KR20140131484A - 건류가스 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미래의 대체에너지 중의 하나인 바이오매스 연료, 산업 및 생활 폐기물을 건류하여 얻은 가연성 건류가스를 완전 연소시키는 건류가스 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기 작동시 공급되는 건류가스는 폐기물 중의 수분이 증발하여 수분이 포화(상대습도 RH100%)되어 초기 작동시 가스에 포함되어 있는 수분에 의해 건류가스가 연소되지 않고 진화됨으로 연소실을 예열시키지 않고서도 바로 완전 연소시킬 수 있도록 함으로서 공해물질의 배출이 이루어지지 않는 건류가스 연소장치에 관한 것인바, 본 발명은 건류가스 연소장치에 있어서 내측으로 연소실을 구비하며 연소실과 외부를 연결하는 다수의 통기공을 형성한 연소통과, 상기 연소통 외측면으로는 공기와 건류기에서 열분해된 건류가스를 공급하는 가tm공급관과 외부의 공기를 공급하는 혼합 공기 공급관을 형성한 외통과, 상기 외통과 연소통의 사이에 형성되어 공급되는 공기와 열분해 된 건류가스가 혼합되는 혼합실과, 버너와 연결되어 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공에 공기를 공급하는 연소 공기 공급관을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

건류가스 연소장치{Combustion devise of pyrolysis gas}

본 발명은 미래의 대체에너지 중의 하나인 바이오매스 연료, 산업 및 생활 폐기물을 건류하여 얻은 가연성 건류가스를 완전 연소시키는 건류가스 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기 작동시 공급되는 건류가스는 폐기물 중의 수분이 증발하여 수분이 포화(상대습도 RH100%)되어 초기 작동시 가스에 포함되어 있는 수분에 의해 건류가스가 연소되지 않고 진화됨으로 연소실을 예열시키지 않고서도 바로 완전 연소시킬 수 있도록 함으로서 공해물질의 배출이 이루어지지 않는 건류가스 연소장치에 관한 것이다.

화석 연료의 고갈로 대체에너지의 필요성과 지구 환경에 대한 오염이 증가하면서 지구 온난화, 각종 유해물질의 증가 등 에너지와 환경문제가 국가적인 차원을 넘어 중요한 국제적 현안으로 대두 되었다. 지구 문명의 발달로 부생되는 지구 환경오염 주범인 산업, 생활 페기물을 대체 에너지 자원화하고 또한 대체 에너지 개발이라는 차원에서 바이오매스(Biomass)의 에너지 자원화 개발과 이용이 중시되어 오고 있다

즉 자연 순환식 시스템의 구축을 통해 각종 폐기물을 에너지 자원화 하고 이를 통해 순환 사회의 구축, 나아가 친환경적인 농업과 농촌 구현이라는 목표의 실현을 통해 곡물, 식물, 가축분뇨, 농작물과 각종음식물 쓰레기, 산업및 생활 페기물등의 에너지 자원화에 관심이 고조되고 있다.

우리나라의 경우에는 에너지의 안정적 확보, 폐기물의 매립지 부족, 지구온난화 대응 등의 문제에 심각하게 당면하고 있으므로 이의 대처수단으로 폐기물과 바이오매스를 중시하지 않을 수 없는 실정이다. 그럼에도 불구하고 우리나라는 여전히 폐기물과 바이오매스의 에너지화가 활성화되지 못하고 있는 실정이다

상기 폐기물과 바이오매스 열화학적으로 분해하여 열분해가스발생(Pyrolysis gas generator)장치를 발명한 바 있다. 이 가스 발생장치는 상부 뚜껑에 마련된 페기물 투입구를 통해 보온층과 내화층이 마련된 열분해 가스발생로에 폐기물과 바이오매스를 투입하고 가스발생로 내에 투입된 폐기물과 바이오매스는 하방측 공기유입구에 부착된 송풍기를 통해 소량의 공기를 공급하고 하부 맨홀(Manhole)을 통해 점화 수단에 의해 점화시키고, 연소(산화)반응 건류(치환)반응에 의하여 일차적으로 생성된 일산화탄소(CO), 수소(H₂) 및 소량의 메탄(CH₄)가 혼합된 혼합가스는 가스배출관을 통해 연소기로 유입된다. 이 연소기의 열은 2차 연소실에서 완전연소하고 보일러로 유입된 후 증기를 발생하고 증기터빈을 가동하여 전기를 생산하는데 이용된다.

