KR200380974Y1 - 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지탄화설비 - Google Patents

축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지탄화설비 Download PDF

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KR200380974Y1 KR20-2005-0001725U KR20050001725U KR200380974Y1 KR 200380974 Y1 KR200380974 Y1 KR 200380974Y1 KR 20050001725 U KR20050001725 U KR 20050001725U KR 200380974 Y1 KR200380974 Y1 KR 200380974Y1
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Abstract

본 고안은 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비에 관한 것으로, 슬러지가 저장되는 호퍼(10)와; 호퍼(10)에 저장된 슬러지를 이송시키기 위한 이송 컨베이어(20)와; 이송 컨베이어(20)로 이송된 고함수율의 슬러지를 20~30%의 함수율이 되도록 건조시키기 위한 건조로(30)와; 건조로(30)에서 슬러지가 건조되면서 발생된 분진 등을 수거하기 위한 사이클론 및 백 필터(40)와; 건조로(30)에서 발생된 배기가스가 상기 사이클론 및 백 필터(40)를 통과한 후 배기가스 중에 포함된 열을 회수하기 위한 축열식 열교환기(50)와; 건조로(30)에서 건조된 슬러지가 투입되어 무산소 또는 저산소상태에서 열분해 건류, 탄화되는 탄화로(60)와; 탄화로(60)를 가열시키기 위한 1차 연소로(70)와; 탄화로(60)에서 발생된 건류가스를 재연소시켜 악취성분을 제거하는 2차 연소로(80)와; 탄화로(60)에서 탄화된 탄화물을 냉각시키면서 반출시키기 위한 냉각 컨베이어(90)를 포함하여 이루어지며, 상기 2차 연소로(80)에서의 연소열과 축열식 열교환기(50)에서 회수된 열이 건조로(30)로 재투입되는 시스템으로 이루어져 연료소모량을 최소화하고 열효율을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비 {ENERGY SAVING TYPE SLUDGE CARBONIZATION EQUIPMENT USING REGENERATIVE HEAT EXCHANGER}
본 고안은 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비에 관한 것으로, 특히 하수 슬러지를 건조 및 탄화시키기 위한 설비에서 최소한의 에너지를 사용하여 설비를 가동시킬 수 있도록 무산소 또는 낮은 산소분위기에서 하수 슬러지를 가열하여 유기 성분을 제거하고 남은 물질은 목탄, 활성탄과 같은 성질의 물질로 탄화시켜 하수 슬러지를 재자원화 할 수 있도록 하되, 건조로와 탄화로에서 남은 열을 축열식 열교환기에 저장하여 이를 다시 건조로에 공급하여 열원으로 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 소모량을 최소화 할 수 있도록 한 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비이다.
일반적으로 하수처리장에서 발생하는 슬러지의 처리는 과거에는 해양투기, 매립, 소각, 건조 등으로 처리하고 있었으며, 통상 저비용으로 하수 슬러지를 처리하여야 하므로 해양투기를 하는 것이 가장 손쉽고 경제적인 방법이었으나, 관련법규의 개정으로 해양투기 및 매립은 불가능하게 되었다.
따라서, 가장 경제적이면서도 환경오염의 문제가 발생하지 않도록 하수 슬러지를 처리 또는 재활용하는 방법이 다각도로 연구 개발되고 있는데, 이러한 예를 들면, 실용신안등록 제360960호(2004.08.26)의 슬러지 처리시스템, 특허 제380529호(2003.04.03)의 슬러지의 저온 무산소 탄화장치, 실용신안등록 제291910호(202.09.30)의 연속투입 회전형 삼중구조 건조탄화장치, 동 등록 제293338호(2002.10.14)의 폐기물 탄화장치, 공개특허 제2003-0003159호(2003.01.09)의 하수 슬러지와 폐합성수지류를 이용한 고형 연료 제조장치와 그 제조방법 등이 있다.
