KR102317875B1 - Swirl-type plasma combustion reactor and combustion system of cement burning furnace using the same - Google Patents

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Abstract

선회류식 플라즈마 연소 반응기에 관하여 개시한다. 본 발명은, 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기; 상기 연소 용기에 폐기물을 유입시키기 위해 연소 용기안으로 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로; 상기 연소 용기 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류를 형성, 상기 폐기물 공급로를 따라 공급되는 폐기물을 선회 회전 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기의 외벽을 따라 배치된 복수의 플라즈마 토치들; 및 상기 연소 용기에 구비되는 연소공기 유도로;를 포함하여 구성될 수 있다.Disclosed is a swirl flow plasma combustion reactor. The present invention, the combustion vessel is hollow inside; a waste supply path leading to the supply of waste into the combustion vessel for introducing the waste into the combustion vessel; a plurality of plasma torches disposed along an outer wall of the combustion vessel to generate a plasma inside the combustion vessel and form a rotating airflow in the generated plasma jet, and move the waste supplied along the waste supply path as a swirling rotational flow; and a combustion air induction path provided in the combustion vessel.

Description

선회류식 플라즈마 연소 반응기 및 이를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템{Swirl-type plasma combustion reactor and combustion system of cement burning furnace using the same}Swirl-type plasma combustion reactor and combustion system of cement kiln using same

본 발명은 열 플라즈마를 이용하여 폐기물을 연소하는 선회류식 플라즈마 연소반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a swirl flow type plasma combustion reactor for burning waste using thermal plasma.

바이오매스, 폐 플라스틱 등의 폐기물을 소각 처리하거나 가스화 원료로 사용하려는 다양한 제안이 알려져 있다. 이들 중 폐 플라스틱(폐합성수지, 폐비닐, 폐섬유, PT병 등)을 원료 물질로 이용한 가스화 방식은 플라즈마와 같은 고온발생장치를 이용하여 오염물질을 억제 연소시키고 이 과정에서 가스화 원료로 이용하는 공정의 개발로 이루어지고 있다. 플라즈마 발생기로부터 생성되는 플라즈마의 온도는 불꽃의 내외부에서 크게 차이가 나지만 아크(Arc)의 온도는 10,000~20,000K정도로 추정되며, 외부 온도는 2000~3000K 정도로 추정되고 있다. 이러한 플라즈마의 특성을 이용, 연소 반응로를 1200℃ 이상의 고온으로 유지시킴으로써 열분해를 일으켜 이 온도영역에서 합성가스를 형성시키고 고온에서 발생이 억제되거나 분해되는 특성이 있는 2차 오염물질의 배출을 억제하여 환경오염을 줄이는 공정 등의 개발이 시도되고 있다.Various proposals are known to incinerate wastes such as biomass and waste plastics or to use them as raw materials for gasification. Among them, the gasification method using waste plastics (waste synthetic resin, waste vinyl, waste fibers, PT bottles, etc.) development is taking place. Although the temperature of the plasma generated from the plasma generator varies greatly inside and outside the flame, the temperature of the arc is estimated to be about 10,000 to 20,000K, and the external temperature is estimated to be about 2000 to 3000K. Using these characteristics of plasma, by maintaining the combustion reactor at a high temperature of 1200 ° C or higher, thermal decomposition occurs to form syngas in this temperature range, and by suppressing the emission of secondary pollutants having characteristics that are suppressed or decomposed at high temperatures. Development of a process for reducing environmental pollution is being attempted.

플라즈마 연소 반응기를 이용하는 폐 플라스틱의 플라즈마 연소 공정은 빠른 열분해 속도와 효율을 얻을 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 소각 후 잔류물은 유리화하여 안정하게 처리할 수 있고 비산물이 발생하지 않으며 소규모의 소각시설을 운영할수 있어 폐기물 처리 및 연료원 확보에 유리한 것으로 알려져 있다. 폐기물을 플라즈마를 통해 열분해 하는 기술과 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2008-0045574호에는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정 및 장치가 제안되어 있다. 또한 대한민국 공개특허 제10-2012-0033682호에는 폐폴리머 절연물의 열분해가 일어나는 장치, 열분해 장치와 연결되어 열분해 장치에서 생성된 열분해 가스에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 장치, 플라즈마 장치와 연결되어 열분해 가스의 가스화 반응이 일어나는 가스화 반응장치 및 반응로의 냉각장치 등이 제안되어 있다.The plasma combustion process of waste plastics using a plasma combustion reactor has the advantage of obtaining a fast thermal decomposition rate and efficiency, and the residue after incineration can be vitrified and treated stably. It is known to be advantageous for waste treatment and fuel source security because it can be operated. Regarding the technology of pyrolyzing waste through plasma, Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0045574 proposes a process and apparatus for purifying syngas from waste using plasma pyrolysis process technology. In addition, Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0033682 discloses a device for pyrolysis of waste polymer insulation, a plasma device connected to the pyrolysis device to supply plasma to the pyrolysis gas generated in the pyrolysis device, and gasification of the pyrolysis gas connected to the plasma device A gasification reactor in which the reaction takes place, a cooling device of a reactor, and the like have been proposed.

그러나, 기존 플라즈마 연소 반응기는 반응기 내 온도가 고온임에도 불구하고 대체 연료의 고온 체류시간이 짧은 단점과 구조적으로 데드 존(dead zone)이 발생하여 폐기물이 연소되지 않고 쌓이는 현상이 발생될 수 있으며 연소 중 폐기물의 분산 및 연소 공기용으로 투입되는 상온의 외부공기로 인하여 반응기 내 온도가 하강하여 타르의 발생량이 급격히 증가될 수 있다. 현재 플라즈마를 이용하여 폐기물을 연소 소각하거나 가스화 처리하는 기존 기술들은 소각의 경우 2차 유해물질 발생을 억제하는데 한계가 있고 유해물질 매립 처리 등에 따른 추가 비용의 소요 및 에너지 회수 효율의 저하와 환경 부담금 부담의 문제를 해결하지 못하고 있다. 또한 폐기물의 가스화 처리의 경우에도 복잡한 공정과 효율의 저하, 환경 오염물질의 배출 및 대용량 시설로 신설 비용에 대한 추가 부담 그리고 유지 보수에 고비용이 소요되는 문제를 해결하지 못하고 있다.However, in the existing plasma combustion reactor, despite the high temperature in the reactor, the high temperature residence time of the alternative fuel is short and structurally, a dead zone is generated, so that wastes may be accumulated without being burned, and during combustion. Due to the dispersion of waste and the external air at room temperature supplied for combustion air, the temperature in the reactor may drop, and the amount of tar generated may be rapidly increased. Existing technologies that use plasma to burn and incinerate or gasify waste have limitations in suppressing the generation of secondary hazardous substances in the case of incineration, and require additional costs due to burying of hazardous substances, decrease energy recovery efficiency, and burden the environment. has not been able to solve the problem of In addition, even in the case of gasification of waste, the problem of complicated processes and reduced efficiency, the emission of environmental pollutants and the additional burden of new construction costs due to large-capacity facilities, and the high cost of maintenance cannot be solved.

