KR940008393B1 - 난연성 폐기물의 소각로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

난연성 폐기물의 소각로

제1도는 단면도.

제2도는 제1도 X-X선 단면도.

제3도는 2차공기분사노즐의 후퇴각 α를 표시하는 확대도.

제4도는 2차공기분사노즐의 중심편의각 β를 표시하는 확대도.

제5도는 3차공기분사노즐의 전진각 δ를 표시하는 확대도.

제6도는 3차공기분사노즐의 중심편의각 γ를 표시하는 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 1차연소실 (2) : 유출로

(3) : 2차연소실 (3) : 3차연소실

(5) : 2차공기송풍장치 (6) : 3차공기 송풍장치

(21) : 목부

(31) : 2차연소실(3)에 접속하는 통로면적을 축소한 유출로

(52) : 2차공기분사노즐 (62) : 3차공기분사노즐

(α) : 2차공기분사노즐의 후퇴각 (β) : 2차공기분사노즐의 중심편의각

(γ) : 3차공기분사노즐의 중심편의각 (δ) : 3차공기분사노즐의 전진각.

본 발명은 예를 들면 고무, 플라스틱등 특히 염화비닐, 네오프렌등 할로겐을 포함하는 것, 난연화된 발포스티롤, 폴리우레탄등의 난연성 폐기물의 소각로에 관한 것이다.

종래 이런 종류의 매연을 재연소해서 소진시키는 형식의 소각로는 로형식과 연소물의 종류에 의해서 거의 정해지는 어떤 온도이상의 매연재 연소온도를 유지하는 것이 필요하고, 또한 그 온도는 800℃등으로 비교적 높은 온도였다. 그런데 상기의 염화비닐등의 난연성 폐기물은 다른 플라스틱 예를 들면 폴리에틸렌등과 비교해서 대체로 낮은 발열량 밖에 없다. 따라서 보조연료를 사용하지 않고 필요최저의 재연소 온도를 유지하여 항상 매연을 내지 않도록 소각로를 사용하는 것은 특히 배치로의 경우 번잡한 조작을 수반하는 일이 있었다.

예를 들면 소각로 내의 연소물이 다 타지 않고 남아 있어도 매연이 나오지 않는 재연소온도를 유지하기 위하여 다음의 연소물을 삽입하지 않으면 안되었다.

또 배치로에서 또한 이런 종류의 매연을 재연소해서 소진시키는 형식의 소각로는 로벽온도가 충분히 승온해서 소위 연소가 정상상태에 들어갔을 때 또는 상기의 (소각로내의 연소물이 다타지 않고 남아있어도 매연이 나오지 않는 재연소온도를 유지하기 위하여 다음의 연소물을 삽입하지 않으면 안될때)등에 새롭게 다음의 연소물을 소각로내에 삽입하면, 새롭게 삽입한 연소물은 로벽의 축열이라든가 잔존 연소물의 연소열을 받아 급격하게 다량의 탄소미립자를 포함하는 가연가스로 변화하고, 결과적으로는 연소용공기의 공급이 뒤따르지 않아 산소부족이 일어나서 매연을 생성하는등의 상황을 자주 볼 수 있다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여,

① 소각로의 형식을 연구해서 매연의 재연소 소거에 필요한 최저재연소온도를 낮게 할 것.

② 연소물의 가연가스화가 다량 또한 극벽하게 일어나도 대처할 수 있을 것.

③ 소각로의 형식을 연구해서, 난연성 폐기물의 발열량이 낮아도 높은 재연소온도를 유지할 수 있을 것.

이상의 3점을 구비한, 항상 매연을 내지 않는 소각로를 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.

도면에 표시한 실시예에 있어서 1차연소실(1)의 유출측으로 유출로(2)을 개재해서 2차연소실(3), 또 유출로(31)을 개재해서 3차연소실(4)를 연결해서 설비한다. 상기 1차연소실(1)은 소각로내의 일부에 오일버너등(11)을 소각로내를 향해서 설비하고, 연소물 투입구(12)를 설치하고 그 개폐문(13)을 구비하고, 각각 문을 가진 1차 공기구멍(14), 재배출 구멍(15)을 구비하고 있다.

