KR101974570B1 - 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 설비는 탄소(C)가 함유된 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시켜 제거하여 제 1 재생 원료를 생산하는 폐내화물 처리 장치 및 폐내화물 처리 장치에서 탄소(C)의 연소 중에 발생된 탈탄 부생 가스를 이용하여, 강 제조시 발생된 폐슬러지 중 황(S)을 제거하여 제 2 재생 원료를 생산하는 폐슬러지 처리 장치를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 폐내화물 중 탄소를 제거함으로써, 환경에 유해하지 않은 재생 원료를 제조할 수 있고, 강의 산세 처리에 사용된 폐산에 의해 폐슬러지 중 황(S)을 제거함으로써, 황(S)이 픽업을 억제할 수 있는 재생 원료를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 폐내화물 중 탄소를 제거함으로써, 환경에 유해하지 않은 재생 원료를 제조할 수 있고, 강의 산세 처리에 사용된 폐산에 의해 폐슬러지 중 황(S)을 제거함으로써, 황(S)이 픽업을 억제할 수 있는 재생 원료를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철 공정에서 발생된 폐기물을 재활용하여 새로운 원료를 생산하는 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법에 관한 것이다.
제철 공정에서 사용되는 전로, 전기로, 래들 등은 높은 내화성이 요구되기 때문에, 그 내장벽돌로서 내화성이 우수한 카본(C) 함유 내화물 즉, 마그네시아 카본(MgO-C) 내화물을 주로 사용한다.
한편, 이러한 내화벽돌은 일정기간 제철 공정에서 사용하고 나면, 내화벽돌의 가동면에 슬래그(slag) 및 이물질이 부착되어 변질이 일어나게 되므로, 내화 기능을 정상적으로 발휘하지 못하게 된다. 따라서, 일정 기간이 지나면 새로운 내화 벽돌로 교체를 하게 되는데, 이에 따라 생기는 폐내화물이 매년 1만톤 이상의 엄청난 양에 이른다.
이러한 폐내화물은 매립되는 것이 일반적이었는데, 매립지 포화가 가속화되고 있고, 새로운 매립 처리장을 건설하고 유지하기 위한 고가의 비용이 발생되고 있다. 또한, 폐내화물 매립에 따른 환경 오염이 발생되는 문제가 있다.
한편, 매립에 의한 문제를 해결하기 위하여, 폐내화물을 일부를 파쇄한 후, 입도에 따라 노반제나 내화 원료로 재활용하고 있다. 그런데, 폐내화물 중에서도 카본(C)이 함유된 내화물의 경우에는 매립시 지하수에 의한 수화 반응으로 분화되어 매립토에 융기가 발생되고, 매립지 내 암모니아(NH3)와 매탄가스(CH4) 등 가스가 발생되어 심각한 환경 오염의 문제가 된다.
또한, 강 특히 스테인레스 강의 마지막 공정 단계는 표면 결함을 제거하기 위한 소둔 산세 공정이다. 소둔 산세 공정에서는 불산, 질산 및 황산을 사용하며, 이를 중화처리하여 슬러지로 제조한 후, 탈수를 거쳐 매립하고 있다.
그런데, 산세액(불산, 질산 및 황산)을 중화처리 하여 발생된 슬러지(이하, 중화 슬러지)에는 불소(F) 성분이 포함되어 있기 때문에, 이를 매립할 경우 환경적으로 문제를 발생시킨다.
환경 오염 문제 발생을 해결하고자, 중화 슬러지를 건조시킨 후, 제강 공정에서 용선의 정련 과정에서 형석(CaF2)의 대체 원료 또는 형석(CaF2)과 함께 투입하는 부원료로서 재활용하는 방법이 있다. 그런데 중화 슬러지에는 황(S)이 포함되어 있기 때문에, 용선 중 황(S)이 픽업되는 문제가 발생된다.
본 발명은 폐내화물 및 강의 스케일 제거후 발생된 슬러지를 재활용하여 새로운 원료를 생산하는 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법을 제공한다.
본 발명은 폐내화물을 이용하여 새로운 내화 원료를 재생산할 때 발생된 열 및 부생 가스를 상기 슬러지를 이용하여 새로운 원료 생산에 사용할 수 있는 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 원료 생산 설비는 탄소(C)가 함유된 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시켜 제거하여 제 1 재생 원료를 생산하는 폐내화물 처리 장치; 및
상기 폐내화물 처리 장치에서 상기 탄소(C)의 연소 중에 발생된 탈탄 부생 가스를 이용하여, 강 제조시 발생된 폐슬러지 중 황(S)을 제거하여 제 2 재생 원료를 생산하는 폐슬러지 처리 장치;를 포함한다.
상기 폐내화물 처리 장치는 공기(air)를 이용하여 상기 폐내화물에 화염을 착화시켜, 상기 폐내화물 중 탄소(C)를 연소시키는 연소 장치를 포함한다.
상기 연소 장치는, 상기 폐내화물이 장입되는 내부 공간을 가지는 연소 몸체;
공기(air) 및 연료를 이용하여 상기 연소 몸체 내에 장입된 폐내화물에 화염을 착화시키도록, 상기 연소 몸체 상부에 설치되고, 착화 후에 상기 연소 몸체 내로 상기 공기(air)를 주입하는 점화기; 및 상기 연소 몸체 내부에서 상기 폐내화물의 탄소(C)의 연소 중에 발생된 열에 의해 가열 가능하도록, 적어도 일부가 상기 연소 몸체 내측에 매설되며, 내부로 유체의 통과가 가능한 제 1 열교환 유로;를 포함한다.
상기 폐슬러지 처리 장치는 상기 폐슬러지가 장입되는 내부 공간을 가지는 탈황 장치를 포함하고, 상기 연소 장치의 상기 탈탄 부생 가스를 상기 탈황 장치로 공급하도록, 일단이 상기 연소 장치에 연결되고, 타단이 상기 탈황 장치에 연결되도록 설치된 부생 가스 이송 라인을 포함한다.
상기 폐슬러지는 상기 탈황 장치의 상부로 투입되어 하측으로 낙하되고, 상기 부생 가스 이송 라인의 타단은 상기 탈황 장치의 하부에 연결된다.
상기 폐슬러지 처리 장치는 상기 연소 장치에서 상기 폐내화물의 탄소(C)의 연소 중에 발생된 열을 이용하여 폐슬러지를 건조시키는 건조 장치를 포함한다.
상기 건조 장치는, 상기 폐슬러지의 장입이 가능한 내부 공간을 가지는 건조 몸체; 및 상기 건조 몸체의 일측으로 장입된 폐슬러지를 타측으로 이송시키도록, 상기 건조 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되고, 상기 건조 몸체 내부에 설치되어 회전 가능하며, 내부에 상기 연소 장치의 열에 의해 가열된 상기 유체가 통과할 수 있는 제 1 건조 유체 유로가 마련된 제 1 건조기;를 포함한다.
상기 건조 장치는, 상기 건조 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되어, 상기 건조 몸체 외부에 장착되고, 내부에 상기 탈황 장치로부터 상기 폐슬러지의 탈황 중에 발생된 탈황 부생 가스가 흐를 수 있는 제 2 건조 유체 유로가 마련된 제 2 건조기를 포함한다.
상기 폐내화물 처리 장치는 상기 연소 장치의 제 1 열교환 유로로부터 전달된 유체를 냉각시켜 상기 제 1 건조 유체 유로로 전달하도록, 일단이 상기 제 1 열교환 유로와 연결되고, 타단이 상기 제 1 건조 유체 유로와 연결된 제 2 열교환 유로를 구비하며, 상기 제 2 열교환 유로를 따라 흐르는 유체를 냉각시키는 열교환 장치를 포함한다.
상기 폐슬러지 처리 장치는, 일단이 상기 제 2 건조기와 연결되어, 상기 제 2 건조기 내부를 통과한 탈황 부생 가스를 배출시키는 제 2 건조 유체 배출 라인; 상기 제 2 건조 유체 배출 라인의 연장 경로 상에 설치되어, 상기 탈황 부생 가스 중 S(황)을 흡착시키는 필터를 구비하는 배가스 처리 장치;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 방법은 탄소(C)가 함유된 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시키는 탈탄 과정을 포함하는 제 1 재생 원료 생산 과정; 및 강 제조시 발생된 폐슬러지 중 상기 탈탄 과정에서 발생된 탈탄 부생 가스를 이용하여 황(S)을 제거하는 탈황 과정을 포함하는 제 2 재생 원료를 생산 과정;을 포함한다.
