KR100849398B1 - 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저비용으로 음식물 폐수를 생활쓰레기 소각로에서 발생한 열로 소각할 수 있고, 배출가스 중의 질소산화물 제거용 환원제의 비용을 줄여 소각로의 경제성을 높일 수 있는 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각 설비를 제공하기 위한 것이다. 침출수 분사용 노즐이 설치된 생활쓰레기 소각로의 2차 연소실에 있어서, 기존의 노즐 아래에 새로운 노즐을 신설하여 기존 노즐은 2차 온도 제어용으로 그리고 신설 노즐은 1차 온도 제어용으로 설정하되, 상기 각 노즐로 음식물 폐수를 분사하여 2차 연소 출구의 온도를 870 ~ 950℃로 유지할 수 있게 함으로써 폐열보일러의 수관 외벽에 대한 비산재의 흡착 성질을 떨어뜨려 연속 운전 기간을 늘리고 소각 효율을 증대 한다. 상기 음식물 폐수 성분중 암모니아가 배출가스의 질소산화물과 반응하여 선택적 비촉매 환원장치에 사용되는 암모니아수의 사용량을 절감 한다.그리고 음식물 폐수의 폐기수탁 비용을 절감하여 생활쓰레기 소각로의 경제성을 더욱 높일 수 있게 한 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각 설비를 특징으로 한다.

Description

음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치{Life waste burning apparatus having garbage waste water burning function}

본 발명은 경제적으로 음식물 폐수를 소각할 수 있고, 그 폐수를 배출가스 중의 질소산화물 제거용 보조 중화제로 활용하여 암모니아의 사용량을 절감할 수 있게 한 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치에 관한 것이다.

소각되는 생활쓰레기에서 발생하는 배출가스에는 비산재를 포함하여 휘발성 유기화합물, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), Pb 등의 중금속, 다이옥신류와 같은 각종 유해물질이 섞여 있다. 이들 유해물질은 대기와 수질은 물론 토양을 오염시키고, 소각장 인근 주민의 건강과 애완동물 및 수목의 안전도 위협한다. 그래서 생활쓰레기 전용 소각장에는 배출가스의 유해물질을 제거하기 위한 장치를 설치하여 운영하고 있다.

도 1에서, 통상의 생활쓰레기용 소각로(1)는 노즐(3)로 침출수(33)를 뿌려 2차 연소 출구(2) 온도를 조절하고, 배출가스에 포함된 질소산화물은 선택적 촉매 환원반응장치에 암모니아를 분사하여 촉매 반응에 의해 제거되도록 설계돼 있다.

선택적 촉매 환원반응장치의 유지 비용이 증가되어 생활쓰레기 소각장의 운영비의 증가로 경제성이 낮다.

소각로(1)의 내부 온도는 1250 ~ 1300℃로 유지 한다. 고온의 비산재는 흡착성이 있어서 소각로의 2차 연소 출구에 연결된 폐열보일러(5)의 수관(6) 외벽에 달라붙는다. 수관의 외벽에 대한 비산재의 흡착량이 증가할수록 배출가스의 배출흐름을 저해하고 보일러의 열교환 효율이 떨어진다. 그리고 폐열보일러의 잦은 내부 청소가 불가피해 잦은 가동 중단으로 인한 연속 가동시간이 짧아 비효율적 이다.

한편, 음식쓰레기 처리장에서는 반입 음식쓰레기를 파쇄와 이물질의 선별 그리고 희석 및 비닐과 같은 부유물의 선별과정을 거쳐 탈수하고, 탈수물은 건조와 발효, 후속발효, 이물질 선별, 포장단계를 거쳐 반출하며, 탈수물에서 분리된 음식물 폐수는 폐수저장조로 옮겨 가수하여 함수율을 조정한 후 반출한다. 반출 후에는 활용방안이 마땅치 않아 차량과 선박을 이용해 해양투기하는 방법으로 폐기하게 된다.

음식물 폐수를 해양에 폐기하는 것은 폐기비용이 너무 크다. 또, 해양투기가 이어질 경우 장래 심각한 해양오염문제에 직면할 수 있다.

이런 점에서 해양을 오염시키지 않는 방향으로 음식물 폐수를 처리할 수 있는 새로운 모색이 필요하다.

따라서 본 발명은 저비용으로 음식물 폐수를 생활쓰레기 소각로에서 발생한 열로 소각할 수 있고, 배출가스 중의 질소산화물 제거용 환원제의 비용을 줄여 소각로의 경제성을 높일 수 있는 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각 설비를 제공하기 위한 것이다

이 과제는 침출수 분사용 노즐이 설치된 생활쓰레기 소각로의 2차 연소실에 있어서, 기존의 노즐 아래에 새로운 노즐을 신설하여 기존 노즐은 2차 온도 제어용으로 그리고 신설 노즐은 1차 온도 제어용으로 설정하되, 상기 각 노즐로 음식물 폐수를 분사하여 2차 연소 출구의 온도를 870 ~ 950℃로 유지할 수 있게 함으로써 폐열보일러의 수관 외벽에 대한 비산재의 흡착 성질을 떨어뜨려 연속 운전기간을 늘리고 소각 효율을 증대 한다. 그리고 단시간에 암모니아가 생성될 수 있는 유기성 음식물 폐수를 반입되는 대로 소각로에 투입하여 배출가스 중의 질소산화물 제거에 기여케 함으로써 선택적 비촉매 환원장치를 통한 암모니아수의 사용량을 줄여 경제성을 높이고, 음식물 폐수의 폐기수탁 비용을 절감하여 생활쓰레기 소각로의 경제성을 더욱 높일 수 있게 한 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각 설비를 특징으로 한다.