1차연소실(1)의 유출쪽에 위치하는 유출로(2)에는 2차공기송풍장치(5)를 설치하고 있다. 2차공기송풍장치는 유출로(2)의 안에 형성된 목부(21)의 주위벽(22)에 복수의 분출노즐(52)를 개구시키고 분출노즐(52)에는 각각 유출로(2)에 대해서 소정의 범위내의 후퇴각 α와, 유출로(2)의 원통중심축을 벗어난 중심 편의각 β를 구비해서 목부(21)로 개구되어 있고, 고압송풍장치(53)으로부터 송풍관(51)로 공급되는 2차공기는 분출노즐(52)로부터 고속으로 분출하여 상기 후퇴각 α와 중심편의각 β 및 원통형상과 절두원추형상의 내주면과의 상호관계에 의해서 나선상으로 선회하는 선회기류가 되어 탄소미립자를 포함하는 가연가스와 혼합된다. 또 분출노즐(52)는 후퇴각 α를 가지기 때문에, 2차공기의 고속분사는 가연가스를 분무기의 물과 동일한 원리로 흡수한다. 이 흡수효과를 잠정적으로 이젝터작용이라고 명명한다.

원통형의 2차연소실(3)과, 2차연소실(3)에 설비된 2차공기송풍장치(6)과 2차 연소실(3)에 접속하는 통로면적을 축소한 유출로(31)는 본 발명의 특징을 이루는 것으로서 3차공기송풍장치(6)는, 2차연소실(3)의 안의 주위벽(33)에 복수의 분출노즐(62)를 개구시키고, 분출노즐(62)애는 각각 송풍관(61)을 설치해서, 저압송풍 장치(63)으로 연결된 주송풍관(6)에 접속되어 있다. 이 분출노즐(62)은 각각 2차연소실(3)의 원통 중심축을 벗어난 중심편의각 γ를 구비해서 2차연소실(3)으로 개구되어 있다. 저압송풍장치(63)으로부터 송풍관(61)로 공급되는 3차공기는, 분출노즐(62)로부터 분출하고, 상기 중심편의각 γ 및 원통형상의 내주변과의 상호 관계에 의해서 선회기류가 되어 탄소미립자를 포함하는 가연가스와 혼합된다. 2차연소실(3)에 접속하는 통로면적을 축소한 유출로(31)은, 3차연소실(4)에 작용하는 굴둑 또는 유인배풍기의 흡인력에 의해 3차연소실(4)에 발생하는 마이너스의 정압이, 유출로(31)를 통과하는 연소가스의 통상량의 통풍저항으로, 모두 소비되는 정도보다 더욱 좁은 통로면적가지 압축되어 있다. 상기 연소가스의 통상량이란 소각로 규정의 연소중량의 연소로 생성되는 연소가스량으로 한다. 유출로(31)의 압축과 2차공기의 고속분사에 의해서 발생되는 이젝터작용의 추진력에 의해서, 2차연소실(3)내의 정압은 3차연소실(4)내의 정압보다 높은 정압이 된다. 따라서 연소가스는 2차연소실(3)의 모든 공간을 충만시킨후 비로소 3차연소실(4)로 유출된다. 3차공기의 송풍량의 조절은 댐퍼의 개폐로 행하고 댐퍼는 공기압 작동기로 구동한다. 신속한 개로, 완만한 폐로가 필요하기 때문이다.

유출로(31)에 연속해서 결합된 3차연소실(4)에는 4차공기구멍(41)을 개구해서 이 공기구멍(41)로부터 4차공기를 연소가스속에 혼합시키고 미연소가스의 연소를 행한다. 또 3차연소실(4)에는 온도검출단부(42)를 삽입하고 온도조절기에 3차연소실(4)의 온도를 검출시켜서, 오일버너등(11)의 연소량 및 2차공기의 송풍량을 제어시키고 완전 연소를 달성시킨다.

