KR100415801B1 - 폐기물의 용융방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 용해방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 용융방법으로서는 용해로속으로 투입된 슬러지 및 플럭스가 용해되어질 때, 예열 및 용융 및 용융물이 균질화되어지도록 구분한 것으로 예열용 용탕에서는 슬러지에 의해 용융물 전체의 냉각을 방지하여 에너지 낭비를 방지할 수 있고, 용융용 용탕에서는 남아 있는 용융물에 의해 충분히 용해되지 않은 용융물을 가열하는 효과를 꾀할 수 있고, 균질화용 용탕에서는 슬래그와 용융물이 분리되고 유동성이 균질화되어 용해된 슬래그는 넘쳐 흘러 외부로 배출되도록 하고, 비중이 무거운 용융물은 용탕의 외부로 분리 배출시킨다. 본 발명은 용탕블럭을 계단형으로 설계함으로서 용융로의 내부공간을 확보할 수 있도록 한 것이다.

Description

폐기물의 용융방법 및 그 장치{METHOD FOR MELTING OF SLUDGE AND APPARATUS}

본 발명은 슬러지가 포함한 유기물과 금속류의 함유량에 제한을 두지 않으며, 슬러지 자체에서 발생되는 열을 이용함으로써 불필요한 버너를 설치할 필요가 없으며, 또한 추가적인 연소실의 설치가 요구되지 않을 뿐만 아니라 건설비가 많이 소요되는 전기저항형을 채택하지 않은 폐기물의 용융방법 및 장치에 관한 것이다.

오늘날 다양한 산업의 발전과 함께 산업현장에는 각종 슬러지가 발생되고 있다. 이와 같은 슬러지 중에는 무해하고 쉽게 분해되는 것도 있지만, 대부분의 슬러지는 유해성분을 포함하고 있으며, 쉽게 분해되지 않는 물질의 대부분을 포함하고 있다.

아울러, 슬러지가 분별없이 아무 곳에나 버려지거나 매립될 경우 수질 및 토양오염 등 2차 오염을 유발하여 환경파괴를 가져오는 등 심각한 사회문제를 야기시킬 수 있다. 따라서, 최근에는 소각방식을 이용한 처리방안이 활발히 연구되고 있고 현재 소각 혹은 용해방식의 폐기물 처리시설 또는 장치가 공개되기도 하였다.

그 일예로서 현재 사용중인 용해방식 중에 하나는 전기저항열을 이용한 폐기물 용해장치이다. 이에 대하여는 도 1에 개략적으로 예시되어 있는 바 도1를 참조하면 용융로 (1)와 이 용융로(1)에 설치되어 고온의 열을 발생시키는 한쌍의전극봉(2,2')을 구비하고 있다.

상기 용융로(1)는 내부에 용탕(1a)이 형성되어 있으며, 상기 전극봉(2,2')은 용융로(1)의 하부로부터 소정 높은 지점에 서로 일정한 거리 떨어지게 마주 보도록 설치되어 있다.

상기 용융로(1)의 상부측에는 금속 및 유기물이 섞여있는 폐기물이 투입되는 폐기물 투입구(1b) 및 폐기물의 소각시에 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구(1c)가 형성되어 있다.

상기 용융로(1)의 최하측부에는 전극봉(2,2')에 의해 발생된 고열에 의해 폐기물이 용융되어 변화된 슬래그가 배출되는 슬래그 배출구(1d)가 형성되어 있고, 용융로(1)의 중간 부분에는 폐기물이 용해될 때 발생되어 부유되는 염류가 배출되는 염류 배출구(1e)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 따르면, 용융로(1)를 가동시켜 일정한 시간이 경과하게 되면 폐기물 투입구(1b)를 통해 투입된 폐기물은 용융상태가 되기 전에 유기물이 연소됨과 아울러 이 폐기물에서 불완전 연소 유기물과 산화가스가 발생된다.

이 산화가스에 포함된 유해물질 중 극히 일부분만이 폐기물에 용융되어 변화된 슬래그에 녹게 되지만 그 나머지는 슬래그에 녹지 못하고 배출구를 통해 외부로 나가게 된다.

그런데, 배출구를 통해 나가는 불완전 산화가스는 전기설비의 부식을 초래할 뿐 만 아니라 연소 공간을 갖지 못하는 결점이 있다.

