KR101274621B1 - 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중·저준위 방사성 폐기물과 같은 각종 폐기물을 고온 플라즈마로 용융처리하여 유리화하는 폐기물 처리장치 및 처리시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치는, 둘레면을 따라 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍이 서로 간격을 두고 형성된 타원체와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 상단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 폐기물 투입구와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 하단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 유리질 배출구로 이루어진 용융로 ; 용융로의 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍에 일단부가 삽입된 상태로 결합되는 복수의 플라즈마 토치 ; 용융로의 폐기물 투입구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 상부 고정구 ; 용융로 안으로의 폐기물 투입과 용융로로부터의 배가스 배출이 가능하도록, 폐기물 투입구의 상단부분에 탈착 가능하게 끼워 맞춰지는 접속구 ; 용융로 안으로 폐기물이 투입될 수 있도록, 접속구에 일단부가 결합되는 폐기물 공급관 ; 용융로로부터 배가스가 배출될 수 있도록, 접속구에 결합되는 가스배출관 ; 용융로의 유리질 배출구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 하부 고정구 ; 용융로의 유리질 배출구에 일단부가 결합되는 배출슈트 ; 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제(차폐)하기 위해, 용융로의 외면을 둘러싸도록 설치된 보호재킷 ; 및 용융로 내에 생성되는 고온 플라즈마가 자기장에 의해 장시간 동안 안정된 상태로 용융로 내에 유지될 수 있도록, 보호재킷에 대해 탈부착 가능한 상태로 보호재킷의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되는 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체 ;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치는, 둘레면을 따라 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍이 서로 간격을 두고 형성된 타원체와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 상단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 폐기물 투입구와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 하단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 유리질 배출구로 이루어진 용융로 ; 용융로의 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍에 일단부가 삽입된 상태로 결합되는 복수의 플라즈마 토치 ; 용융로의 폐기물 투입구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 상부 고정구 ; 용융로 안으로의 폐기물 투입과 용융로로부터의 배가스 배출이 가능하도록, 폐기물 투입구의 상단부분에 탈착 가능하게 끼워 맞춰지는 접속구 ; 용융로 안으로 폐기물이 투입될 수 있도록, 접속구에 일단부가 결합되는 폐기물 공급관 ; 용융로로부터 배가스가 배출될 수 있도록, 접속구에 결합되는 가스배출관 ; 용융로의 유리질 배출구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 하부 고정구 ; 용융로의 유리질 배출구에 일단부가 결합되는 배출슈트 ; 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제(차폐)하기 위해, 용융로의 외면을 둘러싸도록 설치된 보호재킷 ; 및 용융로 내에 생성되는 고온 플라즈마가 자기장에 의해 장시간 동안 안정된 상태로 용융로 내에 유지될 수 있도록, 보호재킷에 대해 탈부착 가능한 상태로 보호재킷의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되는 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체 ;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 일반 쓰레기나 산업 폐기물, 중·저준위 방사성 폐기물과 같은 각종 폐기물을 고온 플라즈마로 용융처리하여 유리화(vitrification)하는 폐기물 처리장치 및 처리시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 용융로 내에서 생성되는 고온 플라즈마에 자기장을 걸어, 고온 플라즈마가 용융로의 내면에 닿지 않는 상태로, 장시간 동안 용융로 내에 안정된 상태로 유지될 수 있도록 한, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템에 관한 것이다.
가정에서 배출되는 일반 쓰레기와 각종 사업장에서 배출되는 산업 폐기물의 처리가 국가적 차원의 심각한 문제로 대두하고 있다.
폐기물을 처리함에 있어, 대표적인 종래의 처리방법은, 폐기물을 소각처리하는 방법이다. 그러나 이러한 소각처리방법은 소각잔사(incineration residue) 중에 중금속이 포함되어, 소각잔사의 매립에 따른 토양오염문제가 있다. 또한, 소각처리 시에 다이옥신류가 생성되므로 2차 공해문제가 있다.
이와 같은 소각처리 시의 문제점 때문에, 고온의 플라즈마를 이용하여, 폐기물을 열분해하는 용융처리방법이 제안되었다.
첨부된 도 1은 제1세대 플라즈마 용융처리 시스템의 구성을 나타내는 모식도로서, 도시된 바와 같이, 플라즈마 가스 공급설비(11)와, 플라즈마 토치(13)와, 플라즈마 열분해 용융로(15)와, 가스정제시설(17)로 이루어져 있다.
