KR101425922B1 - 폐액 처리장치 및 이를 이용한 폐액처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐액의 고온열분해로의 위치에 관계없이 연소로 수명이 단축되지 않으면서 불완전연소가 발생하지 않는 폐액처리장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 폐액처리장치는 전술한 과제를 달성하기 위해, 폐액을 고온 열분해로 연소시키기 위한 폐액처리장치로서, 폐액을 열분해시키기 위해 고온을 발생시키는 고온 열분해로와, 상기 고온 열분해로가 경사지게 하방으로 설치되는 제1연소로로 이루어지는 열분해 연소설비부를 포함하여 이루어지며, 상기 고온 열분해로는 플라즈마 열분해로서, 플라즈마를 발생시키기 위한 음극 및 양극이 형성된 하우징과, 상기 하우징를 둘러싸도록 형성되며 폐액을 분사하기 위한 폐액분사노즐이 하방으로 경사(θz1)지게 설치된 바디로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전술한 구성으로 인해 열분해 연소설비부에서는 고온열분해가 제1연소로에 경사지게 형성됨으로써 종래기술에서와 같이 고온불꽃으로 인해 연소로가 용융되어 연소로의 수명이 단축되는 것이 방지되는 효과를 가지게 된다. 또한, 3개의 다른 형태의 연소로로 이루어짐으로써 폐액이 3차에 걸쳐 열분해 산화 연소되므로 고효율로 폐액을 열분해처리할 수 있으며, 종래기술에서와 같이 폐액이 연소로 하부에 흐르게 되어 불꽃과의 접촉시간이 짧아 효율이 저하되는 단점이 해결된다.

Description

폐액 처리장치 및 이를 이용한 폐액처리방법{WASTE WATER TRAETMENT EQUIPMENT AND WASTE WATER TRAETMENT METHOD USING THEREOF}
원자력 발전소의 기계 및 배관의 세척폐수 또는 난분해성 고농도 폐수나 중금속이 다량 함유된 폐수 등을 처리하는 장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐액을 효율적으로 처리할 수 있는 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐액처리방법에 대한 것이다.
원자력 발전소에서 발전설비를 보수하거나 정비할 때 기계나 배관을 청소하면서 발생하는 세척폐수에는 세척폐수에 포함된 고형성분(SS)에 방사성 물질이 섞여 있을 수가 있어서 일반적인 폐수처리 방법으로는 쉽게 처리할 수가 없다.
세척폐수는 99 % 내지 99.98 %가 물이기 때문에 세척폐수를 가스 또는 기름연료를 사용하여 고온으로 태워서 연소 처리하려면 많은 증발잠열 에너지가 필요하므로 증발농축기를 이용하여 세척폐수 중의 수분을 80% 내지 90%를 증발시키고 나머지를 고농축 폐액으로 만든 후에 연소 처리하는 방법을 많이 사용한다.
또한, 도금공장이나 피혁공장, 염색공장 등과 같이 유해 화학물질과 중금속이 과다하게 포함되어 유해물질의 농도가 높은 폐수도 물리적 폐수처리방법이나 화학적 폐수처리방법, 또는 물리적 화학적 폐수처리를 병행 사용하여도 처리가 되지 않는 난분해성 폐수이기 때문에 증발농축기에서 폐수 내의 수분을 증발시킨 후에 남은 고농축 폐액을 최종적으로 고온으로 연소 처리하는 방식을 많이 채택하고 있다.
폐액을 연소 처리하는 방법으로 최근에는 높은 고 전류를 음극과 양극에 인가하여 발생하는 열 플라즈마 발생점에 젯트 기류를 불어서 2000℃ 내지 4000℃ 의 고온 플라즈마 불꽃을 발생시켜 금속이나 소각재, 규소 등의 무기물을 빠른 시간에 용융시키는 플라즈마 용융로가 개발되어 실용화되고 있고 다수의 연구용 플라즈마 용융로와 상업화된 플라즈마 용융로가 기존의 공업로를 대체하고 있다.
플라즈마를 이용한 폐액 처리장치의 대부분은 플라즈마를 이용하여 폐기물이나 금속을 용융하는 플라즈마 용융로를 개조한 방식을 많이 적용하고 있다.
즉, 플라즈마를 이용한 금속용융로와 같은 형식으로 플라즈마 토치가 연소로 상부에 수직 방향으로 설치되어 플라즈마 불꽃이 상부에서 하부로 향하여 연소로 바닥에 부딪치게 되어 있으며 연소로는 원통형 또는 사각통형으로 수평으로 길게 설치되어 있다.
이 방식은 금속이나 무기물 등의 용융물을 고온으로 용융시킬 때 용융물의 열 전달속도가 낮기 때문에 고온의 플라즈마 불꽃이 지속적으로 용융물에 닿아서 빠른 용융과 지속적인 용융상태를 유지할 수 있도록 고안된 플라즈마 용융로 형식이어서 폐액처리에는 적정하지 않다.
그 이유는 폐액 처리 시 폐액은 고온의 불꽃에 닿으면 순간적으로 기화하면서 건 증기가 되어 연소로 상부로 증발해 버리기 때문에 고온의 플라즈마 불꽃은 연소 대상물이 없는 상태에서 연소로 바닥을 계속적으로 가열시키게 되어 결국은 연소로 바닥의 내화물을 용융시키는 단점이 존재하기 때문이다.
플라즈마를 이용하여 폐액을 처리하는 방식은 일반적으로 폐액을 연소로 바닥에 부어놓고 연소하는 것이 아니라 안개처럼 분무하여 연소하는 것이므로 폐액이 고온의 플라즈마 불꽃에 짧게 노출되는 것보다는 고온과 접촉하는 시간을 길게 하는 것이 미연분이 발생을 최소화 하는 최적의 처리방법이라 할 수가 있다.
