KR20210107746A - 하수 슬러지 단일-소각장에서 생성되는 하수 슬러지 애쉬의 후-연소를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

하수 슬러지 단일-소각장에서 생성되는 하수 슬러지 애쉬의 후-연소를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

하수 슬러지 단일-소각 공정은 하수 슬러지 단일-소각장에서 하수 슬러지 애쉬 - 하수 슬러지 애쉬는 여전히 수득된 하수 슬러지 애쉬가 인 추출에 쉽게 사용할 수 있도록, 최대한으로 잡아도, 충분히 적은 양의 미연 탄소분을 함유함 - 가 배출될 수 있게 하는 솔루션을 제공하도록 의도된다. 해결책은, 낮은 산소 함량, 특히 6 내지 10 부피% 산소의 산소 함량을 갖는, 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림을 사용하여 회전소성로(3)에서의 하수 슬러지 단일-소각 공정에서 생성된 하수 슬러지 애쉬를 후-연소하는 방법 - 여기에서, 회전소성로(3)를 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬는, 회전소성로(3)와 연관된 소각장(2a)의 연소식 소각 챔버(11)로부터 또는 회전소성로(3)와 연관된 발전소로부터 제거되고, 필요에 따라, 후-연소에 필요한 낮은 산소 함량으로 조정되는 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급되며, 이러한 충분히 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림은 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소를 초래함 - 에 의해 달성된다.

Description

하수 슬러지 단일-소각장에서 생성되는 하수 슬러지 애쉬의 후-연소를 위한 방법 및 장치
본 발명은 회전소성로(rotary kiln)에서의 하수 슬러지(sewage sludge) 단일-소각(mono-incineration) 중에 생성된 하수 슬러지 애쉬(ash)의 후-연소 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
하수 슬러지 지침(directive)의 개정과 함께, 앞으로는 중대형 하수 처리장으로부터의 하수 슬러지가 비료로 직접 사용될 수 없을 것으로 예측된다. 동시에, 하수 슬러지에 포함된 인(phosphorus)의 회수는 앞으로 의무가 될 것이다. 하수 슬러지 단일-소각장에서 소각된 하수 슬러지의 경우, 생성된 하수 슬러지 애쉬가 그 안에 포함된 인을 회수하기 위해 추가 처리를 받게 될 것임을 의미한다. 그러나, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분(unburned carbon)은 인 회수에 문제가 된다.
따라서, 본 발명은, 미연 탄소분을 기껏해야 여전히 아주 적은 비율로 함유하여 수득된 하수 슬러지 애쉬가 문제없이 인 회수에 사용될 수 있는, 하수 슬러지 애쉬의 하수 슬러지 단일-소각장으로부터의 배출을 가능하게 하는 해결책을 제공하는 문제에 기초한다.
이 문제는, 낮은 산소 함량, 특히 6 내지 10 부피% 산소의 산소 함량을 갖는, 고온의 가스 또는 플루 가스(flue gas) 스트림을 사용하여 회전소성로에서의 하수 슬러지 단일-소각 중에 생성된 하수 슬러지 애쉬를 후-연소하는 방법에 의해 해결되는데, 여기에서, 회전소성로를 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬는, 회전소성로와 연관된 소각장의 연소식(fired) 소각 챔버로부터 또는 회전소성로와 연관된 발전소로부터 제거되고, 필요에 따라, 후-연소에 필요한 낮은 산소 함량으로 조정되는 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급되며, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소는 이러한 충분히 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림에 의해 초래된다.
마찬가지로, 이 문제는, 하수 슬러지 공급부가 연결된 하수 슬러지 소각을 위한 회전소성로와, 회전소성로와 연관된 소각장의 연소식 소각 챔버로부터 또는 회전소성로와 연관된 발전소로부터 분기된 가스 또는 플루 가스 스트림이 공급되는 가스 또는 플루 가스 라인 내로 개방되는, 하수 슬러지 애쉬 라인이 연결된 제1 하수 슬러지 애쉬 배출부를 포함하는 하수 슬러지 단일-소각장을 특징으로 하는, 제1 항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는, 하수 슬러지 단일-소각 과정에서 회전소성로를 처음으로 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬의 경우, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 탄소 함량이 산화되고 그 후 하수 슬러지 단일-소각 및 하수 슬러지 단일-소각장과 각각 연관된 하류 단계에서 충분히 템퍼링된 산소-함유 가스 또는 플루 가스 스트림을 사용하여 후-연소되게 한다. 따라서, 그 후 하수 슬러지 단일-소각장에서 최종적으로 배출되는 하수 슬러지의 미연 탄소분 함량은 현저히 감소될 수 있으며, 특히 수득된 하수 슬러지 애쉬가, 특히 하수 슬러지 애쉬에 포함된 인의 인 회수를 위한, 후속 단계에서 쉽게 추가 처리될 수 있는 비율로 감소될 수 있다. 소각장의 소각 챔버로부터의 플루 가스 스트림은, 그들이 한편으로는 충분히 높은 온도와 충분히 낮은 산소 함량을 갖지만, 다른 한편으로는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분 입자의 후-연소에 필요한 충분히 높은 산소 함량을 갖는다는 점에서 유리한 것으로 입증되었다. 그럼에도 불구하고 후-연소를 보장할 수 있도록 하기 위하여, 플루 가스 스트림의 산소 함량을 여전히 특히 증가시킬 수 있는 가능성을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
유리한 방식으로, 후-연소는, 하수 슬러지 애쉬가 가스 또는 플루 가스 스트림 안으로 공급된 후, 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물을 반응 챔버 또는 반응 공간 안으로 공급함으로써 발생하고; 이와 관련하여, 이러한 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물을 운반하는 플루 가스 라인의 유동 단면이 이러한 반응 챔버 또는 반응 공간으로 구성되게 할 수도 있다. 그러므로, 추가 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림과 공급된 하수 슬러지 애쉬와의 혼합물이 반응 챔버, 특히 그 안에서 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소가 일어나는 반응 챔버에 공급되는 것을 특징으로 한다.
