KR20020024102A - 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화(白灰化)방법 및 그 장치에 관한 것으로, 연소실 바닥에 백회화에 필요한 연소공기 공급수단을 설치하되 70%~80% 연소된 탄화상태의 폐기물로 강한 분출력의 연소공기를 공급하여 백회(白灰) 상태로 연소시키도록 함으로써 재(灰:ash) 발생량을 1% 미만으로 크게(획기적으로) 감량시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 방법 및 그 장치{Method for burning waste of incinerator to white ashes and its device}

본 발명은 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화(白灰化)방법 및 그 장치에 관한 것으로, 상세하게는 연소실 바닥에 백회화에 필요한 연소공기 공급수단을 설치하되 70%~80% 연소된 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정의 폐기물로 강한 분출력의 연소공기를 공급하여 백회(白灰)상태로 연소시킴으로써 재(灰:ash) 발생량을 1% 미만으로 크게(획기적으로)감량시킨 것이다.

인구의 증가와 산업의 발달에 따라 폐기물(생활쓰레기, 일반폐기물, 산업폐기물 등) 발생량 또한 급증하고 있으며, 이들로 인한 각종 공해가 사회문제로 대두 됨에 따라 법적 안전 기준치를 마련하여 엄격히 규제하고 있으며, 현재에도 이들 폐기물의 다양한 처리방법과 그 수단들이 꾸준히 개발되고 있다.

이들 폐기물은 매립, 재생, 소각 등의 방법으로 처리하고 있으나, 전 근대적인 매립방법은 매립지의 절대부족에 따른 한계성과 미분해 쓰레기와 악취 및 침출수에 의한 환경오염의 요인이 있으며, 재생할 수 있는 대상도 극히 제한되므로 폐기물을 크게 감량시키면서 폐열을 효율적으로 이용할 수 있는 소각방법이 주된 처리방법으로 연구 및 선호되고 있다.

종래 소각로를 살펴보면, 지상에 설치되는 소각로의 내측벽에 케스타블(내화재)을 설치하고, 그 일측에 연소실과 덕트로 연결되는 2차 연소실, 폐열보일러, 싸이클론, 스크러버, 백필터, 흡기팬, 연돌 등의 후단시설을 설치하고, 소각로의 투입구로 적당량(소량)의 폐기물을 투입하면서 소각처리하고 있으며, 소각시에 발생되는 먼지는 다단 집진시키고 미연소 및 불연소가스는 별도로 연소시키거나 여과시켜 외부로 배출시키게 된다.

또한, 연소에 필요한 공기는 집진장치의 배기팬을 이용하여 외부의 공기를 연소실로 강제 흡입시켜 폐기물을 연소시키는 구성이므로 화격자에 폐기물이 과다하게 적치되거나 재의 누적이 많을 경우 연소공기의 충분한 공급이 어려워 소각시간이 장시간 소요될 뿐 아니라 미연소 및 불연소 가스가 발생되고, 그을음이나 악취/분진 등이 배출되어 주변환경을 오염시키는 등의 문제점이 있다.

한편, 상부가 개방된 연소실을 지하(地下) 또는 반지하(半地下) 형태로 설치하여 폐기물을 적재한 차량이 연소실 상부로 진입(접근)할 수 있도록 하고, 연소실 상부에 연소실 평면적과 같거나 비슷한 크기의 폐기물 투입구를 형성하고, 상기 폐기물 투입구에 이송수단에 의해 수평레일(rail)을 따라 이동하면서 열리고 닫히는 개폐문를 설치하여 폐기물 수거차량으로 반입되는 폐기물을 덤프하는 방식으로 연소실에 한꺼번에 투입한 다음 개폐문(상부판)을 닫아 소각(燒却)처리하도록 함으로써 소각처리에 필요한 인원을 줄이고 작업성과 소각효율을 보다 향상시킨 '일회 일괄 투입방식의 소각로'가 개발되어 사용되고 있다.