상기 제 2 재생 원료 생산 과정은 상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는 과정을 포함하고, 상기 탈황 과정은, 건조된 상기 폐슬러지를 탈황한다.
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서, 적어도 일부가 상기 폐내화물의 탈탄이 이루어지는 연소 몸체 내측에 매설된 유로 내부로 유체를 통과시켜, 상기 탈탄 과정에서 발생된 열에 의해 상기 유체를 가열시키고, 가열된 상기 유체의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시킨다.
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서, 상기 유로를 통과하여 가열된 유체를 냉각시켜 온도를 조절한 후, 온도 조절된 상기 유체의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시킨다.
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서, 상기 탈황 과정에서 발생된 탈황 부생 가스의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시킨다.
상기 폐슬러지를 건조하는데 사용된 상기 유체를 회수하여, 상기 유로로 재공급한다.
상기 폐슬러지를 건조하는데 사용된 상기 탈황 부생 가스를 회수하는 과정;
회수된 상기 탈황 부생 가스로부터 황(S)을 제거하는 배가스 처리 과정; 및
황(S)이 제거된 상기 탈황 부생 가스를 배출하는 과정;을 포함한다.
상기 폐슬러지는 강의 산세 처리에 사용된 폐산을 중화시킨 폐슬러지를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 폐내화물 중 탄소를 제거함으로써, 환경에 유해하지 않은 재생 원료를 제조할 수 있고, 강의 산세 처리에 사용된 폐산에 의해 폐슬러지 중 황(S)을 제거함으로써, 황(S)이 픽업을 억제할 수 있는 재생 원료를 제조할 수 있다.
그리고, 폐내화물 탈탄 시에 발생된 부생 가스 및 열을 그대로 폐기하지 않고, 폐슬러지의 재생에 재활용함에 따라, 폐슬러지를 재생하는 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 폐슬러지를 실시예에 따른 방법으로 재생한 원료는 제강 조업에서 형석(CaF2)과 함께 투입되거나, 형석(CaF2)을 대체하여 투입될 수 있다. 따라서, 형석(CaF2) 부원료 투입 비용을 줄일 수 있고, 이는 전체적으로 용강 생산 비용을 절감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 설비를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 연소 장치에서 발생되는 부생 가스 및 생성량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 폐내화물의 입경에 따른 탈탄율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 연소 장치로의 공기 유입량에 따른 탈탄 속도 및 탈탄율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 연소 장치에 의해 제조된 제 1 재생 원료를 성분 분석기를 이용하여 성분 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 연소 장치에서 발생되는 부생 가스 및 생성량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 폐내화물의 입경에 따른 탈탄율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 연소 장치로의 공기 유입량에 따른 탈탄 속도 및 탈탄율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 연소 장치에 의해 제조된 제 1 재생 원료를 성분 분석기를 이용하여 성분 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 제철 조업에서 발생되는 폐기물을 재활용하여 새로운 원료를 생산하는 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법에 관한 것이다. 여기서, 폐기물은 카본(C)을 포함하는 내화물(이하, 폐내화물)과, 강의 표면 결함 제거에 사용된 산세액을 중화처리하여 발생된 폐슬러지를 포함한다.
보다 구체적으로, 폐내화물은 수명을 다한 전로, 전기로, 래들 등의 벽체를 이루는 내화벽돌을 분해 또는 해체하여 발생된 내화물일 수 있다. 그리고, 폐내화물은 탄소(C)를 포함하는 폐내화물일 수 있으며, 예컨대 마그네시아 카본(MgO-C)계 내화물일 수 있다.
그리고, 폐슬러지는 상술한 바와 같이 강 예컨대 스테인레스 강의 표면에 발생된 결함 예컨대, 스케일 제거(소둔 산세 공정) 사용된 폐산을 중화하여 발생된 슬러지일 수 있다.
이하, 강의 소둔 산세 공정 및 폐산의 중화에 대해 간략히 설명한다.
먼저, 강판 예컨대 스테인레스 강판의 산세 공정은, 약 1050℃ 내지 1150℃로 가열하여 소둔하는 과정, 소둔 종료 후 강판을 용융염 처리하는 과정, 용융염 처리 후 강판을 황산조에 침지시켜 산세하는 1차 산세 과정, 황산조에 침지 후 강판을 불산(HF)과 질산(HNO3)이 혼합된 혼산조에 침지시켜 산세하는 2차 산세 과정을 포함한다.
스테인레스 강판을 약 1050℃ 내지 1150℃의 온도에서 소둔하면, 강 표면에 산화 스케일이 형성된다. 용융염 처리 시에 온도는 예컨대 400 내지 550℃ 일 수 있다. 이러한 용융염 처리를 통해 강판 표면에 형성된 산화 스케일이 용해되고, 크랙이 발생된다.
용융염 처리된 강을 황산조에 장입하여 황산(H2SO4)에 침지시키면, 수소 가스 발생으로 인해 스케일과 모재 사이에 크랙을 발생된다. 즉, 강판을 황산에 침지시키면, 이후 혼산조에서 스케일의 제거가 용이하도록, 모재와 스케일의 계면이 활성화되며, 스케일의 일부가 제거된다.
이후, 강판은 혼산조로 침지된다. 혼산 중, 불산(HF)은 모재를 용해하여 스케일을 제거하고, 질산(HNO3)은 부동태 피막 형성에 기여하여 국부적 과산세를 방지한다. 즉, 혼산조에서는 황산조에서 제거되지 않은 잔류 스케일을 완전히 제거하고, 강의 표면에 보호피막을 형성한다.
혼산조를 거친 강판은 브러쉬롤과 세척기를 통과한 다음, 건조 장치에서 표면의 수분을 완전히 제거하고 스킨패스롤(Skin Pass Roll; 11)에서 형상을 고르게 하여 권취기에서 권취후 열연코일로서 제품 출하되거나 냉간압연을 위해 냉연공장으로 보내진다.
상술한 바와 같은 1차 산세 및 2차 산세 공정이 종료되면, 1차 산세 과정에서 사용된 황산과, 2차 산세 과정에서 사용된 혼산을 회수한다. 그리고, 황산과 혼산을 중화조에 장입하고, Ca(OH)2를 포함하는 중화 용매를 이용하여 중화시키며, 중화 반응은 아래 반응식 1,2와 같다.
반응식 1) 2HF + Ca(OH) 2 --> CaF2 + H2O
반응식 2) H2SO4 + Ca(OH) 2 --> CaSO4 + H2O
상술한 바와 같은 중화 반응에 의해 CaF2(형석), CaSO4(석고) 및 H2O를 포함하는 슬러지가 생성된다.
본 발명의 실시예에서는 상술한 바와 같이 강의 소둔 산세 공정에서 활용된 폐산을 중화시켜 발생된 슬러지 즉, 폐슬러지를 재활용하여, 새로운 원료 예컨대 제강 공정에서 용선으로 투입되는 부원료(이하, 제강 부원료)를 제조한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 설비 및 원료 생산 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 설비를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 장치를 도시한 단면도이다. 도 3은 연소 장치에서 발생되는 부생 가스 및 생성량을 나타낸 그래프이다. 도 4는 폐내화물의 입경에 따른 탈탄율을 나타낸 그래프이다. 도 5는 연소 장치로의 공기 유입량에 따른 탈탄 속도 및 탈탄율을 나타낸 그래프이다. 도 6은 연소 장치에 의해 제조된 제 1 재생 원료를 성분 분석기를 이용하여 성분 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 폐내화물을 재활용하여 제조된 새로운 원료를 제 1 재생 원료, 폐슬러지를 재활용하여 제조된 새로운 원료를 제 2 재생 원료라 명명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원료 생산 설비는, 폐내화물을 재활용하여 제 1 재생 원료를 제조하는 장치로서, 폐내화물 중 탄소(C)를 연소시켜 불순물을 제거하는 폐내화물 처리 장치(2000) 및 산세 공정에 사용된 폐산을 중화처리하여 발생된 폐슬러지를 재활용하여 제 2 재생 원료를 제조하는 장치로서, 폐내화물 처리 장치에서 폐내화물 처리 중에 발생된 열 및 부생 가스를 이용하여 폐슬러지를 건조하면서 이와 동시에 폐슬러지 중 황(S)을 제거하는(탈황) 폐슬러지 처리 장치(3000)를 포함한다.
