KR890004814B1 - 유동상 소각 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유동상 소각 장치

제1도와 제2도는 종래 예의 단면 설명도.

제3도는 본 발명의 실시예의 단면 정면도.

제4도는 제3도의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절취한 단면도.

제5도는 제4도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면 평면도.

제6도는 다른 실시예의 배출구의 평면도.

제7도∼제9도는 가스 분출구의 실시예의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 노체(爐體) 2 : 분산판(分散板)

3 : 윈드박스(wind box) 4 : 유동상

5 : 투입구 6 : 배출구

7 : 프리보드(free board) 8 : 폐열 보일러

9 : 가스 냉각실 10 : 수관군(水管群)

11, 12 : 측연부(側緣部) 13 : 중앙부

14 : 반사벽 15 : 중심선

16 : 송풍기(blower) 17, 18, 19 : 공기실

20 : 경사면 21 : 천정부

22 : 급진장치 23 : 조임부

24 : 유동층 25 : 이동층

26 : 수냉벽 27 : 상부 드럼

28 : 하부 드럼 29 : 중심선

30 : 선회류 31 : 수직로

32 : 스크루 켄베이어 33 : 스크류

34 : 날개 35 : 컨베이어 케이싱

본 발명은 유동상을 사용하여 폐기물을 소각하고, 그 소각열의 회수를 행하는 유동상 소각장치에 관한 것이다.

도시 쓰레기 또는 산업 폐기물등의 폐기물은 조성물질의 종류가 광범위하고, 또 그 조성비율도 일정하지 않고 발열량, 함수율등도 일정하지 않다. 이와 같은 폐기물을 소각처리함에 있어서, 종래의 스토커로(爐)보다도 연소효율이 높고, 소각잔사가 적고, 피소각물의 특성의 변동에 적응하기 쉬운 유동상 소각로가 사용되고 있다.

소각에 있어서는 고온의 화염이 발생하고, 고온의 소각가스가 발생하는데, 이 화염의 소각 가스가 갖는 소각열을 회수 이용하기 위하여 소각로의 상부와 배기가스 연도(煙道)에 열회수 장치를 배설하여 회수함이 행해지고 있다.

제 1도는 종래의 일예를 나타낸 것으로서, 도면부로 1은 노체로서, 노 저부에서 공기 분출기구로서 분산판(2)의 형성되어 있으며, 윈드박스(3)에 공급된 공기를 상방으로 향하여 분산배축시키고 유동화시켜서 유동상(4)을 형성한다. 투입구(5)로부터 투입된 폐기물은 유동상(4)내에서 소가되며, 불연분은 배출구(6)로부터 배출되며, 노내를 상승하는 연소배기가스는 프리보드(7)에 있어 미연소분(未燃燒分)을 완전 연소시킨후 프리보드(7)의 상방에 형성된 폐열 보일러(8)의 가스냉각실(9)을 거쳐서 수관군(10)의 사이를 통하여 다음 공정으로 유도된다.

이와 같은 장치에 있어서, 소각이 행해지면 유동상(4)의 부분과 프리보드(7)의 하부에 발생하고 있는 화염으로부터의 복사열에 의하여 열회수부인 가스냉각실(9)의 수냉벽이 가열되어서 수냉벽속의 물에 열이 회수되며, 또 연소배기가스가 가스냉각실(9)과 수관군(10)사이를 통할때 수냉벽 또는 수관중의 물과 열교환을 행하여 연소열이 회수되도록 되어 있다.

