KR102302136B1

KR102302136B1 - 가스화 용융로용 출탕장치

Info

Publication number: KR102302136B1
Application number: KR1020200142169A
Authority: KR
Inventors: 안장홍
Original assignee: 주식회사케이.피.씨
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2040-10-29

Abstract

본 발명은 가스화 용융로용 출탕장치에 관한 발명으로, 금속재 블럭으로 형성하고 전, 후 방향으로 용탕의 입구(111) 및 출구(112)를 연결하는 출탕구(113)를 형성하는 출탕부(110)와, 출탕부(110)의 내부에 구비하되, 상기 출탕구(113)의 측부 및 저부 주변에 인접하여 냉각수로를 형성하는 냉각부(120)와, 출탕부(110)의 하측에 구비하고 유도코일(131)을 내장하여 상기 출탕부(110)의 온도를 가열하는 가열부(130)를 포함하고, 출탕구(113)는 저면을 일정 곡률로 만곡하여 반원 또는 호형 단면을 형성하는 것을 포함하여 구성함에 따라 종래 기술에 비해 출탕 효율 및 내구성, 생산성을 현저히 향상하는 것이 특징이다.

Description

가스화 용융로용 출탕장치{TAPPING APPARATUS FOR GASIFICATION MELTING FURNACE}

본 발명은 가스화 용융로용 출탕장치에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 가연성 폐기물을 플라즈마 가스화 처리하는 용융로의 출탕장치를 종래와 차별된 구조로 구성함으로써 출탕 효율 및 내구성, 생산성을 현저히 향상하는 가스화 용융로용 출탕장치에 관한 것이다.

일반적으로, 생활폐기물, 플라스틱, 의료폐기물, 축분, 폐배터리, 폐잡선 등의 각종 폐기물은 그 성상에 따라서 소각, 세절, 가스화 등의 방식을 적용하여 처리가 이루어지고 있다.

가연성 폐기물은 종래 대부분 소각 처리하여 폐기하였으나 먼지, 중금속, 다이옥신 등의 대기 및 토양 오염물질이 대량 발생하므로 환경에 악영향을 미치는 것은 물론 오염방지 시설 구축에 따른 경제적, 사회적 문제 등이 있다.

따라서, 최근에는 플라스틱과 같이 소각 시 오염물질이 다량 발생하는 가연성 폐기물을 플라즈마 가스화 용융하는 시스템을 이용하여 처리하는 방식이 적용되고 있다.

플라즈마 가스화 용융 처리 시스템은 용융로에 투입된 폐기물을 열분해하여 H₂, CO, CO₂ 등으로 가스화하여 처리하고, 슬래그 용탕은 별도 배출시키는 구성으로 이루어진다.

예컨대, 한국등록특허 제 10 - 0995900 호에는 폐기물을 가스화하여 가스화 생성물을 생성시키는 가스화 노와, 당해 가스화 생성물을 연소하여 용융 슬래그를 생성시키는 용융로를 구비하고, 용융로의 슬래그가 흘러 내려 떨어지는 곳으로부터 배출되는 용융 슬래그를 슬래그배출부를 거쳐 낙하시켜 슬래그냉각수와 접촉시킴으로써 수쇄 슬래그를 생성하는 폐기물의 가스화 용융시스템을 구성한다.

다른 예로서, 한국공개특허 제 10 - 2004 - 0095194 호 재를 함유하는 가연가스를 연소하여 상기 재를 용융하는 연소실과, 재를 용융하여 생성한 용융 슬래그를 배출하는 슬래그가 흘러 내려 떨어지는 곳을 구비한 용융로에 있어서, 슬래그가 흘러 내려 떨어지는 곳은 중앙에 개구가 형성된 블록 형태의 교환 가능한 내화재로 이루어지는 가스화 용융로를 구성한다.

