KR20090011941U

KR20090011941U - 폐기물 열분해장치의 이송스크류

Info

Publication number: KR20090011941U
Application number: KR2020080006584U
Authority: KR
Inventors: 구재완
Original assignee: 구재완
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-25

Abstract

본 고안에서는 폐기물 열분해장치의 이송스크류가 개시된다. 본 고안에 의하면, 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼가 구비된 열분해장치 몸체, 상기 열분해장치 몸체의 내부에 설치되어 폐기물에 함유된 수분을 제거하면서 폐기물을 연속적으로 이송하도록 구동모터와 연결된 이송스크류를 포함하는 열분해장치에 있어서, 상기 이송스크류는 열분해장치 몸체의 내부에 길이 방향으로 설치되는 스크류축과, 상기 스크류축의 외주면에 구비되며 열분해장치 몸체의 소정 구역을 따라 그 직경이 가변 형성되는 스크류날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

가연성 폐기물, 열분해장치, 이송스크류

Description

폐기물 열분해장치의 이송스크류{Screw for Pyrolysis Apparatus of Wastes}

본 고안은 가연성 폐기물을 처리하는 폐기물 열분해장치에 관한 것으로, 특히 열분해장치 내부에 설치되어 폐기물을 공정 진행 방향으로 이송시키는 이송스크류에 관한 것이다.

최근 들어 사회가 급격한 산업화와 도시화 양상을 보임에 따라 폐기물의 발생량 또한 크게 늘고 있으며, 이 중에서도 처리가 곤란한 합성수지류를 비롯해서 인체에 유해한 화학합성물질의 난분해성 폐기물 발생량은 매년 급격한 증가 추세를 보이고 있다.

즉, 산업 발전으로 인한 공장 증가로 난분해성 폐기물 증가, 음식 문화의 다변화로 인해 수분을 많이 함유하는 음식물 쓰레기 및 축산농가로부터 배출되는 축산 폐기물의 배출량은 대폭적으로 증대되고 있다.

이에 따라 폐기물 처리시(時) 발생하는 각종 오염물질로 인한 대기, 수질, 토양 등의 환경오염에 많은 우려를 나타내고 있는데, 특히 폐기물의 소각시 발생하 는 대기오염 공해배출가스 예컨대, 다이옥신(dioxin : Poly Chlorinated Dibenzo Dioxins, PCDD계 화합물을 총칭함) 등을 억제하기 위한 많은 노력이 뒤따르고 있다.

특히, 기존의 소각에 의한 폐기물 처리방식은 모두 폐기물에 직접적인 불을 가해 소각시키는 직화(直火) 방식이며, 때문에 폐기물의 적재량, 밀도, 수분 함유량, 소각로 크기, 가열온도 등의 여러 요인으로 인해 폐기물의 완전연소가 실질적으로 불가능하다. 그 결과 그을음과 먼지를 비롯한 대기오염 공해배출가스의 억제에 한계를 나타낸다.

이와 같이 소각 처리방식은 효율 저하, 처리비용 및 공간의 한계 등에 직면하게 되므로, 폐기물의 대부분은 매립(埋立) 또는 불법처리하는 방식을 채택하고 있는 실정이다.

이로 인해, 음식물 쓰레기 및 산업 폐기물로부터 발생하는 침출수 등으로 인해 토질 및 지하수가 심각하게 오염되며, 축산 오폐수의 무단방류로 인해 하천수의 오염이 심각해지는 문제점을 갖게 된다.

이러한 폐기물을 처리하기 위해서 최근에는 열분해장치가 적용되었는데, 종래에 사용되는 열분해장치는 배치(batch) 식으로 일정한 분량의 폐기물을 열분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로부터 고온의 열을 가하여 열분해실을 소정 온도로 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 회분식의 방법을 채택하고 있다.

