KR19980017646A - 수형용융로를 사용한 폐기물의 용융처리방법 - Google Patents

Abstract

폐기물을 무해화처리(無害化處理)하고 토목건축용재료로서 사용가능하게 하는 것으로서, 폐기물을 괴성화(魁成化; 덩어리화)시키고, 괴코크스(塊Coke), 조재제(造縡劑) 및 알루미늄의 정련잔재(精鍊殘灰)와 함께 수형용융로(竪型溶融爐)속에 넣고 괴코크스(塊Coke)의 연소열 및 정련잔재(精鍊殘灰) 중 알루미늄의 산화열에 의해 괴성화(塊成化)한 폐기물을 용융함으로써 폐기물의 광재(鑛滓)를 얻는다. 이 경우 광재(鑛滓)를 얻는다. 이 경우 광재(鑛滓) 중의 산화알루미늄의 함유량이 20~30%가 되도록 정련잔재(精鍊殘灰)의 넣는 양을 조정하며, 얻어진 광재(鑛滓)를 냉각 고체화해서 토목건축재료로서 사용한다.

Description

수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법

본 발명은 폐기물을 무해화(無害化)함과 동시에 토목건축재료로서 재사용을 가능하게 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리 방법에 관한 것이다.

본 발명이 문제로 삼고 있는 폐기물이란 도시의 쓰레기, 하수오니(下水汚泥), 산업폐기물 등의 소각처리에 의해 발생하는 재성분함유물 및 석탄을 연료로 하는 공업로에서 발생하는 날아 다니는 재 등의 소각잔사 그리고 오니 등을 함유하는 것으로, 종래로부터 이들 폐기물의 대부분은 매립처리되었다.

그러나, 폐기물을 매립처리하는 경우에는, 매립지의 확보가 점차 곤란해지는 문제도 있지만, 상기 폐기물특히 소각잔사에는 납, 아연 등의 각종 중금속 기타 유해물질(예를들면, 염소 등)이 함유되어 있어 이들이 용출하여 2차공해를 발생시킬 우려가 있었다.

그래서, 최근에는 폐기물을 시멘트 중에 혼입하여 고체화시키는 시멘트 고체화처리, 폐기물을 입자형상으로 하여 구워서 굳히는 조립소성처리(造粒燒成處理) 등이 연구되어 그 일부는 실시되고 있다.

그러나, 시멘트고체화처리 등 종래의 처리방법에는 유해물질의 용출을완전히 완전히 방지하기가 곤란하다는 문제가 있었다. 또, 유해물질이 용출하기 때문에 종래의 처리방법에 의해 생성되는 처리생성물은 토목건축재료로서 이용할 수 없었다.

도 1은 본 발명의 처리방법을 실시하기 위한 처리장치의 일예를 나타낸 개략구성도,

도 2는 산화알루미늄의 함유량과 광재(鑛滓)와 마멸량의 관계를 나타낸 그래프,

도 3은 산화알루미늄의 함유량과 광재(鑛滓)의 점성관계를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

6:건조기13:수형용융로(竪型溶融爐)

13c:2차연소실

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 청구항 1에 관한 발명은 폐기물을 괴성화(塊成化) 해서 이 괴성화물(塊成化物)을 괴코크스(塊Coke) 및 조재제(造滓劑)와 함께 수형용융로(竪型溶融爐)속에 넣고, 괴코크스(塊Coke)의 연소열로 괴성화물을 용융해서 이 용융물을 광재(鑛滓)로서 회수하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 경우, 뒤에 설명하는 상기 광재중의 산화알루미늄(Al₂O₃)을 중량비 20~30%로 조정하는 것이 바람직하다.

또, 알루미늄의 정련잔재를 괴성화하고, 상기 폐기물, 상기 괴코크스 및 상기 조재제와 함께 상기 수형용융로속에 넣는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수형용융로의 로 상부에는 연소가스가 도입되는 2차연소실을 설치하고 이 2차연소실에 2차연소공기 및 유해가스제거용 분말제를 공급하는 것이 바람직하다.

