KR200280860Y1 - 폐기물 고온 소각장치 - Google Patents

Abstract

폐기물을 투입하기 위한 노 덮개; 상부가 개폐되고, 하단 일측에 용융 처리물 배출구를 갖는 노 본체; 상기 노 본체 내부에 삽통되어 폐기물을 용융하고, 하단에 용융 처리물의 배출로를 구비하는 용융로; 및 상기 노 덮개에 삽입 취부되고 노 본체와 용융로의 외벽 사이에 배치되는 복수 종류의 발열체로 구성되는 본 고안의 폐기물 고온 소각장치는 고온에서 소각이 가능하고, 소각 효율이 향상되며, 고온에서의 온도 유지가 용이하다는 이점이 있다.

Description

폐기물 고온 소각장치{Apparatus capable of incinerating waste at high-temperature}

본 고안은 고온에서 폐기물을 소각할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 특히하나의 소각장치 내에 발열온도가 상이한 복수 종류의 발열체를 구비하여 폐기물의 소각 효율을 향상시킨 폐기물 고온 소각장치에 관한 것이다.

가정, 병원, 공장 등으로부터 수지, 종이 등의 생활 쓰레기, 폐비닐, 폐합성 섬유 등의 산업폐기물, 의료폐기물, 방사성 폐기물, 각종 석유 화학물질 등이 대량으로 배출되고 있어 이들에 대한 처리가 시급한 실정에 있다. 이러한 폐기물의 처리방법으로, 크게 매립하거나 연소시키는 방법이 사용되고 있으며, 이 중 연소시키는 소각 방식은 최종 폐기물의 양을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 연소 중 발생하는 연소열을 이용하여 난방 등에 이용할 수 있어 매립 방식에 비해 유리한 점이 많아 소각로의 소각 효율과 연료 절감을 위한 각종 장치 및 방법이 개발되고 있다.

그러나, 연소 방식에 의해 발생되는 연소 가스는 또 다른 대기오염을 야기시키며, 특히 합성수지와 같은 화학제품은 완전히 연소되지 않으면 다이옥신과 같은 유해 가스가 그대로 환경에 노출되는 등 심각한 문제를 야기하고 있다.

일반적으로, 소각장치는 내화재로 둘러 쌓인 연소로와 사이클론(cyclone) 등을 이용한 집진체로 구성되나, 종래의 이러한 단순 소각장치는 독성가스를 함유한 연소 가스를 그대로 대기 중에 방출하기 때문에 이에 대한 대책이 심각한 실정에 있다.

배출되는 대표적인 연소 가스에는 일반적인 분진, 이산화탄소 이외에, 염화수소 등의 염소화합물, NOx계 질소화합물, 다이옥신을 포함하고 있어 환경 및 인체에 대하여 매우 큰 악영향을 미친다. 특히 염소화합물은 오존층 파괴의 주 요인이고, 인체의 내분비계 장애물질로 알려져 있으며, 다이옥신은 청산가리보다 1천배나강한 독성을 지니고 있어 인체에 유입되면 간장, 신장의 파손, 면역성 저하, 피부병, 암, 기형아, 유전자 이상 등을 일으킨다. 또한 축적률이 높아 극미량에 노출되어도 인체 내에서 배출되지 않고 축적되므로 배출량에 대한 규제가 범세계적으로 강화되고 있다.

그러나, 종래의 폐기물 처리시설이나 공장 등에서는 연소용 공기를 소각로에 공급하여 연소시키는 단순 소각처리가 행하여지고 있다. 이러한 단순 소각장치는 소각 온도가 약 500℃ 정도의 저온으로 설정되어 다이옥신의 열분해가 불가능하여 생성된 다이옥신이 그대로 대기 중에 배출되고 있다. 이러한 다이옥신의 생성량을 줄이기 위한 방편으로, 생성된 다이옥신의 열분해 가능 온도에서 폐기물을 연소하기 위해 1차로 연소된 가스를 재연소시키기 위한 연소로가 설치된 소각장치가 개발되고 있다. 그 예로, 고온 발열을 위해 스테인레스 발열체를 사용한 예(대한민국 공개특허공보 제 1999-0078857호)가 있으나, 이는 1,000℃ 이상을 요하는 소각장치에는 적용할 수 없고, 장시간 경과 후에는 산화, 부식 등에 의해 발열효율이 감소하여 교체해야 하는 불편함이 있다. 가스버너를 이용하여 재연소하는 예가 있으나, 이 경우 일정한 고온 유지가 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 약 1,000℃ 정도의 온도로는 폐기물의 완전 연소가 불가능하여 여전히 유독가스를 함유한 연소 가스가 배출될 우려가 있다.

본 고안자는 상기와 같은 종래 소각장치의 문제점을 해결하고자 예의 연구한결과, 발열 온도가 상이한 복수 종류의 발열체를 구비한 소각장치의 내부 용융로에 폐기물을 투입하여 완전 연소시킴으로써, 최종적으로는 독성 가스의 배출량을 현저하게 줄일 수 있음을 발견하고, 본 고안에 이르렀다.

