KR20220055571A - 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템에 관한 것으로서, 선박의 선수부 갚판위에 배치되는 쓰레기 보관함; 쓰레기 보관함의 후방에 배치되는 흡열반응부; 흡열반응부의 후방에 배치되는 추가 분해부; 및 추가 분해부를 통해 형성된 폐열로 가동되는 보일러부;를 포함하며, 선박의 선수부 갚판위는 쓰레기 보관함으로 쓰레기가 이동할 수 있도록 선수부의 전방을 향해 연장되는 쓰레기 안내부를 포함한다.

Description

선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템{Waste treatment system using ship}

본 발명은 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해상 또는 육상에서 발생한 쓰레기를 선박에서 직접 처리할 수 있는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템에 관한 것이다.

최근 장기화되는 코로나 사태로 인해 도서 및 농어촌 지역의 해양-육상 쓰레기의 환경오염은 심각한 수준이며, 해양-육상 쓰레기 처리는 아주 미흡한 실정으로 전처리를 포함하는 처리시설이 절대적으로 필요한 상황에 있다.

앙부처(해양수산부, 환경부, 해양경찰청)에서 수립한 제3차 해양쓰레기 관리 기본계획은 수거된 쓰레기에 대한 수거, 처리·재활용 촉진 부분만 언급이 되어 있는 상황으로 해양쓰레기의 전처리를 포함한 구체적 처리방안은 제시되어 있지 않은 실정이다.

한편, 해양-육상 쓰레기는 소각 및 매립이 쉽지 않으며, 특히 해양 쓰레기 소각시설은 염분의 연소 시 발생되는 다이옥신 등 오염물질을 제거하고, 합성수지 등 발열량이 높은 물질에 적합한 시설이어야 함. 해양 쓰레기는 특정 시기에 집중적으로 발생하여 연중 가동이 어려운 해양 쓰레기 전용 소각시설을 민간업체가 주도적으로 운영하기는 어려운 상황임. 매립 처분 역시「자원순환기본법」에 따라 “폐기물 직매립 제로화 및 최적화” 정책을 추진하고 있어 점차 어려워질 것으로 예상되어 해양-육상 쓰레기를 효과적으로 처리할 수 있는 장치의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.

일반적으로, 폐수처리시설은 증가된 수량부하(hydraulic loading) 대한 요구를 충족시키기 위해 물리적인 확장을 하게 된다. 하지만 물리적 확장은 비용이 많이 들고, 때때로 특히 토지의 값이 비싼 대도시의 현존하는 시설에 인접하여 사용할 수 없으므로, 추가적인 토지가 필요하게 된다.

(한국등록특허 제10-1224624호, 2013년 1월 15일)

본 발명의 목적은 해상 또는 육상에서 발생한 쓰레기를 선박에서 직접 처리할 수 있는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 선박을 이용하여 해양-육상 쓰레기를 처리할 수 있는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템은 선박의 선수부 갚판위에 배치되는 쓰레기 보관함; 쓰레기 보관함의 후방에 배치되는 흡열반응부; 흡열반응부의 후방에 배치되는 추가 분해부; 및 추가 분해부를 통해 형성된 폐열로 가동되는 보일러부;를 포함하며, 선박의 선수부 갚판위는 쓰레기 보관함으로 쓰레기가 이동할 수 있도록 선수부의 전방을 향해 연장되는 쓰레기 안내부를 포함한다.

여기서, 선박의 성수부에서 선미부를 향하여 상측으로 연장 형성되는 골조구조를 구비하며, 골조구조의 상단에 태양광 패널이 구비될 수 있다.

본 발명에 의한 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템은 해상 또는 육상에서 발생한 쓰레기를 선박에서 직접 처리할 수 있다.

특히, 기존의 소각처리 방식인 스토커식에 비해 효율이 뛰어나고 요구되는 작업자의 수도 적고 클링커의 발생도 현저하게 감소하기 때문에 상시 가동이 가능하며 유지보수도 용이한 형태이다.

또한, 배치식 구현으로 선박의 갚판 위에 필요로 하는 시설이 모두 들어가는 형태이기 때문에 수출 시에도 해외 현지에서 숙련된 작업자의 기반 시설을 추가로 설치할 필요가 없다는 장점이 있다.

