KR20150099684A - 폐기물 용융로 - Google Patents

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미츠마사 토다카
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코히치 노다
쇼 히라쿠라
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신닛떼쯔 수미킨 엔지니어링 가부시끼가이샤
니폰 스틸 앤 수미킨 인바이론멘탈 플랜트 솔루션즈 코퍼레이션
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Abstract

폐기물의 건조, 열분해 및 용융을 실시하는 폐기물 용융로(2)는, 상하 방향으로 연장되어 폐기물을 수용하는 공간을 형성하여, 폐기물을 상부 방향에서 하부방향으로 안내하는 통형상 본체부(20); 본체부(20)의 중심축선을 따라 본체부(20)의 하측으로 이어져, 폐기물에서 생성된 용융물을 저장하는 용융물 저장부(22); 및, 본체부(20)의 중심축선을 따라 본체부(20)의 상측으로 이어져, 폐기물에서 생성된 가스를 모아 배기구(26)로 유도하는 가스 유도부(21); 를 구비한다. 본체부(20)는, 하부 방향으로 갈수록 내측의 단면적이 점차 작아지는 테이퍼부(24)를 갖는다. 테이퍼부(24)는, 상하 방향에 있어서, 본체부(20)를 구성하는 전체 부분중에서 최대 높이를 차지한다.

Description

폐기물 용융로{WASTE MATERIAL MELTING FURNACE}
본 발명은, 폐기물의 건조, 열분해 및 용융을 실시하는 폐기물 용융로에 관한 것이다.
일반 폐기물이나 산업 폐기물 등의 폐기물을 처리하는 방법으로는, 예를 들어 코크스 등의 탄소계 가연물질을 용융 열원으로 이용하여, 공업로에서 폐기물을 용융시키는 방법이 있다. 용융에 의한 폐기물 처리에 의해, 폐기물의 감용화(減容化)가 가능해지는 한편 지금까지 매립에 의해 최종 처분되었던 소각재나 불연성 쓰레기를 슬래그나 메탈로 만들어 재자원화시키는 것이 가능해진다.
폐기물을 용융시키는 방법으로는, 폐기물을 소각로에서 소각해, 그 소각재나 불연분을 가열 용융시키는 방법이 있다. 최근에는, 폐기물 중의 가연분의 연소 및 가스화, 폐기물 중의 회분의 가열 용융을 하나의 용융로 내에서 실시할 수 있는 가스화 용융로가 주목받고 있다. 가스화 용융로는, 탄소계 가연물질의 연소열에 의해, 폐기물 중의 가연물을 연소 및 가스화 시켜 용융로 밖으로 배출시키고, 용융로 내에 남은 회분이나 불연물을 가열 용융시킨다. 즉, 가스화 용융로는, 폐기물을 열분해하여, 회분이나 불연물을 가열 용융시킨다.
가스화 용융로로는, 샤프트식 용융로가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1~3 참조). 특허 문헌 1~3에 개시되어 있는 용융로는, 원통형 샤프트부(직동부); 역원뿔대부(테이퍼부); 및, 노저부(爐底部);를 구비한다. 노저부에는, 하단 송풍구가 설치된다. 하단 송풍구에서 용융로내로는, 탄소계 가연물질을 연소시키기 위한 가스(연소 지지가스)가 송풍된다. 이것에 의해 탄소계 가연물질이 연소되면, 고온의 용융로내 가스가 발생하여 상승된다. 이 용융로내 가스와 폐기물 사이에서 열교환이 이루어져 폐기물의 건조 및 열분해가 촉진된다. 회분이나 불연물은, 테이퍼부의 내면을 따라 노저부측에 모여, 탄소계 가연물질의 연소열에 의해 용융된다. 용융물은 노저부에 저장되었다가 배출된다.
또한, 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있는 용융로에서는, 역원뿔대부에 상단 송풍구가 더 설치되어 있다. 상단 송풍구에서 용융로내로는, 공기가 송풍된다. 이것에 의해, 폐기물의 건조 및 열분해가 촉진된다.
일본특허 공개공보 제 1996－94036호 일본특허 공개공보 제 2011－89672호 일본특허 공개공보 제 2002－130632호
그러나, 상술한 가스화 용융로에서는, 용융로내에서의 폐기물의 부하 강하 속도는 균일하지 않고, 용융로내 중앙부에서의 부하 강하 속도에 비해 용융로벽 근방에서의 부하 강하 속도가 낮은 경향이 있다. 특허 문헌 1~3에 기재된 용융로에서는, 특히 역원뿔대부의 내면 근방에서의 부하 강하 속도가 낮고, 폐기물이 정체되기 쉽다. 특히, 샤프트부의 내면과 역원뿔대부의 내면의 경계부에 폐기물이 걸려, 정체되기 쉽다. 이러한 정체가 생기면, 용융로내 가스가 충분히 도달하지 않는 부분이 생겨 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율 저하되는 경우가 있다.
또한, 폐기물의 정체 부분에서 국소적으로 열분해가 생겨 공동이 발생하는 경우도 있다. 특히, 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있는 용융로에서는, 상단 송풍구에 의해 역원뿔대부에 공기가 송풍되기 때문에, 상단 송풍구 근방에서 국소적인 열분해가 생기기 쉽다. 국소적인 열분해로 생긴 공동이 용융로내 가스의 유로를 형성해 버리면, 그 유로를 통해 용융로내 가스가 빠져나가 버려, 공동 이외의 부분에 용융로내 가스가 도달하기 어려워진다(이하, 이 현상을 「가스 통과」라고 한다. ). 따라서, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 더욱 저하될 우려가 있다.
게다가, 공동이 발생할 때에 생긴 열분해 잔류물이 용융되어, 용융로의 내면에 부착되어 버리는 경우도 있다. 이러한 부착이 발생하면, 폐기물이 더욱 정체되기 쉬워진다. 따라서, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 더욱 저하될 우려가 있다.
이와 같이, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 저하되면, 그것을 보완하기 위해서 탄소계 가연물질의 소비량이 증가된다. 일반적으로, 탄소계 가연물질은 화석연료로 부터 유래하므로, 탄소계 가연물질의 소비량 증가는 환경보호의 관점에서 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명은, 탄소계 가연물질의 소비량을 저감시킬 수 있는 폐기물 용융로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 폐기물 용융로는, 폐기물의 건조, 열분해 및 용융을 실시하는 폐기물 용융로에 있어서, 상하 방향으로 연장되어 폐기물을 수용하는 공간을 형성하며, 폐기물을 상부 방향에서 하부방향으로 안내하는 통형상 본체부; 본체부의 중심축선을 따라 본체부의 하측으로 이어지며, 폐기물에서 생성된 용융물을 저장하는 용융물 저장부; 및, 본체부의 중심축선을 따라 본체부의 상측으로 이어지며, 폐기물에서 생성된 가스를 모아 배기구로 유도하는 가스 유도부; 를 구비하고, 본체부는, 하부 방향으로 갈수록 내측의 단면적이 점차 작아지는 테이퍼부를 갖고, 상하 방향에 있어서, 테이퍼부는 본체부의 전체 높이를 차지하거나, 또는 본체부를 구성하는 전체 부분중에서 최대 높이를 차지하고, 수평면에 대한 테이퍼부 내면의 경사각은 75˚ 초과 90˚ 미만이다.
