KR100495317B1 - 속각재 용융 시스템 - Google Patents

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KR100495317B1 KR10-2002-0013856A KR20020013856A KR100495317B1 KR 100495317 B1 KR100495317 B1 KR 100495317B1 KR 20020013856 A KR20020013856 A KR 20020013856A KR 100495317 B1 KR100495317 B1 KR 100495317B1
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Abstract

본 발명은 폐기물 및 저급 연료를 가스화 용융 또는 소각 용융하는 시스템 내에서 발생된 소각재를 다시 용융하는 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명의 시스템은 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 공급받는 공급장치와, 공급장치에서 공급된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 배가스 및 슬랙을 생성하는 용융로와, 용융로의 배가스를 집진하는 집진 설비와, 집진 설비를 통과한 배가스를 세정하는 세정 설비와, 세정 설비를 통과한 배가스를 외부로 보내는 굴뚝(소각 용융 시스템인 경우) 또는 가스 재활용 설비(가스화 용융 시스템인 경우)와, 용융로의 슬랙(바닥재 포함)으로부터 완전 용융되지 않는 바닥재와 슬랙을 분리하는 분리 설비와, 집진 설비 및 세정 설비에서 소각재(바닥재 또는 비산재)를 수집하는 소각재 저장호퍼와, 소각재 저장호퍼에서 수집된 소각재를 액상 폐기물과 혼합하여 슬러리로 만들고 슬러리의 소각재 및 액상 폐기물을 용융로의 용융 원료로 공급하는 폐유 및 소각재 혼합/공급장치를 포함한다. 그러므로, 본 발명은 쓰레기 등의 폐기물을 가스화 또는 소각 용융할 때 배출되는 소각재를 수집한 후에 폐유와 같은 액상 폐기물과 소각재를 혼합하여 용융로에 다시 공급하여 용융시키는 방법을 채택함으로써 배출되는 소각재의 양을 최대한 감소시킬 수 있고 액상 폐기물의 재활용이 가능하다.

Description

소각재 용융 시스템{ASH MELTING SYSTEM}
본 발명은 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융시 발생되는 소각재를 처리하는 용융 시스템에 관한 것으로서, 특히 대상 폐기물을 공기와 같은 산화제와 함께 용융로에 공급해서 폐기물내의 가연분은 가스화 또는 소각을, 불연분을 용융시켜 슬랙으로 처리하는 소각재 용융 시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융시 발생된 소각재를 처리하는 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융 시스템(1)은 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 공급받는 공급장치(10)와, 공급장치(10)에서 공급된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 배가스 및 슬랙(바닥재 포함)을 생성하는 용융로(20)와, 용융로(20)의 배가스를 집진하는 집진 설비(30)와, 집진 설비(30)를 통과한 배가스를 세정하는 세정 설비(40)와, 세정 설비(40)를 통과한 배가스를 외부로 보내는 굴뚝(50)와, 용융로(20)의 슬랙(바닥재 포함)으로부터 완전 용융되지 않는 바닥재와 슬랙을 분리하는 분리 설비(80)와, 집진 설비(30) 및 세정 설비(40)에서 각각 포집된 비산재와 분리 설비(80)에서 분리된 바닥재를 저장하는 소각재 저장호퍼(60)를 포함한다. 종래 소각재 용융 시스템(1)에서 굴뚝(50) 대신에 가스 재활용 설비(90)를 구비하여 가스화 용융 시스템으로서 사용될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융 시스템(1)은 공급장치(10)를 통해 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 혼합해서 용융로(20)에 공급한다. 용융로(20)에서는 혼합된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 배가스 및 슬랙(바닥재 포함)을 생성한다. 집진 설비(30)에서는 용융로(20)의 배가스를 집진하고 세정 설비(40)는 집진 설비(30)를 통과한 배가스를 세정하여 비산재를 추출한다. 이러한 비산재는 소각재 저장호퍼(60)에 저장되고 집진 설비(30) 및 세정 설비(40)를 통해 비산재가 제거된 배가스는 굴뚝(50) 또는 가스 재활용 설비(90)를 통해 외부로 배출된다. 또한 용융로(20)에서 슬랙과 함께 배출된 바닥재는 분리 설비(80)의 선별 과정을 통해 바닥재와 슬랙으로 따로 분리된 후, 바닥재만이 소각재 저장호퍼(60)로 공급되어 저장된다.
한편 종래 기술에 의한 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융 시스템(1)에서 발생된 소각재는 다음과 같은 3가지 경로로 소각재 저장호퍼(60)에 저장된 소각재를 처리하고 있다.
첫 번째는 도면 부호 a와 같이, 소각재를 공급장치(10)에 보내서 다시 처리대상 시료(폐기물 또는 저급 연료와 산화재)와 함께 혼합하여 용융로(20)로 공급하고 이를 용융시키는 방법으로서, 배출된 소각재를 다시 용융시키기 때문에 용융 시스템(1)에서 배출되는 소각재의 양을 최소화시킬 수 있다.
