KR100846897B1 - 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 가연성 폐기물을 처리하기 위한 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소각로에 투입된 가연성 폐기물을 공기 또는 기체와 차단된 상태로 만들고 가열관의 가열에 따른 간접가열에 의해 상기 가연성 폐기물을 열분해 탄화시켜 오염가스 등의 배출 없이 가연성가스를 추출하고 회수하여 재사용할 수 있도록 구성된 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템은, 열분해실과, 연소실과, 냉각수실로 구성된 소각로와; 열분해실과 수증기공급관에 의해 연통되고 이를 통해 과열수증기를 강제주입하는 수증기발생기와; 냉각수실에 냉각수유입관과 냉각수유출관에 의해 연통되고 이를 통해 냉각수를 제공하고 순환시키는 냉각장치와; 열분해실과 가스유출관에 의해 연통되어 이를 통해 배출된 희박성가스 및 가연성가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치와; 정화장치와 가스이송관에 의해 연통되어 정화된 가연성가스를 저장하고 일부를 가스순환관을 통해 상기 연소실로 투입시키는 가연성가스 저장조와; 가열관과 연결되면서 이를 통과한 고온의 공기를 포집하는 폐열회수관과 연통되어 상기 고온의 공기를 냉각처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 폐기물 처리 방법은, 폐기물 투입단계와, 과열수증기에 의한 연소차단단계와, 차단확인단계, 가열 및 건조단계와, 폐기물의 열분해 탄화단계 와, 과열수증기 및 오염물질을 포함한 가스배출단계와, 가연성가스의 가스순환 및 저장단계를 포함하여 이루어진다.

소각로, 가연성 폐기물, 가연성가스, 수증기발생기, 열교환기, 냉각탑.

Description

가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법{Pyrolysis system for combustible waste disposal and method using the same}

본 발명은 각종 가연성 폐기물을 처리하기 위한 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소각로에 투입된 가연성 폐기물을 공기 또는 기체와 차단된 상태로 만들고 가열관의 가열에 따른 간접가열에 의해 상기 가연성 폐기물을 열분해 탄화시켜 오염가스 등의 배출 없이 가연성가스를 추출하고 회수하여 재사용할 수 있도록 구성된 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법에 관한 것이다.

현재 산업 폐기물의 슬러지와 생활 쓰레기와 같은 가연성 폐기물의 처리가 사회적인 쟁점으로 대두되면서 이의 효율적인 처리를 위한 각종 방안이 제시되고 있다.

이러한 가연성 폐기물을 처리하는 방안 중 가장 널리 사용되고 있는 방안으로는 상기 가연성 폐기물의 부피를 최소화시켜 매립 또는 소각하거나 해양에 투기하는 방안이 활용되고 있다.

그러나, 지상에 매립 또는 소각하거나 해양에 투기하는 방안은 여러가지 사 회적인 문제를 발생시킬 수 밖에 없는데, 매립의 경우 침출수로 인한 2차 오염피해와 매립지의 한정으로 인해 매립행위 자체가 점차적으로 제한될 수 밖에 없고, 해양투기의 경우 해양오염의 문제점과 해양 투기 행위자체가 금지되고 있는 추세이다.

그리고, 상기 가연성 폐기물을 소각처리하는 경우 다이옥신 등과 같은 무수한 유해 물질을 포함한 오염가스가 대기중에 그대로 방출됨에 따라 환경 파괴 및 인간의 건강을 위협하는 요소로 작용하는 등 많은 문제점이 발생하였다. 또한, 가연성 폐기물을 소각하는 경우에는 가연성가스가 배출되는데, 이러한 가연성가스는 연료로서 재사용 가능하지만, 통상적인 소각 방식으로는 유용한 가연성가스를 회수하여 재사용하는 것이 불가능하여 자원을 낭비하는 결과를 초래한다.

이러한, 문제점들을 해결하기 위한 움직임이 활발해 지면서, 상기 가연성 폐기물을 소각하여 가연성가스를 추출해내는 장치 및 방법들이 속속 개발되고 있다. 그러나, 종래의 처리 방법이나 장치들은 폐기물로부터 수분 등을 제거하고 가연성가스를 추출하는데 많은 시간과 열이 필요하였으며, 이에 따른 처리비용도 많이 소요되는 등 비 경제적인 단점이 있었다.

또한, 이를 감안하여 폐기물을 분쇄하거나 압축시켜서 열 처리 하는 등 다양한 방법이 동원되기도 하였으나, 이러한 방법은 폐기물내에 깊숙이 잔류하는 공기와 수분과 기체 등을 완전히 제거하는데 한계가 있었기 때문에 처리단계에서 유해 물질의 발생을 완전히 방지하는 것이 어려워 양질의 가연성가스를 얻지 못하게 되는 등 실제 적용하는데 많은 문제점들이 있었다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 열분해 방식을 이용하여 폐기물을 처리하는 방법이 발명되고 있는데, 열분해란 유기물 무산소 또는 저산소 분위기 상태에서 가열하여 가스 액체 고체상태의 연료를 생성시키는 방법으로, 실제 장치상에서는 공기를 제거하지 않은 상태에서 폐기물 자체를 열분해 하여 가연성가스를 추출하는 방법이다. 그러나, 이 방법에 의하면 공기를 제거하지 않은 상태에서 열분해가 이루어지기 때문에 산화작용 및 불완전 연소에 의한 유해 오염물질이 포함된 오염가스가 발생하는 문제가 여전히 잔존한다.

