KR20130114092A

KR20130114092A - 폐기물 처리설비

Info

Publication number: KR20130114092A
Application number: KR1020137005987A
Authority: KR
Inventors: 원산 구오; ?안 리; 청파 허; 창러 장; 다밍 리; 췬펑 리; 커춘 왕; 자오훼이 리; 지에위 시아오; 시아오빙 청; 창칭 양; 토시카주 하야시; 에이지 이노우에; 타다시 카타하타; 사다후미 카토오; 노보루 이치타니; 아츠시 하시모토; 준 토시히로
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤; 안후이 컹크 그룹 컴퍼니 리미티드; 안후이 컨치 가와사키 엔지니어링 컴퍼니 리미티드; 빌딩 머티리얼 디자인 앤 리서치 인스티튜트 오브 안후이 컨치; 안후이 컨치 가와사키 에너지 컨서베이션 이큅먼트 메뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드; 안후이 퉁링 컨치 시멘트 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-10-16
Also published as: TW201245092A; WO2012051958A1; EP2631222B1; EP2631222B2; JP2014500840A; EP2631222A4; BR112013009116B8; EP2631222A1; BR112013009116B1; BR112013009116A2; KR101497847B1; DK2631222T3; TWI532701B; MY163099A; JP5753585B2

Abstract

시멘트 제조설비(200)의 부근에 설치되는 폐기물 처리장치(100)로서, 폐기물을 가스화하여 열분해 가스를 발생시키는 가스화로(1), 및 발생한 열분해 가스를, 함유한 탄소와 회분을 원래 그대로 유지한 상태로, 분해로(20)까지 수송하는 가스 수송통로(6)를 구비한다. 분해로(20)는 원통 형태의 외주벽부(23)를 구비하고, 열분해 가스가 외주벽부(23)를 따라 회전하며 기체 수송통로(6)로부터 분해로(20)로 유입된다. 가스화로(1)로부터의 열분해 가스의 유량과 분해로(20)로부터의 폐가스의 유량의 비율이 소정의 유량 비율 이하로 제한되어, 분해로(20)의 온도 변동을 억제하고, 시멘트 제조설비(200) 운행시 안정성을 확보한다.

Description

폐기물 처리설비{WASTE-PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 시멘트 제조설비에 인접하여 설치되고, 시멘트 분해로를 이용해 폐기물을 위생적으로 처리하는 폐기물 처리설비에 관한 것이다.

근래, 예를 들어, 발전도상 국가들의 생활이 향상됨에 따라 쓰레기의 위생적인 처리에 대한 요구가 갈수록 높아지고 있고, 소각처리 량도 증가할 것으로 예상되고 있으나, 일반적인 쓰레기 소각로를 건설하는데 비용이 많이 들고, 공정시간이 길다는 문제점이 있다. 또한 소각로의 주위 환경에 대한 영향도 평가할 필요가 있고, 인근의 주민들에게 정보를 공개해야 하기 때문에, 시공 시작 전에 매우 긴 시간을 들여 준비해야 할 필요가 있었다. 또한, 일본 국내에는 소각로에서 발생한 회분을 매립하는 처리장이 부족한 문제도 있으며, 새 매립 처리장을 설립할 경우, 회분 용융로를 설치하고 회분을 재활용하는 방법을 확립하는 등의 필수 조건이 있다.

시멘트 분야에서는 종전부터 시멘트 제조 원가를 낮추기 위해, 예를 들면 특허문헌 1에서 공개한 바와 같이, 가연성 폐기물을 연료의 일부로 이용하려는 경향이 있었는데, 상기 문헌은 기존의 시멘트 제조설비를 효율적으로 이용하여 폐기물을 위생적으로 처리하는 것을 제시하였다. 그 예에 따르면, 가스화로에서 폐기물을 열분해하고 발생한 열분해 가스에서 숯과 회분(재)을 분리한 후, 열분해 가스는 시멘트 가마(소성로)에 공급하고, 숯과 회분은 예열기에 공급한다.

다시 말하면, 상기 기존 기술 예에서는, 가스화로에서 발생한 열분해 가스를 연료 가스의 일부로 하여 이용하고, 동시에 숯과 회분을 시멘트 원료로 하여 이용하지만, 반드시 그 양자를 분리하여야 하고, 별도의 시스템을 통해 시멘트 제조설비에 공급해야 하기 때문에, 시스템이 복잡한 어려움이 있었다.

또한, 통상 쓰레기의 발열량은 1000-3000kCal/kg 가량으로, 시멘트 가마에서 통상 사용하는 연료(석탄을 사용하는 경우, 낮은 등급의 석탄의 발열량은 5000-7000kCal/kg)보다 낮기 때문에, 쓰레기에서 발생한 열분해 가스를 함께 혼합하여 사용할 때, 가마 내의 온도가 낮아져, 연료비가 이상적이지 못할 가능성도 있다.

또한, 쓰레기에서 발생한 열분해 가스에 포함된 수증기는 시멘트 클링커(clinker)의 품질에 악 영향을 미칠 수 있고, 열분해 가스가 시멘트 가마에서 연소될 때, 열점이 발생하여 부착물이 형성될 가능성이 있다.

따라서, 본 출원의 발명인은 가스화로에서 발생한 열분해 가스를 숯 및 회분과 함께 시멘트 제조설비의 분해로나 또는 소성로(가마)에 공급하는 기술을 개발하고, 먼저 특허(특허문헌 2)를 출원하였다. 분해로의 온도는 가마보다 낮아 약 900℃ 가량이기 때문에, 여기에서 공급된 열분해 가스와 숯을 연료로서 효율적으로 이용할 수 있고, 회분은 시멘트 원료의 일부가 된다.

또한, 분해로에 가마에서 발생한 고온 폐가스를 통과시켜, 분사 기류로서 시멘트 원료를 위로 불어 올리기 때문에, 여기에 공급한 열분해 가스는 연소되면서 위로 상승하여, 수증기 등과 함께 예열기로 수송된다. 때문에, 가마 내에 시멘트 클링커 품질의 악화와 부착물이 발생할 우려가 없다.

특허 제3838951호 공보 중국 특허출원공개 CN101434461A

그러나, 상술한 바와 같이 설령 열분해 가스를 분해로에 공급한다 하더라도, 그 양이 너무 많으면 다음과 같은 불량 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어 어떤 고장으로, 가스화로의 운행이 정지될 경우, 가스화로에서 분해로에 열분해 가스를 공급하는 것도 정지되기 때문에, 분해로에의 석탄 등의 공급량을 증가시켜도 연료 공급이 부족한 문제가 발생하여, 운행 고장을 일으킬 수 있다.

또한, 폐기물은 그 종류가 다양하기 때문에 발열량에 매우 큰 차이가 있고, 그 열 분해 가스의 발열량도 기복이 매우 크며, 각기 다른 시간대에 처리장에 집중되는 폐기물의 종류도 다르기 때문에, 그 발열량에도 매우 큰 변동이 있다. 때문에, 만약 분해로에 공급하는 열분해 가스의 양이 많으면, 그가 연소하여 발생한 발열량의 변동은 분해로 온도의 변동을 일으킨다.

다시 말하면, 만약 분해로에 연료로서 공급하는 열분해 가스의 양이 증가하면, 시멘트 제조설비의 안정적인 운행을 방해할 수 있다.

상기 문제를 고려하여, 본 발명의 목적은 가스화로에서 발생하는 열분해 가스를 그가 포함한 숯과 회분을 그대로 유지한 상태로 시멘트 제조설비에 수송하여, 그 시멘트 제조설비 운행의 안정성을 확보하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 시멘트 제조설비에 인접하여 설치되는 폐기물 처리설비는, 폐기물을 가스화하여 열분해 가스를 발생시키는 가스화로, 및 상기 가스화로에서 발생한 열분해 가스를 그가 포함한 숯과 회분을 그대로 유지한 상태로, 상기 시멘트 제조설비의 시멘트 분해로로 수송하는 가스 수송 통로를 구비하고; 상기 가스화로에서 발생한 열분해 가스의 유량과 상기 분해로에서 배출된 폐가스의 유량의 비율을 소정의 유량 비율 이하로 제한한다.

이러한 구조를 구비한 폐기물 처리설비에 따르면, 가스화로에서 폐기물이 열분해되어 열분해 가스가 발생하면, 가스 수송통로를 통해 그 열분해 가스를 그가 포함한 숯과 회분을 그대로 유지한 상태로 시멘트 분해로로 수송하여, 분해로에서 연소시킨다. 이때 열분해 가스와 숯이 연소하여 발생한 열량은 폐기물의 종류 등에 따라 비교적 큰 변동이 있지만, 만약 열분해 가스의 유량과 분해로에서 배출된 유량의 비율을 소정의 유량 비율 이하로 제한하면, 분해로의 온도 변동을 억제할 수 있다.

또한, 만약 어떤 고장으로 가스화로의 운행이 중지되면, 열분해 가스와 숯의 공급도 정지되지만, 만약 그 양이 적다면, 석탄 등의 공급을 증가시켜 분해로의 정상운행 상태를 유지할 수 있다. 다시 말하면, 가스화로에서 분해로로 수송되는 열분해 가스의 유량과 분해로에서 발생한 폐가스 유량의 비율을 소정 비율 이하로 제한하는 것을 통해, 시멘트 제조설비의 안정적인 운행을 실현할 수 있다.

구체적으로 말하면, 상기 가스 수송통로를 통과하는 열분해 가스의 유량과 상기 분해로에서 배출되는 폐가스의 유량의 비율을 예를 들어 0.3 이하의 유량 비율로 규정하면 되는데, 만약 이처럼 가스화로에 투입되는 폐기물의 투입량을 조절하고, 가스화로가 유동층식 가스화로이면, 유동화 공기의 유량을 조절하여 열분해 가스의 발생량을 억제할 수 있다. 예를 들어 가스화로에 투입되는 폐기물 투입량과 유동화 공기의 유량을 그 가스화로와 분해로의 음압의 크기에 따라 조절하면, 상기 유량 비율 이하로 유지할 수 있다.

통상 시멘트 제조설비의 분해로는, 가마 내의 폐가스 등으로 인해 음압 상태를 형성하는데, 여기에 열분해 가스가 유입되어, 상기 유량이 대응하면, 음압은 작아진다. 그리하여, 만약 상기 분해로의 음압과 열분해 가스가 유입되는 가스화로의 음압의 크기에 따라, 폐기물의 투입량과 유동화 공기의 유량을 조절하면, 열분해 가스의 발생량을 조절하여, 상기 분해로에 유입되는 유량을 소정값 이하로 유지할 수 있다.

또한, 만약 분해로의 음압을 통해 가스화로로부터 열분해 가스를 유입하면, 가스 수송통로와 가스화로 내부도 음압 상태를 유지할 수 있고, 열분해 가스가 외부로 누출되지 않아 바람직하다. 이처럼 열분해 가스를 수송하기 위해, 수송 발원지인 가스화로 내의 음압을 유지하여야 하고, 일반적으로 가스 수송통로의 중간에 송풍기를 설치하지만, 폐기물에서 발생한 열분해 가스에 숯과 회분이 포함될 경우, 그 일부가 송풍기의 임펠러 등에 부착되어 쌓이고, 임펠러에 파손을 일으켜 고장을 일으킬 가능성이 있다.

이런 번거로움을 방지하고, 열분해 가스에서 숯과 회분을 제거하기 위해, 제거설비가 필요하지만, 제거한 숯과 회분의 온도가 낮기 때문에, 다음 공정에서 재활용하기에 적합하지 않다. 또한, 송풍기의 출구는 국부적으로 정압(正壓)일 수 있고, 만일 이런 상황이 발생하면, 열분해 가스가 통로 밖으로 분출될 수 있다.

