KR20090117377A - 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법을 개시한다. 본 발명은 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼를 구비하며, 상기 메인호퍼를 통해 투입되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 열분해스크류가 회전 가능하게 설치되는 열분해기 몸체; 상기 열분해기 몸체의 외측에 설치되어 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해실; 상기 열분해실의 일측에 마련되며, 열분해기 몸체로 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 비응축가스를 연소시켜 상기 열분해실에 열을 공급하는 연소실을 포함한다.

가연성 폐기물, 건조수단, 건조실, 건조스크류, 열분해수단, 열분해실, 열분해스크류

Description

가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법{scrapped material thermal resolution system and method thereof}

본 발명은 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해시켜 공해물질 배출을 줄이고 수율 및 기능을 향상시킬 수 있도록 한 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 발전으로 인한 공장 증가로 난분해성 폐기물 증가, 음식 문화의 다변화로 인해 수분을 많이 함유하는 음식물 쓰레기 및 축산농가로부터 배출되는 축산 폐기물의 배출량은 대폭적으로 증대되고 있으나, 이들 액상 및 고상의 폐기물을 소정의 소각장치를 이용하여 건조 및 연소시켜 소각하는 데에는 처리비용 및 공간의 한계에 직면하게 되므로, 폐기물의 대부분은 매립(埋立) 또는 불법처리하는 방식을 채택하고 있는 실정이다.

이로 인해, 음식물 쓰레기 및 산업 폐기물로부터 발생하는 침출수 등으로 인해 토질 및 지하수가 심각하게 오염되며, 축산 오폐수의 무단방류로 인해 하천수의 오염이 심각해지는 문제점을 갖게 된다.

이러한 폐기물을 처리하기 위해서 열분해장치가 적용되었는데, 종래에 사용되는 열분해장치는 배치(batch) 식으로 일정한 분량의 폐기물을 열분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로부터 고온의 열을 가하여 열분해실을 소정 온도로 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 회분식의 방법을 채택하고 있다.

그런데, 배치 타입의 열분해 방식은 여러 물질이 혼합되는 폐기물의 열분해에 많은 어려움이 뒤따르고, 특히 이물질(초자류, 흙, 비철금속류 등)이 혼합되는 경우 열전달이 원활하게 이루어지지 않게 되어 열분해로 인해 폐기물로부터 정제유를 생산하는 데 한계를 갖게 되어 그 사용가치가 떨어지는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기에서 간접적으로 열을 가하여 열분해하는 경우, 폐기물을 소정량씩 지속적으로 투입하고 열분해 과정을 거쳐 배출되는 탄화재는 연속적으로 배출시킬 수 있도록 하여 열분해 장치의 수율 및 기능을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 폐기물의 열분해시 간접적으로 접촉되는 열 접촉면적을 최대화하여 폐기물의 열분해 속도를 높임에 따라 값비싼 기기의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고온의 열분해가스 중 비응축가스를 연소실 버너의 자체의 열원으로서 활용하여 외부로부터 별도의 연료 공급이 불필요하여 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼를 구비하며, 상기 메인호퍼를 통해 투입되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 열분해스크류가 회전 가능하게 설치되는 열분해기 몸체; 상기 열분해기 몸체의 외측에 설 치되어 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해실; 상기 열분해실의 일측에 마련되며, 열분해기 몸체로 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 비응축가스를 연소시켜 상기 열분해실에 열을 공급하는 연소실을 포함하는 가연성 폐기물의 열분해시스템이 제공된다.

또한, 고상 또는 액상의 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼를 구비하며, 폐기물에 함유된 수분을 제거하는 건조스크류가 구비된 건조기 몸체; 상기 건조기 몸체의 외측에 설치되어 간접 가열 방식으로 폐기물에 열을 가하는 건조실; 상기 건조기 몸체의 하측에 위치하여 건조기 몸체로부터 제공된 폐기물을 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 열분해스크류가 구비된 열분해기 몸체; 상기 건조실과 연통되도록 상기 열분해기 몸체의 외측에 설치되어 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해실; 상기 열분해실의 일측에 마련되며, 열분해기 몸체로 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 비응축가스를 연소시켜 상기 열분해실에 열을 공급하는 연소실을 포함하는 가연성 폐기물의 열분해시스템이 제공된다.

또한, 분쇄 및 선별처리되어 공급되는 가연성 폐기물을 메인호퍼를 통해 건조기로 공급하는 폐기물 공급단계; 상기 건조기에 투입되는 폐기물을 건조스크류에 의해 이송하면서 고온 및 저산소 상태의 건조실 분위기를 유지하여 간접가열에 의해 수분을 제거하는 건조단계; 건조된 폐기물을 공급받아 열분해스크류에 의해 이 송, 용융 및 기화시키되, 고온 및 저산소 상태의 열분해실 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해단계를 포함하는 가연성 폐기물의 열분해방법이 제공된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법은 아래와 같은 효과를 갖는다.