폐내화물 처리 장치(2000)는 폐내화물 중 탄소(C)를 연소시켜 제거하며, 이때 발생된 열을 이용하여 유체를 가열하는 연소 장치(2100) 및 연소 장치(2100)로부터 제공된 유체의 온도를 온도를 하락시키는 열교환 장치(2200)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 연소 장치(2100)는 내부 공간을 가지는 연소 몸체(2110), 연소 몸체(2110)의 상측 개구를 폐쇄하도록 설치된 커버(2120), 커버(2120)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되어, 연소 몸체(2110) 내부로 장입된 폐내화물에 화염을 착화시키는 점화기(2130), 내부로 유체가 통과 가능하며, 연소 몸체(2110)의 내측에 매설된 제 1 열교환 유로(2150)를 포함한다.
연소 몸체(2110)는 폐내화물이 장입될 수 있는 내부 공간을 가지며, 상측이 개방된 통 형상일 수 있다. 이러한 연소 몸체(2110)는 예컨대, 내부 공간을 가지며, 내화물로 형성된 내화벽체 및 내화벽체의 외벽을 둘러싸도록 설치 되어 , 연소 몸체의 외관을 이루는 철피를 포함할 수 있다.
그리고, 연소 몸체(2110)의 내부 공간에는 상기 연소 몸체(2110)의 직경 방향으로 연장 형성되며, 복수의 개구를 포함하는 다공판이 설치될 수 있다. 다공판(2140)은 폐내화물은 통과하지 못하고, 연소 반응에 의해 발생된 부생 가스의 통과가 가능하도록, 다공판(2140)에 마련된 복수의 개구 각각의 크기가 폐내화물의 입경에 비해 작도록 마련한다. 그리고, 다공판(2140)은 연소 몸체(2110) 내부에서 하측 공간에 설치되는 것이 바람직하며, 다공판(2140)의 상측 공간은 폐내화물이 장입되어 연소되는 공간이고, 다공판(2140)의 하측 공간을 연소 반응에 의한 부생 가스가 모이는 공간일 수 있다.
그리고, 연소 몸체(2110)의 하부 중, 다공판(2140)의 상측에는 연소 장치(2100)에서 탄소의 연소가 종료된 폐내화물 즉, 제 1 재생 원료가 배출되는 배출구(2111)가 마련될 수 있다. 또한, 다공판(2140)의 상측에 해당하는 연소 몸체(2110)의 하부 영역은, 상기 다공판(2140)이 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지는 형상인 것이 바람직하다.
점화기(2130)는 커버(2120)를 상하 방향으로 관통하도록 설치된다. 그리고, 점화기(2130)의 일측에는 공기(air)를 공급하는 제 1 연료 공급관(2131) 및 타측에는 공기를 연소시키기 위한 연료 예컨대 LPG를 공급하는 제 2 연료 공급관(2132)이 설치된다.
제 1 연료 공급관(2131) 및 제 2 연료 공급관(2132)을 통해 공기 및 LPG가 공급되면, 화염이 발생되며, 이 화염은 연소 몸체(2110) 내부에 장입된 폐내화물의 최상측 표면에 착화되며, 화염 착화시에 온도는 약 800℃ 내지 900℃이다. 화염이 착화된 후에는 제 1 연료 공급관(1231)을 통해 공기만을 공급하면, 약 1400℃의 분위기 하에서 폐내화물의 탄소와 산소가 반응하는 자가 연소 반응이 실시되며(반응식 3 및 4 참조), 이러한 연소 반응에 의해 폐내화물로부터 탄소가 제거된다.
반응식 3) C + O2 --> CO2 + 94.1kcal/mol
반응식 4) C + 1/2O2 --> CO + 26.4kcal/mol
폐내화물을 연소 장치(2100)로 장입하는데 있어서, 장입되는 폐내화물의 입경은 1mm 이상, 15mm 이하인 것이 바람직하다. 폐내화물의 입경은 폐내화물을 파쇄하는 과정 및 입경 별 선별 중 적어도 하나의 과정을 거쳐 조절할 수 있다.
도 4를 참조하면, 폐내화물의 입경이 1mm 이상, 15mm 이하일 경우 탈탄율((연소 처리 후 탄소 함량/폐내화물 연소 처리 전, 탄소 함량)*100%)이 90% 이상이나, 입도가 1mm 미만일 경우, 탄탄율이 80% 이하이다.
폐내화물의 입경이 1mm 미만일 경우, 연소 장치(2100)로 장입된 폐내화물 입자들 간의 이격 공간이 작아 통기성이 저하되어, 공기가 통과 또는 흐를 수 있는 유로가 부족하게 됨에 따라, 탈탄 반응이 저감된다. 반대로, 폐내화물의 입경이 15mm를 초과하는 입자의 경우, 그 입자가 너무 커 그 내부에 있는 탄소까지 반응되지 못한다.
따라서, 실시예에서는 연소 장치(2100)로 장입되는 폐내화물의 입경이 1mm 이상, 15mm 이하, 바람직하게는 1mm 이상, 7mm 이하가 되도록 한다.
또한, 실시예에서는 연소 장치(2100) 내부로 공급되는 공기의 유량을 100Nm3 내지 160Nm3, 바람직하게는 100Nm3 내지 140Nm3으로 조절한다.
도 5를 참조하면, 공기의 유량이 100Nm3 미만 또는 160Nm3 를 초과할 경우 탈탄율이 80% 이하로 낮다. 따라서, 실시예에서는 연소 장치(2100) 내부로 공급되는 공기의 유량을 100Nm3 내지 160Nm3, 바람직하게는 100Nm3 내지 140Nm3으로 조절한다.
한편, 전로, 전기로 및 래들 등으로 제조하는 내화물에는 탄소가 고온에서 산화되는 것을 방지하기 위해, Al 금속이 첨가되어 있다. 그런데, Al 금속 첨가제 및 탄소가 포함된 내화물로 전로, 전기로 또는 래들을 제조하여 사용한 후의 폐내화물에는 Al가 탄소의 반응으로 인한 Al 4 C 3 가 형성되어 잔류하고 있다. Al4C3를 포함하는 폐내화물을 골재 등의 내화원료로 재활용하는 경우, Al4C3가 공기 중 수분이나 첨가된 물에 의해 급속히 수화되어 분화된다. 이에 따라 골재 또는 내화원료로서의 기능을 상실하게 되는 문제가 있다.
반응식 5) 4AL + 3C --> Al4C3(1500℃ 내지 1700℃)
반응식 6) Al4C3 + 12H2O --> 4Al(OH)3 + 3CH4
그러나, 본 발명의 실시예에서는 연소 장치(2100) 내부로 공기를 주입하여 산화 분위기에서 탄소를 연소 시키므로, 폐내화물에 포함된 Al4C3가 충분히 산화되어, 안정한 산화물로 변환됨으로써(반응식 7 참조), 종래와 같이 Al4C3로 인한 문제 발생을 방지할 수 있고, 이에 내화원료로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
반응식 7) MgO + Al4C3 + 5(1/2)O2 --> MgAl2O4 + 4CO2
연소 장치(2100)에서 탄소(C)를 제거한 즉, 탈황된 폐내화물 즉, 제 1 재생 원료를 성분 분석기 예컨대, XRD(X-ray diffractometer)를 이용하여 성분 분석하면, 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 탈황된 폐내화물 또는 제 1 재생 원료에는 Al4C3가 포함되어 있지 않으며, 반응식 7과 같이 Al4C3가 MgAl2O4로 변환된 것을 확인할 수 있다.
이렇게, 연소 장치(2100) 내 폐내화물 중 탄소(C)가 연소되어 가스 상태로 제거되면, 탄소를 포함하지 않는 또는 탄소 함량이 최소화된 MgO계 내화물이 생산되는데, 이렇게 탄소가 제거된 폐내화물이 제 1 재생 원료이다.
이러한 제 1 재생 원료는 제철 조업에서 고품위 내화원료로 재활용될 수 있다. 또한, 제 1 재생 원료의 재활용 분야는 이에 한정되지 않고, 원전용 및 토목 건축용 재료로 재활용되거나, 노반 재료로도 재활용될 수 있다.
한편, 전로, 전기로, 래들 등의 수명이 종료되어 이들을 해체할 때, 고온의 열을 냉각시키기 위해 물을 분사한다. 이에, 물에 의해 폐내화물이 수화되어 OH 이온이 발생된다.
따라서, 상술한 바와 같은 연소 장치(2100)에서의 폐내화물의 탄소가 연소되면, CO, CO2 가스뿐만 아니라, 공기 중 질소, OH 및 폐내화물 간의 반응에 의한 NH3 가 부생되며, 폐내화물의 종류에 따라 CH4 가스가 더 부생된다. 여기서 NH3는 공기 중 질소 및 OH와의 반응에 의해 생성된 가스일 수 있고, CH4 는 탄소와 OH 간의 반응으로 인해 생성된 가스일 수 있다.
