KR101615699B1 - 복합용융로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합용융로 장치에 관한 것으로, 플라즈마 용융로와 저온용융로를 결합하여 유해성 폐기물의 종류에 상관없이 처리할 수 있다.. 저온용융로는 가연성폐기물을 유리화하는데 사용되고, 플라즈마용융로는 가연성과 비가연성을 처리하는 설비로 용도가 구분된다. 저온용융로에서 배출되는 슬래그는 플라즈마 융융로와 장치 외부로 선택적으로 배출 가능하며, 플라즈마용융로에서 생성된 용융물은 적어도 2개의 배출구를 통해 슬래그와 금속을 선택적으로 배출할 수 있다.

Description

복합용융로 장치{COMBINED MELTING DEVICE FOR VITRIFICATION}

본 발명은 방사성 폐기물을 포함한 유해성 폐기물 유리화를 위해 용융시켜 배출하는 복합용융로 장치에 관한 것으로, 저온용융로 파트는 슬러지를 포함한 액체폐기물 처리와 잡고체 가연성폐기물 처리하는 설비로 사용되며, 플라즈마용융로 파트는 비가연성을 포함한 대부분의 폐기물을 처리 가능한 설비로 사용된다. 이렇게 필요에 따라 각 용융로 파트별 단독운전과 필요시 동시 운전이 가능하도록 한 복합용융로 장치에 관한 것이다.

유해성 폐기물, 특히 원자력 발전 등을 통해 나오는 방사성 폐기물을 보다 안정적으로 처리, 보관 및 관리하는 것은 매우 중요한 문제이다. 이러한 유해성 폐기물을 처리하는 방법으로서, 압축, 소각, 및 시멘트고화 등 다양한 기술들이 적용되고 있으나, 각 기술은 감용비가 적고, 침출수 등의 2차 피해도 발생할 가능성이 큰 문제가 있었다.

그러던 중 몇몇 국가를 중심으로 유해성 폐기물을 처리, 보관하는 방법 중에서 유도가열식 저온용융로를 이용하여 유해성 폐기물을 연소시키고 중금속을 용융하여 유리와 함께 유리고화체로 만들어 유리 구조 속에 가두어 주변 환경으로 침출되지 않도록 하여 격리시키는 저온 용융로 유리화 기술이 개발되어 왔다.

또한, 다른 방식으로서 플라즈마 토치를 이용한 폐기물 용융 방식이 사용되어 왔는데, 플라즈마 용융로는 업체별로 별도의 설비를 구축하여 용도에 적합한 용융로 종류와 크기로 사용하고 있다. 플라즈마 용융로는 고온의 열을 발생하는 플라즈마 토치에 의해 폐기물을 용융하게 되며 전용배출구를 통해 금속 또는 슬래그를 배출한다.

한국 공개특허 제2012-0129418호(2012.11.28. 공개) 한국 공개특허 제2005-0004647호(2005.01.12. 공개)

종래의 저온 용융로를 이용한 유리화 장치는 금속성 등 비가연성 폐기물을 처리하기 어려운 문제가 있었고, 플라즈마용융로는 중저준위 방사성 폐기물 중 액체성 폐기물을 안정적으로 유리화하기 어려운 문제가 있었다. 이에 폐기물 종류에 상관없이 용융처리가 가능하고, 폐기물 양에 따라 효율적 운영이 가능한 용융로 장치를 제공하고자 한다.

상기 본 발명의 목적은 유해성 폐기물을 처리하기 위한 복합용융로 장치에 있어서, 유도코일에 의해 용융물을 형성하는 제1용융로유닛, 플라즈마 토치에 의해 용융물을 형성하는 제2용융로유닛, 및 상기 제1용융로유닛의 용융공간에서 상기 제2용융로유닛의 용융공간으로 용융물이 이동 가능하도록 연통되어 형성된 내부배출구를 포함하는 복합용융로 장치에 의해 달성된다.

상기 제1용융로유닛은 하부에 경사진 바닥부를 포함하며, 상기 경사진 바닥부의 상부에는 용융물의 적어도 일부를 상기 복합용융로 장치 외부로 배출할 수 있는 제1배출구가 형성될 수 있다.

상기 내부배출구는 상기 제1용융로유닛의 경사진 바닥부의 하부에 형성될 수 있다.

