KR100551619B1 - 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치 - Google Patents

콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 그 방법은 생활쓰레기의 소각으로 인해 생성되는 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 투입공정; 상기 소각재에 고온을 가하여 슬래그화하는 용융공정; 상기 용융공정에서 생성되는 슬래그를 배출하고 냉각시키는 배출공정; 상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 분진을 집진하는 여과공정; 을 포함하여 이루어지되, 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 소각재를 용융하여 슬래그화하는 과정에서 발생하는 배기가스를 별도로 후처리하지 아니하여도 환경오염가스가 대기 중에 배출되는 것을 현저히 낮추는 효과가 있다.
소각재. 용융슬래그. 용융염. 후처리.

Description

콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치{ash treatment method by molten slag and system thereof}
도 1은 종래 소각재 처리 장치의 개락도이다.
도 2는 종래 소각재 처리 방법의 개략적인 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의한 소각재 처리 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 소각재 처리 방법의 개략적인 순서도이다.
도 5는 본 발명에 의한 소각재 처리후, 유황농도를 측정한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 소각재 처리후, 배출가스 중 SO2의 농도를 측정한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 소각재 처리후, 슬래그 중 염소 농도를 측정한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 소각재 처리후, 배출가스 중 염산 농도를 측정한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 소각재 처리후, 슬래그 중 납 성분을 측정한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 소각재 공급부 2: 용융로
2a: 용융로내 상부 3: 전극봉
4a, 4b: 출탕구 5: 틈새
5a: 공기 소통구 6: 2차 연소실
7: 여과집진기 8: 반건세정장치
9: 배기가스 배출구 10: 원료층
11: 용융염 12: 용융슬래그층
13: 용융금속층
본 발명은 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활 쓰레기의 소각시 발생하는 소각재를 고온에서 용융하여 재활용할 수 있는 슬래그화한 후 배출하고, 상기 용융과정에서 발생하는 배기가스에 함유된 분진을 집진하고 배출하는 소각재 처리 방법에 있어서, 용융로내 상부의 온도를 150℃이하로 유지하면서 소각재를 용융함으로써 오염물질이 배기가스를 통해 배출되는 것을 방지할 수 있는 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
생활쓰레기의 소각처리시 바닥재와 비산재를 포함한 소각재는 쓰레기량의 10~20%가 생성되며, 상기 소각재에는 많은 유해물질이 포함되어 있다.
특히, 생활쓰레기를 소각처리할 때 발생되는 산화 유황가스(SO2) 및 염화수소(HCl) 등의 유해가스는 하기 반응식 1 및 2에서 보는 바와 같이, 소석회(Ca(OH)2) 또는 생석회(CaCO3)를 물과 함께 분무하여 제거되고, 이때 생성된 CaSO3와 CaCl2 는 후단에 설치된 여과집진기에서 집진되어 비산재가 된다. 따라서 이러한 비산재에는 소각로에서 처리시 휘발되는 중금속류와 재생성 또는 활성탄에 의해서 흡착된 다이옥신까지도 함유되어 있기 때문에 지정폐기물로 분류되어 특별처리가 요구된다.
SO2 + Ca(OH)2 ↔ CaSO3 + H2O
2HCl + Ca(OH)2 ↔ CaCl2 + 2H2O
또한 바닥재에도 생활쓰레기 중 연소하지 않는 중금속류와 분해되지 않은 일부 다이옥신류를 함유하고 있기 때문에 특별처리가 요구된다. 하기 표 1은 생활폐기물 소각처리시, 생성된 바닥재 및 비산재의 평균 성분 분포를 나타낸 것이다.