고온의 플라즈마 용융로를 이용하여 폐액을 연소 처리하는 기술이 대한민국 특허등록번호 제 10-0956975 에 개시되어 있다.
동 기술에서는 도 6 에 도시된 바와 같이 연소로(40)가 수직으로 배치되어 있고 플라즈마 토치(411)가 연소로(40) 상부에 수직으로 설치되어 있으며 플라즈마 토치(411)에서 분사하는 플라즈마 불꽃 방향과 같은 방향으로 폐액을 분사하게 되어 있다.
따라서, 대부분의 폐액은 플라즈마 불꽃과 접촉하면서 연소 및 기화되고 플라즈마 불꽃과 접촉하지 못한 폐액은 연소로를 수평으로 흘러가면서 재연소를 하는 것으로 되어 있다.
그러나, 실제 운전 시 플라즈마 토치(411)를 하부로 내려서 조립하면 플라즈마 불꽃 중 폐액과 접촉하여 연소하고 남은 플라즈마 불꽃은 지속적으로 연소로 바닥과 접촉하여 연소로(40) 바닥을 용융시켜 연소로(40)의 수명을 단축시키는 문제가 발생하게 된다.
또한, 플라즈마 토치(411)를 위로 올려서 장착하면 플라즈마 불꽃으로 인하여 연소로(40) 바닥이 손상되지는 않지만 플라즈마 불꽃과 접촉하지 못한 폐액이 연소로 내부를 수평으로 흐를 때 플라즈마 불꽃은 가벼워서 수평 연소로 상부로 흐르게 되고 미세 입자로 분무된 폐액은 하부로 흐르게 되어 플라즈마 불꽃과 폐액의 접촉시간이 짧아져서 미연소분이 많아져서 불완전 연소의 주요 원인이 되는 단점이 있게 된다.
더욱이, 연소로(40)가 수평으로 길게 구성되어 연소재가 연소실 바닥에 쌓였을 때 플라즈마 연소로를 운전 하는 경우 연소재를 연소로 외부로 배출하는 것이 곤란한 문제점이 존재한다.
플라즈마 불꽃이 닿는 연소로 내부 온도가 고온이어서 자동으로 연소재를 배출할 수 있는 스크래퍼나 컨베어 등의 연소재 배출 기계장치의 설치가 어렵기 때문이며 이로 인해 장치를 정지시킨 다음 연소재를 배출시켜야 하는 번거로움이 존재하고 있었다.
한편 폐액을 플라즈마로 연소 처리하면 황산화물, 염소산화물, 질소산화물 등의 유해가스 및 분진, 중금속 등의 오염물질이 함유된 고온의 연소 배기가스가 발생하게 된다.
이러한 유해가스와 오염물질을 제거하기 위하여 대기오염물질 제거시설을 설치하게 되는데 일반적으로 연소 배기가스의 온도가 고온이기 때문에 연소 배기가스의 온도를 낮추기 위하여 대량의 물을 분사하는 습식 냉각방식을 사용하고 있다.
그런데, 습식 냉각방식은 연소 배기가스의 빠른 온도저하에는 효과적이지만 연소 배기가스에 많은 수분이 포함되어 있어서 백연발생의 주요 원인이 되며 습식 냉각탑에서 다시 폐수가 발생되어 별도의 폐수처리장치를 설치하여 운영하여야 하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐액의 고온열분해로의 위치에 관계없이 연소로 수명이 단축되지 않으면서 불완전연소가 발생하지 않는 폐액처리장치 및 폐액처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 고온 열분해시 발생하는 연소재를 용이하게 배출할 수 있는 폐액처리장치 및 폐액처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 배기가스에 함유된 오염물질을 제거하는 경우 백연이 발생하지 않고 배기가스처리에 따른 추가 폐수가 발생하지 않는 폐액처리장치 및 폐액처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 폐액처리장치는 전술한 과제를 달성하기 위해, 폐액을 고온 열분해로 연소시키기 위한 폐액처리장치로서, 폐액을 열분해시키기 위해 고온을 발생시키는 고온 열분해로와, 상기 고온 열분해로가 경사지게 하방으로 설치되는 제1연소로로 이루어지는 열분해 연소설비부를 포함하여 이루어지며, 상기 고온 열분해로는 플라즈마 열분해로서, 플라즈마를 발생시키기 위한 음극 및 양극이 형성된 하우징과, 상기 하우징를 둘러싸도록 형성되며 폐액을 분사하기 위한 폐액분사노즐이 하방으로 경사(θz1)지게 설치된 바디로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 폐액처리장치는, 폐액을 고온 열분해로 연소시키기 위한 폐액처리장치로서, 폐액을 열분해시키기 위해 고온을 발생시키는 고온 열분해로와, 상기 고온 열분해로가 경사지게 하방으로 설치되는 제1연소로로 이루어지는 열분해 연소설비부를 포함하여 이루어지며, 상기 고온 열분해로는 버너장치로서, 상기 버너장치의 버너가 형성된 하우징과, 상기 하우징를 둘러싸도록 형성되며 폐액을 분사하기 위한 폐액분사노즐이 하방으로 경사(θz1)지게 설치된 바디로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 폐액분사노즐은 상기 바디의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 바디는 상기 제1연소로에 대해 하방으로 경사(θz2)지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 바디는 상기 제1연소로에 대해 상기 제1연소로의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt2)지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 제1연소로는 상기 고온 열분해로가 설치되는 제1본체와, 상기 본체에서 상기 고온열분해로의 상부에서 하방으로 경사(θz3)지게 설치되는 제1버너로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 제1버너는 상기 본체의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt3)지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 제2연소로에 연결되어 설치되는 연소재 처리 설비부를 더 포함하고, 상기 연소재 처리설비부는, 상기 제1본체의 하부에 