이에 더하여, 폐자원 활용 기술 확보 측면에서 매립 및 직접 연소 방식의 폐자원 활용방식으로 인한 토양과 대기 오염을 열분해 방식을 이용함으로써 획기적으로 줄일 수 있으며, 직접 연소 방식으로 인해 폐기물 처리 시설 주변 주민들의 민원을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 국내에서 발생하는 폐기물의 처리 방식을 환경친화적 공법을 이용함으로서 국내에서 발생하는 대기 오염 물질을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1 내지 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템의 도면이다.
도 3은 도 1의 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 흡열반응부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 스마트 모니터링 과정을 나타내는 구성도이다.
도 6은 흡열반응부를 이용하여 가스화되는 구체적인 작동 구성을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시 되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템(10)의 전방측에 배치되는 흡열반응부(10), 흡열반응부(10)의 후방 상에 배치되는 추가 분해부(20), 추가 분해부(20)의 후방 상에 배치되는 보일러부(30), 보일러부(30)의 후방 상에 배치되는 멀티 사이클론(40), 카트리지 백 필터(50), 배기팬(60), 제어부, 쓰레기 안내부(70) 및 태양광 패널(80)을 포함한다. 또한, 흡열반응부(10)에 투입되는 폐기물이 1차적으로 투입되는 복수의 배치식 열분해로(3), 배치식 열분해로(3)와 흡열반응부(10) 간을 연결 배치한 상태에서 배치식 열분해로(3)를 흡열반응부(10) 상으로 교환 공급하는 레일부(5)를 구비할 수 있으며, 이와 같은 구성은 선박의 갚판 선수부에 마련될 수 있다.

상기 한쌍의 흡열반응부(10) 상에는 열분해로 착화 버너 및 열분해로 Air 공급 FAN이 연결된다. 흡열반응부(10)는 저온 열분해로서, 이하에서는 저온 열분해로 설명한다. 이러한 저온 열분해는 이연소열로 열분해하여 가연성 가스화하고, 별도의 구동장치가 없고 검은 연기에 의해 내부 코팅효과로 부식이 없다.

연소 가스량을 인위적 조절하여 추가 분해부를 항상 850℃ 이상으로 유지한다. 체류시간 2초 이상으로 완전연소를 구현한다. 보일러 급수 열분해로 2중 자켓을 통과시켜 보일러 효율을 상승하고 열분해로 외벽온도를 항상 저온유지로 안전사고를 방지한다.

흡열반응부(10)의 구체적인 구조를 살핀다.

흡열반응부(10)는 열분해로 본체(11), 열분해로 본체(11)의 일측에 형성되는 원료 투입구(12), 열분해로 본체(11) 상에서 원료 투입구(12)의 하부 상에 형성되는 재처리구(13) 및 열분해로 본체(11)의 상단 상에 형성되는 배기구(14)를 포함한다.

한편, 도 6을 참조하면 흡열반응부(10)는 중공의 열분해로 본체를 기준으로 하여 일측 상에 배치된 상태에서 폐기물에 초점하여 불을 40초간 붙여서 국부연소를 진행하게 하는 경유착화버너, 중공의 열분해로 본체를 기준으로 하여 타측 상에 배치되는 열분해로 송풍팬, 열분해로 본체의 저면 상에 배치되어 열분해 송풍팬에서 공급하는 에어를 최소 공기 만을 공급하여 국부 연소를 진행하게 하는 에어 노즐, 열분해로 본체를 둘러싸는 2중 자켓 상에 보일러 급수공급으로 외부 열 차단 및 보일러 효율을 상승하게 하는 보일러 급수부, 보일러 급수부의 상측으로 열분해로 본체의 측상부 및 상단을 둘러싸는 세라믹 단열재, 열분해로 본체의 상단 중앙부를 통해 연결되는 가스출구배관을 포함한다.

흡열반응부(10)는 열분해로 온도가 저온 가스화 방식을 채택한 바, 단열재 영향이 거의 없게 된다. 열분해로의 외부에 보일러 급수를 순환하여 내부 열 차단 및 급수 온도 상승으로 인하여 보일러 효율을 극대화 한다. 한편, 내화물을 사용하지 않아 보수가 용이하다.

상기 흡열반응부는 내부 상에서 다단의 층을 갖는다.

상기 다단의 층은 열분해 층, 폐기물 층 및 저분자 물질의 가스층을 갖는다.

열분해 층은 약 200~400℃의 온도를 유지하면서 저온 열분해 가스를 생성 및 분해한다.

