KR20200031232A - 열병합 발전이 가능한 소각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 개시한다. 개시된 본 발명의 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실; 상기 연소실 내에 공기를 주입하는 급기관; 상기 급기관을 고정축으로 하여 회전하는 교반부; 일정 수위의 물이 채워진 증기발생부; 상기 증기발생부로 발생된 증기를 이용하여 전기를 발생하는 발전장치; 상기 연료실 상부에 배치된 집진장치; 소각 잔류물을 제거하는 잔류물 제거장치; 배기가스를 재순환하도록 하는 열회수장치; 및 제어장치를 포함하고, 상기 발전장치는 증기터빈과, 상기 증기터빈의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 변환부와, 증기를 고온의 물로 변환시키는 냉각부와, 고온의 물을 난방을 위해 외부로 공급하는 온수공급관과, 상기 증기발생부 내의 물의 수위를 조절하는 수위조절부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

열병합 발전이 가능한 소각 시스템{An Incineration system having a combined heat and power generator}

본 발명은 소각 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐기물 소각 과정에서 발생하는 열을 이용한 발전 기능을 하면서 대기오염물질 배출을 최소화한 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에 관한 것이다.

급속한 산업 발전은 사회, 경제, 의료, 생활 등 인류문명에 새로운 패러다임을 제공하였다. 하지만, 이와 더불어 각종 생활, 의료 및 산업폐기물 등이 대량으로 발생하면서 큰 사회적 문제로 부각되었다. 이로 인하여 생활 및 산업폐기물 등의 처리하는 방법 및 장치에 대한 요구가 증가하고 있다.

일반적으로 쓰레기나 폐기물의 처리 방법은 투기 또는 소각 방식으로 이루어지고 있다. 여기서 소각 방식은 각각의 지역 부처에서 수집 운반된 쓰레기 및 폐기물을 대규모 소각 설비에서 연료와 함께 연소하여 처리하는 방식이다. 그러나 이러한 소각 방식은 대형 소각 설비 마련을 위해 초기 비용이 클 뿐만 아니라 이후, 설비를 운영 및 유지하는데도 상당한 비용이 소요되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 이동설치가 가능한 소규모 산업폐기물 처리장치가 주목 받고 있는데, 그 중 하나가 저온 열분해 소각장치이다. 특히, 의료폐기물, 산업폐기물 등은 반드시 소각 처리되어야 하는 특수폐기물에 해당하기 때문에 이러한 이동 가능한 소규모 소각장치의 개발이 요구된다.

이 소각장치는 각종 폐타이어나 산업용 폐기물들을 건류기 본체에서 저온으로 열 분해하여 산업폐기물이 가지고 있는 탄소물질을 기화시켜 연료로 사용 가능한 가스를 지속적으로 발생시키고, 유도관을 통해 그 가스를 연소실로 공급하여 완전연소가 되도록 함으로써 대기오염물질 배출 없이 소각 처리하는 것으로 소개되고 있다.

그러나 상술한 구성의 저온 열분해 소각 장치는, 비닐, 플라스틱 등의 화학제품을 연소 처리할 때, 종종 연소실이 과열되고 심한 매연을 일으키는 문제가 발생하고, 또 수분함량이 많은 폐기물의 경우 불완전연소가 되는 사례가 많아, 폐기물을 종류별로 구분해 소각해야 하는 불편함이 있다.

특히 연소 중에 발생하는 다이옥신은 별도의 2차 연소장치를 배기 측에 병설해서 제거해야 하므로 에너지 소모가 많고, 저온 열분해는 처리시간이 길게 되어 1일 처리 용량에 한계가 있다.

이와 같이, 종래 기술에 따른 소각장치는 대형 소각설비를 이동식으로 제작하였다는 것 이외에 폐기물의 종류에 따라 불안전 소각처리가 발생하고, 이로 인하여 대기오염물질의 발생이 증가하는 문제가 있다.

따라서, 이동이 간편하면서 폐기물의 종류에 상관없이 폐기물을 완전히 소각할 수 있고, 소각 과정에서 발생되는 대기오염물질을 최소화하면서 소각시 발생하는 열을 다른 에너지원으로 전환하여 사용할 수 있는 복합 기능을 갖는 소각 장치의 개발이 요구된다.

