KR950013973B1 - 젖은 폐기물의 연소방법 - Google Patents

젖은 폐기물의 연소방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

젖은 폐기물의 연소방법
도면은 회전가마를 사용하는 소각공정의 일부로서 연소를 수행하는 본 발명의 한 구현예의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 회전가마 5 : 램 피이더(ram feeder)
6, 12 : 랜스(lance) 7 : 젖은 폐기물
본 발명은 일반적으로 젖은 재료의 연소에 관한 것이고, 특히 젖은 고체 폐기물의 소각에 이용된다.
젖은 재료는 연소전에 어느 정도 건조되어야 한다. 회전가마와 같은 소각로에서, 폐기물이 소각로에 길이 방향으로 통과하는 동안 소각이 수행된다. 만일 폐기물이 다량의 수분을 함유한다면, 이러한 폐기물은 연소 공정을 거쳐야 한다. 상기와 같은 이유는 젖은 폐기물이 소각로의 흡열부를 통과하기 때문이고, 이러한 소각로에서는 열이 폐기물을 통과하여 이것을 건조시킨다. 이후에 건조된 폐기물은 연소되어 열을 방출한다. 불행하게도 상기 열은 흡열부의 하부로 흐른다.
따라서 열은 버너에서 흡열부로 공급되어야 한다. 이것은 상기 버너의 조각비용 및 추가비용 뿐만 아니라 더 중요하게는 상기 조작방식이 소각로내 과열점(hot spot) 포펜셜을 증가시키기 때문에 불리하다.
만일 소각로 온도윤곽이 그렇게 뚜렷이 나타나고 유지되지 않는다면, 흡열지역 또는 건조지역에서 과열할때의 과열점(hot spot) 및 폐기물이 연소되어 열을 방출하는 하류지역에서 과열점이 있을 수 있다. 일반적으로 폐기물은 매우 다양한 수분함량 및 열용량을 갖기 때문에 소각로 내에서 적절한 온도윤곽을 유지하는 것은 어렵다. 폐기물은 연소시 방출된 열 또는 흡열부내의 열손실의 급격한 변화로 인해 일어날 수 있는 과열점은, 이들이 장비손상 또는 슬래그(slag) 형성을 유발하고, 또한 심각한 공해물질인 산화질소를 생성하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 문제점을 피하기 위해서, 때때로 젖은 폐기물을 소각로에 통과시키기 전에 분리건조기에 통과시킨다. 이러한 방법은 복잡하고 소각조작의 주요 비용에 더 추가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 연소지역내의 과열점의 포텐셜을 증가시키지 않으면서 폐기물을 소각로에서 건조시키는 젖은 폐기물의 연소방법을 제공하는데에 있다.
당업자들에게 명백하게 이해될 상기 및 기타 목적들은 다음과 같은 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명은
(A) 휘발성 연소재료 및 휘발성 비연소재료로 구성되는 젖은 폐기물을 연소지역의 흡열부에 공급하고 ; (B) 연료없이 산화제를 연소지역내에서 재순환흐름을 유발하기에 충분한 속도로 연소지역내에 공급하고 ; (C) 흡열부에서 젖은 폐기물로부터 비연소재료를 휘발시키고 ; (D) 폐기물을 흡열부에서 흡열부의 하류인 연소지역의 열원부로 통과시키고 ; (E) 열원부에서 폐기물로부터 연소재료를 휘발시키고 ; (F) 산화제 및 휘발된 연소재료를 연소시켜 열연소 생성물을 제조하고 ; (B) 열연소 생성물을 열원부에서 흡열부로 재순환시켜 단계 (C) 의 휘발을 수행하는 것으로 이루어진, 젖은 폐기물의 연소방법이다.
