KR100300106B1 - 소각재 용융 시스템 - Google Patents

Abstract

목적 : 폐기물 소각로에서 발생하는 소각재를 플라즈마 용융로로 용융하여 감량화, 안정화 및 무해화 시킬 때 플라즈마 용융로로부터 발생하는 어프 가스를 별도의 연소실을 설치하여 연소시키는 대신에 폐기물 소각로로 주입하여 어프 가스의 재이용 및 가스처리 장치를 간소화하고, 소각재와 각종 첨가제를 플라즈마 용융로로 투입하기 전에 소각재의 성상을 규정하고 염기도를 사전에 조율하여 플라즈마 용융로의 안정된 운전과 노의 수명을 향상시키는 것이 목적이다.

구성 : 폐기물을 소각로(30)에서 소각하여 발생되는 배가스에 함유된 비산재를 가스 냉각설비(32)로 온도를 강하하고 집진기(34)에서 분진을 흡착하며 배가스 처리설비(36)에서 유해물질을 제거한 다음 스택(38)으로 배출시키는 구조와 상기 소각에 의해 생성되는 바닥재는 전처리 설비(42)에서 포집하여, 상기 집진기(34)와 연통됨과 동시에 상기 전처리 설비(42)와 플라즈마 용융로(46) 사이에 연계되는 혼합기(44)를 설치하여 상기 바닥재와 비산재를 혼합하며, 상기 플라즈마 용융로(46)와 상기 소각로(30)를 연결시키고 그 사이에 중금속 및 염화물 제거장치(52)를 설치한다.

효과 : 비산재와 바닥재 및 환원제 등을 적절히 교반하여 혼합된 재의 성분, 성상, 염기도 등을 사전에 조정하여 플라즈마 용융로로 투입함으로써 내화재의 수명에 악영향을 주지않는 용융온도 및 노내 분위기를 유지하고, 플라즈마 용융시 어프 가스가 가지고 있는 에너지를 소각로에서 이용하는 결과가 됨으로 에너지 이용률을 높이며, 환경관리가 용이하고 시스템의 간소화 등의 효과를 얻는다.

Description

소각재 용융 시스템

본 발명은 소각재 용융 시스템에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 용융로로부터 발생되는 어프 가스를 별도의 연소실을 설치하여 연소시키는 대신에 폐기물 소각로로 주입하여 어프 가스를 재이용하고 가스처리장치를 간소화하는 것이며, 또한 소각재와 각종 첨가제를 플라즈마 용융로로 투입하기 전에 성분, 염기도 등을 사전에 조정함으로써 플라즈마 용융로의 안정된 운전과 노(盧) 수명을 향상시킬 수 있는 소각재 용융 시스템에 관한 것이다.

폐기물의 발생은 인간활동에서 발생되는 부산물로서 쾌적한 자연환경의 구축을 위해서 폐기물의 처리와 처분방법이 중요한 문제로 대두되나, 최근들어 인체에 매우 유독하거나 환경보존에 치명적인 유해물질은 일상적인 생활쓰레기부터 산업 폐기물 등에서 유출되어진다. 이러한 폐기물의 처리는 현재 경제성을 고려한 소각방식이 주류를 이루나 일반적으로 소각로에서 열원으로 사용되는 일반 화석연료의 소각온도는 각종 독성 물질들, 예를 들면 염소화합물, 중금속, 불연물 같은 성분들은 소각과정에서 쉽게 휘발하거나 재로 남아 2차적인 환경문제를 일으킨다. 특히, 염소화합물을 함유한 폐기물을 소각하는 경우 다이옥신이나 퓨란같은 인체에 극히 유해한 유독물질을 생성시키는 문제점과 소각시 농축된 중금속 함유 재발생 등에 대한 문제점을 수반하는 것이다.

이와 같은 소각의 단점을 보완해 줄 수 있는 기술로 플라즈마를 이용하여 난분해성 유독폐기물을 처리하고 있다.

플라즈마는 특정에너지에 의하여 전자가 여기된 상태로서 부분적으로 이온화된 가스의 모임이며 이온과 전자로 구성된다. 이런 플라즈마의 특성을 이용하면 6000℃이상의 고온의 열을 얻을 수 있고, 이는 가스의 상태가 전리된 형태이므로 반응성이 우수하여 대상물질을 급속히 가열시킬 수 있는 특징이 있다.

도 4에서는 종래 소각재 용융 시스템을 나타내고 있다.

