KR100489223B1 - A thermal treatment apparatus for solid waste using plasma and its heat treating method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기를 연속적으로 공급하고 폐기물을 주기적으로 투입하면서 플라즈마 제트에 의해 폐기물을 가스화하고, 이 때 발생되는 잔류물을 연소 및 용융시켜 제거하도록 되어 있는 고온의 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention is a thermal treatment apparatus for a solid waste using a high temperature plasma which is configured to gasify the waste by a plasma jet while continuously supplying air and periodically introducing the waste, and to burn and melt and remove the residues generated at this time. And to a method thereof.
본 발명의 고상 폐기물의 열적 처리장치는 급기공(15)을 통해 유입된 급기를 이용해 투입된 폐기물을 열적 처리하고 발생된 배기가스를 배기구(17)를 통해 배출하는 고상 폐기물 열적 처리장치(1)에 있어서, 투입구(31)를 통해 투입된 상기 폐기물을 플라즈마 토치(5)에 의해 일차로 가스화시키는 가스화 챔버(3), 급기공(15)을 통해 상기 가스화 챔버(3)로 일정량의 공기를 주입하는 공기공급장치(11), 상기 가스화 챔버(3)에서 발생된 소각회를 상기 플라즈마 토치(5)에 의해 용융시키도록 상기 가스화 챔버(3)보다 아래쪽에 형성되어 있는 용융 챔버(4), 상기 용융 챔버(4)에 위쪽으로부터 삽입되어 설치되어 있는 상기 플라즈마 토치(5), 및 상기 토치(5)에 의해 용융된 용융물(18)을 제거하도록 상기 용융 챔버(4)의 하단벽면에 관통 형성되어 있는 탭구멍(6)으로 구성된 반응로(2)를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.The thermal treatment apparatus of the solid waste of the present invention is to the solid waste thermal treatment apparatus 1 for thermally treating waste introduced by using the air supply introduced through the air supply hole 15 and discharging the generated exhaust gas through the exhaust port 17. The gas for injecting a predetermined amount of air into the gasification chamber 3 through the air supply hole 15, the gasification chamber 3 for gasifying the waste introduced through the inlet 31 first by the plasma torch 5 The melting chamber 4 and the melting chamber which are formed below the gasification chamber 3 so that the incineration ash generated in the supply apparatus 11 and the gasification chamber 3 is melted by the plasma torch 5. A tab penetratingly formed in the lower wall surface of the melting chamber 4 to remove the plasma torch 5 and the melt 18 melted by the torch 5, which are inserted and installed in the upper portion from the upper side. Consists of holes (6) It characterized in that it comprises a reactor (2).
따라서, 본 발명에 따른 고상 폐기물 열적 처리장치에 의하면, 가스화 챔버에서 급기량을 통제하여 유기성 폐기물을 열분해에 의해 가스화시키고, 용융 챔버에서 미연분들을 고온의 용융온도에서 연소시켜 공기 중에 존재하는 산소와 결합시킴으로써 질소의 질소산화물 형성을 억제할 수 있게 되므로, 유기성 폐기물 처리공정의 후처리 설비에서 질소산화물 처리장치를 제외시킬 수 있게 된다. Therefore, according to the solid waste thermal treatment apparatus according to the present invention, by controlling the air supply amount in the gasification chamber to gasify the organic waste by pyrolysis, and burning the unburned dust at a high melting temperature in the melting chamber and the oxygen present in the air By combining, it is possible to suppress the formation of nitrogen oxides of nitrogen, so that the nitrogen oxide treatment apparatus can be removed from the aftertreatment facility of the organic waste treatment process.
Description
본 발명은 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기를 연속적으로 공급하고 폐기물을 주기적으로 투입하면서 플라즈마 제트에 의해 폐기물을 가스화하고, 이 때 발생되는 잔류물을 연소 및 용융시켜 제거하도록 되어 있는 고온의 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal treatment apparatus for solid waste using plasma and a method thereof, and more particularly, to gasify the waste by plasma jet while continuously supplying air and periodically introducing the waste, and the residue generated at this time. The present invention relates to a thermal treatment apparatus and a method for treating a solid waste by using a high temperature plasma which is to be burned and melted to remove the same.
