KR20150015275A - 수관식 소각 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수관식 소각 보일러에 관한 것으로, 그 주된 목적은, 연소실에 규정된 온도가 작용하도록 함으로써, 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(Co)의 발생을 최대한 억제하여 환경오염을 방지하며, 수관을 화염에 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 수관의 손상을 방지함과 동시에 수관의 수명을 연장하는 것이다.
이러한 목적으로 이루어진 본 발명은,수관식 소각 보일러에 관한 것으로,
상기 수관식 소각 보일러는,
소각되는 폐기물의 완전연소가 이루어지도록 상기 소각로에 구비되는 연소실을 하나의 연소공간으로 형성하며;
상기 배기 덕트에는 배기가스의 온도를 적정온도로 하강시키기 위한 적어도 두 조 이상의 열교환장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러에 의하면, 폐기물이 소각되는 연소실을 규정된 온도가 작용하도록 함으로써, 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(Co)의 발생을 억제하여 환경오염을 방지하며, 수관을 화염에 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 수관의 손상을 방지함과 동시에 수관의 수명을 연장하는 이점이 있다.

Description

수관식 소각 보일러{A WATER TUBE INCINERATION BOILER}

본 발명은 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물을 소각할 때, 완전연소가 이루어지도록 함으로써, 일산화탄소(Co) 및 질소산화물(NOx)을 감소시킴과 동시에 복수의 열교환기를 운용하여 배기가스의 출구온도를 일정하게 유지함으로써, 보일러의 가동시간을 연장하는 수관식 소각 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 가연성 폐기물을 소각한 일정 온도의 폐열을 열교환시켜 스팀으로 재생산하도록 하는 수관식 보일러에 대해서는 여러가지가 알려져 오고 있다.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 대한민국 특허등록번호 제1224267호의 "소각로 수직 병합형 폐열 보일러장치"(이하, "보일러장치"라 칭한다) 가 그 대표적인 것으로, 그 내용은 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 종래의 보일러장치(1)는, 소각로(10)와 폐열 보일러(20)로 대별된다.

소각로(10)는 각종 폐기물을 소각할 수 있도록 1차 연소실(11)이 구비되고, 그 1차 연소실(11)의 상부에 2차 연소실(12)을 수직 연장하여 구성된다.

이 소각로(10)의 일측으로 폐열보일러(20)가 구비되는데, 이 폐열보일러(20)는 2차 연소실(12)의 배출공(13) 일측에 구비되는 상, 하 드럼(21a)(21b) 사이로 복수의 수관(21c)을 연결한 폐열 회수부(21)를 구비한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 폐열 보일러(20)는 2차 연소실(12) 상부에 관통 연결된 배출공(13)과 인접하게 수직 격벽을 설치하여 배출가스를 상부에서 하부로 안내하는 제1 배출로(23)를 구비하며, 다시 하부에서 상부로 안내하는 제2 배출로(24), 상기한 폐열 회수부(21)의 수관(21c) 상부에서 하부로 안내하는 제3 배출로(25)로 이루어진다.

한편, 2차 연소실(12)과 폐열 보일러(20)의 벽체에는 2차 연소실(12)의 벽체를 구성하는 내화벽(12a) 내부로 수관(30)을 구성하여 이루어지는데, 이와 같이, 내화벽(12a) 내부에 묻히듯이 수관(30)을 설치하는 이유로는 수관(30)에 화염이 접촉할 경우 수관(30)의 파손을 방지하기 위해 방어벽을 설치하는 것이다.

따라서, 2차 연소실(12)은 규정 온도(850~900℃)보다 높은 온도(1,100~1,300℃)로 가열된다.

제 1, 2배출로(23)(24)와 제 3배출로(25)(26) 하부에는 상부에서 하부로 안내되는 배기가스의 먼지를 침강시켜 배출하기 위한 배출공(41)을 갖는 케비티(40)가 각각 구비된다.

또한, 2차 연소실(12)과 소각로(10)는 고열 변형에 의해 상하 탄발 유동함과 함께 기밀을 유지하는 익스펜션 조인트(50)로 연결되어 있다.

상기 2차 연소실(12)의 외벽은, 익스펜션 조인트(50)의 일단과 연결되기 위해 연장형성된 제 1부분(A12) 및, 상기 연장 형성된 제 1부분(A12)에서 기밀 유지를 위해 추가로 연장형성된 제 2부분(B12)을 가지고, 상기 소각로(10)의 외벽은, 상기 익스펜션 조인트(50)의 타단과 연결되기 위해 연장형성된 제 3부분(C10) 및, 상기 연장형성된 제 3부분(C10)에서 상기 기밀 유지를 위해 추가로 연장형성된 제 4부분(D10)을 갖추고 있다.

