JP4719216B2

JP4719216B2 - 旋回式プラズマ熱分解／溶融炉（ｃｙｃｌｏｎｉｃｐｌａｓｍａｐｙｒｏｌｙｓｉｓ／ｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）

Info

Publication number: JP4719216B2
Application number: JP2007510599A
Authority: JP
Inventors: スン−モ・ホワン; ヨン−スク・キム; チル−ジン・ト
Original assignee: Adplatech Corp
Current assignee: Adplatech Corp
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: CN1942708A; KR20050104708A; US7665407B2; CN100559079C; US20070251434A1; KR100582753B1; WO2005106327A1; JP2007534922A

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物を処理する熱分解/溶融炉に関し、より詳細には低質量、超高温、高エンタルピー(enthalpy)のプラズマを用いて、有機廃棄物は熱分解とガス化させて燃料ガスに、無機廃棄物は溶融させてリサイクル可能な無害スラグ(Slag)に同時に転換させるプラズマ熱分解/溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、急速な産業化と人口増加のため、産業/生活廃棄物の発生が急増している。廃棄物処理のため、一番広く使用されているのは埋め立てである。しかしながら、埋め立ては、埋め立て用地不足、地下水汚染、及び土壌汚染などの問題によって、根本的な解決策になっていない。また、体積減量、エネルギーリサイクルに長所を有した焼却に基づいた様々な新技術等が開発されて使用されているが、ダイオキシンなどの有害排出物質と重金属を含んだ焼却残滓を発生させるなどの難点を有している。
【０００３】
このような問題点等を解決するため、より效率的に廃棄物を処理することができるプラズマトーチを用いた熱分解/溶融技術が開発された。プラズマトーチは、イオン化されたプラズマガスに高圧のアークを加えることで、極めて高温のプラズマジェットを生成し、プラズマトーチ用いると、通常 4,000度乃至7,000度の範囲の高温環境を作ることができる。
プラズマトーチは、一般的に構造によって非移送式トーチと移送式トーチに分類される。プラズマ発生装置の主要構成品としては、電極、ノズル、ガス流入系統、及び冷却系統などを挙げることができる。電極材料としては、陽極材料に銅が、陰極材料に電子放出が容易に処理されたタングステンが用いられることが多い。
【０００４】
現在、プラズマトーチとしては、処理対象物によって数百キロワット(KW)からメガワット(MW)級の移送式または非移送式トーチ等が多様に開発されている。このような、プラズマトーチを用いた熱分解/溶融技術は多様な気体の熱プラズマを用いて廃棄物を処理するもので、有機化合物はプラズマトーチの高い温度と熱容量によって C、CnHm、CO、H2のような化学的に安定した化合物と燃焼ガスに分解され、無機化合物は溶融されて、非常に微細な物質に分解されるか、固形体にガラス化される。よって、プラズマトーチを用いて有害廃棄物や石炭(coal)を処理すると、熱分解によって有害物質が浄化された燃焼ガスが生産されて、リサイクルで使うことができるようになる。また、溶融によって、溶解不可能な形態のガラス固体(vitrification)になり、体積を大きく減らすことができる。
【発明の開示】
【技術的課題】
【０００５】
しかし、現在まで報告されたプラズマ熱分解/溶融炉は、強力なプラズマジェットによって、飛散灰が多量に浮遊して相当部分が外部に排出される欠点がある。これを減少させるため、プラズマトーチで噴射されるプラズマジェットを廃棄物に直接当たらないようにすることもできる。しかし、この場合、廃棄物の熱分解/溶融反応が急激に低下され、またプラズマトーチによる廃棄物の熱分解及び溶融がなされる主反応炉内の排気ガスの流動によって飛散灰の一部が外部に抜け出すことも避けられない。
【０００６】
そして、このように外部に抜け出した飛散灰は、ガス浄化装置で回収して更に処理するか、又は埋め立てなければならないので、その量が多い場合、埋め立て量を減らすことができるというプラズマ方式の長所が損なわれる可能性がある。
【０００７】
