KR20150119150A - 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20150119150A
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Abstract

본 발명은 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템(10)을 제공한다. 당해 시스템은 신가스를 발생시키기 위한 제1 배치 처리 오븐(12) 및 신가스를 발생시키기 위한 제2 배치 처리 오븐(14)을 포함한다. 하나 이상의 열처리 챔버(20)는 신가스가 생성된 후 이를 가열하고, 에너지 변환기(22)는 신가스로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다.

Description

폐기물 처리{WASTE PROCESSING}
본 발명은 폐기물 처리, 특히 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 유기 폐기물 및 도시 고형 폐기물(MSW;Municipal Solid Waste)을 포함하는 폐기 물질을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물질의 배치 처리(batch processing)에 특히 적합한 물질로부터 코팅 및/또는 불순물을 열로 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
가스화(gasification)는 원료를 고온에서 컨트롤된 양의 산소와 반응시켜 바이오매스(biomass) 등의 탄소질 물질을 일산화탄소 및 수소로 전환시키는 공정이다. 수득한 가스 혼합물은 합성 가스(synthetic gas) 또는 신가스(syngas)라고 한다. 합성 가스는 주로 CO(일산화탄소) 및 수소로 이루어진다. 이들 두 구성 성분은 알콜(메탄올, 에탄올, 프로판올 등)에 대한 기본적인 구성 요소이다.
가스화는 다수의 상이한 유형의 유기 물질로부터 에너지를 추출하는 효율적인 방법으로, 청정한 폐기물 처리를 제공한다. 가스화는, 특히 처리된 물질에 함유된 유기물이 더 많이 에너지로 변환되므로(보다 높은 열 효율성), 원래의 연료의 직접 연소보다 효율적이다.
열분해(pyrolysis)는 가스화와 유사한 공정으로, 역시 합성 가스를 생성하지만, 여기서는 산소가 전혀 존재하지 않거나 또는 실질적으로 존재하지 않는다.
신가스는 내부 연소 엔진에서 직접 연소되거나 메탄올, 에탄올 및 프로판올 등의 알콜, 또는 수소를 생성하는 데 사용될 수 있다. 화석 연료의 가스화 및 열분해에 의하여 제조된 신가스는 현재 산업적인 규모로 널리 사용되어 전기를 발생시킨다.
알루미늄, 마그네슘, 기타 금속 및 비금속 등의 물질을 재활용하는 것이 더욱더 요구되고 있다. 종종 이러한 물질은, 물질을 재용융시키기 전에 반드시 제거되어야 하는 페인트, 오일, 물, 래커, 플라스틱 또는 기타 휘발성 유기 화합물(V.O.C)로 코팅될 것이다. 용융되지 않고 상대적으로 고온에서 처리될 수 있는 물질에 있어서, 불순물은 통상적으로, 때로는 디코팅(de-coating)이라고 알려진 열 공정을 사용하여 제거된다. 이러한 열 디코팅 공정(thermal de-coating)은 또한 재용융 전에 물질을 건조 및/또는 살균시키는 데 사용될 수도 있다.
예를 들면, 알루미늄은 종종 통상적으로 페인트, 래커 및/또는 기타 V.O.C.로 피복된 음료 캔의 제조에 사용된다. 사용된 음료 캔(U.B.C.) 또는 음료 캔의 제조 동안 생성된 폐 물질(scrap material)을 재활용을 위하여 용융되기 전에, 금속 손실을 최소화시키기 위하여 모든 코팅 또는 기타 불순물은 반드시 제거하여야 한다.
그러나, 열 디코팅은 알루미늄에 적용하는 것으로 제한되지는 않고 열 디코팅 공정에 존재하는 온도에 견딜 수 있는 모든 금속 또는 비금속 물질을 세정하거나 정제하는 데 사용될 수 있다. 열 디코팅은 예를 들면, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 디코팅하거나 정제하는 데 사용될 수 있다. 특히, 당해 공정은 도시 폐기물을 처리하여 이로부터 금속을 회수하는 데 사용될 수 있다.
공지된 열 디코팅 공정은 처리되는 물질을 제거되어야 하는 코팅 및/또는 불순물을 산화시키기 위하여 고온 가스에 노출시키는 과정을 수반한다. 이러한 노출은 고온 가스의 온도 및 산소 함량이 조절될 수 있는 폐쇄된 환경에서 수행된다. 300℃를 초과하는 온도가 대부분의 유기 화합물을 제거하는 데 필요하고, 6 내지 12% 범위의 산소 수준이 통상적으로 필요하다.
