KR100879050B1 - The sludge drying method and machine using heat transfer oil - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전달오일을 이용한 슬러지 건조방법에 관한 것으로, 물보다 비등점이 높으며 증기압이 낮은 열전달오일을 슬러지와 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합단계와, 상기 혼합물을 가열하여, 상기 열전달오일이 열전달 촉매로 사용되어 상기 혼합물의 수분을 제거하여 상기 혼합물을 건조하는 건조단계와, 상기 혼합물을 가열하여 상기 열전달 오일을 기화시켜, 상기 열전달오일을 응축하여 회수하는 회수단계를 포함하여, 물과 오일의 증기압 차이를 이용하여 상기 슬러지를 건조하는것을 특징으로 하도록 구성된다.The present invention relates to a sludge drying method using a heat transfer oil, a mixing step of mixing a heat transfer oil having a boiling point higher than water and having a low vapor pressure with a sludge to form a mixture, and heating the mixture to heat the heat transfer oil as a heat transfer catalyst. Difference in the vapor pressure of water and oil, including a drying step of removing the moisture of the mixture to dry the mixture, and heating the mixture to vaporize the heat transfer oil to recover the heat transfer oil to condense and recover the heat transfer oil. It is configured to characterize the sludge using.
또한, 본 발명은 열전달오일을 이용한 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 슬러지와 열전달오일을 혼합하여 혼합물을 생성하는 슬러지-오일 혼합기(10)와, 상기 슬러지-오일 혼합기에서 상기 혼합물을 전달받아 건조시키는 증발기(20)와, 상기 증발기로부터 상기 혼합물을 전달받아 진공상태에서 상기 열전달오일을 기화시키는 기화기(30)와, 상기 증발기로부터 증발된 수증기를 응축하는 응축기(40)와, 상기 기화된 열전달 오일을 응축하여 회수하는 오일회수기(50)를 포함하여 구성된다.In addition, the present invention relates to a sludge drying apparatus using a heat transfer oil, a sludge-oil mixer 10 for producing a mixture by mixing the sludge and heat transfer oil, and an evaporator for receiving the mixture from the sludge-oil mixer to dry 20, a vaporizer 30 which receives the mixture from the evaporator and vaporizes the heat transfer oil in a vacuum state, a condenser 40 which condenses water vapor evaporated from the evaporator, and condenses the vaporized heat transfer oil. It is configured to include an oil recovery unit 50 to recover.
슬러지, 열전달오일, 증발기, 기화기, 건조열판, 재생에너지. Sludge, heat transfer oil, evaporator, vaporizer, drying hotplate, renewable energy.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예의 구성도.1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 구성도.2 is a block diagram of another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 증발기의 일부 절개 사시도.3 is a partially cutaway perspective view of the evaporator of the present invention.
본 발명은 하수 슬러지를 환경 친화적이고 경제적으로 건조하기 위한 하수 슬러지 건조 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage sludge drying method and apparatus for environmentally and economically drying sewage sludge.
하수처리장 및 축산단지에서 발생하는 유기물 슬러지는 함수비가 높고 악취가 심할 뿐 아니라 그 발생량이 많아 그대로 방치하면 2차 환경오염을 유발하는 폐기물이기 때문에 이 슬러지 처리에 많은 노력을 하였으나 현재까지 효과적인 처리 방법을 찾아내지 못하여 우리나라에서는 대부분의 유기물 슬러지를 바다에 버리는 해양투기로 처리하여 그 양이 1990년 107만톤에서 2000년 710만톤, 2005년 993만톤 으로 급격하게 증가하는 실정이다. 유기물 슬러지는 보유열량이 높아 재생에너지로 이용가치가 있지만 이들의 함수율이 너무 높고 현재까지의 기술로는 건조가 잘 되지 않아 회수 열량보다 투입열량이 더 많이 필요하여 유기물 슬러지를 에너지 자원으로 활용하지 못하고 해양투기하고 있는 실정이다.Organic sludge from sewage treatment plants and livestock complexes has high water content and high odors, and many of them are wastes that cause secondary environmental pollution if left untreated. In Korea, most of the organic sludge is treated by ocean dumping in the sea, and the amount is rapidly increased from 1.70 million tons in 1990 to 7.1 million tons in 2000 and 9.993 million tons in 2005. Organic sludge has valuable heat as renewable energy, but it is worth using as renewable energy. However, their water content is too high and the current technology does not dry well. The situation is dumping at sea.
유기물 슬러지의 보유열량을 활용하려면 슬러지를 건조해야 하는데 기존의 슬러지 건조 기술을 분류하면 연소공기로 직접 슬러지를 건조시키는 직접건조방식과 연소열로 열판을 가열하여 이 열판에 슬러지를 접촉시켜 슬러지를 건조시키는 간접건조방식으로 구분된다. 이중 직접건조방식은 뜨거운 연소가스 속에 슬러지를 직접 접촉시켜 건조하기 때문에 간접건조방식보다는 열효율 면에서 유리하고 시설도 간단하지만 이 방식은 건조과정에서 악취가 발생하고 분진이 연소가스와 함께 배출되어 이들을 제거하기 위한 대규모 처리시설이 필요하다. 그 반면 간접건조방식은 연소가스가 먼저 열매체를 가열하고 이 열매체가 건조통이나 디스크 등의 열판을 다시 가열하면 슬러지가 이 열판에서 열에너지를 간접적으로 공급받아 건조되기 방식으로 연소가스와 건조물의 통로를 분리하여 악취 및 분진을 방지하고 건조율도 조절할 수 있지만 이 방식은 건조 효율이 낮아 연료비용이 많이 든다.To utilize the heat of organic sludge, it is necessary to dry the sludge. The conventional sludge drying technology is classified into a direct drying method in which the sludge is dried directly with combustion air, and the hot plate is heated by the heat of combustion to contact the sludge to dry the sludge. It is divided into indirect drying method. The direct drying method is advantageous in terms of thermal efficiency and simpler installation than the indirect drying method because the sludge is directly contacted and dried in the hot combustion gas, but this method generates odor during drying and dust is discharged with the combustion gas to remove them. There is a need for large-scale treatment facilities. In the indirect drying method, on the other hand, the combustion gas heats the heating medium first, and when the heating medium heats the hot plate such as the drying tank or disk again, the sludge is indirectly supplied with the thermal energy from the hot plate to dry the passage of the combustion gas and the dry matter. It can be separated to prevent odors and dusts and to control the drying rate, but this method has high drying cost and low fuel cost.