상기한 종래의 문제점을 해소하고자 대한민국 특허등록 제1029046호인 가스버너 및 그 가스버너를 사용한 바이오매스 연료 처리장치를 제안한바 상기 대한민국 특허등록에 있어서 가스버너(30)는 첨부된 도면 도 1에 도시된 바와 같이 원통형의 형상을 갖는 제1의 원통형 연소관(33)을 가지고 있으며, 제1의 원통형 연소관(33)의 내부는 열분해 가스발생장치로부터 공급되는 혼합가스를 연소시키기 위하여 연소공간을 이루게 된다.

상기 가스버너(30)의 일측 상부에는 가스발생장치로부터 가스도관을 통하여 공급되는 가스를 공급받기 위해 가스도관에 연결되는 가스유입관(31)이 제1의 원통형 연소관(33)의 내부에 공기를 공급하기 위한 공기공급실(37)이 마련되어 있으며, 또한 공기공급실(37)에 공기를 공급하기 위한 공기유입관(34)이 마련되어 있다.

그리고 제1의 원통형 연소관(33)의 일측 끝 부분에는 가스버너를 고정시키기 위한 고정관(35)이 마련되어 있다. 상기 제1의 원통형 연소관(33)의 내부 즉, 연소공간에 공기를 불어 넣기 위해 공기공급실(37)과 연소공간 사이에 통기공(32)이 뚫려 있다.

상기의 구조로 이루어진 종래의 가스버너(30)는 불꽃이 점화되어 제1의 원통형 연소관(33) 내측으로 분사되었을 경우 가스유입관(31)을 통해 공급된 가연성 건류가스가 폐기물 중의 수분증발로 인하여 포화증기 상태로 유지되므로 점화가 잘 이루어 지지 않아 불이 잘 붙지 않는 문제점 있으며 특히 수분이 많은 폐기물 및 바이오매스를 건류시 발생하는 가연성 건류 가스는 전혀 불이 붙지 않는 문제점이 있었다.

또한 가연성 건류가스와 연소공기 공급 위치가 이격되어 있어 균일한 가스 조성이 아니므로 완전연소가 어려워 미연소에 의한 공해물질을 다소 배출하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제1029046호.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 이의 목적은 초기 점화시 가연성 건류가스와 공기가 일정체적을 같은 공간으로 동시 공급하여 혼합시켜 가연 건류 가스의 습도를 낮게 형성시키고 또한 균등한 가스조성을 만들고 도한 습도를 낮게 형성토록 함으로 초기점화를 원활히 하며 완전 연소에 의한 공해물질을 최소화하는 건류가스 연소장치이다. 필요 시 습도를 낮추기 위하여 공급공기를 가열하므로써 건류가스의 습도를 최소화함으로 건류가스를 완전연소시킬 수 있어 공해물질의 배출이 이루어지지 않는 건류가스 연소장치를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 건류가스 연소장치에 있어서, 연소실을 구비하며 연소실과 외부를 연결하는 다수의 통기공을 형성한 연소통과; 상기 연소통 외측면으로는 공기와 건류기에서 열분해된 건류가스를 공급하는 가스 공급관과 외부의 공기를 공급하여 응축수를 형성시키는 혼합 공기 공급관을 형성하며, 응축수를 배출하는 배출공을 하단에 구비한 외통과; 상기 외통과 연소통의 사이에 형성되어 공급되는 공기와 가연성 열분해 건류가스가 혼합되는 혼합실과; 버너와 연결되어 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공에 공기를 공급하는 연소 공기 공급관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 건류가스 연소장치에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명의 가연성 열분해 건류 가스의 연소장치는 초기 작동시 가연성 열분해 건류 가스가 공기와 일정 체적을 갖는 혼합실로 동시에 공급 혼합하여 가연성 열분해 건류 가스 습도를 낮고 균일하게 형성시킨 후 연소실로 공급하도록 함으로서 초기 점화 및 연소가 보다 잘 이루어져 완전연소에 의한 공해 물질 발생을 저감하는 효과가 있다. 또한 필요 시 가열 공기를 공급하므로 공기가 가지는 수분을 최대화하여 초기점화 및 연소를 극대화할 수도 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 종래 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 구조를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명인 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 구조를 보여주는 측단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명인 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 설치된 상태를 보여주는 설치상태 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 구조를 보여주는 단면도이고 도 3은 본 발명인 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 가연성 열분해 건류가스 연소장치의 구조를 보여주는 측단면도로서 이에 따른 본 발명의 가연성 열분해 건류가스 연소장치(1)의 구조는 내측으로 연소실(22)을 구비하며 연소실(22)과 외부를 연결하는 다수의 통기공(21)을 형성한 연소통(20)과 상기 연소통(20) 외측면으로는 공기와 가연성 열분해 건류가스가 공급되는 가스 공급관(11)과 혼합 공기 공급관(12)을 형성한 외통(10)과 상기 외통(10)과 연소통(20)의 사이에 형성되어 공급되는 공기와 가연성 열분해 건류가스가 혼합되는 혼합실(30)과 버너와 연결되어 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공(14)에 공기를 공급하는 연소 공기 공급관(15)을 포함하여 이루어진 구조이다.

