강철재 내화 강판(103)으로 벽체(102)를 구성하게 되는데,

상기 강철재 내화 강판(103)에 사용되어 벽체를 보호하는 내화 도료는 피복시 고온 연소열에 직접 접촉되는 접촉면의 고온 산화에 의한 부식도 방지되고 고열에도 뒤틀림이나 변형이 없는 열충격 내열 세라믹 코팅제로서 유기 도료보다 얇은 코팅이 가능하며 항균 효과는 물론 폐기물의 연소로 인하여 노벽의 온도의 상승에 따른 파손을 막으면서도 내화 강판(103) 코팅 피복면에 오염물질이 달라붙지 않게 되어 소각재 덩어리가 부착되어 발생되는 벽면의 열화도 방지되고 번거로운 소각재 덩어리 제거 작업도 없애서 생산성과 내구성이 향상되며 단열성도 좋아 가열로 몸체 내부의 연소실을 항상 고온으로 유지시키게 된다.

본 발명의 가연성 폐기물 전용 가열로(100)는 종래 본 출원인이 제안한 다단 연소장치와 같이 화염 열분해 방식의 직화식 가열로로서,

1차 연소실(120)과 2차 연소실(130)은 가열로(100)의 중앙에, 그리고 3차 연소실(140)은 2차 연소실(130)에 연통되는 가스 이동 공간으로서 구획된 측면 연도 끝단 공간에 순차적으로 형성함으로써,

폐 고무나 폐 플라스틱 등의 가연성 폐기물 또는 폐 고무나 폐합성수지 등의 가연성 폐기물 가공 고형 연료를 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시켜 폐기물을 처리하며 처리 중 발생되는 고온의 연소 가스는 후단의 폐열회수식의 다목적 다용도 열교환기(200)에 가스 배출구(107)를 통하여 옆바람식으로 공급하는 구성이다.

상기 가열로 몸체(110)의 최상부로는 폐기물 이송 컨베이어(108)에 의하여 자동으로 연속 공급되는 가연성 폐기물 또는 펠릿 등 일정한 크기로 성형된 가연성 폐기물 가공 고형연료를 수집 적재하는 호퍼(110)가 최상부에 형성되어 하부의 1차 연소실(120)과 폐가물 투입구(105)로 연통되게 구성되어 있으며,

깔때기 형상 호퍼(110)의 저부로는 모터(112)로 구동되는 회전축(111a)에 나선형의 회전 날개(111b)가 연속적으로 형성된 가연성 폐기물 이송 스크류(111)를 장착하여 낙하 공급되는 가연성 폐기물이 응집되지 않게 하여 공동현상이 방지되게끔 교반 및 이송시켜 가연성 폐기물을 골고루 분산 투입할 수 있게끔 안정적인 폐기물 배출 형태로 형성하게 되는데 이종의 가연성 폐기물이 동시에 혼합된 상태로 투입되어도 가연성 폐기물 속에 공기가 골고루 깊숙히 침투되어 연소가 촉진되게끔 균일하게 공급할 수 있으며 이렇게 폐기물을 가열로(100)에 이송하고 투입하는 모든 동작은 제어장치(400)의 제어로 가연성 폐기물을 연속적으로 투입할 수 있도록 구동됨으로써 폐기물을 연속적으로 장입할 수 있고, 따라서 연속적인 연소로 연료도 절약할 수 있으며 연료 공급을 통제함으로써 가열로(100)의 노내 온도를 설정치로 일정하게 유지시키게 된다.