또, 상기 폐기물을 건조시키는 건조기를 설치하고 이 건조기에서 발생하는 건조폐가스를 상기 2차연소실로 되돌리는 것이 바람직하다.

청구항 1에 관한 발명의 처리방법에 의해서 폐기물을 처리할때는 우선 폐기물을 괴성화한다. 이는 수형용융로내의 메시(mesh) 막힘을 방지하여 연소공기 및 연소가스이 유통을 양호하게 하기 위한 것으로, 그러한 관점에서 괴성화물이 크기는 10~100mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 폐기물을 괴성화할때에는 폐기물의 괴성화를 용이하게 하기 위하여 폐기물의 종류에 따라서 건조, 체로 거르기, 부수어 흩트리기 등의 전처리를 행한다.

예를들면, 폐기물 오니 등과 같이 수분함유량이 많은 경우에는 수분함유량이 괴성화하기 좋은 정도가 될때까지 건조한다. 또, 괴성물의 강도를 올리기 위하여 필요에 따라서는 당밀(糖蜜), 시멘트 등의 점결제(粘結材)를 첨가하도록 한다.

다음으로 상기와 같이 하여 괴성화한 폐기물을 괴코크스 및 조재제와 함께 수형용융로 속에 넣는다.

괴코크스로서는 로내의 메시(mesh)막힘을 방지하기 위하여 50~100mm 정도 크기의 것을 사용한다. 괴코크스는 로의 내부에 코트스바닥을 형성하고 괴성화물을 가열용융한다. 이 경우, 괴성화물을 확실하게 용융할 수분함유량 있도록 로내는 1,400℃~1,500℃ 정도로 특히 1,500℃ 정도로 유지하는 것이 바람직하다. 또, 괴코크스를 양호하게 연소시키기 위하여 코크스바닥에는 로의 송풍구로부터 공기 또는 산소부화공기를 송풍한다.

상기 조재제는 폐기물을 용융해서 얻을 수 있는 광재가 소망의 조성을 갖도록 하기 위하여 사용되는 것이다. 통상적으로 폐기물을 용융해서 얻을 수분함유량 있는 광재는 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃)을 주성분으로 하고, 소량의 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe₂O₃), 산화나트륨(Na₂O)을 함유하고 있다. 이들 중에 산화칼슘 및 산화규소에 대해서는 그들의 비(CaO/SiO₂)를 0.7~1.2로 하는 것이 바람직하다. 그 범위를 넘으면 광재의 용융점 및 점성이 높아져서 생산성이 저하하기 때문이다. 이와 같은 조성을 가지도록 조재제를 적당하게 갖추어 넣는다. 이 경우에 산화칼슘의 조정에는 석회석, 돌로마이트(dolomite; 백운석, 고회석), 생석재(生石灰) 등을 사용하고, 산화규소의 조정에는 규성, 규사 등을 이용하다. 또, 산화알루미늄에 대해서는 아래에 설명하는 바와 같이 20~30%로 조정하는 것이 바람직하고, 그렇게 조정하기 위해서는 알루미늄의 정련잔재를 사용하면 된다.

수형용융로 속에 넣어진 폐기물의 괴성화물은 괴코크스의 연소열에 의해 로내를 하강함에 따라서 가열된다. 그리고, 우선 유기물이나 휘발성금속 등이 열분해되고 연소가스와 함께 로상단부에서 외부로 배출된다. 한편, 로내를 더욱 하강한 괴성화물은 용융점이상으로 가열되어 용융되고, 과애가 되어서 로바닥부에 저유된다. 저유(貯留)된 용융광재는 일정시간마다 주형에 흘려넣어 고체화시킨다. 이 고체화한 광재중에는 납, 아연 등의 유해물질이 함유되어 있는데 이들 유해물질은 산화되어 무해화되어 있다. 따라서, 유해무질이 용출하는 일이 없고 토목건축재료로서 사용할 수 있다.