제1세대 플라즈마 용융처리 시스템에 따르면, 플라즈마 토치(13)를 용융로(15)에 삽입시킨 후, 플라즈마 가스 공급설비(11)로부터 플라즈마 토치(13)에 플라즈마 생성용 가스와 공기를 각각 공급함과 아울러, 플라즈마 토치(13)에 고압의 전류를 인가함으로써, 플라즈마 토치(13)의 선단으로부터 플라즈마가 분출되어, 이 플라즈마에 의해 폐기물이 열분해된다. 플라즈마에 의해 용융로(15)의 노내 온도가 소정 온도에 도달되면, 용융로(15) 내에 투입된 폐기물 중 가연 성분은 열분해 및 가스화되고, 무기물은 용융되어 노내의 용탕에 남는다.
열분해는 탄소가 주성분인 다분자물질(가연성 폐기물)에 열이 가해져 탄소결합이 끊어지고, 그때 생성된 탄화물이 H2O와 반응하여 C0, H2 등의 기체로 분해되는 과정으로서, 용융로에서 배출되는 CO, H2 등의 가연성 기체는 회수 및 정제되어, 발전설비에 공급되거나, 메탄올의 합성 등에 이용된다.
그런데 이러한 제1세대 플라즈마 용융처리 시스템은, 용융로의 노내 온도가 900℃ 이하로 유지되는 저온 열분해 방식으로 운용되기 때문에, 대기(大氣)로 배출되는 배가스 성분 중에, H2S, HCl과 같은 대기오염물질이 포함되는 문제가 있다.
이러한 이유로, 제1세대 플라즈마 용융처리 시스템의 문제를 해결하기 위해, 예를 들면, 도 2에 도시된 제2세대 플라즈마 용융처리 시스템이 제안되었다.
첨부된 도 2에 나타나 있듯이, 제2세대 플라즈마 용융처리 시스템은, 산소농축 및 산소공급설비(21)와, 플라즈마 가스 공급설비(23)와, 플라즈마 토치(25)와, 플라즈마 열분해 용융로(27)와, 가스순환설비(28) 및 가스정제시설(29)로 이루어져 있다.
제2세대 플라즈마 용융처리 시스템에 따르면, 농축산소를 플라즈마 토치에 공급함으로써, 폐기물의 열분해에 이용되는 플라즈마 토치의 에너지 사용량을 줄일 수 있고, 또, 용융로에 투입하는 알칼리금속 첨가제(Ca, Na, K 등)에 의해 슬래그의 융점을 낮아져 슬래그의 배출이 용이하게 이루어지며, 배가스 중에 포함된 산성가스, H2S, HCl, 다이옥신류가 알칼리금속 첨가제와 반응함으로써 가스상(gas狀) 오염물질의 생성이 억제되고, 배가스 중 일부를 순환시켜 Boudouard 반응을 일으킴으로써 시스템 전체로서의 에너지 사용량을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
그러나 제2세대 플라즈마 용융처리 시스템은, 공정조건이 변화함에 따라, 용융로 내에 생성되는 플라즈마 상태가 변동하여 용융로의 노내 온도를 일정하게 유지할 수 없는 단점이 있다. 예컨대, 용융로에 공급되는 플라즈마 생성용 가스의 종류와 공급량 또는 폐기물의 열분해 과정에서 생성되는 공정가스의 양에 따라, 플라즈마 온도가 낮아져, 미처 열분해되지 못한 공정가스가 대기 중에 그대로 배출되는 문제가 있다.
게다가, 이들 제1, 2세대 플라즈마 용융처리 시스템은, 근본적으로, 고온 플라즈마를 안정된 상태로 용융로 내에 장시간 가두어 둘 수 있는 수단(또는 제어기술)이 없기 때문에, 실용성이 없는 단점이 있다.
