KR20170135090A - 바이오매스의 저 녹스 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 본 발명자의 특허 제10-1525902호 “분체 연료 가스화 장치”의 이용에 관한 발명으로, 바이오매스를 이용하여 제조된 분체연료를 회전 확산시켜 하부로 보내는 분체회전구조를 이용한 회전 확산 기능구조를 갖춘 분체연료기화장치(30)와, 상기 분체연료기화장치(30)의 저부에 화염안정기(40)와 화염안정연소실(50)이 설치되고, 화염안정연소실(50)에 연이어 재연소장치(60)가 설치되며, 재연소장치(60)의 출측에 열교환장치가 설치되는 것에 있어서, 상기 분체연료기화장치(30)는, 가열몸체의 길이에 따라 구간별 온도 값을 달리하여 가스변환구간(31)과 발화구간(32) 및 화염형성구간(33)을 갖도록 하여 기화와 발화 및 연소가 구간별로 각각 동시에 이루어지도록 하는 기능의 복합적 순간기화장치이며, 상기 화염안정연소실(50)은 그 출구부에 화염와류유도편(25)이 설치되어 이중와류 구조의 연소장치를 구현한 것을 특징으로 하는 바이오매스의 저녹스 연소 장치를 제공하여, 바이오매스 중 폐 음식물 혹은 폐 목제, 스러지류 등의 고형물을 분체연료기화장치(30)를 이용 하여 연소효율을 높일 수 있는 가스연료상태로 변환하여 연소하며 연소가 상태의 화염을 완전연소효과와 함께 환경 물질인 녹스(Nox) 발생을 저감하도록 하는 것임.

Description

바이오매스의 저 녹스 연소 장치{Biomass combustion system for low Nox System for using waste heat}

본 발명은, 본 발명자의 특허 제10-1525902호 “분체 연료 가스화 장치”의 이용에 관한 발명으로, 분체상태의 바이오매스(폐 목, 병충해 목, 폐 음식물, 맥아껍질, 양조장 오니 등)를 순간가스화 변환장치인 분체연료기화장치(200)를 이용하여 연소시키되 연소장치가 연료를 하향으로 연소(VERTICAL TYPE)하도록 하며, 연소 장치본래의 열 뿐만 아니라 폐열 또한 이용하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

더욱 상세하게는 순간가스화 변환장치와 저 녹스 연소구조를 복합 구성하여 일반적 바이오매스 등의 연소 시 발생하는 화학적 오염물질(Nox, 다이옥신)생성 방지를 위한 구조와 방법을 제시하고, 이러한 친 환경적으로 연소효율을 높이는 기술로 발생된 열을 열저장 룸에 가두어 연소가스의 흐름을 지연하여 열이 필요한 구조 물(보일러, 증발기 여교환기 등)에 열전달 효율을 높여 버려지는 배기가스의 폐열을 최대한 열 교환 하도록 하는 방법으로 하고, 열 저장룸(80) 내부에 연소열을 이용하기 위한 열 회수장치는 연소실을 기준하여 온도를 필요로 하는 열 회수 장치를 설치하며, 열 회수 장치는 음 폐수 처리장치(110), (공기, 물)열교환기, 보일러로 하며, 특히 열 회수 장치들의 열 교환효율을 지속적으로 유지하기 위하여 회분, 재 등을 효율적으로 환경오염 없이 처리 할 수 있는 구조와 청소기능 등을 갖춘 열저장 룸(80)을 제시하여 열 교환효율의 저하를 방지하여 유지하면서 연속적으로 폐열을 사용하기 위한 방법을 제시하는 것이다.

특히 본 발명은 음식폐기물 류의 고형물을 친환경 연료로 재생하고 이를 연소하여 얻은 열을 이용하여, 음식폐기물에 포함된 음 폐수를 필터를 거친 후, 증발 처리 하여 폐수의 방류 방지효과를 갖도록 하는 것으로, 국내는 물론 국제화하여 음식폐기물의 친환경적으로 처리는 물론, 본 발명기술로 완성된 기계의 국제적 공급을 위한 목적과, 국내외적으로 폐 음식물의 처리에 각국에서 고민하고 있는 문제를 해결하는 것은 물론, 폐기물을 자원화 한다는 세계가 원하는 큰 목적의 의미가 있다.

질소 산화물(주로 NO, NO2,N2O,N2O3,N2O4,N2O5 등 일반적으로 NOx로 지시됨)은 인간의 살아있는 환경과 인간을 본질적으로 매우 위험하게 만들고, 한편 NOx(이하 녹스라 칭함)는 산성비를 만드는 주요원인이고 다른 한편으로 녹스는 어떤 조건에서 탄화수소와 함께 광화학 스모그를 만들어서 대기의 환경을 파괴하고, 인간의 건강을 심하게 해치고, 인간이 의존하는 환경을 악화시킨다. 우리나라의 급속한 산업발전 으로 사람들은 특히 폐기물 경우 녹스의 오염 문제에 주의를 더욱 많이 기울이고 있다.