대한민국등록특허공보 제10-1799806호

본 발명의 목적은, 연소실 중앙에 위치한 급기관에 배치된 노즐부의 노즐들이 각각 랜덤하게 공기를 분출하도록 함으로써, 연소실의 전 영역에 충분히 공기가 공급되어 소각 효율을 향상시킨 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 연소실 내에서 교반봉이 소각 처리과정에서 지속적으로 폐기물(소각처리물)을 교반하여 줌으로써 소각 과정에서 발생하는 소각 잔류물을 줄일 수 있는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 연소실에서 소각 처리가 완료된 후, 제어장치의 명령에 따라 자동으로 소각 잔류물을 크기에 따라 제거할 수 있는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 연소실의 리드 상에 배치된 집진장치에 의해 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 대기오염물질을 제거하면서 고온의 배기가스를 다시 회수하여 연소실에 공급하도록 하여 연소실의 열효율을 향상시킬 수 있는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 연소실의 둘레를 따라 증기발생부를 배치하고, 증기발생부에서 발생하는 증기를 이용하여 전기를 생산하고 고온의 온수를 난방으로 활용할 수 있도록 한 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위한 본 발명의 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 투입된 폐기물을 외부와 격리되도록 하는 연소실; 상기 연소실 내부 중앙에 배치되어 상기 연소실 내에 공기를 주입하는 급기관; 상기 연소실 하부에 상기 급기관을 고정축으로 하여 회전하는 교반부; 상기 연소실 둘레를 따라 배치되고 내부에 일정 수위의 물이 채워진 증기발생부; 상기 증기발생부와 증기공급관을 사이에 두고 연결되며 상기 증기발생부로 발생된 증기를 이용하여 전기를 발생하는 발전장치; 상기 연료실 상부에 배치되고 상기 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 미세분진과 대기오염물질을 제거하기 위해 배치된 집진장치; 상기 연료실 하부에 배치되어 상기 연료실에서 소각 처리가 진행되는 동안 소각 잔류물을 크기에 따라 분류하고, 소각 처리가 완료된 후, 상기 연료실로부터 외부 방향으로 인출되어 잔류물을 제거하는 잔류물 제거장치; 상기 연소실 외부 일측에 배치되고 상기 집진장치로부터 배출되는 배기가스를 상기 연소실 하부로 재순환하도록 하는 열회수장치; 및 상기 연소실, 급기관의 공기 주입, 교반부, 발전장치, 집진장치 및 잔류물 제거장치를 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 발전장치는 상기 증기공급관으로부터 공급된 증기에 의해 회전 운동을 하는 증기터빈과, 상기 증기터빈의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 변환부와, 상기 증기터빈을 통과한 증기를 고온의 물로 변환시키는 냉각부와, 상기 냉각부와 연결되어 고온의 물을 난방을 위해 외부로 공급하는 온수공급관과, 상기 증기발생부 내의 물의 수위를 조절하는 수위조절부로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 급기관은 상부 영역, 중앙 영역 및 하부 영역에 각각 노즐부가 배치되고, 상기 노즐부는 상기 급기관의 둘레를 따라 복수개의 공기분사노즐로 구성되고, 상기 복수개의 공기분사노즐은 인접한 공기분사노줄과 서로 다른 방향으로 공기를 분사하며, 상기 집진장치는, 상기 연소실로부터 공급되는 배기가스에 포함된 분진을 포집하는 원심포집부와, 상기 원심포집부에서 포집 과정이 완료된 배기가스에서 미세분진을 제거하기 위한 집진반응부와, 상기 집진반응부를 통과한 배기가스에서 질소산화물을 제거하기 위한 촉매부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집진장치는 배기가스를 집진 처리한 후 상기 순환부로 배기가스를 공급하는 배출부를 더 포함하고, 상기 집진장치는 상기 연소실의 상측에 배치된 배기부를 통하여 배기가스를 공급받은 후, 집진처리 진행 후 배기가스를 상기 배출부를 통해 상기 순환관으로 배출하며, 상기 잔류물 제거장치는 크기가 상대적으로 큰 잔류물을 필터링하는 메쉬부와, 상기 크기가 상대적으로 작은 잔류물을 모으는 잔류물 홀더와, 상기 잔류물 홀더에 잔류하는 잔류물을 흡기 방식으로 제거하는 흡기부를 포함한다.

