KR100670856B1 - 가연성 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 폐기물 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가연성 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 폐기물 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가연성 폐기물이 투입된 소각로를 진공상태로 만들어 간접가열함에 따라 유해 가스 등의 배출 없이 가연성 가스를 추출하고 소각로로부터 발생된 열을 회수하여 재사용할 수 있는 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유해가스의 배출을 원천적으로 차단하여 환경오염을 방지하고, 가열로 내부를 수증기로 충전시켜 공기와 폐기물의 접촉을 차단하여 간접가열함에 따라 열분해 탄화시켜 연소로 인한 대기 오염을 방지할 수 있으며, 폐기물의 건조시 발생하는 희박성 가스를 재사용하고, 효율적으로 가연성 가스를 추출할 수 있으며, 또한, 소각로로부터 발생한 열을 회수하여 재사용할 수 있어 에너지 효율면에서 탁월한 효과를 갖는다.
가열로, 수증기발생기, 열교환기, 냉각탑
Description
도 1 은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 개략도,
도 2 는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 소각로 세부 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 열교환기 세부 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 냉각탑 세부 구성도,
도 5 는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법의 공정 순서도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 소각로 110 : 가열로
111 : 폐기물투입도어 112 : 가열관
114 : 버너 116 : 수증기발생기
118 : 수증기공급관 120 : 온도센서
122 : 압력게이지 124 : 안전밸브
126 : 회분수거구 128 : 가스센서
130 : 연소실 140 : 가스유출관
142 : 제1분기관 144 : 제2분기관
146 : 솔레노이드밸브 150 : 폐열회수관
160 : 가연성가스 저장탱크 200 : 열교환기
210 : 측판 212 : 전열관
214 : 물탱크 216 : 온수관
218 : 온수저장탱크 300 : 냉각탑
310 : 본체 320 : 냉각수관
330 : 분사노즐 340 : 물펌프
350 : 냉각수저장탱크
본 발명은 가연성 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 폐기물 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가연성 폐기물이 투입된 소각로를 진공상태로 만들어 간접가열함에 따라 유해 가스 등의 배출 없이 가연성 가스를 추출하고 소각로로부터 발생된 열을 회수하여 재사용할 수 있는 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.
통상적으로 산업 폐기물 또는 생활 쓰레기와 같은 가연성 폐기물들은 소각하거나 땅에 매립하는 방식으로 처리하여 왔다. 그러나, 가연성 폐기물을 소각처리하는 경우 다이옥신 등과 같은 무수한 유해 물질이 대기중에 그대로 방출됨에 따라 환경 파괴 및 인간의 건강을 위협하는 요소로 작용하는 등의 문제점이 있어 왔다. 또한, 가연성 폐기물을 소각하는 경우에는 가연성 가스가 배출되는데, 이러한 가연성 가스는 연료로서 재사용 가능하지만, 통상적인 소각 방식으로는 유용한 가연성 가스를 회수하여 재사용하는 것이 불가능하여 자원을 낭비하는 결과가 초래된다. 한편, 폐기물들을 매립하는 경우에는 지하수를 오염시키고 토양을 산성화하는 등 자연환경과 생태계의 파괴를 야기하는 문제가 또한 심각하게 대두되고 있는 실정이다.
이러한, 문제점들을 해결하기 위한 움직임이 활발해 지면서, 가연성 폐기물을 소각하여 가연성 가스를 추출해내는 장치 및 방법들이 속속 개발되고 있다. 그 중 한가지 방법이 열분해 방식으로 폐기물을 처리하는 방법인데, 이 방법은 공기를 제거하지 않은 상태에서 폐기물 자체를 열분해 하여 가연성 가스를 추출하는 방법이다. 그러나, 이 방법에 의하면 공기를 제거하지 않은 상태에서 열분해가 이루어지기 때문에 산화작용 및 불완전 연소에 의한 유해가스가 발생하는 문제가 여전히 잔존한다.