이 점을 감안하면, 가스 수송통로를 통과하는 열분해 가스의 유량과 분해로에서 배출된 페가스의 유량의 비율을 예를 들어 0.2 이하인 것이 제일 바람직하고, 만약 유량 비율이 비교적 작은 값이면, 본래 분해로를 통과하는 가마 폐가스 등의 유량과 비교할 때, 추가되는 열분해 가스의 유량이 매우 적기 때문에, 분해로 내의 음압을 충분히 큰 상태로 유지할 수 있고, 그 음압을 통해 열분해 가스를 유입할 수 있으며, 가스화로도 음압 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 가스 수송통로의 중간에 송풍기를 설치하지 않아도 되고, 열분해 가스 속의 숯과 회분이 그 위에 부착되고 쌓여, 송풍기 고장을 일으키는 것을 우려하지 않아도 된다. 또한, 송풍기 출구가 정압으로 변해 열분해 가스가 분출되는 것을 우려하지 않아도 된다.

여기서, 가스화로로서 저온 가스화방식의 유동층식 및 가마 식을 사용할 수 있고, 고온 가스화방식으로서 샤프트 식이 있지만, 만약 저온 가스화방식을 사용하면, 폐기물 내의 철, 알루미늄 등을 산화시키지 않고 회수할 수 있는 장점이 있다. 또한, 유동층식 방법은 가마식보다 반응 효율(가스화 효율)이 높고, 장치가 컴팩트 한 장점도 있기 때문에, 이런 유동층식의 가스화로를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

만약 가스화로에 보조 연료를 공급하는 구조를 사용하면, 발열량이 적은 폐기물을 처리해야 하는 상황이라도, 가스화로의 층 온도를 필요한 수준으로 유지할 수 있다. 이런 보조 연료로서, 구체적으로 말하면 미세 탄소분(炭素粉)을 사용할 수 있고, 상부에서 유동층으로 투입되게 할 수 있다. 이 경우, 만약 미세 탄소분의 과립이 너무 미세하면, 열분해 가스 기류를 따라 가스화로에서 배출되며, 한편, 만약 과립이 매우 크면, 유동층에 모여 가라앉아, 연소에 충분히 활용되지 못할 수 있다. 때문에 이 경우 미세 탄소분의 평균 입경은 0.1 ~ 3mm 가량인 것이 가장 바람직하다.

또한, 보조 연료는 미세 탄소분에 한정되지 않고, 그 외에도 예를 들면 폐타이어, 비닐, 나무, 숯, 토탄화합물 등을 사용할 수 있으며, 유동층 내에서 연소할 수 있는 물체이기만 하면, 그 종류에 제한이 없다.

또한, 상기 가스 수송통로의 중간에 분사장치를 배치하여 압축공기를 불어 넣을 수 있다. 이렇게 하면, 가스 수송 통로의 벽면에 부착되고 쌓여 있는 숯과 회분을 제거할 수도 있다. 또한, 가스 수송통로와 연통되고 열분해 가스를 분해로로 도입하는 가스 도입구도, 숯과 회분이 부착되고 쌓이는 것을 억제하기 위해, 그 가스 도입구를 수평면에 대하여 아래로 경사지게 설치한다.

또한, 시멘트 제조설비에 분해로가 없어도, 소성로에서 발생한 고온의 폐가스가 시멘트 예열기로 유입되는 상황에서, 상술한 바와 같이, 가스화로에서 발생한 열분해 가스의 유량과 예열기에서 배출되는 폐가스의 유량의 비율을 소정의 유량 비율 이하로 제한하여, 예열기 내의 음압을 충분히 큰 상태로 유지하고, 그 음압을 통해 열분해 가스를 유입하여, 가스화로를 음압 상태로 유지할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 분해로에 가마에서 발생한 고온 폐가스가 유입되고 분사 기류가 형성되기 때문에, 유입된 열분해 가스가 폐가스를 따라 유동하여, 충분히 연소하지 않은 상태로 예열기로 배출될 가능성이 있다. 또한, 분해로는 고온의 가마 폐가스가 유입될 수 있는 구조를 가질 뿐 아니라, 클링커 냉각기에서 발생한 고온 폐가스(공기)가 유입될 수 있으므로, 이 경우, 열분해 가스가 냉각기 폐가스의 주요기류에 휩쓸리면, 충분히 연소되지 못한 상태로 분해로를 지나 배출되게 된다.

이 점을 감안하여, 만약 분해로에 시멘트 제조설비의 소성로 또는 클링커 냉각기 중의 임의의 하나에서 발생한 고온 폐가스가 유입될 경우, 분해로에 상기 가스 수송통로에서 온 열분해 가스가 도입될 때, 상기 열분해 가스의 유동이 상기 고온 폐가스의 주요기류와 직접적으로 간섭되지 않는 방식이 바람직하다.

따라서, 시멘트 제조설비의 분해로에 시멘트 소성로 또는 클링커 냉각기에서 발생한 고온 폐가스가 유입되더라도, 그 강력한 폐가스 기류의 주요 기류와 직접적으로 간섭되지 않는 상태로 열분해 가스가 도입되기 때문에, 열분해 가스가 폐가스 기류를 따라 분해로를 스쳐 지나가는 것을 방지할 수 있고, 열분해 가스와 숯이 분해로 내에서 충분히 연소될 수 있게 한다. 일 예로서, 열분해 가스가 분해로에서 체류하는 시간은 적어도 2초 이상이고, 850℃ 이상의 온도로 연소되는 것이 바람직하다.

일 예로서, 상기 분해로는 원통 형상의 외주벽을 구비하고, 원통 축 방향의 일단에서 타단을 향해, 상기 소성로나 또는 클링커 냉각기에서 발생한 폐기류의 주요 기류가 형성되는 상황에서, 상기 외주벽에 원주 방향을 따라 도입구가 설치되면, 상기 원통 축의 둘레를 따라 회전하도록 열분해 가스를 도입하는데 유리하다. 이렇게 분해로에 유입된 열분해 가스는 상기 소성로에서 발생한 폐가스의 주요기류를 둘러싸고 회전할 뿐, 그 주요기류와 직접적으로 간섭하지 않는다.

또한, 통상 상기 분해로의 외주벽은 상하 방향으로 연장되고, 그 하단에는 소성로나 또는 클링커 냉각기에서 발생한 폐가스가 유입되어 분사 기류를 형성하고, 상부로 향한다. 그와 반대로, 가스 도입구는 수평면에 대응하여 아래로 소정의 경사각만큼 경사지게 열분해 가스를 도입하므로, 열분해 가스가 쉽게 폐가스 기류를 따라 유동하지 못한다. 통상 가스화로에서 시멘트 제조설비까지 이어지는 가스 수송통로는 기본적으로 수평이기 때문에, 적어도 가스 도입구가 아래로 경사져도 좋다.

그러나 만약 지나치게 경사지면, 열분해 가스 기류의 회전성분(수평 방향의 속도)이 작기 때문에, 가스 도입구는 수평면에 대응하여 최대 40도 이하로 경사지고, 30도 이하로 경사지는 것이 가장 바람직하다. 또한 상기 가스 도입구에서 발생한 열분해 가스의 유속이 빠르므로 상기 퇴적물에 의해 막히는 것을 방지하는 효과가 있다. 만약 유속이 너무 빠르면, 가스 도입구의 압력 손실이 증가하기 때문에, 5 ~ 30m/s의 유속으로 열분해 가스가 유입될 수 있다.

여기서, 상술한 기존 기술 예(특허문헌 2)와 같이, 소성로에서 발생한 폐가스가 분해로의 외주벽 하단을 통해 유입될 경우, 통상 그 외주벽 하부에 연소용 공기가 유입되는 공기 도입구가 설치되지만, 그 공기 도입구를 이용하여 연소용 공기를 유입할 수도 있고, 그 기류와 열분해 가스는 같은 방향으로 회전하면서 유동하도록 유입된다. 이렇게 되면, 열분해 가스의 회전 기류와 그 연소용 공기의 회전 기류는 서로 강화하면서, 충분히 혼합되어, 열분해 가스의 점화 성능과 연소 성능을 향상시킨다.

이를 위해, 공기 도입구도 수평면에 대응하여 아래로 소정 각도만큼 경사지고 연장되게 하고, 동시에 그 공기 도입구 상부의 소정거리에 가스 도입구를 설치하는 것이 가장 바람직하다. 공기 도입구의 경사각과 가스 도입구의 경사각은 대체로 같거나 또는 조금 작아도 된다.

그리하여, 열분해 가스의 회전 기류 하부에 적절한 간격을 두고 연소용 공기의 회전 기류가 형성되어, 위로 유동하여 분해로 내의 폐가스 기류를 통해 먼저 연소용 공기의 회전 기류와 간섭이 발생한다. 때문에 폐가스의 주요기류와 열분해 가스의 회전 기류의 간섭은 억제된다. 상승한 폐가스 주요 기류가 위로 밀어 올린 연소용 공기 회전 기류는 열분해 가스의 회전 기류를 위로 밀어 올리고, 양자는 분해로 내에서 위를 향해 나선형 회전기류를 형성하는 것을 통해, 동시에 서로 혼합된다.

또한, 상기 분해로 하단에 소성로에서 발생한 폐가스를 유동시키는 통로가 연결되지만, 그 통로는 통상 하부로 연장된 후 "L"자 모양으로 굽어져, 소성로의 입구를 향한다. 그리하여, 그 "L"자 모양의 통로 내에서 상부로 방향이 변경된 폐가스 기류는 통로 내벽에서 온 힘의 작용으로, 소성로 측을 향해 전환되기 때문에, 가스 도입구는 소성로의 반대측의 외주벽에 설치될 수도 있다.

또한, 상기 소성로의 외주벽에, 가스 도입구의 인근에 미세 탄소분과 중유와 같은 통상적으로 사용되는 연료 공급구를 설치할 수 있다. 이렇게 되면, 열분해 가스 중 착화성이 더 좋은 연료가 먼저 불에 붙어, 불씨가 되므로, 열분해 가스의 착화성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 이런 연료의 공급량을 감소하여, 미세 탄소분과 중유 등 연료가 공기를 소모하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 폐기물 처리설비에서, 가스화로를 두 대 이상 설치한 경우, 두 개 이상의 가스 수송통로를 설치하여 각 가스화로에서 발생한 열분해 가스를 수송하고, 각 가스 수송통로를 상기 분해로의 외주벽의 두 개 이상의 가스 도입구와 연통할 수 있다. 이 경우, 두 개 이상의 가스 도입구는 원주 방향에서 서로 간격을 유지하여 배치할 수 있다.

또한, 본 발명은 시멘트 소성로, 소성체를 냉각하는 클링커 냉각기, 및 소성로나 또는 클링커 냉각기 중의 임의의 하나에서 발생한 고온 폐가스가 유입되는 분해로의 시멘트 제조설비를 구비하고, 폐기물의 열분해 가스를 숯과 회분을 포함한 원래 그대로 유지한 상태로 수송하는 가스 수송통로, 및 그 가스 수송통로에서 분해로를 향해 열분해 가스를 유입하고, 그 열분해 가스의 기류를 그 분해로 속의 상기 소성로 등에서 발생한 폐가스 주요 기류와 간섭이 발생하지 않게 하는 가스 도입유닛을 구비한다. 이런 시멘트 제조설비를 사용하면, 낮은 원가로 폐기물의 위생적인 처리를 실현할 수 있다.