이 폐기물 용융로내의 하부에서 탄소계 가연물을 연소시키면, 고온의 용융로내 가스가 발생하여, 상승한다. 폐기물은, 용융로내 가스의 상승류를 마주보며 하강한다. 이 과정에서, 용융로내 가스와 폐기물 사이에서 열교환이 이루어져 폐기물의 건조 및 폐기물의 열분해가 촉진된다. 폐기물의 열분해에 의해 발생된 가스는, 가스 유도부에 모여 배출된다. 용융로내에 남은 회분 및 불연물은, 테이퍼부의 내면을 따라 용융로의 저부측에 모여, 탄소계 가연물질의 연소열에 의해 용융된다. 용융물은 용융물 저장부에 저장되었다가 배출된다.
여기서, 본체부를 구성하는 전체 부분중에서 테이퍼부가 최대 높이를 차지한다. 따라서, 테이퍼 형상이 아닌 직동부(直胴部)가 최대 높이를 차지하는 경우에 비해, 수평면에 대한 테이퍼부 내면의 경사각이 크다. 이것에 의해, 테이퍼부의 내면 근방의 폐기물이 원활하게 하부 방향으로 유도된다. 더욱이, 테이퍼부가 직동부의 하측으로 이어지는 경우라도, 직동부의 내면에 대한 테이퍼부 내면의 경사가 완만하기 때문에, 테이퍼부 상단부에 폐기물이 정체되기 어렵다. 또한, 테이퍼부가 최대 높이를 차지하면, 테이퍼부의 상단부는 본체부의 상부측에 위치된다. 폐기물은, 건조 및 열분해에 의해, 본체부내를 하강함에 따라 감용화된다. 이 감용화는, 본체부의 상부측에서도 진행된다. 테이퍼부의 상단부가 본체부의 상부측에 위치하고 있으면, 본체부의 상부측에서도 진행되는 감용화에 대응하여, 본체부의 단면적이 상부측에서 하부 방향으로 갈수록 작아진다. 따라서, 공동의 발생이 억제되어 가스 통과가 방지된다. 이러한 것들로부터, 직동부가 최대 높이를 차지하는 경우에 비해, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 향상된다. 따라서, 탄소계 가연물질의 소비량을 저감시킬 수 있다.
그리고 직동부가 최대 높이를 차지하는 경우에 비해, 본체부의 내용적이 작지만, 폐기물의 처리 효율에 대한 악영향은 없다. 이것은, 상술한 바와 같이 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율을 향상시켜, 폐기물이 효율적으로 감용화되기 때문이다.
수평면에 대한 테이퍼부 내면의 경사각은, 75˚ 초과 90˚ 미만이다. 이것에 의해, 폐기물의 정체가 보다 확실히 방지된다. 따라서, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본체부는, 폐기물을 건조시키는 건조 영역; 및, 건조 영역의 하부 방향에서 폐기물을 열분해시키는 열분해 영역;을 갖고, 건조 영역과 열분해 영역의 경계부가 테이퍼부내에 위치할 수 있다. 이 경우, 테이퍼부의 상단부가 건조 영역내에 위치한다. 상술한 폐기물의 감용화는 건조 영역내에서도 진행된다. 테이퍼부의 상단부가 건조 영역내에 위치하면, 건조 영역내에서도 진행되는 감용화에 대응하여, 본체부의 단면적이 건조 영역내에서 하부 방향으로 갈수록 작아진다. 따라서, 공동의 발생을 보다 확실히 억제시킬 수 있다.
용융물 저장부에는, 산소 부화된 공기를 용융로내에 공급하기 위한 하단 송풍구가 설치되고, 테이퍼부에는, 공기를 용융로내에 공급하기 위한 상단 송풍구가 설치되고, 적어도 하나의 상단 송풍구는, 건조 영역에 위치할 수 있다. 이 경우, 하단 송풍구에서 용융로내로 산소 부화된 공기를 공급함으로써, 탄소계 가연물질의 연소를 지속시킬 수 있다. 상단 송풍구에서도 용융로내로 공기를 공급함으로써, 폐기물의 건조 및 열분해를 촉진시킬 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 상단 송풍구는, 건조 영역에 위치한다. 따라서, 건조 영역에서의 폐기물 건조가 더욱 촉진된다. 상술한 바와 같이, 테이퍼부의 상단부가 건조 영역내에 위치하고 있으므로, 건조 영역내의 폐기물은 테이퍼부를 따라 하강한다. 폐기물의 건조가 촉진되면, 폐기물이 더욱 감용화 되어 테이퍼부를 따른 부하 강하가 더욱 원활해진다. 또한, 건조 촉진에 의해 감용화된 폐기물이 테이퍼부에 의해 중앙으로 집중되기 때문에, 공동의 형성은 억제된다. 이와 같이, 테이퍼부의 상단부가 건조 영역내에 위치하는 것과, 상단 송풍구가 건조 영역에 설치되는 것이 어우러져, 공동의 형성을 억제하면서 폐기물의 건조를 촉진시키는 것이 가능해지고 있다.
건조 영역에 위치하는 상단 송풍구는, 건조 영역의 하단부와 테이퍼부의 상단부 사이에 있어서, 건조 영역의 하단부 가까이에 위치할 수 있다. 이 경우, 공동의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 발명에 의한 폐기물 용융로에 의하면, 탄소계 가연물질의 소비량을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 폐기물 용융로를 이용한 폐기물 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1 내의 폐기물 용융로를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 폐기물 용융로내의 건조 영역, 열분해 영역, 용융 영역을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 및 비교예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 용융로내 차압의 날짜 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다.
도 6은, 노정(爐頂) 가스 온도의 날짜 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다.
도 7은 용융로 중간부 가스 온도의 시간 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다.
도 8은 폐기물 처리량, 코크스비, 용융로내 차압, 노정 가스 온도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 용융로의 높이 방향에서의 용융로내 가스의 유속의 분포 및 용융로내 차압의 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 용융로내 열교환 온도와 코크스비의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 용적당 수분 건조 능력과 코크스비의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는, 열전달 효율과 용융로내 가스의 유속의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 가스 통과 발생시간과 코크스비의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 병기하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 폐기물 처리 장치(1)는, 일반 폐기물이나 산업 폐기물을 처리하는 장치로, 폐기물 용융로(2); 수쇄(水碎) 피트(pit)(5); 연소실(6); 보일러(61); 냉각탑(62); 집진기(63); 촉매 반응탑(64); 및, 굴뚝(65)을 구비한다. 폐기물 용융로(2)는, 환원 분위기하에서 폐기물중의 가연물을 열분해하여 가스화시키고, 회분이나 불연물을 용융시킨다. 후술하는 바와 같이, 폐기물에서 생성된 가스는, 폐기물 용융로(2)의 상부에서 배출되고, 폐기물에서 생성된 용융물은, 폐기물 용융로(2)의 하부에서 배출된다.
수쇄 피트(5)는, 폐기물 용융로(2)의 하부에서 배출된 용융물을 수쇄 냉각시켜, 회수한다. 수쇄 피트(5)는, 냉각수를 저장하는 케이싱, 및 케이싱내에서 수쇄 냉각된 냉각물을 꺼내기 위한 스크레이퍼 컨베이어(미도시)를 구비한다. 연소실(6) 및 보일러(61)는, 배기 덕트를 통해 폐기물 용융로(2)의 상부에 접속되어 폐기물 용융로(2)의 배기가스로부터 열에너지를 회수한다. 냉각탑(62), 집진기(63), 촉매 반응탑(64)은, 보일러(61)의 하류 측에 접속되어 배기가스를 무해화시킨다. 굴뚝(65)은, 무해화된 배기가스를 방출한다.
