KR100203534B1 - 복합형 폐기물 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물의 감량화 및 이의 처리시 2차 환경오염을 최소화할 목적으로 폐기물을 열처리(건조, 소각, 열처리)하는 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 기존의 회전로를 갖는 폐기물 열처리 장치에 추가로 보조 연소실과 열 회수실을 도입하여 폐기물의 열처리 효율 향상 및 대용량 처리가 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서, 회전로 출구에 보조 연소실을 설치하여 회전로에서 비산되는 가연성 폐기물을 부유 상태에서 효율적으로 열처리함으로써 폐기물을 대량 열처리할 수 있고, 회전로 크기 증가에 따라 파생되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한 고무, 플라스틱, 목재 등의 난연성 폐기물도 보조 연소실과 열 회수실에서 적정 시간 체류하여 열처리시킴으로써 폐기물 특성에 따라 효율적인 열처리가 가능하며, 열 회수실에서는 배출되는 고온 열처리물로부터 열을 회수할 수 있음으로 인해 추가로 투입되는 연료량을 감소시킬 수 있다.

Description

복합형 폐기물 열처리 장치

본 발명은 복합형 폐기물 열처리 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 폐기물의 감량화, 환경오염 최소화 및 자원 재활용 등의 목적으로 폐기물을 열처리, 즉 건조, 소각, 및 열분해하는 장치에 관한 것이다.

일반적인 회전로식 폐기물 열처리 장치는 투입된 폐기물을 열처리하는 회전로, 회전로에서 폐기물이 열처리된후 열처리 생성물을 배출하는 배출구 및 회전로에서 폐기물을 열처리할 때 발생하는 배기 가스를 처리하기 위한 이차 연소실 등으로 구성되어 있다.

폐기물 열처리시 열처리를 위하여 요구되는 체류 시간과 열처리 온도는 폐기물의 열처리 특성과 폐기물의 열처리 목적에 좌우된다. 일반 폐기물의 열처리를 위한 온도는 보통 800 내지 1200℃이며, 체류 시간은 목재 상자, 도시 쓰레기, 철도 침목에 있어서 각각 5 분, 15 분, 60 분이 요구되는데 비하여 잘 분리된 액체 연료는 0.5 초가 요구된다.

상기한 바와 같이 폐기물의 적절한 열처리를 위해서 폐기물의 체류 시간은 매우 중요하며, 회전식 열처리 설비 설계시에는 폐기물의 안정적인 체류시간을 유지하기 위하여 회전로 내부 유속을 가능한 폐기물이 비산되지 않는 범위로 조절해야 한다.

제2도는 종래의 대표적인 회전식 폐기물 열처리 장치로써 크게 폐기물 공급기(11), 회전로(12), 배기 가스 처리실(13), 배출구(14), 폐열 보일러(15) 및 집진장치(16) 등으로 구성되어 있다. 제2를 참조하면 폐기물은 폐기물 공급기(11)를 통해서 회전로(12)로 공급되어지며, 공급되어진 폐기물은 회전로(12)내에 설치된 버너(17)와 송풍기(18)에 의해서 열처리에 필요한 열과 산소를 공급받아 회전로(12)에서 열처리된다.

회전로(12)에서 열처리된 열처리물은 배출구(14)를 통해 배출되며, 폐기물이 열처리될 때 발생하는 배기 가스는 배기 가스 처리실(13)에서 적정 온도와 체류 시간을 유지하여 처리되고, 폐열 보일러(15)에서 열교환된 후 집진기(16)를 경유해서, 유도 송풍기(19)와 연통(20)을 통해서 대기로 배출된다.

상기한 종래의 회전식 폐기물 열처리 장치는 투입되는 폐기물의 종류에 크게 구애받지 않고 액상, 고상 폐기물을 광범위하게 처리할 수 있으며, 폐기물 공급 장치의 선택에 유용성이 있는 등 장점이 있으나, 폐기물의 열처리가 전열 효율이 불량한 베드 상태에서 이루어지므로 회전로의 열처리 효율이 떨어져 회전로 크기가 커져야 하며, 폐기물 열처리량의 증가로 발생 가스량이 증가할 경우 회전로 내부 유속이 증가하여 비중이 가벼운 폐기물이 배기 가스와 동반 비산하여 제대로 열처리 되지 않은채 배출되는 단점이 있다.