(단위: 중량%)
CaO SiO2 Al2O3 MgO FeO Na2O MnO TiO2 K2O Cl
바닥재 10.31 33.34 5.82 1.60 4.83 1.66 0.90 0.42 0.54 1.32
비산재 36.24 6.60 4.18 2.31 1.00 3.41 0.09 0.66 4.08 17.14
C S Zn Cr Cu Pb Cd As CaO/SiO2
바닥재 6.44 0.56 0.98 0.1 0.12 0.16 0.1 0.1 0.31
비산재 12.88 2.91 1.15 0.1 0.3 0.18 0.1 0.1 5.49
이와 같이 특별처리가 요구되는 소각재를 안전하게 처리하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 대표적인 소각재 안정화 방법은 고형화 처리인데, 이러한 소각재의 고형화 처리방법에는 열을 이용하지 않고 결합제를 이용하는 비열방법(Non-Thermal Process) 및 열을 이용하는 열적 처리방법으로 분류되고, 이외에도 기름이나 전기에너지를 이용하는 열적 처리기술은 소각재를 안정적으로 처리할 수 있는 최신 기술로 각광을 받고 있다. 이러한 열적 처리방법이 소각재를 안정적으로 처리할 수 있는 기술로 최근 각광받고 있다. 이러한 고형화 처리방법을 통하여 소각재 중에 함유된 중금속 또는 유해 유기물 성분을 화학적으로 변화시켜 독성을 감소시키거나, 고형물의 투수성을 낮추어 용출이 덜 되도록 물리적 또는 화학적 성질을 개질한다.
최근, 철강산업에서 활용되고 있는 용융기술을 상기 열적 처리방법에 도입하여, 소각재를 슬래그화하여 안정화 및 재활용하는 공정이 시도되고 있으며, 상기 기술은 유사한 원자력 폐기물의 용융처리에도 응용되고 있다.
소각재를 용융처리하는 방법은 전기용융방식, 버너용융방식, 자기연소내부용융방식 및 코크스베드식 용융방식 등이 있다. 이러한 용융기술은 소각재의 1/2~1/3 정도의 감용화가 가능하여 매립장 확보에 어려운 현실에서 매우 유용한 소각재 처리기술이며, 더욱이 이용이 불가능한 소각재를 용융슬래그화 함으로써 매립재나 노반재 등의 토목골재의 대체품으로 이용할 수 있으며, 향후 용융기술이 파급됨과 동시에 슬래그의 재이용이 크게 증가할 것으로 기대되어 그 효과는 더욱 클 것이다. 또한 소각재는 중금속의 용출 가능성이 있지만, 소각재를 용융 슬래그화함으로써 이러한 염려도 해결할 수 있게 된다.
종래 용융방식에 의한 소각재 처리방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 소각재는 저장 호퍼(hopper, 미도시)에서 용융로 상부에 설치되어 있는 저장탱크(미도시)로 이동한 다음 소각재 공급부(1)를 통하여 로내에 일정량 장입된다. 장입된 소각재(원료)는 용융로 상부에 위치한 3상의 흑연전극봉(3)에 교류전류로 인해 발생되는 전극간의 아크(Arc)열에 의해서 용융된다. 이때 전극봉 하단의 온도는 1,400℃이상으로 용융금속층(13), 용융슬래그층(12)이 생성되고, 용융로는 밀폐되어 있기 때문에 로내 상부(2a)의 온도도 1,400℃정도의 고온으로 유지되게 된다. 이로 인해 CaO, SiO2, Al2O3 등의 산화물을 제외하고, CaSO3 , CaSO4, CaCl2 등의 생성물은 평형론적으로 분해되어 다시 환경오염 가스로 배출되게 된다. 배출된 유해가스는 2차 연소실(6), 반건세정장치(8) 및 여과집진기(7)를 통과하여 최종 배출구(9)를 통하여 배출된다.
이때, 용융로 내 상부(2a)의 온도가 1,400℃이상의 고온으로 배출되는 CaSO4 및 CaSO3는 약 250℃에서 분해되기 시작하며, 화학반응식은 다음과 같다.
CaSO4 + 1/2 C ↔ CaO + SO2 + 1/2CO2
CaSO4 + C ↔ CaO + SO2(g) + CO
CaSO4 + 2HCl ↔ CaCl2 + SO2 + H2O + 1/2O2
CaSO4 ↔ CaO + SO3
CaSO3 ↔ CaO + SO2
또한 상기 CaCl2는 약 1,100℃에서부터 분해되기 시작하여 1,450℃에서는 약 50%정도가 고상에서 기상으로 전환되는데, 이때 발생되는 화학반응식은 다음과 같다.
