KR20230101380A - 플라즈마 절단 및 용융토치로 구성된 폐기물 드럼 투입식 경사로 구조 용융로 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 폐기물 용융 시스템에 관한 것이다. 그러한 혼합 폐기물 용융 시스템은, 본체(3)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 고체 폐기물을 투입하는 고체 공급부(5)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 액체 폐기물을 공급하는 액체 공급부(7)와; 드럼(39) 폐기물이 투입되어 열에 의하여 절단됨으로써 내부 폐기물이 외부로 노출되는 드럼 투입부(9)와; 투입된 드럼(39)이 플라즈마에 의하여 절단되는 열 분해실(11)과; 투입된 고체 및 액체 폐기물을 열에 의하여 용융시키는 용융실(13)과; 용융실(13)의 바닥에 형성되어 투입된 폐기물이 경사방향으로 이송되는 경사면(15)과; 용융된 폐기물을 외부로 배출하는 배출구(17)와; 그리고 본체(3) 내부를 감시하는 모니터링부(19)를 포함한다.

Description

플라즈마 절단 및 용융토치로 구성된 폐기물 드럼 투입식 경사로 구조 용융로 시스템{Melting furnace system of waste drum input-type slope structure having plasma cutting and melting torch}

본 발명은 혼합 폐기물 용융로 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열분해실, 용융실, 용융물 배출장치, 플라즈마 토치, 내부 감시실로 구성되어 폐기물을 효율적으로 용융시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 운전이나 정비 시에 발생되는 폐기물은 방사능의 세기에 따라 고준위와 중저준위 폐기물로 구분하고 있으며 이중 고준위 폐기물은 대부분 사용후 핵연료를 지칭하는 폐기물이다.

이에 비해 중저준위 폐기물은 방사능 수준이 매우 낮은 폐기물로 원자력 발전소의 환기계통에서 사용되는 폐필터, 방사능에 오염된 물을 처리하는 과정에서 나오는 이온교환수지, 농축폐액, 작업자들이 사용한 작업복이나 장갑, 덧신, 제염지, 공구와 같은 것이 해당된다. 방사성 동위원소를 이용하는 산업체, 병원, 연구기관에서 나오는 방사성 폐기물도 중저준위 폐기물로도 구분하고 있다.

이러한 폐기물에는 세슘 137, 코발트 60등 방사선을 내는 핵종이 포함되어 있어 약 300년이 지나야 방사능 위험이 사라지기 때문에 보통 압축 소각처리하여 감용화하거나 콘크리트 등으로 고화처리한 후에 철제 드럼통에 넣고 밀봉 영구보관하고 있다.

그러나 저장능력에는 한계가 있기 때문에 폐기물의 저장물량을 최소화하기 위해 방사성 폐기물의 감용화 안정화 처분방법이 중저준위 폐기물 관리정책의 주요방침의 하나가 되고 있다. 또한 수명이 다한 원자력발전소에는 오랜 기간에 걸쳐서 철거작업을 진행하게 되며 해체 시에 발생하는 폐기물들은 시멘트, 콘크리트, 오염토양 및 다양한 종류의 금속들이 발생되고 있다,

따라서 이들에 대한 관리를 장기간 수행하여야 하므로 폐기물들을 가능한 빠른 시일 내에 처리하는 것이 환경 친화적이고 안정적이며 경제적으로도 매우 중요하다.

국내 원자력 발전소 운영 및 해체 시에 발생하는 중저준위 폐기물은 크게 가연성과 비가연성 폐기물로 나누어지며 비가연성은 콘크리트, 철제, 유리, 필터류, 토양 등이 있으며 가연성으로는 방호복, 장갑, 마스크, 종이, 목재, 폐수지, PVC, 비닐시트 등이 잇다. 원전에서 발생되고 있는 폐기물들은 드럼에 넣은 후 압축처리하거나, 시멘트로 고화처리하거나 또는 건조한 후에 용기에 보관하는 등의 방법들로 처리되고 있다.

방사성 폐기물 처리 시에 나타나는 문제점들을 해결하기 위한 방법 중에 하나로 설비가 간단하면서 유기물 및 무기물의 다양한 성분들로 이루어진 폐기물들을 고온의 열에너지를 이용하여 용융처리를 하는 플라즈마 법이 제시되어 있다.

폐기물을 처리하는 플라즈마 설비는 예열 또는 열분해실, 용융실, 2차 연소실로 구성된 반응로와 반응로에 부착된 폐기물 투입장치, 플라즈마 토치, 처리 후 발생하는 슬래그 및 메탈 배출구, 배가스를 처리하기 위한 세정기, 백필터, 열교환기등 많은 부대장치들이 장착되어 있으므로 이들 장치들의 원활하면서 안정된 설비운전과 경제성 및 효율성이 고려된 공정운용이 중요하다.