이를 방지하기 위해 대한민국 등록특허 제 10-0510818 호에는 진공상태에서 열분해 및 탄화과정을 수행하는 방법이 공지되는데, 상기에 공지된 종래방법은 과열수증기의 팽창에 의해 폐기물 및 가열로 내부의 오염된 기체를 외부로 배출시킴에 따른 공기의 오염을 해결하지 못하는 문제점이 있었고, 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 진공방식에 따르면 로 내부가 냉각에 의해 진공이 형성되는 시간이 너무 오래 걸려 작업의 효율이 떨어지고, 로 자체가 수축 변형되는 등의 문제점이 발생해 실용화되는데 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 전술한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로서, 가연성 폐기물을 공기 또는 기체와 차단된 상태에서 열분해 탄화 처리하여 상기 폐기물 내에 포함된 유해 오염가스의 외부 배출을 차단하여 대기환경오염을 방지하고, 발생되는 가연성가스만을 따로 저장하여 회수하고 재사용할 수 있도록 이루어진 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 열분해실과 연소실과 냉각수실로 구성되는 소각로를 이용하여 상기 가연성 폐기물을 처리하고, 상기 냉각수실에 의해 열분해실 내부의 폐기물이 공기 또는 기체와 접촉이 차단된 상태, 즉 연소될 공기가 없음을 진공게이지로 확인이 용이하도록 구성되어 시스템 효율을 증대시킬 수 있도록 구성된 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더불어, 폐기물 투입단계와, 과열수증기에 의한 연소차단단계와, 차단확인단계, 가열 및 건조단계와, 폐기물의 열분해 탄화단계와, 과열수증기 및 오염물질을 포함한 가스배출단계와, 가연성가스의 가스순환 및 저장단계를 포함하여 구성된 폐기물 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템은, 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열관이 구비되고 내부에 투입된 가연성 폐기물이 상기 가열관을 통한 열에 의해 간접가열되어 열분해 탄화되는 열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 분리구획되게 위치되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열관에 통과시켜 상기 폐기물이 열분해되기 위한 열을 제공하는 연소실과, 상기 열분해실과 간격을 가지면서 감싸 밀폐되고 냉각수가 유입되면서 순환되는 냉각수실로 구성된 소각로와; 상기 열분해실과 수증기공급관에 의해 연통되고 이를 통해 과열수증기를 강제주입하는 수증기발생기와; 상기 냉각수실에 냉각수유입관과 냉각수유출관에 의해 연통되고 이를 통해 냉각수를 제공하고 순환시키는 냉각장치와; 상기 열분해실과 가스유출관에 의해 연통되어 이를 통해 배출된 희박성가스 및 가연성가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치와; 상기 정화장치와 가스이송관에 의해 연통되어 정화된 상기 가연성가스를 저장하고 일부를 가스순환관을 통해 상기 연소실로 투입시키는 가연성가스 저장조와; 상기 가열관과 연결되면서 이를 통과한 고온의 공기를 포집하는 폐열회수관과 연통되어 상기 고온의 공기를 냉각처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 소각로의 열분해실은, 상부 일측에 폐기물을 투입할 수 있도록 개폐가능한 커버가 구비된 폐기물 투입구와, 하부 일측에 열분해 탄화된 폐기물을 수거할 수 있도록 개폐가능한 커버가 구비된 회분수거구가 형성되고, 밀폐된 내부공간을 가지며 다수개의 가열관이 상하로 상판과 저면판을 관통하는 내통체로 구성되되, 상기 내통체는 일측에 상기 가스유출관과 연결된 가스유출구와, 상기 수증기공급관과 연결된 수증기공급구가 형성되고, 상기 내통체의 일측에 안전밸브, 온도 센서, 압력게이지 및 진공 게이지가 형성된다.

그리고, 필요에 따라 상기 압력게이지와 진공게이지는, 상기 내통체의 상부 상판에 형성된 압력/진공게이지 연결구와 연결되어 외부로 연장된 게이지연결관의 양 분기관에 각각 제어밸브와 함께 형성되어, 상기 제어밸브의 조절에 의해 상기 열분해실의 상태를 파악할 수 있다.

또한, 상기 가열관은 구불구불한 관형상으로, 상기 열분해실의 하부 저면판에 끼워져 상기 연소실과 연통되는 하부튜브와, 상기 하부튜브의 상부에 연결되어 구불구불한 형상을 만드는 다수개의 연결튜브와, 상기 연결튜브의 상부와 일단이 연결되고 타단이 상기 폐열회수관과 연결되며 상기 열분해실의 상판을 관통하고 상단에 댐퍼가 형성된 상부튜브로 구성된다.

이어서, 상기 소각로의 연소실은, 내주면이 내화재에 의해 감싸지고 상기 가열관과 연통된 내부공간을 가지는 본체로 구성되되, 상기 본체 일측에 상기 가스순환관과 연결된 가스순환구와, 가열을 위한 버너가 위치될 수 있는 버너위치홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 연소실의 본체는 외부와 연통된 공기주입구를 더 포함하고, 상기 공기주입구는 지속적으로 외부공기를 주입하는 공기주입기와 연결된다.

또한, 상기 소각로의 냉각수실은, 상기 열분해실의 외측면과 간격을 가져 그 사이에 밀폐된 내부공간을 가지는 외통체로 구성되되, 상기 외통체는 일측에 상기 냉각수유입관과 연결된 냉각수유입구와, 상기 냉각수유출관과 연결된 냉각수유출구가 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 필요에 따라 상기 소각로는 상기 연소실의 하부에 위치되어 대지면과 간격을 가지도록 이를 지지하는 지지프레임과, 외측에 상기 소각로의 길이보다 긴 길이를 가지며 상부에 안전망이 구비된 사다리를 더 포함하여 구성된다.

다음으로, 상기 냉각장치는, 상기 냉각수실로 외부 냉각수를 밸브조절을 통해 공급하는 냉각수유입관과, 상기 냉각수실의 냉각수를 밸브조절을 통해 외부로 배출하는 냉각수유출관과, 일측에 상기 냉각수유입관 라인중 일측과 연결되고 타측에 상기 냉각수유출관의 단부와 연결된 냉각쿨러를 포함하여,

상기 냉각수실에 냉각수가 채워지면 상기 냉각수유입관의 외부 냉각수 유입은 중지되고, 상기 냉각쿨러는 상기 냉각수실에서 사용된 냉각수를 재냉각하여 상기 냉각수유입관을 통해 상기 냉각수실로 유입시켜 냉각수를 순환시키도록 구성된다.

또한, 상기 정화장치는, 상기 가스유출관의 단부와 연결되어 희박성가스와 가연성가스가 유입되고, 중화수·흡착탄 또는 필터를 이용하여 유해물질 및 냄새를 제거하고 가스이송관에 의해 서로 연통된 적어도 하나 이상의 정화탱크로 구성된다.

이어서, 상기 냉각탑은 일측에 상기 폐열회수관과 연통되고 상부에 배기관과 연결되며 내부에 다수개의 분사노즐이 형성된 냉각수관이 수직하게 구비된 함체와, 상기 냉각수관과 펌프에 의해 연결되어 냉각수를 이송하는 냉각수이송관과, 상기 함체의 하방으로 연장된 연통관과 상부가 연통되고 상기 냉각수이송관과 일측이 연결된 냉각수탱크를 포함하여, 상기 분사노즐을 통한 냉각수 분사에 의해 상기 폐열 회수관에 의해 이송된 고온 공기를 냉각시켜 배기시키도록 구성된다.

한편, 이러한 본 발명의 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법은 하기와 같은 공정순서를 가진다.

열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 위치되는 연소실과, 상기 열분해실을 간격을 가지며 감싸는 냉각수실로 구성된 소각로를 이용한 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 열분해실에 가연성 폐기물을 투입하여 밀폐하는 폐기물 투입단계와; 상기 열분해실에 과열수증기를 주입하여, 상기 과열수증기의 팽창압력에 의해 내부의 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태를 만드는 연소차단단계와; 상기 냉각수실로 냉각수를 유입시켜 상기 열분해실의 과열수증기에 의한 팽창압력을 낮춤으로써 상기 열분해실의 일측에 구비된 진공게이지의 작동을 확인하고 상기 열분해실에 연소될 공기가 없음을 확인하는 차단확인단계와; 상기 연소실을 버너를 이용해 가열하고 그 열에 의한 고온의 공기가 상기 열분해실을 간접가열하여 상기 폐기물이 가열되면서 건조되는 가열 및 건조단계와; 상기 열분해실의 고온의 온도에 의해 가연성 폐기물이 열분해되어 탄화되는 열분해 탄화단계와; 상기 가열 및 건조단계와 열분해 탄화단계에 의해 재차 팽창된 과열수증기와 발생된 희박성가스 및 가연성가스를 포함한 오염가스를 밸브작동에 따라 자동으로 외부로 배출하는 가스배출단계와; 상기 가스배출단계에 의해 배출된 오염가스를 정화장치를 통해 정화하여 가연성가스를 가연성가스 저장조에 저장하거나 이를 상기 연소실로 순환시키는 가스순환 및 저장단계를 포함하여 이루어진다.