그리고 본 발명은 각각의 특성이 다른 가연성 폐기물 모두를 일괄 투입하는 것 대신에 다이옥신을 다량 배출시키는 염화비닐이나 PVC 계열의 플라스틱을 제외한 폐합성수지나 폐타이어 등의 선별된 가연성 폐기물을 5mm 이하의 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하며,

특히 가연성 폐기물 특성에 적합한 가공으로 무공해 고효율의 연료로서의 이용가치를 높인 폐기물 고형연료로서 본 출원인의 선행 발명 기술인 가연성 폐기물재생 연료로서 특허 출원 제10-2004-0007109호(2004.02.04) "폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법" 및 특허 출원 제10-2004-0007108호 (2004.02.04)로 폐타이어나 폐고무제품을 이용한 고형연료의 제조방법으로 제조한 가연성 폐기물 고형연료(RDF)를 사용하게 되면 환경적으로 안정된 열원으로서 가연성 폐기물 고형연료(RDF)와 이를 에너지원으로 활용하는 연소조건이 최적화된 구조의 고효율의 전용 연소처리 장치인 가열로가 유기적으로 결합됨으로써 환경보호와 에너지 절약의 복합 상승 효과를 동시에 구현할 수 있는 맞춤형의 폐기물 처리 및 자원화 시스템을 구축할 수 있다.

상기 본 출원인의 선행 발명 기술로 제조되는 가연성 폐기물 고형연료(RDF)는 그 발열량이 상당하여 환경오염을 방지하면서도 경제성도 충족시키게 되는데 이와 같이 형성된 고형연료를 가지고 가열로에서 실험한 결과 착화가 잘되고 발열량이 약 4,100kcal이고 환경공해물질도 생성하지 아니함을 확인할 수 있었다.

상기 가열로의 몸체(101)는 벽체(102) 일측면에 착화를 위한 점화버너(121)를 착설하고 바닥으로는 구동모터(122)에 연동되어 좌우로 요동하는 로스톨(126)을 장착하여 1차 연소실(120)을 구성하여 호퍼(110)에서 낙하되는 고형연료를 고온에서 직접 연소시키게 되며 미연소 가스와 연소 잔재는 2차 연소실(130)로 낙하시키게 된다.

1차 연소실(120) 하부에 형성되는 2차 연소실(130)은 캐스터블로 성형되고 블럭의 중심을 향하여 45도 각도 하향 경사지게 공기 분출공(133)이 일체로 성형된 단위 열필터 블럭(131) 사이로 미연소가스와 잔재가 통과하는 연소가스통로(134)가 형성되게 다수 개 수평으로 연설하고, 연설된 격실 공간구조의 열필터 블럭(131) 중앙과 열필터 블럭(131) 외주에 형성된 공기통로(132)가 송풍기(135)와 연통되어 압력 손실이 적고 하향 흡인력이 큰 고속의 회류 공기를 공급함으로써 지속적이며 폭발적인 연소가 되게 하여 1차 연소실(120)에서 불완전 연소된 연소가스를 흡인 재연소하여 완전 연소시키게 된다.

또한 2차 연소실(130) 하부에는 연소 후 자연낙하하는 연소재를 쌓이지 않게끔 지속적으로 회수하여 배출시키게끔 모터로 구동되는 연소재 이송 스크류(109)가 장착되어 필요에 따라 열고 닫는 개폐 도어가 구비되어 있는 연소재 배출구(106)를 통하여 자동적으로 배출시킴으로써 연소재의 제거를 용이하게 하는데 이러한 모든 동작은 제어장치(400)의 제어로 구동시킴으로써 가열로(100)에 가연성 폐기물의 투입에서부터 연소된 재를 외부로 배출 최종 공정이 자동화되는데 1300℃ 이상의 고온에서 연소된 잔류물로서 연소재는 별로 발생하지 않으나 원료내의 무기물질이 용융 슬랙으로 생성됨으로써 환경문제가 없는 건자재로 재활용이 가능하여 에너지 절약적이며 별도로 수집 매립 처리할 수도 있어 최종 폐기물이 월등히 감량되어 환경친화적이다.

