KR100529826B1 - 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 토치를 이용한 도시 생활 쓰레기 등 각종 혼합 폐기물의 열분해 및 유리화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 플라즈마 열분해 소각 시스템은 폐기물을 용융하기 위한 용융로와, 상기 용융로에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기와, 상기 용융로로부터 슬래그를 배출하는 슬래그 배출 장치와, 용융로의 슬래그 배출구 상측에 설치된 가스버너와, 용융로로부터 배출되는 배가스를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각된 배가스를 여과하는 집진기와, 스크러버, 및 가스 배출 장치로 구성되어 있다. 본 발명에 의한 폐기물의 플라즈마 열분해 처리에 따르면 무해한 슬래그가 발생하게 되어 이를 재활용할 수 있고, 대기중으로 배출되는 유해한 배기가스량이 현저히 감소하여 대기오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 특징은 초기가동시 플라즈마토치와 도시가스를 병용하는 용융로의 예열방법, 용융물의 잠열에 의해 폐기물을 열분해시키는 간접 가열방식, 슬래그 배출구에 설치된 가스버너를 이용해 용융로 내로 연료 가스 및 공기를 주입하는 기술, 송풍장치를 이용한 압력 조절 기술, 1차로 배가스의 온도를 감지하여 폐기물 투입시기를 조절하는 기술 등에 있다.

Description

플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법 {Device and method for waste processing using Plasma pyrolysis}

본 발명은 도시 생활 쓰레기와 같은 혼합 폐기물의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 토치를 이용한 가열에 의해 이러한 폐기물들을 열분해 및 유리화(vitrification)하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐기물은 가정, 사무소 및 산업공장에서 매일 발생되며, 종래에는 이러한 폐기물을 도시근교의 쓰레기매립지나 환경에 손상을 주지 않도록 해양 등에 매립하였다. 그러나 폐기물의 매립처리는 매립지를 지속적으로 확보하여야 하며, 매립 후 침출수 및 가스 등의 발생으로 환경이 심각하게 오염될 뿐만 아니라 매립지 등을 확보하고 매립시설을 확충하는데 많은 비용이 소요된다.

상기와 같은 종래의 폐기물 매립처리에 따른 문제점을 해결하기 위한 대안으로 폐기물의 소각처리기술이 개발되었다. 폐기물 소각처리기술에 의하면 폐기물을 소각로 내에 공급하여 완전연소 시키고 폐기물의 소각에 의해 발생되는 고열은 소각시설 주위의 주택 또는 시설물의 난방, 온수공급 등에 이용하게 된다. 그러나 이러한 소각 시스템에는 다이옥신, 퓨란 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 규제치 이하로 낮추기 위한 대기 오염 조절 시스템 소각로가 필요하고, 중금속이 포함된 유해한 재를 처리하는 것이 문제시된다.

이러한 소각상의 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 플라즈마 열분해 및 용융 방법이 개발되었는데, 이 방법은 '플라즈마 가스화' 또는 '플라즈마 열분해 및 유리화'라고도 칭해진다. 미국등록특허 5,280,757에 언급된 종래 기술에 기재된 바에 의하면, 플라즈마 열분해 공정은 폐기물의 열분해와 유리화에 적합한 플라즈마 가열의 현저한 장점으로 인하여 연료 연소에 비해 유용한 폐기물 처리 장치로 상당한 주목을 받고 있다. 플라즈마 토치는 이온화된 플라즈마 가스에 고압의 아크를 가함으로써 극히 고온의 불꽃을 생성한다. 이에 의하면 플라즈마 토치(plasma torch) 즉, 플라즈마 발생기에 의해 발생되는 초고온 플라즈마를 이용하여 통상 4,000℃ 내지 7,000℃ 범위의 고온 환경을 만들 수 있는데, 이러한 고온 환경에서는 알려진 모든 물질이 용융되고 산업적 이익이 있는 대부분 공정의 반응이 촉진될 뿐 아니라, 재래식 방법에 의한 저온의 연소 화염 또는 옥시아세틸렌 화염에서는 불가능한 반응도 가능해지게 된다. 또한 플라즈마 토치를 통과하는 플라즈마 가스의 양은 동일한 열에너지를 탄화수소 연료의 연소로써 발생시키는데 필요한 가스의 양보다 상당히 적으므로, 폐기물 내부에서 자발적인 연소가 일어날 가능성이 적으며, 비교적 작은 폐가스 세정 시스템(off-gas cleaning system)만이 필요하게 된다.

