KR20210018176A - 가연물의 처리 방법 및 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제)
안정 운전을 유지하면서, 폐플라스틱, 폐타이어, 왕겨, 톱밥, PKS, RDF, 오니 등의 가연성 폐기물을 유효 이용함과 아울러, 석탄, 코크스 등의 화석 연료의 연소 효율을 향상시키고, 또한 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 저감한다.
(해결 수단)
가연물(C)을 시멘트 소성 장치(10)의 프리히터 사이클론으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료(R2)와 혼합하여 가스화하는 혼합 장치(3)와, 가스화한 가연물 및 예열 원료(혼합 원료(M))를 시멘트 소성 장치의 가마 후미(13a)로부터 하소로(12)의 영역에 공급하는 공급 장치(5)를 구비하는 가연물의 처리 장치(1). 가연물을 예열 원료와 혼합할 때 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행하고, 발생한 수성 가스 및 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 도입해도 된다.

Description

가연물의 처리 방법 및 처리 장치
본 발명은 폐플라스틱, 폐타이어, 왕겨, 톱밥, PKS, RDF, 오니 등의 가연성 폐기물을 유효 이용함과 아울러, 상기 가연성 폐기물 및 석탄, 코크스 등의 화석 연료의 연소 효율을 향상시키고, 또한 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 효율적으로 저감하는 기술에 관한 것이다.
도시 쓰레기 등의 일반 폐기물 및 오니 등의 산업 폐기물은 그대로 매립 처분되거나, 쓰레기 소각장 등에서 소각된다. 소각시에 발생한 소각재는 최종 처분장에 반입되는데, 최근 최종 처분장의 신규 입지가 어려운 점에서, 최종 처분장의 잔여 용량은 절박한 상황이다. 그래서 폐플라스틱이나 오니 등의 가연성 폐기물을 소각하거나 가스화 처리하여 유효 이용하고 있다(예를 들면 특허문헌 1). 또 가연성 폐기물을 가마 후미나 하소로에서 연소시키는 기술은 있지만, 처리량을 늘리기 위해서는 잘게 파쇄하거나, 하소로 내의 연소 시간을 1~3초로부터 5초 이상으로 개조할 필요가 있었다.
또 요즘에는 폐플라스틱의 배출량이 증가하고 있음과 아울러, 중국 등에서 폐플라스틱이 수입 금지가 되었기 때문에, 일본 국내외에서 폐플라스틱 처리의 니즈가 증대하고 있다. 또 중국, 한국에서 대기로 방출되는 배기 가스의 NOx 규제가 강화되고 있다.
한편, 시멘트 킬른의 배기 가스에는 소성대의 고온역에 기인하는 NOx가 포함되고, NOx의 농도가 높은 경우에는 요소나 암모니아 등의 탈질제를 투입하거나, 하소로에 있어서의 연소에 의한 환원 작용에 의해 NOx 농도를 저감하고 있다. 그러나 요소를 탈질제로서 이용하는 방법에서는 요소가 고가이기 때문에 운전 비용이 올라간다. 또 요소를 첨가하는 것만으로는 탈질 효율이 낮고, NOx와 반응하지 않은 잉여 암모니아가 그대로 계 외로 배출될 우려도 있다.
그래서, 본 출원인은 시멘트 킬른의 가마 후미 내에 연료 및 연소용 공기를 불어넣는 탈질용 버너를 설치하여, 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx를 가마 후미 내의 저산소 영역에 있어서 환원함과 아울러, 연료를 연소시킴으로써 시멘트 원료의 탈탄산 효율도 향상시킬 수 있고, 하소로의 형식에 상관없이 양호한 소성 상태를 유지하면서 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 효율적으로 저감하는 기술을 제안했다(특허문헌 2 참조).
일본 특개 2018-155484호 공보 일본 특허 제6476165호 공보
폐플라스틱, 폐타이어, 왕겨, 톱밥, PKS, RDF, 오니 등의 가연성 폐기물을 가스화하면, 타르가 발생하기 때문에, 부착이나 막힘 등에 의해 안정 운전이 저해되는 문제가 있었다. 또 연소에 의해 폭발 등의 위험성을 부정할 수 없었다.
한편, 시멘트 킬른의 배기 가스의 탈질에 대해서, 특허문헌 2에 기재된 석탄의 이단 연소에서는 NOx의 환원제가 부족하고, 탈질 효과가 충분하지 않음과 아울러, 석탄의 도입부에 코팅이 부착되는 등의 문제도 있었다.