따라서, 본 고안의 목적은 고온에서 소각이 가능하고, 소각 효율이 향상되며, 고온에서의 온도 유지가 용이한 폐기물 고온 소각장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 폐기물 고온 소각장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1에서 발열체가 취부된 형태를 나타낸 내부 사시도이다.

도면의 주요부호에 대한 간단한 설명

1: 노 본체, 2: 용융로, 3: 노 덮개,

4: SiC 발열체, 5: MoSi₂발열체, 4a, 5a: 비발열부,

4b, 5b: 발열부, 6: 용융 처리물, 11: 배출구,

21: 배출로, 31: 배출공, 32: 기체정화장치.

본 고안에 따른 폐기물 고온 소각장치는

폐기물을 투입하기 위해 개폐가 가능하고, 연소공기용 공급구와 배기가스 배출공(31)을 갖는 노 덮개(3); 상기 노 덮개(3)에 의해 상부가 개폐되고, 하단 일측에 용융 처리물 배출구(11)를 갖는 노 본체(1); 상기 노 본체(1) 내부에 삽통되어 폐기물을 용융하고, 하단에 용융 처리물의 배출로(21)를 구비하는 용융로(2); 및 상기 노 덮개(3)에 삽입 취부되고 노 본체(1)와 용융로(2)의 외벽 사이에 배치되어 용융로(2)를 가열하는 복수 종류의 발열체(4, 5)로 구성된다.

본 고안에서는 노 본체(1)와 용융로(2)의 외벽 사이에 발열체를 구비함으로써 용융로(2)를 가열시켜, 그 열로써 용융로(2)에 투입되는 폐기물을 용융시키는 것을 특징으로 한다. 특히 1,000℃ 이상으로 발열이 가능한 발열체들을 사용하므로 다이옥신의 열분해가 가능하며, 폐기물의 용융속도를 증가시켜 작업시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 발열온도가 상이한 복수 종류의 발열체를 노 덮개(3)에 교차시켜 삽입 취부시킴으로써, 소각 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 폐기물의 종류나 처리속도를 감안하여 각 발열체에 인가되는 전원을 제어부(도시하지 않음)에 의해 공급 또는 차단시켜 선택적으로 발열시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 폐기물 고온 소각장치의 개략적인 단면도이다. 먼저, 처리하고자 하는 폐기물을 상하이동에 의해 개폐되는 노 덮개(3)를 통해 용융로(2) 내부로 공급하게 되는데, 이러한 노 덮개(3)는 폐기물의 연소에 필요한 공기가 용융로(2)로 유입될 수 있는 공급구(도시하지 않음)와 용융로(2)에서 발열체에 의한 폐기물의 연소시 발생하는 배기가스가 유출될 수 있도록 배기가스 배출공(31)을 갖는다. 상기 배기가스 배출공(31)은 통상의 기체정화장치(32)에 연결되어 가스 성분과 분진이 분리·회수된다.

상기 노 덮개(3)를 통해 용융로(2)로 공급되는 폐기물로는 생활 쓰레기, 산업폐기물, 의료폐기물, 방사성 폐기물, 각종 석유 화학물질 또는 이들의 혼합물 등 특별히 한정되지 않는다.

노 덮개(3)를 통해 유입된 폐기물은 발열체에 의해 미리 소정의 온도로 가열된 용융로(2)로 유입되는데, 이러한 용융로(2)는 내열 세라믹제로 제작되어 발열체에 의한 고온에서도 손상되지 않도록 한다. 용융로(2)에서 용융 처리된 폐기물은 배출로(21)를 통해 노 본체(1)의 저부로 이동한다.

상기 노 본체(1)는 스테인레스강으로 제작된 외벽과 내화벽돌과 같은 내화물질로 구성되는 내벽으로 이루어지며, 그 하단 일측에는 상기 용융로(2)의 배출로(21)를 통해 배출된 용융 처리물(6)을 외부로 배출하기 위해 경사지게 설치된 배출구(11)가 마련되어 있다.

상기 노 본체(1)와 용융로(2)의 외벽 사이에 배치되는 복수 종류의 발열체는 발열체의 비발열부가 노 덮개(3)에 복수 개로 삽입 취부되어 발열체의 발열부가 노 본체(1)와 용융로(2) 외벽 사이에 수직 배열된다. 이러한 발열체는 용융로(2)를 가열시켜 용융로(2) 내부에 투입된 폐기물을 용융시킨다.

용융로(2)에서 용융된 처리물 중 미용융된 폐기물이 용융로(2) 내부에 일정량 축적되면, 노 덮개(3)를 개방시킨 후, 본 고안에 따른 폐기물 고온 소각장치를 기울여 소각장치 밖으로 배출시켜 매립한다.

도 2는 본 고안에 따른 폐기물 고온 소각장치에 취부된 발열체(4, 5)의 형태를 나타낸 내부 사시도로서, 상기 발열체(4, 5)는 외부 전원과 연결되는 복수 종류의 발열체의 비발열부(4a, 5a)가 노 덮개(3)에 복수 개로 삽입 취부되어 발열부(4b, 5b)가 노 본체(1)의 내측벽을 따라 수직 배열된다.