그런데, 기존의 폐기물 처리시스템에 적용되는 이송스크류는 다량의 물질이 혼합되는 폐기물의 이송 및 열분해에 많은 어려움이 뒤따르고, 특히 이물질(초자류, 흙, 비철금속류 등)이 혼합되는 경우 또는 열분해된 폐기물의 이송이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 고안은 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기에서 간접적으로 열을 가하여 열분해하는 경우, 폐기물의 지속적인 투입 및 이송이 안정적으로 진행될 수 있도록 한 폐기물 열분해장치의 이송스크류를 제공하는 것과 관련된다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼가 구비된 열분해장치 몸체, 상기 열분해장치 몸체의 내부에 설치되어 폐기물에 함유된 수분을 제거하면서 폐기물을 연속적으로 이송하도록 구동모터와 연결된 이송스크류가 구비된 열분해장치에 있어서, 상기 이송스크류는 열분해장치 몸체의 내부에 길이 방향으로 설치되는 스크류축과, 상기 스크류축의 외주면에 구비되며 열분해장치 몸체의 소정 구역을 따라 그 직경이 가변 형성되는 스크류날개를 포함하는 폐기물 열분해장치의 이송스크류가 제공된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 폐기물 열분해장치의 이송스크류는, 고상 또는 액상의 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기에서 간접적으로 열을 가하여 열분해하는 경우, 폐기물의 지속적인 투입 및 이송이 안정적으로 진행될 수 있도록 하고, 폐기물의 열분해시 열 접촉면적을 최대화하여 폐기물의 열분해 속도를 높여 열분해시스템의 작업성을 현저하게 향상시킬 수 있도록 한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 고안의 일 실시예에 의한 폐기물 처리수단으로서, 열분해장치가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 열분해장치(H)는 분쇄된 폐기물에 함유된 수분을 건조한 후 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 열분해장치(H)에서는, 가연성 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 간접적으로 열을 가하면 열분해공간은 환원성 분위기가 조성되고, 폐기물은 분해되어 기체, 액체로 증발되며, 분해되지 않는 것은 고체(char)로 남게 된다.

즉, 폐기물(가연성 고분자화합물을 의미함)에 열을 가하면 기체(비응축가스), 액체(정제유), 고체(char)가 생성되는 것이다.

한편, 본 실시예의 열분해장치(H)는 그 후공정으로서, 폐기물의 열분해시 생성된 열분해가스로부터 염소를 제거하는 가스 개질장치(500), 개질된 가스를 이용하여 정제유를 생성하는 정제유 생성장치(800) 및 열분해장치로부터 열분해된 후 배출되는 탄화재(char)를 연속적으로 배출시키는 탄화재 배출장치(600)가 포함될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 열분해장치(H)는 분쇄된 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단(100), 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단(200)을 포함하며, 건조수단과 열분해수단은 각각 열분해공간을 구비하여 2단으로 배치된다.

이때, 건조수단(100)의 일측에는 수분이 함유된 폐기물이 투입되는 메인호퍼(150)가 설치되며, 이 메인호퍼(150)의 상부와 하부에는 투입되는 가연성 폐기물의 양을 항상 일정하게 메인호퍼(150)에 저장할 수 있도록 각각 폐기물 감지센서(151)(152)가 부착된다.

폐기물 감지센서(151)(152)는 가연성 폐기물의 투입컨베이어(도시 생략)의 이송투입량을 자동 조절하여 항상 설정치 이하(하부의 폐기물 감지센서 이하)로 가연성 폐기물이 내려가지 않도록 한다. 이에 따라 건조수단(100)의 외부로 열손실을 최소화하는 한편 건조수단(100) 내로 유입되는 공기량을 최소화하며, 공기의 역류를 막는 역할을 수행한다.

건조수단(100)은 메인호퍼(150)로부터 투입된 가연성 폐기물을 연속적으로 열분해하고 남는 잔열을 열분해수단(200)으로부터 공급받아서 건조를 행하는 것으로, 소정 직경의 건조기 몸체(110)를 갖는다. 건조기 몸체(110)의 내부에는 폐기물에 함유된 수분을 건조시키면서 이송할 수 있도록 이송스크류(120)가 수평으로 설치되며, 이 이송스크류(120)의 일측에는 구동모터(130)가 연결되어 이송스크류가 회전할 수 있도록 구동력을 제공한다. 이송스크류(120)는 건조기 몸체의 내부에 길이 방향으로 설치되는 스크류축(121)과, 스크류축(121)의 외주면에 구비되며 건조기 몸체의 소정 구역을 따라 그 직경이 가변 형성되는 스크류날개(122)로 구성된다.

