KR100559799B1

KR100559799B1 - 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로

Info

Publication number: KR100559799B1
Application number: KR1020040012013A
Authority: KR
Inventors: 김상남; 김성곤
Original assignee: 김상남; 김성곤
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2006-03-16
Also published as: KR20050083488A

Abstract

본 발명은 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅 방법에 의한 브라운가스 소각재용융로에 관한 것으로서, 본 발명의 브라운가스 소각재용융로는 몸체 상부에 배기통로와 몸체 측면의 일각에 소각재 투입구와 용융로 저면에 용탕출구가 형성되어 있는 것으로 브라운가스에 의해 용융로 내부온도를 1400℃∼1800℃의 고온으로 유지하면서 소각재를 용융시킴으로써 소각재에 함유된 중금속, 다이옥신 등의 환경오염물질을 제거하여 환경문제를 해결하고 용융슬러그는 수쇄 처리하여 도로기층 골재 등으로 재활용함으로써 브라운가스에 의해 환경문제를 완벽하게 해결한 것이다.

본 발명은 상기 소각재 투입구에 브라운가스/소각재 혼입장치를 구성하여 소각재와 브라운가스를 동시에 용탕상면을 향해 슈팅시킴으로써 용융효과를 크게 높인 것이 특징이다.

브라운가스, 바닥재, 비산재, 용융로

Description

브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로 {BROWN GAS ASH MELTING FURNACE}

도1은 인용특허를 설명하기 위한 개략도.

도2는 본 발명에 따른 브라운가스 소각재용융로의 개략적인 구성도.

도3은 본 발명의 일구성요소인 브라운가스/소각재 혼입장치의 개략적인 구성도이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 소각재용융로 본체 11: 배기통로

12: 소각재 투입구 13: 워터자켓

14: 용탕출구 15: 출탕조

16: 용탕받이턱 17: 수쇄조

20: 브라운가스/소각재 혼입장치 21: 소각재 호퍼

22: 스크류 이송기 23: 고압송풍기

24: 소각재 슈트 25: 송풍기 노즐

30: 브라운가스 에어믹서 31: 브라운가스 노즐

40: 콤프레셔에어 공급라인 50: 브라운가스 공급라인

51: 브라운가스 버너 52: 브라운가스 보조버너

본 발명은 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로에 관한 것으로서 브라운가스와 소각재의 혼입장치를 구성하여 소각재 등의 작은 입자형태의 불연성 특수 폐기물을 브라운가스와 동시에 용탕상면을 향해 슈팅시킴으로써 수소와 산소의 발열효과에 의한 1400℃∼1800℃의 고온에서 효과적으로 용융처리하기 위한 것이다.

브라운가스는 수소(H₂)와 산소(O₂)가 2:1의 혼합비로 혼합되어 있는 혼합가스로서 자체 산소에 의한 완전연소 특성을 가지고 있으므로 별도의 연소용 공기를 필요로 하는 다른 어떤 연료보다 높은 고온을 창출할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이러한 브라운가스를 소각물과 함께 로 내에 슈팅하면 H₂와 O₂가 소각물과 접촉된 상태에서 또는 소각물에 가장 접근한 상태에서 H₂와 O₂가 발열반응 하므로 브라운가스의 직접 발열에 의한 고온을 창출할 수 있어 가장 효과적인 방법으로 소각물을 용융시킬 수가 있는 것이다.

도시 쓰레기를 태우면 평균적으로 소각량의 약 20%정도의 소각잔유물이 발생하므로 750T/D 소각로의 경우 매일 150Ton의 소각잔유물이 나온다는 계산이 된다. 이것은 전국적으로 보면 심각한 문제가 아닐 수 없다.

더구나 소각재에는 중금속(납, 아연, 크롬, 카드늄 등), 다이옥신 등이 다량으로 함유되어 있어 특수폐기물로 분류되어 비산재(Fly Ash)의 경우 용융처리 하도록 법령으로 특별관리 폐기물로 규정하고 있고 바닥재(Bottom Ash) 역시 머지않아 용융처리하도록 규정할 예정이다.

그러나 바닥재와 비산재는 용해조작의 난이성이 크게 다르기 때문에 비산재만 따로 처리하기 보다는 바닥재와 비산재를 섞어서 용융처리하는 것이 좋은 것이다.

즉, 바닥재는 입경이 2∼3mm 이상으로 그 취급도 쉽고 미연물도 열적감량이 3% 이하라면 용해에도 문제가 없다. 한편 비산재는 입경이 20∼30㎛으로 비산하기 쉬우므로 잠입 도중에 날아가 버릴 염려도 있다. 또한 비산재는 염소성분이 포함되어 있어 금속성과 내화물을 부식시킬 수도 있으므로 비산재만 처리할 경우 또다른 문제를 야기할 수 있는 것이다. 그러므로 연소용 공기가 필요없는 브라운가스로 고온용융 처리하는 것이 최상의 방법이다.