또한, 상기 잔류물 제거장치의 메쉬부는 상기 연소실로부터 인출된 후, 소정의 각도로 기울어지며 일정 간격으로 진동하며서 상기 메쉬부에 남아 있는 잔류물을 제거하고, 상기 소각 시스템은 상기 연소실에 연료를 공급하는 연료공급장치를 더 포함하며, 상기 연료실 상측에는 상기 연료공급장치로부터 공급되는 연료를 상기 연소실 내부에 공급하기 위한 연료공급관이 배치되고, 상기 연료공급관에는 등간격으로 복수의 연료분사노즐이 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 중앙에 위치한 급기관에 배치된 노즐부의 노즐들이 각각 랜덤하게 공기를 분출하도록 함으로써, 연소실의 전 영역에 충분히 공기가 공급되어 소각 효율을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 내에서 교반봉이 소각 처리과정에서 지속적으로 폐기물(소각처리물)을 교반하여 줌으로써 소각 과정에서 발생하는 소각 잔류물을 줄인 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 제어장치의 명령에 따라 자동으로 소각 잔류물을 크기에 따라 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 리드 상에 배치된 집진장치에 의해 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 대기오염물질을 제거하면서 고온의 배기가스를 다시 회수하여 연소실에 공급하도록 하여 연소실의 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 둘레를 따라 증기발생부를 배치하고, 증기발생부에서 발생하는 증기를 이용하여 전기를 생산하고 고온의 온수를 난방으로 활용할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 급기관과 연료노즐의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 연소실 내부 공기 흐름을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 증기발생부의 배치 구조를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 열병합 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 집진장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 집진장치의 집진원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 잔류물 제거장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 잔류물 제거장치의 잔류물 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템(100)은, 쓰레기 또는 폐기물(소각 처리물)이 소각되는 연소실(102)과, 상기 연소실(102) 주변에 배치된 열회수장치(104)와 상기 연소실(102)에 연료를 공급하는 연료공급장치(106)와, 상기 연소실(102)의 외측 둘레를 따라 배치된 증기발생부(210)와, 상기 증기발생부(210)로부터 공급되는 증기를 이용하여 전기를 생성하는 발전장치(200) 및 제어장치(108)를 포함한다.

상기 연소실(102)의 내외벽은 내열, 내산성재료로 마감처리된 강판으로 구성되고, 원통형 연소실(102) 내의 중앙에는 연소실(102) 내에 연소 효율 향상을 위하여 강제로 공기를 분사(주입)하는 급기관(110)이 수직으로 배치된다. 또한, 상기 연소실(102) 상측에는 소각처리물, 예를 들어 쓰레기 또는 폐기물 등을 투입하고 소각 과정이 진행되는 동안 연소실(102) 외부와 차단하는 리드(Lid: 112)가 배치되어 있다.

상기 연소실(102) 상측과 상기 리드(112) 사이에는 연소를 촉진하기 위한 연료 공급관(114)이 방사상으로 배치된다. 도면에 도시된 158은 온도센서로서 연소실(102)의 온도를 센싱하는 기능을 한다. 센싱된 온도 정보를 기반으로 제어장치(108)가 연소실(102)의 온도를 제어한다.

상기 급기관(110)은 1300℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있는 재질을 채용하는 것이 좋고, 그 길이, 단면형상에 의해 연소실(102) 내로의 산소유입량, 풍압, 투입방향 등이 결정된다. 상기 급기관(110)은 수직 방향으로 상부 영역, 중앙 영역, 하부 영역에 각각 노즐부(116)가 배치되어 상기 연소실(102) 내부 전 영역에 고르게 공기가 순환되도록 한다. 상기 노즐부(116)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 공기노즐들(116a)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 연소실(102)의 바닥 영역은 타공판(128)이 배치되어 있고, 상기 급기관(110)의 하측에는 다수개의 홀(hole)들이 형성된 교반부(130)가 배치된다. 상기 교반부(130)는 유선형 구조로 형성되어 연소실(102) 내의 소각 처리물이 한쪽으로 치우쳐지는 것을 방지하며 공기와의 접촉면을 증대하여 완전 연소가 가능하도록 한다.

상기 연소실(102) 일측에는 열회수장치(104)가 순환관(148)에 의해 연결되어 있어, 상기 연소실(102) 내의 고온의 열을 다시 회수하여 연소실(102)에 공급함으로써, 열손실을 최소화한다. 따라서, 상기 연소실(102)은 열회수장치(104)에 의해 열효율이 증가한다. 상기 순환관(148)에는 급송휀(150)이 배치되어 있어, 고온의 배기가스가 신속하게 순환되도록 한다. 도면에 도시한 152는 벨브로써 리드(112)가 열릴 경우, 순환관(148)을 차단하는 기능을 한다.

또한, 상기 순환관(148)으로 유입되는 연소실(102)의 배기가스는 집진장치(300)에 의해 대기오염물질이 제거된 가스이기 때문에 순환되는 배기가스에 의해 연소실(102) 내부가 오염되지 않는다.