특허문헌 1. 국내 등록특허공보 제10-1546815호(공고일2015년08월25일)Patent Document 1. Domestic Registered Patent Publication No. 10-1546815 (Announcement date August 25, 2015)

특허문헌 2. 국내 공개특허공보 제10-2012-0033682호(공개일2012년04월09일)Patent Document 2. Domestic Patent Publication No. 10-2012-0033682 (published on April 09, 2012)

특허문헌 3. 국내 등록특허공보 제10-1506243호(공고일2015년03월26일)Patent Document 3. Domestic Registered Patent Publication No. 10-1506243 (published on March 26, 2015)

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 열 플라즈마를 이용하여 폐기물을 연소하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 제공하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to provide a swirling flow plasma combustion reactor for burning waste using thermal plasma.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 연소 반응기내에서 폐기물의 고온 노출 시간인 연소 체류 시간을 증대시켜 연소 효율을 높이고 연소 중 타르 발생을 억제하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to increase the combustion residence time, which is the high temperature exposure time of waste in the combustion reactor, to increase combustion efficiency and to suppress the generation of tar during combustion.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 별도의 에너지 사용 없이 연소공기를 가열하여 반응기 내부로 공급 열 손실을 최소화하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to minimize the loss of heat supplied into the reactor by heating the combustion air without using a separate energy.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 연소 반응기에 대한 내화물의 시공이 필요 없어 연소 반응기 제작비용을 절감하고 유지 보수 작업을 용이하도록 하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to reduce the manufacturing cost of the combustion reactor and facilitate maintenance work because there is no need for construction of a refractory material for the combustion reactor.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 연소 반응기의 원주 방향을 따라 복수의 플라즈마 토치들을 배치함으로써 플라즈마 토치의 소형화와 간소화가 가능하도록 하는데 있다.One of the technical problems to be solved by the present invention is to enable miniaturization and simplification of the plasma torch by disposing a plurality of plasma torches along the circumferential direction of the combustion reactor.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 연소 반응기에서 가스화된 폐플라스틱을 시멘트 소성 공정의 보조 에너지원으로 전환하여 사용하도록 하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to convert the gasified waste plastic in the combustion reactor into an auxiliary energy source for the cement firing process.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 연소 반응기에서 연소 및 열분해가 이루어진 폐 플라스틱 폐기물의 유해물질의 용출에 의한 환경오염을 방지하도록 하는데 있다.One of the technical problems to be solved by the present invention is to prevent environmental pollution due to the elution of harmful substances of waste plastic waste that has been burned and pyrolyzed in a combustion reactor.

상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기; 상기 연소 용기에 폐기물을 유입시키기 위해 연소 용기안으로 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로; 상기 연소 용기 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류를 형성, 상기 폐기물 공급로를 따라 공급되는 폐기물을 선회 회전 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기의 외벽을 따라 배치된 복수의 플라즈마 토치들; 및 상기 연소 용기에 구비되는 연소공기 유도로;를 포함하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기로부터 달성될 수 있다.The above objects are, according to the present invention, a combustion vessel having a hollow interior; a waste supply path leading to the supply of waste into the combustion vessel for introducing the waste into the combustion vessel; a plurality of plasma torches disposed along an outer wall of the combustion vessel to generate a plasma inside the combustion vessel and form a rotating airflow in the generated plasma jet, and move the waste supplied along the waste supply path as a swirling rotational flow; and a combustion air induction path provided in the combustion vessel.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연소 용기는 폐기물을 회전 선회시켜 열 플라즈마 아크로 연소시키는 통형의 제1 용기 및 상기 제1 용기의 외벽과 대응되어 균일한 간격으로 이격된 상태로 외부를 감싸는 제2 용기로 구성되고, 상기 제1 용기와 제2 용기 사이에는 연소공기가 유동하는 유동 공간을 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the combustion vessel is a tubular first vessel that rotates the waste to burn it in a thermal plasma arc, and a second enveloping the outside in a state spaced apart at uniform intervals corresponding to the outer wall of the first vessel. It may be configured as a container, and may include a flow space in which combustion air flows between the first container and the second container.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 용기에는 외부의 연소공기 유입을 유도하는 복수의 벤트 홀들을 구비하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first container may be configured with a plurality of vent holes for inducing the inflow of external combustion air.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 벤트 홀들은 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 위치하고 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열되어 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the vent holes are located at equal intervals along the circumferential direction with respect to the concentricity of the first vessel and are respectively arranged with a directional inclination to rotate in the circumferential direction around the concentricity of the first vessel, can be configured.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 용기와 제2 용기 사이에 형성되는 연소공기 유동공간에는 플라즈마 토치들을 상기 제1 용기의 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 배치하고 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열되도록 유도하는 트위스트 소켓들을 구비하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, plasma torches are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the first vessel in the combustion air flow space formed between the first vessel and the second vessel, and the concentricity of the first vessel is disposed. It may be configured with twisted sockets for guiding them to be respectively arranged with a directional inclination that rotates in the circumferential direction around the center.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 트위스트 소켓들은 각각의 벤트 홀들 사이에 위치하고 상기 트위스트 소켓들과 상기 벤트 홀들의 방향성 기울기는 대칭이거나 적어도 동일한 방향성을 갖도록 배치 정렬되어 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the twisted sockets are positioned between the respective vent holes and the directional slopes of the twisted sockets and the vent holes are symmetrical or arranged and arranged to have at least the same directionality.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연소 용기에 원주 방향으로 배치되는 플라즈마 토치들은 폐기물의 회전 선회 속도를 가속시키면서 연소시키기 위해 상기 폐기물 공급로의 주변에 배치된 제1 플라즈마 토치부; 및 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이격된 위치에서 폐기물을 재연소시키는 제2 플라즈마 토치부;로 플라즈마 발생 영역을 분할하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plasma torches disposed in the circumferential direction of the combustion vessel may include a first plasma torch unit disposed around the waste supply path to burn while accelerating the rotational speed of the waste; and a second plasma torch unit for re-burning waste at a position spaced apart from the first plasma torch unit;

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 연소 용기의 동심을 향하여 각각 대칭적인 기울기로 기울어지는 하방 기울기로 배열하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plasma torches of the first plasma torch unit may be configured by arranging in a downward slope inclined at a symmetrical slope toward the concentricity of the combustion vessel.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 상기 연소 용기의 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이탈된 상부에 수평 배열로 장착하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plasma torches of the second plasma torch part may be configured by being mounted in a horizontal arrangement on the upper part separated from the first plasma torch part of the combustion vessel.