특히, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분 함량의 후-연소를 위한 조건은, 한편으로는 온도가 탄소의 후-연소를 보장할만큼 충분히 높으면서, 다른 한편으로는 하수 슬러지/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물을 운반하는 플루 가스 라인의 슬래 깅을 방지하도록 충분히 낮게끔 설정된다. 따라서, 본 방법의 일 실시예에서, 본 발명은, 고온의 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림의 온도가, 한편으로는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소를 초래하기에 충분히 높도록, 다른 한편으로는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소로 인한 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지/플루 가스 스트림 혼합물의 온도 상승이 반응 챔버 또는 반응 공간의 슬래깅, 또는 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물을 운반하는 가스 또는 플루 가스 라인의 슬래깅을 초래하지 않게 충분히 낮도록 조정되는 것을 추가로 제공한다.
연소 품질은, 무엇보다도, 반응 공간 또는 반응 챔버 내 산화성 고온의 플루 가스와의 애쉬 입자와의 혼합에 의해 결정된다. 이것에 도움이 되기 위해, 하나 이상의 지점에서 반응 공간 또는 반응 챔버에 연결되는 “저온의” 플루 가스 스트림이 사용될 수 있다. 이 “저온의” 플루 가스 스트림은 온도 피크를 방지하는 추가의 효과를 가지며, 따라서, 반응 공간 및 하류의 플랜트 구성 요소의 일어날 수 있는 슬래깅을 추가로 감소시킨다. 본 발명의 맥락에서, “저온의” 플루 가스 스트림은, 예를 들어, 소각장 또는 연관된 발전소의 정전 필터의 하류에서 추출되는, 100 °C 내지 250 °C, 특히 120 °C 내지 200 °C의 온도 범위에서의, 바람직하게는 재순환된, 플루 가스를 의미하는 것으로 이해된다.
반응 공간 또는 반응 챔버 내에서 고온의 플루 가스의 산화와 함께 애쉬 입자의 혼합을 강화함으로써 연소 품질을 유지하기 위하여, “저온의” 플루 가스 스트림은 반응 공간 또는 반응 챔버로 도입된다. 이와 관련하여, 본 방법의 추가 발전예에서, 본 발명은, 바람직하게는 100 °C 내지 250 °C, 특히 120 °C 내지 200 °C의 온도 범위의 온도를 갖는 저온의 플루 가스가 반응 공간 또는 반응 챔버에 공급되는 것을 특징으로 한다.
하수 슬러지 애쉬에서의 미연 탄소분의 가능한 최소의 입자 및 충분한 표면을 생성하기 위해서는, 하수 슬러지 애쉬를 그것이 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림과 접촉하기 전에 분쇄하는 것이 유리하다. 따라서, 본 방법은 하수 슬러지 애쉬가 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급되기 전에 바람직하게는 보올 밀(ball mill)로 구성되는 분쇄기(mill)에서 분쇄되는 것을 추가로 제공한다. 보올 밀은 하수 슬러지 애쉬를 분쇄하는 데에 특히 유리한 것으로 입증되었다.
하수 슬러지 애쉬의 온도를 분쇄기에 필요한 온도에 이르게 하기 위함은 물론, 회전소성로에서 소각 후 수득된 하수 슬러지 애쉬의 증발을 방지하고 산소 공급을 방지하기 위하여, 본 발명은 또한, 방법의 일 실시예에서, 하수 슬러지 애쉬가, 회전소성로를 떠난 후, 냉각 스크류로 설계된 제1냉각 컨베이어에 먼저 공급된 다음, 특히 분쇄기에 들어가기 전에, 로터리 밸브로 공급되는 것을 제공한다.
