WO2019143158A1 - 소각 설비 - Google Patents

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WO2019143158A1
WO2019143158A1 PCT/KR2019/000725 KR2019000725W WO2019143158A1 WO 2019143158 A1 WO2019143158 A1 WO 2019143158A1 KR 2019000725 W KR2019000725 W KR 2019000725W WO 2019143158 A1 WO2019143158 A1 WO 2019143158A1
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unit
exhaust gas
white smoke
incineration
exhaust
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PCT/KR2019/000725
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신상무
신유정
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신상무
신유정
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    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Definitions

  • An incineration plant is initiated. More particularly, an incineration plant is disclosed that is configured to remove contaminants and water vapor in advance before the exhaust gas is discharged to the atmosphere.
  • a boiler for generating steam by using heat contained in the high-temperature exhaust gas discharged from the incineration unit is provided at the rear end of the incineration unit.
  • the exhaust gas of the incineration unit contains contaminants (e.g., hydrogen chloride, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, organic acids, aldehydes, dust, etc.) and water vapor.
  • contaminants e.g., hydrogen chloride, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, organic acids, aldehydes, dust, etc.
  • concentration of pollutants is greatly affected by the quality of the waste, the incineration performance, and the incineration temperature.
  • Incineration facilities are defined as air discharge facilities, and dry and wet air pollution prevention facilities suitable for the treatment of pollutants are installed so as to comply with emission limits by emission gas.
  • insoluble pollutants such as dust are treated as dry air pollution prevention facilities
  • water-soluble pollutants such as ammonia are treated as wet air pollution prevention facilities.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional incineration plant 10.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional incineration plant 10.
  • a conventional incineration plant 10 includes an incineration unit 11, a heat recovery unit 12, an air pollution prevention unit 13, a heating / moisture absorption unit 14 and an exhaust unit 15 do.
  • the incineration unit 11 is a device for burning a fuel such as waste and discharging a hot exhaust gas.
  • the heat recovery unit 12 is a device for recovering heat from the high temperature exhaust gas discharged from the incineration unit 11.
  • the air pollution prevention unit (13) is a device for removing contaminants in the exhaust gas that has passed through the heat recovery unit (12).
  • the heating / moisture absorption unit 14 heats the exhaust gas passing through the air pollution prevention unit 13 to lower the relative humidity of the exhaust gas, or the exhaust gas is absorbed by a moisture absorbent (a medicine absorbing moisture in the air or an aqueous solution And the moisture contained in the exhaust gas is transferred to the moisture absorbent to lower the absolute humidity of the exhaust gas, thereby preventing or reducing the occurrence of white smoke even if the exhaust gas is discharged into the atmosphere.
  • a moisture absorbent a medicine absorbing moisture in the air or an aqueous solution
  • the incineration facility 10 of Fig. 1 has to supply electric energy and / or heat energy to the heating / moisture absorption unit 14, which causes high energy cost.
  • FIG. 2 is a view showing the humidity and the humidity of the exhaust gas according to the position of the incineration plant 10 in Fig.
  • the plume zone refers to the area where white smoke is generated by the exhaust gas discharged to the atmosphere in the incineration plant 10 of FIG. 1, and the saturation curve indicates the area where the relative humidity is 100%
  • a non-plume zone means a zone where white smoke does not occur due to the exhaust gas, and a plume line indicates a zone connecting the white smoke zone and the non-white zone It means borderline.
  • the cool outside air a flows into the incineration unit 11 and is used for combustion to be converted into high temperature air.
  • the high-temperature air is recovered from the heat recovery unit 12 and the temperature thereof is lowered, and the exhaust gas (2) is passed through the appropriate air pollution prevention unit 13.
  • the exhaust gas (2) is discharged to the atmosphere through the exhaust unit to become the outside air (a) again.
  • the principle that the exhaust gas (2) generates and extinguishes white smoke is as follows.
  • the exhaust gas (2) When the exhaust gas (2) is discharged into the atmosphere, it mixes with the outside air (a) and gradually starts to cool down. For example, it is cooled along a straight line (2 ⁇ a) connecting the exhaust gas (2) and the outside air (a).
  • no white smoke is produced at the time when the temperature and humidity conditions of the exhaust gas cooled along the straight line cross the saturation curve (i.e., the exhaust gas (2) is located between the saturation curve and the whitening line)
  • White smoke is generated while being located on the left and top of the saturation curve, and when the saturation curve is crossed again (that is, the exhaust gas (2) is positioned between the saturation curve and the whitening line)
  • the white smoke is extinguished. That is, even if exhaust gas (2) is discharged into the atmosphere, it does not generate white smoke for a certain period of time, but after a lapse of time, it produces white smoke, and the white smoke disappears after a longer period of time
  • the principle of reducing the occurrence of white smoke is to move the exhaust gas (2) close to the whitening line through the heating / moisture absorption unit (14).
  • the exhaust gas (2) passed through the air pollution prevention unit 13 is heated by the heating unit 14 to form a high temperature exhaust gas (b). Therefore, the exhaust gas (b) having passed through the heating unit 14 is located near the white line or in the non-white zone in the humidifier diagram, so that even if it is discharged into the air, it is possible to generate little or no white smoke.
