KR20030011487A

KR20030011487A - 배기가스의 처리방법 및 설비

Info

Publication number: KR20030011487A
Application number: KR1020010046977A
Authority: KR
Inventors: 무라카와다다오; 노마치게이조; 심보도시유키; 사이토아쯔시
Original assignee: 히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-11
Also published as: KR100621461B1

Abstract

주연소실의 출구측에서 배기가스가 700℃ 이상의 고온영역에 분해촉진장치의 전열관군, 고온공기 예열기의 전열관군을 배치하고, 상기 전열관군에 의해 배기가스를 혼합·교반하는 동시에 고온복사열을 부여함으로써, 다이옥신류 및/또는 그 전구물질의 열분해를 촉진시키고, 게다가 전열관군으로의 충돌에 의해, 상기 전구물질을 파쇄하고, 게다가, 전열관군의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해 연소반응을 촉진시켜, 다이옥신류 및 /또는 그 전구물질을 열분해한다. 이에따라, 배기 가스중의 다이옥신류의 열분해를 촉진시켜 재생을 방지한다.

Description

배기가스의 처리방법 및 설비{METHOD AND SYSTEM FOR TREATING EXHAUST GAS}

본 발명은, 일반폐기물이나 산업폐기물등을 소각처리하는 각종 소각로나 가스화로, 소각재나 비산재(飛灰)등을 용융처리하는 용융로, 제강용 전기로, 소결설비, 아연회수설비, 알루미늄합금 제조설비등으로부터 배출되는 배기가스의 다이옥신류나 그 전구물질(전구물질)의 발생을 억제하는 배기가스의 처리방법 및 설비에 관한 것이다.

종래의 기술로서, 쓰레기소각로의 배기가스설비에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 소각로(21)의 연소실(22)로부터 배출된 배기가스는 2차연소실(23)에서 2차연소되고, 2차연소실로부터 800∼1100℃의 온도로 배기가스통로(24)로부터 가스냉각장치(25)에 도입되어 350∼450℃로 냉각된 후, 게다가 공기예열기(26)나 백연방지공기가열장치(27)로 도입되어서 170℃ 전후에서 냉각되고, 백필터(28: bagfilter)에 도입되어 먼지가 제거된다.

그러나, 일본의 환경성의 통달에 있어서, 배기가스처리의 지침으로서「배기가스를 850℃ 이상으로 2초 이상 체류 시키는 2차연소실을 설치한다」것이 시사되어 있고, 요구하는 바와 같은 목표치는 달성되어 있다. 그러나, 환경보전을 위해 다이옥신류의 생성을 더 억제해야 한다. 또한 다이옥신류의 전구물질의 하나인 매연등의 난연물질(難燃物質)은, 2차연소실(23)로부터 완전 연소되지 않고 배출되기 쉽고, 다이옥신류 재생의 요인으로 되게 하는 문제가 있었다.

특히, 유기염소화합물(이하 다이옥신류)의 재생성온도 영역은 200∼400℃ 전후로, 특히 300℃ 전후가 가장 재생이 왕성하다. 상기 종래의 배기가스설비에서는, 공기예열기(26) 및 백연방지 공기가열기(27)가 가장 재생이 성대한 온도영역에 있고, 공기예열기(26) 및 백연방지 공기가열기(27)에서 다이옥신류가 대부분 재생되어 있다고 생각되고 있다.

본 발명은, 종래부터 다이옥신류의 발생을 방지하는 기본원리로서 제시되어 있는 3T(Time, Turbulance, Temperature)에 더하여, 본 발명자등은, 복사열 (Radiatiom)를 부여하므로써 다이옥신류 및 그 전구물질을 효과적으로 분해할 수 있는 복사열효과와, 고온분위기에서 배기가스에 의해 생성되는 산화물의 촉매작용에 의해 접촉한 매연(다이옥신 전구물질)등의 난연물질을 연소시키는 연소반응효과에 착안하여, 배기가스중의 다이옥신류의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 배기가스의 처리방법 및 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재한 배기가스의 처리방법은, 소각, 용융, 열분해에 의해 배출되는 배기가스를 처리하는 경우에 있어서, 배기가스온도가 700℃ 이상인 고온영역에 분해촉진구조물을 배치하여, 상기 분해촉진구조물에 의해 배기가스를 혼합·교반하는 동시에 고온복사열을 부여함으로써 다이옥신류 및 /또는 그 전구물질의 열분해를 촉진시키고, 게다가 배기가스를 분해촉진구조물에 접촉시킴으로써 분해촉진구조물의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용으로 배기가스의 연소반응을 촉진시키고 다이옥신류 및 /또는 그 전구물질을 열분해 하는 것이다.