그러나 상기 미국등록특허의 기술은 상용 시스템으로 적용되기에는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 폐기물이 용융슬래그 위로 투입되며, 플라즈마 토치의 불꽃이 경우에 따라 폐기물에 직접 혹은 간접적으로 가열하게 되는데, 이렇게 되면 열분해 속도의 제어가 지극히 어렵게 된다. 둘째, 한개의 용융로에서 용융과 열분해가 동시에 이루어지며 열분해 가스는 세정 후 바로 배출되는데, 이런 경우 열분해가스의 온도가 다이옥신 저감을 위해 바람직한 온도인 1,200℃ ~ 1,300℃에 미치기 어렵고 온도의 제어도 쉽지가 않다. 셋째 용융 슬래그의 배출이 주기적으로 이루어지는데 이는 연속운전을 전제로 하는 대형 시스템에는 적용하기 어렵다.

그 밖에 종래의 플라즈마 열분해 기술은 1차로의 슬래그 배출과정에서 슬래그가 출구에서 응고되는 경우가 있으며, 처리 공정 중 유해가스가 외부로 방출될 가능성이 문제시 된다. 또한 초기 가동을 위한 예열 시 플라즈마 토치를 이용하는 경우에는 수천ppm 이상 다량의 NOx가 방출되는 문제가 있고, 가스버너를 사용하는 경우에는 배가스량이 많아 용융로의 온도를 올리는데 사용되는 열량에 비해 배가스로 방출되는 열량이 과다하여 예열에 장시간이 소요되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 효과적인 예열 기술을 제공함과 아울러, 단순한 구조로써 열분해공정을 조절할 수 있는 플라즈마 열분해 용융로의 구조를 제공하며, 이에 더해 경제적으로 배가스의 양을 최소화하고, 용융로 내의 압력 조절을 통해 유해 가스가 외부로 새어 나가는 것을 방지하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명은 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치로서, 플라즈마 토치에 의해 폐기물을 용융하는 1차로 및 1차로에서의 열분해에 의해 발생한 배가스를 가열하는 2차로로 구성된 플라즈마 용융로, 용융로에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기, 용융로에서의 폐기물의 용융에 의해 발생하는 슬래그를 배출하는 슬래그 배출 장치, 용융로의 슬래그 배출구 상측에 설치된 가스버너, 용융로로부터 배출되는 고온의 배가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치, 가스 냉각 장치에 의해 냉각된 배가스에 잔존해 있는 먼지를 제거하는 집진기, 집진기를 거친 배가스에 포함된 유해 가스 및 유해 금속 성분들을 제거하는 스크러버, 및 스크러버를 통과한 배가스를 외부로 방출하는 가스 배출 장치로 구성되고, 가스버너는 예열시에는 이론적 연소비보다 훨씬 많은 양의 연료가스가 내부로 공급됨에 따라 연료가스 중 일부를 용융로 내로 유입시켜 플라즈마 토치의 열에 의해 연소되도록 함으로써 1차로에 가해지는 열량을 증가시켜 예열시간을 단축시키거나 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키고, 정상 가동시에는 슬래그가 응고되지 않도록 슬래그 배출구의 온도를 유지시키는 동시에 용융로 내에 필요한 공기를 주입하는 수단으로 사용되는 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 1차로는 플라즈마 토치가 용융물을 집중적으로 가열하도록 배치되어 있어서, 용융물의 잠열에 의하여 폐기물을 열분해하도록 구성할 수 있다.