폐기물 오염방지분야에서의 최근 경향 중의 하나는 유해금속을 함유하고 있는 일반쓰레기나 화학, 석유화학 등의 플랜트에서 발생되는 폐기물을 저온 플라즈마를 사용하여 처리하는 것이다. 따라서 폐기물 처리가 가능한 온도범위 내에서 연소온도를 더욱 증가시킬 수 있게 되므로 생태학적으로 문제를 야기하지 않는 환경규제치 이내로 유해물질의 분해도를 증가시킬 수 있다.One of the recent trends in the field of waste pollution prevention is the treatment of wastes from plants such as general waste, chemicals and petrochemicals containing hazardous metals using low temperature plasma. Therefore, it is possible to further increase the combustion temperature within the temperature range of waste treatment can increase the degree of decomposition of harmful substances within environmental regulations that do not cause ecological problems.
플라즈마를 이용한 소각회의 용융시스템은 소각회 투입부, 플라즈마에 의한 소각회의 가열 및 용융부, 용융물 제거부, 용융 과정중 발생된 가스에 대한 2차 연소부, 배출가스의 냉각 및 청정처리부 등으로 구성되어 있는데 이러한 플라즈마 시스템에서 이미 가연성 폐기물을 소각하는 과정이 소개된 바 있다. Incineration ash melting system using plasma is composed of incineration ash input section, heating and melting section of incineration ash by plasma, melt removal section, secondary combustion section for gas generated during melting process, cooling and clean processing of exhaust gas, etc. The process of incineration of combustible wastes has already been introduced in these plasma systems.
플라즈마에 의해 발생되는 높은 열은 공기 중에 있는 질소와 산소를 서로 반응하게 하여 질소산화물을 형성한다. 따라서 정부에서 요구하는 환경규제치의 적정조건을 만족시키기 위해 질소산화물을 감소시키려면 적정량의 코크스를 용융로에 공급하여 노 내부를 환원성 분위기로 만들어 주며, 동시에 소각회의 용융물인 슬래그를 용융로 밖으로 연속적으로 배출시키거나 노를 기울여 주기적으로 배출시키고 있다. 그런데, 위와 같은 종래의 처리방법은 주기적으로 용융금속을 제거해야 하므로 보다 복잡한 설계가 필요하며 금속 제거작업을 위해 소각회 처리공정을 중단시켜야 하는 단점을 가지고 있었다.The high heat generated by the plasma causes nitrogen and oxygen in the air to react with each other to form nitrogen oxides. Therefore, in order to reduce nitrogen oxides in order to satisfy the government's requirements for environmental regulation, an appropriate amount of coke is supplied to the furnace to make the furnace inside a reducing atmosphere. Or periodically by tilting the furnace. However, the conventional treatment method as described above requires a more complicated design because the molten metal needs to be periodically removed, and has the disadvantage of stopping the incineration process for metal removal.
또한, 융융 조건을 적정화하기 위해 여러 종류의 폐기물들이 혼합된 폐기물을 간헐적으로 투입하고, 플라즈마에 의해 불활성 물질을 용융시키며, 용융물을 유리상 및 금속상으로 분리시키고, 이들을 분리 제거하며, 2차 연소, 가스의 냉각 및 청정을 포함하는 고정 상식의 방사성 폐기물 처리용 플라즈마 아크 공정이 발표된 바 있으나, 이 방법도 용융 금속을 주기적 제거해야 하기 때문에 폐기물을 연속적으로 처리하는 공정이 중단된다는 단점이 있다. 또한 연도(flue) 가스내 질소산화물의 함량을 줄이기 위하여 공정을 수정하거나 배가스 순환 또는 처리 시스템에 질소산화물 제거를 위한 장치를 추가 장착해야 한다는 문제점이 있었다.In addition, in order to optimize the melting conditions, the waste mixed with several kinds of wastes is intermittently introduced, the inert material is melted by the plasma, the melt is separated into the glass and metal phases, and they are separated and removed, and the secondary combustion, Although a plasma arc process for treating radioactive waste with fixed common sense including cooling and cleaning of gas has been published, this method also has a disadvantage in that the process of continuously processing waste is stopped because molten metal needs to be periodically removed. In addition, in order to reduce the content of nitrogen oxides in the flue gas (flue), there was a problem in that a process for modifying the process or additional equipment for removing nitrogen oxides in the exhaust gas circulation or treatment system must be installed.