건조기 몸체(110)는 다단계로 구분될 수 있으며, 본 실시예에서는 3단계로 구분된다. 즉, 메인호퍼(150)로부터 공급된 폐기물의 진행 순서에 따라 제1몸체(111), 제2몸체(112), 제3몸체(113)로 구분되며, 각각의 몸체는 단계적으로 내경이 확대되도록 단차 형성된다.

제1몸체(111)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 메인호퍼(150)로부터 공급된 가연성 폐기물이 건조수단(100)의 내부로 용이하게 이송될 수 있도록 스크류날개(121)의 윗부분에 공간이 형성된 유선형 구조로 이루어진다.

제2몸체(112)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 유선형 구조에서 하부와 좌ㆍ우측 옆으로 늘어나서 원형으로 변하며 이때 스크류날개(122)의 크기도 증가하는 형태를 취하는데, 이 부분에서 가연성 폐기물의 가열이 본격화되어 수분이 증발하기 전까지 예열이 되면서 이동하고 충분한 열전달 면적을 제공함으로써 건조 효율이 극대화된다.

제3몸체(113)는 본격적으로 수분이 증발하는 구간으로서, 도 3c에 도시된 바와 같이 제2몸체(112)의 원형에서 다시 유선형의 구조를 가짐으로써 스크류날개(122)의 윗부분에 공간이 형성되어 증발되는 수분이 자연스럽게 배출되는 구조를 갖는다. 이때, 제3몸체의 스크류날개(122) 끝단에는 리프트(123)가 연결되어 뭉쳐있는 폐기물을 비산시키고 열전달이 원활히 되도록 도와서 건조 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 제3몸체(113)의 외주면에는 건조실(140)의 내경과 대응되는 직경의 나선형 열가이드(114)가 설치된다. 즉, 후술하는 열분해기 몸체(210)를 가열한 후 열원이 배출되는 과정에서 건조실(140) 내에서 열원이 충분한 시간 동안 체류하도록 열가이드(114)를 따라 나선형으로 열원이 배출된다.

한편, 건조기 몸체(110)의 외측에는 불연성 재질로 이루어진 중공체의 건조실(140)이 마련된다. 건조 과정은 간접열에 의한 흡열반응으로 진행되고, 건조실(140) 내의 산소량을 제어하여 화재의 위험도를 낮추도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 건조실(140)의 건조열원은 후술하는 열분해실(240)에서 배출되는 500℃ 이상의 고온의 열원을 그대로 공급받아 사용하며, 건조실(140)은 열분해실(240)의 상측에 연통되도록 위치하여 대류 현상에 의한 자연스러운 열의 흐름에 의해 건조작업이 진행된다.

본 실시예에서, 가연성 폐기물을 열분해하는 온도는 350∼500℃ 사이에서 이루어지며, 이 온도는 열분해기 몸체(210)의 내부온도이고 외부의 가열에 사용되는 열원의 가열온도는 800∼950℃에 이르므로 가연성 폐기물을 열분해하고 외부로 버려질 때의 폐열의 온도는 500℃ 이상이다. 열분해하고 버려지는 폐열의 온도는 열분해가 이루어지지 못하는 온도의 범위에 있어서 건조수단(100) 내에서 건조 이상의 열분해는 이루어지지 않는다. 따라서 열분해한 뒤 버려지는 폐열은 건조의 열원으로 적합하여 이 열원으로 건조를 진행하게 되는 것이다.

이러한 건조수단(100)은 열분해수단(200)의 상측에 위치하여 수분이 증발한 상태로 열분해수단(200)의 내부로 투입된 폐기물을 가열하기 위한 열분해온도를 증가시키는 시간과 열량을 줄여서 적은 면적에서 많은 양의 폐기물을 처리할 수 있도록 구성된 것이다.