이와 같은 유동상 소각로는 폐기물의 소각에는 유효한 것이기는 하나 종래의 유동상 소각로로서는 폐기물을 미리 어느정도 파쇄할 필요가 있었다. 이 점을 개량하기 위하여, 제2도에 나타낸 소각로가 제안되어 있다. 이 장치에 있어서는 가스 분출기구인 분산판(2)은 양 측연부(11)(12)와 중앙부(13)로 나누어지며, 분출 가스의 질량속도는 양 측연부(11)(12)쪽을 중앙부(13)쪽보다도 크게 하고, 또한 양 측연부(11)(12)의 상방에 유동화가스의 상향유로를 막아서 유동화 가스를 노래 중앙으로 향하여 반사 전향시키는 반사벽(14)을 갖고, 유동상(4)중에 측연부(11)(12)의 상방에는 상승한 후 반사하여 노내 중앙으로 향하는 활발한 유동층을, 중앙부(13)의 상방에는 점차 침강하여가는 이동층을 형성시켜서, 유동매체를 이동층과 유동층을 순환 시키며, 수직면내에 거의 대칭인 2개의 선회류를 형성함으로써, 적극적으로 폐기물을 모아서 파쇄하지 않는 큰 치수의 쓰레기라도 단시간에 소각할 수 있게 되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 것에 있어서는 반열량이 낮은 도시 쓰레기의 소각이 양호하게 행해지지 못하는 문제점이 있다. 도시 쓰레기중의 주방 쓰레기는 함수율이 높으며, 특히 하절기에 있어 심하고, 이와 같은 쓰레기가 혼입된 도시 쓰레기는 발열량이 낮다.

한편, 제2도에 나타낸 바와 같이 프리보드(7)의 상방에 수냉벽등의 열회수부를 배설할 경우에는 수냉벽으로부터의 복사냉각 작용에 의하여 프리보드 화염온도가 강하하며, 그러므로 유동상 온도가 강하한다. 이때에도, 피연소물의 발열량이 충분히 높다면 연소에 의한 발열에 의하여 프리보드 화염온도의 강하와 유동상 온도와 강하를 보충하여 양호한 연소를 행할 수가 있으며 고온인 때에는 복사열(輻射熱)의 회수도 양호하게 행해진다.

그러나, 저 발열량의 폐기물을 연소할 겨우에는 연소에 의한 발열량이 적으며, 열회수부의 영향으로 강하하는 프리보드 화염온도를 회복시키지 못하므로 유동상 온도로 저하하여, 양호한 자연소(自燃燒)운전을 계속할 수 있는 범위 즉 유동상 온도를 600℃이상으로 유지하고, 프리보드 화염온도 강하를 150℃의 범위 이내로 유지할 수 있는 조건으로부터 벗어나 연소가 불완전해지며, 나중에는 연소정지에 이른다.

이와 같이 종래의 열회수식 유동상 연소로에 있어서는 제1도, 제2도의 어느 예의 경우에 있어서도 저 발열량의 폐기물의 소각을 양호하게 행할 수는 없으며, 또 이를 보완하기 위해서는 보조 연료를 사용할 필요가 있으므로 에너지의 손실을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래이 것의 상기와 같은 문제점을 해결하고, 예를 들면600∼2000Kcal/kg정도의 저 발열량의 폐기물이라도 보조 연료를 필요로 하지 않으며, 그 자연소를 방해하지 않고 양호한 연소를 행하면서도 유효한 열회수를 행할 수가 있는 유동상 소각장치를 제공함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열회수부가 유동매체에 의해 손상되지 않는 유동상 소각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유동상의 온도를 안정되게하고, 소각로의 통로를 폐색하지 않고 불연물에 의한 동작정지를 방지할 수 있는 유동상 소각장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 실험을 거듭한 결과 열회수부의 중심을 유동상의 중심으로부터 수평으로 편심시키는데 착안하여 본 발명을 이루게 된 것이다.

