KR100651271B1

KR100651271B1 - 폐기물 열분해 용융시스템

Info

Publication number: KR100651271B1
Application number: KR1020060034276A
Authority: KR
Inventors: 심성훈; 김우현; 정상현
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2006-11-30

Abstract

본 발명은 폐기물 열분해 용융시스템에 관한 것으로, 좀 더 자세히는 용융로에서 고온유지를 위해 소모되는 보조연료의 소모를 최소화할 수 있는 폐기물 열분해 용융시스템에 관한 것이다.

폐기물을 열분해하여 촤(Char)를 포함하는 고형물과 가스로 변환하는 열분해로, 촤를 고온으로 연소하여 액상의 용융물로 용해시키는 융용로, 용융물을 배출시키는 출탕부 및 열분해로와 용융로에서 발생한 가스를 완전연소시키는 후연소실을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템에 있어서, 열분해로와 후연소실을 직접연결하는 주(主)가스유동통로 및 용융로와 주가스유동통로를 연결하는 보조가스유동통로가 구비된 것을 특징으로 한다.

폐기물, 소각, 용융, 열분해, 슬래그, 연료, 온도유지

Description

폐기물 열분해 용융시스템{Waste Pyrolysis and Smelting System}

도 1은 종래 기술에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 구성도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 요부구성도,

도 3은 도 2의 시스템 중 트롬멜 선별기의 세부구성도,

도 4는 도 2의 시스템 줄 출탕부의 세부구성도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2001 : 열분해로 2002 : 선별이송부

2003 : 용융로 2004 :후연소실

2020 : 트롬멜선별기 2021 : 냉각수분사노즐

2023 : 촤공급장치 2024 : 복사열차단부

2025 : 주가스이동통로 2028 : 출탕부

2241 : 보조가스유동통로 2251 : 댐퍼

2232 : 수냉벽 2282 : 용융물배출구

2285 : 용융로종단상부아치

본 발명은 폐기물 열분해 용융시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 용융로에서 고온유지를 위해 소모되는 보조연료의 소모를 최소화할 수 있는 폐기물 열분해 용융시스템에 관한 것이다.

일반적으로 종래에 사용되어 온 열분해 용융시스템은 도 1에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 열분해 용융시스템(1000)은, 열분해로(1010), 용융로(1020), 후연소실(1030), 사이클론(1040), 열교환기(1050), 세정탑(1060), 백필터(1070), 유인송풍기(1080) 및 연돌(1090)이 연결되어 있고, 융융로(1020)에는 용융물을 배출하기 위한 출탕부(1100)가 연결되어 있다.

열분해로(1010)는 폐기물 투입구(1011)를 통해 투입된 후 예열버너(1012)에 의해 예열된 폐기물을 500~700℃로 가열하여 균질한 고형 탄화물인 촤(Char)와 가연성의 가스로 변환시키는 역할을 한다. 이 열분해로(1010)는 일반 케스타블 내화재로 시공하며, 상부에 에어자켓을 두어 직경 30mm의 노즐(1013)을 통해 열교환기(1050)에서 가열된 열분해용 공기를 공급한다.

그리고, 열분해로(1010)와 연통되는 용융로(1020)는 고형의 촤를 열교환기(1050)에서 가열된 공기와 함께 1200~1300℃로 고온 연소시킴으로써 고형잔류물이 액상의 용융물인 슬래그로 용융되는 구간이다. 이때, 용융로(1020)의 상부(또는 측부)에는 용융부의 예열 및 온도유지와 촤 및 가스의 착화를 위한 주(主)버너(1021)가 장착되어 있으며, 측벽에는 열교환기(1050)에서 가열된 공기를 공급하는 노즐(1022)을 설치하여 촤와 가연성의 가스가 고온으로 완전 연소가 이루어지도록 구성되어 있다. 용융로(1020) 내부의 온도가 1200~1300℃로 상승하게 되면 고형의 잔류물은 완전히 용융되어 경사로의 하부로 유동하게 된다. 용융로(1020)의 내부에는 1800℃까지 견딜 수 있는 고온용 내화재가 설치된다.

급냉수조(1110)는 용융로(1020)로부터 배출되는 액상의 용융물을 냉각시켜 고형화하는 역할을 한다. 급냉수조(1110)에는 물이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 상부의 물이 계속 순환된다.

콘베이어(1120)는 급냉수조(1110)에서 냉각되어 고형화된 촤를 저장부(1130)로 이송한다.