그래서 본 발명은 상기 종래기술에 있어서의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 안정 운전을 유지하면서, 폐플라스틱, 폐타이어, 왕겨, 톱밥, PKS, RDF, 오니 등의 가연성 폐기물을 유효 이용함과 아울러, 석탄, 코크스 등의 화석 연료의 연소 효율을 향상시키고, 또한 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 저감하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 가연물의 처리 방법으로서, 가연물을 시멘트 소성 장치의 프리히터 사이클론으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료와 혼합하여 가스화하고, 가스화한 가연물 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 가연성 폐기물이나 화석 연료 등의 가연물을 예열 원료와 혼합함으로써, 가스화시에 발생한 타르에 의한 부착 트러블 등을 회피할 수 있다. 또 무산소 상태에서 가연물을 가스화시킴으로써 환원 물질을 발생시킬 수 있고, 예열 원료 중의 Fe2O3도 FeO로 환원할 수 있어 환원제의 양을 증가시킬 수 있다. 또한 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있기 때문에, 가연성 폐기물을 하소로 내의 배기 가스의 체류 시간이 1~3초인 종래의 석탄 연소용 하소로에서도 효과적으로 연소시킬 수 있고, 석탄 사용량 및 발생하는 CO의 양을 삭감할 수 있다. 환원제를 포함하는 가스화한 가연물과, 환원제를 포함하는 상기 예열 원료가 더불어 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급되어, 분체 및 가스를 가스 중에 분산시킬 수 있고, 시멘트 킬른 연소 가스 중의 NOx를 효과적으로 환원할 수 있다. 또한 가스화한 가연물 및 상기 예열 원료는 하소로에 도입되기 때문에, 코팅의 부착 트러블을 회피할 수 있다. 또 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있기 때문에, 가연물의 파쇄 전력을 저감할 수도 있다.
상기 가연물의 처리 방법에 있어서, 상기 가연물을 상기 예열 원료와 혼합할 때 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행하고, 발생한 수성 가스 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 도입할 수 있다. 산소를 도입하지 않고 수증기로 봉인하기 때문에, 폭발의 위험성이 없고, 수성 가스화 반응에 의해 H2의 환원제가 발생함과 아울러, 원료 중의 Fe2O3도 FeO로 환원되기 때문에, 환원제의 양이 비약적으로 증가한다. 이것에 의해, 시멘트 킬른 연소 가스 중의 NOx를 효과적으로 환원할 수 있다.
또 본 발명은 가연물의 처리 장치로서, 가연물을 시멘트 소성 장치의 프리히터 사이클론으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료와 혼합하여 가스화하는 혼합 장치와, 가스화한 가연물 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급하는 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 가연성 폐기물이나 화석 연료 등의 가연물을 예열 원료와 혼합함으로써, 가스화시에 발생한 타르에 의한 부착 트러블 등을 회피할 수 있다. 또 무산소 상태에서 가연물을 가스화시킴으로써 환원 물질을 발생시킬 수 있고, 예열 원료 중의 Fe2O3도 FeO로 환원할 수 있어 환원제의 양을 증가시킬 수 있다. 또한 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있기 때문에, 가연성 폐기물을 하소로 내의 배기 가스의 체류 시간이 1~3초인 종래의 석탄 연소용 하소로에서도 효과적으로 연소시킬 수 있고, 석탄 사용량 및 발생하는 CO의 양을 삭감할 수 있다. 환원제를 포함하는 가스화한 가연물과, 환원제를 포함하는 상기 예열 원료가 더불어 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급되어, 분체 및 가스를 가스 중에 분산시킬 수 있고, 시멘트 킬른 연소 가스 중의 NOx를 효과적으로 환원할 수 있다. 또한 가스화한 가연물 및 상기 예열 원료는 하소로에 도입되기 때문에, 코팅의 부착 트러블을 회피할 수 있다. 또 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있기 때문에, 가연물의 파쇄 전력을 저감할 수도 있다.
상기 가연물의 처리 장치에 있어서, 상기 혼합 장치에 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행하게 하는 수분 첨가 장치를 구비할 수 있다. 이것에 의해, 폭발의 위험성을 해소하고, 수성 가스화 반응에 의해 H2의 환원제가 발생하고, 원료 중의 Fe2O3도 FeO로 환원되기 때문에, 환원제의 양이 비약적으로 증가하고, 시멘트 킬른 연소 가스 중의 NOx를 효과적으로 환원할 수 있다. 또 수성 가스화 반응은 흡열 반응이며, 기본적으로는 온도가 지나치게 올라갈 일도 없기 때문에, 혼합 장치의 재료를 SUS310S로 조달할 수 있다. 만일 온도가 상승해도, 수분의 증발, 원료의 탈탄산에 의해 흡열하여, 최고라도 850℃까지밖에 온도가 상승하지 않는다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 안정 운전을 유지하면서, 폐플라스틱이나 오니 등의 가연성 폐기물을 유효 이용함과 아울러, 상기 가연성 폐기물 및 석탄, 코크스 등의 화석 연료의 연소 효율을 향상시키고, 또한 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가연물의 처리 장치의 하나의 실시형태를 나타내는 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 1은 본 발명에 따른 가연물의 처리 장치의 하나의 실시형태를 나타내고, 이 처리 장치(1)는 가연물(C)을 받아들이는 호퍼(2)와, 호퍼(2)로부터 공급된 가연물(C)을 시멘트 소성 장치(10)의 프리히터(11)의 아래로부터 2단째의 사이클론(11B)으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료(R2)와 혼합하여 가스화하는 혼합 장치(3)와, 가스화한 가연물(C) 및 예열 원료(R2)(가스화하지 않은 가연물(C)도 포함함, 이하 「혼합 원료(M)」라고 함.)를 시멘트 소성 장치(10)의 시멘트 킬른(13)의 가마 후미(13a)로부터 하소로(12)의 영역에 공급하는 공급 장치(5)를 구비한다. 또한 도 1에서는 사이클론(11B)이 2개 그려져 있지만, 설명의 편의상이며, 2개는 동일한 것이다.