따라서, 진공상태에서 열분해 및 탄화과정을 수행하는 방법들이 개발되어 왔다. 예컨대, 대한민국 등록특허 제 10-0510818 호에는 이러한 폐기물 처리 방법 및 장치가 공지되는데, 상기 발명은 가열로의 내부에 투입된 폐기물을 간접 가열하여 건조시키는 건조단계와, 이 건조단계에서 일정한 온도가 조성되면, 팽창하는 과열 수증기를 로 내부에 분사시키므로 가열로 내부의 폐기물은 팽창력에 의거 압축되어 그 내부에 잔류하던 공기 및 기체 등이 빠져나오게 하고 정한 압력에 도달하면 빠져나와 희석된 공기 및 기체 등은 배출시켜 로 내부가 과열수증기로 포장되는 단계와, 이상의 상태에서 가열로와 연결된 배출 통로와 과열수증기 공급 구를 잠그고 열 공급을 중지시키고 수냉식으로 로 내부의 열을 회수하므로 과열수증기가 점유하고 있던 팽창하는 열에 의한 공간이 자취도 없이 사라져 과열수증기가 점유하고 있던 내부의 공간이 진공으로 만들어지므로 폐기물 내부 깊숙이 잔류하는 공기, 기체 등이 균형 유지 현상에 의거 빠져나오게 하는 진공조성단계와, 열의 재공급 및 과열수증기 재공급으로 팽창하는 과열수증기 공간을 만드는 진공해제단계와, 이 진공해제단계를 거친 폐기물을 고온의 간접열로 가열하여 탄화시켜 가연성가스와 카본을 얻게 되는 탄화단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 특허발명은 과열수증기의 팽창에 의해 폐기물 및 가열로 내부의 오염된 기체를 외부로 배출시킴에 따른 공기의 오염을 해결하지 못하는 문제점이 있었고, 또한, 수냉식으로 과열수증기를 응축시켜 진공상태를 조성하는 수축 진공 방법을 택하고 있어 냉각 및 재가열을 반복함에 따라 연료비가 상승하는 등의 문제점이 존재한다. 그리고, 설비에 있어서, 내부 구성의 설치를 위해서는 작업자가 직접 장치 내부에 들어가서 용접 등 제반 작업을 수행해야 하는데, 이는 대형 소각 장치의 설비에서만 가능하고 중소형 소각 장치를 설치하는 경우에는 작업이 불가능하다. 또한, 상기와 같은 수축 진공 방식에 따르면 로 내부가 냉각에 의해 급속하게 진공이 형성되기 때문에 로 자체가 수축 변형되는 등 문제점이 있어 실용 화되는데 커다란 한계가 있다.
그 밖에도, 가열로를 가로방향으로 길게 설치하고 구동수단을 통하여 상기 가열로를 회동시키면서 외부 가열방식으로 폐기물을 소각처리하는 로타리식 킬링 방법도 제시되어 있지만, 이러한 로타리식 킬링 방법은 진공 방식이 아니어서 연소에 의한 유해가스의 배출 문제가 해소되지 않으며, 또한 이 방법에 의하면, 구동수단이 별도로 구비되어야 하기 때문에 구조 및 제작이 복잡하고 제작 비용이 증가되며, 비교적 대용량인 가열로를 회동시키는데 소요되는 전력량과 외부가열에 의한 연료비가 상승하기 때문에 에너지 효율면에서 비경제적이며, 뿐만 아니라, 잔해 폐기물의 수거의 어려움도 있어 이 역시 실용화에는 한계가 있어 왔다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 폐기물 처리 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 유해가스의 배출을 원천적으로 차단하여 환경오염을 방지하고, 가열로 내부를 수증기로 충전시켜 공기와 폐기물의 접촉을 차단하여 간접가열함에 따라 연소로 인한 대기 오염을 방지할 수 있으며, 폐기물의 건조시 발생하는 희박성 가스를 재사용하고, 효율적으로 가연성 가스를 추출할 수 있으며, 또한, 소각로로부터 발생한 열을 회수하여 재사용할 수 있는 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치는 가연성 폐기물이 투입 수용되어 가열 건조 및 열분해 탄화가 이루어지는 가열로(110)와; 상기 가열로(110)의 하부에 위치되고, 상기 가열로(110)에 폐기물을 가열하기 위한 열을 공급하는 연소실(130)과; 상기 가열로(110)에 과열수증기를 공급하는 수증기발생기(116)와; 상기 가연성 폐기물의 건조 및 열분해 탄화에 의해 발생하는 가스가 배출되는 가스유출관(140)과; 상기 가스유출관(140)으로부터 분기되어 폐기물의 건조시 발생하는 희박성가스를 상기 연소실(130)로 공급하는 제1분기관(142)과; 상기 가스유출관(140)으로부터 분기되어 폐기물의 탄화시 발생하는 가연성가스를 통과시키는 제2분기관(144)과; 상기 제2분기관(144)에 연결되어 가연성가스가 저장되는 가연성가스 저장탱크(160)를 포함한다.