본 발명에 의하면, 노내 저부에 유동상 형성용의 가스분출기구와, 노내 상부의 프리보드부의 상방에 소각열 회수용 열회수부를 형성하고, 상기 가스 분출기구로부터 분출되는 유동화 가스의 질량속도를 양 측연부쪽을 중앙부쪽 보다도 크게하고, 상기 가스 분출기구의 양 측연부의 상방에 유동화 가스의 상향 유로를 막고, 유동화 가스를 노내 중앙으로 향하여 반사 전향시키는 반사벽을 형성하고, 노벽과, 상기 가스 분출기구와, 상기 반사벽에 의하여 둘러 싸인 노내 공간에는 이 노내공간을 구획하여 노내의 물질이나 열의 수평방향이 흐름을 막는 장해물을 형성하지 않고, 노내 공간에 수직면내에 유동매체를 선회하여 순환시켜서 열반응을 행하게 한 유동층 열반응로에 있어서, 상기 가스 분출기구에 의하여 형성되는 유동상의 중심에 대하여 상기 열회수부의 중심이 수평방향으로 편심하여 있음을 특징으로 하는 유동상 소각장치가 제공된다.

[실시예]

본 발명의 실시예에 대하여 도면에 의하여 설명한다.

제3도, 제4도, 제5도에 나타낸 바와 같이, 소각로체(1)의 노내 저부에 유동상 형성용 가스 분출기구로서 공기의 분산판(2)의 형성되어 있다. 분산판(2)의 양 측연부가 중앙부보다 낮고, 노의 중심선(15)에 대하여 거의 대칭인 산형 단면상(지붕형)으로 형성되어 있다.중앙부와 양 측연부에 의하여 경사를 바꿔도 무방하다. 양 측연부에는 불연물 배출구(6)가 접속되어 있다. 불연물 배출구(6)는 필히 좌우 양측이 똑같은 형상이 아니라도 무방하여, 예를 들면 한쪽은 제5도와 같은 형상이고, 다른 쪽은 제6도에 나타낸 바와 같은 형상이어도 무방하여, 좌우의 유동매체의 배출량과 그 흐름이 거의 같아지도록 양측에 배설되어 있으면 된다.

송풍기(16)로부터 보내진 유동화 공기는 공기실(17)(18)(19)을 거쳐서 분산판(2)으로부터 상방으로 분출되도록 된다.

약 측연부의 공기실(17)(19)으로부터 분출하는 유동화 공기의 질량 속도(kg/㎡ sec)는 유동층을 형성하는데 충분한 크기이나 중앙부의 공기실(18)로부터 분출하는 유동화 공기의 질량 속도는 전자보다도 작게 선전되어 있다.

예를들며, 공기실(17)(19)로부터 분출하는 유동화 공기의 질량 속도는 4∼20Gmf, 바람직하게는 6∼12Gmf인데 대해 공기실(18)로부터 분출하는 유동화 공기의 질량속도는 0.5∼2.5Gmf로 선정된다. 여기서 1Gmf는 유동화 개시 질량속도이다.

공기실의 수는 3개 이상의 임의의 수로 선정된다. 다수의 경우라도 유동화 공기의 질량속도는 중심에 가까운 것을 작게, 양 측연부에 가까운 것을 크게 하도록 한다.

양 측연부의 공기실(17)(19)의 상방으로 유동화 공기의 상향 유도를 막고, 유동화 공기를 노내 중앙으로 향하여 반사전향시키는 반사벽(14)이 형성되어 있다.

한쪽의 반사벽(14)의 상측은 그 반사벽(14)과 반대로 경사진 경사면(20)이 형성되어, 유동매체가 퇴적함을 막도록 되어 있다.

분사판(2)의 경사는 5∼15^o정도가 바람직하다. 반사벽(14)의 경사는 수평에 대하여 10∼60℃정도가 바람직하다. 반사벽(14)의 표면은 평면, 철면, 요면 어느 것이나 무방하다.

노내 천정부(21)에는 급진장치(22)의 출구에 연결된 원료투입구(5)가 형성되어 있다.