  • electric energy and / or heat energy must be supplied to the heating unit 14, energy cost is high.
  • the exhaust gas (2) passing through the air pollution prevention unit (13) absorbs moisture in the exhaust gas (2) by the moisture absorption unit (14) Thereby forming a low-humidity exhaust gas (c). Therefore, the exhaust gas (C) passed through the moisture absorption unit (14) is located close to the white line or in the non-white zone in the humidifier diagram, so that even if it is discharged into the atmosphere, white smoke can not be generated or can be generated.
  • harmful chemical substances are used as a moisture absorbent for moisture absorption and electrical energy and / or thermal energy must be supplied for dehumidification, there are problems such as high cost of chemicals and energy, and generation of waste water.
  • One embodiment of the present invention provides an incineration facility configured to remove contaminants and water vapor in advance before the exhaust gas is discharged to the atmosphere.
  • a moisture-removing cooling unit configured to bring water or an aqueous solution into contact with the exhaust gas that has passed through the heat recovery unit to generate a primary treatment gas having a higher relative humidity and lower temperature than the exhaust gas;
  • a white smoke generating unit for directly mixing the primary processing gas with outside air to generate white smoke
  • a dehumidifying unit configured to remove the white smoke generated in the white smoke generating unit to generate a secondary process gas
  • an exhaust unit configured to discharge the secondary processing gas to the outside.
  • the air pollution prevention unit may include activated carbon.
  • the outside air may not be heated by a separate heating means.
  • the dehumidifying unit may include an electrostatic precipitator.
  • the incineration plant may not include any heating means except for the incineration unit.
  • the incineration facility may further include an additional exhaust unit disposed between the heat recovery unit and the dehumidification cooling unit and configured to exhaust the exhaust gas that has passed through the heat recovery unit to the outside.
  • the incineration plant facilitates steam condensation in the exhaust gas before the exhaust gas discharged from the incineration unit is discharged to the atmosphere (i.e., in a situation in the incineration plant) By removing condensed water (white smoke) in advance, the production of white smoke can be minimized.
  • the incineration facility has an advantage that energy cost can be reduced as compared with the conventional facility, at least a part of the condensed water can be recovered, and the size of the facility can be made very small.
  • FIG. 2 is a view showing the humidity and the humidity of the exhaust gas according to the position in operation of the dry incineration plant of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view of an incinerator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the humidity and the humidity of the exhaust gas according to the position in operation of the incineration plant of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a view showing the humidity and the humidity of the exhaust gas according to the position in operation of the incineration plant of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a humidifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the humidifier according to Comparative Examples 1 and 2 illustrating the case where the humidifying and cooling unit is omitted in the incineration facility of FIG. 3;
  • outside air means air in the atmosphere that has not been heated by a separate heating means and has not been artificially heated.
  • the plume zone in the psychrometric chart refers to the area where white smoke is generated by the exhaust gas discharged from the incineration facility to the atmosphere, and the saturation curve indicates that the relative humidity is 100 %,
  • a non-plume zone means a zone where no white smoke is generated by the exhaust gas, and a plume line indicates a line connecting the white smoke zone and the non- It means the boundary of the zone.
  • FIG. 3 is a schematic illustration of an incinerator 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an incinerator 100 includes an incinerator unit 110, a heat recovery unit 120, an air pollution prevention unit 130, a dehumidification cooling unit 140, A unit 150, a dehumidifying unit 160, and an exhaust unit 170.
  • the incineration unit 110 is a device for burning waste and discharging hot exhaust gas.
  • the heat recovery unit 120 is a device for recovering heat from the high temperature exhaust gas discharged from the incineration unit 110.
  • the heat recovery unit 120 may be a boiler that does not have its own combustion chamber but generates steam using the heat of the hot exhaust gas discharged from the incineration unit 110.
  • the air pollution prevention unit 130 is a device for removing pollutants (dioxins, heavy metals, odor substances) in the exhaust gas that has passed through the heat recovery unit 120.
  • the air pollution prevention unit 130 may include activated carbon.
  • the dehumidification cooling unit 140 is a device for raising the humidity of the high temperature and low humidity exhaust gas that has passed through the air pollution prevention unit 130 to the saturation state and at the same time lowering the temperature. As it evaporates, the latent heat of evaporation is directly taken out from the air and cooled. Since the latent heat of evaporation of water is as large as 540 cal / g, it has an advantage of being able to constitute a small device because it is excellent in the effect of cooling the steam.
  • the dehumidification cooling unit 140 can be configured to generate the primary process gas by directly contacting the exhaust gas with a liquid material (e.g., water, aqueous solution) or slurry for both the humidification and cooling functions. Specifically, the dehumidification cooling unit 140 injects water, a chemical-containing aqueous solution or a slurry containing a chemical into the exhaust gas that has passed through the air pollution prevention unit 130 to remove harmful gases (HCl, SOx, HF, NH 3 , oxide may be a device for removing contaminants such as (NO, NO 2, other NOx) and particulate matter.
