KR100470730B1 - Smelting Incineration Apparatus and Method of Solid Waste Treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업폐기물과 일반폐기물의 용융소각장치에 관한 것으로, 그 목적은 철광석 용융환원설비에서 사용되는 용융가스화로를 응용하여 고온에서 폐기물을 소각, 용융함으로써 공해물질의 발생이 없으면서 소각후 잔류물은 안정처리가 가능하며 소각회의 발생이 거의 없음은 물론, 발생되는 고온 열분해 가스를 회수하여 발전 및 지역난방 등의 에너지원(연료)으로 사용하는 효율성과 경제성을 도모할 수 있는 용융소각 장치 및 이를 이용한 용융소각 방법을 제공함에 있다. The present invention relates to a melt incineration apparatus for industrial wastes and general wastes, and its purpose is to apply a melt gasifier used in an iron ore melt reduction facility to incinerate and melt waste at high temperatures, thereby leaving residues after incineration without generating pollutants. Is capable of stable treatment and hardly generates incineration ash, and it can recover the high temperature pyrolysis gas generated and use it as an energy source (fuel) for power generation and district heating. It is to provide a melt incineration method used.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐기물을 소정 크기의 폐기물 조각으로 파쇄하는 파쇄기(100), The present invention for achieving the above object, the shredder 100 for shredding the waste into pieces of a predetermined size,
상기 파쇄기로(100)부터 공급받은 폐기물 조각을 유기성분은 가스화하여 탄화폐기물로 탄화시키도록 구성되는 탄화로(200) The carbonization furnace 200 is configured to carbonize the waste pieces received from the crusher 100 into carbonized waste by gasifying organic components.
상부에서 공급되는 탄소포함 물질과 하부에서 취입되는 산소포함 물질의 반응에 의한 탄소가스화에 의해 상기 탄화로(200)에서 공급되는 탄화폐기물을 용융환원하여 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출하도록 구성되는 용융소각로(400), The carbonization waste gas supplied from the carbonization furnace 200 is melt-reduced by carbon gasification by the reaction of the carbon-containing material supplied from the upper part and the oxygen-containing material blown from the lower part so that the molten metal and the slag are discharged to the lower part and the exhaust gas is moved upward. Melting incinerator 400 configured to discharge,
상기 용융소각로(400)에서 배출되는 배가스중의 더스트를 분리하여 배가스를 세정하는 배가스세정수단(300) 및 Exhaust gas cleaning means 300 for cleaning the exhaust gas by separating the dust in the exhaust gas discharged from the melting incinerator 400 and
상기 배가스 세정수단(300)에서 배출된 가스를 에너지로 사용하기 위해 저장 하는 연료가스 저장수단(500)를 포함하고, Store the gas discharged from the exhaust gas cleaning means 300 for use as energy Including fuel gas storage means 500,
상기 용융소각로(400)와 배가스세정수단(300)은 제1배가스 배출관(420)을 통해 연결되어 이루어지는 폐기물의 용융소각장치 그리고, The melt incinerator 400 and the exhaust gas cleaning means 300 is a melt incineration apparatus of the waste is formed through the first exhaust gas discharge pipe 420,
폐기물을 소정 크기의 폐기물 조각으로 파쇄하는 단계, Shredding the waste into pieces of waste of a predetermined size,
상기 폐기물 조각을 500∼700℃의 온도에서 탄화시키는 단계 Carbonizing the waste pieces at a temperature of 500-700 ° C.
상부에서 공급되는 탄소포함 물질과 하부에서 취입되는 산소포함 물질의 반응에 의한 탄소가스화에 의해 1200-2000℃의 온도로 유지되는 용융소각로에 상기 탄화된 폐기물을 투입하여 용융환원하면서 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출하는 단계, Melting and slag of the carbonized waste are added to the melting incinerator maintained at a temperature of 1200-2000 ° C. by carbon gasification by the reaction of the carbon-containing material supplied from the upper part and the oxygen-containing material blown from the lower part. Exhaust gas and exhaust gas to the top,
상기 용융소각로에서 배출되는 배가스중의 더스트를 분리한 다음에 배가스를 세정하는 단계, Separating the dust in the exhaust gas discharged from the melting incinerator and then cleaning the exhaust gas,
상기 세정된 배가스를 저장하여 에너지열로 사용하는 단계를 포함하여 이루지는 폐기물의 용융소각방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다. The technical gist of the waste incineration method comprising the step of storing the washed exhaust gas and using it as energy heat.
Description
본 발명은 산업폐기물과 일반폐기물의 용융소각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철광석 용융환원설비(COREX Process)에서 탄소가스화에 의한 열원으로 철광석을 용융환원하여 선철을 생산하는 용융가스화로(melter gasifier)를 응용하여 폐기물을 연소할 수 있는 용융소각 장치 및 이를 이용한 용융소각방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for melting incineration of industrial waste and general waste, and more particularly, to melt iron ore as a heat source by carbon gasification in an iron ore melt reduction facility (COREX Process) to produce pig iron (melter gasifier) The present invention relates to a melt incineration apparatus capable of burning waste by applying the same and a melt incineration method using the same.
최근 산업의 고도화와 생활수준의 향상으로 인하여 다양한 형태의 폐기물이 급속히 증가하면서 쓰레기 처리방안에 관심이 집중되고 있다. 폐기물은 배출원 및 품목이 밝혀진 산업폐기물과 주로 일반가정에서 배출되는 일반폐기물로 구분되나, 양자의 조성과 성상차이는 현저하다. 산업폐기물은 크기가 균질하여 관리가 용이한데 반하여, 가정용 폐기물은 불균일 하여 변동이 크고 발생량이 시설규모에 의존하며 국내에 폭넓게 분산되어 있다는 점에서 처리가 곤란하다. Recently, due to the advancement of the industry and the improvement of living standards, various types of wastes are rapidly increasing, and attention has been focused on waste disposal methods. Wastes are classified into industrial wastes from which sources and items are identified and general wastes emitted from general households, but the composition and appearance difference between them is remarkable. While industrial waste is homogeneous in size, it is easy to manage, while household waste is inhomogeneous, and it is difficult to treat because it is highly variable, and its amount depends on the size of facilities and is widely distributed in Korea.
폐기물의 효과적인 처리방법은 첫째 폐기물의 발생량을 줄이는 것이고, 둘째 이미 방출된 것에 대해서는 재활용하며, 셋째 재활용할 수 없는 폐기물에 대해서는 소각시키거나 매립하는 방법이다. 국내 폐기물의 경우 소각처리 비율은 전체 배출량의 7.1 %정도로서 대부분의 폐기물을 매립에 의존하고 있고, 일본의 경우는 소각처리 비율이 74%에 달하는 등 선진외국에 비하여 그 처리비율이 극히 미미한 상태이다. The effective treatment of waste is first to reduce the amount of waste generated, secondly to recycle what has already been discharged, and thirdly to incinerate or landfill non-recyclable waste. For domestic waste, the incineration rate is 7.1% of total emissions, and most of the waste is reclaimed, while in Japan, the incineration rate is 74%, which is very small compared to developed countries.
폐기물을 효율적으로 소각처리하기 위한 연구가 국내외적으로 지속적으로 진행되면서 다양한 기술이 개발되고 있다. 소각관련 기술은 직접소각방식과 용융소각방식으로 분류할 수 있다. 직접소각방식으로는 스토카(Stocker) 방식, 유동상로(Fluidized bed furnace) 방식, 로타리 킬른(Rotary kiln) 방식 등이 있으며, 용융소각방식으로는 플라즈마 소각로(Plasma system), 샤프트 소각로(Shaft furnace type) 등이 알려져 있다. A variety of technologies are being developed as research to efficiently incinerate wastes continues at home and abroad. Incineration technologies can be classified into direct incineration and melt incineration. Direct incineration includes Stoker, Fluidized bed furnace, Rotary kiln, etc. Melt incineration includes Plasma system and Shaft furnace. type) and the like are known.