증발하는 수분은 제3몸체(113)의 상측에 형성된 배출포트(141)를 통해 냉각장치와 압축장치를 거친 뒤 800℃ 이상의 가스연소용 공기로 생성되며, 이렇게 생성된 가스연소용 공기는 후술하는 열분해수단(200)의 연소실로 투입되어 열분해 열원으로 재활용된다.

열분해수단(200)은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해하도록 열분해기 몸체(210)를 갖는다. 열분해기 몸체(210)의 내부에는 폐기물을 이송 및 열분해시키는 이송스크류(220)가 구동모터(230)에 의해 회전 가능하게 설치된다.

열분해기 몸체(210)의 외측에는 고온(350∼500℃) 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 단열재로 이루어 진 열분해실(240)이 마련된다. 이 열분해실(240)은 연결통로(160)에 의해 건조실(140)과 연통 형성된다.

한편, 폐기물의 열분해시 발생하는 열분해가스 중 탄소고리가 적은 응축이 되지 않은 가벼운 가스로서 C₃H₈, C₅H₁₂(프로판가스, 부탄가스)가 주종을 이루는데, 열분해실(240)의 하측에는 이를 연소시켜 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로 이용하도록 열분해실(240)에 고온의 열을 공급하는 연소실(250)이 마련되고, 이 연소실(250)에는 버너(251)가 구비된다.

열분해기 몸체(210)는 건조기 몸체(110)와 마찬가지로 폐기물의 진행 순서에 따라 제1몸체(211), 제2몸체(212), 제3몸체(213)로 구분되며, 각각의 몸체는 단계적으로 내경이 확대되도록 단차 형성되어 3단계의 과정을 거치면서 열분해 공정을 수행한다.

제1몸체(211)는 유선형의 형태를 취하고, 그 상부에는 이송스크류(220)의 스크류날개(222)와 이격되어 부피가 큰 폐기물이 이송할 수 있는 공간이 형성되어 폐기물의 투입을 안정적으로 진행할 수 있도록 하고, 이때 제1몸체(211)에서의 스크류날개(222) 간의 간격은 비교적 넓게 형성하여 투입되는 폐기물을 무리 없이 소화할 수 있도록 한다.

제2몸체(212)는 유선형에서 원형의 구조로 변화되며, 고체상태의 가연성 폐기물을 액체상태로 용융시키기 위해 열분해 접촉면적을 최대화할 수 있도록 열분해기 몸체(210)와 이송스크류(220)의 간극을 최소화한다. 즉, 제1몸체(211)의 유선형 구조에서 이송스크류(220)의 축을 기준으로 스크류날개(222)가 증대되어 본격적인 폐기물의 열적 분해가 이루어지는 구간으로 스크류날개(222) 간의 간격은 약간 좁아져서 열전달 면적을 크게 한다. 또한 이송스크류(220)가 열분해기 몸체(210)와 간격이 없도록 정밀하게 제작됨으로써 발생하는 가스의 역류를 막아주는 기능을 한다.

제3몸체(213)는 원형에서 다시 유선형의 형태를 취하며, 용융된 액체상태의 폐기물을 가스상태와 고체상태로 변환시키기 위해서 발생한 가스를 외부로 유도할 수 있도록 이송스크류(220)의 상부에 공간이 형성된다. 한편, 제3몸체(213)의 스크류날개(222) 끝단에는 리프트(223)가 연결되어 뭉쳐있는 폐기물을 비산시키고 열전달이 원활히 되도록 도와서 열분해속도를 최대화하며, 액상(젤 상태)의 폐기물은 중력에 의해서 열분해기 몸체(210)의 아래쪽에 주로 존재하는데 리프트(223)는 이를 비산시킴으로써 스크류날개(222)는 물론 열분해기 몸체(210)에까지 폐기물이 골고루 퍼지게 해서 젤 상태의 폐기물이 가스상태로 변환되는 열분해속도를 높여주는 기능을 수행한다. 즉, 리프트(223)는 단시간 내에 폐기물을 가스화시킬 수 있도록 해 줌으로써 전체 공정에 대한 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 열분해수단(200)에서 열전달 및 열분해속도는 중요한 부분으로서, 제3몸체(213)의 외주면에는 열분해실(240)의 내경과 대응되는 직경의 나선 스크류 형태의 열가이드(214)가 결합된다. 즉, 연소실(250)에서 공급되는 열원이 열분해기 몸체(210)를 가열한 후 배출되는 과정에서 열분해실(240) 내에서 열원이 충분한 시간 동안 체류하도록 열가이드(214)를 따라 나선형으로 열원이 배출된다.