상술한 바와 같이. 본 발명을 사용하면, 가스화로를 통해 폐기물을 가스화하고, 발생한 열분해 가스를 숯과 회분을 포함한 원래 그대로 유지한 상태로, 시멘트 제조설비의 분해로 등에 수송하여, 연료로 사용할 수 있다. 이때, 열분해 가스의 유량과 분해로 등에서 발생한 폐가스 유량의 비율을 소정의 유량 비율 이하로 제한하여, 분해로의 온도 변동을 억제할 수 있고, 시멘트 제조설비가 운행 시의 안정성을 확보할 수 있다. 또한 분해로 등의 음압을 이용해 열분해 가스를 수송하고, 가스화로 내부도 부압 상태를 유지할 수 있다.

또한, 열분해 가스가 분해로에 유입할 경우, 그가 분해로 내에서의 유동은 소성로나 또는 클링커 냉각기에서 발생한 주요기류와 직접적으로 간섭이 발생하지 않고, 열분해 가스가 분해로를 쓸면서 통과하는 것을 방지할 수 있으며, 분해로 내에서 충분히 연소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐기물 처리설비 및 시멘트 제조설비의 시스템도이다.
도 2a는 상기 시멘트 제조설비에서 회전 가마를 우측에서 바라본 분해로의 정면도이다.
도 2b는 회전 가마 측에서 분해로를 바라본 우측면도이다.
도 2c는 변형예에 따른 분해로의 도 2b와 대응한 도면이다.
도 3a는 분해로의 하부를 확대 도시한 정면도이다.
도 3b는 분해로의 하부를 확대 도시한 우측면도이다.
도 3c는 분해로의 하부를 확대 도시한 좌측면도이다.
도 3d는 분해로의 하부를 확대 도시한 조감도로, 분해로의 일부가 생략된 도면이다.
도 4a는 분해로 내의 가마 폐가스 기류를 도시한 CFD 시뮬레이션 도이다.
도 4b는 연소용 공기 기류를 도시한 도 4a와 대응한 도이다.
도 5a는 두 개 가스 도입구가 설치된 변형예를 도시한 도 3a와 대응한 도이다.
도 5b는 두 개 가스 도입구가 설치된 변형예를 도시한 도 3b와 대응한 도이다.
도 5c는 두 개 가스 도입구가 설치된 변형예를 도시한 도 3c와 대응한 도이다.
도 5d는 두 개 가스 도입구가 설치된 변형예를 도시한 도 3d와 대응한 도이다.
도 6은 가스 도입구의 경사각과 수평방향의 가스 유속의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 열분해 가스 도입구의 높이 방향의 CO농도의 무차원 표준편차의 추이를 도시한 그래프이다.
도 8a는 가스 화로에서 발생한 가스량 변동의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 8b는 분해로 내의 압력 변동의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 8c는 가스화로 내의 압력 변동의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 열분해 가스 유량과 가마 폐가스 유량의 비율과 가스화로 내 압력의 상관 관계를 시뮬레이션 한 결과를 도시한 그래프이다.
도 10a는 열분해 가스의 유량 비율과 분해로에 발생한 총 폐가스 유량 비율의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 10b는 열분해 가스의 유량 비율과 분해로 내의 석탄 발열량 비율의 상호 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 냉각기 폐가스가 분해로에 유입되는 제2 실시예의 도 1과 대응한 도이다.
도 12는 회전 분해실과 혼합실을 가진 분해로를 구비한 변형예의 도 1과 대응한 도이다.
도 13은 외주벽의 중간에 환상(環狀) 오목부를 가지고, 그 근처에 재연소용 공기가 유입되는 변형예의 도 1과 대응한 도이다.
도 14는 분해로를 구비하지 않은 변형예의 도 1과 대응한 도이다.

-제1 실시예-

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1은 제1 실시예의 폐기물 처리설비(100) 및 그와 인접되게 설치한 시멘트 제조설비(200)의 전체 시스템 도이다. 도면 좌측에서 도시한 폐기물 처리설비(100)는 가스화로(1)에서 폐기물을 열분해 하고, 발생한 가스(열분해 가스)를 시멘트의 소성 공정을 통해 혼합 연소한다. 그 열분해 가스의 양은 예를 들면 2만 ~ 3만Nm3/h 가량이고, 도면에서 도시한 시멘트 제조설비(200)의 폐가스 양(예를 들면 30만Nm3/h)보다 훨씬 적기 때문에, 폐기물 처리설비(100)는 기존의 시멘트 공장을 거의 변경하지 않고 그 근처에 설치할 수 있다.

-폐기물 처리설비-

폐기물 처리설비(100)에는 예를 들어 가정에서 배출한 일반 폐기물, 폐비닐을 포함한 공업 폐기물 등 및 가연성 물체를 포함한 폐기물이 수집된다. 이런 폐기물은 육상 운송 등을 통해 운송되어, 조(槽)(2) 안의 버킷(2a)에 투입되고, 도시하지 않은 분쇄기를 이용하여 분쇄된다. 이렇게 분쇄된 폐기물은 크레인(3)을 이용하여 투입 버킷과 컨베이어 벨트 등으로 구성된 수송장치(4)로 수송되고, 그 수송장치(4)의 동작에 의해 가스화로(1)로 이송된다.

수송장치(4)의 컨베이어 벨트는 예를 들면 스크류 컨베이어이고, 그 작업 속도를 변경하는 것을 통해, 단위 시간당 가스화로(1)에 투입되는 폐기물 투입량을 조절할 수 있다. 이를 통해, 아래에서 서술할 유동화 공기 유량을 조절함과 동시에 가스화로(1)의 온도 상태와 열분해 가스의 발생량을 억제할 수 있다.

또한, 일 예로서, 가스화로(1)는 유동층식 가스화로이고, 가스화로 하부에 형성된 유동 모래(유동 매체) 층(유동층)이 공기 유동화를 돕는다. 유동층에 유입되는 유동화 공기는 도면에서처럼 전동 송풍기(5)를 통해 폐기물 조(2)에서 흡출되어, 가스화로(1)에 공급된다. 때문에 폐기물 조(2) 내부는 음압이 유지되어, 심한 악취가 쉽게 외부로 유출되지 않는다. 또한, 송풍기(5)부터 가스화로(1)까지 이어지는 공기 공급 통로(5a)의 중간에는, 개도를 조절할 수 있는 조절 스로틀(미도시)이 설치되고, 이를 통해, 매우 우수한 응답특성으로 공기 공급량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 송풍기(5)의 회전속도를 변경하고 조절 스로틀의 개도를 조절하여, 유동화 공기의 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어 만약 유동화 공기의 유량이 증가하고, 상기 폐기물의 투입량이 증가하면, 가스화로(1)의 층 온도가 일정하게 유지되어 열분해 가스의 발생량이 증가한다. 가스화로(1)의 유동층 온도는 통상 500 ~ 600℃ 정도(최저 450℃이상)이다. 그 온도의 유동층에서, 폐기물은 유동 모래의 작용으로 분산되는 한편, 열분해 되고, 일부 폐기물은 연소되어 열분해를 촉진한다.

일반적인 폐기물 발열량은 약 1000 ~ 3000kCal/kg 정도이기 때문에, 그 일부가 연소되면 유동층의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있지만, 폐기물의 종류에 따라, 만약 그 발열량이 적은(예를 들어 1000kCal/kg 이하) 소위 저온 폐기물이면, 유동층의 온도가 낮다. 따라서, 본 실시예에 따른 가스화로(1)(구체 구조는 도시되지 않음)에는 이송장치(4)에 근접하여 미세 탄소분 공급장치(7)가 설치되어, 폐기물 투입구를 통해 가스화로(1) 내에 보조연료로서 예를 들어 미세 탄소분을 투입한다.

이런 공급장치(7)를 이용하여 상부에서 유동층으로 투입되는 미세 탄소분의 평균 입경은 0.1 ~ 3mm 정도이다. 미세 탄소분의 입경이 0.1mm일 때, 계산에 따르면, 그 마지막 속도는 약 0.9m/s으로, 가스화로(1)에서 상승한 열분해 가스와 공기의 유속(가스를 기준으로 한 공탑 속도)보다 좀 낮기 때문에, 대부분 비산하여, 유동층의 연소에 도움을 주지 못한다.

반면, 미세 탄소분의 입경이 너무 크면, 유동층 속에 매우 빨리 가라앉아 연소에 별로 도움을 주지 못한다. 입경이 3.0mm인 미세 탄소분이 500℃ 정도의 유동층에서 연소할 때 필요한 시간은 입경이 0.1mm인 과립의 수십 배이므로, 층 내의 연소에 도움을 주기 위해 층 내에서 과립의 정체시간을 확보해야 한다. 여기서, 입경이 3.0mm인 미세 탄소분의 최소 유동화 속도는 계산에 따르면 약 1.8m/s으로, 유동층의 공기를 기준으로 한 공탑 속도와 같기 때문에, 평균 입경이 3.0mm 이하이면 문제없다.

따라서, 필요에 따라 미세 탄소분을 공급하면, 유동층의 온도를 적정 범위로 유지할 수 있고, 투입된 폐기물을 효율적으로 분해하고 가스화할 수 있다. 상기 열분해 가스는 가스화로(1)의 상부를 통해 배출되고, 가스 수송라인(6)(가스 수송통로)을 통해 시멘트 제조설비(200)로 수송된다. 열분해 가스 속에서, 미연소된 숯과 회분은 작은 과립을 형성하여 떠다니고, 열분해 가스와 함께 수송된다. 유동층식 가스화로(1)에서, 폐기물은 유동 모래의 유동으로 인해 분쇄되기 때문에, 숯과 회분의 입경이 쉽게 작아지므로, 그것들이 부착되고 쌓이는 것을 방지하는데 유리하다.

본 실시예에서, 가스화로(1)에서 발생한 가스는 하기와 같이 분해로(20)의 음압을 통해 수송되기 때문에, 가스화로(1) 내부도 음압을 유지하여, 열분해 가스가 쉽게 외부로 유출되지 못한다. 열분해 가스가 분해로(20)의 음압에 의해 수송되기 때문에, 가스 수송라인(6)에는 송풍기를 설치하지 않는다. 따라서, 송풍기의 임펠러 등에 열분해 가스 속의 숯과 회분이 부착되고 쌓여 고장을 일으킬 우려가 없다.

그러나 가스 수송라인(6)의 통로 내벽에는, 시간이 흐름에 따라 숯과 회분 등이 부착되고 쌓이는 경우가 발생하기 때문에, 압력 손실이 커지므로, 본 실시예에 따르면, 가스 수송라인(6)의 중간에 소정의 간격으로 다수의 분사장치(6a)를 배치한다. 상기 분사장치(6a)를 이용하여, 도시하지 않은 압축기에서 공급된 압축공기를 통로에 간헐적으로 불어 넣어, 적층된 숯과 회분을 불어 제거할 수 있다. 또한, 가스 수송라인(6) 중간에는 개폐식 조절 스로틀이 더 설치되어, 폐기물 처리설비(100)의 운행이 정지되었을 때 조절 스로틀을 폐쇄할 수 있도록 하였다.

이와 같이 폐기물의 열분해 가스를 가스화로(1)의 상부에서 가스 수송라인(6)을 향해 배출하는 것에 대응하여, 가스화로(1) 속에서 열분해 후의 찌꺼기로 남는 금속편을 포함한 불연물은 유동모래 하층을 통해 유동모래와 함께 가스화로(1)의 하단으로 낙하된다. 다시 말하면, 폐기물 찌꺼기는 유동층을 통해 소위 비중 분리된다. 이처럼 가스화로(1)에서 배출된 모래와 불연물은 도시하지 않은 컨베이어 벨트 등을 통해 수송되고, 도면 외에 위치한 선별장치를 통해 분리된 모래는 가스화로(1)로 회수된다. 한편, 선별장치를 이용하여 불연물에서 금속 성분을 골라 내고, 그 외의 불연물은 시멘트 원료로 사용된다.

