KR100638630B1 - 저온 가스화 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활 쓰레기인 폐기물을 분해하여 가스화하는 소각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성산소와 자성체를 이용하여 저온에서 폐기물을 가스화하는 소각장치에 관한 것이다.

본 발명의 저온 가스화 소각장치는, 소각탱크; 상기 소각탱크 바닥에 장착되는 자성체; 상기 소각탱크로 활성산소를 공급하는 활성산소공급부재;를 포함하여 이루어지고, 상기 소각탱크의 배출구에 인접하여 장착되고, 인입되는 가스를 액화시키는 탈류조를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고, 상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 인입되는 가스를 연소시켜 방출하는 가스연소실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고, 상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 백금촉매를 사용하여 인입되는 가스의 유해성분 및 냄새를 제거하여 방출하는 가스정화실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소각장치는 폐기물을 소각함에 있어 석유나 도시가스와 같은 보조연료가 필요치 않고, 대기로 방출되는 가스는 무해무취의 가스이다.

폐기물, 소각, 저온, 가스화, 활성산소, 자성체, 래디컬반응, 다이옥신

Description

저온 가스화 소각장치{INCINERATION DEVICE}

도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 소각장치의 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 소각장치의 개략적인 블록도.

도 4 는 본 발명의 가이드부재의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 소각탱크 20 : 자성체

30 : 활성산소공급부재 40a,40b : 탈류조

50 : 가스연소실 60 : 가스정화실

70 : 제어부 80 : 블로우펌프

90 : 가이드부재 1 : 배기통

본 발명은 생활 쓰레기인 폐기물을 분해하여 가스화하는 소각장치에 관한 것 으로, 보다 상세하게는 활성산소와 자성체를 이용하여 저온에서 폐기물을 가스화하는 소각장치에 관한 것이다.

현재 폐기물의 처리는 매립, 소각, 미생물에 의한 분해 등으로 수행된다.

이중 매립은 매립공간의 확보가 어렵고 플라스틱 같이 수백년이 지나도 분해되지 않는 물질이 있어 바람직하지 않고,

미생물에 의한 분해는 처리될 수 있는 유기물이 음식쓰레기 같은 물질로 한정적이고, 처리과정에서 악취가 발생하고, 미생물이 변종될 위험이 있고, 러닝코스트가 많이 드는 문제가 있어,

많은 폐기물이 소각에 의해 처리되고 있는 실정이다.

폐기물의 소각은 대부분이 소각로를 이용하여 고온에서 완전연소 방식으로 행해지고 있는데, (여기서 연소라 함은 물질이 산소와 결합하여 빛과 열을 내면서 타는 것을 말한다.) 그 연소과정에서 다이옥신, PFC, 퓨란, 휘발성유기화합물 등의 유해가스가 생성된다.

그래서 이러한 유해가스의 대기 방출로 인항 오염을 방지하기 위한 소각장치가 제시되고 있다. 이러한 소각장치로는 공개번호 제10-2006-25065호 "열분해 처리장치", 공개번호 제10-2005-0004647호 "플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법" 등이 있다.

상기에서 제시된 두 소각장치는 모두 폐기물을 고온에서 연소(또는 열분해) 시키고, 폐기물의 연소로 발생된 혼합가스를 플라즈마 방식에 의해 고온에서 재 연소시킴으로서 다이옥신이나 PFC 같은 유해가스를 제거하는 장치에 관한 것이다.

이와 같이 혼합가스를 고온에서 연소시켜 혼합가스에 포함된 유해가스를 제거하는 장치로는 공개번호 제10-2006-24252호 "프라즈마 반응기", 공개번호 제10-2006-25066호 "유해가스 처리용 플라즈마 장치" 등도 있다.

이상에서 검토한 종래의 소각장치들은 발생된 유해가스를 제거하는데 초점을 두고 있다.

그런데 많은 유해가스들은 저온에서는 발생되지 않는다. 특히, 다이옥신의 경우 폐기 유기물의 소각 온도가 300도를 넘지 않으면 발생되지 않는다. 따라서 폐기물을 저온에서 소각하게 되면 다이옥신 같은 유해가스의 발생자체를 방지할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 폐기물을 저온에서 소각하여 발생되는 유해가스의 종류 및 양 자체를 줄이고, 발생된 유해가스는 탈류조를 통해 액화하여 제거하고, 마지막으로 백금촉매를 사용하여 유해성분 및 악취를 제거한 가스를 대기로 방출하여 대기 오염을 최소화 할 수 있는 저온 가스화 소각장치를 제공함을 목적으로 한다.