폐기물이 소각로(2)에서 소각되면 비산재를 함유한 배가스와 바닥재가 생성된다. 이 때 비산재는 배가스와 함께 가스냉각설비(4)로 유입되어 온도를 150 내지 300℃정도로 강하시킴으로써 고온부식에 따른 후처리 시설인 집진기(6)의 손상을 방지하고, 온도 강화된 배가스는 상기 집진기(6)로 유입되어 각종 분진을 흡착한 후 제1배가스 처리설비(8)에서 유해물질을 제거한 다음 제1스택(stack;10)을 통해 외부로 배출된다.

그리고, 상기 바닥재는 보통 중금속이나 염화물들을 포함하고 있는데, 이를 벙커(12)에 일률적으로 저장한 후 전처리 설비(14)에서 용융로의 투입조건에 부합하도록 파쇄, 건조 및 자선 작업을 거치고, 이어서 플라즈마 용융로(16)에서 고온으로 유해물질을 제거한다. 이 때 발생되는 유해한 어프 가스는 완전연소를 위한 별도의 연소실(18)에서 연소된 다음 제2배가스 처리설비(20)에서 유해물질을 제거하고 제2스택(22)으로 배출되어 지는 것이다.

그러나, 상술한 종래의 소각재 용융 시스템은 플라즈마 용융로에 소각재와 각종 첨가제를 직접 투입하거나 투입 호퍼 등에 투입한 다음 피더를 통해 플라즈마 용융로로 다시 투입하여야 하므로 용융물의 균질화가 어렵고 폐기물과 운전조건에 따라 변화하는 재의 성분 변동에 대한 염기도와 플라즈마 용융로 내의 분위기 조정 등에 대한 대처가 어려워, 재의 용융 후 생성되는 슬래그의 염기도와 노내 분위기 조정에 어려움이 있게 되는 것이다.

또, 플라즈마 용융로에서 발생되는 어프 가스를 별도의 연소실을 설치하여 연소시켜야 되기 때문에 보조 연료 및 연소용 공기가 필요하게 되고, 특히 연소실, 공기투입설비, 보조연료 공급설비, 배가스 처리설비 및 스택설비 등이 필요할 뿐만 아니라 연소 후 배가스량이 어프 가스량에 비해 증가되어 설비의 용량이 증대된다.

전술한 문제점들을 해결하기 위해서 폐기물 소각로에서 발생하는 소각재를 플라즈마 용융로로 용융하여 감량화, 안정화 및 무해화 시킬 때 플라즈마 용융로로부터 발생하는 어프 가스를 별도의 연소실을 설치하여 연소시키는 대신에 폐기물 소각로로 주입하여 어프 가스의 재이용 및 가스처리 장치를 간소화시키는 것이 목적이다.

다른 목적은 소각재와 각종 첨가제를 플라즈마 용융로로 투입하기 전에 소각재의 성상을 규정하고 염기도를 사전에 조율하여 플라즈마 용융로의 안정된 운전과 노 수명을 향상시키는 것이다.

이를 위하여 제안하고자 하는 구조는, 폐기물을 소각로에서 소각하여 발생되는 배가스에 함유된 비산재를 가스 냉각설비로 온도를 강하시키고 집진기에서 분진을 흡착하며 배가스 처리설비에서 유해물질을 제거한 다음 스택으로 배출시키는 구조와 상기 소각에 의해 생성되는 바닥재는 전처리 설비에서 포집하여, 상기 집진기와 연통됨과 동시에 상기 전처리 설비와 플라즈마 용융로 사이에 연계되는 혼합기를 설치하여 상기 바닥재와 비산재를 혼합하며, 상기 플라즈마 용융로와 상기 소각로를 연결시키고 그 사이에 중금속 및 염화물 제거장치를 설치한다.

특히, 상기 혼합기와 플라즈마 용융로 사이에 피더를 설치하고, 상기 혼합기와 피더를 연결하는 바이패스 라인에 버퍼용 저장조가 장착되어 질 수 있다.

또한, 상기 중금속 및 염화물 제거장치는 어프 가스 냉각기, 어프 가스 세정기 및 집진기로 구성되어질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 소각재 용융 시스템의 구성을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 혼합기의 구성을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 중금속 및 염화물 제거장치의 구성을 도시한 블록도.

도 4는 종래 소각재 용융 시스템의 구성을 도시한 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 소각로 32 : 가스냉각설비

34 : 집진기 36 : 배가스 처리설비

38 : 스택 40 : 벙커

42 : 전처리설비 44 : 혼합기

46 : 플라즈마 용융로 48 : 피더

50 : 버퍼용 저장조 52 : 중금속 및 염화물 제거장치

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소각재 용융 시스템의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 혼합기의 구성을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 중금속 및 염화물 제거장치의 구성을 도시한 블록도이다.