위에서 언급된 종래의 슬러지 처리시스템 및 장치들에 대해 각각 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실용신안등록 제360960호(2004.08.26)의 슬러지 처리시스템은 슬러지를 이송시키며 분쇄하는 슬러지분쇄기와, 이 슬러지분쇄기로부터 배출된 슬러지를 일정한 크기와 형태로 균일하게 분쇄하는 제1고속분쇄기와, 제1고속분쇄기로부터 배출된 슬러지가 회전로체로 투입됨과 아울러 이 회전로체가 회전되면서 슬러지를 교반시켜 이송시키는 건조장치와, 이 건조장치에 구비되어 건조장치 내로 연소열을 제공하여 건조장치 내의 슬러지를 건조시키는 연소장치와, 건조장치로부터 배출된 슬러지를 재차 일정한 크기와 형태로 균일하게 분쇄하는 제2고속분쇄기와, 이 제2고속분쇄기로부터 배출된 슬러지가 탄화건조로 내로 투입되어 이송되면서 건조되는 탄화건조장치와, 이 탄화건조장치에서 발생된 연소가스와 수분 및 건조장치에서 발생된 연소가스를 정화시키는 방지시설로 구성된 것이다.
특허 제380529호(2003.04.03)의 슬러지의 저온 무산소 탄화장치는 수분이 비교적 낮은 건조 슬러지가 간접 가열되는 횡형회전 탄화로 내에서 교반이송되면서 휘발성 물질은 연료 등으로 활용하며, 탄화 슬러지는 탄화로의 끝부분에 나선상 냉각관을 거쳐서 배출하도록 된 것이다.
또, 실용신안등록 제291910호(202.09.30)의 연속투입 회전형 삼중구조 건조탄화장치는 하수 슬러지, 축산분뇨를 연속투입 회전형 삼중구조 건조장치, 연속투입 회전형 삼중구조 탄화장치의 공정을 거쳐 재활용 자원화 할 수 있는 탄화물을 만드는 것으로, 건조장치, 정량공급장치, 탄화장치로 이루어져 있다.
또한, 실용신안등록 제293338호(2002.10.14)의 폐기물 탄화장치는 긴 회전드럼의 양단이 지지된 열풍유로본체를 다단으로 설치하여 건조, 승온, 탄화가 단계적으로 이루어지고 설비의 점유공간을 줄이며, 회전드럼 내의 폐기물로부터 발생된 가스를 연소실로 회수하여 연료로 활용할 수 있도록 되어 있다.
마지막으로, 공개특허 제2003-0003159호(2003.01.09)는 종말처리장의 하수 슬러지와 산업체 일반폐기물계와 생활폐기물중의 폐합성수지류를 파쇄, 선별, 건조의 공정을 거쳐 이들을 적정비율로 혼합하고 여기에 중화제를 분사 투입하는 공정을 거쳐 쌍스크루식 압출성형기를 통하여 고형연료로 제조하도록 된 것이다.
그러나, 위에서 언급된 종래의 기술들을 비롯하여 지금까지 개발된 슬러지 처리설비들은 슬러지의 건조와 탄화에 있어서 여전히 처리비용(에너지 소모량)이 높은 문제점을 안고 있었다.
본 고안은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 하수 슬러지를 건조 및 탄화시키기 위한 설비에서 최소한의 에너지를 사용하여 설비를 가동시킬 수 있는 고효율의 에너지 절약형 하수 슬러지 탄화설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 고안은 또, 하수 슬러지의 건조 및 탄화처리시 2차 분진이나 악취 그리고 각종 유해물질 등 2차적인 공해발생의 문제를 해소할 수 있는 하수 슬러지 탄화설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 무산소 또는 낮은 산소분위기에서 하수 슬러지를 가열하여 유기 성분을 제거하고 남은 물질은 목탄, 활성탄과 같은 성질의 물질로 탄화시켜 하수 슬러지를 재자원화 할 수 있도록 하되, 건조로와 탄화로에서 남은 폐열과 잉여열을 축열식 열교환기에 저장하여 이를 다시 건조로에 공급하여 재이용할 수 있도록 함으로써 설비의 가동에 있어서 에너지 소모량을 최소화 할 수 있도록 한 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비를 제공한다.