상기와 같이 하여 광재를 얻는 경우에는 청구항 2에 관한 발명과 같이 광재중 산화알루미늄의 함유량이 중량비 20~30%가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

즉, 고체화된 광재를 토목건축재료로서 사용하는 경우에는 그 강도를 실용적으로 이용할 수분함유량 있을 정도로 높게 할 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 처리대상인 폐기물을 단순히 용융처리한 경우에는 광재중의 산화알루미늄 함유량이 15% 전후이다. 이 정도의 산화알루미늄이 함유량으로는 광재가 결정화되지 않고 글래스형상으로 되어 버려서 높은 강도를 얻을 수 없다. 예를들면, 골재의 강도지수를 나타내는 마멸감량치는 35~45%로 높아 골재로서는 강도가 부족하다.

그래서, 광재의 강도를 향상시키는 점에 대해서 열심히 연구한 열과 광재중 산화알루미늄이 함유량을 중량비 20% 이상으로 함으로써 광재의 강도를 향상시킬 수 있다는 식견을 얻었다. 광재중 알루미늄의 함유량을 중량비 20% 이상으로 하면 광제가 결정화하고 이에 따라 강도가 향상되는 것이다. 예를들면, 도 2에 나타낸 바와 같이 마멸감량치는 산화알루미늄의 함유량이 20% 이하가 되면 급속히 증대한다.

이와 같이 산화알루미늄의 함유량을 20% 이상으로 하면, 광재의 강도를 향상시킬 수 있으나 도 3에 나타낸 바와 같이 산화알룸늄의 함유량이 30%를 넘으면 광재의 점성이 급증한다. 그 결과 수형용융로 내의 광재를 로외로 배출하는 것이 곤란해지고 결국에는 처리능률이 저하한다. 그래서 산화알루미늄의 함유량을 30% 이하로 한 것이다.

폐기물을 용융처리할때에는 청구항 3에 관한 발명과 같이 알루미늄이 정련잔재를 사용하는 것이 바람직하다. 알루미늄정련잔재를 사용하면, 거기에 함유된 금속알루미늄의 연소열을 폐기물의 용융에 이용할 수 있어 그 만큼 연료코크스의 사용량을 줄일 수형용융로 있기 때문이다. 그리고 알루미늄의 정련잔재자체도 산업폐기물인데 그 무해화처리를 동시에 행할 수 있고, 또 알루미늄의 정련잔재를 사용하므로써 광재중 산화알루미늄의 조성을 상기와 같은 조성으로 조정할 수 있기 때문이다.

알루미늄의 정련잔재를 사용할때에 있어서는 수형용융로의 메시(mesh)막힘을 방지하기 위하여 괴성화하는 것이 바람직하다. 이 경우 정련잔재만을 괴성화해도 되나, 폐기물을 혼합해서 괴성화하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면 알루미늄의 연소열에 의해 폐기물을 직접가열할 수 있고, 가열효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

종형용융로속에 넣어진 폐기물이 연소·용융되는 과정에 있어서, 휘발성금속, 미연탄소함유물 등의 미연물질 및 염화수소나 다이옥신(dioxine) 등의 부식성 또는 유해성물질이 발생한다. 그래서 청구항 4에 관한 발명과 같이 수형용융로의 상단부에 연소가스가 도입되는 2차연소실을 설치하고 이 연소실에 공기 또는 연소부화공기 등의 2차연소공기 및 유해가스제거용의 분말제를 공급하는 것이 바람직하다.