처음에 하수 슬러지 애쉬에 여전히 포함되어 있는 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소 후에, 그 후 수득된 후-처리된 하수 슬러지 애쉬를 하수 슬러지 단일-소각장으로부터 배출할 수 있도록 하기 위함뿐만 아니라, 다른 한편으로는 가스 또는 플루 가스 스트림을 추가로 사용할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은, 일 실시예에서, 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물이 반응 공간 또는 반응 챔버의 하류에서 원심 분리기, 특히 사이클론에 공급되고, 원심 분리기, 특히 사이클론에서 하수 슬러지 애쉬와 가스 또는 플루 가스 스트림이 서로 분리되는 것을 추가로 특징으로 한다.
특히 에너지 측면에서 유리한, 원심 분리기에서 분리된 가스 또는 플루 가스 스트림의 추가 용도는, 그것을 하수 슬러지 단일-소각장의 회전소성로에 공급하는 것이다. 따라서, 본 방법의 일 실시예에서, 본 발명은 가스 또는 플루 가스 스트림이 원심 분리기, 특히 사이클론의 하류에서 회전소성로에 공급되는 것을 추가로 제공한다.
특히, 본 발명에 따른 방법은 수득된 하수 슬러지 애쉬의 연속적인 하수 슬러지 연소 및 처리에 적합하고, 따라서, 본 발명은 또한, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분 함량의 산화 또는 후-연소는 물론 가스 또는 플루 가스 스트림 안으로의 하수 슬러지 애쉬의 공급이 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행되는 것을 특징으로 한다. 마찬가지로, 본 발명의 구성에서는, 원심 분리기, 특히 사이클론에서 하수 슬러지 애쉬로부터 분리된 가스 또는 플루 가스 스트림을 회전소성로에 공급하는 것이 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행되는 것이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 산소 함량의 조정을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치가 하수 슬러지 애쉬 라인의 입구의 상류에 있는 가스 또는 플루 가스 라인 내에 배치되고, 이것에 의해서 가스 또는 플루 가스 라인에서 운반되는 플루 가스 스트림에 산소가 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장치의 구성과 관련하여, 하수 슬러지 애쉬 라인의 입구의 하류에서 가스 또는 플루 가스 라인 내에 반응 공간 또는 반응 챔버 - 여기에서, 하수 슬러지 단일-소각 공장 및 연소식 소각 챔버의 작동 중에, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소가 발생함 - 가 형성되고, 가스 또는 플루 가스 라인의 유동 단면이 바람직하게는, 본 발명에 의해 또한 제공되는, 반응 공간 또는 반응 챔버를 형성하는 형상인 것이 특히 유리하다.
원하는 반응을 수행하기 위한 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림과 합쳐지기 전에 하수 슬러지 애쉬를 처리할 수 있도록, 본 발명에 따른 장치는, 추가의 실시예에서, 냉각 스크류 형태의 제1냉각 컨베이어, 로터리 밸브, 및 바람직하게는 보올 밀로 구성되는 분쇄기가 하수 슬러지 애쉬 라인 내에, 가스 또는 플루 가스 라인으로의 그 마지막 것(latter)의 분기의 상류에서, 하수 슬러지 애쉬의 유동 방향으로 배치되고, 그들이 하수 슬러지 애쉬 라인 내로 통합되며 그들을 통해 하수 슬러지 애쉬가 유동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
하수 슬러지 애쉬와 그와 함께 적재된 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림과의 분리를 위해, 본 발명은 원심 분리기의 배열 또는 구성을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 본 발명은, 이와 관련하여, 원심 분리기, 특히 사이클론이, 하수 슬러지 애쉬와 가스 또는 플루 가스 스트림과의 분리를 위해, 하수 슬러지 애쉬 라인과 반응 챔버 또는 반응 공간과의 합류점의 하류에서 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물의 유동 방향으로 가스 또는 플루 가스 라인 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.
원심 분리기를 통과한 후 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물의 성분을 추가로 사용할 수 있도록 하기 위해, 장치는, 추가의 실시예에서, 원심 분리기, 특히 사이클론이 회전소성로 내로 개방되는 배기 가스 라인과, 냉각 스크류로 설계된 추가 냉각 컨베이어 내로 개방되는 하수 슬러지 애쉬 배출 라인을 갖는 방식으로 설계된다. 이러한 방식에서, 가스 또는 플루 가스 스트림 및 추가 처리된 하수 슬러지 애쉬는 모두 적절한 추가 처리를 위해 유리하게 공급될 수 있다.