폐기물 층은 열분해로에 파쇄하지 않은 가연성 영농 폐기물을 투입한다.

저분자 물질의 가스층은 연소 가능한 가스인 CO, H2, CH4 등이 발생되어 추가 분해부에 이동하여 완전연소를 진행한다.

EFB(Empty Fruit Bunch) 중에는 Potassium Hydroxide(KOH) 상태로 존재하는 물질을 소각시킬 경우 360℃ 부근에서 용융하고 보일러 열 교환파이프 부근에서 냉각 응고하여 Potassium Oxide(K2O) 상태로 고착화되므로 보일러에서 열 회수율이 현저히 저하한다는 문제점이 있다. 그러나, 저온 열분해 가스화 법은 200~280℃부근에서 점화하여 350℃ 이하에서 열분해 반응이 일어나므로 Potassium Oxide (KOH) 는 용융하여 연소재(Ash) 중에 K2O로 존재하므로 보일러 열교환 파이프에 고형화 할 염려가 전혀 없는바 장기 운전이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, STOCKER 방법은 보일러 열회수율 저하로 장기 운전이 어려우므로 전처리 공정에서 KOH 제거방법이 필요하다는 한계가 존재한다.

이때, 흡열반응부(10)는 한 쌍으로 구현될 수 있다. 한쌍의 구성된 흡열반응부는 배치식 구현을 통해 폐기물을 파쇄하지 않은 상태에서 직접 투입한다. 즉, 폐기물 전처리 과정을 거치지 않고 미 성형된 폐기물을 직접 투입 가능하다. 2배치 열분해로가 있어 곧바로 교체하도록 하여 연료 투입으로 인한 가동시간을 최소화한다. 또한, 연료 투입의 단순한 구조와 재처리를 편리하게 만들어 운전을 쉽고 간편하게 한다.

이하, 본 발명에 따른 이동형 저온 열분해 폐기물 처리 시스템을 이용한 처리 공정을 설명한다.

폐기물은 선박의 선수부 갚판위의 구비되는 쓰레기 안내부(70)를 통해 육상 쓰레기를 선박의 선수부 갚판위에 배치되는 쓰레기 보관함(90)으로 이동시킬 수 있다.

흡열반응부 1, 2번 Bach 상에 전부 폐기물을 투입 후 상부 Door를 Close 실시한다. 폐기물 투입 후에 전기 제어반을 Auto Start로 운전한다.

흡열반응부 1, 2번 Bach 열분해로 전체 교호운전을 완료 후에 기설정된 일정 온도 이하(열분해로 40℃온도)일 때 하부 Door를 Open 후에 바닥재를 수거한다.

흡열반응부를 거쳐 생성된 저분자 물질의 가스층은 추가 분해부로 유입되어진다. 본 발명은 고분자 폐기물을 직접 공기와 접촉하여 소각하는 방법이 아니고 연소에 필요한 공기의 일부를 열분해로에 투입한 상태에서 저온 300~400℃ 에서 열에 의하여 분해된 저분자 물질의 가스은 CO, H2, CH4 등을 연소하는 기술인바 완전연소에 가까운 능력으로 연소재(Ash) 중의 가연분이 거의 없게 된다. 이러한 효율로 인하여 연소재와 연소가스의 배출량이 현저히 낮아져 타 소각설비인 STOKER, ROTARY KILN 등보다 친환경적이다.

추가 분해부를 통한 재연소 과정 상에서, 연소된 배출가스의 후단설비 이전에 연소가스(약 150℃)의 일부를 연소기 상에 재공급 사이클을 이용하여 보일러 에너지 회수율을 향상시키고, 연소가스 중의 탄산가스(CO2)와 수분(H2O)을 열분해로에서 치환 및 연소반응을 유도하여 질소화합물(NOX) 생성을 억제한다. 또한, 이를 이용하여 미연소분을 완전 연소시킨다.

추가 분해부의 내부온도는 1,100℃ ~ 1,200 ℃ 의 범위를 갖는다.

본 기술은 소량의 공기로 고분자 폐기물을 열분해하여 분해된 저분자 물질의 건류가스를 연소하는 기술로 과잉의 공기로 직접 연소 소각방법 보다 연소가스 중의 분진 함량이 극히 적으므로 인체에 아주 유해한 다이옥신 생성량이 아주 적다.