현재 가동중인 직접건조방식의 건조기에서 1톤의 슬러지 건조에 석유 약 250kg을 사용하고 있는데 이를 열량으로 환산하면 약 2,700,000 Kcal 로 순 소요열량 500,000Kcal의 5.4배가 소요되며 열효율이 18.5%에 불과하며 회수열량 700,000 Kcal 미치지 못한다. 이렇게 슬러지 건조 효율이 낮은 원인은 슬러지 내부로 열전달이 되지 않기 때문으로 예로 들어 설명하면, 가열된 400℃ 이상의 열판과 접촉하 고 있는 슬러지의 경우 열판과의 접촉면은 신속히 가열되어 바로 온도가 100℃에 도달하지만 이때부터 수분의 기화가 시작되고 접촉면의 수분이 모두 기화할 때까지 100℃를 온도를 유지하여 열판과 슬러지 접촉면은 온도 불연속면을 형성하여 슬러지 속으로 열에너지가 전달되지 못하게 방해한다. 여기에 건조된 슬러지는 공기층이 형성되어 강력한 단열작용으로 열판에서 슬러지 내부로의 열전달을 방해하여, 이 온도 불연속면과 공기층 단열작용으로 열판은 과열되어 타게 되어도 슬러지 내부는 열에너지가 전달되지 못하여 젖은 상태가 그대로 유지되는 극심한 부분 건조 현상이 발생하며, 이 문제를 해결하기 위하여 슬러지를 강제 교반하여도 열판과의 슬러지의 접촉면에서 온도 불연속면과 공기층 단열 작용은 계속 발생하여 건조 효율을 크게 저하시킨다.Currently, 250kg of oil is used to dry 1 ton of sludge in the direct drying method, which is about 2,700,000 Kcal, which is about 5.4 times the net calorific value of 500,000Kcal, and the heat efficiency is only 18.5%. 700,000 Kcal The reason for this low sludge drying efficiency is that heat is not transferred to the inside of the sludge. For example, in the case of sludge that is in contact with a heated hot plate of 400 ° C. or higher, the contact surface with the hot plate rapidly heats up to a temperature of 100 ° C. However, from this time, the vaporization of moisture starts and the temperature is maintained at 100 ° C until all the moisture on the contact surface evaporates, so that the hot plate and the sludge contact surface form a temperature discontinuity surface, which prevents heat energy from being transferred into the sludge. The dried sludge forms an air layer and prevents heat transfer from the hot plate to the inside of the sludge by strong heat insulation action, and even though the hot plate is overheated and burned by this temperature discontinuity and the air layer heat action, the sludge inside cannot be transferred to the heat energy. In order to solve this problem, an extreme partial drying phenomenon is maintained. In order to solve this problem, even when the sludge is forcibly stirred, the temperature discontinuity surface and the air layer insulation action continue to occur at the contact surface of the sludge with the hot plate, thereby greatly reducing the drying efficiency.
기존의 건조방식은 이러한 슬러지의 건조특성을 기술적으로 극복하지 못하여 건조효율이 크게 낮아 건조에 오랜 시간이 필요하여 많은 연료비가 소요될 뿐 아니라 낮은 효율을 보충하기 위하여 규모만 키워 시설투자비가 크게 소요되고 분진과 악취로 민원이 발생하여 현재까지는 유기물 슬러지가 효과적으로 건조 처리되지 못하여 유기물 슬러지가 보유한 열량을 전혀 활용하지 못하고 국제적 비난을 감수하며 그냥 해양투기로 폐기 처리하는 문제를 가진다.Existing drying methods do not technically overcome the drying characteristics of the sludge, so the drying efficiency is very low, so it takes a long time to dry, and it takes a lot of fuel cost, and it requires large facility investment cost by raising the scale to supplement the low efficiency. Complaints are generated due to excessive odors. Until now, organic sludges have not been effectively dried, so they cannot use the calorie content of organic sludges at all.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 다음과 같은 기술적 과제를 가진다.Therefore, the present invention has the following technical problem to solve the above problems.
본 발명에서는 슬러지의 건조에서 발생하는 온도 불연속면과 공기층 단열 작용을 극복할 수 있는 새로운 건조 기술을 개발하는 것을 목적으로 가진다. 이에 따라 본 발명에서는 유기물 슬러지 건조에서 기존의 건조법이 가진 낮은 건조효율을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 온도 불연속면과 공기층 단열 작용이 발생하지 않는 새로운 열전달 기술을 고안하여 유기물 슬러지를 경제적으로 저렴하게 건조할 수 있는 공정을 제공한다.It is an object of the present invention to develop a new drying technology capable of overcoming the temperature discontinuous surface and air layer insulation effect generated in the drying of sludge. Accordingly, in the present invention, it is possible to economically dry organic sludge economically by devising a new heat transfer technology that does not occur the temperature discontinuity surface and air layer insulation action to significantly improve the low drying efficiency of the conventional drying method in organic sludge drying To provide a process.