상기 제1용융로유닛은 상기 제1배출구를 개폐하기 위한 배출구차단봉을 포함할 수 있다.

상기 제2용융로유닛은, 상기 용융공간 측면의 적어도 일부에 연통되도록 형성된 제2배출구와 상기 용융공간의 바닥부에 연통되도록 형성된 제3배출구를 포함할 수 있다.

상기 제1용융로유닛의 내부배출구는 상기 제2용융로유닛 용융공간의 천장부에 연통되도록 형성될 수 있다.

상기 제2용융로유닛은 용융공간에 드럼을 투입하기 위한 드럼투입구를 포함할 수 있다.

상기 제2용융로유닛은 상기 드럼투입구에 드럼을 투입하기 위한 드럼투입장치를 더 포함하며, 상기 드럼투입장치는 드럼이송장치, 드럼이송용실린더 중에서 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 드럼투입구는, 적어도 하나의 차폐문을 포함할 수 있다.

상기 제2용융로유닛 상부의 적어도 일부에 폐기물을 투입하기 위한 제2투입구가 형성될 수 있다.

본 발명의 복합용융로 장치는 플라즈마 용융로와 저온용융로를 접목한 장치로서 저온용융로에서 처리 못 한 비가연성 폐기물을 플라즈마용융로에 배출하여 처리할 수 있다. 저온용융로는 가연성 폐기물을 유리화하는데 사용되고, 플라즈마용융로는 가연성과 비가연성을 동시에 처리하는 설비로 용도가 구분된다. 저온용융로에서 배출한 슬래그와 플라즈마 용융로 배출한 슬래그 특성이 같을 경우 플라즈마 용융로 배출구를 통해 배출할 수 있다.

저온용융로는 비가연성을 제외한 모든 폐기물을 처리하는 설비로 단독운전이 가능하며, 플라즈마 용융로는 액체폐기물을 제외한 모든 폐기물을 운전할 수 있으므로 두 설비를 선택해서 운전하는 방법과 또는 동시에 2종류를 운전할 수 있는 방법을 통해 효율적 장치 운영이 가능하다.

또한 배기가스 처리설비를 공유함으로써 인적 및 물적 비용절감 및 운전효율성 등을 높일 수 있고, 방사선 폐기물을 종류에 상관없이 효율적으로 안전하게 처리가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합용융로 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합용융로 장치를 정면에서 본 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합용융로 장치를 일측면에서 본 수직단면도이다.

본 발명의 복합용융로 장치는 플라즈마용융로와 저온용융로를 접목한 설비로 저온용융로에서 처리 못 한 비가연성 폐기물을 플라즈마용융로에 배출하여 완전처리 후 플라즈마용융로 배출구를 통해 배출하는 시스템으로 구성된다. 저온용융로는 주로 가연성폐기물을 유리화하는데 사용되며, 플라즈마 용융로로 처리하기 어려운 액체성 폐기물을 처리하는 데 사용되고, 플라즈마용융로는 가연성과 비가연성을 동시에 처리하는 용융로로 용도가 구분된다.

유리화 저온용융로에서 배출하는 슬래그는 플라즈마 융융로배출과 드럼배출로 구분되며, 플라즈마용융로는 슬래그와 금속을 배출구를 달리하여 배출하는 설비이다. 저온용융로에서 배출한 슬래그와 플라즈마 용융로 배출한 슬래그 특성이 같을 경우 플라즈마 용융로 배출구를 통해 배출할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합용융로 장치의 평면도이다. 도 2는 도 1의 장치를 정면에서 본 단면도이고, 도 3은 도 1의 장치를 일측면에서 본 단면도이다.

본 발명에 따른 복합용융로 장치(1)는 2개의 용융로로 구성된다. 도시된 바와 같이 복합용융로 장치(1)는 상부에 제1용융로유닛(100), 하부에는 제2용융로유닛(200)을 포함한다.

제1용융로유닛(100)은 유도코일에 의해 제1용융공간(120) 내부의 물질을 가열하여 유리화하는 저온 용융로이다. 상기 제1용융로유닛(100)의 바닥부는 경사진 바닥부 형태로 형성된다. 상기 경사진 바닥부에는 2 개의 배출구가 형성되며, 그 중 경사진 바닥부의 상부에서 상부의 용융물을 장치 외부로 배출하기 위한 제1배출구(140)와 하부의 용융물 및 용융처리가 안 된 비가연성 폐기물을 제2용융로유닛(200)의 제2용융공간(220)으로 배출하기 위한 내부배출구(130)를 가진다.