상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기; 상기 연소 용기에 폐기물을 유입시키기 위해 연소 용기안으로 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로; 상기 연소 용기 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류를 형성, 상기 폐기물 공급로를 따라 공급되는 폐기물을 선회 회전 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기의 외벽을 따라 배치된 복수의 플라즈마 토치들; 상기 연소 용기에 구비되는 연소공기 유도로를 포함하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기; 및 상기 선회류식 플라즈마 연소 반응기로부터 조성되는 고온의 가스를 시멘트 소성 공정에 공급하기 위해 상기 연소 용기와 시멘트 소성로를 연결하여 구성된 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템으로부터 달성될 수 있다.The above objects are, according to the present invention, a combustion vessel having a hollow interior; a waste supply path leading to the supply of waste into the combustion vessel for introducing the waste into the combustion vessel; a plurality of plasma torches disposed along an outer wall of the combustion vessel to generate a plasma inside the combustion vessel and form a rotating airflow in the generated plasma jet, and move the waste supplied along the waste supply path as a swirling rotational flow; a swirling flow type plasma combustion reactor including a combustion air induction path provided in the combustion vessel; And it can be achieved from the combustion system of the cement kiln using the swirl flow type plasma combustion reactor configured by connecting the combustion vessel and the cement kiln to supply the high-temperature gas generated from the swirl flow type plasma combustion reactor to the cement firing process.

본 발명은 열 플라즈마를 이용하여 폐기물을 효과적으로 연소하고, 연소 반응기내에서 폐기물의 고온 노출 시간인 연소 체류 시간을 증대시켜 연소 효율을 높이고 연소 중 타르 발생을 억제하는 플라즈마 연소 반응기를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention effectively burns waste using thermal plasma, increases combustion residence time, which is a high-temperature exposure time of waste in the combustion reactor, to increase combustion efficiency and provides a plasma combustion reactor that suppresses tar generation during combustion there is

본 발명은 별도의 에너지 사용 없이 연소공기를 가열하여 연소 반응기 내부로 공급할 수 있으므로 열 손실을 최소화하면서 연소 반응기를 저비용으로 운용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since combustion air can be heated and supplied into the combustion reactor without the use of separate energy, the combustion reactor can be operated at low cost while minimizing heat loss.

본 발명은 연소 반응기에 대한 내화물의 시공이 필요 없어 연소 반응기 제작비용을 절감하고 유지 보수 작업을 용이하게 하고, 연소 반응기의 원주 방향을 따라 복수의 플라즈마 토치들을 배치함으로써 플라즈마 토치의 소형화와 간소화가 가능한 효과가 있다.The present invention does not require the construction of a refractory material for the combustion reactor, thereby reducing the combustion reactor manufacturing cost and facilitating maintenance work, and by arranging a plurality of plasma torches along the circumferential direction of the combustion reactor, miniaturization and simplification of the plasma torch is possible. It works.

본 발명은 환경오염의 원인이 되는 폐 플라스틱 폐기물을 가스화 하여 시멘트 소성로와 연결하고 이를 통해 연소 가스화된 폐플라스틱을 시멘트 소성 공정의 보조 에너지원으로 전환하여 사용하도록 유도하는 효과가 있다.The present invention has the effect of inducing the use of gasifying waste plastic waste, which causes environmental pollution, to connect it to a cement kiln, and to convert the gasified waste plastic into an auxiliary energy source for the cement sintering process.

본 발명은 폐 플라스틱 폐기물이 고온의 연소 반응기에서 연소 및 열분해 되고 가스 상태로 시멘트 소성로로 투입되도록 함으로써 시멘트 소성로의 보조 연료로 사용되도록 하는 동시에 폐 플라스틱에 함유된 미량의 중금속등 유해 물질은 킬른내 소성대에서 클링커링 반응 중 클링커에 고용되어 유해물질의 용출에 의한 환경오염을 방지하도록 유도하는 효과가 있다.The present invention allows waste plastic waste to be burned and pyrolyzed in a high-temperature combustion reactor and fed into the cement kiln in gaseous state so that it can be used as an auxiliary fuel for the cement kiln, and at the same time, a trace amount of hazardous substances such as heavy metals contained in the waste plastic can be burned in the kiln. It is dissolved in clinker during the clinkering reaction in the vocal cords and has the effect of inducing environmental pollution caused by the elution of harmful substances.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 외형을 모식적으로 나타낸 예시이다.
도 2의 (a)(b)는 도 1의 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 플라즈마 토치 배치 예를 상세하게 나타낸 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기 내부에서 폐기물과 연소공기의 거동을 나타낸 예시이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 시멘트 소성로에 적용한 연소 시스템을 설명하는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템의 예시이다.1 is an example schematically showing the external appearance of a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.
(a) (b) of FIG. 2 is an example schematically showing the internal structure of the swirl flow type plasma combustion reactor of FIG.
3 is an illustration showing in detail an example of arrangement of a plasma torch of a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.
4 is an example showing the behavior of waste and combustion air in the swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a combustion system in which a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention is applied to a cement kiln.
6 is an example of a combustion system of a cement kiln using a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 '선회류식 플라즈마 연소 반응기 및 이를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템'을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, 'a swirl flow type plasma combustion reactor and a combustion system for a cement kiln using the same' according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

본 발명의 설명에 사용되는 용어 중 '플라즈마 토치'는 '플라즈마 발생기'로 혼용될 수 있다. '플라즈마 토치' 또는 '플라즈마 발생기'는 'DC 열 플라즈마 발생기'일 수 있다. 여기서 'DC 열 플라즈마 발생기'는 DC 전원을 인가하여 열 플라즈마를 발생시키는 것으로 플라즈마 발생 원리나 성능 및 특성 등은 본 발명의 구성과 직접 관련이 없으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Among the terms used in the description of the present invention, 'plasma torch' may be used interchangeably with 'plasma generator'. A 'plasma torch' or 'plasma generator' may be a 'DC thermal plasma generator'. Here, the 'DC thermal plasma generator' generates thermal plasma by applying DC power, and since the plasma generation principle, performance, and characteristics are not directly related to the configuration of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 설명에 사용되는 용어 중 '폐기물'은 바이오메스, 폐합성수지, 폐비닐, 폐섬유, 각종 PT 용기와 병류 등을 포함할 수 있으므로 제한이 없다. 다만 시멘트 소성로의 연소 시스템에서 보조 에너지원으로 활용되는 가스화 가능 폐기물로는 폐합성수지, 폐비닐, 폐섬유, 각종 PT 용기와 병류 등으로 제한될 수 있다.Among the terms used in the description of the present invention, 'waste' is not limited because it may include biomass, waste synthetic resin, waste vinyl, waste fiber, and various PT containers and co-currents. However, as gasificationable waste used as an auxiliary energy source in the combustion system of a cement kiln, it may be limited to waste synthetic resin, waste vinyl, waste fiber, various PT containers and co-currents.