したがって、プラズマ熱分解/溶融炉の長所を最大に活用しながら、又廃棄物処理の際、発生される飛散灰が外部に排出されないようにするプラズマ熱分解/溶融炉の開発が切実に求められている。
【技術的解決手段】
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、重金属などの有毒物質を多量含む飛散灰の外部流出を大幅に減らすことができる旋回式プラズマ熱分解/溶融炉を提供することにある。
【０００９】
上述した技術的目的を果たすため、本発明では主反応炉内で廃棄物の熱分解及び溶融によって発生された排気ガスをプラズマトーチが強力なプラズマジェットによって最大回転力で主反応炉内に旋回させて、旋回する排気ガス内に含まれた飛散灰を遠心力によって主反応炉内壁及び底面に廃棄物が溶融された溶融物に吸着させて溶融されるようにし、有毒物質で成る飛散灰が外部に流出されることが防止され、排気ガスの早い旋回によって廃棄物の效率的な熱分解及びガス化反応を誘導する。また、プラズマトーチの直下にスラグ排出口を形成させることで、スラグの高温維持による円滑なスラグ排出がなされるプラズマ熱分解/溶融炉を提供する。
【００１０】
以下本発明をより具体的に説明すれば次のようである。
【００１１】
本発明は、プラズマトーチを用いて廃棄物を熱分解及び溶融させて排気ガス及びスラグ(Slag)を生成する旋回式プラズマ熱分解/溶融炉であって、廃棄物が投入される廃棄物投入口と排気ガスが排出される排気ガス排出口及びスラグが排出されるスラグ排出口が形成された主反応炉と、排気ガスに最大回転力を与えるように主反応炉内部底面に対して所定の角度で傾いて設置され、廃棄物を熱分解及び溶融させるプラズマトーチと、主反応炉の排気ガス排出口と連結されるように設置されて排気ガスを外部に排出させる補助反応炉、及び主反応炉のスラグ排出口と連結されるように設置されてスラグを外部に排出させるスラグ排出部を含み、プラズマトーチは強力なプラズマジェットによって排気ガスが最大回転力で主反応炉内に旋回させ、旋回する排気ガス内に含まれた飛散灰を遠心力によって主反応炉内壁及び底面の廃棄物が溶融された溶融物に吸着させて溶融されるようにすることを特徴とする。
【００１２】
本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、スラグ排出部がプラズマトーチの直下に形成されることが望ましい。
【００１３】
本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、主反応炉内の廃棄物投入口と排気ガス排出口が所定の間隔を隔てて形成され、廃棄物投入口と排気ガス排出口との間には、所定の長さで形成された隔壁を更に含むのが望ましい。
【００１４】
本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、排気ガス排出口位置が回転される排気ガスの中心すなわち、主反応炉内側壁中央に設置されるのが望ましい。本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、プラズマトーチが底面に対して20度乃至40度範囲内に傾いて設置されるのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの例にのみ限定されない。これら実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲がこれら実施例に限らないというのは当業界で通常の知識を有した者にとって自明であろう。
【００１６】
[実施例１]
図１は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例１を示した一部断面図であり、図2は本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例１を示した一部側面図である。
【００１７】
図１及び図２を参照すると、旋回式プラズマ熱分解/溶融炉(1)は、廃棄物を熱分解及び溶融させる設備であって、廃棄物を熱分解/溶融させるプラズマトーチ(2)と、廃棄物が投入されてプラズマトーチ(2)によって熱分解及び溶融されることで、排気ガスとスラグが生成される主反応炉(3)と、主反応炉(3)で生成された排気ガスが流入されて外部に排気ガスを排出させる補助反応炉(4)、及び主反応炉(3)で生成されたスラグが流入されて外部にスラグを排出させるスラグ排出部(5)を含む。
【００１８】