상기 연소 공기 공급관(15)은 점화 완료 후 버너의 냉각작용도 하는 구조이다.

상기 외통(10)에는 응축수를 배출하는 배출공(16)을 형성하며, 상기 통기공(21)이 동심원상에 일정 간격으로 다수개 형성하는 것이 바람직하다.

그 이유는 통기공(21)의 개수에 의해 공급되는 가스의 양이 조절되기 때문이다. 또한 상기 가스 공급관(11)과 혼합 공기 공급관(12)이 연소통(20)의 상부의 접선방향에 형성시키는 것이 바람직하다.

첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가스 공급관(11)의 선단에 공급되는 가스를 분사하는 분사수단(40)을 설치하여 혼합실에서 가스와 유입되는 공기가 용이하게 혼합되도록 하여 사용할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 사용 상태는 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 원통형 뚜껑이 마련된 연료투입구(110)를 통해 도시되지 않은 단열층과 내화층이 마련된 열분해 가스발생로(Pyrolysis gas generator)(爐)(120)에 연료투입구(110)를 통하여 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 연료를 투입하고, 하부에 마련된 공기유입관에 부착된 송풍기(130)를 통해 공기를 공급하거나 완전히 차단한 상태에서 아래쪽 문(140)을 통해 도시되지 않은 점화수단에 의하여 점화시키면, 300 ~ 400℃에서 일차적으로 연소(산화) 반응이 일어나고 다시 상부의 탄소와 건류(치환)반응이 일어나 일산화탄소(CO) 수소(H₂) 미량의 메탄(CH₄) 등 가연성 열분해 건류가스가 배출관(150)을 통해 배출한다.

상기 가스도관(200)의 수직 하단에는 상기 건류가스 연소장치(1)가 연결되어 있다. 건류가스 연소장치(1)의 하부에는 건류가스 연소장치(1)의 내부로 유입시키는 공기 공급관(160)이 마련되어 있고, 가스발생로(120)에 공기를 공급하는 송풍기(130)에 연결되어 있다.

상기에서와 같이 가연성 건류가스가 생성되면 점화용 버너에 점화 후 연소공기 공급용 송풍기(130)를 가동 공기 공급관(12)을 통하여 외통(10)과 연소통(20)의 사이에 형성되어 있는 혼합실(30)에 공급한다.

상기 버너의 점화 확인 후 열분해 건류가스를 가스 공급관(11)을 통해 서서히 외통(10)과 연소통(20)의 사이에 형성되어 있는 혼합실(30)에 공급한다. 이때 상기 혼합 공기 공급관(12)을 통해 공급되는 공기는 고온일수록 바람직하며 일반적인 상온의 공기를 공급할 수도 있다.

이는 건류가스가 폐기물 중의 수분증발로 인하여 포화증기 상태로 유지되는데 이때 연소공기를 공급하면 희석되는 효과가 발생되며, 연소공기의 온도가 높을 수록 많은 수분(절대습도)을 함유할 수 있으므로 응축수 발생량이 적기 때문이다.

상기 혼합실(30)에 열분해 건류가스와 공기가 공급되면 가연성 건류가스는 습도가 포화상태로 되어 있다가 혼합실(30)에 유입된 공기와 혼합되면서 일부가 응축수되고 기화하여 습도가 조절되면서 손쉽게 점화 연소되어 연소효율이 증대된다.

상기 습도가 조절된 가연성 건류가스는 연소통(20)에 형성되어 있는 통기공(21)을 이용하여 연소실(22)로 가연성 건류가스와 공기를 혼합 공급하게 된다.