더불어, 상기 열분해 탄화단계에 의해 열분해실을 간접가열한 고온의 공기를 회수하여 냉각수 분사 방식에 의한 냉각탑을 이용해 냉각시켜 배기시키는 폐열회수 및 냉각단계를 더 포함하여 이루어진다.

한편, 이러한 공정이 이루어지는 상기 소각로는, 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열관이 구비되고 내부에 투입된 가연성 폐기물이 상기 가열관을 통한 열에 의해 간접가열되어 열분해 탄화되는 열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 분리구획되게 위치하고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열관에 통과시켜 상기 폐기물이 열분해되기 위한 열을 제공하는 연소실과, 상기 열분해실을 감싸 밀폐시키고 냉각수가 유입되고 순환되는 냉각수실을 포함하여 구성되며, 상기 열분해실의 일측에 안전밸브, 온도센서, 압력게이지 및 진공 게이지가 형성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 상술한 본 발명에 따르면, 가연성 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태에서 열분해 탄화 처리하여 상기 폐기물 내에 포함된 유해 오염가스의 외부 배출을 차단하여 대기환경오염을 방지하고, 발생되는 가연성가스만을 따로 저장하여 회수하고 재사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 소각로 내부를 과열수증기로 충전시켜 공기와 가연성 폐기물의 접촉을 차단, 즉 연소될 공기가 없도록 하여 간접가열함에 따라 열분해 탄화시켜 연소로 인한 대기 오염을 방지할 수 있으며, 폐기물의 건조시 발생하는 가연성가스를 효율적으로 추출할 수 있어 에너지 효율면에서 탁월한 효과를 가진다.

더불어, 소각로의 냉각수실을 순환하는 냉각수에 의한 진공게이지의 작동으로 육안으로 상기 열분해실 내부에 연소될 공기가 없음을 확인가능케 하여 안정성 을 극대화하고 공정의 효율성을 극대화시키는 효과가 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템과 이를 이용한 폐기물 처리 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템를 보여주는 개략적인 처리 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템을 보여주는 시스템 구성도이며, 도 3(a)(b)는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템에 적용되는 소각로를 보여주는 구성도이다. 또한, 도 4(a)(b)는 도 3(a)(b)에 적용되는 가열관과 압력게이지 및 진공게이지를 보여주는 정면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템(1)은, 크게 가연성 폐기물이 투입되어 열분해 탄화되고 이에 따른 희박성가스와 가연성가스를 배출하는 소각로(10)와, 상기 소각로(10)와 연결된 수증기발생기(50) 및 냉각장치(60)와, 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치(20)와, 가연성가스를 저장하는 가연성가스 저장조(30)와, 폐열의 고온 공기를 냉각시켜 외부 대기로 배기시키는 냉각탑(40)으로 이루어진다.

또한, 상기 소각로(10)의 하부를 가열하여 고온의 공기를 생성하고 간접가열하기 위해 상기 소각로(10)의 일측에 가열버너(70)가 구비된다.

바람직하게, 상기 소각로(10)는 가연성 폐기물이 투입되어 열분해 탄화되는 내부공간(A)을 가지는 열분해실(10a)과, 가열버너(70)에 의해 열을 발생하고 상기 열분해실(10a)을 간접가열하는 내부공간(B)을 가지는 연소실(10b)과, 상기 열분해실(10a)과 간격을 가지면서 감싸 밀폐되는 내부공간(C)을 가지는 냉각수실(10c)로 구성된다.

이때 상기 열분해실(10a)은 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열관(14)이 구비되고 내부공간(A)에 투입된 가연성 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태, 즉 연소될 공기가 없는 상태에서 상기 가열관(14)을 통한 고온의 열에 의해 간접가열되어 열분해 탄화된다.

그리고, 상기 연소실(10b)은 상기 열분해실(10a)의 하부에 저면판에 의해 분리구획되게 위치하고 일측에 구비된 가열버너(70) 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열관(14)에 통과시켜 상기 가연성 폐기물이 열분해 탄화되기 위한 열을 제공한다.

또한, 상기 냉각수실(10c)은 상기 열분해실(10a)과 간격을 가지면서 이를 감싸 밀폐되는데, 상기 열분해실(10a)의 내부에 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태, 즉 연소될 공기가 없는 상태인지를 일측에 구비된 진공게이지를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 냉각수가 유입되고 순환되는 구조를 가진다.

이와 같은 상기 소각로(10)의 구조는 하기에 보다 상세하게 기술하기로 한다.

그리고, 상기 수증기발생기(50)는, 도 2를 참조하면, 상기 소각로의 열분해실(10a)과 수증기공급관(51)에 의해 연통되는데, 일측에 자체 가열버너가 구비되고 외부에 설치된 별도의 연료통(53)에 저장된 기름과 같은 연료를 이용하여 내부에 저장된 물 또는 외부로부터 상수도관과 연결되어 공급된 물을 가열하여 과열수증기를 발생시키고, 상기 과열수증기를 상기 수증기공급관(51)을 통해 상기 열분해실(10a)의 내부공간(A)으로 강제 주입시킨다.

이와 같은 과열수증기의 강제 주입에 의해 상기 열분해실(10a)은 팽창압력되고 폐기물과 공기 또는 기체의 접촉이 차단된 상태에 도달하게 된다. 다시 말해, 본 발명의 가연성 폐기물의 처리에 있어서 폐기물을 연소시키지 않고 열분해 탄화시키기 위해 폐기물과 공기의 접촉을 차단되도록 상기 수증기발생기(50)에서 강제주입된 과열수증기가 이용된다.

보다 상세하게는, 상기 열분해실(10a)의 내부공간(A)에 상기 과열수증기가 꽉차게 충전되면 상기 과열수증기에 의해 열분해실 내부에는 팽창압력이 발생하게 되는데, 상기 팽창압력에 의해 상기 가연성 폐기물의 내부에 포함되어 있던 공기 또는 기체는 외부로 빠져나오게 된다.

이때, 상기 빠져나온 공기 또는 기체와 열분해실 내부의 공기는 상기 과열수증기가 상기 열분해실 내부에 꽉차게 충전됨에 따라 상기 과열수증기에 흡수되어 물분자에 둘러싸이게 된다. 이에 따라 상기 가연성 폐기물과 연소될 공기 또는 기체와는 수증기에 의한 수막에 의해 차단되게 된다.

이와 같은 과열수증기에 의한 수막 형성에 따라 열분해실(10a) 내의 가연성 폐기물은 공기와의 접촉이 차단되기 때문에 상기 가연성 폐기물은 외부열에 의해 연소되지 않고 열분해 탄화될 수 있다.

이는 상기 열분해실(10a)내에 연소될 공기가 없다는 것을 의미하는 것이며, 만약, 상기 열분해실(10a)의 내부에 약간의 연소가능한 공기가 존재한다면 상기 가연성 폐기물은 불이 붙어 연소되게 되고, 다이옥신 등과 같은 유해물질이 발생하게 된다.