고온 가스의 온도 및 산소 수준이 주의 깊게 조절되지 않는 경우, 당해 공정은 열 스트립핑(thermal stripping) 동안 방출되는 V.O.C.가 연소됨에 따라 자가발열성(autothermic)이 될 수 있다. 이는 고온 가스의 제어되지 못한 온도 상승을 초래할 수 있어 매우 위험하다.
물질은 통상적으로 처리 전에 파쇄(shredding)되며, 파쇄된 물질의 표면 전체가 고온 가스에 노출되는 것이 효과적인 디코팅에 중요하다. 그렇지 않으면, 처리는 덜 효과적이 되고, 특히 U.B.C.의 경우, 처리된 물질의 표면에 흑색 얼룩이 남을 수 있다. 물질을 처리 동안 교반하여 물질로부터 코팅 또는 불순물을 물리적으로 제거하거나 없애버리는 것이 또한 바람직하다.
현재, 두 가지의 공지된 열 디코팅 유형이 존재하는데, 이들은 연속 공정(continuous process)과 배치 공정(batch process)이다.
연속 공정은 정상 상태(steady state)의 공정 조건을 가능하게 하는 대용적의 실질적으로 일정한 물질에 좋고, 배치 공정은 소 용적이 처리되거나 예를 들면, 열량 발생 함량, 수 함량 등과 같은, 처리되는 물질의 유형에 큰 변화가 존재하는 경우 유리하다.
배치 공정의 한 가지 문제는 당해 공정이 배치들(batches) 사이의 공정 변화를 허용함으로서 공정 사이클에 큰 유연성을 가능하게 한 반면, 특히 신가스 생성의 증가(ramp up) 및 감소(ramp down)가 존재하는 사이클의 개시 및 종료시, 정상 상태의 신가스를 생성하지 못한다는 것이다.
이와 연관되어 두 가지 문제가 존재한다. 첫 번째로, 신가스는 통상적으로 생성 후 열 산화기에서 처리되어 이를 연소시킨 다음, 고온 배기 가스가 발전을 위하여 사용되는데, 예를 들면, 보일러를 작동시킨다. 신가스 생성률에 주기적인 변동이 존재함에 따라, 열 산화기(thermal oxidiser)는 반드시 최대 신가스 생성양을 수용하도록 크기가 결정되어야 하므로, 많은 사이클에 있어서 충분히 이용되지 않는다. 더 나아가, 종종 천연가스가 이용되는 사이클 초기 연료(virgin fuel)의 저급 신가스가 생성 부분에서, 환경적인 목적으로 신가스를 파괴하기 위하여 필요 온도를 유지할 필요가 있다. 초기 연료의 이러한 사용으로 인하여 전체적인 효율성 및 공정의 비용 효과가 감소된다.
대안으로서, 신가스는 가열되어 내부의 모든 탄화수소가 제거되고, 세정된 다음, 신가스 엔진에서 연소되어 발전기를 직접 구동한다. 이러한 신가스 엔진은 주기적인 사용에는 적절하지는 않고, 정상 공정 파라미터(steady process parameter)에서 작동시 가장 효율적이다.
본 발명은 폐기 물질을 처리하기 위한 개선된 장치를 제공하려는 것이다.
따라서, 본 발명은 신가스를 발생시키기 위한 제1 배치 처리 오븐; 신가스를 발생시키기 위한 제2 배치 처리 오븐; 신가스를 가열하기 위한 열처리 챔버; 및 신가스로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 변환기를 포함하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 열처리 챔버는 상기 신가스를 연소시키기 위한 하나 이상의 버너를 포함하고; 상기 에너지 변환기는 연소 가스로부터 열을 회수하기 위한 열 회수 수단을 포함한다. 또 다른 방식으로서, 상기 열처리 챔버는 상기 신가스를 연소시키지 않고 이를 가열하기 위한 하나 이상의 버너를 포함하고, 상기 에너지 변환기는 신가스 엔진을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 시스템은 신가스를 발생시키기 위한 제3 배치 처리 오븐(batch processing oven)과 더불어, 선택적으로 제4 배치 처리 오븐을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 시스템은 상기 장치의 하나 이상의 작동 파라미터에 따라 상기 제1 및 제2 배치 처리 오븐으로부터 열처리 챔버로의 신가스의 공급을 제어하기 위한 제어 수단을 추가로 포함함으로써, 상기 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 신가스의 공급을 보장한다.