상기 연소실(102) 하부에는 축수부(132), 벨트(142), 구동모터(144) 및 송풍휀(126)이 배치되어 있어, 상기 교반부(130)를 회전하고, 상기 연소실(102) 내에 공기를 주입한다.

또한, 상기 연소실(102)의 외벽둘레를 따라 증기발생부(210)가 배치되고, 상기 증기발생부(210)는 증기공급관(211)을 통해 발전장치(200)와 연결된다. 상기 발전장치(200)는 증기터빈(207), 상기 증기터빈(207)의 회전운동을 전기에너지로 변환하는 변환부(201), 상기 증기터빈(207)을 통과한 증기를 유체 형태의 물로 만들기 위한 냉각부(202), 상기 냉각부(202)에서 공급되는 온수를 외부로 공급하는 온수공급관(212) 및 상기 증기발생부(210) 내의 수위를 센싱하여 상기 증기발생부(210) 내에 물을 공급하거나 물을 배출하도록 하는 수위조절부(203)를 포함한다. 상기 수위조절부(203)는 상기 증기발생부(210) 내에 배치되는 수위센서를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은 상기 증기발생부(210)와 발전장치(200)를 이용하여 폐기물의 소각처리 과정에서 발생하는 열에너지를 전기에너지와 난방용 열에너지로 변환하여 에너지 효율을 높인 특징을 포함한다.

또한, 상기 냉각부(202)는 증기 상태의 수증기(100℃)를 유체 상태의 물로 변환하기 위한 것으로 냉각부(202)를 통과한 수증기는 50℃~90℃ 정도의 온수 상태가 된다. 이렇게 온수상태가 되면 이를 온수공급관(212)을 통해 가정용 난방온수로 공급할 수 있다. 이와 관련된 내용은 도 5a 및 도 5b에서 보다 상세히 설명한다.

상기 연소실(102)의 리드(112) 상에는 집진장치(300)가 배치된다. 상기 집진장치(300)는 리드(112)와 일체로 형성될 수 있다.

상기 집진장치(300)는 연소실(102)의 리드(112)를 통하여 배출되는 배기가스에 포함된 대기오염물질, 예를 들어 배기가스에 포함된 각종 유해물질인 NOx, Sox, HCL, 다이옥신, 비산재(FLY ASH)를 제거한다. 이렇게 제거된 배기가스는 상기 순환관(148)을 통하여 열회수장치(104)에 공급된 후, 연소실(102)에 재공급되어 연소실(102) 내의 열효율을 개선한다. 이와 관련해서는 도 6 및 도 7에서 상세히 설명하다.

또한, 상기 연소실(102)과 축수부(132) 사이에는 잔류물 제거장치(180)가 배치될 수 있다. 상기 잔류물 제거장치(180)는 연소실(102) 내에서 폐기물이 연소된 후 소각되지 않은 잔류물을 수집한 후, 상기 제어장치(108)의 컨트롤에 의해 자동으로 잔류물을 제거한다. 이와 관련해서는 도 8 및 도 9a 내지 도 9c에서 상세히 설명한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 중앙에 위치한 급기관에 배치된 노즐부의 노즐들이 각각 랜덤하게 공기를 분출하도록 함으로써, 연소실의 전 영역에 충분히 공기가 공급되어 소각 효율을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 내에서 교반봉이 소각 처리과정에서 지속적으로 폐기물(소각처리물)을 교반하여 줌으로써 소각 과정에서 발생하는 소각 잔류물을 줄인 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 제어장치의 명령에 따라 자동으로 소각 잔류물을 크기에 따라 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 리드 상에 배치된 집진장치에 의해 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 대기오염물질을 제거하면서 고온의 배기가스를 다시 회수하여 연소실에 공급하도록 하여 연소실의 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 둘레를 따라 증기발생부를 배치하고, 증기발생부에서 발생하는 증기를 이용하여 전기를 생산하고 고온의 온수를 난방으로 활용할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 급기관과 연료노즐의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 연소실 내부 공기 흐름을 도시한 도면이다.

도 1과 함께 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템(100)은, 연소실(102) 중앙에 급기관(110)이 배치된다. 상기 급기관(110)은 연소실(102) 내부에 강제로 공기를 주입하여 연소 효율을 높인다.