특히 비닐, 플라스틱, 종이, 목재, 토분등 비중 및 열처리 시간이 다른 다양한 폐기물이 혼재되어 있는 경우, 안정된 열처리를 위해서는 회전로 내에서 폐기물이 적정 체류 시간을 유지해야 하고 회전로 내부의 유속 증가에 의한 폐기물의 비산 방지가 전제되어야 하는데, 이럴 경우 회전로의 길이 및 직경의 증가가 불가피하여 폐기물의 대용량 처리에 한계가 있었다.

종래의 회전식 폐기물 열처리 장치에서 폐기물의 안정적인 열처리를 위해서는 회전로내 폐기물의 적정 체류 시간 유지와 회전로 내부의 유속 증가에 의한 폐기물의 비산 방지가 필요하다. 그러나 상술한 바와 같은 종래의 회전식 열처리 장치에서는 비중과 열처리 특성이 상이한 모든 폐기물이 전열 효율이 불량한 회전로 내부에서 동일 체류 시간을 유지하여 열처리 되므로써 열처리 효율이 저하되며, 폐기물의 열처리량 증가로 회전로 내부 유속이 증가할 경우 폐기물이 제대로 열처리되지 않은채 외부로 배출되는 단점이 있어, 회전로에서 폐기물의 안정적인 열처리를 위해서는 회전로의 길이와 직경 증가가 불가피하였다. 회전로 크기가 커지는 것은 설비의 설치 및 보수 유지 측면에서 매우 불리하며, 회전로 크기를 증가시키는 것은 현재 기술상 어려움이 있으므로 기존 회전식 열처리 장치를 이용하여 폐기물을 대용량 처리하는 것은 한계가 있었다.

또한 기존의 회전식 폐기물 열처리 장치에 있어서는 열처리된 고온의 열처리물이 별도의 열회수 없이 그대로 배출되므로 폐기물 열처리에 필요한 연료량 증가등 경제적 손실을 초래하였다.

따라서 본 발명은 상술한 종래의 방법에서 발생하는 결점을 제거하여 효율적이고 안정되게 폐기물을 열처리할 수 있는 복합형 폐기물 열처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 종래의 회전식 폐기물 열처리 장치에 있어서 문제점인 회전로 내부 유속 증가에 의한 폐기물의 동반 비산으로 폐기물이 제대로 열처리 되지 못한채 외부로 배출되는 것과 회전로에서 배출되는 고온의 열처리물이 별도의 열회수 없이 그대로 배출됨으로써 열처리에 필요한 연료량 증가 등의 문제점을 해결하고, 폐기물의 완전 열처리, 폐기물 열처리 장치의 소형화 및 폐기물의 대량 처리가 가능하도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적 달성은 종래의 회전로에서 폐기물을 전량 열처리하는 대신에 추가로 보조 연소실과 열 회수실을 설치함으로써 가능하게 되었다.

제1도는 본 발명에 따른 보조 연소실과 열 회수실이 추가로 부착된 복합형 폐기물 열처리 장치의 전체 개략도이다.

제2도는 종래의 회전식 폐기물 열처리 장치의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의설명

11 : 폐기물 공급기 12 : 회전로

13 : 배기 가스 처리실 14 : 배출구

15 : 폐열 보일러 16 : 집진기

17, 24, 25 : 버너 18, 23 : 송풍기

19 : 유도 송풍기 20 : 연통

21 : 보조 연소실 22 : 열 회수실

본 발명의 복합형 폐기물 열처리 장치는 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기; 상기 폐기물 공급기에 의해 공급된 폐기물에 열과 산소를 공급하는 버너와 송풍기; 상기 버너와 송풍기로부터 공급된 열과 산소에 의해 상기 폐기물을 회전시키면서 열처리하기 위한 회전로; 상기 회전로에서 열처리된 열처리물을 배출하기 위한 배출구; 상기 회전로에서 열처리될 때 발생하는 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 처리실; 상기 처리실에서 처리된 배기 가스를 열교환시키기 위한 폐열 보일러; 및 상기 보일러에서 열교환된 배기 가스를 집진한 후 대기로 배출시키기 위한 집진기, 유도 송풍기 및 연통으로 이루어진 장치로서, 그 개선점은 상기 회전로에 연이어서 설치되어 있고, 상기 회전로에서 열처리 후 비산된 폐기물과 난분해성 폐기물을 추가로 열처리하기 위한 보조 연소실 및 상기 보조 연소실에 연이어서 설치되어 있고, 상기 보조 연소실로 부터의 열처리물을 충분한 체류 시간을 유지하면서 완전 열처리하고 배출되는 열처리물로 부터 열을 회수하기 위한 열 회수실이 추가 되어서 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 장치에는 상기 회전로 및 상기 보조 연소실에서 고온의 열처리물로부터 열회수를 위해 냉각 공기를 공급하는 송풍기가 추가로 설치되어 있으며, 상기 열교환된 고온의 공기는 상기 보조 연소실에서 비산된 폐기물이나 난분해성 폐기물을 연소시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 보조 연소실에는 상기 회전로로부터 비산된 폐기물이나 난분해성 폐기물을 고온의 복사열로 열처리하기 위한 버너가 추가로 설치되어 있으며, 상기 열 회수실에도 상기 보조 연소실로 부터의 열처리물을 완전 열처리하기 위해 고온의 복사열을 공급하는 버너가 추가로 설치되어 있다.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 도 2와 동일 부품에 대해서는 동일 부호를 사용하기로 한다.

