KR100513932B1 - 용융 배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해장치 및 이를 이용한 열분해 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물의 열분해가스화용융 시스템에 있어서 열분해후 발생하는 고형물 (열분해고형물)을 용융로에 투입하여 용융할 때 발생하는 고온의 용융 배가스를 400∼800℃ 정도로 냉각하여 이를 열분해실에 투입하고 폐기물과 직접 접촉하게 하면서 열분해로 내부의 폐기물을 가열하도록 하고자 하는 용융 배가스를 열분해로 내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해장치 및 이를 이용한 열분해 공정에 관한 것이다.

Description

용융 배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해장치 및 이를 이용한 열분해 공정{A PYROLYSER HEATING WASTES DIRECTLY BY EXHAUST GAS OF A MELTING FURNACE AND THE PYROLYSIS PROCESS USING THE PYROSER}

본 발명은 가연성 폐기물을 400∼700℃ 정도로 가열하여 열분해하면 가스와 고형물이 발생되는데 가스는 850℃이상으로 연소시키고 고형물은 용융로에 투입하여 고형물 스스로 보유한 자체열량과 필요시 보충되는 보조열원에 의해 1300℃이상으로 연소하면서 고형물 중의 불연물을 용융시키는 폐기물 열분해가스화 용융 공정에 있어서 용융 배가스를 열분해로에 직접 투입하여 열분해로 내부의 폐기물을 가열하는 공정으로서 종래 기술에 비하여 별도의 열교환설비나 가열 설비가 필요없고, 융융시의 연소공기 조건을 제어하여 용융 배가스에서 원하는 산소농도나 일산화탄소 농도를 얻을 수 있으며 필요시 공기를 공급하여 열량을 보충하기 쉽게 하는 등의 장점을 제공하는 용융 배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해장치 및 이를 이용한 열분해 공정에 관한 것이다.

열분해 용융 기술은 직접 소각의 경우와는 달리 열분해와 용융의 두 단계의 과정을 거침으로서 다이옥신을 최소한으로 생성될 수 있도록 하는 것과 소각재 대신 무해화된 슬래그를 배출하여 재활용하는 목적으로 개발되어 최근 실용화된 기술이다. 폐기물 열분해란 가연성 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기에서 가열하여 가스, 오일, 챠(char) 등을 얻는 공정으로서 흡열 환원반응이다. 용융은 열분해 고형물 중의 챠를 1300℃이상으로 연소시켜 같이 포함된 불연물을 용융시키고 유리화하여 슬래그로 배출하는 발열연소반응이다.

도 1은 종래 기술을 따르는 간접 가열 열분해 방식으로서 로타리킬른이 열분해로로서 주로 이용되는데 열분해에 필요한 열을 용융 연소 후의 배가스와 열교환하여 공기를 500℃ 이상으로 가열시킨 후 이 공기를 이중으로 된 열분해로의 외통이나 열분해로 내부에 설치된 관에 흘려 보내면서 폐기물을 가열하는 간접가열 방식이다. 이 경우는 열분해가스가 연소가스나 공기 등에 의해 희석되지 않아 열분해가스의 질이 좋아 연소시 유리한 장점이 있으나 열분해로에 외통이나 관을 설치하여야 하고 고온의 가스로부터 폐기물로의 열전달 효율이 낮아 열분해로의 부피가 커지며 가열기체를 발생시키는 고온의 열교환기를 필요로 하는 등 설비가 대형화되고 복잡하며 보수가 자주 이루어져야 하는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 과제는 보다 용이하게 열분해로의 가열 문제를 해결하고자 용융로의 배가스를 열분해로 내부에 직접 투입하고 있다.

열분해로에서 발생하는 열분해가스는 바로 후단의 연소실에서 고온으로 연소를 시키고 열분해고형물은 용융로로 보내어 연소시키면서 용융을 행하게 한다. 용융로에서는 1300℃ 이상의 고온으로 연소가 일어나고 이 연소 배가스를 용융로에서 필요로 하는 연소 공기를 예열하기 위하여 공기예열기 내부로 통과시킨다. 이 때 공기량을 조절하여 연소 배가스를 적정 온도로 냉각시킨 후 열분해로 내로 투입하고 용융로에서 필요로 하는 공기는 외에 다른 공기량은 외부로 배출시킬 수 있다. 용융로의 공기예열기 외에 별도의 열교환기를 설치하지 않고 폐기물을 가열할 수 있는 고온가스를 쉽게 마련하게 되고 이 가스가 폐기물과 직접 접촉을 하면서 빠르게 열전달이 일어나게 된다. 또 폐기물의 발열량이 너무 낮아 용융 배가스 열로서 열분해를 충분히 시킬 수 없을 경우에는 용융로 운전시 공연비를 높여서 용융 배가스의 산소 농도를 높이거나 별도의 공기를 용융 배가스에 추가하여 산소 농도를 높일 수 있어 열량이 모자랄 경우 열분해로 내에서 열분해 가스의 일부를 연소시키는 부분 산화 방식으로 모자라는 열량을 보충할 수도 있는 것이 특징이다. 용융로 내부에서는 고온으로 활발하게 연소가 일어나므로 배가스 중의 질소산화물의 농도가 높을 우려가 있으나 열분해로 후단의 연소실에서 다시 연소되므로 용융로 내부를 공연비 1 이하로 연소시켜 질소산화물 발생을 원천적으로 줄이고 또한 이를 열분해로 및 연소로로 순환시키면서 재연소시켜 연소가스재순환(EGR)에 의한 질소산화물 생성 저감 효과를 부가적으로 얻을 수 있는 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 구성으로서, 도 2는 본 발명의 공정 개략도이며, 이를 자세히 설명하면, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해부, 열분해 고형물을 연소, 용융시키는 용융부 그리고 열분해가스를 산화재와 혼합하여 완전 연소시키는 연소부로 크게 3부분으로 이루어진다.