상기 급기관(110)은 수직방향으로 상부 영역, 중앙 영역, 하부 영역에 각각 노즐부(116)가 배치된다. 또한, 상기 급기관(110) 상측에는 상기 연료공급장치(106)로 연료를 공급 받아 상기 연소실(102) 내부에 연료를 공급하는 연료공급관(114)이 연소실(102)의 내주면을 따라 연장되고, 여기에 등간격으로 복수의 연료분사용 노즐(118)이 배치된다.

따라서, 상기 연료공급관(114)과 연료분사용노즐(118)을 통하여 연소실(102)에는 연료가 상부 방향에서 균일하게 공급될 수 있다. 도면에서는 연료공급관(114)과 연료분사용노즐을 연소실(102) 상측에 배치하였으나, 이것은 고정된 것이 아니다. 따라서, 상기 연소실(102)의 내주 측면과 바닥면에 배치될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 연료는 폐유나 유류의 액상연료일 수 있다.

도 3을 참조하면, 급기관(110)에 배치된 노즐부(116)는 복수개의 공기분사노즐(116a)들을 포함한다(A 영역). 상기 공기분사노즐(116a)들은 상기 급기관(110)의 외주면을 따라 원형으로 배치되어 있고, 상기 노즐부(116)는 회전모터를 더 포함할 수 있다. 상기 공기분사노즐(116a)들은 인접한 노즐들과 서로 다른 방향으로 움직이여 연소실(102) 내에서의 공기 분사 방향이 램덤하게 할 수 있다. 즉, 상기 공기분사노즐(116a)은 인접한 공기분사노즐과 다른 방향으로 공기를 분사하도록 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 공기분사노즐(116a)이 작동하면 각각의 공기분사노즐들은 인접한 노즐들과 다른 방향으로 움직여 공기 분사가 연소실(102) 내의 전 영역으로 순환하도록 한다.

따라서, 상기 공기분사노즐(116a)들은 랜덤한 방향으로 움직일 수 있도록 회전모터에 의해 구동될 수 있다.

도 4를 참조하면, 연소실(102)의 중앙에 배치된 급기관(110)은 상부 영역, 중앙 영역 하부 영역에 각각 배치된 노즐부(116)를 통해 공기를 분사한다. 분사된 공기 방향을 보면 노즐부(116)를 중심으로 수평 방향, 수평 방향을 기준으로 상하 방향으로도 공기가 분사되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 연소실(102) 내에 강제로 주입된 공기는 전 영역으로 공기가 순환되어 연소 효율이 증가된다.

상기와 같이, 연소실(102) 내의 연소율이 상승하면 소각처리물(폐기물) 연소로 발생하는 잔류물과 배기가스에 포함된 유해물질을 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 소각 처리과정에서 소각처리물의 종료에 따라서 가루가 생성될 수 있다. 특히, 동물 사체나 각종 뼈의 연소 과정에서 뼛가루 등이 발생할 수 있다. 이러한 뼛가루는 완전 연소되지 못하고 소각 과정 중에 소각로 내를 부유하면서 공기분사노즐(116a)의 공기 배출구에 유입될 수 있다. 이러한 뼛가루 등은 공기분사노즐(116a)의 공기 배출구를 막아 원활한 공기 배출을 방해할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 일부 실시예에 따르면, 공기분사노즐(116a)을 통해 분사되는 공기의 분사 압력은 주기적으로 높아질 수 있다. 즉, 소정의 시간 동안 공기 분사 압력은 증가하여 노즐(116a)을 통해 빠른 속도로 공기가 출력될 수 있다. 예시적으로, 노즐(116a)을 통해 제1 속도로 공기가 배출되다가 특정 시점에 소정의 시간 동안 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 공기가 배출될 수 있고 그 후 다시 제1 속도로 공기가 배출될 수 있다. 빠른 속도의 공기 배출로 인하여 노즐(116a)의 공기 배출 구멍에 쌓인 가루가 소각로 내로 배출될 수 있다.

도 5a는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 증기발생부의 배치 구조를 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 열병합 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 함께 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템(100)은, 연소실(102)에서 발생하는 열을 이용하여 전기 및 난방용 온수를 생성할 수 있다.

상기 증기발생부(210)는 원통형 연소실(102) 둘레를 따라 체결되거나 연소실(102)의 격벽 내에 물(W)이 채워질 수 있는 공간을 형성한 구조일 수 있다. 즉, 상기 증기발생부(210)는 연소실(102)과 별개로 형성되거나 연소실(102)과 일체로 형성된 구조물일 수 있다.