  • a liquid material e.g., water, aqueous solution
  • slurry for both the humidification and cooling functions.
  • the dehumidification cooling unit 140 injects water, a chemical-containing aqueous solution or a slurry containing a chemical into the exhaust gas that has passed through the air pollution prevention unit 130 to remove harmful gases (HCl, SOx, HF, NH 3
  • the aqueous solution may be an acid-containing acidic aqueous solution such as hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid, or an alkali-containing basic aqueous solution such as sodium hydroxide, calcium hydroxide or calcium hydroxide.
  • acid-containing acidic aqueous solution such as hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid
  • alkali-containing basic aqueous solution such as sodium hydroxide, calcium hydroxide or calcium hydroxide.
  • the dehumidifying cooling unit 140 is installed in a duct through which the exhaust gas passing through the air pollution prevention unit 130 passes, such as a nozzle for increasing the humidity of the exhaust gas by spraying, spraying or spraying the aqueous solution and lowering the temperature Device, a scrubber, a spray tower, or the like.
  • the exhaust gas can be indirectly brought into contact with air or water by a heat exchange unit (not shown) instead of the dehumidification cooling unit 140, and the exhaust gas can be cooled until it reaches a saturated state while maintaining the absolute humidity of the exhaust gas unchanged .
  • the heat exchange unit since the heat exchange unit generates heat transfer between the exhaust gas and the refrigerant (for example, outside air) by sensible heat through the surface of the heat exchanger, the unit size becomes much larger than that of the dehumidification cooling unit. This increases the installation space as well as the size and manufacturing cost of the device.
  • the heat exchange unit may be a condenser, a freezer, a cooler, a heat exchanger, or the like.
  • the white smoke generating unit 150 is a device for directly contacting the primary processing gas with the outside air to promote white smoke generation. Specifically, the white smoke generating unit 150 is a device that promotes the generation of white smoke by mixing the outside air OA with the exhaust gas (that is, the primary processing gas) that has passed through the humidifying and cooling unit 140 .
  • the dehumidifying unit 160 may be configured to remove the condensed water (white smoke) in the cooled primary processing gas to produce secondary processing gas.
  • the dehumidifying unit 160 is a device for generating secondary processing gas by removing moisture and dust in the exhaust gas (that is, the cooled primary processing gas) that has passed through the white smoke generating unit 150.
  • the dehumidifying unit 160 may be a demister, an eliminator, or an electrostatic precipitator.
  • the exhaust unit 170 may be configured to exhaust the exhaust gas (that is, the secondary processing gas) that has passed through the dehumidifying unit 160 to the outside.
  • reference character " a” refers to the outside air OA
  • 2 refers to exhaust gas that has passed through the air pollution prevention unit 130," Quot; means exhaust gas having passed through the dehumidifying unit 160
  • b means exhaust gas having passed through the dehumidifying unit 160
  • the incinerator 100 does not include any heating means except for the incinerator unit 110, it is possible to reduce the energy cost compared to the conventional incinerator equipment .
  • FIG. 4 is a view showing the humidity and the humidity of the exhaust gas according to the position of the incinerator 100 in Fig.
  • the outside air (a) is supplied to the white smoke generating unit 150 as it is without being heated by a separate heating means.
  • the high-temperature dried exhaust gas (2) that has passed through the air pollution prevention unit (130) is humidified and cooled while passing through the dehumidification cooling unit (140), and the exhaust gas (3) having a higher humidity and lower temperature than the exhaust gas
  • the exhaust gas (4) is mixed with the low temperature air (a) in the white smoke generating unit (150) to cause a rapid condensation phenomenon to produce a large amount of white smoke.
  • the exhaust gas (4) passes through the dehumidifying unit (160), and water (white smoke) is removed together with dust and the like to form an exhaust gas (b) having a lower absolute humidity.
  • the exhaust gas (b) is located near the white line or in the non-white zone in the humidifier line. Therefore, even if the exhaust gas (b) passed through the dehumidifying unit 160 is discharged to the atmosphere through the exhaust unit 160, it is possible to generate no or little white smoke.
  • a heating unit may be installed at the rear end of the dehumidifying unit 160 so that the exhaust gas (b) is located on the right and lower sides of the whitening line.
  • the incineration facility 100 may not include the incineration unit 110 and any heating means except for the heating unit.
  • the humidifier line indicating the temperature and humidity of the exhaust gas Is shown in Fig.
  • the temperature and the relative humidity of the exhaust gas by each position in Fig. 5 can be illustrated as shown in Table 1 below.
  • the humidifier line indicating the temperature and humidity of the exhaust gas by the position Is shown in Fig.
  • the temperature and the relative humidity of the exhaust gas by each position in Fig. 5 can be illustrated as shown in Table 1 below.
  • Comparative Example 1 which does not include the dehumidifying cooling unit
  • the exhaust gas and the outside air are mixed at a ratio of 1: 1 on the basis of volume
  • no white smoke is generated in the white smoke generating unit
  • exhaust gas is discharged into the atmosphere, and a large amount of white smoke is generated.