제1배출구(140)는 상하로 구동하는 차단봉(150)에 의해 개폐되어 용융물을 배출한다. 상기 차단봉(150)은 저온용융로 상부의 차단봉 구동장치에 의해서 구동되며, 운전 중 주기적으로 상기 제1배출구(140)를 개폐하여 용융물(슬래그)을 장치 외부로 배출한다. 제1배출구(140)를 통해 배출된 용융물은 바로 슬래그드럼(600)에 장입되도록 장치를 구성한다. 슬래그드럼(600)에 바로 장입되면, 유해성 폐기물의 용융 후 후처리가 더욱 용이해지는 장점이 있다.

제2용융로유닛(200)은 제1용융로유닛(100)의 하부에 위치한다. 도시된 바와 같이 제2용융로유닛(200)의 상단에 제1용융로유닛(100)이 위치하는 것이 바람직하다. 그러나 다른 실시예에서는 제1용융로유닛(100)이 제2용융로유닛(200)의 측면에 위치할 수 있으며, 다만 제1용융공간(120)의 하단부가 제2용융로유닛(200) 운전 시 생성되는 용융물의 최대 높이보다 높게 형성되어 제1용융로유닛(100)이 제2용융로유닛(200)보다 상대적으로 높은 위치에 있도록 형성하면 된다. 즉, 제1용융로유닛(100)의 용융물이 제2용융로유닛(200)의 제2용융공간(220)으로 이동 가능한 구조면 측면에 위치하는 것도 가능하다.

상기의 제2용융로유닛(200)은 플라즈마토치(210)에 의해 폐기물을 가열하여 용융시키는 플라즈마용융로이다. 플라즈마용융로는 가연성 폐기물과 비가연성 폐기물 모두 슬래그화가 가능한 장점이 있으나, 액체성 폐기물의 처리에는 어려움이 있어, 일반적으로 액체성 폐기물을 플라즈마용융로로 처리할 경우에는 건조나 소각 등의 전처리가 필요하다. 그러나 본 발명에서는 제1용융로유닛(100)을 통해 액체성 폐기물을 처리 가능하기 때문에 거의 모든 종류의 폐기물 처리가 하나의 장치로 가능해진다.

상기 제2용융로유닛(200)은 밀도차에 의해 슬래그와 금속을 분리하여 배출할 수 있도록 2개의 배출구를 가진다. 비중 차이에 의해 무거운 금속용융물은 하부에 위치하고, 비중이 상대적으로 작은 슬래그는 용융물 상부에 위치한다. 따라서, 슬래그를 배출하기 위한 제2배출구(230)는 제2용융로유닛(200)의 제2용융공간(220) 측면부에 형성된다. 상기 제2배출구(230)는 제2용융로유닛(200) 운전 시 발생하는 용융물의 상부물질이 배출 가능하도록 상기 제2용융공간(220) 측면부 높이의 5~50% 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 제3배출구(240)는 상기 제2용융공간(220) 바닥부에 형성되어 금속용융물 배출을 포함한 용융물 전량배출도 가능하다. 금속용융물을 별도로 배출하는 것은 귀금속 등을 용이하게 추출하여 재활용하기 위함이며, 물질의 종류에 따라 처분 방식이 달라질 경우를 대비하기 위해서이기도 하다.

본 발명에서의 폐기물 투입은 도시된 바와 같이 유해성 폐기물이 담긴 폐기물드럼(400)을 바로 제2용융로유닛(200)에 투입할 수 있도록 드럼투입구(500)가 형성된다. 중저준위 방사성폐기물의 경우에는 드럼에 압축되어 보관 및 이송되는 경우가 일반적이며, 이러한 드럼을 별도의 개폐 없이 바로 용융시키면 방사성 폐기물이 주변 환경에 노출될 가능성이 감소하며, 효율적 처리가 가능해진다.