상기 "일회 일괄 투입방식 소각로"는 도 1에 도시한 것처럼 지면(G) 하에 설치되는 연소실(2) 상부에 승강수단 및 이송수단(4)에 의해 수평으로 열리고 닫히는 개폐문(6)이 설치되고, 상기 개폐문(6)에는 흡기량 조절수단(에어댐퍼)을 갖는 복수 개의 흡기구(8)가 적당한 간격으로 배치되고, 연소실(2) 후단에는 흡인팬이 설치되며, 폐기물(또는 쓰레기)을 소각시킬 때 상기 흡인팬의 흡입력에 의해 연소실(2)의 외부공기가 흡기구(8)를 통과하여 연소실(2)로 유입되게 함으로써 연소실(2)의 폐기물이 소각처리된다.

그리고, 연소에 필요한 공기와 연소과정에서 발생되는 화염이 흡인팬에 의해 연소실(2) 안으로 유입되므로 역화가 없으며, 초기점화시에는 점화연료를 필요로 하나 점화 후에는 소각에 필요한 연료가 불필요하여 유지관리비를 절약할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 개폐문(6)의 내부에는 냉각수(10)가 강제 순환되는 수냉실이 설치되고, 개폐문(6)의 상부에는 소각열(연소열)에 의해 냉각수로부터 발생되는 증기를 배출시키는 한 개 이상의 기수분리기(氣水分離器)(12)가 설치된다.

한편, 폐기물의 소각시설에서, 이론적으로나 성능검사시에 10% 이하의 재(ash)를 요구하고 있지만 실제 운전을 하여 얻어지는 재의 양은 전체의 20% 이상으로 발생되어 소각시설 본래의 목적인 강열감량의 효과를 충족시키지 못하는 경우가 많다.

즉, 폐기물이 70%~80% 정도 연소되면 숯댕이 상태로 탄화(炭火 또는 炭化)되며, 탄화된 상태에서는 화염(불꽃)이 발생되지 아니하며, 완전 연소상태가 아니므로 연소후에도 20%~30%의 탄화재가 남게되어 폐기물이 크게 감량되지 않는다.

그리고, 탄화상태에서는 자체 연소력이 거의 없으므로 백회화(白灰化)가 힘들며 외부로부터의 도움을 필요로 한다.

가령 주변의 공기가 탄화물(또는 탄화재)의 내부와 접촉할 수 있게 탄화물을 휘저어 주더라도 탄화물에 잠재되어 있는 열로는 백회화 및 회분화가 힘들며, 연료를 공급하면서 650℃~850℃의 강열로 탄화상태(숯덩어리 상태)의 폐기물을 연소시키더라도 90% 이상의 연소를 기대할 수 없을 뿐 아니라 시간과 연료비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

즉, 탄화과정에서는 650℃~850℃의 강한 열로 회분화시키기 어렵다는 결론에 이른다. 그리고, 숯불에 풍로를 이용하여 강한 압력의 연소공기를 공급하면 탄화숯이 연소되면서 결국 하얀재(白灰)로 회분화(灰分化)되는 것은 익히 알고 있는 사실이다.

따라서, 본 발명은 숯불로 강한 압력의 연소공기를 공급하면 숯이 하얀재(白灰)로 회분화되는 점에 착안하여 연소실의 폐기물이 대부분 연소되어 70%~80% 정도로 감량되어 탄화과정에 있는 폐기물로 강한 분출압력의 연소공기를 공급시켜 탄화과정의 폐기물이 백회(白灰)상태로 신속히 연소되어 회분화(灰分化)되게 함으로써 재(ash:灰) 발생량이 1% 미만으로 크게 강열 감량되는 폐기물 백회화(白灰化) 방법을 제공 함에 목적이 있다.