또한 청구항 2에 기재한 배기가스의 처리설비는, 소각, 용융, 열분해에 의해배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스의 처리설비에 있어서, 배기가스온도가 700℃ 이상의 고온영역에서, 배기가스를 혼합·교반하는 동시에 고온복사열을 부여하는 것에 의해, 배기가스중의 다이옥신류 및/또는 그 전구물질의 열분해를 촉진시켜, 또한 배기가스를 접촉시켜 그 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해 연소반응을 촉진시켜 다이옥신류 및 /또는 그 전구물질을 열분해하는 분해촉진구조물을 배치한 것이다.

상기 구성에 의하면, 다이옥신류가 분해되는 배기가스온도 700℃ 이상의 고온영역에서, 배기가스가 분해촉진구조물의 사이를 통과하는 것에 의해 배기가스가 교반·혼합되고, 다이옥신류나 그 전구물질의 열분해가 촉진된다. 또한 배기가스가 분해촉진구조물에 접촉되는 것에 의해, 분해촉진구조물의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용으로 매연등의 난연물질이 효과적으로 연소된다. 게다가, 분해촉진구조물로부터 고온의 복사열이 다이옥신류 및 그 전구물질에 부여되는 것에 의해, 클로로벤젠, 클로로페놀, 난연성 매연등 다이옥신류의 전구물질에 효과적으로 복사열이 흡수되고, 열분해가 촉진되어 배기가스중의 다이옥신류의 발생을 효과적으로 억제할 수가 있다.

청구항3에 기재한 배기가스의 처리설비는, 청구한 2에 기재한 구성에 있어서, 병설된 복수의 내열부재에 의해 분해촉진구조물이 구성되어, 상기 내열부재사이에서 각각으로부터 방출되는 복사열에 의해 상호 가열되어 내열부재 전체가 균일한 온도에서 유지되는 동시에, 이들 내열부재의 열용량에 의해, 내열부재로부터의 열복사로 온도변동이나 온도불균일이 있는 배기가스의 온도가 평균화되도록 구성된것이다.

상기구성에 의하면, 복수의 분해촉진구조물이 병설되는 것에 의해, 분해촉진구조물에 각각 발생하는 복사열이 상호간에 주고 받아서 분해촉진부재 전체를 균일한 고온상태로 유지한다. 이에 의해, 편류에 의해 배기가스온도에 편차가 있거나, 연소특성이나 폐기물의 질의 변동에 의해 배기가스 온도에 시간적으로 변동하더라도, 배기가스가 분해구조물의 사이를 통과하는 경우에, 배기가스에 포함되는 다이옥신류 및 그 전구물질이 균일히 가열되어, 열분해를 조장할 수가 있다.

청구항 4에 기재한 배기가스의 처리설비는, 청구항 2에 기재한 구성에 있어서, 분해촉진구조물이 복수의 전열부재로부터 구성되어, 상기전열부재의 적어도 일부를, 전열부재내에 유송되는 냉각매체를 제어하여 전열부재의 표면을 소손하지 않는 범위에서 고온으로 유지하는 분해촉진수단이다.

상기구성에 의하면, 냉각매체가 유송되는 전열부재를 분해촉진구조물로서 채용하여 고온에 유지하는 것에 의해, 전열부재의 소손 또는 클링커나 용융염등의 부착을 방지하면서 고온의 복사열을 안정되게 다이옥신류 및 그 전구물질에 공급할 수 있다. 이에 의해, 배기가스중의 다이옥신류 및 그 전구물질의 열분해반응을 효과적으로 촉진시키고, 게다가 접촉에 의한 열분해 및 분해촉진구조물표면의 산화물에 의한 촉매반응을 촉진하여 다이옥신류를 효과적으로 저감할 수가 있다.

청구항 5에 기재한 배기가스의 처리설비는, 폐기물 또는 재를 소각 또는 열분해 또는 용융한 배기가스를 처리하는 배기가스의 처리설비에 있어서, 배기가스를 재연소시키는 재연소실과 배기가스 냉각기가, 배기가스온도가 700℃ 이상으로 유지되는 고온유지통로에 의해 접속되어, 상기 가스냉각기로부터 배기가스가 도입되는 집진장치가 설치되고, 배기가스온도가 700℃ 이상의 상기 재연소실 및 고온유지통로의 적어도 한쪽에, 배기가스의 혼합·교반 및 고온복사열에 의해 배기가스중의 다이옥신류 및/또는 그 전구물질의 열분해를 촉진시키고, 게다가 배기가스를 접촉시킨 그 표면의 산화물의 촉매작용에 의해 연소반응을 촉진시켜 다이옥신류 및 /또는 그 전구물질를 열분해하는 분해촉진구조물을 배치한 것이다.