첫째, 폐기물의 열분해시 열 접촉면적을 최대화하여 폐기물의 열분해 속도를 높여 열분해시스템의 작업성을 현저하게 향상시키고, 폐기물을 이송, 건조 및 고온 열분해시키는 공정을 무인 자동화하여 인건비를 대폭 줄일 수 있다.

둘째, 고온의 열분해가스를 연소실 버너의 자체의 열원으로 활용할 뿐만 아니라, 열분해가스를 침전응축시켜 정제유를 생성하여 열분해시스템을 가동하기 위한 초기연료로 사용함으로써 외부로부터 별도의 연료 공급이 불필요하여 에너지를 절감할 수 있다.

셋째, 고상 또는 액상의 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기에서 간접적으로 열을 가하여 열분해하는 경우, 폐기물을 소정량씩 지속적으로 투입하여 열분해시 배출되는 탄화재는 연속적으로 배출시킬 수 있어 열분해 장치의 수율 및 기능을 대폭 향상시켜 동업종 분야에서 경쟁력을 갖게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 의한 열분해시스템이 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 실시예의 열분해시스템은 분쇄된 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단(100), 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단(200), 열분해수단으로 투입되는 폐기물을 정량화하는 자동 계량수단(300), 정량화된 폐기물을 열분해수단으로 투입하는 자동 투입수단(400), 폐기물의 열분해시 생성된 열분해가스로부터 염소를 제거하는 가스 개질수단(500), 개질된 가스를 이용하여 정제유를 생성하는 정제유 생성수단(700) 및 열분해수단(200)으로부터 열분해된 후 배출되는 탄화재(char)를 연속적으로 배출시키는 탄화재 배출수단(600)을 포함한다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 열분해시스템에서 사용되는 열분해 원리는 가연성 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 간접적으로 열을 가하면 열분해공간은 환원성 분위기가 조성되고, 폐기물은 분해되어 기체, 액체로 증발되며, 분해되지 않는 것은 고체(char)로 남게 된다.

즉, 폐기물(가연성 고분자화합물을 의미함) + 열 = 기체(비응축가스) + 액체(정제유) + 고체(char)임을 알 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 건조수단(100)은 투입된 가연성 폐기물을 연속적으로 열분해하고 남는 잔열을 열분해수단(200)으로부터 공급받아서 건조를 행하는 것으로, 소정 직경의 건조기 몸체(110)를 갖는다. 건조기 몸체(110)의 내부에는 폐기물에 함유된 수분을 건조시킬 수 있도록 회전 가능한 한 쌍의 건조스크류(120)가 수평으로 설치되며, 이 건조스크류(120)의 일측에는 구동모터(130)가 연결되어 구동력을 제공한다.

건조기 몸체(110)는 다단계로 구분될 수 있으며, 본 실시예에서는 3단계로 구분된다. 즉, 후술하는 메인호퍼(150)로부터 공급된 폐기물의 진행 순서에 따라 제1몸체(111), 제2몸체(112), 제3몸체(113)로 구분되며, 각각의 몸체는 단계적으로 내경이 확대되도록 단차 형성된다.

제1몸체(111)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 메인호퍼(150)로부터 공급된 가연성 폐기물이 건조수단(100)의 내부로 용이하게 이송될 수 있도록 스크류날개(121)의 윗부분에 공간이 형성된 유선형 구조로 이루어진다.

제2몸체(112)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 유선형 구조에서 하부와 좌ㆍ우측 옆으로 늘어나서 원형으로 변하며 이때 스크류날개(121)의 크기도 증가하는 형태를 취하는데, 이 부분에서 가연성 폐기물의 가열이 본격화되어서 수분이 증발하기 전까지 예열이 되면서 이동하고 충분한 열전달 면적을 제공함으로써 건조 효율이 극대화된다.

제3몸체(113)는 본격적으로 수분이 증발하는 구간으로서, 도 3c에 도시된 바와 같이 스크류날개(121)의 윗부분에 공간이 형성되며 제2몸체(112)의 원형에서 다시 유선형의 구조를 가짐으로써 증발되는 수분이 자연스럽게 배출되는 구조를 갖는다. 이때, 제3몸체의 스크류날개(121) 끝단에는 리프트(122)가 연결되어 뭉쳐있는 폐기물을 비산시키고 열전달이 원활히 되도록 도와서 건조 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 제3몸체(113)의 외주면에는 건조실(140)의 내경과 대응되는 직경의 나선형 열가이드(114)가 설치된다. 즉, 후술하는 열분해기 몸체(210)를 가열한 후 열원이 배출되는 과정에서 건조실(140) 내에서 열원이 충분한 시간 동안 체류하도록 열가이드(114)를 따라 나선형으로 열원이 배출된다.

건조기 몸체(110) 중 제1몸체(111)의 일측에는 수분이 함유된 폐기물이 투입되는 메인호퍼(150)가 설치되며, 이 메인호퍼(150)의 상부와 하부에는 투입되는 가연성 폐기물의 양을 항상 일정하게 메인호퍼(150)에 저장할 수 있도록 각각 폐기물 감지센서(151)(152)가 부착된다.