또 다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 0889398 호에는 내화물로 이루어져 폐기물 시료가 용융되어지는 열용융로와, 열용융로의 일측에 설치되에 폐기물 시료를 투입하는 시료투입기와, 열용융로의 타측 상부에 형성되어 열용융로에서 배출되어지는 합성가스가 배출되어지는 가스배출구와, 열용융로의 외측에 형성되어 액체 상태의 슬래그가 배출되며 하부에 수봉식슬래그냉각조가 설치되어 고온의 액체상태의 슬래그를 냉각하는 슬래그배출구를 포함하는 초고온 용융방식 폐기물 가스화로를 구성한다.

상기와 같이 가스화 용융로에는 일측에 용융된 슬래그의 배출을 위한 출탕장치를 구비하는바, 한국등록특허 제 10 - 1288387 호에는 용융물의 출탕로 및 출탕로의 좌우에 형성된 측벽부가 구비된 출탕부와, 측벽부의 하부에 냉매를 분사하여 출탕로는 측벽부로부터의 열전달에 의해 간접적으로 냉각되게 하는 냉각부를 포함하는 출탕장치를 구성한다.

한국공개특허 제 10 - 2004 - 0095194 호 (2004.11.12) 한국등록특허 제 10 - 0995900 호 (2010.11.22) 한국등록특허 제 10 - 0889398 호 (2009.03.19) 한국등록특허 제 10 - 1288387 호 (2013.07.22)

상기와 같은 종래 기술이 적용되는 가스화 용융로용 출탕장치는 내화물 소재의 블록 형태로 마련되어 출탕로를 통해 슬래그 용탕을 배출시키는 구성으로 이루어진다.

그러나, 용융로에서 출탕장치를 통해 배출되는 용탕의 온도는 약 1100 - 1500℃이므로 특히 산화, 환원 분위기가 반복되는 플라스틱 폐기물의 경우 용탕에 의한 출탕장치의 내화물 침식이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 이와 같은 종래의 내화물 소재의 출탕장치는 가스화 용융로를 24시간 연속으로 운영 시 약 3일만에 심각한 수준의 침식이 발생하게 되는바, 출탕 공정을 일시 중단하고 침식 부위를 재시공한 후 가동해야 하므로 작업성 및 내구성을 현저히 저하시키는 문제점이 있다.

아울러, 출탕 공정을 중단하면 출탕장치의 출탕로에 용탕의 흐름이 멈춘 상태로 고여 응고되는 현상이 발생하며, 토치로 일일이 녹여서 제거하는 작업에만 5 ~ 6시간이 소요되고, 출탕 공정을 다시 시작하고 슬래그를 재용융하는데도 4 ~ 5시간이 더 소요되는 등 공정 로스가 발생하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

이에, 종래 기술에서는 출탕장치에 냉매를 분사하여 냉각함으로써 내화물의 침식을 방지하고자 시도하였으나 용탕의 응고 현상에 대처하기가 매우 어렵고 사실상 그 효과가 미미한 수준에 그치고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

금속재 블럭으로 형성하고 전, 후 방향으로 용탕의 입구(111) 및 출구(112)를 연결하는 출탕구(113)를 형성하는 출탕부(110)와,

상기 출탕부(110)의 내부에 구비하되, 상기 출탕구(113)의 측부 및 저부 주변에 인접하여 냉각수로를 형성하는 냉각부(120)와,

상기 출탕부(110)의 하측에 구비하고 유도코일(131)을 내장하여 상기 출탕부(110)의 온도를 가열하는 가열부(130)를 포함하고,

상기 출탕구(113)는 저면을 일정 곡률로 만곡하여 반원 또는 호형 단면을 형성하도록 구성한다.

또한, 상기 출탕구(113)는 입구(111)에서 출구(112)를 향해 20 ~ 30°로 하향 경사각을 형성하도록 구성한다.

또한, 상기 냉각부(120)는, 출탕구(113)의 양 측부를 따라서 20 ~ 30°로 경사각을 형성하는 출입관(121)과, 출탕구(113)의 저부에서 양측 출입관(121) 사이를 연결하고 일정 곡률로 만곡하는 순환관(122)으로 구성한다.

또한, 상기 가열부(130)는 출탕부(110)의 온도를 800 ~ 1000℃로 유지하도록 구성한다.

