KR960010601B1 - 버너 불꽃이 서로 마주보는 회전가마 - Google Patents

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Description

버너 불꽃이 서로 마주보는 회전가마

제1도는 역류가마(countercurrent kiln)에서 폐기물을 소각시키는 것과 연관하여 수행되는 본 발명의 한 구현예의 개략도.

제2도는 동류가마(concurrent kiln)에서 폐기물을 소각시키는 것과 연관하여 수행되는 본 발명의 다른 구현예의 개략도.

제3도는 플러그 흐름(plug flow) 지역과 더불어 수행되는 본 발명을 설명하는 본 발명의 또 다른 구현예의 개략도.

제4도는 높은 운동량을 갖는 산화제를 연료단부에 있는 가마에 주입하기 위한 단일 오리피스 산화제 주입장치의 설명도.

제5도는 높은 운동량을 갖는 산화제를 연료단부에 있는 가마에 주입하기 위한 다중 오리피스 산화제 주입장치의 설명도.

제6도는 본 발명의 실행에 사용될 수 있는 버너의 설명도.

제7도는 연료를 가마에 주입하기 전에 오목한 공동내에서 연료와 산화제를 반응시키는 장치의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전가마 2 : 회전 원통형 몸체

3,4 : 비회전벽 6,20 : 도관

7,8,21,22 : 버너 12 : 랜스

본 발명은 회전가마(rotary kiln)에 관한 것이며, 더 상세하게는 가동식 회전가마(mobile rotary kiln)에 관한 것이다.

회전가마는 폐기물의 소각, 시멘트, 코우크 또는 그외 재료들의 하소(calcining), 세라믹의 연소(firing) 및 그외 많은 용도에 통상적으로 사용되는 직선 원통형의 내화용기이다. 폐기물의 소각시에는, 폐기물을 가마에 집어 넣고 가마의 한쪽 단부에서 회전가마에 주입된 연소연료 및 산화제에 의해 가마를 통과하는 동안 이를 연소시킨다. 가마에 연료 및 산화제의 주입은 가마를 통한 폐기물 또는 다른 재료들의 흐름과 동류(concurrent)적이거나, 또는 가마를 통한 폐기물 또는 다른 재료들의 흐름에 역류(countercurrent)적일 수 있다.

가마내에서 생성된 기체는 가마의 한쪽 단부에 위치한 도관을 통해 제거된다. 폐기물을 가마에 통과시킨 후, 연소된 폐기물로부터 얻어진 재(ash)는 가마에서 제거한다.

역류가마에 있어서, 고온연소가스(hot combustion gas) 및 과량의 공기는 폐기물로부터 나온 1차 휘발성 연소물을 가마를 통해 운반한다. 이러한 연소물은 연소되어 폐기물을 더욱 건조시키는 흐름 폐기물(flowing waste)에 역류적인 부가의 열 흐름을 발생시킨다. 노기체(furnace gas)는 가마에 대한 내화손상을 초래하거나 산화질소(NOx)의 발생을 활동적으로 촉진시키는 과열현상 없이, 방출된 열을 흡수하기에 충분한 양을 포함하여야 한다. 따라서, 폐기물과 같은 가마를 통과한 재료의 처리량은 주입된 연료 및 산화제와, 만일 휘발물이 존재한다면 연소 휘발물에 의해 가마내에서 발생된 노기체의 양에 의해 제한되고, 또한 열이 노기체에 의해 젖은 재료 또는 다른 흡열부로 전달될 수 있는 속도에 의해 제한된다.

동류가마에 있어서는, 휘발성 연소물로부터 방출된 열이 습윤재료의 흡열부를 통과하여야 하는 또 다른 문제점이 나타난다. 일반적으로, 휘발성 연소물을 휘발시킬 정도의 여분의 열을 건조지역에 제공하여 재료를 건조시키기 위한 보조버너가 필요하다. 이것은 입자화된 잔류물을 증가시키는 관을 통한 기체의 체적 유속을 증가시키고, 가마를 통한 처리량을 제한하는 공기오염장치에 적재된다.

역류 및 동류 회전가마에 대한 처리량 제한(throughput limitation)을 유발시키는 열원과 흡열부의 부조화는 길이 대 직경(L/D)비가 4를 초과하는 가마와 같은 긴 회전가마에서 더 심각하다.

