KR100536144B1 - 폐기물 열분해 용융시스템 - Google Patents

Abstract

개시된 폐기물 열분해 용융시스템은, 폐기물을 액상의 슬랙으로 용해시키는 용융로와, 그 용해된 용융물을 배출시키는 출탕유닛과, 용융로와 다음 공정을 직결하는 가스 이동용 주연결라인과, 가스가 용융로에서 출탕유닛을 경유한 후 주연결라인에 합류하도록 연결하는 보조연결라인을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조의 폐기물 열분해 용융시스템은, 출탕유닛에 용융로의 고온 가스가 통과하도록 연결라인이 구성되어 있어서, 출탕유닛을 가열하기 위한 연료의 소모를 줄일 수 있고, 용융물도 안정적인 용융상태로 배출시킬 수 있다.

Description

폐기물 열분해 용융시스템{Waste pyrolysis and smelting system}

본 발명은 폐기물 열분해 용융 시스템에 관한 것으로서, 특히 용융물이 배출된 출탕유닛의 가열구조가 개선된 폐기물 열분해 용융 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 열분해 용융 방식을 이용하는 폐기물 열적처리시스템은, 도 1에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어져 있다. 즉, 열분해로(10)와 용융로(20), 후연소실(30), 사이클론(40), 열교환기(50), 세정탑(60), 백필터(70), 유인송풍기(80) 및 연돌(90)이 연결되어 있고, 융융부(20)에는 용융물을 배출하기 위한 출탕유닛(100)이 연결되어 있다.

먼저, 상기 열분해로(10)는, 폐기물 투입구(11)를 통해 투입된 후 예열버너(12)에 의해 예열된 폐기물을 500~700℃로 가열하여 균질한 고형 탄화물인 촤와 가연성의 가스로 변환시키는 역할을 한다. 이 열분해로(10)는 일반 케스타블 내화재로 시공하며, 상부에 에어자켓을 두어 직경 30mm의 노즐(13)을 통해 열교환기(50)에서 가열된 열분해용 공기를 공급한다.

그리고, 열분해로(10)와 연통되는 용융로(20)는 고형의 촤를 열교환기(50)에서 가열된 공기와 함께 1200~1300℃로 고온 연소시킴으로써 고형잔류물이 완전히 용융하여 액상의 슬랙으로 되는 구간이다. 이때, 상기 용융로(20)의 상부(또는 측부)에는 용융부의 예열 및 온도유지와 촤 및 가스의 착화를 위한 주버너(21)가 장착되어 있으며, 측벽에는 열교환기(50)에서 가열된 공기를 공급하는 노즐(22)을 설치하여 촤와 가연성의 가스가 고온으로 완전 연소가 이루어지도록 구성되어 있다. 용융로(20) 내부의 온도가 1200~1300℃로 상승하게 되면 고형의 잔류물은 완전히 용융되어 경사로의 하부로 유동하게 된다. 상기 용융로(20) 내부에는 1800℃까지 견딜 수 있는 고온용 내화재가 설치된다.

상기 용융로(20)에서 액상의 슬랙인 용탕이 배출되는 출탕유닛(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 용융로(20)에서 측면 외측에서 이어진 경사로(101)와, 하방의 급냉수조(110)로 낙하하도록 안내하는 낙하로(102)를 가지고 있으며, 보조버너(103)에 의하여 지속적인 고온을 유지하여 용융된 슬랙이 응고되지 않고 유동성을 유지하면서 잘 배출될 수 있도록 되어 있다.

상기 급냉수조(110)는 용융로(20)로부터 배출되는 액상의 촤를 냉각시켜 고형화하는 역할을 한다. 급냉수조(110)에는 물이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 상부의 물이 계속 순환된다. 그리고, 참조부호 120은 급냉수조(110)에서 냉각되어 고형화된 촤를 저장부(130)로 이송시키기 위한 콘베이어를 나타낸다.

상기 후연소실(30)은 용융로(20)로부터 배출되는 배기가스 중의 미연분을 완전 연소시키는 곳이고, 열교환기(50)는 이 후연소실(30)로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하는 곳이다. 즉, 이 열교환기(50)에서 상기 후연소실(30)로부터 배출되는 고온의 배기가스의 열이 압입송풍기(51)에서 공급되는 상온의 공기에 전달되며, 그 가열된 공기가 열분해로(10)와 용융로(20)에 공급된다.