브라운가스 용융로에 관해서는 본 출원인이 2000년 12월 27일 선출원하여 등록한 실용신안등록 제0226162호 "브라운가스를 이용한 고온소각로"(이하 인용특허라고 칭한다)가 있다.

인용특허의 구성과 작용을 보면 도1에 도시한 바와 같이 「직상방에 연통되어 보온재(16a)로 싸인 수증기 배기관(16)과, 상부 측면에 일단이 연삽(連揷)되고 타단에 호퍼(24)를 구비한 스크류 컨베이어(22)와, 그 하면 확장부(11)의 일측에 천공 형성된 버너공(14)으로 이루어진 중공 원추형의 세라믹재 상부몸체(10)와; 발열부(36)가 안치되는 내측 바닥면(32) 중앙으로부터 돌출된 받침대(34)와, 원주상에 상방으로 돌출된 테두리부(35)로 이루어져 상부몸체(10)의 절개부(18)를 통하여 캐스터(38)의 작용으로 기밀되게 출입되는 세라믹재 하부몸체(30)와; 상기 상부몸체(10)와 하부몸체(30)의 외부를 둘러싸고 있는 강재(2)와; 브라운가스발생기(42)와, 이 발생기(42)로부터 가스 공급관(P)을 통하여 연료를 공급받고 상부몸체의 버너공(14) 초입(初入)에 위치하는 버너(44)로 이루어진 연소부(40)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.」라고 기술하고 있고, 또한 「상기 확장부(11)에 천공형성된 버너공(14)이 확장부의(11) 둘레를 따라 일정간격을 두고 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.」라고 기술하고 있다.

상기 인용특허는 제강공장의 분진폐기물과 같은 소량의 특수폐기물을 소각용융 처리하는 목적으로 사용할 수 있으나 대량으로 쏟아지는 도시쓰레기 소각재를 용융처리 해야 하는 중대형 용융로로는 부적당함을 알 수 있다. 따라서 본 발명은 중대형 용융로로 사용할 수 있도록 구성함과 아울러 융해물을 브라운가스와 함께 슈팅하는 방식을 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로는 소각재 용융처리 이외에도 분말형태의 용해물질은 전부 해당되는 것으로 예를 들어 미분탄 연소촉진 또는 동광석을 제련하는 용광로에도 적용할 수 있는 것이다. 그러나 본 발명에서는 일실시예로써 소각재 용융처리에 대해 집중적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 목적은 무엇보다 경제성을 확보하는데 있다. 다시 말하면 소각재와 같은 발열량이 거의 없는 용융물을 용해시키기 위해서는 막대한 연료비용이 들어가기 때문에 종래의 방법으로는 전혀 경제성이 없는 것이다.

실제로, 서울시에서 건설중인 750T/D 소각시설의 경우를 예를 들어 설명하면 이 시설에서 발생하는 소각재는 약 150T/D이고 이 중에서 비산재는 30T/D이다. 현행법에 의해 비산재만이라도 용융처리 하여야 하기 때문에 이 시설에는 LNG를 연료로 사용하는 30T/D 비산재 용융로가 있다.

30T/D 비산재 용융로의 경우 3,200,000kcal 이상의 열량이 필요하기 때문에 LNG 329N㎥/h와 산소 658N㎥/h를 필요로 한다. 이 경우 연료비용을 계산하면 년간 \3,864,223,000이다. 이와 상응하는 브라운가스를 연료로 사용하는 경우, 브라운가스 480N㎥/h가 소요되고 비용은 전기료, 물 값 등을 합하여 \856,590,000에 불과함을 알 수 있다. 그러므로 브라운가스를 사용하면 약 80%에 해당하는 년간 30억원의 연료비용이 절감되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 경제성을 확보하기 위해 브라운가스를 이용하여 소각재 같은 입자상의 용해물질을 고온용융처리하기 위한 것이며 브라운가스만의 특성을 응용하여 보다 효과적으로 용융시키기 위한 방법을 창안하여 브라운가스와 소각재의 혼입장치를 구성한 브라운가스 소각재 용융로를 제안한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 브라운가스/소각재 혼입장치를 구성하여 브라운가스 즉, 수소와 산소의 혼합가스를 노즐팁에서 슈팅함으로써 노즐팁에서 불이 붙지 않고 로 내에 깊숙히 투하되면서 수소와 산소의 발열반응에 의해 소각재가 효과적으로 용융되도록 안출한 것이다.