폐기물 감지센서(151)(152)는 가연성 폐기물의 투입컨베이어(도시 생략)의 이송투입량을 자동 조절하여 항상 설정치 이하(하부의 폐기물 감지센서 이하)로 가연성 폐기물이 내려가지 않도록 한다. 이에 따라 건조수단(100)의 외부로 열손실을 최소화하는 한편 건조수단(100) 내로 유입되는 공기량을 최소화하며, 공기의 역류를 막는 역할을 수행한다.

한편, 건조기 몸체(110)의 외측에는 불연성 재질로 이루어진 중공체의 건조실(140)이 마련된다. 건조 과정은 간접열에 의한 흡열반응으로 진행되고, 건조실(140) 내의 산소량을 제어하여 화재의 위험도를 낮추도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 건조실(140)의 건조열원은 후술하는 열분해실(240)에서 배출되는 500℃ 이상의 고온의 열원을 그대로 공급받아 사용하며, 건조실(140)은 열분해실(240)의 상측에 연통되도록 위치하여 대류 현상에 의한 자연스러운 열의 흐름에 의해 건조작업이 진행된다.

본 실시예에서, 가연성 폐기물을 열분해하는 온도는 350∼500℃ 사이에서 이루어지며, 이 온도는 열분해기 몸체(210)의 내부온도이고 외부의 가열에 사용되는 열원의 가열온도는 800∼950℃에 이르므로 가연성 폐기물을 열분해하고 외부로 버려질 때의 폐열의 온도는 500℃ 이상이다. 열분해하고 버려지는 폐열의 온도는 열분해가 이루어지지 못하는 온도의 범위에 있어서 건조수단(100) 내에서 건조 이상의 열분해는 이루어지지 않는다. 따라서 열분해한 뒤 버려지는 폐열은 건조의 열원으로 적합하여 이 열원으로 건조를 진행하게 되는 것이다.

이러한 건조수단(100)은 열분해수단(200)의 상측에 위치하여 수분이 증발한 상태로 열분해수단(200)의 내부로 투입된 폐기물을 가열하기 위한 열분해온도를 증가시키는 시간과 열량을 줄여서 적은 면적에서 많은 양의 폐기물을 처리할 수 있도록 구성된 것이다.

증발하는 수분은 제3몸체(113)의 상측에 형성된 배출포트(141)를 통해 냉각장치와 압축장치를 거친 뒤 800℃ 이상의 가스연소용 공기로 생성되며, 이렇게 생성된 가스연소용 공기는 후술하는 열분해수단(200)의 연소실로 투입되어 열분해 열원으로 재활용된다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 열분해수단(200)은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해하도록 열분해 기 몸체(210)를 갖는다. 열분해기 몸체(210)의 내부에는 자동 투입기(400)를 통해 배출되는 폐기물을 이송 및 열분해시키는 열분해스크류(220)가 구동모터(230)에 의해 회전 가능하게 설치된다.

열분해기 몸체(210)의 외측에는 고온(350∼500℃) 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 단열재로 이루어진 열분해실(240)이 마련된다.

한편, 폐기물의 열분해시 발생하는 열분해가스 중 탄소고리가 적은 응축이 되지 않은 가벼운 가스로서 C₃H₈, C₅H₁₂(프로판가스, 부탄가스)가 주종을 이루는데, 열분해실(240)의 하측에는 이를 연소시켜 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로 이용하도록 열분해실(240)에 고온의 열을 공급하는 연소실(250)이 마련되고, 이 연소실(250)에는 버너(251)가 구비된다.

열분해기 몸체(210)는 건조기 몸체(110)와 마찬가지로 폐기물의 진행 순서에 따라 제1몸체(211), 제2몸체(212), 제3몸체(213)로 구분되며, 각각의 몸체는 단계적으로 내경이 확대되도록 단차 형성되어 3단계의 과정을 거치면서 열분해 공정을 수행한다.

제1몸체(211)는 유선형의 형태를 취하고, 그 상부에는 열분해스크류(220)의 스크류날개(221)와 이격되어 부피가 큰 폐기물이 이송할 수 있는 공간이 형성되어 폐기물의 투입을 안정적으로 진행할 수 있도록 하고, 이때 제1몸체(211)에서의 스크류날개(221) 간의 간격은 비교적 넓게 형성하여 자동 투입수단(400)을 거쳐서 들 어오는 폐기물을 무리 없이 소화할 수 있도록 한다.

이때, 제1몸체(211)의 입구 측에는 액상의 폐기물이 투입되는 액상 폐기물 공급수단(260)이 더 구비될 수 있다. 액상 폐기물 공급수단(260)은 젤 상태의 폐기물을 저장하며 배관을 통해 열분해수단(200)의 제1몸체(211)와 연결되는 저장탱크(261)와, 저장된 폐기물을 열분해수단(200) 측으로 펌핑하는 이송펌프(262)로 구성된다. 따라서, 저장탱크(261)에 저장된 액상의 폐기물은 메인호퍼(150)를 통해 열분해기 몸체(210)로 제공되는 고상의 폐기물과 혼합 이송되어 폐기물 처리 과정을 거치게 된다.