후연소실(1030)은 용융로(1020)로부터 배출되는 배기가스 중의 미연분을 완전 연소시키는 곳이고, 후연소실(1030)에 연결되어 있는 사이클론(1040)은 상대적으로 큰 사이즈의 분진을 포집제거하는 역할을 하며, 열교환기(1050)는 후연소실(1030)로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하는 곳이다. 즉, 열교환기(1050)에서 상기 후연소실(1030)로부터 배출되는 고온의 배기가스의 열이 압입송풍기(1051)에서 공급되는 상온의 공기에 전달되며, 그 가열된 공기가 열분해로(1010)와 용융로(1020)에 공급된다.

세정탑(1060)은 열교환기(1050)로부터 유입되는 배기가스에 활성탄을 분무하여 다이옥신을 흡착하고 석회수를 분사하여 산성가스를 중화시키는 곳이며, 백필 터(1070)는 세정탑(1060)을 통과한 배기가스 중의 미세분진을 여과하여 준다.

그리고, 유인송풍기(1080)는 백필터(1070)의 출구부와 연결되어 가동되면서 소각로내에 부압을 유지시켜 준다. 유인송풍기(1080)를 통과한 배기가스는 연돌(1090)을 통해 외부로 배출되고 그 중 일부는 상기 압입송풍기(1051)에 의해 열분해로(1010) 및 용융로(1020)에 다시 공급되도록 순환된다.

이러한 구성을 갖는 폐기물 열분해 용융시스템의 운전시에는 유인송풍기(1080)와 압입송풍기(1051)를 가동한 후에 열분해로(1010) 및 용융로(1020)의 각 버너(1012,1021)를 가동시킨다. 그리고, 용융로(1020)의 온도가 평균 600℃ 이상으로 예열되면 폐기물 투입을 시작한다. 투입된 폐기물은 열분해로(1010)에서 열분해되며 용융로(1020)에서 약 1250℃ 정도로 가열되면서 용융되어 출탕부(1100)를 통해 배출된다. 배출된 용융물은 급냉수조(1110)로 낙하하게 된 다음, 저장부(1130)로 이송된다. 그리고, 후연소실(30)을 지난 배기가스의 온도는 1200℃ 이상을 유지하는데, 이 배기가스는 열교환기(1050)에서 연소용 공기를 정상상태에서 200℃ 이상으로 예열시키고, 세정탑(1060)과 백필터(1070)를 통과하면서 150℃ 내외로 냉각되어 유인송풍기(1080)를 통해 배출된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 기술에 따른 열분해 용융시스템을 살펴보면, 열분해로(1010)에서 발생한 가스가 고형의 촤와 함께 모두 용융로(1020)로 유입되는 데, 이때, 발열량이 낮은 가연성가스나 또는 폐기물로부터 증발된 수분이 용융로(1020)에 유입되면 용융로(1020)의 온도가 저하되어 용융에 필요한 적정온도를 유지하기 어렵게 된다.

또한, 동시에 전체 가스류의 통풍이 용융로(1020)를 통하게 되므로 열분해로(1010)에서 역화나 가스의 누설이 되지 않도록 적절한 부압을 형성하기 위해서는 용융로가 열분해로(1010)에 비해 큰 부압을 갖도록 해야한다. 이와 같은 경우, 용융로(1020)의 열이 후연소실(1030)로 빠르게 빠져나가게 되어, 용융로(1020)의 온도유지를 위해서는 폐기물을 보다 많이 투입하거나, 용융로(1020)의 주버너를 지속적으로 가동하여야 하므로 보조연료의 소모가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 열분해로와 융용로의 구조를 개선하여 용융로의 온도유지를 위해 소비되는 연료의 소비를 줄이면서, 안정된 용융상태를 유지할 수 있는 폐기물 열분해 용융시스템을 제공하는 데 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐기물을 열분해하여 촤(Char)를 포함하는 고형물과 가스로 변환하는 열분해로, 상기 촤를 고온으로 연소하여 액상의 용융물로 용해시키는 융용로, 상기 용융물을 배출시키는 출탕부 및 상기 열분해로와 상기 용융로에서 발생한 가스를 완전연소시키는 후연소실을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템에 있어서, 상기 열분해로와 상기 후연소실을 직접연결하는 주(主)가스유동통로 및 상기 용융로와 상기 주가스유동통로를 연결하는 보조가스유동통로가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 열분해로에 의해 생성된 상기 고형물 중에서 불연물을 선별하기 위한 트롬멜 선별기 및 촤를 상기 용융로로 공급하기 위한 촤공급장치를 포함하는 선별이송부를 더 포함할 수 있다.

나아가 본 발명은 상기 트롬멜 선별기의 상부에, 상기 트롬멜 선별기 또는 자력선별기의 과열을 방지하기 위한 냉각수분사노즐을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 용융로가 상기 촤를 공급받는 촤공급구의 전면에 복사열차단부를 구비하고, 상기 용융로의 전단에 수냉벽을 구비하는 것이 바람직하다.