또한, 상기한 폐열보일러(20)의 일측으로 배기덕트(60)가 구비되어 제 1, 2배출로(23)(24)와 제 3, 4배출로(25)(26)를 통과하며 열교환을 일으킨 배기가스가 낮은 온도(250℃)를 유지하며 배출된다.

그러나, 상기한 종래의 보일러장치(1)는, 상기한 2차 연소실(12)의 내화벽(12a) 내부에 묻히듯이 설치된 수관(30)에 열을 전달하기 위해 부득이하게 규정온도(850~900℃)보다 높은 온도(1,100~1,300℃)로 가열되기 때문에 질소산화물(NOx)의 발생량이 증가하는 문제가 있었다.

또한, 규정된 폐기물 량에 대비하여 상대적으로 높은 온도를 얻기 위하여 연소실의 체적을 감소시킴에 따라 폐기물의 불완전연소에 따른 일산화탄소(Co)가 증가하며 환경오염의 원인을 제공하는 문제가 있었다.

또한, 상기한 바와 같이, 2차 연소실(12)의 내화벽(12a)이 깨지며 수관(30)이 노출되면 화염이 수관(30)에 직접 접촉함으로써, 규정온도보다 높은 고온에 의해 수관(30)의 손상이 야기되는 치명적인 문제가 있었다.

또한, 일정기간 경과하며 수관에 누적된 비산재에 의해 열교환효율이 떨어지며 배기가스의 온도가 상승하면 보일러 운전을 정지하고 정비하는 과정에서 장비의 운전율이 저하됨에 따라 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 상기한 폐열회수부(21)의 상 드럼(21a)으로 공급되는 물의 초기 급수온도가 너무 낮아 상 드럼(21a) 내부의 수위 헌팅으로 인해 수관의 손실로 이어지는 문제가 있었다.

또한, 폐열회수부(21)의 하 드럼(21b)이 캐비티(40) 내부에 구비됨으로써, 상기 캐비티(40)의 배출구(41)로 배출이 용이하도록 침강되는 비산재가 적층되며 열교환 효율을 저감시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 규정된 온도가 연소실에 작용하도록 함으로써, 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(Co)의 발생을 최대한 억제하여 환경오염 원인을 원천적으로 방지하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 수관이 화염에 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 수관의 손상을 방지함과 동시에 수관의 수명을 연장하도록 하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 일정기간 경과하며 수관에 누적된 비산재에 의해 열교환효율이 떨어지며 배기가스의 온도가 상승해도 보일러 운전을 정지하지 않고도 배기가스의 온도를 적정온도로 낮출 수 있도록 함으로써, 보일러의 운전율을 향상시킴과 동시에 생산성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 상 드럼에 공급되는 급수의 온도가 항상 고온인 상태로 공급되도록 하여 드럼 내부의 수위헌팅을 방지하도록 함과 동시에 수관의 손상을 방지하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 폐열회수부의 하드럼을 복수 구비하여 캐비티의 외측에 배치시킴으로서 침강되는 비산재의 축적을 방지하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적으로 이루어진 본 발명은,

각종 폐기물을 투입하여 소각하는 소각로와, 상기 소각로에서 배출되는 배기가스에 의해 열교환작용을 일으키도록 상, 하 드럼 사이에 다수의 수관을 갖춘 폐열회수부와, 상기 배기가스를 상기 폐열회수부의 상, 하 방향으로 안내하도록 구비된 복수의 배출로와, 상기 배출로 하부에 구비되어 상부에서 하부로 안내되는 배기가스의 비산재를 침강시켜 배출하기 위해 배출공을 갖춘 캐비티를 구비하며, 상기 배출로를 통과하며 상기 수관과 접촉하여 열교환된 저온의 배기가스가 배출되는 배기덕트로 이루어진 폐열보일러를 포함하는 수관식 소각 보일러에 관한 것으로,

상기 수관식 소각 보일러는,

소각되는 폐기물의 완전연소가 이루어지도록 상기 소각로에 구비되는 연소실을 하나의 연소공간으로 형성하며;

상기 배기 덕트에는 배기가스의 온도를 적정온도로 하강시키기 위한 적어도 두 조 이상의 열교환장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폐열회수부의 하 드럼은,