또한, 상기 출탕부(110)와 가열부(130) 사이에는 내화물 소재로 형성하고 일정 두께의 판상형으로 구비하는 절연부(140)를 포함하여 구성함으로써 출탕 효율 및 내구성, 생산성을 현저히 향상할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 가연성 폐기물을 플라즈마 가스화 처리하는 가스화 용융로에서 슬래그 용탕의 출탕 공정을 보다 효율적으로 처리하도록 마련되는 만능 출탕장치를 제공한다.

특히, 본 발명의 출탕장치는 출탕부의 소재 및 출탕구의 구조를 종래와 차별화함은 물론, 출탕부와, 냉각부, 및 가열부 구성을 효과적으로 탑재하여 구성함으로써 고온 용탕의 냉각량과 용탕의 열량이 평형을 이루도록 하는 메커니즘을 구현하는 이점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 기술에 비해 출탕장치의 내구성을 현저히 증대하고, 용탕에 의한 침식 및 응고 현상의 발생을 최소화하여 가스화 용융로를 24시간 연속으로 운영 시, 종래 3일만에 침식이 발생하였던 것에 비해 약 10일 이상 지속할 수 있는 등 작업성 및 생산성을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 사용 상태 예시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치를 이용한 열전달 해석 시험 예에 따른 결과도.

이하, 본 발명의 가스화 용융로용 출탕장치의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 아울러, 하기의 설명은 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 들어 설명하는 것이므로 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 제공될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 개략적인 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 측면도, 도 4는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치의 사용 상태 예시도, 도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치를 이용한 열전달 해석 시험 예에 따른 결과도를 도시한 것이다.

본 발명의 기술이 적용되는 가스화 용융로용 출탕장치는 가연성 폐기물을 플라즈마 가스화 처리하는 용융로의 출탕장치를 종래와 차별된 구조로 구성하고 고온 용탕의 냉각량과 용탕의 열량이 평형을 이루도록 하는 메커니즘을 구현함으로써 출탕 효율 및 내구성, 작업성, 생산성을 현저히 향상하는 가스화 용융로용 출탕장치에 관한 것임을 주지한다.

이를 위한 본 발명의 가스화 용융로용 출탕장치는 용융로의 출구와 연결하는 베이스블럭의 일측에서 사이드블럭에 의해 지지되어 용탕을 배출하도록 구비하는 가스화 용융로용 출탕장치(100)를 구성하며 구체적으로는 하기와 같다.

상기 출탕장치(100)는 출탕부(110)와, 냉각부(120)와, 가열부(130), 및 절연부(140)를 포함한다.

상기 출탕부(110)는 금속재 블럭으로 형성하고 전, 후 방향으로 용탕의 입구(111) 및 출구(112)를 연결하는 출탕구(113)를 형성하도록 구성한다.

상기 출탕부(110)는 금속재, 예컨대 동이나 합금 소재를 주물 성형에 의해 블럭 형상으로 성형하여 구비한다.

상기 출탕부(110)는 기존의 내화물 소재에 비해 약 1450℃의 고온 용탕에 의한 화학적, 물리적, 열적 충격을 완화하면서 후술하게 될 냉각부(120)에 의한 냉각능을 효과적으로 도출하도록 금속재로 구비하여 출탕장치의 내구성을 확보하도록 구성한다.

상기 출탕부(110)에 형성하는 출탕구(113)는 블럭 형상의 출탕부(110)의 상부에서 일정 깊이로 요입하여 입구(111)에서 출구(112)로 용탕이 이송되는 유로를 형성하도록 구비한다.

상기 출탕구(113)는 입구(111)에서 출구(112)를 향해 20 ~ 30°로 하향 경사각을 형성하도록 구성한다.

상기 출탕구(113)는 기존의 수평형 출탕로에 비해 약 30°의 각도로 경사지게 구비하여 고온의 용탕의 흐름 및 속도를 향상함으로써 출탕구(113)의 온도 상승에 의한 침식 유발을 방지하도록 구성한다.