이를 위하여 본 발명에서는 슬러지 건조에서 발생하는 온도 불연속면과 공기층 단열 작용 발생을 방지하도록 슬러지 속에 열전달 촉매재인 열전달 오일을 슬러지와 혼합하여 슬러지를 완전히 건조시키고, 건조된 슬러지에서 촉매재를 전량 회수하는 새로운 슬러지 건조 방법을 제공하며, 이 방법을 환경 친화적이고 경제적으로 실행할 수 있는 효율이 높은 슬러지 건조 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.To this end, in the present invention, to prevent the temperature discontinuity of the sludge drying and the thermal insulation of the air layer, the sludge is completely mixed with the heat transfer oil, which is a heat transfer catalyst, in the sludge to completely dry the sludge, and the new sludge recovers the entire amount of the catalyst material from the dried sludge. It is a technical problem to provide a drying method, and to provide an efficient sludge drying apparatus which is environmentally friendly and economically feasible.
한편 슬러지와 오일을 혼합하면 열전달 효율이 증가하여 슬러지 건조가 잘 진행되는데, 이 경우 촉매재로 사용한 오일을 완전히 회수하지 못하면 처리된 슬러지는 오일로 오염되어 매립이나 해양투기로도 처리하지 못하는 심각한 폐기물이 되며, 슬러지가 건조되면서 당초 슬러지의 80%를 차지하는 수분이 증발하면 오일만 남아 건조 후반에는 열전달 오일 속에서 슬러지가 건조되면서 발생 수증기가 잘 배출되지 않아 오일 거품이 생성되고 이 거품이 넘쳐 올라와 건조가 중단되어 슬러지에 잔류 수분이 남게 되며, 이렇게 잔류수분이 남은 슬러지를 소각하면 이 잔류 수분이 열에너지를 흡수하여 연소 온도가 낮아져 불완전 연소로 공해 물질이 생성되 며, 값비싼 오일이 소각되면 모두 비용으로 투입되므로 경제성이 저하되므로 슬러지를 완전히 건조하면서 열전달 오일도 모두 회수하는 방법과 장치가 필요하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.On the other hand, when the sludge and oil are mixed, the sludge drying process proceeds well because the heat transfer efficiency increases. In this case, if the oil used as a catalyst is not fully recovered, the treated sludge is contaminated with oil and cannot be disposed of by landfill or ocean dumping. When the sludge is dried, water, which accounts for 80% of the sludge, evaporates, only oil remains, and in the latter stages, the sludge is dried in the heat transfer oil, and water vapor is not discharged well. And the remaining water remains in the sludge, and incineration of the remaining water remaining in the sludge absorbs the thermal energy and lowers the combustion temperature, resulting in the generation of pollutants due to incomplete combustion. The sludge will be completely dried As heat transfer oil is also both need a way to recover the device. It is therefore an object of the present invention to provide such a method and apparatus.
또한, 본 발명에서는 시스템의 에너지 효율을 높여 회수열량보다 사용열량이 적게 들어가도록 구성하여 유기물 슬러지가 보유한 열량을 재생에너지로 활용하도록 하며, 건조과정에서 배출되는 수증기의 악취는 방지하면서 에너지는 회수하는 재생에너지 프로세스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 건조 과정에서 악취 및 분진 등이 발생하지 않도록 친환경적으로 처리하며 발생하는 수증기를 이용하여 에너지를 회수하고 건조된 유기물 슬러지를 재생에너지로 활용할 수 있는 기술을 제공한다.In addition, the present invention is configured to increase the energy efficiency of the system to use less heat than recovered heat to utilize the heat of the organic sludge as a renewable energy, and to recover energy while preventing the odor of water vapor emitted during the drying process It is an object to provide a renewable energy process. Accordingly, it provides a technology that recovers energy by using environmentally friendly steam to prevent odors and dusts from occurring during the drying process, and utilizes dried organic sludge as renewable energy.
또한, 본 발명은 이상과 같은 기술적 과제를 실현시키기 위한 모든 시설과 장치가 연속적이고 자동화될 수 있도록 장치를 구성하여 이 슬러지 건조 장치를 손쉽게 설치 및 운영이 가능하도록 개발하고, 소음 분진 및 악취를 방지하여 슬러지 건조 과정에서 주민의 민원이 야기되지 않는 슬러지 건조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is to configure the device so that all the facilities and devices for realizing the technical problem as described above can be continuous and automated to develop and install this sludge drying device to be easily installed, to prevent noise dust and odor It is an object of the present invention to provide a sludge drying apparatus that does not cause civil complaints in the sludge drying process.
먼저 높은 함수율을 가진 슬러지 건조를 위하여 강력한 열전달이 상당시간 진행되어야 하며, 슬러지가 열에너지를 전달받아 건조가 진행되면 체적이 감소하고 견고해지는 등 물리적 성질이 변하는데 이러한 조건에서 슬러지를 안정적으로 건조시킬 수 있는 증발기를 개발하여야 한다. First, strong heat transfer has to proceed for a long time to dry the sludge with high water content.When the sludge is transferred to heat energy, the physical properties change, such as volume decrease and rigidity, so that the sludge can be stably dried under these conditions. Evaporator must be developed.
