KR20000018010A - 가연성 고상 폐기물의 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가연성 고상 폐기물의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폐합성고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지 및 폐목재 등의 가연성 고상 폐기물들을 3,000㎉/㎏이상의 발열량, 2000ppm이하의 염소함량을 갖도록 혼합하고 파쇄하여 시멘트 소성용 보조연료로 사용하는 처리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 가연성 고상 폐기물을 시멘트 소성시에 사용함으로써 종래보다 경제적인 보조연료를 얻을 수 있으며 충분한 연료시간의 확보로 에너지 회수효율을 증가시킴과 동시에 우수한 특성을 갖는 시멘트를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 가연성 고상 폐기물의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폐합성고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지 및 폐목재 등의 가연성 고상 폐기물들을 3,000㎉/㎏이상의 발열량, 2000ppm이하의 염소함량을 갖도록 혼합하고 파쇄하여 시멘트 소성용 보조연료로 사용하는 가연성 고상 폐기물의 처리방법에 관한 것이다.
각종 산업체, 군부대, 지자체 등에서 배출되는 폐타이어를 포함하는 폐합성 고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지, 폐목재 등 각종 가연성 고상 폐기물은 주된 환경오염원으로서, 그 처리방법이 산업발전에 따라 현대 인류가 해결하여야 하는 큰 과제로 대두되고 있으며, 많은 연구가 수행되고 있다.
따라서, 상기 가연성 고상 폐기물들은 통상적으로 시멘트 소성용 보조연료로 사용되는 등의 방법으로 재활용되고 있으며, 이러한 예로는 미국특허 제4,256,503호 및 '페타이어의 시멘트 소성 열원사용 방법(G7 연구보고서, 1994년)에 기재된 방법들을 들 수 있다.
이러한 종래의 가연성 고상 폐기물의 시멘트 소성용 보조연료로의 처리방법은, 상기 여러 종류의 가연성 고상 폐기물들의 단독으로 원형 그대로 투입하거나 또는 파쇄 또는 분쇄 후 소성 장치에 투입하여 재활용하는 방법이 통상적으로 사용되어 왔다. 예를 들어, 오노다 연구보고서(1987년)에는, 폐타이어나 폐고무의 경우에, 단독으로 원형 그대로 사용하거나 또는 평균입자직경이 50mm정도가 되도록 파쇄한 후, 로터리 키른(rotary kiln)의 600℃-1400℃되는 부분에 상기 폐타이어나 폐고무를 투입하여 처리하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 경우에는, 시멘트 제조시의 예열대나 하소대에 투입하도록 그 대강의 위치밖에 기술되어 있지 않기 때문에 그 구체적인 투입구 위치, 및 그 위치에서의 투입방법이나 효과가 기술되어 있지 않다.
또한 일본국 특개평 제8-283052호에는, 폐합성수지를 시멘트 제조시 평균입자크기 50mm이하로 가공하여 하소로 또는 로타리 키른의 주연료 공급장치 근처(키른 상부)로 투입하는 방법이 기재되어 있으며, 또한 일본국 특개평 제6-8247호에는 평균입자직경 50mm이하의 폐FRP는 예열기, 3mm이하의 폐FRP는 하소로, 90㎛이하의 폐FRP는 미분탄 버너로 투입하는 처리방법에 관하여 기재되어 있다. 한편, 일본국 특개평 제11-60296호에는, 폐목재의 경우 그 평균입자크기가 50mm이하가 되어 주 연료 공급장치 위치에 투입되는 방법이 기재되어 있다.
상기 전술한 방법들은 가연성 고상 폐기물을 시멘트 제조시의 보조연료로서 처리하는 방법을 기재하고 있는데, 주 연료 공급장치의 부근에서 주연료의 연소 특성을 고형 폐기물도 비슷하게 발현시키도록 하기 위해서나 현실적으로 이 정도 크기까지 가공시에는 그 가공비용이 높아서 폐기물 연료로서의 경제적인 가치가 떨어지는 불합리한 점이 있기 때문에, 모두 주연료 공급장치의 위치를 통해 투입하는 경우에는 평균입자크기를 최대 50mm이하로 가공해야 한다.