폐기물 용융로(2)는, 벽돌, SiC나 알루미나 등을 포함하는 내화성 물질 등으로 형성되어 있다. 폐기물 용융로(2)는, 상하 방향에 따른 축선(CL1)을 중심으로 상하 방향으로 연장되는 통형상 본체부(20); 본체부(20)의 상측으로 이어지는 가스 유도부(21); 및, 본체부(20)의 하측으로 이어지는 용융물 저장부(22);를 구비한다. 본체부(20)는, 폐기물을 수용하는 공간을 형성해, 폐기물을 상부 방향에서 하부 방향으로 안내한다. 가스 유도부(21)는, 본체부(20)내의 폐기물에서 생성된 가스를 모아 배기 덕트로 유도한다. 용융물 저장부(22)는, 본체부(20)내의 폐기물에서 생성된 용융물을 저장한다.
본체부(20)는, 내측의 단면적이 일정한 직동부(23); 및, 직동부(23)의 하측으로 이어져, 하부 방향으로 갈수록 내측의 단면적이 작아지는 테이퍼부(24);로 구성되어 있다. 직동부(23)의 내면(23a)은 원주 형상을 나타내고, 테이퍼부(24)의 내면(24a)은 역원추 사다리꼴 형상을 나타낸다. 테이퍼부(24)의 상단부의 내경은, 직동부(23)의 내경과 같다.
테이퍼부(24)의 높이(H2)는, 직동부(23)의 높이(H3)에 비해 크다(도 3 참조). 즉, 본체부(20)을 구성하는 전체 부분중에서, 테이퍼부(24)는 최대 높이를 차지한다. 따라서, 직동부(23)가 최대 높이를 차지하는 경우에 비해, 수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각(θ)이 크다. 경사각(θ)은, 75도 초과 90도 미만이다. 80도 이상 90도 미만인 것이 보다 바람직하다.
본체부(20)의 내경 및 높이는, 예를 들어, 후술하는 건조 영역(70)에 필요한 용적 및 열분해 영역(71)에 필요한 용적을 따라 정해진다. 건조 영역(70)에 필요한 용적은, 예를 들어, 1시간당 수분 건조량을 50~150 kg/m3ㆍh으로 하여 1시간당 폐기물 용융로(2)에 투입되는 폐기물에 포함되는 수분량(즉, 투입 수분량)의 전체량을 건조시킬 수 있는 용적이다. 열분해 영역(71)에 필요한 용적은, 예를 들어, 1시간당 탄소 가스화량을 50~150 kg/m3ㆍh로하여 1시간당 폐기물 용융로(2)내에 투입하는 폐기물 및 코크스에 포함되는 탄소를 가스시킬 수 있는 용적이다.
용융물 저장부(22)는, 축선(CL1)을 중심으로 하는 원통형 측벽부(22a); 및, 측벽부(22a)의 하단부를 막는 저부(22b);를 갖고 있다. 측벽부(22a)의 상단부는, 테이퍼부(24)의 하단부에 접속된다. 측벽부(22a)의 내경은, 테이퍼부(24)의 하단부의 내경과 같다. 측벽부(22a)의 하단부에는, 용융물 저장부(22)에 저장된 용융물을 배출하는 출탕구(27)가 설치된다. 출탕구(27)에는 개폐 기구(미도시)가 설치되어 간헐적으로 용융물을 배출시킨다. 출탕구(27)의 외측에는, 측벽부(22a)에서 사선 하부 방향으로 연장되는 용융물관(28)이 설치된다. 용융물관(28)은, 용융물을 수쇄 피트(5)로 보낸다.
가스 유도부(21)는, 축선(CL1)을 중심으로 하는 원통 형상을 나타낸다. 가스 유도부(21)의 하단부는, 본체부(20)의 직동부(23)의 상단부에 접속된다. 가스 유도부(21)의 하단부의 내경은, 직동부(23)의 내경과 같다. 상하 방향에서의 가스 유도부(21)의 중간부는 지름 방향으로 팽창 돌출되어 있다. 따라서, 가스 유도부(21)의 내면(21a)은, 직동부(23)의 내면(23a)에 비해 지름 방향으로 부풀어 올라 있다. 가스 유도부(21)의 상단부는, 하단부에 비해 축소된 지름으로 폐기물 용융로(2)의 개구부(2a)를 구성한다.
개구부(2a)에는, 내통(25)이 삽입된다. 내통(25)은, 축선(CL1)을 중심으로 하는 원통 형상을 나타내고, 폐기물 용융로(2)내에 폐기물 및 탄소계 가연물질을 도입한다. 내통(25)의 하단부는 가스 유도부(21)의 하단부에 비해 상부 방향에 위치한다. 가스 유도부(21)의 상부에는, 배기구(26)가 설치된다. 배기구(26)는, 본체부(20)내의 폐기물에서 생성된 가스를 배출한다. 배기구(26)는, 배기 덕트를 통해 연소실(6)에 접속된다.
용융물 저장부(22)에는, 산소 부화된 공기(이하, 「산소 부화 공기」라고 한다. )를 용융로내에 공급하기 위한 하단 송풍구(40)가 설치된다. 산소 부화란, 산소 농도를 높이는 것을 말한다. 하단 송풍구(40)는, 측벽부(22a)의 둘레 방향으로 늘어선 복수의 부위에 배치된다. 하단 송풍구(40)의 바람직한 배치예로서, 둘레 방향으로 45도 간격으로 늘어선 8개 부위에 하단 송풍구(40)를 배치하는 것을 들 수 있다. 하단 송풍구(40)의 끝단부는, 용융물 저장부(22)내로 돌출될 수도 있고, 돌출되지 않을 수도 있다.
테이퍼부(24)에는, 공기를 용융로내로 공급하기 위한 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)가 설치된다. 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)는, 상부 방향에서 하부방향으로 늘어서 있다. 상하 방향으로 늘어선 상단 송풍구의 수는 4단에 한정되지 않고, 4단 미만일수도 있고, 5단 이상일수도 있다. 상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 각각은, 테이퍼부(24)의 둘레 방향으로 늘어선 복수의 부위에 배치된다. 바람직한 배치예로서, 상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 각각을, 둘레 방향으로 90도 간격으로 늘어선 4개 부위에 배치하는 것을 들 수 있다. 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)의 끝단부는, 테이퍼부(24)내로 돌출될 수도 있고, 돌출되지 않을 수도 있다.
상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 및 하단 송풍구(40)에는, 송풍기(42)가 접속된다. 송풍기(42)로부터 상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 및 하단 송풍구(40)로 향하는 유로에는, 유량 조절 밸브(30a, 31a, 32a, 33a, 40a)가 각각 설치된다. 또한, 유량 조절 밸브(40a)로부터 하단 송풍구(40)로 향하는 유로에는, 공기를 산소 부화시키기 위한 산소 발생기(41)가 접속된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 폐기물 용융로(2)에는, 용융로내 온도를 측정하기 위한 온도계(T1~T5)가 배치된다. 온도계(T1)는, 가스 유도부(21)의 상부에 배치된다. 온도계(T5)는, 용융물 저장부(22)의 저부(22b)를 구성하는 내화물내에 매설된다. 온도계(T2,T3,T4)는, 온도계(T1, T5)사이에서 상부 방향에서 하부방향으로 늘어서 있다. 또한, 폐기물 용융로(2)에는, 용융로내 압력을 측정하기 위한 복수의 압력계가 배치된다. 압력계(P1)는, 가스 유도부(21)의 상부에 배치된다. 압력계(P2, P3, P4)는, 테이퍼부(24)의 상부, 중간부, 하부에 각각 배치된다.