이를 위하여 슬러지 건조에 필요한 많은 건조에너지를 충분히 공급하는 열 판, 슬러지와 열전달오일 혼합물을 열판위에 올려놓는 슬러지 주입장치, 열판 위에 놓인 혼합물을 이동시켜 연속적으로 가열 건조하면서 새로운 혼합물을 공급하는 이동장치, 그리고 건조되어 물성이 변한 혼합물을 분쇄하여 증발기 외부로 배출하는 배출장치를 구체적으로 제공한다. To this end, a hot plate for supplying a large amount of drying energy necessary for drying the sludge, a sludge injector for placing a mixture of sludge and heat transfer oil on a hot plate, a moving device for continuously supplying a new mixture while heating and drying the mixture placed on the hot plate, And it provides a discharge device for discharging the mixture is dried to change the physical properties to the outside of the evaporator in detail.
특히 본 발명에서는 건조장치의 핵심인 열판을 슬러지 건조에 필요한 열에너지를 공급하는 장치로서 슬러지와 열전달오일 혼합물에 신속하고 지속적인 열전달을 할 수 있는 장치로 제공하며, 또한 슬러지 건조 과정에서 발생하는 건조속도의 변화에도 변형되거나 과열되지 않고 그 기능이 유지되는 열판과 이동장치를 제공한다.In particular, the present invention provides a hot plate which is the core of the drying device as a device for supplying the heat energy required for sludge drying as a device capable of fast and continuous heat transfer to the sludge and heat transfer oil mixture, and also of the drying rate generated in the sludge drying process It provides a hot plate and a moving device that maintain its function without being deformed or overheated even with changes.
또한, 본 발명에서는 열전달 오일과 슬러지 혼합물이 건조되면 당초 슬러지의 80%를 차지하는 수분은 증발하고 오일은 그대로 남아 건조 후반에는 열전달 오일 속에서 슬러지가 끓게 되어 오일거품이 발생하는데, 이를 방치하면 건조장치의 효율이 저하되고 증발기 외부로 유출되어 응축수를 오염시키기 때문에 건조가 중단되므로, 이 오일 거품을 적절하게 제어하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, in the present invention, when the heat transfer oil and the sludge mixture is dried, the water, which occupies 80% of the original sludge, evaporates and the oil remains as it is, the sludge boils in the heat transfer oil in the latter part of the drying, resulting in an oil bubble. It is an object of the present invention to provide an apparatus for appropriately controlling the oil bubbles, since the drying is stopped because the efficiency of the oil is lowered and the condensate is contaminated by flowing out of the evaporator.
또한 본 발명에서 슬러지 건조 장치는 고온 고압에서 작동하게 되는데 정지나 가동 중 건조장치 내부의 온도 변화에 따른 열변형과 열응력이 발생하고, 또한 슬러지의 건조가 진행되면서 부드러운 슬러지의 물리적 성질이 단단하게 변하는데 이러한 제반 여건의 변화에 대응하여 열전달 오일을 이용하는 슬러지 건조방법을 구현할 수 있는 장치를 제공한다.In addition, the sludge drying apparatus in the present invention is operated at high temperature and high pressure, the thermal deformation and thermal stress caused by the temperature change inside the drying apparatus during stop or operation, and also the physical properties of the soft sludge is hardened as the sludge drying proceeds. The present invention provides an apparatus capable of implementing a sludge drying method using heat transfer oil in response to such changes in general conditions.
마지막으로 본 발명에서는 슬러지 건조에 열전달 촉매재로 사용되는 값비싼 열전달오일이 손실되거나 변질되지 않도록 회수하여 재사용하면서 에너지도 회수하여 열효율을 향상시키는 촉매재 회수 방법과 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. Finally, the present invention is to provide a catalyst material recovery method and apparatus for recovering energy while recovering and reusing the expensive heat transfer oil used as a heat transfer catalyst for sludge drying so as not to be lost or altered, thereby improving thermal efficiency. .
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.The present invention has the following configuration to solve the above technical problem.
본 발명은 열전달오일을 이용한 슬러지 건조방법에 관한 것으로, 물보다 비등점이 높으며 증기압이 낮은 열전달오일을 슬러지와 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합단계와, 상기 혼합물을 가열하여, 상기 열전달오일이 열전달 촉매로 사용되어 상기 혼합물의 수분을 제거하여 상기 혼합물을 건조하는 건조단계와, 상기 혼합물을 가열하여 상기 열전달 오일을 기화시켜, 상기 열전달오일을 응축하여 회수하는 회수단계를 포함하여, 물과 오일의 증기압 차이를 이용하여 상기 슬러지를 건조하는것을 특징으로 하도록 구성된다.The present invention relates to a sludge drying method using a heat transfer oil, a mixing step of mixing a heat transfer oil having a boiling point higher than water and having a low vapor pressure with a sludge to form a mixture, and heating the mixture to heat the heat transfer oil as a heat transfer catalyst. Difference in the vapor pressure of water and oil, including a drying step of removing the moisture of the mixture to dry the mixture, and heating the mixture to vaporize the heat transfer oil to recover the heat transfer oil to condense and recover the heat transfer oil. It is configured to characterize the sludge using.
또한 상기 혼합물의 수분과 오일의 증발 과정은, 수분을 증발하는 상기 건조단계와 오일을 증발하는 회수단계로 분리되어 있으며, 각각 밀폐 용기 속에서 온도와 압력을 다르게 유지하도록 하여, 상기 건조단계에서 수분을 우선적으로 추출하고 난 후에 상기 회수단계에서 오일을 추출하도록 구성하였다.In addition, the process of evaporating the water and oil of the mixture is separated into the drying step of evaporating the water and the recovery step of evaporating the oil, respectively to maintain the temperature and pressure in a closed container, the water in the drying step After extracting preferentially it was configured to extract the oil in the recovery step.