그리고 활성산소 및 자성체를 이용하여 폐기물을 래디컬반응에 의해 폐기물 을 가스분해 소각함으로서 보조연료가 필요 없는 저온 가스화 소각장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저온 가스화 소각장치는,

소각탱크;

상기 소각탱크 바닥에 장착되는 자성체;

상기 소각탱크로 활성산소를 공급하는 활성산소공급부재;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 소각탱크의 배출구에 인접하여 장착되고, 인입되는 가스를 액화시키는 탈류조를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 인입되는 가스를 연소시켜 방출하는 가스연소실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 백금촉매를 사용하여 인입되는 가스의 유해성분 및 냄새를 제거하여 방출하는 가스정화실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,

다수의 가이드판이 회전축에 회동 가능하도록 결합되어 있고, 상기 소각탱크 투입문의 직하부에 배치되는 것으로서, 상기 가이드판과 또 다른 가이드판 사이에 소각물이 차례로 수용되고, 상기 다수의 가이드판이 회동하여 상기 소각물을 상기 자성체 위로 차례로 투척하는 소각물 가이드부재를 더 포함하여 이루어진 것을 특 징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도1 및 도2는 본 발명에 따른 소각장치의 사시도로서, 각각 좌측 및 우측에서 본 사시도이다. 그리고 도3은 소각장치의 개략적인 블록도이고, 도4는 폐기물 가이드부재를 도시한 것이다.

상기 소각탱크(10)에는 폐기물을 투입하기 위한 투입문(11)이 상부에 구비되어 있고, 소각된 폐기물의 재성분을 배출하기 위해 재배출문(16)이 하부에 구비되어 있다.

상기 투입문(11)은 힌지결합되어 있고 힌지축(H1)에 연결된 개폐레버(13)를 들어올리거나 내림으로서 개방 또는 폐쇄된다. 그리고 상기 개폐레버(13)에는 압소버(14)가 연결되어 투입문(11)의 개방상태를 유지시킨다. 그리고 상기 투입문(11)은 잠금수단을 더 구비하고 있다. 상기 잠금수단은 투입문(11)에 형성되어 있는 돌기(12a)와, 상기 돌기(12a)가 삽입되는 고리를 갖고 있으며 화상을 방지하기 위한 방열판(18)에 힌지결합되어 있는 고리부재(12b)로 이루어진다.

상기 재배출문(16) 역시 일측이 힌지축(H2)에 힌지결합되어 개방 또는 폐쇄되고, 잠금수단을 구비하고 있다. 상기 잠금수단은 소각탱크(10)에 결합되어 있고 좌우로 이동되는 빗장부재(17a)와, 상기 재배출문(16)에 결합되어 있는 빗장걸이(17b)로 이루어진다. 상기 빗장걸이(17b)는 재배출문(16)의 손잡이로도 활용된 다.

상기 활성산소공급부재(30)는 활성산소를 생성하고 이를 소각탱크(10) 내부로 공급하는 장치이다. 활성산소공급부재(30)는 파이프(31a,31b)와 연결되고, 상기 파이프(31a,31b)는 소각탱크(10)의 양측에 구비되고, 양측 파이프(31a,31b) 각각에는 다수의 밸브(32a~32h)가 연결되어 소각탱크(10) 내부와 연결된다. 상기 밸브들(32a~32h)은 소각탱크(10)로 공급되는 활성산소의 양을 수동으로 조절하기 위한 것으로, 그 개폐량에 의해 상기 활성산소공급부재(30)가 생성하는 활성산소 중 적정량을 소각탱크(10) 내부로 주입하고 나머지는 대기로 방출한다.

상기 활성산소의 예로는 슈퍼오키시도래디컬(

), 히도로키실래디컬(

), 일중항산소(

) 등이 있다. 상기 슈퍼오키시도래디컬은 산소분자에 전자가 더해진 것이고, 일중항산소는 산소분자에 자력을 주어 전자상태로 만든 것이고, 히도로키실래디컬은 과산화수소가 펜턴(fenton) 반응으로 생성된 것이다. 이들 활성산소가 유기물과 접하면 불안정한 유리기가 생성되어 유기물의 래디컬(radical) 반응이 진행되어 기체화가 일어난다.

