KR19980070885A - 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비에 관한 것으로, 상기 설비는, 유기 물질로 약간 오염된 불활성 물질의 제1 흐름과, 유기 물질 또는 연소 가능한 중원소로 보다 많이 오염된 불활성 물질의 제2 흐름으로 그 배출물이 분류되며, 제2 흐름은 제1 출구를 통해 배출되도록 된, 쓰레기를 분쇄하기 위한 분쇄 장치와, 분쇄된 쓰레기가 유입되는 순환하는 유동상 반응로와, 고형물을 분리시켜 내고, 반응로에 의해 배출된 가스가 유입되는 사이클론과, 제1 세트의 열 교환기가 구비되어 있으며, 고체 입자들이 제2 출구를 통해 제거되는 분진 여과 호퍼를 포함하는, 사이클론에 의해 배출된 가스가 그 속으로 배출되는 복열 보일러와, 가스가 공급되는 챔버 내에 설치된 제2 세트의 열 교환기 및, 처리 공정으로부터 발생하는 고체 물질이 제3 출구를 통해 제거되는, 가스를 처리하기 위한 최종 처리 장치를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 설비에는 개별 조절 파이프에 의해 상기 각 출구와 연결된 독립적인 용융 및 유리화 용광로가 구비된다.

Description

도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비

본 발명은 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비에 관한 것이다.

구체적으로는, 유기 물질로 약간 오염된 불활성 물질의 제1 흐름과, 유기 물질 또는 연소 가능한 중원소로 보다 많이 오염된 불활성 물질의 제2 흐름으로 그 배출물이 분류되며 제2 흐름은 제1 출구를 통해 배출되도록 된, 쓰레기를 분쇄하기 위한 분쇄 장치와,

분쇄된 쓰레기가 유입되는 순환하는 유동상 반응로와,

고형물을 분리시켜 내고 반응로에 의해 배출된 가스가 유입되는 사이클론과,

제1 세트의 열 교환기가 구비되어 있으며, 고체 입자들이 제2 출구를 통해 제거되는 분진 여과 호퍼를 포함하는, 사이클론에 의해 배출된 가스가 그 속으로 배출되는 복열 보일러(recuperator boiler)와,

그 속으로 가스가 공급되는 챔버 내에 설치된 제2 세트의 열 교환기 및,

처리 공정으로부터 발생하는 고체 물질이 제3 출구를 통해 제거되도록 된, 가스를 처리하기 위한 최종 처리 장치를 포함하는, 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비에 관한 것이다.

상기와 같은 설비는 프랑스 특허 제2,735,041호에 기술되어 있다.

또한 도시 쓰레기 처리 설비로부터의 플라이 애시(fly ash)를 유리화시켜서 무기 물질을 녹이고 탄소 함유 물질을 연소시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 용융 및 유리화 용광로는 설비의 메인 라인에 설치될 수 있는 것으로 공지되어 있다. 이러한 유리화 공정은 독일 특허 제43 33 510호에 기술되었다.

이와 같은 설비에 있어서, 열분해 또는 기화 시스템(회전 용광로 또는 유동상 반응로)으로부터 배출되는 가스를 위한 후연소 쳄버가 반응로의 하류에 구비되고, 배출 중에, 용융된 애시는 담금질조에서 유리화된다.

상기 유리화 시스템은 상당량의 천연가스, 산소 또는 전기의 외부 공급을 필요로 하는데, 이는 유리화 공정에 의해 처리되는 고체 물질이 양이 많기 때문이다. 반응로로부터 방출되는 고체 물질의 칼로리 수치는 불활성 물질의 많은 양을 용융시키는 데 필요한 온도를 발생시킬만큼 충분히 높지 않다.

따라서, 상기 설비의 순 에너지 생산 효율은 현저하게 감소되었으며, 투자 및 작동 비용은 매우 높다.

본 발명은 쓰레기를 에너지로 재활용하기 위한 이와 같은 설비의 효율성 문제를 해결하며, 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따르면, 설비에는 개별 조절 파이프에 의해 상기 각 출구와 연결된 독립적인 용융 및 유리화 용광로가 구비된다.