또한, 상기 가열로(110)의 저면부로부터 중공 내부를 관통하며 상기 가열로(110)의 상측을 관통하여 설치되며, 연소실(130)에서 발생하는 고온의 열을 전도함과 동시에 그 내부로 고온의 공기를 통과시켜 발열함에 따라 상기 가연성 폐기물을 간접가열하는 가열관(112)을 더 포함한다.
또한, 상기 가열관(112)의 상부 말단에 가열관(112)으로부터 전달되는 열을 전도함과 동시에 가열관(112) 내부로부터 전달되는 고온의 공기를 통과시키는 폐열회수관(150)이 구비되고, 상기 폐열회수관(150)의 말단에는 회수된 열에 의해 냉수를 온수로 변환하는 열교환기(200)가 추가로 구비된다.
또한, 상기 열교환기(200)의 말단에는 열교환기(200)를 통과한 뜨거운 공기가 외부로 방출되지 않도록 폐열을 물분사 방식으로 냉각시키는 냉각탑(300)이 추가로 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법은 가열로(110)에 가연성 폐기물을 투입하여 밀폐하는 단계(S1)와; 상기 가열로(110)에 과열수증기가 충전되어, 과열수증기의 팽창 압력에 의해 폐기물 내에 존재하는 공기 또는 기체를 배출시키며, 배출된 공기 및 기체가 수증기에 흡수되어 폐기물이 상기 공기 또는 기체와 접촉하는 것을 차단하는 단계(S2)와; 상기 가열로(110)를 가열하여 가연성 폐기물을 건조시키는 단계(S3)와; 건조된 가연성 폐기물을 가열하여 열분해 탄화시키는 단계(S4)를 포함한다.
상기 가연성 폐기물을 건조시키는 단계(S3)에서는 희박성가스가 배출되고, 배출된 희박성가스는 상기 가열로(110)를 가열시키는데 재사용된다.
상기 가연성 폐기물을 열분해 탄화시키는 단계(S4)에서는 가연성가스가 배출되고, 배출된 가연성가스는 연료로 재사용되기 위해 별도로 저장된다.
본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법은 상기 가연성 폐기물의 처리 중 발생한 폐열을 회수하여 냉수를 온수로 변환하는 열교환 단계(S5)를 더 포함할 수 있고, 상기 열교환 단계(S5)를 거친 후 남은 열을 물분사 방식으로 냉각시키는 폐열 냉각단계(S6)를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치 및 이를 이용한 폐기물 처리 방법의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 개략도, 도 2 는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 소각로 세부 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 열교환기 세부 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치의 냉각탑(300) 세부 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치는, 가열로(110)와 연소실(130)로 구성되는 소각로(100), 수증기발생기(116), 가연성가스 저장탱크(160)를 포함한다.
상기 가열로(110)는 가연성 폐기물을 투입하여 가열 건조 및 탄화가 이루어지는 부분으로, 대체로 다량의 폐기물을 투입할 수 있는 함체로 구성된다. 상기 가열로(110)의 세부 구성은 도 2 에 구체적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 가열로(110)는 중공 함체로 구성되고, 상측에는 폐기물을 가열로(110) 내부로 투입할 수 있도록 여닫을 수 있는 폐기물투입도어(111)가 구비된다.