유동상(4)은 분산판(2)상으로부터 반사벽(14)의 상단의 노내의 폭이 가장 좁아진 부분인 조입부(23)의 부근의 높이까지의 범위로 주로 형성되는데, 이 범위로서, 분사판(2), 반사벽(14), 반사벽(14)의 밑에 수직의 벽이 형성될 때에는 그 노벽과 반사벽(14)과 직각 방향의 노벽에 의해 둘러 싸인 공간에는 노내의 물질이나 열의 수평방향의 흐름, 즉 대향하는 벽면으로 향하는 흐름을 막는 장해물은 전혀 형성하여 있지 않으며, 후술하는 바와 같은 유동상(4)중의 유동층(24)과 이동층(25)이 자유로이 접촉할 수 있게 되어 있다.

반사벽(14)을 금속 파이프로 병렬로 구성하고, 파이프속에 유동화 공기를 통하여 예열을 행하도록 하여도 무방하다.

프리보드(7)의 상방에는 가스 냉각실(9)이 형성되어 있다. 가스 냉각실(9)은 다수의 수관에 의하여 구성된 수냉벽(26)에 의해 둘러 싸여 있다. 이 수냉벽을 다수의 수관군(10)에 의해 서로 연통되어 있는 상부 드럼(27)과 하부 드럼(28)에 접속되어 폐열 보일러(8)의 일부를 구성하고 있다.

이 수냉벽(26)은 프리보드(7)의 하부에 있어서의 화염으로부터의 복사열과, 가스 냉각실(9)을 통과하는 연소 배기가스와의 접촉에 의한 열교환에 의하여 폐기물의 소각 때에 발생하는 소각열을 열회수부로서 작용한다.

그리하여 이 열회수부의 중심선(29)은 유동상(4)이 중심선(15)에 대하여, 수평으로 거리만큼 편심하여 형성되어 있다.

이와 같은 유동상 소각설비의 작용에 대하여 다음에 설명한다.

송풍기(16)에 의하여 유동화 공기를 송입하고, 공기실(17)(19)로부터는 큰 질량속도로, 공기실(18)로부터는 작은 질량속도로 분출시킨다.

통상의 유동층에 있어서는 유동매체는 비등하고 있는 물과 같이 삼하게 상하로 운동하여 유동상태를 형성하고 있으나 공기실(18)의 상방의 유동매체는 심한 상하운동은 수반하지 않고, 약한 유동상태에 있는 이동층을 형성한다. 이 이동층의 폭은 상방은 좁으나 밑부분은 분산판(2)의 경사의 작용과 함께 약간 넓어져 있으며, 밑부분의 일부는 양 측연부의 공기실(17)(19)의 상방에 달하고 있으므로 큰 질량속도의 공기의 분사를 받아 상승된다. 밑부분의 일부의 유동 매체가 제거되므로 공기실(18)의 직상(直上)의 측은 자중(自重)에 의하여 강하한다. 이 층의 상방에는 후술하는 바와 같이 선회류(30)를 수반하는 유동층으로부터의 유동 매체가 보급되어 퇴적한다. 이를 반복하여서 공기실(18)의 상방의 유동 매체는 어느 영역의 부분이 거의 한덩어리가 되어서 서서히 하강하는 하강 이동층(25)을 형성한다.

그리고, 각 공기실(17)(18)(19)은 또한 수개의 실(室)로 분할하여도 부방하다. 이때에도 전술한 바와 같이 유동상의 중앙부는 이동층, 좌우 부분은 유동층을 형성하도록 유동 공기를 배분하지 않으면 안된다.

공기실(17)(19)상으로 이동한 유동 매체는 상방으로 상승하는데, 반사벽(14)에 부딛쳐서 반사 전향하여서 노의 중앙으로 향하면서 상승하며, 노내 단면의 급증에 수반하여 상승속도를 잃어서 전술한 하강 이동층(25)의 정부(頂部)로 낙하하여 서서히 하강하며, 밑부분에 이르러서 다시 상승하여서 순환한다.

일부의 유동매체는 선회류(30)로써 유동층 중에서 선회 순환한다.

