KR20020035280A

KR20020035280A - 열분해 용융 방식을 이용한 폐기물 소각시스템

Info

Publication number: KR20020035280A
Application number: KR1020000065513A
Authority: KR
Inventors: 심성훈; 김석준; 길상인; 윤진한
Original assignee: 황해웅; 한국기계연구원; 김향원; 고려소각로공업주식회사
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-11
Also published as: KR100411606B1

Abstract

본 발명은 매립해야 할 소각재가 발생하지 않으며, 중금속이 용출되지 않는 용융 유리화된 슬랙으로 되어 골재등으로 자원활용이 가능하고, 맹독성 물질인 다이옥신의 발생이 극소화되는 환경친화적인 소각기능을 할 수 있는 열분해 용융 방식을 이용한 폐기물 소각시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 폐기물 소각로의 구조를 개선하여 소각재가 발생하지 않으며, 폐기물이 소각 용융되어 유리화된 슬랙은 골재로 재활용이 가능하고, 다이옥신과 같은 환경유해물질의 발생이 억제되도록 하는 열분해 용융 방식을 이용한 폐기물 소각시스템을 제공하는데 있다.

이를 위한 본 발명은, 투입된 폐기물(1)을 가열하므로써 고형 탄소물인 촤와 가연성의 가스로 변환시키는 열분해로(10); 상기 열분해로(10)에서 발생한 촤를 다음 장소로 이송시키는 촤 이송수단(20); 상기 고형의 촤와 가연성의 가스를 가열하여 착화하는 버너(35)가 장착되어 촤와 가연성의 가스를 고온으로 연소시킴에 따라 잔류물이 용융액상의 슬랙으로 되는 용융로(30); 상기 용융로(30)의 출탕부(32)에 설치되어 용융로(30)로부터 배출되는 액상의 슬랙을 가열하여, 액상의 슬랙이 유동성을 유지토록 하는 버너(34); 상기 용융로(30)로부터 배출되는 액상의 슬랙을 냉각시켜 고형화하는 급냉수조(40); 상기 급냉수조(40)의 고형화된 촤를 저장부(50)로 이송시키는 콘베이어(60); 상기 용융로(30)로부터 배출되는 미연가스를 완전 연소시키는 연소실(70); 상기 연소실(70)으로부터 배출되는 배가스중의 조대 분진을제거하는 사이클론(75); 상기 사이클론(75)으로 배출되는 배기가스의 현열을 회수하여 공기를 가열하는 열교환기(80); 상기 열교환기(80)에서 열을 회수하고 가열된 공기를 열분해로(10) 및 용융로(30)로 강제로 전달하여 주는 압입송풍기(90); 상기 열교환기(80)로부터 유입되는 배기가스에 약품을 투여하여 오염물질을 제거하는 세정기(100); 상기 세정기(100)를 통과한 배기가스에 포함된 미세분진등의 이물질을 여과하여 주는 필터(110); 상기 필터(110)의 출구부에 연결 설치되어 배기가스를 흡입함으로써 소각로 전체가 부압의 상태로 유지되게 하는 유인송풍기(120); 상기 유인송풍기(120)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 연돌(130); 상기 연돌(130)에서 배출되는 배기가스를 열분해로(10) 및 용융로(30)에 공급함으로써 질소산화물의 발생을 억제하는 배기가스 재순환관(150)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

열분해 용융 방식을 이용한 폐기물 소각시스템{a trash burn system}

일반적으로, 종래 폐기물 소각시스템은 폐기물 처리용량에 따라 대형 소각시스템과 중/소형 소각시스템으로 나뉘어지는데, 이 중 대형 소각시스템은 다이옥신의 발생량을 정부차원에서 규제하고 있지만, 중/소형 소각시스템은 다이옥신 발생에 대한 규제가 아직까지 이루어지지 않고 있다.

