KR102231881B1 - 섬유유리 빈(bin) 및 폐기물 소각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 빈(bin)은 특히 폐기물이 소각로에 삽입될 때, 폐기물이 예비용융됨이 없이 소각로에서 15분 이상의 기간 동안 폐기물을 소각하는데 사용될 수 있다. 이 빈은 주로 섬유유리 케이싱(10)으로 구성되고, 이 케이싱의 외부 또는 내부에 위치한 경량의 금속 구조물(12)로 강화되거나 또는 이들로 조립된 것이 바람직하다. 이 어셈블리의 상단에는 그리핑 핸들(14)이 있고, 이 어셈블리의 상부는 경량의 금속 구조물(12)이 고정되는 금속 튜브(16)에 의해 강화되며, 드립 팬(18)으로 구성된 베이스는 경량의 금속 구조물(12)의 베이스에 고정되어 있다. 본 발명은 유독 폐기물의 소각에 적합하다.

Description

섬유유리 빈(bin) 및 폐기물 소각 방법{FIBERGLASS BIN AND WASTE INCINERATION METHOD}
본 발명은 다소 유독한 금속 물질, 유기 물질 및 무기 물질과 폐기물, 예컨대 산화물, 유리, 포스페이트 및 금속을 노(furnace)에서 용융 및 소각하는 것에 관한 것이다.
연속 공급물 노에서 금속 폐기물, 유기 폐기물 및 무기 폐기물의 혼합물을 소각 및/또는 유리질화(vitrify)하는 방법으로는 현재 여러 방법이 사용되고 있다. 폐기물은 먼저 분쇄되고 노에 연속적으로 전달된다. 이 해법은 소각로의 연속 작업의 이점이 있고, 노의 크기와 가스 처리를 최소화한다. 하지만, 이 해법은 실행이 곤란할 수 있는 폐기물의 사전 분쇄를 필요로 한다.
제2 해법은 노의 내부 대기를 외부 대기로부터 분리하는 로크(lock)를 통해 미분쇄 폐기물을 패킷(packet)으로 도입시키는 것으로 이루어진다. 이 제2 해법은 분쇄를 피하지만, 많은 위험과 문제점, 즉
1) 노 측의 로크 도어가 열릴 때 온도 상승에 이은 로크 내의 유기 물질의 용융 또는 유동의 위험과 함께 유입구 로크 내에서의 폐기물 패킷의 조작 곤란성;
2) 로크 내 유기 물질의 인화 및 이 로크와 이의 밀폐 시스템에서의 과열의 위험;
3) 노에 도입 시 첨가된 폐기물 패킷의 지나치게 빠른 연소 위험성(이것은 산화 가스 공급장치 및 가스 처리 장치의 특대화를 필요로 한다);
4) 폐기물 패킷의 고속 연소 동안 비산회 및 유독 요소들의 기계적 비말동반의 위험성을 도입시킨다.
현재의 당해 기술 상태에서, 폐기물을 함유하는 금속 용기는 폐기물을 노로 이동시키는 셔틀(shuttle)로서 사용될 수 있다. 이 경우, 용기는 노에서 절단되어 연소 속도를 제한할 수 있지만, 더 이상 재활용될 수 없고 최종 폐기물의 무시할 수 없는 비율을 차지한다.
또한, 노에 장착된 플라즈마 토치(plasma torch)와 같은 절단 시스템은 복잡하고 비용이 비싸다. 1가지 대안은 셔틀로서 작용하는 판지 박스에 폐기물 패킷을 배치하는 것으로 이루어진다. 이 해법은 로크의 위험성을 제한하지만, 판지 박스가 연소되는 즉시 폐기물 패킷의 연소 속도 문제를 해결하지 못한다.
따라서, 본 발명의 목적은 노에 폐기물을 첨가하는 다른 장치 및 다른 방법을 제시하여 전술한 해법들과 관련된 전술한 단점들을 피하고자 한다.
또한, 프랑스 특허 FR 2 293 769에 따르면 용기가 내용물과 함께 연소되고, 이 용기가 여타 재료들 중에서 유리 섬유로 제조된 방사능 폐기물 처리 프레스용 장치가 공지되어 있다.
본 발명의 첫 번째 주요 목적은 소각로에 삽입되어 소각로에서 소각되는 폐기물을 함유하는 바스켓(basket)이다.
본 발명에 따르면, 이 바스켓은 여타 재료들 중에서도 유리 섬유 엔벨로프(envelope)로 구성된다. 연소 후 재(ash)는 노의 용융 유리조 내에서 용융될 수 있다. 이 경우, 폐기물의 연소 잔류물 또는 재를 함유하는, 특히 유리 섬유 엔벨로프로 제조된 바스켓은 유리 조 내에서 용해될 것이다.