따라서, 상기 열분해실(10a)의 내부에서 상기 가연성 폐기물이 공기 또는 기체와 완전히 접촉 차단된 상태인지를 파악하는 것은 매우 중요한 문제이며, 상기 소각로(10)의 일측에 구비된 압력게이지(PG)와 진공게이지(VG)를 이용하여 이를 판단하게 된다.

상기 수증기발생기(50)에 의해 과열수증기가 충전된 상기 소각로의 열분해실(10a)은 팽창압력을 발생하게 되고 사전에 계산된 압력값에 의해 상기 열분해실(10a)은 폐기물이 공기 또는 기체와 접촉 차단되어 연소될 공기가 없음을 1차적으로 판단할 수 있다. 이는 압력게이지(PG)의 압력값을 보고 판단할 수 있다.

그러나, 이러한 압력값으로는 정확히 연소될 공기가 없음을 파악할 수 없으며 육안으로 이를 확인할 수단이 필요하다. 만약, 과열수증기를 정해진 양 이상으로 더 주입하여 팽창압력을 과잉으로 발생하게 된다면 안전사고의 우려가 심각하게 발생한다.

이러한 팽창압력된 열분해실(10a) 내부공간(A)의 연소될 공기가 없음을 육안으로 정확히 파악하기 위해 상기 진공게이지(VG)를 통해 확인한다. 그러나, 상기 팽창압력된 열분해실 내부 상태에서는 상기 진공게이지(VG)는 작동하지 않고, 상기 진공게이지(VG)의 작동을 용이하게 하기 위해 상기 팽창압력을 낮출 필요가 있다.

이는 상기 냉각장치(60)를 이용한 소각로(10) 냉각수실(10c)의 냉각수 순환에 의해 가능하게 된다. 또한, 이러한 과정에 따라 1차적으로 과열수증기의 팽창압력에 의해 가연성 폐기물에 잔류하던 공기 및 기체가 빠져나오고, 2차적으로 냉각수실(10c)에 충전된 냉각수에 의해 팽창압력이 줄어들면서 공간의 균형유지를 위해 가연성 폐기물 내에 소량 잔재하던 공기 및 기체가 빠져나오면서 이어지는 가연성 폐기물의 열분해 효율을 극대화시킬 수 있다.

이때, 상기 냉각장치(60)는, 상기 소각로의 냉각수실(10c)과 일측의 냉각수유입관(62)과 냉각수유출관(63)에 의해 연통되고 이를 통해 냉각수를 제공하고 순환시키도록 구성된다.

보다 상세하게, 도 2를 참조하면, 상기 냉각장치(60)는 상기 냉각수실(10c)로 외부에서 공급된 냉각수(물)을 밸브조절을 통해 공급하는 냉각수유입관(62)과, 상기 냉각수실(10c)에 충전되어 사용된 냉각수를 밸브조절을 통해 외부로 배출하는 냉각수유출관(63)과, 일측에 상기 냉각수유입관(62) 라인중 일측과 연결되고 타측에 상기 냉각수유출관(63)의 단부와 연결된 냉각쿨러(61)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 냉각수유입관(62)은 외부로부터 상수도관과 연결되어 공급된 외부 냉각수(물)를 상기 냉각수실(10c)의 내부공간(C)으로 공급하게 되고, 상기 냉각수실에 냉각수가 채워지면 상기 외부 냉각수 유입은 중단된다. 이때, 상기 냉각쿨러(61)는 상기 냉각수실(10c)에서 사용된 냉각수를 냉각수유출관(63)을 통해 유입받아 이를 재냉각하여 상기 냉각수유입관(62) 라인과 연결된 측을 통해 상기 냉각수실로 재유입시켜 상기 냉각수를 순환시켜 사용하게 된다.

한편, 상기 진공게이지(VG)에 의한 소각로(10) 열분해실(10a)의 연소될 공기가 없는 상태, 즉 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태임을 확인되면 상기 냉각장치(60)는 냉각수실(10c)의 냉각수를 전부 배출시켜 빈상태가 되게 한다.

이어서, 상기 정화장치(20)는 상기 소각로의 열분해실(10a)과 가스유출관(4)에 의해 연통되는데 이를 통해 배출된 희박성가스 및 가연성가스에 포함된 유해물질을 제거하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 정화장치(20)는 다수개의 정화탱크(20a, 20b, 20c)와 이를 연결하는 가스이송관(21) 및 필요에 따라 이송펌프를 포함하여 구성된다.

보다 상세하게, 도 2를 참조하면, 상기 정화장치(20)는 상기 가스유출관(4)의 단부와 연결되어 유해물질을 포함한 희박성가스 및 가연성가스가 유입되고, 중화수/흡착탄 또는 정화필터를 이용하여 유해물질 및 냄새를 제거하고 상기 가스이송관(21)에 의해 서로 연통된 적어도 하나 이상의 정화탱크(20a, 20b, 20c)로 구성된다.

바람직하게 제일 마지막의 정화탱크(20c)는 필터를 이용하여 구성하고, 가스이송관(21)에 의해 가연성가스 저장조(30)와 연결되어 상기 정화장치(20)를 통과한 가연성가스는 상기 가연성가스 저장조(30)에 저장된다.

다시 말하면, 상기 가연성가스 저장조(30)는 상기 정화장치(20)와 가스이송관(21)에 의해 연통되어 정화된 상기 가연성가스를 저장하고 일부는 가스순환관(31)을 통해 상기 소각로(10)의 연소실(10b)로 순환시켜 재투입시킨다.

이와 같이 상기 연소실(10b)로 재투입된 가연성가스는 가열버너(70)의 연료로서 상기 가열버너(70)의 불꼿으로 태워져 열효율을 극대화시킬 수 있다.

즉, 상술한 바와 같이, 상기 가연성가스 저장조(30)에서 상기 소각로의 연소실(10b)의 내부공간(B)까지 연결된 가스순환관(31)에 의해 이를 통해 순환된 가연성가스의 일부는 상기 연소실(10b)내에서 가열버너(70)의 불꽃에 의해 타면서 열을 발생시킴에 따라 상기 열분해실(10a)로 더 높은 열을 가진 고온의 공기가 전달되어 열효율이 극대화되고 유해물질의 대기 유출 및 무단 폐기가 방지될 수 있다.

이때 상기 가연성 폐기물의 열분해 탄화가 일어나는 상기 열분해실(10a)의 온도는 700℃를 넘지 않게 한다. 이와 같은 저온도 열분해 과정에 따라 본 발명의 가연성 폐기물 처리방법의 에너지 절약효과는 극대화된다.

한편, 상기 연소실(10b)에서 발생된 고온의 공기, 즉 폐열은 회수되어 냉각되어 외부 대기로 배기되는데, 이를 위해 본 발명의 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템(1)은, 상기 소각로(10)의 가열관(14)과 연결되면서 이를 통과한 상기 고온의 공기를 포집하는 폐열회수관(3)과 연통되어 상기 고온 공기를 냉각처리해 대기중에 배기시키는 냉각탑(40)을 포함하여 구성한다.