-시멘트 제조설비-

시멘트 제조설비(200)는 도면과 같이 일반적인 NSP가마를 구비한다. 시멘트 원료는 예열기로 이용된 현가식 예열기(10)에서 예열된 후, 분해로(20)에서 900℃ 정도로 가열되고(하소), 소성로인 회전 가마(30)에서 1500℃ 정도의 고온으로 소성된다. 회전 가마(30)를 통해 소성된 소성물은 공랭식 냉각기(40)에서 급냉되어, 과립 형태의 시멘트 클링커를 형성한 후, 도면 외의 정제 공정으로 이송된다.

현가식 예열기(10)는 상하 방향으로 병렬 설치된 다단 사이클론(11)을 구비한다. 사이클론(11)은 각각 시멘트 원료를 회전시키면서 수송하는 한편 하단을 통해 유입된 고온의 폐가스와 열교환을 진행한다. 상기 폐가스 기류는 하기 설명과 같이, 회전 가마(30)에서 온 고온의 폐가스(이하, "가마 폐가스"로 약칭함)로 분해로(20)를 통해 상승하여, 최하단의 사이클론(11)에 공급된다. 가마 폐가스는 도면에서 점선으로 도시하였고, 사이클론은 통해 단계별로 상승하여, 최상단의 사이클론(11)에 도달하며, 그곳에서 폐가스 라인(50)을 향해 유출된다.

도시된 바와 같이, 폐가스 라인(50)에는 가마 폐가스를 유도하여 연통(51)으로 배출하는 대용량의 유도 통풍기(52)가 설치되고, 상기 유도 통풍기(52)의 더 앞 쪽 즉 폐가스 기류의 상류 쪽에는 가스 냉각기(53)(예를 들면 보일러) 및 집진기(54)가 개입 설치되어 있다. 유도 통풍기(52)는 현가식 예열기(10)와 분해로(20)를 통해 회전 가마(30)에서 대량의 폐가스를 인도하는 동시에, 상술한 바와 같이 분해로(20) 내부에 음압을 형성하기 때문에, 가스화로(1)로부터 열분해 가스를 유도하는 기능을 가진다.

한편, 현가식 예열기(10)의 각 사이클론(11)에서, 상술한 바와 같이 시멘트 원료는 고온의 가마 폐가스와 열 교환을 한 후, 도면에서 실선으로 도시한 바와 같이, 하부로 낙하하여, 하단 사이클론(11)을 향해 이동한다. 이렇게 최상단의 사이클론(11)으로부터 순차적으로 다단 사이클론(11)을 통과할 때, 시멘트 원료는 충분히 예열되고, 최하단의 상 일단의 사이클론(11)에서 분해로(20)로 공급된다.

분해로(20)는 상하 방향으로 연장되어 회전 가마(30)의 가마 하부에 설치되고, 구체적인 상태는 도 2와 도 3을 참조하여 아래에서 서술하며, 그 하부에 회전 가마(30)에서 발생한 고온의 가마 폐가스가 유입되고, 동시에 상술한 바와 같이 사이클론(11)을 통해 분해로에 시멘트 원료가 공급된다. 또한 분해로(20)의 하부에는 상기 가스화로에서 발생한 열분해 가스와 미세 탄소분 등이 공급되고, 공랭식 냉각기(40)에서 발생한 고온의 냉각기 폐가스가 공급되어 연소용 공기로 사용된다. 이러한 열분해 가스와 연소용 공기는 분해로(20) 내부의 음압을 통해 흡인되는데, 다른 각도에서 보면, 이는 가마 폐가스를 이용하는 동시에 유도 통풍기(52)에 의해 유도되는 것이다.

분해로(20) 하단에 대략 "L"자 모양의 하부관(21)이 연결되고, 그를 다시 회전 가마(30) 사이에 연결하며, 하부관(21)은 분해로(20) 하단에서 하부로 연장된 후 회전 가마(30) 측으로 굽어지며, 대체로 수평으로 연장된다. 하부관(21)을 통해 분해로(20)의 하부로 고온의 가마 폐가스가 유입되고, 분사되듯이 상부로 송풍된다.

이와 같이 상부로 송풍되어 분해로(20) 내부에서 상승할 때, 시멘트 원료는 900℃ 정도로 가열되고, 석회 성분의 80% ~ 90%는 탈이산화탄소 반응을 진행한다. 그 다음 분해로(20)의 최상부에 연결된 상부관(22)을 통해 현가식 예열기(10) 최하단 사이클론으로 수송된다. 여기서, 가마 폐가스는 시멘트 원료와 분리되어, 상단 사이클론(11)으로 이동하고, 한편, 시멘트 원료는 사이클론(11)의 하단에서 낙하하여 회전 가마(30) 입구에 도착한다.

회전 가마(30)는 예를 들면 70 ~ 100m의 가로로 긴 원통 모양의 회전 가마로 입구에서 출구를 향해 약간 아래로 경사지게 배치된 것이다. 회전 가마는 그 중심축을 둘레로 천천히 회전하여, 시멘트 원료를 출구 쪽으로 수송한다. 출구 쪽에는 연소장치(31)가 설치되고, 석탄, 천연가스, 중유 등이 연소하면서 발생한 고온의 연소가스를 입구 쪽으로 분사한다. 연소가스에 덮인 시멘트 원료는 화학반응(시멘트 소성 반응)을 진행하여, 그 일부는 반 용융상태로 소성된다.

그 시멘트 소성물은 공랭식 냉각기(40)에서 냉풍으로 급냉되어, 과립 형태의 시멘트 클링커를 형성한다. 또한 도면과 상세한 설명에서는 생략했지만, 시멘트 클링커는 클링커 창고에 저장한 후, 석고 등을 첨가하여 성분을 조절하고, 그 다음 연마 분쇄를 통해 미세분말(정제 가공 공정)로 만든다. 한편, 소성물에서 얻은 열량으로 냉각기 폐가스는 800℃ 정도로 상승하고, 상술한 바와 같이, 연소용 공기로서 분해로(20)에 공급된다. 다시 말하면, 폐열을 회수하여 분해로(20)의 연소용 공기의 온도를 상승시켜, 열 효율을 높일 수 있도록 하였다.

-분해로의 구체적인 구조-

이하, 상기 도 2a, 도 2b, 도 3a ~ 3d를 참조하여 본 실시예의 분해로(20)의 구조, 특히 열분해 가스와 연소용 공기가 적절히 유입될 수 있는 구조에 대해 자세히 설명한다. 도 2a는 회전 가마(30)를 우측에서 관찰하여 도시한 분해로(20)의 정면도이고, 도 2b는 회전 가마(30) 측에서 분해로를 관찰한 우측면도이다. 도 2c는 하기 변형예의 분해로를 도시하였다. 도 3a ~ 도 3c는 각각 분해로(20)의 하부를 확대 도시한 정면도, 우측면도, 좌측면도이고, 도 3d는 분해로(20)의 하부를 확대 도시한 조감도이며, 여기서 분해로의 일부는 생략하였다.

도 2a, 2b에서 도시한 바와 같이, 분해로(20)는 상하로 연장된 원통 형태이고, 그 상단부터 하부까지의 대부분은 직경이 거의 동일한 측벽부(23)(원통 형태 외주벽)이고, 그 하부에는 아래가 비교적 좁은 경사벽(24)이 연결된다. 경사벽(24)의 하단에는 대체로 "L"자 모양인 하부관(21)의 상단부가 연결된다. 상술한 바와 같이, 고온의 가마 폐가스는 제트 기류를 형성하여 하부관(21)을 통해 회전 가마(30)로부터 유입되고, 분해로(20) 속에서 하단에서 상부로 송풍된다.

도 3a의 회색 화살표로 도시한 바와 같이, 하부관(21)에서 흐르는 가마 폐가스는 회전 가마(30)의 측면(우측)에서부터 대체로 "L"자 모양인 하부관(21)의 수평부분에 유입되고, 굴절 부분에서 상부로 방향이 전환된다. 이렇게 유동하는 방향이 변경될 때, 하부관(21)의 내벽이 받는 힘의 작용으로 인해, 분해로(20)의 하부를 통해 상승하는 가마 폐가스의 주요기류는 회전 가마(30) 측으로 편향(도면에는 과장된 표시가 있음)된다.

그 다음, 가마 폐가스의 주요기류는 분해로(20)의 내부를 통해 상승하면서 천천히 중심부로 모이고, 연소용 공기의 회전류의 영향을 받아 회전 성분을 가지도록 변한다. 이러한 가마 폐가스 기류는 시멘트 원료를 상부로 불어 올리면서 분해로(20)의 상단에 도착하며 그곳에서 상부관(22)을 향해 흐르며, 상부관(22)은 상부로 연장된 후, 하부관(21)의 반대측으로 굽어져 최하단의 사이클론(11)(도 1 참조)에 도달한다.

분해로(20)의 하부에 연료로서 미세 탄소분과 연소용 공기를 공급하여, 이런 가마 폐가스와 적절히 서로 간섭하게 하고, 적절히 혼합하여 온도를 상승시킨다. 다시 말하면, 도 3a ~ 3c에서 확대 도시한 바와 같이, 분해로(20)의 하단의 경사벽(24)에는, 연소용 공기의 도입구(25)가 수평면에 대하여 아래로 경사진 상태로 설치된다. 상기 공기 도입구(25)에 상술한 바와 같이 공랭식 냉각기(40)에서 발생한 고온의 냉각기 폐가스를 공급한다.

공기 도입구(25)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 분해로(20)의 측벽부(23)의 정면 쪽에 설치되고, 도 3d에서 도시된 바와 같이, 상부에서 보았을 때, 분해로(20)의 중심의 상하 축선(20a)(원통 축선)을 향한 것이 아니라, 그와 상대적으로 30 ~ 45도 정도 원주 방향을 향해 있다. 따라서, 공기 도입구(25)를 통해 분해로(20) 속으로 도입된 연소용 공기 기류는 도 3b에서 흰색 화살표로 도시한 바와 같이, 경사벽(24)의 내주면을 따라, 상하 축선(20a)을 에워싸고 회전한다.

또한, 공기 도입구(25)의 단면 형태는 도시된 바와 같이 윗면이 아랫면보다 긴 사다리꼴 모양이고, 빗면은 각각 대응한 경사벽(24)의 경사각만큼 경사진다. 공기 도입구(25)의 유입 단면적은 하기 연료 공급구(26)와 가스 도입구(27)보다 크기 때문에, 그 유량도 비교적 크다. 그 유량이 비교적 많은 연소용 공기의 회전 기류와 하부에서 유입된 가마 폐가스 주요기류는 적절히 서로 간섭한다. 또한 도 4b에서 도시한 바와 같이, 공기기류는 회전하면서 상승하고, 한편 가마 폐가스는 도 4a에서 도시한 바와 같이, 상승하면서 회전한다.

도 4a, 4b는 CFD 시뮬레이션 도면이고, 회전 가마(30) 쪽에서 관찰하여, 분해로(20) 내부의 가마 폐가스 기류와 연소용 공기 기류를 각각 흐름선으로 시뮬레이션하여 도시하였다. 도 4a에서 알 수 있듯이, 가마 폐가스 주요기류는 분사기류를 형성하여 그 하단을 통해 분해로(20) 내부로 유입되어, 좌측의 공기 도입구(25)를 통해 유입된 연소용 공기 기류(흰색 화살표로 도시)에 밀려 도면의 우측으로 편향되고, 그 다음 회전하면서 천천히 회오리처럼 상승한다.

한편, 도 4b에서 알 수 있듯이, 공기 도입구(25)를 통해 유입된 연소용 공기 기류는 분해로(20)의 하단의 경사벽(24)에서 회전하는 한편, 하부에서 유입되는 폐가스 기류(회색 화살표로 도시)에 의해 위로 밀려 상부로 올라간다. 연소용 공기 기류의 일부는 가마 폐가스 주요기류를 따라 급격히 상승하지만, 다른 일부 기류는 가마 페가스 주요기류를 둘러싸고 회전하면서 상승한다.