제1 양태들은 바스켓의 강성도(stiffness)를 증가시키기 위해 경량의 금속 구조물을 이용한다. 이 금속 구조물은 메쉬(mesh)로 구성된 것이 바람직하다.
제1 양태에 따르면, 상기 경량 금속 구조는 외부용이고 이 경량의 금속 구조물 내에는 유리 섬유로 구성된 내부 엔벨로프가 위치한다.
제2 양태에 따르면, 유리 섬유로 구성된 엔벨로프가 외부용이고 경량의 금속 구조물이 내부용이어서 유리섬유 엔벨로프 내부에 위치한다.
엔벨로프를 형성하는 유리 섬유들은 또한 폐기물의 종류에 맞게 개조된 다공도(porosity)를 정의하는 메쉬 크기로 짜여진 직조형(woven)이어서, 이 폐기물의 열분해 속도가 열화학적으로 조절될 수 있다.
이 경우에, 경량의 금속 구조물은 섬유 짜임(weaving)에 와이어(wire)가 포함되어 있는 메쉬로 구성되어 단일 엔벨로프를 형성할 수도 있을 것으로 예상할 수 있다.
본 발명의 두 번째 주요 목적은 폐기물 유리화 소각로에서 폐기물을 유리화하는 방법이다.
본 발명에 따르면,
- 상기에 정의된 바와 같은 유리 섬유 바스켓 내에서 소각될 폐기물을 용융 유리 조 상에서 가스 대기 하에 유지되도록 두는 단계; 및
- 폐기물을 바스켓 없이 열분해 및 연소하는 경우보다 긴 기간 동안 열분해와 연소를 수행하여(소각 시간은 바스켓에 따라 3배 또는 심지어 10배 증가한다), 소각로 배출 가스에서 일산화탄소의 존재 없이 완전 연소가 달성될 수 있도록 하는 단계로 이루어지는 2 이상의 단계를 함유한다.
폐기물의 완전 연소 후, 폐기물 연소 잔류물을 함유하는 유리 섬유 바스켓은 유리 조 내에서 용해되는 것이 바람직하다.
본 발명 및 이의 기술적 특징은 각각 다음을 나타내는 여러 도면들을 동반한 상세한 설명을 통해 더 상세하게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 바스켓의 제1 양태에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바스켓의 제2 양태에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바스켓의 제3 양태에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 작업을 예시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 바스켓의 제4 양태에 대한 단면도이다.
본 발명에 따른 개념은 소각할 폐기물 패킷(packet)을 부직형 또는 다소 치밀한 직조형 유리 섬유로 대부분 구성된 바스켓에 투입하는 것으로 이루어진다. 유리 섬유(들)의 치밀도는 가변적 열 및 가스 교환을 허용하도록 짜여져, 소각로 내부의 고온 산화 대기와 함유된 폐기물 사이에 접촉을 조정할 수 있게 한다. 바스켓은 경량의 금속 구조물에 의해 강화된 것이 바람직하다.
융점이 높은 비-연소성 유리 섬유의 사용은 폐기물 백(bag)이 폐기물 유입구 로크에서부터 소각 구역으로 기계적 전달될 수 있게 하여, 전달 동안 바스켓 함유물의 임의의 손실을 방지한다.
바스켓 제조를 위한 유리 섬유의 사용 원리는 이 유리 섬유가 폐기물 바스켓 주위에 싸여 바스켓의 온도 상승을 지연시키는 것이다. 이것은 유기 폐기물의 지나친 고속 융합 및/또는 열분해를, 특히 유입구 로크에서부터 소각로로 전달되는 동안 방지한다.
노(또는 소각로)에서, 바스켓의 함유물, 즉 폐기물은 점차적으로 가열된다. 이 온도 상승은 유기 물질을 열분해시킨다. 열분해 가스는 노의 산화 대기에서 연소하는 바스켓으로부터 이탈한다. 바스켓을 부분적으로 형성하는 유리 섬유 엔벨로프의 선택, 및 이의 다공도와 그 짜임의 치밀도는 바스켓 내부 쪽으로의 열전달과 외부 쪽으로의 가스 전달을 감속시킬 수 있다. 따라서, 직조된 메쉬의 크기는 폐기물의 종류에 맞게 개조된다. 따라서, 이는 바스켓에 함유된 폐기물의 열분해 및 연소 속도를 조정할 수 있다. 이에 따라, 소각로 내로 가능한 최대의 폐기물 백의 연속 유입에 의해 발생되는 가스 돌풍의 크기가 최소화된다.