녹스의 발생량에 영향을 주는 주요 요인은 연소온도, 과잉 공기계수, 연료에서 질소함량 및 연료 체류 시간이다. 따라서, 녹스의 발생을 제어하는 주요방법은, 연소온도의 수준을 감소시켜 국부적인 고온 영역을 보호하는 단계 최초 연소 영역의 산소 응집을 감소시켜 연소가 연소공기의 이론적인 양으로부터 벗어나는 조건에서 이루어지는 단계 및 연소 공기 흐름을 적절하게 조직화하여 녹스가 불꽃에서 감소되는 단계를 포함한다.

일반적으로, 음식찌꺼기, 폐 목, 주류의 오니, 등을 분체 연료화 하는 경우는 기존에 사용하고 있는 유기성 연료들에 비해 약7-8배 최대 10배 이상인 약13%이상의 회분과 불순물이 많이 포함 되어 있고 연소 후에 발생 되는 재의 상태가 다른 유기성 화석 연료로 하여 발생되는 재와 다르게 열 회수기에 나타나는 파울링(fouling) 상태는 열 회수기의 열전도를 30-60%이상 떨어트릴 정도로 빠르게 표면과 연관을 막거나 입구를 눈이 쌓이는 형태로 오염시켜 홀 등에 트래핑(trapping)현상이 발생되는 것과 특히 연소 배기가스의 배출을 방해받아 화실 압력을 높이거나 화실압력의 롤링(ROLLING) 현상을 발생토록 하여 연소 등에 많은 문제를 발생한다는 사실을 많은 실험결과 알게 되었다.

따라서 이러한 바이오메스 연료 중 특히 음식 폐기물 류 등을 연료로 사용하기위한 문제들을 극복 할 수 있는 구조적인 조건과 기능을 갖추도록 만들고 연속적으로 무공해 상태로 안정된 연소를 할 수 있도록 하는 구조가 절실히 필요하다.

KR100766137 KR101335621 KR100867337 JP19990505599A

본 발명은 폐 음식물 분체연료의 경우 특성상 연소 시에 발생되는 많은 비산 재, 회재 등의 재처리문제를 구조와 기능적으로 해결하고, 이러한 부산물들을 구조적으로 합리적 방법으로 수집처리를 위한 특징적 형태를 갖추고 이 모든 것들에 관한 문제들을 해결하기 위한 전체적인 방법을 제시하여 폐 음식물류, 동물의 변류 등을 완전한 연료로 사용할 수 있도록 하고 여기에 발생된 열을 이용 폐수 증발처리에 목적이 있다.

본 발명은 분체상태의 고체를 순간적으로 가스화하여 연소 할 수 있는 분체연료기화장치를 이용하여 하향식으로 연소하는 방식으로 연소하면서 발생되는 열은 위로 상승 전달하는 원리를 이용하여 순간 가스발생기인 분체연료기화장치의 온도를 연속적으로 외부의 전달열의 공급 없이 가스화하기 위한 온도조건을 유지하도록 하는 구조의 조건으로 하여 순간 가스 발생기인 분체연료기화장치의 온도 유지에 필요한 또 다른 에너지 소비가 없도록 한 것을 특징으로 하였다.

본 발명은 음식폐기물 혹은 폐 목제를 연료화 하여 연소하고자 할 경우 연료가 갖고 있는 휘발분과 열량이 일반적으로 사용하는 화석연료에 비해 열량 값이 낮고, 계절 별, 지역별, 성분에 차이가 있어 순수한 음식폐기물 혹은 동물의 변만을 연료화 하여 연속적으로 화염을 형성하며 안정적으로 연소하기에는 현실적으로나 기술적으로 어려움이 있었다. 따라서 이를 해결하기 위한 목적이 있다.

본 발명은 상술한 연소의 어려움을 해결 하고자 연료 상태를 작게 쪼개는 분체화 방법을 선택하여 연료화 하고 있으나 분체 상태의 연료를 직접연소하기 위하여 특별한 장치와 조건을 갖춘다고 하나 완전 연소는 물론 저공해연속 연소 또한 어렵다 하여 이를 해결하기 위한 목적을 특징하였다.

또한, 연소한다 해도 음식 폐기물이나 폐목제 등에는 회분과 불순물이 다량 포함되어 있다. 따라서 이를 분리기로 분리한다고 하나 연소 시 불연 성분으로 재와 함께 많은 양이 배출 된다. 따라서 이를 해결하기 위한 방법으로 하향식 연소구조를 제시하여 재와 회분 등을 자동제거 및 배출처리 할 수 있는 구조 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

특히, 음식 폐기물이나 폐목재 등의 유기성 폐기물 연소 시 눈 같은 분진 형태의 재가 짧은 시간 동안에 급격히 발생하여 회재 침전물이 열 교환 장치들의 외 표면에 침적(deposit)되어 열교환기 구조의 홀 막음과 벽 등에 두꺼운 상태로 단열층을 형성시킴으로 인한 전열 열 교환 손실 및 연소를 악화시키는 주요요인이 되므로 이를 방지를 위한 예방 및 제거를 하기 위한 방법을 제시하는데 목적이 있이 있으며,

또한, 열 회수기의 열효율 성능을 유지하고 음식 부산물이 내포하고 있는 염분에 의한 열 교환기, 보일러 등 소재의 부식현상을 저감시키기 위하여 스팀이나 공기 혹은 왕복 구조장치를 이용, 열 교환을 위한 구조물 표면들을 청소하는 방법의 기술적 방안을 제시하여, 해결하는 방법과 구조장치를 제공하는데 목적이 있다.