그러나, 종래의 방사성 폐기물 처리설비는 플라즈마에 의하여 용융시켜서 처리하기에는 한계가 있는 문제점이 있다.

특허출원 제10-2018-0169086호(중저준위 방사성 폐기물 처리용 플라즈마 용융장치)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조를 개선하여 열분해실, 용융실, 용융물 배출장치, 플라즈마 토치, 내부 감시실로 구성함으로써 플라즈마에 의하여 폐기물을 효율적으로 용융시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 혼합 폐기물 용융 시스템(1)을 제공하는 바, 이러한 혼합 폐기물 용융 시스템(1)은,

본체(3)와;

본체(3)의 일측에 배치되어 고체 폐기물을 투입하는 고체 공급부(5)와;

본체(3)의 일측에 배치되어 액체 폐기물을 공급하는 액체 공급부(7)와;

드럼(39) 폐기물이 투입되어 열에 의하여 절단됨으로써 내부 폐기물이 외부로 노출되는 드럼 투입부(9)와;

투입된 드럼(39)이 플라즈마에 의하여 절단되는 열 분해실(11)과;

투입된 고체 및 액체 폐기물을 열에 의하여 용융시키는 용융실(13)과;

용융실(13)의 바닥에 형성되어 투입된 폐기물이 경사방향으로 이송되는 경사면(15)과;

용융된 폐기물을 외부로 배출하는 배출구(17)와; 그리고

본체(3) 내부를 감시하는 모니터링부(19)를 포함한다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 혼합 폐기물 용융시스템은, 구조를 개선하여 열분해실, 용융실, 용융물 배출장치, 플라즈마 토치, 내부 감시실로 구성함으로써 플라즈마의 고열에 의하여 폐기물을 효율적으로 용융시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 절단 및 용융토치로 구성된 폐기물 드럼 투입식 경사로 구조 용융로 시스템을 보여주는 전면 사시도이다.
도 2는 도 1의 후면 사시도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 모니터링부의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 절단 및 용융토치로 구성된 폐기물 드럼 투입식 경사로 구조 용융로 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 플라즈마 절단 및 용융토치로 구성된 폐기물 드럼 투입식 경사로 구조 용융로 시스템(이하, 혼합 폐기물 용융 시스템;1)은, 본체(3)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 고체 폐기물을 투입하는 고체 공급부(5)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 액체 폐기물을 공급하는 액체 공급부(7)와; 드럼 투입부(9)와; 투입된 드럼(39)을 플라즈마에 의하여 분해하는 열 분해실(11)과; 투입된 고체 및 액체 폐기물을 열에 의하여 용융시키는 용융실(13)과; 용융실(13)의 바닥에 형성되어 투입된 폐기물이 경사방향으로 이송되는 경사면(15)과; 용융된 폐기물을 외부로 배출하는 배출구(17)와; 본체(3) 내부를 감시하는 모니터링부(19)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 혼합 폐기물 용융 시스템(1)에 있어서,

고체 공급부(5)는 본체(3)의 일측 후방에 상하로 배치된 스크류 타입의 컨베이어 방식이다. 즉, 고체 공급부(5)는 하측의 투입구(21)를 통하여 고체 폐기물이 투입되고, 투입된 고체 폐기물은 스크류(23)에 의하여 상승하게 되고, 상측의 배출구(25)를 통하여 본체(3)의 내부로 투입된다.

그리고, 투입된 고체 폐기물은 낙하하여 하부의 경사면(15)을 따라 용융실(13)로 이송될 수 있다.

그리고, 액체 공급부(7)는 베이스(27)의 상측에 배치되어 전후진하는 지지 브래킷(29)과; 지지 브래킷(29)에 수평방향으로 배치되어 전후진함으로써 액체 폐기물을 가압하여 본체(3)의 내부로 분사하는 실린더(31)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 액체 공급부(7)에 있어서, 베이스(27)의 상부에 액체 폐기물을 적치한 후, 지지 브래킷(29)을 본체(3)의 도어(Door;28) 방향으로 전진시킨다.

이때, 실린더(31)도 같이 전진함으로써 액체 폐기물을 가압하여 도어(28)의 내측으로 밀어넣게 되고, 투입된 액체 폐기물은 본체(3)의 내부로 낙하하여 경사면(15)을 따라 용융실(13)로 이송된다.