그리고, 가스버너에 공급되는 연료가스로는 도시가스를 이용할 수 있고, 2차로의 가열수단으로 플라즈마 토치를 사용할 수 있다. 또한, 스크러버 앞단에는 인버터로 조절되는 송풍기를 설치하고, 용융로내의 압력 측정치를 피드백하여 송풍기의 배가스 흡입량을 조절함으로써, 용융로 내의 압력을 음압으로 조절할 수 있다. 이 경우, 폐기물의 투입구가 열려 있게 되면 이를 감지하여 송풍기의 작동을 일시 중단시킴으로써 과도한 공기 흡입을 방지하도록 할 수 있다. 이 때, 피드백 장치로서는 프로그램형 논리제어기(PLC) 사용할 수 있다. 또한, 1차로 배가스 배출구 부분에 온도감지기를 장치하고 온도를 측정하여, 온도의 증감에 따라 폐기물 투입 시기를 결정할 수 있다.

상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 다른 본 발명은 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리방법으로서, 플라즈마 토치를 가열수단으로 하는 1차로와 플라즈마 토치 또는 가스버너를 가열수단으로 하는 2차로로 구성된 플라즈마 용융로에 있어서, 가열수단을 사용해 1차로 및 2차로를 예열하는 단계; 1차로 내의 배가스 배출구 부분의 온도를 감지하여 결정한 폐기물 투입시기에 따라 1차로 내로 폐기물을 투입하는 단계; 투입된 폐기물을 플라즈마 토치를 이용해 열분해 하는 단계; 열분해에 의해 발생한 슬래그는 슬래그 배출구를 통해 배출하고, 배가스는 배가스 배출구를 통해 2차로로 배출하는 단계; 2차로로 배출된 배가스를 2차로의 가열수단을 이용해 가열하는 단계; 2차로에서 가열된 배가스를 냉각기를 통해 냉각시키는 단계; 냉각된 배가스가 집진기를 통과하면서 먼지가 제거되는 단계; 여과된 배가스를 송풍기를 이용해 스크러버 내로 흡입하여 배가스에 포함된 유해 가스 및 유해 금속 성분을 제거하는 단계; 및 세정된 배가스를 배출 장치를 통해 배출하는 단계를 구비하고, 1차로 및 2차로를 예열하는 단계에서는 슬래그 배출구 상측에 설치된 가스 버너에 이론적 연소비보다 훨씬 많은 양의 연료가스를 공급함으로써, 연료가스 중 일부가 가스 버너를 통해 1차로 내부로 유입되어 플라즈마 토치의 열에 의해 연소되고, 연소되고 남은 연료가스에 의해 1차로의 내부가 환원성 분위기로 조성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 열분해 처리 시스템의 개괄적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 용융로의 구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 용융로의 슬래그 배출구 및 가스버너의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 폐기물의 플라즈마 열분해 시스템은 일정량의 폐기물을 수용하여 열분해 소각로 내로 투입하는 폐기물 공급기(13), 투입된 폐기물을 고온 플라즈마에 의해 1차 열분해하여 슬래그로 변화시키는 1차로(11), 1차로(11)에서 용융된 슬래그를 배출하는 슬래그 배출 장치(16), 1차 열분해된 배가스를 유입하여 2차 가열수단에 의해 재차 열분해하는 2차로(12), 2차 열분해된 배가스를 냉각하기 위한 냉각기(21)와 냉각 코일(20), 배가스를 여과하기 위한 집진기(22), 여과된 배가스에서 잔존 유해물질을 세정하기 위한 스크러버(24), 및 배가스를 내보내기 위한 가스 배출구인 연돌(25)을 포함한 가스 배출 장치로 구성된다.