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Abstract

소각 설비가 개시된다. 개시된 소각 설비는 소각 유닛, 상기 소각 유닛에서 배출된 배기가스 중의 열을 회수하도록 구성된 열회수 유닛, 상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스에 물 또는 수용액을 접촉시켜 상기 배기가스보다 습도가 높고 온도가 낮은 1차 처리가스를 생성하도록 구성된 증습냉각 유닛, 상기 1차 처리가스를 별도의 가열수단에 의해 가열되지 않은 외기와 직접 혼합시켜 백연을 발생시키는 백연발생 유닛, 상기 백연발생 유닛에서 발생된 백연을 제거하여 2차 처리가스를 생성하도록 구성된 제습 유닛, 및 상기 2차 처리가스를 외부로 배출시키도록 구성된 배기 유닛을 포함한다.

Description

소각 설비
소각 설비가 개시된다. 보다 상세하게는, 배기가스가 대기로 배출되기 전에 오염물질 및 수증기를 미리 제거하도록 구성된 소각 설비가 개시된다.
소각 설비는 연료를 소각(연소)시켜 에너지를 생성하는 설비로서, 소각(연소) 유닛, 열회수 유닛, 대기오염방지 유닛, 백연저감 유닛 및 배기 유닛 등으로 구성된다. 소각 설비에서 폐기물을 소각(연소)하는 경우, 폐기물을 처리하면서 동시에 에너지를 회수할 수 있으며, LNG 나 석유를 소각(연소)하는 경우, 열에너지 및 전기에너지를 생성할 수 있다.
소각(연소) 유닛은 연료의 종류와 양에 따라 여러 가지가 있지만 일반적으로 노체(furnace body)의 외측을 철판, 벽돌, 콘크리트 등으로 둘러싸고 내측을 내화 벽돌로 친 구조를 갖는다. 함수율이 적은 폐기물은 자연 통풍 또는 강제 통풍으로 연소시키고, 50% 이상의 수분을 함유한 폐기물과 오니 등의 소각에는 기름 버너 등의 보조 연소 장치를 설치한다.
또한, 일반적으로 소각 유닛의 후단에는 소각 유닛에서 배출되는 고온의 배기가스에 함유되어 있는 열을 이용하여 증기를 발생시키는 보일러가 설치된다.
소각 유닛의 배기가스는 오염물질(예를 들어, 염화수소, 암모니아, 황산화물, 질소 산화물, 유기산, 알데하이드, 먼지 등) 및 수증기를 포함한다. 오염물질의 농도는 폐기물의 질, 소각 성능, 소각 온도 등에 크게 영향을 받는다. 소각 설비는 대기 배출 시설로 규정되어 배출 가스별로 배출 허용 기준을 준수하도록 오염물질의 처리에 적합한 건식 및 습식 대기오염방지 시설을 설치하도록 되어 있다. 일반적으로 먼지 등의 불용성 오염물질은 건식 대기오염방지 시설로 처리하고 암모니아 등의 수용성 오염물질은 습식 대기오염방지 시설로 처리한다.
도 1은 종래의 소각 설비(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 소각 설비(10)는 소각 유닛(11), 열 회수 유닛(12), 대기오염방지 유닛(13), 가열/흡습 유닛(14) 및 배기 유닛(15)을 포함한다.
소각 유닛(11)은 폐기물과 같은 연료를 연소시켜 고온의 배기가스를 배출하는 장치이다.
열 회수 유닛(12)은 소각 유닛(11)에서 배출된 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 장치이다.
대기오염방지 유닛(13)은 열 회수 유닛(12)을 통과한 배기가스 중의 오염물질을 제거하는 장치이다.
가열/흡습 유닛(14)은 대기오염방지 유닛(13)을 통과한 배기가스를 가열하여 상기 배기가스의 상대습도를 낮추어 주거나 상기 배기가스를 흡습제(공기 중의 수분을 흡수하는 약품 또는 그러한 약품의 수용액)와 접촉시켜 배기가스에 포함된 수분을 흡습제로 이동시켜 상기 배기가스의 절대습도를 낮추어 줌으로써 상기 배기가스가 대기 중으로 배출되더라도 백연이 발생하는 것을 방지하거나 저감하는 역할을 수행할 수 있다.
배기 유닛(15)은 가열/흡습 유닛(14)을 통과한 배기가스를 외부로(즉, 대기 중으로) 배출시키는 장치이다.
도 1의 소각 설비(10)는 가열/흡습 유닛(14)에 전기에너지 및/또는 열에너지를 공급해야 하기 때문에, 에너지 비용이 높은 문제점이 있다.
도 2는 도 1의 소각 설비(10)의 운전시 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도이다.
도 2에서, 백연 구역(plume zone)은 도 1의 소각 설비(10)에서 대기중으로 배출되는 배기가스에 의해 백연이 발생하는 구역을 의미하고, 포화 곡선(saturation curve)은 상대습도가 100%인 지점들을 연결한 선을 의미하고, 비-백연 구역(non-plume zone)은 상기 배기가스에 의해 백연이 발생하지 않는 구역을 의미하고, 백연 라인(plume line)은 백연 구역과 비-백연 구역의 경계선을 의미한다.