상기 고온의 공기는 대기중에 그대로 방출되면 대기의 온도가 상승하여 환경파괴의 원인이 되므로 이를 방지하기 위해 상기 냉각탑(40)이 상기 폐열회수관(3)의 단부와 연통되게 설치된다.

도 2를 참조하면, 상기 냉각탑(40)은 수직방향으로 긴 함체(41)를 가지는데, 상기 본체(41) 내측에는 냉각수관(42)이 설치되며 하방에는 상기 함체(41)와 연통 되는 냉각수탱크(46)가 구비된다.

상기 냉각수관(42)은 냉각수이송관(45)에 의해 상기 냉각수탱크(46)와 연결되는데, 상기 냉각수관(42)에는 다수의 분사노즐(43)이 구비되고, 상기 냉각수이송관(45)과 냉각수탱크(46) 사이에는 펌프가 구비되어, 냉각수탱크(46)의 저장된 냉각수(물)을 적절한 압력으로 상기 냉각수관(42)에 전달한다.

이에 따라 상기 폐열회수관(3)을 통해 폐열(고온의 공기)가 냉각탑(40)으로 유입되면, 펌프에 의해 냉각수탱크(46)의 냉각수가 적절한 압력으로 냉각수이송관(45)과 냉각수관(42)을 통하여 함체(41) 내로 이동되고, 이동된 냉각수는 분사노즐(43)을 통하여 내부에 분사된다. 그리고, 상기 고온의 공기는 분사된 냉각수에 의해 완전히 냉각되어 배기관(44)을 통해 대기로 방출된다. 또한, 상기 분사노즐(43)을 통해 분사된 물은 하방으로 연장된 연통관(47)을 통해 상기 냉각수탱크(46)로 재유입되어 재사용된다.

다시 말하면, 상기 냉각탑(40)은 일측에 상기 폐열회수관(3)과 연통되고 상부에 배기관(44)과 연결되며 내부에 다수개의 분사노즐(43)이 형성된 냉각수관(42)이 수직하게 구비된 함체(41)와, 상기 냉각수관(42)과 펌프에 의해 연결되어 냉각수를 이송하는 냉각수이송관(45)과, 상기 함체(41)의 하방으로 연장된 연통관(47)과 상부가 연통되고 상기 냉각수이송관(45)과 일측이 연결된 냉각수탱크(46)를 포함하여 구성된다. 이에 따라 상기 분사노즐(43)을 통한 물분사에 의해 상기 폐열회수관(3)에 의해 이송된 고온의 공기를 냉각시켜 배기시키게 된다.

재차, 도 2 내지 도 4(a)(b)를 참조하여, 본 발명의 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템(1)에 적용되는 소각로(10)를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 소각로(10)는 상기에 기술한 바와 같이, 열분해실(10a), 연소실(10b), 냉각수실(10c)로 구성되면서, 바람직하게 상기 열분해실(10a)과 냉각수실(10c)는 밀폐된 내부공간(A, C)을 가지며 외측에는 내부의 온도, 압력 등의 수치를 측정하여 적정 공정 조건을 충족시키고 위험방지를 위한 안전조치로서, 일측에 온도센서(TS), 압력게이지(PG), 안전밸브(SV), 진공게이지(VG)와 다수의 관들이 연결될 수 있도록 구성된다.

보다 상세하게, 상기 소각로(10)의 열분해실(10a)은, 도 3(a)(b)를 참조하면, 가연성 폐기물을 투입하여 가열건조 및 열분해 탄화가 이루어지는 공간(A)으로, 상부 일측에 가연성 폐기물을 투입할 수 있도록 개폐가능한 커버(15a)가 구비된 폐기물 투입구(15)와, 하부 일측에 열분해 탄화된 가연성 폐기물을 수거할 수 있도록 개폐가능한 커버(16a)로 구비된 회분수거구(16)가 형성되고, 밀폐된 내부공간을 가지며 다수개의 가열관(14)이 저면판(12-1)과 상판(18)을 상하로 관통하는 내통체(12)로 구성된다.

이때, 상기 내통체(12)는 일측에 상기 가스유출관(4)과 연결된 가스유출구(17)와, 상기 수증기공급관(51)과 연결된 수증기공급구(10c-3)가 형성되고, 또한 상기 내통체(12)의 일측에 안전밸브(SV), 온도센서(TS), 압력게이지(PG) 및 진공게이지(VG)가 형성된다. 바람직하게, 상기 가스유출구(17)는 상기 상판(18)의 일측에 형성되고, 상기 수증기공급구(17)는 내통체(12)의 하부에 형성된다.

한편, 상기 압력게이지(PG)와 진공게이지(VG)는 상기 내통체(12)의 일측에 형성된 압력/진공게이지 연결구(19)에 의해 설치된다.

보다 상세하게 도 4(b)를 참조하면, 상기 압력게이지(PG)와 진공게이지(VG)는 상기 내통체(12)의 상부 상판(18)에 형성된 압력/진공게이지 연결구(19)와 연결되어 외부로 연장된 게이지연결관(5)의 양 분기관(5a)에 각각 제어밸브(V)와 함께 형성되어, 상기 제어밸브(V)의 조절에 의해 상기 열분해실(10a)의 상태를 파악할 수 있다.

이는 사용자가 직접 육안으로 열분해실의 연소될 공기가 없는 상태를 확인할 수 있도록 설치된 구조로, 필요에 따라 상기 압력게이지(PG)와 진공게이지(VG)는 자동화장치에 의해 확인판단될 수 있어 내통체(12)의 일측에 직접 형성되어 구비될 수 있음은 물론이다.

이어서, 재차 도 3(a)(b)를 참조하면, 상기 소각로(10)의 연소실(10b)은, 상기 소각로의 열분해실(10a)에 폐기물 열분해를 위한 열을 제공해주는 곳으로, 별도의 연료통(71)에 구비된 기름과 같은 연료에 의해 고온의 불꽃을 형성하는 가열버너(70)가 일측에 설치된다. 또한, 내주면이 내화재에 의해 감싸져 내부공간(B)을 가지고 상기 가열관(14)과 연통된 본체(13)로 구성된다. 이때 상기 내화재는 내구성과 효율성에 따라 내화벽돌로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연소실(10b)의 본체(13) 일측에는 상기에 기술된 가연성가스 저장조(30)의 가스순환관(31)과 연결된 가스순환구(13-3)가 형성되고, 연료점화에 의한 불꽃으로 공기 가열을 위한 가열버너(70)가 위치될 수 있는 버너위치홀(13-1)이 형성된다. 바람직하게 상기 가열버너(70)는 2개가 구비되고 이에 따라 버너위치 홀(13-1)이 형성된다.

이러한 상기 연소실(10b)은 밀폐되지 않고 연소에 필요한 공기가 출입될 수 있도록 구성되는데, 효율적인 연소를 위해 외부로부터 공기를 지속적으로 주입하는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 연소실(10b)의 본체(13)는 외부와 연통된 다수개의 공기주입구(13-2)를 더 포함하여 구성되고, 상기 공기주입구(13-2)는 지속적으로 외부공기를 주입하는 공기주입기(미도시.)와 연결되게 형성된다.