상기 가열로(110)에는 가열로(110)의 저면부로부터 중공 내부를 관통하며 상기 가열로(110)의 상측을 관통하는 가열관(112)이 구비된다. 상기 가열관(112)은 후술하는 연소실(130)의 버너(114)에 의해 발생하는 고온의 열을 전도함과 동시에 연소실(130) 내부에서 발생하는 고온의 공기를 통과시켜 가열로(110) 내부에 투입된 가연성 폐기물을 간접적으로 가열 및 건조, 소각하는 부분이다. 상기 가열관(112)은 투입된 폐기물의 건조 및 소각에 충분한 온도를 제공한다면 그 갯수의 제한이 없으나, 도 1 에 도시된 바와 같이 가열로(110) 내의 양측에 1개씩 설치되는 것이 바람직하다.
상기 가열로(110)의 하부 일측에는 수증기공급관(118)이 구비된다. 상기 수증기공급관(118)은 후술하는 수증기발생기(116)로부터 가열로(110) 내에 고온의 수증기를 수송하기 위한 도관이다. 본 발명에 있어서는, 가연성 폐기물의 소각 처리에 있어서, 폐기물을 연소시키지 않고 열분해 탄화시키기 위하여 폐기물과 공기의 접촉을 차단하는데 과열수증기를 사용한다. 과열수증기가 상기 가열로(110)의 내부에 충전되면 상기 수증기가 공기를 흡수함에 따라 흡수된 공기가 물분자에 둘러싸이고 이에 따라 공기와 폐기물 사이에 수막이 형성되어 폐기물과 공기의 접촉이 차단되기 때문에 폐기물이 연소되지 않고 열분해 탄화될 수 있는 것이다.
상기 수증기공급관(118)에는 수증기발생기(116)가 연결된다. 상기 수증기발생기(116)는 외부로부터 상수도관과 연결되어 물을 공급받고, 버너에 의해 물이 가열되어 과열수증기를 발생시켜 수증기공급관(118)을 통하여 이를 가열로(110) 내부로 주입한다.
상기 가열로(110)의 상측에는 가스유출관(140)이 구비된다. 상기 가스유출관(140)은 가열로(110) 내부에 투입된 가연성 폐기물의 가열 및 건조 소각 과정에서 발생하는 각종 가스가 배출되는 부분이다. 가연성 폐기물을 가열하면 초기에 폐기물이 건조되면서 희박성 가스가 배출되고 가열이 지속되면 폐기물이 열분해 탄화되면서 가연성 가스가 배출된다. 본 발명에서는, 건조시 발생하는 희박성 가스는 가열로(110) 내부에 열을 공급하는데 재사용되고, 가연성 가스는 일반 연료로의 재사용을 위해 별도로 추출 저장된다. 이를 위해, 희박성 가스와 가연성 가스는 별도의 통로를 통하여 배출되어야 한다. 따라서, 상기 가스유출관(140)은 제1분기관(142)과 제2분기관(144)으로 분기된다.
상기 제1분기관(142)은 건조단계에서 발생하는 희박성가스가 분기되어 전달되는 통로이고, 제2분기관(144)은 열분해 탄화 단계에서 가연성가스가 분기되어 전달되는 통로이다. 상기 희박성가스는 수증기를 포함하고 있어 열효율이 낮으므로 일반적으로 연료로서는 독립적으로 사용되지 않고, 다른 가연성가스들과 혼합 사용되는 것이 일반적이다. 따라서, 가연성가스 내에 희박성가스가 혼합 배출되어도 관계가 없으나, 본 발명에 있어서는, 희박성가스를 재사용하고 가연성가스는 별도로 추출 저장하기 위하여 상기와 같은 분기관들을 형성한 것이다.
이렇게 희박성가스와 가연성가스를 분리 배출하기 위하여 상기 가스유출관(140)의 분기지점에는 제1분기관(142) 및 제2분기관(144)을 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브(146)가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 솔레노이드밸브(146)의 선택적 개폐 시기 측정을 위해 가열로(110)의 내부에는 희박성가스 및 가연성가스의 발생을 탐지하기 위한 가스센서(128)가 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 가스센서(128)에서 희박성가스의 발생이 감지되면 솔레노이드밸브(146)는 제1분기관(142)은 개방시키고 제2분기관(144)은 폐쇄시킨다. 반대로, 가스센서(128)로부터 가연성가스의 배출이 감지되면 솔레노이드밸브(146)는 제1분기관(142)은 폐쇄하고 제2분기관(144)은 개방시킨다.
