KR102353717B1 - Cement kiln with alternative fuel gasification combustion device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 연소시스템을 이용하여 버려지는 폐플라스틱의 열분해를 통하여 가스화 및 연소시키는 것으로 시멘트 소성로에 부속된 예열탑에 추가적인 열원을 공급하여 연료 사용량을 저감할 수 있으며, 플라스틱 연소에 따른 유해가스 및 타르 발생 저감으로 연속적이고 경제적인 운영이 가능한 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 연소반응기; (b) 상기 연소반응기에 플라즈마를 공급하는 4개 이상의 플라즈마 연소수단; (c) 상기 연소반응기의 상반부에 연결되어 상기 연소반응기 방향으로 폐플라스틱을 공급하는 연료공급수단을 포함하는 대체연료 가스화 장치를 포함하는 시멘트 소성로를 제공한다.The present invention uses a plasma combustion system to gasify and burn waste plastic through pyrolysis, and it is possible to reduce fuel consumption by supplying an additional heat source to a preheating tower attached to a cement kiln, and harmful gases and It relates to a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device capable of continuous and economical operation by reducing tar generation. The present invention is (a) a combustion reactor; (b) four or more plasma combustion means for supplying plasma to the combustion reactor; (c) provides a cement kiln comprising an alternative fuel gasifier connected to the upper half of the combustion reactor and including a fuel supply means for supplying the waste plastic in the direction of the combustion reactor.
Description
본 발명은 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 연소시스템을 이용하여 버려지는 폐플라스틱의 열분해를 통하여 가스화 및 연소시키는 것으로 시멘트 소성로에 부속된 예열탑에 추가적인 열원을 공급하여 연료 사용량을 저감할 수 있으며, 플라스틱 연소에 따른 유해가스 및 타르 발생 저감으로 연속적이고 경제적인 운영이 가능한 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로에 관한 것이다.The present invention relates to a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, and more particularly, gasification and combustion through pyrolysis of discarded plastic using a plasma combustion system. An additional heat source to a preheating tower attached to a cement kiln It relates to a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device that can reduce fuel consumption by supplying a fuel and can continuously and economically operate by reducing harmful gas and tar generation due to plastic combustion.
플라스틱은 석유에서 추출되는 원료를 결합하여 생성되는 고분자 화합물의 일종으로 주로 탄소골격을 중심으로 수소를 비롯한 여러 작용기가 결합되어 있는 거대분자를 의미한다. 초기에는 천연수지인 고무나 송진을 대체하기 위하여 주로 개발되어 합성수지라고 불리지만 현재에는 다양한 성질을 가지는 수백만가지의 플라스틱이 개발되어 있으며, 천연수지의 사용량에 비하여 압도적인 비율로서 사용되고 있다. 최초 개발된 플라스틱은 당구공으로 사용되는 상아를 대체하기 위하여 개발된 페놀수지(베이클라이트)로서 페놀과 포름알데히드를 중합하여 1907년에 제조되었다. 이러한 초기의 플라스틱은 상아의 대체재나 아이들의 장난감수준으로 밖에 여겨지지 않았지만, 최근 들어 플라스틱은 모든 산업에서 없어서는 안되는 중요한 소재로 인식되고 있다. 특히 기존의 플라스틱의 단점인 강도문제를 해결한 엔지니어링 플라스틱의 경우 철강재의 대체재로서 각광을 받고 있으며, 파손시 유리나 철에 비하여 안정성이 뛰어나므로 파손이 우려되는 제품 대부분에 플라스틱이 사용되고 있다.Plastic is a type of polymer compound produced by combining raw materials extracted from petroleum, and refers to a macromolecule in which hydrogen and other functional groups are bonded mainly to a carbon skeleton. In the early days, it was mainly developed to replace rubber or rosin, which are natural resins, and is called synthetic resin, but now, millions of plastics with various properties have been developed and used in an overwhelming proportion compared to the amount of natural resin used. The first plastic developed was a phenolic resin (bakelite) developed to replace ivory used in billiard balls, and was manufactured in 1907 by polymerizing phenol and formaldehyde. In the early days, plastics were considered only as substitutes for ivory or children's toys, but recently, plastics are recognized as an important material indispensable in all industries. In particular, engineering plastics, which have solved the strength problem of existing plastics, are in the spotlight as an alternative to steel materials. Plastics are used for most of the products that are prone to breakage because they have superior stability compared to glass or iron in case of breakage.
플라스틱은 크게 열에 의한 연화 가능여부에 따라 열가소성 수지와 열경화성 수지로 나뉜다. 열가소성 수지는 열을 가하면 고분자 사슬간 결합이 느슨해져 유동성을 가지는 플라스틱으로 강도는 떨어지지만 재활용이 용이하여 다량 소비되는 생활용품 분야에 많이 사용되고 있다. 열경화성 수지는 열을 가하면 고분자 사슬간의 결합이 더욱 단단해져 강도가 올라가는 플라스틱으로 경화이전에는 액체 또는 유동성을 가지는 고체로서 가공이 용이하지만, 경화이후에는 열에 의한 유동성 저하가 나타나지 않아 재활용이 거의 불가능하다는 단점을 가진다. 하지만 이러한 열경화성 플라스틱은 열가소성 플라스틱에 비하여 강도가 높고 내열성이 우수하므로 고강도가 필요한 엔지니어링 플라스틱과 같은 산업현장에 주로 사용되고 있다.Plastics are largely divided into thermoplastic resins and thermosetting resins depending on whether they can be softened by heat. Thermoplastic resin is a plastic having fluidity due to the loosening of the bonds between polymer chains when heat is applied. Thermosetting resins are plastics that strengthen the bonds between polymer chains when heat is applied. They are liquids or solids with fluidity before hardening and are easy to process. have However, these thermosetting plastics have higher strength and better heat resistance than thermoplastic plastics, so they are mainly used in industrial fields such as engineering plastics that require high strength.
이러한 플라스틱은 가공이 용이함에 따라 원하는 형상 및 색상으로 제작가능함과 더불어 자연분해가 거의 나타나지 않아 수명이 길고 원하는 물성을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점을 가지지만, 자연상태에서는 분해되는 기간이 매우 오래 걸려 사용 후 플라스틱의 처리가 문제시 되고 있다. 일반적으로 사용이후의 플라스틱은 매립 처리되지만, 매립시 분해에 많은 시간이 소요되므로 그 한계를 가지고 있다. 따라서 이를 해결하기 위한 방법으로 플라스틱 원료를 재활용하는 방법이 제시되고 있지만, 열가소성 수지만을 재활용할 수 있으며, 수백만 종의 플라스틱을 종류별로 분리하는 것에 대한 어려움이 있어 재활용율이 크게 향상되지는 못하는 실정이다. Because these plastics are easy to process, they can be manufactured in a desired shape and color, and have a long lifespan because they hardly decompose naturally and can easily be manufactured with desired properties. The disposal of plastics is a problem. In general, plastics after use are disposed of in landfills, but they have limitations because they take a lot of time to decompose during landfilling. Therefore, a method of recycling plastic raw materials has been proposed as a method to solve this problem, but only thermoplastic resins can be recycled, and there is a difficulty in separating millions of plastics by type, so the recycling rate cannot be significantly improved. to be.