상기 수분과 오일의 증발과정에서 상기 밀폐 용기 내부에는 수증기와 오일 증기 만으로 충진되는 것을 특징으로 하도록 구성되며, 상기 혼합물의 건조단계는 오일이 고이지 않도록 평평한 열판 위에서 가열되는 것을 특징으로 하도록 구성된다.In the evaporation process of the water and oil is configured to be filled with only steam and oil vapor in the sealed container, the drying step of the mixture is configured to be heated on a flat hot plate so that the oil does not collect.
상기 혼합물은 상기 슬러지와 연전달오일의 혼합비가 1:0.5 ~ 1:0.8 인 것을 특징으로 하며, 상기 열전달 오일은 증기압이 물의 증기압보다 1/10 수준인 액체인 것을 특징으로 하며, 상기 열전달 오일은 기화점이 200℃ 내외의 석유인 것을 특징으로 하도록 구성된다.The mixture is characterized in that the mixing ratio of the sludge and the continuous transfer oil is 1: 0.5 ~ 1: 0.8, the heat transfer oil is characterized in that the vapor pressure is a liquid of 1/10 level than the vapor pressure of water, the heat transfer oil is The vaporization point is configured to be characterized by petroleum at around 200 ° C.
또한 본 발명의 건조방법은 상기 건조단계에서 발생하는 수증기를 응축하여 깨끗한 증기를 생산하는 수증기 응축 단계를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the drying method of the present invention may further comprise a steam condensation step of producing a clean steam by condensing the steam generated in the drying step.
한편, 본 발명은 열전달오일을 이용한 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 슬러지와 열전달오일을 혼합하여 혼합물을 생성하는 슬러지-오일 혼합기(10)와, 상기 슬러지-오일 혼합기에서 상기 혼합물을 전달받아 건조시키는 증발기(20)와, 상기 증발기로부터 상기 혼합물을 전달받아 진공상태에서 상기 열전달오일을 기화시키는 기화기(30)와, 상기 증발기로부터 증발된 수증기를 응축하는 응축기(40)와, 상기 기화된 열전달 오일을 응축하여 회수하는 오일회수기(50)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the present invention relates to a sludge drying apparatus using a heat transfer oil, a sludge-
이하 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 구성도며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예의 구성도며, 도 3은 본 발명의 증발기의 일부 절개 사시도다.With reference to the drawings to be described in more detail through an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention, Figure 2 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention, Figure 3 is a partial cutaway perspective view of the evaporator of the present invention.
본 발명의 슬러지 건조방법에서는 물보다 비등점이 높으며 증기압이 1/10 정 도로 크게 낮은 열전달오일을 열전달 촉매로 도입하였다. 물의 비등점인 100℃ 이상의 온도로 가열하면 슬러지의 물은 높은 증기압으로 빠르게 기화하지만 열전달 오일은 동일온도에서 낮은 증기압으로 기화가 잘 되지 않아 액체 상태를 유지하며 열전달을 지속하여 슬러지의 건조가 빠르게 진행된다. In the sludge drying method of the present invention, a heat transfer oil having a higher boiling point than water and having a vapor pressure of about 1/10 is introduced as a heat transfer catalyst. When heated to a temperature above 100 ℃, which is the boiling point of water, the sludge water vaporizes rapidly at high vapor pressure, but the heat transfer oil does not evaporate well at low vapor pressure at the same temperature, so it remains liquid and keeps heat transfer. .
따라서 열전달 오일을 슬러지와 혼합하여 증발기(20)에 넣어 증발기 속의 수평 열판에서 열전달을 진행시키면, 열전달 오일이 열판(21)과 슬러지 사이에서 온도 불연속면과 단열작용 발생을 방지함으로써 열판에서 슬러지로 신속하고 지속적인 열전달이 이루어지도록 한다. 또한, 열판 위의 혼합물 두께를 얇고 균일하게 유지하면 오일 거품이 넘치지 않고 슬러지는 완전 건조하며 건조 후에는 오일 거품은 소멸된다.Therefore, when the heat transfer oil is mixed with the sludge and put into the
이렇게 건조가 완료된 혼합물을 진공상태의 기화기(30)에 넣고 가열하면 기화에너지가 60 kcal/kg으로 540 kcal/kg인 물의 기화에너지의 1/9에 불과하여 열전달 오일은 쉽게 전량 오일 증기로 기화하여 오일 회수기에서 열교환을 통하여 오일로 회수하고 건조된 슬러지만 배출한다When the dried mixture is put into a
즉 본 발명의 건조방법은 건조 대상인 물의 증기압과 열전달 촉매제인 열전달 오일의 증기압이 약 10배의 현저한 차이가 있고 비등점도 100℃와 200℃ 내외로 서로 크게 다른 점을 이용하여 증발기와 기화기를 진공상태로 만들어 공기가 전혀 없도록 한 다음 먼저 증발기에서 물을 증발시키고 별도의 기화기에서 오일을 기화시키도록 하는 것이다.In other words, in the drying method of the present invention, the vapor pressure of the water to be dried and the vapor pressure of the heat transfer oil, which is a heat transfer catalyst, have a significant difference of about 10 times, and the evaporator and the vaporizer are vacuumed by using different points with a boiling point of about 100 ° C. and 200 ° C. Make sure there is no air, then evaporate the water in the evaporator and vaporize the oil in a separate carburetor.