또한 실제 가공된 폐기물의 크기는 정해진 크기보다 큰 것이 혼재되어 있는 경우가 있기 때문에 주연료와 그 연소거동을 달리함으로써 분사장치의 적정 화염 형성을 방해하거나 초점의 온도를 적정수준으로 유지시키는 것을 방해하기도 한다. 또한, 폐기물이 연소가스 중에 체류하면서 완전 연소되지 않고 미연소 폐기물 입자가 시멘트 클링커 중에 혼입되면서 연소시 주변의 산소를 집중적으로 소모함으로써 국부적인 환원반응을 야기시키게 되어 결국 제조되는 시멘트의 품질을 악화시키는 결과를 초래하기도 하며, 미연소 입자가 버너의 정상 화염내에서 연소되지 않기 때문에 정상 화염보다 긴 화염을 형성하여 소성로 내의 열부하대를 변경시켜 공정의 불안정을 야기하기도 한다.
또한 종래기술은 가연성 고형 폐기물을 각각 단독으로 투입하며, 또한 상기 각각의 폐기물은 투입 위치별로 입자 크기를 다르게 하고, 특히 소량 공급되는 경우 연속사용이 불가능하기 때문에 단속적으로 사용하게 되는데 따른 여러 가지 불편함과 공정의 불안정함이 있었으며, 이로 인해, 가연성 폐기물에 의한 주연료의 대체율은 실제로 10% 내외였으며 이 이상을 유지하는 것이 어려웠다.
이에 본 발명자들은 종래의 문제점을 해결하고 효과적인 가연성 고형 폐기물의 처리방법을 연구검토한 결과, 가연성 고형 폐기물들을 적정 조건이 되도록 혼합하고 파쇄하여 시멘트 소성용 보조연료로 사용할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 시멘트 소성용 보조연료로서 사용할 수 있는 가연성 고형 폐기물의 함량을 늘리고, 공정의 안정성과 70%이상의 에너지 회수효율을 얻을 수 있는 가연성 고상 폐기물의 처리방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가연성 고상 폐기물의 처리방법은 폐합성고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지 및 폐목재로 이루어진 군으로부터 적어도 둘 이상 선택된 가연성 고상 폐기물을 3,000㎉/㎏이상의 발열량, 2000ppm이하의 염소함량을 갖도록 혼합하고, 50mm 내지 1200mm의 평균입자크기를 갖도록 파쇄하여 시멘트 소성용 보조연료로 사용하는 것으로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 가연성 고상 폐기물을 시멘트 제조공정에 사용하는 공정을 개략적으로 도시한 처리공정도이고,
도 2는 본 발명에 따른 가연성 고상 폐기물의 처리방법을 개략적으로 도시한 처리공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 각종 고상 폐기물 저장 설비 12, 32 : 벨트 컨베이어
13 : 폐기물 혼합설비 14, 18, 19, 21, 23: 이송설비
15 : 파쇄기 16 : 스크린
17 : 조대폐기물 20 : 고상 폐기물 혼합물
22 : 투입 홉퍼 24 : 예열실 최하단 사이클론
25 : 하소로 26, 27 : 고상 폐기물 투입구
28 : 로타리 키른 입구 29 : 로타리 키른 동체
31 : 폐기물 종류별 투입 홉퍼 33 : 고상 폐기물 혼합 투입 홉퍼
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 가연성 고상 폐기물을 시멘트 제조공정에 사용하는 단계를 개략적으로 도시한 처리공정도로서, 크게 고상 폐기물 저장설비(11), 혼합 설비(13), 파쇄기(15), 스크린(16), 투입 홉퍼(22), 하소로(25), 로타리 키른(29) 등으로 구성된다. 또한 도 2는 본 발명에 따른 가연성 고상 폐기물의 처리방법을 개략적으로 도시한 처리공정도로서, 도 1에서의 본 발명의 특징이 되는 고상 폐기물 혼합물을 준비하는 단계를 좀 더 구체적으로 나타내고 있으며, 도 1의 폐기물 혼합설비(13)는 폐기물을 종류별로 투입하는 홉퍼(31), 벨트 컨베이어(32), 및 고상 폐기물의 혼합물을 투입하는 홉퍼(33)로 구성된다.