상기 출탕구(113)는 기존의 사각 형상의 출탕로에 비해 용탕이 집중되는 저면 모서리부를 배제하고 용탕이 흐르는 영역 전반에 약 50 ± 5mm 곡률 반경을 적용하여 열기를 분산하면서 원활한 흐름을 유도하도록 구성한다.

또한, 상기 출탕구(113)의 입구(111) 및 출구(112)에는 약 20mm 곡률 반경의 라운드부를 형성하여 용탕의 투입 시 용손을 억제하고 원활한 출탕을 도출하도록 구성한다.

상기 냉각부(120)는 출탕부(110)의 내부에 구비하되, 상기 출탕구(113)의 측부 및 저부 주변에 인접하여 냉각수로를 형성하도록 구성한다.

상술한 바와 같이 상기 출탕구(113)는 저면을 일정 곡률로 만곡하여 형성하고 입구(111)에서 출구(112)를 향해 하향 경사진 구조로 이루어지는바, 상기 냉각부(120)는 출입관(121) 및 순환관(122)을 출탕구(113)의 구조에 따라서 인접하도록 배치하여 냉각 효율을 현저히 향상하도록 구성한다.

상기 출입관(121)은 출탕구(113)의 양 측부를 따라서 20 ~ 30°로 경사각을 형성하여 냉각수를 출입하고 상기 출탕구(113)의 양 측부를 냉각하도록 구비한다. 출입관(121)의 양 단부에는 소정의 밸브를 탑재하여 냉각수량을 조절하도록 구성한다.

상기 순환관(122)은 출탕구(113)의 저부에서 양측 출입관(121) 사이를 연결하고 일정 곡률로 만곡 형성하여 냉각수를 순환하고 상기 출탕구(113)의 저부를 냉각하도록 구비한다.

상기 가열부(130)는 출탕부(110)의 하측에 구비하고 유도코일(131)을 내장하여 출탕부(110)의 온도를 가열하도록 구비한다.

상기 가열부(130)는 예컨대 설비 이상이나 정비 등의 상황으로 출탕 공정을 중단 시 상기 냉각부(120)에 의한 냉각수 유동을 중지하고 상기 가열부(130)를 가동하여 금속재로 이루어지는 상기 출탕부(110)에 열을 전도하도록 구비한다.

상기 가열부(130)는 출탕부(110)의 온도를 800 ~ 1000℃로 유지하여 용탕이 응고되지 않고 배출 가능한 수준에서 상기 출탕부(110)의 온도가 과냉하지 않도록 일정 수준을 유지하여 추후 재가동 시 에너지를 절감하고 공정 시간의 지연을 방지하도록 구성한다.

한편, 상기 출탕부(110)와 가열부(130) 사이에는 내화물 소재로 형성하고 일정 두께의 판상형으로 구비하는 절연부(140)를 구비한다.

상기 절연부(140)는 약 50mm 두께로 형성하여 금속재로 이루어진 상기 출탕부(110)와 유도코일(131)을 내장하는 상기 가열부(130) 사이를 절연하면서 열전도가 효과적으로 이루어지도록 구성한다.

이하에서는 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명을 포함하는 시험 예를 구성하고 그에 따른 효과에 대해서 면밀하게 파악하고자 한다.

<시험 예>

본 발명에 따른 금속재(SUS)로 이루어지는 가스화 용융로용 출탕장치와, 종래의 출탕장치에 사용되는 크롬계 내화물(Cr₂O₃) 소재를 적용한 출탕장치를 이용하여 출탕 과정에서 열전달 해석 시험을 실시한다.