소각로(30)에서 소각된 폐기물은 비산재를 함유한 배가스와 타고 남은 바닥재로 구분되어진다. 상기 배가스는 1000℃ 이상의 고온으로 형성되므로 후술하는 집진기 혹은 이에 내장된 필터 등을 부식시켜 손상의 원인이 되고, 또한 고온의 배가스는 불완전 연소나 비산재의 표면에서의 촉매작용에 의해 다이옥신이나 퓨란과 같은 유해물질의 생성 원인이 되기도 한다.

이런 까닭에 소각로(30)와 연계하여 가스냉각설비(32)를 설치함으로써 150 내지 300℃ 범위로 온도를 강하시켜 부식에 대한 원인을 사전에 제거하고, 상기 가스냉각설비(32)에 필터를 보유한 집진기(34)를 연계하여 비산재를 적절하게 걸러내는 것이다. 이 때 걸러진 비산재에도 유해물질을 함유하고 있기 때문에 후술하는 혼합기에서 바닥재와 혼합하여 플라즈마 용융로에서 다시 제거한다.

상기 집진기(34)에는 배가스 처리설비(36)를 연결하여 비산재가 걸러진 배가스에 함유된 유해가스인 일산화탄소 등을 제거한 다음 스택(38)을 통해 외부로 방출하여진다.

상기 소각로(30)에서 생성된 바닥재에는 염소화합물, 중금속, 불연물과 같은 유해물질이 함유되어 있다. 이러한 바닥재를 소각로(30)와 연계된 벙커(40)에 일률적으로 저장하고, 전처리 설비(42)에서 적절하게 파쇄, 건조, 자선 등의 공정을 거쳐 혼합기(44)에서 적정비율로 비산재, 환원제 및 염기도 조정제와 혼합하여 플라즈마 용융로에서 용융하게 되는 것이다.

상기 혼합기(44)는 상술한 상기 집진기(34)와 연결되어 필터에서 걸러진 비산재와 바닥재를 적정비율로 혼합하여 재의 성분과 성상물을 균질화시키고 이에 염기도 조정제 및 환원제를 혼합한 후 교반하여 플라즈마 용융로(46)로 투입하게 되는데, 이 때 적정비율은 소각로(30)에서 연소되는 폐기물의 종류나 투입량에 따라 한정되어지며, 또한 SiO₂와 CaO가 혼합된 상기 염기도 조정제는 이 두 물질의 혼합 비율에 따라 플라즈마 용융로(46)를 안정화시키거나 용융 후에 추출되는 슬래그의 염기도를 조정할 수 있게 되는 것이다. 즉, CaO의 양이 많아지면 염기도가 상승하고 그 반대가 되면 염기도가 낮아진다.

또한, 혼합기(44)에 주입되는 첨가제 중의 하나인 염기도 조정제는 통상적으로 석회석, 규사 또는 폐글라스를 사용하는데, 이는 플라즈마 용융로(46)에서의 용융시 염기도를 조정하고, 환원제로서 코크스 등을 사용하여 환원분위기를 조성하여 질소산화물 등이 저감되도록 하였다.

이러한 혼합기(44)에는 도 2에 도시한 바와 같이 부수적인 설비들이 추가되어 질 수 있다.

혼합기(44)와 플라즈마 용융로(46) 사이에 피더(48)를 설치하는 하나의 라인과, 혼합기(44)에서 피더(48)로 바이패스되는 라인에 버퍼용 저장조(50)를 설치함으로써 혼합기(44)에서 교반된 재를 피더(48)를 통해 플라즈마 용융로(46)로 곧바로 투입하거나, 혹은 교반된 재를 플라즈마 용융로(46)로 투입될 적정량이 모아질 때까지 버퍼용 저장조(50)에 보관한 후 비상시에 피더(48)를 통해 플라즈마 용융로(46)로 투입되도록 구성하여 전처리 설비(42)의 작동이 중단되더라도 용융로(46)의 연속 운전이 가능하도록 할 수 있다.

한편, 상기 플라즈마 용융로(46)로 투입된 재는 어프 가스를 배출하게 되는데, 이 어프 가스를 종래와 같이 연소시키지 않고 분진, 중금속 및 염화물을 제거하여 소각로로 재투입할 수 있도록 한다.