상기구성에 의하면, 배기가스온도가 700℃ 이상으로 유지되는 고온영역에서, 분해촉진구조물에 의해 배기가스를 교반혼합하여 다이옥신류의 열분해를 촉진시키고, 분해촉진구조물과의 접촉에 의해 그 표면의 산화물을 촉매로서 배기가스중의 다이옥신류 및 그 전구물질를 효과적으로 반응 및 연소시켜서 열분해 할 수 있다. 게다가, 가스냉각기까지의 고온유지통로에서 배기가스를 다이옥신류 및 그 전구물질이 열분해가능한 700℃ 이상의 고온영역에 유지하므로써 다이옥신류의 열분해를 촉진시키는 동시에, 또한 종래에서는 다이옥신류의 재생온도역이라고 된 배기가스냉각기내에서도, 고온영역에 있기 때문에, 다이옥신류의 전구물질이 배기가스냉각기의 내벽면에 부착되지 않기 때문에, 다이옥신류의 재생을 효과적으로 방지할 수가 있다. 이것에 의해, 배기가스중의 다이옥신류를 대폭 감소시킬 수 있기 때문에, 경우에 따라서는, 활성탄의 취입에 의한 다이옥신류의 흡착이나, 촉매에 의한 다이옥신류의 분해가 불필요하고, 설비의 초기비용뿐 아니라, 유지비용도 대폭 저감할 수가 있다. 게다가, 결과적으로 집진장치로 회수된 다이옥신류의 회수량이 대폭 감소되기 때문에, 비산재중의 다이옥신 분해장치(예를들면 가열분해장치등)도 불필요하게 되는 등, 설비비용을 저감할 수 있고, 운전비용의 저감, 게다가 설비의 소형화등에 크게 기여할 수가 있다.

또한 청구항 6에 기재한 배기가스의 설비는, 청구항 5에 기재한 구성에 있어서, 고온유지통로에, 유로단면적을 조이는 통로부를 설치한 것이다.

상기 구성에 의하면, 고온유지통로의 스로틀 통로부에 의해, 유속을 높여 배기가스를 교반할 수가 있어, 다이옥신류 및 그 전구물질의 열분해를 촉진할 수가 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 배기가스 처리설비의 제 1실시예를 나타내는 구성도;

도 2는, 동 배기가스 처리설비의 소각화로 본체의 구체구조(具體構造)를 나타내는 종단면도;

도 3의 (a)∼(c)는, 본 발명에 관한 배기가스 처리설비의 제 2실시예를 나타내고, 각각 분해촉진구조물의 개략단면도;

도 4는, 본 발명에 관한 배기가스 처리설비의 제 3실시예를 나타내는 구성도;

도 5는, 동 배기가스 처리설비의 소각화로 본체의 구체구조를 나타내는 종단면

도;

도 6은, 도 5에 나타낸 A - A 단면도;

도 7은, 동 배기가스 처리설비의 전열관의 구체구조를 나타내는 확대도;

도8은, 본 발명에 관한 배기가스설비의 제 4실시예를 나타내는 구성도; 및

도9은, 종래의 배기가스설비를 나타내는 구성도이다.

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는, 본 발명에 관한 배기가스 처리설비의 제 1실시예이다.

이 배기가스 처리설비는 폐열회수 보일러부의 대형 쓰레기소각로에 설치된 것으로, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소각로 본체(31)에는 주연소실(32)의 하류측에 노즈부(33)를 경유하여 소각배기가스를 2차연소시키는 2차연소실(재연소실)(34)이 설치되고 있고, 이 2차연소실(34)은, 내화재(35a)가 피복된 수관벽(35)에 의해 둘러싸여있다. 그런데, 다이옥신류 및 그 전구물질는, 640∼740℃이상으로 열분해가 시작되는 것이 알려져 있지만, 본 발명에서는, 열분해작용의 확실성을 향상하기위해서, 배기 가스온도가 700℃ 이상으로 800∼1100℃ 전후의 고온영역이 되는 2차연소실(34)의 중앙부에, 분해촉진수단인 분해촉진장치(37)를 구성하는 전열관군(37a)가 설치된다. 이 전열관군(37a)은, 서로 평행한 복수의 전열관15(전열부재)(37b)가 복수단에 배치되어 분해촉진구조물이 구성되어있다. 이들전열관(37b)은, 노즈부(33)를 경유하여 2차연소실(34)에 유입된 소각배기가스를 더욱 혼합·교반한다. 또한, 전열관(37b)에 의해 고온의 복사열을 배기 가스중의 다이옥신류나 그 전구물질에 부여한다. 게다가, 전열관(37b)에 접촉시키어 전열관(37b)의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해, 배기 가스중의 다이옥신류나 그 전구물질의 연소반응을 촉진시켜 효과적으로 열분해를 할 수 있다.