이와 같은 형태는 고체 잔여물 관리의 전체적인 경제성을 증진시키는 데 필수적인 것만을 용융 및 유리화시켜서 쓰레기 수집의 특정 혹은 지역적인 상황에 따라 케이스 별로 최적화할 수 있도록 한다. 또한 쓰레기로부터 가능한 최소의 열 에너지를 소모하여 높은 에너지 효율을 유지할 수 있게 되었다.

또한 처리하고자 하는 쓰레기의 성질에 따라 적합한 여러 타입의 용융 및 유리화 장치를 사용할 수 있다. 그러므로 종래의 가정용 쓰레기와는 다른 온도 특성을 갖거나 또는 예를 들어, 밀도를 이유로 또는 저온에서 굳는 문제로 인해 유동상로는 처리가 곤란하였던 쓰레기 또는 연료를 포함한 물질의 처리 범위를 고려할 수 있게 되었다.

또한 이와 같은 형태는 용융 및 유리화 용광로에 문제가 발생하는 경우에 설비가 사용 불가능하였던 것을 피할 수 있는 장점을 제공한다. 용광로가 더 이상 설비의 메인 라인 상에 있지 않으므로, 용광로의 작동은 메인 라인을 정지시키지 않고도 정지시킬 수 있게 되었다.

바람직한 실시예에 있어서, 분진 여과 장치는 복열 보일러와 제2 세트의 열 교환기의 사이에 설치되며, 상기 분진 여과 장치로부터의 고체 입자들은 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로에 연결된 출구를 통해 배출된다.

종래에는, 플라이 애시를 여과하기 위한 장치가 열 교환기의 하류에 설치되어 있었으므로, 장치는 가스로부터 분진를 저온에서 여과하게 되었었다. 불행히도, 낮은 온도에서는, 다이옥신이 재형성되고 가장 오염성이 강한 중금속들이 재응축한다. 결과적으로 처리된 플라이 애시가 오염된다.

그러나 본 발명의 특징에 따르면, 분진 여과 장치, 바람직하게는 사이클론이 복열 보일러와 제2 세트의 열 교환기 사이에 설치된다. 따라서, 산출되는 플라이 애시는 고온에서 배출되므로, 중금속 및 다이옥신에 의한 오염이 적게 된다.

바람직하게는, 최종 처리 장치는 필터를 포함하며, 필터로부터의 고체 입자들은 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로에 연결된 출구를 통해 제거된다.

또한, 최종 처리 장치는 연도 가스 스크러버를 포함하며, 연도 가스 스크러버로부터의 스크러버 케이크(scrubber cake)는 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로와 연결된 출구를 통해 제거되는 것이 바람직하다.

유리화시키고자 하는 배출물 조각의 크기가 정확하도록 하기 위해, 이동식 분쇄기가 제1 출구와, 용융 및 유리화 용광로 사이에 설치된다.

바람직하게는, 반응로에는 용융 및 유리화 용광로 내로 주입되는 열분해 가스를 보낼 수 있도록 분기된 쳄버가 구비된 내부 농후 유동상이 설치된다.

바람직하게는, 용융 및 유리화 용광로에는 담금질조가 구비되고, 스크러버 장치에는 배출물이 용융 및 유리화 용광로의 담금질조 속으로 투입되도록 된 액체 유출물 처리 장치가 설치된다.

바람직한 실시예에 있어서, 용융 및 유리화 용광로에는 보울(bowl)형 노(爐)와, 오리피스와 연관된 정제 배리어를 형성하는 벽이 구비되며, 상기 오리피스를 통해 용융된 물질 부피의 표면층이 제거되거나 걷어진다.

바람직하게는, 용융된 물질은 우선 물에 의해 그 내부가 냉각된 드럼 상에서 냉각된 후, 담금질조 내에서 냉각된다.

또한 바람직하게는, 용융 및 유리화 용광로에는 용광로로부터 배출되는 연소 가스가 냉각되는 담금질조가 구비된다.

