KR0131699B1 - 쓰레기 소각기 - Google Patents

Abstract

소각로에 급기관, 배기관 및 회출구를 설치하여 되는 쓰레기 소각기에 있어서, 로내 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사 연소터널(17)을 구성하고, 경사연소터널(17)의 연소염에 강제급기를 다중으로 행하여 고열 화염폭풍을 조성하는 2조의 급기관(23)과, 슬러지를 건조시켜 소각하게 하는 경사 화상(27)을 구성하며, 안내관(46)으로 배기관(19)에 사이클론관(41)을 연결하여 배기중의 이자를 분리 회수 할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기로서, 급기관(23)이 4조식으로 구성된 것, 안내관(46) 및 사이클론관(41)의 폐열을 회수하여 송풍기에 공급하는 공냉자켓(49)을 설치한 것, 급기관(23)에 공급하는 급기량을

으로 산출하는 것을 포함하며, 슬러지 쓰레기를 다량 포함하고 있는 생활 쓰레기를 조연연료 없이 무연/무취 상태로 소각할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기이다.

Description

쓰레기 소각기

제1도는 본 발명 소각로의 사시도.

제2도는 본 발명 소각로의 종단면도.

제3도는 제2도의 A-A선 단면도.

제4도는 본 발명의 평면도.

제5도는 본 발명 소각로의 우측면도.

제6도는 사이클론을 단면으로 도시한 본 발명의 정면도.

제7도는 공냉장치를 부가한 본 발명 사이클론을 다른실시예시도.

제8도는 급기관을 증설한 본 발명의 소각로의 다른 실시예로서,

제9도는 제8도의 B-B선단면도.

제10도는 급기관의 다른 변형 예시도.

제11도는 제10도의 C-C선 단면도.