상기 캐비티 사이 외측에 적어도 하나 이상 복수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소각로의 연소실은,

내벽에 수관이 설치되지 않아 연소온도를 규정 온도인 850~900℃를 유지함으로써, 질소산화물과 불완전연소에 의한 일산화탄소의 발생이 억제되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환장치는,

상온의 물이 공급 또는 차단될 수 있도록 적어도 하나 이상의 개폐밸브를 갖춘 급수관과, 상기 급수관의 일단과 연결되며 상기 급수관을 통해 공급된 상온 급수의 온도가 상승될 수 있도록 상기 배기 덕트 내부에 다수회 코일식으로 배관되어 고온의 배기가스와 열교환 작용을 일으키는 순환관과, 상기 순환관 단부와 연결되어 열교환작용에 의해 온도가 상승된 급수를 상 드럼에 공급하는 배수관으로 이루어진다.

또한, 상기 열교환장치는,

상기 배기 덕트의 수직방향으로 다수 구비되며, 상기 각 배수관이 하나로 배관되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러에 의하면, 1, 2차 연소실 공간을 하나의 연소공간으로 형성함과 동시에 내벽에 수관을 구비하지 않아 규정된 온도(850~900℃)로 완전연소가 이루어지도록 함으로써, 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(Co)의 발생을 최대한 억제하여 환경오염 원인을 원천적으로 방지하는 효과가 있다.

또한, 상, 하 드럼과 연결되며 열교환작용을 일으키는 수관은 화염과 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 수관의 손상을 방지함과 동시에 수관의 수명을 연장하는 효과가 있다.

또한, 일정기간 경과하며 수관 표면에 누적된 비산재에 의해 열교환효율이 떨어지며 배기가스의 온도가 상승할 경우, 배기덕트 내에 다수 구비된 열교환장치의 열교환작용에 의해 보일러를 정지하지 않고도 배기가스의 온도를 적정온도로 유지시킴으로써, 보일러의 운전율은 향상시킴과 동시에 생산성은 향상시키도록 하는 효과가 있다.

또한, 상 드럼에 공급되는 상온급수의 온도가 충분히 가열된 상태로 공급되도록 함으로써, 드럼 내부의 수위헌팅을 방지하도록 함과 동시에 수관의 손상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 비산재가 배출되는 캐비티 사이 외측에 하 드럼을 복수로 구비하며, 비산재가 축적되는 것을 방지하여 열효율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수관식 소각 보일러를 보인 일측면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러를 보인 일측면도이고,
도 3은 도 2 "A"선을 확대하여 보인 도면으로서, 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러의 열교환장치 구성과 작용을 설명하기 위해 보인 도면이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러(1)는, 소각로(10)와, 그 소각로(10)에서 배출되는 배기가스에 의해 열교환작용을 일으키도록 상, 하 드럼(21a)(21b) 사이에 다수의 수관(21c)을 갖춘 폐열회수부(21)와, 상기 배기가스를 상기 폐열회수부(21)의 상, 하 방향으로 안내하도록 구비된 복수의 배출로(23)(24)(25)(26)와, 상기 배출로(23)(24)(25)(26) 하부에 구비되어 상부에서 하부로 안내되는 배기가스의 비산재를 침강시켜 배출하기 위해 배출공(41)을 갖춘 캐비티(40)를 구비하며, 상기 배출로를 통과하며 상기 수관과 접촉하여 열교환된 저온의 배기가스가 배출되는 배기덕트(60)를 갖춘 폐열보일러(20)로 이루어진다.

이하, 하나의 연소공간으로 이루어진 연소실(11)과 복수개로 구비된 하 드럼(21b)과 배기덕트(60)에 구비된 열교환장치(100) 이외에 나머지 구성은 종래와 동일하므로, 설명을 생략하고, 설명 편의상 종래 구성과 동일한 구성은 동일명칭과 동일부호를 붙여 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수관식 소각 보일러(1)(이하, "보일러"라 칭한다)의 소각로(10)는, 소각되는 폐기물의 완전연소가 이루어지도록 상기 소각로에 구비되는 연소실(11)을 하나의 연소공간으로 형성하는 것이 바람직하다.