CaCl2 + H2O → CaO + 2HCl
CaCl2 + 1/2 O2 → Cl2+ CaO
CaCl2 ↔ CaCl2 + Cl2
CaCl2 + H2O + 1/2O2 + SO2 ↔ 2HCl + CaSO4
Cl2 + H2O ↔ 2HCl + 1/2O2
상기 유해가스 이외에도, 소각재의 유해성을 제공하는 중금속 성분이 있다. 현재 발표된 바로는 소각재의 용출실험에서 중금속은 환경규제치 이상으로 검출되고, 따라서 지정폐기물로 특수처리가 되고 있다. 특히, 비산재 중에 함유된 중금속을 고온의 용융처리를 하는 경우, 중금속은 어떤 화합물로 결합하는가에 따라 배 기가스, 비산재 또는 슬래그 상에 고용되는지를 정확하게 규명할 수 있으며, 예를 들어 납(Pb) 화합물의 형태를 보면 다음과 같다.
Pb + Cl2 ↔ PbCl2
Pb + SO2 + ½ O2 ↔ PbSO3
Pb +½ O2 ↔ PbO
Pb + S ↔ PbS
Pb + Ca(OH)2 ↔ Pb(OH)2 + Ca
용융과정에서 산화물로 존재하는 PbO 또는 PbS의 경우는 슬래그 상에 고용이 가능하나 PbCl2로 존재하는 경우는 대부분 휘발하여 용융 비산재로 존재하게 된다.
상기 반응식으로부터 생성된 SOx(g), CO(g), HCl(g), Cl2(g) 등의 가스 또는 중금속은 대기상으로 배출되면, 대기 환경오염의 주범이 되고, 특히 염화수소와 같은 강산성 가스는 처리설비의 부식의 원인이 되기도 한다. 따라서 이러한 가스 또는 중금속의 유해성을 줄이기 위하여, 2차 연소실(6)에서 CO(g) 가스를 CO2(g)로 만들어 주어야 하며, SOx(g), HCl(g) 및 Cl2(g)는 반건세정장치(8)에서 소석회를 첨가하여 제거하는 후처리 시스템을 거치 후에, 여과집진기(7)를 통하여 유해성을 최소화된 가스가 최종 배출된다.
그러나, 종래의 소각재의 용융처리 시스템은 용융로의 상부 온도가 높아 소 각로에서 처리한 각종 유해가스 및 중금속 등이 재생성되기 때문에 이를 다시 처리해야 하는 후처리시스템이 반드시 요구되므로 설비비 증가, 처리비용증가, 설치면적 증가, 운전의 어려움 등의 문제점이 수반된다. 또한, 다이옥신은 200~500℃에서 재합성되는 것으로 알려져 있는데, 종래의 소각재의 용융처리 시스템에서 생활쓰레기의 소각시 후처리를 통하여 분해되었던 다이옥신이 재합성되는 문제도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소각장치에서 처리한 각종 유해가스, 중금속 및 다이옥신 등을 슬래그 또는 용융염에 고용시켜 배기가스로 배출되지 않도록 함으로써 배기가스의 후처리가 매우 간단한 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법 및 장치를 제공함에 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법은 생활쓰레기의 소각으로 인해 생성되는 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 투입공정; 상기 소각재에 고온을 가하여 슬래그화하는 용융공정; 상기 용융공정에서 생성되는 슬래그를 배출하고 냉각시키는 배출공정; 상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 분진을 집진하는 여과공정; 을 포함하여 이루어지되, 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법에 있어서, 상 기 소각재의 공급속도 및 이에 따른 용융로내 원료층의 높이를 조절함으로써 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법에 있어서, 상기 용융공정을 통해 생성된 용융염과 용융슬래그층이 노출되지 않도록 상기 용융공정 말기에 소각재를 더 장입하는 소각재 재투입공정; 이 더 부가된 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법에 있어서, 상기 용융로내 상부에 외부공기를 소통시켜 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법에 있어서, 상기 소각재를 용융하면서 발생하는 배기가스를 재연소시키는 2차 연소공정; 이 더 부가된 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법에 있어서, 상기 용융로에 장입되는 소각재는 바닥재:비산재의 비율이 9:1 내지 7:3인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치의 구성은 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 공급부; 상기 용융로내에 형성되어 인가된 전원에 의해 아크열을 발생시키는 전극봉; 상기 용융로의 일측벽에 형성된 출탕구; 상기 용융로에서 배출되는 배기가스를 재연소시키는 2차 연소실; 상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에서 분진을 집진하는 여과집진기; 및 배기가스 배출구; 를 포함하 되, 상기 용융로내 상부의 온도가 150℃ 이하로 유지되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치에 있어서, 상기 용융로내 상부에 외부공기를 소통시켜 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치에 있어서, 상기 소각재 공급부는 진동분배기인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치에 있어서, 상기 전극봉이 3상의 흑연전극봉인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 소각재 처리 방법 및 장치의 구성 및 작용을 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 소각재 처리 장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 용융로 및 소각재 공급부, 전극봉, 2차 연소실, 여과집진기 및 배기가스 배출구를 포함하여 구성된다.