직접소각방식중에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 스토카(stocker) 방식은 일반폐기물처리에 이용되는 기술로서, 습윤상태의 도시폐기물에 중유 등의 액상연료를 혼합하여 피소각물 하부에서 송풍되는 고온의 공기로서 가열, 건조 및 착화 연소시키는 방식이다. 이 소각방식은 대량처리가 가능하고, 건설비 및 유지비가 저렴하며, 전처리가 불필요하고, 기술적으로도 완성단계에 있어 조업안정성을 도모할 수 있으며, 저급의 열에너지를 회수할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 소각과정에서 대량의 배가스가 발생하여 대규모 배가스 처리설비가 요구되어 결국 부지면적이 증대하여, 설비비가 30~60% 정도 상승하는 단점이 있다. 또한, 낮은 소각온도로 인하여 소각회내에는 필연적으로 발생하는 다이옥신(Dioxine), 퓨란(Furan) 등이 함유되어 있고, Hg, Pb, Cd, Cr 등 인체에 해로운 중금속이 포함되어 있어 소각회의 처리가 어려우며 심각한 환경문제로 남아 있다. 따라서, 현재 발생되는 비산재(fly ash) 및 소각잔사(bottom ash)는 안정화처리에 의한 매립에 의존하고 있고 이에 따른 처리 경비는 매년 증가 추세에 있다. Stoker method, which is most commonly used in the direct incineration method, is a technology used for general waste treatment, and it is heated as hot air blown from the bottom of the incinerator by mixing liquid fuel such as heavy oil with wet urban waste. , Drying and ignition combustion. This incineration method is capable of bulk processing, low construction and maintenance costs, no pretreatment, and technically stable operation at the completion stage. It can be, and there is an advantage that can recover the low-grade thermal energy. However, a large amount of exhaust gas is generated in the incineration process, a large-scale flue gas treatment facility is required, eventually increasing the land area, there is a disadvantage that the equipment cost increases by about 30 to 60%. In addition, due to the low incineration temperature, incineration ash contains dioxine and furan, which are inevitably generated, and heavy metals such as Hg, Pb, Cd, and Cr are harmful to the human body. It is difficult and remains a serious environmental problem. Therefore, currently generated fly ash and bottom ash are dependent on landfill by stabilization treatment, and the treatment cost is increasing every year.
유동상로(Fluidized bed furnace) 방식은 생활 및 지정폐기물 소각에 이용되는 기술로서, 로 하부로부터 1200~3500mm Aq의 정압을 가진 200~500℃의 열풍 또는 상온의 공기를 송풍하고 분산판 위에 모래 등과 같은 유상매체를 이용하여 유동층상을 형성시키면서 760~870℃에서 피소각물을 연속 투입하면서 유동소각 시키는 방법이다. 이 방식은 유동매체의 열량이 높아 소각시간이 짧으며 피소각물 상태에 무관하며, 유지관리가 용이한 장점이 있다. 그러나, 건설, 유지비가 비싸고, 피소각물과 유동매체와의 마찰로 인하여 분진이 다량 발생하며, 유동매체의 손모가 심한 문제점이 있다. Fluidized bed furnace is a technology used for incineration of living and designated wastes, and it blows hot air of 200 ~ 500 ℃ or room temperature with static pressure of 1200 ~ 3500mm Aq from the bottom of the furnace, It is a method of fluid incineration while continuously inserting the burned material at 760-870 ° C. while forming a fluidized bed using the same oily medium. This method has the advantages of high calorific value of the fluid, short burning time, irrespective of the state of burning, and easy maintenance. However, the construction and maintenance costs are expensive, a large amount of dust is generated due to friction between the burned object and the fluid medium, and the wear of the fluid medium is severe.
로타리 킬른(Rotary kiln) 방식은 일반 및 지정폐기물 소각에 이용되는 기술로서, 원통형 로체를 약간의 구배를 주어 설치하고 구동장치에 의해 서서히 회전시키면서 장입빈(hopper)으로부터 투입된 피소각물을 반전, 교반하면서 연소가스와의 접촉에 의해 건조, 착화, 연소시키는 방법이다. 소각물의 건조효과가 양호하며 착화가 다른 방식에 비하여 용이하다. 그러나, 접착성 물질이나 섬유상물질 등을 회전, 건조하는 과정에서 조립화되어 완전연소가 되지 않는 경우가 발생하는 단점이 있다. Rotary kiln is a technique used for general and designated waste incineration. It is installed by giving a slight gradient to the cylindrical furnace and inverting and stirring the incinerated object from the hopper while slowly rotating by the driving device. With combustion gases It is a method of drying, ignition and burning by contact. The drying effect of the incinerator is good and the ignition is easier than other methods. However, there is a disadvantage in that it is not completely burned due to granulation in the process of rotating or drying the adhesive material or the fibrous material.
상기 언급한 직접소각방식에서 상업화되어 가동중인 기술은 비교적 저온인 800~1200℃에서 폐기물을 단순히 연소하는 방식이 대부분이다. 이러한 방식은 연소온도가 낮아 연소 후 중금속 등을 함유한 회(Ash)분이 발생하며, 심각한 환경문제로 대두되고 있는 다이옥신(Dioxine), 퓨란(Furan) 등의 맹독성 유해물질을 발생시키는 단점이 있다. 따라서, 이를 보강하기 위한 SCR(Sacrfice catalyst reduction) 설비 등의 추가로 인한 투자비 부담은 갈수록 가증되는 추세에 있다. Most of the technologies commercialized and operated in the above-mentioned direct incineration are simply burning wastes at a relatively low temperature of 800 to 1200 ° C. Such a method has a disadvantage in that ashes containing heavy metals are generated after combustion due to low combustion temperature, and toxic toxins such as dioxine and furan are emerging as serious environmental problems. Therefore, the investment cost burden due to the addition of a SCR (Sacrfice catalyst reduction) facility to reinforce this tends to increase.
소각과정에서 발생하는 다이옥신이란 다염소화된 이벤조-파라-다이옥신(polychlorinated dibenzo-p-dioxin, 이하 간단히 "PCDD"라 함)과 다염소화된 이벤조퓨란(polychlorinated dibenzofuran, 이하, 간단히 "PCDF"라 함) 화합물을 일컫는 말로서 같은 종인 2,3,7,8-사염화이벤조-파라-다이옥신(TCDD)의 독성이 가장 크므로 일반적으로 PCDD와 PCDF를 "다이옥신(dioxin)"이라 부른다. PCDF의 환경화학과 독성학은 PCDD의 것과 공통점이 많다. 선진국에서는 쓰레기 소각장에서 폴리염화비닐(PVC), 피복전선, 페인트 등 유기염소계 화합물을 태울 때 나오는 유해물질이 다이옥신 발생의 주범이라는 사실이 알려졌고, 현재 대기중에서 다이옥신의 주요 오염원은 병원 폐기물 및 도시 폐기물 소각시 저온에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 이로 인해서 선진국에서는 소각시설에 대하여 엄격히 규제하고 있다. 다이옥신은 폐기물 소각 처리와 밀접한 관계가 있는데 급격한 산업화와 도시화의 진전에 따른 국민 생활방식과 경제구조의 변화에 의해서 폐기물 발생량이 증가하고 있다. 특히, 1회 용품의 사용량이 증가함에 따라 발포플라스틱 등의 난분해성으로서 처리가 곤란한 플라스틱류와 인체에 유해한 화학합성물질 등의 폐기물이 매년 급격하게 증가하고 있다. Dioxins generated during incineration are polychlorinated dibenzo-p-dioxin (hereinafter simply referred to as "PCDD") and polychlorinated dibenzofuran (hereinafter referred to as "PCDF"). The compound is generally referred to as "dioxin" since the same species, 2,3,7,8-dibenzo-para-dioxin (TCDD), is the most toxic. The environmental chemistry and toxicology of PCDF have much in common with that of PCDD. In developed countries, it is known that harmful substances from burning organic chlorine compounds such as polyvinyl chloride (PVC), coated wire, and paint in waste incinerators are the main culprit of dioxin generation. The main source of dioxins in the air is known to occur at low temperatures during incineration of hospital and municipal waste. As a result, developed countries strictly regulate incineration facilities. Dioxins are closely related to the waste incineration process, and the amount of waste generation is increasing due to changes in the national lifestyle and economic structure due to rapid industrialization and urbanization. In particular, with the increase in the amount of single-use articles, wastes such as plastics, which are difficult to process due to difficult decomposability of foamed plastics, and chemical synthetic substances that are harmful to human bodies are increasing rapidly every year.