본 발명에 의한 폐기물의 플라즈마 열분해 시스템의 가동은 용융로(10)의 예열로 시작된다. 예열이 필요한 이유는, 예열 없이 바로 폐기물을 처리하는 경우 다량의 환경유해물질이 배출될 뿐 아니라, 불연소된 검댕이 다량 발생되어 후단 배가스 처리 설비의 수명을 단축시키기 때문이다. 열분해 시스템의 예열은 1차로(11)의 경우 바닥의 슬래그가 녹는 온도(일반적으로 1300℃ 정도)까지 해주어야 하며, 2차로(12)의 경우 정상 가동온도(약 1300℃ 정도)가 될 때까지 해주어야 한다. 본 발명에 따르면 예열은 플라즈마 토치(14)를 주 열원으로 사용한다. 그러나 플라즈마 토치(14)만을 사용할 경우 플라즈마가 워낙 고온이며, 산화분위기가 형성되기 때문에 다량의 NOx 방출이 수반될 수밖에 없다. NOx의 발생량을 줄이는 방법은 일차적으로 환원성 분위기를 만드는 것이다. 이는 비교적 청정한 도시가스를 이용함으로써 달성될 수 있다. 즉, 도 3의 슬래그 배출구(16)의 상측에 부착된 가스버너(160)를 이용하여 이론적 연소비보다 훨씬 과량의 연료가스를 주입하게 되면, 일부 연료가스는 슬래그 배출구(16)에서 연소하며 슬래그 배출구(16)의 온도를 높이고, 또 다른 일부 연료가스는 용융로(10) 내로 주입되어 플라즈마의 열과 동시에 공급된 공기에 의하여 연소된다. 이 때, 플라즈마 토치(14)를 통하여 용융로(10)내로 주입된 산소량에 비하여 연료가스량이 이론적 연소비보다 크면 환원성 분위기가 형성된다. 따라서 NOx의 발생량은 급격히 줄어들게 된다. 이러한 공정을 통하여 플라즈마 토치(14)에 의한 가열 이외에도 연소에 의한 가열이 추가되며 아울러 NOx의 발생을 막을 수 있다. 뿐만 아니라, 가스버너(160)는 슬래그 배출구(16)의 온도를 유지하기 위한 수단으로도 사용된다. 2차로(12)의 예열은 시스템의 용량에 따라서 용량이 클 경우(대략 1일 10톤 이상의 규모)에는 2차 플라즈마 토치나 산소를 사용하는 것이 유리하며, 용융로(10)가 작을 경우에는 시스템의 원가절감을 위하여 공기를 사용하여 완전 연소시키는 것이 유리할 수 있다. 여기서, 가스버너(160)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 연료가스가 주입되는 가스 주입구(161)와 공기가 주입되는 공기 주입구(162)를 갖는다. 이는 일반적으로 사용되는 가스버너의 구조와 동일한 구조로서, 예를 들어 한국공개특허공보 제1988-7000213호, 한국공개특허공보 제2001-45615호 등에 그 구조가 공시되어 있다. 즉, 가스버너(160)는 가스 주입구(161)와 공기 주입구(162)를 통해 연료가스 및 공기를 주입받아 연소시킴으로써, 화염을 발생시킨다.

폐기물은 유압식 폐기물 공급기(13)를 이용하여 1차로의 측면 중앙부를 통하여 용융로(10) 내로 투입된다. 이 때 폐기물 중의 무기물을 쉽게 용해할 수 있도록 소석회 혹은 석회를 폐기물과 함께 적당량 섞어서 투입한다. 가동이 장시간 지속되면, 1차로(11)의 바닥 부분에 용융된 슬래그량이 점점 증가하면서 결국은 우측의 슬래그 배출구(16)를 통하여 외부로 방출된다. 슬래그는 도 3의 슬래그 배출구(16)를 따라 내화물의 마지막 부분에 이르게 되며 마지막 부분에서 자연 낙하하여 저수조에 떨어지게 된다. 이러한 구조에 의하여 슬래그가 슬래그 배출구(16) 부위에서 고화되는 현상이 방지된다. 또한 본 발명에서는 배가스의 누설을 방지하기 위하여 용융로(10) 내의 압력을 음압으로 유지하는 구조로 되어 있는데, 슬래그 배출구(16)의 끝부분을 저수조(17)에 잠겨있게 함으로써 외부로부터의 공기 유입이 차단되고, 슬래그 배출구(16)가 보온이 되는 효과를 얻을 수 있다. 용융로(10) 내의 음압은 또한 슬래그 배출구(16)의 상측에 장착된 가스버너(160)의 화염이 효과적으로 배출 통로를 따라 용융로(10) 내에 도달할 수 있게 해준다. 슬래그 배출구(16)의 상측에 장착된 가스버너(160)는 본 발명에 있어서 매우 중요한 역할을 하게 되는데, 전술한 바와 같이 이는 슬래그 배출구(16)의 온도를 유지시킬 뿐 아니라, 예열 시에는 용융로(10) 내에 연료가스를 주입하기 위한 수단으로 사용되며, 또한 정상운전 중에는 용융로(10) 내로 공기를 주입하는 수단으로도 사용된다. 이 모든 동작은 가스버너(160)의 연료가스량과 공기량을 조절하는 간단한 조작으로 이루어지게 된다.