도 2에서, 2차 연소 출구(2)에 침출수 노즐(3)이 설치되고, 2차 연소 출구(2)에 이어 폐열보일러(5)가 설치된 생활쓰레기 소각로(1)에 선택적 비촉매 환원장치(10. SNCR: Selective Non Catalytic Reduction process)와 제2 노즐(20), 및 폐수 공급수단(30)이 설치된다.

선택적 비촉매 환원장치(10)는 선택적 촉매 환원장치와는 달리 촉매를 사용하지 않고 암모니아로 탈질반응을 일으켜 질소산화물을 제거하게 한 것으로, 선택적 촉매 환원장치에 비해 초기 시설비와 유지관리비가 저렴한 것이 장점이며, 이 장치에서 분사되는 암모니아수가 배출가스 중의 질소산화물에 반응하여 무해한 질소와 물로 환원 된다.

기존의 노즐(3)과 신설된 노즐(20)은 도관으로 음식물폐수공급설비(30)에 연결하여 음식물 폐수를 분사하도록 한다. 여기서, 기존 노즐(3)은 2차 온도용으로, 또 신설 노즐(20)은 1차 온도용으로 설정한다.

소각로(1)의 2차 연소 출구 온도가 930℃를 넘으면 배출가스에 섞인 비산재가 흡착성을 띈다. 이대로 비산재가 배출되면 폐열보일러(5)의 수관(6) 외벽에 부착되어 배출가스의 흐름을 방해하고 소각장치의 연속 운전기간을 단축시키며, 열교환 효율도 저하된다. 그렇다고 2차 연소 출구의 온도를 850℃ 이하로 운전은 못한다. 소각로의 2차 연소 출구 온도가 법적 기준 온도 850℃ 이상으로 명시되어 있기 때문이다.

이 점을 고려하여 2차 연소 출구(2)의 온도는 비산재가 완전 연소되고 흡착능도 상실되는 850~930℃로 유지하는 것을 기본으로 하고 1,2차 연소용 노즐(20,3)을 통한 음식물 폐수의 분사량을 소각로의 2차 온도를 기준으로 자동 설정한다. 이렇게 하면 비산재가 짧은 시간에 냉각되어 폐열보일러(5)의 수관(6) 외벽에 달라붙지 않아 폐열보일러 내부 점검 기간이 줄어 소각로(1)의 연속 운전기간이 종전의 배에 달하는 4 ~ 6개월로 대폭 늘어난다.

노즐(3,20)은 상수에 비해 아무래도 탁도가 높은 음식물 폐수를 그에 버금가는 양으로 분사할 수 있어야 하므로 기존의 노즐 보다는 구경을 넓혀서 이물질이 섞인 음식물 폐수도 차질 없이 분사되도록 한다.

폐수 공급수단(30)은 생활쓰레기 피트를 저장하는 피트조(31)와 피트조(31)에서 유입되는 침출수를 저장하여 앙금을 가라앉히는 침전조(32), 침전조(32)의 상징수(上澄水: 앙금이 가라앉아 맑아진 윗물)를 보관하면서 숙성시키는 저장조(33), 저장조(33)의 숙성수를 공급조(34)로 보내는 이송펌프(35) 및 공급조(34)의 음식물 폐수를 노즐(3,20)로 공급하는 공급펌프(36)로 구성되어 있었다.

본 발명에서는 상기 저장조(33)에 필터(37)를 설치하여 음식쓰레기 처리장에서 차량으로 운반되는 음식물 폐수를 여과하고 전동식 교반기(38)로 격렬하게 휘저어서 미생물반응을 촉진하여 조기에 암모니아가 생성되도록 함으로써 암모니아 수치를 조정하기 하기 위한 폐수의 방치기간을 단축, 배출가스의 질소산화물 제거에 필요한 암모니아수가 조기에 생성되도록 한다.

그리고 상기 공급펌프(36)는 인버터(36a)를 부착하여 2차 연소 출구의 온도에 따라 음식물 폐수의 공급량이 자동 조절 한다.이를테면, 2차 연소 출구(2)가 상승할 때에는 모든 노즐(3,20)로 음식물 폐수를 분사시켜 온도를 낮추고, 2차 연소 출구(2)의 온도가 안정권에 머물 때에는 그 때의 내부 온도에 따라 노즐(3) 또는 노즐(20)을 선택하여 음식물 폐수를 분사한다.