본원에 사용된 용어 "폐기물"은 연소지역내에서 부분적 또는 전체적으로 연소하고자 하는 소정의 재료를 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "버너(burner)"는 산화제 및 연소재료를 분리하여 또는 혼합물로서 연소지역에 공급 하기 위한 장치를 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "랜스(lance)"는 산화제와 연소재료중 단지 하나만을 연소지역에 공급하기 위한 장치를 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "재순환비"는 분출구의 주위를 향해 재순환된 재료의 질량흐름속도 대 연소지역에 주입된 총유체의 질량 흐름속도의 비율을 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "연소재료"는 연소지역의 일정조건하에서 탈 수 있는 물질을 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "비연소재료"는 연소지역의 일정조건하에서 탈 수 없는 물질을 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "젖은 폐기물"은 15% 이상의 휘발성 비연소재료 함량을 갖는 폐기물을 뜻한다.
본원에 사용된 용어 "휘발성재료"는 연소지역의 일정조건하에서 증기상태로 변하는 재료를 뜻한다.
본 발명의 방법은 첨부된 도면을 참조로 상세히 기재될 것이다.
도면에는 회전가마(1)이 나타나있고, 그 내부에는 연소지역(2)가 있다. 연소지역은 가마의 피이드 끝부분에 가장 인접한 흡열부(3) 및 흡열부의 하류인 열원부(4)를 포함한다.
젖은 폐기물(7)은 램피이더(5)를 통하여 연소지역의 흡열부에 공급된다. 폐기물은 문헌[Resource Conservation Recovery Act(RCRA) 또는 Toxic Substances Control Act(TSCA)]에 기재된 바와 같은 고체 폐기물 및/또는 액체 폐기물일 수 있다. 폐기물은 휘발성 연소재료 및 휘발성 비연소재료를 포함한다. 젖은 폐기물을 구성할 수 있는 많은 휘발성 연소재료중 하나는 폐유, 용매, 할로겐화 탄화수소, 크레오소오트(creosote), 및 목재, 플라스틱 및 석탄과 같은 고체 유기재료의 열분해 생성물일 수 있다. 젖은 폐기물을 구성할 수 있는 휘발성 비연소재료중 하나는 물 및 이상화탄소일 수 있다.
산화제는 랜스(6)을 통하여 연소지역에 공급된다. 산화제는 연료없이 연소지역에 공급된다. 산화제는 99.5% 이상이 산소함량을 갖는 순수한 공업용 산소일 수 있거나, 또는 25부피% 이상 및 바람직하게는 30%보다 큰 산소농도를 갖는 산소 강화 공기일 수 있다.
연소지역내에서 발생시키고자 하는 재순환흐름을 일으킬 수 있을 만큼, 고속, 바람직하게는 분출(jet)을 형성하기에 충분한 속도로 산화제는 연소지역에 공급된다. 바람직한 산화제 공급속도는 4이상, 가장 바람직하게는 10 이상의 재순환비를 달성하기에 충분한 속도이다. 일반적으로 산화제는 100 내지 1000ft/sec의 속도로 연소지역에 주입할 수 있다.
후에 더 완전히 기재되는 바와 같이, 열은 열연소 생성물의 연소 지역내에서 하류로부터의 흐름에 의해, 및 타지않은 휘발된 연소재료의 더 한층 연소로부터 흡열부(3)내에서 젖은 폐기물에 공급된다. 열은 비연소재료가 흡열부(3)에서 젖은 폐기물(7)로부터 휘발(3)내에서 젖은 폐기물(7)로부터 휘발(8)되게 한다.
부분적으로 또는 전체적으로 건조된 폐기물(10)을 흡열부(3)에서 열원부(4)로 하향 통과시킨다. 당업자들에 의해 알려질 수 있는 바와 같이, 흡열부(3)와 열원부(4) 사이의 구분은 명확하지 않다. 폐기물내의 많은 연소재료들은 열원부에서 건조된 폐기물(10)로부터 휘발(9)된다. 결과된 연소가능한 증기(9)는 열원부내에서 산화제와 연소되어 열연소 생성물을 형성한다. 열연소 생성물은 연소반응으로부터 나타난 모든 종류의 생성물을 포함하고, 이산화탄소, 일산화탄소, 수증기, 수소, 타지 않은 산소 및 질소 뿐만 아니라, 타지 않은 휘발된 연소재료일 수도 있다.