각각의 배치 처리 오븐에는 열처리 챔버 내에 그 자체의 버너가 제공될 수 있다.
유리하게는, 작동 파라미터들 또는 작동 파라미터들 중 하나는 상기 신가스에 포함된 일산화탄소의 함량이다.
제어 수단은 바람직하게는 하나의 배치 처리 오븐으로부터의 열처리 챔버로의 신가스의 공급을 제어하도록 작동 가능한 한편, 다른 배치 처리 오븐들 중 하나 이상은 비워졌다가 재충전된다.
제어 수단은 배치 처리 오븐을 조절하도록 작동 가능하여, 한 오븐으로부터의 신가스 생성률이 이의 사이클의 종료 무렵 감소되기 시작함에 따라, 열처리 챔버로의 신가스의 유동은 또 다른 오븐으로부터 생성된 신가스로 보충되어 열처리 챔버에 대한 실질적으로 일정한 유량의 신가스를 달성하도록 할 수 있다. 더 바람직하게는, 한 사이클의 종료시 신가스의 감소는 또 다른 오븐의 사이클 개시에 의한 신가스의 증가에 의하여 보충된다. 더 바람직하게는, 한 오븐의 사이클이 실질적으로 종료됨에 따라, 또 다른 오븐의 사이클은 실질적으로 최대 생성 상태에 이른다.
제1 및 제2, 그리고 선택적으로 제3 및 제4 배치 처리 오븐은 상기 신가스를 상기 열처리 챔버로 공급하기 위한 도관 수단에 의하여 상기 열처리 챔버에 결합될 수 있고; 밸브 수단은 상기 열처리 챔버로의 신가스의 유동을 제어하기 위한 상기 도관 수단에 제공된다.
신가스가 열처리 챔버에서 연소되는 경우, 신가스는 신가스를 연소시키기에 충분한 산소와 함께, 버너를 통하여 열처리 챔버로 진입할 수 있다.
신가스가 연소되지 않고 열처리 챔버에서 가열되는 경우, 열처리 챔버는 연소 후, 열처리 챔버에 과량의 산소가 존재하지 않도록 화학량론적 비의 연료와 산소 원료가 제공됨으로써, 내부의 신가스의 연소를 방지할 수 있다.
열처리 챔버는 열 산화기일 수 있고, 열 회수 수단은 편리하게는 건조 포화 증기를 발생시키기 위한 폐열 회수 보일러일 수 있다. 발생된 증기는 터빈을 구동시킬 수 있다.
본 발명은 또한 상기 신가스를 가열하기 위한 열처리 챔버를 제공하는 단계; 및 신가스로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 에너지 변환기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 제1 배치 처리 오븐에서 신가스를 발생시키는 단계; 적어도 제2 배치 처리 오븐에서 신가스를 발생시키는 단계; 및 하나 이상의 작동 파라미터에 따라 상기 제1 및 적어도 제2 배치 처리 오븐으로부터 상기 열처리 챔버로의 신가스의 유동을 제어함으로써, 신가스의 상기 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 공급을 보장하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르는 바람직한 방법에서, 작동 파라미터들 또는 작동 파라미터들 중의 하나는 상기 신가스에 포함된 일산화탄소의 함량이다.
본 발명에 따르는 바람직한 방법에서, 제어는 하나의 배치 처리 오븐으로부터의 신가스의 공급을 제어하는 한편, 다른 배치 처리 오븐 중 하나 이상은 비워졌다가 다시 충전됨을 의미한다.
상기 방법은 배치 처리 오븐을 제어하여, 한 오븐으로부터의 신가스 생성률이 이의 사이클 종료 무렵에 감소되기 시작함에 따라, 열처리 챔버로의 신가스의 유동이 또 다른 오븐으로부터 생성된 신가스에 의하여 보충되어, 열처리 챔버에 대한 실질적으로 일정한 신가스의 유량을 달성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 바람직하게는 상이한 오븐 사이클의 개시 시점을 제어하여, 한 사이클의 종료시 신가스의 감소가 또 다른 오븐의 사이클의 개시로부터의 신가스의 증가에 의하여 보충되는 단계를 포함한다. 더 바람직하게는, 당해 방법은 상이한 오븐 사이클의 개시 시점을 제어하여, 한 오븐의 사이클이 실질적으로 종료됨에 따라, 또 다른 오븐의 사이클이 실질적으로 최대 생성 상태에 이르는 단계를 포함한다.