실시예에서는 폐내화물로서 탄소(C)가 함유된 폐내화물을 사용하는데, 보다 구체적인 예로, MgO-C계 폐내화물 및 Al2O3-MgO-C계 폐내화물 일 수 있다.
그리고, 폐내화물의 종류에 따라 탄소 함량 및 탄소의 연소 반응에 의한 발열량이 다를 수 있다. 표 1을 참조하면, MgO-C 계 폐내화물이 Al2O3-MgO-C 계 폐내화물에 비해 탄소 함량이 많아, MgO-C 계 폐내화물이 Al2O3-MgO-C 계 폐내화물에 비해 열량이 크다.
| 구분 | 탄소 함량 | 발열량(kcal.kg) | 부생 가스 조성 및 성분별 함량wt% |
| MgO-C계 폐내화물 | 11.2 wt% | 1,880 | NH3, CH4, CO, CO2 |
| Al2O3-MgO-C계 폐내화물 | 6.8 wt% | 1,240 | NH3, CO, CO2 |
그리고, 도 3을 참조하면, 연소 장치에서 발생된 부생 가스 중, CO2, CO 및NH3의 함량은 연소 장치(2100)의 온도에 따라 달라진다. 즉, 온도의 증가에 따라 산소(O2)의 함량이 감소하고, CO2 및 NH3의 함량이 증가함을 확인할 수 있으며, 도시되어 있지는 않지만, 온도 증가에 따로 CH4 함량 역시 증가한다. 이는 온도 증가에 따라 폐내화물과 공기 간의 연소 반응의 활발해지기 때문이며, 이에 따라 온도 증가에 따라 연소의 연료로 사용되는 산소(O2) 함량이 감소하고, 연소 반응에 의한 부생물인 CO2, NH3 및 CH4의 생산량이 증가함을 확인할 수 있다.
연소 장치(2100)에서 탄소의 연소 반응에 의해 발생된 부생 가스(CO, CO2, NH3, CH4)를 후술되는 폐슬러지 처리 장치(3000)의 탈황 장치(3200)로 공급하여, 폐슬러지를 건조하고 상기 폐슬러지 중 황(S)을 제거하는 탈황제로서 재활용한다. 이를 위해, 연소 장치(2100)와 탈황 장치(3200)를 연결하도록 부생 가스 이송 라인(4300)이 마련된다.
부생 가스 이송 라인(4300)은 가스의 이동이 가능한 내부 공간을 가지는 파이프 형상으로서, 일단이 일단이 연소 장치(2100) 보다 구체적으로는 연소 몸체(2110)의 하부에 연결되고, 타단이 탈황 장치(3200)에 연결된다. 이때, 부생 가스 이송 라인(4300)은 그 일단이 다공판(2140)의 하측에 해당하는 연소 몸체(2110)의 내부 공간과 연통되도록 상기 연소 몸체(2110)에 연결될 수 있다. 그리고, 부생 가스 이송 라인(4300)의 타단은 탈황 장치(3200)의 하부와 연결되는 것이 바람직하다.
제 1 열교환 유로(2150)는 그 내부로 유체 예컨대 물 또는 오일(Oil)의 통과가 가능한 파이프 형상으로서, 연소 몸체(2110)의 내부 공간을 둘러 싸도록 상기 연소 몸체(2110)의 내측에 마련된다. 다른 말로 하면 제 1 열교환 유로(2150)는 연소 몸체(2110) 내에 매설된다. 그리고, 제 1 열교환 유로(2150)의 일단은 유체가 내부로 유입되는 유입단이며, 타단은 이후 설명되는 열교환 장치의 제 2 열교환 유로(2220)와 연결된다.
연소 장치(2100)의 동작시에 제 1 열교환 유로(2150)를 통해 흐르는 유체 즉, 물 또는 오일은 상기 연소 장치(2100)의 연소 반응에 의해 발생된 열에 의해 약 500℃ 내외의 온도로 가열된다.
한편, 상술한 바와 같이 실시예에 따른 연소 장치(2100)에서는 폐내화물 내 탄소의 자가 연소 반응에 의해 반응열(반응식 3에 의한 반응열 + 반응식 4에 의한 반응열)이 발생된다. 그리고, 폐내화물 중 탄소가 주로 연소 반응하므로, 발생된 열은 폐내화물을 구성하는 탄소 외 다른 재료와 제 1 열교환 유로(2150)를 따라 흐르는 유체로 뺏기게 된다. 다른 말로 하면, 연소 장치(2100)에서 최종적으로 발생되는 열량(Q(System))은 폐내화물 중 탄소의 연소에 의한 열량(Q(carbon))에서 폐내화물 중 탄소 외 다른 재료의 열량(Q(material)) 및 제 1 열교환 유로(2150)가 매설된 연소 몸체(2110)로 뺏기는 열량(Q(wall))을 차감한 열량이 된다(수학식 1 참조)
수학식 1) Q(System) = Q(carbon) - Q(material) - Q(wall)
상술한 연소 장치(2100)의 최종 열량은 폐내화물의 탄소 함량과 내화물의 성분 조성에 따라 그 값의 차이가 있으며, 열량 측정 장치를 이용하여 탄소를 포함하는 폐내화물의 종류에 따른 열량을 측정한 결과, 평균 1,000kcal/kg 이상의 열량을 방출할 수 있는 것으로 확인되었다. 이로부터 연소 장치(2100)는 상당한 에너지를 확보할 수 있음을 알 수 있고, 건조 장치(3100)에서 폐슬러지를 건조시키는데 충분한 열량을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
실시예에서는 연소 장치(2100)의 열에 의해 가열된 유체를 폐슬러지 처리 장치(3000)의 건조 장치에서 폐슬러지를 건조하는데 재활용하는데, 연소 장치(2100)에서 배출된 유체를 바로 건조 장치(3100)로 공급하기에는 그 온도가 너무 높을 수 있다. 다른 말로 하면, 연소 장치(2100)에서 배출된 유체의 온도는 약 500℃이나, 폐슬러지는 100℃ 내지 200℃의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다.
따라서, 실시예에서는 연소 장치(2100)의 제 1 열교환 유로(2150)로부터 배출된 유체를 열교환 장치(2200)로 공급하여, 그 온도를 100 내지 200℃의 온도로 저감시킨다. 이때, 열교환 장치(2200)는 제 1 열교환 유로(2150)의 외부에서 상기 제 1 열교환 유로(2150)를 냉각시켜, 상기 제 1 열교환 유로(2150) 내로 흐르는 유체를 냉각시킨다.
실시예에 따른 열교환 장치(2200)는 예컨대, 내화물로 이루어진 몸체(이하, 열교환 몸체(2210)), 적어도 일부가 열교환 몸체(2210) 내부에 매립되도록 설치되며, 내부에 연소 장치(2100)의 제 1 열교환 유로(2150)로로부터 유입된 유체가 흐르는 제 2 열교환 유로(2220)를 포함한다.
열교환 몸체(2210)가 내화물로 이루어지는 것은, 제 2 열교환 유로(2220)를 따라 흐르는 유체가 냉각될 때, 외부 환경 요인에 대응하여 균일한 온도로 냉각되도록 하기 위함이다.
그리고, 열교환 장치(2200)는 제 2 열교환 유로(2220)의 연장 방향으로 연장 형성되어, 제 2 열교환 유로(2220)의 외주면과 이격되도록 외측을 둘러싸도록 설치되며, 그 내부로 유체에 비해 온도가 낮은 냉각 매체 예컨대 냉각수, 오일(oil) 또는 가스가 흐르는 외관을 포함할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 외관은 열교환 몸체(2210) 내부에 매립 설치되며, 그 내부에 제 2 열교환 유로(2220)가 삽입 설치되고, 외관과 제 2 열교환 유로(2220) 사이의 이격 공간으로 냉각 매체가 순환한다. 그리고 외관의 일단으로는 냉각 매체가 유입되고, 타단으로는 냉각 매체가 배출되도록 마련될 수 있다.
제 2 열교환 유로(2220)는 유체의 이동이 가능한 파이프의 형태로서, 일단은 제 1 열교환 유로(2150)의 타단과 연결되며, 타단은 건조 장치(3100)와 연결된다. 이러한 제 2 열교환 유로(2220) 내부로 유체가 공급되면, 상기 유체가 제 2 열교환 유로(2220)의 외부에서 흐르는 냉각 매체 예컨대 냉각수에 의해 그 온도가 하락하며, 제 2 열교환 유로(2220)의 타단으로 배출될 때 유체의 온도는 100 내지 200℃일 수 있다. 그리고, 제 2 열교환 유로(2220)의 타단으로 배출될 때 유체는 스팀(steam) 이거나 오일일 수 있다.