제2몸체(212)는 유선형에서 원형의 구조로 변화되며, 고체상태의 가연성 폐기물을 액체상태로 용융시키기 위해 열분해 접촉면적을 최대화할 수 있도록 열분해기 몸체(210)와 열분해스크류(220)의 간극을 최소화한다. 즉, 제1몸체(211)의 유선형 구조에서 열분해스크류(220)의 축을 기준으로 스크류날개(221)가 증대되어 본격적인 폐기물의 열적 분해가 이루어지는 구간으로 스크류날개(221) 간의 간격은 약간 좁아져서 열전달 면적을 크게 한다. 또한 열분해스크류(220)가 열분해기 몸체(210)와 간격이 없도록 정밀하게 제작됨으로써 발생하는 가스의 역류를 막아주는 기능을 한다.

제3몸체(213)는 원형에서 다시 유선형의 형태를 취하며, 용융된 액체상태의 폐기물을 가스상태와 고체상태로 변환시키기 위해서 발생된 가스를 외부로 유도할 수 있도록 열분해스크류(220)의 상부에 공간이 형성된다. 한편, 제3몸체(213)의 스크류날개(221) 끝단에는 리프트(222)가 연결되어 뭉쳐있는 폐기물을 비산시키고 열 전달이 원활히 되도록 도와서 열분해속도를 최대화하며, 액상(젤 상태)의 폐기물은 중력에 의해서 열분해기 몸체(210)의 아래쪽에 주로 존재하는데 리프트(222)는 이를 비산시킴으로써 스크류날개(221)는 물론 열분해기 몸체(210)에까지 폐기물이 골고루 퍼지게 해서 젤 상태의 폐기물이 가스상태로 변환되는 열분해속도를 높여주는 기능을 수행한다. 즉, 리프트(222)는 단시간 내에 폐기물을 가스화시킬 수 있도록 해 줌으로써 전체 공정에 대한 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 열분해수단(200)에서 열전달 및 열분해속도는 중요한 부분으로서, 제3몸체(213)의 외주면에는 열분해실(240)의 내경과 대응되는 직경의 나선형 열가이드(214)가 결합된다. 즉, 연소실(250)에서 공급되는 열원이 열분해기 몸체(210)를 가열한 후 배출되는 과정에서 열분해실(240) 내에서 열원이 충분한 시간 동안 체류하도록 열가이드(214)를 따라 나선형으로 열원이 배출된다.

또한, 건조수단(100)과 열분해수단(200)의 상하 다단 배열시 하나의 열분해 공간 안에 건조기 몸체(110)와 열분해기 몸체(210)를 다단으로 배치하면 각각의 몸체에 들어있는 폐기물의 상태가 다르고 온도의 편차가 심해서 열분해 효율이 저하되는 현상이 발생하는 바, 본 실시예에서는 건조기 몸체(110)와 열분해기 몸체(210)는 건조실(140) 및 열분해실(240)에 따른 독립된 열분해 공간을 가지고 각각의 온도를 제어한다. 이에 따라 상하로 마련된 열분해 공간을 유기적으로 연결하여 각자가 열분해온도를 보정을 하면서 각 단의 전체적인 온도를 적정하게 조정할 수 있게 되는 것이다.

열분해기 몸체(210) 중 제3몸체(213)의 끝단에는 폐기물의 열분해시 발생된 열분해가스가 충분히 머물면서 배출될 수 있는 체류공간이 마련된 가스 개질수단(500)이 설치되고, 열분해되고 남은 탄화재는 제3몸체(213)의 하측에 연결된 탄화재 배출수단(600)을 통해 배출된다.

한편, 건조와 열분해 작업을 위한 스크류는 수평으로 설치하되 열적 휨 현상으로 인하여 무한대로 길게 할 수 없는 기계적 결함이 있으므로, 본 실시예에서는 열분해수단(200)과 예비 열분해를 위한 건조수단(100)을 상하로 다단 배치하여 안정적이면서도 신속하게 열분해 작업을 진행할 수 있게 된다. 이때, 본 실시예에서는 건조수단과 열분해수단을 상하 2단으로 배치하였으나, 도 10과 같이 대용량의 폐기물 처리 등이 요구될 경우에는 건조수단(100')과 열분해수단(200')을 3단 또는 그 이상의 다단으로 형성할 수도 있음은 물론이다. 이때, 건조스크류(120') 및 열분해스크류(220')는 공정 효율을 높이기 위해 건조기 몸체(110') 및 열분해기 몸체(210')의 내부에 한 쌍이 나란히 배치될 수도 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자동 계량수단(300)은 건조수단(100)과 자동 투입수단(400)의 사이에 연결 설치되는 계량호퍼(310)를 구비한다. 계량호퍼(310)의 외주면에는 폐기물의 중량을 감지하는 로드셀(320)이 설치되며, 계량호퍼(310)의 하부 출구 측에는 폐기물의 배출을 제어하는 슬라이드 게이트(340)가 장착된다.