도 1 및 도 2에서, 참조부호 "ⓐ"는 외기를 의미하고, "②"는 대기오염방지 유닛(13)을 통과한 배기가스를 의미하고, "ⓑ"및 "ⓒ"는 가열/흡습 유닛(14)을 통과한 배기가스를 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 차가운 외기(ⓐ)는 소각 유닛(11)으로 유입되어 연소에 사용되어 고온의 공기로 전환된다. 상기 고온의 공기는 열회수 유닛(12)에서 에너지가 회수되어 온도가 내려가고 적절한 대기오염방지 유닛(13)을 통과한 후 배기가스(②)가 된다. 배기가스(②)가 배기유닛을 통하여 대기중으로 배출되어 다시 외기(ⓐ)가 된다.
도 2에서, 배기가스(②)가 백연을 생성 및 소멸하는 원리는 다음과 같다. 배기가스(②)가 대기중으로 배출되면 외기(ⓐ)와 혼합되어 점차 냉각되기 시작한다. 예를 들어, 배기가스(②)와 외기(ⓐ)를 연결한 직선(②→ⓐ)을 따라 냉각된다. 그러나, 상기 직선을 따라 냉각되는 배기가스의 온습도 조건이 포화곡선을 교차하기 전(즉, 배기가스(②)가 포화곡선과 백연라인 사이에 위치)에는 백연이 생성되지 않으며, 포화곡선을 교차하여 포화곡선의 왼쪽 및 상부에 위치하는 동안 백연이 생성되고, 포화곡선을 다시 교차(즉, 배기가스(②)가 포화곡선과 백연라인 사이에 위치)하여 포화곡선 아래의 외기(ⓐ)에 접근하면 백연이 소멸된다. 즉, 배기가스(②)는 대기중으로 배출되어도, 일정 시간동안 백연을 생성하지 않으나 시간이 지나면 백연을 생성하고 더 시간이 지나면 백연이 소멸되는 것이다.
도 2에서, 상기 직선이 백연라인의 왼쪽 및 상부에 위치하므로, 상기 직선은 포화곡선과 교차하며 상기 직선의 일부분은 포화곡선의 왼쪽 및 상부에 위치한다. 포화곡선과 상기 직선으로 포위된 영역이 생성된다. 상기 영역의 면적의 크기에 해당하는 수준의 백연이 생성되는데, 상기 면적이 클수록(즉, 배기가스(②)가 백연라인에 멀음) 백연이 많이 발생하며, 상기 면적이 작을수록(즉, 배기가스(②)가 백연라인에 가까움) 백연 생성량이 작다. 상기 면적이 "0"일 경우(즉, 배기가스(②)가 백연라인에 위치 또는 백연라인 오른쪽 및 하부에 위치), 백연이 발생하지 않음을 의미한다.
도 1 및 도 2에서 백연발생을 저감하는 원리는 배기가스(②)를 가열/흡습 유닛(14)을 통하여 백연라인에 가깝게 이동시키는 것이다. 대기오염방지 유닛(13)을 통과한 배기가스(②)는 가열 유닛(14)에 의해 가열되어 고온의 배기가스(ⓑ)를 형성한다. 따라서, 가열 유닛(14)을 통과한 배기가스(ⓑ)는 습공기 선도에서 백연 라인에 가깝게 또는 비-백연 구역에 위치하게 되므로 대기 중으로 배출되더라도 백연을 발생시키지 않거나 적게 발생시킬 수 있다. 그러나, 가열 유닛(14)에 전기에너지 및/또는 열에너지를 공급해야 하기 때문에, 에너지 비용이 높은 문제점이 있다.
또는, 배기가스(②)의 온도가 충분히 낮은 경우에, 대기오염방지 유닛(13)을 통과한 배기가스(②)는 흡습 유닛(14)에 의해 흡습제가 배기가스(②) 중의 수분을 흡수하여 저습의 배기가스(ⓒ)를 형성한다. 따라서, 흡습 유닛(14)를 통과한 배기가스(ⓒ)는 습공기 선도에서 백연 라인에 가깝게 또는 비-백연 구역에 위치하게 되므로 대기 중으로 배출되더라도 백연을 발생시키지 않거나 적게 발생시킬 수 있다. 그러나, 흡습을 위한 흡습제로 유해화학물질이 사용되며 탈습에 전기에너지 및/또는 열에너지를 공급해야 하기 때문에, 약품 및 에너지 비용이 높은 문제점 및 폐수 발생등의 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예는 배기가스가 대기로 배출되기 전에 오염물질 및 수증기를 미리 제거하도록 구성된 소각 설비를 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
소각 유닛;
상기 소각 유닛에서 배출된 배기가스 중의 열을 회수하도록 구성된 열회수 유닛;
상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스에 물 또는 수용액을 접촉시켜 상기 배기가스보다 상대습도가 높고 온도가 낮은 1차 처리가스를 생성하도록 구성된 증습냉각 유닛;
상기 1차 처리가스를 외기와 직접 혼합시켜 백연을 발생시키는 백연발생 유닛;
상기 백연발생 유닛에서 발생된 백연을 제거하여 2차 처리가스를 생성하도록 구성된 제습 유닛; 및
상기 2차 처리가스를 외부로 배출시키도록 구성된 배기 유닛을 포함하는 소각 설비를 제공한다.