그리고 2차 연소실(130) 측면의 열필터 블럭(131)과 상응하게끔 위치하는 3차 연소실(140)에서는 2차 연소실(130)에서 발생시켜 열필터 블럭(131) 측방의 측벽(141)에서 가스 배출공(142)을 통하여 배출하는 고온의 화염가스를 재활용하여 불씨가 살아 있는 상태로 선회되어 향류 접촉되는 연소가스를 다시 혼합 연소시켜 가스 배출구(107)를 통하여 외부로 최종 배출되게 하게 된다,

결국 본 발명의 가열로(100)는 가열로 몸체(110)의 중앙 호퍼(110)에서 낙하 공급되는 가연성 폐기물을 화염 열분해 시키는 직화식으로서 고형연료가 1300 ℃ 이상의 고온에서 연소시켜 완전히 용융되게 연소시키는 1차 연소실(120)과, 그 직하방으로 열필터 블럭(131)이 형성되는 다중 연소 구조의 2차 연소실(130)을 형성하되 1차 연소실(120)에서 연소된 가스와 잔재를 연소가스통로(134)로 통과시키면서 연소가 용이하도록 송풍기(135)로 열필터 블럭(131)에 외부 공기를 공급하여 1차 연소실(120)에서 불완전 연소된 화염상태의 고온 연소가스를 강력한 송풍압으로 충분하게 공급되는 공기와 뒤섞여 재연소시키게 되며, 2차 연소실(120)에서 발생된 고온의 연소가스를 재활용할 수 있게 2차 연소실 측면의 열필터 블럭(131)과 상응하는 위치의 연도의 끝단 공간부에 형성되는 3차 연소실(140)에서 1차 연소실과 2차 연소실에서 2단계의 연소과정을 수행하고 냉각되지 않은 상태로 돌아서 올라 나오는 연소가스를 열필터 블럭(131) 측방의 측벽(141)으로부터 강하게 공급되는 고온의 2차 연소실 연소가스와 향류 접촉시켜 재 연소하게 함으로써 악취 및 공해물질과 같은 미연소 물질을 최종적으로 제거하여 고온의 연소가스를 폐열회수 열교환기(200)에 공급하게 된다.

상기 가열로(100)에 순차적으로 접촉되어 연계 동작하는 폐열회수 열교환기(200)는 폐열을 회수 재활용하고 효과적으로 열교환 기능을 수행하고 에너지 절약적으로 폐열을 이용하여 난방 빛 급탕열, 증기(스팀), 열풍을 용도별 열수요처에 각각 공급하게 되는데 가열로(100)와 열교환기(200) 사이 연도에 가스량 조정기를 장착할 수도 있다.

상기 폐열회수 열교환기(200)는 가열로(100)의 가스 배출구(107)와 연통되는 몸체의 외측 일 측면에 가스 유입구(201) 이에 대향되는 타측에는 열교환된 가스를 배출하는 가스 배출구(202)가 각각 구비되어 있으며 몸체 외부 상부 일측으로는 스팀 배출구(203), 하부 일측으로는 온수 배출구(204)가 각각 구비되어 열풍과 증기, 난방 및 급탕 용도의 온수를 발생시켜 열수요처(500) 시설로 가는 유로를 형성하여 용도별로 공급하는 외관 구성으로서,

상기 가스 유입구(201)와 가스 배출구(202) 사이 몸체 내측으로는 전단의 가열로(100)에서 연소에 의해 옆바람식으로 토출되는 고온의 연소가스가 통과하여 감온된 상태의 열풍으로 배출되게끔 다단 수평의 가스 통로(205)가 가스 유입구(201)와 가스 배출구(202) 사이를 관통하도록 형성되어 있으며, 열교환기(200) 몸체 내측 하부로는 수도(600) 등 급수전으로부터 공급되는 직수(용수)를 공급받아 저장하며 별도의 가열수단 없이도 가스 통로(205)로 흐르는 고온 연소가스로 덥혀진 온수를 지정된 열수요처(500)에 난방 및 급탕 용도로 공급하는 축열탱크(220), 상부로는 열교환 파이프(210)를 통과하면서 덥혀져서 증발되는 증기를 회수하여 증기 수요처에 공급하는 증기 헤더(230)를 각각 구비하여 열수요처(400)에 용도별로 열을 공급하게 하는 구성이다.