하기 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 종래 내화물이 적용된 출탕장치는 1200℃ 이상의 고온 영역이 증가하여 출탕블럭의 내구성이 현저히 저하되는 것이 비해, 본 발명에 따른 출탕장치는 고온 영역의 감소로 내구성 향상 효과를 도출할 수 있음을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 출탕장치(100)가 적용된 가스화 용융로는 예컨대 플라스틱 폐기물을 용융로에 투입하여 고온의 가열 공정에 의해 열분해하여 H₂, CO, CO₂ 등의 가스는 별도 처리하고, 돌 등의 무기물 슬래그로 이루어진 용탕은 본 발명에 따른 출탕장치를 통해 배출한다. 본 발명의 출탕장치(100)는 일반 가연성 폐기물은 물론, 고온의 용융 조건이 요구되면서 응고 상태에서 제거가 매우 어려운 플라스틱 폐기물의 플라즈마 가스화 용융로에도 적용할 수 있는 만능 출탕장치로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 출탕장치(100)를 가스화 용융로에 적용하여 출탕공정을 실시한 결과, 종래 기술에 따른 출탕장치에 비해 용탕의 흐름성 및 속도가 개선되어 출탕 공정의 소요 시간을 현저히 단축할 수 있었으며, 가스화 용융로를 24시간 연속으로 운영 시 종래 약 3일만에 출탕로에 침식이 발생하여 작업 중단이 요구되었던 것에 비해 본 발명의 출탕장치(100)는 상기 냉각부(120) 및 가열부(130)에 의해 출탕부(110)에 열적 평형이 유지되어 약 10일 이상 출탕공정을 지속할 수 있었다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 가스화 용융로용 출탕장치는 출탕부(110)의 소재 및 출탕구(113)의 구조적 차별성은 물론, 냉각부(120) 및 가열부(130) 구성을 탑재하여 고온 용탕의 냉각량과 용탕의 열량이 평형을 이루는 메커니즘을 구현하도록 구성한다.

따라서, 본 발명은 종래 기술에 비해 출탕장치의 내구성을 증대하여 용탕에 의한 침식 및 응고 현상의 발생을 최소화함으로써 작업성, 공정 효율, 및 생산성을 현저히 향상하는 등의 다양한 효과가 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 클 것으로 기대된다.

100: 출탕장치
110: 출탕부
111: 입구
112: 출구
113: 출탕구
120: 냉각부
121: 출입관
122: 순환관
130: 가열부
131: 유도코일
140: 절연부

Claims

금속재 블럭으로 형성하고 전, 후 방향으로 용탕의 입구(111) 및 출구(112)를 연결하는 출탕구(113)를 형성하는 출탕부(110)와,
상기 출탕부(110)의 내부에 구비하되, 상기 출탕구(113)의 측부 및 저부 주변에 인접하여 냉각수로를 형성하는 냉각부(120)와,
상기 출탕부(110)의 하측에 구비하고 유도코일(131)을 내장하여 상기 출탕부(110)의 온도를 가열하는 가열부(130)를 포함하고,
상기 출탕구(113)는,
입구(111)에서 출구(112)를 향해 20 ~ 30°로 하향 경사각을 형성하여 고온의 용탕의 흐름 및 속도를 향상하고, 저면을 50 ± 5mm 곡률 반경으로 만곡하는 반원 또는 호형 단면을 형성하여 열기를 분산하면서 흐름성을 향상하도록 구비하고,
상기 냉각부(120)는,
출탕구(113)의 양 측부를 따라서 20 ~ 30°로 경사각을 형성하는 출입관(121)과, 출탕구(113)의 저부에서 양측 출입관(121) 사이를 연결하고 상기 출탕구(113)에 상응하는 곡률로 만곡하는 순환관(122)을 포함하고,
상기 가열부(130)는,
출탕부(110)의 온도를 800 ~ 1000℃로 유지하여 출탕 공정이 중단 시에도 출탕부(110)의 온도가 과냉하지 않도록 유지하고 재가동 시 에너지를 절감하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 가스화 용융로용 출탕장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 출탕부(110)와 가열부(130) 사이에는,
내화물 소재로 형성하고 일정 두께의 판상형으로 구비하는 절연부(140)를 구비하여 금속재로 이루어지는 상기 출탕부(110)와 유도코일(131)을 내장하는 상기 가열부(130) 사이를 절연하면서 열전도가 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 가스화 용융로용 출탕장치.