가스 스트림에 산소를 선택적으로 풍부하게 할 수 있도록 하기 위하여, 특히 그것이 플루 가스 스트림인 경우, 본 발명은 또한, 유리한 추가 실시예에서, 가스 또는 플루 가스 라인이 하수 슬러지 애쉬 라인과의 합류점의 상류에서 가스 또는 플루 가스 스트림의 유동 방향으로 적어도 하나의 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치를 갖는 것을 제공한다. 이는, 고온의 플루 가스가 조정되게, 특히, 하수 슬러지 애쉬의 소각 또는 후-연소에 필요한 산소 함량으로 상승되게 할 수 있고, 소각장에서 취출된 플루 가스의 산소 함량이 이 목적에 불충분한 경우에는 필요한 산화성 고온의 플루 가스가 생성되게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전소성로에 의한 하수 슬러지 단일-소각은 폐기물 소각장 또는 폐기물-연소식 발전소(waste-fired power station)와 특히 유리한 방식으로 결합될 수 있으며, 이로부터 하수 슬러지 애쉬의 후-연소를 초래하는 고온의 플루 가스 스트림이 시작된다. 따라서, 본 발명은 또한, 연관된 소각장이 폐기물 소각장이거나 연관된 발전소가 폐기물-연소식 발전소인 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 장치는 또한, 추가 구성에서, 바람직하게는 100 °C 내지 250 °C, 특히 120 °C 내지 200 °C의 온도를 갖는 저온의 플루 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 플루 가스 유입 장치가 반응 공간 또는 반응 챔버 내로 개방되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기본적인 표현을 사용해서 아래에서 보다 상세히 개략적으로 설명된다.
유일한 도면은, 연관된 폐기물 소각장(2)이 있는 하수 슬러지 단일-소각장(1)의 개략도를 도시한다.
하수 슬러지 단일-소각장(1)은 하수 슬러지 공급부(4)가 연결된 회전소성로(3)를 포함한다. 파이프 형태로 구성된 하수 슬러지 공급부(4)에 의해서, 예를 들어 하수 처리장에서 시작된 하수 슬러지가 회전소성로(3)에 공급되고 회전소성로(3)에서 소각되어 하수 슬러지 애쉬를 형성한다. 하수 슬러지 공급부(4)의 맞은편 단부에서, 회전소성로(3)는 제1 하수 슬러지 애쉬 배출부(5)를 갖는다. 제1 하수 슬러지 애쉬 배출부(5)로부터, 가스 또는 플루 라인(7) 내로 개방되는 연결된 하수 슬러지 애쉬 라인(6)이 시작된다. 하수 슬러지 애쉬 라인(6)에서, 하수 슬러지 단일-소각장(1)의 작동 중에, 회전소성로(3)에서 배출된 하수 슬러지 애쉬는 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 유동하는 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급되고 그것과 혼합된다. 하수 슬러지 애쉬 라인(6)에 의해, 회전소성로(3)에서 배출된 하수 슬러지 애쉬는 하수 슬러지 애쉬의 유동 방향으로 냉각 스크류(cooling screw)로 구성된 제1냉각 컨베이어(8)에 먼저 공급되고, 그 후 로터리 밸브(9)를 통과하며, 이어서, 바람직하게는 보올 밀로 구성되는 분쇄기(10)를 통과한 후 가스 또는 플루 가스 라인에 공급된다. 따라서, 하수 슬러지 애쉬 라인(6) 내에서, 냉각 스크류로 구성된 제1냉각 컨베이어(8), 로터리 밸브(9) 및 분쇄기(10)는, 그것이 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내로 개방되어 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내로 통합되기 전에, 하수 슬러지 애쉬의 유동 방향으로 배치되고, 이들은 하수 슬러지 애쉬 라인(6) 내로 통합되고 이들을 통해 하수 슬러지 애쉬가 유동할 수 있다.
하수 슬러지 단일-소각장(1), 특히 회전소성로(3)는 연소식 소각 챔버(11)를 갖는 연관된 소각장(2a) 폐기물 소각장(2)으로 할당된다. 가스 또는 플루 가스 라인(7)은 소각장(2a)의 보일러(12)로부터, 따라서 소각 챔버(11)와 연관된 보일러(12)로부터 분기되어, 소각 챔버(11)에서 시작되는 플루 가스가 이 가스 또는 플루 가스 라인을 통해 하수 슬러지 애쉬 라인(6)이 개방되는 접속점까지 공급될 수 있다. 가스 또는 플루 가스 라인(7)을 따라 그 도중에 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치(13)가 배치되며, 이에 의해서, 가능한 낮은 원하는 산소 함량을 설정하기 위해 필요할 수 있는 산소와 함께, 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 운반되는 가스 또는 플루 가스 스트림이 계량된 용량으로 공급될 수 있다. 공기는 산소 운반체 역할을 한다. 실시예의 예에서, 가스 또는 플루 가스 라인(7)은 복수의 소위 "블로잉 건(blowing guns)" 또는 압축 공기 도입 장치(13a)에 할당되며, 이에 의해서 압축 공기가 가스 또는 플루 가스 라인(7)으로 분사될 수 있다. 블로잉 건(13a)은 구조적으로 적합한 위치에 배치되고, 증가된 압력 하에서 압축 공기를 분사함으로써 가스 또는 플루 가스 라인(7) 또는 이러한 유동 채널에 침전물이 없도록 유지한다.
