KR20220152027A - 폐기물 처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물을 열분해하여 열분해된 슬러지 및 배기가스를 생성하는 열분해 장치; 상기 슬러지를 냉각하는 제1 제1 냉각 장치; 및 상기 열분해 장치에서 생성된 상기 배기가스를 연소하는 연소 장치;를 포함하고, 상기 제1 냉각 장치는 상기 슬러지와 접촉하는 회전체; 및 내부로 냉각수가 공급되고, 회전하면서 상기 냉각수를 상기 회전체로 공급하는 회전축을 포함하는 폐기물 처리시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐기물 처리시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 열분해 장치에서 배출되는 열분해 슬러지를 급속 냉각시켜 유해화합물의 재 합성을 방지하는 폐기물 처리시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 가정에서 발생하는 각종 생활 쓰레기와 산업 현장에서 발생하는 산업 폐기물 등은 분리수거 등의 방식으로 일부 재활용되고 있으나, 이러한 분리수거 등의 재활용이 불가능한 폐기물 및 폐수는 매립, 해양 배출 및 소각 등의 방식으로 처리되고 있다.
도 1은 종래 폐수를 처리하는 공정을 도시한 도면이다. 종래 폐수 처리 공정은 폭기조 및 슬러지침전부를 통해 폐수를 슬러지화 한 후, 유해물을 포함하는 슬러지를 땅에 매립 또는 소각하여 처리하였다.
다만, 산업 폐기물 및 폐수는 화학 공정, 펄프 공정, 소각 공정 등 다양한 제품의 생산 공정에서 원치 않는 부산물로 다이옥신 등과 같은 유해 염소화합물이 생성되고 있어, 산업 폐기물 및 폐수 내 슬러지를 매립 또는 소각하게 되면 산업 폐기물 및 슬러지에 포함된 다이옥신은 토양, 물, 대기 중으로 방출되게 된다.
그리고, 폐기물을 소각하는 과정에서 발생하는 고온의 배기가스에는 대기중에서 서서히 냉각되면서 분해된 다이옥신이 소량 재생성되는 문제가 발생하게 된다.
전술한 종래기술의 문제점에 착안하여, 본 발명은 폐기물에 포함된 유해 화합물을 분해하여 처리하고, 대기 중에서 재생성되는 것을 방지하기 위한 폐기물 처리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐기물을 열분해하여 열분해된 슬러지 및 배기가스를 생성되는 열분해 장치; 내부에 냉각수가 유동되는 냉각 모듈을 포함하고, 상기 슬러지와 상기 냉각 모듈이 접촉되어 상기 슬러지가 냉각되는 제1 냉각 장치; 및 상기 열분해 장치에서 생성된 상기 배기가스를 연소하는 연소 장치를 포함하는 폐기물 처리시스템을 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 냉각 장치는 5℃/min 내지 20℃/min의 속도로 상기 슬러지를 냉각하는 폐기물 처리시스템을 제공한다.
본 발명의 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템을 이용하는 경우, 슬러지 형태의 폐기물에 포함된 유해 화합물을 분해할 수 있다.
또한, 2번의 열분해 및 냉각을 통해 유해 화합물을 완전 분해 및 제거하여 최종 배출가스 내에 포함된 유해 물질을 감소시킬 수 있다.
또한, 열분해 후 생성되는 열분해 슬러지를 급속 냉각하여 유해화합물의 재 합성을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 폐기물을 처리하는 공정을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 냉각 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회전축을 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도부를 포함하는 회전체의 형태를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도부를 포함하는 회전체의 형태를 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템을 도시한 구성도이다.
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도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 냉각 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회전축을 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도부를 포함하는 회전체의 형태를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도부를 포함하는 회전체의 형태를 도시한 횡단면도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템(100)을 도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100)은 열분해 장치(10), 제1 냉각 장치(20) 및 연소 장치(30)를 포함한다.
열분해 장치(10)는 입자 형태의 폐기물을 공급받아 저온에서 열분해하여 열분해 슬러지 및 배기가스를 생성하는 것이다. 여기서, 열분해 슬러지는 열분해 후 배출되는 액체 및 고체 형태의 슬러지를 의미한다.
열분해 장치(10)는 회전식 소성로(rotaty kiln), 유동층 반응기 등을 포함할 수 있으나, 슬러지를 연속적으로 열분해가 가능한 장치라면 특별히 한정하지 않는다.
일 실시예에 있어서, 열분해 장치(10)는 회전식 소성로(rotary kiln)가 사용될 수 있다. 회전식 소성로는 가열방식에 따라 직접가열 소성로와 간접가열 소성로로 분류될 수 있고, 직접가열 소성로는 슬러지가 공급되는 방향과 열 및 가스의 흐름 방향에 따라 역류 회전식 소성로 및 정류 회전식 소성로로 분류될 수 있다.