따라서, 본 발명은 위와 같은 종래의 플라즈마를 이용한 폐기물 처리장치와 방법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유해금속을 함유하고 있는 도시 쓰레기나 화학, 석유화학 플랜트 등에서 발생되는 산업 폐기물을 중단 없이 연속적으로 처리할 수 있으며, 수평방향으로 확장된 가스화 챔버의 길이가 충분히 크므로 유기성 물질들이 가스화 챔버에서 연소됨으로써 용융 챔버에서의 용융과는 별도로 용융이 진행될 수 있으며, 또한, 산소가 적을 경우에는 용융실에서 산소가 결핍되므로 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있고, 이때 생성되는 용융실에서의 가스와 가스화 챔버에서 만들어진 생성물 CO, H2, CH4 등은 공기혼합기에서 완전 혼합된 후 2차 연소챔버에서 완전 연소될 수 있도록 하는 데 그 목적이다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems of the conventional waste treatment apparatus and method using the above-mentioned plasma, and stops industrial wastes generated from municipal waste, chemicals, petrochemical plants, etc. containing hazardous metals. It can be processed continuously without, and the length of the gasification chamber extended in the horizontal direction is large enough so that the organic material is burned in the gasification chamber, so that the melting can proceed separately from the melting in the melting chamber. Since oxygen is deficient in the melting chamber, the amount of nitrogen oxides can be reduced. At this time, the gas in the melting chamber and the products CO, H 2 and CH 4 produced in the gasification chamber are completely mixed in the air mixer and then secondary combustion. The purpose is to allow complete combustion in the chamber.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 급기공을 통해 유입된 급기를 이용해 투입된 폐기물을 열적 처리하고 발생된 배기가스를 배기구를 통해 배출하는 고상 폐기물 열적 처리장치에 있어서, 투입구를 통해 투입된 폐기물을 플라즈마 토치에 의해 일차로 가스화시키는 가스화 챔버, 급기공을 통해 가스화 챔버로 일정량의 공기를 주입하는 공기공급장치, 가스화 챔버에서 발생된 소각회를 플라즈마 토치에 의해 용융시키도록 가스화 챔버보다 아래쪽에 형성되어 있는 용융 챔버, 이 용융 챔버에 위쪽으로부터 삽입되어 설치되어 있는 플라즈마 토치, 및 토치에 의해 용융된 용융물을 제거하도록 용융 챔버의 하단벽면에 관통 형성되어 있는 탭구멍으로 구성된 반응로를 포함하고 있는 고상 폐기물 열적 처리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a solid-state waste thermal treatment apparatus for thermally treating waste introduced by supplying air supplied through an air supply hole and discharging the generated exhaust gas through an exhaust port. Gasification chamber to first gasify by means, an air supply device for injecting a certain amount of air into the gasification chamber through the air supply hole, and a melt formed below the gasification chamber to melt an incineration generated in the gasification chamber by a plasma torch A solid waste thermal treatment comprising a chamber, a plasma torch inserted into the melting chamber from above, and a reactor consisting of a tap hole formed through the bottom wall of the melting chamber to remove the melt melted by the torch. Provide the device.
또한, 본 발명은 반응로 내부에 주기적으로 폐기물을 투입하는 단계, 반응로 안으로 공정조건에 따라 공기를 주입하는 단계, 플라즈마 토치에서 발생된 플라즈마 제트의 열로 가스화 챔버 내에서 폐기물을 가스화시키는 단계, 폐기물 가스화 단계에서 연소하지 않고 잔류하는 소각회를 용융 챔버 내에서 용융시키는 단계, 용융단계에서 발생된 용융물을 슬래그욕에서 배출시키는 단계, 가스화 단계 및 용융단계에서 발생하는 가스를 2차 연소용 챔버에서 재차 연소시키는 단계, 및 2차 연소 단계에서 2차 연소후 배출되는 배기가스를 정화시키는 단계로 구성되어 있는 고상 폐기물 열적 처리방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of periodically injecting waste into the reactor, the step of injecting air into the reactor according to the process conditions, the step of gasifying the waste in the gasification chamber with the heat of the plasma jet generated in the plasma torch, waste Melting the incineration ash remaining in the melting chamber without burning in the gasification step, discharging the melt generated in the melting step from the slag bath, and gas generated in the gasification step and the melting step again in the secondary combustion chamber It provides a solid waste thermal treatment method comprising the step of burning, and the step of purifying the exhaust gas discharged after the second combustion in the second combustion step.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리장치를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a thermal treatment apparatus for a solid waste using plasma according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 열적 처리장치는 도 1에 도면번호 1로 도시된 바와 같이, 처리해야 할 폐기물이 담겨 있는 상자(20-1,20-2,20-3)와 푸셔(37) 등으로 이루어진 폐기물 공급시스템(30), 폐기물 가스화 챔버(3), 용융 챔버(4), 용융용 플라즈마 토치(5), 용융된 슬래그 용융물(18)를 외부로 배출되도록 하는 탭(tap)구멍(6), 슬래그욕(7), 배가스 혼합장치(8), 열분해되거나 미연소된 물질들을 완전 연소시키기 위한 2차 연소실(9), 배가스 청정장치(10), 전체 공정에 필요한 공기를 공급하는 공기공급장치(11) 등으로 구성되어 있다. Thermal treatment apparatus of the present invention, as shown by reference number 1 in Figure 1, the waste supply consisting of boxes (20-1, 20-2, 20-3) and the pusher 37, etc. containing the waste to be treated System 30, waste gasification chamber 3, melting chamber 4, plasma torch 5 for melting, tap hole 6 for allowing molten slag melt 18 to be discharged to the outside, slag bath (7), flue gas mixing device (8), secondary combustion chamber (9) for complete combustion of pyrolyzed or unburned materials, flue gas purifier (10), air supply (11) for supplying air for the entire process And the like.