본 발명은, 고온 플라즈마가 용융로의 내면에 닿지 않는 상태로 용융로 내에 장시간 유지될 수 있도록 구성된, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 용융로의 노내 온도가 15,000-20,000℃까지 상승할 수 있는, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 초전도 자성체에 의해 생성된 자기장의 영향으로 용융로의 내면에 초전도막이 형성됨으로써, 이 초전도막의 열차폐 작용에 의해, 용융로 외부로의 열전달이 억제되어 용융로의 노내 온도가 짧은 시간에 세팅 온도에 도달될 수 있는, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 정상운전 시에 발생되는 배가스를 정제하여 플라즈마 토치에 플라즈마 생성용 가스로서 공급함과 아울러, 폐기물 유리화 처리장치의 가스배출관을 통해 배출되는 배가스로 증기를 발생시키고 이 증기로 터빈을 회전구동하여 전력을 생산한 후 이 전력을 플라즈마 토치에 공급함으로써 독립적으로 운전가능한, 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 과제가 해결가능하도록 구성된 본 발명의 일 실시형태에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치는,
둘레면을 따라 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍이 서로 간격을 두고 형성된 타원체와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 상단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 폐기물 투입구와, 타원체의 내부와 연통하도록 타원체의 하단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 유리질(잔재물) 배출구로 이루어진 용융로 ;
용융로의 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍에 일단부가 삽입된 상태로 결합되는 복수의 플라즈마 토치 ;
용융로의 폐기물 투입구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 상부 고정구 ;
용융로 안으로의 폐기물 투입과 용융로로부터의 배가스 배출이 가능하도록, 폐기물 투입구의 상단부분에 탈착 가능하게 끼워 맞춰지는 접속구 ;
용융로 안으로 폐기물이 투입될 수 있도록, 접속구에 일단부가 결합되는 폐기물 공급관 ;
용융로로부터 배가스가 배출될 수 있도록, 접속구에 결합되는 가스배출관 ;
용융로의 유리질 배출구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 하부 고정구 ;
용융로의 유리질 배출구에 일단부가 결합되는 배출슈트 ;
용융로와 주변환경(외부) 사이의 열교환을 억제(차폐)하기 위해, 용융로의 외면을 둘러싸도록 설치된 보호재킷 ; 및
용융로 내에 생성되는 고온 플라즈마가 자기장에 의해 장시간 동안 안정된 상태로 용융로 내에 유지될 수 있도록, 보호재킷에 대해 탈부착 가능한 상태로 보호재킷의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되는 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체 ;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 플라즈마 토치를 통해 용융로 내에 분사되는 플라즈마 생성용 가스가 초전도 자성체에 의해 형성되는 자기장(초전도 자기장) 방향으로 분사될 수 있도록, 플라즈마 토치 장착구멍과 플라즈마 토치 사이에, 플라즈마 토치 장착구멍에 대해 플라즈마 토치를 경사진 상태로 유지할 수 있는 기울기 패드 가 더 배치되어도 좋다.
또한, 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제하기 위해, 용융로의 유리질 배출구 내에 열차폐조립체 가 더 설치되어도 좋다.
또한, 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제하기 위해, 용융로의 폐기물 투입구 내에 열차폐조립체 가 더 설치되어도 좋다.
또한, 보호재킷은, 용융로의 둘레면을 따라 서로 간격을 두고 배치되는 일정 폭의 지지대로서, 상부 고정구에 일단부가 결합되고, 하부 고정구에 타단부가 결합되며, 타원체의 둘레면에 접촉되는 내면(內面)이 타원체의 둘레면과 동일 형상으로 곡면가공되고, 내면의 반대쪽 면인 외면(外面)에 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체가 결합될 수 있도록 복수 개의 계단형상부가 타원체의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 형성된 복수 개의 지지대 와; 복수 개의 지지대가 용융로의 둘레면을 따라 배치되었을 때 외부로 노출되는 용융로의 둘레면의 일부분(이하 "용융로의 노출면"이라 한다)을 덮기 위한 상·하부 조립편으로서, 상부 고정구 또는 하부 고정부에 일단부가 각각 결합되고, 일단부의 반대쪽 단부인 타단부가 서로 조립되며, 용융로의 노출면에 접촉되는 내면이 용융로의 노출면과 동일 형상으로 곡면가공되고, 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체가 복수 개의 지지대의 계단형상부에 각각 결합되었을 때 타단부가 서로에 대해 고정됨과 아울러 내면이 용융로의 노출면에 밀착되는 복수 개의 상·하부 조립편 ;으로 구성되어도 좋다.
또한, 배출슈트의 타단부가 설치장소의 바닥면으로부터 일정 높이만큼 떨어져 있도록, 용융로의 하부에, 일정 높이의 하부지지구조물 이 더 결합되어도 좋다.
