KR20140131509A

KR20140131509A - 폐기물 가스화 용해로

Info

Publication number: KR20140131509A
Application number: KR20147021786A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 고바야시; 요시히로 이시다; 히로히사 가지야마; 준이치 다카다; 노부히로 다니가키; 료 마키시; 쇼 히라쿠라; 야스카 후지나가
Original assignee: 신닛떼쯔 수미킨 엔지니어링 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-11-13
Also published as: CN104094059B; BR112014021343A2; JP2013178015A; AU2012371991A1; US10047954B2; EP2821702A1; WO2013128524A1; BR112014021343B1; CA2865581C; BR112014021343B8; KR101890873B1; JP5120823B1; AU2012371991B2; EP2821702B1; CA2865581A1; US20140338575A1; CN104094059A; EP2821702A4; SG11201404073RA; ES2639845T3

Abstract

본 발명은 샤프트부에서의 폐기물의 건조·열분해를 촉진하고, 노 바닥에까지 수분이나 휘발분이 들어가는 것을 억제하며, 여분의 코크스 소비를 삭감할 수 있는 폐기물 가스화 용융로를 제공하는 것을 과제로 한다. 상부측에 폐기물의 투입구(21) 및 노 내 가스 배출구(22), 바닥부측에 폐기물이 배출되는 개구부(23)를 가지고, 내부에 충전된 폐기물을 건조 및 열분해시키는 샤프트부(2)와, 샤프트부(2)와는 노 심을 어긋나게 하여 배치되며, 상부측에 열분해된 폐기물과 탄소계 고형연료가 공급되는 개구부(46), 노 바닥측에 연소용의 산소부화공기를 불어넣는 날개구(42)를 가지는 용융로부(4)와, 샤프트부의 바닥부측 개구부(23)와 용융로부의 상부측 개구부(46)를 연결하는 연통부(5)를 구비한 폐기물 가스화 용융로(1)에 있어서, 샤프트부(2)에 충전된 폐기물의 하중을 받은 위치에 배치된 탄화 화격자부(3)와, 노 내에 불어 들어온 전체 산소양의 60% 이상을 차지하도록 건조·열분해용의 공기를 탄화 화격자부(3)로부터 샤프트부(2) 내에 송풍하는 송풍장치(3)와, 탄화 화격자부 상에 있는 열분해된 폐기물을 용융로부(4)의 상부측 개구부(46)에 공급하는 공급장치(3)를 연통부에 구비한 구성으로 한다.

Description

폐기물 가스화 용해로{Waste gasification and melting furnace}

본 발명은 노(爐) 상부로부터 투입된 폐기물을 건조 및 열분해시키고, 열분해 잔사를 더욱 용융시켜서 노 바닥부로부터 용융 잔사를 회수하는 폐기물 가스화 용융로에 관한 것이다.

일반폐기물이나 산업폐기물 등의 폐기물을 처리하는 방법으로는, 예를 들어 코크스 등의 탄소계 고형연료를 용융열원에 이용하고, 공업로에서 폐기물을 용융하는 방법이 있다. 용융에 의한 폐기물의 처리는, 폐기물의 감용화뿐만 아니라, 이제까지 매립에 의하여 최종 처분되어 온 소각재나 불연성 쓰레기를 슬래그나 메탈로 하여 재자원화할 수 있는 이점이 있다.

폐기물을 용융하는 설비로서는, 샤프트식의 가스화 용융로가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2를 참조). 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 폐기물 가스화 용융로는, 원통형상의 샤프트부(직통부), 역원뿔대부(나팔꽃부) 및 노 바닥부를 포함하는 노 본체를 가지고, 공기나 산소부화공기 등의 연소지지가스를 노 내에 불어 넣기 위한 상단 날개구와 하단 날개구가 설치되어 있다.

특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 폐기물 가스화 용융로는, 노 상부로부터 폐기물과 코크스를 투입하고, 샤프트부 내를 하강하는 폐기물과 상단 날개구로부터 불어 넣은 공기를 열교환시킴으로써 폐기물을 건조·열분해시킨다. 건조·열분해한 폐기물의 열분해 잔사는, 노 바닥부로 하강하고, 코크스의 연소열을 열원으로 하여 용융시킨다. 그리고, 용융 잔사를 노 바닥부로부터 닦아내어, 슬래그와 메탈을 회수한다.

특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 폐기물 가스화 용융로는, 상단 날개구로부터 불어 넣은 공기에 의하여 폐기물을 건조·열분해시키고 있다. 따라서, 폐기물의 건조·열분해를 촉진하기 위하여는, 상단 날개구로부터의 송풍량을 늘리거나 하여, 상단 날개구로부터 공급하는 산소비율을 증가시키는 것이 바람직하다. 상단 날개구로부터 공급하는 산소비율을 증가시킴으로써, 샤프트부에 있어서 폐기물 자신의 연소열을 이용한 건조·열분해를 촉진할 수 있다.

하지만, 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 폐기물 가스화 용융로는, 문헌 중에도 기재되어 있는 바와 같이, 상단 날개구로부터의 산소비율이 과반수를 넘으면 특히 블로바이(blowby) 현상 등이 발생하여, 노 내 압력이 변동하는 등 노의 조업이 불안정해진다. 그 때문에, 실제의 노의 조업은, 하단 날개구로부터의 산소비율을 70~80%로 하고, 상단 날개구로부터의 산소비율을 20~30%로 제한하고 있다. 덧붙여, 샤프트식의 가스화 용융로는, 상단 날개구로부터 불어 넣은 공기가 샤프트부의 중심영역까지 도달하기 어려운 구조이므로, 샤프트부의 중심영역을 하강하고 있는 폐기물의 건조·열분해가 불충분해져, 노 바닥부까지 들어온 수분이나 휘발분의 양이 많아진다. 그 결과, 용융열원인 코크스의 연소열이 수분이나 휘발분을 증발시키는 데에 소비되어, 그만큼의 여분의 코크스가 필요하게 된다. 코크스의 여분의 소비는, 러닝코스트를 증가시킬 뿐만 아니라, 화석연료에서 유래하는 CO₂의 배출량이 증가하는 문제가 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공고특허공보 S53-16633호

특허문헌 2: 일본공고특허공보 S60-11766호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 샤프트부에서의 폐기물의 건조·열분해를 촉진하고, 노 바닥에까지 수분이나 휘발분이 들어가는 것을 억제하여, 여분의 코크스의 소비를 삭감할 수 있는 폐기물 가스화 용융로를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 폐기물의 열분해 효율을 향상시킴으로써, 열분해 부족 폐기물이 노 바닥에까지 들어가는 것을 억제하고, 노 바닥에서의 연소 부하를 경감하는 데에 있다.

즉, 본 발명이 요지로 하는 것은 다음과 같다.