분해로(20)의 측벽부(23)의 최하부에는 연료 공급구(26)가 설치되어, 위와 같이 회전하면서 상승하는 공기기류와 혼합된다. 연료 공급구(26)를 통해 공급되는 연료는 예를 들면 미세 탄소분, 천연가스, 중유 등이고, 미세 탄소분을 사용할 경우 공기 기류를 통해 수송하고, 연료 공급구(26)를 통해 분해로(20)를 향해 불어 넣으면 된다. 천연가스 또는 중유를 연료로 사용할 경우, 소정의 압력으로 연료 공급구(26)에서 분사하면 된다.

도 3a ~ 3c에서 각각 도시한 바와 같이, 두 개의 연료 공급구(26)가 측벽부(23)의 정면과 배면에 각각 대략 수평으로 연장되어 설치된다. 또한, 도 3d에서 알 수 있듯이, 두 개의 연료 공급구(26)는 회전 가마(30) 측과 그 반대측에 나뉘어져 평행하게 설치된다. 다시 말하면, 두 개의 연료 공급구(26)는 동일한 원주면에서 서로 180도 정도 이격된 원주의 절단면에 설치되어, 각각 측벽부(23)의 내주면을 따라 연료를 투입할 수 있도록 하였다.

또한, 두 개의 연료 공급구(26) 중에서, 측벽부(23) 정면 쪽의 연료 공급구의 상부에는 열분해 가스 도입구(27)가 설치되고, 그 상부에는 시멘트 원료 투입구(28)가 설치된다. 가스 도입구(27)는 상술한 가스 수송라인(6)을 이용해 폐기물 처리설비(100)에서 이송된 열분해 가스를 하기 설명할 소정의 상태로 분해로(20)에 유입한다. 또한 상술한 바와 같이 사이클론(11)에서 낙하한 시멘트 원료는 원료 도입구(28)를 통해 투입된다.

도 3a ~ 3c에서 도시한 바와 같이, 가스 도입구(27)는 공기 도입구(25) 상부에 소정의 간격(예를 들면 2 ~ 6m)으로 설치되고, 도면에서, 공기 도입구(25)와 마찬가지로 수평면에 대응하여 하부로 열분해 가스를 도입한다. 또한 도 3d에서 알 수 있듯이, 가스 도입구(27)는 분해로(20)의 측벽부(23)에서 회전 가마(30)의 반대측에 설치되고, 원주 방향을 향하므로, 측벽부(23)의 내주면을 따라 열분해 가스를 도입한다.

가스 도입구(27)를 통해 도입된 열분해 가스는 분해로(20)의 측벽부(23)의 내주면을 따라 유동하고, 예를 들면 도 3b의 검은색 화살표로 도시한 바와 같이, 연소용 공기의 회전 기류(흰색 화살표로 도시)의 상부에서 상하 축선(20a)을 둘러싸고 회전한다. 다시 말하면, 가스 도입구(27)를 통해 도입된 열분해 가스는 분해로(20)의 대략 중앙에서 유입된 가마 폐가스의 주요기류를 둘러싸고 회전하면서 유동하고, 그 주요기류와 직접적으로 간섭이 발생하지 않는다.

또한, 열분해 가스의 회전류의 하부에서 더욱 많은 유량의 연소용 공기의 회전류를 형성하여 열분해 가스 기류와 가마 폐가스 기류의 간섭을 억제한다. 다시 말하면, 도 4a 등을 참조하면, 상술한 바와 같이 가마 페가스의 주요기류는 분해로(20)의 하부에서 연소용 공기 기류의 압력을 받아 공기 도입구(25)의 반대측으로 편향되기 때문에, 열분해 가스를 가마 폐가스 주요기류가 편향된 측의 반대쪽으로 유도할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 도 3a 등을 참조하면, 상술한 바와 같이, "L"자 모양의 하부관(21)에서, 굽어진 가마 폐가스 주요기류가 분해로(20)의 하부를 통해 상승할 때 회전 가마(30) 쪽으로 편향하여, 열분해 가스를 그 반대쪽으로 유도하므로, 이를 통해 열분해 가스 기류와 가마 폐가스 기류의 간섭을 억제할 수 있다.

이렇게 함으로서, 열분해 가스 기류와 가마 폐가스 기류의 상호 간섭이 억제되고, 한편, 도 4b를 참조하면, 상술한 바와 같이, 연소용 공기의 회전류는 하부에서 유입된 가마 폐가스 기류와 서로 간섭하여 충분히 승온되며, 동시에 위로 밀려 올라간다. 이렇게 위로 밀려 올라간 연소용 공기 기류가 그 상부에서 회전하는 열분해 가스와 충분히 혼합되어 상승하면, 열분해 가스가 충분히 연소할 수 있다.

여기서, 열분해 가스가 분해로(20)에 유입되는 방향을 다르게 하여 조사한 결과에 대해 설명한다. 예를 들면, 도 3d에서 도시한 바와 같이, 회전 가마(30) 측을 기준으로, 각도 θ₁은 가스 도입구(27)의 수평면 내의 위치와 방향을 표시하고; 도 3c에서 도시한 바와 같이, 각도 θ₂는 가스 도입구(27)의 수평면에 대하여 아래로 경사진 각도를 표시한다. 그 아래로 경사진 각도 θ₂에 대해, 가스화로(1)부터 회전 가마(30) 측까지 이어지는 가스 수송라인(6)은 기본적으로 수평이기 때문에, 가스 도입구(27)는 적어도 아래로 경사(θ₂>0)져도 별문제가 없다. 그러나 도 6에서 도시된 바와 같이, 만약 θ₂가 너무 크면, 열분해 가스 기류의 회전(수평 방향의 속도)이 적어지기 때문에, θ₂는 최대 40도 이하여야 하고, 30도 이하인 것이 바람직하다.

또한, 열분해 가스가 가마 폐가스 또는 연소용 공기와 혼합되는 것을 감안하면, 가스 도입구(27) 쪽의 열분해 가스의 유속이 빠르면 빠를수록 좋지만, 만약 유속이 빨라지면, 가스 도입구(27)의 압력 손실이 커지는데, 예를 들면 가스의 유속이 30m/s인 경우 0.3 ~ 0.5kPa 정도이다. 따라서, 가스 도입구(27)의 압력 손실이 너무 커지지 않게 하기 위해, 열분해 가스의 유속은 30m/s이하인 것이 바람직하다. 한편, 만약 가스 유속이 느리면, 가스의 회전력이 작아, 가마 폐가스에 너무 많이 수반되기 때문에, 가스 유속은 가급적이면 가마 폐가스 유속과 같은 정도인 5m/s이상인 것이 바람직하다.

또한, 도 7은 열분해 가스 속의 일산화탄소(CO)가 분해로(20) 내부에서 확산되는 상황을 조사하기 위해 실시한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 7의 가로축은 열분해 가스 투입구에서부터 계산한 높이를 표시하고, 세로축은 일산화탄소 농도의 무차원 표준편차를 표시하며, 다시 말하면, 일산화탄소 농도의 무차원 표준편차가 작을수록, 분해로(20) 속의 열분해 가스의 혼합이 잘 되었다고 볼 수 있다. 본 시뮬레이션에서는 일산화탄소의 연소를 고려하지 않았다.

도 7에서 알 수 있듯이, 열분해 가스 투입구 근처에서, 일산화탄소 농도의 무차원 표준편차가 크고, 열분해 가스는 충분히 혼합되지 않았다. 이로부터 알 수 있듯이 열분해 가스 투입구가 높을수록, 일산화탄소 농도의 무차원 표준편차는 더 작아지며, 열분해 가스와 공기의 혼합이 촉진된다.

또한 그 도면에서 표시한 상황(A), 상황(C1), 상황(C2), 상황(D1), 상황(D2)는 열분해 가스를 분해로(20)에 도입하는 방향이 서로 다른 다섯 가지 경우이다. 구체적으로 말하면, 도 3d에서 도시한 가스 도입구(27)의 수평면의 방향을 회전 가마(30) 쪽을 기준으로 표시한 θ₁이 서로 다른 세 가지 경우 및 도 3c에서 도시한 가스 도입구(27)의 수평면에 대하여 아래로 경사진 각도 θ₂가 서로 다른 두 가지 경우이다. 더 구체적인 내용은 아래 표를 참조한다.

	상황(A)	상황(C1)	상황(C2)	상황(D1)	상황(D2)
θ₁	70도	95도	95도	135도	135도
θ₂	20도	20도	25도	20도	25도

도 7의 그래프를 자세히 보면 알 수 있듯이, 상황(A) 즉, θ₁이 70도일 때, 열분해 가스 도입구(27)의 높이가 높아짐에 따라, 상황(C1), 상황(C2), 상황(D1), 상황(D2)와 비교할 때, 열분해 가스와 공기의 혼합 정도가 떨어진다. 상황(C1), 상황(C2) 즉, θ₁이 95도인 때와 상황(D1), 상황(D2) 즉, θ₁이 135도인 때를 비교한 결과, 상황(D1), 상황(D2)의 열분해 가스와 공기의 혼합이 더 잘 되었음을 알 수 있다. 한편, 가스 도입구(27)의 경사각에 대해, θ₂가 20도인 경우와 25도인 경우는 의미있는 차이를 보이지 않았다.

상기 구조를 가진 분해로(20)는, 상술한 바와 같이, 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스는 숯과 회분의 함량이 그대로인 상태로 수송라인(6)을 통해 수송된다. 회전 가마(30)에서 발생한 고온의 가마 폐가스는 분해로(20)에 유입되어, 분사기류를 형성하여 상부로 송풍되지만, 열분해 가스가 도입될 때, 가마 폐가스와 직접적으로 간섭이 발생하지 않도록 하였기 때문에, 열분해 가스와 숯이 날아가 버리지 않고, 분해로(20) 속에서 충분히 연소될 수 있다.

즉, 분해로(20)의 외주벽(23)의 하부에 설치된 가스 도입구(27)를 통해, 열분해 가스가 가마 폐가스 주요기류를 에워싸고 회전하도록 유입되는 동시에 그 하부에 유량이 더욱 큰 연소용 공기의 회전류가 형성되기 때문에, 연소용 공기를 먼저 하부에서 유입된 가마 폐가스 기류와 간섭하게 하면, 가마 폐가스 기류가 열분해 가스를 날려 보내는 경우가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

그 다음 가마 폐가스를 통해 온도가 상승한 연소용 공기를 그 상부에서 회전하는 열분해 가스와 충분히 혼합시켜, 점화성능과 연소 성능을 향상시키고, 그 다음 가스 도입구(27)에 근접하여 설치된 연료 공급구(26)를 통해 미세 탄소분과 같은 연료를 공급하여, 점화 연소되게 하므로, 불씨로서 열분해 가스의 점화성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

-분해로의 변형예-

또한, 상술한 바와 같이, 제1 실시예에서는, 시멘트 제조설비(200)의 분해로(20)에 열분해 가스를 유입하여, 그 기류가 가마 폐가스 주요기류를 둘러싸고 회전하도록 하는 동시에, 그 하부에 연소용 공기를 도입하여 하부에서 회전하도록 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

다시 말하면, 연소용 공기는 열분해 가스 회전류의 상부에서 분해로(20)에 유입되어도 되고, 연소용 공기와 열분해 가스 양자 모두 회전하지 않고 유입되어도 된다. 간략히 말하면, 열분해 가스를 분해로(20) 속의 가마 폐가스 주요기류와 직접적으로 간섭이 발생하지 않게 도입하기만 하면 되기 때문에, 예를 들어 가마 폐가스가 회전류를 형성하여 분해로(20)에 유입될 경우, 열분해 가스는 그 회전류의 회전중심을 따라 유입될 수도 있다.