유리하게는, 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키기 위하여 증기 발생 수단이 제공된다.
본 발명은 예로서, 첨부한 도면을 참조로 하여, 아래에 추가로 설명하며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따르는 바람직한 형태의 시스템의 구성도이고,
도 2는 통상적인 시스템에서의 시간에 대한 에너지 발생을 나타내는 그래프이고,
도 3은 도 1에 따른 시스템에서의 시간에 대한 에너지 발생을 나타내고,
도 4는 본 발명에 따르는 시스템의 제2 실시예의 구성도이고,
도 5는 본 발명에 따르는 시스템의 제3 실시예의 구성도이다.
우선 도 1을 참조하면, 이는 폐기 물질로부터 에너지를 발생시기기 위한 시스템(10)을 나타낸다. 에너지는 예를 들면, 터빈(24)을 구동시켜 전기를 발전하는 데 편리하게 사용된다.
시스템(10)은 제1 및 제2 배치 처리 오븐(batch processing oven;12,14)을 포함한다. 이들 오븐 각각은 유기 폐기물 및 도시 고형 폐기물(MCW)을 포함하는 폐기 물질을 처리하고 배치 처리에 특히 적합한 물질로부터 코팅 및/또는 불순물을 열적으로 제거하기 위한 배치 처리 오븐이다.
당해 오븐은 고온에서 원료를 컨트롤된 양의 산소와 반응시킴으로써 바이오매스 등의 탄소질 물질을 일산화탄소(CO) 및 수소로 전환시킨다. 수득한 합성 가스 혼합물(신가스)은 주로 CO 및 수소로 구성된다. 이러한 유형의 오븐은 익히 공지되어 있으며, 본원에서 추가로 설명하지는 않는다.
오븐들 각각은 파이핑 형태의 도관 수단(16,18)을 통하여 버너를 포함하는 열처리 챔버(20)에 결합되는데, 본 실시예에서 상기 열처리 챔버(20)는 열 산화기이다.
열 산화기는 신가스를 연소시켜 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 산소(O2)를 발생시키는데, 이는 열 회수 수단(heat recovery means;22)으로 이어지고, 열 회수 수단은 발생된 열을 증기로 전환시킨다. 열 회수 수단(22)은 편리하게는 폐열 회수 보일러이고, 이는 바람직하게는 추가적인 처리을 위하여 건조 포화 증기를 발생시킨다. 바람직한 실시예에서, 증기는 전기를 발전하기 위하여 터빈(24)에 가해진다. 그러나, 열 산화기(20)에 의하여 발생된 에너지는 이들로 제한되지는 않지만, 열수 또는 건물 난방의 제공을 포함하는, 어떠한 적합한 목적을 위해서라도 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
오븐(12,14)으로부터 열 산화기(20)로의 신가스의 유동은 파이핑(16,18) 내 밸브(26,28)에 의하여 제어된다. 이들 밸브는 오븐(12,14) 각각으로부터의 신가스의 열 산화기(20)로의 유동을 제어하는 제어 유닛(30)에 의하여 차례로 제어된다. 제어 유닛은 밸브(26,28)를 포함하는 제어 시스템(32)의 일부를 형성한다.
제어 유닛(30)은 시스템의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하고 측정된 파라미터에 따라 밸브(26,28)를 조절한다. 바람직하게는, 이는 하나 또는 그 이상의 측정된 파라미터에 따라 열 산화기(20)의 버너를 제어한다.
제어 시스템(32)은 시스템 작동 파라미터를 모니터링하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서를 포함한다. 제어 시스템에 의하여 모니터링되는 파라미터는 하나 또는 그 이상의 오븐(12,14), 파이핑(16,18), 열 산화기(20) 및 이들의 배출구 내의 신가스의 온도, 품질(quality) 및 가스 함량(예를 들면, CO 함량)을 포함한다. 제어 시스템(32)은 또한 열 회수 보일러(22)로부터의 산출량에서의 에너지 수준을 측정한다.