이런 플라스틱의 단점을 해결하기 위하여 생분해성 플라스틱이 개발되고 있다. 하지만 이러한 생분해성 플라스틱의 경우 장기간 사용이 어렵고 일반적인 플라스틱에 비하여 물성이 떨어져 제한된 분야에서만 사용되고 있을 뿐만 아니라 분해이후 환경이 미치는 영향이 아직까지 완전히 파악되지 않아 무제한적으로 사용하기에는 어려움을 가지고 있다.In order to solve the disadvantages of such plastics, biodegradable plastics are being developed. However, in the case of such biodegradable plastics, it is difficult to use for a long time and is used only in limited fields due to poor physical properties compared to general plastics.
하지만 플라스틱의 경우 대부분이 석유 유래 물질이며 탄소계의 기본 골격을 가지고 있는 고분자 물질이므로 이를 연료로 활용하는 방법 또한 개발되고 있다. 플라스틱의 경우 동일중량의 화석연료와 비슷한 열량을 발생시킬 수 있어 이를 연료로 사용하는 경우 화석연료의 일부를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 플라스틱은 분자량이 큰 물질로서 연소시 불완전연소가 발생하여 유독가스를 발생시키는 경우가 많으며, 플라스틱의 물성을 강화하기 위하여 첨가되는 각종 첨가물 역시 다량의 유독가스의 발생원으로 지목되고 있어 이를 연료로 사용하는 것은 제안적으로 수행되어 왔다. However, in the case of plastics, most of them are petroleum-derived materials and are polymer materials with a carbon-based basic skeleton, so methods for using them as fuels are also being developed. In the case of plastic, it is expected to be able to replace some of the fossil fuel when it is used as a fuel because it can generate a similar amount of heat to that of a fossil fuel of the same weight. However, plastic is a material with a large molecular weight, and incomplete combustion occurs in many cases to generate toxic gas. It has been proposed to be done.
한편 시멘트 소성로의 경우 킬른형 반응기를 주로 사용하고 있다. 이러한 킬른은 시멘트 소성에 가용되는 가마의 일종으로 연속적인 운전을 위하여 로터리 Type의 킬른이 주로 사용한다. 로터리 킬른의 경우 지면과 일정한 각도를 가지는 파이프 형상의 반응기로 구성되어 있으며, 반응기의 일측면에서 원료를 공급하며, 이는 파이프 형상의 반응기가 회전함에 따라, 반응기의 타측으로 이동하면서 반응이 이루어진다. 이때 원료는 반응기의 회전에 의하여 일정높이까지 상승했다가 중력에 의하여 아래쪽으로 떨어지는 것을 반복하면서 혼합되며, 반응기의 끝부분에는 가열수단으로 유연탄이 사용되어 반응기를 일정온도로 유지하게 된다. 이러한 로터리 킬른은 회전에 의하여 혼합이 반복되는 특성을 가지며, 반응기의 직경 및 회전속도에 따라 생산량이 조절할 수 있다.Meanwhile, in the case of cement kilns, kiln-type reactors are mainly used. This kiln is a kind of kiln used for cement firing, and a rotary type kiln is mainly used for continuous operation. In the case of a rotary kiln, it is composed of a pipe-shaped reactor having a certain angle with the ground, and raw materials are supplied from one side of the reactor, and as the pipe-shaped reactor rotates, the reaction occurs while moving to the other side of the reactor. At this time, the raw material rises to a certain height by the rotation of the reactor and is mixed while repeating falling downward by gravity, and bituminous coal is used as a heating means at the end of the reactor to maintain the reactor at a constant temperature. Such a rotary kiln has a characteristic that mixing is repeated by rotation, and the amount of production can be adjusted according to the diameter and rotational speed of the reactor.
이때 상기 킬른을 일정온도로 유지하기 위해서는 많은 열량을 필요로 하며, 이에따라 다량의 화석연료를 사용하고 있어 이를 저감하기 위한 노력이 필요로 한다. 또한 최근들어 환경보호 측면에서 이산화탄소 발생량 저감을 위하여 지구 온난화 방지를 위한 협약(교토 의정서)이 채결됨에 따라 이산화탄소 저감이 사회 전체적인 이슈로 대두되고 있어 다량의 화석연료를 사용하는 시멘트 소성로의 경우 이를 저감하기 위한 다양한 방식이 필요한 실정이다.At this time, in order to maintain the kiln at a constant temperature, a large amount of heat is required, and accordingly, a large amount of fossil fuel is used, so an effort to reduce it is required. In addition, in recent years, as the Convention for the Prevention of Global Warming (Kyoto Protocol) was signed to reduce carbon dioxide emissions in terms of environmental protection, carbon dioxide reduction is emerging as an overall social issue. There is a need for a variety of methods for this.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 연소시스템을 이용하여 버려지는 폐플라스틱을 열분해하여 가스화 및 연소시키는 것으로 시멘트 소성로에 부속된 예열탑에 추가적인 열원 공급으로 연료의 사용량을 저감할 수 있으며, 플라스틱 연소에 따른 유해가스 및 타르 발생 저감으로 연속적이고 경제적인 운영이 가능한 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로을 제공하고자 한다.In order to solve the above problem, the present invention pyrolyzes, gasifies, and burns waste plastics discarded using a plasma combustion system. It is possible to reduce the amount of fuel used by supplying an additional heat source to the preheating tower attached to the cement kiln, An object of the present invention is to provide a cement kiln including an alternative fuel gasification combustion device that can be operated continuously and economically by reducing the generation of harmful gases and tar due to plastic combustion.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 연소반응기; (b) 상기 연소반응기에 플라즈마를 공급하는 4개 이상의 플라즈마 연소수단; (c) 상기 연소반응기의 상반부에 연결되어 상기 연소반응기 방향으로 폐플라스틱을 공급하는 연료공급수단을 포함하는 대체연료 가스화 장치를 포함하는 시멘트 소성로를 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention is (a) a combustion reactor; (b) four or more plasma combustion means for supplying plasma to the combustion reactor; (c) provides a cement kiln comprising an alternative fuel gasifier connected to the upper half of the combustion reactor and including a fuel supply means for supplying the waste plastic in the direction of the combustion reactor.
상기 연소반응기는 상기 연료공급수단이 일측 상방향에 연결되어 있으며, 타측 하방으로 가스 배출구가 형성될 수 있다.In the combustion reactor, the fuel supply means may be connected to one side upwardly, and a gas outlet may be formed downwardly on the other side.
상기 연소반응기의 내측 하부에는 공기 또는 산소를 추가적으로 공급하는 보조연소 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 연소시스템을 포함할 수 있다.It may include a plasma combustion system characterized in that the auxiliary combustion means for additionally supplying air or oxygen is installed at the lower inner side of the combustion reactor.
상기 보조연소수단은 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급될 수 있다.In the auxiliary combustion means, 2 to 100 perforated portions are arranged at regular intervals, and air or oxygen may be supplied through the perforated portions.
상기 연소반응기는 내부 온도가 500~2000℃이며, 배출되는 가스의 온도가 800~2000℃일 수 있다.The combustion reactor may have an internal temperature of 500 to 2000°C, and the temperature of the discharged gas may be 800 to 2000°C.
상기 플라즈마 연소수단은 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열될 수 있다.The plasma combustion means may be arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along a direction horizontal to the bottom of the combustion reactor.
상기 플라즈마 연소수단은 각각 10~50kW의 출력을 가지며, 플라즈마의 토출온도가 5000~7000K일 수 있다.Each of the plasma combustion means has an output of 10 to 50 kW, and the plasma discharge temperature may be 5000 to 7000K.
상기 연료공급수단은 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 한 개 이상의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 연료이송수단을 포함할 수 있다.The fuel supply means may include a fuel delivery means including one or more screws or pressure feeding devices rotating in opposite directions therein.