실시예에서는 열교환 장치(2200)가 열교환 몸체(2210), 적어도 일부가 열교환 몸체(2210) 내부에 매립되도록 설치된 제 2 열교환 유로(2220) 및 열교환 몸체(2210) 내부에서 제 2 열교환 유로(2220)의 외주면을 둘러싸도록 설치된 외관을 포함하도록 구성된 예를 설명하였다. 하지만, 열교환 장치(2200)는 제 2 열교환 유로(2220)를 따라 흐르는 유체를 냉각시킬 수 있는 다양한 형태 또는 구조로 변경될 수 있으며, 예컨대 일반적인 칠러(chiller) 구조 일 수 있다. 또한 다른 예로 열교환 장치(2200)는 열교환 몸체(2210)의 외주면을 제 2 열교환 유로(2220)가 둘러싸도록 설치되어, 외기에 의해 제 2 열교환 유로(2220) 내 유체가 냉각되도록 하는 수단일 수도 있다.
실시예에서는 폐내화물 처리 장치(2000) 보다 구체적으로 연소 장치(2100) 또는 열교환 장치(2200)를 통과하여 온도가 조절된 유체를 폐슬러지 처리 장치(3000)의 건조 장치(3100)로 이송시켜 폐슬러지를 건조시킨다. 이에, 연소 장치(2100) 또는 열교환 장치(2200)를 통과하여 폐슬러지 처리 장치(3000)의 건조 장치(3100)로 공급되는 유체를 '제 1 건조 유체'라 명명한다.
도 1을 참조하면 폐슬러지 처리 장치(3000)는, 폐슬러지 중 수분을 제거하여 건조시키는 건조 장치(3100) 및 건조 장치(3100)에서 건조된 폐슬러지를 더 건조하면서, 상기 폐슬러지 중 황(S)을 제거하는 탈황 장치(3200)를 포함한다. 또한, 폐슬러지 처리 장치(3000)는, 폐슬러지와 물을 혼합하여, 폐슬러리를 슬러리(Slurry)화하여 건조 장치(3100)로 공급하는 예비 처리 장치(3300) 및 건조 장치(3100)로부터 배출된 건조 유체 중 불순물을 제거하는 배가스 처리 장치(3500), 탈황 장치(3200)로부터 배출된 재생 원료를 조립하는 성형 장치(3400), 배가스 처리 장치(3500)의 후단에 위치된 송풍기(3600) 및 집진 장치(3700)를 더 포함할 수 있다.
건조 장치(3100)는 폐슬러지의 장입 및 이동이 가능한 내부 공간을 가지는 몸체(이하, 건조 몸체(3110)), 건조 몸체(3110) 내부에 마련되어, 폐슬러지를 일 방향으로 이송시키면서, 폐내화물 처리 장치(2000)로부터 제공된 제 1 건조 유체를 이용하여 폐슬러지를 건조시키는 제 1 건조기(3120)를 포함한다. 또한, 건조 장치(3100)는 탈황 장치(3200)에서 부생된 가스를 이용하여 건조 몸체(3110) 내부의 슬러지를 건조시키는 제 2 건조기를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 건조 장치(3100)는 폐슬러지 내 수분이 10% 이하가 되도록 건조한다.
건조 몸체(3110)는 일 방향으로 연장 형성된 통 형상이며, 건조 몸체(3110)의 연장 방향의 일단에는 폐슬러지가 유입될 수 있는 입구가 마련되고 타단에는 건조가 종료된 폐슬러지를 탈황 장치(3200)로 배출시키는 배출구가 마련된다. 그리고 건조 몸체(3110)의 배출구와 탈황 장치를 연결하도록, 파이프 형태의 폐슬러지 이송 라인(5000a)이 연결될 수 있다.
제 1 건조기(3120)는 건조 몸체(3110)의 연장 방향으로 연장 형성되어, 건조 몸체(3110) 내부에 설치된다. 이러한 제 1 건조기(3120)는 회전 가능하고, 내부에 제 1 건조 유체가 흐를 수 있는 유로(이하, 제 1 건조 유체 유로(3122))가 마련된 회전체(3121) 및 회전체(3121)의 외주면에서 상기 회전체(3121)의 연장 방향을 따라 나열 배치된 복수의 패들(paddle)(3123)을 포함한다.
여기서, 제 1 건조 유체 유로(3122)와 제 2 열교환 장치(2200)의 제 2 열교환 유로(2220)를 연결하도록, 유체의 통과가 가능한 제 1 건조 유체 이송 라인(4100a)이 설치된다. 즉, 제 1 건조 유체 이송 라인(4100a)의 일단이 제 2 열교환 유로(2220), 타단이 제 1 건조 유체 유로(3122)와 연결된다.
제 1 건조기(3120)는 그 회전에 의해, 건조 몸체(3110)의 입구를 통해 장입된 폐슬러지를 배출구를 향해 이송시킨다. 그리고 이때 제 1 건조기(3120)의 회전 체(3121) 내부로 유입된 100℃ 내지 200℃의 제 1 건조 유체에 의해, 제 1 건조기(3120)가 가열되며, 이에 따라 건조 몸체(3110) 내부의 폐슬러지가 가열된다. 즉, 제 1 건조 유체 유로(3122)를 따라 흐르는 제 1 건조 유체에 의해, 제 1 건조기(3120) 및 건조 몸체(3110) 내부가 가열되며, 이에 제 1 건조기(3120)의 열 및 건조 몸체(3110) 내부의 열에 의해 폐슬러지가 건조된다.
제 1 건조기(3120)에서 폐슬러지를 건조하는데 사용된 제 1 건조 유체는 다시 연소 장치(2100)의 제 1 열교환 유로(2150)로 회수된다. 이를 위해, 제 1 건조 유체 유로(3122)의 타단과 연소 장치(2100)의 제 1 열교환 유로(2150)를 연결하도록 제 1 건조 유체 회수 라인(4100b)을 마련할 수 있다.
제 1 건조 유체 회수 라인(4100b)은 제 1 건조 유체의 통과가 가능한 파이프 형상이며, 일단은 회전체(3121)의 내부에 마련된 제 1 건조 유체 유로(3122)의 타단과 연결되고, 타단은 제 1 열교환 유로(2150)와 연결된다. 이에, 제 1 건조기(3120)에서 폐슬러지의 건조에 사용되어 온도가 하락한 제 1 건조 유체는 제 1 건조 유체 회수 라인(4100b)을 통해 회수되어 다시 제 1 열교환 유로(2150)의 일단으로 유입되고, 다시 폐내화물의 탄소 연소에 의해 발생된 열에 의해 가열되어, 폐슬러지를 건조하는데 사용될 수 있다.
또한, 건조 몸체(3110) 내부의 폐슬러지는 상기 건조 몸체(3110) 상에 장착된 제 2 건조기(3130)에 의한 열에 의해서도 건조될 수 있다.
제 2 건조기(3130)는 예컨대 건조 몸체의 상부에 장착되며, 건조 몸체와 대응하는 방향으로 연장 형성되어, 내부에 탈황 장치에서 탈황 중에 발생된 고온의 탈황 가스가 흐를 수 있는 유로가 마련된 형태이다.
이하에서는 탈황 장치(3200)에서 탈황중에 발생되어 제 2 건조기(3130)로 공급되는 탈황 부생 가스를 제 2 건조 유체라 명명하고, 건조 몸체(3110)에 마련된 유로를 제 2 건조 유체 유로(3131)라 명명한다.
제 2 건조기(3130)의 연장 방향의 일단에는 제 2 건조 유체가 유입될 수 있는 입구가 마련되고, 타단에는 제 2 건조 유체가 외부로 배출될 수 있는 배출구가 마련된다.
그리고, 탈황 장치(3200)와 제 2 건조기(3130)를 연결하도록, 파이프 형태의 제 2 건조 유체 이송 라인(4200a)이 연결된다. 제 2 건조 유체 이송 라인(4200a)의 일단은 탈황 장치(3200)와 연결되고, 타단은 제 2 건조기(3130)와 연결된다.
이러한 제 2 건조기(3130)는 제 2 건조 유체 이송 라인(4200a)을 통해 탈황 장치(3200)로부터 제공된 제 2 건조 유체에 의해 가열되며, 이 열이 건조 몸체(3110)를 가열하며, 이에 따라 건조 몸체(3110) 내부의 폐슬러지가 건조된다.