(1) 상부측에 폐기물 투입구 및 노 내 가스 배출구, 바닥부측에 폐기물이 배출되는 개구부를 가지고, 내부에 충전된 폐기물을 건조 및 열분해시키는 샤프트부와, 상기 샤프트부와는 노 심(芯)을 어긋나게 하여 배치되며, 상부측에 열분해된 폐기물과 탄소계 고형연료가 공급되는 개구부, 노 바닥측에 연소용의 산소부화공기를 불어 넣는 날개구를 가지는 용융로부와, 상기 샤프트부의 바닥부측 개구부와 상기 용융로부의 상부측 개구부를 연결하는 연통부를 구비한 폐기물 가스화 용융로에 있어서, 상기 샤프트부에 충전된 폐기물의 하중을 받는 위치에 배치된 탄화 화격자부와, 건조·열분해용의 공기를 상기 탄화 화격자부로부터 상기 샤프트부 내에 송풍하는 송풍장치와, 상기 탄화 화격자부 상에 있는 열분해된 폐기물을 상기 용융로부의 상부측 개구부에 공급하는 공급장치를 상기 연통부에 구비하며, 상기 탄화 화격자부는, 상단측에 배치되는 공급 탄화 화격자와, 하단측에 배치되는 건류(乾留) 탄화 화격자를 포함하고, 상기 공급장치는 상기 공급 탄화 화격자 상의 폐기물을 상기 건류 탄화 화격자를 향하여 공급하는 제1 공급장치와, 상기 건류 탄화 화격자 상에 있는 탄화한 폐기물을 상기 용융로부를 향하여 공급하는 제2 공급장치를 포함하고, 상기 탄화 화격자부에서의 폐기물 자신의 연소열을 이용한 건조·열분해를 촉진시키기 위하여, 노 내에 불어 들어온 전체 산소량의 60% 이상을 차지하도록 상기 건조·열분해용의 공기를 상기 탄화 화격자부로부터 상기 샤프트부 내에 송풍하며, 노 내에 불어 들어온 전체 산소량의 40% 미만을 상기 용융로부의 날개구로부터 공급하는 산소배분으로 하고, 더욱이 상기 제2 공급장치의 제공속도(V2)를 상기 제1 공급장치의 공급속도(V1)보다 크게 설정(V2>V1)한 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.

(2) 상기 송풍장치는, 상기 탄화 화격자부로부터 상기 용융로부에 공급되는 폐물 중의 수분이 10% 이하이며, 또한 고정탄소의 잔존량이 3% 이상이 되도록, 상기 탄화 화격자부로부터 노 내에 불어 넣은 공기량을 조절하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(3) 상기 용융로부 내의 폐기물 충전 높이를 상기 날개구보다 윗방향 +0.5m~ 상기 탄화 화격자부의 최하단부까지의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(4) 상기 용융로부 내의 압력(P1)과 상기 탄화 화격자부의 상부공간의 압력(P2)의 차압을 0.4kPa~2kPa의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(5) 상기 탄화 화격자부의 온도를 650℃~800℃의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(6) 상기 탄소계 고형연료 중에 포함되는 고정탄소의 이론 연소 산소량(M1)을 상기 날개구로부터 상기 용융로 내에 불어 넣은 산소부화공기의 총산소량(M2)으로 나눈 값을 용융로 연료비(M1/M2)로 하였을 때, 상기 용융로 연료비(M1/M2)를 0.8~1.2의 범위 내로 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(7) 폐기물의 종류 또는 성상에 따라서 노 내로의 투입위치를 변경하는 적어도 하나 이상의 폐기물 투입구를 상기 샤프트부의 상부에 배치한 폐기물 투입구와는 다른 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(6) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(8) 상기 탄화 화격자부는, 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(7) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

(9) 상기 용융로부는, 원통형상이며, 상기 탄화 화격자부로부터의 폐기물이 공급되는 상기 개구부로부터 상기 날개구까지의 사이에 조임부를 이루는 역원뿔대부가 형성되어 있고, 상기 역원뿔대부의 경사각이 75도보다 커져 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(8) 중 어느 하나에 기재된 폐기물 가스화 용융로.

본 발명에 따르면, 샤프트부에 충전된 폐기물의 하중을 받는 위치에 탄화 화격자부를 배치하고, 이 탄화 화격자부를 통하여, 노 내에 불어 들어오는 전체 산소량의 60% 이상을 차지하는 건조·열분해용 공기를 샤프트부 내에 송풍하며, 노 내에 불어 들어오는 전체 산소량의 40% 미만을 상기 용융로부의 날개구로부터 공급하는 산소배분으로 하고, 건류 탄화 화격자가 용융로부에 폐기물을 공급하는 속도(V2)를 공급 탄화 화격자가 건류 탄화 화격자에 폐기물을 공급하는 속도(V1)보다 크게 설정(V2>V1)한 것에 의하여, 블로바이 현상 등 노의 조업이 불안정해지는 현상이 발생하는 것을 억제하면서 상기 샤프트부 및 상기 탄화 화격자부에서의 폐기물의 건조·열분해를 촉진하는 것이 가능해진다. 그 결과, 용융로부의 노 바닥에까지 수분이나 휘발분이 들어가는 것을 억제할 수 있어, 여분의 탄소계 고형연료의 소비를 삭감하는 것이 가능해진다.

더욱이 본 발명에 따르면, 상기 탄화 화격자부로부터 상기 용융로부에 공급되는 폐기물 중의 수분이 10% 이하이며, 또한 고정탄소의 잔존량이 3% 이상이 되도록 상기 탄화 화격자부로부터 노 내에 불어 넣는 공기량으로 조절하고, 이 조절된 공기량에 대응하는 산소량이 노 전체에서의 전체 산소량의 60% 이상이 되도록 함으로써, 종래와 비교하여도 노 전체에서의 산소량을 증가시키지 않고, 수분과 잔류 고정탄소의 균형이 고려된 용융에 적합한 성상으로 하여 상기 용융로부에 공급하는 것이 가능해진다. 그 결과, 보다 확실하게 상기 용융로부에서의 용융 이외의 불필요한 연소 부하를 저감할 수 있어, 여분의 탄소계 고형연료의 소비를 억제할 수 있다. 또한, 노 전체에서의 산소량을 대폭 삭감할 수 있으므로, 산소발생장치를 컴팩트화할 수 있어, 산소발생장치에서의 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 점이 본 발명의 큰 효과의 하나이다.

더욱이 본 발명에 따르면, 상기 탄화 화격자부를 공급 탄화 화격자와 건류 탄화 화격자의 2단 구성으로 하고, 상기 건류 탄화 화격자로부터 상기 용융로부에 폐기물을 공급하는 속도(V2)를 상기 공급 탄화 화격자로부터 상기 건류 탄화 화격자에 폐기물을 공급하는 속도(V1)보다 크게 설정함으로써, 상기 건류 탄화 화격자 상의 폐기물의 층두께를 얇게 함으로써 열분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

더욱이 본 발명에 따르면, 상기 용융로 내의 폐기물의 충전 높이를 날개구보다 윗방향 +5.0m~ 상기 탄화 화격자부의 최하단부까지의 범위 내로 유지하도록, 상기 탄화 화격자부로부터의 공급속도를 제어함으로써, 상기 용융로부 내로부터 연통부로 산소가 누설되는 것을 억제할 수 있는 최저한의 충전 높이를 확보한다. 그 결과, 누설된 산소와 연통부 내에 존재하는 일산화탄소가 반응해 버리는 것을 억제할 수 있다. 더욱이, 노의 내벽에 산화용융 클링커가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 반대로, 충전 높이를 상기 탄화 화격자부의 최하단부 이하로 함으로써, 상기 탄화 화격자 상부의 열분해 효율 저하나 압축에 따른 브리징(bridging) 현상을 방지할 수 있다. 상기 용융로부가 원통형상인 경우에는, 폐기물이 공급되는 상부 개구부로부터 날개구까지의 사이에 조임부를 이루는 역원뿔대부가 형성되고, 역원뿔대부의 경사각을 75도보다 크게 함으로써 브리징을 방지할 수도 있다.