소각재 공급부(1)는 생활 쓰레기의 소각시 발생하는 소각재 중 바닥재와 비산재의 비율을 조정하여 용융로에 공급하는 장치로서, 진동 분배기로부터 소각재를 공급받는다.
전극봉(3)은 상기 소각재 공급부(1)에 의해 상기 용융로(2)에 장입된 소각재(원료, 10)에 고열을 공급하기 위한 것으로서, 상기 용융로 상부(2a)로부터 입설된 3상의 흑연전극봉인 것이 바람직하다. 상기 흑연전극봉에 교류전류를 인가함으로써 발생되는 전극간의 아크열에 의해 상기 용융로(2)에 장입된 원료(10)를 용융시킨다.
용융로(2)는 원료(10)를 수용하고, 상기 전극봉(3)에 의해 원료를 슬래그화하는 구성이다. 본 발명에 의한 용융로(2)는 로내 상부(2a)를 공기 순환시켜 온도를 낮추도록 형성하였다. 구체적으로 설명하면 도시된 바와 같이, 소각재 공급부(1)나 전극봉(3) 등 외부와 연결되는 요소들이 상기 용융로(2) 내에 입설되는 부분을 밀폐시키지 아니하여 틈새(5)가 형성되며, 더 나아가 개폐가능한 하나 이상의 공기소통구(5a)를 별도로 형성할 수도 있을 것이다. 결국 상기 틈새(5)와 공기소통구(5a)는 용융로내 상부(2a) 온도를 150℃이하로 제어하기 위한 수단이므로, 그 목적을 달성하기 위하여 작업조건에 따라 직경이나 갯수 등을 결정해야 한다.
상부 온도를 150℃ 이하로 제어하기 위한 더욱 효과적인 수단으로 소각재 공급부(1)로부터 소각재를 공급하는 속도를 조절하여 그에 따라 원료층(10)의 높이를 조절함으로써 로내 상부(2a)의 온도를 조절할 수도 있다. 즉, 소각재 공급 속도를 높여 원료층의 높이를 높게 하면 용융로 하부의 열이 상기 원료층(10)을 거치면서 냉각되기 때문에 로내 상부(2a)의 온도를 낮출 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면 로내 상부(2a)의 온도가 낮기 때문에 도 1에 도시된 종래의 장치와 달리 용융염(11)이 결정화 되는 것이다.
상기 용융로의 하단에는 출탕구(4a, 4b)가 마련되어 있어 용융금속(13) 및 용융슬래그(12)가 배출되며, 배출된 용융금속(13) 및 용융슬래그(12)는 공냉 또는 수냉으로 고형화되어 배출된다.
2차 연소실(6)은 소각재의 용융과정에서 발생하는 배기가스를 재연소함으로써 배기가스 중 함유되어 있는 일산화탄소가스를 이산화탄소가스로 만들어 배출시키기 위한 구성이다.
여과집진기(7)는 2차 연소실을 거쳐 나오는 배기가스 중에 포함되어 있는 분진을 집진하는 장치이다.
배기가스 배출구(9)는 상기 분진이 집진된 후 나머지의 배기가스를 배출하는 구성이다.
도 4는 본 발명에 의한 소각재 처리 방법의 개략적인 순서도이다. 이를 참조하여 본 발명에 의한 작용을 설명한다.