상기 제어부(70)는 상기 활성산소공급부재(30)가 생성하는 활성산소의 양을 제어한다. 그리고 가스연소실(50)의 연소연도를 제어한다.

상기 탈류조(脫硫槽)(40a,40b)는 소각탱크(10)의 배출구(19)에 인접하여 장착된다. 도3을 참조하면 배출구(19) 전단에 제1탈류조(40a)가 장착되어 있고, 후단에 제2탈류조(40b)가 장착되어 있다. 상기 탈류조(40a,40b)는 이를 통과하는 폐기물의 소각에 의해 발생한 혼합가스 중에서 기화점이 높은 가스를 액화시키는 장치이다. 특히 황(S)과 같은 유해 성분을 액화하기 위한 것이다.

도면에 도시하지 않았으나 상기 탈류조(40a,40b)는 물이 담겨있는 물탱크와 상기 물탱크에 맺힌 액체가 떨어져 모이는 포집탱크로 이루어진다. 그리고 상기 포집탱크에는 배수파이프(41)가 연결된다.

폐기물의 소각에 의해 발생한 혼합가스는 탈류조(40a,40b)의 물탱크와 포집탱크 사이를 통과하게 된다. 통과하는 혼합가스 중 기화점이 낮은 성분은 물탱크와 접촉하여 응결되고, 응집되어 자중에 의해 포집탱크로 떨어지게 된다. 상기 물탱크의 물은 순환펌프에 의해 차가운 물로 교체되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 가스연소실(50)은 상기 소각탱크(10)의 배출구(19)에 연설되고, 인입되는 가스체를 연소시킨다. 도면에서는 제2탈류조(40b)를 통해 상기 배출구(19)에 연결되었다.

소각탱크(10)에서 발생되는 가스체는 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화구소, 지방산, 벤젠, 톨루엔, 알데히드, 수증기 등을 함유하는 가연성 가스다. 따라서 소각탱크(10)에서 발생되는 가스체는 가스터빈이나 왕복기관 엔진의 보조연료로 활용될 수 있고, 가스연소실(50)에서 가연성 가스의 연소로 발생되는 에너지는 주변 주택 의 난방 또는 온수공급을 위한 재활용에너지로 사용될 수 있다.

가스연소실(50)에서의 가스연소는 보조연료를 이용하여 이루어지고, 그 연소온도는 약 800도 이다. 그리고 가스연소실(50)에서의 연소로 소각탱크에서 발생되는 가스체 중에서 많은 유해성분이 소멸된다.

상기 가스정화실(60)은 배기통(1)의 전단에 구비되어 가스가 대기로 방출되기 전에 가스의 유해성분 및 악취를 제거하게 된다. 이러한 가스의 유행성분 및 악취의 제거는 백금촉매를 통해 수행되어지는데 이는 공지기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.

그리로 소각탱크(10) 내부로 공기를 주입하기 위한 블로우펌프(80)가 구비되어 있고, 상기 블로우펌프(80)는 호스(81)를 통해 소각탱크(10) 내부와 연결된다. 상기 블로우펌프(80)는 소각폐기물의 소각중에 투입문(11) 또는 재배출문(16)을 개방한 경우 기체가 개방된 투입문(11) 또는 재배출문(16)을 통해 나오지 않도록 하기 위한 것이다. 즉, 주입되는 공기압에 의해 소각으로 발생한 기체가 투입문(11)이나 재배출문(16)으로 나오는 것을 막는 것이다.

본 발명에 따른 소각장치의 개략적인 블럭도를 도시한 도3을 참조하여 소각폐기물의 소각 과정을 이하에서 설명한다.

소각폐기물을 투입하기 전 또는 후에 소각탱크(10) 바닥에 장착되어 있는 자 성체(20)에 불씨를 준다. 상기 불씨는 소각폐기물의 가스화 분해를 위한 초기 반응열을 제공하기 위한 것으로 숯불이 주로 사용된다.

소각폐기물이 투입되고, 불씨가 자성체(20)에 구비되면 투입문(11)과 재배출문(16)을 닫아 소각탱크(10) 내부를 밀폐공간으로 만들고, 활성산소공급부재(30)로 소각탱크(10) 내부로 활성산소를 공급한다.