형성되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 형성되는 발브, 상기 발브의 하부에 형성되는 저장조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 제1연소로에 연결되는 제2연소로를 더 포함하고, 상기 제2연소로는, 상기 제1본체의 상단에 형성된 덕트에 연결되는 제2본체와, 상기 제2연소로의 형성되는 제2버너로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 제2연소로에 연결되는 대기오염물질 제거설비부를 더 포함하고, 상기 대기오염물질 제거설비부는, 상기 제2연소로에서 배출된 배기가스가 유입되며 내부에 물분사기가 설치된 냉각반응탑과, 상기 냉각반응탑과 연결되는 오염집진기와, 상기 오염집진기에 연결되는 촉매반응탑으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 대기오염물질 제거부에 연결되는 에너지 회수설비부를 더 포함하고, 상기 에너지 회수설비부는, 상기 촉매반응탑에 연결되어 배기가스가 유출입되는 열교환기와, 상기 열교환기에 공급되어 배기가스를 냉각시키기 위한 폐수를 저장하기 위한 폐수탱크와, 상기 폐수탱크의 폐수를 상기 열교환기로 공급하기 위한 폐수이송펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리장치에서, 상기 열교환기에서 배출되는 폐수가 유입되는 증발농축기와, 상기 증발농축기에서 발생한 수증기를 응축시키기 위한 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 응축수를 저장하기 위한 응축수 저장조와, 상기 응축수 저장조에 저장된 응축수를 상기 냉각반응탑의 물분사기에 공급하기 위한 냉각수펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 폐액을 처리하기 위한 폐액처리방법으로서,상방으로 형성된 제1연소로에 하방으로 경사(θz2)지게 고정되는 고온열분해로의 내부에서 고온발생기에 의해 발생하는 연소불꽃에 폐액을 분사하여서 폐액을 1차 열분해 연소시키는 단계(s110); 상기 고온열분해로 연소 단계(s110)에서 연소된 폐액을 제1연소로의 상방에 설치된 제1버너에 의해 2차 열분해 연소시키는 단계(s120); 및 상기 제1연소로 연소 단계(s120)에서 연소된 배기가스를 제1연소로에 연소에 연결된 제2연소로에 의해 3차 열분해 연소시키는 단계(s130)를 구비하는 열분해 연소단계(s100)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 고온열분해로 연소 단계(s110)에 있어서 폐액을 고온열분해로의 하방으로 경사(θz1)지는 동시에 고온열분해로의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지는 방향으로 분사시켜 폐액이 고온열분해로 내부에서 회전되게 하는 단계(s111)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 2차 열분해 연소단계(s120)에서 고온열분해로에서 분출되는 연소불꽃을 제1연소로의 하방으로 경사(θz2)지는 동시에 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt2)지는 방향으로 분출시켜 연소불꽃이 제1연소로 내부에서 회전되게 하는 단계(s121)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 3차 열분해 연소단계(s130)에서 제1버너가 제1연소로에 대해 경사(θz3)지는 동시에 제1연소로의 접선방향에 대해서도 경사(θt3)지게 설치되어 제1버너에서 분출되는 연소불꽃이 제1연소로의 내부에서 회전되게 하는 단계(s131)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 제1연소로의 하부에 호퍼 및 발브를 설치하여 고온열분해로에서 연소되고 남은 연소재를 하방으로 배출시키는 단계(s200)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 열분해 연소단계(s100)를 통과한 배기가스를 냉각반응탑으로 유입시킨다음 물을 분사하여 온도를 저감시키는 냉각단계(s310); 상기 냉각단계(s310)에서 냉각된 배기가스를 여과식 집진기를 통과시켜 여과시키는 단계(s320); 및 상기 여과단계(s320)를 통과한 배기가스를 촉매반응탑을 통과시켜 유해배기물질을 제거하는 단계(s330)를 구비하는 대기오염물질 제거단계(s300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐액처리방법에서는, 상기 유해 배기물질 제거단계(s330)을 통과한 고온의 배기가스를 열교환기로 유입시키고, 상기 열교환기로 처리되어야 할 폐액을 유입시켜 배기가스는 냉각시키고 폐액에는 열에너지를 공급하는 열교환단계(s410); 상기 열교환단계(s410)를 통과한 폐액을 증발농축기로 이송시키고 상기 증발농축기에서 수증기가 증발된 폐수를 저장하거나 고온열분해로로 공급하는 단계(s420); 및 상기 열교환단계(s410)를 통과한 폐액을 증발농축기로 이송시키고 상기 증발농축기에서 수증기를 응축기로 보내어 응축시켜 형성된 응축수를 냉각반응탑에서 사용되는 물로 공급하는 단계(s430)를 구비하는 에너지 회수단계(s400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열분해 연소설비부에서는 고온열분해가 제1연소로에 경사지게 형성됨으로써 종래기술에서와 같이 고온발생기를 낮게 설치하는 경우 고온불꽃으로 인해 연소로가 용융되어 연소로의 수명이 단축되는 것이 방지되는 동시에 고온발생기를 높게 설치하는 경우 폐액이 연소로 하부에 흐르게 되어 불꽃과의 접촉시간이 짧아 효율이 저하되는 단점이 해결된다.
