KR102117304B1 - 연소가스를 이용한 비산재 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비산재가 저장되는 비산재저장조; 고화제가 저장되는 약품저장조;
상기 비산재저장조에서 비산재가 유입되며 상기 약품저장조에서 고화제가 유입되고 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스가 유입되어 가속탄산화반응이 일어나는 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연소가스를 이용한 비산재 처리시스템{The fly ash processing system using the combustion gas}

본 발명은 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스를 비산재의 안정화를 위한 이산화탄소 공급원으로 사용하여 공정을 간소화 하고 친환경적인 비산재 처리시스템에 관한 것이다.

산업발전에 따라 필연적으로 발생하는 다양한 폐기물의 적정한 처리문제는 지역적인 문제에 국한되지 않고, 국가적 차원의 문제로 더 나아가 세계적 차원의 문제로 부각되고 있는 실정이다.

일반적으로 폐기물은 크게 각 가정에서 발생되는 생활 폐기물과 산업 현장에서 발생되는 생활폐기물로 구분할 수 있으며, 생활폐기물은 구성성분이 다양하고 다량 배출되어 우리 생활주변에 투기될 시 토양오염, 수질오염, 악취발생 등 환경오염을 일으킬 위험이 있다.

특히, 광재, 분진, 폐수처리 슬러지, 도금 슬러지 등과 같은 폐기물에는 여러 가지 중금속들이 함유되어 있으며, 이를 안정화 처리를 하지 않고 옥외에 방치하면, 빗물 등에 중금속이 용출되고 환경을 오염시킬 수 있다.

또한, 종래에는 폐기물의 처리는 매립에 주로 의존해 왔지만 그 처리가 완벽하지 못하고 소각 및 재활용의 방법이 제안되었다.

생활폐기물을 소각 처리하는 것은 폐기물의 감량화 및 위생화, 에너지 회수 등의 장점을 가지고 있고, 소각재를 재활용함으로써 경제적인 효과가 있으나 소각된 생활 폐기물(비산재)은 특히 중금속의 재용출로 인한 2차 환경오염 등 새로운 환경문제가 되었다.

이에 중금속 성분을 안정하게 고정시켜 용출되지 않는 화학적 불용화제(킬레이트제)의 첨가가 제안되었으며, 화학적 불용화제로는 디치오카르바메이트 결합기를 갖는 물질이 주로 사용되고 있으나 단독으로는 다양한 유해 중금속을 안정적으로 처리하기에는 부족한 실정이다.

대한민국 특허등록 제1377087호

따라서 본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하고자 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스를 비산재의 안정화를 위한 이산화탄소 공급원으로 사용하여 공정을 간소화 하고 친환경적인 비산재 처리시스템을 제공하고자 함이다.

본 발명의 연소가스를 이용한 비산재 처리 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은, 비산재가 저장되는 비산재저장조; 고화제가 저장되는 약품저장조; 상기 비산재저장조에서 비산재가 유입되며 상기 약품저장조에서 고화제가 유입되고 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스가 유입되어 가속탄산화반응에 의해 비산재를 안정화 시키고, 이산화탄소가 제거된 연소가스가 배출가스로 배출되는 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 약품저장조에는 고화제와 물이 혼합되어 상기 반응조에는 고화제용액이 투입되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 연소가스가 유입되어 온도가 저하된 연소가스가 상기 반응조로 유입되도록 하는 전처리부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 전처리부는 열교환기인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 전처리부는, 하부에 연소가스가 유입되는 가스유입라인이 형성되고 상부에 처리된 연소가스가 배출되는 가스배출라인이 형성되며 상부에 열교환 유체가 유입되는 유체유입라인이 형성되고 하부에 열교환이 이루어진 유체가 배출되는 유체배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 상,하로 지그재그로 구획되어 하우징 내부로 유입된 유체가 지그재그로 유동하면서 하방향으로 낙하되는 복수의 구획벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 구획벽은 하방향으로 돌출되는 복수의 엠보싱이 형성되며 엠보싱 간에 유동공이 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 하우징 상단에는 여재층이 형성되되, 여재층은 알루미늄 재질로서 이격을 형성하며 복수로 적층되고 유로가 지그재그로 형성되는 열전달판과, 상기 열전달판 사이에 충진되는 여재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비산재에 포함된 중금속을 안정화시킬 수 있으므로 비산재의 재활용 및 유해성을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 연소가스를 비산재의 안정화를 위한 이산화탄소 공급원으로 제공함에 따라 가속탄산화반응에 의해 이산화탄소가 고정되어 이산화탄소가 제거된 배출가스가 배출되도록 하여 별도의 연소가스 처리공정이 필요가 없어 공정을 간소화 할 수 있으며 친환경적인 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 시스템의 일예를 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 구성으로서 전처리부의 일 예를 도시하는 개략도이고,
도 4는 도 3에 도시된 구회판의 작동상태도이고,
도 5는 본 발명의 일 구성으로서 여재층의 일 실시예의 작동상태도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 시스템(1)은, 비산재가 저장되는 비산재저장조(2); 고화제가 저장되는 약품저장조(3); 상기 비산재저장조(2)에서 비산재가 유입되며 상기 약품저장조(3)에서 고화제가 유입되고 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스가 유입되어 가속탄산화반응에 의해 비산재를 안정화 시키고, 이산화탄소가 제거된 연소가스가 배출가스로 배출되는 반응조(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