도1은 도시 쓰레기를 재활용하기 위한 본 발명의 설비의 전체 도면.

도2는 용융 및 유리화 용광로의 실시예의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 반응로

4, 9 : 분류 장치

5 : 분쇄기

6 : 용융 및 유리화 용광로

11 : 사이클론

17 : 필터

19 : 스크러버 장치

18, 23 : 열 교환기

21 : 액체 유출물 처리 장치

22 : 챔버

24 : 냉각 회로

62 : 담금질조

70, 71 : 덕트

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1에 도시된 바와 같이, 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비는 분쇄된 상태의 쓰레기가 유입되는 순환하는 유동상 반응로(2)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 반응로는 프랑스 특허 출원 제2,735,041호에 기술된 타입이다. 이는 분쇄된 쓰레기가 공급되고 분쇄된 쓰레기의 기체화가 진행되는 공급 파이프가 구비된 반응로의 벽 상에 위치된 제1 측면 농후 유동상(2A)과, 과열기가 설치된 제2 측면 농후 유동상(2B)을 포함한다. 유체화되지 않는 중원소들이 배출되는 토출 덕트가 제1 측면 농후 유동상(2A)의 바닥에 위치하며, 이는 상기 중원소를 냉각시켜서 유체화되지 않은 불활성 물질들을 토출해 내는 거친 입자 분류 장치(3)로 이송하며, 나머지 물질들은 다시 반응로(2)로 공급한다.

반응로(2)의 상류측에서는, 원쓰레기를 우선 예를 들어 하나 또는 2개의 회전 시어를 포함하는 시어 모듈에 의해 쓰레기가 분쇄되는 준비 장치(1)로 투입한 후, 그 다음에는, 처리하게 될 쓰레기 종류에 따라 예를 들어 자기 및 유도 분리기 및 텀블러 드럼에 의해 불활성 물질과 굳기 쉬운 물질(철금속, 비철금속, 자갈, 유리)을 제거한다.

분쇄된 쓰레기는 반응로(2) 속에 투입되며 쓰레기는 중력 분류기 또는 공기 분류기로 구성되는 것이 바람직한 분류 장치(4)에서 2개의 흐름으로 분류된다.

유기 물질(유리, 자갈, 고체 금속 조각)로 약간만 오염된 불활성 물질의 제1 흐름은 거친 입자 분류 장치(3) 내로 투입되며, 여기서 반응로(2)로부터 공급되는 고온의 물질과 혼합되어 반응로(2)로부터 투입되는 유체화되지 않는 불활성 물질을 냉각시킨다. 상기 흐름 내의 유기 물질을 제거하기 위해 약 400 ℃ 내지 500 ℃ 범위 내의 온도에서 열처리 또는 열세척된다.

거친 입자 분류 장치(3) 하에서, 불활성 및/또는 크기가 큰 물질(돌, 유리, 세라믹, 금속 조각)들로 이루어진 고체 잔여물(8)의 흐름이 형성되는데, 이는 약간만 산화되었으며, 이로부터 유기물과 약간 산화된 물질을 제거함으로써 상기 잔여물의 재활용을 촉진한다.

탄소 함유량이 5 ％ 이상이기 때문에 바로 재활용될 수 없는 유기 물질 또는 연소 가능한 중원소로 오염된 불활성 물질의 제2 흐름은 제1 출구(S1)를 통해 제거되며, 제1 출구로부터 용융 및 유리화 용광로(6)로 이어지는 조절 파이프 상에 설치된 이동식 분쇄기(5)로 투입된다.

제1 내부 농후 유동상(2A)은 연소 가스의 주흐름과는 별개의 파이프(7)를 통해 용융 및 유리화 용광로(6) 속으로 주입되도록 열분해 가스(2A')를 보내도록 분기된 쳄버를 구비한다.

