KR950010992B1 - 유동상 소각로의 연소방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유동상 소각로의 연소방법

제 1 도는 본 발명의 연소 단계에 대한 계통도.

제 2 도는 본 발명의 유동층 소각로에 대한 설치상태에 대한 실시예.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 소각로 101 : 소각실

102 : 가열실 104 : 송풍기

106 : 제 1 호퍼체 107 : 제 2 호퍼체

109 : 싸이클론체 200 : 가열기

201 : 예열가스히터 202 : 버너

300 : 오염물질 방치부

본 발명은 기존의 소각시스템으로는 처리가 곤란한 하수종말 슬럿지를 비롯한 각종 슬럿지, 폐유 또는 특정산업 유해 폐기물등을 완벽하게 소각처리할 수 있는 유동상 소각로에 관한 것으로, 특히 완전연소, 간접가열방식 폐열 및 분진회수에 의해 대기오염 물질이 가장 적게 배출될 수 있도록 발명된 것이다.

슬럿지, 폐유, 특정산업 유해폐기물등을 소각하는 유동상 소각로는 연소실의 바닥 저면에 열원 및 압축공기 공급구성을 갖추고, 연소실 바닥에는 유동실내를 유동하기에 적당한 량으로 유동물질을 채우고, 연소실의 연소시에는 배출되는 연소가스에 포함된 대기오염물질 제거를 위한 대기오염 방지 시설을 갖추었으며, 공기 공급부를 통해 압축공기를 연소실내로 주입하면 유동물질이 끓는 액체와 같은 유동되어 연소실내에 주입된 모든 입자들이 기류에 노출되어져 유동형성 현상이 발생되며, 이러한 유동형성 현상은 반응을 일으킬 수 있는 최대한의 표면적을 제공하게 되어 가연성 고형물들이 신속히 분산, 산소와 치밀한 접촉을 이루어 투입된 폐기물의 연소효율을 극대화시키게 된다.

이러한 유동층 소각로는 이미 일본특허공고소 55-40312와 일본실용공고소60-31061호의 중금속을 함유한 슬럿지 소성방법, 일본실용신안공고소60-31061호의 폐프라스틱 건류장치용 산기반, 일본공개특허소 61-31810호의 "버너" 일본실용시안공고소 6113916호의 "유동상식 소가로" 일본공개실용신안공고소 63-30709호 "연소장치", 국내특허공고 제91-2128호 "유도층 보일러용 연료이송 시스템, 그리고 일본 공개실용신안공보소59-134708호 "유동층 장치로부터의 이불질 발출장치"등으로 알려진 바이싸ㄷ.

그러나 이러한 종래의 유동층 소각로는 설치면적을 많이 차지할 뿐 아니라 고정식이서 설치된 상태에서 필요한 위치로 이동시킬 수 없으며, 직접 연소방식 및 연도의 스프레이 방식으로 인해 연소후 대기중으로 방출되는 배기가스에 포함된 대기오염 성분이 완전히 제거되지 못하고 부분적으로만 제거된채로 배출되어 대기를 오염시키는 문제점이 있었다.

이러한 연소방식에서 벗어나 효율적이면서 경제적이고 대기를 오염시키지 않는 연소방법을 본 발명으로 제공하고자 한다.

본 발명에 의한 연소방법을 소각로를 이중으로 구성하여 별개로 설치된 열원으로 부터 간접적으로 소각실을 가열하는 예열단계와 소각실 내부가 소정의 온도에 다다를때 유동물질 공급과 압축공기 공급을 이루어 유동물질이 끓는 액체처럼 유동되는 유동형성 단계과, 가연성 고형물질을 압축공기와 함께 소각로내에 공급하는 가연성 고형물질 공급단계와 소각되는 산업폐기물의 연소가스에 포함된 분진과 대기오염물질 및 폐열을 회수하는 폐열회수 및 대기오염물질 제거단계를 순차적으로 수행하도록 하는 것이다.