상기 연료공급수단과 상기 연소반응기 사이에는 상기 폐플라스틱을 연소반응기 내부에 균일하게 공급할 수 있는 연료분산수단이 설치될 수 있다.A fuel dispersing means for uniformly supplying the waste plastic to the inside of the combustion reactor may be installed between the fuel supply means and the combustion reactor.
상기 연료분산수단은 메쉬망, 다층으로 배열된 일정간격의 구조물, 회전하는 원형판 또는 회전하는 날개를 포함할 수 있다.The fuel distribution means may include a mesh network, a structure at regular intervals arranged in multiple layers, a rotating circular plate, or a rotating blade.
상기 시멘트 소성로는 상기 대체연료 가스화 장치에서 발생한 가스를 소성로 에 부속된 예열탑 가열용 연료와 같이 공급하여 연소시키며, 상기 소성로 내부에서 발생한 가열된 공기의 일부 또는 전부를 상기 대체연료 가스화 장치로 공급할 수 있다.The cement kiln burns by supplying the gas generated from the alternative fuel gasifier together with the fuel for heating the preheating tower attached to the kiln, and some or all of the heated air generated inside the kiln can be supplied to the alternative fuel gasifier. have.
상기 시멘트 소성로는 대체연료 가스화 장치에서 공급된 가스에 포함된 유해가스를 무해화할 수 있다.The cement kiln may detoxify harmful gas contained in the gas supplied from the alternative fuel gasifier.
상기 유해가스는 다이옥신, HCN, CO 또는 NOx이며, N2, CO2 또는 H2O로 전환되어 무해화 될 수 있다.The harmful gas is dioxin, HCN, CO or NOx, and may be converted into N2, CO2 or H2O to be harmless.
상기 소성로 내부에서 발생한 가열된 공기는 500~1000℃의 온도를 가지며, 상기 연소반응기에 공급되는 공기와 혼합되어 공급될 수 있다.The heated air generated inside the kiln has a temperature of 500 to 1000° C., and may be mixed with the air supplied to the combustion reactor and supplied.
본 발명은 또한 상기 대체연료 가스화 장치를 이용한 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열방법을 제공한다.The present invention also provides a method for heating a preheating tower attached to a cement kiln using the alternative fuel gasifier.
상기 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열방법은 (i) 연료공급기에 폐플라스틱을 공급하는 단계; (ii) 상기 폐플라스틱을 연소반응기에 균일하게 공급하며 플라즈마 연소수단을 이용하여 가열 및 연소시키는 단계; (iii) 상기 (ii)단계에서 발생하는 가스를 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열용 연료와 혼합하여 예열탑으로 공급하는 단계; 및 (iv) 시멘트 소성로 내부에서 발생하는 가열된 공기를 상기 연소반응기에 공급되는 공기와 혼합하여 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The method of heating the preheating tower attached to the cement kiln comprises the steps of: (i) supplying waste plastic to a fuel supply; (ii) uniformly supplying the waste plastic to a combustion reactor and heating and burning it using a plasma combustion means; (iii) mixing the gas generated in step (ii) with fuel for heating the preheating tower attached to the cement kiln and supplying it to the preheating tower; and (iv) mixing and supplying heated air generated inside the cement kiln with the air supplied to the combustion reactor.
본 발명에 의한 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로는 기존의 플라스틱 소각로와는 달리 시멘트 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 시멘트 소성로에 부속된 예열탑에 공급하여 재활용하고 있어 유해물질의 배출량을 크게 저감할 수 있으며, 시멘트 소성로에 부속된 예열탑의 연료비를 절감하는 효과를 가지고 있을 뿐만 아니라 이산화탄소의 배출량을 저감시켜 시멘트 제조로 인한 환경 오염을 최소화 할 수 있어 시멘트 소성로 뿐만 아니라 발전소, 제지회사 등 폐플라스틱을 활용하는 타산업에 적용이 가능하다.Unlike conventional plastic incinerators, the cement kiln comprising an alternative fuel gasification and combustion device according to the present invention supplies and recycles high-temperature waste gas air generated in the cement firing process to the preheating tower attached to the cement kiln, so the emission of hazardous substances In addition to reducing the fuel cost of the preheating tower attached to the cement kiln, it also reduces carbon dioxide emissions and minimizes environmental pollution caused by cement manufacturing. It can be applied to other industries that use waste plastics, such as
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 연소시스템을 포함하는 대체연료 가스화 장치 및 시멘트 소성로의 개념을 간략히 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 연소시스템과 시멘트 소성로의 결합을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마연소수단의 플라즈마 발생을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소반응기 및 플라즈마 연소수단의 결합모습을 간략히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소반응기의 작동방법은 간략히 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 원료공급수단을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 공급하는 수단을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 연소반응기의 형상 및 열전쌍온도계의 위치를 간력히 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 소성로 발생가스를 사용한 연소반응기 각부위의 온도를 측정한 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 소성로 발생가스를 사용하지 않은 연소반응기 각부위의 온도를 측정한 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 수거된 연소반응기 잔류물의 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 수거된 연소반응기 잔류물의 FE-SEM 사진이다.1 schematically shows the concept of an alternative fuel gasifier and cement kiln including a plasma combustion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the combination of the plasma combustion system and the cement kiln according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing the plasma generation of the plasma combustion means according to an embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing the combination of the combustion reactor and the plasma combustion means according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of an operating method of a combustion reactor according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a raw material supply means according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a means for supplying high-temperature waste gas air generated in the firing process according to an embodiment of the present invention.
8 briefly shows the shape of the combustion reactor and the position of the thermocouple thermometer according to an embodiment of the present invention.
9 is a result of measuring the temperature of each part of the combustion reactor using the gas generated from the kiln according to an embodiment of the present invention.
10 is a result of measuring the temperature of each part of the combustion reactor that does not use the gas generated from the kiln according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph of the collected combustion reactor residue according to an embodiment of the present invention.
12 is an FE-SEM photograph of the collected combustion reactor residue according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, the terms include or have is intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step , it should be understood that it does not preclude in advance the possibility of the presence or addition of an operation, component, part, or combination thereof.
본 발명은 (a) 연소반응기; (b) 상기 연소반응기에 플라즈마를 공급하는 4개 이상의 플라즈마 연소수단; (c) 상기 연소반응기의 상반부에 연결되어 상기 연소반응기 방향으로 폐플라스틱을 공급하는 연료공급수단을 포함하는 대체연료 가스화 장치를 포함하는 시멘트 소성로에 관한 것이다.The present invention is (a) a combustion reactor; (b) four or more plasma combustion means for supplying plasma to the combustion reactor; (c) is connected to the upper half of the combustion reactor and relates to a cement kiln comprising an alternative fuel gasifier including a fuel supply means for supplying the waste plastic in the direction of the combustion reactor.