자동 계량수단(300)은 건조수단(100)과 열분해수단(200)의 중간에 위치하여 건조수단(100)의 열팽창과 열분해수단(200)의 열팽창으로부터 자유롭도록 독립적으 로 존재하면서도 외부의 공기를 차단할 수 있도록 계량호퍼(310)의 상단과 하단의 연결부위에는 모두 플랙시블 조인트(330)가 설치된다.

즉, 건조수단(100)에서 배출되는 폐기물의 정량을 계량할 수 있는 장치가 독립적으로 존재하여 건조수단(100)에서 연속적으로 건조되어 배출되는 폐기물을 일정량씩 계량하여 열분해수단(200)으로 보내며, 계량저울인 로드셀(320)에서 나오는 전기신호에 의해 건조수단(100)을 연동시킴으로써 건조수단(100)의 배출량 및 열분해수단(200)으로 투입되는 폐기물의 양을 정확하게 제어할 수 있다.

자동 투입수단(400)은 고상의 폐기물이 자동 계량수단(300)으로부터 공급받도록 투입호퍼(410)를 구비하며, 이 투입호퍼(410)로부터 폐기물을 일정량씩 자동으로 배출시킬 때 열분해수단(200)으로부터 배출되는 소량의 열분해가스를 상부의 자동 계량수단(300)을 거쳐서 건조수단(100) 내로 유입시켜서 재활용한다.

투입호퍼(410)에는 적어도 1개 이상(본 실시예에서는 2개)의 슬라이드 게이트(420)가 설치되며, 이러한 슬라이드 게이트(420)는 유압/공압 실린더에 의해 작동하는 게이트몸체, 슬라이딩시 기밀을 유지하기 위한 실링유니트 및 슬라이딩 가이드로 구성된다.

슬라이드 게이트(420)는 외부의 공기를 차단하면서 열분해수단(200)을 연속 동작시키는 기능을 하므로 2단 이상의 구조를 가지며, 슬라이딩 작동시 미세한 이물질이나 길이가 긴 이물질이 함유된 가연성 폐기물이 작동하는 과정에서 슬라이더의 끝단을 통해서 게이트몸체에 삽입되는 경우가 발생하는 문제점이 노출된다.

따라서, 본 실시예에서는 슬라이드 게이트의 중간에 투입구가 있어서 슬라이드 게이트의 개폐시 슬라이더의 끝단이 폐기물에 노출이 되지 않으므로 게이트몸체 내부로 이물질이 삽입되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 슬라이드 게이트의 중간에 투입구를 형성하여 슬라이드 게이트의 작동시 외부로 이물질이 제거되지 않고 왕복개폐운동을 하면서 열분해실(240) 내부로 폐기물이 완전하게 투입되며, 이물질이 수직으로 낙하시 슬라이드 게이트가 닫힐 경우 기존의 슬라이드 게이트는 가스의 기밀에 중대한 결함이 있으나 본 실시예는 이러한 문제를 해결하게 된다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 개질수단(500)은 열분해기 몸체(210)의 출구 측에 수직으로 연결되는 가스 체류탑(510) 및 개질된 가스로부터 염소를 제거하는 탈염소 반응탑(550)을 포함한다.

가스 체류탑(510)의 내부에는 연소실(250)에서 공급된 열원이 열분해기 몸체(210) 내의 폐기물을 가열한 후 배출되는 과정에서 열원의 체류시간을 충분히 확보할 수 있도록 나선스크류(520)가 구비되며, 이 나선스크류(520)를 따라 가스가 나선형으로 회전하면서 배출됨으로써 충분히 가스가 체류되는 것이다. 나선스크류(520)의 상단에는 구동모터(530)가 결합되어 나선스크류(520)를 소정 속도로 회전시키기 위한 구동력을 제공한다.

즉, 열분해실(240)에서 배출되는 가스는 계속적인 화합반응을 하고 있는 바, 타르와 탄화재의 분리를 위한 가스 체류공간이 마련될 필요가 있으며, 이 체류공간 에서 가스의 탈왁스 및 탈타르 공정을 진행할 수 있게 된다. 이때, 구동모터(530)에 의해 회전하는 나선스크류(520)의 스크류날개는 가스 체류탑(510)의 내경에 대응되는 외경을 갖도록 구성되어 가스 체류탑(510)의 내주면에 부착되는 타르 또는 탄화재를 긁어 가스 체류탑(510) 내주면으로부터 분리시키는 역할을 한다.

가스 체류탑(510) 및 탈염소 반응탑(550)의 외측에는 열분해실(240)과 연결통로를 통해 연통된 열원공급실(540)이 마련된다. 즉, 가스 체류탑(510)을 통해 상승하는 열분해가스가 응축되지 않도록 가스 체류탑(510)의 외측에는 온도를 보정할 수 있는 수단이 요구된다. 이에 따라 가스 체류탑(510)을 감싸는 열원공급실(540) 내로 열분해 열원이 원활하게 공급되어 가스 체류탑(510)은 250∼350℃를 유지하게 되어 열분해가스가 응축되지 않고 탈염소 반응탑(550) 측으로 이송된다.