2차연소실에 2차연소공기를 공급하면, 배기가스 중의 일산화탄소와 같은 미연물질(未然物質)을 완전연소시켜서 무해화할 수 있다. 이 경우 2차연소실에 조연(助撚)버너를 설치하여 가열하도록 하면, 무해화를 한층 더 촉진할 수 있다. 특히, 2차연소실을 900~1,000℃의 산화분위기로 유지함으로써 다이옥신(dioxine)의 발생을 완전히 억제할 수 있다. 또, 2차연소실에 분말제를 공급함으로써 유해물질을 제거할 수 있다. 이때 사용하는 분말제는 제거할 유해물질에 대응해서 적당히 선택한다. 예를들면, 제거할 물질이 염화수소, 유황산화물(SOx) 등일 경우에는 각각에 대응해서 탄산칼슘, 소석재(消石灰)를 사용한다.

청구항 5에 관한 발명에 있어서는 수형용융로의 배기가스통로 중에 설치된 건조기에 의해 오니 등의 수분함유량이 많은 폐기물을 건조시킬 수 있다. 이 경우 건조기는 폐기물을 연소시킨 배기가스의 열을 사용하는 것이므로 에너지절약을 달성할 수 있다. 또한, 오니 등의 폐기물을 건조시킴으로써 발생하는 폐기물는 악취가 있으나, 청구항 5에 관한 발명과 같이 건조폐가스를 2차연소실로 되돌리면 폐가스가 2차연소실내에서 가열되어 취기성분(臭氣成分)이 열분해된다. 그리고, 이 열분해를 2차연소실의 열에 의해 행하는 것이므로 별도의 에너지를 필요로 하지 않고 한층 더 에너지절약을 이룰 수 있다.

또, 건조기를 설치하는 경우에는 간접가열형의 건조기를 사용하는 것이 바람직하다. 간접가열형의 건조기에는 배기가스의 통로와, 폐기물을 건조시킴으로써 발생하는 폐가스의 통로가 별도로 되어 있어 폐가스만을 2차연소실로 되돌릴 수형용융로 있고 이로 인해 에너지절약화를 보다 더 고도로 달성할 수 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 대해서 도 1을 참조해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 폐기물 ㅊ리장치의 개략구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 있어서 부호 1,2,3,4는 수입(受入)탱크이고 각각 폐기물, 괴코크스, 조재제 및 알루미늄 정련잔재의 괴성화물이 수용되어 있다. 수입(受入)탱크(1)내의 폐기물은 벨트컨베이어(5)에 의해 건조기(6)로 반송되고, 건조기(6)에 의해 괴성화에 적절한 수분함유량을 가지도록 건조시킨다. 건조기(6)로서는 간접가열형의 건조기가 사용되고 있다. 건조된 폐기물은 제단기(7)에 의해 괴성화되어 벨트컨베이어(8)로 배출된다.

수입(受入)탱크(2),(3),(4)에 각각 수용된 괴코크스, 조재제 및 알루미늄정련잔재의 괴성화물은 벨트피더(belt feeder; 벨트원료공급장치)(9),(10),(11)에 의해 벨트컨베이어(8)에 정량 배출된다. 그리고, 벨트컨베이어(8)에 배출된 폐기물의 괴성화물, 괴코크스, 조재제 및 알루미늄정련잔재의 괴성화물은 경사컨베이어(12)로 반송되고 또한, 이 경사컨베이어(12)에 의해 수형용융로(13)의 장입구(13a)로 반송되고 거기에서 수형용융로(13) 속에 넣어진다.

수형용융로(13)로서 본 실시예에서는 로 바닥 직경이 1.8mm, 전체 로의 높이가 15m이고, 외부주수식(外部注水式)의 로벽부를 갖춘 것이 사용되고 있다. 수형용융로(13)는 로 하부에 직경 100mm의 송풍구(13b)를 8개 가지고 있고 여기서부터 연소용공기가 로내로 공급되도록 되어 있다. 또, 수형용융로(13)의 상부에는 2차연소실(13c)이 형성됨과 동시에 조연버너(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 2차연소실(13c)에는 송풍기(14)에 의해 송풍관(13d)을 통해서 2차연소공기가 공급됨과 동시에 유해가스제거장치(15)로부터 흡인구(13e)를 통해서 유해가스제거용 분말제를 불어넣도록 되어 있다.