이와 같은 상태의 소각로 내의 원료 투입구(5)로부터 투입된 쓰레기는 하강 이동층(25)의 정부로 하강한다. 정부부근에 있어서는 유동 매체의 흐름은 외측으로부터 중심으로 향하여 집중하는 방향으로 흐르므로, 쓰레기는 이 흐름에 휘말려서 하강이동층(25)의 정부에 파묻힌다. 따라서 종이와 같은 가벼운 것이라도 확실하게 하강 이동층(25)속에 모을 수가 있으므로, 종래의 유동층에 있어서와 같이 종이가 모래상에서 연소하여 유동 매체가 가열에 크게 공헌함이 없이 연소하는 결점을 막아서 확실하게 하강 이동층(25)과 유동층(24)속에서 연소를 행하여 유동 매체의 가열을 행할 수가 있다.

하강 이동층(25)속에서는 부분적으로 열분해가 행해져서 가연(可燃)가스가 발생한다. 본 실시예에 있어서는 구획벽이 없으므로 발생한 가연가스는 수평방향으로 확산하여 유동층으로 들어가서 연소하므로, 그 열은 유동 매체의 가열에 유효하게 기여한다.

하강 이동층(25)의 표면에 병, 아이론 등과 같은 무겁고, 큰 물체를 낙하시켜서 공급한 경우, 이들 물체는 순식간에 공기실(18)의 위까지 낙하하는 것이 아니라, 하강 이동층(25)에 지지되어서 유동 매체이 흐름과 같이 서서히 하강한다.

따라서, 가연물은 상당히 큰 것이라도 하강 이동층(25)속에서 서서히 하강하는 동안에 건조, 가스화, 연소가 행해져서, 밑부분에 달한 때에는 대부분이 연소하여서 세편화하므로 유동층의 형성을 저해하는 일이 없다.

따라서, 쓰레기는 미리 파쇄기로 파쇄하지 않아도 급진장치(22)에 의해 파대(破袋)하는 정도로 가하므로, 파쇄기나 파쇄공정을 생략하여 간결한 장치로 할 수가 있다.

또, 하강 이동층(25)에 투입된 쓰레기는 신속히 유동 매체속을 확산하므로 소효율이 증대된다.

급진장치(22)를 통과하여 공급된 중간(中間)치수의 불연물은 먼저 하강 이동층(25)속을 강하 횡이동하는데, 이때 불연물에 부착하거나, 일체로 뭉쳐있는 가연물(예를 들면, 전선의 피복등)은 연소해 버린다. 밑부분에 달한 불연물은 유동매체의 횡이동과 분산판(2)의 경사에 의하여 불연물 배출구(6)에 달하여 수직로(31)로 배출된다.

불연물 배출장치로서 스크류 켄베이어(32)가 사용되고 있다. 스크류(33)의 날개(34)는 컨베이어 케이싱(35)과의 사이에 노내에 투입된 중간 치수의 고체상태의 불연물의 통과를 허용하는 유로(流路)단면을 갖고 있으므로 불연물의 배출은 신속하다. 이상 설명은 가스 분출기구로서 분사난(2)을 사용한 소각로에 대하여 설명하였지만 분출구의 구체적인 형상은 예를 들면 제7도∼제9도에 나타낸 바와 같은 것이어도 무방하며, 전체로서 유동 매체를 지지할 수 있는 판면을 형성하고 있으면 된다. 또 파이프 그리드인 때에도 같은 효과를 나타낼 수가 있다.

파이프 그리드의 경우은 파이프의 사이로부터 불연물을 밑으로 떨어뜨리므로 분산판과 같은 경사는 꼭 필요로 하지 않는다. 큰 치수의 불연물을 통과시키기 위하여 파이프으 간격을 넓게한 부분을 형성할 때에는 중앙부의 하강 이동층의 밑은 피하여 형성함이 바람직하다.