그리고, 드럼 투입부(9)는 베이스(32)의 상측에 배치되어 전후진함으로써 드럼(39)을 가압하는 푸셔(Pusher;33)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 내측에 드럼(39)이 배치되는 드럼 투입로드(35)(Rod)와; 열 분해실(11)로 투입된 드럼(39)을 가열하여 절단함으로써 내측의 폐기물을 노출시키는 제 1플라즈마 토치(37)를 포함한다.

이러한 드럼 투입부(9)에 있어서, 드럼 투입로드(35)는 본체(3)의 일측에 배치되어 본체(3)의 내측 및 외측 공간을 서로 연통시킨다. 이러한 드럼 투입로드(35)는 관체 형상으로서 측면에 형성된 입구를 통하여 드럼(39)이 내측으로 공급될 수 있다. 이때, 드럼(39)은 다양한 용량의 드럼을 포함하며, 예를 들면 200L 드럼을 포함할 수 있다.

그리고, 푸셔(33)는 별도의 동력장치에 의하여 전후진 하는 바, 예를 들면 유압 파워팩(Power pack)에 의하여 작동하게 된다.

이러한 푸셔(33)가 전진함으로써 드럼 투입로드(35)의 내측에 배치된 드럼(39)을 가압하게 된다.

그리고, 본체(3)의 내부로 투입된 드럼(39)은 제 1플라즈마 토치(37)에 의하여 가열됨으로써 절개된다. 이때, 제 1플라즈마 토치(37)는 다양한 출력의 토치를 포함하며, 예를 들면 300KW 출력의 토치를 포함한다.

이와 같이, 드럼 투입부(9)에 의하여 본체(3)의 내부로 투입된 드럼(39)은 제 1플라즈마 토치(37)에 의하여 가열됨으로써 절단될 수 있고, 드럼(39)이 절단되면 내부의 폐기물이 외부로 노출되어 경사면(15)을 따라 용융실(13)로 이송된다.

그리고, 열 분해실(11)은 본체(3)의 내측 일측에 배치되며, 제 1플라즈마 토치(37)의 가열로 인하여 내부 온도가 1500℃ 정도이다. 따라서, 이러한 열 분해실(11)에서는 드럼(39)에 대한 절단 작업과, 고체 및 액체 폐기물에 대한 1차 가열작업이 이루어진다.

한편, 용융실(13)은 본체(3)의 내부로 투입된 고체 및 액체 폐기물, 드럼 폐기물을 플라즈마에 의한 고열에 의하여 용융시키게 된다.

이러한 용융실(13)은 본체(3)의 내부 타측에 배치되며, 제 2플라즈마 토치(41)가 배치된다. 이러한 제 2플라즈마 토치(41)는 다양한 출력을 갖으며, 예를 들면 1MW 출력을 갖는다. 그리고, 제 2플라즈마 토치(41)에 의하여 가열됨으로써 용융실(13)의 내부는 고온, 예를 들면 1900℃를 유지한다.

따라서, 열 분해실(11)을 통하여 이송된 고체 및 액체 폐기물, 드럼(39) 폐기물은 용융실(13)에서 고온의 열에 의하여 액상으로 용융될 수 있다.

이때, 폐기물에 함유된 무기성 물질, 금속물질, 열 분해 잔재물은 단일 또는 혼합용융 처리되며, 슬래그의 분리가 가능하다.

그리고, 열 분해실(11)의 하부에는 경사면(15)이 형성되며, 고체 및 액체 폐기물과, 드럼(39) 폐기물이 경사면(15)을 따라 용이하게 이송될 수 있다.

이와 같이 용융된 폐기물은 액상 상태로 배출구(17)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

이러한 배출구(17)는 관체 형상으로서 외부와 연통됨으로써 본체(3) 내부의 용융물이 이 배출구(17)를 통하여 외부로 배출된다. 이때, 배출구(17)의 하부에는 전용용기가 배치되어 슬래그를 분리배출 할 수 있다.

또한, 배출구(17)의 인접 위치에는 슬래그를 제거할 수 있는 해치(43)가 장착된다. 따라서, 용융실(13)에 잔류하는 슬래그를 이 해치(43)를 통하여 제거할 수 있다.

그리고, 용융실(13)의 바닥에 전극(45)이 배치될 수 있다. 이러한 전극(45)은 고온의 열을 발생시킴으로써 용융실(13)의 바닥에 잔류하는 잔류물을 일정 온도로 가열하여 배출을 용이하게 할 수 있다.

한편, 본체(3)에는 모니터링부(19)가 배치됨으로써 본체(3)의 내부에서 진행되는 용융과정을 실시간으로 파악할 수 있다.