또한, 다소 치밀한 짜임으로 짜여진 바스켓을 구성하는 유리 섬유 엔벨로프의 다공도는 소각로 내에 있는 가스들에 함유된 비휘발성 유독 성분들과 재의 손실을 최소화하는 것을 돕는다. 따라서, 이 다공도는 가스에 탑재되지 않아야 하는 고체 유독 입자의 크기에 맞게 개조될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르는 도 1을 살펴보면, 유리 섬유로 구성된 엔벨로프(10)는 경량의 금속 구조물(12) 내부에 위치한다. 이 경량의 금속 구조물은 엔벨로프(10) 아래에 위치된, 유리하게는 드립 팬(drip pan)(18)으로 구성된 바스켓의 하부에 용접되어 있다. 경량의 금속 구조물(12)을 바람직하게 구성하는 메쉬는 원통형인 것이 바람직하고, 상단에서 금속 튜브(16)에 용접되어 메쉬를 강직하게 할 것이다. 바스켓의 하부를 구성하는 드립 팬(18)의 기능은 폐기물이 예컨대 유입구 로크에서 조기에 용융할 수 있는 융점이 낮은 물질 종류를 함유한다면 임의의 금속 드롭(metal drop) 또는 다른 용융 물질 드롭을 수집하는 것이다(다른 종류의 양태에 따르면, 드립 팬은 액체에 대하여 실질적으로 누출 밀봉성으로 제조된 매우 치밀하게 직조된 유리 섬유로 제조될 수 있다). 이 양태에 따르면, 전체 바스켓은 금속 튜브(16) 위에 고정된 그리핑 핸들(14)로 완성된다.
이 양태의 한 예에 따르면, 유리섬유로 제조된 엔벨로프(10)의 내경은 약 500mm이고 높이는 약 750mm이다. 이 경우, 엔벨로프의 중량은 45°로 직조된 유리 섬유인 경우 1kg 정도이고 단위 면적당 질량은 600g/㎡이다. 드립 팬(18)은 스테인리스 스틸로 제조된 것이 바람직하고, 그 두께는 1mm 정도이다. 경량의 금속 구조물(12)을 구성하는 메쉬는 직경이 2 내지 5mm 사이인 스테인리스 스틸 와이어이다.
이러한 제1 양태에서, 로크 및 소각 구역에서 바스켓 조정을 위한 큰 외경은 사용된 경량의 금속 구조물(12)에 의해 고정된다.
도 2와 관련하여, 개시된 발명에 따른 제2 양태는 경량의 금속 구조물(22) 외측에 위치한 유리 섬유 엔벨로프(20)를 이용한다. 또한, 이 경량의 금속 구조물은 그리핑 핸들(24) 위치 위의 금속 튜브(26)에 상단이 용접된 원통형 메쉬로 구성되어 있다. 어셈블리의 베이스는 유리 섬유 엔벨로프(20) 내부에 장착될 수 있는 드립 팬(28)으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 양태에서, 이로 인해 바스켓에 폐기물을 충전하기가 더 쉬워진다.
도 5를 살펴보면, 경량의 금속 구조물(52)을 구성하는 메쉬 와이어는 엔벨로프(50)를 구성하는 유리 섬유의 짜임에 통합되어 있다. 드립 팬(58)은 유리 섬유 엔벨로프(50)의 내부 또는 외부에 장착될 수 있다. 도시된 양태에 따르면, 엔벨로프를 구성하는 유리 섬유는 경량의 금속 구조물(52)을 구성하는 메쉬 와이어의 대향 면들에 교대로 통과할 수 있다. 이러한 형식은 제조하기는 곤란하지만, 앞서 개시한 두 양태들의 장점을 결합시킨 것이다.
제3 양태에 따르는 도 3을 살펴보면, 바스켓은 하나가 다른 하나 내부에 배치된 2개의 유리섬유 층(30A) 및 (30B)을 함유한다. 외부 층(30A)의 기능은 열분해 가스를 여과하여 먼지를 제거하는 것이다. 내부 층(30B)의 기능은 적당한 기계적 강도 성질로 폐기물을 함유하는 것이다. 두 층의 기능 또는 위치는 역전될 수도 있음을 유념한다. 이러한 두 층(30A) 및 (30B)는 분리된 것이 바람직하다. 이러한 두 층 (30A)와 (30B) 사이에는 경량의 금속 구조물(32)이 위치한다. 이러한 3개의 구성부재 (30A), (30B) 및 (32)는 서로 유리 섬유 또는 금속 와이어에 의해 봉합(stitching)되어 부착될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 소각 방법은 전술한 바스켓을 이용하여 바스켓 없이 폐기물을 열분해 및 연소하는 경우보다 최소 15분 이상 더 오랜 기간 동안 소각로 내부에서 폐기물을 소각하는 것이다(소각 시간은 바스켓에 따라 3배 또는 심지어 10배까지 증가할 수 있다). 따라서, 폐기물은 용융 유리조 위에 배치되며, 그 위에는 아르곤에 희석된 산소 대기 하에 두 전극 간에 전달되는 아크 플라즈마에 의해 가열되는 연소 구역이 있다.