상부에 설치되어 있는 저장탱크(미도시)에 저장된 소각재를 용융로(2)에 진동분배기 또는 다른 종류의 소각재 공급부(1)를 이용하여 일정량 장입한 후, 교류전류를 인가하여 흑연전극봉에 아크열을 발생시킨다. 이때, 전극봉(3) 하단의 온도는 1,400~1,500℃, 용융슬래그층은 1,350℃정도가 되도록 운전한다.
또한 로내 상부(2a) 온도를 150 ℃ 이하로, 바람직하게는 80~150℃이하로 제어하는 것이 중요하다. 이를 위하여 상기에서 설명한 바와 같이, 용융공정 중 소각재를 연속적으로 투입하며, 용융말기 소각재를 재투입하고, 또한 상기의 틈새(5) 또는 별도로 형성된 공기 소통구(5a)를 통하여 외부공기를 유통시키는 것이다.
상기의 용융에 의해 생성되는 용융슬래그(12) 및 용융금속(13)은 출탕구(4a, 4b)를 통하여 배출한다. 또한 1,400~1,500℃로 소각재 용융시 발생하는 배기가스에 포함되어 있는 SOx(g), HCl(g), Cl2(g) 등의 유해가스는 150 ℃ 이하인 용융로내 상부(2a)에서 냉각되고, 상기 유해가스가 생성됨과 동시에 접촉하는 슬래그(12) 상부가 냉각됨으로써, 슬래그(12)에 고용되거나 용융염(11)으로 석출된다. 또한 용융로내 상부(2a)의 온도가 다이옥신의 재합성 온도 이하이므로 다이옥신이 재합성되는 것도 방지된다. 또한 배기가스에 포함되어 있는 일산화탄소는 2차연소실(6)에서 이산화탄소로 만들어 배출한다. 따라서, 본 발명의 소각재 처리방법 및 그 장치는 별도의 후처리 시스템을 구비하지 않고, 재생성되는 유해가스 문제를 해결할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
내경 4,100mm, 높이 1,400mm의 소각재 용융로(2)에 실시 전 초기 전력 부하 유도를 위해 금속 훼로망간 15ton과 코크스 100Kg을 장입하고 보다 원활하게 소각재를 용융할 수 있는 분위기를 조성하였다. 이후 표 1과 같은 조성을 갖는 소각재를 바닥재:비산재를 7:3의 비율로 바닥재 4,200Kg, 비산재 1,800Kg을 저장 호퍼(hopper)에서 혼합한 후 용융로 상부에 설치되어 있는 저장탱크로 이동한 다음 진동분배기를 이용하여 소각재 공급부(1)를 통하여 공급하였다. 소각재의 공급에 관하여 이하에서 구체적으로 서술한다. 상기 소각재 공급부(1)는 직경 250mm의 관 으로 용융로 중심으로부터 900mm 떨어진 곳에 3기를 설치하여 소각재 투입시 고루 분포되도록 하였다. 전극봉(3)에 1차전압 22,500V 및 2차전압 140V에 21,600A의 교류전류를 인가하여 시간당 700~900Kwh로 6시간 동안 용융하였다. 이때 전극봉(3) 하단의 온도는 1,400~1,500℃, 용융된 용융슬래그층(12)의 온도는 1,350℃정도가 유지되도록 운전하였다. 상기 6,000Kg의 소각재는 용융시 용융슬래그층(12)이 노출되지 않도록 연속적으로 투입하였으며, 특히 소각재 용융말기에 상기 6,000Kg의 소각재 이외에 용융염(11)과 용융슬래그층(12)이 노출되지 않도록 1,000Kg~6,000Kg을 재투입하였다. 소각재 1,000Kg 추가 투입시 용융슬래그(12) 및 최초 투입된 용융합금철(이하, ‘용융층’이라 함)의 높이를 측정한 결과 용융되지 아니한 고상의 소각재(원료층) 높이는 35mm였고, 용융층 높이는 380mm로 높이의 비가 1:9 정도 였으며, 소각재 6,000Kg 추가 투입시 용융되지 아니한 고상의 소각재 높이는 200mm로 용융층과의 높이의 비가 대략 1:2로 측정되었다. 상기 용융로내 소각재 투입량을 변화시키는 방법으로 고상의 소각재와 용융층 높이의 비율을 1:9에서 1:2까지 변화를 주면서 원료층 최상부의 온도를 K-type 열전대로 측정한 결과 비율이 1:9로 용융되지 아니한 고상의 소각재 최상부 온도는 약 150℃였고, 비율이 1:2의 경우 고상의 소각재 최상부 온도는 약 100℃로 측정되었다. 