두 번째는 도면 부호 b와 같이, 소각재를 특별한 처리없이 매립하는 방법이지만, 대상 시료의 용융 온도 이상에서 작동되는 용융로(20)의 특성상 소각재에는 많은 중금속 등이 함유되어 있기 때문에 지정 폐기물로 분류해서 매립해야만 하는데 이때 고가의 비용이 소요되고 매립시 발생되는 침출수 등으로 인해 지하수 및 토양을 오염시키는 환경 오염의 문제가 있다.
세 번째는 도면 부호 c와 같이, 소각재를 별도의 열 및 화학적처리 장치(70)에서 처리하여 벽돌과 같은 건자재 등으로 재활용하는 방법이다. 이때, 열 및 화학적처리 장치(70)의 한 예로는 용융로를 들 수 있는데, 별도의 용융로에서 처리하는 세 번째 방법에서는 오일이나, 가스 등의 열 연료를 사용하여 용융시키는 방법과 플라즈마와 같은 전기 에너지를 이용한 용융 방법이 주로 사용된다. 하지만, 플라즈마를 이용하는 열 용융 방법은 고온의 플라즈마 가스를 사용하여 용융시키기 때문에 질소산화물의 과도한 배출 등의 문제점을 야기한다. 또한 화학적으로 처리하는 방법의 하나인 고형화 처리 기술이 있는데, 이러한 처리는 소각재의 부피 증가를 초래할 뿐만 아니라, 장기간 사용하였을 경우 소각재내 중금속 등이 용출되지 않도록 처리하는데 필수적인 고가의 약품 첨가 또는 중금속의 침출에 의한 지하수 및 토양의 오염 등의 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 소각재의 매립, 열 및 화학적 처리기술을 통한 재활용의 문제점을 해결하기 위하여 쓰레기 등의 폐기물 또는 저급 연료를 가스화 용융 또는 소각 용융할 때 배출되는 물질 즉, 배가스내의 비산재, 슬랙내의 바닥재를 수집한 후에 폐유와 같은 액상 폐기물과 소각재를 혼합하여 용융로 본체에 다시 공급하여 용융시킴으로써 용융처리되는 소각재의 양을 증가시킬 수 있고 액상 폐기물의 재활용이 가능한 소각재 용융 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공급장치에서 공급된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 바닥재를 포함한 슬랙과 배가스를 생성하는 용융로와, 용융로의 배가스를 집진 및 세정해서 비산재를 생성하는 집진 및 세정 설비와, 집진 설비 및 세정 설비에서 비산재를 수집하는 소각재 저장호퍼를 포함한 폐기물과 저급 연료를 가스화 용융 또는 소각 용융하는 시스템에 있어서, 소각재 저장호퍼에서 수집된 비산재와 용융로의 바닥재를 액상 폐기물과 혼합하여 슬러리로 만들고 슬러리를 용융로에 용융 원료로 공급하는 폐유 및 소각재 혼합/공급장치로 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융시 발생된 소각재를 용융하는 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융 시스템(100)은 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 공급받는 공급장치(110)와, 공급장치(110)에서 공급된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 배가스 및 슬랙(바닥재 포함)을 생성하는 용융로(120)와, 용융로(120)의 배가스를 집진하는 집진 설비(130)와, 집진 설비(130)를 통과한 배가스를 세정하는 세정 설비(140)와, 세정 설비(140)를 통과한 배가스를 외부로 보내는 굴뚝(150)과, 용융로(120)의 슬랙(바닥재 포함)으로부터 완전 용융되지 않는 바닥재와 슬랙을 분리하는 분리 설비(180)와, 집진 설비(130) 및 세정 설비(140)에서 포집된 비산재 및 분리 설비(180)에서 분리된 바닥재를 저장하는 소각재 저장호퍼(160)와, 소각재 저장호퍼(160)에서 저장된 비산재와 바닥재 등의 소각재를 액상 폐기물과 혼합하여 슬러리로 만들고 슬러리 상태의 소각재 및 액상 폐기물을 용융로(120)의 용융 원료로 공급하는 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)로 이루어진다. 본 발명의 시스템(100)에서 굴뚝(150) 대신에 가스 재활용 설비(190)를 구비하여 가스화 용융 시스템으로서 사용될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)는 소각재가 하수 슬러리의 비산재인 경우(바닥재는 포함하지 않는 경우) 액상 폐기물의 함유율을 40%이상으로 하고, 소각재가 쓰레기 소각로의 비산재인 경우(바닥재는 포함하지 않는 경우) 액상 폐기물의 함유율을 70%이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융 시스템(100)은 공급장치(110)를 통해 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 혼합해서 용융로(120)에 공급한다. 용융로(120)에서는 혼합된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 배가스 및 슬랙을 생성한다. 집진 설비(130)에서는 용융로(120)의 배가스를 집진하고 세정 설비(140)는 집진 설비(130)를 통과한 배가스를 세정하여 비산재를 추출한다. 이에 비산재는 소각재 저장호퍼(160)에 수집되고 집진 설비(130) 및 세정 설비(140)를 통해 비산재가 제거된 배가스는 굴뚝(150)을 통해 외부로 배출되거나 가스 재활용 설비(190)를 통해서 재활용될 수도 있다. 슬랙에 포함된 바닥재는 분리 설비(180)를 통해 슬랙으로부터 분리된 후에 소각재 저장호퍼(160)에 바닥재만이 공급된다. 그리고 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)는 소각재 저장호퍼(160)에서 수집된 비산재 및 바닥재 등의 소각재를 액상 폐기물과 혼합하여 슬러리로 만들고 슬러리 상태의 소각재 및 액상 폐기물을 용융로(120)의 용융 원료로 공급하여 다시 용융시킴으로써 용융 시스템에서 배출되는 소각재의 양을 감소시킨다.