공지된 시스템에서, 단일 배치 처리 오븐이 사용되고, 도 2의 그래프는 시간 경과에 따라 공지된 시스템에 의하여 생성된 에너지를 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 오븐의 초기 점화시, 오븐이 충분한 량의 신가스를 생성하고 필요 에너지의 발생을 가능하게 하기까지 상당한 시간 지연(time lag; t1)이 존재한다. 오븐 내 폐기 물질의 처리가 지속되고, 대부분의 폐기 물질이 처리됨에 따라, 생성된 신가스의 양 및 이에 따라 발생된 에너지는 t2에서 떨어지기 시작한다. 이어서, 새로운 배치(batch)에 의하여 발생된 신가스 및 에너지 수준이 t3에서 합당한 수준에 이르기 전까지, 처리된 폐기물은 오븐으로부터 제거되고, 오븐이 새로운 폐기물로 재충전되고 공정이 재개되는 동안 상당한 시간 지연이 존재한다.
본 발명에 따르는 도 1의 시스템은 2개의 배치 처리 오븐(12,14)을 사용하며, 이는 신가스를 발생시키고 이를 열 산화기(20)로 일반적으로 교대로 공급한다. 하나의 오븐이 폐기 물질의 배치의 처리의 완료에 근접하고, 폐기물의 제거 및 재충전을 위하여 동력을 낮출 때, 다른 오븐은 신가스와 발생된 에너지의 균형을 이루는 데 사용된다.
이제 도 3을 참조한다. 초기 점화시, 오븐(12)이 사용된다고 가정한다면, 오븐(12)이 열 산화기(20)에 의하여 사용하기 위한 합당한 수준의 신가스를 발생시키기 위해서는 동일한 초기 시간 지연 t1이 존재한다. t1으로부터 줄곧 신가스는 오븐(12)에 의하여 발생되고, 밸브(28)는 통상적으로 페쇄된다.
출원인의 시스템에서, 제어 시스템(32)은 오븐(12,14)으로부터의 신가스의 유동을 통상적으로 교대로 제어하되, 일부 중첩되도록 제어하여, 신가스의 상당히 균일한 공급이 열 산화기(20)에 제공되고 정상 에너지 수준이 발생되는 것을 보장한다. 이는 도 2의 시간 t2와 t3 사이의 정지 시간(down time)을 감소시키거나 제거한다.
출원인의 시스템에서, 시스템의 초기 시운전(commissioning)시, 오븐(12)이 먼저 점화되어 신가스를 발생시킨다고 가정해본다. 발생된 가스의 양 및 이에 따라 생성된 에너지는 도 3의 곡선(12)을 따를 것이다. 그러나, 오븐(12)으로부터 신가스의 흐름이 감소되기 전 t4에서 오븐(14)이 점화되어, 오븐(12)으로부터의 신가스가 감소하기 시작하는 때 t5까지, 오븐(14)은 완전히 점화되어 원하는 수준의 신가스를 생성한다. 따라서, 조절 시스템(32)은 오븐(14)으로부터의 신가스가 열 산화기(20)로 공급되도록 하기 위하여, t6이라고 하는, 예비 선택된 시간에서 밸브(28)를 개방하도록 프로그래밍될 수 있다. 밸브(26)는 이어서 폐쇄될 수 있다. 이러한 사이클은 오븐(14)으로부터의 신가스의 유동이 감소되기 시작할 때 반복된다. 신가스 및 이에 따라 발생된 에너지의 수준은 따라서 상대적으로 일정하게 유지된다.
제어 시스템(32)은 2개의 오븐(12,14)에 의하여 생성된 신가스의 품질을 모니터링하고, 통상적으로 열 산화기(20)로 공급된 신가스 중의 CO의 양을 모니터링한다. 오븐(12)으로부터의 신가스를 모니터링한 결과 오븐(12)에 의하여 생성된 신가스의 양 또는 품질이 미리 선택된 수준 미만으로 떨어지는 것으로 나타날 때(t5), 밸브(26)는 폐쇄되고, 오븐(12)에서 처리된 폐기물은 제거되며 처리을 위한 추가의 폐기물 배치(batch)는 오븐(12)으로 추가될 수 있다. 오븐(12)은 이어서 점화되고 신가스를 열 산화기(20)로 공급할 준비가 될 수 있다. 다시, 미리 선택된 기간 이후, 제어 시스템(32)은 밸브(26)를 개방하여 오븐(12)으로부터의 신가스가 열 산화기(20)로 공급되도록 할 수 있다. 일단 오븐(14)으로부터의 신가스의 품질 또는 양이 미리 선택된 수준 미만으로 떨어지면, 밸브(28)가 폐쇄될 수 있고, 오븐(14)으로부터의 처리된 폐기물이 제거될 수 있다. 오븐(14)은 이어서 신가스를 열 산화기(20)로 공급시 오븐(14)으로부터 인계받을 준비가 된 폐기물로 보충된다.