더욱이 본 발명에 따르면, 탄소계 고형연료 중에 포함되는 고정탄소의 이론 연소 산소량(M1)을 상기 날개구로부터 상기 용융로부 내에 불어 넣는 산소부화공기의 총산소량(M2)으로 나눈 값을 용융로 내 연료비(M1/M2)로 하였을 때, 용융로 연료비(M1/M2)를 0.8~1.2의 범위 내로 설정함으로써, 탄소계 고형연료를 확실하게 노 바닥에까지 도달시키면서 상기 용융로부에 여분의 공기(또는 산소)를 공급하는 것을 억제할 수 있다.

더욱이 본 발명에 따르면, 폐기물의 종류 또는 성상에 따라서 노 내로의 투입위치를 변경하는 구성으로 함으로써, 예를 들어 수분이 적은 폐기물이나 재가 많은 폐기물 등은 상기 용융로부에 직접 투입하여, 상기 샤프트부를 통과시키지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 상기 샤프트부 및 상기 탄화 화격자부에서의 건조·열분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 그리고, 탄화 화격자부의 화격자까지의 간격으로부터 낙진(落塵)하는 재의 양을 줄이는 효과도 기대된다.

더욱이 본 발명에 따르면, 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내가 되도록 상기 탄화 화격자부를 구성한 것에 의하여, 수분이 10% 이하이며, 또한 고정탄소가 적절하게 잔존한 상태의 폐기물을 생성하여 상기 용융로부에 공급하는 것이 가능하다. 적합한 고정탄소의 잔존량은 3% 이상이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 폐기물 가스화 용융로를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 상기 폐기물 가스화 용융로의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상기 폐기물 가스화 용융로의 코크스비와 탄화 화격자부의 산소비율의 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 4의 (a)는 상기 탄화 화격자부에서 탄화된 후의 폐기물의 수분과 잔류 고정탄소의 시험결과를 나타내는 그래프이고, 도 4의 (b)는 폐기물을 용융하였을 때의 슬래그 온도의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 상기 탄화 화격자부에서 탄화되는 폐기물의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는 상기 탄화 화격자부의 연소율과 폐기물의 수분의 시험결과를 나타내는 그래프이고, 도 6의 (b)는 폐기물을 용융하였을 때의 슬래그 온도의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 폐기물 가스화 용융로의 용융로 연소비와 슬래그 온도의 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 상기 폐기물 가스화 용융로의 노 바닥 레벨과 슬래그 온도의 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 상기 폐기물 가스화 용융로의 온도계, 압력계의 설치위치를 설명하는 도면이다.
도 10은 상기 폐기물 가스화 용융로의 노 바닥 차압과 슬래그 온도의 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 상기 폐기물 가스화 용융로의 탄화 화격자부 온도와 슬래그 온도의 시험결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 폐기물 가스화 용융로에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의하여 본 발명의 기술적 범위는 전혀 한정 해석되는 일이 없다.

도 1은 본 실시형태에 따른 폐기물 가스화 용융로의 종단면도를 나타낸다. 폐기물 가스화 용융로(1)는, 예를 들어 환원 분위기 하에서 폐기물을 건조·열분해하는 샤프트부(2), 건조·열분해된 폐기물을 더욱 열분해하고, 탄화된 폐기물을 생성하는 탄화 화격자부(3), 탄화된 폐기물을 더욱 연소·용융하는 용융로부(4)를 구비하고 있다. 샤프트부(2)와 용융로부(4)는, 상대적으로 가로방향으로 노 심을 어긋나게 하도록 배치되어 있고, 샤프트부(2)의 바닥부측 개구부와 용융로부(4)의 상부측 개구부가 연통부(5)를 통하여 연결되어 있다. 탄화 화격자부(3)는 연통부(5)의 바닥면측에 계단형상으로 배치되어 있다.

샤프트부(2)는, 예를 들어 원통형상으로 형성한다. 샤프트부(2)의 상부에는, 피처리물인 폐기물을 노 내에 투입하기 위한 폐기물 투입구(21)가 형성되어 있다. 더욱이, 샤프트부의 상부측에는, 폐기물이 열분해하여 발생하는 가스나 노 내에 불어 넣은 가스를 배출하는 노 내 가스 배기구(22)가 형성되어 있다. 한편, 원통형상의 샤프트부(2)의 바닥면은, 샤프트 내를 자중으로 하강하는 폐기물이 배출되는 개구부(23)로 되어 있다. 샤프트부(2)의 내경 및 높이는, 노의 처리 능력 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있는데, 샤프트 내의 폐기물의 충전 높이를 적어도 하단면에서 1m 이상으로 관리할 수 있는 높이로 하는 것이 바람직하다. 충전 높이를 1m 이상으로 확보함으로써, 샤프트 내에 있어서 노 내 가스의 블로바이 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

용융로부(4)는, 예를 들어 원통형상으로 형성한다. 용융로부(4)의 상부에는, 탄소계 고형연료를 노 내에 투입하기 위한 부자재 투입구(41)가 형성되어 있다. 더욱이, 용융로부(4)의 노 내에는, 투입된 탄소계 고형연료, 및 탄화 화격자부(3)로부터 공급되는 탄화된 폐기물의 가연성 열분해 잔사(고정탄소)를 연소시키기 위한 탄소 부화 공기를 노 내에 불어 넣는 날개구(42)가 둘레방향으로 복수 배치되어 있다. 날개구(42)로부터 노 내에 불어 들어오는 산소부화공기란, 예를 들어 산소발생기(43)로부터의 산소를 혼합함으로써 산소농도를 높인 공기이다. 한편, 탄소계 고형연료는, 폐기물과 함께 폐기물 투입구(21)로부터 투입하도록 하여도 좋다. 탄소계 고형연료는, 코크스, 바이오매스의 탄화물 등인데, 이들 이외의 탄소계 가연성 물질을 이용할 수도 있다. 또한, 탄소계 고형연료 이외에도, 염기도 조정제로서의 석회석 등을 부자재 투입구(41)로부터 투입할 수도 있다.