이때 점화된 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공(14)을 통해 연소실(22)로 화염이 유입되면 화염이 꺼지지 않도록 연소 공기 공급관(15)을 이용하여 공기를 공급한다. 또한 점화 완료시 버너의 점화 노즐의 냉각용으로 이용된다.

상기 통기공(21)이 동심원상에 일정 간격으로 2 ~ 60개가 동심원 상에 형성되며 이러한 통기공(21)이 일정한 간격을 갖는 동심원 상에 각각 형성되어 있다. 상기 통기공(21)이 2줄로 이루어진 이유는 혼합실(30)에서 연소실(22)로 공급되는 가스의 양을 증대시킬 수 있으며, 또한 공급되는 가스의 분포를 넓게 형성시켜 연소가 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

한편 상기 혼합실(30)에서 공기와 열분해 건류가스가 혼합될 때 고온 상태의 가스는 습도가 높으므로 저온의 공기와 만나게 되므로 응축수가 형성되고 응축수는 외통(10)의 저면에 모여지게 되고 상기 외통(10)에 형성된 응축수는 배출공(16)에 의해 외부로 배출되어 진다.

첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가스 공급관(11)의 선단에 공급되는 가스를 분사하는 분사수단(40)을 설치하여 가스를 미립자로 분사시키면 응축수를 현저히 증대시켜 가스의 습도 즉 응축의 효율을 증대시켜 가스의 습도를 낮출 수 있으며, 공기와의 혼합을 촉진시킬 수 있다.

또한 혼합실(30)로 공급되는 건류가스의 연소 및 습도 조절 목적으로 공급되어지는 공기의 공급은 연소통(20)에 대하여 접선방향에서 공급된다. 상기 열분해 건류가스와 공기를 접선방향에 대하여 공급하는 이유는 혼합실(30) 내에 와류가 발생하여 열분해 건류가스와 공기의 혼합을 용이하게 이루어지게 하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

이와 같이 본 발명은 산업, 생활 폐기물 및 바이오매스 열분해 건류기에서 발생되는 가연성 열분해 건류가스를 접선방향으로 공급된 공기와 일정 체적을 같는 혼합실(30)에서 와류에 의해 잘 혼합되고 낮은 습도를 유지하므로써 초기 점화를 원활히 하고 보다 효율적인 연소가 이루어지도록 하는 열분해 건류가스 연소장치이다. 초기 작동시 예열시키지 않고서도 바로 연소 및 완전 연소를 시킬 수 있어 공해물질의 배출이 거의 이루어 지지않는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

1 : 건류가스 연소장치 10 : 외통
11 : 가스 공급관 12 : 혼합 공기 공급관
14 : 유입공 15 : 연소 공기 공급관
20 : 연소통 21 : 통기공
22 : 연소실 40 : 분사수단

Claims (1)

1. 건류가스 연소장치에 있어서,
   내측으로 연소실을 구비하며, 연소실과 외부를 연결하는 다수의 통기공을 상기 연소실의 중앙부에 형성한 원통형의 연소통과;
   상기 연소통의 외부에 설치되어 상기 연소통과의 사이에는 건류가스와 공기가 혼합되는 혼합실을 이루는 원통형의 외통을 포함하고,
   상기 건류가스를 공급하는 가스 공급관과 상기 공기를 공급하는 혼합 공기 공급관이 상기 연소통에 대하여 접선방향으로 상기 외통의 일 단부측에 설치되고,
   상기 혼합실은 상기 가스 공급관으로부터 공급되는 건류가스와 상기 혼합 공기 공급관으로부터 공급되는 공기를 와류형태로 혼합하고, 상기 와류형태로 공기가 혼합되는 건류가스는 상기 다수의 통기공을 통하여 상기 연소통으로 공급되면서 상기 건류가스에 포함된 수분을 응축시키며,
   상기 응축된 응축수를 배출하기 위한 배출공이 상기 외통의 하부에 설치되며,
   상기 연소통의 일 단부의 중심부에는 상기 연소통으로 공급되는 건류가스를 점화시키기 위한 버너와 연결되어 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공이 마련되
   며, 상기 연소통의 일 단부의 중심부에 마련된 상기 유입공에는 상기 버너에 공기를 공급하거나 점화 완료 후에 상기 버너의 냉각작용을 하도록 하는 연소 공기 공급관이 설치된 것을 특징으로 하는 건류가스 연소장치.

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