JP7106677B2 - 廃水焼却方法および廃水焼却装置 - Google Patents

Description

本出願は、２０１９年０５月２８日付けの韓国特許出願第１０‐２０１９‐００６２７２６号および２０２０年０１月１６日付けの韓国特許出願第１０‐２０２０‐０００５７７０号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、廃水焼却方法および廃水焼却装置に関し、より詳細には、廃水の焼却時に発生する廃熱をリサイクルする省エネルギー型廃水焼却方法および廃水焼却装置に関する。

炭化水素化合物の総称である揮発性有機化合物は、化学工場、廃水処理場、自動車工場などの塗装作業の際に発生し、悪臭がひどい物質であって、オゾンなどの光化学スモッグの原因物質であるだけでなく、発癌性を有する有害物質であり、地球温暖化と成層圏オゾン層破壊の原因物質として、環境および健康に悪い影響を及ぼすなど、様々な形態で大気に影響を与える。したがって、前記揮発性有機化合物を含んでいる廃水は、そのまま外部に排出される場合、深刻な環境汚染をもたらすため、先ず、廃水内の汚染物質を処理した後に排出しなければならない。

現在知られている廃水内の揮発性有機化合物の処理技術としては、焼却法、吸着去法、吸収法、冷却凝縮法、生物学的処理および分離膜技術などが挙げられ、このうち、蓄熱式焼却炉が多く用いられている。

蓄熱式焼却炉（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ、ＲＴＯ）とは、既存の直火式間接熱交換熱焼却方式（一般焼却炉方式）の代わりに、揮発性有機化合物を含有する廃ガスを焼却した後、焼却する時に発生する熱を、表面積が広く半永久的に使用可能なセラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）充填材により回収することで、焼却炉のランニングコストを著しく低減することができる設備であって、焼却炉の運転にかかるコストが少なく、設置面積を最小化することができる。また、蓄熱式焼却炉の処理効率は、９９％以上と非常に高く、２次汚染要因が少ないという利点がある。

しかし、上記蓄熱式焼却炉を用いて、揮発性有機化合物を含む廃水を焼却する際、焼却炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）に廃水を直接噴射するため、焼却炉に過剰な熱量（エネルギー）が供給されなければならないだけでなく、熱回収設計が高度化していないため、大気に排出されるストリームの温度が相当高温であり、エネルギーの無駄使いが増加するという問題がある。

したがって、かかる従来の問題を解決するために、廃水焼却の際、エネルギーを節約するための設計が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、上記発明の背景技術で言及した問題を解決するために、省エネルギー型廃水焼却方法および装置を提供することである。

すなわち、本発明は、廃水焼却の際に発生する廃熱を熱交換によりリサイクルすることで、廃水の焼却に必要なエネルギーを節約し、大気に排出されるストリームの温度を下げるための廃水焼却方法および装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の一実施形態によると、本発明は、廃水を蒸発器に供給し、蒸発させるステップ（Ｓ１０）と、前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉に供給し、焼却するステップ（Ｓ２０）と、前記焼却炉から排出される第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを混合し、混合排出ストリームを形成するステップ（Ｓ３０）と、前記混合排出ストリームと空気ストリームを第１熱交換器で熱交換するステップ（Ｓ４０）とを含み、前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器を通過した後、前記第２焼却炉排出ストリームと混合されて前記混合排出ストリームを形成する廃水焼却方法を提供する。

また、本発明は、供給される廃水を蒸発させ、蒸発した上部排出ストリームを焼却炉に供給する蒸発器と、前記蒸発器から上部排出ストリームが供給され、前記蒸発器の上部排出ストリームを焼却し、第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを第３混合器に供給する焼却炉と、前記焼却炉から第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームが供給され、前記第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームを混合した混合排出ストリームを第１熱交換器に供給する第３混合器と、前記第３混合器から供給された混合排出ストリームと、供給された空気ストリームを熱交換する第１熱交換器と、前記焼却炉から排出された第１焼却炉排出ストリームを熱交換し、前記熱交換された第１焼却炉排出ストリームを第３混合器に供給する第２熱交換器とを含む廃水焼却装置を提供する。

本発明の廃水焼却方法および廃水焼却装置によると、廃水焼却の際に発生する廃熱を回収し、熱交換により焼却炉に供給される空気ストリームとしてリサイクルすることで、廃水の焼却過程で熱を発生させるための燃料の使用を減少させることができる。

また、本発明の廃水焼却方法および廃水焼却装置によると、廃水焼却の際に発生する廃熱を回収し、熱交換によりリサイクルすることで、大気に排出されるストリームの温度を下げる効果も得ることができる。