상기의 유동상 소각로의 연소방법에 의하면 본 발명에서 목적하고자 하는 유동층 소각로의 설치장소 이동 및 이동을 위한 분리보관이 가능해지고, 소각로의 구조가 콤팩트화하면서 간접가열 방식으로 산업페기물을 소각할 수 있게 되고, 연소가스가 로체류 시간이 감소된 상태에서 연소율이 현저하게 상승되는 효과와 배기가스에 포함된 대기오염 물질이 완전히 정화된 상태로 배기되어 환경오염은 최소화를 이룰수 있는 것이다.

이어서 본 발명의 연소방법과 연소장치에 대해 상세히 설명한다.

[예열단계]

슬럿지, 폐유, 일반 및 특정산업 폐기물등의 가연성 고형물질이 물 또는 압축공기와 함께 공급되는 유동층 소각로(100)에 전원을 연결하여 LPG가스 예열히터를 "온"한다. 이때 LPG연소가스 덕트에 설치되어 있는 댐퍼(102b)를 50%정도 닫아 놓는다.

예열가스히터(201)의 가동에 의해 예열실(200)을 예열시켜 예열실내의 온도가 60℃에 이르게 한다.

상기의 예열단계은 액상의 LPG가스를 기화시켜 가스의 점화를 용이하게 하기 위함이다.

[가열단계]

예열실(200) 내부온도가 60℃에 도달된 것이 확인되면 메인 버너를 스위치 조각으로 점화한다.

상기 메인버너 점화에 의해 생성되는 열풍을 유동상 소각로의 가열실로 공급하여 가열실(102)내의 온도가 750℃에 이르도록 한다.

상기의 온도로 가열되면 가열실내에 위치한 소각실(101)로 전도되어 소각실(101)내의 온도가 간접적으로 상승하게 된다.

가열실(102) 내부온도가 750℃에 도달되면 LPG연소가스 닥트에 설치된 댐퍼를 75%정도 닫는다.

상기 소각로(100)는 내부의 소각실(101)과, 그 외부에서 소각실(101)을 간접 가열하는 가열실(102)이 구분되어 있으며, 가열실(102)의 외주연에 통상의 단열부재에 의한 보온층(103)을 형성하고, 단열부재의 외면에 금속판재로 외장카버를 설치하며, 이러한 소각로(100)의 중앙부에 분리, 조립 가능한 구조를 형성한다.

상기 유동상 소각로(100)의 가열실(102) 상부에는 공기 배출 조절용 댐퍼(102a)가 설치된다.

[유동형성단계]

유동층 소각로의 소각실(101)에 연결된 제 1 호퍼체(106)에 유동물질을 공급하여 이중밸브(110)의 상하측밸브를 순차적으로 열어 유동물질을 유동상 소각로의 소각실(101)하측에 위치한 공기 공급부(101)에 적당량 공급시키고, 송풍부재를 동작시켜 생산되는 압축공기를 로내에 공급하여 유동물질이 로내에 끓는 액체처럼 유동되어 유동형성 작용을 이루게한다.

상기에서 유동물질로는 모래를 사용하고 송풍부재는 루트송풍기를 사용한다.

그리고 스프레이 펌프(502)와 보일러 펌프(501)를 가동시킨다.

보일러펌프(501)에 의해 공급된 물은 폐열회수 시설을 거치는 동안 열교환이 이루어져 폐열회수를 극대화하고, 스프레이펌프(502)에 의해 공급되는 물은 배기가스의 온도저하 및 분진, 가스상 오염물질과 같은 대기오염물질제거를 위한 퀀칭챔버(302), 벤츄리스크라버(303), 웨트스트라버(304)에서 분무되어 별도의 정화조를 거쳐서 배수구로 배수된다.

[가연성 물질 공급단계]

상기의 용수공급 단계시작과 동시에, 또는 단계을 시작한 후에 가연성 고형물질 또는 가연성 물질을 제1또는 제 2 호퍼체(106)(107)에 투입하여 소각실(101)내로 공급할 때, 소각실(101)내에 걸려있는 압축 공기압에 의해 공급되는 가연성 물질의 투입을 방해받지 않도록 제1,제 2 호퍼체의 이중밸브체(110)의 상하측 밸브를 교호적으로 개폐하여 가연성 물질 또는 가연성 고형물질이 유동상 소각로의 소각실(101)에 안정되게 공급되도록 한다.