이러한 모니터링부(19)는 본체(3) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(47)와; 압력을 측정하는 압력센서(49)와; 온도 및 압력센서(49)에 의하여 측정된 값이 전송되어 정상여부가 판단되는 컨트롤러(Controller;51)와; 본체(3)에 배치되어 본체(3) 내부를 감시할 수 있는 감시창(52)을 포함한다.

상기 온도 및 압력센서(47,49)는 본체(3)에 복수개가 배치됨으로써 본체(3) 내부의 여러곳의 온도 및 압력을 실시간으로 측정할 수 있다.

예를 들면, 용융실(13) 하부의 내화물 3개소 및 상부 2개소 등에 온도 혹은 압력센서(49)를 배치하게 된다.

그리고, 컨트롤러(51)는 온도센서(47)와 연동함으로써 제 1 및 제 2플라즈마 토치(37,41)의 출력을 적절하게 조절할 수 있다. 즉, 열 분해실의 온도센서로부터 측정된 온도값에 의하여 제 1플라즈마 토치(37)의 출력을 제어하고, 용융실의 온도센서로부터 측정된 온도값에 의하여 제 2플라즈마 토치의 출력(41)을 제어한다.

결국, 온도값에 의하여 제 1플라즈마 토치(37)와 제 2플라즈마 토치(41)를 서로 연동시킴으로써 폐기물을 보다 용이하게 용융시킬수 있다.

Claims (8)

1. 본체(3)와;
   본체(3)의 일측에 배치되어 고체 폐기물을 투입하는 고체 공급부(5)와;
   본체(3)의 일측에 배치되어 액체 폐기물을 공급하는 액체 공급부(7)와;
   드럼(39) 폐기물이 투입되어 열에 의하여 절단됨으로써 내부 폐기물이 외부로 노출되는 드럼 투입부(9)와;
   투입된 드럼(39)이 플라즈마에 의하여 절단되는 열 분해실(11)과;
   투입된 고체 및 액체 폐기물을 열에 의하여 용융시키는 용융실(13)과;
   용융실(13)의 바닥에 형성되어 투입된 폐기물이 경사방향으로 이송되는 경사면(15)과;
   용융된 폐기물을 외부로 배출하는 배출구(17)와; 그리고
   본체(3) 내부를 감시하는 모니터링부(19)를 포함하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
2. 제 1항에 있어서,
   고체 공급부(5)는 하측에 배치되어 고체 폐기물이 투입되는 투입구(21)와; 투입된 고체 폐기물을 상승시키는 스크류(23)와; 상측에 배치되어 고체 폐기물을 본체(3)의 내부로 투입하는 배출구(17)를 포함하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
3. 제 1항에 있어서,
   액체 공급부(7)는 베이스(27)의 상측에 배치되어 전후진하는 지지 브래킷(29)과; 지지 브래킷(29)에 수평방향으로 배치되어 전후진함으로써 액체 폐기물을 가압하여 본체(3)의 내부로 분사하는 실린더(31)를 포함하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
4. 제 1항에 있어서,
   드럼 투입부(9)는 베이스(27)의 상측에 배치되어 전후진함으로써 드럼(39)을 가압하는 푸셔(Pusher;33)와; 본체(3)의 일측에 배치되어 내측에 드럼(39)이 배치되는 드럼 투입로드(Rod;35)와; 열 분해실(11)로 투입된 드럼(39)을 가열하여 절단함으로써 내측의 폐기물을 노출시키는 제 1플라즈마 토치(37)를 포함하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
5. 제 2항에 있어서,
   용융실(13)은 본체(3)의 내부 타측에 배치되며, 상부에는 제 2플라즈마 토치(41)가 배치되고, 하부에는 경사면(15)이 형성되는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
6. 제 1항에 있어서,
   배출구(17)의 인접위치에는 슬래그를 제거할 수 있는 해치(43)가 배치되고, 바닥에는 전극(45)이 배치되어 용융 잔여물을 용융시키는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
7. 제 1항에 있어서,
   모니터링부(19)는 본체(3) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(47)와; 압력을 측정하는 압력센서(49)와; 온도 및 압력센서(49)에 의하여 측정된 값이 전송되어 정상여부가 판단되는 컨트롤러(Controller;51)와; 본체(3)에 배치되어 본체(3) 내부를 감시할 수 있는 감시창(52)을 포함하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).
8. 제 7항에 있어서,
   열 분해실의 온도센서로부터 측정된 온도값에 의하여 제 1플라즈마 토치(37)의 출력을 제어하고, 용융실의 온도센서로부터 측정된 온도값에 의하여 제 2플라즈마 토치의 출력(41)을 제어하는 혼합 폐기물 용융 시스템(1).

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