최근에 폭넓게 사용되어왔던 회전가마는 위험 폐기물의 소각에 사용된다. 이러한 응용에 특히 유리한 회전가마는 위험 폐기물 장소에 운반한 다음 위험 폐기물 장소를 청소한 후 제거할 수 있는 이동 또는 운반가능한 회전가마이다. 불행하게도, 가동식 회전가마는 운반의 문제 때문에 고정식 회전가마보다 크기가 더 작아야 한다. 따라서, 상기 언급한 처리량 제한은 가동식 회전가마의 경우에서 더 심각하다.

따라서, 본 발명의 목적은 내화 손상에 대한 높은 잠재성을 유발시키거나 NOx 형성을 촉진하는 조건을 발생시키지 않으면서, 통상의 회전가마 조작방법으로 얻을 수 있는 것보다 증가된 처리량을 갖는 회전가마의 조작방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내화손상에 대한 높은 잠재성을 유발하거나 NOx 형성을 촉진하는 조건을 발생시키지 않으면서, 통상의 회전가마 조작방법으로 얻을 수 있는 것보다 증가된 처리량을 갖는 회전가마의 조작방법을 제공하는 데에 있다.

본원을 숙독함으로써 당업자들이 명백히 알 수 있는 상기 및 그외 목적들은 다음과 같은 특성을 갖는 본 발명의 한 구현예에 의해 달성된다.

그 예로서, 본 발명의 회전가마는

(A) 내경을 갖는 회전 원통형 몸체(rotatable cylindrical body)와;

(B) 회전 원통형 몸체의 각 단부에 있는 비회전벽과;

(C) 회전 원통형 몸체의 한 단부에 있는 도관장치와;

(D) 도관단부를 향해 산화제를 회전 원통형 몸체내에 주입하도록 지향되고, 도관 반대쪽 단부의 비회전 벽내에 위치한 제1산화제 주입장치; 및

(E) 도관의 반대쪽 단부를 향해 산화제를 회전원통형 몸체내에 주입하도록 지향되고 회전 원통형 몸체 내경의 적어도 2배인 길이를 통과하기에 충분한 운동량(momentum)을 갖는 산화제를 주입하도록 선택되며, 도관쪽의 비회전식 벽내에 위치하는 제2산화제 주입장치로 이루어진다.

또 다른 예로서, 본 발명은

(A) 휘발성 물질을 포함하는 공급물을 회전식 원통형 몸체내에 공급하는 단계와;

(B) 회전식 원통형 몸체의 한쪽 단부에 있는 도관을 통해 회전식 원통형 몸체로부터 기체를 제거하는 단계와;

(C) 도관쪽을 향한 가스흐름을 발생시키도록, 도관쪽 방향으로 도관의 반대쪽 단부에 있는 회전식 원통형 몸체내에 산화제를 주입하는 단계와;

(D) 도관쪽을 향한 기체흐름과 적어도 같은 운동량을 갖는 산화제를 도관쪽 단부에서 도관 반대쪽 단부 방향으로 회전식 원통형 몸체내에 주입하는 단계; 및

(E) 회전식 원통형 몸체내에 있는 공급물로부터 재료를 휘발시키는 단계로 이루어진 회전가마의 조작방법을 포함한다.

본원에 사용된 용어 원통형은 일반적으로, 원형 방사상 단면을 갖는 관모양을 의미한다.

본원에 사용된 용어 폐기물은 연소지역내에서 부분적 또는 전체적으로 연소하고자 하는 소정의 재료를 의미한다.

본원에 사용된 용어 버너는 산화제와 연소재료를 둘다 분리 또는 혼합물로서 연소지역에 제공하는 장치를 의미한다.

본원에 사용된 용어 랜스(lance)는 산화제 또는 연소재료중 하나만을 연소지역에 제공하는 장치를 의미한다.

본원에 사용된 용어 재순환비(recirculation ratio)는 연소지역에 주입된 총 유체의 질량 유속(mass flowrate)에 대한 기류주변의 뒤쪽으로 재순환된 재료의 질량 유속의 비를 의미한다.

본원에 사용된 용어 연소물은 연소지역 조건하에서 탈 수 있는 물질을 의미한다.

본원에 사용된 용어 비연소물은 연소지역 조건하에서 탈 수 없는 물질을 의미한다.

본원에 사용된 용어 휘발성 물질은 고체 또는 액체물질의 분해 또는 열해리, 또는 건조에 기인하는 증기물질과 같은, 연소지역 조건하에서 증기상태를 거칠 수 있는 물질을 의미한다.