슬래그를 배출구(1d)를 통해 어느 정도 배출하고 나면, 용융로(1)의 내부에는 염류만이 가득 남아 있게 되고, 이 염류의 특성상 용융로의 내부에서 경미한 폭발 현상이 발생되며, 이 염류의 특성상 열을 많이 지니고 있지 않기 때문에 용융로(1)의 재가동시 신속하게 로(盧)의 온도가 상승되지 않는 문제점이 있어 이를 해결하기 위해 용융로(1)의 중간 부분에 염류가 자연적으로 배출되도록 하는 염류 배출구(1e)를 별도로 형성하여야 하는 설계상의 난점이 있었다.

또한, 전술한 종래 기술은 용융로(1)내로 투입된 폐기물을 용융시키기 위한 열원으로 전극봉(2,2')을 이용하고 있기 때문에 용융로(1)의 폐기물 투입구(1b)를 통해 투입되는 폐기물 중에는 금속류도 포함되어 있는데, 이 금속류의 투입량이 일정치 이상 초과하게 되면 전극봉(22') 사이에서 도전체 역할을 하여 용융로(1)의 내부에서 고온의 열이 발생되지 않게 된다.

이러한 이유로 인해 용융로(1)의 내부에 일정량 이상의 수분, 가연분 및 금속류를 투입할 수 없는 문제점도 있었다.

전술한 폐기물 처리장치 이외에도 도 2에 도시된 바와 같이 용해로의 내부를 버너로 고온으로 가열하여 폐기물을 용융시키는 다른 처리장치도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 입구(5a)와 출구(5b)까지 통로(5c)가 일정하게 경사지게 형성된 용융로(5)와, 이 용융로(5)의 입구(5a)측에 폐기물을 저장하기 위해 설치되는 호퍼(6)와, 상기 호퍼(6)에서 배출되는 폐기물을 용융로(5)의 통로(5c)로 압출하는 압출수단(7)과, 상기 압출수단(7)에 의해 용융로(5)의 통로(5c) 내측면을 따라 이동하는 폐기물에 열을 가하여 용융시킬 수 있도록 용융로(5)상에 다수개 설치되는 버너(8)와, 폐기물이 용융되어 변화된 슬래그를 냉각시킬 수 있도록 용융로(5)의 출구(5b)에 설치되는 냉각수단(9)과, 이 냉각수단(9)에 의해 냉각되어 고화된 슬래그를 반출시키는 컨베이어(10)로 구성되어 있다.

그런데, 상기와 구성된 종래 기술의 다른예에 따르면, 호퍼(6)를 통해 투입되는 폐기물이 용융로(5)의 통로(5c) 내측 경사면을 따라 이동하면서 버너(8)에 의해 용융되는 방식으로 되어 있기 때문에 용융로(5)에 버너(8)를 다수개 설치해야 하는 등의 제작비용이 상승되는 문제점이 있어 왔다.

또한 호퍼(6)를 통해 투입되는 폐기물 중에는 금속류도 포함되어 있는데, 이 금속류중의 일부는 폐기물과 함께 이동하면서 용융되지 않고 슬래그와 함께 컨베이어(10)에 의해 외부로 반출되는 경우가 발생되기 때문에 호퍼(6)내에 일정량 이상의 금속류를 투입할 수 없는 문제점 뿐만 아니라 가연분이 투입될 경우 연소공간이 협소해지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해소하기 위하여 창안된 것으로, 종래방식과 상이한 구성으로 제작하여, 폐기물속에 포함된 수분, 가연분 및 금속류의 투입량에 제한을 두지 않으며, 슬러지의 용융에 필요한 버너를 많이 설치하지 않아도 되며, 설치비용이 많이 소요되는 전기저항식 타입을 채택하지 않아도 되며 별도의 2차 연소실을 형성하지 않도록 한 폐기물의 용융 처리방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 용융처리 방법으로서는 용해로 속으로 투입된 슬러지 및 프럭스가 용해되어질 때, 예열 및 용융 및 용융물의 균질화되어 지도록 예열로에서는 투입된 슬러지를 가열하여 용융물의 냉각을 방지함으로서 용해된 슬래그는 흘러넘치도록 하고, 비중이 무거운 용융물은 배출구를 개폐시켜 용탕으로부터 외부로 배출시키도록 한 것으로 특히 용탕을 복수개로 설치하되 계단형으로 설계함으로서 용해로의 공간을 더 확보할 수 있도록 하는 개념이 본 발명의 핵심기술인 것이다.