용융로부(4)의 노 바닥에는, 용융 잔사물(즉, 슬래그 및 메탈)을 배출하는 출탕구(44)가 설치되어 있다. 출탕구(44)는 개폐기구(미도시)가 설치되어 있고, 간헐적으로 용융 잔사물을 배출한다. 노 밖으로 배출한 용융 잔사물은, 냉각·응고시키고, 다시 슬래그와 메탈로 구별한다. 이와 같이 환원 분위기 하에 있어서 간헐적으로 용융 잔사물을 배출하는 경우, 노 바닥의 슬래그 온도(실제로 측정하는 것은 용융 잔사물의 온도)가 1450℃ 이상인 것이 바람직하다. 슬래그 온도가 1450℃ 이상이면, 납(Pb)의 함유율을 억제한 양질의 슬래그를 얻을 수 있다. 또한, 슬래그의 유동성이 좋으므로 안정적으로 노 밖으로 배출할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 용융로에 있어서는, 노의 안정 조업을 행하기 위하여 노 바닥의 슬래그 온도가 1450℃ 이상인 것이 바람직하다.

용융로부(4)는 연통부(5)와의 연결위치(즉, 탄화 화격자부(3)의 최하단)에서 날개구(42)까지의 사이에 조임부를 이루는 역원뿔대부(소위, 나팔꽃부)(45)를 형성하는 것이 바람직하고, 더욱이 역원뿔대부(45)의 경사각(θ)을 75도보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 역원뿔대부(45)의 경사각(θ)이 75도 이하, 특히 70도 이하인 경우에는, 특히 역원뿔대부(45)의 벽면과의 마찰에 의하여 하강이 정체하여, 내부에서 폐기물의 브리징 현상이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 역원뿔대부(45)의 경사각(θ)을 75도보다 크게 설정하여 용융로부(4) 내의 충전물의 하강을 촉진시켜, 브리징 현상이 발생하는 것을 방지한다. 한편, 용융로부(4)를 원통 형상이 아니라 직사각형 형상으로 형성하는 경우, 도 2에 예시하는 바와 같이, 노의 폭방향의 양측면을 75도보다 큰 경사각(θ)으로 한다.

연통부(5)는 종단면 형상이 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 바닥면을 따라서 탄화 화격자부(3)가 배치되어 있다. 탄화 화격자부(3)는 샤프트부(2)에서 건조 및 열분해된 폐기물을 더욱 열분해한다. 본 실시형태에서는 노 내가 환원 분위기가 되도록 공기량을 조절하고, 연소가 진행하여 재가 생성되지 않도록 하면서 폐기물을 열분해(건류)하여 탄화시킨다. 더욱이 탄화 화격자부(3)는 폐기물을 열분해(건류)하는 장치인 동시에, 탄화한 폐기물을 용융로부(4)에 공급하는 공급장치를 겸하고 있다. 즉, 탄화 화격자부(3)는 가동 화격자와 고정 화격자를 교대로 계단형상 또는 경사형상으로 조합함으로써 형성되어 있고, 각 가동 화격자를 유체압 실린더 등의 구동장치(31)(31a, 31b)에서 전후방향으로 일정한 피치로 왕복 이동시킴으로써, 탄화 화격자부(3) 상에 있는 폐기물을 교반하면서 상류측에서 하류측을 향하여 압출하게 되어 있다. 단, 탄화 화격자부(3)를 고정 화격자만으로 구성하고, 공급장치를 따로 설치하도록 하여도 좋다. 공급장치로서는, 푸셔가 일례로 들어진다.

탄화 화격자부(3)는 상단측의 공급 탄화 화격자(3A)와, 하단측 건류 탄화 화격자(3B)에 의한 2단 구조로 되어 있다. 공급 탄화 화격자(3A)는, 샤프트부(2) 내에 충전된 폐기물의 하중을 직접적으로 받도록, 바로 위에 샤프트부(2)가 위치하도록 배치되어 있다. 공급 탄화 화격자(3A)는 샤프트부(2)에서 건조·열분해된 폐기물을 더욱 열분해하여 탄화시키면서 건류 탄화 화격자(3B)에 압출 공급한다. 탄화 화격자부(3)의 폭, 특히 공급 탄화 화격자(3A)의 폭은, 샤프트부(2)의 내경과 동일한 것이 바람직하다. 샤프트부(2)로부터 탄화 화격자부(3)로 전환되는 곳에 있어서 탄화 화격자부(3)의 폭과 샤프트부(2)의 내경을 동일하게 함으로써, 폐기물의 하강을 안정화시킬 수 있다. 그 결과, 샤프트부(2)로부터 탄화 화격자부(3)로 전환되는 곳이나 샤프트부(2) 내에 있어서, 폐기물이 브리징 상태가 되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 공급 탄화 화격자(3A)가 하류로의 공급 동작을 행함으로써 샤프트부(2)의 하단 주변의 폐기물이 압밀해지는 것을 억제하기 위하여, 도 2에 예시하는 바와 같이, 공급 탄화 화격자(3A)의 최상단의 화격자가 샤프트부(2)의 하단보다 낮은 위치(즉, 높이(h1)>0)로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 공급 탄화 화격자(3A)의 폭과 샤프트부(2)의 내경이 동일하게 설정된 경우, 도 2에 예시하는 바와 같이, 공급 탄화 화격자(3A)의 최하단부와 샤프트부(2)의 하단과의 폭(h2)이 샤프트부(2)의 내경보다 작은 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 연통부(5)로부터 샤프트부(2)에 흘러 들어가는 가스의 유속이 높아지므로, 샤프트부(2) 내에 균일하게 가스가 도달하도록 하는 것이 가능해진다. 공급 탄화 화격자(3A)의 폭과 샤프트부(2)의 내경이 다르도록 설정한 경우에는, 높이(h2) 대신에, 그곳의 직사각형 단면적이 샤프트 단면적보다 작아지도록 한다.

한편, 건류 탄화 화격자(3B)는 공급 탄화 화격자(3A)로부터의 폐기물을 더욱 열분해하여 탄화물을 생성하고, 탄화된 폐기물을 용융로부(4)에 압출 공급한다. 건류 탄화 화격자(3B)는 공급 탄화 화격자(3A)와 동일한 폭이어도 좋고, 상대적으로 다른 폭으로 하여도 좋다. 건조와 열분해가 진행함으로써 폐기물은 감용화하므로, 통상은 샤프트부(2)의 내경이나 연통부(5)의 폭에 비하여 용융로부(4)의 노 바닥 내경을 작게 설계한다. 그래서, 건류 탄화 화격자(3B)는 하류측 폭이 가급적 용융로부(4)의 상부측 개구부(46)의 내경에 근접하도록, 상류측에서 하류측을 향할수록 서서히 폭을 작게 한 구성으로 하여도 좋다. 이와 같이 건류 탄화 화격자(3B)의 하류측 폭을 용융로부(4)의 내경에 근접하게 함으로써, 역원뿔대부(45)의 조임율을 완화하여, 역원뿔대부(45)의 경사각(θ)이 75도를 밑도는 형상이 되어 버리는 것을 회피한다.