특히, 분체 상태의 연소 효율을 높이기 위한 가스화 구조 내(분체연료기화 장치200)에서 순간적인 가스화 효율을 높이기 위한 분체 상태의 연료 제조법을 제시하여 가스화효과를 높이도록 하기 위한 가스화에 조건에 필요한 분체연료를 갖기 위한 조건 등의 목적과 수단이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로;

본 발명은 연료 저장 호퍼는 바닥과 벽 등에 열에 의한 일정 온도를 유지하게 하는 열전달 이중구조를 가진다.

또한, 호퍼는 밀폐 형태로 이루어지도록 하여 함수율이 상승하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 호퍼의 출측으로 부터 공급되는 분체 상태의 연료를 하부로 배출시키는 원료 투입장치가 설치되며, 원료투입장치의 출측에는 투입된 연료를 기화시키는 분체 연료 기화장치를 이용하는 것으로 연소기능을 위한 구조를 갖고, 또한 연료의 조건, 종류에 따라 후단에 연속적으로 완전연소 및 저 녹스를 위한 장치의 구조물들을 설치하여 연소하도록 하는 것을 본 발명 연소의 특징으로 한다.

특히, 상기 분체 연료 기화장치는 2가지 구조로 각각의 다른 기능을 갖는 것을 특징한다.

① 기화장치 내에서 단순히 분체상태의 연료조건과 성분에 따라 연료를 순 간 기화만 하도록 하는 조건의 기화만을 위한 조건과 구조로 되어 있는 것으로 하는 것을 특징으로 하며,

② 분체 연료 기화장치의구조와 조건을 순간 가스 변형구간과, 화염을 형성하는 구간을 통합적으로 형성시켜 연속 연소가 이루어지도록 하는 것을 발명의 특징으로 하며, 이를 통합하여 분체 연료 기화장치로 총칭 한다.

이는, 바이오메스 폐기물의 성분과 재료의 특성에 따라 2가지의 분체 연료기화장치를 선택하여 사용하도록 한 연소 구조와 방법의 발명을 특징으로 하고,

분체연료순간기화장치하단부 연소구조는 기화장치의 구조에 따라 연소구조를 선택하여 사용할 수 있도록 한 것이 본 발명의 특징이며 그 구조의 특징은 :

1. 화염형성안정기와 화염안정연소실을 차례로 구조하고 외부의 공기를 와류로 회전시켜 연소공기를 공급 하도록 하는 화염와류 유도 편으로 구성되는 것을 기본 연소 구조로 하고,

완전연소의 저 녹스(Low Nox)효과를 위해 기본 구조로 형성된 화염은 재연소장치의 내부로 화염을 강제 유도하기 위해 공기(연소용)투입구를 통해 유입된 공기를 화염와류 유도편을 이용하여 유입된 공기압으로 화염을 하부로 강제 유도하여 재연소장치의 내부를 빠르게 통과하도록 유도하면, 이때 발생하는 기류변화로 재연소장치의 안 쪽 벽에 설치되는 흡상재연소장치의 상부는 진공 혹은 마이너스 상태로 형성되면서 재연소장치의 내부를 통과한 미연소분이 재연소장치의 상부로 흡상되어 미연소 분을 완전 연소하도록 하여 바이오 연료의 연소 효율을 높이고, 이러한 순환 연소 구조로 온도를 낮추어 녹스(Nox)의 발생을 낮추도록 하는 효과의 구조가 된다.

2. 또한, 분체연료기화장치는 온도와 거리 시간차를 이용하여 가스 변환구간과 화염형성 구간으로 나누어 단일 구조에서 복합적으로 이루어지는 분체연료기화장치의 경우는 별도의 화염형성안정기의 설치 없이 화염안정연소실 만으로도 높은 연소 효과를 가질 수 있는 분체연료기화장치의 또 다른 구조와 기능에 관한 것과, 이를 사용하여 친 환경 연소의 것이 본 발명의 기술이다.

분체연료기화장치와 저 녹스 효과를 갖기 위한 재연소장치와 화염가열기를 거친 무공해 연소가스가 공급되는 출구에는 보일러 단독 혹은 음 폐수처리장치와 열 회수기가 복합설치 하는 것을 특징한다.

그리고, 음식 폐기물을 연료로 하는 연소장치 및 연소가스 통과부의 하단부에는 콘 및 V형태의 수거부를 설치하여 낙하되는 회분 및 불순물, 재 등을 수거하기에 용이한 구조를 갖추는 것이 바람직하다.

또한, 수거부의 하단에 제1 분진 수집 장치인 로타리 밸브가 설치되고, 로타리 밸브의 출측에 스크류를 회전시키는 스크류 가동 모터가 설치된다. 그리하여 재 등의 분진은 스크류에 의해 연속 배출되도록 한다. 이 스크류는 이중구조로 하여 냉각수 혹은 공기 등으로 내부 재의 열기를 냉각하도록 하고 혹시라도 남아있는 불티의 소화를 위한 소화용 물 공급 장치와 노즐을 포함한다.

