KR100903574B1 - 수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소장치를 갖는유기성 폐기물 탄화 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기나 슬러지, 폐건축재, 분뇨 등의 유기성 폐기물을 대량으로 처리하기 위한 탄화 설비에 관한 것으로, 특히 탄화 설비로부터 발생하는 수증기와 건류가스를 각기 구분하여 제공받을 수 있게 한 제1연소실과 제2연소실로 구분 형성된 연소기를 구비하고, 상기 제1연소실 내에는 유입된 수증기가 지체될 수 있게 한 지그재그 형태의 지연판을 형성함으로써,

건류가스의 연소과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 악취를 포함한 수증기의 가열이 이루어지므로 고온의 간접열에 의해 수증기의 기화 작용과 동시에 수증기 내 악취의 제거가 이루어지는 것이며, 건류가스 자체의 연소열로 인하여 건류가스 내에 포함된 유해가스의 제거가 이루어지므로 상기 건류가스를 점화시킬 수 있을 정도의 에너지 만으로도 건조과정에서의 악취와 수증기를 효과적으로 제거할 수 있는 것이며, 수증기와 별도로 공급되는 건류가스는 고도의 연소열을 갖고 있어 건류가스 내의 다양한 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있음은 물론 상기 건류가스의 폐열을 탄화설비의 내부로 리턴시켜 활용할 수 있으므로 매우 경제적인 특징을 갖는 것이다.

유기성 폐기물, 탄화 설비, 건조기, 탄화기, 연소기, 연소실, 지연판

Description

수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소장치를 갖는 유기성 폐기물 탄화 설비 {Apparatus for carbonizing organic waste having combuster for processing steam and dry gas separately}

본 발명은 음식물 쓰레기나 슬러지, 폐건축재, 분뇨 등의 유기성 폐기물을 대량으로 처리하기 위한 탄화 설비에 관한 것으로, 특히 탄화 설비의 건조과정과 탄화과정에서 발생하는 수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소기를 구비하되, 상기의 연소기는 상,하로 구획된 제1연소실과 제2연소실에 의해 수증기와 건류가스의 유입 및 배출로를 구분 형성하고, 제2연소실에서 발생하는 건류가스의 연소에 의한 고온의 폐열을 이용하여 수증기에 포함된 악취의 제거는 물론 건류가스의 연소 폐열을 다양한 용도로 활용할 수 있게 한 유기성 폐기물의 탄화 설비에 대한 것이다.

근자에 들어 음식물 쓰레기 등의 생활 쓰레기나 건축 폐자재 및 하천이나 호수 등에서 발생하는 슬러지 등의 유기성 폐기물은 산업이 고도화됨에 따라 발생량이 점차 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 유기성 폐기물은 정해진 시스템과 관계법령에 따라 일정한 경로를 통해 수거되어 안전하게 처리되고 있는 것인데, 상기의 유기성 폐기물은 대부분 매립하거나 소각되는 것이 보편적인 처리 방법이다.

그러나, 매립에 의한 유기성 폐기물의 처리방법은 넓은 매립지를 요구하는 것이며, 위생적인 면과 환경적인 측면에서 모두 불합리한 결과를 낳게 되므로 지자체와 주민들의 반대에 봉착하게 된다.

즉, 기존에 승인된 매립지의 경우 이미 포화 수용상태에 이르러 새로운 매립지의 지정이 불가피한 것인데, 해당 지역의 주민은 물론 지자체의 반대가 극심하여 새로운 지정에 많은 어려움을 겪고 있는 것이며, 환경적인 측면에서도 매립 과정에서 발생하는 악취나 침출수에 의한 토양 오염은 물론 유해가스로 인한 심각한 대기오염이 발생하는 것으로 보고되어 있어 유기성 폐기물에 대한 바람직한 처리방법으로는 적합하지 못한 것이다.