상기 제2용융로유닛(200)은 상기 폐기물드럼(500)을 자동 투입할 수 있는 드럼투입장치를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이 폐기물드럼(400)은 경사진 구배를 따라 드럼투입구(500)의 입구에서 대기상태가 되며 드럼이송모터(320), 드럼이송용실린더(350), 제1차폐문(330)과 제2차폐문(340)이 단계별로 연동되어 제2용융공간(220)으로 차례로 장입된다. 제2차폐문(340)이 열리게 되면 드럼이송용실린더(350)가 폐기물드럼(400) 1개를 밀어 넣어 장입한다. 제2차폐문(340)이 닫히면 제1차폐문(330)이 열리고 드럼이송모터(320)가 회전하여 드럼이송장치(310)가 가동되어 폐기물드럼(400) 1개가 드럼투입구(500)로 이송된다.

장입된 폐기물드럼(400)은 처음에는 드럼투입구(500) 내부에서 눕혀있는 상태로 미끄러져 이송되어 용융되나, 경우에 따라 드럼이 세워지는 상태로 이송되어 용융이 되기도 한다.

저온용융로인 제1용융로유닛(100)은 제2용융로유닛(200)의 플라즈마 토치 운전 및 유지보수 시 간섭사항이 없도록 배치한다.

제1용융로유닛(100)의 폐기물 투입은 도시된 바와 같이 상부에 형성된 제1투입구(110)를 통해서 이루어진다. 상기 제2용융로유닛(200)은 드럼투입구(500) 외에도, 드럼형 폐기물이 아닌 기타 폐기물이 투입될 수 있도록 별도의 제2투입구(250)가 제2용융공간(220) 상부에 형성되어 있다.

드럼투입구(500)는 제1차폐문(330)과 제2차폐문(340)에 의해 외부로 나가는 유해가스가 차단되며, 유해가스 차단을 더욱 용이하게 하기 위해드럼투입구(500)를 음압으로 유지하여 유해가스 누출을 사전 차단할 수 있도록 한다.

본 발명에서의 제1용융로유닛(100)과 제2용융로유닛(200)은 폐기물의 양과 종류에 따라 각각 단독으로도 운전이 가능하며, 동시 운전을 통해 유해성 폐기물의 종류에 상관없이 효율적인 처리도 가능하다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 유해성 폐기물을 처리하기 위한 복합용융로 장치에 있어서,
   유도코일에 의해 용융물을 형성하는 제1용융로유닛,
   플라즈마 토치에 의해 용융물을 형성하는 제2용융로유닛, 및
   상기 제1용융로유닛의 용융공간에서 상기 제2용융로유닛의 용융공간으로 용융물이 이동 가능하도록 연통되어 형성된 내부배출구를 포함하며,
   상기 제1용융로유닛은 하부에 경사진 바닥부를 포함하며,
   상기 내부배출구는 상기 제1용융로유닛의 경사진 바닥부의 하부에 형성되며,
   상기 경사진 바닥부의 상부에는 용융물의 적어도 일부를 상기 복합용융로 장치 외부로 배출할 수 있는 제1배출구가 형성되어 있으며,
   상기 제1용융로유닛은 상기 제2용융로유닛보다 상대적으로 높은 위치에 있으며,
   상기 제1용융로유닛은 상부에 형성된 제1투입구를 더 포함하고,
   상기 제2용융로유닛은 상부에 형성된 제2투입구를 포함하는 복합용융로 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 제1용융로유닛은 상기 제1배출구를 개폐하기 위한 배출구차단봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합용융로 장치.
4. 제1항에서,
   상기 제2용융로유닛은,
   상기 용융공간 측면의 적어도 일부에 연통되도록 형성된 제2배출구와,
   상기 용융공간의 바닥부에 연통되도록 형성된 제3배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합용융로 장치.
5. 제1항에서,
   상기 제1용융로유닛의 내부배출구는 상기 제2용융로유닛 용융공간의 천장부에 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 복합용융로 장치.
6. 제1항에서,
   상기 제2용융로유닛은 용융공간에 드럼을 투입하기 위한 드럼투입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합용융로 장치.
7. 제6항에서,
   상기 제2용융로유닛은 상기 드럼투입구에 드럼을 투입하기 위한 드럼투입장치를 더 포함하며,
   상기 드럼투입장치는 드럼이송장치, 드럼이송용실린더 중에서 적어도 하나를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 복합용융로 장치.

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