본 발명에서는 열분해 연소설비부가 3개의 다른 형태의 연소로로 이루어짐으로써 폐액이 3차에 걸쳐 열분해 산화 연소되므로 고효율로 폐액을 열 분해처리할 수 있으며,
특히, 폐액분사노즐이 바디에 대해 하방으로 경사지고 접선방향에 대해 내측으로 경사지게 형성됨으로써 바디 내부에서 폐액 및 연소불꽃과의 접촉시간이 연장되어 열분해효율이 더욱 개선되는 장점을 가진다.
또한, 바디가 제1본체에 대해 하방경사 및 접선방향에 대해 내측으로 경사지게 하여 제1본체에서 고온열분해를 통과한 폐액과 연소불꽃의 접촉시간을 증가시켜 2차적인 열분해효율을 효율적으로 도모한다.
게다가. 제1버너 역시 제1본체의 하방으로 경사지고 제1본체의 접선방향에 대해 내측으로 경사지게 형성됨으로써 제1버너에서 발생하는 연소불꽃이 하방으로 회전하면서 분출되어 제1본체의 하방에서 상방으로 유동하는 배기가스와 접촉시간 증가로 열분해 연소효율이 더욱 개선되는 효과를 가진다.
한편, 폐액을 열분해 연소 시 발생되는 배기가스에 함유된 오염물질을 제거할 방지시설을 건식 방식으로 운영하여 백연 발생이 없도록 하면서 배기가스처리에 따른 추가 폐수의 발생을 방지하여 이를 위한 시설이 불요하게 되는 효과를 가진다.
더욱이, 열교환부에서 고온의 배기가스를 냉각시키기 위한 냉각수로서 처리되어야 할 폐수를 사용함으로써 세척폐수나 폐수의 증발 농축에 사용하는 에너지를 절감시키는 효과도 가지게 된다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 폐액처리장치의 처리흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 일시예에 따른 폐액처리장치의 시스템 구성도이다.
도 3 은 본 발명의 폐액처리장치에서 열분해 연소설비부를 도시하는 도면이다.
도 4 은 본 발명의 폐액처리장치에서 열분해 연소설비부의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 폐액처리장치에서 고온열분해로가 제1연소로에 설치된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6 은 종래기술을 도시하는 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐액처리장치의 처리흐름도이다.
본 발명의 폐액처리장치는 열분해 연소 설비부(100)와 연소재 처리 설비부(200)와 대기오염물질 제거 설비부(300)와 에너지 회수 설비부(400)와 통풍 설비부(500)로 구성된다.
본 발명에서는 표현의 편의상 농축되지 않는 것을 세척폐수 또는 폐수라 표시하고 농축된 세척폐수나 폐수를 폐액으로 정의한다.
도 2 는 본 발명의 다중 열분해로를 이용한 폐액처리방법 및 처리장치의 시스템 구성도이다. 도 3 은 본 발명의 폐액처리장치에서 열분해 연소설비부를 도시하는 도면이다.
열분해 연소 설비부(100)는 고온 열분해로(110), 제1연소로(120), 및 제2연소로(130)가 일체형으로 형성되어 있다.
고온 열분해로(110)는 고온 발생기(111,118)와, 이 고온발생기(111,118)가 고정되는 바디(114)로 이루어진다.
고온 발생기(111,118)로는 플라즈마 토치(111) 또는 버너(118)가 사용된다.
플라즈마 토치(111)는 바디(114)에 고정되는 하우징(112)과, 이 하우징(112)의 내부에 서로 간극(117)을 두고 이격되어 형성되는 음극(115) 및 양극(116)을 포함하여 이루어진다.
하우징(112)의 측방에는 플라즈마 형성에 필요한 기체(B)를 공급하기 위한 기체주입구(119)가 형성되어 있다.
바디(114)는 원통형으로 형성되며 원주 둘레에는 폐액분사노즐(113)이 설치된다. 폐액 분사노즐(113)은 도 3a 에 도시된 바와 같이 바디(114)의 하방으로 경사(θz1)지는 동시에 도 3b 에 도시된 바와 같이 바디(114)의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지게 설치된다.
도 4 은 본 발명의 폐액처리장치에서 열분해 연소설비부의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
고온발생기로서 버너(118)가 사용되는 경우에 대해 도 4 에 도시되어 있다. 플라즈마 토치(111) 대신에 버너(118)를 사용한다는 점만이 상이하고 다른 구성은 동일하다.
도 5 는 본 발명의 폐액처리장치에서 고온열분해로가 제1연소로에 설치된 상태를 도시하는 도면이다.
바디(114)는 고온의 연소 불꽃 길이의 말단부가 제1연소로(110)의 벽면(124)이나 바닥(125)에 닿지 않도록 제1연소로(120) 상부에서 30 도 이상의 경사(θz2)를 가지도록 하방으로 설치(도 3 참조)된다.
또한, 바디(114)는 폐액분사노즐(113)의 경우와 마찬가지로 수직원통형 제1연소로(120)의 제1본체(122)의 벽면(124)에서 연소 불꽃이 제1연소로(120)의 내부에서 회전할 수 있도록 제1본체(122)의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt2)지게 설치(도 5 참조)된다.
제1연소로(120)는 수직원통형상을 가지는 제1본체(122)로 이루어지며, 제1본체(122)의 상부에는 상방으로 개방되는 덕트(123)가 형성되어 있고 하부에는 하방으로 개방되는 호퍼(210)가 형성되어 있다.
제1본체(122)에서 바디(114)가 설치된 부분의 상부에는 제1버너(121)가 하방으로 경사(θz3)지도록 형성(도 2 참조)되어 있다. 또한, 제1버너(121)는 제1본체(122)의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt3)지게 설치(도 5 참조)되어 있다.
