KR101502078B1 - 친환경 폐차잔재（ａｒｓ）소각 시스템 및 이를 이용한 ａｒｓ 소각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 세정 기능을 구비한 폐차잔재(ASR) 소각 시스템에 있어서, 폐차잔재(ASR)를 연소하는 제1 연소부 및 상기 제1 연소부의 상부에 배치되어 제1 연소부에서 생성되는 연소가스가 통과하는 제2 연소부를 구비한 소각로; 및 상기 제2 연소부의 입구에 배치되고 제2 연소부 내로 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급할 수 있는 공급부;를 포함하는 ASR 소각 시스템이 제공된다.

Description

친환경 폐차잔재（ＡＲＳ）소각 시스템 및 이를 이용한 ＡＲＳ 소각 방법 {Environmentally friendly ASR incinerating system and method for incinerating ASR using the same}

본 발명은 친환경적으로 폐차잔재(ASR)을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, ASR 소각로의 로내 세정 기능을 구비한 친환경 ASR 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자동차 산업의 규모가 커갈수록 폐자동차(ELV: End of Life Vehicle)에 의한 환경오염 문제가 큰 사회적 관심사로 떠오르고 있으며, 각국은 점점 더 엄격한 규제를 통하여 오염을 최소화하고 자원의 재활용은 극대화하는 친화경 시스템을 구축하고자 노력하고 있다.

폐자동차는 해체시 유용 부품이 우선적으로 회수된 후 차체가 압축되고, 이 압축된 차체에서 철, 비철금속 등의 유가금속을 회수하기 위한 슈레더(shredder) 공정을 거치고 나면 재이용이 곤란한 합성수지, 유리, 고무 등의 잔재물이 남으며, 이러한 자동차 파쇄 잔재물을 폐차잔재(ASR: Automobile Shredder Residue)라고 한다.

현재 ASR은 폐자동차에서 약 25% 전후를 차지하고 있으며 전량 소각이나 매립에 의하여 처리되고 있다. 그런데 기존의 ASR 소각로의 경우 고발열량 특성을 갖는 ASR이 소각로를 고온의 분위기로 만들며 소각로 내에서 질소산화물, 염소화합물, 황화합물 등의 유해물질을 다량 생성하게 한다.

이에 대해 종래의 ASR 소각 시스템은 소각로 후단에 세정기 등의 후처리 시스템을 마련하여 유해물질을 제거하고 있다. 예컨대 "자동차 폐기물의 처리방법"(국내 공개특허공보 제2013-0125574호)는 가스화 단계 이후에 생성된 연소가스에 포함된 HCl, H2S, COS 등을 제거하기 위해 가스정제 단계를 추가로 수행하는 기술을 개시하고 있다.

그러나 이러한 종래 방법은 다량의 유해물질을 소각로 내에서 곧바로 처리하지 못함으로 인해 유해물질 처리를 위한 다량의 유해성 고가 약품의 사용, 및 ASR 소각 시스템 구조물의 손상 및 수명 단축 등의 문제를 야기한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐차잔재(ASR)가 소각로에 연소하며 발생하는 유해물질을 소각로 내에서 제거하는 폐차잔재(ASR) 전용 소각로의 로내 세정시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, ASR 소각시에 발생하는 유해물질의 발생을 최소화하고 고온 및 산성가스로부터 소각 시스템 설비를 보호하고 안정적인 후처리 설비 구성을 가능하게 하는 ASR 소각 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 세정 기능을 구비한 폐차잔재(ASR) 소각 시스템에 있어서, 폐차잔재(ASR)를 연소하는 제1 연소부 및 상기 제1 연소부의 상부에 배치되어 제1 연소부에서 생성되는 연소가스가 통과하는 제2 연소부를 구비한 소각로; 및 상기 제2 연소부의 입구에 배치되고 제2 연소부 내로 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급할 수 있는 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐차잔재(ASR)를 소각하는 방법에 있어서, ASR을 소각로에 공급하여 연소하는 단계; 및 상기 연소에 의해 발생하는 연소가스에 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 ASR이 소각로에 연소하며 발생하는 유해물질을 고온의 로내에서 제거하는 이점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, ASR 소각시에 발생하는 유해물질의 발생을 최소화하고 고온 및 산성가스로부터 설비를 보호하고 안정적인 후처리 설비 구성이 가능한 이점이 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐차잔재 소각 시스템을 설명하기 위한 블록도,
도2는 일 실시예에 따른 소각로의 구성을 도식적으로 나타낸 도면,
도3은 일 실시예에 따른 폐차잔재 소각 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도4는 제2 실시예에 따른 폐차잔재 소각 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐차잔재(ASR) 소각 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 ASR 소각 시스템은 소각로(10), 회출기(20), 세정기(30), 집진기(40), 및 연돌(50)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서 소각로(10)는 폐차잔재(ASR)와 공기를 공급받아 ASR을 소각한다. 또한 소각로(10)는 석회석(CaCO₃)과 음폐수(음식폐기물에서 고형물을 제거하고 남은 액상폐기물)를 혼합한 슬러리를 공급받을 수 있고, 소각로(10) 내에서 발생하는 연소가스에 이 혼합 슬러리를 분무함으로써 연소가스에 포함된 염소화합물, 황화합물, 질소산화물과 같은 유해물질을 소각로(10) 내에서 제거할 수 있다.