열분해 장치(10)는 200℃ 내지 600℃의 온도에서 슬러리를 열분해하기 위해 간접가열 소성로를 사용할 수 있다.
열분해 장치(10)는 내부가 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 무산소 또는 저산소 분위기는 질소 분위기, 불활성 분위기 및 진공 분위기를 포함할 수 있다. 혹은, 저산소 분위기는 산소의 함량이 5 부피% 이하인 분위기를 포함할 수 있다.
따라서, 열분해 장치(10)는 내부 분위기를 유지하기 위해 외부에서 질소가스(N2)를 공급받는 가스 공급부가 구비될 수 있다.
열분해 장치(10)는 무산소 분위기에서 폐기물을 가열함으로써 폐기물이 배기가스 및 슬러지로 분해되고, 이때, 열분해 장치(10)에 공급된 폐기물에 포함된 유해 화합물은 배기가스에 포함되어 연소 장치(20)로 이송되게 된다.
또한, 열분해 장치(10)는 열분해 공정 중 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하기 위해 열분해 장치(10)에 구비된 모든 공급 및 배출관에 개폐가 가능한 밸브가 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100)은 열분해 장치(10) 내부로 폐기물을 공급하는 호퍼(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 호퍼는 이동 스크류 및 이동 가스 중 어느 하나 이상을 이용하여 공급받은 폐기물을 열분해 장치(10)로 이동시킬 수 있다.
그리고, 호퍼는 폐기물의 공급량, 공급 속도 등을 조절하기 위해 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는 로터리 밸브, 슬라이드 게이트 밸브 등을 포함할 수 있으나, 폐기물의 공급양과 속도를 조절할 수 있는 밸브라면 특별히 한정하지 않는다.
일 실시예에 있어서, 호퍼가 이동 가스를 이용하여 폐기물을 이동시킬 경우, 이동 가스는 열분해 장치(10) 내부 분위기를 유지시킬 수 있는 질소가스인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 냉각 장치(20)를 도시한 단면도이다.
제1 냉각 장치(20)는 열분해 장치(10)에서 생성된 슬러지를 냉각시키는 구성이다.
제1 냉각 장치(20)는 냉각 모듈(21)을 포함한다. 제1 냉각 장치(20)는 열분해 장치(10)로부터 공급되는 슬러지와 저온의 냉각 모듈(21)을 접촉시켜 슬러지를 급냉시킨다.
냉각 모듈(21)은 크게 회전축(1) 및 회전체(2)를 포함한다. 회전축(1)은 동력에 의해 냉각 모듈(21)을 회전시키는 것이고, 회전체(2)는 슬러지와 직접 접촉하여 슬러지를 냉각시키는 구성이다. 그리고, 회전체(2)는 회전축(1)의 외주면에 돌출되어 형성된다.
냉각 모듈(21)은 슬러지를 냉각시키기 위해 내부에 냉각수가 공급 및 유동된다. 따라서, 회전축(1) 및 회전체(2)는 일정한 두께를 가지며 내부에 공간이 형성된다.
냉각 모듈(21)에 있어서, 회전축(1)의 내부로 공급된 냉각수가 회전을 통해 회전축(1)에서 회전체(2)로 공급될 수 있다. 즉, 회전축(1)은 회전체(2)와 접하는 면이 관통되어, 회전축(1)과 회전체(2)는 일체형으로 제공될 수 있다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 냉각 모듈(21a)을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 냉각 모듈(21b)을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 5(c)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 냉각 모듈(21c)을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5는 회전체(2)를 하나만 도시하였으나, 후술되는 바와 같이, 회전체(2)는 회전축(1a, 1b, 1c)의 둘레 및 축 방향을 따라 복수개 형성될 수 있다.
도 5(a)를 참고하면, 회전축(1a)은 제1 냉각 장치(20)의 축 방향과 평행하게 위치될 수 있다. 회전축(1a)은 일정 두께(d)를 가지며 내부에 공간이 형성된 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 두께(d)는 회전축(1a)의 두께로, 회전축(1a)의 외주면에서 내부 공간에 의해 형성된 회전축(1a)의 내주면까지의 거리를 의미한다.
따라서, 회전축(1a)은 일측에서 내부 공간으로 냉각수가 공급되고, 타측으로 슬러지와 열교환이 완료된 폐 냉각수가 배출될 수 있다.
그리고, 회전축(1b, 1c, 1d)은 냉각수가 유동되는 유로를 다양하게 하기 위해 내부에 분리부(3)가 더 포함될 수 있다.