＊도면 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 소각로 11,12,13 : 로체

14 : 철판 15 : 연결부

17 : 경사연소터널 19 : 배기관

20 : 도어 21 : 투입구

22 : 급기관 23 : 급기관

24 : 급기구 25 : 송풍기

26 : 분배관 27 : 화상

27 : 보조급기관 28 : 골

30 : 회출구 31 : 터널바닥

41 : 사이클론관 42 : 원심분리실

43 : 배기관 44 : 수집기

46 : 안내관 47 : 방열핀

49 : 공냉자켓 50 : 흠기구

5 : 소각로 51, 52 : 로체

54 : 철판 57 : 경사연소터널

59 : 배기관 60 : 도어

61 : 투입구 63 : 송풍기

66 : 분배관 67 : 경사화상

67 : 보조급기관 70 : 회출구

71 : 터널바닥 91 : 보조급기관

92 : 통수관

본 발명은 슬러지 쓰레기를 다량 포함하고 있는 생활 쓰레기를 조연연료 없이 소각하기 적합하게 구성한 쓰레기 소각기에 관한 것이다. 특히 본 발명 소각로의 연소로는 로내 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사 연소터널을 구성하고 완속화 상승 연소염에 강제급기를 다중으로 행하여 고열 화염폭풍을 조성하므로 연소효율을 최대화하며 슬러지를 고열연소 터널에서 건조시켜 완전한 소각을 유도하는 경사화상으로 구성되는 소각 메커니즘을 제안함을 특징으로 하며, 생활쓰레기를 무연무취 연소 할 수 있게 함을 특징으로 한다. 도시의 거대화/밀집화 현상에 의한 가장 큰 문제점의 하나는 쓰레기 처리 문제이다. 쓰레기 처리는 수집, 운반, 폐기에 이르는 전 과정이 도시의 정책, 기능 및 효율에 지대한 영향을 미친다. 쓰레기에 의한 대량 환경파괴는 현대 도시가 풀어야할 또 하나의 숙제이다. 특히 한도시의 쓰레기를 한군데로 수집하여 폐기하는 서울의 쓰레기 처리 정책은 많은 문제점을 발생시킨다. 에컨데 쓰레기의 수집 운반체계가 방대하게 커져 교통난을 부추기며 한군데로 모아진 거대한 쓰레기 더미는 지역의 환경을 심각하게 파괴 시킨다. 즉, 악취가 수 ㎞ 반경까지 확산되며 심층 지하수와 토양을 오염시키고 인근 지역을 기피지역으로 만들게 된다. 현대도시의 골치거리로 떠오른 도시 쓰레기 처리의 한가지 방편으로서 쓰레기 소각기술이 비상한 관심의 대상이 되고 있다. 쓰레기를 작은 지역단위로 수집하여 소각하면 쓰레기 수집으로 발생하던 교통수요를 감소하고 시의 예산이 크게 절감할 수 있다. 쓰레기의 소각에 의한 대기 공해를 전혀 없다고 할 수 없겠으나 발전된 기술에 의하여 대기오염을 최소화 할 수 있고 경우에 따라서는 폐열을 지역난방 등에 활용할 수 있어 지역의 유용한 공공시설로 설치 운용될 수 있을 것이다. 쓰레기의 소각기술은 쓰레기의 종류, 성질에 따라 구체화되어야 한다. 특정한 공장쓰레기는 공장단위로 산업별 쓰레기 별로 적합한 소각기술을 개발/발전/보급해야 할 것이다. 종래에도 많은 쓰레기 소각기들이 제안되고 있다. 한 예로 일본 실용신안공고 평 3-30670 소각로는 방형의 연소로 연소실 가운데에 에어느즐형 급기관을 설치하여 강제 급기하여 쓰레기를 맹렬한 화염으로 연소시키며 연소개스는 사이클론관에서 기체와 분진입자를 분리 수거하게 하는점이 주목된다. 그러나 이러한 소각로는 많은량의 슬러지 쓰레기가 잔류하게 되므로 회출구에서 회수하는 슬러지 쓰레기의 처리문제를 고심하게 된다. 가장 이상적인 쓰레기의 소각은 연소상태가 무연/무취하며 쓰레기는 연소에서 기체화하여 잔류하는 재의 양이 최소화 되게 하는 것이다. 이러한 점에서 볼 때 위에서 인용한 소각기는 서울의 생활쓰레기를 소각하는데에 최적의 소각기라고 평가할 수 없다. 본 발명의 목적은 주로 생활 쓰레기를 소지역 단위로 수집하여 소각하기 위한 소각기를 제공하는데 있다. 한국가정 생활 쓰레기의 한 특징을 들자면 많은량의 젖은 쓰레기와 슬러지를 포함하고 있는 점이다. 이러한 특징은 주로 식생활 문화와 무관하지 않다. 물론 이러한 슬러지 쓰레기들은 발열량이 많은 가연성 쓰레기와 함께 소각하므로 조연 연료 없이 무연/무취상태로 소각할 수 있다. 본 발명 소각로의 연소로는 로내 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사 연소터널를 구성하고 완속화 상승 연소염에 급기관에서 강제급기를 다중으로 행하여 경사연소 터널에 고열 화염폭풍을 조성하므로 연소효율을 최대화하며 슬러지를 고열연소터널에서 건조시켜 완전한 소각을 유도하는 경사 화상으로 구성되는 슬러지 쓰레기 소각 메커니즘을 제안함을 특징으로 하며, 생활쓰레기를 조연연료 없이 무연/무취 연소할 수 있게 함을 특징으로 한다. 본 발명을 첨부된 실시예 도면을 따라 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 제1도는 본 발명의 실시예의 소각로의 사시도, 제2도는 동 종단면도, 제3도는 동 A-A선 단면도이다. 소각로(1)는 내화물(refractory)로서 보열성이 우수한 캐스타블 내화물(castable refractory)에 내열성 단열재를 개재한 철판(14)을 피복하여 제조하였으며, 로체(11, 12, 13)는 제작과 조립을 용이하게 하기 위하여 적절하게 분할하여 제작하였다. 실시예에서 하나의 하부로체(11)와 두개의 상부로체(12, 13)로 분할하여 제작하였고, 필요하다면 그 이상의 조각으로 분할하여 제작된다. 분할된 로체(11, 12, 13)는 연결부(15)를 플렌지화하여 조립과 분리가 용이하게 하였다. 소각로(1)는 가연성 쓰레기 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사연소터널(17)과, 경사연소터널(17) 상부에서 연장하여 구성하는 배기관(19)과, 경사연소터널(17) 상단에 설치되고 도어(20)를 장착하여 구성하는 투입구(21)와, 경사연소터널(17)의 중심을 관통하게 설치하여 완속화된 연소염에 다중으로 강제 급기하여 고열화염폭풍을 조성하는 급기관(23)과, 경사연소터널(17)을 따라 설치하며 슬러지를 건조/소각하게 하는 경사 화상(27)과, 회출구(30)를 설치한 연소 터널바닥(31)으로 구성하였다. 상기 경사연소터널(17)중심에 배치하는 급기관(23)은 제2도 및 제4도에서와 같이 2조식으로 하거나 제8도 및 제9도에서와 같이 4조식으로 하거나 그 이상의 급기관을 설치할 수 있다. 실용성과 연소능력을 고려하여 2조식 또는 4조식이 적당하다. 소각로(1)에 따른 급기관(23)의 규격 및 배치설계는 급기구(24)로 분출되는 급기량과 급기압 또는 연소할 쓰레기의 발열량에 따라 상이하며, 일반식(식1)로 정의할 수 있다.