열저장 방을 설치하는 목적은 제올라이트를 이용한 악취제거와 뜨거운 공기의 유속을 느리게 하여 열의 급진적 배출을 억제하는 기능을 하며, 내부에 폐열을 이용한 70℃이상의 표면 온도를 이용 바이오 연료 재생 전에 포함된 물을 증발시키기 위한 목적으로 하는 음 폐수처리장치인 증발장치를 포함, 50℃이상 혹은 이하의 더운 공기 및 물 등을 사용하기 위한 열교환기 및 보일러를 복합 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 열저장 방과 연소 장치 구조 내 분진제거장치는 상하실린더장치 및 스팀 분사장치인 제1분진제거장치로 이루어지며, 상기 상하 반복 실린더장치를 이용하여 열교환기 외측 표면의 분진을 털어내고, 스팀 분사장치를 이용하여 보일러의 표면 및 판 혹은 파이프 형태의 폐수증발 장치의 표면에 분진을 불어내거나, 긁어내는 장치가 되어있는 폐열 흡수장치가 열저장 방내에 통합 되는 것이 특징이다.

현재 국내 및 해외에서 발생 하는 폐 음식물류 쓰레기 및 폐목 등의 버려지는 물량이 엄청난 상황에서 이를 연료로 사용하기 위해 다양한 연소처리방법을 시도하여 왔으나, 실제성공한 기술이 없이 단순히 음식물류를 소각하는 방법과 화학 물질을 첨가하여 일정한 규격화한 연료나 분체상태로 가공 혹은 첨가하여 연소를 시도하여 왔으나 이와 같은 여러 방법의 연료는 완전한 사용에 어려움이 있고 아울러 친환경 연소를 기대하기 어렵고 고른 화염 형성과 계절과 지방에 따라 성분과 열량이 달라 연료에 따른 연소조건차이로 연소가 어렵고 연소한다 해도 다이옥신 등의 문제 발생으로 사용에 어려움이 있다.

따라서 이를 해결하고자 현재까지 여러 방법을 제시하였으나 효능성과 실용성이 떨어지거나 친환경적으로 연속 사용하는데 문제점이 많이 발생 되어 실제 연료로써의 재활용에는 한계가 있는 바, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 결과를 갖도록 한 것을 특징으로 한 것이다.

따라서 이를 해결 하고자 국내 및 세계 최초 발명한 연소 방법인 음식 폐기물만을 100%사용하고, 어떤 첨가물이나 규격화 없이 분체화한 고체연료를 발화에너지가 적게 사용되는 기체상태의 연료로 변형하여 하향연소(VERTICAL)구조를 이용한 저 녹스 친환경 연소 방법으로 연소하는 것과,

이러한 연소방법으로 얻은 열을 이용 하여 폐 음식물류 폐액을 여러 휠터를통과 후 고온 증발 법으로 폐수를 하수방류 없이 친 환경처리 등의 환경개선효과와 폐자원을 이용하자는 정부 및 세계의 요구에 이바지 할 수 있으며,

특히, 현재 일반적으로 화석연료를 일부 사용하여 폐 음식물류를 처리하고 있는 실정으로 에너지 비용이 과다하게 발생하여 이를 재대로 처리 못하고 있는 문제를 해결하기위한 수단으로 버려지는 폐기물만을 이용, 이를 연료 화하여 에너지비용발생 없이 이를 재활용하는 효과를 갖는데 있고, 발생된 열을 효율적으로 사용하기 위한 열 회수 구조물 설치 방법과 위치 또는 내부에 배열된 열 교환기 등의 구조와 열 교환효율을 유지하기 위한 구조와 청소기능을 제시하여 연속적인 열 교환기의 성능을 유지 하도록 하여 모든 기능이 정상적으로 연속 작동하도록 할 수 있는 효과로 현재까지의 문제로 남아있는 폐 음식물을 비롯하여 폐 목, 병충해 목, 볏집, 주류찌거기, 동물의 변 등 처리에 막대한 비용을 절감하고, 방치 혹은 매립 등으로 한 환경 파괴를 막기 위한 완전한 친환경적 처리의 여러 효과를 얻을 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예시도로, 연료기화장치를 이용한 저 녹스 효과를 갖는 연소장치와, 폐열을 이용하기 위한 열저장 방 전체를 포함하는 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시 예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능 구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시 예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이며,

본 발명에 서술된 여러 가지 기술과 현상들은 실제 실험 및 연구에서 얻은 결과물을 인용 서술하였고, 현제 본 발명을 위한 연구 결과를 위해 실증 사용된 실험 장비를 갖고 있으며, 본 발명의 결과에 관한 인용 연구 보고서는 산업자원부 과제고유번호 : 2006-N-WA02-P-04에 서술 한 자료를 기초로 본 출원서에 문제를 도출하여 이를 해결하기 위한 결과물이다.