공급된 활성산소는 자성체(20)에 끌려 자성체(20) 부근에 집중된다. 이 활성산소는 양자적으로 여기상태인 산소분자로서, 단수명이긴 하지만 반응성이 매우 높다. 반응성이 풍부한 활성산소가 유기물(즉, 소각폐기물)에 접하면 불안정한 유리기가 생성되고 유기물의 래디컬(radical) 반응이 진행되어 유기물의 분해 기체화가 일어난다. 그리고 한번 반응이 일어나면 해리에너지가 발생하기 때문에 반응이 빨라지고, 60~200도의 낮은 온도에서도 연쇄적으로 반응하게 된다.

일반적인 연소에서는 부가되는 고온(600도 이상)으로 인해 유기물의 외각전자가 열적으로 여기 되기 때문에 연소라는 형태로 산화가 진행되지만, 저온(200도 이하)으로 반응시키는 래디컬 반응에서는 열적으로 여기 되지 않기 때문에 산화반응이 억제된다. 그러나 기저상태에 있는 활성산소가 공급되면 낮은 온도에서도 산화가 진행되게 된다.

자성체(20)는 이와 같이 낮은 온도에서 유기물을 분해하기 위해 필요한 활성산소를 끌어당겨 유기물의 분해를 촉진시키고,

또한, 유기물 결합력의 근원이 되는 유기물의 공유결합을 막아 가스화 분해를 촉진하는 역할도 수행한다. 즉, 래디컬반응은 가역성이라 유기물의 공유결합은 파괴되었다가 일부는 다시 공유결합을 하게 된다. 이와 같이 공유결합이 파괴된 원자(또는 분자)가 다시 공유결합하는 것을 방지하는 것이 자성체(20)의 자장이다.

유기물인 소각폐기물은 래디컬 반응에 의해 담뱃불이 타듯이 아래부터 산화되어 분해 된다. 그 결과 도3과 같이 소각중인 폐기물은 재분층, 탄화층, 건조층을 형성하게 되고, 소각이 완료되면 재분만이 남게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 활성산소, 자성체(20), 그리고 초기반응을 위한 불씨만 있으면 폐기물이 가스분해되어 소각이 이루어지게 된다. 즉, 일반적인 연소와 같이 폐기물을 소각하기 위한 석유나 도시가스 같은 보조연료가 필요치 않다.

유기물의 분해에 의해 발생된 가스체는 상부로 이동하고 이동하는 과정에서 유기물과 접촉하여 가스체에 포함된 과산화물에 의해 가수분해 된다. 그리고 제1탈류조(40a) 및 제2탈류조(40b)를 통과하면서 황(S)과 같은 일부 유해성분은 액화되어 배수파이프(41)를 통해 배출되고, 가스연소실(50) 및 가스정화실(60)을 통과하면서 연소 및 소취되어 무해무취의 가스 상태로 대기로 방출된다.

소각탱크(10) 내에서의 래디컬 반응은 수시간을 필요로 하나, 투입되는 활성산소는 극미량으로 충분하여 유기물을 태우기 위해 필요한 연소 공기량의 100분의 1이하로 충분하고, 래디컬반응은 80~200도 범위에서 행해지기 때문에 다이옥신과 같은 유독가스는 발생하지 않는다. 그리고 유기물의 기체화 반응으로 남는 재분은 활성산소로 여기 되기 때문에 자성을 가지며 세라믹재료로 활용가능하다.

상기 가이드부재(90)는 소각탱크(10)에 투입된 소각폐기물을 여러번 나누어서 자성체(20)로 투척하기 위한 것이다. 폐기물을 나누어서 자성체(20)로 투적함으로서, 활성산소 및 가스체가 이동할 수 있는 공간을 충분히 확보하여 폐기물의 분해를 촉진시키게 된다.

도4에 도시된 바와 같이 상기 가이드부재(90)는 투입문(11)의 직하부에 장착되고, 다수의 가이드판(91)이 회전축(92)을 축으로 회동 가능하도록 결합되어 있다.