탈염소 반응탑(550)은 그 내부에 석회석 저장탱크(551)가 설치되어 열분해가스에 함유된 염소를 제거한다. 즉, 탈염소 반응탑(550)에서는 CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O 의 화학반응을 일으킴으로써 염소가스를 염화칼슘으로 변환시켜 염소를 제거하는 것이다. 이때 탈염소 반응탑(550)의 온도는 120∼300℃를 유지한다.

도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 개질수단(500)의 탈염소 반응탑(550) 일측에는 탈염소 처리된 열분해가스를 정제하는 가스 정제수단(700)과, 열분해가스를 이용하여 정제유를 생성하여 저장한 후 이를 연소실(250)로 공급하는 정제유 생성수단(800)이 마련된다.

가스 정제수단(700)은 탈염소 처리된 열분해가스를 안정적인 분위기 하에서 응축하여 1차 정제유를 생성하기 위한 침전응축장치(710) 및 가스의 질을 높이기 위한 정제장치를 구비한다. 이와 같이 정제된 가스는 가스저장탱크에 저장되었다가 연소실(250)로 공급되어 연소용 가스로 사용된다.

정제유 생성수단(800)은 침전응축장치(710)로부터 공급받은 1차 정제유를 저장하는 저장탱크와, 이 저장탱크에 저장된 1차 정제유를 유수분리하는 유수분리기 및 유수분리된 정제유를 비등점에 따라 휘발유, 경유, 중유로 분리하는 증류탑을 구비한다. 이와 같이 정제된 정제유 중 일부는 연소실(250)의 가동시 초기 연료로 사용될 수 있다.

탈염소 반응탑(550)과 침전응축장치(710)의 연결 부위는 플랙시블 조인트(570)를 이용하여 연결함으로써 공정 진행시 열팽창으로 인한 뒤틀림현상을 방지하는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 탄화재 배출수단(600)은 열분해기 몸체(210)로부터 열분해된 후 생성된 탄화재를 배출하는 것으로, 열분해기 몸체(210)의 끝단에 결합되는 배출호퍼(610)를 구비한다.

탄화재는 열분해기 몸체(210)의 끝하단을 통해서 연속적으로 배출되고, 탄화재의 배출시 외부로부터 유입되는 외부공기 및 열분해기 몸체(210)로부터 배출되는 열분해가스를 차단하도록 배출호퍼(610)에는 슬라이드 게이트(620)가 구비된다. 슬 라이드 게이트(620)는 외부와의 차단을 극대화하며 오작동을 방지할 수 있도록 적어도 2단 이상으로 구성된다.

탄화재 배출수단(600)을 통해서 연속 배출되는 탄화재는 배출기 몸체(630)에 설치된 스크류 컨베이어(640)를 통해서 즉시 탄화재 성형수단(900) 측으로 배출되어 고형 연료를 생산하게 된다.

즉, 배출되는 탄화재에는 초자류, 쇠, 비철금속 등 이물질이 함께 섞여서 배출되는 관계로 분쇄장치 및 선별장치를 거쳐서 이물질과 탄화재를 완전 분리한 뒤에 이물질은 제거하고 탄화재만을 가지고 성형장치를 거쳐서 소정의 형상을 가지는 연료, 예컨대 갈탄 등을 생산한다. 이때, 탄화재가 냉각되면서 배출되도록 스크류 컨베이어(640)에는 수냉 재킷(도시 생략)이 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서 각 스크류를 회전하기 위한 구동수단으로 사용되는 구동모터는 각 스크류의 회전속도를 조절하여 폐기물의 열분해속도를 가변 조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터 장착된 기어드모터 중 어느 하나가 선택 적용된다.

이하에서는, 본 발명에 의한 가연성 폐기물의 열분해방법을 도 9를 참고하여 설명한다.

일반 및 산업체 폐기물을 포함하는 가연성 고상의 폐기물은 입하 후 파쇄기에서 소정 크기로 파쇄된 후, 선별기를 경유하여 흙, 먼지 등이 제거되며 비철금속 등이 선별되어 선별된 일부 폐기물은 재활용된다. 선별 처리된 가연성 폐기물은 분 쇄기로 이동되어 비교적 작은 크기로 분쇄된다.

분쇄된 가연성 폐기물은 메인호퍼(150)를 통해 건조수단(100)으로 투입되며, 3단계의 건조 과정을 경유하여 폐기물에 포함된 수분이 제거된다. 수분이 제거된 고상의 가연성 폐기물은 자동 계량수단(300) 및 자동 투입수단(400)에 의해 일정량씩 열분해기 몸체(210)로 투입된다. 이때, 건조된 고상의 폐기물은 액상 폐기물 공급수단(260)에 의해 폐유 등과 같은 액상의 가연성 폐기물과 혼합된 후 열분해기 몸체(210)로 이송될 수 있다.