본 발명은 열 플라즈마를 이용하여 폐기물을 효과적으로 연소하고, 연소 반응기내에서 폐기물의 고온 노출 시간인 연소 체류 시간을 증대시켜 연소 효율을 높이고 연소 중 타르 발생을 억제할 수 있는 선회류식 플라즈마 연소 반응기로 제시된다.The present invention is presented as a swirling flow type plasma combustion reactor capable of effectively burning waste using thermal plasma and increasing combustion residence time, which is a high-temperature exposure time of waste in a combustion reactor, to increase combustion efficiency and suppress tar generation during combustion do.

또한, 본 발명은 별도의 에너지 사용 없이 연소공기를 가열하여 연소 반응기 내부로 공급하여 열 손실을 최소화하면서 연소 반응기를 저비용으로 운용할 수 있는 선회류식 플라즈마 연소 반응기로 제시된다.In addition, the present invention is presented as a swirl flow type plasma combustion reactor capable of operating the combustion reactor at low cost while minimizing heat loss by heating combustion air without using separate energy and supplying it to the inside of the combustion reactor.

또한, 본 발명은 연소 반응기에 대한 내화물의 시공을 생략할 수 있도록 함으로써 연소 반응기 제작비용을 절감하고 유지 보수 작업을 용이하게 하는 한편 연소 반응기의 원주 방향을 따라 복수의 플라즈마 토치들을 배치함으로써 플라즈마 토치의 소형화와 간소화가 가능한 선회류식 플라즈마 연소 반응기로 제시된다.In addition, the present invention reduces the manufacturing cost of the combustion reactor and facilitates maintenance work by omitting the construction of the refractory material for the combustion reactor, while disposing a plurality of plasma torches along the circumferential direction of the combustion reactor. It is presented as a swirl flow type plasma combustion reactor that can be miniaturized and simplified.

또한, 본 발명은 환경오염의 원인이 되는 폐 플라스틱 폐기물을 가스화 하여 시멘트 소성로와 연결하고 이를 통해 연소 가스화된 폐플라스틱을 시멘트 소성 공정의 보조 에너지원으로 전환하여 사용하도록 유도할 수 있는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템으로 제시된다.In addition, the present invention gasifies waste plastic waste that causes environmental pollution and connects it with a cement kiln, and through this, a swirling flow type plasma combustion that can induce the conversion of the gasified waste plastic into an auxiliary energy source for the cement firing process. A combustion system of a cement kiln using a reactor is presented.

또한, 본 발명은 폐 플라스틱 폐기물이 고온의 연소 반응기에서 연소 및 열분해 되고 가스 상태로 시멘트 소성로로 투입되도록 함으로써 시멘트 소성로의 보조 연료로 사용되도록 하는 동시에 폐 플라스틱에 함유된 미량의 중금속등 유해 물질은 킬른내 소성대에서 클링커링 반응 중 클링커에 고용되어 유해물질의 용출에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템으로 제시된다.In addition, the present invention allows the waste plastic waste to be burned and pyrolyzed in a high-temperature combustion reactor and fed into the cement kiln in a gaseous state so that it can be used as an auxiliary fuel for the cement kiln, and at the same time, harmful substances such as trace amounts of heavy metals contained in the waste plastic are removed from the kiln. It is proposed as a combustion system for a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor that is dissolved in clinker during the clinkering reaction in the kiln and can prevent environmental pollution due to the elution of harmful substances.

한편, 본 발명은 폐기물 연소를 위한 DC 열 플라즈마 발생기를 이용한 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 하부에서 공급되는 폐기물이 플라즈마 제트의 강한 선회에 의해 고온 영역으로 이동하여 고온 영역에서 장시간 노출 되도록 함으로써 높은 연소 효율을 갖는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 제공한다.On the other hand, the present invention provides high combustion efficiency by allowing the waste supplied from the lower part of the swirling flow type plasma combustion reactor using a DC thermal plasma generator for waste combustion to move to a high temperature zone by the strong rotation of the plasma jet and to be exposed in the high temperature zone for a long time. It provides a swirl flow type plasma combustion reactor having.

또한, 본 발명은 연소 반응기의 외통으로 유입된 공기가 내통 벽면으로 하향 선회하면서 벽면을 냉각 시키고 가열된 고온의 공기를 이용하여 열손실을 막는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 제공한다.In addition, the present invention provides a swirling flow type plasma combustion reactor in which the air introduced into the outer cylinder of the combustion reactor turns downward toward the inner cylinder wall to cool the wall surface and prevent heat loss by using heated high-temperature air.

또한, 본 발명은 연소 반응기로 유입되는 공기에 의해 연소로 외벽을 냉각시키는 에어커튼 역할을 하도록 함으로써 내화벽돌이 불필요하며 동시에 하부에 도달한 공기는 열 손실을 막는 연소공기로 이용 할 수 있도록 함으로써 기존 시스템에 비해 소형화가 가능한 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 제공한다.In addition, in the present invention, the refractory brick is unnecessary by acting as an air curtain for cooling the outer wall of the combustion furnace by the air flowing into the combustion reactor, and at the same time, the air reaching the bottom can be used as combustion air to prevent heat loss. Provided is a swirl flow type plasma combustion reactor that can be miniaturized compared to the system.

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 첨부 도면을 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 외형을 모식적으로 나타낸 예시이다.1 is an example schematically showing the external appearance of a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.

도 2의 (a)(b)는 도 1의 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 예시이다.2(a)(b) is an example schematically showing the internal structure of the swirl flow type plasma combustion reactor of FIG. 1 .

본 발명에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기(110)로 구성될 수 있다.The swirling flow type plasma combustion reactor 100 according to the present invention may be composed of a combustion vessel 110 having a hollow interior as shown in FIGS. 1 and 2 .

그리고, 연소 용기(110)에 폐기물(W)을 유입시키기 위해 연소 용기(110)의 하부로부터 폐기물(W)의 공급을 유도하는 폐기물 공급로(120)가 구성될 수 있다.And, the waste supply path 120 for inducing the supply of the waste (W) from the lower portion of the combustion vessel (110) in order to introduce the waste (W) into the combustion vessel (110) may be configured.

그리고, 연소 용기(110) 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류(S1)를 형성하여 폐기물 공급로(120)를 따라 공급되는 폐기물(W)을 선회 유동으로 거동하도록 연소 용기(110)의 외벽을 따라 배치된 복수의 플라즈마 토치(130)들을 배치하여 구성될 수 있다.Then, the combustion vessel 110 to generate plasma in the combustion vessel 110 and form a rotational airflow S1 in the generated plasma jet so that the waste W supplied along the waste supply path 120 behaves in a swirling flow. ) may be configured by disposing a plurality of plasma torches 130 disposed along the outer wall.