상기 처리 대상의 가연물(C)은 폐플라스틱, 폐타이어, 왕겨, 톱밥, PKS, RDF, 오니 등의 가연성 폐기물이나, 석탄, 코크스 등의 화석 연료 등이다.
혼합 장치(3)는 수평축(3a)에 다수의 블레이드(3b)가 부착되고, 수평축(3a)을 회전시킴으로써 블레이드(3b)도 회전하는 퍼그 밀 등으로서, 가연물(C)을 예열 원료(R2)와 혼합하여 가스화한다.
혼합 장치(3)의 상방에는 살수 장치(도시하지 않음)가 설치되고, 혼합 장치(3) 내에 살수되어(수분(W)이 공급되어), 수성 가스화 반응이 행해진다. 혼합 장치(3)에는 급격한 수증기 발생에 의해 비산 더스트가 증대하는 것을 방지하기 위해서 후드(3c)가 설치된다.
혼합 장치(3)의 하방에는 셧 댐퍼(4)가 설치되어, 기밀성을 유지하면서 혼합 원료(M)를 공급 장치(5)를 통하여 시멘트 소성 장치(10)의 시멘트 킬른(13)의 가마 후미(13a)로부터 하소로(12)의 영역에 도입한다. 또 가스화한 가스(G)를 배출하는 배기 덕트(6)가 설치되고, 배기 덕트(6)로부터 배출된 가스(G)는 셧 댐퍼(4)의 하방에서 혼합 원료(M)와 합류하여, 공급 장치(5)를 통하여 시멘트 소성 장치(10)의 시멘트 킬른(13)의 가마 후미(13a)로부터 하소로(12)의 영역에 도입된다. 공급 장치(5)에는 슈트, 덕트, 수송기가 이용된다.
상기 처리 장치(1)가 부착설치되는 시멘트 소성 장치(10)는 시멘트 원료(R1)를 예열하는 프리히터(11)와, 프리히터(11)의 아래로부터 2단째의 사이클론(11B)으로부터의 예열 원료(R2)를 하소하는 하소로(12)와, 프리히터(11)의 최하단 사이클론(11A)으로부터의 원료(R3)를 주버너(15)로부터 불어들어온 연료(F)에 의해 소성하는 시멘트 킬른(13)과, 시멘트 킬른(13)에서 소성된 시멘트 클링커를 냉각하는 클링커 쿨러(14) 등으로 구성되며, 종래의 것과 마찬가지이다. 또한 공급 장치(5)에 의한 혼합 원료(M)의 공급 위치에는 본 출원인에 의한 일본 특허 제6396433호의 분립체 분산 장치를 설치하여, 가스화한 가연물(C) 및 분체의 예열 원료를 가스 중에 효과적으로 분산시키는 것이 바람직하다.
이어서 상기 처리 장치(1)에 의한 가연물의 처리 방법에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.
시멘트 소성 장치(10)의 운전시에, 호퍼(2)에 받아들인 가연물(C)을 혼합 장치(3)에 공급함과 아울러, 프리히터(11)의 사이클론(11B)으로부터 배출되는 예열 원료(R2)의 일부를 분취하고, 분취한 예열 원료(R2)를 혼합 장치(3)에 도입한다. 또한 분취되지 않은 예열 원료(R2)는 통상과 같이 하소로(5), 최하단 사이클론(11A)에서 탈탄산된 후, 시멘트 킬른(13)에서 소성되어 시멘트 클링커가 생성된다.