제 2 건조기(3130)로 유입되어 건조 몸체(3110)를 가열한 또는 폐슬러지의 가열에 사용된 제 2 건조 유체는 제 2 건조기(3130)의 타단에 연결된 제 2 건조 유체 배출 라인(4200b)을 통해 외부로 배출된다.
상기에서는 건조 장치(3100)가 제 1 건조기(3120)와 제 2 건조기(3130)를 모두 구비하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 어느 하나만을 구비하여, 폐슬러지 내 수분이 10% 이하가 되도록 건조할 수 있다.
한편, 폐슬러지는 상술한 바와 같이 건조 장치(3100)의 건조 몸체(3110) 내로 장입되어, 일방향으로 이송되면서 건조된다. 이때, 실시예에서는 건조 몸체(3110) 내에서 폐슬러지의 이송을 보다 용이하도록 하기 위해, 폐슬러지에 물을 혼합하여 슬러리화 한 후에, 슬러리 상태의 폐슬러지를 건조 몸체(3110)로 장입시킨다.
즉, 중화 처리된 폐슬러지의 수분 함량은 40% 내지 60% 이며, 실시예에서는 예비 처리 장치(3300)를 통해 상기 폐슬러지와 수분을 혼합시켜 슬러리 상태로 만든 후, 건조 장치(3100)로 이송시킨다.
실시예에 따른 예비 처리 장치(3300)는 폐슬러지 및 물의 장입과 혼합 공간을 제공하는 내부 공간이 마련된 몸체(이하, 혼합 몸체(3310)), 혼합 몸체(3310) 내부에 설치되며, 회전 가능한 교반기(3320)를 포함한다
그리고 예비 처리 장치(3300)와 건조 몸체(3110)를 연결하도록 폐슬러지 이송 라인(5000b)가 설치될 수 있다.
폐슬러지와 물이 혼합 몸체(3310) 내부로 장입되면, 교반기(3320)의 동작에 의해 폐슬러지와 물이 혼합되어 슬러리화 된다. 이때, 실시예에서는 예비 처리 장치(3300)에서 폐슬러지의 수분 함량이 65% 내지 70%가 되도록 한다.
건조 장치(3100)에서 건조된 폐슬러지는 이후 탈황 장치(3200)에서 건조 및 탈황된 후, 성형 장치(3400)에 의해 펠렛 형태의 새로운 원료 즉, 제 2 재생 원료로 제조된다. 그런데, 건조된 폐슬러지는 미립자 입자로 구성되기 때문에, 응집 또는 펠렛으로의 제조가 용이하지 않을 수 있다.
따라서, 건조 장치(3100)에서 건조된 폐슬러지를 탈황 장치(3200)로 이송시키기 전에, 폐슬러지에 분산제를 혼합하는 것이 보다 효과적이다. 분산제는 유기 분산제로서 예컨대, PVA, 셀룰로오스 및 당밀 중 적어도 하나를 포함하는 재료일 수 있다. 이를 위해, 실시예에 따른 폐슬러지 처리 장치(3000)는 폐슬러지와 분산제를 혼합시키는 분산제 투입기(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대, 분산제 투입기는 건조 몸체(3110) 내부에서, 상기 건조 몸체(3110) 연장 방향의 후단, 보다 구체적으로는 배출구 전단에 위치될 수 있다. 상술한 분산제 투입기는 분산제를 저장하고 있다가 건조 몸체(3110) 후단을 향해 이동 중인 폐슬러지에 분산제를 분사 또는 투입하는 수단일 수 있고, 제 1 건조기(3120)의 회전에 의해 폐슬러지와 분산제가 혼합될 수 있다.
한편, 강의 스케일 제거시에 황산(H2SO4)을 사용하기 때문에, 스케일 제거에 사용된 산용액 즉, 폐산을 중화시킨 폐슬러지에는 반응식 2와 같이 CaSO4 형태로 황(S)이 함유될 수 밖에 없다. 그런데, 황(S)이 포함된 폐슬러지를 그대로 제강 조업에서 부원료로 장입할 경우, 황이 용강 중으로 픽업(pick up)되는 문제가 발생된다.
따라서, 실시예에서는 탈황 장치(3200)에서 폐슬러지 중 황(S)을 제거하는 탈황을 실시하는데, 이때 탈황제로서 연소 장치(2100)에서 폐내화물의 탄소(C)의 연소 즉, 탈탄 중에 발생된 부생 가스를 이용하여 폐슬러지를 탈황시킨다. 상술한 바와 같이, 연소 장치(2100)에서는 적어도 CO, CO2 및 NH3를 포함하는 부생 가스가 발생되며, 폐내화물의 종류에 따라 부생 가스는 CH4를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 탈황 장치(3210)는 내부 공간을 가지는 통 형상이며, 상부에 폐슬러지가 장입되는 장입구(3210)가 마련되고, 하부에 연소 장치(2100)로부터 제공된 탈탄 부생 가스가 유입되는 가스 유입구(3220)가 마련된다. 그리고, 연소 장치(2100)와 탈황 장치(3200)를 연결하도록 부생 가스 이송 라인(4300)이 마련되며, 부생 가스 이송 라인(4300)의 일단은 연소 장치(2100)의 하부에 연결되고, 타단은 탈황 장치(3200)의 하부에 연결된다.
부생 가스 이송 라인(4300)을 통해 탈황 장치(3200)의 하부로 탈탄 부생 가스가 유입되면, 부생 가스 또는 상기 부생 가스로 인한 열풍이 회전하면서 상측으로 상승한다. 그리고 탈황 장치(3200)의 상부에 마련된 장입구를 통해 폐슬러지가 장입되면, 자유 낙하하는 폐슬러지는 회전하면서 상승중인 부생 가스 또는 이로 인한 열풍에 의해 건조 및 응집되면서 구형의 펠렛 형태로 제조된다. 또한, 이때 폐슬러지 중 황(S)과 부생 가스 중 NH3 또는 CH4 간의 반응(반응식 8 및 9 참조)에 의해 탈황된다.
반응식 8) 2NH3 + 3CaSO4 --> 3H2S + NOx + 3CaO
반응식 9) CH4 + 2CaSO4 --> H2S + CaO + CO2 + 2O2
연소 장치(2100)에서 발생된 부생 가스는 탄소의 연소 반응에 의해 발생된 가스이기 때문에, 소정의 열을 가지고 있으며, 부생 가스 이송 라인(4300)을 통해 탈황 장치(3200)로 유입된 부생 가스의 온도는 약 700℃일 수 있으며, 이러한 고온의 부생 가스에 의해, 폐슬러지가 탈황뿐만 아니라, 추가로 수분을 제거하는 건조가 실시된다.
이렇게 탈황 장치(3200)에서 황(S)이 제거된 페슬러지 즉, 제 2 재생 원료는 성형 장치(3400)로 이송되어 소정의 형상 예컨대 펠렛 형태의 성형체로 조립될 수 있다.
성형 장치(3400)는 재생 원료가 통과 또는 장입되어 조립될 수 있도록, 될 수 있도록 상호 이격되어 마주보도록 배치되며, 각각이 회전 가능한 한 쌍의 롤(3410)을 포함한다. 또한 성형 장치(3400)는 한 쌍의 롤(3410) 상측에 위치되어, 탈황 장치로부터 배출된 재생 원료를 일시 저장하는 호퍼(3420), 호퍼(3420) 내부에 삽입 설치되어 호퍼(3420) 내의 재생 원료를 한 쌍의 롤(3410) 사이로 장입하는 장입기(3430)를 포함할 수 있다. 여기서 장입기는 스크류 형태이며, 회전 가능한 구성일 수 있다.
이렇게 황(S)이 제거된 폐슬러지 즉, 재생 원료는 상술한 바와 같은 성형 장치(3400)에 의해 조립된 후, 제강 조업에서 부원료로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상술한 방법으로 탈황된 폐슬러지로 이루어진 성형체 예컨대 펠렛은 용선 또는 용강의 정련 시 일반적으로 투입되는 부원료인 형석(CaF2)과 동일 또는 유사한 작용을 한다. 이에, 폐슬러지를 실시예에 따른 방법으로 재생한 원료는 제강 조업에서 형석(CaF2)과 함께 투입되거나, 형석(CaF2)을 대체하여 투입될 수 있다. 따라서, 형석(CaF2) 부원료 투입 비용을 줄일 수 있고, 이는 전체적으로 용강 생산 비용을 절감시키는 효과가 있다.