특히, 종래의 폐기물 소각시스템에서 발생되는 소각재는 폐기물 투입량의 약 10~15%정도인데 이는 전량 매립되고 있으며, 소각재중에는 유해한 환경오염물질인 중금속류가 다량 함유되어 있다. 따라서, 중금속류가 포함된 소각재를 매립할 경우에는 토질 및 지하수 오염등을 유발하게 되므로 심각한 환경오염원이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 폐기물 소각로의 구조를 개선하여 소각재가 발생하지 않으며, 폐기물이 소각되어 발생되는 잔류고형물은 전량 용융 유리화된 슬랙으로 되어 골재로 재활용이 가능하고, 다이옥신등의 환경유해물질의 발생이 억제되도록 하는 열분해 용융 방식을 이용한 폐기물 소각시스템을 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템의 구성도

도 2는 도 1의 A부 상세도

도 3은 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템의 각 부 온도를 나타낸 그래프

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 폐기물 10 : 열분해로

11 : 폐기물 투입구 12 : 버너

13 : 노즐 20 : 이송수단

21 : 푸셔 22 : 회전이송체

30 : 용융로 31 : 노즐

32 : 출탕부 33 : 골

34,35 : 버너 36 : 용융부

37,38 : 열전대 39 : 출탕구

40 : 급냉수조 50 : 저장조

60 : 콘베이어 70 : 연소실

75 : 사이클론 80 : 열교환기

90 : 압입 송풍기 100 : 세정기

110 : 필터 120 : 유인 송풍기

130 : 연돌 150 : 배기가스 재순환관

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

투입된 폐기물을 가열하므로써 고형 탄소물인 촤와 가연성의 가스로 변환시키는 열분해로; 상기 열분해로에서 발생한 촤를 다음 장소로 이송시키는 촤 이송수단; 상기 고형의 촤와 가연성의 가스를 가열하여 착화하는 버너가 장착되어 촤와 가연성의 가스를 고온으로 연소시킴에 따라 잔류물이 용융액상의 슬랙으로 되는 용융로; 상기 용융로의 출탕부에 설치되어 용융로로부터 배출되는 액상의 슬랙을 가열하여, 액상의 슬랙이 유동성을 유지토록 하는 버너; 상기 용융로로부터 배출되는 액상의 슬랙을 냉각시켜 고형화하는 급냉수조; 상기 급냉수조의 고형화된 촤를 저장부로 이송시키는 콘베이어; 상기 용융로로부터 배출되는 미연가스를 완전 연소시키는 연소실; 상기 연소실으로부터 배출되는 배가스중의 조대 분진을 제거하는 사이클론; 상기 사이클론으로 배출되는 배기가스의 현열을 회수하여 공기를 가열하는 열교환기; 상기 열교환기에서 열을 회수하고 가열된 공기를 열분해로 및 용융로로 강제로 전달하여 주는 압입송풍기; 상기 열교환기로부터 유입되는 배기가스에 약품을 투여하여 오염물질을 제거하는 세정기; 상기 세정기를 통과한 배기가스에 포함된 미세분진등의 이물질을 여과하여 주는 필터; 상기 필터의 출구부에 연결 설치되어 배기가스를 흡입함으로써 소각로 전체가 부압의 상태로 유지되게 하는 유인송풍기; 상기 유인송풍기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 연돌; 상기 연돌에서 배출되는 배기가스를 열분해로 및 용융로에 공급함으로써 질소산화물의 발생을 억제하는 배기가스 재순환관을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 용융로의 출탕부는 가열을 위한 버너를 설치하여 용융상태의 슬랙이 응고하지 않고 잘 흘러내릴 수 있게 하며, 또 용융되지 않은 고형물이 없게 하여 균질한 용융상태를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 열분해 방식을 이용한 폐기물 소각시스템의 구성도이며, 도 2는 도 1의 A부 상세도이다.

도면에 따르면, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 폐기물 투입구(11)를 통해 폐기물이 투입되는 열분해로(10)를 갖는다. 상기 열분해로(10)는 버너(12)에 의해 500℃ 정도로 예열된 후에 폐기물이 투입되며 폐기물은 이론 공기량보다 작은 공기 분위기에서 500~700℃로 가열됨에 따라 열분해되어 균질한 고형 탄화물인 촤와 가연성의 가스로 변환된다.