이는 고온으로 용융된 용융염과 용융슬래그의 복사열이 상부의 원료층을 통과하면서 냉각되었기 때문이라 판단되며, 따라서 용융층이 드러나지 않도록 소각재 투입량을 조절함으로써 용융로내 상부온도를 보다 효과적으로 제어할 수 있을 것이다. 또한 용융로 상부(2a)의 틈새(5) 또는 별도의 공기 유입구(5a)를 이용하여 외부공기를 적절히 유통시킴으로 써 상부 온도 제어를 효과적으로 하였다. 이후 생성된 상기 용융슬래그는 출탕구(4)를 통하여 용융염(11)과 함께 배출하고 공랭 또는 수냉하였다. 또한 상기 용융과정에서 생성된 배기가스를 2차 연소실에서 재연소하여 나오는 가스 중에 포함되어 있는 분진을 여과집진기(7)에서 집진하였다.
<실시예 2>
바닥재: 비산재의 비율 9:1의 소각재를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 소각재의 재투입에 따른 용융로내 상부 온도 측정결과 거의 동일한 결과를 얻었다.
<비교예 1>
바닥재: 비산재의 비율 7:3의 소각재를 사용하고, 용융로(2)의 상부를 완전히 밀폐하여 로내 상부가 공기유통되지 않도록 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때, 로내 상부온도를 측정한 결과 1,350~1,400℃정도로 측정되었다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 실시예 2에서 실시한 처리방법의 적법성을 진찰하기 위하여 유해가스의 농도를 하기와 같이 측정하였다.
1. 유황농도 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 2에서 실시후, 용융시간에 따라 유황 농도를 측정한 결과를 도 5에 기재하였다. 도 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1은 유황농도가 2.0～1.1% 정도가 슬래그에 고용되었으며, 실시예 2의 경우, 0.6～0.9% 범위로 슬래그에 고용되었다.
2. 배출가스 중, SO2의 농도 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 2의 용융과정중에서 발생한 SO2의 가스분석한 결과를 도 6에 나타내었으며, 구체적으로는 실시예 1의 경우는 SO2의 농도가 50 ppm이고, 실시예 2의 경우 10 ppm 미만으로 나타났다.
3. 슬래그 중, 염소 농도 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 2에서 실시후, 슬래그 중, 염소 농도변화를 측정한 결과를 도 7에 기재하였고, 구체적으로는 실시예 1의 경우는 슬래그 중, 염소 농도가 4～7 %이고, 실시예 2의 경우 1～2 %정도 잔존하는 것으로 확인되었다.
4. 배출가스 중, 염산 농도 측정
상기 실시예 1에서 발생한 배출가스 중 염산 농도를 측정결과를 도 8에 기재하였고, 구체적으로는 배출가스 중 염산의 잔존농도가 1ppm 이하인 것으로 확인되었다.
5. 슬래그 중, 납 성분 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 2에서 실시후, 슬래그 중, 중금속중 Pb 성분을 측정한 결과를 도 9에 기재하였고, 구체적으로는 실시예 1은 0.1～ 0.3 %, 실시예 2는 0～0.1 % 잔존하는 것으로 확인되었다.
또한 상기 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, 각 용융로에서 소각재를 처리한 후 유해가스 잔존 농도를 하기 표 2에 기재하였다.
실시예 1 비교예 1
NOx (12%) 30 ppm 이하 200 ppm 이하
SOx (12%) 50 ppm 이하 1,000 ppm 이상
염산 10 ppm 이하 1,500 ppm 이상
다이옥신 0.1 ng-TEQ/Sm3 이하 0.1 ng-TEQ/Sm3 이하
미세먼지 20 mg/Sm3 이하 20 mg/Sm3 이상
상기에서 표 2에서 살펴본 바와 같이, 다이옥신, 미세먼지를 제외하고, NOx, SOx, 염산의 농도는 본 발명의 소각재 처리방법을 실시한 경우, 배출농도가 최소화된 것을 확인하였다.