구체적으로 본 고안은 하수에서 수거된 슬러지가 저장되는 호퍼, 이 호퍼에 저장된 슬러지를 이송시키기 위한 이송 컨베이어, 이송 컨베이어로 이송된 고함수율의 슬러지를 20~30%의 함수율이 되도록 건조시키기 위한 건조로, 이 건조로에서 슬러지가 건조되면서 발생된 분진 등을 수거하기 위한 사이클론 및 백 필터, 상기 건조로에서 발생된 배기가스가 상기 사이클론 및 백 필터를 통과한 후 배기가스중에 포함된 열을 회수하기 위한 축열식 열교환기, 상기 건조로에서 건조된 슬러지가 투입되어 무산소 또는 저산소상태에서 열분해 건류·탄화되는 탄화로, 이 탄화로를 가열시키기 위한 1차 연소로, 상기 탄화로에서 발생된 건류가스를 재연소시켜 악취성분을 제거하는 2차 연소로, 상기 탄화로에서 탄화된 탄화물을 냉각 반출시키기 위한 냉각 컨베이어를 포함하여 이루어지며, 상기 건조로는 탄화로의 2차 연소로에서의 연소열과 축열식 열교환기에서 회수한 열을 이용하여 20~40분 내의 체류시간 내에 20~30%의 함수율이 되도록 연속 건조시키도록 한 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비를 제공한다.
이하, 본 고안을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안에 의한 하수 슬러지의 탄화설비에 대한 전체구성도이고, 도 2는 도 1의 구성을 개략화 한 블록도이다.
상기 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 고안에 의한 하수 슬러지 탄화설비는 하수에서 수거된 슬러지가 저장되는 호퍼(10), 이 호퍼(10)에 저장된 슬러지를 이송시키기 위한 이송 컨베이어(20), 이송 컨베이어(20)로 이송된 고함수율의 슬러지를 20~30%의 함수율이 되도록 건조시키기 위한 건조로(30), 이 건조로(30)에서 슬러지가 건조되면서 발생된 분진 등을 수거하기 위한 사이클론 및 백 필터(40), 상기 건조로(30)에서 발생된 배기가스가 상기 사이클론 및 백 필터(40)를 통과한 후 배기가스 중에 포함된 열을 회수하기 위한 축열식 열교환기(50), 상기 건조로(30)에서 건조된 슬러지가 투입되어 무산소 또는 저산소상태에서 열분해 건류·탄화되는 탄화로(60), 이 탄화로(60)를 가열시키기 위한 1차 연소로(70), 상기 탄화로(60)에서 발생된 건류가스를 재연소시켜 악취성분을 제거하는 2차 연소로(80), 상기 탄화로(60)에서 탄화된 탄화물을 냉각 반출시키기 위한 냉각 컨베이어(90)를 포함하여 이루어지며, 상기 건조로(30)는 탄화로(60)의 2차 연소로(80)에서의 연소열(잉여열)과 축열식 열교환기(50)에서 회수한 열(폐열)을 이용하여 20~40분 내의 체류시간 내에 20~30%의 함수율이 되도록 연속 건조시키도록 되어 있다.
도면중 부호 100은 2차 연소로(80)에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기 연도이고, 부호 110은 건조로(30)와 사이클론 및 백 필터(40)와 축열식 열교환기(50)를 거친 배기가스를 위한 워터 스프레이식 세정탑이고, 부호 120 및 130은 각각 송풍팬과 WET-타입의 스크러버이며, 이들을 거쳐 유해물질이 제거된 배기가스는 상기 배기 연도(100)를 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 구성된 본 고안은 호퍼(10)에 저장된 하수 슬러지는 75~85%의 고함수율을 갖는 상태이며, 이 슬러지는 스크류식 및 스크레이퍼식 이송 컨베이어(20)에 의해 투입되어 수평 드럼 내측의 바스켓 날개 및 편심축의 분산 날개를 가진 로타리 킬른 방식의 건조로(30)에서 건조되는데, 이때 건조로(30)에는 별도의 열원(버너)이 구비되어 있지 않은 대신 탄화로(60)측의 2차 연소로(80)의 연소열과 축열식 열교환기(50)에 저장되어 있던 회수열이 투입되어 20~40분의 체류시간 내에 20~30%의 함수율이 되도록 연속 건조된다.
본 고안에서는 축열식 열교환기(50) 및 탄화로(60)측의 2차 연소로(80)에서 발생한 건류 연소가스의 열을 건조로(30)의 열원으로 사용하므로 건조로(30)를 위한 별도의 열원이 필요 없으며, 또, 건조로에서 하수 슬러지의 건조에 사용된 열은 다시 사이클론과 백 필터(40)를 통과하여 제진이 이루어진 후 순환팬(42)에 의해 축열식 열교환기(50)로 유입되어 열이 회수된다.
