KR101288387B1 - 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용융물의 출탕로가 형성된 출탕부, 상기 출탕부 하면에 배치되는 가이드부 및 상기 가이드부의 하면에 냉각수를 분사하는 냉각부를 구비함으로써, 효율적인 냉각과 용이한 유지보수가 가능한 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로에 관한 것이다.

Description

출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로{TAPPING DEVICE AND GASIFICATION MELTING FURNACE COMPRINSING THE SAME}

본 발명은 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로에 관한 것이다. 보다 상세하게는 효율적인 냉각과 용이한 유지보수가 가능한 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로에 관한 것이다.

최근에 전세계적으로 산업발전 및 인구 증가에 따라 폐기물이 증가하고 있는 반면, 매립지의 부족이 심화되고, 폐기물 감량화 및 에너지회수에 가장 많이 활용되는 소각의 경우 다이옥신 등 유해물질과 중금속이 용출되는 소각잔재들이 발생하여 친환경적 관점에 많은 지적의 대상이 됨에 따라, 이와 같은 문제점을 해결하는 데 적합한 해결책으로서 플라즈마를 활용한 폐기물 처리 및 재활용 기술이 지속적으로 개발되고 있다.

플라즈마 가스화 용융 시스템은 폐기물을 고온의 플라즈마를 활용하여 친환경적으로 처리한 뒤, 폐기물이 함유하고 있는 에너지를 회수하고, 무기폐기물은 용융시켜 재활용이 가능한 무해 슬래그로 동시에 전환시킬 수 있는 시스템이다.

플라즈마 가스화 용융 시스템 중에서 대표적인 방식 중 하나는, 투입된 폐기물에 플라즈마를 인가하여 고온에서 가스화하고 잔재물은 용융물로 전환하는 방식이다. 이러한 방식에서 용융로는 일반적으로 수직 방향의 구조를 활용하게 되는데, 용융로의 상부에서 폐기물이 하부로 이동하며, 하부에서 폐기물이 용융 및 가스화되게 된다. 용융부의 바닥면에는 용융물에 의한 용탕이 형성되고, 생성된 합성가스는 용융부의 상부로 상승하여 용융부 밖으로 배출된다.

용융부 바닥면에 형성된 용융물은 하부에 형성된 출탕구를 통해 용융부 외부로 배출되고, 냉각수조에 투입되어 냉각된다. 그런데, 용탕이 형성되어 있는 용융로 내부는 물론 용융물 자체도 매우 높은 고온 상태이지만 용융로 외부는 상대적으로 낮은 온도 상태이다. 따라서, 용융물을 배출하는 출탕부는 용융물을 효과적으로 배출하기 위해서 지속적인 관리가 필요하다. 구체적으로는, 배출된 용융물이 급속하게 냉각되어 출탕로에서 고체화되는 경우에는 출탕로가 막히게 되며, 용융물의 냉각이 늦어지면 용융물의 높은 온도로 인해 출탕로가 침식되어 출탕구가 낮아지는 문제점이 있다.

따라서, 출탕구에서의 냉각 속도를 조절하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 일본공개특허 제1993-331467호는 출탕구 주변에 냉각수가 흐르는 냉각수관을 매설하여 출탕구의 온도를 조절하는 기술을 개시하고 있다.

하지만, 이러한 방법은 냉각수의 온도와 유량을 매우 정밀하게 조절해야 할 필요가 있으며, 만약 냉각수관에 문제가 생기는 경우에는 보수가 거의 불가능하므로 유지보수에 문제점이 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 제1993-331467호

본 발명은 출탕부의 냉각속도를 용이하게 조절할 수 있는 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 유지보수가 용이한 출탕 장치 및 이를 구비한 가스화 용융로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 용융물의 출탕로 및 상기 출탕로의 좌우에 형성된 측벽부가 구비된 출탕부; 및

상기 측벽부의 하부에 냉매를 분사하여 상기 출탕부를 냉각시키는 냉각부를 구비하는 출탕 장치.

2. 위 1에 있어서, 상기 출탕부의 하면에는 가이드부가 추가로 구비된 출탕 장치.

3. 위 1에 있어서, 상기 가이드부는 상기 출탕로의 하면과 상기 측벽부의 하면을 구분하는 벽체를 구비하는 출탕 장치.

4. 위 1에 있어서, 상기 가이드부는 상기 출탕로의 하면과 접하는 부분의 열전달계수가 상기 측벽부의 하면과 접하는 부분의 열전달계수 보다 작게 구성된 출탕 장치.

5. 위 1에 있어서, 상기 냉각부는 상기 냉매의 유량을 조절할 수 있는 수단을 구비하는 출탕 장치.

6. 위 1에 있어서, 상기 출탕로는 출구 쪽으로 갈수록 그 깊이가 깊어지거나 그 폭이 넓어지는 출탕 장치.

7. 위 1에 있어서, 분사된 냉매는 냉각수조로 회수되는 출탕 장치.

8. 위 1에 있어서, 분사되는 냉매는 냉각수조에서 공급되는 출탕 장치.

9. 위 1 내지 8 중 어느 한 항의 출탕 장치를 구비하는 가스화 용융로.