그리고, 폐슬러지의 탈황시에 별도의 탈황제를 마련하는 것이 아닌, 폐내화물의 연소 시에 발생된 탈황 부생 가스를 이용함에 따라, 별도의 탈황제를 마련할 필요가 없어, 폐슬러지의 탈황 비용 또는 폐슬러지의 재생 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
한편, 탈황 장치(3200)에서 폐슬러지의 탈황 과정에서 발생된 가스는 H2S 또는 NOx를 포함하고 있기 때문에(반응식 8, 9 참조), 제 2 건조기(3130)로부터 배출된 제 2 건조 유체 역시 H2S를 포함하고 있다. 또한, CO2를 포함할 수 있다. 이에, 제 2 건조기(3130)를 통과한 제 2 건조 유체를 그대로 외부로 배출할 경우, 환경 오염의 원인이 된다.
따라서, 실시예에서는 제 2 건조 유체 배출 라인(4200b)의 연장 경로 상에 H2S와 CO2를 를 흡착, 제거할 수 있는 배가스 처리 장치(3500)를 설치한다.
배가스 처리 장치(3500)는 상술한 바와 같이, 제 2 건조 유체 배출 라인(4200b)의 연장 경로 상에 설치되며, Fe(OH)2를 포함하는 다공성의 제 1 필터(3510)와, CaO를 포함하는 다공성의 제 2 필터(3520)를 포함할 수 있다.
이에, 제 2 건조 유체가 배가스 처리 장치(3500)를 통과할 때, H2S와 Fe(OH)2간의 반응에 의해(반응식 9 참조), 제 1 필터(3510)에 H2S가 흡착되며, CO2와 CaO가 반응하여 제 2 필터(3520)에 CO2가 흡착되어, H2S 및 CO2가 제거된 상태로 제 2 건조 유체가 배출된다.
반응식 9) 2Fe(OH) 3 + 3H2S --> Fe2S3 + 6H2O
제 2 건조 유체 배출 라인(4200b)의 연장 경로 상에서 배가스 처리 장치(3500)의 후단은 원료 생산 설비에 전체적으로 흡입력 또는 부압을 발생시키는 송풍기(3600)가 설치될 수 있다. 그리고, 송풍기(3600)의 후단에는 집진 장치(3700)가 설치되어, 분진을 포집할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 원료 처리 설비를 이용한 원료 생산 방법에 대해 설명한다.
먼저, 폐내화물을 재생하여 제 1 재생 원료를 생산하는 방법에 대해 설명한다.
전로, 전기로 및 래들 중 적어도 하나를 해체 및 파쇄하여 마련된 탄소(C) 함유 폐내화물을 준비한다. 여기서, 탄소(C) 함유 폐내화물은 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물 및 알루미나-마그네시아-카본(Al2O3-MgO-C)계 내화물 중 적어도 하나를 포함한다. 이때, 연소 장치(2100)로 장입되는 폐내화물은 그 입경이 1 내지 15mm 인 것이 바람직하다.
탄소(C) 함유 폐내화물이 마련되면, 이를 연소 장치(2100) 내부로 장입하고, 이후 점화기(2130)로 공기(air) 및 연료 가스 예컨대 LPG를 공급한다. 공기와 LPG 간의 반응에 의해 점화기(2130)에 화염이 발생되며, 이 화염은 연소 장치(2100)에 장입된 폐내화물의 상부 표면에 착화된다. 화염이 착화되면, 이후 공기(air)만을 취입하는데, 이때 유량을 100 내지 160Nm3/hr으로 취입하는 것이 바람직하다. 화염 착화 후 취입되는 공기에 의해, 연소 장치(2100) 내 폐내화물 중 탄소의 연소 반응이 일어나며, 탄소는 CO2, CO, CH4 등의 가스 형태로 폐내화물로부터 제거되어 탈황된다.
탈황된 폐내화물 즉, 재생 원료는 연소 장치(2100)의 배출구(2111)로부터 배출되며, 상기 재생 원료는 내화 기능이 필요한 다양한 수단, 건축물 등의 내화원료로 재활용될 수 있다.
상술한 바와 같이 연소 장치(2100)에서 폐내화물의 재생 처리를 실시하는 동안, 폐슬러지 처리 장치(3000)에서는 폐슬러지를 재생 처리를 실시하는데, 이때 연소 장치(2100)로부터 발생된 열 및 부생 가스를 이용한다.
먼저, 강의 산세 공정에서 사용된 폐산을 회수하고, 이를 중화처리한 폐슬러지를 준비한다. 그리고, 폐슬러지를 예비 처리 장치(3300)로 장입시켜 물과 혼합하여, 수분 함량이 65% 내지 70%가 되도록 슬러리화 한다.
이후, 슬러리 상태의 폐슬러지는 폐슬러지 이송 라인(5000b)을 통해 건조 장치(3100)의 건조 몸체(3110) 내부로 장입된다. 건조 몸체(3110)의 일단을 통해 장입된 폐슬러지는 제 1 건조기(3120)의 회전에 의해 건조 몸체(3110)의 타단 방향으로 이송된다. 이때, 폐슬러지는 건조 몸체(3110) 내부를 이송하면서 수분 함량이 10% 이하가 되도록 건조되는데, 실시예에서는 상술한 연소 장치(2100)에서의 폐내화물 탈탄 과정에서 발생된 부생 가스 및 열을 이용하여 폐슬러지를 건조시킨다.
즉, 연소 장치(2100)의 내부에서 폐내화물을 탈탄시킬 때, 연소 몸체(2110) 내측에 매설된 제 1 열교환 유로(2150)를 흐르는 유체(예컨대, 물 또는 오일)가 탈탄 반응에 의한 열로 인해 약 500℃의 내외 온도로 가열된다. 이후, 유체는 열교환 장치(2200)의 제 2 열교환 유로(2220)를 따라 흐르면서 100℃ 내지 200℃의 온도로 냉각되며, 이 유체가 제 1 건조기(3120)의 회전체(3121) 내부에 마련된 제 1 건조 유체 유로(3122)로 유입되어 흐른다. 그리고, 제 1 건조 유체 유로(3122) 내부로 흐르는 고온의 유체 즉, 제 1 건조 유체에 의해, 상기 회전체(3121) 및 패들(3123)과, 건조 몸체(3110) 내부가 가열된다. 이에, 건조 몸체(3110) 내부로 장입 및 이송된 폐슬러지가 건조된다.
또한, 건조 장치(3100)의 한편에서는 탈황 장치(3200)에서 이전 차지의 폐슬러지의 탈황이 이루어지고 있는데, 탈황 장치(3200)에서 발생된 탈황 가스가 건조 장치(3100)의 제 2 건조기(3130) 내의 제 2 건조 유체 유로(3131)로 유입된다. 이에, 제 2 건조기(3130)가 가열되며, 상기 제 2 건조기(3130)와 연결된 건조 몸체(3110)가 가열되며, 이 열이 폐슬러지를 건조시킨다.
그리고, 제 1 건조기(3120)의 제 1 건조 유체 유로(3122)를 따라 흐른 유체 즉, 제 1 건조 유체는 회전체(3121)의 타단 및 제 1 건조 유체 회수 라인(4100b)을 통해 이송되어 다시 연소 장치(2100)의 제 1 열교환 유로(2150)로 회수된 후 재사용된다.
또한, 제 2 건조기(3130)로부터 배출된 제 2 건조 유체는 제 2 건조 유체 배출 라인(4200b)을 통해 배출된다. 이때 제 2 건조 유체는 배가스 처리 장치(3500)를 통과하면서 H2S 및 CO2를 제거한 후, 외부로 배출된다.
한편, 건조 몸체(3110)에서 건조되면서 상기 건조 몸체(3110)의 타단 방향으로 이송되는 폐슬러지는 건조 몸체(3110) 내부에 설치된 분산제 투입기로부터 투입 또는 분사된 분산제와 혼합된다.
그리고, 분산제가 혼합된 폐슬러지는 건조 몸체(3110)의 타단측으로 배출되어, 폐슬러지 이송 라인(5000b)를 통해 탈황 장치(3200) 상부로 장입된다. 이때, 탈황 장치(3200) 하부로는 연소 장치(2100)로부터 발생된 부생 가스가 유입되는데, 탈황 장치(3200)의 상측에서 하측으로 낙하되는 폐슬러지는 상승 중인 부생 가스와 상호 반응함에 따라 탈황된다.