상기 건조로(30)에서 함수율 20~30%내외로 건조된 고형물인 건조 슬러지는 고형물 이송 컨베이어(22)를 거쳐 탄화로(60)상부 측의 호퍼(24)에 저장되며 스크류 방식의 정량공급수단(26)에 의해 탄화로(60)내부로 정량 공급된다.
상기 탄화로(60)는 로(爐) 내에 상하로 4~6단의 스크류 컨베이어(62)를 관통시킨 일종의 외열 킬른으로, 스크류 컨베이어(62)에 정량 공급된 건조 슬러지를 스크류 컨베이어 케이싱(64)을 700℃내외로 가열시키는 것에 의해 내부의 건조 슬러지가 무산소 또는 저산소상태에서 열분해 건류·탄화되는 것이다.
상기 탄화로(60)의 하부에는 예열버너인 1차 연소로(70)가 구비되어 있어 여기에서 발생된 열에 의해 탄화로(60)의 스크류 컨베이어 케이싱(64)을 700℃내외로 가열시키게 되며, 탄화로(60)의 상부에는 무산소 상태에서 탄화된 슬러지에서 발생된 건류가스가 개구부(도시 생략됨)를 통해 방출되도록 되어 있으며, 이를 800~1,000℃로 가열 연소시켜 악취를 분해·제거하기 위한 2차 연소로(80)가 설치되어 있다.
상기 탄화로(60)에서 탄화된 탄화물은 냉각 컨베이어(90)에 의해 반출되는데, 이 냉각 컨베이어(90)에는 탄화물의 자연 발화를 방지하기 위하여 8~10%의 온도를 유지할 수 있도록 살수(撒水)하여 반출한다.
이 탄화물은 목탄과 같은 유사한 성질을 갖고 있으므로 비닐하우스 난방용 보일러나 난로용 연료로 사용하거나, 코우크스 대용의 철강 가탄제로 사용할 수 있고, 탈취 및 흡착제나 제설제 등으로 사용할 수도 있으며, 통기성과 보수성을 위한 토양개량제, 산성토양 중화용 개량제 등을 비롯하여 다양한 용도로 활용할 수 있다.
다음의 표 1은 본 고안의 탄화설비에서 하수 슬러지의 유입에서부터 건조로에서 건조된 후, 탄화로에서 탄화되어 외부로 반출될 때까지의 질량변화를 나타낸 표이다.
(표 1) 하수 슬러지의 처리과정별 질량변화표 (단위:㎏/시간)
항목 하수 슬러지 건조로 탄화로 냉각반송 최종탄화물
슬러지고형분 중량 247.5 247.5 78.1 78.1 78.1
수분 중량 877.5 106.1 0.0 7.0 7.0
총 중량 1.125.0 353.6 78.1 85.1 85.1
한편, 상기 2차 연소로(80)에서 건류가스는 재연소되는데, 이때 발생된 800~1,000℃의 잉여열은 위에서 설명한 바와 같이 건조로(30)로 공급되며, 이때 상기 축열식 열교환기(50)에서 회수한 회수열도 함께 다시 건조로(30)로 공급되어 함수율이 높은 슬러지를 건조시키기 위한 열원으로 사용된다.
상기 축열식 열교환기(50)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 건조로(30)에서 하수 슬러지의 건조에 사용된 열이 다시 사이클론 및 백 필터(40;도 1 및 2참조)를 통과하여 제진(除塵)이 이루어진 후 순환팬(42)에 의해 축열식 열교환기(50)로 유입되어 열이 회수되는데, 이 축열식 열교환기(50)는 대체로 분배용 로터기구(51), 축열부(52) 및 탈취용 연소기(53)로 구성되어 있다.
축열식 열교환기(50)에서 분배용 로터기구(51)는 단속적으로 회전하여 건조로(30)에서 회수된 열을 축열부(52)에 축열하거나 이 축열부(52)에 축열된 열을 외부 즉, 건조로(30) 또는 탄화로(60)쪽으로 공급할 수 있도록 동작하게 된다.
또, 축열식 열교환기(50)에서 축열부(52)는 축열성능이 우수한 다공성 세라믹 소재로 이루어진 여러 개의 격리된 축열베드로 이루어져 있다.
또한, 본 고안에서 상기 축열식 열교환기(50)에는 건조로(30)측에서 회수된 연소가스 중에 함유된 유해가스 및 악취의 탈취를 위한 탈취용 연소기(53)가 구비되어 있으며, 이 탈취용 연소기(53)는 외기와 연료의 도입에 의해 구동된다.