이어서, 폐기물 용융로(2)의 동작에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 폐기물 투입 시작전에, 내통(25)를 통해, 탄소계 가연물질이 폐기물 용융로(2)내로 도입된다. 탄소계 가연물질은, 예를 들어 코크스이다. 화석연료에서 유래하는 코크스의 소비량을 삭감하기 위해서, 코크스의 전부 또는 일부를, 목재 등의 바이오매스(biomass)의 탄화물로 대체할 수 있다. 폐기물 용융로(2)내의 저부(22b) 상에 축적된 코크스는, 버너(미도시) 등을 이용하여 착화된다. 이것에 의해, 용융로내의 저부에 소위 코크스 베드(81)가 형성된다.
이어서, 내통(25)을 통해, 코크스 및 폐기물의 혼합물이 폐기물 용융로(2) 내에 도입되어 이 혼합물로 본체부(20) 안이 채워진다. 폐기물의 종류는 특별히 한정되지 않고, 일반 폐기물, 산업 폐기물 중 어떤 것도 가능하다. 조각 찌꺼기(shredder dust ; ASR), 파헤친 쓰레기, 소각재 등의 단일체 또는 혼합물, 혹은 이들과 가연성 쓰레기의 혼합물 등도 처리할 수 있다. 또한, 건류된 폐기물을 투입할 수 있다. 코크스 외에, 염기도 조정제로서 석회석 등을 폐기물에 첨가할 수 있다.
이 상태로, 하단 송풍구(40)에서는, 산소 부화 공기가 용융로 내로 공급된다. 산소 부화 공기의 송풍 압력의 바람직한 설정예로, 5~25 kPa의 범위내로 설정하는 것을 들 수 있다. 그리고 하단 송풍구(40)에서 용융로 내로 공급되는 산소 부화 공기에, LNG 등의 연료 가스를 혼합할 수 있다. 더욱이, 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)에서는, 공기가 용융로 내로 공급된다. 공기의 송풍 압력의 바람직한 설정예로, 5~25 kPa로 설정하는 것을 들 수 있다.
폐기물 용융로(2)의 저부(22b)측에서는, 하단 송풍구(40)에서 공급되는 산소 부화 공기에 의해, 코크스의 연소가 지속되어, 연소로 발생한 고온의 용융로내 가스가 상승한다. 또한, 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)에서 공급되는 공기에 의해, 테이퍼부(24)에서 폐기물이 부분 연소되어, 부분 연소로 발생한 고온의 용융로내 가스가 상승한다. 폐기물은, 본체부(20)로 안내되어 용융로내 가스의 상승류를 마주보며 하강한다. 이 과정에서, 용융로내 가스와 폐기물 사이에서 열교환이 이루어져 폐기물의 건조 및 폐기물의 열분해가 촉진된다. 폐기물의 열분해에 의해 발생한 가스는, 가스 유도부(21)내에 모여 상부 방향으로 유도되어 배기구(26)를 통해 배출된다. 배출된 가스는 배기 덕트를 통해 연소실(6)로 보내진다.
열분해 잔류물(탄화물)은, 회분, 불연물과 함께, 테이퍼부(24)의 내면(24a)을 따라 폐기물 용융로(2)의 저부(22b)측에 모여, 코크스 베드(81) 위에 탄화물 입자층(소위 숯층(82))을 형성한다. 숯층(82)은, 환기 저항층으로 기능하여, 하단 송풍구(40)에서 공급되는 산소 부화 공기의 흐름을 정리한다. 이것에 의해, 하단 송풍구(40)에서 공급되는 산소 부화 공기의 국소적인 통과가 방지된다.
열분해 잔류물의 가연성 건류물(고정 탄소)은, 코크스와 함께 연소된다. 코크스 및 가연성 건류물의 연소 가스는, 코크스 베드(81)의 상단 근방 영역에서 최고 온도가 된다. 이 영역에서, 회분, 불연물이 용융된다. 용융물은 코크스 베드의 틈새를 통해 용융물 저장부(22)로 진입하여, 저장된다. 저장된 용융물은, 출탕구(27)로부터 간헐적으로 배출된다. 출탕구(27)에서 배출된 용융물은, 수쇄 피트(5)로 수쇄 냉각되어 슬러그 및 메탈로 회수된다. 그 후, 코크스 및 폐기물의 혼합물이 용융로내에 보충되어 폐기물 용융 처리가 지속된다.
여기서, 폐기물 용융 처리가 지속되고 있는 동안, 폐기물 용융로(2)내의 상부에는, 건조 영역(70)이 형성된다. 건조 영역(70)에서는, 주로 폐기물의 건조 및 예열이 이루어진다. 건조 영역(70)의 하측에는, 열분해 영역(71)이 형성된다. 열분해 영역(71)에서는, 주로 건조된 폐기물중의 가연 성분의 열분해 및 가스화가 이루어진다. 열분해 영역(71)의 하측에는, 용융 영역(72)이 형성된다. 용융 영역(72)에서는, 주로 회분, 불연물의 용융이 이루어진다(도 3 참조). 상술한 바와 같이, 직동부(23)가 최대 높이를 차지하는데 비해 테이퍼부(24)의 상단부의 위치가 높으므로, 테이퍼부(24)의 상단부는 건조 영역(70)에 도달되고, 건조 영역(70)과 열분해 영역(71)의 경계부는 테이퍼부(24)내에 위치된다.
상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 중에서, 최상단에 배치된 상단 송풍구(30)는 건조 영역(70)에 위치한다. 상단 송풍구(30)는, 건조 영역(70)의 하단부와 테이퍼부(24)의 상단부 사이에 있어서, 건조 영역(70)의 하단부 가까이에 위치된다.
건조 영역(70)내에서는, 열분해 영역(71)내에 비해, 폐기물들 사이에 큰 공극이 형성되어 있으므로, 건조 영역(70)내의 폐기물은, 열분해 영역(71)내의 폐기물에 비해 움직이기 쉽다. 따라서, 건조 영역(70)의 상단 송풍구(30)에 의한 송풍량이 너무 많아지면, 용융로내 가스 통과 경로의 형성을 조장할 위험이 있다. 그러므로, 상단 송풍구(30)로부터의 송풍량을, 한 부위 당 50 Nm3/h 이하로 하는 것이 바람직하다. 그리고 반드시 건조 영역(70)에 상단 송풍구(30)를 설치하지 않아도 된다. 또한, 4단의 상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 중 2단 이상을 건조 영역(70)내에 배치할 수 있다.
그리고 용융로내의 어느 부분이 건조 영역(70), 열분해 영역(71), 용융 영역(72)인지는, 예를 들어 용융로내 온도에 의해 파악할 수 있다. 예를 들어, 용융로내 온도가 350~600℃인 부분은 건조 영역이고, 용융로내 온도가 600~1200℃인 부분은 열분해 영역이며, 용융로내 온도가 1200~1800℃인 부분은 용융 영역이다. 본 실시 형태에서는, 폐기물 용융로(2)내의 상부에서 하부에 걸쳐, 온도계(T1~T5)가 배치된다. 각 온도계로 측정되는 온도에 의해, 건조 영역(70), 열분해 영역(71), 용융 영역(72)의 범위를 대략적으로 파악할 수 있다.