이와 같이 소각로의 연소실(10b)에서 가열버너(70)에 의해 고온의 불꽃을 발생시킴에 따라 상기 열분해실(10a)의 저면판(12-1)에 형성된 통공(12-2)에 끼워져 위치되는 가열관(14)은 가열에 의한 열전도에 의해 가열되고, 이때 상기 가열관(14)의 내부로는 가열버너(70)에 의해 가열된 고온의 공기가 통과되어 지나감에 따라 더 가열되고 발생되는 열에 의해 상기 열분해실(10a)의 가연성 폐기물은 건조된다.

한편, 도 4(a)를 참조하면, 상기 연소실(10b)과 연통되면서 상기 열분해실(10a)을 상하로 관통되게 설치되는 상기 가열관(14)을 살펴보면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 바람직하게 상기 가열관(14)은 구불구불한 관형상으로, 상기 열분해실(10a)의 하부 저면판(12-1)에 끼워져 상기 연소실(10b)과 연통되는 하부튜브(14a)와, 상기 하부튜브(14a)의 상부에 연결된 'S'자 형상관으로 구불구불한 형상을 만드는 다수개의 연결튜브(14b)와, 상기 연결튜브(14b)의 상부와 일단이 연결되고 타단이 상기 폐열회수관(3)측과 연결되며 상기 열분해실(10a)의 상판(18) 을 관통하면서 상단에 댐퍼(14c-1)가 형성된 상부튜브(14c)로 구성된다.

이와 같이 구성된 상기 가열관(14)은 필요에 따라 다수개가 설치될 수 있는데, 바람직하게 도 3(b)에서와 같이, 4개가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 재차 도 3(a)(b)를 참조하면, 상기 소각로(10)의 냉각수실(10c)은, 상기 열분해실(10a)을 구성하는 내통체(12)의 외측면과 간격을 가지면서 감싸게 형성되고 그 사이에 밀폐된 내부공간을 가지는 외통체(11)로 구성된다.

이때, 상기 외통체(11)의 일측에는 상기 냉각장치(60)의 냉각수유입관(62)과 연결된 냉각수유입구(10c-1)와, 상기 냉각수유출관(63)과 연결된 냉각수유출구(10c-2)가 형성된다. 그리고, 상기 냉각수유입구(10c-1)는 상기 외통체(11)의 상부에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 소각로(10)는 이를 지지하는 지지프레임(10d)에 의해 대지면과 간격을 가지고 위치된다. 이는 상기 소각로(10)의 설치 및 개보수가 용이하도록 한 것으로, 상기 소각로(10)의 최하부에 구성되는 연소실(10b)의 본체(13)가 상기 지지프레임(10d)의 상부에 고정된다.

더하여, 상기 소각로(10)는 폐기물투입구(15)를 통한 가연성 폐기물의 투입이 용이하고 전체 소각로(10)의 개보수가 용이하도록 상기 소각로(10)의 외측에 사람이 올라갈 수 있도록 사다리(2)가 설치된다. 이때 상기 사다리(2)는 전체 소각로(10)의 길이보다 긴 길이를 가지며 상부에 안전을 위한 안전망(2a)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템(1) 은, 가연성 폐기물이 투입된 소각로(10)의 내부를 수증기발생기(50)에서 발생된 과열수증기를 이용한 팽창압력으로 폐기물과 공기 또는 기체의 접촉을 차단하여 연소될 공기가 없는 상태로 만들고, 냉각장치(60)의 냉각수를 이용해 팽창압력을 낮춰 진공게이지로 상기 상태를 확인한 다음, 버너(70) 가열에 의한 열을 이용해 간접가열을 통해 상기 폐기물을 가열 건조시키면서 열분해 탄화시키며, 이때 발생되는 희박성가스와 가연성가스는 정화장치(20)를 이용해 유해물질을 제거하고 상기 가연성가스는 가연성가스 저장조(30)에 저장되어 재사용되거나 저장된다.

그리고, 상기 소각로(10)의 가연성 폐기물의 열분해 탄화에 사용된 고온의 공기는 폐열회수관(3)을 통해 포집되어 냉각수 분사방식의 냉각탑(40)을 통과하면서 냉각되어 대기중에 배기된다.

또한, 상기 소각로(10)의 열분해 탄화 후 남은 가연성 폐기물의 회분은 수거된 다음 재처리된다.

도 5는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법을 보여주는 공정 순서도이다. 재차 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템(1)에 의해 가연성 폐기물이 처리되는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리방법(1')은, 크게 폐기물 투입단계(S1)과, 연소차단단계(S2), 차단확인단계(S3), 가열 및 건조단계(S4), 열분해 탄화단계(S5), 가스배출단계(S6), 가스순환 및 저장단계(S8)로 구성되고, 폐열회수 및 냉각단계(S7)를 포함하여 이루 어진다.

먼저, 상기 폐기물 투입단계(S1)는 상기에 기술된 소각로(10)의 열분해실(10a)에 가연성 폐기물을 투입하는 공정으로, 상기 가연성 폐기물은 상기 열분해실(10a)의 상부 커버(15a)를 열고 폐기물 투입구(15)를 개방한 다음 내부로 투입한다. 이때 바람직하게 이어지는 연소차단단계(S2)에서 폐기물과 공기와의 접촉을 보다 쉽게 차단하고 에너지 절감과 열분해 효율을 증대시키기 위해 더이상의 외부공기가 상기 열분해실(10a)내부로 유입되지 않도록 밀폐시키는 것이 중요하다.

이어서, 상기 연소차단단계(S2)는 상기 열분해실(10a)에 과열수증기를 강제주입하여, 상기 과열수증기의 팽창압력에 의해 내부를 연소될 공기가 없는 상태, 즉 폐기물과 공기 또는 기체의 접촉을 차단한 상태로 만드는 공정이다.

이때, 상기 과열수증기의 온도는 대략 100℃ 내지 300℃ 정도인 것이 바람직하하며, 수증기발생기(50)에 의해 발생되고 수증기공급관(51)을 통해 상기 열분해실(10a) 내부로 강제주입되고, 이와 같이 주입된 과열수증기는 내부의 가연성 폐기물의 공기 또는 기체를 외부로 배출시키게 하고 상기 가연성 폐기물과 공기의 접촉을 수막을 이용해 차단하여 열에 의해 연소될 공기가 없는 상태를 만든다.

또한 상기 과열수증기는 압력게이지를 이용해 적정 압력까지 상기 열분해실(10a)의 내부가 팽창압력할 수 있을 정도로 주입되고, 적정 압력의 측정시 과열수증기의 주입은 중지되고 상기 열분해실은 폐기물이 공기 또는 기체와 접촉이 차단된 상태가 되었음을 판단한다.

이에 따라 상기 가연성 폐기물은 연소될 공기가 없기 때문에 고온의 열에도 연소되지 않고 열분해 탄화될 수 있다.

한편, 이와 같은 열분해실(10a)의 상태를 확인하기 위해서 진공게이지(VG)를 이용하는데, 상기 열분해실(10a)의 팽창압력 상태에서는 측정이 용이하지 않아, 상기 열분해실(10a)을 감싸는 냉각수실(10c)의 내부공간(C)에 냉각장치(60)를 이용하여 냉각수를 공급순환시킴으로써 상기 팽창압력을 낮춘다.