분리부(3)는 판 또는 관의 형태로 제공될 수 있다. 분리부(3)가 판의 형태로 제공될 경우, 분리부(3)는 하나 이상 제공될 수 있다.
도 5(b)를 참고하면, 회전축(1b)은 판 형태의 분리부(3)를 하나 포함한다. 분리부(3)는 회전축(1b)의 지름(D)과 동일한 폭을 갖고, 회전축(1b)의 축 방향을 따라 회전축(1b) 내부 중간에 위치될 수 있다. 여기서, 회전축(1b)의 지름(D)은 냉각 모듈(21)의 횡단면을 기준으로, 회전축(1b)의 중심을 통과하여 회전축(1b)의 내주면에서 다른 내주면까지의 거리를 의미한다.
이때, 냉각수는 분리부(3)에 의해 분리된 회전축(1b)의 상/하부에 각각 공급된다.
도 5(c)를 참고하면, 회전축(1c)은 판 형태의 분리부(3)를 두 개 포함한다. 두 개의 분리부(3)는 일정 거리 이격되어 회전축(1c)의 축 방향을 따라 회전축(1c) 내부에 위치될 수 있다. 회전축(1c)은 내벽과 분리부(3) 사이 및 두 개의 분리부(3) 사이 공간이 형성된다. 따라서, 회전축(1c)는 내부에 냉각수가 유동될 수 있는 유로가 상, 하, 중앙, 총 3개가 형성된다.
예를 들어, 회전축(1c)는 상측 및 하측 유로를 통해 공급된 냉각수가 회전체(2)에 공급되어 슬러지와 열교환된 후 중앙 유로에 공급된 냉각수와 접촉 및 열교환될 수 있다. 즉, 회전체(2)에 공급되는 냉각수는 회전체(2)의 위치와 상관 없이 일정한 온도를 유지하여 제1 냉각 장치(20)의 효율을 증가시키는 효과가 발생한다.
그러나, 회전축(1c)은 내부에 형성된 유로 중 중앙 유로에 냉각수가 공급되지 않을 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 분리부(3)가 관 형태로 제공되면, 분리부(3)는 회전축(1)의 내벽과 일정거리 이격되어 위치될 수 있고, 냉각수가 공급 및 유동되는 3개의 유로가 형성되게 된다. 이때, 회전축(1)의 단면도는 도 5(c)와 동일하다.
즉, 회전축(1)은 분리부(3)를 포함함으로써, 회전축(1)는 내부에 냉각수가 유동될 수 있는 유로가 증가되고, 제1 냉각 장치(20)의 냉각 효율을 증가시킨다.
회전체(2)는 패들, 디스크, 반구, 나선형 날개, 판형 날개 등의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 회전체(2)의 형태는 회전축(1)의 축 방향과 수직인 방향에서의 단면을 의미한다.
패들은 부채꼴 형태를 의미하는 것으로, 이때, 한 쌍의 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된다. 그리고, 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향을 따라 복수개의 쌍이 위치될 수 있다. 회전체(2)는 한 쌍 내지 30 쌍이 회전축(1)의 축 방향을 따라 일정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 여기서, 일정 거리는 동일하거나, 냉각수 방향으로 갈수록 증가 또는 감소할 수 있다. 바람직하게는, 회전체(2)는 동일 거리 이격되어 위치된다.
디스크는 중앙에 회전축(1)과 동일한 지름의 원형 구멍이 형성된 원판형을 의미한다. 회전체(2)에 형성된 중앙 구멍에는 회전축(1)이 위치되어 디스크 모양의 날개가 회전축(1) 둘레를 따라 위치된다. 이때, 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향을 따라 1개 내지 30개가 일정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 여기서, 일정 거리는 동일하거나, 냉각수 방향으로 갈수록 증가 또는 감소할 수 있다. 바람직하게는, 회전체(2)는 동일 거리 이격되어 위치된다.
회전체(2)가 반구 형태로 제공될 경우, 회전체(2)는 회전축(1)의 외주면에 하나 이상 형성될 수 있다. 회전체(2)는 회전축(1)의 외주면에 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있다. 그리고, 회전체(2)는 크기가 모두 동일하거나 모두 상이하게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 회전체(2)는 회전축(1)의 외주면에 복수개가 동일한 크기로 규칙적으로 형성될 수 있다. 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향을 따라 2개 내지 240개가 이격되어 형성될 수 있다.