여기에서, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리장치(1)는 폐기물 공급장치(30)에 연속하여 폐기물 가스화를 위한 수평형 챔버(3)가 놓여져 있고, 이 가스화 챔버(3)에는 공기공급장치(11)가 급기공(15)을 통해 연결되어 있다. 가스화 챔버(3)는 용융 챔버(4)의 용융면 위로 0.5 m 이하의 높이(h)에 설치되어 있으며, 가스화 챔버(3)로부터 플라즈마 토치(5)의 불꽃 중심축까지의 수평거리(ℓ)는 높이(h)와 같거나 높이(h)보다 커야 한다. 그리고 2차 연소장치(9)와 가스화 챔버(3)를 연결하는 가스 덕트(19)는 배가스 혼합장치(9)와 연결되어 있다. 이 때, 가스화 챔버(3)의 수평 길이는 폐기물 상자(20-1,20-2,20-3)보다 2배 이상의 길이를 가져야 한다.Here, in the thermal treatment apparatus 1 for solid waste using plasma according to the present invention, a horizontal chamber 3 for gasification of waste is disposed in series with the waste supply device 30, and in this gasification chamber 3, The air supply device 11 is connected through the air supply hole 15. The gasification chamber 3 is provided at a height h of 0.5 m or less above the melting surface of the melting chamber 4, and the horizontal distance ℓ from the gasification chamber 3 to the flame central axis of the plasma torch 5. Must be equal to or greater than height h. And the gas duct 19 which connects the secondary combustion apparatus 9 and the gasification chamber 3 is connected with the waste gas mixing apparatus 9. At this time, the horizontal length of the gasification chamber (3) should have a length more than twice the waste boxes (20-1, 20-2, 20-3).
이하, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the thermal treatment method of the solid waste using the plasma according to the present invention.
먼저, 폐기물을 함유한 상자(20-1,20-2,20-3)는 폐기물 공급장치(30)에 의해 20-1, 20-2, 20-3의 순서로 이동하면서 가스화 챔버(3)에 일정한 시간 간격을 가지고 주기적으로 투입된다. 이 때, 가스화 챔버(3)의 측면에 위치한 공기공급장치(11)를 통해 공급되는 공기와 용융 챔버(4)로부터 공급되는 고온 다량의 열량에 의해 폐기물은 가스화된다. 이 때, 적은 양의 공기가 공급되면 일산화탄소, 수소, 메탄등이 높은 농도로 나타난다. 폐기물 중 반응이 미처 일어나지 못한 미연소 잔류물이나 폐기물 중 연소가 불가능한 무기물인 소각회는 반응로 하부에 위치한 용융 챔버(4)의 내부에 각도(α1) 기울기로 쌓여지며, 이 때의 각도는 30∼45°를 유지하면서 쌓이게 된다. 이 각도를 유지하면 연속적으로 용융 챔버(4)로 투입되는 소각회는 토치(5)의 불꽃에 접촉하기 용이하도록 근접한 위치에 공급되어지게 된다. 따라서 플라즈마 토치(5)에서 발생하는 불꽃에 의해 다량의 열량이 발생하여 반응로 벽이 가열되어지며 소각회는 용융되어 슬래그욕(7)에 충진된다. 이 때 폐기물 공급장치(30)에 의해 투입되는 폐기물들은 플라즈마 토치(5)에 의해 공급되는 열량에 의해 탄화수소로 열분해되어 가스화 챔버(3)에 공급되는데, 이러한 성분들이 완전연소를 위해 반응로내에 존재하는 공기중 산소성분과 결합함으로써 고온에서 공기 중 질소성분에 의한 질소산화물 형성을 억제하게 된다. First, the boxes 20-1, 20-2, and 20-3 containing waste are moved by the waste supply device 30 in the order of 20-1, 20-2, and 20-3, while the gasification chamber 3 It is injected periodically at regular time intervals. At this time, the waste is gasified by the air supplied through the air supply device 11 located on the side of the gasification chamber 3 and the high temperature and large amount of heat supplied from the melting chamber 4. At this time, when a small amount of air is supplied, carbon monoxide, hydrogen, and methane are present in high concentration. Incineration ash, which is unburned residues or non-combustible minerals in the wastes, is accumulated at an angle α1 inside the melting chamber 4 located in the lower part of the reactor, and the angle is 30 It accumulates while keeping -45 degrees. If this angle is maintained, the incineration ash continuously introduced into the melting chamber 4 will be supplied to a position close to the flame of the torch 5 so as to be easily contacted. Therefore, a large amount of heat is generated by the flame generated by the plasma torch 5, the wall of the reactor is heated, and the incineration ash is melted and filled in the slag bath 7. At this time, the wastes input by the waste supply device 30 are pyrolyzed into hydrocarbons and supplied to the gasification chamber 3 by the amount of heat supplied by the plasma torch 5, and these components are present in the reactor for complete combustion. By combining with the oxygen component in the air to suppress the formation of nitrogen oxides by the nitrogen component in the air at a high temperature.