또한, 건조 영역(70)과 열분해 영역(71)의 경계부의 위치는, 예를 들어 용융로내 차압에 의해서도 파악할 수 있다. 건조 영역(70)에 있어서, 폐기물은, 건조로 수분이 제거되는 것에 의해 감용화된다. 열분해 영역에 있어서, 폐기물은, 열분해에 의해 탄화물 입자를 형성하여, 더욱 감용화되어 밀집된다. 따라서, 건조 영역에서의 차압과 열분해 영역에서의 차압 사이에는 예를 들어 0.5 kPa/m 정도의 차이가 있다. 여기서의 차압이란, 1 m의 하강에 수반되는 압력의 상승량이다. 그러므로, 상부 방향의 영역의 차압에 비해 예를 들어 0.5 kPa/m 정도의 차압이 상승되는 부위를 파악함으로써, 건조 영역(70)과 열분해 영역(71)의 경계부를 대략적으로 파악할 수 있다. 용융로내 각부의 차압은, 용융로내에 배치된 압력계(P1~P4)에 의해 대략적으로 파악할 수 있다. 예를 들어, 중간부 압력계(P3) 부근에서의 차압이 상부 방향의 영역에 비해 0.5 kPa/m 정도 상승하고 있으면, 중간부 압력계(P3) 부근이 건조 영역(70)과 열분해 영역(71)의 경계부인 것이 파악된다.
즉, 폐기물의 열분해 영역(71)은, 건조 영역(70)내에 있어서 0.5 kPa/m 이상의 차압상승이 완료될 때까지 하강된 부위보다 낮은 영역이다. 그리고 여기서의 차압은, 용융로의 조업이 비교적 안정되어 있을 때의 차압을 의미하고, 가스 통과 등이 발생되었을 때의 차압을 제외한다.
이상에서 설명한 폐기물 용융로(2)에서는, 본체부(20)를 구성하는 전체 부분중에서 테이퍼부(24)가 최대 높이를 차지한다. 따라서, 테이퍼 형상이 아닌 직동부(23)이 최대 높이를 차지하고 있는 경우에 비해, 수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각이 크다. 이것에 의해, 테이퍼부(24)의 내면(24a) 근방의 폐기물이 원활하게 하부로 유도된다. 더욱이, 직동부(23)의 내면(23a)에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사가 완만하기 때문에, 테이퍼부(24)의 상단부에 폐기물이 정체되기 어렵다. 또한, 테이퍼부(24)가 최대 높이를 차지하고 있으면, 테이퍼부(24)의 상단부는 본체부(20)의 상부측에 위치한다. 폐기물은, 건조 및 열분해에 의해, 본체부(20)내를 하강함에 따라 감용화된다. 이 감용화는, 본체부(20)의 상부측에서도 진행된다. 테이퍼부(24)의 상단부가 본체부(20)의 상부측에 위치하고 있으면, 본체부(20)의 상부측에서도 진행되는 감용화에 대응하여, 본체부(20)의 단면적이 상부측에서 하부 방향으로 갈수록 작아진다. 따라서, 공동의 발생이 억제되어 가스 통과가 방지된다. 이것들로부터, 직동부(23)가 최대 높이를 차지하고 있는 경우에 비해, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 향상된다. 따라서, 코크스의 소비량을 저감시킬 수 있다.
그리고 직동부(23)가 최대 높이를 차지하고 있는 경우에 비해, 본체부(20)의 내용적은 작지만, 폐기물의 처리 효율에 대한 악영향은 없다. 이것은, 상술한 바와 같이 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율이 향상되어, 폐기물이 효율적으로 감용화되기 때문이다.
수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각은, 75˚초과 90˚미만이다. 따라서, 폐기물의 정체가 보다 확실히 방지된다. 따라서, 폐기물과 용융로내 가스 사이의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
건조 영역(70)과 열분해 영역(71)의 경계부는 테이퍼부(24)내에 위치한다. 이것에 의해, 테이퍼부(24)의 상단부가 건조 영역(70)내에 위치된다. 상술한 폐기물의 감용화는 건조 영역(70)내에서도 진행된다. 테이퍼부(24)의 상단부가 건조 영역(70)내에 위치하고 있으면, 건조 영역(70)내에서도 진행되는 감용화에 대응하여, 본체부(20)의 단면적이 건조 영역(70)내에서 하부 방향으로 갈수록 작아진다. 따라서, 공동의 발생을 보다 확실히 억제시킬 수 있다.
또한, 상단 송풍구(30)는 건조 영역(70)에 위치한다. 따라서, 건조 영역(70)에서의 폐기물의 건조가 더욱 촉진된다. 상술한 바와 같이, 테이퍼부(24)의 상단부가 건조 영역(70)내에 위치하고 있으므로, 건조 영역(70)내의 폐기물은 테이퍼부(24)를 따라 하강한다. 폐기물의 건조가 촉진되면, 폐기물이 더욱 감용화 되어 테이퍼부(24)에 따른 부하 강하가 더욱 원활해진다. 또한, 건조의 촉진에 의해 감용화된 폐기물이 테이퍼부(24)에 의해 중앙으로 집중되므로, 공동 형성은 억제된다. 이와 같이, 테이퍼부(24)의 상단부가 건조 영역(70)내에 위치하는 것과, 상단 송풍구(30)가 건조 영역(70)에 설치되는 것이 어우러져, 공동의 형성을 억제하면서 폐기물의 건조를 촉진하는 것이 가능해지고 있다.
상단 송풍구(30)는, 건조 영역(70)의 하단부와 테이퍼부(24)의 상단부 사이에 있어서, 건조 영역(70)의 하단부 가까이에 위치한다. 이것에 의해, 건조 영역(70)에 위치하는 상단 송풍구(30)를 직동부(23)와 테이퍼부(24)의 경계부에서 이간시켜, 공동의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다.
게다가, 폐기물 용융로(2)에 의하면, 열분해 잔류물 부착의 발생이 억제되므로, 폐기물 용융로(2)의 유지 보수시의 작업 부담을 현저히 경감시킬 수 있다. 또한, 공동의 발생이 억제되는 것에 의해, 폐기물 용융로(2)의 안정된 조업이 가능해진다. 만일 공동이 발생하여, 그 공동이 성장하면, 용융로내 차압은 저하한다. 그리고, 성장중이던 공동이 허물어짐에 따라 매립되면, 용융로내 차압은 급격하게 상승된다. 공동의 발생이 억제되면, 이러한 용융로내 차압의 변동도 억제되므로, 폐기물 용융로의 안정적인 조업이 가능해진다.
폐기물 용융로(2)에서는, 직동부(23)가 최대 높이를 차지하고 있는 경우에 비해, 종래의 용융로에 비해 열분해 영역(71)의 내경이 작아진다. 그 만큼, 숯층의 층두께를 크게 할 수 있어 충분한 용융로내 차압을 확보하는 것이 가능해진다. 이것도, 폐기물 용융로(2)의 조업 안정화에 기여한다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 요지에서 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경이 가능하다. 예를 들어, 본체부(20)가 직동부(23)를 갖지 않고, 테이퍼부(24)만으로 구성되어 있을 수 있다. 즉, 테이퍼부(24)는, 본체부(20)의 전체 높이(H1)를 차지할 수 있다.
(실시예) 이하에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내지만, 본 발명은, 여기에서 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(1) 실시예 1 실시예 1로서 도 4a에 모식적으로 나타나는 폐기물 용융로(2A)를 준비했다. 폐기물 용융로(2A)는, 상술한 실시 형태의 폐기물 용융로(2)에 상당한다. 본체부(20)의 전체 높이(H1)에 대한 테이퍼부(24)의 높이(H2)의 비율은 95%이다. 수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각(θ)은, 80˚이다. 폐기물 용융로(2A)에서는, 90˚간격으로 둘레 방향으로 늘어선 4개 부위에 상술한 온도계(T2)를 설치했다.