한편, 도 1에는, 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)의 양쪽 모두, 수평방향으로 화격자가 연장되는 수평 화격자를 나타내고 있는데, 이것으로 한정되지 않으며, 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)의 어느 한쪽 또는 양쪽을 선단측이 윗방향을 향하여 경사지는 경사 화격자로 하여도 좋다. 폐기물의 처리량이 큰 노를 설계하는 경우에는, 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)의 양쪽 모두, 경사 화격자에 비하여 공급 능력이 높은 수평 화격자로 하는 것이 바람직하다.

공급 탄화 화격자(3A)의 가동 화격자는 제1 구동장치(31a)에 의하여 구동되는 구성이고, 건류 탄화 화격자(3B)의 가동 화격자는 제2 구동장치(31b)에 의하여 구동되는 구성이다. 이와 같이 제1 및 제2 구동장치(31a, 31b)를 배치하고, 각각이 독립하여 구동, 정지 및 구동속도(즉, 공급속도)를 제어 가능하도록 하고 있다. 이 경우, 공급 탄화 화격자(3A)의 공급속도(V1)와 건류 탄화 화격자(3B)의 공급속도(V2)는, 상대적으로 다르게 설정하여도 좋고, 또는 동일하게 설정하여도 좋다. 공급속도를 상대적으로 다르게 설정하는 경우, 건류 탄화 화격자(3B)의 공급속도(V2)가 공급 탄화 화격자(3A)의 공급속도(V1)보다 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 더욱이, 건류 탄화 화격자(3B)의 공급속도(V2)를 일정하게 하고, 공급 탄화 화격자(3A)의 공급속도(V1)를 가변 제어하는 것이 보다 바람직하다.

더욱이 탄화 화격자부(3)는, 도시를 생략하지만, 화격자 사이의 간격 및/또는 화격자에 형성한 송풍구멍을 통하여 표면 전체에서 공기를 노 내에 불어 넣을 수 있는 구성으로 되어 있다. 즉, 탄화 화격자부(3)는 건조·열분해용의 공기를 노 내에 불어 넣는 송풍장치를 겸하고 있다. 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)의 이면측에는, 탄화한 폐기물 중의 미세한 것이 화격자 사이의 간격에서 낙하한 경우에 그것을 회수하기 위한 제1 회수실(32a)과 제2 회수실(32b)이 각각 배치되어 있고, 제1 회수실(32a)과 제2 회수실(32b)에 송풍관(33a, 33b)이 각각 연결되어 있다. 도시하지 않은 송풍기로부터의 공기를 송풍관(33a, 33b)을 통하여 제1 회수실(32a) 및 제2 회수실(32b)에 공급하면, 화격자 사이의 간격 및/또는 화격자에 형성한 송풍구멍을 통하여 노 내에 공기가 불어 넣어지도록 되어 있다. 화격자 사이의 간격 및/또는 화격자에 형성한 송풍구멍은, 예를 들어 400mm 피치 이하인 것이 바람직하다. 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)로부터 공급하는 공기는, 상온이어도 좋고, 예를 들어 200℃까지 예열되어 있어도 좋다. 공기의 예열은, 예를 들어 노 내 가스 배출구(22)로부터 배출되는 고온 가스와의 열교환에 의하여 행하도록 하여도 좋다.

상기 구성에 있어서, 폐기물 투입구(21)로부터 투입된 폐기물은, 샤프트부(2) 내에서 폐기물 충전층(100)을 형성한다. 그리고, 탄화 화격자부(3) 및 용융로부(4)에 불어 넣은 공기나 노 내에서 발생한 가스가 폐기물 충전층(100)을 통과할 때의 열교환에 의하여, 폐기물의 건조 및 열분해가 진행된다. 건조 및 열분해에는, 폐기물 자신으로부터의 발열도 이용된다. 샤프트부(2) 내를 하강하는 폐기물은, 샤프트부(2) 내의 폐기물 충전층(100)의 하중을 받는 공급 탄화 화격자(3A) 상에 공급되고, 공급 탄화 화격자(3A)에서 더욱 열분해하면서 건류 탄화 화격자(3B)에 공급된다. 건류 탄화 화격자(3B)에서 더욱 열분해되어 탄화한 폐기물은, 용융로부(4)의 상부측 개구부(46)로부터 낙하 공급되고, 탄화된 폐기물의 충전층(101)을 형성한다. 용융로부(4) 내에는 부자재 투입구(41)로부터 탄소계 고형연료로서의 코크스가 투입되고, 노 바닥에 있어서 날개구(42)로부터 불어 들어온 산소부화공기에 의하여 코크스 및 폐기물의 고정탄소를 연소시킨다. 이에 따라 노 바닥에 고온의 코크스 베트(102)가 형성되고, 그 열로 폐기물에 포함되는 재나 불연성분을 용융한다. 한편, 노 내 가스 배기구(22)로부터 배출된 고온가스는, 보일러 등의 장치에서 폐열을 회수한 후, 무해화 처리를 하여 방출한다.

탄화 화격자부(3)로부터 노 내로 불어 넣는 공기의 송풍량은, 조업시에 노 내에 불어 들어오는 전체 산소량의 60% 이상의 산소비율이 되도록 조절된다. 보다 상세하게는, 노의 높이 방향에 있어서 상단측에 위치하는 탄화 화격자부(3), 및 하단측에 위치하는 날개구(42)로부터 공기를 불어 넣는 구성이므로, 각각의 공기에 의하여 노 내에 공급되는 산소량의 합이 전체 산소량이 된다. 그리고, 상단측에 위치하는 탄화 화격자부(3)로부터의 산소비율이 전체 공급 산소량의 60% 이상이 되도록, 탄화 화격자부(3)의 송풍량을 조절한다. 한편, 용융로부(4)에 공급되는 산소비율은, 전체 산소량의 40% 미만이 되도록 날개구(42)의 송풍량 및/또는 산소부화공기의 산소농도를 조절한다.

탄화 화격자부(3)로부터 노 내에 불어 넣는 공기의 송풍량은 상기와 같은데, 예를 들어 제1 및 제2 회수실(32a, 32b)에 연결되는 송풍관(33a, 33b)의 각각에 유량 조절밸브(34a, 34b)를 설치하고, 노 내 상황에 따라서 공급 탄화 화격자(3A)와 건류 탄화 화격자(3B)의 송풍량을 상대적으로 다르게 조절하여도 좋고, 유량 조절밸브를 공통으로 하여 공급 탄화 화격자(3A)와 건류 탄화 화격자(3B)의 송풍량을 일원 관리하도록 하여도 좋다.