가연성 물질 또는 가연성 고형물질의 완벽한 투입을 위해 루트송풍기에서 공급되는 압축공기중 일부를 제 2 호퍼체(107)의 스크류축 수장실(107a)에 연결시켜 고형물질의 투입을 원활하게 한다.

상기 제 1 호퍼체(106)를 통해 공급되는 가연성 고형물질은 석탄(coal) 및 시편 5cm이하의 고형물질(폐기물)이 바람직하고, 제 2 호퍼체(107)를 통해 공급되는 가연성 고형물질은 각종 슬럿지 및 특정산업 유해 폐기물이 바람직하다.

[폐열회수 및 대기오염물질 제거단계]

상기 가연성 고형물질의 공급단계으로 유동층의 유동물질과 가연성 고형물질은 상승기류에 의해 마치 끓는 액체의 상태처럼 되어 가연성 고형물질이 조밀하고 균일한 상태로 공간 확산되어 고형물질들은 신속하고 완벽하게 연소되고 연소가스는 소각로의 배기구를 통해 연로를 따라 이동하여 싸이클론(109)을 거칠 때, 싸이클론체의 구조특성상 연소가스는 원통형 집진실(109b)내에서 회전하여 고체, 기체 분리후 청정가스는 싸이클론(109) 상부로 빠져나간다.

이때 싸이클론 내부에서는 연소가스중 분진특성에 따라 하중으로 자연적인 적층각을 형성, 이 적층각에 의해 배기가스의 유속이 증가하여 고체, 기체의 분리효율성이 증가하게 되나, 미연소 분진은 다시 유동층 소각로로 유도되어 재연소되므로, 제 1 차로 분진이 여과되고, 싸이클론을 빠져나온 연소가스에는 아직 미세한 분진과 대기오염물질 및 폐열이 포함되어 있는 상태이므로 연소가스가 폐열회수 및 대기오염물질 방지부의 열교환기를 지날때 내부의 열교환부재에 의해 폐열이 열교환 매개체로 회수되고, 연소가스는 퀀칭챔버(302)와 벤츄리스크라버(303) 및 습식스크라버(401) 내부에서의 무화구역을 차례로 통과하게 되므로, 2차, 3차의 오염물질 제거가 분진제거 상태가 이루어져 연소가스는 깨끗하게 정화된 상태로 굴뚝을 통해 대기중으로 배기된다.

상기의 연소방법에 의하면 유동층의 온도는 항상 최소 1300℉를 유지하여 유기물이 순간적으로 완전히 산화연소되면서 연소되지 않은 가연성 물질이 배출되지 않게 된다.

따라서, 짧은 시간이 산업폐기물들이 완전히 연소되며, 분진, 대기오염물질등이 모두 제거된 상태로 대기로 배출됨과 아울러 폐열회수가 이루어져 높은 연소효율의 증대효과를 기대할 수 있고, 이동식 유동상 소각로로 제작하는 경우에는 콘테이너체 상부에 노출된 부분의 결압요소를 분해하면 유동상 소각로의 보관과 이동이 가능한 효과가 있다.

상기와 같은 연소방법은 유동상 소각로가 이동식이든 고정식이든 간에 관계없이 적용할 수 있는 것으로서, 상기의 이동식 유동상 소각로 또는 유동상 소각로 연소방법에 따른 유동상 소각로 구동상태를 설명하면, 도시하지 않은 메인스위치를 연결하고 연소가스 덕트에 설치된 댐퍼(102b)를 50% 정도로 닫고 LPG가스밸브를 열어 예열가스히터(201)를 "온"시켜 60℃까지 승온되게하여 가스를 기화시키는 작용을 한다.

여기서 연소가스는 통상 LPG가 사용된다.

예열가스히터(201)가 60℃에 이르면 버너(202)를 점화한다.

점화된 버너에 의해 발생되는 연소가스는 대부분에 가열실(101)로 유입된다.

따라서, 가열실(102)은 유입되는 연소가스에 의해 600℃까지 승온된다.