(2) 실시예 2 실시예 2로서 도 4b에 모식적으로 나타나는 폐기물 용융로(2B)를 준비했다. 폐기물 용융로(2B)는, 상술한 실시 형태의 폐기물 용융로(2)에 상당한다. 본체부(20)의 전체 높이(H1)에 대한 테이퍼부(24)의 높이(H2)의 비율은 50%이다. 수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각(θ)은 75˚이다. 폐기물 용융로(2B)의 직동부(23)의 내경, 테이퍼부(24)의 하단부의 내경, 본체부(20)의 전체 높이(H1)는, 폐기물 용융로(2A)의 직동부(23)의 내경, 테이퍼부(24)의 하단부의 내경, 본체부(20)의 전체 높이(H1)와 같다.
(3) 비교예 1 비교예 1로서 도 4(c)에 모식적으로 나타나는 폐기물 용융로(2C)를 준비했다. 다음에 있어서, 폐기물 용융로(2C)는 상술한 실시 형태의 폐기물 용융로(2)와 상이하다. 본체부(20)를 구성하는 전체 부분중에서 직동부(23)가 최대 높이를 차지한다. 본체부(20)의 전체 높이(H1)에 대한 테이퍼부(24)의 높이(H2)의 비율은 35%이다. 상단 송풍구(30, 31, 32, 33) 중, 최상부의 상단 송풍구(30)를 갖지 않는다. 모든 상단 송풍구(31, 32, 33)는, 열분해 영역(71)에 위치한다. 수평면에 대한 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경사각(θ)은 70˚이다.
폐기물 용융로(2C)의 직동부(23)의 내경, 테이퍼부(24)의 하단부의 내경, 본체부(20)의 전체 높이(H1)는, 폐기물 용융로(2A)의 직동부(23)의 내경, 테이퍼부(24)의 하단부의 내경, 본체부(20)의 전체 높이(H1)와 같다. 폐기물 용융로(2C)에도, 90˚간격으로 둘레 방향으로 늘어선 4개 부위에 상술한 온도계(T2)를 설치했다.
(4) 용융로내 차압, 노정 가스 온도 및 용융로 중간부 가스 온도 비교 평가 실시예 1, 2및 비교예 1의 폐기물 용융로(2A, 2B, 2C)를 같은 시기에 조업해, 용융로내 차압을 측정했다. 또한, 실시예 1및 비교예 1의 폐기물 용융로(2A, 2C)에 대해서는, 노정 가스 온도 및 용융로 중간부 가스 온도도 측정했다. 그리고 상단 송풍구(30)를 갖지 않는 비교예 1을 비교 대상으로 하여, 본체부(20) 형상의 효과만을 평가하기 위해, 실시예 1및 2에 있어서 상단 송풍구(30)로부터의 공기 공급을 실시하지 않았다.
본 시험예에서의 용융로내 차압은, 테이퍼부(24)의 하부에 설치한 압력계(P4)의 검출치와 가스 유도부(21)의 상부에 설치된 압력계(P1)의 검출치의 차이다. 노정 가스 온도는, 가스 유도부(21)의 상부에 설치된 온도계(T1)의 검출치이다. 용융로 중간부 가스 온도는, 온도계(T2)에 의한 측정치이다.
도 5는, 용융로내 차압의 날짜 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다. 도 5의 꺾은선(L1)에 나타난 바와 같이, 비교예 1에서는, 1 일차에서 3 일차에 걸쳐 용융로내 차압이 낮아져, 용융로의 조업에 바람직한 범위의 하한치(LL)를 밑도는 경우가 있었다. 이 결과로부터 폐기물 용융로(2C)에서는, 1 일차에서 3 일차에 걸쳐 가스 통과가 발생하고, 이것에 기인하여 용융로내 차압이 저하되었을 것으로 추정된다.
가스 통과가 발생한 요인으로서 폐기물 용융로(2C)에서는, 테이퍼부(24)의 내면(24a) 근방에 폐기물의 정체가 생겼을 것으로 생각된다(도 4(c) 중의 사선부 참조). 폐기물의 정체가 생기면, 예를 들어, 정체된 폐기물이 상단 송풍구(31, 32, 33)로부터의 공기에 의해 국소적으로 열분해되어 공동이 발생하고, 공동이 성장해 용융로내 가스의 유로가 형성되는 것으로 생각된다(이러한 현상은, 직동부(23)의 내면(23a)과 테이퍼부(24)의 내면(24a)의 경계부 근방에서 특히 발생하기 쉽다. ).
이것에 대해, 실시예 1의 용융로내 차압은, 도 5의 꺾은선(L2)에 나타난 바와 같이, 용융로의 조업에 바람직한 범위의 하한치(LL)를 웃돌고 있어 날짜 경과에 따른 용융로내 차압의 변동폭이 작았다. 실시예 2의 용융로내 차압도, 도 5의 꺾은선(L3)에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 용융로내 차압보다는 낮기는 하지만, 하한치(LL)를 웃돌고 있어 날짜 경과에 따른 용융로내 차압의 변동폭이 작았다. 이 결과로부터, 실시예 1및 2에서는, 가스 통과 발생이 억제된다고 추정된다.
도 6은, 노정 가스 온도의 날짜 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다. 도 6의 꺾은선(L4)에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 노정 가스 온도는, 1 일차에서 3 일차에 걸쳐 높아지고 있어 4 일차 이후의 온도와의 차이가 크다. 1 일차에서 3 일차의 온도는, 용융로의 조업에 바람직한 범위의 상한치(ML)를 웃돌고 있다. 이 결과로부터, 비교예 1에서는, 1 일차에서 3 일차에 걸쳐 가스 통과가 발생하고, 이것에 기인하여 노정 온도가 상승된 것으로 추정된다.
이것에 대해, 실시예 1의 노정 가스 온도는, 도 6의 꺾은선(L5)에 나타난 바와 같이, 용융로의 조업에 바람직한 범위의 상한치(ML)를 밑돌고, 날짜 경과에 따른 노정 가스 온도의 변동폭이 작았다. 이 결과로부터, 실시예 1에서는, 가스 통과 발생이 억제되는 것으로 추정된다.
용융로 중간부 가스 온도의 측정 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7은, 용융로 중간부 가스 온도의 시간 경과에 따른 추이를 나타내는 도표이다. 도 7a에 나타난 바와 같이, 비교예 1에서는, 4개의 온도계(T2) 모두에서, 경시적으로 대폭적인 온도 변동이 나타났다. 온도 변동이 일어난 시간대는, 각 온도계에 있어서 상이하다. 이 결과로부터, 비교예 1에서는, 용융로내의 다른 장소, 다른 시간대에 차례차례 가스 통과가 발생했던 것으로 추정된다.
이것에 대해, 실시예 1에서는, 도 7b에 나타난 바와 같이, 4개의 온도계(T2) 모두에서, 경시적으로 대폭적인 온도 변동은 나타나지 않았다. 이 결과로부터, 비교예 1의 폐기물 용융로(2C)에 비해 가스 통과 발생이 현저하게 억제되는 것으로 추정된다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 의하면, 가스 통과 발생을 억제할 수 있음이 확인되었다. 특히, 실시예 2에서는, 본체부(20)의 전체 높이(H1)에 대한 테이퍼부(24)의 높이(H2)의 비율이 50%이상인 것으로부터, 본체부(20)를 구성하는 전체 부분중에서, 테이퍼부가 최대 높이를 차지한다는 조건을 만족하면, 가스 통과 발생을 억제할 수 있다는 것이 거의 확인되었다.