첨부 도면중 도 1은 본 발명에 따른 복합형 폐기물 열처리 장치를 전체적으로 나타낸 개략도로서, 폐기물은 폐기물 공급기(11)을 통해 회전로(12)에 공급되어 열처리되며, 회전로(12)내의 유속에 의해 비산된 폐기물은 보조 연소실(21)에서 부유 상태에서 효율적으로 열처리된다.

한편, 회전로(12)에서 배출되는 폐기물중 비중이 크고 열처리 시간이 오래 걸리는 난분해성 물질과 토분 등은 회전로(12)에서 열처리된 후, 회전로(12)에 연결되어 설치된 보조 연소실(21) 하부로 투입되어 열처리되고, 또한 보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)로 투입되어 충분한 체류 시간을 유지하면서 완전히 열처리되게 된다.

상기 보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)에서는 폐기물이 완전 열처리됨과 동시에 열 회수실(22)에 설치된 송풍기(23)에의해 화살표 방향으로 공급되는 냉각 공기로 충분히 열교환되고 냉각된다. 이때 열 회수실(22)에 설치 된 송풍기(23)에 의해 공급되는 냉각 공기는 열 회수실(22)에서 고온의 열처리물과의 충분한 열교환으로 고온이 되며, 열교환된 고온의 공기는 보조 연소실(21)로 공급되어 회전로(12)에서 비산된 폐기물의 완전 연소를 촉진시키게 된다.

또한, 열 회수실(22)에서의 충분한 열교환으로 적정 온도 이하로 냉각된 열처리물은 열 회수실(22)의 끝부분에 설치된 배출구(14)를 통해서 배출된다.

상술한 본 발명의 특징에서 회전로(12), 보조 연소실(21), 열 회수실(22)의 위치, 형상 및 기체 흐름 방향은 열효율 극대화 및 내부 연화 보호 등을 고려하여 적절히 바꿀 수 있을 것이다.

또한, 본 발명에 의하면 폐기물의 안정된 열처리를 위해 회전로(12)와 보조 연소실(21)에 공급되는 연료원으로 저급의 고체 연료 또는 액체, 가스 원료 모두 사용이 가능하며, 회전로(12)와 보조 연소실(21)에 공급되는 연료량은 폐기물의 열처리 목적에 따라 조정할 수 있다. 그리고 회전로(12) 출구에 설치된 보조 연소실(21) 및 해당 보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)의 하부 장치는 회전로(12) 또는 보조 연소실(21)에서의 고온 형성으로인해 거대한 클링커가 형성되었을 경우에도 열처리물 배출구(14)로의 이동 및 열교환이 용이한 그레이트(grate), 스토커(stoker) 또는 롤크라샤(roll crusher) 등으로 구성되어질 수 있다.

본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 다음 실시예에서 상세히 설명할 것이나 실시예의 형태 및 여러 구성 요소의 배치는 단지 예시적일뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

[실시예]

도 1에 예시한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 폐기물은 폐기물 공급기(11)를 통해 회전로(12)에 투입되며, 투입된 폐기물은 회전로(12)의 폐기물 공급기(11)와 동일 방향으로 설치된 버너(17)와 송풍기(18)에서 충분한 열량과 공기를 공급받아 열처리되고, 회전로(12) 내의 유속에 의해 비산된 폐기물은 회전로(12)에 연이어 설치된 보조 연소실(21)의 버너(24)와 해당 보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)에서 공급되는 고온 공기에 의해 부유 상태에서 효율적으로 열처리되며, 열처리후 발생하는 배기 가스는 배기 가스 처리실(13)을 통해 배출된다.