수형용융로(13)속에 넣어진 폐기물의 괴성화물은 로내를 하강함에 따라 가열용융된다. 용융된 광재는 로바닥에 저유된 후, 출항구(13f)로부터 주형(16)으로 흘러들어간다. 그리고, 서서히 냉각된 후, 파쇄(破碎), 정립(整粒)되어서 토목건축용 골재로서 이용된다.

폐기물이 가열용융에 의해 발생하는 배기가스는 수형용융로(13)로부터 배출되고 건조기(6), 열교환기(17), 백필터(18), 배풍기(排風機)(19) 및 습식세정기(20)를 거쳐서 굴뚝(21)으로 배출된다.

건조기(6)는 위에 설명한 바와 같이 수형용융로(13) 배기가스의 열을 이용해서 폐기물의 건조를 행한다. 폐기물의 건조에 의해 생기는 폐가스는 송풍관(13d)을 통해서 2차연소실(13c)로 보내진다. 그리고, 2차연소공기로서 연소에 이용됨과 동시에 함유하는 취기성분이 2차연소실(13c)내에 있어서 가열분해된다.

열교환기(16)는 수형용융로(13)에 공급하는 연소공기를 배기가스의 열을 이용해서 가열하기 위한 것으로 송풍기(22)에 의해 열교환기(16)로 송풍되고 여기서 가열된 연소공기는 송풍구(13b)를 통해서 수형용융로(13)로 공급된다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

상기 용융처리장치를 사용해서 도시 쓰레기의 소각재의 용융처리를 행했다. 소각재의 조성은 상기 표 1에 나타낸 바와 같고, 이를 건조기(6)에 의해 잔류수분(殘留水分)이 5~7%가 되도록 건조하고 가열제단기(7)에 의해 브리켓(briquette; 연탄)으로 만들었다. 이 브리켓(briquette; 연탄)을 3t/h로 수형용융로(13) 속에 넣었다. 또, 수형용융로(13)에는 괴코크스를 0.8t/h, 알루미늄의 정련잔재의 괴성화물을 0.4t/h, 석재석을 0.55t/h의 비율로 각각 갖추어 넣었다. 또한, 300℃로 가열한 연소공기를 송풍구(13b)에서 170Nm³/min의 비율로 송풍했다.

그 결과, 광재를 3t/h의 비율로 회수할 수 있었다. 이 광재의 조성은 상기 표 3에 나타낸 바와 같고 Al₂O₃은 중량비 24.1%이었다. 이 광재의 특성치는 절대건조비중(絶乾比重)이 2.6, 흡수율이 1.0, 마멸감량이 19.3% 이었다. 또, 광재에 함유되는 유해물질의 용출도 정량하한 이하이었다. 따라서, 콘크리트골재나 노반용 쇄석(碎石)으로서 유효하게 이용할 수 있는 것이다.

상기 도 2에 나타낸 조성을 가지는 하수오니 소각재의 용융처리를 행했다. 건조기(6)로 건조한 소각재를 3t/h, 점결제로서 시멘트를 0.3t/h, 알루미늄의 정련잔재를 0.6t/h의 비율로 베어내고, 거기에 물을 10% 첨가한 것을 바이브로니더에 의해 혼합반죽성형해서 괴성화했다. 이 괴성화물과 괴코크스를 0.3t/h, 석재석을 1.8t/h의 비율로 수형용융로(13)속에 넣는다. 이때 광재의 조성은 (CaO+MgO)/SiO₂=0.85, 산화알루미늄의 함유량이 22%가 되도록 조정했다. 또, 300℃로 가열한 공기를 송푸구(13b)로부터 170Nm³/min의 비율로 송풍했다.