또한, 용융로로부터 일정 간격만큼 떨어져서 용융로 주위를 에워싸는 열차폐격납부 가 더 구비되어도 좋다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템은, 상술한 구성의 폐기물 유리화 처리장치 와; 폐기물 유리화 처리장치의 초기운전 시, 폐기물 유리화 처리장치의 플라즈마 토치에 플라즈마 생성용 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급설비 와; 폐기물 유리화 처리장치의 가스배출관을 통해 배출되는 배가스를 정제하는 가스정제시설 과; 폐기물 유리화 처리장치의 정상운전 시, 가스정제시설에 의해 정제된 가스를 플라즈마 토치에 플라즈마 생성용 가스로서 공급하는 가스순환설비 ; 및 폐기물 유리화 처리장치의 가스배출관을 통해 배출되는 배가스의 열을 이용하여 증기를 발생시킨 후 증기로 터빈을 회전구동함으로써 전력을 생산하는 발전설비 ;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고온 플라즈마를 용융로 내에 장시간 가두어 둘 수 있으므로, 폐기물의 연속처리가 가능하다.
또한, 초전도 자성체가 용융로의 내면에 초전도막을 형성하여 고온 플라즈마가 용융로의 내면에 맞닿지 않도록 함으로써, 플라즈마 토치의 안전성 및 작동신뢰성이 향상되며, 부식방지가 가능하다. 따라서, 장치의 내구성이 향상된다.
또한, 폐기물의 용융시에 발생되는 배가스로 전력을 생산하여 플라즈마 토치에 공급하고, 가스정제시설 및 가스순환설비에 의해 정제된 배가스를 플라즈마 생성용 가스로서 플라즈마 토치에 공급하므로, 독립적으로 운전할 수 있다.
또한, 용융로의 노내 온도가 높은 온도로 유지되므로, 중·저준위 방사성 폐기물과 비가연성 폐기물도 완전 유리화가 가능하다.
또한, 짧은 시간 내에, 용융로의 노내 온도가 설정 온도에 도달할 수 있으므로, 정상작동시까지의 시스템 예열시간이 단축된다.
도 1은 종래 구성의 제1세대 플라즈마 용융처리 시스템을 나타낸 모식도.
도 2는 종래 구성의 제2세대 플라즈마 용융처리 시스템을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 외관을 나타낸 입체도.
도 4는 도 3에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 일부 제거된 상태의 입체도.
도 5는 도 4에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 완전히 제거된 상태의 분해 사시도로서, 용융로를 둘러싸는 보호재킷과 초전도 자성체가 분리된 상태의 분해 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 완전히 제거된 상태의 단면도.
도 7은 도 5에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 분해 사시도로서, 용융로를 둘러싸는 보호재킷과 초전도 자성체가 제거된 상태의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 유리질 배출구와 폐기물 투입구 내에 설치가능한 열차폐조립체의 일 예를 나타낸 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템의 모식도.
도 2는 종래 구성의 제2세대 플라즈마 용융처리 시스템을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 외관을 나타낸 입체도.
도 4는 도 3에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 일부 제거된 상태의 입체도.
도 5는 도 4에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 완전히 제거된 상태의 분해 사시도로서, 용융로를 둘러싸는 보호재킷과 초전도 자성체가 분리된 상태의 분해 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 열차폐격납부가 완전히 제거된 상태의 단면도.
도 7은 도 5에 도시된 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 분해 사시도로서, 용융로를 둘러싸는 보호재킷과 초전도 자성체가 제거된 상태의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치의 유리질 배출구와 폐기물 투입구 내에 설치가능한 열차폐조립체의 일 예를 나타낸 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템의 모식도.
이하, 본 발명에 따른 일 실시형태의 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치 및 처리시스템이 도면에 의거하여 구체적으로 설명된다.
고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치
도 3 내지 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치를 나타낸 것으로서, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폐기물 유리화 처리장치는, 용융로(300)와, 복수 개의 플라즈마 토치(120)와, 상·하부 고정구(510, 520)와, 접속구(130)와, 가스배출관(150)과, 배출슈트(700)와, 보호재킷(200)과, 폐기물 공급관(140)과, 복수 개의 초전도 자성체(400) 등이 서로 조립되어 구성된다.