열연소 생성물은 상향흐름, 즉 높은 속도의 산화제에 의한 재순환흐름(11)에 의해 연소지역내에서 열원부(4)로부터 흡열부(3)로 재순환된다. 더욱이 타지않은 휘발된 연소재료는 흡열부에서 더 연소될 수 있다. 이것은 연소지역에 전체적으로 확산연소반응을 결과한다.
이러한 방법에서, 열을 흡열부(3)내에서 젖은 폐기물(7)에 제공하여 상기 기재된 비연소재료의 휘발을 수행한다. 흡열부(3)내에서 폐기물의 일부 휘발성 연소재료는 휘발될 수 있거나, 또는 증기 스트리핑(steam stripping)될 수 있다. 상기 휘발된 연소재료는 열을 더 제공하는 흡열부내에서 연소를 수행할 수 있어서 비연소재료의 휘발을 수행할 수 있다. 연소생성물은 연소지역을 통과하기 전에 연소지역내에서 수차례 재순환될 수 있다. 본 발명을 수행하는 바람직한 방법에 있어서, 많은 휘발된 연소재료가 산화제 분출에 의해 산화제에 흡기되고 산화제 분출구 주위에서 연소된다. 이것은 좀더 안정한 연소를 결과하고 흡열부내의 열방출을 증가시켜 열전달속도를 향상시킨다.
본 발명의 방법을 사용하여 과열점에 대한 포텐셜을 증가시키지 않으면서 젖은 폐기물을 연소지역내에서 건조될 수 있다. 본 발명은 폐기물에서 휘발된 물질을 연소시켜 방출된 열을 사용하여 건조를 수행한다. 이러한 방법에서, 열원부내에서 방출된 열은 축적되지 않아서 과열점을 제공하기 보다는 젖은 폐기물을 건조시키기 위해 열이 유리하게 사용되는 열손실지역으로의 상향흐름을 수행한다.
이것은 젖은 폐기물을 건조하는데 필요한 열을 제공하는 흡열부내의 분리연소단계의 필요성을 제거시키거나 또는 감소시킨다. 본 발명의 방법에 따르면, 약 20%의 수분함량에 대응하는 1000BTU/lb 만큼의 낮은 열용량을 갖는 젖은 폐기물 재료를 보조연료의 필요없이 소각할 수 있다. 대조적으로, 통상적인 기술은 만일 폐기물이 약 2500BTU/lb 이상의 열용량을 갖지 않으면 버너를 통해 보조연료를 주입하는 것을 필요로 한다. 효과적인 확산에 의해, 흡열부에서 발생된 열은 건조를 수행할 뿐만 아니라 노(furnace)의 손상 및 NOx의 생성에 대한 포텐셜을 감소시킨다.
만일 필요하다면, 폐기물에서 휘발된 연료 이외의 연료를 연소 지역에 주입할 수 있다. 이러한 경우에는 연료는 도면에 (12)로 나타낸 랜스를 통해 주입할 수 있다. 이러한 연료는 천연가스, 프로판, 연료유 또는 액체 폐기물과 같은 유체연료일 수 있다. 감소된 화염온도 및 이들에 의해 얻어질 수 있는 잇달은 NOx 방출로 인하여 연료의 상기 주입방법은 버너를 통한 종래의 주입방법보다 효과적이다.
상기 기재된 바와 같이, 소각로의 회전가마와 같은 연소지역에 공급된 폐기물은 높은 다양성을 특징으로 한다. 본 발명의 방법은 폐기물의 수분함량 및 열용량의 변동을 고르게 제공하는 강한 재순환 및 역혼합을 제공하여서 상기 다양성을 나타낸다. 이외에도, 본 발명의 열연소 생성물의 내부 재순환과 함께 높은 혼합강도를 제공하고, 이것은 비교적 낮은 열용량의 폐기물에서도 보조연료 버너없이도 더 안정하고 완전한 연소를 결과한다. 본 발명의 방법은 연소지역내에서 연료가 풍부(열분해)하거나 산소가 풍부(산화)한 조건을 가지고서 뿐만 아니라 화학양론적 조건을 가지고서도 수행할 수 있다.