판형 날개는 사각형, 삼각형, 다각형 등으로 제공될 수 있다. 이때, 판형 날개는 모서리가 직각이거나 곡선으로 형성될 수 있다. 판형 날개는 회전축(1)의 외주면에 하나 이상 형성될 수 있는데, 바람직하게는 짝수개가 대칭되게 형성될 수 있다. 즉, 회전체(2)는 회전축(1)의 둘레 방향을 기준으로 동일한 선 상에 2개 내지 6개가 형성될 수 있다. 그리고, 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향을 따라 2개 내지 180개가 이격되어 형성될 수 있다.
회전체(2)가 판형 날개로 제공될 경우, 회전축(1)의 축 방향을 따라 인접한 회전체(2)는 서로 엇갈려 위치될 수 있다. 예를 들어, 회전축(1)의 둘레 방향을 기준으로 동일 선 상에 회전체(2)가 4개 형성될 경우, 회전체(2)는 방사상으로 ＋자 형으로 부착되고, 다른 회전체(2)는 간격을 두고 +자 모양으로 위치한 회전체(2) 사이사이에 위치될 수 있다.
그러나, 회전체(2)는 슬러지와 접촉 면적이 증가되는 형태라면 특별히 한정하지 않는다. 그리고, 회전체(2)의 개수는 필요에 따라 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그리고, 회전체(2)는 회전축(1)의 축 방향의 냉각수 흐름방향을 기준으로 45°내지 90°의 각도로 형성될 수 있다. 회전체(2)가 45°내지 90°의 각도로 기울어져 형성됨으로써, 슬러지는 냉각 모듈(21)의 회전에 의해 냉각수의 흐름방향을 따라 이동할 수 있다. 회전체(2)의 기울어진 각도가 90°를 초과할 경우, 슬러지가 냉각수의 흐름방향으로 이동되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 회전체(2)의 기울어진 각도가 45°미만이면, 슬러지와 회전체(2)의 접촉면적이 감소되어 냉각 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
회전체(2)는 열전도성을 가지는 소재를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 열전도성이 높은 금속을 포함할 수 있다. 더 바람직하게, 회전체(2)는 철, 코발트, 구리, 금, 알루미늄, 은, 니켈, 몰리브덴, 백금, 주석 및 마그네슘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 회전체(2)는 스테인리스를 포함하는 내부식성 및 내마모성이 강한 금속을 포함할 수 있다.
회전체(2)는 내부에 유도부(4)를 더 포함할 수 있다. 유도부(4)는 회전체(2) 내부로 공급된 냉각수의 흐름을 유도하여, 냉각 모듈(21) 내부에 냉각수가 흐르는 면적을 증가시키고 냉각수와 슬러지의 비접촉 열교환 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 유도부(4)는 회전축(1)의 분리부(3) 일측에 구비될 수 있다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 냉각 모듈(21a)을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 6(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 냉각 모듈(21d)을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6(a)를 참고하면, 냉각 모듈(21a)은 판 형태의 분리부(3)를 하나 포함하는 회전축(1b)과 판 형태의 유도부(4)를 포함하는 회전체(2)를 포함한다. 이때, 판의 형태는 다각형으로 제공되거나, 회전체(2)의 형태와 동일하게 제공될 수 있다.
도 6(b)를 참고하면, 냉각 모듈(21b)은 관 형태의 분리부(3)를 포함하는 회전축(1d)과 판 형태의 유도부(4)를 포함하는 회전체(2)를 포함한다. 이때, 판의 형태는 다각형으로 제공되거나, 회전체(2)의 형태와 동일하게 제공될 수 있다.
다른 실시예에 따른 냉각 모듈(21d)은 분리부(3) 내부에 냉각수가 공급되지 않고, 회전축(1d) 내벽과 분리부(3) 사이 형성된 유로에만 냉각수가 공급된다. 냉각수는 유도부(4)를 따라 회전체(2)의 상측으로 유동될 수 있다. 여기서, 상측은 냉각 모듈(21)의 단면을 기준으로 회전축(1d)으로부터 가장 거리의 회전체 일측면을 의미한다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도부(4a, 4b)를 포함하는 회전체(2)를 도시한 단면도로, 도 7(a)는 판의 형태로 형성된 유도부(4a)를 포함하는 회전체(2)를 도시한 단면도이고, 도 7(b)는 동일한 형태로 형성된 유도부(4b)를 포함하는 회전체(2)를 도시한 단면도이다.