구체적으로, 상술한 용융로(300)는, 둘레면을 따라 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍(311)이 서로 간격을 두고 형성된 회전타원체 모양의 타원체(310)와, 이 타원체(310)의 내부공간과 연통하도록 타원체(310)의 상단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 폐기물 투입구(320)와, 타원체(310)의 내부공간과 연통하도록 타원체(310)의 하단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 유리질(잔재물) 배출구(330)로 구성되어 있다.
다음으로, 가스공급구(121)와 전류공급구(122)가 구비된 플라즈마 토치(120) 각각은, 용융로(300)의 타원체(310)의 둘레면을 따라 형성된 각각의 플라즈마 토치 장착구멍(311)에 일단부가 삽입된 상태로 결합되는데, 플라즈마 토치(120)를 통해 용융로(300) 내에 분사되는 플라즈마 생성용 가스가 후술하는 초전도 자성체(400)에 의해 형성되는 초전도 자기장 방향으로 분사될 수 있도록, 플라즈마 토치 장착구멍(311)과 플라즈마 토치(120) 사이에는, 플라즈마 토치(120)를 플라즈마 토치 장착구멍(311)에 대해 경사진 상태로 유지할 수 있는 기울기 패드(800)가 배치되어 있다.
다음으로, 용융로(300)의 폐기물 투입구(320)가 상부 고정구(510)의 관통구멍 안으로 끼워져 결합된다.
다음으로, 용융로(300) 안으로의 폐기물 투입과 용융로(300)로부터의 배가스 배출이 둘 다 가능하도록, 폐기물 투입구(320)의 상단부분에 접속구(130)가 결합되고, 이 접속구(130)에, 폐기물 공급관(140)과 가스배출관(150)의 일단부가 각각 결합된다.
다음으로, 용융로(300)의 내부 열이 주변환경(외부)으로 전달되는 것을 억제하기 위해, 용융로(300)의 유리질 배출구(330) 내에 열차폐조립체(900)가 삽입설치된다. 열차폐조립체(900)는, 예를 들면, 용융로(300)의 폐기물 투입구(320) 내에도 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 열차폐조립체(900)는, 유리질 배출구(300)의 내부에 꽉 끼워지는 원통형 삽입 몸체(910)와, 삽입 몸체(910) 내에 끼워지는 복수 개의 차단판(920)으로 구성되어 있다. 또한, 삽입 몸체(910)의 상면과 각각의 차단판(920)에는, 부채꼴 모양의 개구부(911)와 개구(921)가 하나씩 형성되어 있는데, 이들 개구부(911)와 개구(921)는 각 차단판(920)이 삽입 몸체(910)에 결합되었을 때 서로 엇갈려 있게 된다.
다음으로, 하부 고정구(520)가 관통구멍을 통해, 상기 용융로(300)의 유리질 배출구(330)에 끼워지고, 이 유리질 배출구(330)에 배출슈트(700)의 일단부가 결합된다.
다음으로, 용융로(300)와 주변환경 사이의 열전달을 차폐하기 위해 용융로의 외면을 둘러싸도록 설치된 보호재킷(200)은, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 복수 개의 지지대(210)와 복수 개의 상·하부 조립편(230)으로 구성되어 있다.
지지대(210)는, 용융로(300)의 둘레면을 따라 서로 간격을 두고 배치되는 일정 폭의 지지대로서, 상부 고정구(510)에 일단부가 결합되고, 하부 고정구(520)에 타단부가 결합되며, 타원체(310)의 둘레면에 접촉되는 내면(內面)이 타원체(310)의 둘레면과 동일 형상으로 곡면가공되고, 외면(外面)에 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체(400)가 결합될 수 있도록 복수 개의 계단형상부(211)가 타원체(310)의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 형성되어 있다.
상·하부 조립편(220, 230)은, 복수 개의 지지대(210)가 용융로(300)의 둘레면을 따라 배치되었을 때 외부로 드러나는 용융로(300)의 노출면을 덮기 위한 것으로서, 상부 고정구(510)나 하부 고정부(520)에 일단부가 각각 결합된 상태로, 타단부가 서로 맞물린다. 또, 용융로(300)의 노출면에 접촉되는 내면은 용융로(300)의 노출면과 동일 형상으로 곡면가공되어 있다. 이들 상·하부 조립편(220, 230)은 링 형상의 초전도 자성체(400)가 지지대(210)의 계단형상부(211)에 결합되었을 때, 헐겁게 맞물려 있던 타단부가 서로 고정됨과 아울러, 내면이 용융로(300)의 노출면에 밀착된다.