한편, 상술한 설명에서는 본 발명의 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)가 비산재 및 바닥재를 액상 폐기물과 혼합하여 다시 용융로(120)에 원료로 공급하여 다시 용융시켰지만, 집진 설비(130) 및 세정 설비(140)에서 얻어진 비산재만을 소각재 저장호퍼(160)에 저장시킨 후에 액상 폐기물과 혼합할 수도 있거나 분리 설비(180)에서 분리된 바닥재만을 소각재 저장호퍼(160)에 저장시킨 후에 액상 폐기물과 혼합할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각재 용융 시스템의 폐유 및 소각재 혼합/공급장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)는 액상 폐기물이 저장된 액상 폐기물 저장호퍼(174)와, 소각재 저장호퍼(160)의 소각재(비산재 또는 바닥재)와 액상 폐기물 저장호퍼(174)의 액상 폐기물을 균일하게 혼합해서 슬러리로 만들고 이를 저장하는 혼합 및 저장호퍼(171)와, 슬러리를 이송하는 이송용 펌프(175)와, 슬러리를 용융로 벽면에 접선 방향으로 분사시키는 분사 노즐(177)과, 분사 노즐(177)을 통해서 분사되는 슬러리를 용융로의 벽과 충돌하여 부착되도록 공기를 공급하는 공기 공급부(179)로 구성된다. 여기서, 혼합 및 저장호퍼(171)는 소각재와 액상 폐기물을 교반하여 균일하게 혼합해서 슬러리로 만드는 교반기(172)와, 교반기(172)의 슬러리에서 소각재 및 액상 폐기물로 분리, 침전되지 않도록 순환시키는 재순환 펌프(173)로 이루어진다. 그리고 도면에 미도시되어 있지만, 이송용 펌프(175)는 슬러리의 공급량을 제어하도록 펌프 모터의 회전수를 제어하는 제어설비가 추가된다.
상기와 같이 구성된 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)는 다음과 같이 작동한다.
우선, 혼합 및 저장호퍼(171)는 소각재 저장호퍼(160)에 저장된 소각재(비산재 또는 바닥재)와 액상 폐기물 저장호퍼(174)에 저장된 액상 폐기물을 원활하게 수송하기 위해서 미리 정해진 양, 예를 들어 도시 폐기물 소각로에 배출되는 비산재만을 용융할 경우 비산재 30㎏/h, 액상 폐기물 70㎏/h를 공급받는다. 본 발명에서 하수 슬러리의 비산재 경우에는 액상 폐기물과 소각재의 혼합 슬러리내에 폐유의 함유율이 40% 이상, 이와 다르게 도시 쓰레기 소각로에서 발생되는 바닥재 경우에는 폐유의 함유율이 70% 이상으로 조정하여 바닥재 및 액상 폐기물을 혼합 및 저장호퍼(172)에 원활하게 공급한다. 만약 설정된 수치 이하로 폐유 함유율이 낮아지면, 소각재(비산재/바닥재) 및 액상 폐기물이 원활하게 공급되지 않아 이송용 관로가 막히는 문제가 발생한다.
이와 같이 소각재 저장호퍼(160) 및 액상 폐기물 저장호퍼(174)에서 각각 공급된 소각재와 액상 폐기물은 혼합 및 저장호퍼(171)의 교반기(172)를 통해 소각재와 액상 폐기물의 혼합을 원활하게 하기 위하여 슬러리 상태로 만든다. 그리고 가동된 재순환 펌프(173)를 통해 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물은 관로를 통해서 저장호퍼(171) 및 교반기(172)로 재순환하여 슬러리 상태에서 소각재와 액상 폐기물이 분리, 침전되지 않는다.