도시한 실시예에서 소각로(10)는 제1 연소부(11)와 제2 연소부(12)를 포함한다. 제1 연소부(11)는 폐차잔재(ASR)와 공기를 공급받아 ASR을 소각한다. 제2 연소부(12)는 제1 연소부(11)의 상부에 배치됨으로써 제1 연소부(11)에서 생성되는 연소가스가 제2 연소부(12)를 통과하도록 한다. 바람직하게는, 연소가스가 제1 연소부(11)에서 제2 연소부(12)로 진입하는 입구부에서 석회석과 음페수의 혼합 슬러리가 연소가스에 분무되도록 한다.

일반적으로 ASR은 염소함유량이 높으며 고발열 특성을 가진다. 소각로(10) 내의 온도가 높아짐에 따라 질소산화물의 농도가 상승하게 되며 로내 온도가 높아지면 설비의 손상 위험도 증가한다.

본 발명의 상기 실시예에 따르면, 석회석과 음페수를 혼합한 혼합 슬러리를 소각로(10) 내에(바람직하게는, 제2 연소부(12)의 입구부에서) 분무함으로써 소각로(10)가 과열되는 것을 억제하고 질소화합물 농도를 감소시키는 효과를 가져온다.

또한 혼합 슬러리에 함유된 석회석은 적어도 다음과 같은 반응에 의해 소각로(10) 내에서 염소화합물과 황화합물을 제거하는 역할을 한다.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

CaCO₃ + H₂S → CaS + H₂O + CO₂

이와 같이 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리를 소각로(10) 내에 분무함으로써 ASR 소각시에 발생하는 염소화합물, 황화합물, 질소화합물 등의 유해물질을 로내에서 다량 제거할 수 있다.

회출기(20)는 제1 연소부(11)와 제2 연소부(12)의 하부에 배치되어 제1 연소부(11)와 제2 연소부(12)에서 배출되는 소각재 등의 고체 덩어리를 수거하는 역할을 한다.

세정기(30)는 소각로(10)의 후단에 배치되며 소각로(10)로부터 연소가스를 공급받아 이 연소가스에 포함된 잔여 유해물질을 제거할 수 있다. 일 실시예에서 세정기(30) 본체의 하부로 공급된 연소가스가 세정기(30) 본체 내부에서 상승하는 동안 세정수를 분무하여 연소가스의 잔여 유해물질을 제거할 수 있다.

집진기(40)는 세정기(30)의 후단에 배치되며 세정기(30)를 통과한 연소가스 중 분진과 같은 이물질을 집진하여 이를 제거하는 역할을 한다. 그 후 집진기(40)를 통과한 연소가스는 배기가스(flue gas)로서 연돌(50)을 통해 외부로 배출된다.

한편 도시된 실시예에서는 소각로(10)의 후단에 세정기(30), 집진기(40), 및 연돌(50)이 차례로 배치되어 연소가스를 처리하는 것으로 도시하였지만 이러한 배치는 예시적인 일 실시예이며 구체적 실시 형태에 따라 소각로(10)의 후단에 다른 여러 다양한 처리부가 추가될 수 있고 또한 세정기(30)나 집진기(40)가 생략될 수도 있음을 이해할 것이다.

도2는 일 실시예에 따른 소각로(10)의 구성을 도식적으로 나타낸 도면으로, 구체적인 소각로(10)의 구현예를 도시하고 있다.

도면을 참조하면, 소각로(10)는 제1 연소부(11) 및 제1 연소부(11)의 상부에 배치되어 제1 연소부(11)에서 생성되는 연소가스가 통과하는 제2 연소부(12)를 포함한다.