보다 상세하게 설명하면 함수율 80% 수준의 유기물 슬러지를 열전달오일과 적정비율로 혼합하여 생성한 혼합물을 철망 컨베이어(24)와 주입통(27)을 이용하여 평평한 열판(21) 위에 올려놓으면 이 혼합물은 유동성이 좋아 열판에 밀착되어 높은 열전도가 이루어지는 구조를 만들어 열판으로부터 혼합물로 열에너지 공급이 신속하게 진행된다.In more detail, the mixture produced by mixing the organic sludge having a water content of 80% at an appropriate ratio with the heat transfer oil is placed on the flat
상기 혼합물과 열판의 접촉면의 온도가 100℃에 도달하면 접촉면의 슬러지에 포함된 수분은 기화를 시작하지만, 슬러지에 혼합된 열전달오일은 비등점이 높아 기화하지 않고 액체 상태를 유지하여 온도가 상승하면서 열판의 열에너지를 신속하게 혼합물 내부로 전달하는 열전달 촉매재 역할을 수행하게 된다.When the temperature of the contact surface between the mixture and the hot plate reaches 100 ° C., the moisture contained in the sludge of the contact surface starts to vaporize, but the heat transfer oil mixed in the sludge has a high boiling point, does not vaporize, and maintains a liquid state so that the temperature rises. It acts as a heat transfer catalyst to quickly transfer the heat energy into the mixture.
그에 따라 혼합물 내부의 온도가 점층적으로 상승하게 되어 혼합물의 온도 불연속면이 발생하지 않아 열전달오일을 통하여 혼합물 내부로 열에너지가 지속적으로 전달된다. As a result, the temperature inside the mixture is gradually increased, so that temperature discontinuities of the mixture do not occur, and thermal energy is continuously transferred into the mixture through the heat transfer oil.
또한, 혼합물 내부의 열전달오일이 가열되면 그 주변에 있는 슬러지 온도도 100℃에 도달하여 기화가 진행되므로 열판과의 접촉면보다 훨씬 넓은 면적에서 슬러지에 포함된 수증기의 기화가 진행되기 때문에 훨씬 빠른 속도로 건조가 진행된다. 더구나 열전달오일이 골고루 혼합되어있기 때문에 열에너지가 혼합물 전체로 전달되어 수증기의 기화가 지속적으로 진행된다.In addition, when the heat transfer oil inside the mixture is heated, the sludge temperature around it also reaches 100 ° C., so that vaporization proceeds, and vaporization of water vapor contained in the sludge proceeds much faster than the contact surface with the hot plate. Drying proceeds. In addition, since the heat transfer oil is evenly mixed, heat energy is transferred to the entire mixture, and vaporization of water vapor continues.
또한 수증기의 기화로 인해, 원래 수분이 차지하는 공간이 비워지면 근처의 열전달오일이 들어와 빈공간을 채우게 되어 열판과 혼합물의 열접촉을 지속적으로 유지하여 단열작용이 발생하지 않아 건조 효율이 획기적으로 개선되며, 건조가 진행되어도 열전달오일은 증기압이 물보다 크게 낮아 기화하지 않고 액체로 남기 때 문에 완전건조까지 단열이 일어날 수 있는 빈공간의 발생 없이 열전달이 지속적으로 이루어지게 된다.In addition, due to the vaporization of water vapor, when the space occupied by the original water becomes empty, heat transfer oil enters to fill the empty space, and the thermal efficiency of the hot plate and the mixture is maintained continuously so that thermal insulation does not occur, thereby greatly improving drying efficiency. Even though drying proceeds, the heat transfer oil has a vapor pressure lower than that of water so that it remains as a liquid without vaporization. Therefore, heat transfer is continuously performed without generating empty spaces that can insulate until complete drying.
이상과 같이 열전달오일을 사용하면 슬러지의 건조효율을 획기적으로 개선가능하게 된다. 나아가 상기 건조 방법에 의해 회수된 유기물 슬러지를 소각하게 되면 건조된 유기물 슬러지가 보유한 열량만으로도 함수율 80%의 유기물 슬러지를 완전 건조할 수 있어서, 회수된 고온의 건조 슬러지는 소각장치를 통해 보일러용 연료로도 사용할 수 있다.The use of heat transfer oil as described above can significantly improve the drying efficiency of the sludge. Furthermore, when the organic sludge recovered by the drying method is incinerated, the organic sludge having a water content of 80% can be completely dried only by the amount of heat retained by the dried organic sludge, and the recovered high temperature dry sludge is also used as a fuel for a boiler through an incinerator. Can be used.
또한 건조효율이 높으면 대량의 수증기가 연속적으로 발생하는데 이 수증기를 외부로 유출되지 않도록 밀폐된 상태로 응축기에서 감압식 증기 발생기와 연계하여 응축수를 회수하면 발생 수증기의 에너지를 모두 깨끗한 증기로 회수할 수 있는 효과를 가진다.In addition, if the drying efficiency is high, a large amount of water vapor is continuously generated. If the water vapor is condensed in a confined state in a confined state to recover the condensate from the condenser, the energy of the generated water vapor can be recovered as clean steam. Has an effect.