또한, 연소실 바닥에 연소공기 공급수단을 설치하도록 하되, 연소실의 폐기물이 대부분 연소되어 70%~80% 정도로 감량되어 탄화과정에 있는 폐기물로 강한 분출압력의 연소공기를 공급시켜 탄화과정의 폐기물이 백회(白灰)상태로 신속히 연소되면서 회분화(灰分化)되게 함으로써 재 발생량이 1% 미만으로 크게 강열 감량되는 폐기물 백회화(白灰化) 장치를 제공 함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 연소실 상부에 폐기물 투입구가 형성되고, 폐기물 투입구의 상부에 개폐문이 설치되고, 개폐문에 복수 개의 흡기구와 수냉실이 구비된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 연소실 바닥에 상부로 개방된 요입홈을 등간격으로 평행 형성하고, 복수 개의 공기분출구가 나열 형성된 내열성 스케쥴 파이프를 상기 요입홈에 각각 설치하고, 일측이 막힌 스케쥴 파이프의 타측은 분배관에 각각 연결하고, 연소실 바깥으로 노출되는 분배관 입구에는 송풍기를 연결하고, 스케쥴 파이프의 주변과 상부면에는 4 ~ 5㎝ 크기의 둥근자갈을 20㎝~30㎝ 높이로 고르게 깔아서 구성된다.

그리고, 스케쥴 파이프에 형성하는 공기분출구는 스케쥴 파이프의 길이방향 등간격으로 형성하되, 스케쥴 파이프의 수직중심선을 중심으로 양측 또는 스케쥴 파이프의 수직중심선을 중심으로 양측과 수직중심선 부분에 각각 위치하도록 형성하여 백회화(白灰化)에 필요한 연소공기가 공급되게 한다.

그리고, 폐기물을 연소시킬 때 폐기물의 저부로 연소공기를 공급하는 경우 공기과잉이 일어나 오히려 연소상태가 악화되고, 또한 화염이 역화(逆火)될 수 있으므로, 연소실의 폐기물이 대부분 연소되어 약 70%~80% 감량되어 탄화가 된 상태에거나 탄화가 진행되고 있을 때 공기압력이 강한 팬으로 링 브로워(Ring Blower)시키거나 강한 압력의 공기를 공급시켜 탄화과정의 폐기물이 스스로 강열(650℃~850℃) 연소되면서 백회화(白灰化)되게 함으로써 1% 미만의 재(ash)가 남는 완전 연소상태를 달성하도록 한다.

그리고, 폐기물을 소각시설로 한꺼번에 투입시켜 시간적인 제약을 받지 않는 일회 일괄 투입방식 소각시설의 이점을 충분히 활용하여 화석연료가 아닌 연소공기를 탄화과정의 폐기물로 공급시켜 폐기물의 전부를 태우므로써 소각의 목적을 충분히 달성하도록 한다.

탄화과정의 폐기물로 공급하는 연소공기는 분출압은 세지만 분출속도는 느리게 하여 탄화상태의 폐기물이 신속히 백회화(白灰化)되도록 한다. 상기 탄화과정의 폐기물이 완전 연소된 백회상태에서는 연소물질이 없으므로 더 이상 연소되지 않게된다.

도 1 : 일회 일괄 투입방식 소각시설의 단면 구성도.

도 2 : 본 발명의 부분 절개 상태 사시도.

도 3 : 본 발명 스케쥴 파이프 부분 단면도.

도 4 : 본 발명 스케쥴 파이프의 다른 실시 예 단면도.

도 5 : 본 발명의 설치 상태 단면도.

도 6 : 도 5의 다른 실시 예 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(14)--연소실 (15)--연소실 바닥

(16)--폐기물 투입구 (18)--요입홈

(20)(20a)--공기분출구 (22)--스케쥴 파이프

(24)--분배관 (26)--제어기

(28)--송풍기

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 부분 절개한 상태의 사시도이고, 도 3은 스케쥴 파이프의 단면도로, 일회 일괄 투입방식 소각시설의 연소실 바닥에 백회화에 필요한 연소공기 공급수단, 이를테면 복수 개의 공기분출구가 등간격으로 형성된 스케쥴 파이프를 여러 개 설치한 다음 송풍기가 연결된 분배관과 연결하되, 연소실의 폐기물이 대부분 연소되어 70%~80% 정도로 감량된 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정에 있는 폐기물로 강한 분출압력의 연소공기를 공급시켜 탄화과정의 폐기물이 백회(白灰)상태로 신속히 강열(650℃~850℃) 연소되면서 재 발생량이 1% 미만으로 크게 감량되도록 한다.