제어 시스템(32)은 시스템(32)에 의하여 모니터링된 작동 파라미터중 하나 이상이 예비 선택된 범위 또는 값을 벗어날 때 조작자에게 시각적 및/또는 청각적 경고를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 제어 시스템(32)은 오븐(12,14) 중 하나에 의하여 생성된 신가스의 품질 및/또는 양이 오븐 내 폐기 물질의 처리가 완료에 근접함을 나타낼 때 시각적 및/또는 청각적 경고를 제공할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 오븐들(12,14) 사이의 스위칭은 열 산화기(20)로의 신가스의 실질적으로 일정한 유동을 제공할 수 있고, 결과적으로 실질적으로 일정한 양의 에너지가 발생되도록 할 수 있다.
버너(20)는 또한 버너(20)로부터 오븐(12,14)으로의 가스의 회귀 유동을 허용하는 파이핑 형태의 추가적인 도관 수단(34,36)을 통하여 오븐(12,14) 각각에 결합된다. 오븐(12,14)으로의 가스의 회귀 유동은 파이핑(34,36) 내 밸브(38,40)에 의하여 제어된다. 이러한 밸브는 시스템의 모니터링된 작동 파라미터중 하나 이상에 따라 제어 시스템(32)에 의하여 차례로 제어된다. 이러한 가스의 회귀 유동은 오븐 내 가스 및 폐기 물질의 가열 및 버너(20) 내 가스 품질의 제어에 유용할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 이는 유사 참조 번호의 유사 부품을 갖는 도 1의 시스템에 대한 변경을 나타낸다.
도 4의 시스템은 도 1의 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 그러나, 도 4에서는 2개의 열 산화기(20a,20b)와, 2개의 열 회수 수단(22a,22b)이 존재하며, 이는 공통된 터빈(24)에 공급한다.
오븐(12,14) 각각은 열 산화기(20a,20b) 각각으로의 파이핑 형태의 도관 수단(16a,16b,18a,18b)을 가지는데, 상기 파이핑은 밸브(26a,26b,28a,28b)에 의하여 제어된다. 각각의 열 산화기(20a,20b)는 회귀 파이핑(34,36)을 가지는데, 이는 도관 수단(35)을 통하여 2개의 오븐(12,14) 모두에 연결된다. 가스의 회귀 유동은 신호 밸브(38,40,42)에 의하여 제어된다. 열 산화기(20a,20b) 각각은 차례로, 파이핑(50,52,54,56) 형태의 적당한 수단에 의하여 열 회수 수단(22a,22b) 모두에 결합되고, 파이핑은 차례로 밸브(60 내지 66)에 의하여 제어된다. 시스템의 밸브 전체는 제어 시스템(32) 및 제어 유닛(30)에 의하여 제어되어 터빈(24)으로부터 에너지의 실질적으로 일정한 공급을 보장한다.
열 산화기(20)와 열 회수 수단(22)의 어떠한 형태의 적절한 조합이라도 제공될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 하나의 열 산화기와 2개 이상의 회수 유닛(22)이 제공되거나 하나의 회수 수단(22) 및 2개 이상의 열 산화기(20)가 적합하게 상호 연결하는 파이핑 및 밸브와 함께 제공되어 가스의 유동을 제어할 수 있다.
또한, 두 개보다 많은 수의 오븐(12,14)이 제공될 수도 있고, 다시 시스템은 오븐(12,14), 열 산화기(20), 열 회수 수단(22) 및 터빈(24)의 어떠한 조합이라도 가질 수 있다. 물론, 하나보다 많은 수의 터빈(24)이 제공될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
오븐, 열 산화기, 열 회수 수단 및 터빈의 조합에 상관 없이, 제어 시스템이 오븐, 열 산화기 및 열 회수 수단 사이의 가스의 유동을 제어할 수 있도록, 시스템은 파이핑 및 밸브의 적합한 배치를 포함할 것이다.