상기 연소반응기는 상기 연료 공급수단에서 공급된 폐플라스틱을 가스화하여 공급하는 장치로 사각 또는 원형의 파이프 형상으로 제작되고 축방향의 일 측면에는 연료공급 수단이 설치되며 타 측면에는 가스 배출수단이 설치될 수 있다. 상기 연소반응기는 또한 수직의 원통형 또는 사각 기둥형으로 제작될 수도 있으며, 이 경우 상부 일측면에는 연료공급수단이 연결되며, 하부의 타측면에는 가스 배출 수단이 설치될 수 있다. 즉 상기 연소반응기의 일측면 상단에는 상기 연료공급수단이 설치되며, 타측면의 하단에는 가스 배출수단이 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 연료 공급수단에 의하여 공급된 폐플라스틱은 연소반응기를 지나 타측면의 가스배출구 방향으로 배출되며 생성되는 가스 역시 가스배출구 방향으로 배출될 수 있다. The combustion reactor is a device for gasifying and supplying the waste plastic supplied from the fuel supply means, and is manufactured in a square or circular pipe shape, a fuel supply means is installed on one side of the axial direction, and a gas exhaust means is installed on the other side. can The combustion reactor may also be manufactured in a vertical cylindrical or quadrangular column shape. In this case, a fuel supply means may be connected to one side of the upper part, and a gas discharge means may be installed to the other side of the lower part. That is, it is preferable that the fuel supply means is installed at the upper end of one side of the combustion reactor, and the gas discharge means is installed at the lower end of the other side. Accordingly, the waste plastic supplied by the fuel supply means passes through the combustion reactor and is discharged in the direction of the gas outlet on the other side, and the generated gas may also be discharged in the direction of the gas outlet.
또한 상기 연소반응기는 단일 연소부를 가지는 연소기로 제작될 수 있으며, 연소효율을 높이기 위하여 상단부(100)와 하단부(110)의 두 개의 단으로 구성될 수 있다(도 4참조). 이때 상기 상단부에는 플라즈마 연소수단(200)이 설치되며, 하단부에는 연소를 더욱 원활하게 수행하기 위하여 연소용 공기 공급 노즐이 위치할 수 있다. 이 경우 상기 연소용 공기 공급노즐에서 공급된 공기는 상기 연소반응기의 상단부에서 1차 연소된 가스를 추가적으로 산화시켜 가스 배출수단방향으로 공급함과 동시에 일부가 상기 연소반응기의 상단부로 공급되어 1차 연소를 수행할 수 있다. 이렇게 상기 연소반응기를 상단부와 하단부로 구분하여 가동하는 경우 상기 폐플라스틱을 가스화 및 완전 연소하기 때문에 재 및 타르의 발생량이 현저하게 줄어들 수 있다(도 5 참조). 또한 추가적인 연소가 필요한 경우 상기 하단부의 하단으로 단을 추가하여 3~10단의 연소실을 구성하는 것도 가능하다.In addition, the combustion reactor may be manufactured as a combustor having a single combustion unit, and may be composed of two stages, an
상기 연소반응기의 내측 하부에는 공기 또는 산소를 공급할 수 있는 보조연소수단이 설치될 수 있다. 상기 연소반응기의 경우 상부에서 공기와 연소물이 공급됨에 따라 하부에 적치되어 있는 대체연료(폐플라스틱)의 경우 산소의 공급이 원활하지 못하여 불완전 연소가 일어날 수 있다. 따라서 연소반응기의 내부에 추가적인 상소를 공급하기 위한 보조연소수단을 설치하여 산소의 공급을 원활하게 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 보조연소수단은 단순히 외부의 공기를 공급할 수 있으며, 순수한 산소를 공급하는 것도 가능하다. 아울러 상기 보조연소수단은 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급될 수 있다.An auxiliary combustion means capable of supplying air or oxygen may be installed at an inner lower portion of the combustion reactor. In the case of the combustion reactor, as air and combustion products are supplied from the upper part, in the case of an alternative fuel (waste plastic) stored in the lower part, oxygen supply is not smooth, and incomplete combustion may occur. Therefore, it is preferable to provide an auxiliary combustion means for supplying additional oxygen to the inside of the combustion reactor to facilitate the supply of oxygen. At this time, the auxiliary combustion means may simply supply external air, it is also possible to supply pure oxygen. In addition, in the auxiliary combustion means, 2 to 100 perforated portions are arranged at regular intervals, and air or oxygen may be supplied through the perforated portions.
상기 연소반응기에는 플라즈마를 공급하는 4개 이상의 플라즈마 연소수단, 바람직하게는 4~20개의 연소수단을 포함할 수 있다(도 4참조). 기존의 폐플라스틱용 연소기의 경우 화석연료를 사용하여 연소를 수행하였다. 하지만 화석연료의 경우 자체적인 유독가스를 발생시킬 수 있을 뿐만아니라 이산화탄소 발생량도 늘어나게 되어 그 사용이 제한적이다. 또한 상기 화석연료를 이용한 연소기의 경우 그 불꽃온도가 낮게 운영되어 상기 연소반응기 내부의 온도를 획기적으로 상승시키지 못하고 있다. 이에 본 발명에서는 플라즈마 연소수단을 이용하여 상기 연소반응기 내부의 온도를 상승시킴과 동시에 화석연료의 사용량을 최소화 하고 또한 높은 온도로 인하여 사용되는 열량도 최소화 하면서도 동일한 연소반응을 수행할 수 있다.The combustion reactor may include four or more plasma combustion means for supplying plasma, preferably 4 to 20 combustion means (see FIG. 4). In the case of the conventional combustor for waste plastics, combustion was performed using fossil fuels. However, in the case of fossil fuels, not only can they generate their own toxic gases, but also the amount of carbon dioxide generated increases, so their use is limited. In addition, in the case of the combustor using the fossil fuel, the flame temperature is low, so that the temperature inside the combustion reactor cannot be dramatically increased. Accordingly, in the present invention, the same combustion reaction can be performed while increasing the temperature inside the combustion reactor by using the plasma combustion means, minimizing the amount of fossil fuel used, and also minimizing the amount of heat used due to the high temperature.
상기 플라즈마 연소수단은 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열될 수 있다(도 4 참조). 상기 플라즈마 연소수단의 경우 상기 연소반응기 내부에 균일하게 플라즈마를 공급하는 것이 바람직하다. 특히 상기 폐플라스틱의 낙하에 따라 폐플라스틱이 연소반응기의 바닥부분에 쌓이는 경우 이를 균일하게 연소하기 위하여 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 다만 상기 연소반응기가 상단부와 하단부의 두 개의 단으로 구성되는 경우 상기 상단부에는 상기 플라즈마 연소수단을 2~16개를 배치하며, 상기 하단부에는 2~4개를 배치하여 상기 상단부에 낙하하는 폐플라스틱을 중점적으로 연소시키는 것이 바람직하다(도 4 및 도 5 참조).The plasma combustion means may be arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along a direction horizontal to the bottom of the combustion reactor (see FIG. 4 ). In the case of the plasma combustion means, it is preferable to uniformly supply plasma to the inside of the combustion reactor. In particular, when the waste plastics are accumulated on the bottom of the combustion reactor as the waste plastics fall, they are preferably arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along the horizontal direction with the bottom of the combustion reactor in order to burn them uniformly. However, when the combustion reactor is composed of two stages of the upper end and the lower end, 2 to 16 of the plasma combustion means are arranged at the upper end, and 2 to 4 are arranged at the lower end, and waste plastic falling to the upper end is disposed. It is preferable to burn intensively (see FIGS. 4 and 5).