그 이유로는 도시한 바와 같이, 수직방향으로 이루어진 연소공간의 하측("A"구간)에서 각종 폐기물을 연소하면서 발생하는 화염(F)은 850~900℃의 온도로 상측("B"구간)까지의 체류시간을 대략 2초 정도 유지하면서 완전연소가 이루어지도록 하기 위한 것이며, 이와 같은 적정연소온도(850~900℃)를 유지하며 폐기물의 완전연소가 이루어짐으로써, 질소산화물(NOx)과 불완전연소에 의한 일산화탄소(Co)의 발생이 억제되기 때문이다.

이와 같은 연소실(11)에는 종래와 달리 수관을 설치하지 않으므로, 이 수관이 화염에 직접적으로 노출되지 않기 때문에 수관의 손상이 예방된다.

이와 같은 소각로(10)의 일측으로 구비된 폐열보일러(20)는 도시한 단면상 4개의 배출로(23)(24)(25)(26)로 이루어져 도시한 바와 같은 화살표 방향대로 배기가스의 흐름을 안내한다.

이하, 설명 편의상 배출로(23)(24)(25)(26)를 제 1, 2, 3, 4배출로(23)(24)(25)(26)로 표기한다.

본 발명에 따른 보일러(1)는 3드럼 구성으로서, 하나의 상 드럼(21a)에 2개의 하 드럼(21b)으로 이루어진다.

즉, 상기한 소각로(10)에 근접한 제 1, 2배출로(23)(24)의 하측에는 각각의 배출구(41)가 구비된 캐비티(40)가 마련되어 열교환 중 침강하는 비산재의 배출이 용이하도록 하였다.

또한, 제 3, 4배출로(25)(26) 하측에는 하나의 캐비티(40)가 마련되며, 이 캐비티(40)의 양측에 하 드럼(21b)이 대칭형으로 구비된다.

이와 같이, 하 드럼(21b)이 캐비티(40)의 외부에 구비됨으로써, 하 드럼(21b) 상측에 비산재의 적층이 방지된다.

한편, 본 발명에 따른 보일러(1)는 상기 배기덕트(60)에 구비되는 열교환장치(100)를 더 포함한다.

열교환장치(100)는 배기가스의 온도를 적정온도로 유지시키기 위한 적어도 한 조 이상 구비되는데, 급수관(110)과 순환관(130)과 배수관(150)으로 이루어진다.

상기한 열교환장치(100)는 도시한 바와 같이, 배기덕트(60)의 수직방향으로 다수 구비되는데 모두 동일한 구성이므로, 어느 하나의 구성에 대해서만 설명한다.

급수관(110)은, 상온(常溫) 급수가 가능하도록 도시하지 않은 급수원과 연결되며, 중간부분에는 상온의 물이 공급 또는 차단될 수 있도록 적어도 하나 이상의 개폐밸브(111)를 갖추고 있다.

순환관(130)은 상기한 급수관(110)의 일단과 연결되며 상기 급수관을 통해 공급된 상온 급수의 온도가 상승될 수 있도록 상기 배기덕트(60) 내부에 다수회 코일식으로 배관되어 배기가스와 열교환하도록 구비된다.

배수관(150)은 상기 순환관(130) 단부와 연결되어 열교환작용에 의해 온도가 상승된 급수를 공급할 수 있도록 상 드럼(21a)에 배관되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 열교환장치(100)는 배기덕트(60)에 다수 구비되며, 각각의 급수관(110)은 도시하지 않은 급수원과 연결되데, 배수관(150)은 하나의 관로에 배관되어 후술하는 작용에서 배기가스의 온도를 점진적으로 다운시킬 수 있다.

계속해서, 도시한 바를 참조로 하여 본 발명에 따른 보일러(1)의 작용 효과를 설명한다.

우선, 폐기물은 소각로(10)의 연소실(11)에서 도시하지 않은 컨트롤러(Comtroller)에 설정된 온도가 되도록 소각하며 850~900℃의 배기가스가 형성되며, 이 배기가스는 상기한 소각로(10) 일측의 폐열보일러(20)의 제 1, 2, 3, 4배출로(23)(24)(25)(26)를 거치며 페열회수부(21)의 수관(21c) 사이를 통과하며 열교환작용을 일으키며, 일측의 바이패스 덕트(60)를 통해 배출된다.

이때, 보일러(1)의 장시간 사용으로 인해, 상기한 수관(21c)에 비산재 또는 스케일이 적층되면 원활한 열교환이 이루어지지 않음으로써, 배기덕트(60)를 통해 배출되는 배기가스의 온도가 상승한다.

이 때, 다수 구비된 본 발명에 따른 열교환장치(100) 중 어느 하나의 급수관(110)을 통해 급수된 상온의 물은 순환관(130)을 거치며 배기가스와 열교환작용을 일으키며 배기가스의 온도를 낮춘다.