특히, 관계법령에 따라 2005년 1월 1일부터는 유기성 폐기물에 대한 직,매립을 금지하고 있어 매립에 의한 유기성 폐기물의 처리 방법은 폐기장의 포화 상태에 이르러서는 더 이상의 실효성을 상실하게 되는 것이다.

이에 따라 상기와 같은 유기성 폐기물에 대한 효과적인 처리방법으로 소각 및 탄화방법이 대두되고 있는 것으로, 일정 수준의 설비를 갖춘 상태에서 상기의 유기성 폐기물을 고온에서 소각시켜 이를 처리하거나, 건조와 탄화과정을 거쳐 함수율이 극히 낮은 상태의 탄화물로 배출되게 하여 상기의 탄화물을 퇴비나 메움토의 용도로 활용하고 있는 것이다.

반면에, 상기의 소각 및 탄화방법에 의한 유기성 폐기물의 처리방법은 많은 량의 유해가스나 침출수가 발생하는 것으로 알려져 있으나, 매립 이외의 가장 효과적인 처리 방법이므로 과도한 운영비나 시설비의 부담을 안고도 불가피하게 운영되고 있는 실정이다.

즉, 상기와 같은 소각 및 탄화방법은 수거된 유기성 폐기물을 파쇄시킨 상태에서 이를 건조시킨 후 소각 또는 탄화시키게 되는데, 건조과정과 소각 또는 탄화과정에서 많은 량의 에너지 소비가 발생하게 되는 것이다.

또한, 상기와 같은 일반적인 유기성 폐기물의 처리방법은, 유기성 폐기물의 저장단계와 폐기물의 파쇄단계, 폐기물의 탈수단계, 폐기물의 건조단계 및 탄화단계에서 다량의 침출수 및 폐수가 발생하게 되므로 이와 같은 침출수와 폐수는 2차 처리장치를 거쳐 정화시켜야 하므로 2중의 처리비용이 요구되는 문제점이 있는 것이다.

이를 상세히 살펴보면, 일반적인 유기성 폐기물의 처리과정은 대형 저장탱크 내에 수거된 폐기물을 파쇄기를 이용하여 잘게 부순 후 이에 대한 함수율을 낮추기 위해 탈수과정을 수행하게 되는 것이며, 탈수된 폐기물은 함수율을 더욱 낮추기 위한 건조과정을 거치게 되는 것이며, 건조된 상태의 폐기물은 소각 또는 탄화과정을 거치게 되는 것이다.

이때, 상기와 같은 처리과정에서는 폐수와 유해가스 및 분진과 탄화물이 최종적으로 배출되는 것인데, 상기의 폐수는 저장고에서 발생하는 대량의 침출수와 파쇄 및 탈수, 건조과정에서 발생하는 폐수를 모두 모아 별도의 정화조로 수거되게 하는 것이며, 정화조 내의 폐수는 화학처리를 거쳐 해양 투기하는 방법으로 처리하 게 되는 것인데, 런던협약에 따르면 2012년부터는 유기성 폐기물에 대한 침출수나 폐수에 대한 정화수의 해양투기가 전면적으로 금지되므로 폐수처리시설에 대한 확충이나 폐수처리에 대한 소요 비용이 크게 증대할 것으로 예상된다.

또한, 상기와 같은 처리과정에서 발생하는 유해가스에는 다량의 분진이 포함되어 있을 것이므로, 일차적으로 고온에서 유해가스에 대한 연소가 이루어진 후, 연소가스 및 분진은 습식 분진제거장치를 최종적으로 거쳐 대기로 배출되는 것인데, 상기와 같은 소각 처리과정에서 발생하는 다이옥신과 같은 다량의 유해가스는 공해와 환경오염을 심각하게 유발하는 것으로 알려져 있는 것이다.