그리고 최초로 오일버너(11)등을 착화해서 2차연소실(3)을 가열한 후, 1차연소실(1)에 난연화된 발포스티롤등의 난연성 폐기물을 삽입하고 2차공기용 고압송풍장치(53)을 시동하면 상기 난연성 폐기물은 용융하여 탄소미립자를 포함하는 가연가스로 변화하고, 일부의 탄소미립자를 포함하는 가연가스는 오일버너(11)등에 의해서 착화하여, 가스연소가 행하여진다. 그러나 전체로서는 매연 즉 탄소미립자를 다량으로 포함한 흑연이 생성된다. 한편 고압송풍장치(53)의 작동에 의해 분사노즐952)로부터 고속 분출하는 2차공기의 분류는, 이 노즐(52)가 유출로(2)에 대해서 후퇴각 α와 원통형 유출로 중심축을 벗어난 중심편의각 β를 구비하고 있기 때문에, 원통형상 내면벽에 비스듬히 입사하여 내면벽을 따라서 나선을 그리는 선회류가 되어 고속으로 유동한다. 이 흐름은 원통형상 내면벽에 의해서 항상 방향이 변화되기 때문에 격한 난류가 된다. 따라서 이 2차공기와 연소중의 가스나 탄소미립자등의 혼합이 효율 좋게 행하여 진다. 혼합에 소비하는 동력량은 2차공기질량과 그 속도와 혼합 시간과 효율의 곱으로 하면 혼합에 고속의 분류를 사용함으로서 소량의 2차공기 총량과 짧은 시간으로 혼합을 완료할 수 있다. 따라서 2차공기를 승온하는데 요하는 칼로리도 적고, 2차공기의 공급이 원인으로서 연소가스의 연소온도를 내릴 우려가 적어진다. 또 목부(21)에서는 2차공기를 붙어 넣음으로서 이젝터작용이 발생해서 1차연소실(1)내를 부압화하여, 연소가스를 강제 유인해서 1차공기구멍(14)로부터의 1차공기의 유입량을 증가시켜 1차연소가 왕성해진다.

또 목부(21)에서 2차공기를 불어넣음에 의한 이젝터작용은 2차연소실(3)내의 정압을 높게하고, 유출로(31)의 압축효과와 더불어 3차연소실(4)보다 2차연소실(3)의 정압이 높은 상태로 한다. 따라서 연소가스는 2차연소실(3)의 모든 공간을 충만 시킨 후 비로소 3차연소실(4)로 유출된다. 이것은 2차연소실(3)내 모든 연소공간을 연소에 기여시키도록 한다.

다음에 3차공기용 송풍장치(6)를 시동할때 송풍장치(63)의 작동에 의해 분사노즐(62)로부터 분출하는 3차공기의 분류는 이 노즐(62)가 2차연소실(3)에 대해서 원통형 2차연소실(3)의 연소실 중심축을 벗어난 중심편의각 γ을 구비하고 있기 때문에 원통형상 내면벽에 비스듬히 입사하여 내면벽을 따라서 선회류가 되어 유동한다. 이 흐름은 원통형상 내면벽에 의해서 항상 방향이 변화되기 때문에, 촉매로서의 내화연와벽에 접촉하는 기회가 많아진다.

이 신회류는 내화연와벽과의 경계막을 얇게해서, 경계막 저항을 적게하고, 내화연와벽의 촉매로서의 작용은 보다 효과적으로 된다. 이들 효과에 의해서 매연의 재연소 소거에 필요한 최저 재연소온도를 낮게 할 수 있다.

수개의 분사노즐(62)로부터 분출하는 3차공기의 분류는 거의 직각으로 탄소미립자를 포함하는 가연가스의 흐름에 불어넣어지기 때문에, 연소가스와의 상대속도가 크다. 그 위헤 흐름은 원통형의 2차연소실(3)의 내면벽을 따라서 선회하고, 원통형상 내면벽에 의해서 항상 방향이 변화되기 때문에, 난류가 발달하여 좋은 혼합을 할 수 있다.

가연가스의 연소, 포함된 매연의 입자직경, 1200℃ 이하의 연소온도, 등으로 충분한 혼합만 행하면, 이 연소는 연소반응속도가 화학 반응 지배의 영역에 있다고 생각된다. 따라서 연소반응속도는 현저하게 빨라, 거의 절대온도로 표시한 연소온도의 4승에 비례한다. 연소반응속도가 빠르면, 가연가스의 단위시간당의 연소량이 많아지고, 발열량이 많아져 연소실 온도는 상승한다.

또 이위에 경계막도 얇고, 내화연와벽의 촉매효과가 좋다고 하는 연소반응속도를 빠르게하는 조건이 가해진다. 따라서 재발열량의 난연성 폐기물이라도 높은 재연소 온도를 유지할 수 있다. 3차공기 분류의 유속은 불꽃의 전파속도보다 빠르므로 화염의 꺼짐이 염려되나, 수개의 노즐로부터의 분류는 각각의 분류의 주위에 말려 들어가는 와류가 있고, 또 인접하는 분류의 사이에 완만한 흐름의 장소가 있어서, 이들이 재착화원인이 되는 불꽃을 유지하고 있다.