이 분해촉진장치(37)에서는, 전열관(37b) 및 수관벽(35)에 각각 세라믹스 또는 내화물이 피복되어 있고, 효과적으로 고온의 복사열을 방출하고, 게다가, 그 표면을 고온상태로 유지하도록 되어 있다. 즉, 이들 전열관(37b)에는, 소손을 방지하기 위해 증기(공기등)등의 냉각매체(전열매체)를 공급배출하는 분해온도 제어회로(51)가 접속되어 있고, 이 전열관군(37a)으로부터 배출된 냉각매체는, 매체배출관(52)으로부터 유량제어밸브(53) 경유하여 열회수용의 열교환기(54)에 도입되어, 냉각된 후, 기수(氣水)분리기(55)로부터 매체공급관(56)에 의해 순환펌프(57), 기수드럼(58)을 경유하여 전열관군(37a)으로 순환한다. 그리고, 2차연소실(34) 출구의 배기가스온도를 검출하는 온도계(59)의 검출치에 기초하여 분해용제어기(60)에 의해 유량제어밸브(53)가 조작되어, 전열관(37b)의 표면이 고온에서 효과적으로 복사열을 방출하는 동시에 소손하지 않는 온도범위로 제어된다. 또한 2차연소실(34)에서는, 배기 가스의 유입부위에 의해 편류에 의한 배기 가스온도의 편차나, 쓰레기질이나 연소제어에 의한 가스온도의 온도변동이 생길 수 있지만, 이 분해촉진장치(37)에서는, 각 전열관(37b) 사이나 전열관(37b)과 수관벽(35)이 각각 방출하는 복사열을, 서로 주고 받아 균일한 온도에 유지되고, 각 전열관(37b)사이나 전열관(37b)과 수관벽(35)에는 소정의 열용량이 유지된다. 따라서, 전열관군(37a)를 통과하는 배기 가스는, 온도불균일이나 온도변동이 있더라도, 균일한 고온의 복사열을 받아들여 균일하게 가열한다. 게다가, 이 복사열과, 전열관(37b)의 표면의 산화물의 촉매작용에 의한 연소에 의해서, 배기 가스중의 다이옥신류나 그 전구물질을 고효율로 열분해할 수가 있다.

게다가, 배기가스온도가 약 750∼900℃ 전후가 되는 2차연소실(34)의 출구부에, 분해촉진부재인 전열관군을 보유하는 고온공기예열기(38)가 설치되어 있다. 그리고 고온공기예열기(38)의 전열관군에 의한 배기가스의 혼합교반작용, 고온복사열 및 촉매반응에 의해, 다이옥신류 및 그 전구물질의 열분해가 촉진된다. 게다가, 2차연소실(34)의 출구로부터 상하로 우회되어 배기 가스온도가 약600∼700℃ 전후가 되는 연소실 출구통로(39)에는, 전열관군을 복수단에 배치한 열회수 보일러(40)가 설치되어 있다. 게다가, 연소실 출구통로(39)의 출구에, 중간덕트(41)를 경유하여 배기가스냉각기(42)가 접속배치되어 있다.

상기 배기가스냉각기(42)는, 냉각수 노즐로부터 배기가스중으로 냉각수를 분사하여 배기 가스를, 집진장치로 있는 백필터(전기집진기이어도 좋다)(44)에 알맞은 온도, 약 150∼170℃로 냉각한다.

그리고, 배기 가스냉각기42에는, 신속히 직접 백필터(44)에 배기 가스를 도입하는 단(短)덕트(45)가 접속되고, 이 단덕트(45)에는 배기 가스중에 약제(활성탄이나 소석회)등을 취입하는 약제취입노즐(도시안됨)이 배치되고 있다. 또한 백필터(44)에서는, 배기가스로부터 약제에 흡착반응된 다이옥신류를 포함하는 유해물질이나 염류, 중금속이나 오염물을 여과하여 제거하여, 먼지제거후의 배기 가스는 유인송풍기(45)에 의해 굴뚝(46)으로부터 대기중으로 배출된다.

상기 구성에 있어서, 주연소실(32)에서 쓰레기가 연소되는 것에 의해 발생한 소각배기가스는 2차연소실(34)에 도입되어, 고온공기예열기(38) 및 열회수 보일러(40)의 수관군(37a, 38a)에 의해 각각 열회수되어 연소실 출구통로부(39)에 도입된다.

이 2차연소실(34)에서는, 배기가스가 노즈부(33)로 교반혼합되는 것에 더하여, 분해촉진장치(37)의 전열관군(37a) 및 고온공기예열기(38)의 전열관군에 의해, 더욱 혼합·교반되어 다이옥신류나 그 전구물질이 열분해되고, 또한 전열관군(37a)으로부터 고온복사열이 배기가스중의 다이옥신류나 그 전구물질에 부여됨으로써, 열분해가 촉진된다. 게다가, 배기가스가 전열관(37b)에 접촉하는 것으로 전열관(37 b)의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해 다이옥신류나 그 전구물질, 특히 매연등의 난연물질의 연소반응이 촉진되어, 적극적으로 열분해된다.