추가 분해부를 통한 형성되는 폐열을 통해 보일러부를 가동하여 연소가스를 재이용한다. 구체적으로는, 추가 분해부에서의 폐열을 이용하여 보일러 상에 공급된 급수에 대한 가열을 실시하여 실시하여 선박에 필요한 급수 및 난방을 실시할 수 있다. 뿐만 아니라, 추가 분해부를 통하여 형성되는 폐열을 이용하여 선박의 터빈을 구동시킬 수 있는 구동력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 태양광 발전을 통해 형성되는 에너지와 더불어 선박의 터빈 구동을 위한 최소한의 화석연료를 사용함으로써 이산화탄소 발생이 최소가 되도록 유도할 수 있다.

다음으로는, 보일러부의 후단에 배치된 멀티 사이클론의 촉매 환원탑을 통해 비산재 처리를 통해 수거 매립을 실시하고, 연돌을 최종적으로 실시한다. 즉, 연돌은 외부의 공기가 건물 내부로 유입되어 엘리베이터, 샤프트, 계단, 환풍구 등을 굴뚝처럼 통과하는 현상을 말하며, 굴뚝효과(Stack Effect)를 지칭하는 것인바, 이를 통해 가스의 유동을 가능하게 한다.

상기 흡열반응부, 추가 분해부 및 멀티 사이클론 상에는 각각 Air 공급 FAN이 연통 결합된다. 상기 Air 공급 FAN은 제어판에 전기적으로 연결된 상태에서 실시간으로 유량을 제어한다. 제어부는 흡열반응부에서 온도, 레벨, 압력 정보를 제공받아 차압 계산 및 유량 결정을 진행하고, 추가 분해부에서는 온도, 압력 정보를 제공받아 온도별 배기가스 및 유량을 결정하고, 보일러부에서는 온도, 유량을 제공받아 내부 온도 및 유량을 결정하고, 멀티 사이클론에서는 온도, 압력, 배기가스 정보를 제공받아 사이클론 요구량 및 유량을 결정한다.

제어판은 보일러부에서 제공받은 온도, 유량 정보를 토대로 하여 물공급원으로의 유량을 제어한다.

본 발명은 전 공정을 자동화 모니터링 기능을 이용하여 무인화를 실현한다. 모든 시스템을 PLC & HMI 시스템으로 구성하여 원격 모니터링 및 실시간 상태 감시를 실현한다.

스마트폰 앱에서 상태감시, 중요사항 제어, 현재 컨테이너 위치 파악 실현 및 현장 실시간 영상감시를 구현한다. 한편, 구동 모터 전체에 인버터 설치를 통해 자동 운전 조절 및 무인화 시스템 프로그램을 실현한다.

또한, 본 발명은 갚판의 상측면에서 골조구조(81)를 형성할 수 있다. 그리고, 골조구조의 상면에 태양광 패널(80)이 구비될 수 있다. 선박은 주위에 태양광 조사를 방해하는 지장물이 없으므로 태양광 집광이 유리하여 집광효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 태양광 패널(80)을 통해 충전된 전력과 추가 분해부(20)을 통해 형성되는 폐열을 통해 선박의 추진력이 제공되도록 함으로써 화석연료를 최소화하면서 선박의 운행이 가능하도록 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 흡열반응부 20 : 추가 분해부
30 : 보일러부 40 : 멀티 사이클론
50 : 카트리지 백 필터 60 : 배기팬
70 : 쓰레기 안내부 80 : 태양광 발전

Claims (2)

1. 선박을 이용하여 해양-육상 쓰레기를 처리할 수 있는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템에 있어서,
   선박의 선수부 갚판위에 배치되는 쓰레기 보관함;
   상기 쓰레기 보관함의 후방에 배치되는 흡열반응부;
   상기 흡열반응부의 후방에 배치되는 추가 분해부; 및
   상기 추가 분해부를 통해 형성된 폐열로 가동되는 보일러부;를 포함하며,
   상기 선박의 선수부 갚판위는 상기 쓰레기 보관함으로 쓰레기가 이동할 수 있도록 상기 선수부의 전방을 향해 연장되는 쓰레기 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   선박의 성수부에서 선미부를 향하여 상측으로 연장 형성되는 골조구조를 구비하며, 상기 골조구조의 상단에 태양광 패널이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박을 이용한 해양-육상 쓰레기 처리 시스템.
   

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