더욱이, 상기와 같은 습식 분진제거장치에서 사용되는 처리용수에는 많은 량의 분진을 포함하고 있으므로 상기와 같은 처리용수 역시 침출수 및 폐수의 처리과정과 동일한 경로를 거쳐 정화된 후 해양 투기되므로 결국 해양 투기에 따른 환경과 비용적인 측면에서의 개선사항을 가중시키는 원인으로 작용하게 되는 것이다.

특히, 상기와 같은 소각 및 탄화과정과 연소과정에서 소모되는 연료는 거의 석유에너지나 전기에너지를 사용하게 되는 것으로서, 대량의 유기성 폐기물을 연속하여 처리하기 위해서는 대량의 석유에너지와 전기에너지가 소요되는 것이며, 이와 같은 소비 에너지의 사용량은 유기성 폐기물의 매립 방법에 비하여 과도한 처리비용이 발생하므로 장기적인 측면에서 과도한 에너지 사용으로 인한 경쟁력 약화는 물론 에너지 사용을 위한 에너지 생산 흐름과도 직결되어 있어 에너지를 생산하기 위해 발생하는 재원의 확보와 2차적인 환경 오염까지 영향을 미치는 결과를 초래하게 되는 것이다.

이에 따라 근자에 들어서는 다양한 형태로 된 유기성 폐기물을 매립하거나 소각하지 않고 고온에 의해 열분해시키는 탄화 처리방법이 각광받고 있는 것인데, 유기성 폐기물에 대한 탄화처리 방법은 매립이나 소각 처리에 비하여 환경 친화적인 것으로 알려져 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 유기성 폐기물의 탄화처리를 위한 탄화 설비로부터 발생하는 악취와 수증기 및 건류가스의 구분 처리를 위해 과도한 열 에너지의 사용량이 발생하므로 매우 비경제적인 것으로서, 유기성 폐기물의 건조 과정에서 발생하는 악취와 수증기는 통상적으로 고온의 열기를 방출하는 버너가 장착된 가열기를 통해 수증기 내의 악취 제거를 수행하게 되는 것이며,

유기성 폐기물의 탄화과정에서 발생하는 유해가스 등의 건류가스는 별도의 연소기 및 연소기에 장착된 버너를 이용하여 상기의 건류가스를 태워 다이옥신이나 녹스 등의 유해가스 제거를 통해 대기로 방출되게 하므로 이중의 소모 에너지가 필요하게 되는 폐단이 있는 것이다.

특히, 상기와 같은 건조과정에서 발생하는 수증기는 가열기의 내부 온도를 급격하게 떨어트리게 되므로 유기성 폐기물로부터 발생하는 수증기 량에 의해서도 가열기 내부의 온도가 저하되지 않을 정도로 과도한 열원을 제공하게 되므로 이와 같은 과정에서의 에너지 소모량은 매우 극심하다 할 것이다.

또한, 상기와 같은 건류가스를 태워 다양한 유해가스를 제거하는 과정에서도 고도의 화염을 제공하는 버너와 전기 또는 석유 자원이 소모될 것이며, 이와 같은 건류가스의 연소 폐열은 대부분 그대로 외기로 배출되므로 환경적인 측면에서도 악 영향을 미치게 되는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 탄화 설비로부터 발생하는 수증기와 건류가스를 각기 구분하여 제공받을 수 있게 한 제1연소실과 제2연소실로 구분 형성된 연소기를 구비하고, 상기 제1연소실 내에는 유입된 수증기가 지체될 수 있게 한 지그재그 형태의 지연판을 형성함에 따라,