본 발명에서는 슬러지와 플럭스(Flux)를 함께 로속으로 투입하고 로의 분위기 온도를 대략 1,300℃범위로 유지되도록 버너로 가열수단을 통해 가열하면 비중이 가벼운 슬래그는 부유되어지고 부유된 슬래그는 흘러넘쳐 다음 용탕으로 흘러내린 뒤 외부로 배출되어지며, 비중이 무거운 용융물은 각각의 로에 설치된 용융물 배출구를 통해 분리 배출시킬 수 있다.

이때, 투입되어지는 슬러지에 의해 노내의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지하기 위하여 슬러지는 예열용탕 위로 떨어지도록 함으로서 노내의 용융물 전체가 냉각되는 것을 방지할 수 있어 열효율을 극대화할 수 있다. 그리고 용융로에서는 용해된 슬러지와 플럭스에 의해 생성된 슬래그는 넘쳐 흘러나가고 용융물은 내부에 머물러 있어 새로이 유입되는 슬래그와 용융물을 더 가열시키는 작용과 용융물속에 포함된 슬래그 잔유물을 분리시키는 작용을 촉진시킨다.

균질화 용탕에서는 슬래그와 용융물이 명확히 구별되어 양분화되고 용융물은 일정한 점도의 유동성을 갖도록 균질화되어진다. 양분된 슬래그는 흘러넘쳐 외부로 배출되어지며, 균질화된 용융금속은 배출수단에 의해 적시에 배출시킬 수 있다.

아울러, 상기한 바와 같은 본 발명의 폐기물 용해장치에 따른 핵심적 구성은계단식 다단형 로(盧)의 구성에 있다. 즉, 슬러지 투입구와 얀소가스 배출구 및 슬래그 배출구가 각각 형성되고 내부에 다단형 용탕을 갖는 용융로와;

상기 용탕을 구획하게 설치되며 슬래그 오버플로우 댐과 용융금속 배출구를 구비한 복수개의 용탕블럭과;

상기 용융로에 설치되어 상기 용융금속을 배출시키기 위한 배출구를 선택적으로 개폐하는 개폐수단과;

상기 용융로내부를 가열하고 일정온도로 유지시키기 위한 가열수단을 포함하여 구현되어질 수 있다.

상기 용탕블럭은 내화벽돌로 구축되어 있으며, 오버플로우 댐은 소정의 넓이로 설치되어 용해된 슬래그가 넘쳐 흘러가도록 하고, 용융물의 일정량은 내부에 남아 있도록 한 구성이다.

상기한 용융물이 용탕블럭내에 일부분을 머물러 있게 한 것은 투입되어지는 슬러지에 의해 용융물 전체의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지함으로서 에너지 낭비를 방지할 수 있으며, 용융물이 지니고 있는 고열에 의한 열에너지에 의해 용융작용을 촉진시키는 작용을 기대할 수 있기 때문이다.

도 1은 종래의 폐기물의 용융 처리장치의 일예를 나타낸 단면도,

도 2는 종래의 다른 폐기물의 용융 처리 시스템의 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 폐기물의 처리장치의 실시예에 대한 구성을 도시한

평면도,

도 4는 도 3의 A-A선의 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 폐기물의 용융 처리장치에 다른 실시예에 대한 구성

을 도시한 평면도,

도 6은 도 5의 B-B선의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20:용융로 21:측벽

22, 22a, 22b:용탕 23:슬러지 투입구

24:연소가스 배출구 25:슬래그 배출구

26:용융금속 배출로 27:슬래그 경사로

30:용탕블럭 31:슬래그 오버프로우 댐

32:용융금속 배출구 40:가열수단

41:출탕버너 42:용융금속 배출용 버너

50:개폐수단 53:송풍기

54:밸브 55제어부

이하, 본 발명에 따른 슬러지의 용융 처리장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예>

도 3 내지 도 6을 참조하면, 도3에는 본 발명에 따른 폐기물의 처리장치의 일실시예에 대한 구성을 도시한 평면도가 도시되어 있고, 도4에는 도3의 A-A선 단면도가 도시되어 있으며, 도 5는 본 발명에 따른 폐기물의 용융처리장칭의 다른 실시예를 나타낸 평면도가 도시되어 있으며, 도 6은 도 5의 B-B선 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 폐기물 용융장치는 용융로(20)와 용탕블럭(30)과 가열수단(40)을 포함하여 구성된다.