도1은 바이오매스의 가스화를 이용한 저 녹스 연소장치 전체 구성도이다. 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

본 발명은, 원료 저장 장치인 호퍼(10)와, 호퍼(10)로부터 공급되는 연료를 이송기(11)로부터 받아 연료를 투입하는 연료투입장치(20)와, 연료투입장치(20)의 출측에 설치되는 분체연료기화장치(30)와, 분체연료기화장치(30)의 저부에 설치되는 화염안정기(40)와, 화염안정기(40)의 저부에 설치되는 화염안정연소실(50)과, 화염안정연소실(50)에 연이어 그 하부에 설치되는 재연소장치(60)와, 재연소장치(60)의 출측에 설치되는 열교환장치로 구성되고,

상기 연료투입장치(20)는 역화 방지를 위해 연료투입장치(20)의 내부로 공기나 스팀을 주입하는 공기 주입구(21, 211)와, 연료투입장치(20) 내부의 분체를 회전시키면서 분체연료기화장치로 송출하기 위한 분체와류유도편(23)과 분체연료기화장치(30)의 내부까지 연장되는 분체회전확산기(24)를 가지며,

상기 분체연료기화장치(30)는 외통체인 가열몸체의 길이에 따라 구간별 온도 값을 달리하여 가스변환구간(31)과 발화구간(32) 및 화염형성구간(33)을 갖도록 하여, 기화와 발화 및 연소가 구간별로 각각 동시에 이루어지도록 하는 기능의 복합적 순간 기화장치이다.

상기 분체연료기화장치(30)의, 가스변환구간(31)과 발화구간(32) 및 화염형성구간(33)은 각각 가열장치(311, 321, 331)를 가지는 것이 바람직하다.

상기 화염안정연소실(50)은 그 출구부에 화염와류유도편(25)을 설치하여, 본 발명이, 이중와류 구조의 연소장치를 구현하게 한다.

상기 재연소장치(60)는 외주부에 상하 방향으로 설치되는 흡상재연소통로(61)를 포함하되, 흡상재연소통로(61)는 상단 개구부가 화염안정연소실(50)의 출구 방향과 직각이 되게, 즉, 출구 둘레 면이 화염안정연소실의 출구방향과 동일하게, 설치되는 것이 바람직하다.

상기 열교환장치는 공지의 열교환장치가 널리 사용될 수 있다. 이러한 열교환장치로서 본 발명은 재연소장치(60)의 저부에 설치되는 보일러와 같은 제1열교환기(70)와 그 후측에 설치되는 열저장방(80)과, 상기 제1열교환기(70)의 내벽에 부착되는 슬러지를 제거하는 청소장치(71)와, 열저장방(80)에 설치되는 제2열교환기(81) 및 음폐수처리장치(90)로 구성되는 실시예를 개시한다. 제1열교환기(70)의 저부 및 열저장방(80)의 저부에는 하락하는 분진을 수거하기 위한 V형의 홈과 홈에 설치되는 이송스크류 및 이송스크류로 운반되는 분진을 배출하기 위한 배출밸브로 구성되는 제1분진제거장치가 설치될 수 있다.

음 폐수처리장치(90)는 열저장방(80)에 설치되는 가열관(91)을 가져서, 정제 후 가열한 고온의 음 폐수가 배출구(92)를 통하여 배출되게 한다.

그리고, 열저장방(80)에 설치되는 제 2 열 교환기(81)와 가열관(91)은 관체의 길이를 따라 이동하며 슬러지(Sludge)를 제거하는 와이퍼를 가지는 제2분진제거장치(93)를 가지는 것이 바람직하다. 와이퍼는 실린더장치로 가동되는 것이 바람직하며, 와이퍼로 제거되는 분진은 열저장방(80)의 저부에 설치되는 분진제거장치로 제거되게 하는 것이 바람직하다.

화염안정기(40)의 기본 구조는 분체연료기화장치(30)하부(출구)쪽의 규격을 기준으로 하측으로 갈수록 나팔 모양으로 점점 넓어지게 형성되고, 그 소재는 고열용 금속 또는 내화재로 하는 것을 포괄한다.

재연소장치(60)는 저 녹스 연소장치로서, 화염안정연소실(50)의 외부로부터 공기투입구(51)를 통하여 공기를 공급받아 화염안정연소실(50)에서 형성된 화염을 재연소장치(60) 내부에 구조된 화염가열기(62) 내부로 통로를 형성하여 강제적으로 화염이 강하게 통과하고, 통과된 연소가스 일부는 재연소장치(60)의 내벽과 외벽 사이에 설치된 흡상재연소통로(61)에 의하여 위로 상승하여 다시 재연소장치(60)내부인 화염가열기(62)를 다시 통과하면서 재연소하도록 하여 온도를 내려 녹스 발생을 억제하는 저 녹스 결과를 갖게 한다.

화염이 재연소장치(60)의 내부인 화염가열기(62)를 빠르게 통과하게 하면 흡상재연소통로(61)의 상부는 진공 내지는 음압 상태로 되어 화염 외부의 미연소 기체를 위로 끌어 올리는 와류를 형성시키게 된다. 그 회전 효과를 이용 연소온도를 낮추며, 재 연소하도록 하여 저 녹스 결과를 갖는 친환경적 완전 연소되도록 한다.