덧붙여, 본 발명은 상기 융용로와 상기 후연소실 사이에 구비된 용융로종단벽으로부터 상기 용융로 측으로 인입된 위치에, 상기 용융로에서 촤를 연소하는 과정에서 발생한 가스로 인해, 상기 용융로에서 생성한 용융물이 상기 후연소실로 유입되는 것을 막기 위한 종단상부아치를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출탕부 하부의 상기 용융물이 배출되는 용융물배출구의 단면적이 하부를 향할수록 넓어지는 것이 바람직하다.

마지막으로 상기 주가스유동통로에, 가스의 송풍량을 가감하기 위한 댐퍼가 구비되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 요부구성도이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 시스템 중 요부를 세부적으로 도시한 세부구성도이다. 도 2에 도시되지 않은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 구성은 종래의 기술에 따른 폐기물 열분해 용융시스템(1000)과 동일하다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐기물 열분해 용융시스템의 공정을 설명하기로 한다.

먼저, 투입구상부문(2010)을 통해 폐기물을 투입한 후 투입구상부문(2010)을 닫아 공기가 새어 들어가지 않도록 한 뒤, 투입구하부문(2011)을 열어 폐기물을 열분해로(2001)에 투입한다.

투입된 폐기물(2012)은 램푸셔(2013)에 의해 열분해로(2001)의 그레이트 부(2016)로 공급되며, 착화용버너(2015)에 의해 착화(着火)되고, 공기노즐(2014)을 통해 공급되는 이론연소용 공기의 약 30%를 사용하여 화염을 유지하면서 열분해된다.

그 후, 폐기물이 열분해되어 생성된 고형물은 그레이트부(2016)에 의해 열분해고형물배출부(2018)측으로 이송되고, 이송된 고형물(2017)은 열분해고형물배출부(2018)를 통해 도 3에 도시된 것과 같은 트롬멜공급호퍼(2201)를 통해 선별이송부(2002) 상부의 트롬멜선별기(2020)로 공급된다.

상기 고형물 중에는 재활용 가능한 금속물질이나 용융이 어려운 도자기, 암석 등의 불연물이 포함되어 있으므로, 이러한 불연물은 트롬멜선별기(2020)에 의해 가연성인 촤와 선별분리되어 불연물이송로(2221)을 통해 불연물저장조(2222)로 배출되며, 가연성인 촤는 촤이송로(2022)를 통해 촤공급장치(2023)로 전달되고, 다시촤공급장치(2023)에 의해 촤공급구(2231)를 지나 용융로(2003)로 공급된다.

여기서, 트롬멜선별기(2020)의 상부에는 냉각수분사노즐(2021)이 구비되어, 트롬멜선별기(2020)가 과열에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 바람직하며, 금속물질을 좀 저 효율적으로 선별하기 위해 자력을 이용하는 자력선별기(미도시)를 구비하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 용융로(2003)의 전단에 수냉벽(2232)를 구비하고, 용융로(2003)가 촤를 공급받는 촤공급구(2231)의 전면에 복사열차단부(2024)를 구비하여 용융로(2003)에 발생하는 열에 의해 촤공급구(2231)에 위치한 촤가 용융~응고되어 공급장애가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 용융로(2003)에 공급된 촤는 용융(熔融)용보조버너(2026)에 의해 착화(着火)되어 연소용공기노즐(2027)에서 공급된 공기와 혼합연소하면서 1300℃ 이상의 고온을 발생시킨다. 연소되고 남은 고형의 잔재물은 연소 시 발생된 열에 의해 액상의 용융물로 용해되어, 출탕부(2028)를 통해 급냉수조(2291)로 배출된다. 급냉수조(2291)로 배출된 용융물은 급냉되어 고형의 응고슬래그(2029)로 응고된다.

이렇게 생성된 응고슬래그(2029)는 슬래그배출장치(2292)를 통해 슬래그저장조(2293)로 배출된다.

나아가, 출탕부(2028)를 통해 배출되는 용융물은 급냉수조(2291)에 의한 냉각이 있기 전까지 응고되지 않도록 출탕용버너(2284)를 통해 온도가 유지되는 것이 바람직하다.

여기서, 용융로(2003)에서 촤를 연소하는 과정에서 발생한 고온의 가스류에 취동하여 후연소실(2004)로 유입되는 용융물은 용융로종단상부아치(2285)에 부딪혀 용융로종단벽(2287) 안쪽의 용융로(2003)의 저면(底面)으로 낙하하게 되며, 이렇게 낙하한 용융물은 출탕부(2028)로 배출된다.