제1 연소부(11)는 폐차잔재(ASR)와 공기를 공급받아 ASR을 소각한다. 소각에 의해 발생하는 소각재는 제1 연소부(11)의 하부에 배치된 회출기(20)로 배출될 수 있다.

제2 연소부(12)는 제1 연소부(11)의 상부에 배치되고 제1 연소부(11)와 일체로 연통되도록 구성될 수 있고, 이에 따라 제1 연소부(11)에서 발생한 연소가스가 제2 연소부(12)로 공급될 수 있다.

일 실시예에서 제2 연소부(12)의 입구부에는 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 제2 연소부(12)로 내로 공급하는 공급부를 포함한다. 도시된 실시예에서 이 공급부는 혼합 슬러리를 미립화하여 제2 연소부(12) 내로 분무할 수 있는 하나 이상의 노즐(16)로 구현될 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만 공급부에 펌프가 구비될 수 있고 이 펌프를 이용하여 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리를 하나 이상의 노즐(16)로 공급할 수 있다.

도시된 바와 같이 혼합 슬러리의 공급부의 위치는 제1 연소부(11)에서 1차적 연소가 완료되고 유해물질의 농도가 최고가 되고 반응이 활발한 제2 연소부(12)의 입구부가 바람직하다. 제2 연소부(12)는 대략 섭씨 900도 내지 1000도 영역으로 유지되도록 하여, 이 분위기 하에서 혼합 슬러리와 유해물질인 염소화합물, 황화합물, 및 질소산화물과의 반응이 잘 이루어지도록 한다.

일 실시예에서 혼합 슬러리에 혼합되는 석회석과 음폐수의 각각의 농도는 소각로(10) 내의 환경에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어 혼합 슬러리의 석회석의 양은 제1 연소부(11)에서 발생하는 연소가스의 농도에 따라 조절할 수 있고 음폐수의 양은 제2 연소부(12) 내의 온도에 따라 조절할 수 있다. 또한 석회석과 음폐수의 혼합시 음폐수 양이 부족할 때에는 물을 추가로 공급하여 혼합 슬러리를 만들 수 있다.

한편 도시한 실시예에서 소각로(10)는 제2 연소부(12)에 공기를 공급하기 위한 하나 이상의 공기 주입부(15)를 더 포함할 수 있다. 공기 주입부(15)는 제2 연소부(12)의 입구에 배치될 수 있고, 도시한 일 실시예에서, 공기 주입부(15)는 혼합 슬러리를 공급하는 노즐(16) 보다 아래쪽에 배치될 수 있다.

공기 주입부(15)에 의해 주입되는 공기의 양은 소각로(10) 내의 환경에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어 주입되는 공기의 양은 연소가스 중의 미연분(unburned matter) 또는 일산화탄소의 농도가 높은 경우 이를 낮추기 위해 상기 미연분이나 일산화탄소의 농도에 따라 조절될 수 있다.

도3은 일 실시예에 따른 폐차잔재 소각 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도면을 참조하면, 폐차잔재(ASR)를 소각하는 예시적 방법에 있어서, 단계(S110)에서 폐차잔재(ASR)를 소각로에 공급하여 소각로에서 연소시킨다. 이 때 필요에 따라 ASR과 공기를 함께 공급하여 연소시킬 수 있다.

그 후 단계(S120)에서, 연소에 의해 발생하는 연소가스에 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급한다. 이 때 혼합 슬러리의 석회석과 음폐수의 각각의 양은 소각로 내의 환경에 따라 변경될 수 있다. 예컨대 석회석의 양은 연소가스의 농도에 따라 달라질 수 있고 음폐수의 양은 소각로 내의 온도에 따라 달라질 수 있다.

또한 이 단계(S120)에서 혼합 슬러리의 공급은 예컨대 혼합 슬러리를 미립화하여 하나 이상의 노즐을 통해 소각로 내로 분무함으로써 공급할 수 있으며, 실시 형태에 따라 다른 공급 방식에 의해 혼합 슬러리를 소각로 내로 공급할 수도 있음은 물론이다.

이 단계(S120)에 의해, 연소가스에 포함된 염소화합물, 황화합물, 질소화합물 등의 유해물질이 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리와 반응하여 소각로 내에서 제거된다.

소각로에서 배출된 연소가스는 단계(S130)에서 필요에 따라 후처리될 수 있다. 예를 들어 세정기에 연소가스를 통과시켜 잔여 유해물질을 제거하거나 집진기에 연소가스를 통과시켜 이물질 등을 제거할 수 있다. 그 후 단계(S140)에서 연소가스는 배출가스(flue gas)로서 연돌(굴뚝)을 통해 ASR 소각 시스템에서 공기중으로 배출될 수 있다.