세정탑(60)은 열교환기(50)로부터 유입되는 배기가스에 활성탄을 분무하여 다이옥신을 흡착하고 석회수를 분사하여 산성가스를 중화시키는 곳이며, 백필터(70)는 세정탑(60)을 통과한 배기가스 중의 미세분진을 여과하여 준다.

그리고, 상기 유인송풍기(80)는 백필터(70)의 출구부와 연결되어 가동되면서 소각로내에 부압을 유지시켜 준다. 유인송풍기(80)를 통과한 배기가스는 연돌(90)을 통해 외부로 배출되고 그 중 일부는 상기 압입송풍기(51)에 의해 열분해로(10) 및 용융로(20)에 다시 공급되도록 순환된다.

이러한 구성을 갖는 폐기물 열분해 용융시스템의 운전시에는 유인송풍기(80)와 압입송풍기(51)를 가동한 후에 열분해로(10) 및 용융로(20)의 각 버너(12,21,103)를 가동시킨다. 그리고, 용융로(20)의 온도가 평균 600℃ 이상으로 예열되면 폐기물 투입을 시작한다. 투입된 폐기물은 열분해로(10)에서 열분해되며 용융로(20)에서 약 1250℃ 정도로 가열되면서 용융되어 출탕유닛(100)를 통해 배출된다. 배출된 용융 상태의 슬랙은 급냉수조(110)로 낙하하게 된 다음, 저장부(130)로 이송된다. 그리고, 후연소실(30)을 지난 배기가스의 온도는 1200℃ 이상을 유지하는데, 이 배기가스는 열교환기(50)에서 연소용 공기를 정상상태에서 200℃ 이상으로 예열시키고, 세정탑(60)외 백필터(70)를 통과하면서 150℃ 내외로 냉각되어 유인송풍기(80)를 통해 배출된다.

그런데, 이와 같은 시스템에서의 상기 출탕유닛(100)을 살펴보면, 용융로(20)에서 발생된 고온 가스의 열을 거의 이용하지 못하는 구조로 되어 있다. 즉, 시스템 전체에는 유인송풍기(80)에 의해 부압이 걸려 있는 상태이므로, 용융로(20)에서 발생된 고온 가스도 출탕유닛(100) 쪽으로 가지 못하고 후연소실(30) 쪽으로 모두 빠져나가게 된다. 따라서, 출탕유닛(100)은 용융로(20) 가스의 열을 제대로 받지 못하므로, 온도를 고온으로 유지하기 위해서는 자체적으로 가지고 있는 보조버너(103)를 계속 가동시킬 수 밖에 없다. 만일, 출탕유닛(100)의 온도가 낮아지면 용융물이 유동성을 잃게 되므로 미처 배출되기 전에 응고되어 버려 배출로가 막힐 수도 있고, 그렇게 되면 시스템 전체를 중지할 수 밖에 없게 된다. 따라서, 어쩔 수 없이 보조버너(103)를 계속 가동해야 하는데, 그러다보니 출탕유닛(100)의 온도를 유지하는데에만 상당한 양의 연료가 소모되는 문제가 있다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해소할 수 있는 새로운 구조의 열분해 용융시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 출탕유닛에 용융로의 가스 열이 잘 전달될 수 있게 함으로써 연료의 소비를 줄이면서도 용융물의 용융상태를 효과적으로 유지하며 배출시킬 수 있도록 개선된 폐기물 열분해 용융시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐기물을 액상의 슬랙으로 용해시키는 용융로와, 그 용해된 용융물을 배출시키는 출탕유닛과, 상기 용융로의 가스가 다음 공정으로 이동되도록 가이드하는 연결라인을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템에 있어서, 상기 연결라인이 상기 용융로와 다음 공정을 직결하는 주연결라인과, 상기 용융로에서 상기 출탕유닛을 경유한 후 상기 주연결라인에 합류하도록 연결하는 보조연결라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 3은 본 발명에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 요부를 보인 것이다.

본 발명의 폐기물 열분해 용융시스템도 도 1에 도시된 종래의 구조와 마찬가지로, 열분해로(10)와 용융로(20), 후연소실(30), 사이클론(40), 열교환기(50), 세정탑(60), 백필터(70), 유인송풍기(80) 및 연돌(90) 등을 구비한다. 그런데, 본 발명은 용융로(20)의 용융물을 배출하기 위한 출탕유닛(200)의 관련 구조가 개선된 것이고, 나머지 요소들은 종래와 같으므로, 출탕유닛(200) 주변만 도시하고 그 외는 도 1을 참조하기로 한다.