그리고 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물을 용융로에 공급하기 위해서는 재순환 펌프(173)의 가동을 중단한다. 이에 재순환 펌프(173)의 가동이 중단되면, 교반기(172)의 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물은 이송용 펌프(175)를 통해서 분사 노즐(177)로 이송한다. 이때, 분사 노즐(177)에 공급되는 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물의 공급 양은 이송용 펌프(175)의 모터 회전수를 제어하는 제어 설비에 의해 제어된다.
이와 같이 분사 노즐(177)에 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물이 이송되면, 노즐 한쪽 끝에 설치된 공기 공급부(179)에서 공기가 뿜어져 용융로 벽면에 접선 방향으로 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물이 분사된다.
그러므로, 본 발명에 따른 소각재 용융 시스템은 폐유 및 소각재 혼합/공급장치(170)에 의해 용융로(120)에서 슬러리 상태의 소각재와 액상 폐기물이 용융로의 벽면을 타고 소정 시간동안 흐르게 되어 용융로(120) 내부에서 긴 체류 시간을 갖고 충분한 고온에서 소각재와 액상 폐기물이 용융됨으로써 소각재를 최대한 용융시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 소각재(비산재 또는 바닥재)의 매립 또는 열 및 화학적 처리기술을 통한 재활용의 문제점을 해결하기 위하여 쓰레기 등의 폐기물을 가스화 또는 소각 용융할 때 배출되는 배가스내의 소각재를 수집한 후에 폐유와 같은 액상 폐기물과 소각재를 혼합하여 용융로에 다시 공급하여 용융시키는 방법을 채택함으로써 배출되는 소각재의 양을 최대한 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은 소각재를 공급장치에 보내서 다시 액상 폐기물과 함께 혼합하여 용융로에서 용융시키는 방법으로 용융로 내부에서 충분한 용융 시간을 확보하여 소각재가 용융 처리되는 양을 증가시킬 수 있고 보조 연료로 폐유와 같은 액상 폐기물을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 의한 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융시 발생된 소각재를 처리하는 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 폐기물 또는 저급 연료의 가스화 용융 또는 소각 용융시 발생된 소각재를 용융하는 시스템을 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각재 용융 시스템의 폐유 및 소각재 혼합/공급장치를 나타낸 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 소각재 용융 시스템 110 : 공급장치
120 : 용융로 130 : 집진 설비
140 : 세정 설비 150 : 굴뚝(소각 용융 시스템에 적용)
160 : 소각재 저장호퍼 170 : 폐유 및 소각재 혼합/공급장치
180 : 분리 설비
190 : 가스 재활용 설비(가스화 용융 시스템에 적용)

Claims (3)

  1. 공급장치에서 공급된 폐기물 또는 저급 연료와 산화재를 용융하여 바닥재를 포함한 슬랙과 배가스를 생성하는 용융로와, 상기 용융로의 배가스를 집진 및 세정해서 비산재를 생성하는 집진 및 세정 설비와, 상기 집진 설비 및 세정 설비에서 비산재를 수집하는 소각재 저장호퍼를 포함한 폐기물과 저급 연료를 가스화 용융 또는 소각 용융하는 시스템에 있어서,
    상기 소각재 저장호퍼에서 수집된 비산재와 상기 용융로의 바닥재를 액상 폐기물과 혼합하여 슬러리로 만들고 상기 슬러리를 상기 용융로에 용융 원료로 공급하는 폐유 및 소각재 혼합/공급장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 소각재 용융 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폐유 및 소각재 혼합/공급장치는 액상 폐기물이 저장된 액상 폐기물 저장호퍼와, 상기 소각재 저장호퍼의 비산재 또는 상기 용융로의 슬랙으로부터 분리된 바닥재가 저장된 소각재 저장호퍼의 바닥재와 상기 액상 폐기물 저장호퍼의 액상 폐기물을 균일하게 혼합해서 슬러리로 만들고 이를 저장하는 혼합 및 저장호퍼와, 상기 슬러리의 공급량을 제어하는 혼합 공급량 제어설비와, 상기 슬러리를 이송하는 이송용 펌프와, 상기 슬러리를 용융로 벽면에 접선 방향으로 분사시키는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐을 통해서 분사되는 슬러리를 용융로의 벽과 충돌하여 부착되도록 공기를 공급하는 공기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소각재 용융 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 혼합 및 저장호퍼는 상기 비산재 또는 바닥재와 상기 액상 폐기물을 교반하여 균일하게 혼합해서 슬러리로 만드는 교반기와, 상기 교반기의 슬러리에서 비산재 또는 바닥재 및 액상 폐기물로 분리, 침전되지 않도록 순환시키는 재순환 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 소각재 용융 시스템.
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