그리고 1개월이 경과된 후에 조업을 정지하고, 각 용융로의 내부 검사를 실시했다. 그 결과, 비교예 1의 폐기물 용융로(2C)의 내면에는, 열분해 잔류물이 용융된 부착물이 형성되었다. 이것에 대해, 실시예 1의 폐기물 용융로(2A)의 내면에는, 열분해 잔류물이 용융된 부착물은 전혀 없었다.
(5) 코크스비의 비교 평가 실시예 1 및 비교예 1의 폐기물 용융로(2A, 2C)를 동일한 시기에 약 1주간 조업하여, 코크스비를 비교했다. 그리고 상단 송풍구(30)을 갖지 않는 비교예 1을 비교 대상으로 하여, 본체부(20) 형상의 효과만을 평가하기 위해서, 실시예 1및 2에 있어서 상단 송풍구(30)로부터의 공기 공급을 실시하지 않았다.
도 8은, 폐기물 처리량, 코크스비, 용융로내 차압, 노정 가스 온도의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 코크스비, 용융로내 차압 및 노정 가스 온도는, 비교예 1의 측정 결과를 기준으로 한 차이분으로 나타난다. 코크스비(kg/TR)는, 용융로에 장입된 코크스의 양(kg)을, 용융로에서 처리한 폐기물 총량(t)으로 나눈 값이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비해, 약 1주간 정도의 단기 시험에 있어서, 코크스비가 약 12.7 kg/TR 저감되었다. 이 결과로부터, 본 발명에 의하면, 탄소계 가연물질의 소비량을 저감시킬 수 있다는 것이 확인되었다.
그리고 도 8의 결과에 의하면, 비교예 1의 노정 가스 온도에 비해, 실시예 1의 노정 가스 온도는 약 100℃ 낮다. 게다가, 비교예 1의 용융로내 차압에 비해, 실시예 1의 용융로내 차압은 약 1.5 kPa 높다. 이러한 결과로부터, 폐기물 용융로(2A)내에서는, 폐기물의 정체, 가스 통과 발생이 억제되는 것으로 추정된다. 이것이, 탄소계 가연물질의 소비량의 삭감에 크게 기여하고 있는 것으로 생각된다.
(6) 건조 능력의 비교 평가 실시예 1및 비교예 1의 폐기물 용융로(2A, 2C)를 같은 시기에 조업해, 건조 능력을 비교했다. 건조 능력에 관련된 파라미터로 용융로내 가스의 유속(공탑속도), 용융로내 차압, 코크스비, 용융로내 열교환 온도, 용적당 수분 건조 능력 및 열전달 효율을 조업중에 측정해, 비교했다. 그리고 본 평가는, 건조 영역(70)의 하단부가 테이퍼부(24)내에 위치하는 것과, 상단 송풍구(30)가 건조 영역(70)에 설치되는 것이 어우러져 얻어지는 효과를 확인하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 실시예 1에 있어서 상단 송풍구(30)로부터의 공기 공급을 실시했다.
도 9a는, 용융로의 높이 방향에서의 용융로내 가스의 유속(공탑속도)의 분포를 나타내는 도표이다. 곡선(L6)은, 실시예 1에서의 용융로내 가스의 유속을 나타내고, 곡선(L7)은, 비교예 1에서의 용융로내 가스의 유속을 나타낸다. 기준선(b1, b2, b3, b4)은, 각각 상단 송풍구(30, 31, 32, 33)의 위치를 나타낸다. 도 9b는, 용융로의 높이 방향에서의 용융로내 차압의 분포를 나타낸 도면이다. 기준선(a1, a2, a3, a4, a5)은, 용융로내 차압의 측정에 이용한 압력계의 위치를 나타낸다. 여기서 이용한 압력계는, 상술한 압력계(P1, P2, P3, P4)와는 다르다. 플롯(F1, F2, F3, F4)은, 각각 기준선(a2, a1)간의 차압, 기준선(a3, a2)간의 차압, 기준선(a4, a3)간의 차압, 기준선(a5, a4)간의 차압을 나타낸다. 도 9a 및 도 9b는, 세로축을 용융로의 높이로 나타내고, 각 세로축의 스케일은, 도 9c에 나타나는 용융로의 단면도의 높이에 맞추어져 있다.
도 9a의 곡선(L6, L7)에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서는 비교예 1에 비해 용융로내 가스의 유속이 높다. 이것에 의해 실시예 1에 의하면, 용융로내 가스와 폐기물의 열교환 효율이 향상되어, 건조 능력이 향상되는 것으로 추정된다. 또한, 상술한 바와 같이, 실시예 1에서는 가스 통과 발생이 억제되어 용융로내 가스의 흐름이 안정화된다. 따라서, 용융로내 가스의 유속이 높아지는 것과, 용융로내 가스의 흐름이 안정화되는 것이 어우러져, 용융로내 가스와 폐기물의 열교환 효율이 한층 향상되는 것으로 추정된다.
그리고 비교예 1에서는, 조업중에 종종 가스 통과가 발생되어, 노정 가스 온도가 상승되어, 상단 송풍구(31)로부터의 송풍을 정지하는 것을 피할수 없게 되었다. 그 결과가 도 9의 유속의 데이터에도 나타나 있다. 한편, 실시예 1에서는, 가스 통과 발생이 억제되므로, 상단 송풍구(31)로부터의 안정적이고 정상적인 송풍을 실시할 수 있었다.
도 10은, 용융로내 열교환 온도(℃)와 코크스비(kg/TR)의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도면 중, 까만 점의 플롯은 실시예 1의 측정 결과를 나타내고, 흰색 삼각형의 플롯은 비교예 1의 측정 결과를 나타낸다. 용융로내 열교환 온도는, 다음 식에 의해 산출된다. 용융로내 열교환 온도 = 열분해 영역에서의 용융로내 연소온도 1000℃(가정)－노정 가스 온도(실적값) 도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비해 열교환 온도가 높은 한편 코크스비가 낮았다. 즉, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비해 폐기물의 건조가 촉진되고 있는 것으로 확인되었다.
도 11은, 용적당 수분 건조 능력(Mcal/(m3ㆍh))과 코크스비(kg/TR)의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도면 중 까만 점의 플롯은 실시예 1의 측정 결과를 나타내고, 흰색 삼각형의 플롯은 비교예 1의 측정 결과를 나타낸다. 용적당 수분 건조 능력은, 다음 식에 의해 산출된다. 용적당 수분 건조 능력=｛폐기물 투입량(t/h)×폐기물중의 수분(%)×수분 증발 잠열(Mcal/t)｝÷건조 영역 용적(m3)
도 12는, 열전달 효율(Mcal/(m3ㆍhㆍ℃))과 용융로내 가스의 유속(공탑속도)(Bm/s)의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도면 중 까만 점의 플롯은 실시예 1의 측정 결과를 나타내고, 흰색 삼각형의 플롯은 비교예 1의 측정 결과를 나타낸다. 열전달 효율은, 다음 식에 의해 산출된다. 열전달 효율=전열면적×열전달율 용융로내 가스의 유속은, 상단 송풍구(30)의 높이에서의 유속을 나타낸다. 도 11및 도 12에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비해, 건조 능력이 약 2.5 배가 되는 것이 확인되었다. 전열면적 및 열전달율에 근거하면, 이 약 2.5 배의 건조 능력의 향상은, 용융로내 가스의 흐름의 안정화에 기인하는 약 1.7 배의 향상과 용융로내 가스의 유속이 높아진 것에 기인하는 약 1.5 배의 향상에 의한 것이었다.