이는 차단확인단계(S3)로서, 상기 냉각수실(10c)의 내부공간(C)에 냉각수를 유입시켜 상기 열분해실(10a)의 표면온도를 낮추고 상기 과열수증기에 의한 팽창압력을 낮춤으로써 상기 열분해실(10a)의 일측에 구비된 진공게이지(VG)로 상기 열분해실에 연소될 공기가 없는 상태임을 확인할 수 있게 한다.

다시 말하면, 상기 냉각수유입관(62)을 통해 외부의 상수관 등을 이용한 냉각수(물)이 상기 냉각수실(10c)의 내부공간(C)에 유입되고, 열분해실(10a)의 온도를 낮추면서 팽창압력을 억제한다. 그리고, 상기 냉각수실(10c)에 냉각수가 충전되면 제어밸브를 잠그고 냉각수유출관(63)을 통해 상기 사용된 냉각수를 배출시키는데 이때 상기 냉각수는 냉각쿨러(61)로 유입된다.

그리고, 상기 냉각쿨러(61)에 의해 냉각수는 재차 냉각되고 상기 냉각쿨러(61)와 연통된 냉각수유입관(62) 라인의 일측을 이용해 다시 냉각수실(10c)로 냉각수를 유입시키면서 이를 순환시킨다.

그리고 상기 진공게이지(VG)에 의한 열분해실(10a)의 상태가 육안으로 확인되면, 냉각수실(10c)의 냉각수를 전부 배출한 다음, 상기 연소실(10b)을 가열버너(70)를 이용해 가열하고 그 열에 의한 고온의 공기가 상기 열분해실(10a)을 간접 가열하여 상기 가연성 폐기물이 가열되면서 건조되는 가열 및 건조단계(S4) 공정을 가진다.

상기 가열버너(70)는 별도의 연료통(71)에 구비된 기름과 같은 연료에 의해 고온의 불꽃을 형성하는 것으로, 상기 가연성가스 저장조(30)에서 가스순환관(31)을 통해 연소실(10b)로 공급되는 가연성가스가 상기 버너(70)의 불꽃에 의해 타면서 열을 발생시킴에 따라 보다 더 고온의 열을 발생시킬 수 있다.

그리고, 상기 고온의 열은 상기 열분해실(10a)을 관통하여 설치된 다수개의 가열관(14)의 내부를 통과하면서 열전도에 의해 상기 열분해실을 가열하게 되고, 이에 따라 가연성 폐기물은 건조된다. 이때, 상기 가열에 의해 열분해실(10a)의 과열수증기는 재차 팽창하게 된다.

이어서, 상기 소각로의 열분해실(10a)은 가연성 폐기물의 열분해 탄화단계(S5)를 가진다.

상기 열분해 탄화단계(S5)는, 가열관(14)의 열전도에 의해 고온이 된 상기 열분해실의 온도에 의해 가연성 폐기물이 열분해되어 탄화되는 공정으로, 상기 열분해실(10a)에는 가연성 폐기물 내에 존재하던 공기 또는 기체가 수증기에 흡수되고 연소될 공기가 존재하지 않기 때문에 상기 가연성 폐기물은 연소되지 않고 열분해 탄화된다.

이때 상기 가연성 폐기물의 열분해 탄화가 일어나는 상기 열분해실(10a)의 온도는 700℃를 넘지 않게 한다. 이와 같은 저온도 열분해 과정에 따라 본 발명의 가연성 폐기물 처리방법의 에너지 절약효과는 극대화된다.

한편, 상기 과열수증기가 재차 팽창하여 압력이 발생하고 일정압력 이상의 압력이 감지되면 자동 안전밸브에 의해 밸브가 자동으로 열려 상기 과열수증기를 배출하는 가스배출단계(S6)의 공정을 수행한다.

다시 말하면, 상기 가스배출단계(S6)는, 상기 가열 및 건조단계(S4)와 열분해 탄화단계(S5)에 의해 재차 팽창된 과열수증기와 이때 발생된 유해물질을 포함한 희박성가스 및 가연성가스를 밸브작동에 따라 자동으로 외부로 배출하는 공정이다.

이어서, 가스순환 및 저장단계(S8)를 거치는데, 상기 가스배출단계(S6)에서 배출된 유해물질을 포함한 희박성가스 및 가연성가스를 정화장치(20)를 통해 정화하고 가연성가스는 가연성가스 저장조(30)에 저장한다. 이때 일부의 가연성가스는 가스순환관(31)을 통해 연소실(10b)내의 내부공간(B)으로 유입되어 가열버너의 불꽃에 의해 태워져 고열을 발생시킨다.

한편, 상기 열분해 탄화단계(S5)에 의해 열분해실을 간접가열한 고온의 공기는 회수되어 물분사 방식에 의한 냉각탑(40)에 의해 냉각되고 배기되는 폐열회수 및 냉각단계(S7)을 더 포함하여 구성된다.

다시말하면, 상기 소각로(10)의 가열관(14)을 통과한 뜨거운 고온의 공기는 상기 폐열회수관(3)을 통해 포집되고, 냉각탑(40)으로 이송된다.

그리고, 상기 냉각탑(40)의 함체(41) 내부에서 냉각수관(42)에 연결된 분사노즐(43)을 통해 분사되는 냉각수(물)에 의해 상기 고온의 공기는 냉각되고, 배기관(44)을 통해 냉각된 상태로 외부 대기로 배기된다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템를 보여주는 개략적인 처리 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템을 보여주는 시스템 구성도.

도 3(a)(b)는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템에 적용되는 소각로를 보여주는 구성도.

도 4(a)(b)는 도 3(a)(b)에 적용되는 가열관과 압력게이지 및 진공게이지를 보여주는 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법을 보여주는 공정 순서도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***

1 : 가연성 폐기물 열분해 처리 시스템 3 : 폐열회수관

4 : 가스유출관 10 : 소각로

10a : 열분해실 10b : 연소실

10c : 냉각수실 20 : 정화장치

30 : 가연성가스 저장조 40 : 냉각탑

50 : 수증기 발생기 60 : 냉각장치

70 : 가열버너

Claims (14)

1. 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열관이 구비되고 내부에 투입된 가연성 폐기물이 상기 가열관을 통한 열에 의해 간접가열되어 열분해 탄화되는 열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 분리구획되게 위치되고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열관에 통과시켜 폐기물이 열분해되기 위한 열을 제공하는 연소실과, 상기 열분해실과 간격을 가지면서 감싸 밀폐되고 냉각수가 유입되면서 순환되는 냉각수실로 구성된 소각로와;

   상기 열분해실과 수증기공급관에 의해 연통되고 이를 통해 과열수증기를 강제주입하는 수증기발생기와;

   상기 냉각수실에 냉각수유입관과 냉각수유출관에 의해 연통되고 이를 통해 냉각수를 제공하고 순환시키는 냉각장치와;

   상기 열분해실과 가스유출관에 의해 연통되어 이를 통해 배출된 희박성가스 및 가연성가스에 포함된 유해물질을 제거하는 정화장치와;

   상기 정화장치와 가스이송관에 의해 연통되어 정화된 상기 가연성가스를 저장하고 일부를 가스순환관을 통해 상기 연소실로 투입시키는 가연성가스 저장조와;