상기 연소반응기는 내부 온도가 500~2000℃이며, 배출되는 가스의 온도가 800~2000℃일 수 있다. 기존의 화석 연료를 이용한 플라스틱 소각로의 경우 내부온도가 900~1400℃정도로 플라스틱을 완전 연소하여 가스화하기에는 충분한 온도에 도달하지 못하였다. 하지만 본원 발명의 경우 플라즈마 연소수단을 이용하여 고온에서 연소를 수행할 수 있으며, 온도 강하를 최대한 막음에 따라 내부온도를 500~2000℃로 유지할 수 있다. 이러한 내부온도는 공급되는 플라스틱의 종류에 따라 매우 상이하지만, 일반적으로 탄소의 비율이 높으며 고분자의 평균분자량이 낮을수록 높은 온도를 나타낼 수 있다. 아울러 상기 연소반응기 내부의 온도가 500℃미만으로 낮아지는 경우 플라스틱의 불완전 반응으로 인하여 상기 연소반응기 내부에 타르가 침착될 수 있다. 따라서 연소반응기 내부의 온도는 500℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 연소반응기는 입구부분의 온도가 가능 낮으며, 배출되는 가스는 연소반응기 내부에서 연소가 완료된 가스가 배출되므로, 상기 연소반응기의 최저온도인 500℃보다 높은 온도의 가스가 배출될 수 있다. 따라서 상기 배출되는 가스의 온도는 800~2000℃일 수 있다. 상기 배출되는 가스의 온도가 800℃미만인 경우 가스 배출구에 타르가 침착될 수 있으며 2000℃를 초과하는 경우 가스배출구가 과열됨에 따라 추가적인 방열설비를 해야 하므로 경제성이 떨어질 수 있다.The combustion reactor may have an internal temperature of 500 to 2000°C, and the temperature of the discharged gas may be 800 to 2000°C. In the case of conventional plastic incinerators using fossil fuels, the internal temperature was about 900 to 1400 °C, which did not reach a temperature sufficient to completely burn and gasify the plastic. However, in the case of the present invention, combustion can be performed at a high temperature using a plasma combustion means, and the internal temperature can be maintained at 500 to 2000° C. by preventing the temperature drop as much as possible. The internal temperature is very different depending on the type of plastic supplied, but in general, the higher the carbon ratio and the lower the average molecular weight of the polymer, the higher the temperature can be. In addition, when the temperature inside the combustion reactor is lowered to less than 500 ℃, tar may be deposited inside the combustion reactor due to incomplete reaction of the plastic. Therefore, it is preferable to set the temperature inside the combustion reactor to 500°C or higher. In addition, the combustion reactor has an inlet temperature as low as possible, and the discharged gas is a gas that has been burned out inside the combustion reactor, so that a gas having a temperature higher than 500° C., which is the lowest temperature of the combustion reactor, can be discharged. Therefore, the temperature of the discharged gas may be 800 ~ 2000 ℃. If the temperature of the discharged gas is less than 800 °C, tar may be deposited on the gas outlet, and if it exceeds 2000 °C, additional heat dissipation equipment is required as the gas outlet is overheated, so economic efficiency may be reduced.
상기 연료공급수단은 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 복수의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 연료이송수단을 포함할 수 있다(도 6). 기존의 플라스틱 소각로의 경우 호퍼를 이용하여 폐플라스틱을 일정하게 공급하는 방식을 사용했다 하지만 이러한 호퍼를 이용하는 방법은 폐플라스틱의 일제 공급으로 인한 연소 반응기 내부의 온도강하가 필연적으로 발생하여 연소반응기의 내면에 타르가 침착되는 결과를 가져왔다. 이에 본 발명에서는 상기 연료공급수단의 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 복수의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 연료이송수단을 설치하여 폐플라스틱을 일정한 속도로 연속적으로 공급하여 상기 연소반응기 내부의 온도강하를 막는 것이 바람직하다. 또한 상기와 같이 연료이송수단을 이용하여 폐플라스틱을 공급하더라도 상기 폐플라스틱이 연소반응기 내부의 일정공간에만 집중적으로 공급되는 경우 균일한 연소가 불가능할 뿐만 아니라 국지적인 온도 강하가 발생할 수 있으므로 상기 연료공급수단과 상기 연소반응기 사이에는 상기 폐플라스틱을 연소반응기 내부에 균일하게 공급할 수 있는 연료분산수단이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 연료 분산수단은 상기 연료공급수단에 의하여 공급되는 폐플라스틱을 상기 연소 반응기의 내부에 균일하게 공급해줌으로써 온도강하를 막아 균일한 연소반응이 가능하도록 함과 동시에 타르의 생성을 최대한 방지할 수 있다. 상기 연료분산수단은 상기 연소반응기 내부에 폐플라스틱을 균일하게 분산할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용가능하지만 메쉬망, 다층으로 배열된 일정간격의 구조물 또는 회전하는 날개를 이용하여 상기 폐 플라스틱을 분산시키는 것이 바람직하다. The fuel supply means may include a fuel delivery means including a plurality of screws or a pressure delivery device rotating in opposite directions therein (FIG. 6). In the case of the existing plastic incinerator, a method of constantly supplying waste plastics using a hopper was used. However, the method using such a hopper inevitably causes a temperature drop inside the combustion reactor due to the simultaneous supply of waste plastics, so the inner surface of the combustion reactor This resulted in the deposition of tar. Accordingly, in the present invention, a fuel transport means including a plurality of screws or pressure feeding devices rotating in opposite directions is installed inside the fuel supply means to continuously supply waste plastic at a constant speed to reduce the temperature drop inside the combustion reactor. It is preferable to block In addition, even if the waste plastic is supplied using the fuel transport means as described above, when the waste plastic is intensively supplied only to a certain space inside the combustion reactor, uniform combustion is not possible and a local temperature drop may occur, so the fuel supply means It is preferable that a fuel dispersing means for uniformly supplying the waste plastic to the inside of the combustion reactor is installed between the combustion reactor and the combustion reactor. The fuel dispersing means uniformly supplies the waste plastic supplied by the fuel supply means to the inside of the combustion reactor, thereby preventing a temperature drop to enable a uniform combustion reaction and at the same time prevent the formation of tar as much as possible. The fuel dispersing means can be used without limitation as long as it can uniformly disperse the waste plastics inside the combustion reactor, but dispersing the waste plastics using a mesh network, a structure at regular intervals arranged in multiple layers, or rotating blades desirable.
본 발명은 또한 상기 대체연료 가스화 장치를 포함하는 시멘트 소성로에 관한 것이다. The present invention also relates to a cement kiln comprising said alternative fuel gasifier.
상기 시멘트 소성로는 상기 대체연료 가스화 장치에서 발생한 가스를 예열탑으로 공급하여 소성로 가열용 연료와 같이 공급하여 연소시키며, 상기 소성로 내부에서 발생한 가열된 공기의 일부 또는 전부를 상기 대체연료 가스화 장치로 공급할 수 있다. 시멘트 소성로에 부속된 예열탑의 경우 기존의 화석연료를 사용하여 소성에 필요한 열량을 공급하고 있지만, 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 노력이 지속되고 있어 그 열량을 향상시키는 것에 한계를 가지고 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 대체연료 가스화 장치를 이용하여 폐 플라스틱을 소각함과 동시에 소각이후 발생하는 가스를 상기 시멘트 소성로에 부속된 예열탑에 공급하여 추가연소를 수행하는 것으로 이산화탄소의 발생 없이 추가적인 열량의 공급이 가능하다. The cement kiln supplies the gas generated from the alternative fuel gasifier to the preheating tower, supplies it together with the fuel for heating the kiln and burns it, and part or all of the heated air generated inside the kiln can be supplied to the alternative fuel gasifier. have. In the case of the preheating tower attached to the cement kiln, the existing fossil fuels are used to supply the necessary heat for calcination, but efforts to reduce carbon dioxide emissions are continuing, so there is a limit to improving the calorific value. Therefore, in the present invention, the waste plastic is incinerated using the alternative fuel gasifier and at the same time the gas generated after incineration is supplied to the preheating tower attached to the cement kiln to perform additional combustion. This is possible.