(위 식에서 Ao는 이론 공기량, m은 공기비이다.)

실시예에서 상기 식 1에서 식 2에 을 대입하였다.

식 3 : 식 2에서 로내용적은 다음과 같다.

식 4 : 연소로의 화상면적은 다음과 같이 구하였다.

위 식을 적용하여 제1도 내지 제3도의 실시예에서 소각로(1)와 급기관(23)의 규격 및 관련된 설계 규격을 산출하였다.

소각용량 87 ㎏ / HR

생활쓰레기 연소물의 발열량 6782.4 Kcal/㎏

경사터널의 유효 단면적 104 m × 94 ㎝

경사터널의 길이 105 ㎝

급기관의 수 2 조

급기관의 재질 80A Pipe(SUS 310)

급기압 350 ㎜Aq

(STATIC PRESSURE OF TURBO FAN)

급기량 18 ㎥/min

급기관(23)은 급기관(23)의 상부 또는 저부에서 급기하며, 급기 장치로서 송풍기(25)와 급기관(23)을 분배관(26)으로 연결 구성하였다. 급기관(23)은 내열성이 큰 스텐레스관은 SUS 310을 사용하였다. 상기 경사 화상(27)은 소각이 더딘 슬러지류를 건조/소각하기 위한 화상으로 유효급기거리 50㎝내에 있으며 골(28)을 주어 저부 통풍구조로 하고 화상면적을 확대하였다. 상기 투입구(21)에 백파이어 차단 에어커튼 조성용 급기관(22)을 설치하고 분배관(26)에서 급기하여 도어(20)를 열고 쓰레기를 투입할 때 화염의 방출을 차단 할 수 있게 한다. 또한 실시예에서 화상(27)의 저부에 보조급기관(27')을 설치하고 분배관(26)에서 급기하여 슬러지류의 건조/소각을 촉진할 수 있게 하였다. 상기 배기관(19)에 제4도 및 제6도에서와 같이 사이클론관(41)을 연결하여 배기개스중의 입자를 분리 회수한다. 사이클론관(41)은 원심분리실(42)의 상부에 배기관(43)이 설치되고 저부에 입자 수집기(44)가 설치되며 원심분리실(42)과 배기관(19)을 플랜지로 연결하는 안내관(46)으로 연결하여 구성 하였다. 제7도는 배기폐열을 회수하는 배기계의 다른 실시예이다. 일반적으로 배기 폐열이 환경 공해의 한 요인이 됨이 잘 알려져 있다. 또한 생활쓰레기를 완전히 소각하기 위하여 배기 폐열의 회수가 도움이 된다. 제7도에서 안내관(46)에 방열핀(47)이 설치하였고, 사이클론관(41)과 안내관(46)을 공냉자켓(49)으로 포위시켰으며, 흡기구(50)에서 유입되는 공기는 안내관(46)의 방열핀(47)에서 방출되는 고열과 사이클론관(41)에서 방출되는 폐열을 회수하여 송풍기(25)의 흡기구에 공급하게 하므로 연소로의 방출열을 회수하는 것이다. 제10도와 제11도는 본 발명의 쓰레기 연소폐열을 활용하는 다른 실시예를 보인 것이다. 소각로(5)의 로체(51, 52)는 내화물(refractory)로서 보열성이 우수한 캐스타블 내화물(castable refractory)에 내열성단열재를 개재한 철판(54)을 피복하여 제조하였으며, 제작과 조립을 용이하게 하기 위하여 적절하게 분할하여 제작하였다. 실시예에서 하나의 하부로체(11)와 하나 또는 두개의 상부로체(52)로 분할하여 제작하였고, 필요하다면 그 이상의 조각으로 분할하여 제작한다. 소각로(5)는 가연성 쓰레기 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사연소터널(57)과, 경사연소터널(57) 상부에서 연장하여 구성하는 배기관(59)과, 경사연소터널(57) 상단에 설치되고 도어(60)를 장착하여 구성하는 투입구(61)와, 경사연소터널(57)의 중심을 관통하게 설치하여 완속화된 연소염에 다중으로 급기구(64)에서 강제급기하여 고열 화염폭풍을 조성하는 급기관(63)과, 경사연소터널(57)를 따라 연소터널의 바닥에 설치하며 슬러지를 건조/소각하게 하는 경사 화상(67)과, 회출구(70)를 설치한 연소 터널바닥(71)으로 구성하였다. 또 하나의 보조 급기구(91')를 가지는 급기관(91)은 로스톨 형태로 연소터널(57)의 저부에 수평으로 설치하고 열교환 통수관(92)을 내장하였으며, 통수관(92)은 수조(93)의 용수를 펌프(94)로 통수관(92)에 공급하고 통수관(92)에서 가열된 용수를 온수조(95)에 회수하고 펌프(96)로서 수요시설에 공급하게 하는 것이다. 급기관(63)과 보조급기관(91)에 급기하기 위하여 송풍기(65)와 급기관(63, 91)을 분배관(66)으로 연결하였다. 급기관(63)은 내열성이 큰 스텐레스관으로 SUS 310을 사용하였으며, 보조급기관(91)은 통수관(92)에 의하여 열부하를 감소 시키나 역시 SUS 310을 사용하였다. 상기 경사 화상(67)은 소각이 더딘 슬러지류를 건조 소각하기 위한 화상으로 유효 급기거리 50㎝내에 있으며 골(68)을 주어 저부 통풍구조로 하였다. 상기 투입구(61)에 백파이어를 차단하기 위한 에어커튼 조성용 급기관(62)을 설치하고 분배관(66)에서 급기하여 도어(60)를 열고 쓰레기를 투입할 때 화염의 방출을 차단하게 한다. 또한 화상(67)의 저부에 보조급기관(67')을 설치하고 분배관(66)에서 급기하여 슬러지류의 건조/소각을 촉진할 수 있게 하였다. 도면상 미설명부호 23', 63', 23, 63는 급기관의 지지수단, 32는 전원스위치, 33은 제어회로, 34는 모터이다. 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 소각기는 도어(20)를 열고 투입구(21)를 통해 생활쓰레기를 투입/점화하고 송풍기(25)를 구도 소각로(1)에 강제 급기하여 가연성쓰레기를 경사연소터널(17)를 맹열하게 연소시켜 로내 온도를 700∼900℃로 유지시키므로 가연성 쓰레기를 연소 시킴은 물론 슬러지 쓰레기까지도 완전히 건조/소각시키는 것이다. 초기 로내의 온도를 높이기 위하여 슬러지 함유량이 적은 가연성쓰레기를 연소시키며 로내 온도가 소정의 온도에 달하면 슬러지를 포함하는 쓰레기를 일정량씩 정기적으로 투입하여 쓰레기를 연소시킨다. 제1도 내지 제3도 실시예의 소각기에서 초기 연소온도에 도달하는 시간과 쓰레기의 가연성 재료의 성분 및 연소온도 도달후 소각쓰레기의 투이량과 소각시간은 다음과 같다.