본 실시형태에 있어서는, 탄화 화격자부(3)로부터 노 내에 공급하는 산소비율을 노 내에 공급하는 전체 산소량의 60% 이상으로 설정 가능한 폐기물 가스화 용융로(1)를 구체화함으로써, 샤프트부(2) 및 탄화 화격자부(3)에 있어서 폐기물 자신의 연소열을 이용한 건조·열분해를 촉진할 수 있다. 도 3은 실제로 행한 시험결과를 나타낸다. 플로트 ●는 본 실시형태의 탄화 화격자부(3)로부터 공급하는 산소비율(상부 산소비율(%))을 나타낸다. 또한, 플로트 ▲는 비교로서 종래형 샤프트식 가스화 용융로의 상단 날개구로부터 공급하는 산소비율(상부 산소비율(%))을 나타낸다. 도 3에 나타내는 실제 시험결과로부터도 명확하듯이, 본 실시형태에 따르면 코크스비(kg/g-폐기물 총량)(폐기물 처리량당 코크스 사용량)를 20 이하로 억제할 수 있다. 코크스비(kg/t-폐기물 총량)를 보다 확실하게 20 이하로 억제하기 위하여 전체 산소량의 70% 이상으로 설정할 수도 있다. 즉, 종래의 샤프트식 용융로에 비하여, 노 전체의 코크스 소비량을 현격하게 삭감할 수 있다.

노 내에 불어 넣는 산소량의 비율은 상기와 같다. 더욱 바람직한 예로서, 샤프트부(2) 내에서 건조·열분해되고, 더욱이 탄화 화격자부(3)에서 탄화된 후의 폐기물에 포함되는 수분이 10% 이하이며, 또한 잔존하는 고정탄소가 3% 이상이 되도록 탄화 화격자부(3)로부터 노 내에 불어 넣는 공기량을 조절한다. 처리 전의 폐기물에 포함되는 수분과 고정탄소량은 한정되지 않지만, 예를 들어 수분이 45% 이상이고, 고정탄소가 10% 이상인 일반폐기물을 수분이 10% 이하이며, 또한 잔존하는 고정탄소가 3% 이상이 되도록 건조·열분해·탄화하는 데에 적합한 공기량은 도 4의 (a)에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이, 이론 공기량에 대한 공기비가 0.2~0.3이다. 폐기물의 종류에 따라서 수분이나 재의 함유량이 다른 경우가 있으므로, 공기비로서는 0.1~0.4의 범위 내에서 조절하도록 한다.

즉, 탄화 후의 폐기물에 포함되는 수분이 10% 이하이고, 또한 잔존하는 고정탄소가 3% 이상이 되는 공기량을 설정하고, 더욱이 그 설정된 공기량에 대응하는 공급 산소량이 노 전체에서의 전체 공급 산소량의 60% 이상이 되도록, 날개구(42)의 송풍량 및/또는 부화하는 산소농도가 적어지도록 조절하고 있다. 용융로부(4)에 공급하는 폐기물은 충분히 건조시키는 것이 바람직한데, 한편으로 건조·열분해가 너무 진행되면 고정탄소가 가스화되어 버려서, 용융에 이용하는 폐기물 자신의 연소열이 줄어 버린다. 그래서, 수분과 잔존 고정탄소의 적절한 균형에 주목하여, 실제로 시험을 행하여, 용융하는 데에 적합한 폐기물의 상태를 발견하였다. 이에 따라, 노 바닥에서의 연소 부하를 저감하여 여분의 코크스 사용량을 삭감하고 있다. 더욱이, 도 4의 (b)에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이, 노 바닥의 슬래그 온도를 안정 조업할 수 있는 온도(즉, 1450℃ 이상)로 할 수 있는 것도 확인하고 있다.

더욱이, 건류 탄화 화격자(3B)의 공급속도(V2)가 공급 탄화 화격자(3A)의 공급속도(V1)보다 커지도록 설정하면, 높은 건류 효율로 폐기물을 건류할 수 있다. 탄화 화격자부(3)의 건류 효율을 높이고자 한 경우, 건류 탄화 화격자(3B) 상에 폐기물을 길게 체류시키는 것이 바람직하다고 생각하여, 공급속도(V2)를 공급속도(V1)보다 작게 설정하는 것이 통상적이다. 하지만, 공급 탄화 화격자(3A)의 위쪽에 샤프트부(2)가 배치되고, 하강에 의하여 폐기물이 공급되는 구성에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 건류 탄화 화격자(3B) 상의 폐기물 층이 두꺼워져서, 표층의 건류 불충분한 폐기물이 용융로부(4)에 공급되어 버린다. 한편, 건류 탄화 화격자(3B)의 공급속도(V2)를 공급 탄화 화격자(3A)의 공급속도(V1)보다 크게 설정하면, 건류 탄화 화격자(3B) 상의 폐기물 층을 얇게 할 수 있어, 탄화 화격자 상에서 충분히 건류할 수 있다. 이와 같이 체류시간보다 층두께를 중시한 것에 의하여, 탄화 화격자부(3)의 건류 효율을 향상시킬 수 있고, 노 바닥에서의 연소 부하를 보다 확실하게 저감할 수 있게 된다. 더욱 바람직하게는, 도 2에 예시하는 바와 같이, 샤프트부(2)의 연통부(5) 가까이의 하단과, 상부측 개구부(46)의 바로 위의 건류 탄화 화격자 상면 선단부를 연결하는 선과 수평선이 이루는 각(α)을 50도 이하로 한다. 이와 같이 구성하면, 폐기물이 안식각에 의하여 샤프트부(2)로부터의 밀어닥치는 것을 억제할 수 있어, 탄화 화격자부(3) 상의 폐기물 층이 두꺼워지는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 용융로부(4)에 공급하는 탄화 후의 폐기물은, 수분과 고정탄소의 균형을 고려하여, 수분이 10% 이하, 고정탄소가 3% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 탄화상태로 하기 위하여는, 공급 탄화 화격자(3A) 및 건류 탄화 화격자(3B)의 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내인 것이 바람직하다. 탄화 화격자 연소율이란, 단위시간 및 단위면적 당의 폐기물의 처리량을 의미한다. 공급 탄화 화격자(3A)와 건류 탄화 화격자(3B)의 면적은, 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내가 되도록 설정한다. 또한, 폐기물의 건조 및 열분해 상태에 따라서 가동 화격자의 구동속도, 각 탄화 화격자(3A, 3B)로부터의 송풍량 및 송풍온도 등을 억제하고, 노의 조업시에서의 탄화 화격자 연소율을 조정할 수도 있다.

탄화 화격자 연소율이 500kg/(m²·h)을 넘으면, 도 6의 (a)에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이, 탄화 후의 폐기물의 수분이 10%를 넘어 버려서, 용융로부(4)에 있어서 수분을 증발시키기 위한 여분의 연소부하가 발생한다. 한편, 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)을 밑돌면, 수분을 거의 증발시킬 수 있는 반면, 연소가 진행함에 따라서 폐기물의 고정탄소가 가스화하여, 용융로부(4)의 노 바닥에서 연소열을 이용할 수 없다. 탄화 화격자 연소율을 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내로 하면, 용융로부(4)의 연소부하를 저감할 수 있고, 게다가 도 6의 (b)에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이, 노 바닥의 슬래그 온도를 안정 조업할 수 있는 온도(즉, 1450℃ 이상)로 할 수 있는 것도 확인하고 있다.