비산재저장조(2)는 비산재가 저장되는 구성으로서 소각로에서 폐기물이 소각된 후 발생되는 결과물이 비산재에 해당한다. 소각로에서 배출되는 비산재는 다이옥신류의 함유량 및 중금속 용출량이 많아 이를 그대로 재활용 하는 것이 부적합하다. 따라서 이러한 비산재를 후단의 반응조(5)에서 가속탄산화를 통해 CO₂의 고정 및 캡슐화 효과를 통한 중금속의 안정화가 유도되도록 하는 것이다.

상기 약품저장조(3)는 고화제가 저장되는 구성으로 바람직하게 상기 약품저장조(3)에는 고화제와 물이 혼합되어 상기 반응조(5)에는 고화제용액이 투입되도록 함으로써 고화에 의한 안정화가 유도되도록 하는 것이다. 여기서 비산재, 물, 고화제의 작용에 의해 고화가 이루어지는 작용기작은 공지의 작용기작 이므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 반응조(5)는 상기 비산재저장조(2)에서 비산재가 유입되며 상기 약품저장조(3)에서 고화제가 유입되고 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스가 유입되어 가속탄산화반응이 일어남과 동시에 이산화탄소 고정에 의해 이산화탄소가 제거된 배출가스를 배출토록 하는 구성에 해당한다. 즉 본 발명의 반응조(5)는 연소가스의 유입에 의해 비산재를 안정화시키는 기능과 연소가스의 정화기능이 동시에 발현되도록 하는 것이다. 여기서 정화기능 이라함은 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 반응조(5)로 유입되는 연소가스(g1)로부터 반응조(5)에서 이산화탄소가 고정되어 이산화탄소가 제거된 배출가스(g2)가 배출되도록 하다는 것이다.

본 발명의 시스템(1)에서는 상기 반응조(5)에 가속탄산화반응을 위해 별도로 환원제를 사용하거나 이산화탄소가 포함된 가스를 주입하는 것이 아니라 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스를 이용하여 가속탄산화반응이 유도되도록 하는 것으로 연소가스에 포함된 이산화탄소를 재이용토록 하여 폐연소가스를 재활용 하도록 하는 것이며, 이와 동시에 이산화탄소의 고정이 이루어져 연소가스로부터 이산화탄소가 제거된 배출가스가 배출되도록 하여 별도의 연소가스 처리시설이 필요가 없도록 함으로써 공정을 간소화 시키고 친환경적인 공정이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 반응조(5)로 투입되는 연소가스는 도 2에서 보는 바와 같이 소각로(6)에서 발생된 연소가스가 이하에서 설명할 전처리부(4)를 거쳐 반응조(5)로 유입되도록 하는 것이며, 소각로(6)에서 발생된 비산재가 비산재저장조(2)에서 저장이 되도록 하는 것이다.

여기서 가속탄산화 반응은 공지의 작용기작으로서 비산재, 고화제, 물의 혼합에 의해 비산재 표면은 얇은 물층(Water layer)으로 만들어 지게 된다. 여기에 연소가스가 주입되면 연소가스에 포함된 이산화탄소는 상기 물 층에 녹게 되며, 녹은 이산화탄소는 비산재 안에 존재하는 에틀링자이트(ettringite), 프리델 염(Friedel's salt), 포틀란다이트(Portlandite)와 반응을 하게 된다. 탄산화 반응에 의해 3가지 물질이 분해되면서 칼사이트(calcite : CaCO3)와 집섬(gypsum : CaSO42H2O) 그리고 비정질의 알루미늄 화합물(Al-compound)이 상기 물층에 형성되며 물층을 따라서 비산재 입자 표면에 캡슐막이 형성되게 된다. 이러한 캡슐화에 의해 안정화 효율을 높이게 되는 것이다.