다음으로, 배출슈트(700)가 설치장소의 바닥면으로부터 일정 높이만큼 떨어져 있도록, 일정 높이의 수직지지체(620) 및 이 수직지지체의 하단에 결합된 수평지지체(610)로 이루어진 하부지지구조물(600)이 용융로(300)의 하부에 결합되어 있다.
다음으로, 용융로(300)로부터 일정 간격만큼 떨어져서, 복수 개의 조립식 부분 벽체(111)가 서로 조립되어 구성되는 열차폐격납부(110)가 용융로(300) 주위를 에워싸도록 설치되어 있다. 복수 개의 조립식 부분 벽체(111) 중 일부에는, 플라즈마 토치(120)로의 전류공급 및 가스공급을 위한 통공(112)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 폐기물 유리화 처리장치에 의하면, 용융로 내에 생성된 고온 플라즈마가 초전도 자성체(400)의 자기장에 의해 용융로 내에 장시간 유지됨과 아울러, 용융로(300)의 내면에 형성되는 초전도막에 의해 고온 플라즈마의 열이 외부로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템
첨부된 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 폐기물 유리화 처리시스템은, 앞에서 설명한 폐기물 유리화 처리장치와, 초기운전시 플라즈마 토치(120)에 플라즈마 생성용 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급설비와, 가스배출관(150)을 통해 배출되는 배가스를 정제하는 가스정제시설과, 폐기물 유리화 처리장치의 정상운전시 가스정제시설에 의해 정제된 가스를 플라즈마 토치(120)에 플라즈마 생성용 가스로서 공급하는 가스순환설비와, 가스배출관을 통해 배출되는 배가스의 열을 이용하여 증기를 발생시킨 후 이 증기로 터빈을 회전구동함으로써 전력을 생산하는 발전설비로 구성되어 있다.
따라서, 폐기물이 용융로 내에 투입되기 시작하는 운전 초기를 제외하면, 폐기물의 용융시 발생하는 배가스를 활용하여, 독립적으로 운전할 수 있다.
110...열차폐격납부 111...조립식 부분 벽체
112...통공 120...플라즈마 토치
121...가스공급구 122...전류공급구
130...접속구 140...폐기물 공급관
150...가스배출관 200...보호재킷
210...지지대 211...계단형상부
220...상부 조립편 230...하부 조립편
300...용융로 310...타원체
311...플라즈마 토치 장착구멍 320...폐기물 투입구
330...유리질 배출구 400...초전도 자성체
510...상부 고정구 520...하부 고정구
600...하부지지구조물 610...수평지지체
620...수직지지체 700...배출슈트
800...기울기 패드 900...열차폐조립체
910...삽입 몸체 911...개구부
920...차단판 921...개구
112...통공 120...플라즈마 토치
121...가스공급구 122...전류공급구
130...접속구 140...폐기물 공급관
150...가스배출관 200...보호재킷
210...지지대 211...계단형상부
220...상부 조립편 230...하부 조립편
300...용융로 310...타원체
311...플라즈마 토치 장착구멍 320...폐기물 투입구
330...유리질 배출구 400...초전도 자성체
510...상부 고정구 520...하부 고정구
600...하부지지구조물 610...수평지지체
620...수직지지체 700...배출슈트
800...기울기 패드 900...열차폐조립체
910...삽입 몸체 911...개구부
920...차단판 921...개구
Claims (8)
- 둘레면을 따라 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍이 서로 간격을 두고 형성된 타원체와, 상기 타원체의 내부와 연통하도록 상기 타원체의 상단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 폐기물 투입구와, 상기 타원체의 내부와 연통하도록 상기 타원체의 하단 중앙부분에 일정 높이로 돌출된 유리질 배출구로 이루어진 용융로;
상기 용융로의 복수 개의 플라즈마 토치 장착구멍에 일단부가 삽입된 상태로 결합되는 복수의 플라즈마 토치;
상기 용융로의 폐기물 투입구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 상부 고정구;
상기 용융로 안으로의 폐기물 투입과 상기 용융로로부터의 배가스 배출이 가능하도록, 상기 폐기물 투입구의 상단부분에 탈착 가능하게 끼워 맞춰지는 접속구;