또한 반응로(2)에는 이 반응로(2)의 바닥에서 애시를 분리시키고 유체화와 융화 가능한 낟알 크기의 고체 입자들이 반응로 내로 재순환되도록 하는 미립자 분류 장치(9)가 구비된다. 또한 미립자 분류 장치(9)는 이동식 분쇄기(5)로부터 유입되는 미립자들을 재주입하는 데 사용된다. 이들 미립자들도 유체화 가능한 불활성 물질의 연소에 사용 가능한 유기성 부분을 포함하며, 불활성 물질 함유량은 반응로(2)의 주된 성분으로 작용하는 모래의 소모를 감소시킨다. 이들 미립 배출물을 미립자 분류 장치를 통해 투입함으로써 유체화되지 않는 원소들이 열세척될 수 있도록 한다. 재활용 가능한 클링커(10)는 미립자 분류 장치(9)로부터 제거된다.

그러므로 배출물의 질은 배출물을 거친 입자 분류 장치(3)와 미립자 분류 장치(9)를 거치도록 함으로써 개선된다. 따라서 쓰레기 보관 지역인 클라스(2)에 배출물을 보관할 필요가 없게 된다.

반응로(2)의 하류에서는, 연도 가스가 다음의 장치들을 거쳐 순환한다.

고형물을 분리시켜 내기 위한 사이클론(11)과,

제1 세트의 열 교환기(18), 보다 정확하게는 증발기가 설치되고, 고체 입자들이 제2 출구(S2)를 통해 제거되는 분진 여과 호퍼(15A)를 포함하는, 사이클론(11)에 배출된 가스가 그 속으로 방출되는 복열 보일러(15)와,

연도 가스로부터의 고체 입자들이 출구(S2')를 통해 배출되는 연도 가스를 고온 여과하기 위한 제2 사이클론(16)과,

가스가 공급되는 쳄버(22) 내에 설치된, 제2 세트의 열 교환기(23), 보다 정확하게는 이코노마이저 및,

처리 공정에서 산출되는 고체 물질을 제3 출구(S3', S3)를 통해 가스로부터 제거하는 최종 처리 장치를 거친다.

보다 정확하게는, 최종 처리 장치는 활성탄이 투입되는 입구가 구비되고, 출구(S3')를 통해 고체 입자들이 배출되는, 필터(17), 바람직하게는 슬리브 필터와, 스크러버 케이크가 출구(S3)를 통해 제거되고 세척된 연도 가스가 연도(30)를 통해 배출되는 연도 가스 스크러버 모듈(19)을 포함한다.

스크러버 장치(19)에는 액체 유출물을 처리하기 위한 장치(21)가 구비된다.

전술된 모든 출구(S1' 내지 S3)는 설비의 상술된 메인 라인과는 독립적인 용융 및 유리화 용광로(6)에 조절 파이프에 의해 연결되었다.

상기 장치(6)에 있어서, 용융 에너지는 유동상(2A)으로부터 취한 열분해 가스에 의해, 포장재 재활용에서 나올 수 있는 플라스틱 쓰레기(20)를 공급함으로써 임의로 공급될 수 있으며, 플라스틱 쓰레기로부터의 배출물(오염된 포장재)은 상당한 열 에너지를 함유하고 있다. 용융 용광로(6)의 산화제로는 소정 온도에 따라 공기 또는 산소 강화된 공기가 사용된다. 공기가 산소 강화된 경우에는, 다이아프램 유닛(21)에 의해 공급되고, 그런 다음 산소 함유량이 감소된 공기의 일부는 분류 장치(3, 9) 및 유동상 반응로(2)에서 사용된다.

복열 보일러(15)의 출구(S2)와, 사이클론(16)의 출구(S2') 및 필터(17)의 출구(S3)로부터 유입되는 플라이 애시의 입자 크기와, 스크러버 장치(19)의 출구(S3)로부터 유입되는 스크러버 케이크(19)의 입자 크기는 본 물질이 용융 및 유리화 용광로(6)로 바로 투입될 수 있도록 한다. 그러나, 쓰레기를 준비하기 위한 분류 장치(4)로부터의 배출물의 입자 크기는 다양하며 크다. 그러므로, 출구(S1)와 용융 및 유리화 용광로(6) 사이에 이동식 분쇄기(5)를 제공할 필요가 있다.