그리고, 연소 용기(110)에 구비되는 연소공기 유도로(140)를 포함하여 구성될 수 있다.And, it may be configured to include a combustion air induction path 140 provided in the combustion vessel (110).

미설명 부호 '101'은 연소 용기(110)를 받쳐주는 지지대이다. 'S2'는 연소된 폐기물이 가스화되어 연소 용기(110)의 외부로 빠져나가는 방향이다.Unexplained reference numeral '101' is a support for supporting the combustion vessel 110 . 'S2' is a direction in which the burned waste is gasified and exits to the outside of the combustion vessel 110 .

여기서, 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)에 배치되는 플라즈마 토치(130)들로부터 생성되는 플라즈마의 온도는 불꽃의 내외부에서 차이가 나지만 대략 아크(Arc)의 온도는 10,000~20,000K정도, 외부 온도는 2000~3000K 정도를 나타낼 수 있다.Here, the temperature of the plasma generated from the plasma torches 130 disposed in the swirling flow type plasma combustion reactor 100 is different inside and outside the flame, but the temperature of the arc is approximately 10,000 to 20,000K, and the external temperature is It can represent about 2000~3000K.

이를 통해 연소 반응기의 온도를 1000℃ 이상의 고온으로 유지시킴으로써 열분해를 일으켜 이 온도영역에서 일산화탄소와 수소로 이루어지는 합성가스를 형성시킬 수 있다. 이와 동시에 고온에서 발생이 억제되거나 분해되는 특성이 있는 다이옥신, 퓨란 등의 2차 오염물질 배출을 극소화시켜 환경오염에 대비하면서 폐기물을 소각 처리하도록 구성될 수 있다.Through this, by maintaining the temperature of the combustion reactor at a high temperature of 1000° C. or more, thermal decomposition can occur to form a synthesis gas composed of carbon monoxide and hydrogen in this temperature range. At the same time, it may be configured to incinerate the waste while preparing for environmental pollution by minimizing the emission of secondary pollutants such as dioxins and furans, which have characteristics that are suppressed or decomposed at high temperatures.

한편, 플라즈마 연소 반응기를 이용하는 폐 플라스틱의 플라즈마 연소 공정은 일반적으로 빠른 열분해 속도와 효율을 얻을 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 소각 후 잔류물은 유리화하여 안정하게 처리할 수 있고 비산물이 발생하지 않으며 소규모의 소각시설을 운영할수 있어 폐기물 처리 및 연료원 확보에 유리한 것으로 알려져 있다(특허문헌 1 참조).On the other hand, the plasma combustion process of waste plastics using a plasma combustion reactor generally has the advantage of obtaining a fast pyrolysis rate and efficiency, and the residue after incineration can be vitrified and treated stably, no scattering products are generated, and small-scale It is known that it is advantageous for waste treatment and fuel source security because it can operate an incineration facility (see Patent Document 1).

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The swirl flow type plasma combustion reactor 100 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail as follows.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기의 플라즈마 토치 배치 예를 상세하게 나타낸 예시이다.3 is a detailed view showing an example of arrangement of a plasma torch in a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기 내부에서 폐기물과 연소공기의 거동을 나타낸 예시이다.4 is an example showing the behavior of waste and combustion air in the swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 연소 용기(110)는 폐기물(W)을 회전 선회(S1)시켜 열 플라즈마 아크로 연소시키는 통형의 제1 용기(111)를 내통으로 구분하여 구성될 수 있다. 1 to 4, the combustion vessel 110 may be configured by dividing the tubular first vessel 111 in which the waste (W) is rotated (S1) and combusted with a thermal plasma arc into an inner cylinder. .

그리고, 제1 용기(111)의 외벽과 대응되어 균일한 간격으로 이격된 상태로 외부를 감싸는 제2 용기(112)를 외통으로 구분하여 구성될 수 있다. In addition, it may be configured by dividing the second container 112 surrounding the outside in a state in which it corresponds to the outer wall of the first container 111 and spaced apart at uniform intervals into an outer cylinder.

그리고, 내통인 제1 용기(111)와 외통인 제2 용기(112) 사이에는 연소공기(a1)(a2)가 유동하는 유동 공간(150)이 형성될 수 있다.In addition, a flow space 150 through which the combustion air a1 and a2 flows may be formed between the first container 111 as the inner cylinder and the second container 112 as the outer cylinder.

여기서, 연소 용기(110)의 외통인 제2 용기(112)로 유입된 외부 연소공기는 내통인 제1 용기(111) 벽면으로 하향 선회하면서 벽면을 냉각시키고 가열(또는 예열)되는 연소공기는 연소 용기(110)의 열손실을 줄여줄 수 있다. 그리고 연소 용기로 유입되는 외부공기에 의해 외벽을 냉각시키는 에어커튼 역할을 유도함으로써 일반 내화벽돌이 불필요하다. 동시에 하부에 도달한 외부공기는 열 손실을 막는 연소공기로 이용 할 수 있으므로 기존 시스템에 비해 연소 용기(110)의 크기를 줄일 수 있고 이를 통해 연소 반응기의 소형화 설계에 유리할 수 있다.Here, the external combustion air introduced into the second vessel 112 which is the outer cylinder of the combustion vessel 110 cools the wall surface while turning downward to the wall surface of the first vessel 111 which is the inner cylinder, and the combustion air heated (or preheated) is combusted. It is possible to reduce the heat loss of the container 110 . And by inducing the role of an air curtain to cool the outer wall by the external air flowing into the combustion vessel, general fire bricks are unnecessary. At the same time, since the external air reaching the lower part can be used as combustion air to prevent heat loss, the size of the combustion vessel 110 can be reduced compared to the existing system, which can be advantageous for the compact design of the combustion reactor.

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)는 외부의 연소공기가 'a1'에서 유입되어 반응기의 외벽을 타고 선회하상을 하면서 가열되고 이렇게 가열된 연소공기는 'a2'로 공급되어 벤트 홀(160)을 통해 내부로 유입도록 구성될 수 있다.In the swirling flow plasma combustion reactor 100 according to the embodiment of the present invention, external combustion air is introduced from 'a1' and is heated while swinging down and down the outer wall of the reactor, and the heated combustion air is supplied to 'a2'. It may be configured to flow into the interior through the vent hole 160 .

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)의 벤트 홀(160)들은 제1 용기(111)의 동심을 중심으로 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 위치하고 제1 용기(111)의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열하여 구성될 수 있다.The vent holes 160 of the swirling flow type plasma combustion reactor 100 according to the embodiment of the present invention are located at equal intervals along the circumferential direction with respect to the concentricity of the first vessel 111 and the concentricity of the first vessel 111 . It may be configured by arranging each with a directional inclination to rotate in the circumferential direction around the .