일단, 본 발명의 출탕유닛(200)도 용융로(20)에서 액상의 슬랙으로 용해된 용융물(L)을 급냉수조(110)로 배출시키는 역할을 한다. 따라서, 열분해로(10)와 용융로(20)를 거치면서 액상으로 용해된 용융물(L)은 용융로(20) 일측에 마련된 배출구(23)를 통해 출탕유닛(200)으로 들어와서 급냉수조(110)로 떨어지게 된다. 용융물이 통과하는 출탕유닛(200)의 배출로는, 상기 배출구(23)에서 나온 용융물(L)이 흘러갈 수 있도록 기울어진 경사로(201)와, 그 경사로(201) 단부에서 상기 급냉수조(110)로 이어지는 낙하로(202)로 구성되어 있다. 즉, 용융물이 경사로(201)를 타고 흘러내려온 후 낙하로(202)를 따라 급냉수조(110)로 떨어지게 되는 것이다. 참조부호 203은 필요 시 상기 배출로(201)(202) 주변을 가열하여 온도를 높여주기 위한 보조버너를 나타낸다.

그리고, 본 발명에서는 용융로(20)의 가스가 출탕유닛(200)을 경유하도록 배관이 구성되어 있다. 즉, 용융로(20) 안의 고온 가스는 전술한 유인송풍기(80)에 의해 다음 공정인 후연소실(30)로 이동하게 되는데, 이와 같이 가스의 이동을 가이드하는 연결라인으로서, 상기 용융로(20)와 후연소실(30)을 직결하는 주연결라인(210) 뿐 아니라, 용융로(20)에서 출탕유닛(200)을 경유한 후 주연결라인(210)에 합류하도록 연결하는 보조연결라인(221)(222) 까지 갖춘 것이다. 이렇게 되면 용융로(20)의 고온 가스가 출탕유닛(200)을 통과하면서 배출로(201)(202) 주변을 가열하기 때문에, 보조버너(203)의 가동율을 낮추더라도 용융물이 응고되지 않도록 온도를 유지하는데에는 별 문제가 없게 된다. 이 보조연결라인(221)(222)은 용융로(20)에서 배출로(201)(202)를 연결하는 제1보조연결라인(221)과, 배출로(201)(202)에서 주연결라인(210)을 연결하는 제2보조연결라인(222)으로 구성되는데, 여기서는 상기 용융물의 배출구(23)가 제1보조연결라인(221)을 겸하는 것을 예시한다. 즉, 별도의 구멍이나 배관을 통해 가스가 출탕유닛(200)의 배출로(201)(202)로 들어오게 연결할 수도 있지만, 여기서는 용융물의 배출구(23)를 수직으로 길게 형성해서 아래쪽으로는 용융물이 흘러나오고, 윗쪽으로는 가스가 들어올 수 있게 한 것이다. 따라서, 제1보조연결라인(221)인 배출구(23) 상부를 통해 들어온 고온의 가스는 배출로(201)(202)를 지난 후 제2보조연결라인(222)을 통해 다시 주연결라인(210)으로 합류하게 된다. 여기서 고온의 가스에 의한 가열효과를 최대화하려면, 도면과 같이 제1보조연결라인(221)은 경사로(201)의 입측에 연결하고, 제2보조연결라인(222)과 연결된 출탕유닛(200)의 배기홀(204)은 낙하로(202)의 중앙부 쯤에 형성하여, 가스가 경사로(201)와 낙하로(202)를 충분히 지나면서 빠져나가도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성의 폐기물 열분해 용융시스템을 가동하게 되면, 종래와 마찬가지로 열분해로(10)와 용융로(20)에서 폐기물이 액상의 슬랙으로 용해되어 용융물이 된다. 그리고, 이 용융물(20)은 출탕유닛(200)의 배출로(201)(202)를 따라 급냉수조(110)로 떨어진 후 저장부(130)로 보내진다. 이때 상기 용융로(20)의 용융물 배출구(23) 상부를 통해서 용융로의 고온 가스가 출탕유닛(200)으로 들어오게 되며, 이렇게 들어온 고온의 가스는 경사로(201)와 낙하로(202)로 이어지는 배출로 주변을 가열한 후 제2보조연결라인(222)을 통해 빠져나가서 주연결라인(210)으로 합류된다. 주연결라인(210)으로 합류된 가스는 종래와 마찬가지로 다음 공정인 후연소기(30)로 보내지며, 계속해서 사이클론(40), 열교환기(50), 세정탑(60), 백필터(70), 유인송풍기(80) 및 연돌(90)을 통과하게 된다.