한편, 회전로(12)에서 배출되는 폐기물중 비중이 크고, 열처리 시간이 오래 걸리는 난분해성 물질은 회전로(12)에서 일부 열처리된 후 회전로(12)에 연결되어 설치된 보조 연소실(21) 하부로 투입되어, 보조 연소실(21)에 설치된 버너(24)에의해 발생되는 고온의 복사열과, 보조 연소실(21) 및 열 회수실(22)의 송풍기(23)에 의해 공급되는 냉각 공기가 고온 열처리물과의 효율적인 열교환으로 발생하는 고온 공기에 의해서 열처리되고, 보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)로 투입되어 충분한 체류 시간을 유지하면서 버너(25)에 의해 완전 열처리 된다.

보조 연소실(21)에 연이어 설치된 열 회수실(22)에서는 폐기물이 버너(25)에 의해 완전 열처리됨과 동시에 열 회수실(22)에 설치된 송풍기(23)에 의해 공급되는 냉각 공기로 충분히 열교환되고 냉각된다. 이때 열 회수실(22)에 설치된 송풍기(23)에 의해 공급되는 냉각 공기는 열 회수실(22)에서 고온의 열처리물과의 충분한 열교환으로 고온이 되며, 열교환된 고온의 공기는 보조 연소실(21)로 공급되어 회전로(12)에서 비산된 폐기물의 완전 연소를 촉진시키게 된다.

한편, 열 회수실(22)에서의 충분한 열교환으로 적정 온도 이하로 냉각된 열처리물은 배출구(14)를 통해서 배출되며, 폐기물이 열처리될 때 발생하는 배기가스는 배기 가스 처리실(13)에서 적정 온도와 체류 시간을 유지하여 처리되고, 폐열 보일러(15)에서 열교환된 후 집진기(16)를 경유해서, 유도 송풍기(19)와 연통(20)을 통해서 대기로 배출된다.

도 1에 예시한 본 발명의 보조 연소실(21)과 열 회수실(22)이 부착된 복합형 폐기물 열처리 장치와 도 2의 종래 회전식 폐기물 열처리 장치에서 폐기물(도시 쓰레기)를 열처리한후, 열처리 생성물의 강열 감량을 비교한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

상기 표 1은 도 2에 예시한 종래의 회전식 폐기물 열처리 장치와 도 1에 나타난 본 발명의 실시예에 있어서 폐기물 투입량 1,000 kg/hr, 폐기물 열량 950 kcal/kg·폐기물, 버너 투입 열량 350 kcal/kg·폐기물, 회전로(12) 내부 유속 10 m/sec, 폐기물 열처리 시간 15분 조건에서 열처리 했을 때 열처리 생성물의 강열 감량을 나타낸 것이다. 여기서 폐기물 체류시간은 도 2의 종래 회전식 폐기물 열처리 장치에 있어서는 폐기물이 폐기물 공급기(11)를 통해 회전로(12)에 공급된 후 회전로(12)에서 열처리되어 배출구(14)를 통해 외부로 배출될 때까지의 시간이며, 도 1에 나타난 본 발명의 보조 연소실(21)과 열 회수실(22)이 부착된 폐기물 열처리 장치에 있어서는 폐기물이 폐기물 공급기(11)를 통해 회전로(12)에 공급된 후 회전로(12)를 거쳐 보조 연소실(21)과 열 회수실(22)에서 열처리된후 배출구(14)를 통해 배출될때까지의 시간을 나타낸다.

상기 조건에서 폐기물의 열처리시, 도 1에 나타난 본 발명의 보조 연소실(21)의 출구(도 1의 a지점) 온도는 940℃로 도 2에 나타난 종래 회전식 폐기물 열처리 장치의 배기 가스 처리실(13)의 내부(도 2의 b지점) 온도 750℃ 보다 190℃ 높았는데 이것은 본 발명의 열 회수실(22)에서 외기로 배출되는 열처리 생성물로 부터의 효율적인 열회수로 인한 것이다.

도 1에 나타난 본 발명의 실시예에 따른 보조 연소실(21)과 열 회수실(22)이 부착된 복합형 폐기물 열처리 장치에서는 회전로(12) 내에서 비산되는 가연성 폐기물을 보조 연소실(21)에서 효율적으로 열처리하며, 비중이 크고 열처리 시간이 오래 걸리는 목재, 플라스틱 등의 난연성 폐기물은 회전로(12) 하부에 설치된 열 회수실(22)에서 충분한 체류시간을 유지하면서 열처리됨으로써 열처리 효율이 크게 증대됨을 알 수 있다.