主反応炉(3)は、内壁の一方側に油圧式投入装置(7')を通じて廃棄物が投入される廃棄物投入口(7)が形成され、廃棄物投入口(7)が形成された内壁と垂直を成す一側壁(12)にはプラズマトーチ噴射口(2a)が形成される。プラズマトーチ(2)は、排気ガスが最大回転力で主反応炉(3)内部で旋回されるように、主反応炉(3)の底面に対して、20度乃至40度範囲内に傾むけて、プラズマトーチ噴射口(2a)の中に設置されている。プラズマトーチ(2)の直下には、プラズマトーチ(2)の熱によって高温が維持されるように、スラグが排出されるスラグ排出口(9)が形成される。プラズマトーチ(2)とともに主反応炉(3)を予熱するため、第1ガスバーナー(6)が、主反応炉(3)底部中央に向かう第1ガスバーナー噴射口(6a)内に設置される。第１排気ガス排出口(10)が主反応炉(3)の内部壁中央、つまり廃棄物投入口(7)と対向し旋回排気ガスの回転中心に設けられている。ここで、排気ガスは、プラズマトーチ(2)が設置された一側壁(12)と対向する他側壁(13)の間の空間で最大回転力で旋回され、これにより排気ガス内に含まれた飛散灰は、遠心力によって底面の廃棄物が溶融された溶融物(図示しない)と一側壁(12)及び他側壁(13)に集中して吸着されて溶融される。よって、第１排気ガス排出口(10)は、旋回される排気ガスの中心部に存在する相対的に飛散灰の濃度が低い排気ガスを排出するようになる。
【００１９】
そして、主反応炉(3)の一側には、第１排気ガス排出口(10)と連結されるように締結されて、主反応炉(3)からの排気ガスが補助反応炉(4)に流入される。第1排気ガス排出口(10)と対向する補助反応炉(4)の内側壁には、第２ガスバーナー噴射口(11a)が形成される。第２ガスバーナー(11)は、第２ガスバーナー噴射口(11a)内に設けられ、排気ガスを回転及び加熱させる。補助反応炉(4)の天井には、第２排気ガス排出口(8)が形成され、排気ガスは、第2排気ガス排出口(8)を通って、これと連結されたガス浄化装置(図示しない)に排出される。
【００２０】
そして、主反応炉(3)の下部には、プラズマトーチ(2)の直下に形成されたスラグ排出口(9)と連結されるように、スラグ排出口(5)が形成される。主反応炉(3)で生成されたスラグは、プラズマトーチ(2)の熱によって高温に維持されて、円滑にスラグ排出部(5)内部に流入する。ここで、スラグ排出口(5)の内部に、スラグを処理するスラグ処理システム(図示しない)を形成してもよい。
【００２１】
[実施例２]
図３は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例２を示した一部断面図であり、図４は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例２を示した一部側面図である。
【００２２】
図３及び図４を参照すれば、旋回式プラズマ熱分解/溶融炉(201)は、図１に示した実施例１と同様に、廃棄物を熱分解及び溶融させる設備である。旋回式プラズマ熱分解/溶融炉(201)は、廃棄物を熱分解/溶融させるプラズマトーチ(202)と、廃棄物が投入されてプラズマトーチ(202)によって熱分解及び溶融されることで、排気ガスとスラグが生成される主反応炉(203)と、主反応炉(203)で生成された排気ガスが流入されて外部に排気ガスを排出させる補助反応炉(204)、及び主反応炉(203)で生成されたスラグが流入されて外部にスラグを排出させるスラグ排出部(205)とを含む。
【００２３】
主反応炉(203)は、図１に示した実施例１と同様に、内壁一側に油圧式投入装置(207')を介して廃棄物が投入される廃棄物投入口(207)と、廃棄物投入口(207)が形成された内壁と垂直を成す内側壁に形成されたプラズマトーチ噴射口(202a)とを有している。排気ガスが最大回転力で、主反応炉(203)の内部で旋回するように、プラズマトーチ (202)は、主反応炉(203)の底面に対し20度乃至40度範囲内に傾むけて、プラズマトーチ噴射口(202a)の中に設けられている。スラグ排出口(209)は、プラズマトーチ(202)の熱によって高温が維持されるように、プラズマトーチ(202)の直下に設けられている。プラズマトーチ(202)の一側には、第1ガスバーナー噴射口(206a)が形成される。プラズマトーチ(202)とともに主反応炉(203)を予熱させる第１ガスバーナー(206)は、中央を向くように設置される。
【００２４】