이러한, 희박성가스와 가연성가스의 분기는 타이머(도시되지 않음)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 통상적으로 희박성가스와 가연성가스가 독립적으로 발생되 는 평균 시간을 미리 체크하여 설정해 두었다가, 타이머에서 미리 설정된 시간에 도달하였음이 감지되면 자동으로 솔레노이드밸브(146)의 개폐가 수행되도록 구성될 수 있다.
상기 가열로(110)의 하부 일측에는 또한 회분수거구(126)가 구비된다. 가열로(110)에서 폐기물의 소각이 완료되면 회분(재)이 남게 되는데 작업자는 상기 회분수거구(126)를 개방하여 가열로(110) 내의 회분을 수거하여 폐기할 수 있는 것이다.
추가적으로, 상기 가열로(110)에는 가열로(110) 내부의 온도, 압력 등의 파라미터들을 체크하여 적정한 공정 조건들을 충족시키고 가열로(110)의 폭발 등의 위험을 방지하기 위한 안전조치로서 온도센서(120), 압력게이지(122), 안전밸브(124) 등을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가열로(110)의 하방에는 연소실(130)이 구비된다. 상기 연소실(130)은 상기 가열로(110)에 전달되는 열을 발생시키는 부분으로, 별도의 연료에 의해 고온의 불꽃을 형성하는 버너(114)가 설치되어 있다. 상기 연소실(130)은 밀폐되지 않고 연소에 필요한 공기가 출입될 수 있도록 구성되며, 효율적인 연소를 위해 외부로부터 공기를 지속적으로 주입하는 것이 바람직하다. 연소실(130)에서 고온의 불꽃을 발생시킴에 따라 상기 가열로(110)의 저면부로부터 관통되어 나온 가열 관(112)은 열전도에 의해 뜨겁게 가열되며, 상기 가열관(112) 내부로는 버너(114)에 의해 가열된 고온의 공기가 통과되어 지나감에 따라 가열관(112)이 한층더 뜨겁게 달아오르게 되고 이러한 열로 인해 가열로(110) 내의 폐기물이 건조, 소각되는 것이다.
상기 연소실(130)의 버너(114)는 별도의 연료에 의해 점화되는데, 본 발명에서는, 상기 가열로(110)에서 배출되는 희박성가스를 회수하여 버너(114)의 불꽃으로 태워 열효율을 극대화시킬 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 가열로(110) 상측의 가스유출관(140)으로부터 분기되어 나온 제1분기관(142)이 상기 연소실(130)에 연결되고, 상기 제1분기관(142)으로부터 전달된 희박성가스가 연소실(130) 내에서 버너(114)의 불꽃에 의해 타면서 열을 발생시킴에 따라 가열관(112)으로 더 높은 열이 전달되어 열효율이 극대화되고 희박성가스의 대기 유출 및 무단 폐기가 방지된다.
상기 제2분기관(144)에는 가연성가스 저장탱크(160)가 연결된다. 상술한 바와 같이, 폐기물의 탄화로 인해 가연성가스가 배출되는 경우, 이 가연성가스는 제2분기관(144)을 통하여 전달되어 가연성가스 저장탱크(160)에 저장된다. 저장된 가연성가스는 연료로서 재사용될 수 있다.
상기 가열로(110)로부터 발생한 폐열은 회수되어 재사용될 수 있다. 이를 위 해, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 소각로(100)에는 열교환기(200)가 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 가열로(110)의 상측을 관통하여 나온 가열관(112)에 폐열회수관(150)의 일단이 연결되고 그 타단이 상기 열교환기(200)에 연결된다. 상기 폐열회수관(150)은 상기 가열관(112)으로부터 전도되는 열을 열교환기(200)로 전달한다.
도 3 에는 상기 열교환기(200)의 세부 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(200)는 폐열회수관(150)의 말단에 연결된 밀폐된 함체로서 구성되며, 내부 양측에는 측판(210)이 각각 구비되고, 상기 양측 측판(210)을 관통하여 열교환기(200)의 내부를 가로질러 배열되며 폐열회수관(150)으로부터 회수된 열을 전달받아 발열하는 전열관(212)이 설치된다. 전열관(212)은 폐열회수관(150)으로부터 전달된 전도열과 내부를 통하여 전달된 고온의 공기에 의한 열에 의해 발열한다.