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)의 제1 용기(111)와 제2 용기(112) 사이에 형성되는 연소공기 유동공간(150)에는 플라즈마 토치(130)들을 제1 용기(111)의 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 배치하고 제1 용기(111)의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열되도록 유도하는 트위스트 소켓(170)들을 구비하여 구성될 수 있다.In the combustion air flow space 150 formed between the first vessel 111 and the second vessel 112 of the swirl flow type plasma combustion reactor 100 according to an embodiment of the present invention, the plasma torch 130 is a first vessel Arranged at equal intervals along the circumferential direction of (111) and induced to be respectively arranged with a directional inclination to rotate in the circumferential direction around the concentric center of the first container 111, it may be configured with twisted sockets 170 .

여기서, 트위스트 소켓(170)들은 각각의 벤트 홀(160) 사이에 위치하고 트위스트 소켓(170)들과 벤트 홀(160)들의 방향성 기울기는 대칭이거나 적어도 동일한 방향성을 갖도록 배치 정렬되어 구성될 수 있다.Here, the twisted sockets 170 are positioned between the respective vent holes 160 and the directional inclinations of the twisted sockets 170 and the vent holes 160 may be symmetrical or arranged and arranged to have at least the same directionality.

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)의 연소 용기(110)에 원주 방향으로 배치되는 플라즈마 토치(130)들은 폐기물(W)의 회전 선회 속도를 가속시키면서 연소시키기 위해 폐기물 공급로(120)의 주변에 배치된 제1 플라즈마 토치부(131)로 구성될 수 있다.Plasma torches 130 disposed in the circumferential direction in the combustion vessel 110 of the swirling flow type plasma combustion reactor 100 according to the embodiment of the present invention are waste supply paths to burn while accelerating the rotational speed of the waste (W). It may be composed of a first plasma torch unit 131 disposed on the periphery of 120 .

그리고, 제1 플라즈마 토치부(131)로부터 이격된 위치에서 폐기물을 재연소시키는 제2 플라즈마 토치부(132)로 각각 플라즈마 발생 영역을 분할하여 구성될 수 있다.In addition, the plasma generating region may be divided into second plasma torch units 132 for re-burning waste at positions spaced apart from the first plasma torch unit 131 .

여기서, 제1 플라즈마 토치부(131)의 플라즈마 토치(130)들은 도 4에 도시된 바와 같이, 연소 용기(110)의 동심을 향하여 각각 대칭적인 기울기로 기울어지는 하방 기울기(θ)로 배열하여 구성될 수 있고, 제2 플라즈마 토치부(132)의 플라즈마 토치(130)들은 연소 용기(110)의 상기 제1 플라즈마 토치부(131)로부터 이탈된 상부에 수평 배열로 장착하여 구성될 수 있다.Here, the plasma torches 130 of the first plasma torch unit 131 are arranged in a downward slope θ that is inclined at a symmetrical slope toward the concentricity of the combustion vessel 110 as shown in FIG. 4 . The plasma torches 130 of the second plasma torch unit 132 may be mounted in a horizontal arrangement on an upper portion separated from the first plasma torch unit 131 of the combustion vessel 110 .

본 발명의 실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 토치(130)들의 열 플라즈마가 회전 기류(S1)를 형성하여 폐기물을 효과적으로 연소할 수 있고, 폐기물의 연소과정에서는 연소 용기(110)내에서 폐기물이 회전 기류를 형성하게 되고, 이는 폐기물에 대하여 고온 노출 시간인 연소 체류 시간을 증대시키게 됨으로써 전체적으로 기존 대비 폐기물의 연소 효율을 높이고 연소 중 타르 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.In the swirling flow type plasma combustion reactor 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4 , the thermal plasma of the plasma torches 130 forms a rotating airflow S1 to effectively burn waste, and In the combustion process, the waste forms a rotating airflow in the combustion vessel 110, which increases the combustion residence time, which is the high-temperature exposure time for the waste, thereby increasing the combustion efficiency of the waste as a whole compared to the existing one and effectively suppressing the generation of tar during combustion. can do.

비교예로서 기존 플라즈마 연소 반응기는 반응기 내 온도가 고온임에도 불구하고 폐기물의 고온 체류시간이 짧고 구조적으로 데드 존(dead zone)이 발생하여 폐기물이 연소되지 않고 쌓이는 현상이 발생될 수 있으며 연소 중 폐기물의 분산 및 연소 공기용으로 투입되는 상온의 외부공기로 인하여 반응기 내 온도가 하강하여 타르 발생량이 급격히 증가되고 있다.As a comparative example, the existing plasma combustion reactor has a short high-temperature residence time of the waste despite the high temperature in the reactor, and structurally a dead zone is generated, so that the waste may be accumulated without burning, and the waste may be accumulated during combustion. The temperature in the reactor is lowered due to the external air at room temperature supplied for dispersion and combustion air, and the amount of tar generated is rapidly increasing.

한편, 본 발명은 환경오염의 원인이 되는 폐 플라스틱 폐기물을 가스화 하여 시멘트 소성로와 연결하고 이를 통해 연소 가스화된 폐플라스틱을 시멘트 소성 공정의 보조 에너지원으로 전환하여 사용하도록 하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템으로 구성될 수 있다.On the other hand, the present invention gasifies waste plastic waste, which causes environmental pollution, and connects it with a cement kiln, and through this, a swirl flow type plasma combustion reactor that converts the gasified waste plastic into an auxiliary energy source for the cement sintering process. It may consist of a combustion system in a cement kiln.

또한, 본 발명은 폐 플라스틱 폐기물이 고온의 연소 반응기에서 연소 및 열분해 되고 가스 상태로 시멘트 소성로로 투입되도록 함으로써 시멘트 소성로의 보조 연료로 사용되도록 하는 동시에 폐 플라스틱에 함유된 미량의 중금속등 유해 물질은 킬른내 소성대에서 클링커링 반응 중 클링커에 고용되어 유해물질의 용출에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템으로 구성될 수 있다.In addition, the present invention allows the waste plastic waste to be burned and pyrolyzed in a high-temperature combustion reactor and fed into the cement kiln in a gaseous state so that it can be used as an auxiliary fuel for the cement kiln, and at the same time, harmful substances such as trace amounts of heavy metals contained in the waste plastic are removed from the kiln. It can be composed of a combustion system of a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor that is dissolved in the clinker during the clinkering reaction in the kiln and can prevent environmental pollution due to the elution of harmful substances.

본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The combustion system of a cement kiln using a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention will be described in detail as follows.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 시멘트 소성로에 적용한 연소 시스템을 설명하는 블럭도이다.5 is a block diagram illustrating a combustion system in which a swirling flow plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention is applied to a cement kiln.