또한, 화염이 강하게 재연소장치(60)의 내부를 통과하면 재연소장치(60)의 내부 온도가 상승되고 상승된 높은 온도를 이용, 통과하는 화염의 연소조건을 높여 완전연소를 이루도록 하게 된다.

상기 보일러장치인 제1열교환기(70)는 원료 저 녹스 장치인 재연소장치(60)의 하부에 위치되며 물을 내부 구조체에 통과시키면서 외부의 열을 이용하여 물을 가열 하는 역할을 한다. 이러한 제1열교환기(70)는 보일러장치 외에 사용자의 필요에 의해 임의의 열 흡수이용 장치가 선택하여 설치될 수 있다.

상기 제1분진제거장치는 보일러 장치의 화실 외측에 설치되며 스팀을 분사하여 보일러 장치의 외측에 부착 되는 분진을 스팀이나, 고압공기를 불어서 분진을 하부로 낙하시킨다.

상기 제1 열교환장치(70)는 재연소장치(60)의 하부에 위치하며 다수개의 열 교환파이프가 설치되어 고열의 열을 교환 흡수 하도록 하는 것이 바람직하다.

제1분진제거장치는 재연소장치(60)의 하부에 설치되며 하부는 호퍼 혹은 V형태로 이루어져 재연소장치(60)에 의해서 연소 처리되고 남은 분진 및 불연 물질, 회분 등을 하부 공간부로 수집하도록 하여 로타리 밸브를 통해 포집하여 배출 처리한다.

상기 열저장방(80)은 전체연소장치 구조의 측면에 연결하고, 제1열교환장치(70) 및 제1, 2 열 교환장치(70)(81)들을 통과한 폐열에 포함된 분진을 포집하여 모집하도록 하는 콘 혹은 V형태로 하여 하단부 분진수거장치의 로타리 밸브로 보내고, 고온의 연소가스 열기는 열저장 방(80)에서 많은 시간 머무르도록 하면서 불연제인 제올라이트를 이용 냄새물질을 제거하고, 폐열을 이용한 음 폐수처리장치(90) 및 제2 열 교환기(81)로 폐열을 최대한 활용, 흡수하도록 하였다.

상기 제2 열교환기(81)는 열저장방(80) 내부의 연소가스 유도 장치 역할을 위한 칸막이로도 설치 할 수 있으며 이때 연소 폐가스 중에 남은 열을 이용하여 건조기에 필요한 제2 열 교환에 이용하도록 한다.

열저장방(80)에 설치딘 가열관(91)은 금속제 파이프로 이루어지며 외주 연에 분진이 달라붙도록 유도하고, 그 분진을 이미 제시한 분진 제거 방법을 이용하여 규칙적 일괄 처리하는 방식으로 하는 특징으로 한다.

상기 제 2 분진제거장치(93)는 가열관(91)의 둘레에 설치되는 와이퍼와 와이퍼를 승강시키는 피스톤과 피스톤을 작동시키는 상하작동 실린더장치 로 구성된다. 그리하여 상기 상하 실린더 장치를 이용하여 가열관(91)의 외측 분진을 떨어낸다.

이하에서 본 발명에 적용되는 연소장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 회분과 불순물이 평균 9%이상이고, 악취를 형성시키는 폐 목분 혹은 폐 음식물류, 가축의 변류 등의 고형물을 분체연료로 변형하여 이를 열분해 연소과정을 거처 악취제거 및 저공해 완전연소하기 위한 것이다.

연료 공급 구조로는 스크류 타입으로 공급하고 연료는 하단부 아래 노즐로 향하도록 설치되고, 공기주입구(21, 211)는 위쪽으로 돌출시킨 구조로 하여 연료노즐의 분무효과와 역화 방지를 위한 공기 혹은 스팀을 공급하도록 연료공급구 내부 중앙에 설치되며,

연료의 양 조절은 공급 이송기(11)의 스크류 모터의 회전수 증감을 통하여 양을 조절 할 수 있도록 하였다.

연료노즐 출측에는 분체와류유도편(23)이 설치되어, 연료노즐로부터 나온 분체연료가 분체연료기화장치(30)의 내부에 공급될 때 모터에 의한 분체회전확산기(24)에 의해 분체연료기화장치(30) 내 벽면에 뿌려진다,

이때, 분체와류유도편(23)을 통과하면서 회전운동을 하는 공기와 함께 고속회전 하는 기류에 편승하면서 분체가 빠르게 회전을 하며 분체연료기화장치(30) 내부 벽면과 마찰하며 머무는 짧은 시간 동안 분체 연료에서 부피기준 약 65-80%이상의 휘발분과 탄소 성분들이 순간적으로 가스화 하게 된다.

본 발명의 분체회전확산기(24)는 모터로 구동되며, 이는 높은 회전으로 분체연료기화장치(30)내에서의 체류시간 연장으로 가스발생 효과를 더 높일 수 있게 된다.