열분해 속도를 제어하기 위하여 본 발명에서 제안하는 용융로(10)의 구조는 도 2에서 보여지듯이 플라즈마 토치(14)의 불꽃이 용융물(100)을 집중적으로 가열하도록 플라즈마 토치(14)를 배치하고 용융물(100)이 가지는 잠열에 의하여 폐기물이 열분해 되도록 하는 것이다. 이러한 비교적 간단한 구조에 의하여 플라즈마 불꽃이 폐기물에 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이 때 플라즈마 토치(14)가 용융물(100)과 이루는 각도가 중요한데, 이 각도가 너무 수직에 가까울 경우 폐기물이 쌓여 있는 영역의 온도가 너무 내려가 용융이 잘 이루어지지 않을 가능성이 있으며, 너무 누울 경우에는 폐기물이 플라즈마 불꽃에 의하여 날릴 수가 있다.

투입된 폐기물 중 가연성인 것은 1차로(11) 내의 고온에 의하여 가스화하여 배가스 배출구(26)를 통해 2차로(12)에 유입된다. 이 배가스의 온도는 대략 700℃ ~ 1000℃이다. 본 발명에서는, 다이옥신의 발생을 억제하기 위하여, 2차로(12)에 2차 가열수단(15)을 장치하고 이에 의하여 온도를 1300℃ 이상으로 올려주게 된다. 시스템의 용량이 약 10톤/일급을 초과하는 경우에는 2차 가열수단(15)으로 플라즈마 토치를 사용하거나 산소를 이용하는 것이 배가스를 처리하는 후단 설비의 소형화에 도움이 되므로 유리할 것이다. 그리고, 그 이하의 규모에서는 플라즈마 토치 혹은 산소공급장치는 시스템의 원가 상승요인으로 작용하기 때문에 공기를 유입하여 연소하는 것이 유리할 것이다. 또한, 본 발명에 있어서 2차로(12)의 구성은 열분해 가스를 이용할 것인가 여부에 따라서 달라질 수 있다. 즉, 발전을 생각하지 않거나 열분해 가스를 이용하지 않을 경우에는 2차로(12)에서 완전히 연소를 시키는 것이 경제적으로 유리하다. 그러나, 고효율의 발전을 할 경우나 연료가스를 이용하여 수소제조, 알콜합성 등을 하려고 할 경우에는 고농축 산소를 주입하여 부분연소를 시키는 것이 유리하다. 산소를 사용하며 고온을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 배가스의 양도 공기에 비하여 현저히 줄어들게 된다. 이러한 방법이 가능한 것은 비단 산소의 주입량이 작을 뿐만 아니라, 연소 생성물중 물은 배가스 처리과정에서 걸러진다는 사실에 기인한다.

가열된 배가스는 2차로(12) 바로 다음단의 냉각 코일(20)에서 100℃ 정도로 급격히 냉각되며, 이로써 다이옥신의 발생은 원천적으로 봉쇄된다. 냉각 코일(20)을 통과한 배가스 중에 잔존해 있는 먼지는 냉각 코일(20) 후단의 집진기(22)에 의하여 제거된다. 또한 배가스에 포함된 잔존 NOx, SOx, HCl, Cl 등은 스크러버(24)에서 알칼리성 물에 의하여 완전히 제거된다. 용융로에서 고온에 의하여 증발되는 납(Pb), 비소(As), 수은(Hg), 아연(Zn) 등 유해 금속 성분들은 스크러버(24)의 물에 활성탄을 섞어 분무함으로써 제거된다.