이후, 탈황된 폐슬러지 즉, 제 2 재생 원료는 성형 장치(3400)로 이송되어 소정의 형상 예컨대, 구형의 펠릿으로 성형된다. 이렇게 제조된 펠릿 형태의 제 2 재생 원료는 제강 공정에서 용선을 정련하는 부원료로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 폐내화물 중 탄소를 제거함으로써, 환경에 유해하지 않은 재생 원료 즉 재생 내화물을 생산할 수 있다. 그리고 이때 공기를 이용하여 폐내화물을 탈탄함에 따라, Al4C3를 안정한 MgAl2O4로 변환시킬 수 있어, 종래와 같이 Al4C3로 인한 문제 발생을 방지할 수 있고, 이에 내화물로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
또한, 폐내화물 탈탄 시에 발생된 부생 가스 및 열을 그대로 폐기하지 않고, 폐슬러지의 재생에 재활용한다. 즉, 폐슬러지의 건조 및 탈황에 재사용한다. 이에, 폐슬러지를 재생하는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 폐슬러지로부터 황을 제거함으로써, 제강 조업에서 용선을 정련하는 부원료로 사용할 수 있다.
즉, 폐슬러지를 이용하여 실시예에 따라 제조된 재생 원료는, 용선의 정련 시 일반적으로 투입되는 부원료인 형석(CaF2)과 동일 또는 유사한 작용을 한다. 이에, 폐슬러지를 실시예에 따른 방법으로 재생한 원료는 제강 조업에서 형석(CaF2)과 함께 투입되거나, 형석(CaF2)을 대체하여 투입될 수 있다. 따라서, 형석(CaF2) 부원료 투입 비용을 줄일 수 있고, 이는 전체적으로 용강 생산 비용을 절감시키는 효과가 있다.
2100: 연소 장치 2200: 열교환 장치
3100: 건조 장치 3200: 탈황 장치
3300: 예비 처리 장치 3400: 성형 장치
3100: 건조 장치 3200: 탈황 장치
3300: 예비 처리 장치 3400: 성형 장치
Claims (18)
- 탄소(C)가 함유된 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시켜 제거하여 제 1 재생 원료를 생산하며, 상기 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시키는 반응중에 NH3 및 CH4를 포함하는 탈탄 부생 가스가 발생되는 폐내화물 처리 장치; 및
상기 폐내화물 처리 장치에서 상기 탄소(C)의 연소 중에 발생된 상기 탈탄 부생 가스를 제공받아 , 상기 탈탄 부생 가스 중 NH3 및 CH4 를 강 제조시 발생된 폐슬러지 중 황(S)과 반응시켜, 상기 폐슬러지 중 황(S)을 제거하여 제 2 재생 원료를 생산하는 폐슬러지 처리 장치;
를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 1에 있어서,
상기 폐내화물 처리 장치는 공기(air)를 이용하여 상기 폐내화물에 화염을 착화시켜, 상기 폐내화물 중 탄소(C)를 연소시키는 연소 장치를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 2에 있어서,
상기 연소 장치는,
상기 폐내화물이 장입되는 내부 공간을 가지는 연소 몸체;
공기(air) 및 연료를 이용하여 상기 연소 몸체 내에 장입된 폐내화물에 화염을 착화시키도록, 상기 연소 몸체 상부에 설치되고, 착화 후에 상기 연소 몸체 내로 상기 공기(air)를 주입하는 점화기; 및
상기 연소 몸체 내부에서 상기 폐내화물의 탄소(C)의 연소 중에 발생된 열에 의해 가열 가능하도록, 적어도 일부가 상기 연소 몸체 내측에 매설되며, 내부로 유체의 통과가 가능한 제 1 열교환 유로;
를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 3에 있어서,
상기 폐슬러지 처리 장치는 상기 폐슬러지가 장입되는 내부 공간을 가지는 탈황 장치를 포함하고,
상기 연소 장치의 상기 탈탄 부생 가스를 상기 탈황 장치로 공급하도록, 일단이 상기 연소 장치에 연결되고, 타단이 상기 탈황 장치에 연결되도록 설치된 부생 가스 이송 라인을 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 4에 있어서,
상기 폐슬러지는 상기 탈황 장치의 상부로 투입되어 하측으로 낙하되고,
상기 부생 가스 이송 라인의 타단은 상기 탈황 장치의 하부에 연결된 원료 생산 설비. - 청구항 4에 있어서,
상기 폐슬러지 처리 장치는 상기 연소 장치에서 상기 폐내화물의 탄소(C)의 연소 중에 발생된 열을 이용하여 폐슬러지를 건조시키는 건조 장치를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 6에 있어서,
상기 건조 장치는,
상기 폐슬러지의 장입이 가능한 내부 공간을 가지는 건조 몸체; 및
상기 건조 몸체의 일측으로 장입된 폐슬러지를 타측으로 이송시키도록, 상기 건조 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되고, 상기 건조 몸체 내부에 설치되어 회전 가능하며, 내부에 상기 연소 장치의 열에 의해 가열된 상기 유체가 통과할 수 있는 제 1 건조 유체 유로가 마련된 제 1 건조기;
를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 7에 있어서,
상기 건조 장치는, 상기 건조 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되어, 상기 건조 몸체 외부에 장착되고, 내부에 상기 탈황 장치로부터 상기 폐슬러지의 탈황 중에 발생된 탈황 부생 가스가 흐를 수 있는 제 2 건조 유체 유로가 마련된 제 2 건조기를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 7에 있어서,
상기 폐내화물 처리 장치는 상기 연소 장치의 제 1 열교환 유로로부터 전달된 유체를 냉각시켜 상기 제 1 건조 유체 유로로 전달하도록, 일단이 상기 제 1 열교환 유로와 연결되고, 타단이 상기 제 1 건조 유체 유로와 연결된 제 2 열교환 유로를 구비하며, 상기 제 2 열교환 유로를 따라 흐르는 유체를 냉각시키는 열교환 장치를 포함하는 원료 생산 설비. - 청구항 8에 있어서,
상기 폐슬러지 처리 장치는,
일단이 상기 제 2 건조기와 연결되어, 상기 제 2 건조기 내부를 통과한 탈황 부생 가스를 배출시키는 제 2 건조 유체 배출 라인;
상기 제 2 건조 유체 배출 라인의 연장 경로 상에 설치되어, 상기 탈황 부생 가스 중 S(황)을 흡착시키는 필터를 구비하는 배가스 처리 장치;
를 포함하는 원료 생산 설비. - 탄소(C)가 함유된 폐내화물 중 상기 탄소(C)를 연소시키는 탈탄 과정 및 상기 탈탄 과정 중, NH3 및 CH4를 포함하는 탈탄 부생 가스를 발생시키는 과정을 포함하는 제 1 재생 원료 생산 과정; 및
상기 탈탄 부생 가스를 재활용하여, 상기 탈탄 부생 가스 중 NH3 및 CH4를 강 제조시 발생된 폐슬러지 중 황(S)과 반응시켜, 상기 폐슬러지 중 황(S)을 제거하는 탈황 과정을 포함하는 제 2 재생 원료 생산 과정;
을 포함하는 원료 생산 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제 2 재생 원료 생산 과정은 상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는 과정을 포함하고,
상기 탈황 과정은, 건조된 상기 폐슬러지를 탈황하는 원료 생산 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서,
적어도 일부가 상기 폐내화물의 탈탄이 이루어지는 연소 몸체 내측에 매설된 유로 내부로 유체를 통과시켜, 상기 탈탄 과정에서 발생된 열에 의해 상기 유체를 가열시키고,
가열된 상기 유체의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시키는 원료 생산 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서,
상기 유로를 통과하여 가열된 유체를 냉각시켜 온도를 조절한 후, 온도 조절된 상기 유체의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시키는 원료 생산 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제 1 재생 원료 생산 과정에서 발생된 열을 이용하여, 상기 폐슬러지를 건조시키는데 있어서,
상기 탈황 과정에서 발생된 탈황 부생 가스의 열을 이용하여 상기 폐슬러지를 건조시키는 원료 생산 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 폐슬러지를 건조하는데 사용된 상기 유체를 회수하여, 상기 유로로 재공급하는 원료 생산 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 폐슬러지를 건조하는데 사용된 상기 탈황 부생 가스를 회수하는 과정;
회수된 상기 탈황 부생 가스로부터 황(S)을 제거하는 배가스 처리 과정; 및
황(S)이 제거된 상기 탈황 부생 가스를 배출하는 과정;
을 포함하는 원료 생산 방법. - 청구항 11 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐슬러지는 강의 산세 처리에 사용된 폐산을 중화시킨 폐슬러지를 포함하는 원료 생산 방법.
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