상기 실시예에 의하면, 2차연소실(34)에서 온도가 700℃ 이상, 바람직하게는 800℃∼1100℃의 고온상태에서, 배기가스가 분해촉진장치(37)의 전열관군(37a) 및 고온공기예열기(38)의 전열관군에 의해, 혼합·교반되는 것에 의해, 배기 가스중의 다이옥신류 및 그 전구물질의 열분해가 촉진된다. 또한 전열관군(37a)이나 수관벽(35)의 내화재(35a) 표면에는 산화물이 생성되어 있고, 이 산화물과 다이옥신류나 그 전구물질이 접촉함으로써, 산화물이 촉매로서 작용하여 다이옥신류 및 그 전구물질을 효과적으로 연소반응시켜, 다이옥신류 및 그 전구물질의 분해가 더욱 촉진된다.

또한 분해촉진장치(37)의 전열관군(37a) 및 수관벽(35)의 내화재35 a에서는, 상호간 복사열에 의한 열교환이 행하여지고 있기 때문에,

①. 다이옥신류나 그 전구물질(클로로벤젠, 클로로페놀, 난연성 매연등)은, 복사열에너지를 흡수하기 쉽기 때문에, 각 전열관(37b)에서 균일한 복사열이 공급되는 것으로부터, 다이옥신류나 그 전구물질의 열분해가 효과적으로 촉진된다.

②. 2차연소실(34)을 통과하는 배기가스는, 통과하는 부위에 의해 온도불균일이 있지만, 전열관군(37a) 사이나 수관벽(35)과 전열관군(37a)의 사이에서 서로 복사열이 교환되어 균일한 표면온도를 보이고 있고, 이것에 보다 고온의 복사열이 균일하게 다이옥신류나 그 전구물질에 공급되는 것으로 부터, 다이옥신류나 그 전구물질의 열분해가 더욱 효과적으로 촉진된다.

③. 쓰레기(먼지)가 주연소실(32)에서 연소될 경우에, 연소제어특성이나 쓰레기질의 변동에 의해, 배기가스온도에 시간적인 변동이 발생기지만, 전열관군(37a) 및 수관벽(35)과 내화벽(36)에 충분한 열용량을 유지하고 있고, 그 복사열에 의해 배기가스가 균일하게 가열되어 다이옥신류나 그 전구물질의 열분해가 더욱 촉진된다.

또한, 상기 실시예에서는 전열부재를 원형단면의 단열관으로 했지만, 공중의 판형이나 핀형이여도 좋다.

도 3은 배기가스 처리설비의 제2의 실시예이다.

상기 제 1실시예에서는, 분해촉진구조물을 전열관(전열부재)으로 했지만, 제2실시예에서는 분해촉진구조물을 내열부재에 의해 구성한 것이다.

즉, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 2차연소실(37)에, 세로길이의 박형구형단면의 내열부재(71)를 복수개, 복수단에 2차연소실(37)을 횡단하도록 병설하여 분해촉진구조물을 구성하고 있다. 또한 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 2차연소실(37)에 세로길이의 원형구형단면의 내열부재(72)를 복수개, 복수단에 2차연소실37을 횡단하도록 병설하여 분해촉진구조물을 구성하고 있다. 게다가, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 2차연소실(37)에 중실원형단면의 내열부재(73)를 복수개, 복수단에 2차연소실(37)을 횡단하도록 병설하여 분해촉진구조물을 구성하고 있다. 또한, 상기 내열부재(71∼73)를 혼재시키거나, 늘어뜨려도 좋고, 물론, 공중의 전열부재와 상기내열부재(71∼73)와 혼재시킬 수 있다.

상기 제2의 실시예에 의하면, 제 1실시예와 동등한 작용효과를 얻을 수 있다.

도4∼도7은, 배기가스 처리설비의 제 3 실시예를 나타낸다. 상기 실시예와 동일부재에 동일부호를 붙여 설명을 생략한다.

스토커식 소각로에는, 제 1의 실시예와 같이, 배기가스로부터 회수된 열에 의해 증기를 가열하여 터빈을 회전시켜 발전하는 대형의 것이 있지만, 도 4, 도 5에 나타내는 스토커식의 소각로 본체1는, 비교적 소형의 것이다. 그리고, 이 배기 가스처리설비에는, 배기가스로부터 열회수하는 고온공기예열기(고온영역 열교환기) (4)와 백연방지 공기가열기(고온영역 열교환기)(11)가 배치된다.

상기 백연기방지 공기가열기(11)는, 굴뚝(9)으로부터 배출되는 배기가스에가열공기를 첨가하여 백연을 방지하기 위한 가열공기를 얻기 위한 것으로, 굴뚝(9)의 입구에 배기가스중의 가열공기를 혼합하는 백연방지장치(10)가 설치되고 있고, 이 백연기방지장치(10)에 가열공기를 공급하는 것이다.