상기 소각 설비는 상기 열회수 유닛과 상기 증습냉각 유닛 사이에 배치되어 상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스 중의 오염물질을 제거하도록 구성된 대기오염방지 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 대기오염방지 유닛은 활성탄을 포함할 수 있다.
상기 외기는 별도의 가열수단에 의해 가열되지 않은 것일 수 있다.
상기 제습 유닛은 전기집진기를 포함할 수 있다.
상기 소각 설비는 상기 소각 유닛을 제외하고는 어떠한 가열수단도 포함하지 않을 수 있다.
상기 소각 설비는 상기 열회수 유닛과 상기 증습냉각 유닛 사이에 배치되어 상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스를 외부로 배출시키도록 구성된 추가 배기 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 소각 설비는 상기 백연발생 유닛에서 더 많은 백연이 생성되도록 하기 위하여 상기 백연발생 유닛으로 유입되는 상기 외기의 온도를 낮춰주는 냉각수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비에 따르면 소각 유닛에서 배출된 배기가스가 대기로 배출되기 전에(즉, 소각 설비내에 있는 상황에서) 상기 배기가스 중의 수증기 응축을 촉진시켜, 그 결과로 생성된 응축수(백연)를 미리 제거함으로써 백연 생성을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비는 종래의 설비에 비해 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 응축수의 적어도 일부를 회수할 수 있고 설비의 크기도 매우 작게 구성할 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 종래의 소각 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 건식 소각 설비의 운전시 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 소각 설비의 운전시 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 습공기 선도이다.
도 6은 도 3의 소각 설비에서 증습냉각 유닛이 생략된 경우를 예시한 비교예 1~2에 따른 습공기 선도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 따른 소각 설비를 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "외기"는 별도의 가열수단에 의해 가열되지 않은 것으로서, 인위적으로 가열되지 않은 대기 중의 공기를 의미한다.
또한 본 명세서에서, 습공기 선도(psychrometric chart)에서 백연 구역(plume zone)은 소각 설비에서 대기중으로 배출되는 배기가스에 의해 백연이 발생하는 구역을 의미하고, 포화 곡선(saturation curve)은 상대습도가 100%인 지점들을 연결한 선을 의미하고, 비-백연 구역(non-plume zone)은 상기 배기가스에 의해 백연이 발생하지 않는 구역을 의미하고, 백연 라인(plume line)은 백연 구역과 비-백연 구역의 경계선을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비(100)는 소각 유닛(110), 열 회수 유닛(120), 대기오염방지 유닛(130), 증습냉각 유닛(140), 백연발생 유닛(150), 제습 유닛(160) 및 배기 유닛(170)을 포함한다.
소각 유닛(110)는 폐기물을 연소시켜 고온의 배기가스를 배출하는 장치이다.
열 회수 유닛(120)은 소각 유닛(110)에서 배출된 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 장치이다. 예를 들어, 열 회수 유닛(120)은 자체 연소실을 구비하지 않고, 소각 유닛(110)에서 배출된 고온의 배기가스의 열을 이용하여 증기를 생성하는 보일러일 수 있다.
대기오염방지 유닛(130)은 열 회수 유닛(120)을 통과한 배기가스 중의 오염물질(다이옥신, 중금속, 악취물질)을 제거하는 장치이다.
대기오염방지 유닛(130)은 활성탄을 포함할 수 있다.
증습냉각 유닛(140)은 대기오염방지 유닛(130)을 통과한 고온저습한 배기가스의 습도를 (과)포화상태까지 높이는 동시에 온도를 낮추는 장치로, 증습냉각 유닛(140)에 공급된 물이 증발하면서 공기로부터 증발잠열을 직접 빼았아 냉각한다. 물의 증발잠열이 540cal/g 정도로 크므로 증습냉각 효과가 뛰어나서 장치를 작게 구성할 수 있는 장점이 있다.
증습냉각 유닛(140)은 배기가스를 증습 및 냉각 작용을 위하여 액상 물질(예를 들어, 물, 수용액) 또는 슬러리와 직접 접촉시켜 1차 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 증습냉각 유닛(140)은 대기오염방지 유닛(130)을 통과한 배기가스에 물, 약품 함유 수용액 또는 약품 함유 슬러리를 분사하여 유해가스(HCl, SOx, HF, NH3 등), 질소산화물(NO, NO2, 기타 NOx) 및 입자성 물질 등의 오염물질을 제거하는 장치일 수 있다.
상기 수용액은 염산, 질산 또는 황산과 같은 산 함유 산성 수용액, 또는 수산화나트륨, 수산화칼슘 또는 수산화칼슘과 같은 알칼리 함유 염기성 수용액일 수 있다.
일예로 증습냉각 유닛(140)은 대기오염방지 유닛(130)을 통과한 배기가스가 지나가는 덕트에 설치되어 수용액을 분사, 분무 또는 살포 등을 통하여 배기가스의 습도를 증가시키고 온도를 낮추는 노즐 등과 같은 장치이거나 스크러버, 스프레이 타워 등일 수 있다.