현재까지 알려진 다이옥신의 발생시작을 보면 모든 소각과정에서 필연적으로 발생하는 것으로 알려져 있고 또한 300℃ 부근에서 발생량이 최대가 되는 것으로 알려져 있다. 또한 1200℃이상으로 가열된 소각회의 경우는 다이옥신 발생이 필수적인 벤젠기 등의 유기결합이 파괴되어 냉각속도에 관계없이 다이옥신이 발생하지 않는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 언급한 환경문제에 대한 방지책으로 소각 후 2차 오염물질의 발생을 억제할 수 있는 1200~2000℃ 범위의 고온에서 소각하는 고온 용융소각 공정개발이 시급한 과제이다. 특히, 높은 인구밀도와 좁은 국토를 가진 우리나라의 여건상으로 볼 때 대량, 고속, 안정적으로 처리할 수 있는 소각기술이 필요하다. The generation of dioxins known to date is known to inevitably occur in all incineration processes, and is known to be the maximum in the vicinity of 300 ° C. In the case of incineration ash heated to 1200 ° C. or more, it is known that dioxin does not occur regardless of the cooling rate due to the breakdown of organic bonds such as benzene group, which is essential for dioxin generation. Therefore, it is an urgent task to develop a hot melt incineration process incinerated at a high temperature in the 1200 ~ 2000 ℃ range that can suppress the generation of secondary pollutants after incineration as a preventive measure for the above-mentioned environmental problems. In particular, in view of the situation of Korea with high population density and narrow land, incineration technology that can process large quantities, high speed and stable is needed.
차대세 소각기술인 용융소각 기술은 소각잔사에 함유된 중금속을 슬래그에 안정화시켜 제거할 수 있다는 점, 다이옥신, 퓨란 및 2차 공해물질이 고온에서 완 전히 분해된다는 점, 소각 후 잔류물은 유리화되어 안정처리가 가능하며 소각회(bottom ash)의 발생이 거의 없다는 점, 소각처리시 발생되는 고온 열분해가스는 다량의 열량을 함유하고 있어 가스세정 장치를 통하여 회수하여 연료원으로 사용할 있다는 점등으로 인하여 선진각국에서는 기존의 소각방식인 직접소각방식에서 탈피하여 용융소각에 대한 연구가 활발히 추진중에 있다. Melting incineration technology, the next generation incineration technology, can stabilize and remove heavy metals contained in incineration residues. Dioxins, furans and secondary pollutants can be removed at high temperatures. It is completely decomposed, the residue after incineration is vitrified and stable treatment is possible, and there is little generation of bottom ash. The high temperature pyrolysis gas generated during incineration contains a large amount of heat, so Due to the fact that it can be recovered and used as a fuel source, researches on molten incineration are being actively pursued in advanced countries by escaping from the direct incineration method.
상기 다이옥신(Dioxine), 퓨란(Furan) 등의 환경문제를 해결하고자 현재 개발중인 용융소각 방식인 크게 샤프트(Shaft) 소각로와 플라즈마(Plasma) 소각로로 대별할 수 있다. 이중 플라즈마 소각로는 일반폐기물 및 지정폐기물을 동시에 처리할 수 있으며, 초고온의 플라즈마 열집속력을 이용하여 반응로를 1300℃ 이상의 고온으로 유지시키므로써 열분해를 일으켜 폐기물을 용융소각하는 방식이다. 이 방식은 빠른 반응속도, 연속조업 및 설치면적을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있으나 설비의 대형화가 곤란하여 처리용량에 한계가 있으며 전력비가 많이 드는 문제점을 가지고 있다. In order to solve the environmental problems such as Dioxine (Furan) and Furan (Furan) can be roughly divided into shaft incinerator and plasma incinerator which is a melt incineration method currently being developed. The dual plasma incinerator can process general wastes and designated wastes at the same time, and thermally decomposes wastes by pyrolysis by maintaining the reactor at a high temperature of 1300 ° C. or more using super high temperature plasma heat focusing power. This method has the advantage of minimizing fast reaction speed, continuous operation and installation area, but it is difficult to increase the size of the facility, which limits the processing capacity and has a lot of power costs.
또 다른 용융소각법인 샤프트(shaft) 방식은 일반페기물 및 지정폐기물을 동시에 처리할 수 있으며, 피소각물과 환원제를 혼합, 장입하여 대형의 용융로에서 용융소각하고 폐기물의 가연성분을 열분해 가스화시키고 불연분을 용융시켜 슬래그(slag) 처리하는 방식이다. 이 소각로는 대량의 폐기물을 처리할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 보조연료가 필요하고 설비대형화에 따른 폐기물의 저장, 운송 등의 물류시스템을 갖추어야 하는 문제점을 가지고 있다. Shaft method, another melt incineration method, can process general waste and designated waste at the same time, mix and charge the burned incinerator and reducing agent to melt incineration in a large melting furnace, pyrolyze the combustible components of waste, It is a method of slag treatment by melting. This incinerator has the advantage of handling a large amount of waste, but it requires auxiliary fuel and the storage and transportation of waste due to the large facility. There is a problem to have a logistics system.
또 다른 용융소각 방식의 일례로서 일본 공개특허공보 평09-42627호에는 L자형의 소각로 방식을 채택하여 취입되는 산소를 회전시켜 균일하게 소각하는 기술이 알려져 있다(도 1). 이 소각용융로(2)는 선회소각용융실(21)과 2차 용융실(22)로 이루어지는 L자형의 노로서 노의 크기에 비하여 많은 량의 슬래그를 담을 수 있는 장점을 가지고 있으나, 장시간의 조업으로 일정량 이상의 슬래그가 모이면 L자형 노의 상부로 슬래그가 올라가는 문제점을 가지고 있다. 그러므로 슬래그의 용융량을 지속적으로 감시하여 L자형 소각로의 상부로 슬래그가 올라가지 않도록 하여야 하는 등 소각후 발생하는 슬래그성분에 대한 적절한 처리가 곤란한 문제점을 가지고 있다. 또한, L자형 소각용융로의 모서리진 부분이 형성되어 있는 소각로에서는 그 내부의 압력분포가 불균일 하고 배가스가 정체하는 영역이 발생하는 등 유체의 흐름이 일정하지 않는 문제점 등을 가지고 있다. As an example of another melt incineration method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-42627 discloses a technique of uniformly incineration by rotating oxygen taken in by adopting an L-shaped incinerator method (FIG. 1). This incineration furnace (2) is an L-shaped furnace consisting of a turning incineration melting chamber (21) and a secondary melting chamber (22), which has the advantage of containing a large amount of slag in comparison with the size of the furnace, but for a long time of operation. As a result, when a certain amount of slag is collected, the slag rises to the top of the L-shaped furnace. Therefore, it is difficult to properly process the slag components generated after incineration, such as to continuously monitor the molten amount of the slag so that the slag does not rise to the top of the L-shaped incinerator. In addition, the incinerator in which the corner portion of the L-shaped incineration furnace is formed has problems such as uneven pressure distribution and a constant flow of the flue gas such as a region where flue gas is stagnated.