또한 상기 시멘트 소성공정에서 발생되는 고온의 폐가스 공기를 상기 연소반응기로 공급하여 상기 연소반응기의 연소효율을 높일 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면 상기 소성로 내부에서는 열에 의한 시멘트의 소성이 지속적으로 이루어지며 상기 소성된 시멘트의 배출에 따라 내부의 공기도 배출된다. 이를 통해 생성된 시멘트 반제품인 클링커를 냉각시키는 과정에서 고온의 폐가스 공기가 발생된다. 이를 상기 연소반응기로 공급하여 연소용 공기로 사용하는 경우 연소효율을 크게 상승시킬 수 있다. 이 경우 상기 소성로 내부에서 발생하는 가열된 공기는 상기 연소반응기의 산소소모량에 따라 일부 또는 전부가 상기 연소반응기로 공급될 수 있으며, 연소반응기 내부를 최적의 온도를 유지하기 위하여 연소반응기에 공급되는 외부공기와 혼합되는 형태로 공급될 수 있다. 이때 상기 소성로의 내부에서 발생한 가열된 공기는 500~1000℃의 온도를 가질 수 있다.In addition, it is possible to increase the combustion efficiency of the combustion reactor by supplying high-temperature waste gas air generated in the cement firing process to the combustion reactor. In detail, the calcination of the cement by heat is continuously performed inside the kiln, and the air inside is also discharged according to the discharge of the calcined cement. In the process of cooling clinker, the semi-finished cement product produced through this process, high-temperature waste gas air is generated. When this is supplied to the combustion reactor and used as combustion air, combustion efficiency can be greatly increased. In this case, part or all of the heated air generated inside the kiln may be supplied to the combustion reactor according to the oxygen consumption of the combustion reactor, and the external supplied to the combustion reactor to maintain the optimum temperature inside the combustion reactor It may be supplied in the form of mixing with air. In this case, the heated air generated inside the kiln may have a temperature of 500 to 1000°C.
상기 시멘트 소성로는 대체연료 가스화 장치에서 공급된 가스에 포함된 유해가스를 무해화할 수 있다. 상기 시멘트 소성로에 부속된 예열탑은 상기 대체연료 가스화 장치에서 공급된 가스를 한번 더 연소시켜 열량을 공급하므로 상기 대체연료 가스화 장치에서 공급된 가스에 포함된 각종 유해가스를 산화시켜 제거할 수 있다. 특히 폐플라스틱의 소각시 많이 발생하는 다이옥신, HCN, CO 또는 NOx의 경우 추가적인 소각과 소성로 자체 보유하고 있는 방지시설을 이용하므로 기존의 폐플라스틱 소각로에서 발생하는 유해가스 대부분 제거할 수 있다. 이때 상기 유해가스는 N2, CO2 또는 H2O의 형태로 전환되어 제거될 수 있다.The cement kiln may detoxify harmful gas contained in the gas supplied from the alternative fuel gasifier. The preheating tower attached to the cement kiln burns the gas supplied from the alternative fuel gasifier once more to supply heat, so it can oxidize and remove various harmful gases contained in the gas supplied from the alternative fuel gasifier. In particular, in the case of dioxin, HCN, CO or NOx, which are frequently generated during incineration of waste plastics, most of the harmful gases generated from the existing waste plastic incinerators can be removed because additional incineration and prevention facilities of the kiln are used. At this time, the harmful gas may be removed by being converted into the form of N2, CO2 or H2O.
본 발명은 또한 상기 대체연료 가스화 장치를 이용한 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for heating a preheating tower attached to a cement kiln using the alternative fuel gasifier.
상기 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열방법은 (i) 연료공급기에 폐플라스틱을 공급하는 단계; (ii) 상기 폐플라스틱을 연소반응기에 균일하게 공급하며 플라즈마 연소수단을 이용하여 가열 및 연소시키는 단계; (iii) 상기 (ii)단계에서 발생하는 가스를 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열용 연료와 혼합하여 예열탑으로 공급하는 단계; 및 (iv) 시멘트 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스를 상기 연소반응기에 공급되는 공기와 혼합하여 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The method of heating the preheating tower attached to the cement kiln comprises the steps of: (i) supplying waste plastic to a fuel supply; (ii) uniformly supplying the waste plastic to a combustion reactor and heating and burning it using a plasma combustion means; (iii) mixing the gas generated in step (ii) with fuel for heating the preheating tower attached to the cement kiln and supplying it to the preheating tower; and (iv) mixing the high-temperature waste gas generated in the cement firing process with the air supplied to the combustion reactor and supplying the mixture.
상기 (i)단계는 연료공급기에 폐플라스틱을 공급하는 단계로 일정크기로 절단된 폐플라스틱을 연료공급기에 공급하는 단계이다. 이때 상기 폐플라스틱은 한 종류의 플라스틱만으로 이루어질 수도 있지만 다종의 플라스틱이 혼합되어 있는 경우에도 사용가능하며, 균일한 원료 공급을 위하여 상기 연료공급기에는 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 스크류를 설치하여 상기 폐플라스틱을 일정한 속도로 균일하게 공급할 수 있다.The step (i) is a step of supplying the waste plastic to the fuel supply, and is a step of supplying the waste plastic cut to a predetermined size to the fuel supply. In this case, the waste plastic may be made of only one type of plastic, but it can be used even when multiple types of plastics are mixed. Plastic can be fed uniformly at a constant speed.
상기 (ii)단계는 상기 폐플라스틱을 연소반응기에 균일하게 공급하며 플라즈마 연소수단을 이용하여 가열 및 연소시키는 단계로 연소반응기내에 상기 폐플라스틱을 공급하여 연소시키는 단계이다. 이때 상기 연소반응기 내부에 공급되는 폐플라스틱의 종류 및 양에 따라 그 온도가 달라질 수 있지만 1000℃미만으로 떨어지는 경우 연소반응기 내부에 타르가 침착될 수 있으므로 1000℃이상의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 상기 폐플라스틱을 연소시키기 위하여 플라즈마 연소수단을 설치하여 플라즈마를 공급하는 것은 위에서 살펴본 바와 같다.The step (ii) is a step of uniformly supplying the waste plastic to the combustion reactor and heating and burning it using a plasma combustion means. At this time, the temperature may vary depending on the type and amount of waste plastic supplied into the combustion reactor, but if it falls below 1000°C, tar may be deposited inside the combustion reactor, so it is preferable to maintain a temperature of 1000°C or higher. In addition, as described above, plasma is supplied by installing a plasma combustion means to burn the waste plastic.
상기 (iii)단계는 상기 (ii)단계에서 발생하는 가스를 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열용 연료와 혼합하여 예열탑으로 공급하는 단계로 폐플라스틱의 연소에 의하여 발생된 가스를 예열탑 가열용 연료와 혼합하여 재연소 시키는 단계이다. 상기 폐플라스틱 연소시 발생하는 가스는 유독성 가스를 가지고 있을 뿐만 아니라 열분해에 의하여 연소 가능한 가스도 다량 포함되어 있다. 따라서 이를 상기 예열탑의 연료와 혼합하여 연소시키는 경우 추가적인 이산화탄소의 증대 없이 시멘트 소성로의 온도를 올릴 수 있을 뿐만 아니라 폐플라스틱 연소시 발생하는 유독가스도 산화반응을 통하여 대부분 제거할 수 있다.In step (iii), the gas generated in step (ii) is mixed with fuel for heating the preheating tower attached to the cement kiln and supplied to the preheating tower. The gas generated by the combustion of waste plastic is used for heating the preheating tower. It is a stage of re-combustion by mixing with fuel. The gas generated during the combustion of the waste plastic not only has a toxic gas, but also contains a large amount of combustible gas by thermal decomposition. Therefore, when it is mixed with the fuel of the preheating tower and burned, the temperature of the cement kiln can be raised without an additional increase in carbon dioxide, and toxic gases generated during the combustion of waste plastics can be mostly removed through oxidation reaction.