그런 다음, 상당한 시간이 흘러서 어느 하나의 열교환장치(100)에 의한 열교환작용에도 배기가스의 온도가 떨어지지 않을 경우, 2개 또는 3개의 열교환장치(100)를 작동하여 열교환을 시키면 더 오랜 기간 보일러(1)를 정지시키지 않고도 운용할 수 있으므로, 설비의 가동율을 높일 수 있으며, 그에 따라 생산성도 향상된다.

또한, 수관이 구비되지 않은 소각로(10)의 연소실(11) 공간에 폐기물을 완전연소시키도록 적정 온도(850~900℃)를 작용시켜 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(Co)의 발생을 최대한 억제하여 환경오염 원인을 원천적으로 방지하였다.

또한, 화염이 직접 접촉되는 연소실에는 수관을 구비되지 않아서, 화염이 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 수관의 손상을 방지함과 동시에 수관의 수명을 연장하였다.

또한, 일정기간 경과하며 수관 표면에 누적된 비산재에 의해 열교환효율이 떨어지며 배기가스의 온도가 상승할 경우, 보일러 운전을 정지하지 않고도 배기가스의 온도를 적정온도로 유지시킴으로써, 보일러의 운전율은 향상시킴과 동시에 생산성은 향상시켰다.

또한, 비산재가 발생하지 않는 캐비티 사이에 하 드럼을 복수로 구비하며, 비산재가 축적되는 것을 방지하여 열효율을 향상시켰다.

한편, 본 발명에 따른 보일러(1)의 열교환장치(100)는 3개가 구비된 실시예에 대해서만 설명하였으나, 3개 이상 더 많은 수량을 구비하여도 본 발명 소기의 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자 라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

1 : 수관식 소각 보일러 10 : 소각로
11 : 연소실 20 : 폐열보일러
21 : 폐열 회수부 40 : 캐비티
60 : 배기 덕트
100 : 열교환장치 110 : 급수관
111 : 개폐밸브 130 : 순환관
150 : 배수관

Claims (5)

1. 각종 폐기물을 투입하여 소각하는 소각로와, 상기 소각로에서 배출되는 배기가스에 의해 열교환작용을 일으키도록 상, 하 드럼 사이에 다수의 수관을 갖춘 폐열회수부와, 상기 배기가스를 상기 폐열회수부의 상, 하 방향으로 안내하도록 구비된 복수의 배출로와, 상기 배출로 하부에 구비되어 상부에서 하부로 안내되는 배기가스의 비산재를 침강시켜 배출하기 위해 배출공을 갖춘 캐비티를 구비하며, 상기 배출로를 통과하며 상기 수관과 접촉하여 열교환된 저온의 배기가스가 배출되는 배기덕트로 이루어진 폐열보일러를 포함하는 수관식 소각 보일러에 있어서,
   소각되는 폐기물의 완전연소가 이루어지도록 상기 소각로에 구비되는 연소실을 하나의 연소공간으로 형성하며;
   상기 배기덕트에는 배기가스의 온도를 적정온도로 하강시키기 위한 적어도 두 조 이상의 열교환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수관식 소각 보일러.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폐열회수부의 하 드럼은,
   상기 캐비티 사이 외측에 적어도 하나 이상 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 수관식 소각 보일러.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 소각로의 연소실은,
   내벽에 수관이 설치되지 않아 연소온도를 규정 온도인 850~900℃를 유지함으로써, 질소산화물과 불완전연소에 의한 일산화탄소의 발생이 억제되는 것을 특징으로 하는 수관식 소각 보일러.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 열교환장치는,
   상온의 물이 공급 또는 차단될 수 있도록 적어도 하나 이상의 개폐밸브를 갖춘 급수관과, 상기 급수관의 일단과 연결되며 상기 급수관을 통해 공급된 상온 급수의 온도가 상승될 수 있도록 상기 배기덕트 내부에 다수회 코일식으로 배관되어 고온의 배기가스와 열교환 작용을 일으키는 순환관과, 상기 순환관 단부와 연결되어 열교환작용에 의해 온도가 상승된 급수를 상 드럼에 공급하는 배수관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수관식 소각 보일러.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 열교환장치는,
   상기 배기덕트의 수직방향으로 다수 구비되며, 상기 각 배수관이 하나로 배관되는 것을 특징으로 하는 수관식 소각 보일러.
   
   

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