그 결과, 광재를 4.2t/h의 비율로 회수할 수 있었다. 이 광재의 조성은 상기 표 3에 나타낸 바와 같고, 산화알루미늄의 함유랴은 중량비로 22.5%이었다. 이 광재의 특성치는 절대건조비중(絶乾比重)이 2.48, 흡수율이 1.5, 마멸감량이 21.6%이었다. 또, 광재에 함유되는 유해물질의 용추도 정량하한 이하이었다. 따라서, 콘크리트골재나 노반응 쇄석으로서 유효하게 이용할 수 있다.

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 소각재를 용융처리했다. 이 경우, 실시예 1과 크게 다른 점은 알루미늄의 정련잔재를 사용하지 않고 산화알루미늄의 함유량에 대해서는 전혀 배려하지 않은 점이다. 융용처리를 할때에는 소각재 브리켓(briquette; 연탄)을 3t/h, 괴코크스를 1.0t/h로 갖추어 넣는다. 또, 광재의 (CaO+MgO)/SiO₂가 0.7~0.8이 되도록 석회석을 0.15t/h의 비율로 갖추어 넣었다. 그 외는 실시예 1과 동일하다.

그 결과, 광재를 2.5t/h의 비율로 회수할 수 있었다. 이 광재의 조성은 표 3에 나타낸 바와 같고, 산화알루미늄이 함유량은 중량비로 16.7% 이고 점성이 낮고 그 유동성은 양호했으나 광재의 특성치는 절대건조비중(絶乾比重)이 2.2로 가볍고, 마멸감량도 42.5%로 크며 강도부족이다. 따라서, 토목용골재로서는 부적당하다.

이상 설명한 바와 같이 청구항 1에 관한 발명에 의하면, 폐기물을 유해화처리할 수 있고, 따라서 폐기물을 매립처리했다고 하여도 2차공해가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또, 토목건축재료로서 사용함으로써 매립지의 확보문제를 해결할 수 있다.

청구항 2에 관한 발명에 의하면, 강도가 높은 토목건축용재료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 그 생산성을 향상시킬 수 있다.

청구항 3에 관한 발명에 의하면 괴코크스의 소비량을 줄일 수 있고, 그에 따라 처리비용을 경감할 수 있다. 그리고, 일종의 폐기물인 알루미늄의 정련잔재를 동시에 처리할 수 있다.

청구항 4에 관한 발명에 의하면, 폐기물의 용융처리에 의해 발생하는 배기가스를 클린가스(Clean Gas)로서 배출할 수 있다.

청구항 5에 관한 발명에 의하면, 폐기물의 건조에 요구되는 연료를 절약할 수 있고 또, 폐기물의 건조에 의해 발생하는 취기를 가열분해할 수 있다.

Claims (5)

1. 폐기물을 괴서화(塊成化)하고 이 괴성화물(傀成化物)을 괴코크스(塊Coke)의 연소열에 의해 상기 폐기물의 괴성화물(傀成化物)을 용융하며, 이 용융물을 광재(鑛재滓)로서 회수하는 것을 특징으로 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광재중의 산화알루미늄(Al₂O₃)를 중량비 20~30%로 조정하는 것을 특징으로 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법.
3. 제2항에 있어서, 알루미늄의 정련잔재(精鍊殘灰)를 괴성화(塊成化)하고 상기 폐기물 상기 괴코크스(塊Coke) 및 상기 조재제(造滓劑)와 함께 상기 수형용융로(竪型溶融爐)속에 넣는 것을 특징으로 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 수형용융로(竪型溶融爐)의 로 상부에 연소가스가 도입되는 2차연소실을 설치하고 이 2차연소실에서 2차연소공기 및 유해가스제거용의 분말제를 공급하는 것을 특징으로 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 수형용융로(竪型溶融爐)로부터의 배기가스의 통로중에 폐기물을 건조시키는 건조기를 설치하고, 이 건조기에서 발생하는 건조배기가슬ㄹ 상기 2차연소시로 되돌리는 것을 특징으로 하는 수형용융로(竪型溶融爐)를 사용한 폐기물의 용융처리방법.