   상기 가열관과 연결되면서 이를 통과한 고온의 공기를 포집하는 폐열회수관과 연통되어 상기 고온의 공기를 냉각처리하여 대기중에 배기시키는 냉각탑을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소각로의 열분해실은, 상부 일측에 폐기물을 투입할 수 있도록 개폐가능한 커버가 구비된 폐기물 투입구와, 하부 일측에 열분해 탄화된 폐기물을 수거할 수 있도록 개폐가능한 커버가 구비된 회분수거구가 형성되고, 밀폐된 내부공간을 가지며 다수개의 가열관이 상하로 상판과 저면판을 관통하는 내통체로 구성되되,

   상기 내통체는 일측에 상기 가스유출관과 연결된 가스유출구와, 상기 수증기공급관과 연결된 수증기공급구가 형성되고, 상기 내통체의 일측에 안전밸브, 온도센서, 압력게이지 및 진공 게이지가 형성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 압력게이지와 진공게이지는, 상기 내통체의 상부 상판에 형성된 압력/진공게이지 연결구와 연결되어 외부로 연장된 게이지연결관의 양 분기관에 각각 제어밸브와 함께 형성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 가열관은 구불구불한 관형상으로, 상기 열분해실의 하부 저면판에 끼워져 상기 연소실과 연통되는 하부튜브와, 상기 하부튜브의 상부에 연결되어 구불구불한 형상을 만드는 다수개의 연결튜브와, 상기 연결튜브의 상부와 일단이 연결되고 타단이 상기 폐열회수관과 연결되며 상기 열분해실의 상판을 관통하고 상단에 댐퍼가 형성된 상부튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 소각로의 연소실은, 내주면이 내화재에 의해 감싸지고 상기 가열관과 연통된 내부공간을 가지는 본체로 구성되되,

   상기 본체 일측에 상기 가스순환관과 연결된 가스순환구와, 가열을 위한 버너가 위치될 수 있는 버너위치홀이 형성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 연소실의 본체는 외부와 연통된 공기주입구를 더 포함하고, 상기 공기주입구는 지속적으로 외부공기를 주입하는 공기주입기와 연결된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 소각로의 냉각수실은, 상기 열분해실의 외측면과 간격을 가져 그 사이에 밀폐된 내부공간을 가지는 외통체로 구성되되,

   상기 외통체는 일측에 상기 냉각수유입관과 연결된 냉각수유입구와, 상기 냉각수유출관과 연결된 냉각수유출구가 형성된 것을 특징으로 가연성 폐기물의 열분 해 처리 시스템.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 소각로는 상기 연소실의 하부에 위치되어 대지면과 간격을 가지도록 이를 지지하는 지지프레임과, 외측에 상기 소각로의 길이보다 긴 길이를 가지며 상부에 안전망이 구비된 사다리를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각장치는, 상기 냉각수실로 외부 냉각수를 밸브조절을 통해 공급하는 냉각수유입관과, 상기 냉각수실의 냉각수를 밸브조절을 통해 외부로 배출하는 냉각수유출관과, 일측에 상기 냉각수유입관 라인중 일측과 연결되고 타측에 상기 냉각수유출관의 단부와 연결된 냉각쿨러를 포함하여,

   상기 냉각수실에 냉각수가 채워지면 상기 냉각수유입관의 외부 냉각수 유입은 중지되고, 상기 냉각쿨러는 상기 냉각수실에서 사용된 냉각수를 재냉각하여 상기 냉각수유입관을 통해 상기 냉각수실로 유입시켜 냉각수를 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 정화장치는, 상기 가스유출관의 단부와 연결되어 희박성가스와 가연성 가스가 유입되고, 중화수·흡착탄 또는 필터를 이용하여 유해물질 및 냄새를 제거하고 가스이송관에 의해 서로 연통된 적어도 하나 이상의 정화탱크로 구성되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 냉각탑은 일측에 상기 폐열회수관과 연통되고 상부에 배기관과 연결되며 내부에 다수개의 분사노즐이 형성된 냉각수관이 수직하게 구비된 함체와, 상기 냉각수관과 펌프에 의해 연결되어 냉각수를 이송하는 냉각수이송관과, 상기 함체의 하방으로 연장된 연통관과 상부가 연통되고 상기 냉각수이송관과 일측이 연결된 냉각수탱크를 포함하여,

    상기 분사노즐을 통한 냉각수 분사에 의해 상기 폐열회수관에 의해 이송된 고온 공기를 냉각시켜 배기시키는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템.
12. 열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 위치되는 연소실과, 상기 열분해실을 간격을 가지며 감싸는 냉각수실로 구성된 소각로를 이용한 폐기물 처리 방법에 있어서,

    상기 열분해실에 가연성 폐기물을 투입하여 밀폐하는 폐기물 투입단계와;

    상기 열분해실에 과열수증기를 주입하여, 상기 과열수증기의 팽창압력에 의해 내부의 폐기물이 공기 또는 기체와의 접촉이 차단된 상태를 만드는 연소차단단 계와;

    상기 냉각수실로 냉각수를 유입시켜 상기 열분해실의 과열수증기에 의한 팽창압력을 낮춤으로써 상기 열분해실의 일측에 구비된 진공게이지의 작동을 확인하고 상기 열분해실에 연소될 공기가 없음을 확인하는 차단확인단계와;

    상기 연소실을 버너를 이용해 가열하고 그 열에 의한 고온의 공기가 상기 열분해실을 간접가열하여 상기 폐기물이 가열되면서 건조되는 가열 및 건조단계와;

    상기 열분해실의 고온의 온도에 의해 가연성 폐기물이 열분해되어 탄화되는 열분해 탄화단계와;

    상기 가열 및 건조단계와 열분해 탄화단계에 의해 재차 팽창된 과열수증기와 발생된 희박성가스 및 가연성가스를 밸브작동에 따라 자동으로 외부로 배출하는 가스배출단계와;

    상기 가스배출단계에 의해 배출된 오염가스를 정화장치를 통해 정화하여 가연성가스를 가연성가스 저장조에 저장하거나 이를 상기 연소실로 순환시키는 가스순환 및 저장단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 열분해 탄화단계에 의해 열분해실을 간접가열한 고온의 공기를 회수하여 냉각수 분사 방식에 의한 냉각탑을 이용해 냉각시켜 배기시키는 폐열회수 및 냉각단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처 리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법.
14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 소각로는, 중공 내부를 관통하는 다수개의 가열관이 구비되고 내부에 투입된 가연성 폐기물이 상기 가열관을 통한 열에 의해 간접가열되어 열분해 탄화되는 열분해실과, 상기 열분해실의 하부에 분리구획되게 위치하고 가열에 의한 고온의 공기를 상기 가열관에 통과시켜 상기 폐기물이 열분해되기 위한 열을 제공하는 연소실과, 상기 열분해실을 감싸 밀폐시키고 냉각수가 유입되면서 순환되는 냉각수실을 포함하여 구성되며,

    상기 열분해실의 일측에 안전밸브, 온도센서, 압력게이지 및 진공 게이지가 형성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해 처리 시스템을 이용한 폐기물 처리 방법.

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