상기한 열교환기(200) 구성에서 폐열을 회수하는 흐르는 직수를 가열시키게 되는 열교환 파이프(210)는 지그재그 방식으로 형성함으로써 고온의 연소가스열이 열 교환기 파이프에 최대한 접촉하게 하여 폐열의 회수율을 극대화시키는 것이 바람직하다

또한 상기 축열탱크(220)는 수도(600)로부터 공급되는 용수와 가열로(100)의 물 가열부(104)로부터 가온된 온수를 공유하는 구조로서 적정온도가 유지되는 온수를 일정량 저장한 후 열수요처(500)에 공급하게 하는데, 가열로(100)의 연소열로 가열된 온수가 흐르는 물 가열부(104)와 배관 연결되어 가열로(100)의 직접 연소열로 덥혀진 온수를 필요에 따라 선택적으로 공급받아 급수구(206)를 통하여 수도(600)로부터 공급되는 저온의 직수와 혼합하여 고온의 연소가스로 다시 가열한 후 열수요처(500)로 직접 공급하게 된다.

따라서 축열탱크(220)는 열의 손실 없이 폐기물이 자체 보유한 연소열을 상호 보완적으로 최대한 이용할 수 있도록 폐기물 가열 처리 과정에서 필연적으로 발생되는 연소열로 가온된 고온 수열(水熱)을 열량 보충용으로 회수하게 되며 가열 공정에 재투입하여 열교환공정을 수행하게 되는데 상기 축열 탱크(220) 외주 가장 자리에 고효율의 축열매체로서 열매체유을 주입할 수 있는 주입공간을 구획 형성하게 되면(미도시함) 열을 보유하고 있는 열매체유와 축열수의 이중 축열효과를 구현할 수도 있다.

상기 열매체유는 비열이 250℃ 내지 340℃로서 매우 고온이며, 열매체의 열전도율이 물에 비하여 매우 높기 때문에 열교환기의 열효율도 매우 높게 되며 순간적인 열전도와 축열성을 가지고 있어 축열탱크(220)에 축열된 잉여 열량을 장시간 사용할 수 있어 열효율은 높이면서 에너지도 절감할 수 있어 열효율이 종래 기술에 비하여 대폭 향상되는 효과가 있다.

또한 상기 열교환기(200) 후단으로는 상기 폐열회수 열교환기(200)에서 열교환 동작 수행 후 방출되는 배기가스를 물세척법으로 포획하여 정화된 배기 가스를 방출시켜 폐기물 자원화처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 저감시키며 가스도 냉각시키는 가스정화장치(300)가 순차로 연결되는데,

상기 가스정화장치(300)는 몸체(310) 일측으로 가스를 이송시키는 연결관(311)이 송풍기(흡기팬)(313)와 함께 열교환기(200) 후단의 가스 배출구(202)에 연결되어 있으며 상부로는 구부러진 엘보 형상의 배기관(312)이 형성된 구성으로,

송풍팬의 회전시 발생하는 팬의 상하 압력차를 이용하여 일측의 공기를 흡입하여 타측으로 송풍시키는 기능을 수행하는 송풍기(흡기팬)(313)로 열교환 후 배기되는 연소가스를 흡입하여 강제로 물속에 집어넣고 미세분진을 포함한 오염물질은 흡착 자중에 의하여 침전시키고 정화된 배기 가스를 배기관(312)을 통하여 대기 중으로 배출하게 되는데 이렇게 감온 정화된 배기 가스는 온실하우스 난방이 필요한 열수요처에 열풍으로 공급할 수도 있다.

상기 열교환기(200)로부터 나온 고온가스에서 먼지 등의 이물질을 분리하여 제거하고 정화된 가스만을 대기로 방출하는 가스정제장치(300)에는 수위감지센서를 장착하여 수시로 물의 유무 및 유량을 감지하여 유량이 일정수위 이하이면 자동으로 물을 공급하는것이 바람직하며 미도시한 전자밸브(솔레노이드밸브)를 선택적으로 장착하여 오염된 물을 자동으로 배수하게 할 수도 있다