본원에 사용된 용어 상당 지름은 여러개의 오리피스를 갖는 주입장치의 면적의 합과 동일한 총 면적을 제공하는 단일 원형 오리피스의 직경을 의미한다.

본 발명은 가마내에 바람직한 온도 프로필을 유지시켜서 회전가마 처리량을 크게 증가시킨다. 이는 가마의 다른 부분에 열을 제공하기 위한 가마의 한 부분에서의 고온의 필요성이 감소된 가마를 통해 큰 온도편차를 감소시킨다. 이외에도 가마내의 건조지역에 열을 제공하는 보조연료 연소의 필요성도 감소된다. 따라서, 편중된 고온 또는 연도가스 유속에 의한 처리량 제한이 완화된다.

본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다.

제1도에는 회전 원통형 몸체(2)와 연소지역(5)을 한정하는 회전 원통형 몸체의 각 축방향 단부에 있는 비회전벽(3,4)을 갖는 회전가마(1)가 도시되어 있다. 바람직하게 가마는 4 내지 8의 길이 대 직경비를 갖는다.

도관(6)은 회전 원통형 몸체(2)의 한 축방향 단부에 위치해 있다. 비록 도관이 제1도에는 수평의 방위를 갖는 것으로 도시했지만, 도관은 수직 또는 다른 적당한 방위를 가질 수도 있다. 제1버너(7)와 같은 제1산화제 주입장치는 도관(6)을 갖는 벽의 반대편인 비회전벽(4)내에 위치해 있다. 제1버너(7)는 도관쪽 방향으로 연료 및 산화제를 회전 원통형 몸체(2)내의 연소지역(5) 내측으로 주입하도록 배향된다. 제2버너(8)과 같은 제2산화제 주입장치는 도관족의 비회전벽(3)에 위치해 있고, 도관 반대쪽 방향으로 연료 및 산화제를 연소지역(5) 내측으로 주입하도록 배향된다. 선택적으로 제1 및 제2산화제 주입장치중 하나 또는 둘다는 랜스(12)와 같은 랜스일 수 있다. 이러한 경우에, 단지 산화제만이 랜스로부터 연소지역으로 주입된다.

도관단부에서 이격되는 방향으로 산화제를 가마 내측으로 주입하는 제2산화제 주입장치는 회전 원통형 몸체의 길이가 내경의 적어도 2배인, 바람직하게는 직경이 적어도 길이의 50%인 가마를 통과하기에 충분한 운동량을 갖는 산화제를 주입하도록 선택한다. 이러한 높은 운동량을 수행하는 하나의 장치는 가마 내경의 1/30 이하, 바람직하게는 가마내경의 1/100 이하의 지름 또는 동일 지름을 갖는 제한된 오리피스 또는 다중 오리피스를 통해 산화제를 주입한다. 제한된 오리피스는 베르누이 방정식(Bernoulli's equation)에 정의한 바와 같이 산화물에 높은 속도를 전달하며, 운동량은 질량과 속도에 비례하기 때문에 높은 속도는 운동량을 증가시킨다.

높은 운동량을 수행하는 또 다른 장치는 제2산화제의 질량을 증가시킴으로써 수행된다. 그러나, 이것은 연료 주입구를 향한 기체 흐름의 운동량과 질량을 동시에 증가시키기 때문에 이는 바람직하지 못하다.

제4도, 제5도 및 제6도에 상기 제2산화제 주입장치(버너)를 설명하였다. 제4도에는 산화제의 주입을 위한 제한된 오리피스를 갖는 단일 오리피스 노즐을 도시하였다. 제5도는 필요한 높은 운동량을 달성할 수 있는 제한된 동일 지름을 갖는 다중 오리피스 노즐을 도시하였다. 제6도는 산화제 및 연료를 중심튜브를 통해 주입하여 산화 기체를 제조할 수 있는 버너를 도시하였다. 산화제는 중심튜브를 통해 공급되고, 연료는 외부 환형 통로를 통해 공급될 수 있으나, 또는 그 반대로 할 수도 있다. 중심튜브는 단일 또는 다중 오리피스 노즐과 끼워맞춰질 수 있다.