도 1에서 미설명부호 1은 파쇄기, 2는 소각용융로, 3은 발열보일러, 4는 터빈, 5는 발전기, 6은 산소생성장치, 25∼29는 가스취입구 In Figure 1, reference numeral 1 is a crusher, 2 is an incineration melting furnace, 3 is a heating boiler, 4 is a turbine, 5 is a generator, 6 is an oxygen generator, 25 to 29 gas inlet
이와 같이 공해물질 배출억제를 고려한 소각기술은 선진국을 중심으로 활발한 연구가 진행중이며, 이중 차세대 소각법인 융융소각은 환경문제에 대한 사회기여와 경제성 측면에서 매우 우수한 기술로 평가되어 실기화를 대비한 실증 플랜트(plant) 관련 연구가 추진중에 있다. 용융소각기술의 장점은 대량처리가 가능하고 소각회의 발생이 없으며, 소각시 발생되는 배가스는 가연성으로 다량의 열량을 함유하고 있어 연료원으로 사용할 수 있다는 점이나, 단점으로는 대교모 설비투자가 필요하다는 점이다. 현재 우리나라에서 보유하고 있는 소각설비는 대부분이 스토카(stocker)식 설비로 2차 환경문제가 해결과제로 대두되고 있고, 외국기술의 도입에 의존하고 있는 실정이므로 우리실정에 맞는 소각설비 시스템 구축이 당면과제이다. 그런데도, 우리나라에서는 용융소각에 대한 연구실적이 전무한 실정으로, 다양한 각도에서 접근하여 효율적인 시스템을 시급히 구축할 수 있는 연구가 필요하다. As such, incineration technologies considering pollution emission suppression are being actively conducted in advanced countries. Among these, the next-generation incineration melt melting incineration technology is evaluated as an excellent technology in terms of social contribution and economic feasibility for environmental issues. Plant research is underway. The advantages of the melt incineration technology are that it can be processed in large quantities, there is no incineration ash, and the flue-gas generated during incineration is flammable and can be used as a fuel source. Is that. Most of the incineration facilities currently possessed in Korea are stoker-type facilities, and the secondary environmental problem is emerging as a solution, and it is dependent on the introduction of foreign technology. It's a challenge. Nevertheless, in Korea, there is no research on melting incineration, and it is necessary to study to build an efficient system urgently by approaching from various angles.
본 발명은 철광석 용융환원설비에서 사용되는 용융가스화로를 응용하여 고온에서 폐기물을 소각, 용융함으로써 공해물질의 발생이 없으면서 소각후 잔류물은 안정처리가 가능하며 소각회(bottom ash)의 발생이 거의 없음은 물론, 발생되는 고온 열분해 가스를 회수하여 발전 및 지역난방 등의 에너지원(연료)으로 사용하는 효율성과 경제성을 도모할 수 있는 용융소각 장치 및 이를 이용한 용융소각 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. According to the present invention, by applying a melt gasifier used in an iron ore melt reduction facility, the waste is incinerated and melted at a high temperature so that the residue after incineration can be stably treated without generating pollutants, and almost no ash ash is generated. Of course, to provide a melt incineration apparatus and a melt incineration method using the same to recover the high temperature pyrolysis gas generated as an energy source (fuel) for power generation and district heating, and economics. have.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융소각장치는, 폐기물을 소정 크기의 폐기물 조각으로 파쇄하는 파쇄기, Melting incineration apparatus of the present invention for achieving the above object is a crusher for shredding the waste into waste pieces of a predetermined size,
상기 파쇄기로부터 공급받은 폐기물 조각을 유기성분은 가스화하여 탄화폐기물로 탄화시키도록 구성되는 탄화로, A carbonization furnace configured to carbonize the waste flakes supplied from the crusher into a carbonized waste by gasifying an organic component,
상부에서 공급되는 탄소포함 물질과 하부에서 취입되는 산소포함 물질의 반응에 의한 탄소가스화에 의해 상기 탄화로에서 공급되는 탄화폐기물을 용융환원하여 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출하도록 구성되는 용융소각로, It is configured to melt-reduce carbonized waste supplied from the carbonization furnace by carbon gasification by reaction of carbon-containing material supplied from the upper part and oxygen-containing material blown from the lower part to discharge molten metal and slag to the lower part and exhaust gas to the upper part. Melt incinerator,
상기 용융소각로에서 배출되는 배가스중의 더스트를 분리하여 배가스를 세정하는 배가스세정수단 및 Exhaust gas cleaning means for cleaning the exhaust gas by separating the dust in the exhaust gas discharged from the melting incinerator;
상기 배가스 세정수단에서 배출된 가스를 에너지로 사용하기 위해 저장하는 연료가스 저장수단를 포함하고, Fuel gas storage means for storing the gas discharged from the exhaust gas cleaning means for use as energy,
상기 용융소각로와 배가스세정수단은 제1배가스 배출관을 통해 연결되어 구성된다. The melting incinerator and the exhaust gas cleaning means is configured to be connected through the first exhaust gas discharge pipe.
또한, 본 발명의 용융소각방법은, 폐기물을 소정 크기의 폐기물 조각으로 파쇄하는 단계, In addition, the melt incineration method of the present invention, the step of crushing waste into pieces of waste of a predetermined size,
상기 폐기물 조각을 500∼700℃의 온도에서 탄화시키는 단계, Carbonizing the waste pieces at a temperature of 500-700 ° C.,
상부에서 공급되는 탄소포함 물질과 하부에서 취입되는 산소포함 물질의 반응에 의한 탄소가스화에 의해 1200-2000℃의 온도로 유지되는 용융소각로에 상기 탄화된 폐기물을 투입하여 용융환원하면서 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출하는 단계, Melting and slag of the carbonized waste are added to the melting incinerator maintained at a temperature of 1200-2000 ° C. by carbon gasification by the reaction of the carbon-containing material supplied from the upper part and the oxygen-containing material blown from the lower part. Exhaust gas and exhaust gas to the top,
상기 용융소각로에서 배출되는 배가스중의 더스트를 분리한 다음에 배가스를 세정하는 단계 및 Separating the dust in the exhaust gas discharged from the melting incinerator and then cleaning the exhaust gas; and
상기 세정된 배가스를 연료가스저장수단에 저장하여 에너지열로 사용하는 단계를 포함하여 구성된다. And storing the cleaned exhaust gas in a fuel gas storage means and using it as energy heat.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 2에는 용융선철을 제조하는 용융환원설비의 일례로서 코렉스 공정이 나타나 있다. 코렉스 공정에서는 원료인 광석과 석탄을 전처리(소결공정 및 코우킹(coking)공정 등) 없이 직접 사용하여 용선을 생산하는 대표적인 용융환원 제철법으로, 그 대표적인 예가 미국특허 공보 제 4,978,387 호에 제시되어 있다. 코렉스 공정에서는 환원가스를 사용하여 괴광석/펠렛을 환원하는 충진층식 예비환원로(50)와, 상부에서 공급되는 석탄과 하부에서 취입되는 산소의 반응으로 발생한 환원가스로 환원철을 최종 용융환원하는 용융가스화로(40)를 포함하여 구성되며, 기타 부대설비로는 고온사이클론(30), 용융연소장치에 해당하는 더스트 취입관(31), 산소취입관(44) 및 수집진장치(10, 20) 등이 있다. 2 shows a Korex process as an example of a melt reduction facility for producing molten pig iron. In the Corex process, a typical molten iron production method is used to produce molten iron by directly using raw materials ore and coal without pretreatment (sintering process and coking process, etc.). A representative example thereof is shown in US Patent Publication No. 4,978,387. . In the Corex process, a packed-bed preliminary reduction reactor (50) for reducing lumps or pellets using a reducing gas and melting gas for the final melt reduction with reduced gas generated by the reaction of coal supplied from the upper part and oxygen blown from the lower part It is configured to include a gasifier (40), and other additional facilities include a high temperature cyclone (30), a dust blowing pipe (31) corresponding to the melting and combustion device, an oxygen blowing pipe (44) and a collecting device (10, 20) Etc.