도 4는 유리화 소각로로부터 배출되는 배출 가스 중의 물, 이산화탄소 및 일산화탄소 함량을 시간의 함수로서 나타낸 것이다. 물은 대시(dash) 선으로, 이산화탄소는 두꺼운 선으로, 일산화탄소는 얇은 선으로 나타냈다.
폐기물이 16h45로 표시된 시간에 용융유리조의 표면으로 직접 이송되면, 열분해 및 연소 기간이 매우 짧고, 환언하면 3분 정도이고, 첨가된 산소는 열분해 가스의 돌풍을 완전 연소시키기에는 불충분하다는 것을 관찰할 수 있다. 반응기의 배출구 가스에는 3 내지 4% 정도의 일산화탄소를 함유한 잔류물이 존재한다.
본 발명에 따른 바스켓이 특히 유리섬유 엔벨로프와 함께 사용되면, 폐기물은 15h42라고 표시된 시간에 용융유리조 상에서 현탁된 상태를 유지한다. 폐기물의 연소 시간은 15h59라고 표시된 시간까지 17분으로 증가한다. 이것은 반응기 배출구 가스에 일산화탄소가 존재하지 않는 완전 연소를 제공할 수 있다.
이 결과는 연소 개시(1)를 저지하고, 열분해/연소를 지연시키는 작용을 하는 유리 섬유 엔벨로프에 의해 수득된다. 이것은 장치의 특대화, 특히 산화 가스의 공급 및 가스 처리 없이 폐기물을 완전 연소시킨다. 또한, 장치의 배출구에서 연소 가스의 존재를 훨씬 최소화시킨다.
10, 20, 30A, 30B, 50: 엔벨로프
12, 22, 32, 52: 경량의 금속 구조물
14, 24: 그리핑 핸들
16, 26: 금속 튜브
18, 28, 58: 드립 팬

Claims (11)

  1. 소각로에 삽입되어 소각되는 폐기물을 수용하는 바스켓으로서, 금속 구조물(12,22,32)에 의해 강화된 여타 물질 중에서 적어도 하나의 유리 섬유층을 포함하여 제조된 엔벨로프(10,20,30A,30B)를 포함하며,
    상기 엔벨로프(10,20,30A,30B)는,
    소각로에 상기 바스켓을 도입하는 동안 상기 바스켓에 수용되는 폐기물,
    상기 바스켓 내부에서 완전 연소될 때까지 폐기물의 점진적인 가열에 대한 폐기물의 열분해 속도의 열화학적 조절,
    열분해 가스의 여과
    에 의해 정의되는 다공도를 포함하는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔벨로프(10,20,30A,30B)를 구성하는 섬유(들)가 폐기물의 종류에 맞게 개조된 다공도를 정의하는 메쉬 크기로 직조되어, 이 폐기물의 열분해 속도가 열화학적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구조물이 외부용이고, 유리섬유로 제조된 엔벨로프(10)가 상기 금속 구조물 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  5. 제 1 항에 있어서, 유리섬유로 제조된 엔벨로프(20)가 외부용이고 상기 금속 구조물이 유리섬유 엔벨로프 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구조물을 구성하는 메쉬 와이어가 엔벨로프를 구성하는 섬유의 짜임에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  7. 제 1 항에 있어서, 엔벨로프가 2개의 유리섬유층(30A,30B), 즉 열분해 가스를 여과하는 제1 외부 층(30A) 및 폐기물을 함유하는 제2 내부 층(30B)으로 구성된 것을 특징으로 하는 바스켓.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 구조물이 유리섬유 엔벨로프의 층들(30A, 30B) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구조물이 메쉬로 구성되는 것을 특징으로 하는 바스켓.
  10. 폐기물 유리화 소각로에서 폐기물을 소각하는 방법으로서,
    제1항, 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 바스켓에서 소각될 폐기물을 용융유리조 상의 가스 대기 하에 유지되도록 두는 단계,
    바스켓 없이 폐기물을 열분해 및 연소하는 경우보다 더 오랜 기간 동안 바스켓에 유독 입자를 담아서 열분해 및 연소를 수행하여 완전 연소가 달성될 수 있도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 폐기물을 완전 연소한 후, 폐기물 연소 잔류물을 함유하는 유리섬유 바스켓이 용융 유리조에서 용해되는 것을 특징으로 하는 방법.
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