이때, 낙하하는 용융물이 용융로종단벽(2287)과 용융로종단상부아치(2285) 사이의 공간에 쌓이지 않도록 도 2에 도시된 바와 같이 용융로종단상부아치(2285)가 용융로종단벽(2287)으로부터 용융로(2003) 측으로 인입된 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 용융물이 배출되는 출탕부(2028) 하부의 용융물배출구(2282)는 배출되는 용융물(2283)이 부착~응고되어 출탕장애가 발생하지 않도록 도 2에 도시된 바와 같이 용융물배출구(2282)의 단면적이 하부를 향할수록 넓어지는 형태, 즉, 원추 내지 사다리꼴 등과 같은 형태를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 용융로(2003)에서 발생한 가스의 일부는 용융로종단상부아치(2285)와 용융로종단벽(2287) 사이의 공간(2288)을 통해 후연소실(2004)로 유입되는 데, 이때, 용융로(2003)에서 발생한 가스가 한쪽 방향으로만 이동하게 되면 열유동량이 커지므로 열손실이 증가하고 이에 따라 용융로(2003)의 온도유지를 위한 보조연료의 소모가 가중되므로, 이를 해결하기 위해 열분해로(2001)와 직결된 주가스이동통로(2025)의 전단에 용융로(2003)와 연결되는 보조가스유동통로(2241)를 구비하여 용융로(2003) 양쪽으로 통풍되게 함으로써 용융로(2003)의 내부 압력을 '0'에 가깝도록 유지하며, 보조연료를 추가적으로 소모하지 않고도 용융로(2003)의 온도를 유지할 수 있다.

여기서 주가스유동통로(2025)에, 내화재로 제작된 댐퍼(2251)를 구비하여 열분해로(2001)와 용융로(2003)의 통풍 및 압력조건을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 열분해로(2001)와 용융로(2003)를 통과한 가스는, 가스 중에 포함된 미연입자 및 미연분을 충돌시켜 완전연소를 유도하는 축열연소판(2034)가 구비된 후연소실로 유입되어 완전연소된 후에 후연소실출구(2035)를 통해 후처리부로 배출된다. 후연소실(2004) 내부에는 온도 유지를 위하여 보조버너(2031)와 연소용 공기공급을 위한 노즐(2032, 2033)이 구비되는 것이 바람직하다.

이후의 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 폐기물 용융시스템(2000)의 구 성 및 공정은 위에서 언급한 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 폐기물 용융시스템(1000)과 동일하여 그 설명을 생략하기로 한다.

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 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 열분해로와 후연소실을 직결하는 주가스유동통로와 용융로로 연결되는 보조가스유동통로를 구비함으로써, 용융로 내부의 압력을 '0'에 가깝게 유지할 수 있어 필요없는 열손실을 막을 수 있으므로, 용융을 위한 온도를 안정되게 유지할 수 있다.

따라서, 용융로의 온도유지를 위해 소모되는 보조연료의 소모를 최소화할 수 있다.

Claims

폐기물을 열분해하여 촤(Char)를 포함하는 고형물과 가스로 변환하는 열분해로;

상기 촤를 고온으로 연소하여 액상의 용융물로 용해시키는 융용로;

상기 용융물을 배출시키는 출탕부; 및

상기 열분해로와 상기 용융로에서 발생한 가스를 완전연소시키는 후연소실을 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템에 있어서,

상기 열분해로와 상기 후연소실을 직접연결하는 주(主)가스유동통로 및 상기 용융로와 상기 주가스유동통로를 연결하는 보조가스유동통로가 구비된 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 1항에 있어서,

상기 열분해로에 의해 생성된 상기 고형물 중에서 불연물을 선별하기 위한 트롬멜 선별기 및 촤를 상기 용융로로 공급하기 위한 촤공급장치를 포함하는 선별이송부를 더 포함하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 2항에 있어서, 상기 트롬멜 선별기의 상부에,

상기 트롬멜 선별기의 과열을 방지하기 위한 냉각수분사노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 3항에 있어서,

상기 용융로가 상기 촤를 공급받는 촤공급구의 전면에 복사열차단부를 구비하고, 상기 용융로의 전단에 수냉벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 1항에 있어서, 상기 융용로와 상기 후연소실 사이에 구비된 용융로종단벽으로부터 상기 용융로 측으로 인입된 위치에,

상기 용융로에서 촤를 연소하는 과정에서 발생한 가스로 인해, 상기 용융로에서 생성한 용융물이 상기 후연소실로 유입되는 것을 막기 위한 종단상부아치를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 1항에 있어서,

상기 출탕부 하부의 상기 용융물이 배출되는 용융물배출구의 단면적이 하부를 향할수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.
제 1항에 있어서, 상기 주가스유동통로에,

가스의 송풍량을 가감하기 위한 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해 용융시스템.