따라서, 출탕유닛(200)은 용융로(20)의 고온 가스에 의해 항상 고온이 유지되기 때문에, 용융물이 배출로(201)(202) 안에서 응고되는 현상은 거의 일어나지 않게 된다. 이에 따라 보조버너(203)를 전(full) 부하로 가동시킬 필요가 없어지기 때문에, 연료의 소모가 급격히 줄어들게 된다. 보조버너(203)는 빠른 승온을 필요로 할 경우 등에 진정한 보조용으로만 사용하면 된다.

도 4 및 도 5는 같은 보조버너의 연료 양으로 종래의 출탕유닛을 가열하면서 시간의 경과에 따른 온도변화를 측정해본 결과와, 본 발명의 출탕유닛을 가열하면서 시간의 경과에 따른 온도변화를 측정해본 결과를 각각 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 종래의 경우는 동일한 연료량으로 출탕유닛의 온도를 900℃에서 1000℃까지밖에 유지할 수 없음을 알 수 있다. 그래프의 후반부에 연료량을 약 20% 증가시킨 경우에 출탕유닛의 온도는 1050℃까지 상승하고 있다. 즉, 이 경우에 출탕유닛의 온도를 안정적인 배출온도인 1200℃ 이상으로 유지하기 위해서는 보조버너를 전(full)부하로 계속 가동하여야만 한다.

그러나, 도 5에 도시된 본 발명의 경우는 상기에서와 동일한 연료량으로 충분한 출탕온도인 1250℃ 이상을 유지할 수 있음을 알 수 있다. 즉 출탕상태를 유지하기 위한 보조연료의 연료량을 종래의 1/2만 사용하여도 충분하다는 것이다. 즉, 본 발명의 경우는 용융로(20)의 고온 가스가 출탕유닛(200)을 가열해주기 때문에, 그만큼 승온에 필요한 시간과 비용이 줄어드는 것이다.

한편, 상기 연결라인(210)(221)(222)은 고온 가스에 손상이 가지 않도록 내부를 고온용 캐스터블 내화재로 시공하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 폐기물 열분해 용융시스템은 출탕유닛에 용융로의 고온 가스가 통과하도록 연결라인이 구성되어 있어서, 출탕유닛을 가열하기 위한 연료의 소모를 줄일 수 있고, 용융물도 안정적인 용융상태로 배출시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 폐기물 열분해 용융시스템을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 시스템 중 출탕유닛을 발췌하여 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 요부인 출탕유닛을 도시한 도면,

도 4는 종래의 출탕유닛에서 시간에 따른 온도 상승의 추이를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명의 출탕유닛에서 시간에 따른 온도 상승의 추이를 도시한 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20...용융로 200...출탕유닛

201...경사로 202...낙하로

203...보조버너 210...주연결라인

221,222...제1,2보조연결라인

Claims (4)

1. 삭제
2. 폐기물을 액상의 슬랙으로 용해시키는 용융로와, 그 용해된 용융물을 배출시키는 출탕유닛과, 상기 용융로의 가스가 다음 공정으로 이동되도록 가이드하는 연결라인을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템에 있어서,

   상기 출탕유닛은 상기 용융로의 배출구와 급냉수조를 연결하는 배출로와, 상기 배출로 주위를 가열하기 위한 버너를 포함하며,

   상기 연결라인은 상기 용융로와 다음 공정을 직결하는 주연결라인과, 상기 용융로 일측에서 상기 출탕유닛의 배출로를 연결하는 제1보조연결라인과, 상기 배출로에서 상기 주연결라인에 합류하도록 연결하는 제2보조연결라인을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 배출로는 상기 용융로의 배출구에서 용융물이 흘러나오도록 가이드하는 경사로와, 그 경사로 단부에서 용융물이 상기 급냉수조로 낙하하도록 가이드하는 낙하로를 포함하며,

   상기 제1보조연결라인은 상기 배출로 중 상기 경사로 입구 측에 연결되고, 상기 제2보조연결라인은 상기 낙하로의 중앙부에 연결된 것을 특징을 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 용융로의 배출구가 상기 제1보조연결라인의 기능을 겸하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.