날개구(42)로부터 노 내에 공급하는 산소비율을 상기와 같은데, 보다 바람직하게는, 탄소계 고형연료 중에 포함되는 고정탄소의 이론연료산소량(M1)을 날개구(42)로부터 용융로부(4) 내에 불어 넣는 산소부화공기의 총 산소량(M2)으로 나눈 값을 용융로 연료비(M1/M2)로 하였을 때, 용융로 연료비(M1/M2)가 0.8~1.2의 범위 내로 유지되도록 한다. 용융로 연료비(M1/M2)는 0.8~1.2의 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다. 용융로 연료비(M1/M2)의 조정은, 예를 들어 투입하는 탄소계 고형연료, 날개구(42)로부터의 송풍량, 및 산소부화공기의 산소농도의 적어도 하나 이상을 변경함으로써 행할 수 있다. 용융로 연료비(M1/M2)가 0.8을 밑돌면, 용융로부(4)로부터 연통부(5)에 산소가 누설되고, 누설된 산소와 연통부(5) 내에 존재하는 일산화탄소가 반응하여 이상 연소가 발생하는 경우가 있다. 더욱이, 노의 내벽에 산화용융 클링커가 형성되는 경우가 있다. 반대로 용융로 연료비(M1/M2)가 1.2를 윗돌면, 노 바닥에 있어서 탄소계 고형연료를 충분히 연소할 수 없는 경우가 있다. 한편, 용융로 연료비(M1/M2)를 0.8~1.2의 범위 내로 유지하면, 탄소계 고형연료의 투입량 및 날개구(42)의 산소공급량을 필요 최소한으로 제한할 수 있다. 더욱이, 도 7에 실제의 시험결과를 나타내는 바와 같이, 노 바닥의 슬래그 온도를 안정조업 가능한 1450℃ 이상으로 할 수 있다.

더욱이, 조업시에서의 용융로부(4) 내의 폐기물의 충전 높이는, 날개구(42)로부터 윗방향 +0.5m~ 탄화 화격자부(3)의 최하단부까지의 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 범위 내로 유지함으로써, 충전층(101)의 층두께가 얇아지는 것에 기인하는 노 바닥으로부터의 산소 누설을 억제할 수 있다. 더욱이, 지나친 충전에 기인하는 탄화 화격자부(3)의 열분해 효율저하나 용융로부(4) 내에서 충전물의 브리징 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 도 8에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이, 노 바닥의 슬래그 온도를 안정 조업 가능한 1450℃ 이상으로 할 수 있다(한편, 도 8의 노 바닥 레벨은, 도 1에 나타내는 바와 같이 탄화 화격자부(3)의 최하단부 위치를 노 바닥 레벨 0으로 나타냄).

용융로부(4) 내의 폐기물의 충전 높이의 제어는, 예를 들어 탄화 화격자부(3)가 용융로부(4)에 폐기물을 공급하는 속도를 조절함으로써 행한다. 예를 들어, 용융로부(4)에 충전층(101)의 높이를 감지하기 위한 센서(미도시)를 배치하고, 센서가 감지하는 충전층(101)의 높이에 근거하여 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어할 수 있다. 또는, 예를 들어 오퍼레이터가 충전 높이를 감시하고, 감시결과에 근거하여 공급속도를 제어하여도 좋다.

노 바닥으로부터의 산소 누설이나 충전층(101)에 브리징 현상이 발생하는 것을 억제하기 위하여, 용융로부(4) 내의 충전 높이를 적절하게 관리하는 수단으로는, 상술한 바와 같이 직접적으로 충전층(101)의 높이를 감지하는 이외에도, 압력계를 이용하여 충전층(101)의 압력손실을 감지하고, 압력손실의 정도에 따라서 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어하도록 하여도 좋다. 일례로서 도 9에 나타내는 바와 같이, 용융로부(4) 내의 압력을 감지하는 압력센서(P1)를 역원뿔대부(45)에 배치하고, 예를 들어 탄화 화격자부(3)의 상방 공간의 압력을 감지하는 압력센서(P2)를 연통부(5)에 배치한다. 그리고, 압력센서(P1)가 감지하는 압력과, 압력센서(P2)가 감지하는 압력의 차이를 노 바닥 차압으로 하며, 이러한 노 바닥 차압이 소정의 범위 내, 예를 들어 0.4~2kPa의 범위 내로 유지되도록 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어한다. 노 바닥 차압의 설정값은, 실제로 조업하는 것에 의하여 미리 적절한 충전 높이에 대응하는 노 바닥 차압의 범위를 확인하여 결정하도록 하는 것이 바람직하고, 그 범위 내로 유지함으로써, 산소 누설이나 브리징 현상을 억제할 수 있으며, 더욱이 도 10에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이 노 바닥의 슬래그 온도를 안정 조업 가능한 1450℃ 이상으로 할 수 있다.

또한, 상술한 차압제어 대신에, 혹은 차압제어와 함께, 온도계를 이용하여 탄화 화격자부(3)의 온도를 감지하고, 탄화 화격자부(3)의 온도에 따라서 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어하도록 하여도 좋다. 일례로서 도 9에 나타내는 바와 같이, 공급 탄화 화격자(3A)와 건류 탄화 화격자(3B)의 경계 부근의 상방 공간의 온도를 감지하는 온도센서(T1)를 연통부(5) 내에 배치한다. 그리고, 온도센서(T1)가 감지하는 온도가 소정의 온도 범위 내, 예를 들어 650~800℃의 범위 내로 유지되도록 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어한다. 온도센서(T1)가 감지하는 온도가 설정범위를 넘은 경우, 충전 레벨이 저하하여 용융로부(4)로부터의 열량이 증가하였다고 판단하고 공급속도를 빠르게 한다. 반대로, 온도센서(T1)가 감지하는 온도가 설정 범위를 밑돈 경우, 지나치게 충전하였다고 판단하고 공급속도를 느리게 한다. 온도의 설정값은, 실제로 조업하는 것에 의하여 미리 적절한 충전 높이에 대응하는 온도범위를 확인하여 결정하도록 하는 것이 바람직하고, 그 범위 내로 유지함으로써, 산소 누설이나 브리징 현상을 억제할 수 있으며, 또한 도 11에 실제 시험결과를 나타내는 바와 같이 노 바닥의 슬래그 온도를 안정 조업 가능한 1450℃ 이상으로 할 수 있다. 노 바닥 차압에 의한 제어와 탄화 화격자부(3)의 온도에 의한 제어를 병용하도록 하여도 좋다.

더욱이, 예를 들어 도 9에 나타내는 바와 같이, 건류 탄화 화격자(3B)의 선단 부근의 모습을 감시할 수 있는 ITV 카메라를 배치하고, 노 내의 불길을 확인할 수 있도록 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어할 수도 있다. 즉, 예를 들어 노 바닥의 슬래그 온도를 1450℃ 이상으로 할 수 있는 적절한 불길의 상태를 미리 확인해 두고, ITV 카메라로 촬영되는 불길이, 적절한 불길보다 약한 경우에는 너무 충전하였다고 판단하고 공급속도를 느리게 한다. 반대로, 적절한 불길보다 심한 경우에는, 충전 레벨이 저하되고 있다고 판단하고 공급속도를 빠르게 한다.