상기 열분해로(10)는 일반 케스타블 내화재로 시공하며, 상부에 에어자켓을 두어 직경 30mm의 노즐(13)을 통해 열교환기(80)에서 가열된 열분해용 공기를 공급한다. 이론공기량보다 적은 상태의 공기조건에서는 완전한 연소가 일어나지 않고 폐기물중의 휘발성분에 의해 화염이 형성되어 이 열에 의해 폐기물이 고형탄화물인 촤와 가연성의 가스로 변환되는 화염열분해가 일어나는데, 화염열분해는 폐기물의상부에만 화염을 형성시키게 되므로 공기의 노즐이 작아 유속이 빠르게 되면 국부적인 완전연소가 일어나 촤와 가연성의 가스로 변환시키는 열분해의 목적을 달성할 수 없게 되므로 상기의 노즐(13)과 같이 직경을 크게 하여 적은 양의 공기가 열분해로(10) 상부에 고르게 분포되게 하여 저온의 화염을 형성시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 폐기물 소각시스템은 상기 열분해로(10)와 연통되는 용융로(30)를 갖는다. 상기 용융로(30)는 고형의 촤를 열교환기(80)에서 가열된 공기와 함께 1200∼1300℃로 고온 연소시킴으로써 고형잔류물이 완전히 용융하여 액상의 슬랙으로 되는 구간이다.

이때, 상기 용융로(30)의 상부에는 용융부의 예열 및 온도유지와 촤 및 가스의 착화를 위한 주버너(35)가 장착되어 있으며, 측벽에는 열교환기(80)에서 가열된 공기를 공급하는 노즐(31)을 설치하여 촤와 가연성의 가스가 고온으로 완전 연소가 이루어지도록 하였다. 이때 용융로(30) 내부의 온도는 1200∼1300℃로 상승하게 되면 고형의 잔류물은 완전히 용융되어 경사로의 하부로 유동하게 된다. 상기 용융로(30)는 1800℃까지 견딜 수 있는 고온용 내화재를 사용하여 시공하도록 하였다.

또한, 상기 용융로(30)의 상부에는 2곳에서 용융로(30)의 분위기 온도를 측정할 수 있도록 R-type의 열전대(37,38)를 설치하였다 (참고로 R-type의 열전대란 섭씨 1600℃까지 측정 가능한 온도계를 일컫는다).

또한, 상기 용융로(30)에서 액상의 슬랙인 용탕이 유동하는 출탕부(32)는 용융로(30)에서 측면으로 이어진 경사로를 따라 유동하며, 이때, 버너(34)에 의하여지속적인 고온을 유지하여 용융된 슬랙이 응고되지 않고 유동성을 유지하여 출탕구(39)로 잘 배출될 수 있도록 하였다.

또한, 상기 열분해로(10)와 용융로(30)에는 그 내부를 관찰할 수 있도록 투시창을 설치하고, 오염되거나 과열되지 않도록 투시창의 안쪽부분에 공기가 공급되도록 하였다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 열분해로(10)와 용융로(30)의 사이에 열분해로(10)내의 촤를 용융로(30)로 일정한 분량으로 이송시켜주는 촤 이송수단(20)이 설치되어 있다.

상기 촤 이송수단(20)은 열분해로(10)와 용융로(30) 사이에 설치되어 수평 왕복 운동하는 적어도 하나 이상의 유압 실린더를 이용한 푸셔(21)와, 상기 푸셔(21)의 다음 위치에 설치되어 도면상 시계방향으로 회전하면서 촤를 일정한 분량으로 용융로(30)에 이송시키는 톱니바퀴 형상의 회전이송체(22)로 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 용융로(30)의 출탕구(39) 하측에 급냉수조(40)가 설치되어 있다.

상기 급냉수조(40)는 용융로(30)로부터 배출되는 액상의 촤를 냉각시켜 고형화하는 역할을 한다.

상기 급냉수조(40)에는 물이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 상부의 물이 계속 순환되게 하였다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 급냉수조(40)에서 냉각되어 고형화된 촤를 저장부(50)로 이송시키기 위한 수단인 콘베이어(60)가 설치되어있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 용융로(30)와 연통되게 설치되어 용융로(30)로부터 배출되는 배기가스 중의 미연분을 완전 연소시키는 연소실(70)이 설치되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각 시스템은 상기 용융로(30)로부터 배출되는 배가스중의 조대분진을 제거하는 사이클론(75)이 설치되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 연소실(70)로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하는 열교환기(80)가 설치되어 있다.