도 7을 참고하면, 유도부(4a, 4b)의 넓이(W2)는 회전체(2)의 내부 넓이(W1)보다 작게 형성될 수 있다. 그리고, 유도부(4a, 4b)는 회전체(2)의 너비(w)와 동일하거나 작은 판의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 유도부(4a, 4b)는 냉각수를 회전체(2) 하부에서 상부로 유도할 수 있는 형태라면 특별히 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 제1 냉각 장치(20)는 분사부(22)를 더 포함한다. 분사부(22)는 냉각 모듈(21)의 회전에 의해 발생되는 분진을 포집하기 위한 것으로, 제1 냉각 장치(20) 내부에서 냉각 모듈(21)이 위치한 방향으로 액체를 분사한다. 액체는 상온 또는 저온의 액체를 포함하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 저온의 액체를 포함하고, 더 바람직하게는 물, 냉각수, 과산화이황산 음이온(S2O8 2-)을 산화제로 이용하는 염기용액, 기타 액체 등을 포함한다.
분사부(22)는 제1 냉각 장치(20) 내부에 제1 냉각 장치(20)에 투입되는 슬러지 보다 낮은 온도의 액체를 분사함으로써, 슬러지의 냉각 속도를 촉진하는 효과가 발생한다.
분사부(22)는 제1 냉각 모듈(20)의 내벽에 구비될 수 있다. 바람직하게, 분사부(22)는 제1 냉각 모듈(20)의 내벽 중 상측에 위치된다.
분사부(22)는 액체를 분사하는 하나 이상의 노즐을 포함하고, 노즐은 원뿔 형태 또는 사각뿔 형태로 액체를 분사할 수 있다.
그리고, 노즐은 액체를 분산시켜 분사각을 형성하면서 액체를 분사하는데, 이때, 액체가 분사되는 분사각은 10도 내지 150도인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 15도 내지 135도의 각도로 액체가 분사된다.
노즐의 분사각이 10도 미만이면, 제1 냉각 장치(20) 내부 면적 중 액체가 분사되지 않는 부분이 형성되어 분진 포집율이 감소되거나, 분사부(22)에 포함되는 노즐 개수가 증가하게되 비경제적인 문제가 발생한다.
노즐 분사각이 150도를 초과하면, 상승 혹은 하강하는 분진에 의해 액체 방울이 비산하게 되어 분진 포집율이 감소되는 문제가 발생한다.
분사부(22)의 노즐은 0.1 내지 30 bar의 분사 압력으로 액체를 분사하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 0.4 내지 20 bar의 분사 압력으로 액체를 분사한다.
분사부(22)는 제1 냉각 장치(20)에 공급되는 슬러지의 무게 100wt%를 기준으로 제1 냉각 장치(20)에서 배출되는 슬러지의 함수율이 20wt%이하가 되게 분사되는 액체의 양을 조절할 수 있다. 즉, 제1 냉각 장치(20)에서 배출되는 냉각된 슬러지의 무게는 제1 냉각 장치(20)로 공급되는 열분해된 슬러지 무게의 1.2배 이하이다.
제1 냉각 장치(20)에서 배출되는 슬러지의 함수율이 20wt%를 초과할 경우, 입자 형태의 열분해된 슬러지가 응집되어 제1 냉각 장치(20) 내부 벽 및 냉각 모듈에 붙어 슬러지와 냉각 모듈의 열전달과 슬러지 이동을 방해하여 슬러지의 냉각 효율을 감소시키는 문제가 발생한다.
그리고, 본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100)은 순환 장치(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
회전축(1)은 일측에 내부로 냉각수가 공급되는 냉각수 공급구가 구비되고, 냉각수 공급구와 대향되는 위치에 열분해 슬러지를 냉각 시킨 후의 폐 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구가 구비된다.
여기서, 순환 장치는 폐 냉각수를 공급받아 폐 냉각수의 온도를 감소시킨다. 그리고, 온도가 내려간 폐 냉각수는 회전축(1)의 냉각수 공급구로 재 공급될 수 있다.
제1 냉각 장치(20)는 내부가 무산소 또는 저산소 분위기인 것을 특징으로 한다. 제1 냉각 장치(20)는 열분해된 슬러지 내의 분해된 유해 화합물이 재합성 되는 것을 방지하기 위해 열분해 장치(10)와 밀폐된 유로로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 열분해 장치(10)의 내부는 질소 분위기가 적용될 수 있다. 질소가스는 불활성 분위기를 조성할 수 있는 아르곤 및 헬륨 보다 상대적으로 저렴하여 경제적이며, 분위기 조성이 용이한 효과가 있다.
이때, 제1 냉각 장치(20)는 열분해 장치(10)의 분위기에 방해되지 않기 위해 동일한 분위기가 적용될 수 있고, 제1 냉각 장치(20)는 질소가스가 투입되는 가스 투입구가 구비될 수 있다.
제1 냉각 장치(20)는 5℃/min 내지 20℃/min의 속도로 열분해된 슬러지를 냉각한다.