한편, 열분해기 몸체(210)로 이송된 폐기물은 열분해실(240)로 제공된 열원의 간접 가열 방식에 의해 수분분리, 탈가수화, 탈염소 작용이 이루어진다.

즉, 폐기물이 열분해기 몸체(210)로 자동으로 투입되는 경우, 폐기물은 열분해스크류(220) 외주면에 형성된 스크류날개에 의해 도 1의 도면상 우측 방향으로 이송되며, 이송되면서 용융 및 기화되는 폐기물은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하는 열분해실(240)에서 간접적으로 가해지는 열에 의해 연속적으로 열분해된다.

한편, 폐기물에 간접적으로 열을 가하는 열원은 전술한 고온의 연소실(250)로부터 공급된다. 즉, 열분해수단(200)이 가동되는 초기의 열분해실(240)의 열분해공간 내부의 온도는, 정제된 정제유를 사용하는 고온의 연소실의 가동으로 인해 소정 온도(350∼500℃ 정도)로서 승온시킨다.

이때, 연소실(250)은 열분해실(240)로부터의 열분해가스가 아직 생성되지 않아 연소실(250) 내부의 온도가 소정 온도로 승온되기 전까지는 초기연료(예컨대, 경유)를 사용한다. 연소실(250)에서 승온된 배기가스는 열분해실(240)로 유입된 후, 열분해실(240) 외측으로 형성되는 환형의 열분해실(240)의 내부공간을 통과한 후 외부로 배출된다.

한편, 폐기물은 열분해스크류(220)의 구동시 단면적이 유선형인 열분해실(240)의 하부 측에 원형으로 형성되는 이송공간을 따라 출구 측으로 이송되고, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해가스는 열분해실(240) 상부에 형성되는 가스 체류탑(510)에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시킨 후 탈염소 반응탑(550)으로 이송된다.

이에 따라, 열분해된 후 이송되는 열분해가스는 탈염소 반응탑(550)을 통과한 후 정제유 생성수단(700)으로 이송되며, 정제유 생성수단(700)에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 일부를 연소실에 초기 연료로서 공급한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가연성 폐기물 열분해시스템의 개략적인 전체 구성도.

도 2는 도 1에 따른 건조수단의 확대도.

도 3a 내지 도 3c는 각각 도 2의 "A-A", "B-B", "C-C"선을 보인 단면도.

도 4는 도 1에 따른 열분해수단의 확대도.

도 5는 도 1에 따른 자동 계량수단의 확대도.

도 6은 도 1에 따른 가스 개질수단의 확대도.

도 7은 도 1에 따른 탄화재 배출수단 및 탄화재 성형수단의 확대도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의해 정제유 생성과정을 개략적으로 보인 블럭도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 전체적인 열분해방법을 개략적으로 보인 흐름도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가연성 폐기물의 열분해시스템을 보인 개략도.

< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 >

100 ; 건조수단 110 ; 건조기 몸체

120 ; 건조스크류 140 ; 건조실

150 ; 메인호퍼 151, 152 ; 폐기물 감지센서

200 ; 열분해수단 210 ; 열분해기 몸체

220 ; 열분해스크류 240 ; 열분해실

250 ; 연소실

300 ; 자동 계량수단 310 ; 계량호퍼

320 ; 로드셀 330 ; 플랙시블 조인트

340 ; 슬라이드 게이트

400 ; 자동 투입수단 410 ; 투입호퍼

420 ; 슬라이드 게이트

500 ; 가스 개질수단 510 ; 가스 체류탑

520 ; 나선스크류 530 ; 구동모터

550 ; 탈염소 반응탑 551 ; 석회석 저장탱크

600 ; 탄화재 배출수단 610 ; 배출호퍼

620 ; 슬라이드 게이트 640 ; 배출 스크류

700 ; 가스 정제수단 800 ; 정제유 생성수단

900 ; 탄화재 성형수단

Claims (28)

1. 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼를 구비하며, 상기 메인호퍼를 통해 투입되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 열분해스크류가 회전 가능하게 설치되는 열분해기 몸체;

   상기 열분해기 몸체의 외측에 설치되어 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해실;

   상기 열분해실의 일측에 마련되며, 열분해기 몸체로 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 비응축가스를 연소시켜 상기 열분해실에 열을 공급하는 연소실을 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
2. 가연성 폐기물이 투입되는 메인호퍼를 구비하며, 폐기물에 함유된 수분을 제거하는 건조스크류가 구비된 건조기 몸체;

   상기 건조기 몸체의 외측에 설치되어 간접 가열 방식으로 폐기물에 열을 가하는 건조실;

   상기 건조기 몸체의 하측에 위치하여 건조기 몸체로부터 제공된 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 열분해스크류가 구비된 열분해기 몸체;

   상기 건조실과 연통되도록 상기 열분해기 몸체의 외측에 설치되어 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해실;