そして、図１及び図２に示した実施例１とは違って、スラグ排出口(209)と対向する主反応炉(203)の天井に第1排気ガス排出口(210)が形成され、排気ガスは、第1排気ガス排出口(210)を通って排出される。主反応炉(203)の上部には、第１排気ガス排出口(210)と連結されるように締結された補助反応炉(204)が形成され、主反応炉(203)からの排気ガスは補助反応炉(204)に導入される。補助反応炉(204)の内壁一側には、第2排気ガス排出口(208)が形成され、これと連結されたガス浄化装置(図示しない)に排気ガスを排出させる。主反応炉(203)の内には、飛散灰を含んだ排気ガスを效率的に回転させて廃棄物熱分解の際生成されたすべての飛散灰が再溶融されるようにするため、廃棄物投入口(207)と第１排気ガス排出口(210)との間に隔壁(212)が設置される。プラズマトーチ(202)が主反応炉(203)の底を加熱させることができるように、隔壁(212)は、主反応炉(203)の内部天井から底に向かって所定の長さで突出された形状を有する。主反応炉(203)に対し廃棄物が投入される空間と、プラズマトーチ(202)が設置される空間とが、隔壁(212)で塞がれる。したがって、隔壁(212)によって、飛散灰を少なくとも一回以上、主反応炉(203)内で回転させた後、主反応炉(203)から抜け出すようにすることができる。溶融されなかった飛散灰を溶融し、破壊されなかった有機成分を破壊できるようにするため、排気ガスは、主反応炉(203)のプラズマジェットの最も温度の高い領域付近を通過した後に、主反応炉(3)を通過するようにされている。本発明による実施例２に示した熱分解/溶融炉(201)の他の構造については、図１に示した実施例１と同様の構造であるので、その説明は省略することにする。
【００２５】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉(1)における廃棄物処理過程を説明する。プラズマ熱分解/溶融炉(1)は、内部を予熱させる予熱過程を有する。予熱なしにすぐプラズマトーチ(2)によって廃棄物を処理する場合、多量の環境有害物質や燃焼していない煤煙(un-burned soots)が発生する。環境有害物質や煤煙は、補助反応炉(4)から排出されて、ガス浄化装置(図示しない)に送られ、ガス浄化装置(図示しない)の寿命を短縮させる
ガスは、主反応炉(3)に設置された第1ガスバーナー(6)を介して、熱分解/溶融炉(1)の内部に流入される。主反応炉(3)に流入されたガスは、プラズマトーチ(2)から噴射されるプラズマジェットによって発火され、主反応炉(3)を予熱する。この際、主反応炉(3)の内部をプラズマトーチ(2)のみで予熱する場合には、プラズマジェットの高温により酸化雰囲気が形成され、多量のNOxが発生る可能性がある。したがって、NOxの発生量を減らすため、多量のガスが第１がガスバーナー(206)によって導入され、燃焼後に残ったガスの量が、プラズマトーチ(2)を介して熱分解/溶融炉(1)内に注入された酸素の量よりも多い場合には、主反応炉(3)内に還元雰囲気が形成される。主反応炉(3)の内部温度は、廃棄物処理の際、発生されるスラグが溶ける温度である1400度以上である。補助反応炉(4)の温度が正常稼動温度である1300度以下の場合には、補助反応炉(4)に設置された第2ガスバーナー(11)を用いて主反応炉(3)から補助反応炉(4)に流入されるガスを昇温させる。廃棄物は、油圧式投入装置(7')によって圧縮され、主反応炉(3)の一側に形成された廃棄物投入口(7)を介して予熱された主反応炉(3)に供給される。投入された廃棄物は、プラズマトーチ(2)と高温の雰囲気によって熱分解及び溶融され、スラグ及び有毒物質を有する飛散灰が含まれた排気ガスが生成される。排気ガスは、プラズマトーチ(2)が設置された一側壁(12) 及び対向する他側壁(13)が成す空間において最大回転力で旋回される。排気ガスに含まれる飛散灰は、プラズマトーチ(2)によって1400度以上に維持された壁(12)、他方壁(13)および溶融物に、遠心力によって吸着されて溶融する。これによって飛散灰に含まれたダイオキシンやフランのような有毒物質が除去されたスラグが生成される。
【００２６】
ここで、旋回される排気ガスの中心部は相対的に飛散灰の濃度が低くなり、これによって、第1排気ガス排出口(10)は、排気ガスが旋回される排気ガスの中心部に存在する最大に浄化された排気ガスを排出する。プラズマトーチ(2)の直下にスラグ排出口(9)が形成されており、生成されたスラグは、高温が維持されて円滑にスラグ排出部(5)に排出される。
【００２７】