냉각 속도가 5℃/min 미만이면, 슬러지에 포함된 분해된 유해 화합물이 재 합성되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 냉각 속도가 20℃/min 초과하면, 20℃/min 이하일 때와 에너지 효율 측면에서 차이가 없고, 냉각 속도가 20℃/min를 초과하는 냉각 장치의 구현이 어려워 경제적으로 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 냉각 장치(20)는 슬러지 저장부를 더 포함할 수 있다. 슬러지 저장부는 제1 냉각 장치(20)에서 냉각 후 배출되는 슬러지를 저장하는 것으로, 냉각된 슬러지의 독성, 냉각된 슬러지에 포함된 유해 화합물 농도 등을 측정할 수 있다. 슬러지 저장부는 독성 및 유해 화합물의 농도가 일정 수치 이상이면 냉각된 슬러지를 열분해 장치(10)로 재 공급할 수 있다. 여기서, 일정 수치는 100 pg l-TEQ/g을 의미한다.
연소 장치(30)는 열분해 장치(10)에서 생성된 배기가스를 연소하는 것으로, 배기가스를 고온 연소하여 유해 화합물을 재 합성이 어려운 저분자 물질로 분해한다. 여기서, 저분자 물질은 이산화탄소, 물 등을 포함한다.
연소 장치(30)는 배기가스가 연소열에 의해 직접적으로 연소되는 직접 연소 및 가열재가 연소 장치(30)의 내부 온도를 상승시켜 배기가스를 연소하는 간접 연소 중 어느 하나의 연소 방법에 의해 배기가스를 연소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연소 장치(30)는 배기가스를 저장 및 연소하는 본체, 열분해 장치(10)로부터 배기가스를 공급받는 배기가스 공급관, 배기가스가 연소되어 유해 화합물이 분해된 저분자 물질을 대기로 배출하는 가스 배출관 등을 포함할 수 있다.
연소 장치(30)는 회전식 소각로 등의 직접 및 간접 연소가 가능하여 배기가스를 연소 및 저분자 물질로 분해시킬 수 있는 장치라면 특별히 한정하지 않는다.
이때, 연소 장치(30)는 열분해 장치(10)와 유로 또는 덕트로 연결될 수 있고, 유로, 덕트 및 배기가스 공급관중 어느 하나에 송풍기가 포함될 수 있다.
또는, 본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100)은 연소 장치(30)와 열분해 장치(10)를 연결하는 유로에 캐리어 가스를 공급하여 배기가스를 열분해 장치(10)에서 연소 장치(30)로 이송시킬 수 있다.
연소 장치(30)는 배기가스의 연소 효율을 증가시키기 위해 내부에 공기를 공급하는 공기 공급부가 구비될 수 있다. 연소 장치(30)가 간접 연소에 의해 배기가스를 연소할 경우, 공기 공급부는 배기가스 공급관과 가스 배출관을 연결하는 유로에 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100)는 캐리어 가스를 이용하여 배기가스를 열분해 장치(10)에서 연소 장치(30)로 이동시킬 경우, 캐리어 가스는 연소 장치(30) 내부의 분위기를 유지하고, 배기가스 연소를 촉진시킬 수 있는 공기일 수 있다.
본 명세서에서, 공기는 지구를 둘러싼 대기 하층을 구성하는 무색 투명한 혼합기체에 노출된 상태를 의미한다. 공기는 산소, 질소 등을 포함하며, 본 명세서의 공기 공급부에 공급되는 공기는 전제 공기의 함량 중에서 적어도 산소의 함량이 5 부피% 이상일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 폐기물 처리시스템(100')을 도시한 구성도이다. 다른 실시예에 따른 폐기물 처리시스템(100')은 전처리 장치(40), 열분해 장치(10), 제1 냉각 장치(20), 연소 장치(30), 제2 냉각 장치(50) 및 스크러버(60)를 포함한다.
여기서, 열분해 장치(10), 제1 냉각 장치(20) 및 연소 장치(30)는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 처리시스템(100)과 동일한 구성으로 상세한 설명은 생략한다.
전처리 장치(40)는 폐기물을 열분해 장치(10)로 공급하기 전 탈수, 건조, 분쇄 등 전처리 작업을 하는 것으로, 하나 이상의 모듈을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 전처리 장치(40)는 회전하고 내부에 고온의 가스가 공급되는 전처리 모듈이 포함할 수 있다. 전처리 모듈은 고온의 가스에 의해 온도가 상승하게 되고 폐기물과 접촉하여 회전됨으로써 폐기물을 탈수, 건조 및 이동시킬 수 있다. 이때, 폐기물은 전처리 모듈을 따라 회전하며 이동함으로써 폐기물끼리 충돌하여 분쇄될 수 있다.