폐합성고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지 및 폐목재로 이루어진 군으로부터 적어도 둘 이상 선택된 가연성 고상 폐기물은 종류별로 구분 적치된 후, 각각의 발열량과 염소성분 함량을 고려하여 혼합설비(13)에서 혼합되며, 상세하게는 저장설비(11)로부터 특정 로더나 집게차 또는 벨트 컨베이어(12)를 통해 상단 고상 폐기물의 투입 홉퍼(31)에 저장되고, 투입 홉퍼(31) 하단의 피이더(feeder)의 속도 조정을 통하여 특성 혼합비율대로 고상 폐기물들이 혼합 투입 홉퍼(33)에 저장되고, 2축 전단 파쇄기(15)를 통해 원하는 고상 폐기물 혼합물(20)로 존재하게 되고, 스크린(16)을 통해 거친 입자를 갖는 폐기물(17)이 걸려져서 다시 혼합설비(13)로 되돌아간다. 상기 고상 폐기물 혼합물은 시멘트 제조 공정의 하소로(25) 및 예열실 최하단 사이클론(cyclone)(24)의 원료 슈트(chute)에 투입된다.
상기 고상 폐기물 혼합물은 3,000㎉/㎏이상의 발열량, 2000ppm이하의 염소함량을 갖도록 혼합되는데, 이러한 조건은 다른물질과 혼합하지 아니하고 당해 폐기물의 저위발열량이 3000㎉/㎏이상이고, 현재는 60%이상(2004년 12월 31일까지)의 에너지 회수효율로 한정되어 있는 현행 폐기물 관리법상 규제하고 있는 고형 폐기물의 에너지회수 기준에 만족시키는 방법이다.
여기서, 전술한 바와 같이 폐기물 관리법상 에너지 회수기준을 만족시키기 위해서는 발열량을 3,000㎉/㎏이상으로 해야 하지만, 바람직하게는 현재 시멘트 제조시에 주연료로 사용하고 있는 유연탄의 발열량인 6,500㎉/㎏이상인 것이 바람직하다. 또한, 염소의 함량을 2000ppm을 초과하면, 염소가 고온에서 휘발하여 키른의 원료투입구 부위에서 원료중의 알칼리와 반응 후 원료성분과 융착하여 원료투입구를 폐쇄함으로서 원료투입을 방해하게 되어 조업을 중단하는 사태를 일어날 수 있는 문제가 있어, 염소의 투입량이 극도로 제한할 필요가 있다. 그러나, 대부분의 가연성 고형 폐기물 중에는 염소가 필연적으로 함유되어 있으므로 그 혼입을 전적으로 제한할 수 없기 때문에, 혼합파쇄물 중의 염소함량이 2000ppm 이하로 조정하여 조업중단없이 가동하도록 한다.
또한, 상기 고상 혼합물은 파쇄기(15)를 통해 50mm 내지 1200mm의 평균입자크기를 갖도록 분쇄되는데, 평균입자크기가 50mm 미만이 되면 기술적으로 1차 파쇄 만으로는 불가능하게 되어 2차 분쇄작업을 해야 하기 때문에 폐기물이 보조 연료로서 경제성이 현저히 저하되고, 1200mm를 초과하면 적정 투입위치에서 투입구의 크기가 커지게 되어, 기계적 문제 뿐만 아니라 연소특성의 저하로 인한 불완전 연소 및 키른 공정의 불안정 문제를 야기시키게 된다.