본 발명의 복합형 폐기물 열처리 장치는 도 2의 종래 회전식 폐기물 열처리 장치에 있어서 회전로 내부의 유속 증가로 폐기물이 비산 동반되어 제대로 열처리되지 않은채 외부로 배출되는 문제점을 해결하기 위해 도 1에 예시한 바와 같이 보조 연소실과 열 회수실을 추가로 설치한 것이다.

즉, 본 발명의 장치에 의하면, 폐기물 열처리시 회전로 내부 유속이 높아 가연분이 비산 되더라도 비산된 가연분은 보조 연소실에 설치된 버너에 의한 고온 복사열과, 보조 연소실 및 열 회수실 하부에서 공급되는 고온 공기에 의해서 효율적으로 열처리됨으로써 폐기물을 대량 열처리할 경우에도 회전로의 직경 및 길이를 확장시킬 필요가 없으며, 회전로 크기 증가에 따라 파생되는 문제점(설비의 설치, 보수, 유지의 어려움 및 폐기물 대량 처리의 한계등)을 극복할 수 있다. 따라서 폐기물의 대량처리가 가능하고, 회전로의 대형화에 따른 설비의 설치 및 보수, 유지에 따른 문제점을 최소화 할 수 있다.

또한, 종래 회전식 폐기물 열처리 장치에서는 비중과 열처리 특성이 상이한 폐기물을 회전로 내에서 동일 조건(체류시간, 온도 등)으로 열처리시킴으로써 열처리 효율이 저하되었으나 본 발명에서는 회전로에서 비산되는 폐기물은 보조 연소실에서 연소시키고 고무, 플라스틱, 목재등 열처리에 오랜 시간이 필요한 폐기물은 회전로에서 일정 시간 열처리한 후에도 보조 연소실과 열 회수실에서 적정시간 체류하여 열처리 시킴으로써 폐기물 특성에 따른 효율적인 열처리가 이루어질 수 있다. 따라서, 폐기물 열처리 장치의 소형화 및 폐기물의 열처리 효율 향상이 가능하다.

또한, 본 발명의 열 회수실에서는 폐기물이 열처리된 후 배출되는 고온 열처리물로부터 효율적으로 열을 회수함으로써 폐기물 열처리를 위해 추가로 투입되는 연료량을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기(11); 상기 폐기물 공급기(11)에 의해 공급된 폐기물에 열과 산소를 공급하는 버너(17)와 송풍기(18); 상기 버너(17)와 송풍기(18)로부터 공급된 열과 산소에 의해 상기 폐기물을 회전시키면서 열처리하기 위한 회전로(12); 상기 회전로(12)에서 열처리된 열처리물을 배출하기 위한 배출구(14); 상기 회전로(12)에서 열처리될 때 발생하는 배기 가스를 처리하기 위한 배기가스 처리실(13); 상기 배기가스 처리실(13)에서 처리된 배기 가스를 열교환시키기 위한 폐열 보일러(15); 및 상기 폐열 보일러(15)에서 열교환된 배기 가스를 집진한 후 대기로 배출시키기 위한 집진기(16), 유도 송풍기(19) 및 연통(20)으로 이루어진 폐기물 열처리 장치에 있어서, 상기 회전로(12)에 연이어서 설치되어 있고, 상기 회전로(12)에서 열처리 후 비산된 폐기물과 난분해성 폐기물을 추가로 열처리하기 위한 보조 연소실(21); 및 상기 보조 연소실(21)에 연이어서 설치되어 있고, 상기 보조 연소실(21)로부터의 열처리물을 충분한 체류 시간을 유지하면서 완전 열처리하고 배출되는 열처리물로부터 열을 회수하기 위한 열 회수실(22)이 추가되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 복합형 폐기물 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐기물 열처리 장치는 상기 보조 연소실(21) 및 열 회수실(22)에서 고온의 열처리물로부터 열 회수를 위해 냉각 공기를 공급하는 송풍기(23)가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합형 폐기물 열처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 열교환된 고온의 공기는 상기 보조 연소실(21)에서 비산된 폐기물이나 난분해성 폐기물을 연소시키도록 한 것을 특징으로 하는 복합형 폐기물 열처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 보조 연소실(21)에는 상기 회전로(12)로부터 비산된 폐기물이나 난분해성 폐기물을 고온의 복사열로 열처리하기 위한 버너(24)가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합형 폐기물 열처리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 열 회수실(22)에는 상기 보조 연소실(21)로부터의 열처리물을 완전 열처리하기 위해 고온의 복사열을 공급하는 버너(25)가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합형 폐기물 열처리 장치.