또한, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, 각 용융로에서 소각재를 처리한 후 슬래그 중, 잔존하는 중금속의 용출시험을 실시하여 하기 표 3에 기재하였다.
실시예 1 비교예 1
Cd 검출안됨 0.035 ppm
Pb 검출안됨 0.05 ppm
As 검출안됨 검출안됨
Cr6+ 검출안됨 검출안됨
Cu 0.02 ppm 0.3 ppm
Zn 0.035 ppm 0.4 ppm
상기에서 표 3에서 살펴본 바와 같이, 실시예 1의 경우, 슬래그에 Cd, Pb, As, Cr6+은 용출이 되지 않았으나 비교예 1의 경우는 검출되었으며, Cu와 Zn의 경우는 실시예 1이 비교예의 경우보다 10배정도 낮게 용출되었다.
상기에서 본 발명의 소각재의 처리방법을 통한 결과가 유해가스 및 중금속의 농도가 현저하게 적음을 확인한 결과로 부터, 본 발명의 소각재의 처리방법은 용융로내 상부의 온도를 슬래그 용융온도보다 낮추고, 동시에 슬래그 상부온도를 낮춤으로써, 슬래그 용융시 유해가스 또는 중금속이 발생됨과 동시에 냉각된 슬래그 상부와 접촉함으로써, 슬래그에 고용되거나 용융염으로 석출되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 생활 쓰레기 소각재 용융처리시 발생하는 배기가스를 별도의 후처리를 하지 아니하여도 환경오염가스의 배출을 환경오염배출기준치 이하로 제어할 수 있게 된다.
따라서 후처리공정이 불필요하므로 시스템의 구성이 현저하게 단순해지는 효과가 있다.
또한 이로 인해 설치, 설비비용 및 소각재 처리비용이 크게 절감되며 운전도 매우 용이해지는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 생활쓰레기의 소각으로 인해 생성되는 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 투입공정;
    상기 소각재에 고온을 가하여 슬래그화하는 용융공정;
    상기 용융공정에서 생성되는 슬래그를 배출하고 냉각시키는 배출공정;
    상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 분진을 집진하는 여과공정;
    을 포함하여 이루어지되, 상기 용융로 내 상부에 구비된 공기 소통구를 통해 외부 공기를 소통시켜 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 하는 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법.
  2. 생활쓰레기의 소각으로 인해 생성되는 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 투입공정;
    상기 소각재에 고온을 가하여 슬래그화하는 용융공정;
    상기 용융공정에서 생성되는 슬래그를 배출하고 냉각시키는 배출공정;
    상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 분진을 집진하는 여과공정;
    을 포함하여 이루어지되,
    상기 소각재의 공급속도 및 이에 따른 용융로내 원료층의 높이를 조절함으로써 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용융공정을 통해 생성된 용융염과 용융슬래그층이 노출되지 않도록 상기 용융공정 말기에 소각재를 더 장입하는 소각재 재투입공정;
    이 더 부가된 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소각재를 용융하면서 발생하는 배기가스를 재연소시키는 2차 연소공정;
    이 더 부가된 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용융로에 장입되는 소각재는 바닥재:비산재의 비율이 9:1 내지 7:3인 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 방법.
  7. 소각재를 용융로에 장입하는 소각재 공급부;
    상기 용융로내에 형성되어 인가된 전원에 의해 아크열을 발생시키는 전극봉;
    상기 용융로의 일측벽에 형성된 출탕구;
    상기 용융로에서 배출되는 배기가스를 재연소시키는 2차 연소실;
    상기 용융공정에서 발생하는 배기가스에서 분진을 집진하는 여과집진기; 및
    배기가스 배출구;
    를 포함하되, 상기 용융로내 상부에 구비된 공기 소통구를 통해 외부 공기를 소통시켜 상기 용융로내 상부의 온도를 150℃ 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 소각재 공급부는 진동분배기인 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 전극봉이 3상의 흑연전극봉인 것을 특징으로 하는 상기 콜드 탑 슬래그법을 이용한 소각재 처리 장치.
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