제7도에 도시한 또 다른 구현예에서는 산화제와 일부 연료를 가마벽내에 움폭파인 공동(cavity)내에서 반응시키고 팽창시킬 수 있다. 공동은 혼합물의 단열 불꽃 온도 근처에서 열연소 생성물이 높은 속도로 공동을 빠져 나가는데에 있어서의 제한을 제공한다. 이러한 경우에 공동은 가마와 접촉하는 지점에서의 직경이 가마 내경의 1/10이어야 한다.

조작시에, 휘발성 물질을 포함하는 폐기물(9)과 같은 공급물을 주입기(10)를 통해서 연소지역(5)에 제공하여 연소지역을 통해 존재하는 베드(bed)를 형성한다. 본 발명에 사용된 그의 공급물들은 시멘트, 코우크, 세라믹, 및 물과 같은 휘발성 성분을 포함하는 기타 재료를 포함한다. 본 발명의 방법은 휘발성 연소물 및 휘발성 비연소물 재료를 포함할 수 있는 공급물로서의 폐기물로 상세히 설명될 것이다. 폐기물은 Resource Conservation Recovery Act(RCRA) 또는 Toxic Substances Control Act(TSCA)에 정의된 바와 같은 액체 및/또는 고체 폐기물일 수 있다. 폐기물은 물과 같은 휘발성 비연소물 및 일부 경휘발성 연소물을 건조시키는 건조지역(13), 부가적인 연소물을 휘발시키는 열분해지역(14) 및 잔류 고체를 연소시키는 목탄연소지역(15)에 통과시킨다. 얻어진 재를 연소지역(5)에서 재제거 도어(ashremoval door)(11)를 통해 제거한다. 당업자에 알려져 있는 바와 같이, 이들 지역들간에는 명백한 경계가 없다. 제1도에서 화살표들은 각기 지역(13,14)에서 불연소 및 연소물의 휘발을 나타낸다.

연료 및 산화제를 이들이 연소되는 연소지역(5)에 버너(7)를 통해 주입함으로써 연소지역에 열을 제공하여 상기 폐기물의 건조, 열분해 및 연소를 수행한다. 산화제는 공기, 99.5% 이상의 산소함량을 갖는 공업적으로 순수한 산소, 또는 25% 이상 및 바람직하게는 30% 이상의 산소함량을 갖는 산소강화 공기일 수 있다. 연료는 천연가스, 프로판, 연료유 또는 액체 폐기물과 같은 소정의 적당한 유체연료일 수 있다.

제1버너(7)를 통해 연소지역(5)에 주입된 연료 및 산화제의 연소; 및 폐기물로부터 증발된 휘발성 연소물의 연소는 도관을 향한 기체 흐름을 초래한다. 기체를 도관(6)을 통해 연소지역으로부터 제거한다.

연료 및 산화제는 제2버너(8)을 통해 연소지역(5)에 주입되며, 이것은 제1버너(7)을 통해 주입된 연료 및 산화제와 같은 것으로 정의할 수 있다. 버너(8)를 통해 주입되는 연료 및 산화제는 도관쪽으로 흐르는 기체 흐름의 운동량과 거의 동일한, 바람직하게는 상기 운동량의 200% 이상인 운동량을 가진다. 도관을 향한 기체 흐름은 제1버너를 통해 주입된 연료 및 산화제, 및 이들의 연소생성물, 수증기, 제2버너를 통해 주입된 재료의 연소생성물 및 휘발된 연소재료의 연소생성물을 포함할 수 있다. 공지된 바와 같이, 운동량은 유체의 속도와 질량의 곱이다. 이러한 방법으로, 버너(8)을 통해 주입된 연소반응 기류는 연소지역(5)에 상당한 정도, 바람직하게는 적어도 가마 직경의 2배만큼 침투한다. 버너(8)를 통해 연소지역(5)에 주입된 연료 및 산화제의 연소로부터 방출된 열이 제공되어 폐기물의 상기 건조, 열분해 및 연소를 위한 열을 제공한다.

버너 불꽃이 서로 마주보는 본 발명의 배열은, 비록 도관쪽에서부터의 기체 흐름의 재순환이 본 발명의 성공적 조작에 필요할지라도, 제1도의 역흐름 화살표(16)에 의해 지적된 바와 같이 2개의 주입된 연소흐름은 서로 연소지역을 통해 재순환되는 것을 초래하기 때문에 통상의 회전가마 배열에서 보다 훨씬 더 균일한 연소지역내 온도를 초래한다. 더욱이, 도관쪽에서 연소흐름의 높은 운동량은 화살표(17)에 의해 나타난 바와 같이 향상된 재순환을 초래한다. 이러한 방식에서, 가마내의 온도편차는 더 잘 조절되어서 열전달속도 또는 도관기체 흐름속도에 근거한 처리량 제한이 완화된다. 이외에도, 높은 운동량 불꽃은 조절되어 바람직할 경우, 부분적으로 적재물에의 복사 및 대류적인 열전달을 향상시킬 수 있다.