본 고안에서는 발열체로서 SiC 발열체(4)와 MoSi₂발열체(5)가 사용되며, 이들 발열체가 교차되어 취부되는 것을 특징으로 한다.

상기 SiC 발열체(4)는 인가되는 전압에 의해 1,400℃ 이하에서 온도 조절이 가능한 발열체로서, 폐기물 내 함유된 수분을 증발시키고, 상기 온도 범위 내에서 소각이 가능한 폐기물을 용융시킬 수 있으며, 특히 연소 가스에 포함되는 다이옥신을 열분해시켜 다이옥신의 생성량을 줄일 수 있다. 또한 SiC 발열체(4)는 MoSi₂발열체(5)에 의한 연소 효율을 높이기 위한 예열 기능을 수행하여 MoSi₂발열체(5)에공급되는 전기 에너지의 양을 줄일 수 있다.

상기 MoSi₂발열체(5)는 높은 열전도도, 낮은 열팽창계수, 높은 융점(2,030℃) 및 내산화성이 우수하여 전기를 열원으로 하는 공업용, 실험용 등 각종 전기로의 발열체의 재료로서 광범위하게 사용되고 있으며, 가스 터어빈, 노즐 등의 내열구조 재료로서도 응용되고 있는 발열체로 급냉, 급가열 등 급격한 온도변화에도 안정성 있게 발열한다.

이러한 MoSi₂발열체(5)는 인가되는 전압에 의해 1,400℃ 이상에서 온도 조절이 가능하여, SiC 발열체(4)에 의해 용융되지 않은 폐기물 중 상기 온도 범위의 폐기물을 용융시킬 수 있으며, 특히 연소 가스에 포함되는 다이옥신을 SiC 발열체(4)에 이어 열분해시켜 다이옥신의 생성량을 현저하게 줄일 수 있다.

이들 SiC 및 MoSi₂발열체(4, 5)에 인가되는 외부 전원은 별도로 연결되기 때문에, 유입되는 폐기물의 종류와 용융 온도에 따라 제어부(도시하지 않음)에 의해 선택적으로 조절할 수 있다.

이러한 발열체의 수는 특별히 한정되지 않으며, 용융로(2)의 용량과 치수에 따라 적절히 변경할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 폐기물 고온 소각장치는 SiC 발열체(4)에 이은 MoSi₂발열체(5)에 의해 연소가 촉진되므로 소각 효율을 증대시킬 수 있으며, 특히 MoSi₂발열체(5)에 의해 고온 연소가 가능하므로 유해 가스, 특히 다이옥신이 완전 열분해되어 무해화된다.

본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 고안의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

본 고안의 폐기물 고온 소각장치에 의하면, 약 1,400℃ 이상의 고온에서도 폐기물을 용융할 수 있어 종래 1,000℃ 정도에서는 용융 처리할 수 없었던 폐기물을 처리하여 대기오염을 효과적으로 줄일 수 있고, 전기 에너지에 의해 발열하는 발열체를 이용하여 폐기물을 용융하므로 버너를 이용하는 종래의 소각장치에 비하여 유류비, 운전비용 등이 절감되고, 그 조작이 간단하며, 제어부의 조작에 의해 일정한 고온 유지가 가능하다.

또한, SiC 및 MoSi₂발열체(4, 5)에 별도로 인가되는 외부 전원을 제어부에 의해 선택적으로 조절할 수 있고, SiC 발열체(4)에 의한 예열에 의해 MoSi₂발열체(5)에 공급되는 전기 에너지의 양을 줄일 수 있어 연소 효율이 향상된다.

Claims (5)

1. 폐기물을 투입하기 위해 개폐가 가능하고, 연소공기용 공급구와 배기가스 배출공(31)을 갖는 노 덮개(3); 상기 노 덮개(3)에 의해 상부가 개폐되고, 하단 일측에 용융 처리물 배출구(11)를 갖는 노 본체(1); 상기 노 본체(1) 내부에 삽통되어 폐기물을 용융하고, 하단에 용융 처리물의 배출로(21)를 구비하는 용융로(2); 및 상기 노 덮개(3)에 삽입 취부되고 노 본체(1)와 용융로(2)의 외벽 사이에 배치되어 용융로(2)를 가열하는 복수 종류의 발열체로 구성되는 폐기물 고온 소각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발열체의 비발열부가 노 덮개(3)에 삽입 취부되어 발열부가 노 본체(1)와 용융로(2) 외벽 사이에 수직 배열되는 것을 특징으로 하는 폐기물 고온 소각장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 발열체가 노 덮개(3)에 교차되어 삽입 취부되는 SiC 발열체(4)와 MoSi₂발열체(5)인 것을 특징으로 하는 폐기물 고온 소각장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 SiC 발열체(4)가 1,400℃ 이하에서 발열하는 것을 특징으로 하는 폐기물 고온 소각장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 MoSi₂(5) 발열체가 1,400℃ 이상으로 발열하는 것을 특징으로 하는 폐기물 고온 소각장치.