상기 용융로(20)는 사방이 내화벽돌로 이루어진 측벽(21)에 의해 둘러싸여져 있고, 그 내부에는 소정의 공간을 갖는 예열용 용탕, 용융용 용탕 및 균질화용 용탕으로 구성된 3단의 용탕(22, 22a, 22b)이 형성되어 있다.

상기 용융로(20)의 일측벽에는 슬러지를 투입할 수 있는 슬러지 투입구(23)가 형성되며, 이 슬러지 투입구(23)를 통해 슬러지가 상기 가열수단(40)에 의해 용융될 때 발생되는 연소가스가 용융로(20)의 외부로 배출가능하도록 슬러지 투입구(23)로부터 일정 거리 떨어진 일측벽에는 연소가스 배출구(24)가 형성된다.

상기 연소가스 배출구(24)가 연결된 용융로(20)의 일측벽(21) 상단에는 슬러지 투입구의 방향으로 향하는 가스순환버너(42)가 설치된다. 상기 가스순환버너(42)는 용해로 내부의 분위기 온도를 일정하게 유지시켜 주는 작용을 위해 부가적으로 설치되어진 것이다.

상기 연소가스 배출구(24)가 연결된 용융로(20)의 일측벽(21)에는 슬러지가 용탕(22)내에서 용융되어 변화된 슬래그가 배출되는 슬래그 배출구(25)가 형성된다. 상기 슬래그 배출구(25)의 일측벽에는 출탕버너(41)가 설치된다.

상기 용탕블럭(30)은, 용융로(20)내에 3단의 용탕(22,22a,22b), 용융 금속배출로(26) 및 슬래그 경사로(27)로 분리 구획하게 설치된다.

이 3단용탕(22,22a,22b)의 용탕블럭(30)에는 각각의 슬래그 오버플로우 댐(31)와, 용융금속 배출구(32)가 형성된다.

상기 슬래그 오버플로우 댐(31)는 그 일실시예로 용탕블럭(30)의 상면에 오목한 형상으로 형성되며, 상기 잔류금속 배출구(32)는 용탕블럭(30)에 통공 형성된다.

상기 잔류금속 배출구(32)는 슬래그 오버플로우 댐(31)보다 소정 높이 낮은 위치에 형성된다.

상기 3단의 용탕(22,22a,22b)을 제외한 상기 용탕블럭(30)과 용융로(20) 사이의 공간의 바닥면은 상기 슬래그 배출구(25)측으로 슬래그의 유동이 원활하게 되도록 경사지게 형성된다.

상기 가열수단(40)은 용융로(20)상에 설치되어 용융로(20)를 고온으로 가열하여 3단의 용탕(22,22a,22b)내의 분위기를 고온이 되도록 하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 버너를 세 개 설치(가열온도가 약간씩 차이를 둠)하였다.

상기 용융로(20)에는 상기 용융금속 배출구(32)를 선택적으로 개폐하는 개폐수단(50)이 설치된다.

상기 개폐수단(50)의 구성의 일실시예는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 용융금속 배출구(32)에 대응되도록 상기 용융로(20)상에 설치되는 용융금속 배출용버너(42)에는 에어를 공급하는 송풍기(53)와, 연료의 공급 및 차단을 수행하는 밸브(54)와, 상기 송풍기(53)와 밸브(54)의 동작을 제어하는 제어부(55)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 전술한 개폐수단의 일 실시예를 기준으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 슬러지 투입구(23)를 통해 가연성분 및 금속류가 함유된 용융 대상물을 투입한다.

이후, 가열수단(40)인 버너를 작동시켜 일정 시간이 경과되면, 용융로(20)의 용탕(22)내의 분위기는 고온이 되면서 투입된 폐기물이 점차적으로 용융되기 시작한다.