불연물의 배출은 파이프 그리드의 하방의 노저 중앙의 배출구로부터 행한다.

본 실시예는 이상과 같이 구성되어 작용하므로 다음과 같은 효과를 나타낸다.

[가]프리보드 상방의 열회수부의 중심을 유동상의 중심에 대하여 수평방향으로 평심시킴으로써의 효과

① 열회수부의 유동상으로부터의 거리가 커지며, 또한 복사방향이 경사지므로 열회수부로부터의 복사 냉각 작용이 작아져서 프리보드 화염온도가 상승하며, 또 프리보드에 튀어나온 유동 매체에의 냉각 작용도 작아지므로, 저 발열량의 폐기물이라도 보조 연료를 사용함이 없이 유동상 온도와 프리보드 화염온도를 높은 온소로 유지하여, 자연을 해치지 않고 양호한 연소를 행할 수가 있다.

② 프리보드 화염온도가 높아지면 열 회수부에 있어서의 복사열 회수량도 현저하게 많아지며 연소 배기가스의 온도도 높아지므로 열회수부[수냉벽(26)]이외에 수관군(10)에 있어서의 열회수량도 증대하여 열회수 효율을 향상시킬 수가 있다.

③ 유동상 표면으로부터 프리보드에 튀어 나온 유동매체가 수냉벽의 수관에 충돌한 기회가 현저하게 적어지므로 수관의 마모를 방지한다.

[나]유동상이 형성되는 공간에, 물질 또는 열의 수평방향의이동을 막는 구획벽과 같은 장해물이 아무 것도 없는 효과 구획벽을 형성한 것과의 비교 실험을 행한 결과 다음과 같은 효과가 있음을 확인하였다.

① 유동상의 온도가 안정하였다.

② 소괴(燒塊)가 발생하지 않고, 그리하여 소괴에 의한 통로 폐색(閉塞), 유동상태의 불안정등의 사고를 방지할 수 있다.

③ 유동층의 빠짐현상이 일지 않는다.

④ 구획벽과 같은 것이 없으므로 통로의 폐색의 염려가 없다.

⑤ 불연물에 의한 운전 불능의 사고가 일지 않는다.

본 발명에 의하여 저 발열량의 폐기물이라도 보조 연료를 사용함이 없이 양호한 연소를 행할 수가 있으며, 더욱이 열회수를 유효하게 행할 수가 있는 유동상 소각장치를 제공할 수가 있으므로 실용상 대단히 큰 효과가 있다.

Claims (1)

1. 노내 저부에 유동상 형성용 가스 분출기구(2)(16)(17)(18)(19)와, 노내 상부의 프리보드부(7)의 상방에 소각열 회수용 열회수복(9)(26)을 형성하고, 상기 가스 분출기구(2)(16)(17)(18)(19)로부터 분출되는 유동화가스의 질량속도를 양 측연부(17)(19)쪽을 중앙부(18)쪽 보다 크게 하고, 상기 가스 분출기구(2)(16)(17)(18)(19)의 양 측면부(17)(19)의 상방으로 유동화 가스의 상향 유로를 막아서, 유동화 가스를 노내 중앙으로 향하여 반사전향시키는 반사벽(14)을 형성하고, 노벽과 상기 가스 분출기구(2)(16)(17)(18)(19)와, 상기 반사벽(14)에 의하여 둘러싸인 노내공간에는 이 노내 공간을 구획하여 노내의 물질이나 열의 수평방향의 흐름을 막는 장해물은 없으며, 노내 공간에 수직면내로 유동매체를 선회하여 순환시켜서 열반응을 행하게 한유동층 열반응로에 있어서, 상기 가스 분출기구(2)(16)(17)(18)(19)에 의하여 형성되는 유동상(4)의 중심(15)에 대하여 상기 열회수부(9)(26)의 중심(29)이 수평방향으로 편심해 있음을 특징으로 하는 유동상 소각장치.

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