상기 열교환기(80)는 연소실(70)로부터 배출되는 고온의 배기가스의 열을 회수하여 압입송풍기(90)에서 공급되는 상온의 공기를 가열하여 열분해로(10)와 용융로(30)에 공급한다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 열교환기(80)로부터 유입되는 배기가스에 활성탄을 분무하여 다이옥신을 흡착하고 석회수를 분사하여 산성가스를 중화시키는 세정기(100)가 설치되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 세정기(100)를 통과한 배기가스에 포함된 미세분진을 여과하여주는 백필터(110)가 설치되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 백필터(110)의 출구부와 연결되어 소각로내에 부압을 유지시켜 주는 유인송풍기(120)가 설치되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폐기물 소각시스템은 상기 유인송풍기(120)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 연돌(130)이 설치되어 있다.

또한, 상기 연돌(130)에서 배출되는 배기가스를 열분해로(10) 및 용융로(30)에 공급함으로써 질소산화물의 발생을 억제하는 배기가스 재순환관(150)이 설치되어 있다.

이러한 구성을 갖는 열분해 방식의 폐기물 소각시스템의 운전시에는 유인송풍기(120)와 압입송풍기(90)를 가동한 후에 열분해로(10) 및 용융로(30)의 각 버너(12,34,35)를 가동시킨다. 이때, 열분해로(10)의 부압이 너무 커지면 로내의 열이 빨리 방출되어 각부의 온도 상승이 느리게 되므로 유인송풍기 입구의 댐퍼(121)을 최대한 닫아 로내의 열이 방출되는 것을 최대한 줄이는 것이 바람직하다.

상기 용융로(30)의 온도가 평균 600℃ 이상으로 예열되면 유인송풍기 입구의 댐퍼(121)를 열어 열분해로내의 압력을 -10mmH₂O정도로 유지한 후에 열분해로에 폐기물 투입량에 대한 이론공기량의 30%만을 공급하면서 폐기물 투입을 시작한다.

상기 열분해로(10)의 내부에 화염이 형성되고 열분해가 시작되면 용융로(30)의 온도는 빠르게 상승하기 시작하는데, 하부의 푸셔(21)는 열분해가 충분히 이루어진 후에 가동하여 촤를 용융로(30)의 용융부(36)로 공급한다. 이때, 용융로의 공기 댐퍼를 열어 촤가 충분히 연소될 수 있도록 공기량을 증가시킨다.

그리고, 용융로(30)의 상부온도가 1200℃ 이상으로 상승하면 연소되고 남은 회분과 같은 잔류고형물들이 용융하기 시작한다. 용융로(30) 상부의 온도가 더욱 상승하여 1250℃ 이상이 되면 용융된 액상의 슬랙들은 경사로를 따라 유동하여 출탕부(32)로 배출되게 된다.

이때, 용융부(36)에는 용융된 액상과 용융되지 않은 고상이 공존하는 상태이므로 이 부위에 촤를 갑자기 많이 공급하게 되면 촤가 폭발적으로 연소되어 비산되면서 다량의 매연이 발생하게 되므로 회전이송체(22)에 의하여 일정한 양의 촤가 용융부로 공급되도록 하여야 한다.

용융된 슬랙은 투입된 폐기물의 부피에 비해 감용율이 대단히 큰 관계로 매우 작은 부피만이 출탕부로 유동하게 된다. 따라서, 용융로(30)는 출구부로 갈수록 부피를 작게 하여야 열손실로 인해 용융된 슬랙이 응고하는 것을 방지할 수 있다.

용융된 액상의 슬랙은 출탕부(32)로 유동하여 급냉수조(40)로 낙하하게 되는데, 이 급냉수조(40)의 온도는 물을 계속 순환시키는 관계로 용탕이 낙하되어도 거의 온도의 변화가 없다.

정상온도에 도달하면 연소로(70)를 지난 배기가스의 온도는 900℃ 이상을 유지하는데, 이 배기가스는 열교환기(80)에서 연소용 공기를 정상상태에서 400℃ 이상으로 예열시키고, 세정기(100)외 백필터(110)를 통과하면서 150℃ 이하로 냉각되어 유인송풍기(120)를 통해 배출된다.

한편, 상기 열분해 용융 방식의 폐기물 소각시스템에 대한 일례의 운전결과를 참고적으로 설명한다. 본 실험에서는 중소도시의 소각장에서 소각되고 있는 폐기물을 대상으로 하였다.

도 3은 본 시스템의 각 부 온도를 나타낸 그래프이다.