   상기 열분해실의 일측에 마련되며, 열분해기 몸체로 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 비응축가스를 연소시켜 상기 열분해실에 열을 공급하는 연소실을 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 메인호퍼에는 적어도 1개 이상의 폐기물 감지센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 건조기 몸체는 폐기물의 이송 방향을 따라 단차지게 확장 형성되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 건조기 몸체는 건조스크류의 스크류날개와 소정 공간을 두고 형성되는 제1몸체, 상기 제1몸체에 단차지게 연장되며 스크류날개와 간극이 형성되지 않는 제2몸체, 상기 제2몸체에 단차지게 연장되며 스크류날개와 소정 공간을 두고 형성되는 제3몸체로 구분되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 제3몸체의 스크류날개에는 리프트가 장착되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
7. 청구항 2에 있어서,

   상기 건조기 몸체의 일측에는 폐기물의 간접 가열에 의해 발생된 증기를 압축하여 연소실로 공급하기 위한 압축장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
8. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 열분해기 몸체는 폐기물의 이송 방향을 따라 단차지게 확장 형성되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 열분해기 몸체는 열분해스크류의 스크류날개와 소정 공간을 두고 형성되는 제1몸체, 상기 제1몸체에 단차지게 연장되며 스크류날개와 간극이 형성되지 않는 제2몸체, 상기 제2몸체에 단차지게 연장되며 스크류날개와 소정 공간을 두고 형성되는 제3몸체로 구분되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 제3몸체의 스크류날개에는 리프트가 장착되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
11. 청구항 2에 있어서,

    상기 건조기 몸체의 일측에는 건조된 폐기물을 계량하여 열분해기 몸체로 공급하는 자동 계량수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 자동 계량수단은 건조기 몸체에 연결되는 계량호퍼, 상기 계량호퍼에 장착되어 이송되는 폐기물의 중량을 감지하는 로드셀, 상기 계량호퍼의 출구에 개폐 가능하게 설치되어 폐기물의 배출을 제어하는 슬라이드 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 계량호퍼의 양단에는 플랙시블 조인트가 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
14. 청구항 1 또는 2에 있어서,

    상기 열분해수단의 일측에는 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해가스를 소정 시간 체류시키는 가스 체류탑이 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 가스 체류탑의 내부에는 그 내벽에 부착된 타르, 탄화재를 분리시키는 나선스크류가 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
16. 청구항 1 또는 2에 있어서,

    상기 열분해수단의 일측에는 열분해가스 중 염소를 제거하기 위한 탈염소 반응탑이 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 탈염소 반응탑으로부터 염소가 제거된 열분해가스를 정제하기 위한 가스 정제수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
18. 청구항 16에 있어서,

    상기 탈염소 반응탑으로부터 염소가 제거된 열분해가스를 침강 응축시킨 후 증류탑에서 비등점에 따라 휘발유, 경유 및 중유를 생성하는 정제유 생성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
19. 청구항 17에 있어서,

    상기 정제유 생성수단으로부터 생성된 정제유 중 일부를 상기 연소실에 초기 연료로서 공급하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
20. 청구항 1 또는 2에 있어서,

    상기 열분해실로부터 열분해된 후 생성되는 탄화재를 연속적으로 배출시키는 탄화재 배출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
21. 청구항 1 또는 2에 있어서,

    상기 건조실 및 열분해실 내에는 연소실로부터 제공된 열의 체류시간을 증가시키기 위한 열가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해시스템.
22. 분쇄 및 선별 처리되어 공급되는 가연성 폐기물을 메인호퍼를 통해 건조수단으로 공급하는 폐기물 공급단계;

    상기 건조수단에 투입되는 폐기물을 건조스크류에 의해 이송하면서 고온 및 저산소 상태의 건조실 분위기를 유지하여 간접가열에 의해 수분을 제거하는 건조단계;

    건조된 폐기물을 공급받아 열분해스크류에 의해 이송, 용융 및 기화시키되, 고온 및 저산소 상태의 열분해실 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
23. 청구항 22에 있어서,

    상기 열분해단계는 투입되는 폐기물을 연속적으로 건조 및 열분해시키도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스 중 응축되지 않은 가스를 연소시켜 열분해실 내부에 열을 공급하는 비응축가스 공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
24. 청구항 22에 있어서,

    상기 열분해단계에서 배출되는 열분해가스의 체류시간을 증가시키는 가스 체류단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
25. 청구항 22에 있어서,

    상기 열분해가스를 탈염소 반응탑을 통과시켜 염소를 제거한 후 정제하는 가 스 개질단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
26. 청구항 22에 있어서,

    열분해가스를 이용하여 증류탑에서 비등점에 따라 정제유를 생성하여 상기 연소실 가동시 초기 연료로 사용하는 정제유 생성단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
27. 청구항 22 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 열분해단계에서 폐기물의 열분해시 발생하는 탄화재를 연속적으로 배출하는 탄화재 배출단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.
28. 청구항 22에 있어서,

    폐기물을 열분해시키는 상기 열분해실 내부의 온도는 350∼500℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물의 열분해방법.

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