가열실(102)로 연소가스를 계속해서 공급하여 750℃까지 승온되게 하고, 750℃에 도달되면 가열실의 온도가 소각실(101)에 전달되며, 이때 LPG연소가스덕트의 댐퍼(102b)를 75%정도 닫는다.

그리고 제 2 호퍼체(107)의 밸브체(110)중 상층의 밸브를 열고 하측의 밸브는 잠금상태에서 유동물질인 모래를 제 2 호퍼체(107에 주입한 후, 상측밸브를 닫고, 하측밸브를 열어 스크류축이 구동되게 하면 모래는 압축공기와 함께 소각실(101)내의 공기공급부(101a)위에 쌓이게 되낟.

이후에 송풍부재인 루우트 송풍기(104)를 구동시켜 생성되는 압축공기를 소각실(101)내로 공급하므로, 유동물질은 로내의 공간부(101b)에서 끓는 물처럼 유동된다.

계속해서 스프레이 펌프(502)와 보일러 펌프(503)를 "온"시킨뒤 석탄원료의 가연성 고형물질을 제 1 호퍼체(106)에 주입하여 상측 밸브를 열어 통과시킨뒤 상측밸브를 닫은 상태에서 닫혀 있는 하측밸브를 열고, 스크류축을 구동시키면 고형폐기물 및 석탄연료의 가연성 고형물질을 스크류축 수장실(106a)에 공급되어 보일러펌프(502)의 물과 함께 소각실(101)로 공급된다.

그러므로 가연성 고형물질은 750℃되는 로내에 공급되어 압축공기에 의해 가연성 고형물질은 모래와 함께로의 공간부에서 유동한다.

상기의 연소상태를 설명하면 소각실(10)의 바닥에서 압축공기를 분사하고 있으므로 유동상 로내에 공급된 고형폐기물 및 석탄연료의 가연성 고형물질과 슬럿지, 폐유등 산업유해 폐기물의 가연성 물질이 모래의 유동물질과 함께 가열실내에서 끓는 액체와 같이 유동하게 된다.

이로써 유동물질과 고형물질등의 난류혼합은 입자들이 골고루 분포되도록 유도하여 산소와 고형물의 적정 접촉이 유발되며, 유동입자의 표면적이 광대하게 되어 급속열전달이 가능케 되낟.

따라서 신속하고 완벽한 연소가 유도되어 일반적으로 정기적으로 요구되는 로내체류 시간의 필요성을 감소시킨다.

그결과, 유동상 소각실에서는 가연성 고형물들의 최고연소 효율을 얻을 수 있다.

상기에서 연소재를 석탄성분의 가연성 고형물질로 사용했지만 정유공장에서의 슬럿지와 하수처리장 슬럿지등을 연료로하는 가연성 고형물질 외에도 폐유, 산업 유해폐기물의 가연성 물질을 사용할 수도 있다.

이경우에는 열과환가 공급되는 제 2 호퍼(107)에 상기 고형물질외에 가연성 물질을 공급한다.

이때에도 이중밸브의 상측밸브와 하측밸브를 순차적으로 열고 닫아 연소재가 연소실의 내압으로 외부에 튀어 나가는 현상을 방지하고, 스크류축 수장실에 보일러 탱크 펌프에 의해서 물이 공급되어 슬럿지 또는 가열성 고형물질 및 가연성물질을 물과 함께 소각실(101)내에 공급되게 한다.

이러한 연소상태로 인해 가연성 고형물질은 최대한 열효율을 나타낸다. 연소된 후에 연소가스는 배기과정을 거치게 된다.

배기과정에서 연소가스 싸이클론체(109)에 유입될 때 유압가스압으로 집진실(109b)의 내벽을 따라 회전을 일으켜 연소가스속에 포함된 미연소 분진과 가스가 원심분리되어 가스는 집진실(109b)을 빠져나와 폐열 및 대기오염물질 방지부(300)측으로 유입되고, 연소재의 분진은 집진실의 원통형 적재공간에 쌓여 직경이 작은 회수관 입구에서 직경이 큰 집진실의 내벽 공간 사이를 호퍼의 경사면과 같은 경사면을 형성하면서 소각실(101)내로 유도되어 재연소된다.