이와 같이 본 실시예에서는 건조수단(100)과 열분해수단(200)이 상하 다단으로 배열되며, 이렇게 배열될 경우 하나의 열분해 공간 안에 건조기 몸체(110)와 열분해기 몸체(210)를 다단으로 배치하면 각각의 몸체에 들어있는 폐기물의 상태가 다르고 온도의 편차가 심해서 열분해 효율이 저하되는 현상이 발생하는 바, 본 실시예에서의 건조기 몸체(110)와 열분해기 몸체(210)는 각각 건조실(140) 및 열분해실(240)에 따른 독립된 열분해 공간을 가지고 각각의 온도를 제어한다. 이에 따라 상하로 마련된 열분해 공간을 유기적으로 연결하여 각자가 열분해온도를 보정을 하면서 각 단의 전체적인 온도를 적정하게 조정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 건조와 열분해 작업을 위한 이송스크류(120)(220)는 수평으로 설치하되 열적 휨 현상으로 인하여 무한대로 길게 할 수 없는 기계적 결함이 있으므로, 본 실시예에서는 열분해수단(200)과 예비 열분해를 위한 건조수단(100)을 상하로 다단 배치하여 안정적이면서도 신속하게 열분해 작업을 진행할 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에서는 건조수단과 열분해수단을 상하 2단으로 배치하였으나, 도 3과 같이 대용량의 폐기물을 처리할 필요가 있을 경우에는 건조수단(100')과 열분해수단(200')을 3단 또는 그 이상의 다단으로 형성할 수도 있음은 물론이다. 이때, 각 이송스크류(120')(220')는 공정 효율을 높이기 위해 건조기 몸체(110') 및 열분해기 몸체(210')의 내부에 적어도 2개 이상이 배치되어 서로 맞물려 회전하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 실시예에서 각 이송스크류를 회전하기 위한 구동모터는 이송스크류의 회전속도를 조절하여 폐기물의 열분해속도를 가변 조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터 장착된 기어드모터 중 어느 하나가 선택 적용된다.

이와 같이, 가연성 폐기물이 열분해시스템으로 투입되는 경우, 폐기물은 이송스크류(220) 외주면에 형성된 스크류날개(222)에 의해 공정 진행 방향을 따라 이송되며, 이송되면서 용융 및 기화되는 폐기물은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하는 열분해실(240)에서 간접적으로 가해지는 열에 의해 연속적으로 열분해된다.

도 1은 본 실시예에 의한 폐기물 열분해장치를 도시한 개략도.

도 2는 도 1에 따른 이송스크류를 도시한 단면도.

도 3은 본 실시예의 다른 실시예를 도시한 개략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

H ; 열분해장치 120,220 ; 이송스크류

121,221 ; 스크류축 122,222 ; 스크류날개

123,223 ; 리프트

Claims

가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼가 장착되고, 내부에는 폐기물에 함유된 수분을 제거하면서 폐기물을 연속적으로 이송하도록 구동모터와 연결된 이송스크류를 포함하는 열분해장치에 있어서,

상기 이송스크류는 열분해장치의 내부에 길이 방향으로 설치되는 스크류축과, 상기 스크류축의 외주면에 구비되며 열분해장치의 소정 구역을 따라 그 직경이 가변 형성되는 스크류날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해장치의 이송스크류.
청구항 1에 있어서,

상기 스크류날개에는 리프트가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해장치의 이송스크류.
청구항 1에 있어서,

상기 이송스크류는 2개 이상이 서로 맞물려 회전하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해장치의 이송스크류.
청구항 1에 있어서,

상기 구동모터는 이송스크류의 회전속도를 조절하여 폐기물의 열분해속도를 가변 조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터 장착된 기어드모터 중 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해장치의 이송스크류.