상기 (iv)단계는 시멘트 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 상기 연소반응기에 공급하여 가열하는 단계로 시멘트 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 이용하여 상기 연소반응기에 투입되는 공기를 가열하여 연소반응기의 효율을 상승시키는 단계이다. 이때 상기 소성로의 내부에서 발생한 가열된 공기는 500~1000℃의 온도를 가질 수 있으며, 공기와 혼합되어 연소반응기로 공급될 수 있다.The step (iv) is a step of heating the high-temperature waste gas air generated in the cement firing process by supplying it to the combustion reactor. By using the high-temperature waste gas air generated in the cement firing process, the air input to the combustion reactor is heated. This is a step to increase the efficiency of the combustion reactor. At this time, the heated air generated inside the kiln may have a temperature of 500 to 1000° C., and may be mixed with air and supplied to the combustion reactor.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described so that those of ordinary skill in the art can easily implement them with reference to the accompanying drawings. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features presented in the drawings are enlarged, reduced, or simplified for ease of explanation, and the drawings and components thereof are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.
실시예 1Example 1
본 발명에 의한 플라즈마 연소시스템을 포함하는 대체연료 가스화 연소 장치의 효과를 측정하기 위한 실험을 실시하였다, 도 8에 나타난 것과 동일하게 대체연료 가스화 연소 장치를 제작한 다음, T1~T6의 부위에 열전대를 설치하여 온도를 측정하였다. T8은 시멘트 소성로에서 대체연료 가스화 연소 장치로 공급되는 공기의 온도이다.An experiment was conducted to measure the effect of an alternative fuel gasification combustion apparatus including a plasma combustion system according to the present invention. After manufacturing an alternative fuel gasification combustion apparatus in the same manner as shown in FIG. was installed to measure the temperature. T8 is the temperature of the air supplied from the cement kiln to the gasification combustion unit for alternative fuels.
도 9에 나타난 바와 같이 적절한 간격으로 폐플라스틱(연료)를 투입하였다. 대체연료 가스화 연소 장치에서 발생한 가스의 온도(TC6)는 약 800~1400℃를 유지하고 있는 것으로 나타났다. 또한 시멘트 소성로에서 공급되는 공기의 온도(TC8)는 400~600℃를 유지하며 상기 대체연료 가스화 연소 장치에 공급되어 배출가스의 온도 상승에 큰 기여를 하고 있는 것으로 나타났다.As shown in FIG. 9, waste plastics (fuel) were introduced at appropriate intervals. It was found that the temperature (TC6) of the gas generated from the alternative fuel gasification combustion device was maintained at about 800~1400℃. In addition, it was found that the temperature (TC8) of the air supplied from the cement kiln is maintained at 400 ~ 600 °C and is supplied to the gasification combustion device for alternative fuels, contributing greatly to the temperature increase of the exhaust gas.
시멘트 소성로의 공기를 혼합하여 사용하지 않은 도 10의 경우 대체연료 가스화 연소 장치에서 발생한 가스의 온도(TC6)가 750~1050℃로 나타나 시멘트 소성로의 공기를 혼합하여 사용하는 경우 소성로 예열탑의 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 대체연료 가스화 연소 장치의 효율도 상승하는 것으로 나타났다.In the case of FIG. 10, in which the air of the cement kiln was not mixed and used, the temperature (TC6) of the gas generated from the gasification combustion device for alternative fuel was 750 to 1050 ° C. It has been shown that not only can it be further improved, but also the efficiency of the alternative fuel gasification combustion device is increased.
실시예 2Example 2
상기 실시예 1에서 처리후 잔류물을 분석하였다.The residue after treatment in Example 1 was analyzed.
도 11에 나타난 바와 같이 잔류물을 수거한 다음, 5개의 분석시료를 채취하여 분석하였으녀, 그 결과는 표 1과 같다As shown in FIG. 11, after collecting the residues, five analytical samples were collected and analyzed, and the results are shown in Table 1.
표 1에 나타난 바와 같이 플라스틱의 주요성분이면서 연소가 가능한 탄소는 대부분 가스화되어 제거된 것을 확인하였다. 즉 본원 발명의 경우 플라스틱의 80~95중량%를 차지하는 탄소를 연소 및 가스화 하여 제거할 수 있으며, 이에따라 공급된 폐플라스틱의 80~95중량%를 연소 또는 가스화하여 제거할 수 있는 것으로 확인되었다.As shown in Table 1, it was confirmed that most of the carbon, which is a major component of plastic and capable of combustion, was gasified and removed. That is, in the case of the present invention, it was confirmed that carbon, which occupies 80 to 95% by weight of the plastic, can be removed by combustion and gasification, and thus 80 to 95% by weight of the supplied waste plastic can be removed by combustion or gasification.
또한 도 12에 나타난 바와 같이 잔유물은 다공성을 가지는 것으로 확인되어 건축자재, 복토재등으로 활용 가능성이 있을 것으로 예측되었다.In addition, as shown in FIG. 12 , the residue was confirmed to have porosity, so it was predicted that there would be a possibility of using it as a building material, a covering material, and the like.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As a specific part of the present invention has been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.
100 : 연소반응기 상단부
110 : 연수반응기 하단부
200 : 플라즈마 연소수단100: upper end of combustion reactor
110: lower part of the soft water reactor
200: plasma combustion means
Claims (16)
(b) 상기 연소반응기에 플라즈마를 공급하는 4개 이상의 플라즈마 연소수단;
(c) 상기 연소반응기의 상반부에 연결되어 상기 연소반응기 방향으로 폐플라스틱을 공급하는 연료공급수단;을 포함하며,
상기 연소반응기는 상단부와 하단부의 두 개의 단으로 구성되고, 상기 상단부에는 상기 플라즈마 연소수단이 설치되며, 상기 하단부에는 연소를 더욱 원활하게 수행하기 위하여 연소용 공기 공급 노즐이 위치하며, 상기 연소용 공기 공급노즐에서 공급된 공기는 상기 상단부에서 1차 연소된 가스를 추가적으로 산화시켜 가스 배출구 방향으로 공급함과 동시에 일부가 상기 연소반응기의 상단부로 공급되어 1차 연소를 수행하고,
상기 연소반응기의 내측 하부 상에 공기 또는 산소를 추가적으로 공급하는 보조연소 수단을 배치하고,
상기 플라즈마 연소수단은 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열되어지며,
상기 플라즈마 연소수단은 상기 상단부 상에 2~16개를 배치하며, 상기 하단부 상에는 2~4개를 배치하여 상기 상단부에 낙하하는 폐플라스틱을 중점적으로 연소시키는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
(a) a combustion reactor;
(b) four or more plasma combustion means for supplying plasma to the combustion reactor;
(c) a fuel supply means connected to the upper half of the combustion reactor for supplying the waste plastic in the direction of the combustion reactor;
The combustion reactor consists of two stages, an upper end and a lower end, the plasma combustion means is installed at the upper end, and a combustion air supply nozzle is located at the lower end to perform combustion more smoothly, the combustion air The air supplied from the supply nozzle additionally oxidizes the primary combustion gas at the upper end and supplies it to the gas outlet, and at the same time a part is supplied to the upper end of the combustion reactor to perform primary combustion,
An auxiliary combustion means for additionally supplying air or oxygen is disposed on the lower inner side of the combustion reactor,
The plasma combustion means are arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along a direction horizontal to the bottom of the combustion reactor,
The plasma combustion means includes an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that 2 to 16 are arranged on the upper end, and 2 to 4 are arranged on the lower end to focus the waste plastic falling on the upper end. cement kiln.