공기 플라즈마 토치(5)에서는 플라즈마를 형성하기 위해 공기가 공급되므로 외부에서 추가로 투입되는 소량의 공기에도 용융 챔버에는 과잉의 산소가 존재하게 된다(과잉산소계수 α > 1). 따라서, 이와 같이 산소가 충분히 공급되는 조건에서 미연소 잔류물이 산화되면 발열반응이 일어나므로 보조적인 열량공급원이 될 수 있다. 용융 챔버(4)에서 용융되어 슬래그욕(7)에 충진된 용융물(18)은 탭구멍(6)을 통해 반응로(2) 외부로 흘러 넘쳐 연속적으로 또는 주기적으로 제거된다.In the air plasma torch 5, since air is supplied to form a plasma, excess oxygen is present in the melting chamber even in a small amount of air additionally introduced from the outside (excess oxygen coefficient α> 1). Thus, if the unburned residue is oxidized under the conditions in which oxygen is sufficiently supplied, an exothermic reaction may occur and thus may be an auxiliary calorific source. The melt 18 melted in the melting chamber 4 and filled in the slag bath 7 flows out of the reactor 2 through the tap hole 6 and is removed continuously or periodically.
약 2,000℃정도의 분위기를 유지하는 플라즈마의 높은 온도와 많은 양의 공기투입으로 나타나는 산화성 분위기 때문에 용융단계에서 형성된 가스는 많은 양의 질소산화물을 함유하고 있다. 그러나 가스화 챔버(3)에서 가스화 공정 중에 탄소산화물을 형성시키므로 노(2) 내 산소를 소모하게 되어 용융 챔버(4)에서의 질소산화물 생성을 효과적으로 억제하게 된다. 또한, 가스화 챔버(3)와 2차 연소장치(9)의 사이를 연결하는 가스 덕트(19)에는 용융 챔버(4)로부터 발생한 가스가 가스화 챔버(3)에서의 가스화 공정 중에 형성된 가스와 혼합되는 배가스 혼합장치(8)가 설치되어져 있다. 따라서 혼합된 가스 중에 존재하는 불완전 연소 생성물들은 2차 연소장치(9)에서 완전 연소되고 배가스 청정장치(10)에서 청정화 된 다음 대기 중으로 방출된다.The gas formed in the melting step contains a large amount of nitrogen oxides because of the high temperature of the plasma, which maintains an atmosphere of about 2,000 ° C., and the oxidative atmosphere resulting from a large amount of air injection. However, since the carbon oxide is formed in the gasification process in the gasification chamber 3, the oxygen in the furnace 2 is consumed to effectively suppress the generation of nitrogen oxide in the melting chamber 4. In addition, in the gas duct 19 connecting between the gasification chamber 3 and the secondary combustion device 9, the gas generated from the melting chamber 4 is mixed with the gas formed during the gasification process in the gasification chamber 3. An exhaust gas mixing device 8 is provided. The incomplete combustion products present in the mixed gas are thus completely combusted in the secondary combustion device 9 and cleaned in the exhaust gas purifier 10 and then released into the atmosphere.