한편, 상기 증습냉각 유닛(140) 대신 열교환 유닛(미도시)으로 배기가스를 공기 또는 물과 간접 접촉시켜 상기 배기가스의 절대습도는 변화없이 그대로 유지시킨 채 포화상태가 될 때까지 냉각할 수 있다. 그러나, 상기 열교환 유닛은 배기가스와 냉매(예를 들어, 외기) 사이에 열교환기 표면을 통하여 현열에 의한 열전달이 일어나므로 증습냉각 유닛보다 유닛 크기가 매우 커지는 문제점이 있다. 이는 장치의 크기 및 제조비용뿐만 아니라 설치공간을 증가시키게 된다. 상기 열교환 유닛은 콘덴서, 냉동기, 냉각기, 열교환기 등일 수 있다.
백연발생 유닛(150)은 상기 1차 처리가스를 외기와 직접 접촉시켜 백연 발생을 촉진시키는 장치이다. 구체적으로, 백연발생 유닛(150)은 외기(OA)를 증습냉각 유닛(140)을 통과한 배기가스(즉, 1차 처리가스)와 혼합하여 상기 1차 처리가스를 백연 발생을 촉진시키는 장치이다.
소각 설비(100)는 백연발생 유닛(150)에서 더 많은 백연이 생성되도록 하기 위하여 백연발생 유닛(150)으로 유입되는 외기(OA)의 온도를 낮춰주는 냉각수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제습 유닛(160)은 상기 냉각된 1차 처리가스 중의 응축수(백연)를 제거하여 2차 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제습 유닛(160)은 백연발생 유닛(150)을 통과한 배기가스(즉, 상기 냉각된 1차 처리가스) 중의 수분 및 먼지 등을 제거하여 2차 처리가스를 생성하는 장치이다. 예를 들어, 제습 유닛(160)은 디미스터, 엘리미네이터 또는 전기집진기일 수 있다.
배기 유닛(170)은 제습 유닛(160)을 통과한 배기가스(즉, 상기 2차 처리가스)를 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다.
도 3에서, 참조부호 "ⓐ"는 외기(OA)를 의미하고, "②"는 대기오염방지 유닛(130)을 통과한 배기가스를 의미하고, "③"은 증습냉각 유닛(140)을 통과한 배기가스를 의미하고, "④"는 백연발생 유닛(150)을 통과한 배기가스를 의미하고, "ⓑ"는 제습 유닛(160)을 통과한 배기가스를 의미한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 소각 설비(100)는 소각 유닛(110)를 제외하고는 어떠한 가열수단도 포함하지 않기 때문에, 종래의 소각 설비에 비해 에너지 비용을 절감할 수 있는 이점을 갖는다.
도 4는 도 3의 소각 설비(100)의 운전시 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 외기(ⓐ)는 별도의 가열수단에 의해 가열되지 않고 그 상태 그대로 백연발생 유닛(150)으로 공급된다.
대기오염방지 유닛(130)을 통과한 고온 건조한 배기가스(②)는 증습냉각 유닛(140)을 통과하면서 증습 및 냉각되어 배기가스(②)에 비해 습도가 높고 온도가 낮은 배기가스(③)를 형성한 후, 백연발생 유닛(150)에서 온도가 낮은 외기(ⓐ)와 혼합되어 급격한 응축현상을 일으켜 백연이 다량 생성된 배기가스(④)를 형성한다. 상기 배기가스(④)는 제습 유닛(160)을 통과하면서 먼지 등과 함께 수분(백연)이 제거되어 절대습도가 더욱 낮은 배기가스(ⓑ)를 형성한다. 상기 배기가스(ⓑ)는 습공기 선도에서 백연 라인에 가깝게 또는 비-백연 구역에 위치하게 된다. 따라서, 제습 유닛(160)을 통과한 배기가스(ⓑ)는 배기 유닛(160)을 통해 대기 중으로 배출되더라도 백연을 발생시키지 않거나 적게 발생시킬 수 있다.
상기 배기가스(ⓑ)가 백연 라인의 오른쪽 및 하부에 위치하도록 상기 제습 유닛(160)의 후단에 가열 유닛(미도시)을 설치할 수 있다. 이 경우, 소각 설비(100)는 소각 유닛(110) 및 상기 가열 유닛을 제외하고는 어떠한 가열수단도 포함하지 않을 수 있다.
또한, 제습 유닛(160)에서 제거된 수분은 회수되어 재활용될 수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 소각 설비의 운전
도 3의 구성을 갖는 소각 설비를 운전하되, 백연발생 유닛으로 유입되는 배기가스:외기의 혼합비율이 부피 기준으로 1:1인 조건으로 운전할 경우, 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도를 도 5에 나타내었다. 이 경우, 도 5의 각 위치별 배기가스의 온도 및 상대습도는 하기 표 1과 같이 예시될 수 있다.