本発明の一実施例による廃水焼却方法による工程フローチャートである。 本発明の一実施例による廃水焼却方法による工程フローチャートである。 比較例による廃水焼却方法による工程フローチャートである。

本発明の説明および請求の範囲で使用されている用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念に解釈すべきである。

本発明において、「ストリーム（Ｓｔｒｅａｍ）」という用語は、工程内の流体（ｆｌｕｉｄ）の流れを意味し得、また、配管内で流れる流体自体を意味し得る。具体的には、前記「ストリーム」という用語は、各装置を連結する配管内で流れる流体自体および流体の流れを同時に意味し得る。また、前記流体は、気体（ｇａｓ）または液体（ｌｉｑｕｉｄ）を意味し得る。

以下、本発明に関する理解を容易にするために、本発明をより詳細に説明する

本発明によると、廃水焼却方法が提供される。前記廃水焼却方法であって、廃水を蒸発器に供給し、蒸発させるステップ（Ｓ１０）と、前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉３００に供給し、焼却するステップ（Ｓ２０）と、前記焼却炉から排出される第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを混合し、混合排出ストリームを形成するステップ（Ｓ３０）と、前記混合排出ストリームと空気ストリームを第１熱交換器４００で熱交換するステップ（Ｓ４０）とを含み、前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０を通過した後、前記第２焼却炉排出ストリームと混合されて前記混合排出ストリームを形成する廃水焼却方法を提供することができる。

本発明の一実施形態によると、前記廃水とは、消費生活と産業活動をする現代社会にて物質的文明活動の副産物として各種の廃棄物が排出され続けるが、その中で、液体形態で排出されるものなどを意味し得る。具体的には、廃水は、出処に応じて大別され、家庭廃水と工場廃水などに分けられる。家庭廃水は、各家庭および家庭と同様に廃物質を排出する公共建物および営業建物などから排出される廃水を意味し得、工場廃水は、各工場から排出される廃水を意味し、広義的には産業廃水と言え、すべての産業施設から排出される廃水の総称であり得る。

本発明の一実施形態によると、前記廃水は、工業の生産工程で使用される様々な化学物質を含有している液状の工場廃水であり得る。例えば、前記廃水は、水、メタノール、ブタノール、ネオペンチルグリコール、塩化ナトリウムおよびブチルアルデヒド、オクタノール、トリメチルアミンなどを含む有機物からなるものであってもよい。

本発明の一実施形態によると、前記廃水を蒸発器に供給し、蒸発させるステップ（Ｓ１０）は、例えば、前記蒸発器に廃水を供給し、加熱して廃水を蒸発させ、且つ水蒸気、有機物および可塑性物質などを含む上部排出ストリームと、スラッジを含む下部排出ストリームとにそれぞれ分離することができる。この際、下部排出ストリームは、すぐ廃水処理場に移動させることができる。

本発明の一実施形態によると、前記廃水を蒸発器に供給し、蒸発させるステップ（Ｓ１０）は、複数回行われて、上部排出ストリームと下部排出ストリームをより効果的に分離することができる。例えば、第１蒸発器１００に廃水を供給し、加熱して廃水を蒸発させて第１蒸発器１００の上部排出ストリームと、第１蒸発器１００の下部排出ストリームとにそれぞれ分離することができる。次に、前記第１蒸発器１００の下部排出ストリームを第２蒸発器１１０を用いて２次蒸発させ、第２蒸発器１１０の上部排出ストリームと、第２蒸発器１１０の下部排出ストリームとに分離することができる。この際、前記第２蒸発器１１０の上部排出ストリームは、前記第１蒸発器１００の上部排出ストリームと、第１混合器２００で混合され排出され得、第２蒸発器１１０の下部排出ストリームは、廃水処理場に移動させることができる。

本発明の一実施形態によると、前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉３００に供給し、焼却するステップ（Ｓ２０）は、蓄熱式焼却炉（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ、ＲＴＯ）により行われ得、前記蒸発器から排出された蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉３００に供給し、予熱ステップおよび焼却ステップを経ることができる。この際、前記蒸発器の上部排出ストリームは、前記第１蒸発器１００の上部排出ストリームおよび第２蒸発器１１０の上部排出ストリームが、第１混合器２００で混合され排出されるストリームであってもよい。

本発明の一実施形態によると、前記蒸発器の上部排出ストリームは、蒸発 過程で、温度が１００℃以上に増加していてもよい。この場合、前記１００℃以上の温度を有する蒸発器の上部排出ストリームは、焼却炉３００に供給され、それ自体で燃料として活用され得る。