한편 이러한 가속탄산화반응에 있어 고온의 연소가스가 그대로 주입되는 경우 비산재, 고화제 등에 열화가 발생되어 콘크리트 등에 첨가시 강도가 저하될 수 있는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 연소가스가 도 1에서 보는 바와 같이 전처리부(4)를 거친후에 반응조(5)로 유입되도록 하는데 상기 전처리부(4)에서는 연소가스가 유입되어 온도가 저하된 연소가스가 상기 반응조로 유입되도록 하는 것이다.

일 예로 도 1 등에서 보는 바와 같이 상기 전처리부(4)는 열교환기가 적용될 수 있다. 열교환기를 통해 온도가 저하된 연소가스가 반응조(5)로 유입되도록 하고, 연소가스에 의해 교환된 열은 별도의 용처에 적용이 되도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 소각로(6)에서 발생한 연소가스의 온도를 낮추는 것에 더하여 연소가스로부터 이물질을 제거하여 반응조(5)에서 발생되는 결과물의 품질을 더 높이도록 하는 예가 도 3 및 도 4에 도시되고 있다.

본 실시예의 전처리부(4)는, 하부에 연소가스가 유입되는 가스유입라인(411)이 형성되고 상부에 처리된 연소가스가 배출되는 가스배출라인(412)이 형성되며 상부에 열교환 유체가 유입되는 유체유입라인(413)이 형성되고 하부에 열교환이 이루어진 유체가 배출되는 유체배출라인(414)이 형성되는 하우징(41)과, 상기 하우징(41) 내부에 상,하로 지그재그로 구획되어 하우징(41) 내부로 유입된 유체가 지그재그로 유동하면서 하방향으로 낙하되는 복수의 구획벽(42)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 전처리부(4)는 연소가스에 포함되어 있는 이물질, 수분 및 잠열을 회수하는 역할을 한다.

여기서 열교환 유체는 바람직하게 질산칼슘 용액을 사용하여 연소가스의 잠열 및 수분을 흡열, 흡수함과 함께 연소가스 내에 포함되어 있는 오염물질을 흡착토록 하는 것이 바람직하다. 질산칼슘은 오염물질 흡착특성이 우수하며, 용해도가 큼과 동시에 온도에 따른 용해도 차이가 커 저온 상태에서는 회수가 용이하다. 또한, 질산칼슘은 용해시 흡열반응을 일으켜 연소가스의 잠열 회수특성이 우수하다.

열교환 유체로서 질산칼슘 용액이 사용되는 경우 잠열 회수 및 수분 흡수 특성을 최대화하기 위해 질산칼슘 용액의 농도는 40∼80wt%로 조절되는 것이 바람직하다. 상기 질산칼슘 용액의 농도가 40wt% 미만이면 수분흡수율이 떨어지고, 상기 질산칼슘 용액의 농도가 80wt%를 초과하면 질산칼슘이 침전되거나 고화되는 경향이 있다.

복수의 구획벽(42)은 도면에서 보는 바와 같이 상승하는 연소가스와 열교환 유체의 접촉시간을 길게 가져가도록 하여 효율을 높이도록 하기 위한 것이다. 이를 위해 구획벽(42)은 도면에서 보는 바와 같이 지그재그로 형성되어 유로(43)가 각각 형성되도록 함으로써 구획벽(42)을 타고 유동하는 유체가 지그재그로 연동하면서 하방향으로 유도되도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 도 4에서보는 바와 같이 구획벽(42)을 구성하여 유체와 연소가스의 접촉시간을 충분히 길게 가져가도록 하는 예를 도시하고 있다.

본 실시예의 구획벽(42)은 하방향으로 돌출되는 복수의 엠보싱(421)이 형성되며 엠보싱(421) 간에 유동공(422)이 형성되도록 하는 것으로 도면에서 보는 바와 같이 하방향으로 돌출되는 엠보싱(421)에 의해 상향하는 연소가스(g)가 각각 유동공(422)으로 유도되도록 하는 것이며, 이렇게 유동공(422)으로 유도된 연소가스(g)가 상기 구획벽(42)을 타고 유동하는 유체(Q)와 접촉이 이루어지도록 하는 것이다. 특히 상방향으로 유동하는 연소가스는 상기 엔보싱(421)에 의해 분산되도록 하면서 유동공(422)으로 분산된 배기가스가 모이면서 구획벽(42)을 상방향으로 관통하도록 하여 상방향의 연소가스가 균일하게 분산되어 유체(Q)와 접촉이 되도록 하는 것으로 전체 연소가스가 유체(Q)에 노출이 되어 균일한 수분, 잠열 및 오염물질의 회수가 이루어지도록 하기 위한 것이다. 또한 엠보싱(421)의 골부분에 의해 유체(Q)의 유동에 와류가 형성됨으로써 균일하게 분산되어 상방향으로 유동하는 연소가스와 접촉효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 하우징(41) 상단에는 여재층(44)이 형성되도록 하여 배출되는 연소가스로부터 이물질이 제거되도록 한다.