상기 열전달오일이 슬러지 건조의 촉매제 역할을 수행하기 위하여 물이 완전히 기화하는 상황에서 액체상태를 유지해야 한다. 따라서 물의 1기압 기화점인 100℃ 보다 기화점이 높고, 물의 기화온도에서 물보다 증기압이 현저히 낮으며, 나중에 회수하기 용이하도록 기화에너지가 작은 연료유를 사용한다. 바람직하게는 1기압 기화점이 200℃ 내외의 석유인 것이 적당하며, 이 석유와 물의 온도별 증기압을 나타낸 표1을 참고하면 알 수 있다.In order to perform the heat transfer oil as a catalyst for sludge drying, the heat transfer oil must be kept in a liquid state in which water is completely vaporized. Therefore, a fuel oil having a higher vaporization point than 100 ° C., which is a one-pressure vaporization point of water, a significantly lower vapor pressure than water at a vaporization temperature of water, and a small vaporization energy is used for easy recovery later. Preferably, the 1 atm vaporization point is suitable for petroleum at about 200 ° C., and it can be seen by referring to Table 1 showing the vapor pressure of the temperature of the petroleum and water.
상기 슬러지와 열전달오일의 혼합은 중량혼합비가 1:0.5 ~ 1:0.8로 혼합한다. 슬러지와 열전달오일의 중량혼합비가 1:0.4 이하로 내려가면 오일이 적어지게 되어 열전달이 잘 되지 않고 유동성이 저하되어 증발기에 주입이 어려워진다. 오일이 많으면 열전달이 잘 되는 대신 건조 후 잔류 오일이 많아져 오일 거품이 발생량이 증가하고 회수해야 할 오일도 증가한다. 그에 따라 슬러지와 오일의 중량혼합비가 1:1 까지도 건조효과에 크게 문제는 없지만 오일이 과도하기 때문에 균형을 이루는 비율은 1:0.8이 바람직하다.The sludge and heat transfer oil are mixed in a weight mixing ratio of 1: 0.5 to 1: 0.8. When the weight mixture ratio of sludge and heat transfer oil falls below 1: 0.4, the oil becomes less and heat transfer is not good, and fluidity decreases, making injection into the evaporator difficult. A large amount of oil results in better heat transfer, but more residual oil after drying, which increases the amount of oil foaming and increases the amount of oil to be recovered. Accordingly, even when the weight ratio of sludge and oil is 1: 1, there is no problem in the drying effect, but the ratio is 1: 0.8 because the oil is excessive.
상기 열전달 오일을 사용하여 슬러지를 건조시키면 신속한 열전달로 대량의 수증기가 연속적으로 발생하는데, 이 수증기를 밀폐된 공간에서 다른 공기와 섞이지 않은 상태를 유지하면 연결된 응축기에서 빠르게 응축하면서 열에너지를 강력하게 전달하게 된다. 그에 따라 증발기(20)에서 발생하는 120℃ 2기압 정도의 슬러지 수증기는 연결된 응축기(40)에서 응축되어 응축수가 되고, 열교환을 통하여 1기압 100℃의 깨끗한 수증기를 생산하게 된다. When the sludge is dried using the heat transfer oil, a large amount of water vapor is continuously generated by rapid heat transfer. If the water vapor is not mixed with other air in an enclosed space, it is rapidly condensed in a connected condenser to strongly transmit heat energy. do. Accordingly, the sludge steam of about 120 ° C. 2 atm generated in the
또한 수분증발이 완료된 슬러지와 열전달오일의 혼합물은 진공상태의 기화기(30)의 밀폐된 공간에서 120℃, 0.18기압의 증기압을 유지하면서 열판위에서 열전달오일을 모두 기화한다. 기화된 열전달오일은 연결된 이중관 주입기(80)에서 응축되어 회수되고, 오일 증기의 열에너지로 주입기 내부의 차가운 슬러지 혼합물이 가열되어 증발기로 공급되도록 한다. In addition, the mixture of the water-evaporated sludge and the heat transfer oil vaporizes all of the heat transfer oil on the hot plate while maintaining a vapor pressure of 120 ° C. and 0.18 atm in a closed space of the
이와 같이 본 발명에서는 열전달 오일과 슬러지 건조물을 분리하여 열전달 오일은 재사용하고 슬러지 건조물은 기화기의 진공을 유지하면서 별도의 용기 장치로 배출하여 슬러지를 건조하는 방법을 제공하고 있다.As described above, the present invention provides a method of drying the sludge by separating the heat transfer oil and the sludge dry matter, reusing the heat transfer oil and discharging the sludge dry matter into a separate container device while maintaining the vacuum of the vaporizer.
상기와 같은 슬러지 건조방법을 사용하는 슬러지 건조장치로 다음과 같은 실시예가 있다.Sludge drying apparatus using the sludge drying method as described above has the following embodiment.