하수 슬러지 단일-소각장(1)및 소각장(2a)의, 또는 폐기물 소각장(2)의 작동 중에, 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 호송되는 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림(7)과, 하수 슬러지 애쉬 라인(6)에 의해 가스 또는 플루 가스 라인(7)과의 합류점에 공급되는 하수 슬러지 애쉬는 혼합되어 하수 슬러지 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물을 형성하고, 이는 더 자세히 도시되지 않은 반응 공간(20) 또는 더 자세히 도시되지 않은 반응 챔버(20) - 이는 또한 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 유동 단면의 상응하는 구성으로서 구성될 수 있음 - 에 공급된다. 따라서, 이 반응 공간(20) 또는 이 반응 챔버(20)는 하수 슬러지 애쉬 라인(6)과 가스 또는 플루 가스 라인(7)과의 합류점의 하류에서 하수 슬러지/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물의 유동 방향으로 형성되며, 점선으로 도면에 표시된다. 이 반응 챔버(20) 또는 이 반응 공간(20)에서는, 하수 슬러지 단일-소각장(1) 및 연소식 소각 챔버(11)의 작동 동안, 가능한 낮은 적절한 산소 함량을 가지며 가스 또는 플루 가스 라인(7)을 통해 공급되는 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림(7)에 의해 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소가 발생한다.
"저온의" 플루 가스(19)를 공급하기 위한 라인은 하나 이상의 지점에서 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)에 연결된다. "저온의" 플루 가스(19)의 공급은 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)에 존재하는 하수 슬러지/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지/플루 가스 스트림 혼합물의 양호한 혼합을 초래하고, 하수 슬러지/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지/플루 가스 스트림 혼합물에서 연소될 잔류 탄소의 전환 정도를 증가시키며, 반응 공간 또는 반응 챔버에서의 온도 피크의 발생을 방지한다. "저온의" 플루 가스 또는 "저온의" 플루 가스 스트림은, 예를 들어, 원심 분리기, 특히 사이클론(14)의 배기 라인(15)에서 분기된 플루 가스, 또는 소각장(2a) 또는 폐기물 소각장(2)에서 재순환되는 플루 가스 - 이는, 적절한 냉각 후에 또는 특히 정전기 필터 이후에 필요한 경우, 소각장(2a) 또는 폐기물 소각장(2)으로부터 취출되고 100 °C 및 250 °C 사이의, 특히 120 °C 및 200 °C사이의 온도를 가짐 - 를 의미한다. 유리하게는, 플루 가스 (재)순환이 형성된다.
하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물의 유동 방향으로, 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물을 하수 슬러지 애쉬 부분 및 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 부분으로 분리하기 위한 원심 분리기, 특히 사이클론(14)은 하수 슬러지 애쉬 라인(6)과 가스 또는 플루 가스 라인(7)과의 합류점의 하류에 그리고 반응 챔버(20) 또는 반응 공간(20)의 하류에 배치된다.
배기 가스 라인(15)은 원심 분리기, 특히 사이클론(14)으로부터 분기되며, 제1하수 슬러지 애쉬 배출부(5)의 영역에서 회전소성로(3) 내로 개방된다. 이 배기 가스 라인(15)을 통해, 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에서 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물로부터 분리된 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림은, 하수 슬러지 단일-소각장(1) 및 소각장(2a) 또는 폐기물 소각장(2)의 작동 중에, 각각 회전소성로(3)에 도입되어 그곳에서 하수 슬러지의 나머지 휘발성 성분의 연소를 지원하는 역할을 한다.
회전소성로(3)로부터의 배기 가스는 하수 슬러지 공급부(4)를 갖는 그것의 단부에서 추가 플루 가스 라인(21)을 거쳐서 폐기물 소각장(12)의 보일러(12) 안으로 공급된다. 따라서, 보일러 플루 가스의 일부를 가스 또는 플루 가스 라인(7), 사이클론(14), 배기 가스 라인(15), 회전소성로(3) 및 추가 플루 가스 라인(21)을 통해 보일러(12)로 되돌릴 수 있고, 이로써 플루 가스를 재순환시킨다.
더욱이, 원심 분리기, 특히 사이클론(14)은 하수 슬러지 애쉬 배출 라인(16)에 연결되며, 이를 통해서, 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에서 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 또는 플루 가스 혼합물로부터 분리되어 연소되고 산화된 하수 슬러지가 원심 분리기, 특히 사이클론(14)으로부터 배출되고, 냉각 스크류로 구성된 추가 냉각 컨베이어(17) - 여기로 하수 슬러지 애쉬 배출 라인(16)이 개방됨 - 에 공급된다. 그 다음, 추가 냉각 컨베이어(17)의 맞은편 단부에는, 하수 슬러지 단일-소각장(1)의 최종의 제2 하수 슬러지 애쉬 배출부(18a)를 형성하는 배출 라인(18)이 있다.