용융 및 유리화 용광로(6)는 처리하고자 하는 물질의 양과, 요구되는 용융 정도에 따라 상이하게 설계되어진다.

용광로는 프랑스 특허 제FR- 2 716 524호에 기술된 타입일 수 있는 바, 이는 유리화시킬 2 종류의 흐름이 통제 및 분리된 방식으로 용융 가능한 경우로서, 2개의 흐름이라 함은 중금속 농도가 대체로 낮은 배출물로부터의 거친 입자의 흐름과, 보다 오염된 플라이 애시로 구성된 추출물로부터 나오는 분말 형태의 흐름이다.

도2는 용융 및 유리화 용광로의 다른 실시예를 보여준다.

용광로의 벽(60A)은 플라이 애시 등이 오리피스(60B)를 통해 그 속으로 유입되는 보울형이다. 열분해 가스는 덕트(70)를 통해 공급되며, 그 온도로 인해 애시는 녹는다. 또한 용광로에는 공기 또는 산소 강화된 공기가 공급되는 버너(61)가 구비된다. 벽(60C)은 용융된 물질 부피의 표면층을 제거하거나 걷어 내기 위한 오리피스(60D)와 연관된 정제 배리어를 형성한다. 이로써 용융염이 제거된다. 또한 용융물의 질을 개선하기 위해, 노의 바닥에 떨어진 금속을 배출시키기 위한 배출구(60)가 구비된다.

배리어 벽(60C)의 하류에서, 장치는 임의로 예비 산소 버너(61')를 포함하며 용융물은 립으로부터 내부가 수냉각된 드럼(62A) 상으로 흐른다. 드럼(62A)에 의해 조(62) 내에서 갑작스러운 물 담금질을 피할 수 있게 되며, 고체화가 너무 빠른 경우에는 유리물의 기계적인 특성에 좋지 않다. 유리화는 유리물(64)이 연도 가스 내에서의 밀봉을 위한 수봉을 통한 컨베이어 스크류(62D)에 의해 배출되기 전까지 냉각판 컨베이어(62C) 상의 담금질조(62)에서 계속된다.

본 실시예는 장기간의 안정성이 보장되는 결정화 수준에 도달하도록 함으로써 유리물의 성질을 개선할 수 있도록 한다.

용융 용광로(6) 내에서 산출되는 가스는 유리화 조 내에 담금질함으로써 물 담금질에 의해 냉각된다. 이와 같은 갑작스런 냉각은 다이옥신의 재형성을 방지하는데, 특히 다이옥신은 플라이 애시와 필터(17)로부터 나오는 활성탄의 혼합물 내에 함유되어 있다. 또한 용융물 위로 날아가는 제2 플라이 애시와 융융 중에 증발하는 대부분의 중금속을 포착하며, 이와 같은 작용은 상기 물질들이 메인 연도 가스 처리 장치로 복귀하는 것을 막는다.

그런 다음 연도 가스는 덕트(71)를 통해 배출되어, 스크러버 장치(19)로 공급된다.

증발양을 보충하기 위해, 용융 및 유리화 용광로(6)의 담금질조 내의 물은 액체 유출물 처리 장치(21)로부터의 배출물로 채워지는데, 이는 조의 pH 조정과 중금속 불용성의 개선을 가능하게 한다.

바람직하게는, 냉각 회로(24)는 보일러 공급수를 가열하는 데 사용하기 위해 유리화 조로부터 열 에너지를 제거한다.

본 발명에 따르면, 고체 잔여물 관리의 전체적인 경제성을 증진시키는 데 필수적인 것만을 용융 및 유리화시켜서 쓰레기 수집의 특정 혹은 지역적인 상황에 따라 케이스 별로 최적화할 수 있도록 하며, 쓰레기로부터 가능한 최소의 열 에너지를 소모하여 높은 에너지 효율을 유지할 수 있게 된다.