제2연소로(130)는 제1연소로(120)의 상부에 형성된 배기가스 통로인 덕트(123)와 중간에 연결되는 원통형 제2본체(132)와, 이 원통형 제2본체(132)의 일 단부에 설치되어 가스 또는 기름을 연료로 사용하는 제2버너(131)로 이루어진다.
본 발명의 폐액처리방법에서 열분해 연소설비부(100)를 이용하는 열분해 연소단계(s100)에 대해 설명한다.
열분해 연소단계(s100)는 고온 열분해 연소단계(s110), 2차 열분해 연소단계(s120) 및 3차 열분해 연소단계(s130)으로 이루어진다.
먼저, 고온 열분해 연소단계(s110)를 설명하면 다음과 같다.
고온 열분해로(110)에 고온발생기(111)로서 플라즈마 토치(111)를 사용할 경우에는 플라즈마 토치(111)에 직류 고 전류가 가해지면 플라즈마 토치(111)내에 장착된 음극(115)과 양극(116)사이에 고온의 플라즈마가 형성된다.
음극(115)과 양극(116)사이의 간극(117)으로 질소 또는 공기 또는 알곤 등과 같은 기체(B)를 기체주입구(119)를 통해 고압으로 분사하면 발생된 플라즈마가 고압기체의 기류에 의해 고온 열분해로(110)내부에서 고온의 플라즈마의 고온의 연소 불꽃을 발생시킨다.
고온 열분해로(110)에서 고온발생기(111)로 버너(118)를 사용할 경우에는 버너(118)에 부착된 송풍기에 의해서 고온 열분해로(110)의 내부로 고온의 연소 불꽃이 발생된다.
다수개의 폐액분사노즐(113)이 설치된 바디(114)에서 폐액(A)은 고압의 폐액분사 펌프(422)에 의해 다수개의 폐액분사노즐(113)에서 미세한 입자형태로 2000 ℃ 이상의 고온의 연소 불꽃으로 분사되어 빠르게 열분해 연소된다.
이때, 폐액분사노즐(113)은 바디(114)의 하방으로 경사(θz1)지는 동시에 바디(114)의 접선방향에 대해서도 경사(θt1)지게 형성되므로 폐액입자가 분사되면 폐액입자가 바디(114)의 내부를 회전하는 단계(s111)를 수행하게 되므로 연소 불꽃과의 접촉시간이 연장되어 열분해 연소효율이 개선되는 작용을 하게 된다.
또한, 바디(114)는 제1본체(122)에 대해 경사(θz2)지게 형성되므로 고온의 연소 불꽃 길이의 말단부가 제1본체(122)의 벽면(124)이나 바닥(125)에 닿지 않게 되으로 종래기술에서와 같이 고온발생기에 의한 열로 연소로의 벽면이나 바닥이 용융되는 것이 방지되는 작용을 하게 된다.
다음으로, 2차 열분해 연소단계(s120)에 대해 설명한다.
폐액(A)이 제1본체(122)의 내부로 회전하면서 하 방향으로 진행하는 동안 폐액(A)속의 무기성분 및 중금속성분은 연소 불꽃에 의해 용융되거나 연소재가 되어 중력에 의해 제1연소로(120) 하부로 침강하게 된다.
또한, 폐액분사노즐(113)의 경우와 마찬가지로 바디(114)도 제1본체(122)에 대해 하방으로 경사(θz2)지는 동시에 제1본체(122)의 접선방향에 대해서도 내측으로 경사(θt2)지게 형성되므로 바디(114)에서 배출되는 연소 불꽃이 제1연소로(120) 내부에서 회전하는 단계(s121)를 수행하게 된다.
이로 인해 제1본체(122)의 내부에서 연소 불꽃과 폐액(A)과의 접촉시간이 길어지게 되어 열분해 연소효율이 개선되는 작용을 하게 된다.
연소 불꽃과 접촉하면서 열분해 연소되면서 발생되는 배기가스는 서서히 제1연소로(120) 하부에서 상부로 상승하면서 상부에서 하부로 내려오는 제1버너(121)의 연소 불꽃과 접촉하면서 미연분의 대부분이 연소된다.
이때, 제1버너(121) 역시 제1본체(122)에 대해 하방으로 경사(θz3)지는 동시에 제1본체(122)에 대해 접선방향 내측으로도 경사(θt3)지게 형성되어 있는 바, 제1버너(121)의 연소불꽃이 회전하면서 하방으로 내려오는 단계(s122)를 수행하게되고, 이로 인해 연소불꽃과 배기가스와의 접촉시간이 증가되어 열분해 연소효율이 개선되는 작용을 하게 된다.
다음으로, 3차 열분해 연소단계(s130)에 대해 설명한다.
제1연소로(120)의 하부방향으로 진행하던 연소 불꽃 및 연소 배기가스는 고온이어서 상승 기류가 되어 제1연소로(120) 상부로 상승하여 덕트(123)를 통해 제2연소로(130)로 유입된다.
제2 연소로(130)에서 850 ℃ 이상의 고온으로 수평으로 이동하면서 긴 연소시간이 필요한 미연 물질도 완전히 연소하게 되는데 제2연소로(130) 내부의 연소 온도가 낮아지게 되면 제2연소로(130)에 부착된 제2버너(131)에 의해 제2연소로(130) 내부의 온도는 자동으로 850 ℃ 이상을 유지하게 된다.
본 발명에서는 이와 같이 폐액(A)을 고온 열분해로(110)에서 1차 열분해 연소시키고, 고온 열분해로(110)에서 배출되는 배기가스에 포함된 미연소분을 제1버너(121)가 부착된 수직원통형의 제1연소로(120)에 의해 2차 처리한 한 다음, 제1연소로(120)에서의 연소과정에서 발생되는 연소 반응물 또는 잔류 미연소분을 완전 산화 연소시키기 위하여 제2버너(131)가 부착된 수평원통형의 제2연소로(130)에 의해 3차 처리함으로써 폐액의 처리 효율이 현저하게 개선되는 작용을 하게 된다.