상기 용융로 안으로 폐기물이 투입될 수 있도록, 상기 접속구에 일단부가 결합되는 폐기물 공급관;
상기 용융로로부터 배가스가 배출될 수 있도록, 상기 접속구에 결합되는 가스배출관;
상기 용융로의 유리질 배출구가 끼워질 수 있는 관통구멍이 형성된 하부 고정구;
상기 용융로의 유리질 배출구에 일단부가 결합되는 배출슈트;
상기 용융로와 주변환경(외부) 사이의 열교환을 억제하기 위해, 상기 용융로의 외면을 둘러싸도록 설치된 보호재킷; 및
상기 용융로 내에 생성되는 고온 플라즈마가 자기장에 의해 장시간 동안 안정된 상태로 상기 용융로 내에 유지될 수 있도록, 상기 보호재킷에 대해 탈부착 가능한 상태로 상기 보호재킷의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되는 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 토치를 통해 상기 용융로 내에 분사되는 플라즈마 생성용 가스가 상기 초전도 자성체에 의해 형성되는 자기장(초전도 자기장) 방향으로 분사될 수 있도록, 상기 플라즈마 토치 장착구멍과 상기 플라즈마 토치 사이에, 상기 플라즈마 토치 장착구멍에 대해 플라즈마 토치를 경사진 상태로 유지할 수 있는 기울기 패드가 더 배치된 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제하기 위해, 상기 용융로의 유리질 배출구 내에 열차폐조립체가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 용융로와 주변환경 사이의 열교환을 억제하기 위해, 상기 용융로의 폐기물 투입구 내에 열차폐조립체가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호재킷은,
상기 용융로의 둘레면을 따라 서로 간격을 두고 배치되는 일정 폭의 지지대로서, 상기 상부 고정구에 일단부가 결합되고, 상기 하부 고정구에 타단부가 결합되며, 상기 타원체의 둘레면에 접촉되는 내면이 상기 타원체의 둘레면과 동일 형상으로 곡면가공되고, 상기 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체가 결합될 수 있도록 상기 내면의 반대쪽 면인 외면에 복수 개의 계단형상부가 상기 타원체의 상하방향을 따라 서로 간격을 두고 형성된 복수 개의 상기 지지대와;
상기 복수 개의 지지대가 상기 용융로의 둘레면을 따라 배치되었을 때 외부로 노출되는 상기 용융로의 둘레면의 일부분을 덮기 위한 상·하부 조립편으로서, 상기 상부 고정구 또는 상기 하부 고정부에 일단부가 각각 결합되고, 상기 일단부의 반대쪽 단부인 타단부가 서로 조립되며, 상기 용융로의 둘레면의 일부분에 접촉되는 내면이 상기 용융로의 둘레면의 일부분과 동일 형상으로 곡면가공되고, 상기 복수 개의 링 형상의 초전도 자성체가 상기 복수 개의 지지대의 계단형상부에 결합되었을 때 상기 타단부가 서로에 대해 고정됨과 아울러 상기 내면이 상기 용융로의 둘레면의 일부분에 밀착되는 복수 개의 상기 상·하부 조립편;으로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제5항에 있어서,
상기 배출슈트의 타단부가 설치장소의 바닥면으로부터 일정 높이만큼 떨어져 있도록, 상기 용융로의 하부에, 일정 높이의 하부지지구조물이 더 결합된 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제6항에 있어서,
상기 용융로로부터 일정 간격만큼 떨어져서 상기 용융로 주위를 에워싸는 열차폐격납부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 폐기물 유리화 처리장치와;
상기 폐기물 유리화 처리장치의 초기운전 시, 상기 폐기물 유리화 처리장치의 플라즈마 토치에 플라즈마 생성용 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급설비와;
상기 폐기물 유리화 처리장치의 가스배출관을 통해 배출되는 배가스를 정제하는 가스정제시설과;
상기 폐기물 유리화 처리장치의 정상운전 시, 상기 가스정제시설에 의해 정제된 가스를 상기 플라즈마 토치에 플라즈마 생성용 가스로서 공급하는 가스순환설비; 및
상기 폐기물 유리화 처리장치의 가스배출관을 통해 배출되는 배가스의 열을 이용하여 증기를 발생시킨 후 상기 증기로 터빈을 회전구동함으로써 전력을 생산하는 발전설비;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마를 적용한 폐기물 유리화 처리시스템.
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