이렇게 준비된 고상 폐기물(20)은 혼합 파쇄물의 투입구(26, 27)를 통해, 즉 하소로(25)의 원료투입 슈트의 하단부위 상부측으로 투입하거나, 예열실 최하단 사이클론(24)의 원료 슈트가 로터리 키른의 입구(28)와 만나는 부위의 상부측으로 투입하게 된다. 이러한 혼합 파쇄물의 투입구(26, 27)를 원료 슈트로 하는 이유는 가연성 고형 폐기물이 원료 중에 혼입되면서 원료와 혼합됨과 동시에 약 850℃-900℃가 되는 원료의 보유열에 의해 연소가 즉시 개시되고 이 때의 연소열이 바로 원료에 전달이 되는 효과와 주연료의 화염형성 및 유지에 관여하지 않음으로 주연료 연소공정의 안정을 보장함과 동시에 혼합파쇄물이 소성로 내로 진입한 후 시멘트 제품의 품질이 결정되는 소성대까지 진입하기 전단계까지 상당시간의 체류시간이 보장됨으로 충분히 완전연소할 수 있는 시간이 보장되어 연소열을 충분히 사용할 수 있고 또한 시멘트 제품의 품질에 영향을 주지 않기 때문이다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
하기 표 1에 나타낸 성분 및 연소특성을 갖는 각종 가연성 고형 폐기물을 각각 하기 표 2에 나타난 성분비율 및 조건을 만족하도록 하여 시멘트 제조시의 보조연료로서 사용하여 처리하였으며, 그 결과도 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 1 내지 2
하기 표 2와 같이, 폐기물을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에서 비교하였다.
| 종류 | 발열량(Kcal/㎏) | 염소함량(ppm) | 착화온도(C°) | 연소종결온도(C°) |
| 유연탄 | 6,500 | 150 | 340 | 740 |
| 폐타이어 | 8,200 | 550 | 300 | 580 |
| 폐고무 | 6,000 | 20,000 | 280 | 680 |
| 폐FRP | 5,500 | 200 | 250 | 760 |
| 폐프라스틱 1 | 7,000 | 200 | 230 | 600 |
| 폐프라스틱 2 | 5,500 | 3,600 | 270 | 710 |
| 폐합성섬유 | 6,200 | 4,500 | 250 | 700 |
| 폐목재 | 3,800 | 500 | 230 | 650 |
| 폐지 | 3,500 | 400 | 210 | 600 |
| 폐합성 고분자화합물(부잔) | 3,500 | 50 | 280 | 690 |
*발열량 : 오토매틱 칼로리미터(Automatic calorimeter(1991)) 사용.
*염소함량: 포텐셔미터(Potentiometer(1995)) 사용.
*착화 및 종결온도: 열분석기 DSC/TG(1993) 사용.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 혼합 대상폐기물종류 | 폐고무:폐플라스틱1 | 폐플라스틱2:폐목재 | 폐목재:폐합성 고분자화합물 | 폐플라스틱1:폐FRP | 폐지:폐목재 | 폐FRP | 폐고무 |
| 비율(%) | 8:92 | 40:60 | 50:50 | 50:50 | 50:50 | 100 | 100 |
| 발열량(Kcal/㎏) | 6,920 | 4,480 | 3,650 | 6,250 | 3,650 | 5,500 | 6,000 |
| 염소함량(ppm) | 1,784 | 1,740 | 275 | 200 | 450 | 200 | 20,000 |
| 폐기물파쇄비용(원/톤) | 8,000 | 8,000 | 15,000 | 50,000 | 50,000 | 400,000 | 50,000 |
| 폐기물평균크기(㎜) | 500 | 500 | 300 | 60 | 600 | 0.05 | 40 |
| 투입위치 | 사이클론원료슈트 | 사이클론원료슈트 | 하소로 | 하소로 | 사이클론 원료슈트 | 미분탄버너 | 하소로 |
| 투입율(대체율%) | 30 | 30 | 50 | 50 | 30 | 5 | 5 |
| 열회수효율(%) | 80 | 75 | 70 | 75 | 70 | 65 | 60 |
| 공정 안정성 | 양호 | 양호 | 매우양호 | 매우양호 | 매우양호 | 불량 | 매우불량 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 유연탄에 비해서 각종 폐기물들의 발열량이나 열적 특성(착화온도, 연소종결온도)등이 유사하거나 더 우수한 특성을 나타내었으나, 각각의 성분들에서 염소함량이 상당히 높기 때문에 시멘트 공정에 영향을 주지 않기 위해서, 로타리 키른 투입시 적정 관리가 요구된다.