용융되기 시작한 폐기물은 점차적으로 변화되어 슬래그 상태가 되며, 점차적으로 용융배출구(32)를 통해 배출되기 시작한다.

이때 제어부(55)는 개폐수단(50)을 구성하는 송풍기(53)를 구동시켜 용융금속 배출구(32)를 구성하는 통공을 폐쇄시키게 된다.

이 용융금속 배출구(32)가 폐쇄되는 과정은 제어부(55)의 제어에 의해 연료밸브(54)가 차단된 상태에서 송풍기(53)가 구동되어 소량의 에어가 용융금속 배출용 버너(42)를 통해 배출되는 슬래그가 고화되기 시작하여 최종적으로 용융금속 배출구(32)를 구성하는 통공이 폐쇄된다.

상기한 바와 같이 슬래그 오버프로우부(31)보다 낮은 위치에 있는 용융금속 배출구(32)가 폐쇄됨에 따라 용탕(22)내의 슬래그의 수위는 점차적으로 상승되어 슬래그 오버플로우 댐(31)를 통해 오버플로우되어 3단의 용탕(22, 22a,22b)을 거쳐 용탕블럭(30)과 슬래그 배출구(25)를 통해 배출된다.

한편, 슬래그 오버프로우부(31)를 통해 일정량 이상의 슬래그가 배출가능하도록 제어부(55)는 개폐수단(50)을 구성하는 용융금속 배출용 버너(42)를 통해 에어가 지속적으로 분출되도록 제어한다.

위와 같이 슬래그 오버플로우(31)를 통해 일정량 이상의 슬래그가 오버플로우되면 제어부(55)에서는 개폐수단(50)을 구성하는 연료차단밸브(54)를 개방하고 용융금속 배출용 버너(42)를 가동시킨다.

이렇게 되면, 용융금속 배출구(32)는 폐쇄상태에서 개방상태가 되어 용융금속이 배출된다.

본 발명의 작용 설명에서는 상세하게 언급하지는 않았지만 슬래그 오버플로우 댐(31)를 통해 흘러넘치는 슬래그에는 폐기물의 용융시 발생되는 염류도 함께 흘러넘쳐 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 가연성분이 함유된 슬러지의 용융처리장치에 따르면 종래 방식과 상이한 구성으로 제작하여 슬러지속에 포함된 수분, 가연성 및 금속류의 투입량의 제한을 받지 않고 처리할 수 있음을 이해할 수 있고, 또 폐기물의 용융에 필요한 버너를 많이 설치하지 않아도 되며, 시설비용이 많이 소요되는 전기저항 타입을 채택하지 않아도 되며, 염류배출구를 형성하지 않도록 할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 용융로의 내부를 가열하는 가열수단을 구비하고, 슬러지 투입구를 통해 유입되는 폐기물을 용융시키는 용해장치에 있어서,

   용융로의 용탕내부를 계단형으로 구획설치하되, 각각의 용탕의 일측에는 비중이 낮은 슬래그가 흘러 넘치지만 비중이 무거운 용융물은 흘러넘치지 않도록 억제시키는 오버플로우 댐과, 용융물 배출구를 포함하는 용탕블럭과;

   상기 용융물 배출구에 대응되도록 상기 용융로상에 설치되며, 용융금속 배출용버너의 에어가 용융물의 배출구에 대한 냉각이 가능하게 차단할 수 있는 연료밸브와;

   용융물 배출용버너를 통하여 상기 용융금속 배출부로 에어를 공급하는 송풍기와, 상기 용융물 배출용버너, 송풍기 및 상기 연료밸브의 동작을 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물의 용융장치.
2. (삭제)
3. 용해로의 내부를 가열하는 가열수단을 구비하고, 슬러지 투입구를 통해 유입되는 폐기물을 용융시키는 방법에 있어서,

   상기 용해로속으로 투입된 슬러지 및 플럭스가 용융되어질 때, 예열, 용융 및 균질화되어지도록 용탕블럭을 구획하여 노의 내부를 단차지도록 계단형으로 구획설치하여 비중이 가벼운 슬래그는 오버플로우 댐 위로 넘쳐 흐르도록 함과 아울러 비중이 무거운 용융물은 배출이 억제되어지도록 하고, 잔류된 용융물은 배출구를 개폐시켜 용탕에서 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 폐기물 용융방법.