분해촉진구조물은, 고온공기예열기(4) 및 백연방지 공기가열기(11)의 각 전열관(전열부재)(4a, 11a)에 의해 구성되고, 전열관(4a, 11a)은 배기가스온도가 700℃ 이상의 부위에 배치된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 소각로 본체(1)의 주연소실(1a) 출구에 2차연소실(2)이 형성되고, 2차공기노즐(2a)로부터 공급된 2차공기에 의해 배기가스중의 미연소분을 2차연소시킨다. 그리고, 이 2차연소실(2)의 출구측에 고온공기예열기(4)가 배치되어 있다. 게다가, 2차연소실(2)의 출구에 고온유지용 덕트(3)가 접속되고, 이 고온유지용 덕트(3)의 출구유로(3b) 내에 백연방지 공기가열기(11)가 배치되어 있다. 또한, 고온유지용 덕트(3)의 출구가 배기가스 냉각기(5)에 직접 접속되어있다. 그리고 상기 고온유지용 덕트(3)에 의해, 배기가스온도를 다이옥신류를 열분해 가능한 고온영역[약700℃ 이상]에 유지하는 고온유지통로(12)가 구성되어 있다.

또한, 고온유지용 덕트(3)는, 입구측에 2차연소실(2) 보다 좁은 유로단면의 스로틀 통로부(3a)가 형성되어 있고, 2차연소실(2)로부터 고온유지용 덕트(3)에 유입되는 배기 가스를 조여, 그 유속을 10∼20m/sec정도까지 가속하여 난류를 형성하여, 배기 가스를 교반, 혼합하도록 구성된다. 이 고온유지용 덕트(3)의 스로틀통로부(3a)에 의해, 배기가스에 포함되는 다이옥신류 및 그 전구물질의 열분해가 촉진된다.

배기가스냉각기(5)는, 냉각수 노즐(5a)로부터 배기가스중에 냉각수를 분사하여 배기가스를 다음 백필터(6)에 알맞은 온도, 약150∼170℃까지 냉각한다.

도5, 도6에 나타내는 바와 같이, 이 고온공기예열기(4) 및 백연방지 공기가열기(11)는, 2차연소실(2) 또는 출구유로부(3b)를 횡단하는 복수의 전열관(4a,11a)을 구비하고, 이들에는 전열매체(냉각매체)인 공기가 보내진다. 또한, 도7에 나타내는 바와 같이, 각 전열관(4a, 11a)의 표면에는, 세라믹스 또는 내화재(4b, 11b)가 피복되어 내열구조로 구성되어, 전열관(4a, 11a)의 표면온도는 배기가스와 거의 동일한 온도로 가열된다.

그런데, 배기가스중에는, 연소에 시간이 걸리는 미연 탄소분을 함유하는 난연물질(다이옥신류의 전구물질), 예컨대 매연이 포함되어 있다. 이들 난연물질은, 2차 연소실(2) 및 고온유지용 덕트(3)내에서, 배기가스와 함께 매연등의 미연 탄소분이 고온공기 예열기(4) 및 백연방지 공기가열기(11)의 전열관(4a, 11a)에 접촉하여, 전열관(4a, 11a)의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해 다이옥신류 및 그의 전구물질, 특히 난연성의 매연 등의 미연 탄소분이 연소되어 효과적으로 열분해 된다. 또한, 전열관 (4a, 11a)이나, 2차 연소실(2) 및 고온유지용 덕트(3)의 벽면의 고온복사열이 다이옥신류 및 그의 전구물질에 조사됨으로써 열분해가 더욱 촉진된다.

더욱이, 배기가스 냉각기(5)에 의해 급냉되어 약 170℃ 전후로 된 배기가스는 덕트(7)에 보내져서 약제(활성탄이나 소석회)가 공급된 후, 직접 집진장치인 백필터(전기집진기이어도 좋다)(6)에 도입되어, 약제에 흡착반응된 다이옥신류를 함유하는 유해물질이나 염류, 중금속 ㄸ는 먼지가 제거되고, 유인 송풍기(8)에 의해 연돌(9)로부터 대기중으로 배출된다.

상기 구성에서는, 2차 연소실(2)로부터 배기가스 냉각기(5)에 이르는 고온유지 통로(12)에, 고온공기 예열기(4) 및 백연방지 공기가열기(11)를 설치하여, 다이옥신류가 열분해가능한 약 700℃ 이상으로 유지된다. 그리고, 배기가스 냉각기(5)에 의해 배기가스를 단숨에 백필터(6)의 도입온도(약 150~170℃) 까지 냉각하여 덕트(7)로부터 백필터(6)에 신속히 도입한다.

상기 실시형태에 의하면, 약 700℃ 이상으로 유지된 고온유지용 덕트(3)의 유로면적을 좁히고, 배기가스를 가속하여 난류를 발생시킴으로써, 배기가스를 교반혼합하여 배기가스중의 다이옥신류 및 그의 전구물질의 열분해를 더욱 촉진시킬 수 있다.