분사노즐(62)로부터의 3차공기의 분류방향은 탄소미립자를 포함하는 가연가스의 흐름에 직각으로 불어넣기보다도, 연소가스가 역류하도록 전진각 δ를 붙이면 나선을 그리면서 역방향으로 흐르는 선회류를 발생시킬 수 있고, 착화원인이 되는 불꽃을 상류쪽으로 운반할 수 있어서, 꺼짐 방지에 좋은 결과를 얻을 수 있다. 또 나선을 그리는 선회류의 경우는 유출로의 외관의 연소가스유속이 느리므로 꺼짐이 발생하기 어렵고 불꽃 연소가 계속되기 쉬원진다. 또 수개의 노즐(62)의 중심 편의각 γ을 랜덤(random)하게 하는 것도 좋은 결과를 얻을 수 있다.

그러나 실제로는 이 연소실내의 불꽃의 전파 속도는 400m/sec at 1200℃ 이상의 속도가 된다.

통상량의 연소상태에서의 2차공기고압송풍장치(53)의 송풍량은 3차공기용 송풍장치(63)을 정지하고, 2차공기용 고압송풍장치(53) 가동만으로 매연의 소거가 가능한 풍량으로 만들어둔다.

그리고 소각로를 피우기 시작하여 어떤 시간이 경과하면 로벽온도가 충분히 상승하여 소위 정상상태의 연소상태에 들어간다. 이 상태에 접근해서, 3차공기용 송풍장치(63)을 정지한 그대로 다음의 새로운 연소물을 소각로내에 삽입하면, 로벽의 축열이라든가 잔존연소물의 연소열을 받아서, 새롭게 삽입한 연소물은 급격하게 다량의 탄소 미립자를 포함하는 가연가스로 변화하고, 연소실(3)의 온도가 충분히 높음에도 불구하고 매연을 생성하는 등의 상태가 자주 발생한다. 연소용 공기량이 부족하므로, 3차공기용 송풍장치(63)을 시동해서 산소부족을 보충하면 곧 매연을 소거할 수 있다. 통상은 새로운 연소물을 소각로내에 삽입하면, 곧 3차공기용 송풍장치(63)을 시동해서 산소부족을 보충하는 순차 동작제어(시이퀀스)를 시킨다.

상기의 연소물에 급격하게 다량의 가연 가스화가 발생했을때, 연소실 용량의 부족이 발생하지 않을까 염려된다. 이 경우에도 이 연소실의 연소 반응 속도가 화학 반응지배의 영역에 있는 경우는, 소각로 규정 연소량인 때에는 2차연소실(3)의 온도를 900℃로 자동제어해서 조업하면, 규정 연소량의 약 3배의 연소량까지 연소실 용량의 부족은 발생하지 않는다. 또 그때 2차연소실(3)의 온도는 약 1300℃가 된다. 상기의 900℃, 3배, 1300℃의 수치는 연소물의 종류에 의해서 약간의 차이가 있다.

본 발명은 상기와 같이 통로면적을 축소한 유출로(31)과 분사노즐(52)에 의해, 2차연소실(3)내의 정압을 3차연소실(4)내의 정압보다 높게하고, 2차연소실(3)내의 모든 연소공간을 연소에 기여시키고, 또한, 3차공기분사노즐(62)로부터 분출하는 분류와 2차연소실(3)이 원통형인 것을 조합해서 내화연와벽을 촉매로서 효과적으로 이용하고, 최종적으로 매연의 재연소에 필요한 최저유지해야 할 재연소온도를 낮게 할 수 있다. 또한 그 온도는 염화비닐에서 종래 800℃였던 것이 470℃등으로 현저한 효과를 기대할 수 있다. 예를 들면 소각로내의 연소물이 다타지 않고 남아 있어도 매연이 나오지 않는 재연소온도를 유지하기 위하여 다음의 연소물을 삽입하지 않으면 안될때에, 유지하지 않으면 안되는 온도가 800℃인때에는 1차연소실(1)에 아직 많은 연소중의 잔존연소물이 있고, 새롭게 삽입한 연소물이 급격한 가연 가스화를 발생시킬 염려가 있다. 이에 반해 유지하지 않으면 안되는 온도가 470℃인때에는 1차연소실(1)에는 거의 잔존연소물이 없고, 로벽의 여열을 가지고서 일시 470℃를 유지하고 있는 상태로 되는 것이 관찰된다. 이 경우 연소종료에 거의 매연이 생성되지 않는다고 말할 수 있다. 따라서 소각로가 사용하기 쉬운 효과가 있다.