前記蒸発器の上部排出ストリームは、先ず、蓄熱層で蓄熱されたセラミック媒体と直接接触して予熱されながら焼却炉３００に入ることができる。この際、予熱温度は、蓄熱式焼却炉３００の蓄熱効率設計に応じて異なり得るが、自体燃消しながら発生する燃焼熱と合わせられて、ほぼ焼却炉３００の温度である８００℃以上の温度まで予熱され得る。前記予熱されたストリームは、焼却炉３００で完全焼却処理された後、他の蓄熱層へ通過しながらセラミック媒体に熱を与えてセラミック媒体を加熱し、焼却炉３００の排出ストリームは、一部冷却され得る。

本発明の一実施形態によると、前記焼却炉３００からは、第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームが排出され得る。例えば、前記焼却炉３００からは、第３焼却炉排出ストリーム～第５焼却炉排出ストリームがさらに排出され得る。この際、前記焼却炉３００から排出される２以上の焼却炉排出ストリームは、第３混合器２２０を介して混合排出ストリームを形成することができる。

前記第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームは、Ｓ３０ステップにおいて第３混合器２２０を介して混合されて混合排出ストリームを形成し、前記混合排出ストリームは、第１熱交換器４００で空気ストリームと熱交換するステップ（Ｓ４０）を経た後、大気に排出され得る。

前記混合排出ストリームと空気ストリームは、第１熱交換器４００で互いに向流（ｃｏｕｎｔｅｒ‐ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｌｏｗ）、並流（ｃｏ‐ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｌｏｗ）、または直交流（ｃｒｏｓｓ ｆｌｏｗ）によって互いに熱交換が実施され得る。この際、前記混合排出ストリームは、空気ストリームに熱を奪われながら大気に排出され、これにより大気に排出されるストリームの温度を下げることができる。また、空気ストリームは、混合排出ストリームから熱を得て温度が上昇し、これは、焼却炉３００に供給され、焼却炉で必要なエネルギーの一部の代わりに使用され得る。

前記焼却炉３００から排出される第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームの温度は、互いに相違していてもよい。具体的には、焼却炉から２以上のストリームに分けられて排出されるそれぞれの焼却炉排出ストリームは、互いに排出温度が相違していてもよい。一つの例として、前記焼却炉排出ストリームが、第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームとして排出される場合、第１焼却炉排出ストリームの温度は、第２焼却炉排出ストリームの温度よりも高くてもよい。

このように、それぞれの焼却炉排出ストリームは、互いに相違する温度を有して排出されることで、それぞれのストリームの温度に合わせて活用が可能であるという効果を奏する。例えば、高温で排出される第１焼却炉排出ストリームは、後述の第２熱交換器４１０および蒸気発生装置５００などでさらに廃熱をリサイクルすることで、工程エネルギーを節約することができる。また、比較的低温で排出される第２焼却炉排出ストリームは、焼却炉３００に還流させて焼却炉を予熱および加熱するためにリサイクルされ得る。

具体的には、前記第１焼却炉排出ストリームは、前記第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと、前記第２熱交換器４１０で熱交換された後、前記第２焼却炉排出ストリームと混合されて前記混合排出ストリームを形成することができる。

この際、前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０を通過しながら空気ストリームまたは蒸発器の上部排出ストリームに熱を伝達して温度が一部低くなり、これにより、工程内で廃熱をリサイクルすることで、大気に排出されるストリームの温度をより下げることができる。

また、本発明の一実施形態によると、前記第１焼却炉排出ストリームの温度は、４００℃～５００℃、４２０℃～４８０℃または４４０℃～４６０℃であってもよく、前記第２焼却炉排出ストリームの温度は、１００℃～２５０℃、１３０℃～２２０℃または１７０℃～１９０℃であってもよい。このように、焼却炉３００から排出されるストリームを比較的高温の第１焼却炉排出ストリームと低温の第２焼却炉排出ストリームとに分けてエネルギーをリサイクルすることで、より効果的にエネルギーを節約することができる。

また、本発明の一実施形態によると、前記焼却炉３００から排出される第１焼却炉排出ストリームは、蒸気発生装置５００を通過したストリームであってもよい。具体的には、前記焼却炉３００から排出される第１焼却炉排出ストリームは、焼却炉３００から排出されたときには、８００℃～１，０００℃の高温で排出され得、この際、前記高温の第１焼却炉排出ストリームは、蒸気発生装置５００を通過しながら４００℃～５００℃に温度が低くなり、この過程で、熱エネルギーをスチームの形成にリサイクルすることができる。このように、第１焼却炉排出ストリームが蒸気発生装置５００を通過しながら、第１焼却炉排出ストリームの廃熱から形成されたスチームは、貯蔵可能であり、様々な工程で熱源として使用できるという利点がある。