본 발명의 출탕 장치는 냉각부에서 분사되는 냉매의 유량을 조절함으로써 출탕 상태에 따라 용이하게 냉각 정도를 조절할 수 있으므로, 용융물의 출탕을 원활하게 유지할 수 있으며 출탕로의 침식을 효과적으로 방지할 수 있어 출탕부의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 출탕 장치는 냉매가 분사되는 방식으로 냉각을 하므로 냉각 정도의 조절 범위가 매우 넓고, 미세한 조절 역시 가능하다.

또한, 본 발명의 출탕 장치는 냉각부가 출탕부의 외부에 위치하므로 유지보수가 용이하다.

또한, 본 발명의 출탕 장치는 출탕부의 냉각에 사용된 냉매를 냉매조로 회수할 수 있고, 또는 냉각수조에 저장된 냉각수를 출탕부의 냉각에 사용되는 냉매로 사용할 수 있으므로 냉매의 재활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 출탕 장치의 출탕부의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 출탕부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 출탕부와 가이드부의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 출탕 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 출탕 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은, 용융물의 출탕로 및 상기 출탕로의 좌우에 형성된 측벽부가 구비된 출탕부; 및 상기 측벽부의 하부에 냉매를 분사하여 상기 출탕부를 냉각시키는 냉각부를 구비함으로써, 효율적인 냉각과 용이한 유지보수가 가능한 출탕 장치에 관한 것이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예로서 출탕 장치의 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명의 출탕 장치는 출탕부(10), 가이드부(20), 냉각부(30) 및 냉각수조(60)를 포함할 수 있다.

출탕부(10)의 개략적인 구조가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 (a)는 출탕부의 측면도, (b)는 정면도, (c)는 사시도이다. 출탕부(10)에는 용융물(100)이 출탕되는 출탕로(11)가 형성되어 있으며, 출탕로(11)의 좌우에는 측벽부(12)가 형성되어 있다. 용융로(40) 내부의 용탕의 높이가 점차 상승하게 되어 출탕로(11)의 입구측 높이까지 이르게 되면 출탕로(11)를 통해 용융물(100)이 용융로(40) 외부로 출탕되게 된다. 출탕로(11)는 용융물(100)이 역류하지 않도록 용융물(100)이 배출되는 측의 높이가 용융물(100)이 유입되는 측의 높이보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 출탕로(11)는 출구 쪽으로 갈수록 그 깊이가 깊어지거나 그 폭이 넓어지는 것이 용융물의 안정적인 출탕에 바람직하다.

출탕부(10)는 통상적으로 내화성 무기재료로 형성되나, 본 발명에 따른 출탕부(10)는 당분야에 공지된 재료를 특별한 제한없이 사용하여 제조될 수 있다.

냉각부(30)는 출탕부(10)의 측벽부(12)의 하부에 냉매를 분사하여 출탕부(10)를 냉각시키는 기능을 한다. 전술한 바와 같이, 출탕로(11)가 과냉각되면 출탕로(11)가 막히거나 출탕로(11)가 다른 곳에 새로이 생성되는 위험이 있다. 하지만, 본 발명의 냉각부(30)는 냉매를 측벽부(12)의 하부에 분사함으로써 측벽부(12)부터 냉각시키고 출탕로(11)를 측벽부(12)로부터의 열전달에 의해 간접적으로 냉각시킴으로써, 출탕로(11)의 급격한 냉각 및 과냉각을 방지할 수 있다.

또한, 냉각부(30)는 출탕부(10)와 이격된 상태에서 냉각 처리를 수행하게 되므로 출탕부(10)와 별개로 유지보수가 가능하므로 유지보수가 간단하고 용이하다.

냉각부(30)는 냉매의 유량 및 분사 간격 등을 조절할 수 있는 수단으로서 유량 조절 밸브(31)를 구비할 수 있다. 이에 따라 냉매의 유량 및 분사 간격 등을 조절하여 냉각 정도를 용이하게 조절할 수 있으며, 미세한 조절도 용이하게 수행할 수 있으므로, 다양한 외부 환경에 적합한 냉각 조건을 용이하게 만족시킬 수 있다.