제2연소실 내부로 유입된 건류가스의 연소열이 상기 제2연소실로 전도되게 하여 상기의 전도열에 의해 제1연소실 내의 수증기에 포함된 악취의 제거가 이루어지게 하고, 상기 제2연소실의 배출측은 탄화설비로 리턴될 수 있게 하여 연소 폐열의 활용이 가능하므로, 건류가스를 점화시킬 수 있을 정도의 소모 에너지만을 갖고도 수증기 내 악취의 제거는 물론 건류가스 내 유해가스의 제거가 가능한 것이며, 수증기의 입,출라인과 구분된 건류가스 입,출라인을 통해 건류가스의 연소 폐열을 탄화 설비로 리턴시켜 활용할 수 있으므로 탄화 설비 전체의 가동에 필요한 소모 에너지를 크게 절감시킬 수 있는 특징의 수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소장치를 갖는 유기성 폐기물 탄화 설비를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저장탱크로부터 운반된 유기성 폐기물은 분쇄기에 의해 파쇄되고, 상기의 분쇄기는 건조기와 연결되어 유 기성 폐기물에 대한 건조공정을 수행하는 것이며, 상기 건조기로부터 유기성 탄화물을 공급받는 탄화기에서는 건류가스와 탄화물로의 열분해 작용이 이루어지게 한 탄화 설비에 있어서,

내부의 분할가열판에 의해 제1연소실과 제2연소실로 구분된 연소기를 구비하고, 상기 제1연소실의 일측으로는 건조기에서 발생하는 악취와 수증기가 유입되어 타측으로 배출되게 하고, 상기 제2연소실의 일측으로는 탄화기에서 발생하는 건류가스가 유입되어 타측으로 배출되게 하되, 상기 제2연소실의 일측 하단에는 버너를 장착 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 건류가스의 연소과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 악취를 포함한 수증기의 가열이 이루어지므로 고온의 간접열에 의해 수증기의 기화 작용과 동시에 수증기 내 악취의 제거가 이루어지는 것이며, 건류가스 자체의 연소열로 인하여 건류가스 내에 포함된 유해가스의 제거가 이루어지므로 상기 건류가스를 점화시킬 수 있을 정도의 에너지 만으로도 건조과정에서의 악취와 수증기를 효과적으로 제거할 수 있는 것이며, 수증기와 별도로 공급되는 건류가스는 고도의 연소열을 갖고 있어 건류가스 내의 다양한 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있음은 물론 상기 건류가스의 폐열을 탄화설비의 내부로 리턴시켜 활용할 수 있으므로 매우 경제적인 특징을 갖는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미 로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화 설비의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄화 설비의 연결 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄화 설비의 처리 과정도이다.

이에 따라, 상기의 탄화 설비에 의한 유기성 폐기물에 대한 일반적인 처리과정을 살펴보면, 저장탱크(10) 내의 유기성 폐기물을 밀폐형 운반스크류에 의해 분쇄기(20)로 공급하면 상기 분쇄기(20) 내의 분쇄날에 의해 유기성 폐기물을 잘게 부수어 이를 건조기(30)로 운반하게 되는 것이며, 건조기(30) 내부에서는 상기의 유기성 폐기물을 효과적으로 건조시킨 후, 이를 탄화기(50)로 공급하게 되는 것이다.

상기의 탄화기(50)에서는 내부의 고열로 인하여 상기의 유기성 폐기물을 건류가스와 탄화물로 열분해하여 상기의 건류가스는 별도의 연소기(60)로 공급되게 하고, 상기의 탄화물은 별도의 수거부로 배출하게 되는 것이다.

이때, 상기의 건조기(30) 내부에서는 함수율이 높은 상태의 유기성 폐기물이 건조되는 과정에서 다량의 악취와 수증기가 발생하는 것으로서, 상기의 악취와 수증기는 별도의 가열기로 함께 공급되어 버너의 가열에 의한 고온의 열기에 의해 상 기 수증기의 기화 및 악취의 제거가 이루어져 대기로 배출되는 과정을 거치게 되는 것이고, 대기 방출 과정에서 필요에 따라 건식 또는 습식의 집진기를 함께 사용할 수도 있는 것이다.

이와 같이 일반적인 형태의 탄화 설비에서는 건조과정에서 배출되는 악취와 수증기가 있고, 탄화과정에서 배출되는 건류가스로 분류되는 것으로서, 종래에는 상기와 같은 수증기와 건류가스를 별도의 가열기와 연소기를 통해 각기 구분 처리하였던 것이다.