また、本発明の一実施形態によると、前記第１焼却炉排出ストリームは、前記第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと、前記第２熱交換器４１０で熱交換され得る。前記第１焼却炉排出ストリームと第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、第２熱交換器４１０で互いに向流（ｃｏｕｎｔｅｒ‐ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｌｏｗ）、並流（ｃｏ‐ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｌｏｗ）、または直交流（ｃｒｏｓｓ ｆｌｏｗ）によって互いに熱交換が実施され得る。この際、前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、第１熱交換器４００を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームが第２混合器２１０で混合されて排出される混合ストリームを意味し得る。この際、前記第２混合器２１０では、場合に応じて、第１熱交換器４００を通過した空気ストリームおよび蒸発器の上部排出ストリームの他、廃水処理場で発生するガス（ｏｆｆ ｇａｓ）がさらに混合され得る。

前記第１焼却炉排出ストリームは、第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと第２熱交換器４１０で熱交換されることで、空気ストリームまたは混合ストリームに熱を提供して廃水焼却の熱源としてリサイクルされ、且つ第２熱交換器４１０で熱交換された前記第１焼却炉排出ストリームは、低くなった温度で第２焼却炉排出ストリームと混合されて混合排出ストリームを形成し、前記混合排出ストリームは、第１熱交換器４００で空気ストリームに熱を伝達することで、低い温度で大気に排出され得る。

本発明の一実施形態によると、前記第２熱交換器４１０を通過した第１焼却炉排出ストリームの温度は、前記第２熱交換器４１０を通過する前の第１焼却炉排出ストリームの温度よりも低くてもよい。具体的には、上述のとおり、前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０で第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと熱交換する。この際、前記第１焼却炉排出ストリームは、空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームに熱を提供することで、第２熱交換器４１０を通過した後の温度が低くなる。例えば、前記第２熱交換器４１０を通過した第１焼却炉排出ストリームの温度は、２５０℃～３５０℃、２７０℃～３３０℃または２８０℃～３００℃であってもよい。これは、前記第１焼却炉排出ストリームの第２熱交換器４１０を通過する前の温度である４００℃～５００℃に比べて低くなったことが分かる。

また、本発明の一実施形態によると、前記第１熱交換器４００から大気中に排出されるストリームの温度は９０℃以下であってもよい。例えば、大気中に排出されるストリームの温度は、３０℃～９０℃、５０℃～９０℃または７０℃～９０℃であってもよい。これは、既存の蓄熱式焼却炉を用いた廃水焼却の際、大気に排出されるストリームの温度と比較して著しく低い温度であり、このことから、本発明による廃水焼却方法では、多量の熱を廃水焼却工程内でリサイクルし、これにより多量のエネルギーを節約したことが分かる。

具体的には、本発明による廃水焼却方法は、前記高温の第１焼却炉排出ストリームが有している熱を第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと第２熱交換器４１０で熱交換することで、１次的に熱をリサイクルし、焼却炉３００から排出される混合排出ストリームの熱を空気ストリームと第１熱交換器４００で熱交換して２次的に熱をリサイクルすることで、エネルギーを効果的に節約した。

また、本発明の一実施形態によると、前記第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、第２熱交換器４１０を通過して焼却炉３００に供給され得る。前記第２熱交換器４１０を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの温度は、第２熱交換器４１０を通過する前よりも高くてもよい。具体的には、前記空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの温度は、２００℃～３００℃、２１５℃～２６０℃または２３０℃～２５０℃であってもよい。

具体的には、前記空気ストリームの場合、焼却炉３００から排出されるストリームから第１熱交換器４００および第２熱交換器４１０を介して熱交換して熱を得ることで、高温の状態で焼却炉３００に供給され得る。この場合、空気が常温で焼却炉３００に供給される場合に比べて、焼却炉３００で加熱するために必要なエネルギーを節約することができる。例えば、前記第１熱交換器４００を通過した空気ストリームの温度は、１５０℃～２３０℃、１７０℃～２２０℃または２００℃～２１０℃であってもよい。また、前記第２熱交換器を通過した空気ストリームの温度は、２５０℃～３５０℃、２７０℃～３２０℃または２８０℃～３００℃であってもよい。かかる高温の空気ストリームを蒸発器の上部排出ストリームと第２混合器２１０で混合し、混合したストリームを焼却炉３００に供給することができる。この際、前記焼却炉３００は、蓄熱式焼却炉（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ、ＲＴＯ）であってもよい。この場合、焼却炉３００に供給される前に、蒸発器の上部排出ストリームは、空気ストリームによって一部加熱され得、これにより、焼却炉３００で廃水の予熱のために使用されるエネルギーを得るために投入される燃料を節約することができる。