열 회수 수단(22)은 폐열 회수 보일러로서 위에서 설명되었으나, 하나보다 많은 수의 열 회수 수단이 제공되는 도 4의 시스템에서 다양한 다른 종류의 열 회수 수단이 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
통상적인 공정에서, 제어 시스템은 버너(20)의 다양한 작동 파라미터를 모니터링하여 이들을 목적하는 값과 비교한다. 비교 결과 버너에 의하여 배급된 O2의 양이 하락하는 것과 같이, 특정한 버너(20)에 문제가 존재한다고 나타난 경우, 제어 시스템은 버너 작동 파라미터 및/또는 결합된 오븐으로부터 버너로 통과된 가스를 조절하여 수준을 정상으로 되돌린다. 그러나, 수준이 정상으로 돌아오지 않는 경우, 이는 관련된 오븐 내 폐기물이 완전히 처리되고, 오븐이 새로운 폐기 물질로 재충전됨을 나타낸다.
제어 시스템은 또한 열 회수 보일러(22) 또는 이들 각각으로부터의 에너지 수준 산출량을 모니터링한다. 이것이 떨어지면, 시스템은 보일러의 작동을 조절하여 수준을 목적하는 수준으로 다시 되돌린다.
도 5는, 열처리 챔버(20)가 신가스를 연소시키지 않고 그 대신 이를 가열하여 가스 중 어떠한 장쇄 탄화수소(long chain hydrocarbon) 또는 VOC라도 파괴하여 신가스의 청정한 근원을 생성하는 또 다른 실시예를 나타낸다. 신가스는 이어서 발전기(74)를 구동하여 전기를 생성하는 신가스 엔진(72)에서 연소되기 전에 필터(70)로 통과(선택적으로 냉각)된다. 이러한 경우, 열처리 챔버(20)에는 연료(80)의 연소에 충분한 화학량론적 양(stoichiometric ration)의 산소(78) 및 연료(80)가 공급된 버너(76)가 제공된다. 이러한 방식으로 신가스는 여기서 가열되지만, 열처리 챔버(20)에 신가스의 연소를 허용하는 과량의 산소가 존재하지 않는다. 버너(76)는 신가스의 온도를 상승시켜 내부의 어떠한 장쇄 탄화수소 또는 VOC를 파괴한다.
추가의 실시예에서는 제3 오븐, 가능하다면 제4 오븐이 사용된다. 작동에 관한 상기 고찰이 사용되는 오븐의 수와 관계없이 적용될 것이라는 것이 당업자에 의해 인정된다. 제3 오븐을 사용하는 이점은 신가스를 생성하는 2개의 오븐(또는 제4 오븐이 또한 사용되는 경우 3개의 오븐)이 일정하게 존재함으로써, 총 생성 수준을 증가시키고, 예를 들면, 사이클의 상이한 증가 및 감소 곡선으로 인한, 신가스 생성률의 어떠한 작은 변동의 경우, 이러한 변동은 즉각적 총 유량중 보다 작은 비율(%)로 나타나고, 그러므로 보다 일정한 신가스 생성률을 발생시킨다.
이상 기재된 실시예의 특징은 교환 가능하고 한 실시예의 어떠한 특징이라도 다른 실시예에 이용될 수 있음이 인정된다.

Claims (22)

  1. 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템(10)으로서,
    신가스(syngas)를 발생시키기 위한 제1 배치(batch) 처리 오븐(12),
    신가스를 발생시키기 위한 제2 배치 처리 오븐(14),
    상기 신가스를 가열하기 위한 하나 이상의 열처리 챔버(20) 및
    상기 신가스로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 변환기(22)를 포함하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 챔버가 상기 신가스를 연소시키기 위한 하나 이상의 버너를 포함하고, 상기 에너지 변환기가 연소 가스로부터 열을 회수하기 위한 열 회수 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열처리 챔버는 상기 신가스를 연소시키지 않고 이를 가열하기 위한 하나 이상의 버너를 포함하고, 상기 에너지 변환기가 신가스 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 신가스를 발생시키기 위한 제3 배치 처리 오븐, 또는 제3 및 제4 배치 처리 오븐을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  5. 전술한 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 장치의 하나 이상의 작동 파라미터에 따라 상기 제1 배치 처리 오븐 및 그 다음에 이어지는 배치 처리 오븐(12,14)으로부터 상기 열처리 챔버(20) 또는 상기 열처리 챔버들 각각으로의 신가스의 공급을 제어함으로써, 상기 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 신가스의 공급을 보장하는 제어 수단(30)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 작동 파라미터는 상기 신가스 중에 포함된 일산화탄소의 함량인 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어 수단이 하나의 배치 처리 오븐으로부터 열처리 챔버로의 신가스의 공급을 제어하도록 작동 가능한 한편, 또 다른 배치 처리 오븐이 비워졌다 재충전되는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제어 수단이 제1 배치 처리 오븐 및 그 다음에 이어지는 배치 처리 오븐을 제어하도록 구성되어, 하나의 오븐으로부터의 신가스 생성률이 사이클의 종료 무렵 감소되기 시작함에 따라, 상기 열처리 챔버로의 신가스의 유동이 다른 오븐으로부터 생성된 신가스로 보충되어 열처리 챔버에 대한 신가스의 실질적으로 일정한 유량을 달성하도록 하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 오븐의 사이클 종료 무렵의 신가스 감소가 그 다음에 이어지는 오븐의 사이클 개시로부터의 신가스 증가로 보충되는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 하나의 오븐의 사이클이 실질적으로 종료에 이름에 따라, 그 다음 오븐의 사이클이 실질적으로 최대 생성 상태에 이르는 것을 특징으로 하는 , 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  11. 