이에 본 발명에서는 상기의 수증기와 건류가스를 단일의 연소기(60)를 통해 효과적으로 제거할 수 있도록 한 것으로서, 상기의 연소기(60)는 도 4의 도시와 같이 상,하부를 분할가열판(61)에 의해 구획하여 상측의 제1연소실(62)과 하측의 제2연소실(63)로 구분 형성한 것이며,

상기 제1연소실(62) 내부에는 지그재그 형태로 된 지연판(65)(65')이 돌출 형성되어 있고 제2연소실(63)의 일측 하부에는 버너(64)가 장착되어 있는 것이다.

이에 따라 상기의 제1연소실(62) 일측으로는 건조기(30)에서 발생하는 악취와 수증기가 유입되어 타측으로의 배출이 이루어지도록 하고, 상기 제2연소실(63)의 일측으로는 탄화기(50)에서 발생하는 건류가스가 유입되어 타측으로의 배출이 이루어지도록 한 것이다.

또한, 제2연소실(63)의 일측에 장착된 버너(64)는 유입되는 건류가스를 점화 및 연소시키는 역할을 하는 것이며, 상기 건류가스의 연소열은 분할가열판(61)을 통해 제1연소실(62)을 가열하는 작용을 하게 된다.

따라서, 상기의 연소기(60)는 도 5의 도시와 같이 제2연소실(63)의 내부로 유입되는 건류가스를 버너(64)에 의해 점화시켜 고온의 열기가 발생되게 하고, 상기의 열기는 분할가열판(61)을 통해 제1연소실(62)을 가열하게 되므로, 건류가스 내의 유해가스를 제거함과 동시에 수증기에 포함되어 있던 악취 등을 고열에 의해 제거할 수 있게 되는 것이며,

건류가스의 연소 폐열을 이용하여 악취와 수증기의 제거가 이루어지므로 수증기의 기화 및 악취 제거를 위한 별도의 소모 에너지가 불필요하게 되므로 매우 경제적인 것이다.

또한, 상기 제2연소실(63)의 내부 온도는 적어도 1000℃ 이상을 유지하도록 하는 것이 이상적인데, 상기의 내부 온도는 건류가스에 포함되어 있는 다양한 유해가스를 연소시켜 제거하는 적정의 온도이기 때문인 것이다.

또한, 상기와 같은 고온의 열기가 분할가열판(61)을 통해 제1연소실(62)로 전도되면 상기 제1연소실(62)의 내부 온도는 안정적으로 900℃ 이상을 유지하게 되므로 상기의 내부 온도에 의해 제1연소실(62) 내의 악취 제거는 물론 수증기의 기화작용을 가속화시켜 수증기 내에 포함된 분진 등을 탈락 제거시킬 수 있게 된다.

특히, 상기의 수증기는 기화과정에서 제1연소실(62) 내의 열기를 흡수하여 제1연소실(62)의 내부 온도를 저하시키는 원인으로 작용하게 되므로 과도한 수증기의 공급이 이루어질 경우에는 제1연소실(62)의 내부 온도를 적정하게 유지할 수 없게 되므로 제1연소실(62)의 내벽에 지그재그 형태로 된 지연판(65)(65')을 형성함에 따라 제1연소실(62) 내부로 유입된 수증기는 충분한 지연 시간을 갖고 제1연소 실(62)의 일측으로부터 타측으로 이동하여 악취 제거 및 분진 탈락 작용을 충실히 수행하게 되는 것이다.