또한, 제1 실시예에서는, 열분해 가스와 연소용 공기가 분해로(20)의 외주벽(23)에서 회전 가마(30)의 반대쪽에서 유입되었지만 이에 한정되지 않고, 예를 들어 회전 가마(30) 쪽에서 유입되어도 되고, 도 2c에 도시된 바와 같이 공기 도입구(25)의 중간에 가스 도입구(27)를 연결하여, 먼저 열분해 가스와 연소용 공기를 혼합한 후 분해로(20)에 유입해도 된다.

또한, 열분해 가스 도입구(27)의 수량도 하나에 한정되지 않는다. 만약 폐기물 처리설비(100) 속에 가스화로(1)가 두 대 이상 설치되어 있다면, 각 가스 수송라인(6)을 이용해 각 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스를 수송하여 각 분해로(20)에 유입시켜도 된다.

예를 들면, 도 5a ~ 5d에서는 분해로(20)에 두 개의 가스 도입구(27)가 설치된 변형예를 도시하였다. 그 변형예에서, 가스 도입구(27)의 수량과 위치만 제1 실시예의 분해로(20)와 다르고, 다른 부분은 모두 같다. 도 5a ~ 5c에서 도시한 바와 같이, 변형예에 따른 분해로(20)에서는, 두 개의 가스 도입구(27)가 각각 회전 가마(30) 측과 반대측에 제1 실시예처럼 수평면에 대해 아래로 경사지게 설치되었다.

또한, 도 5d에서 도시한 바와 같이, 조감시, 두 개의 가스 도입구(27)는 원주 방향을 향하고 있고, 각각 측벽부(23)의 내주면을 따라 열분해 가스를 도입하며, 서로 180도 이격되어 평행으로 설치되었다. 다시 말하면 두 개의 가스 도입구(27)는 동일한 원주면에서 열분해 가스를 도입하여 동일한 회전류를 형성한다. 이렇게 회전이 강화된 회전기류는 가급적 열분해 가스를 서로 떨어진 부위로 유인하여, 열분해 가스의 연소성능을 더욱 향상시킨다.

-배기라인-

상술한 구조를 기초로, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 실시예의 시멘트 제조설비(200)에는, 현가식 예열기(10)와 분해로(20)를 통해 순환할 때 가스 속의 염소 성분과 알칼리 성분이 농축되는 것을 방지하기 위해, 바이패스 라인(60)이 더 설치되어 있다. 다시 말하면, 본 실시예처럼 시멘트 제조설비에서 폐기물의 열분해 가스를 혼합 연소할 때, 본래의 폐기물에 포함된 염소 성분과 알칼리 성분의 영향으로 시멘트 클링커 속의 염소성분과 알칼리 성분의 농도가 점차 증가하는 경향이 있고, 부착이 발생하는 번거로움이 발생할 수 있다.

따라서, 도시한 시멘트 제조설비(200)에서는, 분해로(20)의 하부(또는 하부관(21))에 연결된 바이패스 라인(60)을 이용해 가스의 일부를 뽑아내고, 냉각기(60)를 통해 냉각한 후 사이클론(62)(분급기)으로 이송하여 분진을 분급한다. 팬(63)을 이용해 냉각기(61)에 냉풍을 송풍하고, 추출한 가스를 염화물 등의 용융점 이하로 급냉하며, 추출한 가스 속의 염소 성분 또는 알칼리 성분을 고체(분진)로서 분리한다.

그 다음 사이클론(62)을 이용해 추출한 가스 속의 먼지를 굵은 분말과 미세 가루로 분급하고, 염소와 알칼리 성분을 거의 포함하지 않은 굵은 분말은 사이클론(62)의 하단을 통해 낙하하고, 일부분이 생략되어 도시된 회수라인(60a)을 통해 분해로(20)로 돌아간다. 한편, 염소 성분과 알칼리 성분의 농도가 높은 미세 분말은 사이클론(62)을 통해 추출된 가스와 함께 바이패스 라인(60)의 하류측 라인(60b)으로 배출되어, 집진기(54)를 통해 포집된다.

또한, 도 1에서는 바이패스 라인(60)의 하류측 라인(60b)을 폐가스 라인(50)의 중간에 연결하고, 가마 폐가스를 연통(51)으로 수송하는데 사용하는 유도통풍기(52), 가스냉각기(53), 및 집진기(54)를 공용하는 것으로 도시하였지만, 실제 장치에는 바이패스 라인(60)에 전용 유도 통풍기, 가스 냉각기, 및 집진기가 설치되어 있고, 폐가스 라인(50)으로부터 독립되어 있다.

-열분해 가스의 유량 비율-

상술한 바와 같이, 본 실시예의 폐기물 처리설비(100)에서는, 시멘트 제조설비(200)에서 가마 폐가스를 유도하는데 사용되는 음압을 이용하여, 가스화로(1) 속에서 열분해 가스를 인출하고, 가스 수송라인(6)을 통해 분해로(20)로 수송한다. 또한, 분해로(20)에서는, 유도 통풍기(52)를 이용해 가마 폐가스를 유도하여, 음압 상태를 형성하고, 만약 폐가스의 유량이 충분히 많으면, 그보다 상대적으로 양이 적은 열분해 가스가 유입되더라도, 충분히 큰 음압을 유지할 수 있다.

본 실시예에서, 시멘트 제조설비(200)의 폐가스 양은 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스의 양의 10 배 이상이기 때문에, 분해로(20)의 음압 상태가 안정적이고, 따라서, 안정적인 음압을 이용해 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스를 수송할 수 있으므로, 가스 수송라인(6)에 송풍기를 설치하지 않는다. 또한, 가스화로(1) 내부도 음압이 유지되므로, 열분해 가스는 외부로 유출되지 않는다.

그러나, 만약 열분해 가스의 유량이 많아서, 분해로(20)의 연소상태와 가스화로(1) 속의 열분해 가스의 발생량 등에 변동이 생길 때, 가스화로(1)가 잠시 음압 상태를 유지하지 못하고, 열분해 가스가 외부로 유출될 가능성이 있다. 본 발명의 발명인은 열분해 가스의 가마 폐가스 유량에 대한 유량 비율을 단계적으로 증가하는 한편, 시뮬레이션을 이용해 그로 인해 발생한 가스화로(1) 내부의 압력 변화를 확인하였다.

우선, 도 8a ~ 8c는 본 실시예처럼 유량 비율을 1/10 정도로 정하였을 때의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 8a는 가스화로(1)의 유동층에 이송되는 공기량의 변동을 고려하여, 그것을 외부 간섭으로 제공했을 때 가스화로(1)의 열분해 가스 발생량의 변동 상태를 도시하였다. 가스량의 변동은 시뮬레이션을 통해 구했다. 한편, 실제 시멘트 분해로 실험을 통해, 그 내부 기압의 변동 상태를 측정하였고, 도 8b의 그래프는 그 변동 폭을 3배 확대한 결과이다.

상기 가스화로의 가스 발생량의 변동과 분해로의 가스 압력의 변동에 따라 시뮬레이션했을 때, 도 8c에서 도시한 바와 같이, 가스화로(1) 내의 가스 압력 변동을 표시하는 그래프를 얻었다. 이로부터 가스 압력이 최대가 -0.5kPa이하이고, 유량 비율이 1/10인 여유로운 상태에서, 열분해 가스 발생량에 변동이 있다 해도, 가스화로(1) 내부는 적절한 음압 상태를 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이하, 도 9는 열분해 가스 유량의 유량비율과 가스화로(1) 내의 압력의 상호 관계를 표시하였다. 관계 그래프에서, 실선은 어느 한 유량 비율에서 가스화로(1) 내의 압력의 평균값을 표시하고, 위와 같은 변동을 고려한 것은 점선으로 표시한 관계 그래프이다. 관계 그래프의 좌측단(유량 비율=0)에서 도시한 바와 같이, 가마가 단독으로 작동될 때 분해로 압력은 -0.9kPa을 채용한다. 유량 비율의 증가에 따라, 즉 열분해 가스 발생량의 증가에 따라, 가스화로(1) 내부의 압력이 높아져, 대기압에 근접하게 된다.

관계 그래프에서 알 수 있듯이, 만약 본 실시예에서처럼 유량 비율이 0.1=1/10 정도이면, 가스화로(1) 내부의 압력은 -0.5 ~ -0.7kPa이고, 열분해 가스의 유량 비율이 0.2 정도일 때, 실선으로 표시한 관계 그래프에서 도시한 바와 같이, 가스화로 내 압력의 평균값은 대략 대기압(0)과 같다. 이런 상황에 따라, 그 음압으로 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스를 시멘트의 분해로(20)로 수송하기 위해서는, 반드시 열분해 가스의 유량을 가마 폐가스의 유량의 1/5 이하로 감소시켜야 한다.

그러나, 상기 시뮬레이션에서는 기존의 시멘트 공장에 대해 거의 아무런 변경도 가하지 않고, 그 근처에 설치한 폐기물 처리설비(100)의 상황에 대해 시뮬레이션하였다. 다시 말하면, 통상 시멘트 공장에서는, 가마 폐가스를 배출하는 유도 통풍기(52)의 용량에 10% 가량의 여유량이 있게 하였는데, 상술한 바와 같이, 열분해 가스 유량이 증가하여, 가스화로(1) 내부에서 음압을 유지할 수 없게 되는 것은, 열분해 가스의 공급을 통해 분해로(20)에서 발생한 폐가스 유량이 10% 정도 증가되었을 때이다.

여기서, 일반적인 폐기물의 발열량은 1000 ~ 3000kCal/kg으로, 석탄 등보다 낮기 때문에, 단위 연료 가스량의 발열량도 작다. 따라서, 만약 분해로(20)에서의 연소를 통해 필요한 발열량을 확보하는 것을 전제로 하고, 발열량이 낮은 폐기물에서 발생한 열분해 가스를 추가한다면, 분해로(20)에서 발생한 폐가스를 포함해야 하고, 따라서 열분해 가스와 미세 탄소분의 연소가스와 가마 폐가스를 추가한 폐가스의 총 유량이 증가한다.

예를 들면, 석탄의 발열량을 5500kCal/kg으로 가정하여 계산하면, 열분해 가스를 추가하여 생성된 총 폐가스 유량의 변화는 도 10a의 관계 그래프에서 도시한 바와 같다. 그 관계 그래프의 가로축은 열분해 가스의 유량과 가마 폐가스 유량의 비율이고, 세로 축은 총 폐가스의 유량 비율, 즉 열분해 가스를 추가하지 않았을 때, 기준으로 한 분해로(20)에서 발생한 총 폐가스 유량의 증가 비율이다. 그 도면에 의하면, 열분해 가스 유량 비율이 증가할수록, 분해로(20)에서 발생한 총 폐가스 유량이 더욱 증가한다.

또한 도면에서 실선, 점선, 일점쇄선으로 순차적으로 도시한 바와 같이, 폐기물의 발열량이 낮을수록, 동일한 유량 비율이라 하더라도, 총 폐가스 유량도 증가한다. 각 관계 그래프에서 도시한 폐기물 발열량은 각각 2500kCal/kg, 1400kCal/kg, 1000kCal/kg이다. 점선으로 표시한 관계 그래프에서 도시한 바와 같이, 만약 폐기물의 발열량이 1400kCal/kg이고, 열분해 가스의 유량 비율이 0.2일 때, 총 폐가스 유량 비율은 1.1이다. 도 9를 참조하면, 상술한 바와 같이, 대응되는 시멘트 공장의 가마 폐가스의 통풍 시스템에 10% 가량의 여유량이 있을 때, 만약 유량 비율이 0.2이면, 대응되는 가스화로(1) 내부는 정압이다.