그리고 본 발명의 가열로(100), 폐열 회수 열교환기(200)와 가스정제장치(300)는 상호 전기적으로 연결 구성되며 전체 시스템 장치의 작동은 소정의 프로토콜이 수납된 회로기판의 마이크로 프로세서로 제어되는 제어장치(400)로 통합적이고 일괄적으로 제어되며 사용자가 원하는 조건을 입력할 수 있도록 다수개의 스위치부가 형성되어 각각 독립적 또는 병행적으로 운용할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 본 출원인이 종래 제안한 선등록 발명의 가열로를 에너지 절약형으로 개량하고 신규한 발명을 유기적으로 결합하되 본 출원인의 선행기술인 가연성 폐기물 고형 원료를 사용할 때 유기적 결합으로 더욱 복합 상승작용하게 하는 총체적 발명이고 폐기물 공급의 처음 단계에서 정화 가스 배출의 마지막 단계에 이르기까지 다목적이고 단계적으로 이용하여 공해가 발생되지 않아 환경친화적이고 열효율이 높아 에너지 절약적인 상호 보완적 전열구조로서,

폐기물을 효율적, 경제적으로 처리하면서 폐기물 가열 처리 과정에서 필연적으로 발생하는 폐기물 유래의 열에너지를 회수하고 열교환시켜 유용하게 활용하는 방법으로 환경부담을 감소시키고 에너지 절감에도 기여할 수 있는 다목적 다용도의 에너지 절약형 친환경 폐기물 자원화 장치로서 하나의 자원화 장치에서 연소, 열교환, 연소 가스 정화 등의 공정이 동시에 구현 가능하여 고유가 시대에 에너지 이용효율을 극대화시킬 수 있어 종래 기술에 비해 높은 재활용률과 친환경성, 효율적인 장치운영이 가능하다.

또한 본 발명은 강력한 토출압의 반송 펌프와 개폐용 밸브 또는 압력을 조정하는 차압 밸브장치가 적절한 배관 위치에 적당한 수량으로 단독 또는 집중적으로 장착될 수 있다.

그리고 상기한 배관의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

100:가열로
101:몸체 102:벽체
103:내화강판 104:물가열부
105:폐기물 투입구 106:연소재 배출구
107:가스 배출구 108:이송 컨베이어
109:연소재 이송 스크류
100:가열로
110:호퍼 111:폐기물 이송 스크류
112:모터
120:1차연소실 121:점화버너
122:구동 모터 126:로스톨
130:2차 연소실 131:열필터 블록
132:공기통로 133:공기분출공
134:연소가스통로 135:송풍기
136:케이스
140:3차연소실 151:측벽
152:가스 배출공
200:폐열회수 열교환기 201:가스 유입구
202:가스 배출구 203:스팀 배출구
204:온수 배출구 205:가스 통로
206:급수구
210:열교환 파이프 220:축열탱크
230:증기 헤더 240:온수 배관
300:가스정화장치 310:몸체
311:연결관 312:배기관
313:송풍기
400:제어장치 500:열수요처
600:수도

Claims (4)