용융가스화로(40)에서는 석탄공급장치(60)로부터 스크류 콘베이어(70)를 통하여 일정하게 공급된 석탄을 하부에서 취입되는 산소로 연소시켜 철광석 환원에 필요한 환원성가스를 제조하며, 이때 발생하는 열원을 이용하여 예비환원로(50)에서 환원된 환원철을 용융시킨다. 상기 용융가스화로(40)에서 발생하는 가스는 환 원가스 도관(42)을 통하여 고온사이클론(30)으로 보내지고, 여기서 가스는 입자와 분리되어 예비환원로(50)로 보내진다. 환원가스 조성은 주로 CO, H 2 , CO 2 성분으로 기타 N 2 , CH 4 가스가 일부 포함되어 있으며, 온도는 약 1000~1100℃ 범위이다.In the melt gasifier (40), the coal uniformly supplied from the coal supply device (60) through the screw conveyor (70) is combusted with oxygen blown from the bottom to produce a reducing gas necessary for iron ore reduction. By using the reduced reduction iron 50 is reduced. Gas generated in the melt gasifier 40 is sent to the high temperature cyclone 30 through the reduction gas conduit 42, where the gas is separated from the particles and sent to the preliminary reduction reactor 50. The reducing gas composition is mainly CO, H 2 , CO 2 components and other N 2 , CH 4 gas is included, the temperature ranges from about 1000 ~ 1100 ℃.
한편, 예비환원로(50)에서는 용융가스화로에서 발생한 환원가스를 사용하여 철광석을 환원하고 부원료를 소성한다. 예비환원로에서 사용하는 환원가스는 용융가스화로(40)에서 발생하는 고온의 배가스를 냉각가스(91)에 의하여 800~900℃로 냉각하고 고온사이클론(30)에서 수집한 다음에 배가스에서 더스트를 분리하여 사용하는 것이다. 예비환원로(50)에서 생성된 환원철은 장입 스크류(80)를 통하여 연속적으로 용융가스화로(40)의 상부로 장입된다. 용융가스화로(40)에서 최종환원된 용철은 배출구(41)를 통하여 슬래그와 분리되어 회수된다. On the other hand, in the preliminary reduction furnace 50, using the reducing gas generated in the molten gasifier to reduce the iron ore and calcining the secondary raw material. The reducing gas used in the preliminary reduction furnace is cooled to 800-900 ° C. by the cooling gas 91 at high temperature exhaust gas generated in the melt gasification furnace 40, collected in the high temperature cyclone 30, and then dust is discharged from the exhaust gas. It is used separately. The reduced iron produced in the preliminary reduction furnace 50 is continuously charged to the upper portion of the melt gasifier 40 through the charging screw 80. The molten iron finally reduced in the melt gasifier 40 is separated from the slag through the outlet 41 and recovered.
용융가스화로(40)에서 발생된 배가스중의 미분 더스트(분탄 및 분광)는 고온 사이클론(30)을 거쳐 연소장치(31,44)를 통해 산소와 함께 용융가스화로(40)로 취입되어 용융환원된다. 또한 용융가스화로(40)에서 발생한 배가스 일부와 예비환원로에서 발생하는 배가스는 가스세정 장치인 수집진 장치(10, 20)를 거쳐 철광석 환원에 재이용하거나 전기, 난방 등 에너지원으로 사용된다. The fine dusts (powder and spectroscopy) in the flue gas generated in the melt gasifier 40 are blown into the melt gasifier 40 together with oxygen through the combustion apparatuses 31 and 44 through the high temperature cyclone 30 and melt-reduced. do. In addition, a part of the exhaust gas generated in the melt gasifier 40 and the exhaust gas generated in the preliminary reduction reactor is reused for iron ore reduction through the collector devices 10 and 20, which are gas cleaning devices, or used as an energy source such as electricity or heating.
본 발명에서는 상기 언급한 코렉스설비의 하부 용융가스화로(Melter gasifier, 40)를 이용하여 폐기물을 용융소각하는데, 그 특징이 있다. 용융가스화로가 구체적으로 제시된 기술의 일례로는 대한민국 공개특허공보 10-2000-16780호가 있다. In the present invention, the above melt gasification furnace (Melter) Melt incineration of wastes using a gasifier (40) has its characteristics. An example of a technology in which a melt gasifier is specifically shown is Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2000-16780.
본 발명에 따라 용융가스화로를 용융소각로로 활용하면 일반폐기물과 지정페기물을 동시에 처리하고 부가적으로 발생되는 가스를 재처리하여 전기, 난방 등의 연료원으로 사용할 수 있는 이점을 가지고 있다. 또한, 폐기물은 약 1200℃ 이상의 고온에서 소각할 수 있으므로 다이옥신 발생에 필수적인 벤젠기 등의 유기분자구조가 파괴되어 냉각과정에서도 다이옥신이 발생하지 않으며 소각후 발생하는 금속용탕 및 슬래그는 회수하여 재활용 및 매립처리가 가능한 이점을 가지고 있다. According to the present invention, when the molten gasifier is used as a melting incinerator, the waste gas incinerator can be used as a fuel source such as electricity and heating by simultaneously treating the general waste and the designated waste and reprocessing additionally generated gas. In addition, since waste can be incinerated at a high temperature of about 1200 ° C. or higher, organic molecules such as benzene groups, which are essential for dioxin generation, are destroyed, so that dioxin does not occur during the cooling process. It has the advantage that it can be processed.
이러한 본 발명의 용융소각설비는 도 3에서 일례로 도시된 바와 같이, 크게 파쇄기(100), 탄화로(200), 용융소각로(400), 배가스세정수단(300), 연료가스 저장수단(500), 제1배가스 배출관(420)을 포함하여 구성된다. In the melt incineration plant of the present invention as shown in FIG. 3 as an example, the crusher 100, the carbonization furnace 200, the melt incinerator 400, the exhaust gas cleaning means 300, the fuel gas storage means 500 , The first exhaust gas discharge pipe 420 is configured.
파쇄기(100)는 폐기물을 소정크기의 폐기물 조각으로 파쇄한다. 이 파쇄기(100)의 전단에는 압축기(110)가 구비되어 폐기물을 일정 크기로 압축하면 폐기물의 취급이 용이하고 폐기물을 일정한 형태로 만들 수 있는 이점이 있다. The shredder 100 breaks the waste into pieces of waste of a predetermined size. The front end of the shredder 100 is provided with a compressor 110 to compress the waste to a certain size has the advantage that it is easy to handle the waste and make the waste in a certain form.