이에 대한 구성을 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폐기물이 투입되는 폐기물 투입장치(1)와, 상기 폐기물 투입장치로부터 공급된 폐기물을 가열시키는 열분해로(2)와, 상기 열분해로(2)로부터 금속성분이 선별된 고형물이 공급되는 용융로(4)와, 상기 용융로(4)에서 배출되는 용융배가스(5)를 상기 열분해로(2)내로 공급시켜주는 용융배가스 회수관(17)과, 상기 열분해로(2)에서 건조를 거친 후 열분해된 열분해가스(7)는 상기 용융 배가스(5)와 혼합하여 유입시키는 연소실(9)과, 상기 연소실에서 배출된 연소가스를 냉각시키는 열교환기(11)로 이루어진 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 장치에 관한 것이다.

상기 열분해로(2)와 용융로(4)사이에 위치하되 상기 열분해로(2)에서 생성된 열분해가스(7)와 열분해 고형물(8)중에서 상기 열분해 고형물(8)을 이루는 가연성물질과 불연성물질을 각각 분리하는 금속분리기(12)를 포함하며, 상기 용융로(4)의 배출측에 위치하여 외부공기를 예열시키는 공기예열기(6)를 용융 배가스의 온도를 조절하는 기능을 포함하며, 용융로용 압입송풍기(13)에서 나오는 공기는 상기 공기예열기(6)와 상호 열교환되면서 공기량을 조절하고자 마련된 조절변(14,15,16)으로 이루어진다.

폐기물 투입장치(1)를 통해 열분해로(2)에 투입된 폐기물(3)은 용융로(4)에서 발생하는 용융배가스(5)에 의해 가열된다. 용융로(4)에서 발생하는 용융 배가스(5)의 온도는 일반적으로 1300℃ 이상이며 공기예열기(6)를 통과한 후 400∼800℃의 온도로서 열분해로(2)로 인입된다. 용융 배가스(5)는 열분해로(2) 내부의 폐기물(3)에 직접 접촉하면서 대류와 복사에 의해 계속적으로 열을 공급하여 폐기물을 열분해에 필요한 적정 온도까지 가열한다. 폐기물은 열분해로 내에서 건조를 거친 후 열분해하여 열분해가스(7)와 열분해고형물(8)을 생산한다.

열분해가스는 수소와 일산화탄소 등 가연성 가스를 포함하고 있으며 용융 배가스와 혼합되어 연소실(9)에 인입되고 압입송풍기(10)에 의해 공급된 연소공기를 만나 800℃ 이상으로 연소한다. 연소실(9)에서 나온 연소가스는 보일러나 열교환기(11)를 거치면서 냉각된 후 가스상, 입자상 유해물질을 제거하는 일반적인 후처리를 거친 후 굴뚝을 통해 외부로 배출된다.

열분해고형물(8)은 가연성 물질인 챠(char)와 불연성 물질로 구성되며 자석분리기와 비철금속분리기 등의 금속분리기(12)를 거치면서 불연성 물질 중 금속이 선별된 후 용융로(4)로 투입된다. 용융로(4)에 투입된 챠가 예열된 공기와 만나 1300℃ 이상의 온도로 연소하면서 불연물을 용융하게 되고 용융 슬래그는 용융로(4)의 하부로 배출된다. 된다. 용융 배가스의 온도 조절은 공기예열기(6)에서 예열되는 공기량에 의한다. 용융로용 압입송풍기(13)에서 나오는 공기는 필요시 조절변(14)에 의해 용융 배가스에 일부가 인입되고 대부분은 공기예열기(6)를 거치면서 자신은 가열되고 열교환 대상인 용융 배가스는 냉각된다. 공기예열기를 거친 예열 공기는 필요량 만큼 용융로에 공급되고 나머지는 배출되도록 조절변(15, 16)에 의해 유량을 제어한다.