연소재 처리설비부(200)는 제1연소로(120)하부에 부착된 원뿔형태의 호퍼(210)와, 호퍼(210)의 하부에 형성되는 로터리 발브(220)와, 로터리 발브(220)의 하부에 형성되는 저장조(230)로 이루어진다.
본 실시예에서는 발브의 형태로 로터리 발브(220)를 사용하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 다른 발브를 사용하는 것도 가능하다.
제1연소로(120)에서 발생하는 연소재는 중력에 의해 제1연소(120)로 하부로 침강하면서 원뿔형태의 호퍼(210)하부에 모이게 되고 호퍼(210)하부에 설치된 로터리 발브(220)의 회전에 의하여 호퍼(210)의 외부로 연속적으로 배출되어 저장조(230)에 안전하게 수집하는 단계(s200)를 수행하게 된다.
로터리발브(220)는 회전하면서 연소재를 연속적으로 배출하지만 로터리발브(220)의 내부에 설치된 다수의 날개(221)에 의해 호퍼(210) 내부와 외부가 밀폐되므로 폐액처리장치의 가동을 정지하지 않고도 연소 중에 발생하는 연소재를 안전하게 호퍼(210) 외부로 배출할 수 있게 된다.
대기오염물질 제거 설비부(300)는 제2연소로(130)에 연결되며 물분사기(311)가 설치된 냉각반응탑(310), 냉각반응탑(310)에 연결되는 여과식 집진기(320), 여과식 집진기(320)에 연결되는 촉매반응탑(330)으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 대기오염물질 제거 설비부(300)를 이용하여 대기오염물질 제거단계(s300)를 수행하게 되는 데, 대기오염물질 제거단계(s300)는 3가지 단계(s310,s320,s330)로 이루어진다.
먼저, 배기가스 냉각단계(s310)을 수행하게 된다.
제2연소로(130)에서 발생되는 배기가스는 850℃ 이상의 고온이어서 촉매반응탑(300)의 안정된 운전을 위하여 400℃ 이하로 온도를 낮출 필요가 있다.
본 발명에서는 냉각 반응탑(310)에 설치된 물분사기(311)에서는 미세화 된 물(C) 입자를 분사하여 물(C) 입자의 증발에 따른 잠열로 배기가스의 온도를 낮추는 건식방법을 사용한다.
이때, 물(C) 입자와 함께 가성소다(NaOH) 또는 석회수(Ca(OH)2)와 같은 약품(D)을 함께 분사시켜 배기가스에 혼재되어 있는 황산화물이나 염산화물 등의 유해가스가 분사되는 약품(D)과 화학적으로 반응하여 생성된 반응물을 침강시켜서 유해가스를 제거한다.
다음으로는, 냉각반응탑(310)의 후단에 설치된 여과식 집진기(320)에서 냉각반응탑(310)을 통과한 유해가스가 제거된 배기가스 중 미세분진, 중금속입자 등의 고형물을 냉각 여과포를 이용하여 필터링하는 여과단계(s320)를 수행한다.
그런 다음, 촉매 반응탑(330)에서는 배기가스 내에 잔류하는 질소산화물(NOx)이나 다이옥신 및 일산화탄소(CO) 등을 촉매로 반응시켜 무해화시켜서 대기오염물질을 제거하는 단계(s330)를 수행함으로써 배기가스의 오염물질이 깨끗하게 제거되는 작용을 하게 된다.
배기가스 내의 오염물질 처리를 위해 습식집진 방식을 채택하는 경우 추가 발생 되는 폐수를 처리하기 위한 별도의 처리시설이 요구되는 데, 본 발명에서는 건식집진방식을 채택하므로 이러한 처리시설이 요구되지 않게 되는 작용을 한다.
또한, 건식집진방식을 채택함으로써 배기가스 중의 수분이 감소되어 습식집진방식에 비해 백연발생이 감소하는 작용도 하게 된다.
게다가, 촉매 반응탑(330)에 사용하는 촉매가 효과적으로 작용하기 위해서는 300℃ 이상의 고온이 요구되는 데, 습식집진방식을 사용하는 경우에는 촉매 반응처리를 위해서는 배기가스 온도를 높이기 위한 추가 에너지 투입이 필요하나 건식집진방식에서는 이러한 추가 에너지 투입이 불요하게 되는 작용을 하게 된다.
에너지 회수설비부(400)는 촉매반응탑(330)에 연결되는 열교환기(410)와, 이 열교환기(410)에 연결되며 세척폐수 또는 폐수를 저장하는 폐수탱크(411)와, 폐수를 열교환기(410)로 이송해 주는 폐수이송펌프(412)와, 열교환기(410)에 연결되는 증발농축기(420)를 포함하여 형성된다.
에너지 회수설비부(420)를 통해서는 에너지 회수단계(s400)를 수행하게 되는 데 구체적인 내용은 다음과 같다.
먼저, 촉매 반응탑(330)에서 배출되어 열교환기(410)로 유입된 고온의 배기가스는 폐수이송펌프(412)에 의해 공급된 세척폐수로 인해 냉각시키는 동시에 세척폐수는 열에너지를 공급받게 되는 열교환단계(s410)를 수행하게 된다.