また、空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの場合、焼却炉３００から排出される第１焼却炉排出ストリームから第２熱交換器４１０を介して熱交換して熱を得ることで、高温の状態で焼却炉３００に供給され得る。これにより、前記第２混合器２１０から排出される空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームがすぐ焼却炉３００に供給される場合と比較して、焼却炉３００で廃水を加熱するために必要なエネルギーを節約することができる。例えば、前記第２熱交換器４１０を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの温度は、２２０℃～２７０℃、２３０℃～２６０℃または２４０℃～２５０℃であってもよい。これは、一般的な蒸発器の上部排出ストリームの温度である１６０℃～１８０℃に比べて高温であり、焼却炉３００で廃水の焼却のために必要なエネルギーの量を節約することができる。

また、本発明の一実施形態によると、前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉３００に供給し、焼却するステップ（Ｓ２０）において、必要な場合、廃水の予熱および加熱のために必要なエネルギーを得るために燃料が投入され得る。前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉３００に供給し、焼却するステップにおいて、燃料は、８００ｋｇ／ｈｒ以下で投入され得、例えば、前記燃料は、０ｋｇ／ｈｒ～８００ｋｇ／ｈｒ、４００ｋｇ／ｈｒ～８００ｋｇ／ｈｒまたは７００ｋｇ／ｈｒ～８００ｋｇ／ｈｒで投入され得る。

また、本発明の一実施形態によると、前記焼却炉３００から排出される第２焼却炉排出ストリームの一部は、焼却炉３００に還流し、焼却炉３００の予熱および加熱にリサイクルすることができる。

また、本発明の一実施形態によると、前記焼却炉３００で廃水の焼却をより容易に行うために、空気をさらに供給してもよい。

また、本発明の一実施形態によると、前記蒸発器の下部排出ストリームは、廃水処理場に移動し、前記廃水処理場で発生するガス（ｏｆｆ ｇａｓ）を焼却炉３００に供給することができる。これにより、本発明による廃水焼却方法は、廃水の焼却だけでなく、廃水処理場で発生するガスの焼却を同時に行うことができる。

本発明によると、廃水処理装置が提供される。前記廃水処理装置は、供給される廃水を蒸発させ、蒸発した上部排出ストリームを焼却炉に供給する蒸発器と、前記蒸発器から上部排出ストリームが供給され、前記蒸発器の上部排出ストリームを焼却し、第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを第３混合器２２０に供給する焼却炉３００と、前記焼却炉３００から第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームが供給され、前記第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを混合した混合排出ストリームを第１熱交換器４００に供給する第３混合器２２０と、前記第３混合器２２０から供給された混合排出ストリームと、供給された空気ストリームを熱交換する第１熱交換器４００と、前記焼却炉３００から排出された第１焼却炉排出ストリームを熱交換し、熱交換した第１焼却炉排出ストリームを第３混合器に供給する第２熱交換器４１０とを含むことができる。

本発明の一実施形態によると、前記本発明による廃水焼却装置は、上記の廃水焼却方法による工程を実施するための装置であってもよい。

本発明の一実施形態によると、前記本発明による廃水処理装置は、下記図１および図２を参照して説明することができる。例えば、前記廃水処理装置は、供給される廃水を１次に蒸発させ、水蒸気、有機物および可塑性物質などを含む第１上部排出ストリームと、スラッジを含む第１下部排出ストリームとに分離する第１蒸発器１００を含むことができる。また、前記第１蒸発器１００から排出された第１下部排出ストリームは、第２蒸発器１１０を用いて２次蒸発を行い、第２上部排出ストリームと、第２下部排出ストリームとに分離することができる。この際、第２下部排出ストリームは、廃水処理場に移動し、第２上部排出ストリームは、第１上部排出ストリームと第１混合器２００で混合されて排出され得る。前記第１混合器２００から排出されたストリームは、第２混合器２１０に供給され、前記第２混合器２１０で廃水処理場で発生したガス（ｏｆｆ ｇａｓ）および空気（Ｆｒｅｓｈ Ａｉｒ）ストリームとともに混合され得る。この際、前記空気ストリームは、第１熱交換器４００もしくは第２熱交換器４１０を通過しながら熱交換を経たものであってもよい。

前記第２混合器２１０から排出される混合ストリームは、焼却炉３００に移動することができる。前記焼却炉３００には、選択的に、別の燃料もしくは空気の投入が可能であり得る。前記焼却炉３００では、第２混合器２１０から排出される混合ストリームを焼却し、第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームに、温度によって分離し、排出することができる。