특히 본 발명에서는 여재층(44)을 구성함에 있어, 도 5에서 보는 바와 같이 알루미늄 재질로서 이격을 형성하며 복수로 적층되고 유로(441-1)가 지그재그로 형성되는 열전달판(441)과, 상기 열전달판(441) 사이에 충진되는 여재(442)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

고온의 연소가스가 상기 열전달판(441)에 접촉되면서 잠열이 열전달판(441)을 통해 외부로 유출되도록 하며 상기 열전달판(441)에는 연소가스의 수증기가 응결되도록 하여 연소가스의 절대습도를 저하시키도록 하는 것이다. 이러한 열전달판(441)에 응결수는 상기 여재(442)에 흡수되도록 하는 것이고, 상기 여재(442)는 이러한 응결수의 흡수는 물론 연소가스로부터 이물질을 흡착에 의해 제거토록 하는 기능을 하게 되는 것이다.

상기 열전달판(441)은 각각 이격을 형성하며 적층되되, 유로(441-1)가 지그재그로 형성되어 연소가스는 열전달판(441) 사이를 지그재그로 유동하면서 상향하게 되는 것으로 이러한 구조에 의해 연소가스는 열전달판(441)에 접촉시간을 길게 가져가 연소가스로부터 잠열의 제거효율을 높이게 되는 것이고, 또한 그만큼 여재(442)와의 접촉시간도 길게 가져가 이물질의 제거효율을 높이게 되는 것이다. 상기 유로(441-1)에는 도면번호가 도시된 바는 없으나 메쉬망이 구성되어 유로(441-1)로 여재가 탈리되는 것을 제어토록 하여야 한다.

상기 여재(442)는 그 종류를 한정하지 않는 바, 일 예로 활성탄이 사용될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 시스템 2 : 비산재저장조
3 : 약품저장조 4 : 전처리부
5 : 반응조 6 : 소각로

Claims (7)

1. 비산재가 저장되는 비산재저장조;
   고화제가 저장되는 약품저장조;
   상기 비산재저장조에서 비산재가 유입되며 상기 약품저장조에서 고화제가 유입되고 비산재 생성과정에서 발생되는 연소가스가 유입되어 가속탄산화반응에 의해 비산재를 안정화 시키고, 이산화탄소가 제거된 연소가스가 배출가스로 배출되는 반응조;로 구성되고,
   연소가스가 유입되어 온도가 저하된 연소가스가 상기 반응조로 유입되도록 하는 전처리부가 더 포함되고,
   상기 전처리부는,
   하부에 연소가스가 유입되는 가스유입라인이 형성되고 상부에 처리된 연소가스가 배출되는 가스배출라인이 형성되며 상부에 열교환 유체가 유입되는 유체유입라인이 형성되고 하부에 열교환이 이루어진 유체가 배출되는 유체배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 상,하로 지그재그로 구획되어 하우징 내부로 유입된 유체가 지그재그로 유동하면서 하방향으로 낙하되는 복수의 구획벽을 포함하고,
   상기 하우징 상단에는 여재층이 형성되되, 여재층은 알루미늄 재질로서 이격을 형성하며 복수로 적층되고 유로가 지그재그로 형성되는 열전달판과, 상기 열전달판 사이에 충진되는 여재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스를 이용한 비산재 처리시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 약품저장조에는 고화제와 물이 혼합되어 상기 반응조에는 고화제용액이 투입되는 것을 특징으로 하는 연소가스를 이용한 비산재 처리시스템.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전처리부는 열교환기인 것을 특징으로 하는 연소가스를 이용한 비산재 처리 시스템.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 구획벽은 하방향으로 돌출되는 복수의 엠보싱이 형성되며 엠보싱간에 유동공이 형성됨을 특징으로 하는 연소가스를 이용한 비산재 처리시스템.
7. 삭제

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