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 폐FRP(비교예 1) 또는 폐고무(비교예 2)를 단독으로 키른에 투입한 경우에 비하여, 폐고무와 폐플라스틱 1(실시예1), 폐플라스틱 2와 폐목재(실시예 2), 폐목재와 폐합성 고분자 화합물(실시예 3), 폐플라스틱 1과 폐FRP(실시예 4) 또는 폐지와 폐목재(실시예 5)로 혼합하고 파쇄하여 투입한 결과, 적절한 발열량과 함께 파쇄 비용측면에서는 확실한 비용 절감 효과를 얻을 수 있었다. 특히, 폐기물 관리법상의 에너지 회수 기준에 대하여 혼합 투입한 실시예들이 만족한 결과를 보였다. 이에 더하여 연료 대체율 또한 30∼50%로 고형 폐기물 단독 사용한 경우 5%에 비하여 우수하였으며, 시멘트 소성 공정에 영향이 큰 염소함량은 모든 실시예에서 2000ppm 수준이하로 측정되었다. 전술한 바와 같이, 가연성 고형 폐기물들을 시멘트 소성용 열원으로의 사용이 적합하도록 열량 및 염소함량을 균일하게 조정, 혼합하여 투입하므로써 공정이 안정되고 70% 이상의 높은 열회수율을 얻을 수 있었다.
전술한 바와 같이, 성분과 성상이 다른 각종 가연성 고형 폐기물을 적정 비율로 혼합하고 파쇄함으로 성분 및 성상을 균일하게 유지할 수 있으며, 소량씩 반입시 각각을 별도로 투입하여 단속적으로 사용할 수 밖에 없던 것을 종래기술로부터, 서로 혼합함으로서 증량효과를 꾀할 수 있게 되어 균질한 혼합파쇄물의 연속사용이 가능해지고, 또한 파쇄물의 크기를 종전의 기술보다 크게 하여 저비용으로 경제적인 보조 연료를 얻을 수 있으며, 특히 원료슈트를 통해 소성로 내부로 장입함으로 충분한 연소 시간을 확보할 수 있어 에너지 회수효율을 높힘과 동시에 주연료의 화염을 방해하지도 않기 때문에 시멘트 제조공정과 시멘트 품질에 주는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 폐기물들의 무단 투기에 의한 환경오염 예방과 매립 처분에 의한 매립지의 수명단축 방지, 시멘트 소성시에 필요한 유연탄 및 벙커씨유 등의 천연연료의 절약도 가능하다.
Claims (3)
- 폐합성고무, 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐지 및 폐목재로 이루어진 군으로부터 적어도 둘 이상 선택된 가연성 고상 폐기물을 3,000㎉/㎏이상의 발열량, 2000ppm이하의 염소함량을 갖도록 혼합하고, 50mm 내지 1200mm의 평균입자크기를 갖도록 파쇄하여 시멘트 소성용 보조연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 가연성 고상 폐기물의 처리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폐기물을 시멘트 소성로의 예열실 최하단 사이클론 원료 슈트 및 하소로의 원료 슈트에 투입하는 것을 특징으로 하는 가연성 고상 폐기물의 처리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폐기물을 시멘트 소성에 필요한 주 연료 총 열량의 50%까지 투입하여 70%이상의 에너지 회수효율을 얻는 것을 특징으로 하는 가연성 고상 폐기물의 처리방법.
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| KR100456132B1 (ko) * | 2002-04-25 | 2004-11-08 | 강원도 | 생활폐기물을 이용한 시멘트 소성로용 연료의 제조방법 및이에 의해 생산되는 시멘트 소성로용 연료 |
| KR100724338B1 (ko) * | 2005-12-23 | 2007-06-04 | 쌍용양회공업(주) | 농업용 멀칭 폐비닐의 재활용 방법 및 이에 사용되는 장치 |
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