냉각부(30)에서 사용되는 냉매로는 출탕부(10)를 냉각시킬 수 있는 유체라면 특별히 제한이 없으나, 냉각 효율을 위해서는 액체상이 바람직하며, 상용성, 경제성, 냉각효율 등 측면에서는 물(H₂0)이 보다 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예로서, 출탕부(10)의 하면에 가이드부(20)를 추가로 구비할 수 있다. 가이드부(20)는 출탕부(10)의 하면에 출탕부(10)와 접하도록 배치되어, 출탕부(10)의 하부로 분사되는 냉매 흐름을 가이드하는 기능을 하며, 추가적으로 출탕부(10)를 지지하는 기능을 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 출탕부(10) 및 가이드부(20)의 개략적인 분해사시도가 도시되어 있다. 가이드부(20)는 출탕부(10)와 접하고 있으므로 서로 열전달을 하게 되는데, 냉각부(30)는 가이드부(20)의 하면 중에서 측벽부(12)의 하면과 접하는 부분(측벽부 대응 영역)(22)에 냉매를 분사하여 가이드부(20)를 냉각시키게 되고 그에 따라 가이드부(20)와 접하고 있는 출탕부(10)도 냉각시키게 된다. 본 발명에 있어서, 출탕부(10)의 냉각은 가이드부(20)를 통해 간접적으로 이뤄지게 되므로, 출탕부(10)의 급격한 냉각 및 과냉각을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 가이드부(20)는 출탕로(11)의 하면과 접하는 부분(출탕로 대응 영역)(21)과 측벽부 대응 영역(22)이 서로 다른 열전달계수를 갖는 재료로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 출탕로 대응 영역(21)의 열전달계수가 측벽부(11) 대응 영역(22)보다 낮을 수 있다. 전술한 바와 같이, 출탕로(11)는 급냉각 및 과냉각되어서는 안되므로 측벽부 대응 영역(22)이 냉매로 냉각되더라도 출탕로 대응 영역(21)을 열전달계수가 낮은 물질로 형성함으로써 출탕로(11)의 과냉각을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가이드부(20)는 출탕로 대응 영역(21)과 측벽부 대응 영역(22)을 구분하는 벽체(25)를 구비할 수 있다. 벽체(25)는 측벽부 대응 영역(22)에 분사되는 냉매가 출탕로 대응 영역(21)으로 잘못 분사되거나 튀는 것을 방지하고 냉매의 올바른 분사를 유도하도록 할 수 있다.

가이드부(20)는 내열성이 우수한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 가공성 등을 고려할 때 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 SUS310 등의 내열강 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 냉각부(30)에서 분사된 냉매는 가이드부의 하면을 냉각시킨 후 냉각수조(60)로 회수될 수 있다. 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드부(20) 및 냉각부(30)의 하부측에 냉각수조(60)가 위치하도록 할 수 있다. 냉각수조(60)는 출탕부에서 출탕되는 용융물(100)을 냉각 및 고체화하여 외부로 배출하는 기능을 하는데, 본 발명에서는 사용된 냉매가 냉각수조(60)로 회수됨으로써 재활용이 가능하다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 냉각부(30)에서 분사되는 냉매는 냉각수조(60)에서 공급될 수 있다. 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각수조(60)에 저장된 냉각수(냉매)를 펌프와 같은 이송수단을 사용하여 냉각부(30)로 공급하게 되면, 추가적인 냉매 공급원을 별도로 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 냉각수조(60)에서 공급된 냉각수를 출탕부(10)의 냉매로 분사한 후에 다시 이를 냉각수조(60)로 회수하게 되면, 냉매의 재활용성을 더욱 높일 수 있다.

앞서 살펴본 본 발명의 출탕 장치는 당분야의 가스화 용융로에 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명이 적용될 수 있는 가스화 용융로의 예를 들면, 가스화 용융로는 가연성 물질 투입구를 통해 가연성 물질을 용융로 내부로 투입시키고, 플라즈마 토치와 같은 가열수단으로 가연성 물질을 고온으로 가열한다. 가열 공정을 통해 가연성 물질의 일부는 합성가스로 변환되어 용융로의 배출구를 통해 배출되고, 다른 일부는 용융되어 용융로 바닥면에 용탕을 형성한다. 바닥면에 형성된 용탕은 전술한 본 발명에 따른 출탕 장치를 통해 용융로 외부로 출탕된다. 출탕된 용융물은 출탕 장치의 출탕부와 출탕관으로 연통된 냉각수조로 낙하하여 냉각 및 고체화되어 외부로 이송된다.

이상 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 출탕부 11: 출탕로 12: 측벽부
20: 가이드부 25: 벽체
21: 출탕로 대응 영역 22: 측벽부 대응 영역
30: 냉각부 31: 유량 조절 밸브
40: 용융로 60: 냉각수조
100: 용융물

Claims (9)

1. 용융물의 출탕로 및 상기 출탕로의 좌우에 형성된 측벽부가 구비된 출탕부;
   상기 측벽부의 하부에 냉매를 분사하여 상기 출탕로는 측벽부로부터의 열전달에 의해 간접적으로 냉각되게 하는, 상기 출탕부를 냉각시키는 냉각부; 및
   상기 출탕부의 하면에 구비되며, 상기 출탕로의 하면과 상기 측벽부의 하면을 구분하는 벽체를 구비하는 가이드부;
   를 구비하는 출탕 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 가이드부는 상기 출탕로의 하면과 접하는 부분의 열전달계수가 상기 측벽부의 하면과 접하는 부분의 열전달계수 보다 작게 구성된 출탕 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각부는 상기 냉매의 유량을 조절할 수 있는 수단을 구비하는 출탕 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 출탕로는 출구 쪽으로 갈수록 그 깊이가 깊어지거나 그 폭이 넓어지는 출탕 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 분사된 냉매는 냉각수조로 회수되는 출탕 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서, 분사되는 냉매는 냉각수조에서 공급되는 출탕 장치.
   
9. 청구항 1 및 4 내지 8 중 어느 한 항의 출탕 장치를 구비하는 가스화 용융로.

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