도 2는 4㎏의 폐기물을 1회 투입할 때 2차 연소시 발생하는 배가스 중 질소 산화물량 및 탄소 산화물량 변화에 대한 실험 결과이다. 도면에서 보는 것처럼 질소산화물은 혼합기로부터 나오는 배가스중 탄소산화물량이 10%를 초과할 경우 효과적으로 억제된다. 이에 대한 이유로는 폐기물 중에 탄소량이 많거나 외부에서 코크스와 같은 다량의 탄소를 함유하고 있는 물질을 투입하면 상대적으로 공기중의 질소는 산소와 접촉할 기회가 적어지게 되고, 따라서 질소산화물의 생성이 억제되기 때문이다.2 is an experimental result of the nitrogen oxide amount and carbon oxide amount change in the exhaust gas generated in the second combustion when 4 kg of waste is added once. As shown in the figure, nitrogen oxides are effectively suppressed when the amount of carbon oxides in the exhaust gas from the mixer exceeds 10%. The reason for this is that when a large amount of carbon in the waste or a material containing a large amount of carbon such as coke is introduced, the nitrogen in the air is less likely to come into contact with oxygen, thus suppressing the production of nitrogen oxides. Because it becomes.
이와 같이 폐기물 처리 시 질소산화물 발생 억제를 위해서는 위와 같은 조건들을 고려하는 것이 공정의 적절한 운영을 위해 필수적인 사항이 된다. 또한 폐기물을 주기적으로 투입하되 투입간의 시간간격이 1회 투입된 폐기물의 가스화가 진행되는 시간보다 작게 함으로써, 하나의 가스화 구간에서 여러 번 투입을 하게 되면 가스화 시 발생하는 생성물들이 연속적으로 발생하게 되므로, 결국 서로 중첩되어 질소산화물의 발생을 억제하게 된다. 이러한 실험의 결과는 도 3에서 볼 수 있는데 3분 동안 4㎏의 폐기물을 투입한 경우 10% 이상의 탄소산화물과 200 ppm이하의 질소산화물이 발생하는데 이는 환경 규제치 200 ppm을 만족하는 값이다. As such, it is essential for the proper operation of the process to consider the above conditions in order to suppress the generation of nitrogen oxides in waste treatment. In addition, the waste is periodically injected, but the time interval between the inputs is smaller than the time of the gasification of the wastes once injected, so that the product generated during the gasification is generated continuously when multiple injections are made in one gasification section. Overlapping each other to suppress the generation of nitrogen oxides. The results of these experiments can be seen in FIG. 3, when 4 kg of waste is added for 3 minutes, more than 10% of carbon oxides and less than 200 ppm of nitrogen oxides are generated, which satisfies the environmental regulation value of 200 ppm.
투입간격이 5분일 경우에는 질소 산화물량은 짧은 시간에 300 ppm을 초과하였다. 따라서 200 ppm 이하의 환경 규제치에는 만족하지 못하였다(도 4). 투입간격이 7분일 때에는 환경 규제치를 완전히 벗어나게 되므로 공정으로 적용하기에는 부적당하다. 만약 투입간격이 3분 이하일 경우에는 펄스형상으로 발생되는 탄소산화물이 더욱 완만해졌으며 질소산화물의 양도 감소하였다.When the input interval was 5 minutes, the amount of nitrogen oxides exceeded 300 ppm in a short time. Therefore, the environmental regulation value of 200 ppm or less was not satisfied (FIG. 4). When the input interval is 7 minutes, the environmental regulations are completely out of order, which is not suitable for the process. If the input interval was less than 3 minutes, the carbon oxide generated in the pulse shape became more gentle and the amount of nitrogen oxide decreased.
그러나 투입간격이 2분 이하일 경우에는 즉, 폐기물을 너무 자주 투입하게 되면 가스화시 발생하는 생성물의 양이 급증하게 되므로 반응로는 이들 생성물들을 처리할 수가 없게 된다. 이렇게 투입시간 간격을 줄이는 것은 기술적, 경제적 관점으로도 바람직하지 않다. 슬래그 상에서 플라즈마 제트의 영향으로 그리고 방출된 가스의 버블에 의해 용융물은 0.5m의 높이까지 스퍼터링(sputtering)된다는 것이 용융공정 조사에서 밝혀졌다. 튀어 오른 많은 양의 용융 슬래그들이 가스화 챔버에 있는 폐기물 표면에 떨어지게 되면 무기물인 슬래그가 폐기물중 유기물 성분의 표면에 부착되어 유기물의 정상적인 연소화를 방해하게 되므로 가스화 공정이 중단될 수도 있다. 이러한 중단현상을 피하기 위해 가스화 챔버(3) 바닥은 용융 슬래그들이 플라즈마 제트의 영향을 받지 않도록 용융 챔버(4)의 용융면 위로 0.5m 이하의 높이(h)로 설계되어야 한다(도 1 참조).However, if the input interval is less than 2 minutes, that is, if the waste is added too frequently, the amount of products generated during gasification increases rapidly, and the reactor cannot process these products. This reduction in input time intervals is also undesirable from a technical and economic point of view. It has been found in the melt process investigation that the melt is sputtered to a height of 0.5 m under the influence of the plasma jet on the slag and by the bubbles of released gas. When a large amount of splashed molten slag falls on the surface of the waste in the gasification chamber, the gasification process may be stopped because the inorganic slag adheres to the surface of the organic component in the waste, preventing the normal combustion of the organic matter. To avoid this interruption, the bottom of the gasification chamber 3 should be designed with a height h of 0.5 m or less above the melting surface of the melting chamber 4 so that the molten slag is not affected by the plasma jet (see FIG. 1).