상기 스케줄 파이프는 내열성, 내산화성 강관의 일종이며, 이러한 조건을 만족하는 재질의 관체이면 대체로 만족한다.

본 발명을 구현하기 위한 구체적 기술구성을 보다 자세히 설명하고자 한다.

일회 일괄 투입방식 소각시설의 연소실(14) 상부에 폐기물(쓰레기) 투입구(16)가 형성되고, 폐기물 투입구(16)의 상부에 수냉구조와 연소공기 공급구조를 구비한 개폐문이 설치된 일회 일괄 투입방식 소각시설에 있어서 ; 연소실(14) 바닥(15)에 상부로 개방된 요입홈(18)을 등간격으로 형성하여 평행하도록 하고, 복수 개의 공기분출구(20)가 길이방향으로 나열 형성된 내열성 스케쥴 파이프(22)를 상기 요입홈(18)에 각각 넣어 연소공기가 상향 및 상향 경사방향으로 분출되게 설치한다.

상기 스케쥴 파이프(22)는 일측이 막힌 구조이며 타측은 분배관(24)에 각각 연결된다. 그리고, 연소실(14) 바깥으로 노출되는 분배관(24)의 입구 부분에는 제어기(26)의 제어를 받거나 또는 스위치의 단속을 받는 송풍기(28)를 설치하여 연소실(14) 외부의 공기가 스케쥴 파이프(22)로 골고루 분배된 다음 공기분출구(20)를 통하여 연소실(14)로 강렬하게 공급되어 탄화과정의 폐기물이 강열하게 연소되도록 함으로써 폐기물의 신속한 백회화(白灰化)가 진행되도록 한다.

스케쥴 파이프(22)에 형성되는 공기분출구(20)는 도 2와 같이 스케쥴 파이프(22)의 길이방향으로 형성하되 등간격으로 형성하고, 도 3과 같이 스케쥴 파이프(22)의 수직중심선(V)을 중심으로 양측에 위치하도록 각각 형성하되, 그 각도(θ1)(θ2)는 45°전.후로 하여 스케쥴 파이프(22)와 이웃하는 다른 스케쥴 파이프(22) 사이로 분출되게 한다.

도 4는 스케쥴 파이프(22)의 다른 실시 예 단면도로, 스케쥴 파이프(22)의 수직중심선(V) 부분에 별도의 공기분출구(20a)를 형성하여 3방향으로 연소공기가 분출되게 구성할 수 있음을 도시하고 있다.

상기, 스케쥴 파이프(22)는 설치간격과 연소실의 규모, 연소(소각) 대상물,폐기물 연소처리량 등에 따라 설치간격이나 관경, 공기분출구(20)의 간격, 공기분출구(20)의 내경, 공기분출구(20)의 개수, 공기분출구(20)의 형성위치나 각도 들 중 적어도 하나 이상을 달리할 수 있음은 물론이며, 일 예를 들면 스케쥴 파이프(22)의 내경은 150㎜로 하고, 스케쥴 파이프(22)의 설치간격은 400㎜로 하고, 공기분출구(20)의 내경은 2㎜~3㎜로 하고, 공기분출구(20)의 간격은 150㎜로 구성할 수 있을 것이다.

그리고, 송풍기(28)의 송풍압력은 전체 공기분출구(20)(20a)로부터 분출되는 연소공기가 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정의 폐기물을 백회(白灰) 상태로 신속히 연소시킬 수 있는 충분한 분출압력의 연소공기가 공급될 수 있는 압력을 갖도록 하고, 폐기물의 양이나 폐기물의 탄화정도 및 폐기물의 종류 등에 따라 연소공기 분출압력을 조정할 필요성이 있으므로, 송풍기(28)의 구동모터는 인버터 모터 등과 같이 속도가변이 되는 모터를 사용하도록 하고, 제어기(26) 또는 스위치로 송풍기(28)의 구동모터의 속도를 제어하도록 한다.