바람직한 조작방법에 있어서, 산화제 주입장치, 즉, 버너(7,8)을 통해 주입된 산화제 흐름중 하나 또는 둘다를 연소지역내에 기체의 재순환을 제공할 정도로, 바람직하게는 4 이상의 재순환비를 제공할 정도의 높은 속도로 주입한다: 바람직하게는 산화제 흐름속도 150ft/sec 이상이다. 이러한 방법에서 연소지역(6)내의 온도균일성은 향상된다. 이는 특히 제1버너(7)를 통해 주입된 산화제 흐름에 대한 경우에 특별하여, 제1도에 설명된 바와 같이, 기체를 연소지역만을 통과시키지 않고 연소지역(5) 내부를 한번 이상 순환시킴으로써, 연소지역(5)내의 혼합 및 연소효율을 향상시키고 상기 연소지역의 2부분에 있는 2개의 재순환지역내의 온도균일성을 더욱 향상시킨다.

다른 배열예로서, 도관쪽에 위치한 제2산화물 주입장치의 주입 단부는, 제1도 및 제2도에 설명된 바와 같이 위치한 벽과 동일한 높이에 주입 분출구를 갖기 보다는, 제3도에 설명된 바와 같이 연소지역으로 돌출되어 있다. 제3도의 주요부분에 대한 부호들은 제1도와 일치한다. 이러한 방법에서 플러그 흐름지역은 도관 직전에 형성된다. 플러그 흐름지역에서는 기체의 역혼합(backmixing) 또는 재순환이 거의 일어나지 않는다. 더 잠잠한 플러그 흐름지역에서, 기체 속도는 재순환 흐름의 결핍으로 인하여 감소한다. 따라서, 공중부유입자(air-borne particulate)는 기체흐름으로부터 가라앉을 수 있다. 또한, 기체는 다소 냉각되어서 기체속도를 감소시킨다. 돌출부는 실질적으로 길이가 길 수 있고, 통상적으로 가마 직경의 약 1배이다.

역류 가마에서는, 건조지역에서 더 연소를 수행하기 위해 공업적으로 순수한 산소와 같은 부가적 산화제를 도관쪽에서 연소지역으로 주입하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 다량의 연소물이 공급물로부터 휘발되고 건조지역내에 열분해 또는 연료보강 상태를 초래하는 흐름 기체에 의해 건조지역으로 운반되는 경우에 특히 더하다. 부가적인 산화제는 제2산화제 주입장치로서 사용된 랜스(12) 또는 버너(8)를 통해 주입할 수 있다.

본 발명은 가마조작자가 가마의 양쪽 끝에 있는 2개의 분리된 연소조절지역을 갖는 회전가마의 조작할 수 있게 한다. 화학양론적 조작이외에도, 가마의 양쪽 끝의 연소조절지역은 열분해(연료 풍부) 또는 산화(산소 풍부) 조건을 가지고서 조작할 수 있어서 가마구조 및 연소공정조절에 유연성을 더할 수 있다. 예로서, 특히 높은-BTU 폐기물의 공정에 있어서, 역류 회전가마의 도관쪽의 연소조절지역은 열분해 양태로 진행될 수 있어서 폐기물로부터 방출된 연소성 기체는 재순환되고, 도관쪽 버너로부터의 높은 운동량 흐름으로 도입되어 산화제를 소비한다. 가마의 다른쪽면의 연소조절지역내 잔류 목탄은 연소를 완결짓는 산화조건에 노출시킬 수 있다.

본 발명의 방법에서 산소 강화물의 사용은 도관을 향한 기체 흐름의 운동량을 감소시켜 가마로의 도관쪽에서의 주입을 더 쉽게 하고, 또한 도관을 통한 기체 흐름의 체적 유속을 감소시켜 처리량을 증가시킨다.