이를 위하여, 도 3에 도시한 바와 같은 구조를 제안한다. 즉, 플라즈마 용융로(46)에 중금속 및 염화물 제거장치(52)를 추가하고, 이(52)를 상기 소각로(30)와 연결하는 것이다.

상기 중금속 및 염화물 제거장치(52)는 어프 가스 냉각기(52a), 어프 가스 세정기(52b) 및 집진기(52c)로 구성되어지고, 여기서 어프 가스는 냉각기(52a), 예를 들면 열교환기, 수분사, 냉공기 주입 방식 등으로 냉각할 수 있으며 특히, 냉공기 주입 방식일 경우에는 주입되는 공기가 소각로(30)의 연소용 공기로 사용되어진다.

상기 어프 가스 세정기(52b)와 집진기(52c)는 플라즈마 용융로(46)로부터 발생하는 어프 가스를 소각로(30)로 투입하기에 앞서 소각재 용융 시스템 내에 농축될 가능성이 높은 납, 수은 등의 고휘발성 중금속과 HCl, SOx 등의 염화물 및 분진등을 걸러내어 바닥재 뿐만 아니라 고휘발성 물질이 많이 포함된 비산재도 동시에 처리하게 된다.

이렇게 처리된 어프 가스는 소각로(30)로 다시 투입되어 소각로(30)의 연소시에서 완전연소 후 소각로(30)의 배가스와 함께 배가스 처리설비(36)에서 처리하여 스택(38)을 통해 대기로 방출한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 소각재 용융 시스템은 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 플라즈마 용융로의 전후에 혼합기와 중금속 및 염화물 제거장치를 설치하고, 혼합기로 적절히 교반하여 혼합된 재의 성분, 성상, 염기도 등을 사전에 조정하여 플라즈마 용융로로 투입함으로써 내화재의 수명에 악영향을 주지않는 용융온도 및 노내 분위기를 유지할 수 있어 플라즈마 용융로의 수명연장이 가능하다.

또한, 혼합기에 피더와 바이패스되는 버퍼용 저장조를 설치하여 플라즈마 용융로로 재가 안정되게 공급되게 함으로써 용융로의 안정 운전을 도모할 수 있다.

아울러, 플라즈마 용융시 어프 가스가 가지고 있는 에너지를 소각로에서 이용하는 결과가 됨으로 에너지 이용률을 높이게 되며, 어프 가스의 냉각에 투입된 공기는 소각로의 연소공기로 사용되어지게 된다. 이에 따라 어프 가스를 연소시키기 위한 별도의 연소실, 공기 공급설비, 보조연료 공급설비 및 배가스 처리설비 등 관련설비가 불필요하게 되어 환경관리가 용이하고 시스템의 간소화와 운전요원의 감소, 투입약품 등의 효율적인 관리가 가능하여 유지관리비가 절감되는 효과를 얻게 되는 것이다.

그리고, 바닥재와 함께 비산재에도 함유되어 있는 고휘발성 중금속, 염화물 분진 등을 사전에 제거하여 소각로로 투입함으로써 완전 연소에 가깝게 배가스를 처리할 수 있다.

Claims (3)

1. 폐기물을 소각로에서 소각하여 발생되는 배가스에 함유된 비산재를 가스 냉각설비로 온도를 강하하고 집진기에서 분진을 흡착하여 배가스 처리설비에서 유해물질을 제거한 다음 스택으로 배출시키는 구조와 상기 소각에 의해 생성되는 바닥재를 전처리 설비에서 포집하여 플라즈마 용융로에서 용융하는 구조로 이루어진 소각재 용융 시스템에 있어서, 상기 집진기(34)와 연통됨과 동시에 상기 전처리 설비(42)와 플라즈마 용융로(46) 사이에 연계되는 혼합기(44)를 설치하여 상기 바닥재와 비산재, 염기도 조정제 및 환원제를 혼합하여, 상기 플라즈마 용융로(46)와 상기 소각로(30)를 연결시키고 그 사이에 중금속 및 염화물 제거장치(52)를 설치함으로써 상기 플라즈마 용융로(46)에서 발생되는 어프 가스가 상기 소각로(30)에서 연소되어지는 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 소각재용융 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합기와 플라즈마 용융로 사이에 피더를 설치하고 상기 혼합기와 피더를 연결하는 바이패스 라인에 버퍼용 저장조를 창작함을 특징으로 하는 소각재 용융 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 중금속 및 염화물 제거장치는 어프 가스 냉각기, 어프가스 세정기 및 집진기로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 소각재 용융 시스템.