(7) 상단 송풍구(30) 유무의 비교 평가 실시예 1의 폐기물 용융로(2A)의 조업에 있어서, 상단 송풍구(30)에서 공기의 공급을 실시했을 경우와 실시하지 않았을 경우에, 가스 통과가 발생한 시간을 비교했다. 도 13은, 가스 통과 발생시간과 코크스비의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도면 중 까만 점의 플롯은, 상단 송풍구(30)에서 공기의 공급을 실시했을 경우의 측정 결과를 나타내고, 흰색 삼각형의 플롯은, 상단 송풍구(30)에서 공기의 공급을 실시하지 않았을 경우의 측정 결과를 나타낸다.
도 13에 나타난 바와 같이, 상단 송풍구(30)에서 공기의 송풍을 실시하지 않았을 경우에는, 가스 통과 시간의 격차가 크고, 장시간 통과가 발생할 경우가 있었다. 그리고 흰색 삼각형의 플롯에는, 장시간 통과가 발생하면 그 영향으로 코크스비가 상승하는 경향도 나타나 있다.
이것에 대해, 상단 송풍구(30)에서 공기의 송풍을 실시했을 경우에는, 가스 통과 시간의 격차가 작고, 전체적으로 가스 통과 시간이 짧았다. 이 결과로부터, 상단 송풍구(30)에서 공기를 송풍하는 것에 의해, 가스 통과 발생이 더욱 억제되는 것이 확인되는 동시에, 탄소계 가연물질의 소비량을 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명은, 일반 폐기물이나 산업 폐기물의 처리에 이용될 수 있다.
2 : 폐기물 용융로 20 : 본체부
21 : 가스 유도부 22 : 용융물 저장부
24 : 테이퍼부 24a : 내면
26 : 배기구 30, 31, 32, 33 : 상단 송풍구
40 : 하단 송풍구 70 : 건조 영역
71 : 열분해 영역 72 : 용융 영역
CL1 : 축선

Claims (4)

  1. 폐기물의 건조, 열분해 및 용융을 실시하는 폐기물 용융로에 있어서,
    상하 방향으로 연장되어 상기 폐기물을 수용하는 공간을 형성하며, 상기 폐기물을 상부 방향에서 하부방향으로 안내하는 통형상 본체부;
    상기 본체부의 중심축선을 따라 상기 본체부의 하측으로 이어지며, 상기 폐기물에서 생성된 용융물을 저장하는 용융물 저장부; 및
    상기 본체부의 중심축선을 따라 상기 본체부의 상측으로 이어지며, 상기 폐기물에서 생성된 가스를 모아 배기구로 유도하는 가스 유도부; 를 구비하고,
    상기 본체부는 하부 방향으로 갈수록 내측의 단면적이 점차 작아지는 테이퍼부를 갖고,
    상하 방향에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 본체부의 전체 높이를 차지하거나, 또는 상기 본체부를 구성하는 전체 부분 중에서 최대 높이를 차지하고,
    수평면에 대한 상기 테이퍼부 내면의 경사각은 75˚ 초과 90˚ 미만인 폐기물 용융로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부는, 폐기물을 건조시키는 건조 영역; 및
    상기 건조 영역의 하부 방향에서 폐기물을 열분해시키는 열분해 영역;을 갖고,
    상기 건조 영역과 상기 열분해 영역의 경계부가 상기 테이퍼부 내에 위치하는 폐기물 용융로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용융물 저장부에는 산소 부화된 공기를 용융로내에 공급하기 위한 하단 송풍구가 설치되고,
    상기 테이퍼부에는 공기를 용융로내에 공급하기 위한 상단 송풍구가 설치되고,
    적어도 하나의 상기 상단 송풍구는 상기 건조 영역에 위치하는 폐기물 용융로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 건조 영역에 위치하는 상기 상단 송풍구는, 상기 건조 영역의 하단부와 상기 테이퍼부의 상단부 사이에 있어, 상기 건조 영역의 하단부 가까이에 위치하는 폐기물 용융로.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6299466B2 (ja) * 2014-06-17 2018-03-28 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法
CN105605581B (zh) * 2016-03-09 2017-11-28 中冶华天工程技术有限公司 竖式垃圾气化熔融炉
CN106642139A (zh) * 2017-02-20 2017-05-10 长沙超梵环境科技有限公司 生活垃圾热解气化飞灰直接熔融装置及其使用方法
CN108330282A (zh) * 2018-03-08 2018-07-27 扬州晨光特种设备有限公司 危险废弃物熔融-冶金一体化的处理方法
CN108775585B (zh) * 2018-07-04 2020-05-12 加拿大艾浦莱斯有限公司 一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融系统
CN112197588B (zh) * 2020-10-30 2023-04-07 唐海燕 一种带碾压净化处理机构的环保型垃圾回收装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4346661A (en) * 1980-03-20 1982-08-31 Osaka Gas Kabushiki Kaisha Furnace for treating industrial wastes
JPH07119940A (ja) * 1993-10-29 1995-05-12 Nkk Corp 収束衝撃波による廃棄物処理装置
JPH0894036A (ja) * 1994-09-27 1996-04-12 Nippon Steel Corp 廃棄物の溶融炉
JPH09329313A (ja) * 1996-06-07 1997-12-22 Kubota Corp 廃棄物ガス化溶融炉の操炉方法
JP2011012901A (ja) * 2009-07-02 2011-01-20 Nippon Steel Engineering Co Ltd 廃棄物溶融炉

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5316633B2 (ko) * 1974-01-23 1978-06-02
JPS6011766B2 (ja) * 1978-12-25 1985-03-28 新日本製鐵株式会社 廃棄物の溶融式熱分解炉における燃焼支持ガス吹込方法
JPS5838694B2 (ja) * 1980-04-28 1983-08-24 大阪瓦斯株式会社 産業廃棄物処理炉
JP2515169B2 (ja) * 1990-07-25 1996-07-10 善元 浮田 ゴミ焼却炉
JP3742441B2 (ja) * 1994-09-27 2006-02-01 新日本製鐵株式会社 シャフト炉方式の廃棄物の溶融炉における燃焼温度調整方法
JPH09112852A (ja) * 1995-10-17 1997-05-02 Nippon Steel Corp 廃棄物の処理装置および処理方法
JP2000291919A (ja) * 1999-04-07 2000-10-20 Nippon Steel Corp シャフト炉式熱分解溶融炉及び熱分解溶融方法
JP3445958B2 (ja) * 2000-04-26 2003-09-16 株式会社川崎技研 シャフト型熱分解溶融炉
JP2002130632A (ja) * 2000-10-27 2002-05-09 Kawasaki Heavy Ind Ltd 廃棄物ガス化溶融炉とその操業方法
JP3969016B2 (ja) * 2001-05-31 2007-08-29 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 廃棄物溶融炉
JP5490488B2 (ja) * 2009-10-21 2014-05-14 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 廃棄物溶融処理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4346661A (en) * 1980-03-20 1982-08-31 Osaka Gas Kabushiki Kaisha Furnace for treating industrial wastes
JPH07119940A (ja) * 1993-10-29 1995-05-12 Nkk Corp 収束衝撃波による廃棄物処理装置
JPH0894036A (ja) * 1994-09-27 1996-04-12 Nippon Steel Corp 廃棄物の溶融炉
JPH09329313A (ja) * 1996-06-07 1997-12-22 Kubota Corp 廃棄物ガス化溶融炉の操炉方法
JP2011012901A (ja) * 2009-07-02 2011-01-20 Nippon Steel Engineering Co Ltd 廃棄物溶融炉

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