상기 공기분출구(20)의 내경은 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정의 폐기물을 백회(白灰) 상태로 신속히 연소시킬 수 있는 충분한 분출압력의 연소공기를 공급할 수 있게 그 내경을 조절하도록 한다.

앞에서 공기분출구(20)의 내경을 2㎜~3㎜로 예를 들었으나, 물론 송풍기(28)의 송풍압력이나 연소실크기, 스케쥴 파이프(22)의 간격, 공기분출구(20)의 간격이나 객수 등의 여러조건에 따라 그 내경을 달리할 수 있음은 물론이다.

그리고, 스케쥴 파이프(22)가 설치되는 요입홈(18)은 열십자형으로 교차되게형성할 수도 있으나 도 2와 같이 한쪽 방향으로 평행하도록 설치하면 무난할 것이다.

그리고, 스케쥴 파이프(22)는 원형 관체형이고 스케쥴 파이프(22)가 접하는 요입홈(18)이 평면형인 경우 안정적인 설치를 위하여 도 2, 도 5와 같이 스케쥴 파이프(22)의 저부 양측에 받침부재(24)를 설치하거나 스케쥴 파이프(22)의 절반이 바닥(15)에 매입되게 하거나 요입홈(18)을 반원형 구조로 하여 안정적인 설치를 꾀할 수 있다.

또한, 스케쥴 파이프(22)의 주변과 상부면에는 도 1, 도 5, 도 6과 같이 4 ~ 5㎝ 크기의 자갈(26)을 바닥(15)의 면으로부터 20㎝~30㎝ 높이로 고르게 깔아 공기분출구(20)로부터 분출되는 공기가 자갈(26)에 부딛치고, 또한 자갈(26) 사이로 고르게 분산되면서 연소실(14)의 전체면적으로 고르게 상승 분출되도록 한다.

상기 자갈(26)은 모서리나 굴곡이 없는 둥근형이나 타원형 또는 계란형의 자갈을 사용하여 공기분출구(20)로부터 배출되는 공기가 큰 저항없이 고르게 분산되면서 상승하도록 한다.

따라서, 탄화과정의 폐기물의 백회화가 전체적이면서 급속히 진행되고, 또한 자갈(26) 틈으로 분출되는 높은 압력의 공기로 인해 용융되는 합성수지액의 일부는 연소되고 일부는 상기 자갈(26)의 표면에 흡착되게 함으로써 스케쥴 파이프의 공기구멍(air hole)을 막는 일이 없어진다.

본 발명의 송풍기(28)는 제어기의 자동제어 또는 스위치 조작에 의해 연소실(14)의 폐기물이 대부분 연소되어 70%~80% 정도로 감량되고 탄화상태에 이르렀을 때 가동되면서 각 스케쥴 파이프(22)의 공기분출구(22)로 분출되며, 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정에 있는 폐기물로 강한 분출압력의 연소공기가 공급되므로 탄화상태의 폐기물 및/또는 탄화과정의 폐기물이 상기 연소공기에 의해 강열(650℃~850℃) 상태로 연소되면서 신속히 백회화(白灰化)되며, 소각가능한 폐기물은 거의 전부 연소되므로 재(灰:ash) 발생량이 1% 미만으로 크게 감량된다.