탄화로(200)는 파쇄기(100)에서 폐기물 조각을 공급받아 폐기물을 탄화폐기물로 탄화시킨다. 본 발명의 탄화로는 폐기물을 탄소재로서 소각하는 것이 아니라, 폐기물의 수분제거하고 유기성물질을 가스화하여 폐기물조각을 단단한 숫덩어리 처럼 탄화되도록 구성된다. 이는 탄화로에서 폐기물의 유기성물질을 가스화하면 되는데, 이때의 처리온도는 약 500-700℃가 바람직하다. 탄화로 내부에 열선을 내장하여 구성하면 내부온도를 상기온도로 유지할 수도 있으며, 고온으로 배출되는 용융소각로의 배가스를 냉각하여 이용할 수 있다. 배가스의 냉각은 코렉스 공정에서 배가스를 냉각가스와 혼합하여 냉각하는 기술을 적용하면 가능하다. 탄화로의 내부가 고온으로 유지되므로 탄화로의 재질은 내열강 예를 들어 Cr-Mo 합금강을 사용할 수 있다. The carbonization furnace 200 receives the waste pieces from the shredder 100 and carbonizes the waste into carbonized waste. The carbonization furnace of the present invention does not incinerate waste as carbon material, It removes moisture from waste and gasifies organic material so that the waste fragments are carbonized like solid lumps. This can be done by gasifying the organic matter of the waste in the carbonization furnace, wherein the treatment temperature is preferably about 500-700 ° C. If the carbon fiber is built with a heating wire, the internal temperature may be maintained at the above temperature, and the exhaust gas of the molten incinerator discharged at a high temperature may be cooled and used. The cooling of the flue gas is possible by applying the technology of cooling the flue gas by mixing it with the cooling gas in the Korex process. Since the inside of the carbonization furnace is maintained at a high temperature, the material of the carbonization furnace may be heat-resistant steel, for example, Cr-Mo alloy steel.
용융소각로(400)의 상부에는 탄소포함물질(석탄)의 공급구와 폐기물 탄화체 공급구가 구비되어 있으며, 하부에는 산소포함물질(산소)의 취입구와 용탕 및 슬래그 배출구가 구비되어 있다. 용융소각로에서는 석탄과 산소의 반응에 의하여 합성가스(CO, H 2 , CO 2 , H 2 O)가 발생되며, 이 합성가스에 의해 공급되는 탄화폐기물을 1200-2000℃에서 용융환원하여 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출한다. 용융가스화로는 도 2에 일례로 나타난 바와 같이, 돔형상부와 하축소 경사부의 구조로서 상광하협구조를 가지는데, 본 발명의 용융소각로도 이러한 구조를 채용할 수 있다. 본 발명의 용융소각로(400)에서 탄소포함물질(석탄)은 고온반응로 조업에서 열밸런스가 중요하므로 폐기물의 열량보족시 또는 생성가스의 조성을 조정하기 위하여 투입한다.The upper part of the melting incinerator 400 is provided with a carbon-containing material (coal) supply port and a waste carbonization supply port, and the lower portion is provided with an oxygen intake material (oxygen) inlet and a melt and slag outlet. In the melting incinerator, synthesis gas (CO, H 2 , CO 2 , H 2 O) is generated by the reaction of coal and oxygen, and the molten iron and slag is melt-reduced at 1200-2000 ° C by carbonization waste supplied by the synthesis gas. To the bottom and exhaust gas to the top. As shown in FIG. 2, the melt gasification furnace has an image light narrowing structure as a structure of a dome-shaped portion and a downscaling inclined portion. The melt incinerator of the present invention can also employ such a structure. In the melting incinerator 400 of the present invention, carbon-containing material (coal) is input in order to adjust the composition of the generated gas or the calorific value of waste because heat balance is important in the operation of a high temperature reactor.
본 발명의 용융소각로에서는 폐기물을 1200℃이상의 고온에서 용융시키므로 다이옥신 발생에 필수적인 벤젠기 등의 유기분자구조가 파괴시킬 수 있다. 용융소각로(400)의 배가스는 약 1100-1300℃의 온도로 배출된다. In the melting incinerator of the present invention, since the waste is melted at a high temperature of 1200 ° C. or more, organic molecular structures such as benzene groups necessary for dioxin generation may be destroyed. The exhaust gas of the melting incinerator 400 is discharged at a temperature of about 1100-1300 ° C.
배가스세정수단(300)은 용융소각로(400)에서 배출되는 배가스에서 더스트를 분리하고 가스는 세정하도록 구성된다. 중요한 것은 고온의 배가스에서 다이옥신의 재합성을 방지하기 위하여 급냉하는 것인데, 그 예로는 급냉세정탑(310)를 채용하는 것이다. 즉, 배가스 세정수단(300)은 급냉세정탑(310), 침전조(320), 스크라바(330), 활성탄여과기(340)를 포함하여 구성할 수 있다. The exhaust gas cleaning means 300 is configured to separate the dust from the exhaust gas discharged from the melting incinerator 400 and to clean the gas. The important thing is to quench in order to prevent the resynthesis of dioxin in the hot exhaust gas, for example, to employ a quenching washing tower (310). That is, the exhaust gas cleaning means 300 may include a quench washing tower 310, a settling tank 320, a scrubber 330, and an activated carbon filter 340.
급냉세정탑(310)은 용융소각로(400)에서 배출되는 배가스를 냉각하고 배가스중의 더스트와 가스를 분리한다. 고온의 배가스를 약 70℃이하의 합성가스로 급냉시켜 다이옥신 등의 재합성을 방지하면서 더스트와 정화된 합성가스를 분리하여 더스트는 침전조(320)에서 회수하고, 정화된 합성가스는 스크라바(330)로 이송한다. 스크라바(330)는 가스에서 미립자와 수증기를 제거하도록 구성된다. 스크라바(330)에서 배출된 가스는 활성탄여과기(340)에서 최종탈황한다. The quench washing tower 310 cools the exhaust gas discharged from the melting incinerator 400 and separates dust and gas in the exhaust gas. The high-temperature exhaust gas is quenched with a synthesis gas of about 70 ° C. or less to prevent resynthesis such as dioxins, and the dust and purified syngas are separated and the dust is recovered from the settling tank 320, and the purified syngas is scrubber 330 Transfer to). The scrubber 330 is configured to remove particulates and water vapor from the gas. The gas discharged from the scrubber 330 is finally desulfurized in the activated carbon filter 340.
배가스 세정수단(330)에서 배출된 가스는 발전소 난방연료로 사용하기 위하여 연료가스 저장수단(500)에서 저장한다. The gas discharged from the exhaust gas cleaning means 330 is stored in the fuel gas storage means 500 for use as the heating fuel of the power plant.
본 발명의 용융소각장치를 이용한 폐기물의 용융소각방법을 설명한다. The melt incineration method of waste using the melt incineration apparatus of this invention is demonstrated.
산업폐기물 또는/ 및 일반폐기물을 소정 크기의 폐기물 조각으로 파쇄한다. 파쇄는 200mm이하로 하는 것이 좋다. 폐기물 조각이 크기가 커질수록 불연소 가능성이 높다. 불연소하지 않는 범위내에서 폐기물을 크게 파쇄 할수록 용융소각로에서 통기성을 확보할 수 있다는 차원에서 바람직하다. 파쇄전에 폐기물을 압축하는 것이 권장된다. Industrial waste and / or general waste are shredded into pieces of waste of a predetermined size. Crushing should be less than 200mm. The larger the waste piece, the more likely it is to burn. The greater the crushing of waste within the range of non-combustion, the more desirable it is to ensure breathability in the melting incinerator. It is recommended to compress the waste before crushing.