따라서 산화제와 함께 연소지역으로 주입된 비활성 질소 %가 낮을수록, 본 발명의 조작은 더 유리할 것이다. 따라서, 공기 누출에도 불구하고 최대 처리량을 달성하기 위해, 가장 바람직한 산화제는 공업적으로 순수한 산소이다.

제2도는 역류가마에서 폐기물의 소각을 수행하는 본 발명의 조작방법 및 회전가마를 도시하였다. 통상의 주요부분들에 대한 제2도의 부호들은 제1도와 일치한다. 제2도에 설명한 구현예에서, 도관(20)은 폐기물을 가마에 제공하는 단부의 반대쪽 단부에 위치한다. 랜스 또는 버너(21)와 같은 제1산화제 주입장치는 도관의 반대편 비회전벽(3)내에 위치하고, 랜스 또는 버너(22)와 같은 제2산화제 주입장치는 도관쪽 비회전벽(4)내에 위치한다. 산화제 주입장치, 즉, 버너(21,22)는 이들이 위치한 벽의 서로 반대편 벽을 향해 산화제를 주입한다. 제2도에 설명한 회전가마의 조작은 도관쪽을 향한 기체의 흐름이 건조, 열분해 및 목탄 연소지역을 통한 폐기물의 흐름과 역류적이 아니라 동류적인 것을 제외하고는 제1도에 설명된 회전가마의 조작과 유사하다.

위험 폐기물을 소각하는데에 사용된 통상의 회전가마에 있어서, 폐기물에서 방출된 독성 연기는 항상 연소지역의 불꽃지역만을 통과하지 않을 수 있다. 통상의 역류회전가마에 대해 퓨움을 가마내에서 높은 온도에 노출시키지 않을 수도 있다. 따라서 회전가마에 사용된 통상의 소각 시스템은 대부분 독성 구성물의 제거를 위한 2차 연소실에 의존한다. 그러나 연소지역내에 큰 기체 재순환을 초래하는 불꽃 버너들이 맞은편에 위치한 본 발명의 시스템에서는 폐기물로부터 휘발된 연기를 불꽃지역에 수차례 통과시켜 독성 성분들의 제거효율을 증가시킨다. 일부 경우에서, 이들은 독성 폐기물의 소각에 대한 2차 연소실의 필요성을 제거한다.

본 발명은 도관쪽 및 도관 반대쪽에서 산화제 및 유체연료를 독립적으로 또는 분리하여 조절 주입시켜 회전가마의 조작을 향상시킬 수 있다. 이는 두개의 산화제가 다른 산소함량을 가질 때, 즉 공기 및 공업적으로 순수한 산소일 경우 특히 유리하다.

예로서, 도관을 통해 제거된 기체의 체적 유속을 측정할 수 있다. 본원에 사용된 용어 측정은 수치의 산정, 계산 및 추정을 포함하는 수치에 다다르는 소정의 방법을 의미한다. 이어서, 유속을 이미 정해진 바람직한 유속과 비교할 수 있고, 산화제들의 유속비는 측정된 유속이 바람직한 유속을 향한 방향으로 변하도록 조절, 즉 변화시킬 수 있다. 종래의 공정과는 반대로, 도관으로부터 떨어진 기체 흐름을 가마에 통과시키는 도관쪽에서 주입된 산화제의 높은 운동량 때문에 도관 기체 유속의 변화는 주입된 산화제의 유속비 변화와 함께 수행될 수 있는 반면에 바람직한 온도 프로필 및 분위기를 유지할 수 있다.

다른 예에서, 회전 원통형 몸체내의 압력을 측정할 수 있다. 대표적으로 폐기물이 소각될 때 가마내의 압력은 부압(negative pressure)이 바람직하다. 이어서, 측정된 압력은 이미 정해진 바람직한 압력과 비교할 수 있고, 산화물의 유속비는 측정된 압력이 바람직한 압력방향으로 변화되는 한편, 바람직한 온도 프로필 및 노분위기를 유지하도록 조절할 수 있다.

회전가마 조작의 조절을 개선하기 위한 또 다른 방법에 있어서, 도관쪽 지역 및 도관 반대쪽 지역내의 열 소요량을 측정하고, 동시에 만일 필요하다면 열소요량을 수용하는 산화제 및 유체연료 하나 또는 둘다의 흐름을 조절할 수 있다.