다음에 본 발명은 상기와 같이 통로면적을 축소한 유출로(31)와 분사노즐(52)에 의해, 2차연소실(3)내의 정압을 3차 연소실(4)내의 정압보다 높게하고 2차연소실(3)내의 모든 연소공간을 연소에 기여시키는 연구로서, 2차연소실(3)의 용적을 적게한다. 3차공기분사노즐(62)로부터 분출하는 분류를 탄소미립자를 포함하는 가연가스의 흐름에 거의 직각으로 불어넣고, 원통형의 2차연소실(3)의 내벽면을 따라서 선회시켜서 난류를 발생시키고, 3차공기와 연소중의 가스등의 혼합을 효율좋게 행하게 해서 연소반응속도를 빠르게하고, 연소실 3(내)에서의 발열량을 많게해서 연소실온도를 상승시키고, 온도상승으로 연소반응속도를 더욱 빠르게 한다. 또 이위에 경계막이 얇고, 내화연와벽의 촉매효과가 좋고 연소반응속도를 빠르게하는 조건이 가해져서, 연소실(3)은 저칼로리의 난연성 폐기물을 연소하여도 비교적 고온도를 유지할 수 있다. 따라서 저칼로리의 난연성 폐기물을 연소하여도 매연의 재연소가 가능하게 되기 쉬운 효과가 있다.

또 본 발명은 상기와 같이 예를 들면 1차연소실(Ⅰ)의 로벽 온도가 충분히 상승하여 소위 정상상태에서 새롭게 소각로내에 삽입한 연소물이, 로벽의 축열이라든가 잔존 연소실의 연소열을 받아서, 급격하게 다량의 탄소미립자를 포함하는 가연가스로 변화하고, 연소실(3)의 온도가 충분히 높음에도 불구하고 연소용산소의 부족으로 매연을 생성하는등의 상황일때, 혹은 현저하게 과잉으로 연소물을 1차연소실(1)에 삽입해서 급격하게 다량의 탄소미립자를 포함하는 가연가스를 발생시키고, 연소실(3)의 온도가 충분히 높음에도 불구하고 연소용산소의 부족으로 매연을 생성하는등의 상황일때, 3차공기용 송풍장치(63)을 시동해서 산소부족을 보충하면 곧 매연을 소거할 수 있다. 또 사전에 3차 공기용 송풍장치(63)을 시동해서 산소부족을 보충하는 순차 동작제어(시이퀀스)를 사용하면 연소개시부터 연소종료까지 매연을 소거할 수 있다. 저칼로리의 난연성 폐기물을 연소하여도 항상 매연의 생성을 방지할 수 있으므로 소각로 뒤의 후처리 장치 예를 들면 집진 장치, 가스 세정 장치, 가스 세정수 처리 장치등의 부하가 저감되고, 후처리장치의 설비비, 러닝 코스트를 다같이 절약 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 원통형의 2차연소실(3)과 3차연소실(4)와의 사이에 통로 면적을 축소한 유출로(31)를 장비하고, 또 상기 2차연소실(3)의 둘레벽에는 뿌리부분을 송풍기(6)에 연결한 복수의 3차공기분사노즐(62)를 연소가스통로의 중심축선을 벗어난 방향으로 개구시켜서 장비하고, 상기 3차공기의 분류는 원통형의 2차연소실(3)의 원통형 내벽면에 비스듬히 입사함으로서 벽면을 따르는 흐름으로 변하여, 선회 할 수 있도록 설비하고 상기 선회하는 3차공기에 의해 연소중의 연소가스에 산소의 공급과 산소와의 혼합의 일을 시키고, 통로 면적을 축소한 유출로(31)을 설비하는 것과 (일본국 특허 864279)의 분사노즐(52)의 이젝터작용에 의해 2차연소실(3)이 가압되는 것의 두가지 작용의 효과에 의해, 2차연소실(3)내의 정압이 3차연소실(4)내의 정압보다 높아지는 것을 특징으로 하는 난연성 폐기물의 소각로.

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