전처리 모듈은 회전되는 중심축의 외주면에 날개, 디스크, 패들 등이 구비되는 형태로 제공되거나, 이동스크류 형태로 제공될 수 있다. 전처리 모듈의 각 구성은 내부에 공간이 형성되어 고온의 가스를 공급받을 수 있다.
제2 냉각 장치(50)는 배기가스가 연소된 정화 가스를 급속 냉각시키는 것이다.
일 실시예에 있어서, 제2 냉각 장치(50)는 배기가스가 저장되는 용기에 냉각관이 감겨있는 형태로 구비될 수 있다. 냉각 장치(40)는 냉각관에 의해 내부 기온이 낮게 형성되고, 고온 연소로 인해 온도가 높은 배기가스가 급속 냉각되게 된다.
제2 냉각 장치(50)는 온도가 상이하게 설정된 복수개의 용기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 제2 냉각 장치(50)는 연소 장치(30)에서 배기가스가 배출되는 배관의 외면에 형성될 수 있다. 배기가스가 배출되는 배관 외면에 냉각관을 형성하여, 배출과 동시에 배기가스를 급속 냉각시킬 수 있다.
냉각관 내부에는 냉각수가 공급되거나, 이산화탄소, 헬륨 등의 가스가 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 제2 냉각 장치(50)는 연소된 배기가스를 급냉시킬 수 있는 장치라면 특별히 한정하지 않는다.
스크러버(60)는 연소 장치(30) 및 제2 냉각 장치(50) 중 어느 하나 이상에서 배출되는 배기가스를 필터링하여 필터링된 가스를 대기로 배출시킨다.
본 발명에 따른 스크러버(60)는 습식 스크러버로 유기 용매 스크러버 및 염기 용액 스크러버를 포함할 수 있다. 이때, 유기 용매 스크러버는 하나 이상 구비될 수 있다.
스크러버(60)는 측정부(도시되지 않음)를 포함하는데, 측정부는 필터링 후 배출되는 폐액의 유기물 및 유해 염소화합물 농도를 측정할 수 있다.
측정부는 폐액의 유기물 및 유해 염소화합물의 농도가 일정 기준 이상으로 측정되면, 폐액을 슬러지 저장부로 회수시킬 수 있다.
본 발명에 따른 폐기물 처리시스템(100, 100')는 집진기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
집진기는 백필터를 포함하여, 스크러버(60)와 연결되어 필터링된 정화된 가스를 공급받아 가스에 포함된 미세 입자를 제거할 수 있다.
<실시예 1>
슬러지 형태의 폐기물을 본 발명에 따른 폐기물 처리시스템을 이용하여 분쇄 및 건조하고, 입경이 2㎜인 입자만 선별하여 무산소 분위기에서 350℃의 온도로 폐기물을 열분해 하였다. 열분해 공정에 의해 발생하는 열분해된 슬러지를 3% 이하의 산소 농도 분위기인 냉각 장치에서 20℃/min의 속도로 냉각시킨 후 슬러지의 잔류독성농도(다이옥신류의 농도, 다이옥신은 PCDD 및 PCDF를 포함)를 측정하였다.
<실시예 2>
냉각 장치의 냉각 속도가 10℃/min인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건에서 슬러지의 잔류독성농도를 측정하였다.
<실시예 3>
냉각 장치의 냉각 속도가 5℃/min인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건에서 슬러지의 잔류독성농도를 측정하였다.
<비교예 1>
슬러지 형태의 폐기물을 분쇄 및 건조하고, 입경이 2㎜인 입자만 선별하여 무산소 분위기에서 350℃의 온도로 폐기물을 로터리 킬른에서 열분해 하였다. 열분해 공정에 의해 발생하는 열분해된 슬러지를 3℃/min의 속도로 냉각시킨 후 슬러지의 잔류독성농도를 측정하였다. 여기서, 슬러지를 냉각시키는 냉각수는 슬러지를 외부로 배출하는 유로를 둘러싸게 구비된다. 그리고, 슬러지가 외부로 배출되는 유로는 대기에 노출되었다.