실시예 2: 소각 설비의 운전
도 3의 구성을 갖는 소각 설비를 운전하되, 백연발생 유닛으로 유입되는 배기가스:외기의 혼합비율이 부피 기준으로 1:8.5인 조건으로 운전할 경우, 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도를 도 5에 나타내었다. 이 경우, 도 5의 각 위치별 배기가스의 온도 및 상대습도는 하기 표 1과 같이 예시될 수 있다.
비교예 1: 소각 설비의 운전
증습냉각 유닛이 생략된 것을 제외하고는 도 3의 구성을 갖는 소각 설비와 동일한 설비를 운전하되, 백연발생 유닛으로 유입되는 배기가스:외기의 혼합비율이 부피 기준으로 1:1인 조건으로 운전할 경우, 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도를 도 6에 나타내었다. 이 경우, 도 6의 각 위치별 배기가스의 온도 및 상대습도는 하기 표 1과 같이 예시될 수 있다.
비교예 2: 소각 설비의 운전
증습냉각 유닛이 생략된 것을 제외하고는 도 3의 구성을 갖는 소각 설비와 동일한 설비를 운전하되, 백연발생 유닛으로 유입되는 배기가스:외기의 혼합비율이 부피 기준으로 1:8.5인 조건으로 운전할 경우, 위치별 배기가스의 온도 및 습도를 나타내는 습공기 선도를 도 6에 나타내었다. 이 경우, 도 6의 각 위치별 배기가스의 온도 및 상대습도는 하기 표 1과 같이 예시될 수 있다.
실시예 비교예
항목 1 2 1 2
온도(℃) 상대습도(%) 온도(℃) 상대습도(%) 온도(℃) 상대습도(%) 온도(℃) 상대습도(%)
ⓐ -5 50 -5 50 -5 50 -5 50
② 90 15 90 15 90 15 90 15
③ 50 100 50 100 - - - -
④ 10 과포화 0 과포화 45 50 10 과포화
ⓑ 10 100 0 100 45 50 10 100
실시예 1에서 배기가스와 외기가 부피 기준으로 1:1의 비율로 혼합되었을 경우, 백연발생 유닛에서 다량의 백연이 생성되고 제습 유닛을 통과하면서 상기 백연이 제거된 후 배기가스가 대기중으로 배출되어도 백연 발생량이 적다.
마찬가지로, 실시예 2에서 배기가스와 외기가 부피 기준으로 1:8.5의 비율로 혼합되었을 경우에도, 백연발생 유닛에서 다량의 백연이 생성되고 제습 유닛을 통과하면서 상기 백연이 제거된 후 배기가스가 대기중으로 배출되어도 백연 발생량이 적다.
반면에, 증습냉각 유닛을 구비하지 않는 비교예 1을 보면, 실시예 1과 동일하게 배기가스와 외기가 부피 기준으로 1:1의 비율로 혼합되었을 경우, 백연발생 유닛에서 백연이 생성되지 않으므로 제습 유닛에서 제습 효과가 발생하지 못하여 배기가스가 대기중으로 배출되면 다량의 백연이 발생한다. 한편, 증습냉각 유닛을 구비하지 않는 비교예 2를 보면, 실시예 2와 동일하게 배기가스와 외기가 부피 기준으로 1:8.5의 비율로 혼합되었을 경우, 실시예 1과 유사한 수준의 백연 저감효과를 갖으나, 실시예 1에 비하여 외기 유입량이 8.5배 크므로, 백연발생 유닛, 제습 유닛, 배기 유닛 등도 8.5배 큰 용량이어야 하며, 이에 따른 설비비 및 운영비가 막대하게 증가하는 문제점이 있다.
이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 소각 유닛;
    상기 소각 유닛에서 배출된 배기가스 중의 열을 회수하도록 구성된 열회수 유닛;
    상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스에 물 또는 수용액을 접촉시켜 상기 배기가스보다 습도가 높고 온도가 낮은 1차 처리가스를 생성하도록 구성된 증습냉각 유닛;
    상기 1차 처리가스를 별도의 가열수단에 의해 가열되지 않은 외기와 직접 혼합시켜 백연을 발생시키는 백연발생 유닛;
    상기 백연발생 유닛에서 발생된 백연을 제거하여 2차 처리가스를 생성하도록 구성된 제습 유닛; 및
    상기 2차 처리가스를 외부로 배출시키도록 구성된 배기 유닛을 포함하는 소각 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열회수 유닛과 상기 증습냉각 유닛 사이에 배치되어 상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스 중의 오염물질을 제거하도록 구성된 대기오염방지 유닛을 더 포함하는 소각 설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대기오염방지 유닛은 활성탄을 포함하는 소각 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제습 유닛은 전기집진기를 포함하는 소각 설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열회수 유닛과 상기 증습냉각 유닛 사이에 배치되어 상기 열회수 유닛을 통과한 배기가스를 외부로 배출시키도록 구성된 추가 배기 유닛을 더 포함하는 소각 설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 백연발생 유닛에서 더 많은 백연이 생성되도록 하기 위하여 상기 백연발생 유닛으로 유입되는 상기 외기의 온도를 낮춰주는 냉각수단을 더 포함하는 소각 설비.
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