다음 실험은 본 발명을 더 설명하지만 제한하고자 하는 것은 아니다.
회전가마와 같은 통상적인 노와 비슷한 원통형 노를 사용한다. 순수한 공업용 산소를 약 1000ft/sec의 속도로 로의 한쪽끝에서 주입한다. 각각 지름이 1/8인치인 6개의 노즐을 원형으로 배치하고 산소를 이들을 통해 주입한다. 폐기물에서 휘발된 연소재료와 비슷한 천연가스를 여러 주입구를 통해 실린더의 길이방향으로 노지역(furnace zone)에 주입한다. 젖은 폐기물과 함께 연소지역에 도입하 물과 비슷한 물을 로의 주입 끝부분에서 주입한다. 높은 재순환 및 잘 확산된 불꽃과 함께 연소를 수행한다. 물은 증발되고, NOx 방출은 백만 BTU당 0.011b NOx 미만으로 측정된다. 온도분포는 매우 일정하고 노의 전반적인 온도차는 200℉미만이다.
연료를 노지역에 길이방향으로 주입하지 않고 산소주입점에 거의 비슷하게 주입하는 것을 제외하고는 상기 실험을 반복한다. NOx 방출은 백 BTU당 약 0.12lb NOx로 측정되므로, 본 발명을 사용하여 과열점을 제거하는 것이 효과적임을 보여준다.
대부분 또는 바람직하게는 연소지역에 주입되는 모든 열이 폐기물로부터 제공되어서, 소각로를 통과하는 폐기물의 처리량이 증가되면 반면, 젖은 폐기물이 효과적으로 건조되고 과열점의 포텐셜 및 상기 과열점들로 인한 부수적 문제점들이 감소된다.
비록 본 발명을 특정 구현예들로 상세히 기재하였지만, 다음 청구범위의 영역내에 본 발명의 그외 구현예가 있음을 당업자들은 인지할 것이다.

Claims (14)

1. (A) 휘발성 연소재료 및 휘발성 비연소재료로 이루어진 젖은 폐기물을 연소지역의 흡열부에 공급하고 ; (B) 연료없이 산화제를 연소지역내의 재순환흐름을 일으키기에 충분한 속도로 연소지역에 공급하고 ; (C) 흡열부내에서 젖은 폐기물로부터 비연소재료를 휘발시키고 ;(D) 폐기물을 흡열부에서 흡열부의 하류인 연소지역의 열원부로 통과시키고 ; (E) 열원부내에서 폐기물로부터 연소재료를 휘발시키고 ; (F) 산화제 및 휘발된 연소재료를 연소시켜 열연소 생성물을 제조하고 ; (G) 열연소 생성물을 열원부에서 흡수부로 재순환시켜 (C) 단계의 휘발을 수행하는 것을 이루어진 젖은 폐기물의 연소방법.
제 1 항에 있어서, 휘발성 비연소재료는 물임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 산화제는 순수한 공업용 산소임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 산화제는 산소강화공기임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 산화제를 100 내지 1000ft/sec의 속도로 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 산화제를 4 이상의 재순환비를 달성하기에 충분한 속도로 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 연료를 산화제와 분리하여 연소지역에 공급하는 것을 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 연소지역내 조건이 산화임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 연소지역내 조건이 열분해임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 흡열부내에서 연소재료를 폐기물로부터 휘발시키는 것을 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 흡열부내에서 휘발된 연소재료를 연소시켜 비연소재료를 휘발시키기 위한 열을 제공하는 것을 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 흡열부내에서 연소된 연소재료가 열원부에서 흡열부로 재순환된 타지 않은 연소재료임을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 흡열부내에서 연소된 연소재료가 흡열부내에서 폐기물로부터 휘발된 연소재료임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 휘발된 연소재료를 산화제로 흡기시키고 연소재료를 고속의 산화제 흐름주위에서 연소시키는 것을 더 포함하는 방법.
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