스크러버(24)를 통과한 배가스는 모든 유해물질이 제거되어 천연가스에 준하는 청정도를 가지게 된다. 따라서 이 배가스는 연소 후 별도의 세정과정을 거치지 않고 방출이 가능하게 된다. 대개의 경우, 연소실에서 연소를 시킨 후 열회수 보일러를 통하여 가스 배출 장치인 연돌(25)로 방출시키게 된다. 시스템이 대형일 경우에는 고압보일러를 설치하여 생산된 증기로 증기터빈을 구동하여 전기를 생산하는 것이 가능하다. 일반적으로 폐기물 처리 용량이 1일 100톤 이상이면 이렇게 생산되는 전기량으로 플라즈마 토치(14)에서 소모되는 전기를 충당하는 것이 가능해 진다.

용융로(10)에서 발생되는 배가스는 가연성이며 동시에 인체에 유해한 일산화탄소를 함유하고 있기 때문에 공정에서 외부로 방출되는 것을 주의해야 한다. 이를 위하여 집진기(22)와 스크러버(24) 사이에 인버터로 조절되는 송풍기(23)를 설치하여 용융로(10)에서 발생하는 가스를 계속 흡입하게 된다. 한편, 용융로(10)에서 발생하는 배가스의 양은 폐기물의 성상에 따라 항상 일정할 수가 없으며, 또한 너무 강하게 흡입할 경우 원하는 양만큼의 공기만을 용융로(10)에 투입할 수가 없게 된다. 그러므로, 본 발명에서는 용융로(10)내의 압력을 미약하게 음압으로 유지해 주기 위하여, 내부 압력을 압력계(19)를 이용하여 측정하고, 이를 프로그램형 논리제어기(PLC)를 이용하여 읽어내어 실시간으로 송풍기(23)의 흡입력을 조절하는 방법을 안출하였다. 이 경우 폐기물의 투입을 위하여 투입구가 열려있는 동안에는 송풍기(23) 작동을 일시적으로 중단시켜 송풍기(23)가 과도하게 공기를 흡입하는 현상을 방지하였다.

본 발명에 따른 플라즈마 폐기물 처리 장치에 있어서, 폐기물의 투입은 유압식으로 간헐적으로 이루어지면서도 용융로(10) 내의 폐기물의 양은 항상 적절하게 유지되어야 한다. 용융로(10) 내에 폐기물이 과다하게 쌓여 있는 경우에는 효과적인 열분해가 이루어지기 어려우며, 2차로(12)에서 배가스의 온도를 1,300℃로 맞추는 데에도 어려움이 생긴다. 뿐만 아니라, 폐기물이 없는 상태에서 플라즈마 토치(14)를 가동하는 경우 다량의 NOx가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상술한 문제점을 극복하기 위하여 1차로(11)와 2차로(12) 사이의 통로에서 온도를 측정하고, 온도의 변화에 의하여 폐기물의 존재 여부를 감지하여 폐기물 투입 시기를 결정하는 구성을 안출하였다.

상술한 폐기물의 플라즈마 열분해 처리 시스템에 의하면, 초기가동 시 효과적이면서도 환경친화적인 방법으로 예열 작업을 수행할 수 있고, 플라즈마 토치가 용융물을 가열하는 간단한 구조로써 열분해 공정을 조절할 수 있으며, 배가스의 양을 효과적으로 제어할 수 있다. 또한, 저수조를 사용한 슬래그 배출 및 프로그램형 논리제어기(PLC)로 조절되는 송풍기에 의하여 로내의 압력을 음압으로 유지함으로써 배가스의 누출을 차단할 수 있고, 1차로 배출구에서의 온도 감지를 통해 폐기물의 투입시기를 결정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 열분해 폐기물 처리 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 용융로의 구조를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 슬래그 배출구 및 가스버너의 구조를 도시한 단면도이다.

* 도면 중의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 용융로 11 : 1차로

12 : 2차로 13 : 폐기물 공급기

14 : 플라즈마 토치 15 : 2차 가열수단

16 : 슬래그 배출구 17 : 저수조

18 : 공기 공급기 19 : 압력계

20 : 냉각 코일 21 : 냉각기

22 : 집진기 23 : 송풍기

24 : 스크러버 25 : 연돌26: 배가스 배출구 100 : 용융물160 : 가스버너 161 : 가스 주입구162 : 공기 주입구

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Claims (7)

1. 플라즈마 토치에 의해 폐기물을 용융하는 1차로 및 상기 1차로에서의 열분해에 의해 발생한 배가스를 가열하는 2차로로 구성된 용융로;