図３及び図４に示した本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例２においても、傾いて設置されたプラズマトーチ(202)で噴射されるプラズマジェットにより、排気ガスは、廃棄物投入口(207)とプラズマトーチ噴射口(202a)との間に形成された隔壁(212)と、廃棄物投入口(207)が形成された内壁とが成す内部空間において高速に旋回する。排気ガスに含まれる飛散灰が1400度以上を維持している内壁及び溶融物に吸着されて溶融がなされることで、有毒物質が除去されたスラグが生成される。したがって、主反応炉(203)内に形成された隔壁(212)によって、飛散灰を含んだ排気ガスの一部であっても第１排気ガス排出口(210)に排出されずに旋回され、飛散灰の溶融確率がより高くなる。效率的な旋回によって最大に浄化された排気ガスが第1排気ガスは、排出口(210)を介して、補助反応炉(204)に移送され、内壁一側に形成された第2排気ガス排出口(208)を介して外部に排出されて、飛散灰の外部への排出を防いでいる。ここで、廃棄物処理容量が大きい場合には、多数個のプラズマトーチ(202)を並行に設置することで、效率的な旋回を誘導することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、プラズマジェットによって排気ガスが主反応炉内で、最大回転力で旋回されるように、プラズマトーチを主反応炉底面から所定の角度で傾くように設置されることで、スラグの溶融状態を維持させる一方、旋回される排気ガスに含まれた飛散灰が遠心力によって主反応炉内壁及び溶融物に吸着及び溶融されて飛散灰が外部に流出されることが防止され、旋回される排気ガスによって廃棄物の熱分解及びガス化反応が活性化される。本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉は、廃棄物投入口と排気ガス排出口との間に形成された隔壁によって、すべての排気ガスが效率的に旋回された後、排出口に排出されることで、排気ガスに含まれた飛散灰の溶融率がさらに高くなる。
【００２９】
プラズマトーチの直下にスラグ排出口を形成させることで、スラグの高温を維持し、スラグが円滑にスラグ排出口に排出される。
【００３０】
本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉構造は、都市廃棄物と産業廃棄物に適用することができ、特に燒却灰などパウダー形態の廃棄物溶融処理に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例1を示した一部断面図である。
【図２】図２は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例1を示した一部側面図である。
【図３】図３は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例2を示した一部断面図である。
【図４】図４は、本発明による旋回式プラズマ熱分解/溶融炉の実施例2を示した一部側面図である。

Claims

プラズマトーチを用いて廃棄物を熱分解及び溶融させて排気ガス及びスラグを生成する旋回式プラズマ熱分解／溶融炉であって、
前記廃棄物が投入される廃棄物投入口と前記排気ガスが排出される排気ガス排出口及び前記スラグが排出されるスラグ排出口が形成された主反応炉と、
前記排気ガスに回転力を与えるように前記主反応炉内部底面に対して、所定の角度で傾いて設置され、前記主反応炉において、前記廃棄物を熱分解し溶融するために、前記主反応炉の底面上の、実質的に水平な軸の周りを回転する旋回ガス流を誘導するプラズマトーチと、
前記排気ガスを排気するために、主反応炉の排気ガス排出口に接続され、主反応炉より上に設けられた補助反応炉と、
前記スラグを排出するために、前記主反応炉のスラグ排出口に接続されたスラグ排出部とを備え、
前記主反応炉のスラグ排出口の上部を覆うように、下向きに延長する隔壁が設けられ、前記プラズマトーチによって形成された旋回ガス流は、当該隔壁に当たって下方向に向きを変えるように構成されており、
前記プラズマトーチは、前記スラグ排出口の下部に向けられていることを特徴とする旋回式プラズマ熱分解／溶融炉。
請求項１において、前記スラグ排出部は、前記プラズマトーチの直下に形成されることを特徴とする旋回式プラズマ熱分解／溶融炉。
請求項１において、前記排気ガス排出口は、前記旋回ガス流の軸に対応するように、前記主反応炉の内壁の中央に配置されることを特徴とする旋回式プラズマ熱分解／溶融炉。
請求項１において、上記プラズマトーチは、前記底面に対して２０度乃至４０度の範囲内に傾いて設置されることを特徴とする旋回式プラズマ熱分解／溶融炉。