그리고, 토치(5) 음극과 양극인 바닥 전극간에 적절한 통전이 일어나도록 하기 위해서는 소각회 및 미연소 잔재물들이 용융 슬래그욕(7) 내의 용융물과 아크 접촉지역에는 가능한 들어가지 않도록 하여야 하며 플라즈마 제트에 의해 용융된 슬래그가 충분히 유동됨으로써 용융 챔버(4) 안으로 투입되는 소각회가 연속적으로 용융될 수 있도록 유도되어야 한다. 이 때 투입되는 소각회가 용융 챔버(4) 내에 쌓여지는 기울기는 추가로 투입되는 잔재물이 용융 슬래그욕(7)에 적절하게 투입될 수 있도록 α1 = 30 ~ 45°정도로 하며, 폐기물이 노내에서 이동 중에 충분히 예열될 뿐만 아니라 폐기물 중 유기성분들의 가스화가 충분히 진행될 수 있도록 가스화 챔버(3)에서 플라즈마 토치(5)로부터의 불꽃이 용융면에 닿을 때의 축선까지의 수평거리(ℓ)는 높이(h)와 같거나 크게 하여야 한다. 또한 실험에 의하면 가스화 공정이 연속적으로 진행되고 질소산화물의 생성을 효과적으로 억제하기 위해서는 가스화 챔버(3)의 길이가 폐기물 용기(201-,20-2,20-3)의 2배 이상이 되어야 한다. 그러면 연속공정 중에는 가스화 구역에서 도 1의 20-1의 위치와 20-2의 위치에서와 같이 동시에 여러 개의 상자가 있게 되므로 그 조성은 평균치가 되어, 결국 연속공정에서는 가스화 공정이 중단 없이 일어나게 되고, 따라서 배가스의 혼합도 적절하게 일어날 수 있게 된다.In order to ensure proper conduction between the torch 5 cathode and the anode bottom electrode, incineration ash and unburned debris should not enter the melt and arc contact area in the molten slag bath 7 as much as possible. The molten slag must be sufficiently flowed so that the incineration ash introduced into the melting chamber 4 can be continuously melted. The inclination of the incineration ash injected at this time is accumulated in the melting chamber 4 is about α1 = 30 to 45 ° so that additionally added residue can be properly introduced into the molten slag bath 7, and the waste moves in the furnace. The horizontal distance l to the axis when the flame from the plasma torch 5 touches the molten surface in the gasification chamber 3 so that not only is it sufficiently preheated but also gasification of the organic components in the waste proceeds at a height h Must be equal to or greater than). In addition, experiments show that the gasification chamber 3 must be at least twice the length of the waste containers 201-, 20-2, and 20-3 in order for the gasification process to proceed continuously and effectively suppress the generation of nitrogen oxides. Then, during the continuous process, there will be several boxes at the same time as in the position of 20-1 and 20-2 of FIG. 1 in the gasification zone, so the composition is averaged, and eventually the gasification process will occur without interruption in the continuous process. Therefore, the mixing of flue gas can also occur appropriately.
이와 같이 본 발명에 따른 고상 폐기물 처리방법은, Thus, the solid waste treatment method according to the present invention,
- 가스화 단계에서 고온이면서 산소가 결핍된 조건에서의 반응으로 CO, H2, CH4 등이 형성되는 환원성 분위기-Reducing atmosphere where CO, H 2 , CH 4, etc. are formed by reaction under high temperature and oxygen deficient condition in gasification stage
- 소각회가 용융되는 단계에서 폐기물로부터 투입되는 잔류 미연소 물질들이 용융 챔버내에 존재하고 있는 산소와 반응하게 되는 산화성 분위기Oxidative atmosphere where residual unburned materials introduced from the waste at the stage of incineration ash react with oxygen present in the melting chamber
등의 가스화 챔버(3)에서의 환원성 분위기 구역과 용융 챔버(4)에서의 산화성 분위기 구역의 2개 구역으로 나뉘어 반응이 진행된다.The reaction proceeds by being divided into two zones: a reducing atmosphere zone in the gasification chamber 3 and the like, and an oxidizing atmosphere zone in the melting chamber 4.