본 발명 소각기의 쓰레기 연소특징을 관찰하면 연소로(1)가 경사연소터널(17)이므로 쓰레기의 연소화염은 수직상승에 연소로에 비하여 완속화 된다. 완속화된 연소화염에 급기관(23)의 급기구(24)에서 고압으로 강제급기되어 화염은 상승하면서 다중 급기를 받아 800∼900℃의 고열 화염폭풍의 분위기를 유지시키므로 쓰레기를 무연/무취 상태로 연소하는 것이다. 상기 급기관(23)의 급기압은 350㎜Aq이며 속도압 97㎏/㎠이므로 급기관(23)으로부터 약 50㎝거리의 터널(17) 내벽에서 다양한 각도로 반사되어 로내의 화염은 강렬한 화염폭풍상태를 유지하며 이러한 화염폭풍은 연소로 내의 가연성쓰레기를 분산하면서 구석구석에 충분하게 급기하여 연소 효율을 최대화하는 것이다. 가연성 쓰레기중에 혼가된 슬러지류(음식물쓰레기 등)는 가연성 쓰레기의 연소과정에서 경사 화상(27)에 일시 잔류하며 가연성 쓰레기의 연소열에 의하여 먼저 건조되고 그 다음 완전히 소각된다. 화상(27)의 골(28)은 가연성쓰레기의 연소열로 슬러지쓰레기가 건조되는 동안 보조급기관(27')의 급기에의한 화염을 슬러지 쓰레기 저부에 공급하여 슬러지의 건조시간을 단축시키며 완전히 연소시켜 슬러지 쓰레기의 무연/무취의 연소를 가능하게 하는 것이다. 급기관(23)은 투입구(21) 근접부에 급기구(24)를 배치하지 않으므로 화염폭풍이 투입구(21)에 집중됨을 방지하며, 또한 급기관(22)에서 투입구(21)를 종단하는 공기를 분출하여 도어(20)를 열었을 때 화염이 연소로(1) 밖으로 분출됨을 방지하며 따라서 소각할 쓰레기의 투입을 안전하고 용이하게 수행할 수 있는 것이다. 제6도에서 쓰레기의 연소개스는 배기관(19)을 지나 사이클론관(41)에 공급된다. 잘 알려진 이 사이클론관(41)은 기류를 원심분리실(42)에 유입시키므로 입자와 개스를 원심분리하여 가벼운 개스를 배기관(43)으로 배출하고 무거운 입자를 수집기(44)에 수집한다. 제7도에서 배기개스에 실린 고열은 안내관(46)의 방열핀(47)과 사이클론관(41)을 가열하며 송풍기(25)의 흡기류는 흡기구(50)에서 공냉자켓(49)을 통해 송풍기(25)에 흡기되기까지 안내관(46)과 사이클론관(41)을 냉각시키고 그 과정에서 가열되어 쓰레기의 폐열 일부를 소각로(1)에 회수하게 하는 것이다. 제8도의 소각로는 로체의 소각용량을 크게 변형한 것이다. 일반적으로 소각용량을 증설하기 위하여 동일용량의 소각기를 병설하거나, 제8도와 같이 소각로의 규격을 확대 설계할 수 있는 것이다. 제8도에서 배기관(19)에 연장하여 2차 연소실(19')을 구성하고 2차 연소개스를 사이클론관(41')에 공급하게 하였다. 제10도 및 제11도에서 소각기의 운용과 소각 동작은 상술한바와 동일하다. 다만 여기에서 보조급기관(91)은 소각로 내의 화염폭풍의 현상을 더욱 맹열하게 해주며 또한 쓰레기의 연소페열 일부를 이용할 수 있게 하는 것이다. 즉, 쓰레기의 연소중 펌프(94)를 구동하여 수조(93)의 용수를 통수관(92)에 공급하면 용수는 보조급기관(91)을 통과하면서 가열되어 온수조(95)에 수집된다. 수집된 온수는 펌프(95)를 통하여 수요 시설에 공급하므로 쓰레기 소각 폐열로 온수를 생산/이용할 수 있게 되는 것이다. 상기와 같이 본 발명은 조연연료 없이 슬러지 함유 생활쓰레기를 무연/무취 상태로 연소하는 쓰레기 소각기를 제공하는 것으로 도시의 쓰레기 처리에 기여하는 바 클것으로 기대된다.