또한 처리하고자 하는 쓰레기의 성질에 따라 적합한 여러 타입의 용융 및 유리화 장치를 사용할 수 있으므로, 종래의 가정용 쓰레기와는 다른 온도 특성을 갖거나 또는 예를 들어, 밀도를 이유로 또는 저온에서 굳는 문제로 인해 유동상로는 처리가 곤란하였던 쓰레기 또는 연료를 포함한 물질의 처리 범위를 고려할 수 있게 된다.

또한 종래에는 용융 및 유리화 용광로에 문제가 발생하는 경우에는 설비가 사용 불가능하였던 것과는 달리, 용광로가 더 이상 설비의 메인 라인 상에 있지 않으므로, 용광로의 작동은 메인 라인을 정지시키지 않고도 정지시킬 수 있게 되었다.

Claims (10)

1. 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비에 있어서,

   유기 물질로 약간 오염된 불활성 물질의 제1 흐름과, 유기 물질 또는 연소 가능한 중원소로 보다 많이 오염된 불활성 물질의 제2 흐름으로 그 배출물이 분류되며 제2 흐름은 제1 출구를 통해 배출되도록 된, 쓰레기를 분쇄하기 위한 분쇄 장치와,

   분쇄된 쓰레기가 유입되는 순환하는 유동상 반응로와,

   고형물을 분리해 내고, 반응로에 의해 배출된 가스가 유입되는 사이클론과,

   제1 세트의 열 교환기가 구비되어 있으며 고체 입자들이 제2 출구를 통해 제거되는 분진 여과 호퍼를 포함하는, 사이클론에 의해 배출된 가스가 내부로 배출되는 복열 보일러와,

   가스가 공급되는 챔버 내에 설치된 제2 세트의 열 교환기 및,

   처리 공정으로부터 발생하는 고체 물질이 제3 출구를 통해 제거되는, 가스를 처리하기 위한 최종 처리 장치를 포함하고,

   상기 설비에는 개별 조절 파이프에 의해 상기 각 출구에 연결된 독립적인 용융 및 유리화 용광로가 구비된 것을 특징으로 하는 도시 쓰레기 등을 에너지로 재활용하기 위한 설비.
2. 제1항에 있어서, 분진 여과 장치가 복열 보일러와 제2 세트의 열 교환기 사이에 설치되며, 분진 여과 장치로부터의 고체 입자들이 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로와 연결된 출구를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 설비.
3. 제1항에 있어서, 최종 처리 장치는 필터를 포함하며, 필터로부터의 고체 입자들은 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로와 연결된 출구를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 설비.
4. 제1항에 있어서, 최종 처리 장치는 연도 가스 스크러버를 포함하며, 연도 가스 스크러버로부터의 스크러버 케이크는 조절 파이프에 의해 용융 및 유리화 용광로와 연결된 출구를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 설비.
5. 제1항에 있어서, 이동식 분쇄기가 제1 출구와 용융 및 유리화 용광로 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 설비.
6. 제1항에 있어서, 반응로에는 용융 및 유리화 용광로로 주입되는 열분해 가스를 분기시키도록 된 챔버가 구비된 내부 농후 유동상이 설치된 것을 특징으로 하는 설비.
7. 제3항에 있어서, 용융 및 유리화 용광로에는 담금질조가 구비되고, 스크러버 모듈에는 그로부터의 배출물이 용융 및 유리화 용광로의 담금질조로 주입되는 액체 유출물 처리 장치가 설치된 것을 특징으로 하는 설비.
8. 제1항에 있어서, 용융 및 유리화 용광로에는 보울형의 노와, 오리피스와 연관된 정제 배리어를 형성하는 벽이 구비되며, 상기 오리피스를 통해 용융된 물질 부피의 표면층이 제거되거나 걷어지는 것을 특징으로 하는 설비.
9. 제8항에 있어서, 용융된 물질은 우선 내부가 수냉각된 드럼 상에서 냉각된 후, 담금질조에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 설비.
10. 제1항에 있어서, 용융 및 유리화 용광로에는 용광로에서 발생하는 연소 가스가 냉각되는 담금질조가 구비된 것을 특징으로 하는 설비.