또한, 고온공기 예열기(4) 및 백연방지 공기가열기(11)의 전열관(4a, 11a)에 의한 배기가스의 혼합교반, 복사열과 촉매반응에 의해, 배기가스중의 다이옥신류 및 그의 전구물질의 열분해를 효과적으로 촉진시켜 다이옥신류의 발생을 대폭으로 저감할 수 있다. 또한, 가스냉각기 까지의 고온유지 통로에서 배기가스를 다이옥신류를 열분해할 수 있는 고온영역내에 유지하여 배기가스 냉각기에 도입하므로, 종래 다이옥신류의 재생온도영역으로된 배기가스 냉각기(5)에서도, 다이옥신류의 발생원인이 되는 전구물질이 분해되고, 배기가스 냉각기(5)내의 내벽에의 다이옥신류 및 그의 전구물질의 부착이 거의 없기 때문에, 다이옥신류의 재생을 효과적으로방지할 수 있다. 이에 의해, 배기가스중의 다이옥신류를 대폭으로 감소시킬 수 있으므로, 활성탄의 흡입만에 의한 다이옥신류의 흡착이나 촉매에 의한 다이옥신류의 분해가 필요없게 되고, 설비의 초기비용뿐만 아니라, 유지보수비용도 대폭으로 저감할 수 있다. 더욱이, 결과적으로 백필터(6)에서 회수된 다이옥신류의 회수량이 대폭으로 감소하기 때문에, 비산재의 다이옥신 분해장치(예컨대, 가열분해장치 등)이 불필요하게 되는 등, 설비비용을 저감할 수 있고, 운전비용의 저감, 나아가서는 설비의 소형화 등에 크게 기여할 수 있다.

또한, 제3 실시형태에 있어서의 전열관(4a, 11a)을, 세라믹스나 내화재로 이루어지는 난류형성용 필터 등과 같이, 전열부재(냉각매체)를 사용하거나, 또는 사용하지 않는 내열부재로 하여도 좋다.

도8은 배기가스 처리설비의 제4 실시형태를 나타낸다. 제3의 실시형태와 동일부재에는 동일부호를 부여하고 설명을 생략한다.

상기 배기가스 처리설비에는 제3의 실시형태의 백연방지 공기가열기(11)를 삭제한 것이고, 고온공기 예열기(4)는 배기가스 냉각기(5)의 입구에 배치되어 있고, 고온유지용 덕트(3)와 고온공기 예열기(4)의 유로에 의해 고온유지통로(12)가 구성되어 있다. 또한, 고온공기 예열기(4)를 배기가스 냉각기(5)의 입구에 배치하였지만, 2차 연소실(2)의 출구에 배치하여도 좋다.

상기 실시형태에 의하면, 제1 실시형태의 효과와 동등한 효과를 가질 수 있다.

여기에서, 제3 및 제4의 실시형태에 있어서의 배기가스 처리설비와 종래의배기가스 처리설비에서, 2차 연소실출구와, 백필터의 입구 및 출구와 백필터로 포집된 비산재 중의 다이옥신류 농도를 측정한 결과를 표1에 나타낸다.

배기가스의 처리설비에 의한 다이옥신류 측정결과

	2차연소실출구	백필터입구	백필터출구	보수비산재	쓰레기소각로의 처리능력
종래의배기가스처리설비	1.10	4.70->약 430%	0.14	3.00	50t/13hX 2기
제 3실시예의배기가스처리설비	0.04	0.034->약 85%	0.0001	0.093	15t/8hX 2기
제 4실시예의배기가스처리설비	0.03	0.027->약90%	0.0049	0.028	8.5t/8hX 2기

표1에 있어서, 2차 연소실 출구의 다이옥신류의 검출결과는, 연소상태와 폐기물의 종류나 질에 따라 크게 변동된다. 먼저, 2차 연소실 출구에서는, 종래와 비교하여 현저한 다이옥신류의 저감효과가 나타나 있다. 즉, 종래예에서는 1.10 이었지만, 제3 및 제4의 실시형태에서는 각각 0.04 및 0.03 으로 현저히 저감되어 있다. 더욱이, 2차 연소실 출구로부터 백필터 입구까지의 다이옥신류의 증감량에 주목할 결과가 나타나 있다.

즉, 이 표1에 의하면, 2차 연소실의 출구로부터 백필터 입구에 이르는 통로에서, 종래예의 처리설비에서는, 다이옥신류가 재생되어 약 430% 로 증가되어 있는데 반하여, 제3의 실시형태의 배기가스 처리설비에서는 약 85% 로 저감되고, 또한 제4의 실시형태의 배기가스 처리설비에서는 약90% 로 감소된 것이 확인된다. 따라서, 제3 및 제4의 실시형태의 배기가스 처리설비에서는, 다이옥신류 및 그의 전구물질의 열분해가 촉진되고 있으므로, 도중에서 생성되는 일은 없다. 그 결과, 백필터 입구에서도 당연히 법규제 0.1ng-TEQ/N㎥ 을 클리어하고 있다. 이 결과로부터 보면, 백필터에서는 단순히 매연, 먼지 기타 유해물질만을 제거하면 좋게 된다. 이것은, 백필터에서 포집된 비산재 중의 다이옥신 농도가, 0.093, 0.028 로 낮은 농도인 것으로부터도 뒷받침된다. 또한 비산재 중의 다이옥신 농도의 법규제는 3ng-TEQ/N㎥ 이지만, 상기 값은 이것 보다 충분히 낮고, 따라서 비산재 중의 다이옥신류를 분해하는 열분해장치는 불필요해지고, 경제적인 이점이 크다.