도면에 도시된 하수 슬러지 단일-소각장(1)과 소각장(2a)의 조합, 예로써 회전소성로(3)를 포함하는 하수 슬러지 단일-소각장(1) 및 폐기물 소각장(2)으로 구성된 소각장(2a)에 의해, 회전소성로(3)에 공급된 하수 슬러지를 소각하여 생성된 하수 슬러지 애쉬는, 가능한 낮은 산소 함량을 갖고 회전소성로(3)에서 소각된 하수 슬러지의 후-연소에 적합한 고온의 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림에 의한 하수 슬러지 애쉬, 또는 그 안에서 형성된, 특히 6 내지 10 부피% 산소의 산소 함량을 갖는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소를 받게 된다. 회전소성로(3)를 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬는 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 안내되는 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림으로 공급되며, 그리고 이러한 충분히 고온의, 특히 750 °C 내지 1100 °C의, 바람직하게는 800 °C 내지 1000 °C의 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림은 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 및 후-연소를 초래한다. 연관된 소각장(2a)의 연소식 소각 챔버(11)로부터 취출된 가스 또는 플루 가스 스트림은, 원하는 경우, 가스 또는 플루 가스 라인(7) 상에 배치된 적어도 하나의 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치(13)에 의해서 하수 슬러지의 후-연소에 필요한 낮은 산소 함량으로 조정된다. 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림과 공급된 하수 슬러지 애쉬와의 혼합물에 존재하는 미연 탄소분 부분은 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)에서 산화되고 후-연소된다. 이러한 목적을 위해, 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 유동하는 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림은, 한편으로는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소를 초래하기에 충분히 높으면서, 다른 한편으로는 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소로 인한 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지/플루 가스 스트림 혼합물의 온도 상승이 반응 챔버(20)의 슬래깅, 또는 반응 공간(20)의 슬래깅, 또는 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물을 운반하는 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 슬래깅을 초래하지 않도록 충분히 낮은 설정 온도를 갖는다. 가스 또는 플루 가스 라인(7)을 침전물이 없는 상태로 흘러 넘치게하거나(flush) 유지하기 위하여, 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 유동 단면으로 향하고 그것에 작용하는 유동 출구를 갖는 블로잉 건(13a)은 또한 후자 상에 배치된다.
하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분 함량의 산화 또는 후-연소는 물론 가스 또는 플루 가스 스트림으로의 하수 슬러지 애쉬의 공급은 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행된다. 마찬가지로, 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에서 하수 슬러지 애쉬로부터 분리된 가스 또는 플루 가스 스트림을 회전소성로(3)에 공급하는 것은 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행된다.
위에 제시된 공정 수단 및 공정 단계는 하수 슬러지 단일-소각장(1) 및 소각장(2a)의 연속적인 작동 중에 각각 일어난다. 이와 관련하여, 하수 슬러지 단일-소각장(1)은, 특히, 하수 슬러지 공급부(4), 회전소성로(3), 제1냉각 컨베이어(8), 로터리 밸브(9), 분쇄기(10), 사이클론(14), 추가 냉각 컨베이어(17), 및 이들과 가스 또는 플루 가스 라인(7)을 연관된 산소 도입 장치(13), 연관된 블로잉 건(13a) 및 배출 라인(18)에, 그리고 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)를 연관된 "저온의" 플루 가스를 공급하기 위한 공급 라인/플루 가스 도입 장치(19)에 각각 연결하는 라인(6, 15, 16)을 포함하는 집합체(complex)를 포함한다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법의 본질적인 측면은, 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분 분율의 상응하는 산화 및 후-연소에 의한, 회전소성로(3)에서 배출되는 하수 슬러지 애쉬의 후-처리에 관한 것이고, 따라서, 하수 슬러지 애쉬에서의 미연 탄소분 함량의 감소가 달성되고, 특히 인 회수를 위해, 추가 냉각 컨베이어(17)로부터 배출되는 후-처리된 하수 슬러지 애쉬의 상응하는 사용이 가능하다.
미연 탄소분 함량의 감소는 산화 및 후-연소에 의해 달성된다. 공정 또는 절차는 특히 연속적으로 그리고 바람직하게는 결과적으로 생긴 하수 슬러지 애쉬의 중간 저장없이 실행되고, 다음과 같은 실질적인 단계로 구성된다:
- 회전소성로(3)를 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬는 냉각 스크류 또는 제1냉각 컨베이어(8)에 의해 수송되고, 공기가 차단된 상태에서 로터리 밸브(9)를 통과하며;
- 그 다음, 하수 슬러지 애쉬는 그 안에 미립자 함량을 높이기 위해 분쇄기(10)에서 분쇄되고;
- 분쇄기(10)를 빠져나오는 분쇄된 하수 슬러지 애쉬는 노(furnace) 또는 소각 챔버(11) 또는 그 하류의 보일러(12)에서 배출된 고온의 플루 가스 스트림으로 공급되어 가스 또는 플루 가스 라인(7)으로 안내된다. 고온의 플루 가스의 온도는 산화 또는 후-연소의 개시를 위해 충분히 높으면서도 또한 산화 또는 후-연소로 인한 온도 상승이 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20) 이후의 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 하류 플루 가스 섹션의 슬래깅을 초래하지 않도록 충분히 낮다. 소각장(2)으로부터 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내의 하수 슬러지 애쉬 라인(6)의 입구로 유도된 플루 가스 스트림은 줄어들거나 감소된, 즉 공기에 비해 낮은 비율의 산소를 갖는다. 산소 도입 장치(13)에 의해 공기 또는 산소를 혼합함으로써, 이 가스 또는 플루 가스 스트림의 산소 함량은 하수 슬러지 애쉬에 존재하는 미연 탄소분의 후-연소에 적합한 값으로 제어될 수 있고;
- 하수 슬러지 애쉬가 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 호송되는 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급된 후, 하수 슬러지 애쉬의 잔류하는 미연 탄소분 함량을 낮추기 위하여 하수 슬러지 애쉬에 포함된 잔류하는 미연 탄소분 함량의 원하는 산화 또는 후-연소가 반응 챔버(20) 또는 반응 공간(20)에서 발생하며;
- 반응 챔버(20) 또는 반응 공간(20)을 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물은 사이클론(14)으로 전달되고, 여기서 하수 슬러지 애쉬와 가스 또는 플루 가스 스트림과의 분리가 일어난다. 사이클론(14)으로부터 배출된 하수 슬러지 애쉬는 적절한 수송 수단, 예를 들어 추가 냉각 컨베이어(17)에 의해 후속 처리로 보내지고;
- 사이클론을 빠져나오는 가스 또는 플루 가스 스트림은 회전소성로(3)에 공급된다.