이어 폐기물 조각은 탄화처리하는데, 이는 용융소각로에서 폐기물의 원활한 연소 그리고, 철과 비철 금속류의 환원을 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 폐기물을 탄화하지 않고 바로 용융소각로에 투입하게 되면 분(미세)폐기물이 용융소각로로 장입되어 통기도에 문제가 생겨 조업중단이 발생할 수 있으며, 또한 수분이 용융소각로에 들어가 로에 부담을 증가하여 더 연소를 위한 더 많은 에너지(석탄 및 산소)가 필요하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 폐기물에서 유기성분을 가스화여 탄화폐기물로 형성할 수 있는 500∼700℃에서 폐기물조각을 탄화처리한다. 탄화온도의 상한을 700℃로 제한한 것은 경제성을 고려한 것이다. 물론, 유기성분의 가스화가 가능하다면 탄화온도를 500℃보다 낮게 한다거나 700℃이상으로 하는 것도 가능하나, 중요한 것은 폐기물을 소각하지 않고 단단한 숫덩어리처럼 하는 것으로, 폐기물을 소각재로 만들정도로 탄화온도를 너무 높여서는 안 된다는 것이다. 탄화처리는 1시간 이상 3시간이내에 하는 것이 바람직하다. 탄화처리시간이 3시간 보다 길어지면 생산성이 저하되고 원가상승요인이 된다. The waste pieces are then carbonized to facilitate the smooth burning of the waste in the melting furnace and the reduction of ferrous and nonferrous metals. In other words, if the waste is directly injected into the melting incinerator without carbonizing the waste, fine waste is charged into the melting incinerator, which may cause a problem in aeration, and the operation may be interrupted, and moisture may enter the melting incinerator to increase the burden on the furnace. More energy (coal and oxygen) is needed for combustion. Therefore, in the present invention, the waste pieces are carbonized at 500 to 700 ° C., in which organic components are gasified in the waste to form carbonized waste. The upper limit of the carbonization temperature to 700 ° C is considered economical. Of course, if gasification of organic components is possible, it is possible to lower the carbonization temperature below 500 ° C or above 700 ° C. However, it is important to make the carbonization temperature so that the waste is incinerated so that it is like a hard lump without burning the waste. It should not be elevated. It is preferable to perform a carbonization process within 1 hour or more and 3 hours. Carbonization time is more than 3 hours The longer it is, the lower the productivity and the higher the cost.
다음으로 상기 탄화폐기물을 용융환원한다. 즉, 상부에서 공급되는 탄소포함 물질과 하부에서 취입되는 산소포함 물질의 반응에 의한 탄소가스화에 의해 1200∼2000℃의 온도로 유지되는 용융소각로에 상기 탄화된 폐기물을 투입하여 용융환원하면서 용탕 및 슬래그는 하부로 배출하고 배가스는 상부로 배출한다. 노내온도는 다이옥신의 발생방지를 위해 1200℃이상으로 하며, 경제적인 연소를 위해 2000℃이하로 제한한다. 본 발명의 용융소각로에서 탄소포함물질(석탄)을 공급하지 않고 산소에 의한 단순연소도 가능하지만 석탄을 투입하게 되면 용융소각로의 열량부족시 보충하여 열밸런스를 해소할 수 있을 뿐 아니라 배가스를 에너지원(유용가스, 연료)로 사용할 경우에 배가스 조성을 조절할 수 있다는 장점이 있다. Next, the carbonized waste is melted and reduced. That is, the carbonized waste is introduced into a melt incinerator maintained at a temperature of 1200 to 2000 ° C. by carbon gasification by the reaction of a carbon-containing material supplied from the upper side with an oxygen-containing material blown from the lower side, while molten reduction and melting and slag To the bottom and exhaust gas to the top. The furnace temperature should be above 1200 ℃ to prevent the generation of dioxin and below 2000 ℃ for economical combustion. In the melting incinerator of the present invention, simple combustion by oxygen is possible without supplying carbon-containing material (coal), but when coal is added, the heat balance can be solved by replenishing the caloric insufficiency of the melting incinerator, as well as exhaust gas as an energy source. When used as (useful gas, fuel), there is an advantage that the composition of the exhaust gas can be adjusted.
용융소각로에서 배출되는 용탕은 철(Fe) 및 비철(Zn, Pb, Cd, Cr)로서 회수하여 재이용하고 무해화된 슬래그는 도포포장골재, 콘크리트 골재로 사용하거나 매립한다. The molten metal discharged from the incinerator is recovered as iron (Fe) and non-ferrous metals (Zn, Pb, Cd, Cr) and reused, and the harmless slag is used as a coated paving aggregate or concrete aggregate.
상기 용융소각로에서 배출되는 배가스(CO+H 2 +CO 2 +CH 4 +N 2 )중의 더스트를 분리한 다음에 배가스를 세정하는데, 이때 배가스는 70℃이하로 급냉한다. 즉, 배가스를 급냉한 다음 배가스에서 더스트를 분리하여 더스트를 침전로 배출하고, 더스트 가 분리된 배가스에서 미립자와 수증기를 제거하고 활성탄으로 최종 탈황처리한다. 고온의 배가스를 70℃이하로 급냉하는 것은 유해물질(다이옥신 등)의 생성을 억제하기 위한 것이다. 이외에도 배가스를 70℃ 보다 커지면 배관에 수증기가 응축되어 부식이 발생할 수 있으며 배가스중에 H 2 O가 혼입되어 열량이 높고 에너지원을 만들기 어려워지기 때문이다.After the dust in the exhaust gas (CO + H 2 + CO 2 + CH 4 + N 2 ) discharged from the melting incinerator is separated and the exhaust gas is washed, the exhaust gas is quenched to 70 ° C. or less. In other words, the exhaust gas is quenched, dust is separated from the exhaust gas, and the dust is discharged as a precipitate. The particulates and water vapor are removed from the exhaust gas from which the dust is separated, and finally desulfurized with activated carbon. The quenching of the high temperature flue gas below 70 ° C is intended to suppress the generation of harmful substances (dioxin and the like). In addition, if the exhaust gas is larger than 70 ℃ water vapor condensation in the pipe may cause corrosion, because H 2 O is mixed in the exhaust gas is high calorie and difficult to make an energy source.
상기와 같이 배가스를 세정한 다음에는 연료가스저장수단에 저장하여 에너지열로 사용한다. After the exhaust gas is washed as described above, it is stored in the fuel gas storage means and used as energy heat.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
[실시예 1] Example 1
표 1은 도시폐기물 용융소각을 위한 조업조건을 나타낸 것이다. Table 1 shows the operating conditions for municipal waste melt incineration.
표 2는 본 발명에 사용한 국내에서 발생하는 도시폐기물의 물리적인 조성을 나타낸 것으로 폐기물중 음식류가 차지하는 무게는 전체양의 약 35∼50%로 평균 46% 정도의 조성범위를 가지며, 가연성 성분은 습윤 중량 기준으로 할 때 총량의 80% 정도를 차지하는 것을 알 수 있다. Table 2 shows the physical composition of municipal waste generated in the country used in the present invention. The weight of food waste in the waste is about 35 to 50% of the total amount and has a composition range of about 46% on average, and the combustible components are wet weight. Of the total amount It can be seen that occupies about 80%.
표 3은 이들 폐기물에 대한 수분, 건조후의 가연성분, 소각후 잔류회분의 양을 나타낸 것이다. Table 3 shows the moisture, combustible components after drying, and the amount of residual ash after incineration for these wastes.