도면에서는 연소실(102) 외벽 둘레를 따라 증기발생부(210)가 결합된 구조로 도시되어 있으나, 이것은 고정된 설계 구조가 아니다. 예를 들어, 상기 연소실(102)의 외벽의 두께를 두껍게 하고 외벽 내부에 물이 채워질 수 있는 공간을 형성하는 구조로 증기발생부(210)를 형성할 수 있다.

상기 증기발생부(210)는 유체(물)가 채워질 수 있는 공간이 형성되어 있고, 채워진 물(유체)이 상기 연소실(102)에서 발생하는 고온의 열에 의해 증기 상태로 변환된다. 따라서 상기 증기발생부(210)는 상기 연소실(102)과 접촉되는 영역에서는 열전달이 잘되는 재질을 사용하고 둘레 외벽은 내열성 재질을 사용할 수 있다.

상기 증기발생부(210)는 증기공급관(211)을 통하여 발전장치(200)와 연결된다. 상기 증기발생부(210)의 하부 일측에는 배관부(216)가 배치되어 있어, 상기 증기발생부(210)에 물(W)을 채우거나 외부로 배출할 수 있도록 한다.

또한, 상기 발전장치(200)는 증기공급관(211)을 통해 공급된 고온의 증기가 증기터빈(207)을 회전시키면, 상기 변환부(201)를 통해 상기 증기터빈(207)의 회전 운동을 전기 에너지로 변환한다. 또한, 상기 증기터빈(207)을 통과한 고온의 증기는 냉각부(202)를 통과하면서 증기 상태에서 액체 상태(물)로 변환되는데, 상기 냉각부(202)에 의해 고온의 증기의 온도가 내려갔지만 여전히 높은 온도의 액체 상태를 유지하게 된다. 즉, 고온의 온수 상태가 된다.

이와 같이, 상기 냉각부(202)를 통과한 고온의 물은 온수공급관(212)을 통해 외부로 공급될 수 있다. 상기 온수공급관(212)이 가정용 난방 배관에 연결할 경우, 난방 에너지로 사용할 수 있다.

또한, 상기 증기발생부(210)에 채워진 물이 너무 많을 경우, 증기가 발생할 수 있는 공간이 좁아져 증기압이 낮아질 수 있기 때문에 본 발명에서는 발전장치(200)에 수위조절부(203)를 배치하였다. 상기 수위조절부(203)는 상기 증기발생부(210)에 채워진 물의 수위를 확인하고, 너무 수위가 높을 경우 상기 배관부(216)를 통해 소정의 물을 외부로 배출하여 수위를 낮출 수 있다.

또한, 상기 증기발생부(210)에 채워진 물의 수위가 너무 낮을 경우, 상기 수위조절부(203)는 배관부(216)를 통해 물을 공급하도록 하여 증기발생부(210) 내의 수위를 높일 수 있다.

도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 수위조절부(203)는 상기 증기발생부(210) 내에 수위 위치를 센싱하는 센서를 포함할 수 있고, 센서의 정보를 기준으로 수위조절부(203)는 증기발생부(210)의 수위를 조절한다.

도 6는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 집진장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템에서 집진장치의 집진원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 함께 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템(100)은, 연소실(102) 상측에 배치된 리드(112)와 일체로 또는 분리하여 집진장치(300)가 배치된다.

상기 연소실(102) 상측에는 폐기물이 연소된 후 고온의 배기가스를 배출할 수 있는 배기부(303)가 배치되고, 상기 배기부(303)는 상기 집진장치(300)와 연결된다. 또한 집진장치(300)의 일측에는 배기가스의 집진 과정이 완료된 배기가스를 배출하는 배출부(305)가 배치되며, 상기 배출부(305)는 순환관(148)과 연결될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 집진장치(300)는 배기가스에 포함되어 있는 분진을 포집하는 원심포집부(310)와, 상기 원심포집부(310)에서 포집 과정이 완료된 배기가스에서 미세분진을 제거하는 집진반응부(320)와 상기 집진반응부(320)를 통과한 배기가스에서 질소산화물을 제거하는 촉매부(330)를 포함할 수 있다.

상기 원심포집부(310)는 상기 배기부(303)를 통해 공급되는 연소실(102)의 배기가스에 포함된 분진을 포집하기 위해 회전날개가 부착된 날개부와 분진을 포집하기 위한 유도관을 포함할 수 있다. 따라서, 배기가스는 날개부를 통과하면서 배기가스에서 분진이 분리되고 분리된 분진은 유도관을 통해 포집된다.