전술한 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 제1 배치 처리 오븐 및 그 다음에 이어지는 배치 처리 오븐(12,14)이 상기 신가스를 상기 열처리 챔버(20)로 공급하기 위하여, 도관 수단(16,18)을 통하여 상기 열처리 챔버(20)에 결합되고,
    밸브 수단(26,28)이 신가스의 상기 열처리 챔버로의 유동을 제어하기 위하여 상기 도관 수단에 제공되는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  12. 전술한 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 에너지 변환기가 터빈(24)을 구동하기 위한 증기를 발생시키기 위한 증기 발생 수단(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 증기 발생 수단(22)이 건조 포화 증기(dry saturated steam)를 발생시키기 위한 폐열 회수 보일러인 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템.
  14. 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법으로서,
    제1 배치 처리 오븐(12), 제2 배치 처리 오븐(14), 열처리 챔버(20) 및 에너지 변환기를 제공하는 단계,
    제1 배치 처리 오븐(12) 내의 유기물 함유 물질을 가스화 또는 열분해하여 신가스를 발생시키는 단계,
    제2 배치 처리 오븐(14) 내의 유기물 함유 물질을 가스화 또는 열분해하여 신가스를 발생시키는 단계 및
    하나 이상의 작동 파라미터에 따라 상기 제1 및 제2 배치 처리 오븐(12,14)으로부터 열처리 챔버(20)로의 신가스의 유동을 제어함으로써, 상기 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 신가스의 공급을 보장하는 단계를 포함하여, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제3 배치 처리 오븐, 또는 제3 및 제4 배치 처리 오븐들에서 신가스를 발생시키는 단계 및
    상기 하나 이상의 작동 파라미터에 따라 상기 제3 배치 처리 오븐, 또는 제3및 제4 배치 처리 오븐(12,14)으로부터 열처리 챔버(20)로의 신가스의 유동을 조절함으로써, 상기 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 신가스의 공급을 보장하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 작동 파라미터가 상기 신가스 중에 포함된 일산화탄소의 함량인 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 배치 처리 오븐들을 제어하여, 한 오븐으로부터의 신가스 생성률이 이의 사이클의 종료 무렵 감소하기 시작함에 따라, 상기 열처리 챔버로의 신가스의 유동이 그 다음에 이어지는 오븐으로부터 생성된 신가스로 보충되어 열처리 챔버로의 실질적으로 일정한 신가스의 유량을 생성하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 다른 오븐들의 사이클의 개시 시간을 제어하여 한 사이클의 종료시 상기 열처리 챔버로의 신가스의 유동 감소가 또 다른 오븐의 사이클의 개시에 의한 신가스 증가에 의하여 보충되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 다음에 이어지는 오븐으로부터의 신가스 생성 증가가 제1 오븐으로부터의 신가스 생성 감소와 동일한 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 다른 오븐들의 사이클의 개시 시간을 제어하여, 한 오븐의 사이클이 실질적으로 종료함에 따라, 또 다른 오븐의 사이클이 실질적으로 최대 생성 상태에 이르는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  21. 제14항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 열처리 챔버 내 신가스를 연소시키고, 상기 연소 가스로부터 열을 회수하여 터빈(24)을 구동하기 위하여 상기 버너(20) 또는 상기 버너(20) 각각으로부터 증기를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
  22. 제14항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 산소가 없는 상태에서 열처리 챔버 내 신가스를 가열하여 내부의 모든 장쇄 탄화수소를 파괴하고, 발전기 구동을 위하여 신가스 엔진에서 상기 신가스를 연소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐기 물질로부터 열을 발생시키는 방법.
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