   상기 용융로에 상기 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기;

   상기 용융로에서의 폐기물의 용융에 의해 발생하는 슬래그를 배출하는 슬래그 배출 장치;

   상기 용융로의 슬래그 배출구 상측에 설치된 가스버너;

   상기 용융로로부터 배출되는 고온의 상기 배가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치;

   상기 가스 냉각 장치에 의해 냉각된 상기 배가스에 잔존해 있는 먼지를 제거하는 집진기;

   상기 집진기를 거친 상기 배가스에 포함된 유해 가스 및 유해 금속 성분들을 제거하는 스크러버; 및

   상기 스크러버를 통과한 상기 배가스를 외부로 방출하는 가스 배출 장치로 구성되고,

   상기 가스버너는 예열시에는 이론적 연소비보다 훨씬 많은 양의 연료가스가 내부로 공급됨에 따라 상기 연료가스 중 일부를 상기 용융로 내로 유입시켜 상기 플라즈마 토치의 열에 의해 연소되도록 함으로써 상기 1차로에 가해지는 열량을 증가시켜 예열시간을 단축시키거나 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키고, 정상 가동시에는 상기 슬래그가 응고되지 않도록 상기 슬래그 배출구의 온도를 유지시키는 동시에 상기 용융로 내에 필요한 공기를 주입하는 수단으로 사용되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 1차로는 상기 플라즈마 토치가 열분해된 상기 폐기물인 용융물을 집중적으로 가열하도록 배치되어 있어서, 상기 용융물의 잠열에 의하여 상기 폐기물을 열분해하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가스버너는 상기 연료가스로서 도시가스를 이용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스크러버 앞단에 송풍기를 설치하고, 상기 용융로 내의 압력 측정치에 따라 상기 송풍기의 상기 배가스 흡입량을 조절함으로써, 상기 용융로 내의 압력을 음압으로 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 용융로 내의 압력 측정치에 따라 상기 송풍기의 상기 배가스 흡입량을 조절하는 장치는 프로그램형 논리제어기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 1차로의 배가스 배출구 부분에 온도 감지기를 장치하고 상기 온도 감지기를 이용하여 온도를 측정, 온도의 증감에 따라 상기 폐기물의 투입시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치.
7. 플라즈마 토치를 가열수단으로 하는 1차로와 플라즈마 토치 또는 가스버너를 가열수단으로 하는 2차로로 구성된 플라즈마 용융로에 있어서, 상기 가열수단을 사용해 상기 1차로 및 상기 2차로를 예열하는 단계;

   상기 1차로 내의 배가스 배출구 부분의 온도를 감지하여 결정한 폐기물 투입시기에 따라 상기 1차로 내로 상기 폐기물을 투입하는 단계;

   상기 투입된 폐기물을 상기 플라즈마 토치를 이용해 열분해 하는 단계;

   상기 열분해에 의해 발생한 슬래그는 슬래그 배출구를 통해 배출하고, 배가스는 상기 배가스 배출구를 통해 상기 2차로로 배출하는 단계;

   상기 2차로로 배출된 배가스를 상기 2차로의 가열수단을 이용해 가열하는 단계;

   상기 2차로에서 가열된 배가스를 냉각기를 통해 냉각시키는 단계;

   상기 냉각된 배가스가 집진기를 통과하면서 먼지가 제거되는 단계;

   상기 여과된 배가스를 송풍기를 이용해 스크러버 내로 흡입하여 배가스에 포함된 유해 가스 및 유해 금속 성분을 제거하는 단계; 및

   상기 세정된 배가스를 배출 장치를 통해 배출하는 단계를 구비하고,

   상기 1차로 및 상기 2차로를 예열하는 단계에서는 상기 슬래그 배출구 상측에 설치된 가스 버너에 이론적 연소비보다 훨씬 많은 양의 연료가스를 공급함으로써, 상기 연료가스 중 일부가 상기 가스 버너를 통해 상기 1차로 내부로 유입되어 상기 플라즈마 토치의 열에 의해 연소되고, 연소되고 남은 상기 연료가스에 의해 상기 1차로의 내부가 환원성 분위기로 조성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 방법.