본 발명에 따른 공정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 공정은 폐기물이 투입되는 투입단계와,

상기 투입단계로부터 공급된 폐기물을 가열시키는 열분해 단계와,

상기 열분해단계로부터 배출되되, 고형물성분이 연소 용융되는 단계와,

상기 용융단계로부터 배출되는 용융배가스를 상기 열분해 단계로 다시 공급시켜주는 용융배가스 회수단계와,

상기 용융배가스의 온도조절을 위하여 상기 용융배가스와 외부공기를 상호 열교환시키는 외부공기 열교환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해단계로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 공정으로 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 첫째, 용융로가 원래부터 가지는 공기예열기 외에 별도의 열교환기를 설치하지 않고도 폐기물을 가열할 수 있는 고온가스를 쉽게 만들 수 있다. 둘째, 용융 배가스가 폐기물과 직접 접촉을 하면서 빠르게 열전달이 발생하므로, 열분해로의 구조를 간단하게 하고 부피를 줄일 수 있게 한다. 셋째, 폐기물과 직접 접촉하는 용융 배가스의 온도 조절이 용이하며 산소 농도를 영으로 할 수 있어 열분해가스의 불필요한 산화를 방지할 수 있다. 넷째, 폐기물의 발열량이 너무 낮아 용융 배가스 열로서 열분해를 충분히 시킬 수 없을 경우에는 용융로 운전시 공연비를 높여서 용융 배가스의 산소 농도를 높이거나 별도의 공기를 용융 배가스에 추가하여 산소 농도를 높일 수 있어 열량이 모자랄 경우 열분해로 내에서 열분해 가스의 일부를 연소시키는 부분 산화 방식을 병행하여 모자라는 열량을 간단하게 보충할 수 있다. 다섯째, 용융로 내부에서는 고온으로 활발하게 연소가 일어나므로 배가스 중의 질소산화물의 농도가 높을 우려가 있으나 열분해로 후단의 연소실에서 다시 연소되므로 용융로 내부를 공연비 1 이하로 연소시켜 질소산화물 발생을 원천적으로 줄이고 또한 이를 열분해로 및 연소로로 순환시키면서 재연소시켜 연소가스재순환(EGR)에 의한 질소산화물 저감 효과를 부가적으로 얻을 수 있다. 여섯째, 상기의 여러 가지 장점에 의해 건설비와 운영비를 절감할 수 있어 폐기물의 열분해용융의 큰 걸림돌인 경제성을 높일 수 있다.

도 1 종래 방식에 따른 열분해로의 간접 가열 방식 공정 개략도

도 2 본 발명에 따른 열분해로의 직접 가열 방식 공정 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 폐기물 투입장치 2 : 열분해로

3 : 폐기물 4 : 용융로

5 : 용융배가스 6 : 공기예열기

7 : 열분해가스 8 : 열분해 고형물

9 : 연소실 10 : 압입 송풍기

11 : 열교환기 또는 보일러 12 : 금속분리기

13 : 압입송풍기 14, 15, 16 : 조절변

17 : 용융배가스 회수관

Claims (7)

1. 폐기물이 투입되는 폐기물 투입장치(1)와, 상기 폐기물 투입장치로부터 공급된 폐기물을 가열시키는 열분해로(2)와, 상기 열분해로(2)에서 생성된 열분해가스(7)와 열분해 고형물(8)중에서 상기 열분해 고형물(8)을 이루는 가연성물질과 불연성물질을 각각 분리하는 금속분리기(12)와; 상기 열분해로(2)로부터 금속성분이 선별된 고형물이 공급되는 용융로(4)와, 상기 용융로(4)에서 배출되는 용융배가스(5)를 상기 열분해로(2)내로 공급시켜주는 용융배가스 회수관(17)과, 상기 열분해로(2)에서 건조를 거친 후 열분해된 열분해가스(7)는 상기 용융배가스(5)와 혼합하여 유입시키는 연소실(9)과, 상기 연소실에서 배출된 연소가스를 냉각시키는 열교환기(11)로 이루어진 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 용융로(4)의 배출측에 위치하여 외부공기를 예열시키는 공기예열기(6)를 용융 배가스의 온도를 조절하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,

   용융로용 압입송풍기(13)에서 나오는 공기는 상기 공기예열기(6)와 상호 열교환되면서 공기량을 조절하고자 마련된 조절변(14,15,16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 장치.
7. 폐기물이 투입되는 투입단계와,

   상기 투입단계로부터 공급된 폐기물을 가열시키는 열분해 단계와,

   상기 열분해단계로부터 배출되되, 고형물성분이 연소 용융되는 단계와,

   상기 용융단계로부터 배출되는 용융배가스를 상기 열분해 단계로 다시 공급시켜주는 용융배가스 회수단계와,

   상기 용융배가스의 온도조절을 위하여 상기 용융배가스와 외부공기를 상호 열교환시키는 외부공기 열교환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융배가스를 열분해단계로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해 공정.