소정의 조작 변수를 측정하고, 이러한 변수에 대해 이미 정해진 바람직한 수치와 비교할 수 있고, 산화물의 유속비 및 총 유속을 조절하여 변수의 측정된 수치를 이러한 변수에 대한 바람직한 값으로 변화시킬 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 산화물의 비 및 총 유속의 변화에 근거한 상기 유리한 조절은 통상의 공정에서와 같이 도관쪽 근처에만 미미하게 영향을 미치기 보다는 가마내의 기체흐름 패턴상의 현저한 효과를 갖는 도관쪽에서 주입된 산화물의 높은 모멘트에 기인한다. 본 발명의 두드러진 장점은 가마의 양 단부에서의 분위기 및 온도 또는 열방출을 독립적으로 조절하는 동시에, 기체유속 또는 가마내의 압력을 조절하는 능력이다.

가마내의 온도는 특히 원자화된 흐름으로서 물을 가마에 주입함으로써 제어 또는 조절할 수도 있다.

하기 실시예들은 예증의 목적으로 제공되며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.

실시예 1

제3도에 설명한 것과 유사한 냉류 모델의 회전가마(scaled-down cold flow model)를 사용한다. 가마 모델은 길이가 3.5ft이고, L/D비는 7이다. 노즐은 7380ft³/hr(CFH)의 체적 유속으로 기체를 도관쪽을 향해 주입하고, 버너는 초기속도가 1000ft/sec였던 670CFH 이하의 체적 유속에서 주입된 고속기류로 도관단부로부터 멀어지게 화염을 방사한다. 버너로부터의 흐름 운동량은 도관을 향한 기체흐름 운동량의 100 내지 500%이다. 도관쪽 기류로부터의 흐름을 가마 길이의 63.3% 이하 지점에 침투시킨다. 가마의 도관쪽 지역에서의 재순환 기체 흐름은 격렬하다.

실시예 2

길이가 45피트이고 내경이 6.5피트인, 제3도에 설명한 것과 유사한 역류 회전가마를 사용한다.

22,991BTU/1b의 열량을 갖는, 유속이 1066b/hr인 천연가스 및 유속이 4091b/hr인 산소를 가마에 5피트 정도 들어가 있는 버너를 통해 도관쪽에서 높은 운동량으로 가마에 주입한다. 유속이 11,000lb/hr인 공기 및 유속이 6131b/hr인 천연가스를 도관 반대쪽에서 버너를 통해 가마에 주입한다. 가마를 부압에서 조작하고, 주위공기를 5500lb/hr의 유속으로 가마에 유출시킨다. 15%의 수분함량을 가지지만 어떠한 열수치도 갖지 않는 독성 폐기물로 이루어진 오물을 25ton/hr의 속도로 도관쪽에서 가마에 주입한다. 재를 42,494lb/hr의 유속으로 900°F의 온도에서 가마로부터 제거하고, 3.1%의 산소함량을 갖는 기체를 1600°F의 온도에서 29,777lb/hr(실제로 30,630ft³/min)의 속도로 도관을 통해 가마로부터 빼낸다.

단지 공기연소 버너의 점화의 경우, 최대 오물처리 속도는 900°F의 재 온도에서 16ton/hr이다. 이외에도 방출구쪽에 산소 강화물을 갖고 방출구쪽을 향한 산소버너 점화가 없는 경우, 화염은 짧아지고 연소가스 온도변화율은 크게 증가하여, 증가된 처리량에서 오물은 해독반응을 수행하는 승온에서 충분히 잔류될 수 없게 된다.

비록 본 발명을 특징 구현예로서 상세히 설명하였지만, 청구범위에 본 발명의 다른 구현예가 있음을 당업자들은 인지할 것이다.

Claims (25)

1. 내경을 갖는 회전 원통형 몸체(2)와, 회전 원통형 몸체의 각 단부에 있는 비회전벽(3,4)과, 회전 원통형 몸체의 한 단부에 있는 도관(6,20)과, 도관단부를 향해 산화제를 회전 원통형 몸체내에 주입하도록 지향되고 도관 반대쪽 단부의 비회전벽내에 위치한 제1버너 및 도관의 반대쪽 단부를 향해 산화제를 회전식 원통형 몸체내에 주입하도록 지향되고 도관쪽의 비회전식 벽내에 위치하는 제2버너(2)로 이루어지는 회전 가마에 있어서의 처리량을 증대시키기 위한 조작방법으로서,

   (A) 휘발성 물질을 포함하는 공급물을 회전 원통형 몸체(2)에 공급하는 단계와:

   (B) 기체를 회전 원통형 몸체의 한쪽 단부에 있는 도관(6,20)을 통해 회전 원통형 몸체로부터 제거하는 단계와;

   (C) 도관단부쪽 방향으로의 가스흐름을 형성하도록, 도관단부(7,21)의 반대쪽 단부에 있는 회전 원통형 몸체 내측으로 산화제를 주입하는 단계와;

   (D) 상기 도관단부쪽을 향한 기체흐름과 동일한 운동량을 갖는 산화제를 상기 도관의 반대쪽 단부(8,22)방향으로 도관단부에 있는 회전 원통형 몸체 내측에 주입하는 단계와;

   (E) 회전 원통형 몸체내에 있는 공급물로부터 폐기물(9)을 휘발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전가마의 조작방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공급물은 기체가 도관을 통해 나오는 단부와 동일한 단부에 있는 회전 원통형 몸체 내측에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급물은 기체가 도관을 통해 나오는 단부의 반대쪽 단부에 있는 회전 원통형 몸체 내측에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 공급물은 연소물질을 포함하는 폐기물임을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 회전 원통형 몸체내의 폐기물로부터 휘발된 가연물질을 더욱 연소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 공급물은 휘발물로서 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 단계(C) 및 (D)에서 회전 원통형 몸체에 주입된 산화제중 하나 이상은 공업적으로 순수한 산소임을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 단계(C)에서 회전 원통형 몸체내에 주입된 산화제는 공기이고, 상기 단계(D)에서 회전 원통형 몸체내에 주입된 산화제는 공업적으로 순수한 산소임을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 단계(D)에서 회전 원통형 몸체내에 주입되는 산화제는 단부에 있는 벽에 일직선상으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 단계(D)에서 회전 원통형 몸체내에 주입되는 산화제는 단부에 있는 벽으로부터 연장되게 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 단계(C)에서 연료를 산화제와 함께 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 단계(D)에서 연료를 산화제와 함께 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 연소는 열분해 조건하에서 도관단부쪽 및 도관단부의 반대쪽중 어느 한 곳 이상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 연소는 산화조건하에서 도관단부쪽 및 도관단부의 반대쪽중 어느 한 곳 이상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 연소는 열분해 조건하에서 도관단부쪽에서 수행되고, 산화조건하에서는 도관의 반대쪽에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 도관을 통해 제거된 기체의 체적 유속을 측정하고, 측정한 유속을 미리 정해진 바람직한 유속과 비교하고, 도관기체 체적 유속이 바람직한 유속으로 변하도록 단계(C)에서 주입된 산화제와 단계(D)에서 주입된 산화제의 체적 유속비를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 회전 원통형 몸체내의 압력을 측정하고, 측정한 압력을 미리 정해진 바람직한 압력과 비교하고, 회전 원통형 몸체내의 압력이 바람직한 압력으로 변하도록 단계(C)에서 주입된 산화제 및 단계(D)에서 주입된 산화제의 체적 유속비를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 도관쪽과 또한 도관 반대쪽에서 열소량을 측정하고, 단계(C)에서 주입된 산화제 및 단계(D)에서 주입된 산화제중 어느 하나 이상의 흐름을 조절하여 측정된 열소요량을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 단계(C)에서 주입된 산화제와 단계(D)에서 주입된 산화제가 서로 다른 산소함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항에 있어서, 조작 변수값을 측정하고, 측정한 값을 그 변수에 대한 미리 정해진 바람직한 값과 비교하고, 측정한 수치가 바람직한 값으로 변화하도록 단계(C)에서 주입된 산화제 및 단계(D)에서 주입된 산화제의 체적 유속비를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제1항에 있어서, 회전 원통형 몸체의 각각의 단부에서 온도 및 분위기를 별개로 조절하는 동시에 회전 원통형 몸체 내측으로의 기체 유속을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제1항에 있어서, 단계(D)에서 회전 원통형 몸체내에 주입된 산화제는 그 단부에 벽으로부터 움푹파인 공동 내측으로 도입시키고 그후에 공동으로부터 회전 원통형 몸체내로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 일부 산화제는 공동내에서 연료와 함께 연소하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제1항에 있어서, 상기 단계(D)에서 주입된 산화제는 버너로부터 발생된 산화 기체임을 특징으로 하는 방법.
25. 제1항에 있어서, 물을 회전 원통형 몸체내에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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