이는, 연료의 구성비가 좋지 못한 연료는 단지 분체와류유도편(23) 만 장치된 경우 가스 발생 효과가 낮아지며 특히 분체회전확산기(24)가 없이 연료의 휘발 성분 상태가 현저히 떨어질 경우에는 느리게 회전하며 곧바로 하부로 쏟아지듯 낙하 되어 가스발생 효과가 현저히 급감 하게 되고 이러한 결과로 미연소 분이 많이 발생하고 또한 하부에 많은 양의 재와 미연소분의 분체 연료들과 회분 등이 축적되는 문제가 발생 하게 되는 바, 본 발명은 분체회전확산기(24)를 활용하여 이러한 문제를 해결하였다.

이러한, 분체연료의 상태나 원료구성비에 따라 분체와류유도편(23) 혹은 분체회전확산기(24)를 선택적으로 또는 복합 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 분체연료를 가스화 장치인 분체연료기화장치(30)를 통해 생성된 가스의 화염은 화염안정기(40)를 통해 화염이 안정적으로 형성되도록 하여 화염안정연소실(50)에서의 연소가 연속적으로 이루어지도록 하여 생성된 화염기둥은 재연소장치(60)로 향하게 된다.

이때 발생된 높은 열의 온도는 화염안정기(40)와 연결된 가스화 장치인 순간기화장치(30)의 구조와 연결 혹은 접촉 되어 있도록 하여 열전도 효과를 갖도록 하는 방법의 것과, 또는, 화염안정기(40)의 연결이나 접촉 없이 분체연료기화장치(30)의 내부에 거리(폭)와 구간별 필요 온도를 이용한 가스(기화)화 구간과 화염 형성구간을 복합 구조하여 분체연료기화장치(30)의 온도를 상승 혹은 유지 하도록 하여 기화장치에 필요한 온도를 유지하는 방법으로 하는 외부에너지 공급 없이도 가스가 발생하도록 하는 2가지의 특징을 갖도록 하는 분체연료가스화장치(30)의 발명이다.

그리고, 연소 시 화염이 상부로 역화 하는 것을 방지하고, 안정된 연소효율을 위하여 재연소장치(60)에 구성하는 외부공기 제공 수단인 공기 투입구(51)를 구비하는바, 공기투입구(51)를 통해 공기를 인입시켜 미 연소된 연료를 연소 시킬 수 있도록 구성한다. 이때, 사용 공기는 음식 폐기물 처리 시 발생하는 악취를 갖고 있는 공기를 투입하여 악취를 열분해 하는 기능을 갖추어 악취제거가 가능하도록 구성할 수도 있다.

또한, 폐 음식물류를 연료로 사용 할 경우는 성분의 변화(지역, 계절, 오염 정도, 청결도, 회분의 비율 등)가 클 수 있고 이에 따라 연소 조건과 연소를 위한 온도조건 등도 변화를 주어야한다. 그러나 일일이 대응하기 어려운 점을 감안하여 분체연료기화장치(30)를 설치하여 분체연료를 순간적으로 기화하도록 하는 장치를 이용하는 수단을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 효과를 높이기 위한 목적으로 연소 방식을 하향식(vertical type)으로 구성하여 열과 뜨거운 공기는 가벼워 위로 상승하려는 원리를 이용하여 연소 시 발생되는 높은 온도의 전달이 위쪽에 위치한 가연성가스 발생기인 분체연료기화장치(30)의 온도를 기화에 필요하게 유지하도록 하여 완전가스화를 효과적으로 유지하고, 연소 후 남는 재 및 회분 처리효과 목적을 갖기 위해 하향연소 구조로 선택하였다.

바이오매스를 완전 연소하기 위한 장치에는 화염안정연소실(50)의 화염이 재연소장치(60)의 내부를 통과 할 때 재연소장치(60)의 통 내/외부면의 높은 온도를 이용한 재 회전 연소 방법에 의해 미연소분 혹은 불완전 연소가스를 완전 연소하도록 장치하여 저 녹스(low NOx)연소 효과 구현과 무공해 연소가 가능하도록 하였다.

또한, 본 발명은 연소된 열을 효율적으로 이용하면서 잔류악취를 제거하기위한 목적으로 열저장방(80)을 설치하고, 열저장방(80)은 외부로 빠져 나가는 열을 저장하여 높은 효율의 열 회수 효과를 갖도록 하면서 분진처리를 위한 청소방법과 분진수집구조 장치를 갖도록 한 것을 특징으로 하고,

내부 벽에는 제올라이트를 사용한 단열용 보온 및 탈취장치로 하여 외부로 빠져나가는 열을 방지하고 연소 시에 남아있는 적은 양의 악취를 가두어 악취를 처리 할 수 있게 특징 하였다.

또한, 보일러 장치 혹은 다른 용도의 열 흡수장치를 통과한 높은 열을 갖고 있는 폐열은 넓은 열저장 룸(80)으로 아주 느린 속도로 흐르게 하여 열 교환 장치들을 통해 열 회수율을 높이도록 구성한다.