前記第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームは、第３混合器２２０で混合され得る。この際、前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０で熱交換された後、前記第２焼却炉排出ストリームと第３混合器２２０で混合され得る。

前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０に供給される前に蒸気発生装置５００を通過しながらスチームを形成した後、第２熱交換器４１０に供給され得る。

前記第３混合器２２０で混合された混合ストリームは、第１熱交換器４００に供給され、前記第１熱交換器４００で空気（Ｆｒｅｓｈ Ａｉｒ）ストリームと熱交換を行った後、大気に放出され得る。

前記第１焼却炉排出ストリームは、第２熱交換器４１０で第１熱交換器４００を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと熱交換し、前記第２熱交換器４１０を通過した空気ストリームまたは前記空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、焼却炉３００に供給され得る。

先ず、前記第１焼却炉排出ストリームが、第１熱交換器４００から排出された空気ストリームと第２熱交換器４１０で熱交換する場合、熱交換した第１焼却炉排出ストリームは、第３混合器２２０で第２焼却炉排出ストリームと混合され、熱交換した空気ストリームは、前記第２混合器２１０に供給され、第１混合器２００から供給される混合ストリームと廃水処理場から排出されるガスと混合された後、焼却炉３００に供給され得る。

また、前記第１焼却炉排出ストリームが空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと第２熱交換器４１０で熱交換する場合、熱交換した第１焼却炉排出ストリームは、第３混合器２２０で第２焼却炉排出ストリームと混合され、熱交換した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、焼却炉３００に供給され得る。

以上、本発明による廃水焼却方法および装置について記載および図面に図示しているが、前記の記載および図面の図示は、本発明を理解するための核心的な構成のみを記載および図示したものであって、前記記載および図面に図示した工程および装置の他に、別に記載および図示していない工程および装置は、本発明による廃水焼却方法および装置を実施するために適宜応用され用いられ得る。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の範疇および技術思想の範囲内で様々な変更および修正が可能であることは、通常の技術者にとって明白なことであり、これらにのみ本発明の範囲が限定されるものではない。

（実施例１）
図１に図示されている工程フローチャートに対して、ＡＳＰＥＮＴＥＣＨ社製のＡＳＰＥＮ Ｐｌｕｓシミューレータを用いて、工程をシミュレーションした。

この際、第１蒸発器に供給される廃水の温度は３０℃と、圧力は０．２ｋｇ／ｓｑｃｍｇと、質量流量は１０，０００ｋｇ／ｈｒと設定し、廃水の成分は、水８７．５７重量％、メタノール４．９０重量％、ブタノール２．３３重量％、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）１．６５重量％、塩化ナトリウム２．９１重量％、およびブチルアルデヒド、オクタノール、トリメチルアミンなどを含む有機物０．６４重量％からなっている。

また、焼却炉に供給される空気ストリームは、２０℃に設定し、組成は、酸素２１モル％および窒素７９モル％に設定した。

（実施例２）
図２に図示されている工程フローチャートに対して、ＡＳＰＥＮＴＥＣＨ社製のＡＳＰＥＮ Ｐｌｕｓシミューレータを用いて、工程をシミュレーションした以外は、実施例１と同一の方法で実施した。

（比較例）
図３に図示されている工程フローチャートに対して、ＡＳＰＥＮＴＥＣＨ社製のＡＳＰＥＮ Ｐｌｕｓシミューレータを用いて、工程をシミュレーションした以外は、実施例１と同一の方法で実施した。図３は、本願による廃水焼却工程において、第２熱交換器を除去した場合の工程フローチャートである。

（実験例）
前記実施例および比較例による工程シミュレーションの結果、工程の流れによるそれぞれのストリームに対する温度を下記表１に示し、焼却炉に投入された燃料の量および熱交換器の熱特性を下記表２に示した。

先ず、前記表１を参照して、実施例１および２による廃水焼却工程の流れと、比較例による廃水焼却工程の流れとを比較すると、第２熱交換器４１０を設置することで、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されるストリームの温度、第２混合器２１０から排出され、焼却炉３００に供給されるストリームの温度および第１熱交換器４００から大気に放出されるストリームの温度が、大きい差を示すことを確認することができる。

具体的には、実施例１の廃水焼却工程では、第２熱交換器４１０を設置することで、蒸気発生装置５００から排出された４５０℃のストリームを第２熱交換器４１０で熱交換し、２９１．５℃に温度を下げた後、第３混合器２２０に供給する。

また、実施例２の廃水焼却工程では、第２熱交換器４１０を設置することで、蒸気発生装置５００から排出された４５０℃のストリームを第２熱交換器４１０で熱交換し、２４８．９℃に温度を下げた後、第３混合器２２０に供給する。