도4는 제2 실시예에 따른 폐차잔재 소각 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도1의 제1 실시예와 비교할 때 제2 실시예에 따른 ASR 소각 시스템은 제1 연소부(11)와 제2 연소부(12)로 구성된 소각로(10), 회출기(20), 세정기(30), 집진기(40), 및 연돌(50)을 포함하는 점에서 제1 실시예와 동일 또는 유사하다. 즉 제2 실시예에서 소각로(10)의 제1 연소부(11)는 폐차잔재(ASR)를 공급받아 ASR을 소각하고, 이때 발생하는 연소가스가 제2 연소부(12)로 유입될 때 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리를 연소가스에 분무하여 연소가스에 함유된 염소화합물, 황화합물, 질소산화물과 같은 유해물질을 제거할 수 있다.

도4의 제2 실시예에 따른 ASR 소각 시스템은 ASR 소각 시스템의 외부로 배출되기 전의 연소가스 중 적어도 일부를 배관(45)을 통해 재순환시키고 이 재순환된 연소가스를 이용하여 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리를 미립화한다. 즉 제2 실시예는 ASR 소각 시스템의 출구의 배기가스(flue gas)를 재순환하는 배기가스 재순환(Flue Gas Recirculation: FGR) 기술을 사용한다.

이 실시예에 따르면 배관(45)을 통해 재순환된 배기가스(연소가스)는 석회석과 음폐수의 혼합 슬러리를 미립화하는데 이용되어 하나 이상의 노즐(16)을 통해 소각로(10) 내로 함께 주입되고, 재순환된 연소가스는 혼합 슬러리의 음폐수와 함께 로내의 질소산화물 감소에 기여를 한다.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 소각로
11: 제1 연소부
12: 제2 연소부
20: 회출기
30: 세정기
40: 집진기
45: 배관
50: 연돌

Claims (11)

1. 폐차잔재(ASR) 소각 시스템에 있어서,
   폐차잔재(ASR)를 연소하는 제1 연소부 및 상기 제1 연소부의 상부에 배치되어 제1 연소부에서 생성되는 연소가스가 통과하는 제2 연소부를 구비한 소각로; 및
   상기 제2 연소부의 입구에 배치되고 제2 연소부 내로 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급할 수 있는 공급부;를 포함하며,
   상기 석회석의 양은 상기 연소가스의 농도에 따라 조절되고 상기 음폐수의 양은 상기 제2 연소부 내의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급부는 상기 혼합 슬러리를 미립화하여 상기 제2 연소부 내로 분무하는 하나 이상의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 공급부는 상기 ASR 소각 시스템의 외부로 배출되기 전의 상기 연소가스 중 적어도 일부를 이용하여 상기 혼합 슬러리를 미립화하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 연소부의 입구에 배치되고 제2 연소부 내로 공기를 주입하는 공기 주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 공기 주입부에 의해 주입되는 공기의 양은 상기 연소가스 중의 미연분(unburned matter) 또는 일산화탄소의 농도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 시스템.
7. 폐차잔재(ASR)를 소각하는 방법에 있어서,
   ASR을 소각로의 제1 연소부에 공급하여 연소하는 단계; 및
   상기 제1 연소부의 상부에 배치되고 상기 연소에 의해 발생하는 연소가스가 통과하는 상기 소각로의 제2 연소부에, 석회석과 음폐수가 혼합된 혼합 슬러리를 공급하는 단계;를 포함하며,
   상기 석회석의 양은 상기 연소가스의 농도에 따라 조절되고 상기 음폐수의 양은 상기 제2 연소부 내의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 혼합 슬러리를 공급하는 단계는,
   상기 혼합 슬러리를 미립화하는 단계; 및
   상기 미립화된 혼합 슬러리를 상기 소각로 내의 상기 연소가스에 분무하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 혼합 슬러리를 미립화하는 단계는,
   상기 소각로를 포함하는 ASR 소각 시스템의 외부로 배출되기 전의 상기 연소가스 중 적어도 일부를 이용하여 상기 혼합 슬러리를 미립화하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 방법.
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서, 상기 혼합 슬러리를 공급하는 단계는, 상기 연소가스 중의 미연분(unburned matter) 또는 일산화탄소의 농도에 따라, 상기 소각로 내의 상기 연소가스에 공기를 주입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ASR 소각 방법.

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