싸이클론체(109)를 거쳐 1차적으로 분진 및 대기오염 물질이 제거된 연소가스는 폐열회수 및 대기오염 물질방지부(300)로 유입되어 열교환실(301)을 거치게 된다.

상기 열교환실(301)에는 보일러탱크(501)의 물이 펌프에 의해 일정한 형태의 유로를 따라서 환류하기 때문에 이곳을 지나는 연소가스에 함유된 페열은 보일러의 물과 열교환작용이 이루어져, 뜨거워진 물을 소정의 장소로 보내어져 소망하는 목적으로 이용된 후 냉각된 상태로 보일러 탱크에 환수된다.

폐열이 회수된 연소가스는 이어서 수직하방에 연결 설치된 퀀칭챔버(302)내로 유입되어 스프레이 펌프에 의해 분무되고 있는 물막을 통과할 때, 연소가스와 분무된 수분의 접촉에 의해 분무되고 있는 물막을 통과할때, 연소가스와 분무된 수분의 접촉에 의거 가스의 온도를 적정온도로 강화시켜준다(냉각).

적정온도로 된 연소가스는 퀀칭챔버 직하방에 연결된 벤츄리부(303)으로 유입된다. 벤츄리스로터에서는 단면적이 작기 때문에 이곳을 지나는 가스의 유속이 증가되며, 이때 벤츄리에 유입된 물은 소입자로 분쇄되므로 연소 가스중에 포함된 분진은 이들 물소입자에 흡착되어 스크라버(SCRUBBER)로 유입되어 디퓨저(DIFFUSER)를 통과하게 된다.

따라서 잔존한 분진입자들의 3차제거가 이루어지며, 동시에 가스에 포함된 대기오염 물질도 상기의 작용으로 제거된다.이때에는 대상 가스오염물질에 따라 스크러버에 흐르는 물에 적절한 화학약품을 첨가하여 화학반응을 일으키는 방법을 채택한다.

이상에서와 같이 본 발명은 유동층 소각로에서의 연소시 발생되는 연소가스가 배기과정에서 무화되는 물막을 수차례 통과하도록 하고, 최종적으로 연소가스가 물막을 수직상방향으로 거치도록 하므로 연소가스에 포함된 분진과 대기오염 물질의 질량이 증가되고, 이에 더하여 물의 분사로 물먹은 분진과 대기오염 물질의 상승을 방해하는 작용을 이루므로, 슬럿지 페유산업 유해물 폐기물의 소각을 안정되고 원활하게 하고, 배기되는 연소가스에는 대기를 오염시키는 오염물질을 완전히 제거되는 상태로 배기되어 대기를 오염시키지 않아 환경보호의 이점이 있는 것이다.

또, 유동층 소각장치를 콘테이너체에서 분리가능하게 설치함으로 형성되는 이동싱 유동층 소각로는 설치장치와 소각대상의 공급위치에 따라서 소각연소장치를 이동시킴이 가능하여 산업폐기물의 처리가 용이한 이점이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 유동물질이 채워져 가열되는 유동층 소각로를 예열실에서 예열시키는 예열단계 ; 유동상 소각로의 가열실을 소정의 고온으로 가열시키는 가열단계 ; 유동층 소각로의 소각실에 유동물질을 채우고 송풍부재를 동작시켜 생산되는 압축공기에 의해 유동물질이 로내에 유동되도록 하는 유동형성단계 ; 가연성 고형물질을 압축공기 및 물과 함게 유동층 소각실내로 공급하는 가연성물질 공급단계 ; 소각로의 연소시 발생되는 연소가스에 포함된 폐열 및 연소분진을 회수, 제거하기 위한 대기오염제거단계가 순차적으로 이루어지는 것에 있어서 ; 상기 대기오염제거단계는 소각로에 접속된 싸이클체를 통과한 연소가스가 퀀칭챔버와 벤츄리 스크라버내에 형성된물막을 수직 하방향으로 통과하고, 굴뚝체의 습식스크라버내에 형성된 물막은 수직 상방향으로 통과하여 폐열을 회수하고, 분진을 침수, 제거토록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 소각로의 연소방법.