공급조(34)에도 교반기(39)를 설치하여 공급에 대비하는 동안에도 음식물 폐수(a)의 숙성을 촉진, 암모니아의 생성을 돕는다.

또, 동절기와 하절기는 대기 온도 및 음식물 폐수의 온도차 때문에 폐수 분사량에도 차이가 나게 된다. 동절기보다는 대기 온도가 높은 하절기의 음식물 폐수 분사량이 많을 것은 정한 이치다. 하지만 암모니아의 공급은 계절적 요인에 관계없이 일률적이어야만 배출가스 중의 유해물질 제거에 차질을 빚지 않을 것으로 보인다. 동절기에는 모든 노즐(3) 또는 (3,20)을 가동하여 음식물 폐수의 분사량을 늘리고, 하절기에는 노즐(3) 또는 (20)를 선택하여 음식물 폐수의 양을 조절하는 방법으로 암모니아를 사용 한다. 이런 식으로 노즐(3,20)을 통한 음식물 폐수의 선택적 분사는 계절적 요인에 대처하는 데 적합하다.

음식물 폐수가 반입되는 대로 소각로에 투입되어 배출가스 중의 질소산화물을 제거하는 데 도움이 되도록 하기 위해서는 특히 저장조(33), 나아가서는 공급조(34)에서의 신속 발효가 필요하다. 그래서 저장조(33)와 공급조(34)에 교반기(38,39)를 설치하는 것이다.

음식물 폐수의 암모니아 수치가 높을수록 선택적 비촉매 환원장치(10)를 통한 암모니아수의 투입량은 적어진다. 이 점을 노려 저장조(33)와 공급조(34)에서 음식물 폐수를 교반기(38)(39)로 휘저어 발효를 촉진하는 것이다.

배출가스 중의 질소산화물 제거는 암모니아 발생 농도에 따라 먼저 노즐(3,20)의 선택적 운용으로 음식물 폐수의 사용량을 조절하는 것으로 대처하고, 이것만으로 부족할 경우에는 선택적 비촉매 환원장치(10)로 암모니아수 사용량을 증가 한다.

이상은 음식물 폐수를 위주로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 음식물 폐수와 같이 수중 미생물이 존재하는 유기성 폐수가 조금이라도 섞인 쓰레기 매립장의 침출수, 폐기물 소각로의 폐수도 포함된다.

이상 설명한대로, 본 발명에 의한 음식물 폐수를 소각하도록 제안된 생활쓰레기 소각로는 해수 오염이 문제시 돼 온 음식물 폐수의 해양투기를 지양하고, 기존의 생활쓰레기용 소각로를 이용하여 안전하고 간편하게 그리고 아주 경제적으로 소각처리 할 수 있다.

또, 계절적 요인에 따라 유효적절하게 소각로의 2차 연소 출구 온도 제어가 가능해 폐열보일러의 수관에 끼치는 고온의 비산재로 인한 피해도 획기적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 폐열보일러의 내부 점검 빈도가 줄어 생활쓰레기 소각로의 연속 운전기간이 늘고, 소각 효율도 개선된다.

나아가, 그간 쓸모가 없어 해양투기 외에는 처리방안이 마땅찮았던 음식물 폐수를 소각로의 2차 연소 출구용 냉각수와 선택적 비촉매 환원장치로 공급되는 암모니아수 보충용으로 활용할 수 있어서 배출가스 중의 질소산화물 제거용 암모니아수 조달비용 절감에 기여하며, 음식물 폐수의 폐기수탁비를 수익상품으로 연계시킬 수 있어서 생활쓰레기 소각로의 운영비 절감으로 이어지는 효과도 있다.

도 1은 보편적인 생활쓰레기 소각장치의 개념도

도 2는 본 발명에 의한 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치의

구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 소각로 3: (2차 온도 제어용) 노즐

5: 폐열보일러 6: 수관

10: 선택적 비촉매 환원반응장치 20: (1차 온도 제어용) 노즐 30: 음식물 폐수 공급설비 a: 음식물 폐수

삭제

Claims (3)

1. 저장조(33)의 상징수를 공급조(34)로 보내 적기에 2차 연소 출구(2)측에 설치된 노즐(3)로 공급하도록 된 소각로(1)에 있어서, 상기 노즐(3) 위쪽에는 암모니아수 분사용 선택적 비촉매 환원장치(10)를 설치하고, 상기 노즐(3)의 아래 쪽에 는 단차를 두고 노즐(20)을 설치하여 기존의 노즐과 함께 공급조(34)에 연결하여 2차 연소 출구의 온도에 따라 선택적으로 음식물 폐수를 투입할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐(3,20)로 분사되는 음식물 폐수에 의해 소각로(1)의 2차 연소 출구(2)측 온도가 870 ~ 950℃로 유지되게 한 음식물 폐수 소각 겸용생활쓰레기 소각장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급조(34)는 공급펌프(36)에 인버터를 장착하여 노즐(3,20)을 통한 음식물 폐수의 분사량을 조절하도록 한 음식물 폐수 소각 겸용 생활쓰레기 소각장치.