또한, 상기의 탄화 과정중에 발생하는 유해가스는 SO₂, NO_X, CO, HCL, H₂S, NH₃, DUST, 매연 등이 있는 것인데, NO_X(질소산화물)과 CO(일산화탄소) 및 NH₃(암모니아)를 제외한 유해가스는 허용 기준치 이하인 반면, NO_X(질소산화물)과 CO(일산화탄소) 및 NH₃(암모니아)의 경우에는 허용 기준치 이상이 배출되는 것으로 알려져 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 수치를 갖는 유해가스를 제거하여야 하는 바, 상기한 유해가스는 1000℃에서 완전 분해되는 것으로 알려져 있는 것으로서, 표 1에 의해 일본 SEAGULL Corporation에서 제시한 해당 유해가스의 분해온도를 살펴보면,

[표 1]

각종 유해가스의 분해온도

임을 알 수 있는 것으로서, 분해최고온도에 도달할 경우 그 잔류량이 1ppm 이하임이 제시된 바 있다.

이에 따라, 제2연소실(63) 일측의 버너(64)를 통해 건류가스의 연소열을 상승시켜 제2연소실(63)의 내부 온도가 지속적으로 유지될 수 있게 하므로 상기와 같 은 유해가스의 효과적인 제거가 이루어질 수 있게 된다.

특히, 상기와 같이 제2연소실(63)의 일측으로 유입된 건류가스는 연소 과정을 거쳐 폐열로서 배출되는 것인데, 제2연소실(63)의 일측에 마련된 배출관(66)을 탄화 설비의 탄화기(50)로 연결하는 경우에는 고온의 폐열이 탄화기(50) 내부로 공급되어 유기성 폐기물의 탄화 과정에서 소요되는 열 에너지의 대체 작용을 하므로 전체적인 탄화 설비의 운용에 필요한 소모 에너지량을 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화 설비의 전체 구성도

도 2는 본 발명에 따른 탄화 설비의 연결 구성도

도 3은 본 발명에 따른 탄화 설비의 처리 과정도

도 4는 본 발명에 따른 탄화 설비의 연소장치를 보인 단면도

도 5는 본 발명에 따른 탄화 설비의 연소장치 작동도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 저장탱크

20 : 분쇄기

30 : 건조기

50 : 탄화기

60 : 연소기 61 : 분할가열판

62 : 제1연소실 63 : 제2연소실

64 : 버너 65,65' : 지연판

66 : 배출관

Claims (4)

1. 저장탱크(10)로부터 운반된 유기성 폐기물은 분쇄기(20)에 의해 파쇄되고, 상기의 분쇄기(20)는 건조기(30)와 연결되어 유기성 폐기물에 대한 건조공정을 수행하는 것이며, 상기 건조기(30)로부터 유기성 폐기물을 공급받는 탄화기(50)에서는 건류가스와 탄화물로의 열분해 작용이 이루어지게 한 탄화 설비에 있어서,

   내부의 분할가열판(61)에 의해 제1연소실(62)과 제2연소실(63)로 구분된 연소기(60)를 구비하고, 상기 제1연소실(62)의 일측으로는 건조기(30)에서 발생하는 악취와 수증기가 유입되어 타측으로 배출되게 하고, 상기 제2연소실(63)의 일측으로는 탄화기(50)에서 발생하는 건류가스가 유입되어 타측으로 배출되게 하되,

   상기 제1연소실(62)의 내부에는 지그재그 형태로 된 지연판(65)(65')을 형성하고, 상기 제2연소실(63)의 일측 하단에는 버너(64)를 장착하여 구성함을 특징으로 하는 수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소장치를 갖는 유기성 폐기물 탄화 설비.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   건류가스를 태워 발생하는 폐열로 인한 제2연소실(63)의 내부 온도를 적어도 1000℃ 이상을 유지하도록 구성하여 유해가스의 제거가 이루어지게 하고, 상기 제2연소실(63) 내부로부터 열전도되는 제1연소실(62)의 내부 온도는 적어도 900℃ 이상을 유지하도록 구성하여 수증기에 포함된 악취의 제거가 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 수증기와 건류가스를 구분 처리하기 위한 연소장치를 갖는 유기성 폐기물 탄화 설비.

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