그와 상대적으로, 만약 기존의 시멘트 공장의 가마 폐가스의 통풍 시스템이 보강되거나 또는 새로 건립한 시멘트 공장인 경우 통풍 시스템의 여유량을 비교적 크게 설정하였다면, 설령 유량 비율이 더욱 증가하여도, 가스화로(1) 내부를 음압으로 유지할 수 있는데, 20% ~ 25% 가량의 여유량이 있다고 가정하면, 상기 도 10a의 일점쇄선으로 표시한 관계 그래프에 따르면, 폐기물의 발열량이 상대적으로 낮은 1000kCal/kg일 경우에도, 유량 비율을 0.3 정도로 증가할 수 있다.

아래의 도 10b의 관계 그래프에서, 세로축은 분해로(20)에서 연소하여 발생한 열량 중 미세 탄소분이 연소하여 발생한 열량의 비율(석탄 발열량 비율)이고, 가로축의 유량 비율과의 상호 관계를 조사한 것이다. 유량 비율이 높을수록, 연료 중 열분해 가스가 점한 비율이 더 높았고, 따라서 석탄 발열량 비율은 낮아지고, 열분해 가스의 발열량이 더 컸으며, 그 정도는 순차적으로 일점쇄선, 점선, 실선의 순서로 점차 증가하였다.

또한 알 수 있듯이, 유량 비율이 높은 경우일수록, 열분해 가스 발열량이 다름으로 인해 발생한 석탄 발열량 비율의 변화가 더욱 컸고, 열분해 가스 발열량의 기복으로 인한 연소 온도도 커졌다. 다시 말하면, 열분해 가스의 유량 비율이 높을수록, 폐기물 종류 등이 상이함으로 인해 발생한 발열량의 변동이 분해로(20)의 연소 온도에 더욱 심하게 반영되며, 분해로(20)의 온도에 변동이 생긴다.

이 점에 대해, 도 10b의 세 개 관계 그래프을 보면, 유량 비율이 0.3일 때 석탄 발열량 비율의 평균값은 약 0.8이고, 다시 말하면, 그때 열분해 가스와 미세 탄소분의 연소로 발생한 발열량 중에서 약 80%는 미세 탄소분의 연소로 인해 발생한 열량이다. 다시 말하면, 만약 열분해 가스의 유량 비율을 0.3 이하로 하면, 미세 탄소분의 연소가 분해로(20)의 온도에 대해 지배적이 되게 할 수 있고, 열분해 가스의 발열량의 기복이 크다 하더라도, 시멘트 제조설비(200)의 안정적인 작동을 실현할 수 있다.

본 실시예에서는, 이송장치(4)의 작업 속도를 제어하는 것을 통해 가스화로(1)의 폐기물 투입량을 조절하고, 유량 비율을 1/10 정도로 하는 동시에 송풍기(5)의 회전속도를 제어하고 조절 스로틀의 개도를 제어하는 것을 통해 열분해 가스의 발생량을 조절, 제어한다. 일 예로서, 가스화로(1)의 음압과 가스 수송라인(6) 속의 열분해 가스의 유량을 측정할 수 있거나, 또는 분해로(20)의 음압과 폐가스 유량 등을 측량할 수 있으며, 그 계측값에 따라 제어를 한다.

상술한 바와 같이, 제1 실시예의 폐기물 처리설비(100)에서, 가스화로(1) 속에서, 폐기물에서 발생한 열분해 가스를 그에 포함된 숯과 회분을 원래 그대로 유지한 상태로, 수송라인(6)을 통해 시멘트 제조설비(200)로 수송하여, 분해로(20)에 유입시킨다. 이때 열분해 가스의 유량과 가마 폐가스의 유량의 비율은 소정값 이하로 제한되기 때문에, 분해로(20)의 온도 변동을 억제할 수 있고, 시멘트 제조설비(200)의 안전한 운행을 확보할 수 있다.

또한, 분해로(20)의 음압을 통해 열분해 가스를 수송하여, 가스 수송라인(6)과 가스화로(1) 내부를 음압 상태로 유지할 수 있기 때문에, 가스 수송라인(6)에 송풍기를 설치하지 않아도 되고, 열분해 가스 속의 숯과 회분 등이 송풍기 임펠러 등에 부착되고 쌓여 고장이 발생할 우려가 없다. 또한, 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스의 유출을 방지할 수 있다.

또한, 어떤 고장으로 인해 가스화로(1)의 운행이 정지되어, 분해로(20)에 열분해 가스와 숯의 공급이 정지하더라도, 미세 탄소분 등 보조 연료의 공급을 대응되게 증가시키기만 하면, 분해로(20)의 운행에 영향을 주지 않을 수 있다.

또한, 가스화로(1)는 유동층식 가스화로를 사용하고, 유동 모래의 유동을 통해 폐기물을 매우 미세한 정도로 분쇄하기 때문에, 열분해 가스 속의 숯과 회분의 입경도 쉽게 감소할 수 있으므로, 가스 수송라인(6) 내부에 숯과 회분이 부착되고 쌓이는 것을 억제하는데 유리하다. 미세 탄소분을 보조 연료로서 공급하므로, 저온 폐기물을 처리할 경우라도, 가스화로(1)의 온도를 충분히 상승시킬 수 있어, 가스 수송라인(6) 내부에 숯과 회분 등이 부착되고 쌓이는 것을 억제하는데 유리하다.

또한, 가스 수송라인(6)의 중간에 다수의 분사장치(6a)를 배치하여, 압축공기를 간헐적으로 분사하는데, 이를 통해, 가스 수송라인(6) 내부에 쌓인 숯과 회분을 제거할 수 있다. 열분해 가스를 분해로(20)에 도입하는 가스 도입구(27)를, 아래로 경사지게 하여, 숯과 회분이 부착되고 쌓이는 것을 억제할 수 있다.

-제2 실시예-

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐기물 처리설비와 시멘트 제조설비에 대해 설명한다. 상기 도면은 상기 제 1 실시예의 도 1에 대응한다. 또한, 본 실시예에서, 시멘트 제조설비(200)의 현가식 예열기(10)와 분해로(20)의 구조는 제1 실시예와 다르지만, 분해로(20)는 공기 도입구(25)가 없는 것 외에는 제1 실시예와 같기 때문에, 동일한 도면부호(20)를 사용하였다. 그 외의 동일한 구성요소에 대해서도 동일한 도면부호를 사용하였고 설명을 생략하였다.

또한, 상기 도면에서, 가스 수송라인(6)의 일부는 현가식 예열기(10)에 의해 가려져 있기 때문에, 설치된 장치(6a)는 도시 생략하였고, 마찬가지로, 편의를 위해 바이패스 라인(60)의 도시도 생략하였지만, 제1 실시예와 마찬가지로, 가스 수송라인(6)에는 다수의 분사장치(6a)가 설치되고, 또한 바이패스 라인(60), 냉각기(61), 사이클론(62) 등을 구비한다.

또한, 본 제2 실시예에 따른 시멘트 제조설비(200)에서, 현가식 예열기(10)는 2개의 시스템으로 나뉘고, 각 시스템은, 예를 들면 5단 사이클론(11)을 구비한다. 도면 좌측의 시스템은, 하단을 통해 가마 폐가스가 유입되고, 분해로(20)가 설치되지 않는 것 외에, 제1 실시예의 구조와 동일하다. 한편, 도면 우측의 시스템에서는, 분해로(20)가 설치되어 있지만, 여기에 유입되는 것은 가마 폐가스가 아니라, 공랭식 냉각기(40)에서 발생한 고온의 냉각 폐가스다.

냉각 폐가스는 제1 실시예의 가마 폐가스처럼 분해로(20) 하단을 통해 유입되고, 분사기류를 형성하여 상부로 분사(도면에서 쇄선으로 도시)된다. 그 냉각 폐가스는 분해로(20)내부로 유입되는 열분해 가스와 혼합되어, 그를 연소하는 한편 시멘트 원료를 위로 불어 올리며, 상부관(22)으로부터 최하단의 사이클론까지 도착한다. 또한 차례로 사이클론(11)을 통과하여 상승하고, 최상단의 사이클론(11)에서 폐가스 라인(50)을 향해 유출된다.

분해로(20)의 하부(자세한 도면은 생략함)에, 제1 실시예와 마찬가지로 사이클론(11)을 통해 시멘트 원료를 공급하고, 또한, 가스화로(1)에서 열분해 가스를 도입하는 가스 도입구(27)가 설치되지만, 그를 연소하는데 사용되는 공기의 도입구(25)는 설치되지 않는다. 때문에 상술한 바와 같이, 분해로(20)를 통해 위로 송풍되는 냉각 폐가스는 가마 폐가스와 달리, 대량의 산소를 포함하고 있다.

이 점 외에, 분해로(20)의 구조는 제1 실시예와 동일하여, 열분해 가스의 유량을 냉각 폐가스의 유량의 1/10 가량으로 제어하고, 동시에 그를 회전기류로 하여 가스 도입구(27)를 통해 분해로(20)에 유입시킨다. 다시 말하면, 본 실시예에서, 열분해 가스는 냉각 폐가스의 주요기류와 직접적으로 간섭이 발생하지 않는 상태로 분해로(20)에 유입된다. 또한, 열분해 가스는 수평면에 대하여 아래로 경사지게 설치된 가스 도입구(27)를 통해 분해로(20)에 유입된다.

따라서, 열분해 가스는 냉각 폐가스의 주요기류를 따라 분해로(20)를 스쳐 가는 것이 아니라, 유입된 냉각 폐가스의 주요기류 주위를 나선형으로 둘러싸고 회전하면서 천천히 혼합된 후 충분히 연소된다. 연소를 통해 냉각 폐가스의 온도가 900℃ 이상으로 상승하며, 이를 통해, 위로 불려 올라가는 시멘트 원료의 하소(탈이산화탄소 반응)를 촉진할 수 있다.

또한, 폐기물에서 발생한 열분해 가스에는 가끔 다이옥신이 포함되고, 그를 분해하기 위해 약 2초 이상의 시간 동안 850℃ 이상의 분위기를 유지하여야 하는데, 본 실시예에서는 분해로(20)에서 연소하는 열분해 가스의 온도를 4초 이상 900℃ 이상의 온도로 유지하므로, 다이옥신이 충분히 분해될 수 있다.

또한, 제2 실시예에서도, 열분해 가스의 유량을 냉각 폐가스의 유량의 1/10 정도로 억제하기 때문에, 그 발열량이 폐기물의 종류 등으로 인해 변동되어도, 분해로(20)의 온도 변동은 그리 크지 않다. 또한, 분해로(20) 내부에 형성된 음압을 통해 열분해 가스를 수송한다.

따라서, 본 제2 실시예에서 서술한 바와 같이, 설령 냉각 폐가스가 분해로(20)에 유입되는 경우라도, 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스와 분해로(20)에서 발생한 폐가스의 유량의 비율을 소정의 유량 비율 이하로 제한되기 때문에, 시멘트 제조설비(200)의 안전한 운행을 실현할 수 있고, 동시에 분해로(20)의 음압만 이용해 열분해 가스를 수송할 수 있다. 따라서, 가스 수송라인(6)에 송풍기를 설치하지 않아도 되기 때문에, 그 고장을 우려하지 않아도 된다.

-기타 실시예-

도 12와 도 13은 각각 시멘트 제조설비(200)의 분해로의 구조가 다른 변형예를 도시한다. 또한, 도 14는 분해로가 없는 경우를 도시한다. 이러한 실시예는 분해로의 구조 외에는 모두 상기 제1 실시예의 구조와 같기 때문에, 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 사용하였으며 그 설명은 생략한다.