Claims (5)

1. 소각로에 급기관, 배기관 및 회출구를 설치하여 되는 쓰레기 소각기에 있어서, 로내 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사 연소터널(17)을 구성하고, 경사 연소터널(17) 상부에서 연장하여 구성하는 배기관(19)과, 경사연소터널(17)의 연소염에 강제급기를 다중으로 행하여 고열 화염폭풍을 조성하는 2조의 급기관(23)과, 슬러지를 건조시켜 소각하게 하는 경사 화상(27)을 구성하였으며, 안내관(46)으로 배기관(19)에 사이클론관(41)을 연결하여 배기개스 중의 입자를 분리 회수할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 급기관(23)이 4조식으로 구성된 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기.
3. 청구범위 제1항에 있어서, 안내관(46) 및 사이클론관(41)의 폐열을 회수하여 송풍기에 공급하는 공냉자켓(49)을 설치한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 급기관(23)에 공급하는 급기량을 다음식으로 산출하여 공급하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기.
5. 소각로에 급기관, 배기관 및 회출구를 설치하여 되는 쓰레기 소각기에 있어서, 소각로(5)는 가연성 쓰레기 연소염의 기류 상승을 완속화하는 경사연소터널(57)과, 경사연소터널(57) 상부에서 연장하여 구성하는 배기관(59)과, 경사연소터널(57) 상단에 설치되고 도어(60)를 장착하여 구성하는 투입구(61)와, 경사연소터널(57)의 중심을 관통하게 설치하여 완속화된 연소염에 다중으로 급기구(64)에서 강제 급기하여 고열 화염폭풍을 조성하는 급기관(63)과, 경사연소터널(57)를 따라 연소터널의 바닥에 설치하며 슬러지를 건조/소각하게 하는 경사 화상(67)과, 열교환 통수관(92)을 내장하여 용수를 유통하게 구성한 보조 급기관(91)을 연소터널(57)의 저부에 수평으로 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각기.