도면에서 상부 2개의 온도는 용융로(30)에 설치된 열전대(37,38)의 온도를지시한다. 이 온도들이 600℃정도에 도달하면 폐기물을 투입하기 시작한다.

투입 시작 10분이 경과하면 열분해로(10)의 버너(12)를 가동 중지한다. 이때부터는 가열된 열분해로(10)에서 폐기물이 자발 착화하여 내부 온도는 800℃ 수준에서 거의 균일하게 유지된다.

폐기물이 투입되기 시작하여 용융부(36)에 촤와 가연성의 가스가 공급되기 시작하면 노즐(31)에서 분사되는 가열공기와 혼합되어 연소하면서 용융부(36)의 온도가 빠르게 상승하기 시작하여 약 1시간후에는 용융이 시작되는 온도인 1250℃ 부근에 도달하게 된다. 계속하여 용융부 중앙(38)의 온도가 1250℃ 부근을 유지하면서 고형의 잔류물이 완전히 용융되어 액상의 슬랙으로 유동하게 되어 출탕부로 배출되게 된다. 배출된 용융 슬랙은 수냉조에서 급냉되어 응고된다.

소각 잔류물이 전량 용융 유리화된 슬랙으로 됨에 따라 부피의 감용율은 99%이상이며 중량 대비 감량율은 90∼95% 수준이다.

이상과 같은 본 발명은 폐기물 소각로의 구조를 개선하여 매립이 필요한 소각재는 발생하지 않으며, 고형의 잔류물은 전량 용융 유리화된 슬랙으로 된다. 이 슬랙은 골재나 원자재로 재활용이 가능하다. 또한, 고온의 분위기에서 다이옥신과 같은 유기독성물질이 완전히 파괴되어 배기가스 처리로 유입되는 양이 극소화되는 효과를 얻게 된다.

Claims

투입된 폐기물(1)을 가열하므로써 고형 탄소물인 촤와 가연성의 가스가 공존하는 열분해로(10);

상기 열분해로(10)에 내장된 촤를 다음 장소로 강제 이송시키는 촤 이송수단(20);

상기 고형의 촤와 가연성의 가스를 고온으로 연소시킴에 따라 고형잔류물이 액상의 슬랙으로 되는 용융로(30);

상기 용융로(30)의 출탕부(32)에 설치되어 경사로를 따라 유동하는 용융액상의 슬랙을 가열하여 액상의 균질성을 유지한 상태로 잘 배출되게 유동성을 유지토록 하는 버너(34);

상기 용융로(30)로부터 배출되는 용융액상의 슬랙을 냉각시켜 고형화하는 급냉수조(40);

상기 급냉수조(40)에서 고형화된 슬랙을 저장부(50)로 이송시키는 콘베이어(60);

상기 용융로(30)로부터 배출되는 배기가스를 가열하여 완전 연소시키는 연소실(70);

상기 연소실(70)로부터 배출되는 배기가스중의 조대분진을 제거하는 사이클론(75);

상기 연소실(70)로부터 배출되는 배기가스의 열기를 회수하는 열교환기(80);

상기 열교환기(80)에서 회수된 고온열을 열분해로(10) 및 용융로(30)로 강제로 전달하여 주는 압입송풍기(90);

상기 열교환기(80)로부터 유입되는 배기가스에 약품을 투여하여 오염물질을 제거하는 세정기(100);

상기 세정기(100)를 통과한 배기가스에 포함된 분진등의 이물질을 여과하여 주는 백필터(110);

상기 필터(110) 설치부위에 연결 설치되어 소각로내에 부압을 형성하여 주는 유인송풍기(120);

상기 필터(110)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 연돌(130);

상기(130)에서 배기가스를 열분해로 및 용융로에 공급하여 질소산화물의 발생을 저감하는 배기가스 재순환관(150)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열분해 방식을 이용한 폐기물 소각시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 용융로(30)의 출탕부(32)에 측면으로 이어진 경사로를 따라 용융된 슬랙중에 포함된 일부 고형물을 완전히 용융시켜 균질하게 하고 용융된 슬랙이 유동성을 유지하여 용이하게 흘러내릴 수 있도록 가열용의 버너(34)를 설치한 것을 특징으로 하는 열분해 방식을 이용한 폐기물 소각시스템.