본 발명의 브라운가스 슈팅방법은 에젝터 원리를 이용한 브라운가스 에어믹서에서 압축공기에 의해 고속으로 로 내로 슈팅하고 또한 스크류 공급기에 의해 투입되는 소각재는 고압송풍기(Turbo Blower)에 의해 로 내에 슈팅되도록 한다. 이 때 송풍기 노즐과 브라운가스 노즐이 일직선을 이루는 센터라인 상에 위치하여 로 내로 확산되는 용해물의 중심부에 브라운가스가 슈팅되도록 하는 것이 중요하다.

이렇게 하면 H₂와 O₂가 용해물의 중심부에서 연소하고 적어도 용해물의 입자와 가장 가까이 접근해서 연소하므로 용해효과를 크게 할 수 있는 것이다.

한편, 고압송풍기에 의해 투입되는 공기는 슈팅기능을 할 뿐만 아니라 용해물의 산화용으로 사용된다.

본 발명의 슈팅장치는 브라운가스와 소각재를 동시에 슈팅하기 위한 장치이므로 브라운가스와 소각재가 용탕 상면에 부딪히도록 슈팅장치의 슈팅센터라인이 용융로 본체의 수직센터라인과 일정각을 이루도록 구성하는 것이 좋다.

결과적으로 본 발명은 다음과 같은 세 가지 효과를 얻는다.

첫째, 브라운가스와 소각재가 동시에 슈팅되므로 H₂와 O₂의 발열반응 구역에서 입자상의 용해물이 직접 가열되므로 용해효과가 크다.

둘째, 브라운가스가 용탕상면을 향해 슈팅되므로 용탕이 브라운가스에 의해 직접 가열되는 효과를 얻게 된다. 이것은 상기 인용특허 내용에서 설명한 바와 같이 브라운가스의 열핵반응특성이 적용되어 용탕이 발열체 역할을 하므로 더더욱 고온을 창출해 낼 수 있는 것이다.

셋째, 소각재 중의 비산하기 쉬운 비산재 까지도 직접 용탕에 헤딩하므로 비산을 원천적으로 막을 수 있다. 만약 비산재가 용탕에 빠지지 않고 일부 비산되었다 하더라도 용탕상부에 크게 형성된 고온의 용융실에서 용해되어 자유낙하 하므로 문제는 없다.

이하, 본 발명에 따른 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 인용특허를 설명하기 위한 개략도이며, 이와 달리 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스 소각재용융로의 개략적인 구성도, 도3은 본 발명의 일구성요소인 브라운가스/소각재 혼입장치의 개략적인 구성도이다.

도2와 도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로는 용융로본체(10)와 브라운가스/소각재 혼입장치(20)로 구성되어 있고 또한 콤프레셔 에어라인(40)으로부터 콤프레셔 에어를 공급받고, 브라운가스 공급라인(50)으로부터 브라운가스를 공급받아 콤프레셔 에어로 슈팅하기 위한 브라운가스 에어믹서(30)로 구성되어 있는 것이다.

도2에 도시한 바와 같이 소각재용융로 본체(10)는 고온 내화벽돌로 구축한 것으로서 본체 상부에 배기통로(11)가 구성되고 몸체 측면의 일측에는 소각재 투입구(12)가 형성되어 있고 몸체 하반부 외벽에는 워터자켓(13)을 구성하여 로 벽을 보호하도록 구성한 것이다.

또한 용탕 바닥의 일측에는 용탕출구(14)를 형성하고 용탕출구(14)와 연결하여 본체내부에 형성된 용탕의 상면과 수평을 이루면서 출탕량을 조절하기 위한 출탕조(15)가 구성되어 있는 것이다.

상부에 브라운가스 보조버너(52)를 구성한 본 출탕조(15)는 상부를 오픈할 수 있으므로 필요에 따라서는 용융슬래그의 성분조성과 균질화를 위해 보조 용융로로 쓰이기도 한다.

출탕조(15)로부터 용탕받이턱(16)을 따라 흘러내리는 용탕은 물이 채워진 수쇄조(17)에서 급랭되면서 수쇄(水碎)되어 모래처럼 작은 입자로 굳어지는데 이것은 도로기층 골재 등으로 사용되어 재활용된다.

한편, 본 용융로본체(10)의 하단부 일측에는 브라운가스 버너(51)을 장착하기 위한 버너공이 본체 중심을 향해 일정간격으로 다수개 형성되어 있는 것으로 버너공에 장착된 브라운가스 버너(51)는 브라운가스 공급라인(50)으로부터 브라운가스를 공급받아 로 내부를 가열하여 로내 온도를 1400℃∼1800℃로 유지하도록 하는 것이다.