미 설명 부호 (30)은 배기덕트이다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형, 변경 및 적용이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 연소실의 폐기물이 대부분 연소되어 70%~80% 정도로 감량되고 탄화상태에 이르렀을 때 연소실 하부로 별도의 연소공기(백회화에 필요한 연소공기)가 공급되면서 탄화과정의 폐기물 대부분(99% 이상)이 연소되고 백회화(白灰化) 되므로 재가 1% 미만으로 크게 감량되어 연소후에도 30% ~40%의 재가 남는 종래 소각시설에 비하여 연소효율이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 종래 소각시설의 경우 연소효율이 낮아 먼지발생량이 많고, 발생먼지가 주변으로 비산하거나 확산되어 하루에 3번 이상 물을 뿌려가면서 재(ash)처리하게 되므로 작업이 번거롭고 소각효율이 떨어지는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 대부분의 재가 연소에 의해 백화되면서 감량 연소되므로 재처리의 필요성이 거의 없으며, 재가 비산하거나 물을 뿌려주어야 하는 등의 번거로움이 없는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 소각시설은 소각가능한 폐기물은 거의 전부(99% 이상) 연소시키므로 재(ash) 발생량이 1% 미만으로 크게 감량될 뿐 아니라, 기존 소각시설의 경우 합성수지가 용융되면서 발생되는 수지액이 밑으로 흘러내리면서 탄화되나 본 발명에서는 자갈의 표면으로 묻게 되고, 또한 스케쥴 파이프로부터 공급되는 공기압에 의해 수지액이 입자화되면서 백회 상태로 연소되므로 스케쥴 파이프의 공기분출구가 막히는 현상이 방지되는 효과가 있다.

또한, 스케쥴 파이프의 주변과 상부에 설치되는 자갈과 다공판은 열을 연소열의 일부를 흡수하여 비축하고 있으므로 재를 감량시키는데 일조를 하게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 연소실 상부에 폐기물 투입구가 형성되고, 폐기물 투입구의 상부에 개폐문이 설치되고, 개폐문에 복수 개의 흡기구와 수냉실을 구비하여 일회 일괄 투입방식으로 소각하는 방법에 있어서 ; 일회 일괄 투입방식 소각시설의 연소실 바닥에 연소공기를 고르게 공급할 수 있는 연소공기 공급수단을 설치한 다음 송풍기가 연결된 분배관과 연결하되, 연소실의 폐기물이 70%~80% 연소되면 강한 분출압력의 연소공기를 연소실로 공급시켜 탄화과정의 폐기물이 백회(白灰)상태로 강열 연소되게 함으로써 재 발생량이 1% 미만으로 크게 감량되도록 하여서 된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 방법.
2. 연소실 상부에 폐기물 투입구가 형성되고, 폐기물 투입구의 상부에 개폐문이 설치되고, 개폐문에 복수 개의 흡기구와 수냉실이 구비된 일회 일괄 투입방식 소각시설에 있어서 ; 연소실(14) 바닥에 상부로 개방된 요입홈(18)을 등간격으로 평행 형성하고, 복수 개의 공기분출구(20)가 나열 형성된 내열성 스케쥴 파이프(22)를 상기 요입홈(18)에 각각 설치하고, 일측이 막힌 스케쥴 파이프(22)의 타측은 분배관(24)에 각각 연결하고, 연소실(14) 바깥으로 노출되는 분배관(24) 입구에 송풍기(28)를 연결하고, 스케쥴 파이프(22)의 주변과 상부면에는 자갈(26)을 고르게 깔아서 된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 장치.
3. 청구항 2에 있어서 ; 자갈(26)은 4 ~ 5㎝ 크기의 둥근자갈을 바닥(15)으로부터 20㎝~30㎝ 높이로 층을 형성하여서 된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 장치.
4. 청구항 2에 있어서 ; 스케쥴 파이프(22)에 형성하는 공기분출구(20)는 스케쥴 파이프(22)의 길이방향으로 등간격 형성하되, 스케쥴 파이프(22)의 수직중심선(V)을 중심으로 양측에 각각 위치하도록 형성하여서 된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 장치.
5. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서 ; 스케쥴 파이프(22)의 수직중심선(V) 부분에 공기분출구(20a)를 형성하여서 된 일회 일괄 투입방식 소각시설의 폐기물 백회화 장치.