하수 슬러지 단일 소각은, 적어도 실질적으로 하수 슬러지 전용 소각, 즉, 다른 연료 또는 연료 성분의 의도된 혼합없이 오로지 하수 슬러지만 소각되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 그러나, 다른 연료 또는 연료 성분의 의도하지 않은 또는 중요하지 않은 첨가는, 특히 하수 슬러지에 포함된 성분의 의미에서, 가능하다. 그러나, 하수 슬러지가 다른 연료, 예를 들어, 석탄과 함께 의도적이고 고의적으로 공동 연소되는 프로세스 및 장치는 제외된다.
하수 슬러지 애쉬 및 가스 또는 플루 가스 스트림, 특히 소각장(2a)의 보일러(12)로부터 보일러(12)로 재순환하는 플루 가스 스트림은, 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)에 직접 공급될 수 있다. 즉, 하수 슬러지 애쉬 라인(6)과 가스 또는 플루 가스 라인(7), 그리고, 적용 가능한 경우, “저온의” 플루 가스를 공급하기 위한 플루 가스 도입 장치(19)는 모두 반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20) 내로 직접 개방될 수 있다.
1 하수 슬러지 단일-소각장
2 폐기물 소각장
2a 소각장
3 회전소성로
4 하수 슬러지 공급부
5 제1 하수 슬러지 애쉬 배출부
6 하수 슬러지 애쉬 라인
7 가스 또는 플루 가스 라인
8 제1 냉각 컨베이어
9 로터리 밸브
10 분쇄기(mill)
11 연소식 소각 챔버
12 보일러
13 산소 도입 장치
13a 블로잉 건
14 사이클론
15 배기 가스 라인
16 하수 슬러지 애쉬 배출 라인
17 냉각 컨베이어
18 배출 라인
18a 제2 하수 슬러지 애쉬 배출부
19 "저온" 플루 가스의 공급 라인; "저온" 플루 가스를 공급하기 위한 플루 가스 도입 장치
20 반응 공간/반응 챔버
21 추가 플루 가스 라인

Claims (19)

  1. 낮은 산소 함량, 특히 6 내지 10 부피% 산소의 산소 함량을 갖는, 고온의 가스 또는 플루 가스(flue gas) 스트림을 사용하여 회전소성로(rotary kiln)(3)에서의 하수 슬러지 단일-소각 중에 생성된 하수 슬러지 애쉬(sewage sludge ash)를 후-연소(post-combustion)하는 방법에 있어서,
    상기 회전소성로(3)를 빠져나오는 하수 슬러지 애쉬는 상기 가스 또는 플루 가스 스트림 - 이는 상기 회전소성로(3)와 연관된 소각장(2a)의 연소식 소각 챔버(11)로부터 또는 상기 회전소성로(3)와 연관된 발전소로부터 취출되고, 필요에 따라, 후-연소에 필요한 낮은 산소 함량으로 조정됨 - 에 공급되고, 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분(unburned carbon)의 산화 또는 후-연소는 이러한 충분히 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림에 의해 초래되는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림과 공급된 하수 슬러지 애쉬와의 혼합물은 반응 공간(20), 특히 그 안에서 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소가 일어나는 반응 챔버(20)에 공급되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고온의 가스 또는 플루 가스 스트림의 온도는,
    한편으로는 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 상기 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소를 초래할 정도로 충분히 높게끔,
    다른 한편으로는 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 상기 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소로 인한 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물의 온도 상승이 상기 반응 챔버(20) 또는 상기 반응 공간(20)의 슬래깅(slagging), 또는 상기 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물을 운반하는 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 슬래깅을 초래하지 않도록 충분히 낮게끔,
    조정되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    바람직하게는 100 °C 내지 250 °C, 특히 120 °C 내지 200 °C의 온도 범위의 온도를 갖는 저온의 플루 가스는 상기 반응 공간(20) 또는 상기 반응 챔버(20)에 공급되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하수 슬러지 애쉬는 상기 가스 또는 플루 가스 스트림에 공급되기 전에, 바람직하게는 보올 밀(ball mill)로 구성되는, 분쇄기(mill)(10)에서 분쇄되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전소성로(3)를 빠져나온 후, 상기 하수 슬러지 애쉬는 먼저 냉각 스크류로 구성된 제1 냉각 컨베이어(8)에 공급되고, 그 후, 특히 상기 분쇄기(10)에 들어가기 전에, 로터리 밸브(9)로 공급되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 혼합물 또는 하수 슬러지 애쉬/플루 가스 스트림 혼합물은 상기 반응 공간(20) 또는 상기 반응 챔버(20)의 하류에서 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에 공급되고, 상기 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에서, 상기 하수 슬러지 애쉬와 상기 가스 또는 플루 가스 스트림은 서로 분리되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 또는 플루 가스 스트림은 상기 원심 분리기, 특히 상기 