수분의 함유량은 아래의 식으로 구하였다. Water content was calculated | required by the following formula.
수분은 105℃ 온도에서 24시간 가열 건조한 후 무게를 측정하여 구하고, 회분함량은 수분이 제거된 시료를 이용하여 전기로에서 800∼900℃로 가열한 후 냉각시켜 무게를 측정하여 산출한다. 건조후의 가연성분의 양은 시료 총량에서 상기의 수분과 회분을 뺀 값으로 한다. 수분이 총량의 42∼51%로 평균 47% 이상을 차지하 고 있으며, 가연성분은 30∼39%로 평균 36% 정도, 회분이 16% 정도 차지하는 것으로 나타났다. Moisture is calculated by weighing after drying for 24 hours at 105 ℃ temperature, ash content is calculated by measuring the weight by heating to 800 ~ 900 ℃ in an electric furnace using a sample from which moisture is removed. The amount of the flammable component after drying is the value obtained by subtracting the above moisture and ash from the total sample amount. Water accounts for more than 47% on average, with 42-51% of the total amount. Combustible components were 30 ~ 39%, average 36%, ash 16%.
표 4는 소각 후 발생하는 환경오염과 관계되는 배가스 성분 및 중금속의 농도를 나타낸 것이다. Table 4 shows the concentrations of exhaust gas components and heavy metals related to environmental pollution occurring after incineration.
상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 사용한 고온 용융소각 장치를 사용함으로써 기존 저온 소각로에서 문제가 되고 있는 다이옥신, NOx, SOx 및 중금속 양을 줄일 수 있어, 향후 환경문제 해결에 크게 기여할 것으로 여겨진다. 또한 용융소각 공정을 개발한 후, 그 기술을 외국으로 판매할 경우에는 선진국의 기준치를 만족하여야 하므로 기존 소각방법으로는 한계에 이르게 되므로 용융소각공정에 의한 소각방식 개발은 필수적이라 할 수 있다. As can be seen from the above results, by using the high temperature melt incineration apparatus used in the present invention, it is possible to reduce the amount of dioxins, NOx, SOx and heavy metals, which are problematic in existing low temperature incinerators, and are expected to contribute greatly to solving environmental problems in the future. In addition, after developing the melt incineration process, if the technology is sold to foreign countries, the standard value of the developed countries must be satisfied, so the incineration method developed by the melt incineration process is essential because the existing incineration method reaches its limit.
표 5는 도시폐기물의 가연성성분에 대한 화학적 조성을 나타낸 것이다. Table 5 shows the chemical composition of the combustible components of municipal waste.
평균적으로 탄소의 함유량은 약 48∼52%로 평균 50% 정도 차지하는 것으로 나타났으며, 38% 정도의 산소를 가지고 있는 것으로 나타났다. 그러므로 이를 이용한 수분증발에 필요한 열량을 뺀 저위발열량을 기준으로 환산하여 보면 약 1900Kcal/kg의 발열량을 얻을 수 있다. 각 물리적 조성별로 구분하기 전의 폐기물을 건조하여 열량계로 발열량을 측정하였으며 측정된 발열량을 이용하여 다음과 같이 고위발열량 및 저위 발열량을 구하였다. On average, the carbon content is about 48-52%, which is about 50% on average, and it has about 38% oxygen. Therefore, the calorific value of about 1900 Kcal / kg can be obtained based on the low calorific value calculated by subtracting the amount of heat required for water evaporation using the same. The waste before drying by each physical composition was dried and calorific value was measured by calorimeter. Using the measured calorific value, high calorific value and low calorific value were calculated as follows.
표 6은 도시폐기물 소각후 발생한 가스조성(H 2 :41%, CO:30%, CH 4 :3%, CO 2 :8%, 기타:18%)으로부터 이론적으로 얻을수 있는 부생 연료가스의 량을 나타낸 것으로 수분중의 H 2 O의 분해에 의해 발생하는 H 2 가스의 량을 합한 배가스의 성분별 함량을 나타낸 것이다.Table 6 is a gas composition occurs after municipal waste incineration the amount of the by-product fuel gas, which obtained theoretically from the (H 2: 18% 41% , CO: 30%, CH 4: 3%, CO 2:: 8%, Other) It shows the content of each component of the flue gas by adding the amount of H 2 gas generated by the decomposition of H 2 O in water.
표 7은 도시폐기물 1톤을 소각처리할 경우, 상기 배가스 성분으로부터 얻을 수 있는 생산전력량을 나타낸 것이다. Table 7 shows that from incineration of one ton of municipal waste, It shows the amount of power that can be produced.
상기 사실로부터 소각후 발생하는 배가스를 전력량으로 환산하면 대략 2840~4130 Kwh/MSW-ton 정도의 전력 발생효과를 볼 수 있다. When the exhaust gas generated after incineration is converted from the above facts into electric power, an electric power generation effect of about 2840-4130 Kwh / MSW-ton can be seen.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 도시폐기물을 고온 용융소각로를 사용하여 소각함으로써 현재 기존 소각로에서 소각후 발생하는 다이옥신 및 중금속 등 심각한 환경문제를 해결할 수 있고 소각후 발생하는 배가스를 전력, 난방 등의 에너지원으로 사용하는 효율성과 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. As described above, according to the present invention, incineration of municipal waste by using a high-temperature melting incinerator can solve serious environmental problems such as dioxins and heavy metals that occur after incineration in existing incinerators at present. There is an effect that can improve the efficiency and economics of using as an energy source.
도 1은 종래의 용융소각장치의 일례도 1 is an example of a conventional melt incineration apparatus
도 2는 용융금속 생산용 용융가스화로를 이용한 용융선철 제조장치의 개략도 Figure 2 is a schematic diagram of a molten pig iron manufacturing apparatus using a molten gas furnace for the production of molten metal
도 3은 본 발명의 폐기물 용융소각장치의 개략도 3 is a schematic view of the waste melt incineration apparatus of the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10..... 제1 수집진기(scruber) 20..... 제2 수집진기(scrubber) 10 ..... first scrubber 20 ..... second scrubber
30...... 고온 사이클론(hot cyclone) 31...... 분진(dust) 취입관 30 ...... hot cyclone 31 ...... dust blown pipe
40..... 용융가스화로(melter-gasifier) 41...... 용융선철 및 슬래그 배출구 40 ..... melt-gasifier 41 ...... Melted pig iron and slag outlet
44..... 산소취입관 50...... 샤프트형 환원로 44 ..... Oxygen Blowing Pipe 50 ......
51...... 원료 및 부원료 장입구 60...... 석탄호퍼(hopper) 51 ...... Charge for raw materials and subsidiary materials 60 ...... Coal hopper
70...... 스크류 콘베이어 80..... 환원철 스크류(DRI screw) 70 ...... Screw Conveyor 80 ..... DRI screw
81,82...... 환원철 수송관 90...... 콤퓨레샤(compressor) 81,82 ...... Reduced iron pipeline 90 ...... Compressor
91..... 냉각가스 91 ..... Cooling Gas
100.....파쇄기 110.....압축기 100 ..... Crusher 110 ..... Compressor
220..... 탄화로 300..... 배가스 세정수단 220 ..... carbonization furnace 300 ..... flue gas cleaning means
310..... 급냉세정탑 320...... 침전조 310 ..... quenching tower 320 ...... sedimentation tank
330..... 스크라버 340..... 활성탄여과기 330 ..... Scrubber 340 ..... Activated Carbon Filter
400...... 용융소각로 420, 421.....배가스 배출관 400 ...... Melting incinerator 420, 421 ..... exhaust gas discharge pipe
500..... 연료가스 저장조 500 ..... fuel gas reservoir
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