특히, 상기 열저장방(80)에는 제 2 열 교환기(81)와, 음 폐수처리장치(90)를 설치하고, 음?수처리장치(90)의 가열관(91)의 표면 청소 목적의 제 2 분진 제거장치(93)를 설치하여 열교환 효과를 높임과 동시에 음폐수처리장치(90)에 쌓이는 슬러지를 용이하게 제거할 수 있게 하였다.

상기 가열관(91)은 금속성 파이프로 구성함이 바람직하며, 상기 금속성 파이프의 외 표면주변에 분진이 부착되므로, 따라서 파이프에 열전달 효율을 높이기 위해 상기 분진은 수시로 제거하도록 하고, 본 발명에서는 실린더장치와 피스톤 및 와이퍼를 구비하는 제2분진제거장치(93)를 제공하는 바, 이는 상기 와이퍼를 가열관(91)의 외 주연에 슬라이딩 결합시켜 와이퍼가 가열관(91)의 외 주연을 승 하강하면서 냉각관의 외 주연에 존재하는 분진을 아랫방향으로 낙하시키도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 금속성 파이프인 가열관(91)의 내 주연에 가열한 폐수분사장치(92)가 향하도록 설치하고, 상기 폐수분사장치(92)를 통해 정화 후 가열한 고온의 음 폐수를 강한 압력으로 금속성 파이프의 내측이나 외측에 폐수를 뿌려 효과적으로 폐수가 증발 할 수 있도록 하였다.

본 발명에 필요한 모든 열원은 폐 바이오매스와 가축 분을 혼합 혹은 단독100%사용하는 것으로 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 연소 시 발생되는 회재 혹은 불순물 등의 처리 방법은 하향 연소하도록 하여 비중이 높은 회분이나 재 등이 하단에 쉽게 고이도록 호퍼 혹은 V형태의 제 1 분진 제거 장치와 제 2 분진 제거 장치를 구성하며, 제 1 분진 제거 장치 및 제 2 분진 제거 장치의 하부에는 분진이송장치를 설치하여 장치 내부에서 발생하는 분진을 스크류 형태로 외부로 배출하도록 구성한다.

상기 스크류 형태는 이중 자켓(jacket)형태로 하여 열에 의한 변형 등에 대비하고 스크류 내부로 물을 분무 할 수 있는 노즐을 구성시켜 혹시라도 미연소의 탄화분의 열로 화재 발생과 분진확산을 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.

10: 호퍼
11: 이송기
20: 연료 투입 장치
21, 211: 공기주입구
23: 분체와류 유도 편
24: 분체 회전 확산기
25: 화염와류 유도 편
30: 분체연료기화장치
31: 가스변환구간
32:발화구간
33: 화염형성구간
311, 321, 331:
40: 화염안정기
50: 화염안정연소실
51: 공기투입구
60: 재연소장치
61: 흡상재연소통로
62: 화염가열기
70: 제1열교환기
71: 청소장치
80: 열저장방
81:제2열교환기
90: 음폐수처리장치
91: 가열관
92: 폐수분사장치
93: 제2분진제거장치

Claims (4)

1. 바이오매스를 이용하여 제조된 분체연료를 회전 확산시키며 순간 가스화하도록 가열몸체부와 마찰을 일으키며유동시키기 위한 분체와류유도편(23) 및순간 가스화 효율을 높이기 위한 목적으로 설치되는 분체회전확산기(24)를 추가로 이용하는 것을 특징으로 하는 분체연료기화장치(30)와,
   상기 서술한 가스화 목적의 복합기능의 회전확산 기능 구조를 갖춘 분체연료가스화장치(30)를 이용하여 가스화 연소시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 분체연료기화장치(30)는, 가열몸체의 길이와 폭의 구간에 온도 값을 달리하여 가스변환구간(31)과 발화구간(32) 및 화염형성구간(33)을 갖도록 하여 기화와 발화 및 연소가 구간별로 각각 동시에 함께 이루어지도록 하는 기능의 복합적 기화장치이며,
   상기 분체연료기화장치(30)의 저부에 화염안정기(40)와 화염안정연소실(50)이 설치되고, 화염안정연소실(50)에 연이어 재연소장치(60)가 설치되는 저녹스 구조 목적의 하향 연소 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 저 녹스 연소 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 분체연료기화장치(30)는 가열몸체부의 그 길이 방향으로 분할되는 가스변환구간(31)과 발화구간(32) 및 화염형성구간(33)에 각각 소요 온도값을 제공하는 가열장치(311, 321, 331)가 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 저연소 녹스 연소 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 재연소장치(60)는 그 내부의 화염가열기(62)의 외주부에 상하 방향으로 설치되는 흡상재연소통로(61)를 포함하되, 흡상재연소통로(61)는 상단 개구부가 화염안정연소실(50)의 출구 방향과 직각이 되게 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 저 녹스 연소 장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 재연소장치(60)의 출측에 설치되는 열교환장치는, 재연소장치(60)의 출측에 설치되는 제1열교환기(70)와, 제1열교환기)70)의 출측에 설치되는 열저장방(80), 및, 열저장방(80)에 설치되는 제2열교환기(81)와 열저장방(80)에 설치되는 음폐수가열처리장치(90)중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오매스 저 녹스 연소 장치

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