본 발명에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템(200)은, 도 1 내지 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기(110), 연소 용기(110)에 폐기물(W)을 유입시키기 위해 연소 용기(110)의 하부로부터 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로(120), 연소 용기(110) 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류(S1)를 형성, 상기 폐기물 공급로(120)를 따라 공급되는 폐기물(W)을 선회 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기(110)의 외벽을 따라 배치된 복수의 플라즈마 토치(130)들, 연소 용기(110)에 구비되는 연소공기 유도로(140)를 포함하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100); 및 선회류식 플라즈마 연소 반응기(100)로부터 조성되는 고온의 가스를 시멘트 소성 공정 상에서 보조 에너지로 활용하도록 연소 용기(110)와 시멘트 소성로(210)를 연결하여 구성될 수 있다.The combustion system 200 of a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor according to the present invention, as shown in Figs. 1 to 4 and 5, the combustion vessel 110, the combustion vessel ( A waste supply path 120 leading to supply of waste from the lower part of the combustion vessel 110 in order to introduce the waste W into 110, a plasma is generated inside the combustion vessel 110, and a rotating air flow in the generated plasma jet A plurality of plasma torches 130 disposed along the outer wall of the combustion vessel 110, the combustion vessel to form (S1), the waste (W) supplied along the waste supply path 120 to behave in a swirling flow a swirl flow type plasma combustion reactor 100 including a combustion air induction furnace 140 provided in 110; And it may be configured by connecting the combustion vessel 110 and the cement kiln 210 so as to utilize the high-temperature gas generated from the swirling plasma combustion reactor 100 as auxiliary energy in the cement sintering process.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템의 예시이다.6 is an example of a combustion system of a cement kiln using a swirl flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템(200)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 환경오염의 원인이 되는 폐 플라스틱 폐기물(W)을 가스화 하여 시멘트 소성로(210)와 연결하고 이를 통해 가스화된 폐플라스틱 등의 폐기물(W)을 시멘트 소성 공정의 보조 에너지원으로 전환하여 사용하도록 함으로써 시멘트 소성로의 연소 시스템에서 에너지 비용을 절감하도록 유도하는 이점이 있다.The combustion system 200 of a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention gasifies waste plastic waste (W) that causes environmental pollution as shown in FIGS. There is an advantage of inducing energy cost reduction in the combustion system of the cement kiln by connecting to the kiln 210 and converting the waste (W) such as gasified waste plastic into an auxiliary energy source for the cement sintering process.

본 발명의 일실시예에 따른 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템(200)은 폐 플라스틱 폐기물(W)이 고온의 연소 반응기에서 연소 및 열분해 되고 가스 상태로 시멘트 소성로(210)로 투입되도록 함으로써 시멘트 소성로(210)의 보조 연료로 사용되도록 하는 동시에 폐 플라스틱에 함유된 미량의 중금속등 유해 물질을 킬른내 소성대에서 클링커링 반응 중 클링커에 고용되어 유해물질의 용출에 의한 환경오염을 방지할 수 있도록 하는 유리한 이점이 있다.In the combustion system 200 of a cement kiln using a swirling flow type plasma combustion reactor according to an embodiment of the present invention, waste plastic waste (W) is burned and pyrolyzed in a high-temperature combustion reactor, and is introduced into the cement kiln 210 in a gaseous state. By making it possible, it is used as an auxiliary fuel of the cement kiln 210, and at the same time, a trace amount of heavy metal contained in waste plastic is dissolved in the clinker during the clinker reaction in the kiln in the kiln to prevent environmental pollution caused by the elution of harmful substances. There are advantages to being able to do this.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, it is not limited to the embodiment, and can be implemented by modification and modification within the scope of the present invention, and it is within the technical spirit of the present invention that modifications and variations are made. Included.

100: 선회류식 플라즈마 연소 반응기
110: 연소 용기
111: 제1 용기(내통) 112: 제2 용기(외통)
120: 폐기물 공급로 130: 플라즈마 토치
131: 제1 플라즈마 토치부 132: 제2 플라즈마 토치부
140: 연소공기 유도로 150: 유동 공간
160: 벤트 홀 170: 트위스트 소켓
200: 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템
210: 시멘트 소성로100: swirl flow plasma combustion reactor
110: combustion vessel
111: first container (inner cylinder) 112: second container (outer cylinder)
120: waste supply path 130: plasma torch
131: first plasma torch unit 132: second plasma torch unit
140: combustion air induction furnace 150: flow space
160: vent hole 170: twist socket
200: Combustion system of a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor
210: cement kiln

Claims (10)