배기가스를 냉각시키는 이유는 촉매반응탑(330) 후단에서 배출되는 배기가스는 촉매 반응탑(330)의 촉매 반응온도 때문에 350 ℃ 이상의 고온이 유지되므로 굴뚝으로 배출하기 전에 온도를 낮추어야 송풍기(510)가 고온이 아닌 환경에서 안정적으로 작동하게 되어 배기가스를 안정적으로 배출할 수 있기 때문이다.
한편, 열교환기(410)로 공급된 세척폐수나 난연성 폐수 또는 중금속 폐수는 배기가스로부터 열에너지를 공급받게 되므로 폐수를 증발 농축하여 폐액으로 형성하기 위해 증발에 필요한 열에너지를 절감시킬 수 있는 작용을 하게 된다.
다음으로, 열교환기(410)에서는 배기가스에 의해 가열된 폐수는 증발농축기(420)로 보내지며, 증발농축기(400)에서 대부분의 수분이 증발되고 남은 고농도 폐수는 폐액(A)이 되어 폐액 저장조(421)에 저장되었다가 폐액분사 펌프(422)에 의해 고온 열분해로(110)로 투입되는 단계(s420)를 수행하여 폐회로를 형성하게 된다.
한편, 증발농축기(420)에서 증발된 수증기는 응축기(423)에서 응축된 후 응축수저장조(424)에 저장되었다가 냉각수펌프(425)에 의해 냉각 반응탑(310)의 냉각수로 분사되는 단계(s430)를 수행하게 되며, 이로 인해 추가적인 냉각수 사용에 따른 용수비를 절감하는 작용을 하게 된다.
한편, 세척폐수나 폐수 중에 ETA(에틸아민류), EA(에틸아세테이트)등과 같은 휘발성분이 많이 포함되어 있는 경우에는 증발농축기(420)에서 세척수폐나 폐수의 수분을 증발시킬 때 증발되는 수증기에 많은 휘발성분이 포함될 수가 있다.
이 경우, 증발된 수증기를 응축기(423)에서 응축시키지 않고 증발된 수증기 상태로 별도의 송풍기(미도시)를 이용하여 제1연소로(120)에 불어넣어 고온에서 수증기에 함유된 휘발성분을 재연소 처리할 수도 있다.
통풍 설비부(500)는 송풍기(510)와 굴뚝(520)로 이루어진다.
열교환기(410)에서 최종적으로 온도가 낮아진 배기가스는 송풍기(510)에 의해 굴뚝(520)을 통과하여 최종적으로 대기중으로 배출 처리된다.
이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 열분해 연소 설비부 110: 고온 열분해로
111: 고온 발생기 112: 하우징
113: 폐액분사노즐 114: 바디
115: 음극 116: 양극
117: 간극 118: 버너
120: 제1연소로 121: 제1버너
122: 제1본체 123: 덕트
124: 벽면 125: 바닥
130: 제2연소로 131: 제2버너
132: 제2본체 200: 연소재처리 설비부
210: 호퍼 220: 로터리발브
221: 날개 230: 재 저장조
300: 대기오염물질 제거 설비부 310: 냉각 반응탑
320: 여과식 집진기 330: 촉매 반응탑
400: 에너지 회수 설비부 410: 열교환기
411: 폐수탱크 412: 폐수이송 펌프
420: 증발농축기 421: 폐액 저장조
422: 폐액분사 펌프 423: 응축기
424: 응축수 저장조 425: 냉각수 펌프
500: 통풍 설비부 510: 송풍기
520: 굴뚝 A: 폐액
B: 가스 C: 물
D: 약품

Claims (19)

  1. 폐액을 고온 열분해로 연소시키기 위한 폐액처리장치로서,
    폐액을 열분해시키기 위해 고온을 발생시키는 고온 열분해로와,
    상기 고온 열분해로가 경사지게 하방으로 설치되는 제1연소로로 이루어지는 열분해 연소설비부를 포함하여 이루어지며,
    상기 고온 열분해로는 플라즈마 열분해로서,
    플라즈마를 발생시키기 위한 음극 및 양극이 형성된 하우징과,
    상기 하우징를 둘러싸도록 형성되며 폐액을 분사하기 위한 폐액분사노즐이 하방으로 경사(θz1)지게 설치된 바디로 이루어지며,
    상기 폐액분사노즐은 상기 바디의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지게 설치되고,
    상기 바디는 상기 제1연소로에 대해 하방으로 경사(θz2)지면서 접선방향의 내측으로 경사(θt2)지게 설치되고,
    상기 제1연소로는,
    상기 고온 열분해로가 설치되는 제1본체와,
    상기 고온열분해로의 상부에서 상기 제1본체에 대해 하방으로 경사(θz3)지면서 접선방향의 내측으로 경사(θt3)지게 설치되는 제1버너로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  2. 폐액을 고온 열분해로 연소시키기 위한 폐액처리장치로서,
    폐액을 열분해시키기 위해 고온을 발생시키는 고온 열분해로와,
    상기 고온 열분해로가 경사지게 하방으로 설치되는 제1연소로로 이루어지는 열분해 연소설비부를 포함하여 이루어지며,
    상기 고온 열분해로는 버너장치로서,
    상기 버너장치의 버너가 형성된 하우징과,
    상기 하우징를 둘러싸도록 형성되며 폐액을 분사하기 위한 폐액분사노즐이 하방으로 경사(θz1)지게 설치된 바디로 이루어지며,
    상기 폐액분사노즐은 상기 바디의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지게 설치되고,
    상기 바디는 상기 제1연소로에 대해 하방으로 경사(θz2)지면서 접선방향의 내측으로 경사(θt2)지게 설치되고,
    상기 제1연소로는,
    상기 고온 열분해로가 설치되는 제1본체와,
    상기 고온열분해로의 상부에서 상기 제1본체에 대해 하방으로 경사(θz3)지면서 접선방향의 내측으로 경사(θt3)지게 설치되는 제1버너로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
    상기 제1본체의 하부에 연결되어 설치되는 연소재 처리 설비부를 더 포함하고,
    상기 연소재 처리설비부는,
    상기 제1본체의 하부에 형성되는 호퍼와,