一方、第２熱交換器４１０を設置していない比較例の廃水焼却工程の場合には、蒸気発生装置５００から排出される４５０℃のストリームがすぐ第３混合器２２０に供給される。したがって、実施例１、実施例２および比較例において、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されるストリームの温度もそれぞれ２１７．７℃、２０３．２℃および２７３．４℃で、実施例１および２の場合、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されるストリームの温度が著しく低いことが分かる。

また、実施例１の場合、前記第１熱交換器４００では、第３混合器２２０から供給されるストリームと空気ストリームが熱交換し、第１熱交換器４００で熱交換した空気ストリームは、第２混合器２１０を経て焼却炉３００にまた供給される。この際、２０℃の空気ストリームが、前記第３混合器２２０から供給される２１７．７℃のストリームと熱交換され、２０７．７℃の温度で第１熱交換器４００から排出される。その後、前記第１熱交換器４００から排出された空気ストリームは、第２熱交換器４１０に供給され、４５０℃の第１焼却炉排出ストリームと熱交換する。これにより、実施例１において空気ストリームは、第１熱交換器４００および第２熱交換器４１０を経て工程内の熱をリサイクルし、且つ温度が２８６．５℃に上昇する。このように温度が上昇した空気ストリームは、第２混合器２１０で第１混合器２００排出ストリームおよび廃水処理場排出ガスと混合され、前記混合ストリームは、２３９．５℃の温度で焼却炉３００に供給される。

また、実施例２の場合、前記蒸気発生装置５００から排出されたストリームを第２熱交換器４１０に供給し、前記第２熱交換器４１０では、前記蒸気発生装置５００から排出されたストリームと第２混合器２１０から排出されるストリームが熱交換される。この際、前記第２混合器２１０から排出されるストリームは、前記蒸気発生装置５００から排出されたストリームから熱を得て、２４３．９℃の温度で焼却炉３００に供給される。

一方、比較例の場合には、２０℃の空気ストリームが、前記第３混合器２２０から供給される２７３．４℃のストリームと熱交換し、１９３．２℃の温度で第１熱交換器４００から排出される。次に、前記第１熱交換器４００から排出された空気ストリームは、すぐ第２混合器２１０で第１混合器２００排出ストリームおよび廃水処理場排出ガスと混合され、１７１．７℃の温度で焼却炉３００に供給される。結果、比較例の場合、焼却炉３００に供給されるストリームは、１７１．７℃の温度で供給されるが、実施例１の場合、２３９．５℃の温度で供給され、実施例２の場合、２４３．９℃の温度で供給されることから、実施例は、比較例と比較して、前記温度差だけ焼却炉３００で廃水を焼却するために必要な熱を節約することができる。

また、前記第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されるストリームの温度差によって、大気に排出される温度も差がある。具体的には、実施例１の場合には、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に２１７．７℃のストリームが供給され、前記ストリームは、２０℃の空気ストリームと第１熱交換器４００で熱交換を行う。この際、前記第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されたストリームは、８７．１℃で大気中に排出される。

また、実施例２の場合には、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に２０３．２℃のストリームが供給され、前記ストリームは、２０℃の空気ストリームと第１熱交換器４１０で熱交換を行う。この際、前記第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されたストリームは、８２．５℃で大気中に排出される。

一方、比較例の場合には、第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に、実施例に比べて高温の２７３．４℃のストリームが供給され、前記ストリームは、２０℃の空気ストリームと第１熱交換器４００で熱交換を行う。この際、前記第３混合器２２０から排出され、第１熱交換器４００に供給されたストリームは、１５５℃で大気中に排出され、これは、実施例１および２による大気排出温度である８７．１℃および８２．５℃に比べて著しく高い温度である。

つまり、実施例では、第２熱交換器４１０を設置することで、６７．９℃～７２．５℃に対応する熱を工程内でリサイクルしたことを意味し得る。

また、第２熱交換器４１０を設置したか否かによる省エネルギー効果は、前記表２からも確認することができる。前記表２を参照すると、実施例１および２の場合、熱交換器から得た熱量が、それぞれ、３．４３Ｇｃａｌ／ｈｒおよび３．５２Ｇｃａｌ／ｈｒであり、比較例に比べて、約１．２１Ｇｃａｌ／ｈｒ～１．３Ｇｃａｌ／ｈｒ程度エネルギーを節約したことが分かる。

また、実施例１および２の場合、第１熱交換器４００の実質熱伝逹係数が、それぞれ２３３２３．１４ｃａｌ／ｓｅｃ－Ｋ、２１５０１．８ｃａｌ／ｓｅｃ－Ｋであり、実質熱伝逹係数が５４９４．２０ｃａｌ／ｓｅｃ－Ｋである比較例に比べて、優れた熱伝達速度を有することが分かる。