또한, 여기에서 처리하는 배기가스를 폐기물을 소각하는 쓰레기 소각로로부터 배출된 배기가스로 하였지만, 다른 형식의 노, 예컨대 유동층로 또는 로터리 킬른(rotary kiln) 등의 소각로나, 폐기물의 열분해와 재의 용융을 연속하여 행하는 가스화 노이어도 좋고, 또한 버너식, 저항식, 아크식, 플라즈마식 등 소각재와 비산재를 용융하는 용융로나, 제강용 전기로, 소결설비, 아연회수설비, 알루미늄합금 제조설비등으로부터 배출된 배기가스의 처리설비이어도 좋다.

또한, 상기 제1, 제3, 제4 의 실시형태에서는, 분해촉진 구조물을 원형단면의 통형상 전열관 또는 전열관 그룹으로 하였지만, 내열성을 가져 표면을 고온상태로 유지할 수 있고, 또한 충분한 열용량을 구비하여 배기가스를 혼합교반할 수 있는 형식이더도 좋다. 또한 그 형상은 중공형상이나 중실형상을 불문하며, 판상이나 사각형, 다각형 단면의 통형상이어도 좋고, 상방으로부터 내려뜨린 배치, 또는 격자형상 등이어도 종으며, 또한 재질로서 금속이나 비철금속, 무기물질, 세라믹스, 내화물 및 그들의 산화물 등이 사용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 배기가스 처리방법 및 설비는, 각종 소각로나 가스화 노, 소각재 및 비산재 등을 용융처리하는 용융로, 제강용 전기로, 소결설비, 아연회수설비, 알루미늄합금 제조설비로부터 배출되는 배기가스의 처리에 적합하다.

Claims

소각, 용융, 열분해에 의해 배출되는 배기가스를 처리하는 방법에 있어서,

배기가스온도가 700℃ 이상인 고온영역에 분해촉진 구조물을 배치하고,

상기 분해촉진 구조물에 의해 배기가스를 혼합, 교반함과 아울러 고온복사열을 부여함으로써, 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질의 열분해를 촉진시키고,

또한 배기가스를 분해촉진 구조물에 접촉시킴으로써, 분해촉진 구조물의 표면에 생성된 산화물의 촉매작용으로 배기가스의 연소반응을 촉진시켜 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질을 열분해하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법.
소각, 용융, 열분해에 의해 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리설비에 있어서,

배기가스온도가 700℃ 이상인 고온영역에, 배기가스를 혼합, 교반시킴과 아울러 고온복사열을 부여함으로써, 배기가스중의 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질의 열분해를 촉진시키고, 또한 배기가스를 접촉시켜 그 표면에 생성된 산화물의 촉매작용에 의해 연소반응을 촉진시켜 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질을 열분해하는 분해촉진 구조물을 배치한 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법.
제2항에 있어서, 나란히 설치된 복수의 내열부재에 의해 분해촉진 구조물이 구성되고,

상기 내열부재 사이에서 각각으로부터 방출되는 복사열에 의해 서로 가열되어 내열부재 전체가 균일한 온도로 유지됨과 아울러, 이들 내열부재의 열용량에 의해, 내열부재로부터의 열복사로 온도변동이나 온도불균일이 있는 배기가스의 온도가 평균화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리설비.
분해촉진 구조물이 복수의 전열부재로 구성되고,

상기 전열부재의 적어도 일부를, 전열부재에 흘려보내는 냉각매체를 제어하여 전열부재의 표면을 태워 손상시키지 않는 범위에서 고온으로 유지하는 분해촉진수단으로 한 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리설비.
폐기물 또는 재를 소각이나 열분해 또는 용융시킨 배기가스를 처리하는 배기가스 처리설비에 있어서,

배기가스를 재연소시키는 재연소실과 배기가스 냉각기는, 배기가스 온도가 700℃ 이상으로 유지되는 고온유지 통로에 의해 접속되고,

상기 배기가스 냉각기로부터 배기가스가 도입되는 집진장치가 설치되고,

배기가스 온도가 700℃ 이상인 상기 재연소실 및 고온유지 통로중 한쪽 또는 양쪽에, 배기가스의 혼합, 교반 및 고온복사열에 의해 배기가스중의 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질의 열분해를 촉진시키고, 또한 배기가스를 접촉시켜 그 표면의 산화물의 촉매작용에 의해 연소반응을 촉진시켜 다이옥신류 및/또는 그의 전구물질을 열분해하는 분해촉진 구조물을 배치한 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리설비.
제5항에 있어서, 유로 단면적을 좁히는 스로틀 통로부를 고온유지통로에 설치한 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리설비.