이와 같이, 배기가스에서 1차적으로 분진이 제거되면 배기가스는 집진반응부(320)에 배치된 필터를 통과한다. 필터는 배기가스에 포함된 다이옥신, NOx, SOx와 같은 유해물질과 반응하며 미세분진들을 제거한다.

그런 다음, 배기가스는 암모니아 가스가 유입되는 촉매부(330)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물이 제거된다.

이와 같이, 폐기물을 연소한 후 발생한 배기가스의 유해물질이 제거되면 이를 도 1에서 도시한 열회수장치(104)에 공급하여 연소실(102)의 열효율을 개선하다. 특히, 본 발명에서는 회수되는 배기가스가 집진장치(300)에 의해 고온의 깨끗한 배기가스이기 때문에 열회수 과정에서 발생될 수 있는 연소실(102)의 2차 오염을 제거할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 잔류물 제거장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템의 잔류물 제거장치의 잔류물 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 함께 도 8 내지 도 9c를 참조하면, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템(100)은, 폐기물을 소각한 후, 연소실(102) 내에 남아 있는 잔류물을 제거하는 잔류물 제거장치(180)를 포함할 수 있다.

잔류물 제거장치(180)는 잔류물의 크기에 따라 미세한 잔류물을 모으는 잔류물 홀더(180a)와 크기가 큰 잔류물을 필터링하는 메쉬부(180b)와 상기 잔류물 홀더(180a)에 모아진 잔류물을 제거하는 흡기부(180c)를 포함한다. 상기 잔류물 제거장치(180)는 제어장치(108)의 컨트롤에 의해 폐기물 소각 과정이 완료된 후, 자동으로 동작하여 연소실(102)로부터 수집한 잔류물을 제거한다.

상기 잔류물 제거장치(180)의 동작은 다음과 같다.

상기 연소실(102)에서 폐기물 소각 처리가 완료되면 상기 제어장치(108)의 명령에 따라 잔류물 제거장치(180)는 슬라이딩 되어 연소실(102)의 일측에서 외부 방향으로 돌출된다.

상기 잔류물 제거장치(180)는 일측이 개방된 잔류물 홀더(180a)와 개방된 영역에 배치된 분리된 메쉬부(180b)가 조립된 구조로 되어 있다. 상기 메쉬부(180b)는 직경이 큰 잔류물(P2)이 필터링될 수 있도록 메쉬망으로 구성되어 있기 때문에 메쉬망 상에는 큰 잔류물(P2)이 남아 있게 된다.

또한, 상기 메쉬부(180b)를 통과한 작은 크기의 잔류물(P1)은 잔류물 홀더(180a) 내에 위치하게 된다. 상기 제어장치(108)의 명령에 의해 잔류물 제거장치(180)가 연소실(102) 외측으로 슬라이딩 되면 1차적으로 메쉬부(180b)를 소정의 각도로 기울어지도록 하여 메쉬망에 남아 있는 잔류물(P2)이 중력에 의해 떨어져 제거되도록 한다. 이때, 상기 메쉬망이 소정의 시간 간격으로 진동을 하도록 하여 잔류물 제거가 용이하도록 할 수 있다.

상기와 같이, 메쉬부(180b)에 있는 잔류물이 제거되면 잔류물 홀더(180a)에 수집된 직경이 작은 잔류물은 흡기부(180c)의 작동에 의해 모두 제거된다.

이와 같이, 본 발명에서는 폐기물 소각 과정에서 발생되는 잔류물을 제어장치(108)와 잔류물 제거장치(180)을 이용하여 자동으로 제거한 후, 다시 연소실(102) 하측으로 슬라이딩 시킴으로써 소각잔류물의 관리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 중앙에 위치한 급기관에 배치된 노즐부의 노즐들이 각각 랜덤하게 공기를 분출하도록 함으로써, 연소실의 전 영역에 충분히 공기가 공급되어 소각 효율을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실 내에서 교반봉이 소각 처리과정에서 지속적으로 폐기물(소각처리물)을 교반하여 줌으로써 소각 과정에서 발생하는 소각 잔류물을 줄인 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 제어장치의 명령에 따라 자동으로 소각 잔류물을 크기에 따라 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 리드 상에 배치된 집진장치에 의해 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 대기오염물질을 제거하면서 고온의 배기가스를 다시 회수하여 연소실에 공급하도록 하여 연소실의 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전이 가능한 소각 시스템은, 연소실의 둘레를 따라 증기발생부를 배치하고, 증기발생부에서 발생하는 증기를 이용하여 전기를 생산하고 고온의 온수를 난방으로 활용할 수 있도록 한 효과가 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 소각 시스템 102: 연소실
104: 열회수장치 106: 연료공급장치
108: 조절장치 110: 급기관
112: 리드 114: 연료공급관
126: 송풍휀 144: 구동모터
158: 온도센서 148: 순환관
200: 발전장치 201: 변환부
207: 증기터빈 202: 냉각부
210: 증기발생부 211: 증기공급관
180: 잔류물 제거장치 300: 집진장치