본 발명의 브라운가스/소각재 혼입장치(20)는 도3에 도시된 바와 같이 소각재 호퍼(21)와 스크류 이송기(22)와 고압 송풍기(23) 및 브라운가스 노즐(31)로 구성되어 있는 것으로 스크류 이송기(22)에 의해 이송되어 슈트(24)에서 떨어지는 소각재는 고압송풍기 노즐(25)에서 고속으로 불어주는 공기에 의해 투입구(12)를 통해 로 내부로 슈팅된다.

본 발명의 브라운가스 슈팅방법은 에젝터 방식의 브라운가스 에어믹서(30)를 이용하는 것으로 콤프레셔 에어라인(40)으로부터 공급되는 압축공기(4∼5kg/㎠)에 의해 브라운가스 공급라인(50)으로부터 공급되는 저압의 브라운가스(1kg/㎠ 이하)를 혼입하여 브라운가스 노즐(31)에 의해 고속으로 슈팅하는 방법이다.

이 때 브라운가스 노즐(31)은 고압송풍기 노즐(25)의 센터라인 상에 위치하도록 구성하여 동일 센터라인 선상에서 브라운가스와 소각재가 동시에 슈팅되도록 구성한 것이다.

한편, 브라운가스 노즐(31)에서 슈팅되는 브라운가스는 대량으로 슈팅되므로 로내 온도를 필요이상으로 올리게 되어 위험할 수도 있다. 이 때 로 벽에 위치한 브라운가스 버너(52)의 브라운가스 공급량을 차단하던가 조절함으로써 적정온도로 운전할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재용융로는 브라운가스/소각재 혼입장치를 구성하여 용해물인 소각재와 브라운가스를 동일 센터라인 상에서 동시에 용융로 내부에 슈팅시킴으로써 수소(H₂)와 산소(O₂)의 직접 발열에 의한 용융효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 브라운가스 열풍에 의해 직접 가열되는 용탕상면이 로 내에서 제일 높은 온도를 유지할 수 있어 용융효과를 크게 올릴 수 있는 것이다.

본 발명은 소각재와 같은 자체 발열량이 거의 없는 용해물을 용융시키기 위한 목적을 달성하기 위하여 창안한 브라운가스 용융로이므로 전술한 바와 같이 LNG 용융로 대비 연료비용을 80% 이상 절약할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

한편, 본 발명은 소각재 용융처리 이외에도 분말형태의 용해물질은 전부 해당될 뿐만 아니라 미분탄 연소촉진에도 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims

브라운가스 소각재 용융로에 있어서, 상부에 배기통로(11)와 하부에 용탕출구(14)와, 그리고 본체 일측에 소각재 투입구(12)를 구성한 소각재 용융로 본체(10)와, 상기 소각재 투입구(12)에 연결설치하여 소각재를 브라운가스와 함께 슈팅하여 투입하기 위한 소각재 호퍼(21)와 스크류 이송기(22)와 고압송풍기(23) 그리고 브라운가스 에어믹서(30)로 구성된 브라운가스/소각재 혼입장치(20)를 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재 용융로.
상기 1항에 있어서, 소각재 용융로 본체(10)는 고온내화벽돌로 구축한 것으로 상부에 배기통로(11)와 측면 일측에 소각재 투입구(12)를 형성하고, 본체(10) 하단부에 본체(10)의 중심을 향해 일정간격으로 브라운가스버너(51)를 구성하며, 본체(10)하부 로벽 외측에는 워터자켓(13)을 설치한 것이며, 용탕바닥 일측에 형성된 용탕출구(14)와 연결설치하여 출탕조(15)를 구성하고 출탕조(15)의 용탕받이턱(16)을 따라 흘러내리는 용탕을 급냉하여 수쇄시키기 위한 수쇄조(17)를 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재 용융로.
상기 1항에 있어서, 브라운가스/소각재 혼입장치(20)는 소각재 호퍼(21)에서 스크류 이송기(22)에 의해 슈트(24)에 떨어지는 소각재를 고압송풍기(23)에 의해 슈팅하도록 구성하고 상기 고압송풍기(23)의 송풍노즐(25)과 동일 센터라인 상에 브라운가스 노즐(31)을 설치하여 브라운가스 에어믹서(30)에서 압축공기에 의해 가속된 브라운가스가 브라운가스 노즐(31)에서 고속으로 분출되면서 소각재와 함께 용탕상면에 슈팅되도록 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스/소각재 혼입 및 슈팅방법에 의한 브라운가스 소각재 용융로.
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