우선, 도 12에서 도시한 실시예의 분해로(70)는 제1 실시예의 분해로와 마찬가지로, 회전 가마(30)의 가마 후면에 설치된 혼합실(71), 및 그 하부와 연통된 회전 분해실(72), 그 회전 분해실(72)에 배치된 연소장치(73)를 구비한다. 석탄, 천연가스, 중유 등이 연소하여 발생한 고온의 연소가스를 분출한다. 도면에서 도시한 회전 분해실(72)에, 공랭식 냉각기(40)에서 발생한 고온의 냉각기 폐가스(공기)가 회전 기류를 형성하면서 유입되고, 동시에 최하단의 상 1단의 사이클론(11)을 통해 예열된 시멘트 원료가 공급된다.

상기 시멘트 원료는 연소장치(73)에서 발생한 연소가스를 하소시키는 한편 혼합실(71)로 이송되고, 여기서 하부를 통해 유입된 가마 폐가스의 분사기류를 이용해 시멘트 원료가 위로 불어 올려진다. 다시 말하면, 혼합실(71)에서 시멘트 원료를 포함한 연소 가스와 가마 폐가스가 혼합되고, 양자는 혼합되면서 상승한다. 상승 기류를 따라 위로 상승할 때 시멘트 원료는 충분히 분해되고, 혼합실(71)의 최상부 출구에서 관로를 통해 최하단의 사이클론(11)으로 수송된다. 또한, 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스는 회전 가마(30)의 입구에서 혼합실(71)의 출구의 사이에 유입되거나, 또는 회전 분해로(72)와 혼합실(71) 사이에 유입되기만 하면 된다.

한편, 도 13에서 도시한 실시예의 분해로(75)는 대체로 제1 실시예와 같은 구조를 가지고 있고, 회전 가마(30)의 가마 후면에 상하 방향을 연장되는 구조로 설치되어 있으며, 그 상하 방향의 대략 중앙 부위에 환상(環狀)의 오목부(75a)가 형성되어, 그 오목부(75a)에서도 분해로(75)에 공기를 유입할 수 있는 구조로 형성된다.

다시 말하면, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 분해로(75) 하부에 공랭식 냉각기(40)에서 발생한 고온의 냉각 폐가스를 회전기류로서 도입할 수 있지만, 그 냉각기 폐가스의 공급로에서 분지되어 나온 분지관로를 통해 냉각기 폐가스의 일부를 상기 오목부(75a)에 유입하고, 그에 형성된 도입구를 통해 분해로(75)에 도입시킨다. 이렇게 도입된 냉각기 폐가스의 일부는 재연소용 공기로서 분해로(75) 내부에서 상승하는 가마 폐가스의 분사 기류에 공급된다. 본 실시예에서도 가스화로(1)에서 발생한 열분해 가스를 회전 가마(30)의 입구와 분해로(75) 출구 사이에 유입시키기만 하면 된다.

또한, 도 14에서 도시한 실시예에는 분해로가 설치되지 않고, 회전 가마(30)의 입구에 연결되는 하부관(21)와 현가식 예열기(10)의 최하단 사이클론(11)에 연결되는 상부관(22) 사이가 상승관로(29)를 통해 연결된다. 상승관로(29)에는 시멘트 원료와 가스화로(1)에서 각각 발생한 열분해 가스가 공급되고, 가마 폐가스의 분사기류를 이용해 상부로 불어 올려진다. 열분해 가스와 가마 폐가스에 포함된 산소는 반응하여 상승관로(29)와 현가식 예열기(10)에서 연소된다.

또한, 상기 각 실시예의 설명은 예시일 뿐, 본 발명은 그 적용물 또는 그 용도를 한정하지 않는다. 예를 들면 상기 각 실시예 등에서, 시멘트 분해로(20)의 음압만 이용해 열분해 가스를 수송하였지만 이에 한정되지 않는다. 분해로의 음압을 이용해 열분해 가스를 수송하는 방식은 보조적으로 송풍기를 추가하는 방식을 배제하지 않으며, 송풍기를 설치하지 않아도 음압을 이용해 열분해 가스를 분해로(20)에 수송할 수 있고, 가스화로(1) 내부를 음압 상태로 유지할 수 있다는 의미이다.

또한, 만약 발열량이 예를 들어 1000kCal/kg이상인 일반적인 폐기물만 처리해도 된다면, 그 일부를 연소하는 것을 통해 가스화로(1)의 유동층을 적절한 온도로 유지할 수 있기 때문에, 상기 각 실시예처럼 보조연료를 공급할 필요가 없으므로, 그를 위해 설치한 미세 탄소분 공급장치(7)를 생략할 수 있다. 마찬가지로, 만약 염소와 알칼리의 함량이 비교적 적은 폐기물만 처리한다면, 상기 각 실시예에서 바이패스 라인(60)을 생략할 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서, 가스화로(1)에서 분해로(20)까지 이어지는 가스 수송라인(6)에 분사장치(6a)을 배치하여, 적층된 숯과 회분 등을 바람으로 제거하도록 하였지만, 이도 생략할 수 있다.

또한, 폐기물 처리설비(100)의 가스화로(1)와 시멘트 제조설비(200)의 가마(소성로) 등의 구조도, 상기 각 실시예에 한정되지 않는다. 가스화로(1)는 유동층식에 한정되지 않고, 저온 가스화 방식의 가마 방식을 사용할 수도 있고, 고온 가스화 방식을 사용할 수도 있다. 또한, 소성로도 회전 가마(30)에 한정되지 않는다. 예를 들어 유동층식 가마일 수도 있다.

또한, 상기 각 실시예에서, 가스화로(1)에 공급하는 폐기물로서 가정에서 배출하는 일반 폐기물과 폐비닐을 포함한 공업 폐기물 등으로 가정하였지만, 이에 한정되지 않고, 가스화로(1)에 간벌목(Thinned wood), 톱밥 등 목재 폐기물이나, 또는 가축의 배설물, 하수도 슬러지와 같은 기타 동식물 연료 폐기물을 공급해도 된다.

본 발명에 따르면, 가스화로에서 발생한 폐기물의 열분해 가스를 그에 포함된 숯과 회분을 원래 그대로 유지한 상태로, 시멘트 분해로에 수송하여 연소할 수 있기 때문에, 기존의 시멘트 제조설비에 효율적으로 이용하여, 낮은 원가로 폐기물을 위생적으로 처리할 수 있어, 산업 이용 가치가 매우 높다.

100: 폐기물 처리설비
1: 가스화로
6: 가스 수송라인(가스 수송통로)
6a: 분사장치
7: 미세 탄소분 공급장치
200: 시멘트 제조설비
10: 현가식 예열기
20: 분해로
21: 하부관
23: 측벽부(원통 측벽)
24: 경사부
25: 공기 공급구
26: 연료 공급구
27: 가스 도입구(가스 도입 유닛)
30: 회전 가마(소성로)
40: 공랭식 냉각기(클링커 냉각기)

Claims

시멘트 제조설비에 인접하여 설치되는 폐기물 처리설비로서,
폐기물을 가스화하여 열분해 가스를 발생시키는 가스화로, 및
상기 가스화로에서 발생한 열분해 가스를, 함유한 숯과 회분을 원래 그대로 유지한 상태로, 상기 시멘트 제조설비의 예열기 내지 시멘트 분해로까지 수송하는 가스 수송통로를 구비하고,
상기 가스화로에서 발생한 열분해 가스의 유량과 상기 예열기부터 시멘트 분해로로 배출되는 폐가스의 유량의 비율이 소정의 유량 비율 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제1항에 있어서,
적어도 상기 가스화로의 폐기물 투입량을 조절하여, 상기 열분해 가스의 유량과 상기 시멘트 분해로에서 배출되는 폐가스의 유량의 비율을 상기 소정의 유량 비율 이하가 되게 하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제2항에 있어서,
상기 가스 수송통로는 상기 열분해 가스를 상기 가스화로에서 상기 시멘트 분해로까지 수송하고, 상기 가스화로와 상기 시멘트 분해로 중의 적어도 하나의 압력에 따라 상기 가스화로의 폐기물 투입량과 공기 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정의 유량 비율은 0.3인 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제1항에 있어서,
상기 가스화로는 유동층식 가스화로인 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제5항에 있어서,
상기 가스화로는 보조 연료를 공급할 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제6항에 있어서,
평균 입경이 0.1 ~ 3mm인 분말 형태의 보조 연료는 상기 가스화로 내의 유동층에 투입되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제1항에 있어서,
분사장치를 배치하여 상기 가스 수송통로의 중간에서 압축 공기를 불어 넣는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제1항에 있어서,
상기 시멘트 제조설비의 시멘트 소성로 또는 클링커 냉각기 중 어느 하나에서 발생한 고온 폐가스는 상기 시멘트 분해로에 유입되고,
상기 가스 수송통로는 상기 열분해 가스를 상기 가스화로부터 상기 시멘트 분해로까지 수송하며,
상기 폐기물 처리설비는, 열분해 가스의 기류가 상기 시멘트 분해로에 유입되는 상기 고온 폐가스의 주요기류와 직접적으로 간섭하지 않는 상태로, 상기 가스 수송통로에서 상기 분해로를 향해 열분해 가스를 유입시키는 가스 도입 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제9항에 있어서,
상기 시멘트 분해로에 유입된 상기 열분해 가스가 시멘트 분해로에 체류하여 있을 때 2초 이상의 시간에 850℃ 이상의 온도에서 연소하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제10항에 있어서,
상기 시멘트 분해로는 원통 형태의 외주벽을 구비하고, 원통 축 방향의 일단에서 타단을 향해, 상기 소성로 또는 클링커 냉각기에 발생한 폐가스의 주요기류를 형성하고;
상기 가스 도입 유닛은, 상기 원통 형태의 외주벽에 원주 방향으로 설치되고, 상기 원통 축의 둘레를 둘러싸고 회전하도록 열분해 가스를 도입하는 가스 도입구로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제11항에 있어서,
상기 시멘트 분해로의 원통 형태의 외주벽은 상하 방향으로 연장되고, 그 하단을 통해 유입되는 상기 소성로 또는 클링커 냉각기에서 발생한 폐가스는 분사 기류를 형성하며 상부로 향하고;
상기 가스 도입구는 수평면에 대하여 아래로 경사져서 0도보다 크고 40도 이하인 경사각으로 열분해 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제12항에 있어서,
상기 가스 도입구는 5 - 30m/s의 유속으로 열분해 가스를 도입시키는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제11항에 있어서,
상기 소성로에서 발생한 폐가스는 상기 시멘트 분해로의 원통 형태 외주벽의 하단을 통해 유입되고,
상기 원통 형태 외주벽 하부에는, 연소용 공기를 도입하는 공기 도입구가 설치되어, 열분해 가스와 동일 방향으로 회전 기류를 형성시키며;
상기 공기 도입구의 상부에는 소정의 간격으로 상기 가스 도입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제14항에 있어서,
상기 공기 도입구는 수평면에 대응하여 아래로 소정의 경사각만큼 경사지게 연소용 공기를 유입시키는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제14항에 있어서,
상기 시멘트 분해로의 하단에는 하부를 향해 연장된 후 "L"자 모양으로 굽어져 상기 소성로의 입구에 도달하는 통로가 연결되고;
상기 가스 도입구는 상기 시멘트 분해로의 원통 형태 외주벽 중에서 상기 소성로의 반대측에 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제11항에 있어서,
상기 시멘트 분해로의 원통 형태 외주벽에서 상기 가스 도입구 근처에는 연료 공급구가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.
제11항에 있어서,
두 대 이상의 상기 가스화로가 설치되고, 각 가스화로로부터 열분해 가스를 수송하는 두 갈래 이상의 가스 수송통로는 각각 상기 시멘트 분해로의 원통 형태 외주벽에 설치된 두 개 이상의 가스 도입구와 연통되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리설비.