용융단계에서는 용융온도에 의해 슬래그 용융물이 형성되면서 반응로에서의 폐기물 처리반응이 구역별로 나누어지고, 가스화, 연소, 용융 공정이 중단되지 않고 연속적으로 진행되며 슬래그 용융물이 탭구멍(6)을 통해 연속적으로 또는 주기적으로 배출된다. 이때 용융 챔버(4)에서 만들어진 가스생성물은 가스화 챔버(3)에서 폐기물 분해시 만들어진 가스 생성물과 배가스 혼합장치(9)에서 혼합된다. 그리고 2차 연소가 되도록 2차 연소장치(9)에 공기공급장치(11)을 통하여 추가로 공기가 공급되면서 완전 연소가 이루어지게 된다.In the melting stage, slag melt is formed by the melting temperature, and the waste treatment reaction in the reactor is divided into zones, and the gasification, combustion, and melting processes are continuously performed without interruption, and the slag melt is continuously passed through the tap hole 6. Or periodically discharged. At this time, the gas product made in the melting chamber 4 is mixed with the gas product made during waste decomposition in the gasification chamber 3 and the exhaust gas mixing device 9. And further combustion is made while additional air is supplied to the secondary combustion device 9 through the air supply device 11 so as to become secondary combustion.
이상, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 고상 폐기물의 열적 처리장치 및 그 방법에 의하면, 고상 폐기물에 대한 플라즈마 열적 처리 시 질소산화물의 발생량이 감소하므로 처리공정의 생태학적 효율성을 증대시킬 수 있을 뿐 아니라, 반응로를 통해 폐기물의 처리가 중단 없이 연속적으로 진행될 수 있으므로 경제적인 효율성도 한 층 증대시킬 수 있게 되며, 따라서 배가스 중 질소산화물에 대한 청정장치를 별도로 구비하지 않고도 유해금속을 함유하고 있는 폐기물의 효과적인 처리가 가능하게 된다.Above, according to the thermal treatment apparatus and method of the solid waste using the plasma according to the present invention, the amount of nitrogen oxides generated during the plasma thermal treatment of the solid waste is reduced, so as to increase the ecological efficiency of the treatment process, The reactor can be continuously processed without interruption, thereby further increasing economic efficiency. Therefore, it is possible to effectively remove wastes containing harmful metals without having to separately provide a clean device for nitrogen oxides in exhaust gas. Processing becomes possible.
도 1은 본 발명에 따른 고상 폐기물의 열적 처리장치에 대한 개략도.1 is a schematic view of a thermal treatment apparatus for solid waste according to the present invention.
도 2는 폐기물 1회 투입시 배가스 중 질소산화물 및 탄소산화물의 시간경과에 따른 농도변화를 나타내는 그래프. Figure 2 is a graph showing the change in concentration over time of the nitrogen oxide and carbon oxide in the flue gas at the time of waste input once.
도 3은 폐기물 투입 후 3분 경과 후의 변화를 나타낸 도 2의 그래프. Figure 3 is a graph of Figure 2 showing the change after 3 minutes after the waste input.
도 4는 폐기물 투입 후 5분 경과 후의 변화를 나타낸 도 2의 그래프.Figure 4 is a graph of Figure 2 showing the change after 5 minutes after the waste input.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 폐기물 열적 처리장치 2 : 반응로1: waste thermal treatment device 2: reactor
3 : 가스화 챔버 4 : 용융 챔버3: gasification chamber 4: melting chamber
5 : 토치 6 : 탭구멍5: torch 6: tapped hole
7 : 슬래그욕 8 : 배가스 혼합장치7: slag bath 8: flue gas mixing device
9 : 2차 연소실 10 : 배가스 청정장치9: secondary combustion chamber 10: exhaust gas purifier
11 : 공기공급장치 15 : 급기공11: air supply device 15: air supply
17 : 배기구 18 : 용융물17: exhaust port 18: melt
19 : 가스 덕트 20-1,-2,-3 : 폐기물 상자19: gas duct 20-1, -2, -3: waste box
30 : 폐기물 공급시스템 31 : 투입구30: waste supply system 31: inlet
33 : 투입구 개폐도어 37 : 푸셔33: opening and closing door 37: pusher
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