상기 축열식 열교환기(50)에서 탈취용 연소기(53)에 의해 탈취된 가스는 130~150℃로 SOX, NOX 등의 유해성분을 제거하기 위하여 워터 스프레이식 세정탑(110)과 WET-타입의 스크러버(130)를 거친 후 50~70℃의 상태로 배기 연도(100)를 통해 대기로 방출된다.
이상 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 하수 슬러지 탄화설비는 1차적으로 건조로에서 하수 슬러지를 가열하여 함수율을 충분히 낮춘 후 다시 건조된 고형 슬러지를 무산소 또는 낮은 산소분위기하에서 탄화시켜 하수 슬러지를 재자원화 할 수 있도록 된 것으로, 건조로와 탄화로에서 사용되고 남은 폐열과 잉여열은 축열식 열교환기에 저장되어 다시 건조로로 공급됨으로써 에너지 소모율이 매우 낮아 설비의 운전비용을 최소화 할 수 있으며, 하수 슬러지의 건조 및 탄화과정에서 발생되는 분진과 악취 및 유해물질 등은 사이클론과 백 필터, 축열식 열교환기 내에 구비된 탈취용 연소기 및 세정탑과 스크러버에 의해 완전히 제거되므로 2차적인 공해문제의 발생을 방지할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
도 1은 본 고안에 의한 하수 슬러지의 탄화설비에 대한 전체구성도,
도 2는 도 1의 구성을 간략화 한 개략도,
도 3은 축열식 열교환기의 구성을 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 호퍼 20 : 이송 컨베이어
22 : 고형물 이송 컨베이어 24 : 호퍼
26 : 정량공급수단 30 : 건조로
40 : 사이클론 및 백 필터 50 : 축열식 열교환기
51 : 분배용 로터기구 52 : 축열부
53 : 탈취용 연소기 60 : 탄화로
62 : 스크류 컨베이어 64 : 스크류 컨베이어 케이싱
70 : 1차 연소로 80 : 2차 연소로
90 : 냉각 컨베이어 100 : 배기연도
110 : 세정탑 120 : 송풍팬
130 : 스크러버

Claims (2)

  1. 슬러지가 저장되는 호퍼(10)와;
    상기 호퍼(10)에 저장된 슬러지를 이송시키기 위한 이송 컨베이어(20)와;
    상기 이송 컨베이어(20)로 이송된 고함수율의 슬러지를 20~30%의 함수율이 되도록 건조시키기 위한 건조로(30)와;
    상기 건조로(30)에서 슬러지가 건조되면서 발생된 분진 등을 수거하기 위한 사이클론 및 백 필터(40)와;
    상기 건조로(30)에서 발생된 배기가스가 상기 사이클론 및 백 필터(40)를 통과한 후 배기가스 중에 포함된 열을 회수하기 위한 축열식 열교환기(50)와;
    상기 건조로(30)에서 건조된 슬러지가 투입되어 무산소 또는 저산소상태에서 열분해 건류, 탄화되는 탄화로(60)와;
    상기 탄화로(60)를 가열시키기 위한 1차 연소로(70)와;
    상기 탄화로(60)에서 발생된 건류가스를 재연소시켜 악취성분을 제거하는 2차 연소로(80)와;
    상기 탄화로(60)에서 탄화된 탄화물을 냉각 반출시키기 위한 냉각 컨베이어(90)를 포함하여 이루어지며, 상기 2차 연소로(80)에서의 연소열과 축열식 열교환기(50)에서 회수된 열이 건조로(30)로 재투입되어 슬러지를 건조시키도록 된 것을 특징으로 하는 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 축열식 열교환기(50)는 단속적으로 회전하여 회수된 열을 다공성 세라믹 소재로 이루어진 여러 개의 격리된 축열베드로 이루어진 축열부(52)에 축열하거나 이 축열부(52)에 축열된 열을 건조로나 탄화로 쪽으로 공급할 수 있도록 동작하는 분배용 로터기구(51)와, 상기 건조로(30)측에서 회수된 연소가스 중에 함유된 유해가스 및 악취의 탈취를 위한 탈취용 연소기(53)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지 탄화설비.
KR20-2005-0001725U 2005-01-20 2005-01-20 축열식 열교환기를 이용한 에너지절약형 하수 슬러지탄화설비 KR200380974Y1 (ko)

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