상기 열교환기(200)는 가열로(110)로부터 발생하는 폐열을 이용해 냉수를 데워서 온수를 형성한다. 이에 따라, 상기 열교환기(200)에는 내부로 물을 공급할 수 있는 물탱크(214)가 연결된다. 상기 물탱크(214)로부터 열교환기(200) 내부로 물이 공급되면 폐열회수관(150)으로부터 회수된 열을 전달받아 발열하는 전열관(212)에 의해 물이 가열되어 온수가 생성된다. 생성된 온수는 상기 열교환기(200)에 연결된 온수관(216)을 통하여 온수저장탱크(218)에 저장된다.
상기 열교환기(200)의 말단에는 냉각탑(300)이 설치될 수 있다. 상기 열교환기(200)에서는 전열관(212)의 발열에 의해 물을 데움에 따라 전열관(212) 내부의 고온의 공기가 열을 빼앗겨 어느 정도 냉각이 되지만 대기중에 그대로 방치할 만큼 충분히 냉각되지는 않는다. 고온의 공기가 대기중에 방출되면 대기의 온도가 상승하여 환경파괴의 원인이 되므로 이러한 문제점을 방지하기 위하여 본 발명에서는 잔류 열을 냉각시키기 위한 냉각탑(300)을 열교환기(200)의 말단에 설치한 것이다.
도 4 에는 상기 냉각탑(300)의 세부 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 냉각탑(300)은 수직방향으로 긴 함체로 구성되는 본체(310)를 구비하고, 본체(310) 내측에는 냉각수관(320)이 설치되며, 본체(310)의 하방에는 상기 본체(310)와 연통되는 냉각수저장탱크(350)가 구비된다. 상기 냉각수관(320)은 냉각수저장탱크(350)와 연결된다. 상기 냉각수관(320)에는 다수의 분사노즐(330)이 구비되고, 상기 냉각수관(320)과 냉각수저장탱크(350) 사이에는 물펌프(340)가 구비되어, 냉각수저장탱크(350)의 물을 적절한 압력으로 냉각수관(320)에 전달한다. 상기 열교환기(200)로부터 전달된 충분히 냉각되지 않은 폐열이 냉각탑(300)으로 전달되면, 물펌프(340)에 의해 냉각수저장탱크(350)의 물이 적절한 압력으로 냉각수관(320)을 통하여 이동되고 이동된 냉각수는 분사노즐(330)을 통하여 냉각탑(300) 본체(310) 내부에 분사된다. 이에 따라, 열교환기(200)로부터 전달된 고온의 공기는 분사된 냉각수에 의해 완전히 냉각되어 대기로 방출된다. 분사된 물은 냉각수저 장탱크(350)로 다시 전달되어 재사용된다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 장치에 의해 폐기물이 처리되는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 5 에는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법의 공정 순서도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법은, 폐기물 투입 단계(S1), 과열수증기 충전단계(S2), 건조단계(S3), 열분해 단계(S4)를 포함하고, 추가적으로 폐열회수 및 열교환 단계(S5), 폐열 냉각단계(S6)를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 단계(S1)로서, 작업자는 도 2 에 도시된 소각로(100)의 폐기물투입도어(111)를 열고 가열로(110) 내에 가연성 폐기물을 투입한뒤, 더 이상의 공기가 가열로(110) 내부로 들어가지 않도록 폐기물투입도어(111)를 닫아 가열로(110)를 밀폐시킨다.