1. 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 전용 가열로(100)와 열교환기(200)를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 있어서,
   친환경 연소장치로서 폐 고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물 또는 폐 고무나 폐합성수지 등의 가연성 폐기물 가공 고형 연료를 1300℃ 이상의 고온으로 가열하고 다이옥신 등의 유해가스나 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않도록 하향의 다단계 직접 연소방식으로 완전 연소시켜 폐기물을 처리하며 발생되는 연소열은 후단의 열교환기(200)에 공급하는 가열로(100),
   폐열회수장치로서 전단의 상기 가열로(100)에서 폐기물의 연소로 발생하는 고온의 연소가스를 회수 재활용하고 효과적으로 열교환 기능을 수행하여 에너지 절약적으로 폐열을 이용하여 난방 빛 급탕열, 스팀, 열풍을 가정이나 공장 등의 열수요처에 공급하는 폐열회수 열교환기(200),
   상기 폐열회수 열교환기(200)에서 열교환 동작 수행 후 방출되는 배기가스를 물세척법으로 포획하여 정화된 배기 가스를 방출시켜 폐기물 자원화처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 저감시키는 냉각 겸용의 가스정화장치(300))가 순차로 연결 구성되어 각 장치의 연계 공정에 의하여 열에너지를 공유시키는 최적의 폐열 회수 라인으로 구성됨을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치
2. 제 1항에 있어서, 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 전용 가열로(100)는,
   연소실이 내부에 3단계로 구획 형성된 사각 함체 형상의 몸체(101) 외주 가장자리에 1500℃ 이상의 고열 열충격에도 견디게끔 내화 도료가 코팅된 강철재 내화 강판(103)으로 벽체(102)를 구성하고 벽체(102) 내측 가장자리로는 수도(600)로부터 공급되는 물(용수)를 저장하고 가열로(100)의 고온 연소열로 가온시켜 별도의 가열수단 없이도 온수를 온수 배관(240)으로 열수요처(500) 또는 열교환기(200)의 축열탱크(220)에 공급하는 물 가열부(104)가 형성되고,
   몸체 상부 중간으로는 폐기물 이송 컨베이어(111)로부터 연속 이송되는 가연성 폐기물 또는 가연성 폐기물 가공 고형 연료를 투입하는 호퍼(110)와 직하방으로 연통되는 폐기물 투입구(105), 몸체(101) 하부 일측으로는 연소재를 외부로 배출시키는 연소재 배출구(106)가 형성되며 타측으로는 고온의 연소 가스를 폐열회수 열교환기(200)에 공급하는 가스 배출구(107)가 각각 형성되어 가열된 고온의 연소 가스를 열교환기(200)에 토출 공급함과 동시에 화염의 연소열로 가온된 온수를 열수요처(500)에 직접 또는 온수배관(240)으로 열교환기(200)를 경유하여 축열 후 열수요처(500)에 공급함을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폐열회수 열교환기(200)는 가열로(100)의 가스 배출구(107)와 연통되는 몸체의 외측 일 측면에 가스 유입구(201) 이에 대향되는 타측에는 열교환된 가스를 배출하는 가스 배출구(202)가 각각 구비되어 있으며 몸체 외부 상부 일측으로는 스팀 배출구(203), 하부 일측으로는 온수 배출구(204)가 각각 구비되어 열풍과 증기, 난방 및 급탕 용도의 온수를 발생시켜 열수요처(500) 시설로 가는 유로를 형성하여 용도별로 공급하는 외관 구성으로서,
   상기 가스 유입구(201)와 가스 배출구(202) 사이 몸체 내측으로는 전단의 가열로(100)에서 연소에 의해 옆바람식으로 토출되는 고온의 연소가스가 통과하여 감온된 상태의 열풍으로 배출되게끔 다단 수평의 가스 통로(205)가 가스 유입구(201)와 가스 배출구(202) 사이를 관통하도록 형성되어 있으며, 열교환기(200) 몸체 내측 하부로는 수도(600) 등 급수전으로부터 공급되는 직수(용수)를 공급받아 저장하며 별도의 가열수단 없이도 가스 통로(205)로 흐르는 고온 연소가스로 덥혀진 온수를 지정된 열수요처(500)에 난방 및 급탕 용도로 공급하는 축열탱크(220), 상부로는 열교환 파이프(210)를 통과하면서 덥혀져서 증발되는 증기를 회수하여 증기 수요처에 공급하는 증기 헤더(230)를 각각 구비하여 열수요처(400)에 용도별로 열을 공급하게 하는 구성임을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치
4. 제 1항에 있어서, 가스정화장치(300)는 몸체(310) 일측으로 가스를 이송시키는 연결관(311)이 송풍기(흡기팬)(313)와 함께 열교환기(200) 후단의 가스 배출구(202)에 연결되어 있으며 상부로는 구부러진 엘보 형상의 배기관(312)이 형성된 구성으로,
   송풍팬의 회전시 발생하는 팬의 상하 압력차를 이용하여 일측의 공기를 흡입하여 타측으로 송풍시키는 기능을 수행하는 송풍기(흡기팬)(313)로 열교환 후 배기되는 연소가스를 흡입하여 강제로 물속에 집어넣고 미세분진을 포함한 오염물질은 흡착 자중에 의하여 침전시키고 정화된 배기 가스를 배기관(312)을 통하여 대기 중으로 배출함을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치

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