더욱이, 예를 들어 도 9에 예시하는 바와 같이, 연통부(5)에 노 내 가스의 샘플링 구멍을 설치하고, 샘플링한 가스의 일산화탄소와 산소의 농도를 측정하여, 일산화탄소 농도가 3% 이상이며, 또한 산소농도가 1% 이하로 유지되도록 탄화 화격자부(3)의 공급속도를 제어하도록 하여도 좋다. 즉, 산소농도가 1%를 웃돈 경우에는 충전 레벨이 저하되고 있는 것에 기인하는 산소 누설이라고 판단하고 공급속도를 빠르게 한다. 또한, 일산화탄소 농도가 3%를 밑돈 경우에는 지나친 충전에 의한 건류 효율의 저하라고 판단하고 공급속도를 느리게 한다.

설명을 도 1로 되돌리면, 폐기물은 샤프트 상부의 폐기물 투입구(21)로부터만 투입하는 구성으로 한정되지 않고, 예를 들어 부자재 투입구(41)로부터 투입하도록 하여도 좋다. 예를 들어, 수분량이 많은 폐기물은 폐기물 투입구(21)로부터 투입하여, 샤프트부(2) 및 탄화 화격자부(3)에 있어서 건조·열분해하고 나서 용융로부(4)에 공급하도록 하고, 재의 양이 많고 수분이 적은 폐기물은, 부재자 투입구(41)로부터 투입하도록 하여 샤프트부(2) 및 탄화 화격자부(3)에서의 건조·열분해의 부하를 경감하도록 한다. 일례로서, 수분량이 많은 폐기물로서는 오니 등을 들 수 있고, 재의 양이 많은 폐기물로서는 소각재 등을 들 수 있다. 폐기물의 투입구는, 폐기물 투입구(21) 및 부자재 투입구(41) 이외의 장소에도 설치할 수 있다. 이와 같이, 폐기물의 성상에 근거하여 노 내에 투입하는 위치를 적절하게 변경하도록 하면, 결과적으로 노 전체의 부하를 경감하는 것이 가능해진다.

처리하는 폐기물의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 일반폐기물, 산업폐기물의 어느 것이어도 좋다. 슈레더 더스트(ASR), 개간 쓰레기, 소각재 등의 단독체 또는 혼합물, 혹은 이들과 가연성 쓰레기의 혼합물 등도 처리하는 것이 가능하다. 또한, 건류된 폐기물이나 차(char)를 투입하여도 좋다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 따라서 상세하게 설명하였는데, 형식이나 세부에 대한 다양한 치환, 변형, 변경 등이, 특허청구범위의 기재에 의하여 규정되는 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고 이루어지는 것이 가능한 것은, 당해 기술분야에서의 통상의 지식을 가지는 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는, 상술한 실시형태 및 첨부 도면에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위의 기재 및 그것과 균등한 것에 근거하여 정해져야 한다.

1: 폐기물 가스화 용융로
2: 샤프트부
3: 탄화 화격자부
3A: 공급 탄화 화격자
3B: 건류 탄화 화격자
4: 용융로부
42: 날개구
5: 연통부

Claims

상부측에 폐기물 투입구 및 노 내 가스 배출구, 바닥부측에 폐기물이 배출되는 개구부를 가지고, 내부에 충전된 폐기물을 건조 및 열분해시키는 샤프트부와,
상기 샤프트부와는 노 심을 어긋나게 하여 배치되며, 상부측에 열분해된 폐기물과 탄소계 고형연료가 공급되는 개구부, 노 바닥측에 연소용 산소부화공기를 불어 넣는 날개구를 가지는 용융로부와,
상기 샤프트부의 바닥부측 개구부와 상기 용융로부의 상부측 개구부를 연결하는 연통부를 구비한 폐기물 가스화 용융로에 있어서,
상기 샤프트부에 충전된 폐기물의 하중을 받는 위치에 배치된 탄화 화격자부와, 건조·열분해용 공기를 상기 탄화 화격자부로부터 상기 샤프트부 내로 송풍하는 송풍장치와, 상기 탄화 화격자부 상에 있는 열분해된 폐기물을 상기 용융로부의 상부측 개구부에 공급하는 공급장치를 상기 연통부에 구비하고,
상기 탄화 화격자부는, 상단측에 배치되는 공급 탄화 화격자와, 하단측에 배치되는 건류 탄화 화격자를 포함하며,
상기 공급장치는, 상기 공급 탄화 화격자 상의 폐기물을 상기 건류 탄화 화격자를 향하여 공급하는 제1 공급장치와, 상기 건류 탄화 화격자 상에 있는 탄화한 폐기물을 상기 용융로부를 향하여 공급하는 제2 공급장치를 포함하고,
상기 탄화 화격자부에서의 폐기물 자신의 연소열을 이용한 건조·열분해를 촉진시키기 위하여, 노 내에 불어 들어오는 전체 산소량의 60% 이상을 차지하도록 상기 건조·열분해용 공기를 상기 탄화 화격자부로부터 상기 샤프트부 내로 송풍하며, 노 내에 불어 들어오는 전체 산소량의 40% 미만을 상기 용융로부의 날개구로부터 공급하는 산소배분으로 하고, 더욱이 상기 제2 공급장치의 공급속도(V2)를 상기 제1 공급장치의 공급속도(V1)보다 크게 설정(V2>V1)한 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항에 있어서,
상기 송풍장치는, 상기 탄화 화격자부로부터 상기 용융로부에 공급되는 폐기물 중의 수분이 10% 이하이고, 또한 고정탄소의 잔존량이 3% 이상이 되도록, 상기 탄화 화격자부로부터 노 내에 불어 넣는 공기량을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 용융로부 내의 폐기물 충전 높이를 상기 날개구로부터 윗방향 +0.5m~ 상기 탄화 화격자부의 최하단부까지의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융로부 내의 압력(P1)과 상기 탄화 화격자부의 상부공간의 압력(P2)과의 차압을 0.4kPa~2kPa의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화 화격자부의 온도를 650℃~800℃의 범위 내로 유지하도록, 상기 공급장치의 공급속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소계 고형연료 중에 포함되는 고정탄소의 이론 연소 산소량(M1)을 상기 날개구로부터 상기 용융로 내에 불어 넣는 산소부화공기의 총 산소량(M2)으로 나눈 값을 용융로 연료비(M1/M2)로 하였을 때,
상기 용융로 연료비(M1/M2)를 0.8~1.2의 범위 내로 설정하는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 요융로.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
폐기물의 종류 또는 성상에 따라서 노 내로의 투입위치를 변경하는 적어도 하나 이상의 폐기물 투입구를 상기 샤프트부의 상부에 배치한 상기 폐기물 투입구와는 다른 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화 화격자부는, 탄화 화격자 연소율이 300kg/(m²·h)~500kg/(m²·h)의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융로부는, 원통형상이며, 상기 탄화 화격자부로부터의 폐기물이 공급되는 상기 개구부로부터 상기 날개구까지의 사이에 조임부를 이루는 역원뿔대부가 형성되어 있고, 상기 역원뿔대부의 경사각이 75도보다 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 용융로.