Claims (7)

1. 투입된 폐기물을 외부와 격리되도록 하는 연소실;
   상기 연소실 내부 중앙에 배치되어 상기 연소실 내에 공기를 주입하는 급기관;
   상기 연소실 하부에 상기 급기관을 고정축으로 하여 회전하는 교반부;
   상기 연소실 둘레를 따라 배치되고 내부에 일정 수위의 물이 채워진 증기발생부;
   상기 증기발생부와 증기공급관을 사이에 두고 연결되며 상기 증기발생부로 발생된 증기를 이용하여 전기를 발생하는 발전장치;
   상기 연료실 상부에 배치되고 상기 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함된 미세분진과 대기오염물질을 제거하기 위해 배치된 집진장치;
   상기 연료실 하부에 배치되어 상기 연료실에서 소각 처리가 진행되는 동안 소각 잔류물을 크기에 따라 분류하고, 소각 처리가 완료된 후, 상기 연료실로부터 외부 방향으로 인출되어 잔류물을 제거하는 잔류물 제거장치;
   상기 연소실 외부 일측에 배치되고 상기 집진장치로부터 배출되는 배기가스를 상기 연소실 하부로 재순환하도록 하는 열회수장치; 및
   상기 연소실, 급기관의 공기 주입, 교반봉, 발전장치, 집진장치 및 잔류물 제거장치를 제어하는 제어장치를 포함하는
   열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 발전장치는 상기 증기공급관으로부터 공급된 증기에 의해 회전 운동을 하는 증기터빈과, 상기 증기터빈의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 변환부와, 상기 증기터빈을 통과한 증기를 고온의 물로 변환시키는 냉각부와, 상기 냉각부와 연결되어 고온의 물을 난방을 위해 외부로 공급하는 온수공급관과, 상기 증기발생부 내의 물의 수위를 조절하는 수위조절부로 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 급기관은 상부 영역, 중앙 영역 및 하부 영역에 각각 노즐부가 배치되고, 상기 노즐부는 상기 급기관의 둘레를 따라 복수개의 공기분사노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수개의 공기분사노즐은 인접한 공기분사노줄과 서로 다른 방향으로 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 집진장치는, 상기 연소실로부터 공급되는 배기가스에 포함된 분진을 포집하는 원심포집부와,
   상기 원심포집부에서 포집 과정이 완료된 배기가스에서 미세분진을 제거하기 위한 집진반응부와,
   상기 집진반응부를 통과한 배기가스에서 질소산화물을 제거하기 위한 촉매부를 포함하고,
   상기 집진장치는 배기가스를 집진 처리한 후 상기 순환부로 배기가스를 공급하는 배출부를 더 포함하며
   상기 집진장치는 상기 연소실의 상측에 배치된 배기부를 통하여 배기가스를 공급받은 후, 집진처리 진행 후 배기가스를 상기 배출부를 통해 상기 순환관으로 배출하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
6. 제2항에 있어서,
   상기 잔류물 제거장치는 크기가 상대적으로 큰 잔류물을 필터링하는 메쉬부와,
   상기 크기가 상대적으로 작은 잔류물을 모으는 잔류물 홀더와,
   상기 잔류물 홀더에 잔류하는 잔류물을 흡기 방식으로 제거하는 흡기부를 포함하고
   상기 잔류물 제거장치의 메쉬부는 상기 연소실로부터 인출된 후, 소정의 각도로 기울어지며 일정 간격으로 진동하며서 상기 메쉬부에 남아 있는 잔류물을 제거하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.
7. 제2항에 있어서,
   상기 소각 시스템은 상기 연소실에 연료를 공급하는 연료공급장치를 더 포함하고
   상기 연료실 상측에는 상기 연료공급장치로부터 공급되는 연료를 상기 연소실 내부에 공급하기 위한 연료공급관이 배치되고, 상기 연료공급관에는 등간격으로 복수의 연료분사노즐이 배치된 것을 특징으로 하는 열병합 발전이 가능한 소각 시스템.

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