<비교예 2>
슬러지 형태의 폐기물을 분쇄 및 건조하고, 입경이 2㎜인 입자만 선별하여 무산소 분위기에서 250℃의 온도로 폐기물을 로터리 킬른에서 열분해 하였다. 열분해 공정에 의해 발생하는 열분해된 슬러지를 열분해 장치 내에서 자연냉각 시킨 후, 슬러지의 잔류독성농도를 측정하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 열분해 장치 배출 시료 온도(℃) | 350 | 350 | 350 | 350 | 250 |
| 냉각속도(℃/min) | 20 | 10 | 5 | 3 | 1 |
| 산소농도(%) | 3% 이하 | 3% 이하 | 3% 이하 | Air 조건 | 3% 이하 |
| 냉각된 슬러지의 잔류독성농도(pg l-TEO/g) | <10 | <50 | <100 | ~1,000 | ~500 |
비교예 1은 산소가 슬러지 내의 유기물 및 분해된 유해 염소 화합물과 반응하여 유해 염소 화합물을 재 합성하고, 또 다른 유해 염소 화합물을 형성하여 잔류독성농도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
비교예 2는 슬러지가 자연 냉각되어 분해된 유해 연소 화합물이 재 합성됨으로써, 잔류독성농도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
그에 반해, 실시예 1 내지 3은 유해 염소 화합물의 C-Cl 결합이 깨진 후, 재 합성이나 새로운 유해 염소 화합물이 형성되지 않아 비교예 1 및 2 보다 냉각된 슬러지의 잔류독성농도가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 100': 폐기물 처리시스템
10: 열분해 장치
20: 제1 냉각 장치
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 냉각 모듈
1, 1a, 1b, 1c, 1d: 회전축
2: 회전체
3: 분리부
4, 4a, 4b: 유도부
22: 분사부
30: 연소 장치
40: 전처리 장치
50: 제2 냉각 장치
60: 스크러버
10: 열분해 장치
20: 제1 냉각 장치
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 냉각 모듈
1, 1a, 1b, 1c, 1d: 회전축
2: 회전체
3: 분리부
4, 4a, 4b: 유도부
22: 분사부
30: 연소 장치
40: 전처리 장치
50: 제2 냉각 장치
60: 스크러버
Claims (11)
- 폐기물을 열분해하여 열분해된 슬러지 및 배기가스가 생성되는 열분해 장치;
내부에 냉각수가 유동되는 냉각 모듈을 포함하고, 상기 슬러지와 상기 냉각 모듈이 접촉되어 상기 슬러지가 냉각되는 제1 냉각 장치; 및
상기 열분해 장치에서 생성된 상기 배기가스를 연소하는 연소 장치를 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 냉각 모듈은 상기 슬러지와 접촉되는 회전체; 및 내부로 상기 냉각수가 공급되고, 회전되면서 상기 냉각수를 상기 회전체로 공급하는 회전축을 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 장치는 상기 제1 냉각 장치 내부에 액체를 분사하는 분사부를 더 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 상기 슬러지의 무게는 제1 냉각 장치로 공급되는 열분해된 상기 슬러지 무게의 1.2배 이하인 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 장치는 내부가 무산소 또는 저산소 분위기인 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 회전축은 상기 냉각수가 공급되는 냉각수 공급구를 포함하고, 상기 냉각수 공급구와 대향되는 위치에 상기 열분해 슬러지를 냉각시킨 후의 폐 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구를 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제6항에 있어서,
상기 폐 냉각수의 온도를 감소시켜 상기 회전축으로 재 공급하는 순환 장치를 더 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 장치는 5℃/min 내지 20℃/min의 속도로 상기 슬러지를 냉각하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 폐기물을 탈수, 건조 및 분쇄 중 하나 이상의 전처리를 수행하는 전처리 장치를 더 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
연소된 상기 배기가스를 냉각시키는 제2 냉각 장치를 더 포함하는 폐기물 처리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 연소 장치에서 배출된 배기가스를 필터링하여 필터링된 가스를 외부로 배출시키는 스크러버를 더 포함하는 폐기물 처리시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210059471A KR20220152027A (ko) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | 폐기물 처리시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210059471A KR20220152027A (ko) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | 폐기물 처리시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220152027A true KR20220152027A (ko) | 2022-11-15 |
Family
ID=84042110
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| KR1020210059471A KR20220152027A (ko) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | 폐기물 처리시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220152027A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101753204B1 (ko) | 2016-01-19 | 2017-07-12 | 주식회사 코리아세라믹인터내셔날 | 하폐수처리시스템 |
| KR102198080B1 (ko) | 2020-04-21 | 2021-01-05 | 대원엔지니어링(주) | 폐수 소각 처리 시스템 및 이를 이용한 폐수 처리 방법 |
-
2021
- 2021-05-07 KR KR1020210059471A patent/KR20220152027A/ko active Search and Examination
Patent Citations (2)
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| KR102198080B1 (ko) | 2020-04-21 | 2021-01-05 | 대원엔지니어링(주) | 폐수 소각 처리 시스템 및 이를 이용한 폐수 처리 방법 |
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