그리고 상기 가이드판(91a,91b,91c,91d,91e)들은 투입문(11)의 개방에 연동되어 위로 젖혀진다. 그리하여 투입되는 폐기물의 일부가 가이드판(91a)과 또 다른 가이드판(91b)이 형성하는 수용부(93a)에 투입되고, 나머지 폐기물의 일부가 다음 수용부(93b)에 투입되고, 나머지 폐기물은 그 다음 수용부(93c)에 투입된다. 각 수용부(93a,93b,93c,93d)에 폐기물이 차례로 투입되면서 가이드판(91a,91b,91c,91d,91e)은 자성체(20)가 있는 쪽으로 회전을 하게 되고, 일정각도 이상 회전이 되면 자중에 의해 폐기물이 자성체(20)로 투척된다.

그리고 투입문(11)이 폐쇄된 후에는 가이드판들(91a,91b,91c,91d,91e)은 자성체(20)쪽으로 회전하려는 힘을 받게 된다. 그리하여 자성체(20)로 투척된 폐기물이 분해 되어 부피가 줄어들기 시작하면 가이드판(91a,91b,91c,91d,91e)도 회전을 하게 되고, 일정 각도 이상 회전되면 폐기물이 자성체(20)로 투척된다.

그리고 상기 가이드판들(91a,91b,91c,91d,91e)의 회전에 연동되어 회전하는 가이드막대(94)가 도2에 도시된 바와 같이 소각탱크(10) 외부측면에 장착되어 있다. 상기 가이드막대(94)는 상기 가이드판들(91a,91b,91c,91d,91e)이 모두 위로 젖혀진 경우 수직으로 서 있고, 가이드판들(91a,91b,91c,91d,91e)이 회전하여 폐기물을 차례로 투척하면 서서히 지면을 향하여 회전을 하게 된다. 그래서 모든 가이드판들(91a,91b,91c,91d,91e)이 회전되어 폐기물을 자성체(20)로 투척하게 되면 가이드막대(94)도 완전히 회전되어 폐기물의 소각이 끝났거나 곧 끝날 것이라는 것을 외부에서 인식할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 저온 가스화 소각장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 활성산소와 자성체에 의해 유기물(소각 폐기물)의 가스화 분해가 저온에서 행해지므로 고온에서 발생하는 다이옥신과 같은 유해물질이 발생되지 않고, 발생된 가스체에서 저온에서 발생한 황과 같은 유해물질은 탈류조에서 액화되어 추출되고, 나머지 가스체는 가스연소실 및 가스정화실을 거처 연소 및 탈취되어 무해무취의 가스 상태로 대기로 방출되므로 대기 오염을 방지에 매우 유용한 소각장치이다.

그리고 폐기물을 소각하기 위해 석유나 도시가스 같은 보조연료가 필요치 않아 경제성이 탁월하다.

그리고 음식물 쓰레기처럼 수분을 많이 포함하고 있는 유기물도 처리 가능하다.

Claims (8)

1. 소각탱크;

   상기 소각탱크 바닥에 장착되는 자성체;

   상기 소각탱크로 활성산소를 공급하는 활성산소공급부재 및

   상기 소각탱크의 배출구에 인접하여 장착되고, 인입되는 가스를 액화시키는 탈류조를 포함하여 이루어진 저온 가스화 소각장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 인입되는 가스를 연소시켜 방출하는 가스연소실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 소각탱크의 배출구에 연설되고, 백금촉매를 사용하여 인입되는 가스의 유해성분 및 냄새를 제거하여 방출하는 가스정화실을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 활성산소공급부재가 공급하는 활성산소의 양을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   다수의 가이드판이 회전축에 회동 가능하도록 결합되어 있고, 상기 소각탱크 투입문의 직하부에 배치되는 것으로서,

   상기 가이드판과 또 다른 가이드판 사이에 소각폐기물이 차례로 수용되고, 상기 다수의 가이드판이 회동하여 상기 소각폐기물을 상기 자성체 위로 차례로 투척하는 소각폐기물 가이드부재를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 소각탱크의 하부에는 소각된 소각폐기물의 재성분을 배출하기 위한 재배출문이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   소각폐기물의 소각중에 상기 투입문 또는 재배출문을 개방한 경우 가스가 개방된 투입문 또는 재배출문을 통해 배출되지 않도록 상기 소각탱크로 공기를 주입 하는 블로우펌프를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가스화 소각장치.

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