    상기 호퍼의 하부에 형성되는 발브,
    상기 발브의 하부에 형성되는 저장조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  9. 청구항 8 에 있어서,
    상기 제1연소로에 연결되는 제2연소로를 더 포함하고,
    상기 제2연소로는,
    상기 제1본체의 상단에 형성된 덕트에 연결되는 제2본체와,
    상기 제2본체에 형성되는 제2버너로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  10. 청구항 9 에 있어서,
    상기 제2연소로에 연결되는 대기오염물질 제거설비부를 더 포함하고,
    상기 대기오염물질 제거설비부는,
    상기 제2연소로에서 배출된 배기가스가 유입되며 내부에 물분사기가 설치된 냉각반응탑과,
    상기 냉각반응탑과 연결되는 오염집진기와,
    상기 오염집진기에 연결되는 촉매반응탑으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  11. 청구항 10 에 있어서,
    상기 대기오염물질 제거부에 연결되는 에너지 회수설비부를 더 포함하고,
    상기 에너지 회수설비부는,
    상기 촉매반응탑에 연결되어 배기가스가 유출입되는 열교환기와,
    상기 열교환기에 공급되어 배기가스를 냉각시키기 위한 폐수를 저장하기 위한 폐수탱크와,
    상기 폐수탱크의 폐수를 상기 열교환기로 공급하기 위한 폐수이송펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 열교환기에서 배출되는 폐수가 유입되는 증발농축기와,
    상기 증발농축기에서 발생한 수증기를 응축시키기 위한 응축기와,
    상기 응축기에서 응축된 응축수를 저장하기 위한 응축수 저장조와,
    상기 응축수 저장조에 저장된 응축수를 상기 냉각반응탑의 물분사기에 공급하기 위한 냉각수펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐액처리장치.
  13. 폐액을 처리하기 위한 폐액처리방법으로서,
    상방으로 형성된 제1연소로에 하방으로 경사(θz2)지게 고정되는 고온열분해로의 내부에서 고온발생기에 의해 발생하는 연소불꽃에 폐액을 분사하여서 폐액을 1차 열분해 연소시키는 단계(s110);
    상기 고온열분해로 연소 단계(s110)에서 연소된 폐액을 제1연소로의 상방에 설치된 제1버너에 의해 2차 열분해 연소시키는 단계(s120); 및
    상기 제1연소로 연소 단계(s120)에서 연소된 배기가스를 제1연소로에 연소에 연결된 제2연소로에 의해 3차 열분해 연소시키는 단계(s130)를 구비하는 열분해 연소단계(s100)를 포함하여 이루어지며,
    상기 고온열분해로 연소 단계(s110)에 있어서 폐액을 고온열분해로의 하방으로 경사(θz1)지는 동시에 고온열분해로의 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt1)지는 방향으로 분사시켜 폐액이 고온열분해로 내부에서 회전되게 하는 단계(s111)와,
    상기 2차 열분해 연소단계(s120)에서 고온열분해로에서 분출되는 연소불꽃을 제1연소로의 하방으로 경사(θz2)지는 동시에 접선방향에 대해 내측으로 경사(θt2)지는 방향으로 분출시켜 연소불꽃이 제1연소로 내부에서 회전되게 하는 단계(s121)와,
    상기 3차 열분해 연소단계(s130)에서 제1버너가 제1연소로에 대해 경사(θz3)지는 동시에 제1연소로의 접선방향에 대해서도 경사(θt3)지게 설치되어 제1버너에서 분출되는 연소불꽃이 제1연소로의 내부에서 회전되게 하는 단계(s131)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐액처리방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 13 에 있어서,
    상기 제1연소로의 하부에 호퍼 및 발브를 설치하여 고온열분해로에서 연소되고 남은 연소재를 하방으로 배출시키는 단계(s200)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐액처리방법.
  18. 청구항 17 에 있어서,
    상기 열분해 연소단계(s100)를 통과한 배기가스를 냉각반응탑으로 유입시킨다음 물을 분사하여 온도를 저감시키는 냉각단계(s310);
    상기 냉각단계(s310)에서 냉각된 배기가스를 여과식 집진기를 통과시켜 여과시키는 단계(s320); 및
    상기 여과단계(s320)를 통과한 배기가스를 촉매반응탑을 통과시켜 유해배기물질을 제거하는 단계(s330)를 구비하는 대기오염물질 제거단계(s300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐액처리방법.
  19. 청구항 18 에 있어서,
    상기 유해 배기물질 제거단계(s330)을 통과한 고온의 배기가스를 열교환기로 유입시키고, 상기 열교환기로 처리되어야 할 폐액을 유입시켜 배기가스는 냉각시키고 폐액에는 열에너지를 공급하는 열교환단계(s410);
    상기 열교환단계(s410)를 통과한 폐액을 증발농축기로 이송시키고 상기 증발농축기에서 수증기가 증발된 폐수를 저장하거나 고온열분해로로 공급하는 단계(s420); 및
    상기 열교환단계(s410)를 통과한 폐액을 증발농축기로 이송시키고 상기 증발농축기에서 수증기를 응축기로 보내어 응축시켜 형성된 응축수를 냉각반응탑에서 사용되는 물로 공급하는 단계(s430)를 구비하는 에너지 회수단계(s400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐액처리방법.
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