혼합 장치(3)에 있어서, 가연물(C)과 예열 원료(R2)를 혼합 교반하면서 반송하고, 분취한 예열 원료(R2)에 의해 가연물(C)을 가열하여 가스화함과 아울러, 살수 장치로부터 살수하여, 수성 가스화 반응을 행한다. 가연물(C)을 예열 원료(R2)와 혼합함으로써, 가스화시에 발생한 타르에 의한 부착 트러블을 회피할 수 있다. 또 가연물(C)로부터 발생한 산성 가스는 예열 원료(R2)에 고정할 수 있다. 또한 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있기 때문에, 종래의 석탄 연소용의 하소로(12)에서도 효과적으로 연소시킬 수 있고, 석탄 사용량 및 발생하는 CO의 양을 삭감할 수 있다.
또한 가연물(C)과 예열 원료(R2)의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않지만, 가연물(C)이 혼합 장치(3)의 내부나 반송로에 부착되는 경우에는 예열 원료(R2)의 혼합 비율을 증가시킨다. 또 폐플라스틱 등을 처리하는 경우에는 혼합 장치(3)의 전단에서 미리 200mm 이하정도로 파쇄해 두는 것이 바람직하다. 또 혼합 장치(3)에 있어서의 가연물(C)의 체류 시간을 5~15분으로 하고, 혼합 장치(3)의 수평축(3a)의 회전 속도를 가변으로 하여, 체류 시간을 조정할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
또 혼합 장치(3)에 산소를 도입하지 않고 수증기로 봉인하기 때문에, 폭발의 위험성이 없고, 수성 가스화 반응에 의해 H2의 환원제가 발생함과 아울러, 예열 원료(R2) 중의 Fe2O3도 FeO로 환원되기 때문에, 환원제의 양이 비약적으로 증가한다.
혼합 장치(3)로부터 배출된 혼합 원료(M)는 셧 댐퍼(4)를 거쳐 공급 장치(5)에 의해 시멘트 소성 장치(10)의 시멘트 킬른(13)의 가마 후미(13a)로부터 하소로(12)의 영역에 공급된다. 상기 서술한 바와 같이, 환원제의 양이 비약적으로 증가하고 있기 때문에, 시멘트 킬른 연소 가스 중의 NOx를 효과적으로 환원할 수 있다. 또 혼합 원료(M) 중 가스화하지 않은 가연물(C)은 하소로(12)에서 연료 대체로서 이용되며, 분취한 예열 원료(R2)는 하소로(12), 최하단 사이클론(11A)에서 탈탄산된 후, 시멘트 킬른(13)에서 소성되어 시멘트 클링커가 생성된다.
또한 상기 실시형태에 있어서는 프리히터(11)의 사이클론(11B)으로부터 예열 원료(R2)를 분취했지만, 분취하는 시멘트 원료의 온도가 600℃ 이상 900℃ 이하이면 다른 부위로부터 분취할 수도 있다.
또 살수 장치를 설치하여, 혼합 장치(3) 내에 살수함으로써 수성 가스화 반응을 행했지만, 살수를 하지 않고, 가연물(C)을 분취한 예열 원료(R2)와 혼합하여 가스화하는 것만으로도 가스화시에 발생한 타르에 의한 부착 트러블을 회피할 수 있고, 가스화에 의해 연소 시간을 단축할 수 있는 효과 등이 있으며, 처리 장치(1) 및 시멘트 소성 장치(10)의 안정 운전을 유지하면서, 가연물(C)을 유효 이용함과 아울러, 시멘트 킬른 배기 가스 중의 NOx 농도를 저감할 수 있다.
또한 혼합 장치(3)의 구성은 상기 서술한 것에 한정되지 않고, 가연물(C)을 분취한 예열 원료(R2)와 혼합하여 가스화할 수 있으면, 또한 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행할 수 있으면, 다른 종류의 장치라도 채용 가능하다.
1…가연물의 처리 장치
2…호퍼
3…혼합 장치
4…셧 댐퍼
5…공급 장치
6…배기 덕트
10…시멘트 소성 장치
11…프리히터
12…하소로
13…시멘트 킬른
14…클링커 쿨러
15…주버너

Claims (4)

  1. 가연물을 시멘트 소성 장치의 프리히터 사이클론으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료와 혼합하여 가스화하고,
    가스화한 가연물 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급하는 것을 특징으로 하는 가연물의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가연물을 상기 예열 원료와 혼합할 때 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행하고, 발생한 수성 가스 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 도입하는 것을 특징으로 하는 가연물의 처리 방법.
  3. 가연물을 시멘트 소성 장치의 프리히터 사이클론으로부터 분취한 600℃ 이상 900℃ 이하의 예열 원료와 혼합하여 가스화하는 혼합 장치와,
    가스화한 가연물 및 상기 예열 원료를 시멘트 소성 장치의 가마 후미로부터 하소로의 영역에 공급하는 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가연물의 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 혼합 장치에 수분을 첨가하여 수성 가스화 반응을 행하게 하는 수분 첨가 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가연물의 처리 장치.
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