また、実施例１および２の場合、焼却炉に投入された燃料の量が、それぞれ７８２．４ｋｇ／ｈｒおよび７７５．２ｋｇ／ｈｒであり、比較例に比べて、１時間当たり約１１４．６ｋｇ～１１６．２ｋｇの燃料を節約したことが分かる。

Claims (8)

1. 廃水を蒸発器に供給し、蒸発させるステップ（Ｓ１０）と、
   前記蒸発器から排出される蒸発器の上部排出ストリームを焼却炉に供給し、焼却するステップ（Ｓ２０）と、
   前記焼却炉から排出される第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを混合し、混合排出ストリームを形成するステップ（Ｓ３０）と、
   前記混合排出ストリームは、空気ストリームと第１熱交換器で熱交換して、空気ストリームに熱を伝達するステップ（Ｓ４０）とを含み、
   前記第１焼却炉排出ストリームの温度は、前記第２焼却炉排出ストリームの温度よりも高く、
   前記第１焼却炉排出ストリームは、蒸気発生装置を通過することでスチームを形成した後に、前記第１熱交換器を通過した空気ストリームまたは前記第１熱交換器を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと、第２熱交換器で熱交換され、前記第１熱交換器を通過した空気ストリームまたは前記第１熱交換器を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームに熱を提供した後、蒸気発生装置を通過することがない前記第２焼却炉排出ストリームと混合されて前記混合排出ストリームを形成する、廃水焼却方法。
2. 前記第２熱交換器を通過した第１焼却炉排出ストリームの温度は、前記第２熱交換器を通過する前の第１焼却炉排出ストリームの温度よりも低い、請求項１に記載の廃水焼却方法。
3. 前記第１熱交換器から大気中に排出される混合排出ストリームの温度は、９０℃以下である、請求項１または２に記載の廃水焼却方法。
4. 前記第２熱交換器で熱交換された空気ストリームまたは前記第２熱交換器で熱交換された空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、焼却炉に供給され、前記第２熱交換器を通過した空気ストリームまたは前記第２熱交換器を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの温度は、第２熱交換器を通過する前よりも高い、請求項１～３のいずれかに記載の廃水焼却方法。
5. 前記第２熱交換器を通過した空気ストリームまたは前記第２熱交換器を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームの温度は、２００℃～３００℃である、請求項４に記載の廃水焼却方法。
6. 供給される廃水を蒸発させ、蒸発した上部排出ストリームを焼却炉に供給する蒸発器と、
   前記蒸発器から上部排出ストリームが供給され、前記蒸発器の上部排出ストリームを焼却し、第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームを排出する焼却炉と、
   前記焼却炉から排出された第１焼却炉排出ストリームおよび第２焼却炉排出ストリームを含む２以上の焼却炉排出ストリームが供給され、前記第１焼却炉排出ストリームと第２焼却炉排出ストリームを混合した混合排出ストリームを第１熱交換器に供給する第３混合器と、
   前記第３混合器から供給された混合排出ストリームと、供給された空気ストリームを熱交換する第１熱交換器と、
   前記焼却炉から排出された第１焼却炉排出ストリームを熱交換し、熱交換した第１焼却炉排出ストリームを第３混合器に供給する第２熱交換器と、
   前記焼却炉から排出された第１焼却炉排出ストリームが第２熱交換器に供給される前に通過することでスチームを形成する蒸気発生装置とを含む、
   前記混合排出ストリームは、供給された空気ストリームと第１熱交換器で熱交換して、空気ストリームに熱を伝達し、
   前記第１焼却炉排出ストリームの温度は、前記第２焼却炉排出ストリームの温度よりも高く、
   前記第２焼却炉排出ストリームは、蒸気発生装置を通過せず、
   前記焼却炉から排出された第１焼却炉排出ストリームは、蒸気発生装置を通過することでスチームを形成した後に、第２熱交換器で第１熱交換器から排出された空気ストリームまたは前記第１熱交換器から排出された空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームと熱交換し、第２熱交換器で第１熱交換器から排出された空気ストリームまたは前記第１熱交換器から排出された空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームに熱を提供した後に、第３混合器に供給される、廃水焼却装置。
7. 前記第２熱交換器を通過した空気ストリームまたは前記第２熱交換器を通過した空気ストリームと蒸発器の上部排出ストリームの混合ストリームは、焼却炉に供給される、請求項６に記載の廃水焼却装置。
8. 前記焼却炉は、蓄熱式焼却炉（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ）である、請求項６または７に記載の廃水焼却装置。

Images