제 2 단계(S2)로서, 가열로(110)의 내부에 과열수증기가 충전된다. 과열수증기는 별도의 버너를 포함하는 수증기발생기(116)로부터 공급된다. 상기 과열수증기의 온도는 대략 100℃ 내지 300℃ 정도인 것이 바람직하다. 상기 과열수증기를 가열로(110) 내부에 충전하는 이유는, 가열로(110) 내부를 진공(여기서 말하는 '진 공'이란 물 분자가 열을 제공받아 형성한 열 공간을 진공 공간으로 표현한 것으로, 폐기물과 공기의 접촉이 차단된 상태를 나타냄)으로 만들어 폐기물과 공기의 접촉을 막아 폐기물을 연소시키지 않고 열분해 탄화시키기 위함이다. 이와 같이, 과열수증기를 가열로(110) 내부에 충전하면, 과열수증기의 팽창 압력에 의해 폐기물 내에 존재하는 공기나 기체가 배출되고 배출된 공기나 기체는 수증기에 흡수되며, 이때 흡수된 공기나 기체 사이에 수막이 형성되므로 폐기물이 공기나 기체와 접촉하는 것이 차단된다.
제 3 단계(S3)로서, 과열수증기가 충전된 가열로(110)에 열이 가해지고 폐기물이 건조된다. 이미 언급한 바와 같이, 가열로(110)의 하부에는 버너(114)를 포함하는 연소실(130)이 구비되고, 연소실(130)에서 버너(114)를 점화시켜 가열로(110)를 가열하게 된다. 가열로(110) 내부는 밀폐되어 있으나, 연소실(130)은 버너(114)의 불꽃 점화를 위하여 필요한 연소 공기의 공급을 위하여 외부의 공기가 유입될 수 있도록 구성되며, 별도의 공기공급장치에 연결될 수 있음은 전술한 바와 같다. 이렇게, 연소실(130) 내에서 버너(114)에 의해 발생한 열은 가열로(110)의 온도를 상승시키고, 가열로(110) 내부의 가열관(112)이 열전도에 의해 가열된다. 상기 가열관(112) 내부에는 또한 연소실(130)에서 버너(114)의 불꽃에 의해 데워진 고온의 공기가 통과됨에 따라, 가열관(112)의 온도를 한층 높여준다. 가열로(110) 내부에 투입된 폐기물은 가열로(110) 내부의 자체 온도와 고온의 가열관(112)에 의해 건조된다.
상기와 같은 건조단계(S3)에서는 희박성가스가 발생된다. 희박성가스는 가열로(110)의 상측에 위치된 가스유출관(140)을 통하여 배출된 후, 제1분기관(142)을 통하여 분기되어 다시 연소실(130)로 공급되며, 공급된 희박성가스는 고온의 버너(114)에 의해 연소된다. 이에 따라, 버너(114)의 열효율이 높아진다.
제 4 단계(S4)로서, 가연성 폐기물은 고온으로 가열되어 열분해 탄화된다. 과열수증기 충전 단계(S2)에서, 가열로(110) 내부 및 폐기물 내부의 공기나 기체가 수증기에 의해 흡수되었기 때문에 가열관(112)의 발열로 폐기물이 700℃ 이하로 가열되면, 공기가 존재하지 않기 때문에 연소되지 않고 열분해 탄화반응만이 수행된다.
본 열분해 단계(S4)에서는, 가연성 폐기물이 분해되면서 가연성가스가 발생된다. 발생된 가연성가스는 가열로(110)의 가스유출관(140)을 통하여 배출되고, 제2분기관(144)으로 분기되어 가연성가스 저장탱크(160)에 저장되어, 추후 연료로서 재활용될 수 있다.
제 5 단계로서, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법은 폐열회수 및 열교환 단계(S5)를 포함할 수 있다. 본 단계에서는, 가열로(110)의 가열관(112)으로부터 전도에 의해 폐열회수관(150)을 통하여 열이 전달됨과 동시에, 가열관(112) 내부를 통과한 고온의 공기가 폐열회수관(150) 내부를 통하여 전달된다. 전도되는 열 및 고온의 공기는 열교환기(200) 내에 설치된 전열관(212)에 전달되고, 이에 의해 전열관(212)이 발열하여 열교환기(200) 내부로 공급된 냉수가 가열되어 온수가 생성된다. 생성된 온수는 온수저장탱크(218)에 저장된다.