사이클론(14)의 하류에서 상기 회전소성로(3)에 공급되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 또는 플루 가스 스트림으로 상기 하수 슬러지 애쉬를 공급하는 것 및 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 상기 미연 탄소분 함량을 산화 또는 후-연소하는 것이 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원심 분리기, 특히 사이클론(14)에서 상기 하수 슬러지 애쉬로부터 분리된 상기 가스 또는 플루 가스 스트림을 상기 회전소성로(3)에 공급하는 것은 연속적으로 그리고 중간 저장 없이 수행되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    하수 슬러지 단일-소각장(1)이, 하수 슬러지 공급부(4)가 연결된 하수 슬러지 소각을 위한 회전소성로(3)와, 상기 회전소성로(3)와 연관된 발전소 또는 상기 회전소성로(3)와 연관된 소각장(2a)의 연소식 소각 챔버(11)로부터 분기된 가스 또는 플루 가스 스트림이 공급되는 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내로 개방된 하수 슬러지 애쉬 라인(6)이 연결된 제1 하수 슬러지 애쉬 배출부(5)와를 포함하는 것을 특징으로 하는
    장치.
  12. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치(13)가 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6)의 입구의 상류에서 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내에 배치되고, 이를 통해 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7)에서 운반되는 상기 플루 가스 스트림에 산소가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는
    장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    반응 공간(20) 또는 반응 챔버(20)가 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6)의 입구의 하류에서 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내에 형성되고, 여기에서, 상기 하수 슬러지 단일-소각장(1) 및 상기 연소식 소각 챔버(11)의 작동 중에, 상기 하수 슬러지 애쉬에 포함된 상기 미연 탄소분의 산화 또는 후-연소가 발생하며, 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7)의 유동 단면이 바람직하게 상기 반응 공간(20) 또는 상기 반응 챔버(20)를 형성하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
    장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 스크류로 구성된 제1냉각 컨베이어(8), 로터리 밸브(9), 및 바람직하게는 보올 밀로 구성되는 분쇄기(10)는 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6) 내에, 그 마지막 것이 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내로 개방되기 전에, 상기 하수 슬러지 애쉬의 유동 방향으로 배치되며, 이들은 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6) 내로 통합되고 이들을 통해 상기 하수 슬러지 애쉬가 유동할 수 있는 것을 특징으로 하는
    장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하수 슬러지 애쉬와 가스 또는 플루 가스 스트림과를 분리하기 위한 원심 분리기, 특히 사이클론(14)이, 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6)과 상기 반응 챔버(20) 또는 반응 공간(20)과의 합류점의 하류에서, 상기 하수 슬러지 애쉬/가스 스트림 또는 플루 가스 스트림 혼합물의 유동 방향으로 상기 가스 또는 플루 가스 라인(7) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원심 분리기, 특히 사이클론(14)은, 상기 회전소성로(3) 내로 개방되는 배기 가스 라인(15)과, 냉각 스크류로 구성된 추가 냉각 컨베이어(17) 내로 개방되는 하수 슬러지 애쉬 배출 라인(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    장치.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 또는 플루 가스 라인(7)은, 상기 하수 슬러지 애쉬 라인(6)과의 합류점의 상류에서 상기 가스 또는 플루 가스 스트림의 유동 방향으로, 적어도 하나의 산소 공급 장치 또는 산소 도입 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    장치.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연관된 소각장(2a)이 폐기물 소각장(2)이거나, 상기 연관된 발전소가 폐기물-연소식 발전소(waste-fired power station)인 것을 특징으로 하는
    장치.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 100 °C 내지 250 °C, 특히 120 °C 내지 200 °C의 온도를 갖는 저온의 플루 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 플루 가스 도입 장치(19)가 상기 반응 공간(20) 또는 상기 반응 챔버(20) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는
    장치.
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