상기 시멘트 소성로는 상기 대체연료 가스화 연소 장치에서 발생한 가스를 소성로에 부속된 예열탑 가열용 연료와 같이 공급하여 연소시키며, 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 일부 또는 전부 상기 대체연료 가스화 연소 장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The cement kiln burns by supplying the gas generated from the alternative fuel gasification combustion device together with the fuel for heating the preheating tower attached to the kiln, and partially or all of the high-temperature waste gas air generated in the firing process to the alternative fuel gasification combustion device. Cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that the supply.
상기 시멘트 소성로는 대체연료 가스화 연소 장치에서 공급된 가스에 포함된 유해가스를 무해화하는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
3. The method of claim 2,
The cement kiln comprises an alternative fuel gasification and combustion device, characterized in that harmless gas contained in the gas supplied from the alternative fuel gasification and combustion device.
상기 유해가스는 다이옥신, HCN, CO 또는 NOx이며, N2, CO2 또는 H2O로 전환되어 무해화 되는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
4. The method of claim 3,
The noxious gas is dioxin, HCN, CO or NOx, and is converted into N2, CO2 or H2O to become harmless. A cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device.
상기 소성로 내부에서 발생한 가열된 공기는 500~1000℃의 온도를 가지며, 상기 연소반응기에 공급되는 공기와 혼합되어 공급되는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
3. The method of claim 2,
The heated air generated inside the kiln has a temperature of 500 ~ 1000 ℃, the cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that the supplied mixed with the air supplied to the combustion reactor.
상기 연소반응기는 상기 연료공급수단이 일측 상방향에 연결되어 있으며, 타측 하방으로 가스 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The combustion reactor is a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that the fuel supply means is connected to the upper side on one side, and the gas outlet is formed on the other side downward.
상기 연소반응기의 내측 하부에는 공기 또는 산소를 추가적으로 공급하는 보조연소 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
A cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that an auxiliary combustion means for additionally supplying air or oxygen is installed in the lower inner portion of the combustion reactor.
상기 보조연소수단은 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급되는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
8. The method of claim 7,
The auxiliary combustion means has 2 to 100 perforated parts arranged at regular intervals, and air or oxygen is supplied through the perforated part.
상기 연소반응기는 내부 온도가 500~2000℃이며, 배출되는 가스의 온도가 800~2000℃인 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The combustion reactor is a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that the internal temperature is 500 ~ 2000 ℃, the temperature of the discharged gas is 800 ~ 2000 ℃.
상기 플라즈마 연소수단은 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The plasma combustion means is a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that it is arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along the horizontal direction with the bottom of the combustion reactor.
상기 플라즈마 연소수단은 각각 10~50kW의 출력을 가지며, 플라즈마의 토출온도가 5000~7000K인 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The plasma combustion means has an output of 10 to 50 kW, respectively, and a cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that the discharge temperature of the plasma is 5000 to 7000K.
상기 연료공급수단은 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 짝수개의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 연료이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
The fuel supply means is a cement kiln comprising an alternative fuel gasification and combustion device, characterized in that it includes a fuel delivery means including an even number of screws or pressure feeding devices rotating in opposite directions therein.
상기 연료공급수단과 상기 연소반응기 사이에는 상기 폐플라스틱을 연소반응기 내부에 균일하게 공급할 수 있는 연료분산수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
According to claim 1,
A cement kiln comprising an alternative fuel gasification combustion device, characterized in that a fuel dispersing means for uniformly supplying the waste plastic to the inside of the combustion reactor is installed between the fuel supply means and the combustion reactor.
상기 연료분산수단은 메쉬망, 다층으로 배열된 일정간격의 구조물, 회전하는 원형판 또는 회전하는 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 대체연료 가스화 연소 장치를 포함하는 시멘트 소성로.
14. The method of claim 13,
The fuel dispersing means is a cement kiln comprising an alternative fuel gasification and combustion device, characterized in that it includes a mesh network, a structure at regular intervals arranged in multiple layers, a rotating circular plate or a rotating blade.
상기 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열방법은
(i) 연료공급기에 폐플라스틱을 공급하는 단계;
(ii) 상기 폐플라스틱을 연소반응기에 균일하게 공급하며 플라즈마 연소수단을 이용하여 가열 및 연소시키는 단계;
(iii) 상기 (ii)단계에서 발생하는 가스를 시멘트 소성로에 부속된 예열탑 가열용 연료와 혼합하여 예열탑으로 공급하는 단계; 및
(iv) 시멘트 소성공정에서 발생된 고온의 폐가스 공기를 상기 연소반응기에 공급되는 공기와 혼합하여 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 연소반응기는 상단부와 하단부의 두 개의 단으로 구성되고, 상기 상단부에는 플라즈마 연소수단이 설치되며, 상기 하단부에는 연소를 더욱 원활하게 수행하기 위하여 연소용 공기 공급 노즐이 위치하며, 상기 연소용 공기 공급노즐에서 공급된 공기는 상기 상단부에서 1차 연소된 가스를 추가적으로 산화시켜 가스 배출구 방향으로 공급함과 동시에 일부가 상기 연소반응기의 상단부로 공급되어 1차 연소를 수행하고,
상기 연소반응기의 내측 하부 상에 공기 또는 산소를 추가적으로 공급하는 보조연소 수단을 배치하고,
상기 플라스마 연소수단은 상기 연소반응기의 바닥과 수평한 방향을 따라 연소반응기의 양측면에 일정간격으로 배열되어지며,
상기 플라즈마 연소수단은 상기 상단부 상에 2~16개를 배치하며, 상기 하단부 상에는 2~4개를 배치하여 상기 상단부에 낙하하는 폐플라스틱을 중점적으로 연소시키는 것을 특징으로 하는 시멘트 소성로 가열방법.15. A method for heating a preheating tower attached to a cement kiln using the alternative fuel gasification combustion device according to any one of claims 1 to 14,
The heating method of the preheating tower attached to the cement kiln is
(i) supplying the waste plastic to the fuel supply;
(ii) uniformly supplying the waste plastic to a combustion reactor and heating and burning it using a plasma combustion means;
(iii) mixing the gas generated in step (ii) with fuel for heating the preheating tower attached to the cement kiln and supplying it to the preheating tower; and
(iv) mixing and supplying high-temperature waste gas air generated in the cement firing process with the air supplied to the combustion reactor;
The combustion reactor consists of two stages, an upper end and a lower end, a plasma combustion means is installed at the upper end, and a combustion air supply nozzle is located at the lower end to perform combustion more smoothly, and the combustion air is supplied The air supplied from the nozzle additionally oxidizes the gas primarily combusted at the upper end and supplies it to the gas outlet, and at the same time, a portion is supplied to the upper end of the combustion reactor to perform primary combustion,
An auxiliary combustion means for additionally supplying air or oxygen is disposed on the lower inner side of the combustion reactor,
The plasma combustion means are arranged at regular intervals on both sides of the combustion reactor along a horizontal direction with the bottom of the combustion reactor,
The plasma combustion means is arranged 2 to 16 on the upper end, 2 to 4 on the lower end, the cement kiln heating method, characterized in that the main combustion of the waste plastic falling on the upper end.
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