제 6 단계로서, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 처리 방법은 폐열 냉각단계(S6)를 포함할 수 있다. 본 단계에서는, 상기 전열관(212)으로부터 나오는 폐열을 포집하여 냉각시킨다. 상기 열교환기(200)의 전열관(212)으로부터 나온 더운 공기는 냉각탑(300)에서 냉각수를 분사함에 따라 냉각되어 대기중으로 배출된다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 유해가스의 배출을 원천적으로 차단하여 환경오염을 방지하고, 가열로 내부를 수증기로 충전시켜 공기와 폐기물의 접촉을 차단하여 간접가열함에 따라 열분해 탄화시켜 연소로 인한 대기 오염을 방지할 수 있으며, 폐기물의 건조시 발생하는 희박성 가스를 재사용하고, 효율적으로 가연성 가스를 추출할 수 있으며, 또한, 소각로로부터 발생한 열을 회수하여 재사용할 수 있어 에너지 효율면에서 탁월한 효과를 갖는다.
Claims (10)
- 가연성 폐기물이 투입 수용되어 가열 건조 및 열분해 탄화가 이루어지는 가열로(110)와;상기 가열로(110)의 하부에 위치되고, 상기 가열로(110)에 폐기물을 가열하기 위한 열을 공급하는 연소실(130)과;상기 가열로(110)에 과열수증기를 공급하는 수증기발생기(116)와;상기 가연성 폐기물의 건조 및 열분해 탄화에 의해 발생하는 가스가 배출되는 가스유출관(140)과;상기 가스유출관(140)으로부터 분기되어 폐기물의 건조시 발생하는 희박성가스를 상기 연소실(130)로 공급하는 제1분기관(142)과;상기 가스유출관(140)으로부터 분기되어 폐기물의 탄화시 발생하는 가연성가스를 통과시키는 제2분기관(144)과;상기 제2분기관(144)에 연결되어 가연성가스가 저장되는 가연성가스 저장탱크(160)를 포함하는 가연성 폐기물 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열로(110)의 저면부로부터 중공 내부를 관통하며 상기 가열로(110)의 상측을 관통하여 설치되며, 연소실(130)에서 발생하는 고온의 열을 전도함과 동시에 그 내부로 고온의 공기를 통과시켜 발열함에 따라 상기 가연성 폐기물을 간접가 열하는 가열관(112)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 가열관(112)의 상부 말단에 가열관(112)으로부터 전달되는 열을 전도함과 동시에 가열관(112) 내부로부터 전달되는 고온의 공기를 통과시키는 폐열회수관(150)이 구비되고, 상기 폐열회수관(150)의 말단에는 회수된 열에 의해 냉수를 온수로 변환하는 열교환기(200)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 열교환기(200)의 말단에는 열교환기(200)를 통과한 폐열을 물분사 방식으로 냉각시키는 냉각탑(300)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 가열로(110)의 하부 일측에는 가연성 폐기물의 열분해 탄화후 남은 회분을 제거하기 위한 회분수거구(126)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 장치.
- 가열로(110)에 가연성 폐기물을 투입하여 밀폐하는 단계(S1)와;상기 가열로(110)에 과열수증기가 충전되어, 과열수증기의 팽창 압력에 의해 폐기물 내에 존재하는 공기 또는 기체를 배출시키며, 배출된 공기 및 기체가 수증기에 흡수되어 폐기물이 상기 공기 또는 기체와 접촉하는 것을 차단하는 단계(S2)와;상기 가열로(110)를 가열하여 가연성 폐기물을 건조시키는 단계(S3)와;건조된 가연성 폐기물을 가열하여 열분해 탄화시키는 단계(S4)를 포함하는 가연성 폐기물 처리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 가연성 폐기물을 건조시키는 단계(S3)에서는 희박성가스가 배출되고, 배출된 희박성가스는 상기 가열로(110)를 가열시키는데 재사용되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 가연성 폐기물을 열분해 탄화시키는 단계(S4)에서는 가연성가스가 배출되고, 배출된 가연성가스는 연료로 재사용되기 위해 별도로 저장되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 가연성 폐기물의 처리 중 발생한 폐열을 회수하여 냉수를 온수로 변환 하는 열교환 단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 폐열회수 및 열교환 단계(S5)를 거친 후 남은 열을 물분사 방식으로 냉각시키는 폐열 냉각단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 처리 방법.
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