내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기; 상기 연소 용기에 폐기물을 유입시키기 위해 연소 용기안으로 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로; 상기 연소 용기 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류를 형성, 상기 폐기물 공급로를 따라 공급되는 폐기물을 선회 회전 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기의 외벽 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 연속적으로 배치되고 상기 연소 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 대칭적인 트위스트형으로 연속해서 배치된 복수의 플라즈마 토치들; 및 상기 연소 용기에 구비되는 연소공기 유도로;를 포함하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기에 있어서, 상기 연소 용기에 원주 방향으로 배치되는 플라즈마 토치들은 폐기물의 회전 선회 속도를 가속시키면서 연소시키기 위해 상기 폐기물 공급로의 주변에 배치된 제1 플라즈마 토치부; 및 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이격된 위치에서 폐기물을 재연소시키는 제2 플라즈마 토치부;로 플라즈마 발생 영역을 분할하여 구성되고, 상기 제1 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 연소 용기의 동심을 향하여 서로 마주보는 대응 위치에 각각 대칭적인 기울기로 기울어지는 하방 기울기로 배열하여 구성되며, 상기 제2 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이탈된 위치인 연소 용기의 상부에 수평 배열로 서로 마주보는 대응 위치에각각 대칭적으로 장착된, 선회류식 플라즈마 연소 반응기.a combustion vessel with a hollow interior; a waste supply path leading to the supply of waste into the combustion vessel for introducing the waste into the combustion vessel; Generates plasma inside the combustion vessel and forms a rotating airflow in the generated plasma jet, continuously at equal intervals along the outer wall circumferential direction of the combustion vessel so that the waste supplied along the waste supply path behaves as a swirling rotational flow a plurality of plasma torches disposed and continuously arranged in a symmetrical twist type with a directional inclination rotating in a circumferential direction about the concentricity of the combustion vessel; and a combustion air induction path provided in the combustion vessel, wherein the plasma torches disposed in the circumferential direction in the combustion vessel burn the waste while accelerating the rotational rotation speed of the waste supply path a first plasma torch unit disposed on the periphery of the; and a second plasma torch unit for re-burning waste at a position spaced apart from the first plasma torch unit; configured by dividing a plasma generation region, the plasma torches of the first plasma torch unit facing each other toward the concentricity of the combustion vessel The beam is configured to be arranged in a downward inclination inclined at a symmetrical inclination at a corresponding position, and the plasma torches of the second plasma torch part face each other in a horizontal arrangement on the upper part of the combustion vessel which is a position separated from the first plasma torch part. Swirl flow plasma combustion reactors, each symmetrically mounted in corresponding positions. 제 1 항에 있어서,
상기 연소 용기는 폐기물을 회전 선회시켜 열 플라즈마 아크로 연소시키는 통형의 제1 용기 및 상기 제1 용기의 외벽과 대응되어 균일한 간격으로 이격된 상태로 외부를 감싸는 제2 용기로 구성되고, 상기 제1 용기와 제2 용기 사이에는 연소공기가 유동하는 유동 공간이 형성된, 선회류식 플라즈마 연소 반응기.The method of claim 1,
The combustion vessel is composed of a tubular first vessel in which the waste is rotated and combusted into a thermal plasma arc, and a second vessel that corresponds to the outer wall of the first vessel and surrounds the outside in a state spaced apart at uniform intervals, the first A swirl flow type plasma combustion reactor, wherein a flow space through which combustion air flows is formed between the vessel and the second vessel. 제 2 항에 있어서,
상기 제1 용기에는 외부의 연소공기 유입을 유도하는 복수의 벤트 홀들을 구비하는, 선회류식 플라즈마 연소 반응기.3. The method of claim 2,
The first vessel is provided with a plurality of vent holes for inducing an external combustion air inflow, a swirling flow plasma combustion reactor. 제 3 항에 있어서,
상기 벤트 홀들은 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 위치하고 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열된, 선회류식 플라즈마 연소반응기.4. The method of claim 3,
The vent holes are located at equal intervals along the circumferential direction with respect to the concentricity of the first vessel and are respectively arranged with a directional inclination to turn around the concentricity of the first vessel in the circumferential direction. 제 2 항에 있어서,
상기 제1 용기와 제2 용기 사이에 형성되는 연소공기 유동공간에는 플라즈마 토치들을 상기 제1 용기의 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 배치하고 상기 제1 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 배열되도록 유도하는 트위스트 소켓들을 구비하는, 선회류식 플라즈마 연소반응기.3. The method of claim 2,
Plasma torches are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the first vessel in the combustion air flow space formed between the first vessel and the second vessel and rotate in the circumferential direction around the concentricity of the first vessel A swirling flow plasma combustion reactor having twisted sockets leading to each being arranged at an angle. 제 5 항에 있어서,
상기 트위스트 소켓들은 각각의 벤트 홀들 사이에 위치하고 상기 트위스트 소켓들과 상기 벤트 홀들의 방향성 기울기는 대칭이거나 적어도 동일한 방향성을 갖도록 배치 정렬되어 구성된, 선회류식 플라즈마 연소반응기.My According to claim 5,
The twisted sockets are positioned between the respective vent holes and the directional slopes of the twisted sockets and the vent holes are symmetrical or arranged and arranged so as to have at least the same directivity. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 내부가 중공으로 비워져 있는 연소 용기; 상기 연소 용기에 폐기물을 유입시키기 위해 연소 용기안으로 폐기물의 공급을 유도하는 폐기물 공급로; 상기 연소 용기 내부에 플라즈마를 발생시키고 발생되는 플라즈마 제트에 회전 기류를 형성, 상기 폐기물 공급로를 따라 공급되는 폐기물을 선회 회전 유동으로 거동하도록 상기 연소 용기의 외벽 원주 방향을 따라 균등한 간격으로 연속적으로 배치되고 상기 연소 용기의 동심을 중심으로 원주 방향으로 선회하는 방향성 기울기로 각각 대칭적인 트위스트형으로 연속해서 배치된 복수의 플라즈마 토치들; 및 상기 연소 용기에 구비되는 연소공기 유도로;를 포함하는 선회류식 플라즈마 연소 반응기에 있어서, 상기 연소 용기에 원주 방향으로 배치되는 플라즈마 토치들은 폐기물의 회전 선회 속도를 가속시키면서 연소시키기 위해 상기 폐기물 공급로의 주변에 배치된 제1 플라즈마 토치부; 및 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이격된 위치에서 폐기물을 재연소시키는 제2 플라즈마 토치부;로 플라즈마 발생 영역을 분할하여 구성되고, 상기 제1 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 연소 용기의 동심을 향하여 서로 마주보는 대응 위치에 각각 대칭적인 기울기로 기울어지는 하방 기울기로 배열하여 구성되며, 상기 제2 플라즈마 토치부의 플라즈마 토치들은 상기 제1 플라즈마 토치부로부터 이탈된 위치인 연소 용기의 상부에 수평 배열로 서로 마주보는 대응 위치에각각 대칭적으로 장착된, 선회류식 플라즈마 연소 반응기; 및 상기 선회류식 플라즈마 연소 반응기로부터 조성되는 고온의 가스를 시멘트 소성 공정 상에서 보조 에너지로 활용하도록 상기 연소 용기와 시멘트 소성로를 연결하여 구성된 선회류식 플라즈마 연소 반응기를 이용한 시멘트 소성로의 연소 시스템.a combustion vessel with a hollow interior; a waste supply path leading to the supply of waste into the combustion vessel for introducing the waste into the combustion vessel; Generates plasma inside the combustion vessel and forms a rotating airflow in the generated plasma jet, continuously at equal intervals along the outer wall circumferential direction of the combustion vessel so that the waste supplied along the waste supply path behaves as a swirling rotational flow a plurality of plasma torches disposed and continuously arranged in a symmetrical twist type with a directional inclination rotating in a circumferential direction about the concentricity of the combustion vessel; and a combustion air induction path provided in the combustion vessel, wherein the plasma torches disposed in the circumferential direction in the combustion vessel burn the waste while accelerating the rotational rotation speed of the waste supply path a first plasma torch unit disposed on the periphery of the; and a second plasma torch unit for re-burning waste at a position spaced apart from the first plasma torch unit; configured by dividing a plasma generation region, the plasma torches of the first plasma torch unit facing each other toward the concentricity of the combustion vessel The beam is configured to be arranged in a downward slope inclined at a symmetrical inclination to a corresponding position, and the plasma torches of the second plasma torch part are opposite to each other in a horizontal arrangement on the upper part of the combustion vessel which is a position separated from the first plasma torch part. a vortex type plasma combustion reactor, each symmetrically mounted at a corresponding position; and a combustion system of a cement kiln using a swirling flow plasma combustion reactor configured by connecting the combustion vessel and the cement kiln to utilize the high-temperature gas generated from the swirling plasma combustion reactor as auxiliary energy in the cement firing process.
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