도 1과 도 2에 도시되듯이 본 실시예는 슬러지와 열전달오일을 혼합하여 혼합물을 생성하는 슬러지-오일 혼합기(10)와, 상기 슬러지-오일 혼합기에서 상기 혼합물을 전달받아 건조시키는 증발기(20)와, 상기 증발기로부터 상기 혼합물을 전달받아 진공상태에서 상기 열전달오일을 기화시키는 기화기(30)와, 상기 증발기로부터 증발된 수증기를 응축하는 응축기(40)와, 상기 기화된 열전달 오일을 응축하여 회수하는 오일회수기(50)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a sludge-
상기 슬러지-오일 혼합기(10)는 슬러지 저장탱크(100)에서 공급받은 슬러지와 열전달오일을 교반 혼합하여 슬러지 혼합물을 만드는 장치를 말한다. 이는 일반적인 교반장치를 말하는 것으로 당업자에게 자명한 사항이기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 슬러지 혼합물은 도 2와 같이 연결된 이중관 주입기(80)를 통하여 증발기(20)로 공급되도록 구성할 수 있다.The sludge-
상기 이중관 주입기(80)는 상기 슬러지 혼합물을 상기 슬러지-오일 혼합기(10)로부터 상기 증발기(20)로 이송하는 내외부로 구분되는 이중관을 말하며, 기화기에서 발생한 오일 증기가 상기 이중관 주입기의 외부관(81)을 통과하며 내부관(82)을 통해 이송되는 상기 혼합물과 열교환을 하여 응축되어 회수될 수 있는 것을 특징으로 한다.The
상기 이중관 주입기(80)는 내부관(82)에 모노펌프나 스크류 컨베이어와 같은 장치가 연결되어 대기압 상태에서 혼합되는 혼합물을 고압 상태의 증발기에 주입할 때 발생하는 압력 차이를 극복하도록 되어있으며, 외부관(81)은 진공상태로 기화기(30)와 연결되어 기화기에서 생성되는 120℃ 내외의 오일 증기가 들어와 차가운 내부관(82)의 표면에서 열교환을 통하여 액체로 응축되어 오일을 회수될 수 있도록 구성되어 있다. 이때 내부관(82)을 지나는 차가운 슬러지 혼합물은 오일 증기가 응축되면서 열에너지를 전달받아 100℃ 정도로 가열되어 증발기로 들어가도록 구성하여, 열전달 오일을 회수하는 과정에서 에너지가 손실되지 않고 재사용될 수 있도록 하였다.The
상기 증발기(20)는 열판에 열에너지를 공급하여 슬러지 혼합물에 전달하여 슬러지 내부의 수분을 증발시키며 건조가 이루어지게 하는 본 발명의 핵심적인 시설이다. The
상기 증발기(20)는 평면의 열판(21)과, 상기 혼합물을 상기 열판상에 주입하는 주입장치(22)와, 상기 열판상에서 상기 혼합물을 이동시키는 이동장치(23)를 포함하여 구성되며, 전체가 밀폐되어 있어서 건조과정에서 발생하는 수증기를 모두 응축기(40)로 보낼 수 있으며, 상기 수증기는 연결관을 통해 상기 응축기로 이동되는 것을 특징으로 한다. The
상기 열판(21)은 오일온돌로 형성되며, 상기 오일온돌은 평평하고 긴 금속판에 적어도 하나 이상의 관통공을 포함하여, 상기 관통공을 통해 고온이 오일이 관통하여 열전달이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.The
보다 상세하게는 상기 오일 온돌은 보일러로부터 적당한 온도로 가열된 고온오일을 공급받아 혼합물에 열에너지를 전달하며, 열에너지를 전달한 저온오일은 오일보일러도 돌아간다. 유기물 슬러지의 종류에 따라 증발기 효율이 최대가 되고 저온 오일이 100℃ 이상 유지하도록 오일 온도를 관리한다.In more detail, the oil ondol receives hot oil heated at a suitable temperature from a boiler to transfer thermal energy to the mixture, and the low temperature oil which transfers thermal energy is returned to the oil boiler. Depending on the type of organic sludge, the evaporator efficiency is maximized and the oil temperature is controlled to keep the low temperature oil above 100 ° C.
한편 상기 증발기를 통과한 혼합물이라도 수분이 충분히 증발하지 못하는 경우도 발생하기 때문에 본 실시예에서 잔류수분 증발기(90)를 추가로 포함하도록 구성할 수도 있다. 상기 잔류수분 증발기(90)는 슬러지의 증발 특성상 건조가 진행될수록 천천히 진행되는 잔류수분의 증발 특성에 맞도록 열에너지 공급을 차별화하기 위하여 분리 구성하고 있으며, 상기 잔류수분 증발기의 오일온돌은 100℃ 이상으로 온도를 유지하며 발생 수증기를 응축기로 보내고 건조된 슬러지 혼합물은 연결된 오일기화기(30)로 보내지며 역시 모두 밀폐구조로 이루어진다.On the other hand, even if the mixture passed through the evaporator may occur when the water does not evaporate sufficiently may be configured to further include a
한편 증발기(20)의 다른 실시예로 다음과 같은 구성도 가능하다. Meanwhile, as another embodiment of the
본 실시예에서 상기 증발기(20)는 밀폐된 긴 원통으로 이루어지며, 열판(21)과 그 위에 놓여진 철망컨베이어(24) 및 주입장치(22)로 구성된다. 상기 증발기는 압력과 온도 변화에 견딜 수 있도록 긴 원통 용기로 만들고, 상기 원통용기 내부에 열판등이 수용되도록 한다. 이 경우 열판, 철망컨베이어, 거품상자(28)), 원통용기 등을 구조적으로 분리 설치하여 온도와 압력 변화에 따른 열변형 문제가 발생하지 않도록 증발기를 구성한다.In the present embodiment, the
상기 열판(21)은 강력한 열에너지를 상기 혼합물에 전달하여 슬러지를 폭발적으로 건조시키기 위하여 전기열선이나 고온 오일이 열판 내부에 직접 접촉되어 강력한 열에너지를 발생하도록 구성되며, 상기 열판 위에서 슬러지 혼합물이 열판에 직접 접촉되도록 하여 열에너지 전달이 극대화되도록 한다.The
또한 상기 열판(21)은 상기 혼합물의 건조시에 발생하는 오일 거품이 유출되지 않도록 'ㄷ'자 형의 거품상자와 함께 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the
도 3에 도시되듯이 상기 철망컨베이어(24)는 열전도율이 높은 금속봉(25)이 일정간격으로 배치되어 철망을 형성하고 체인(26)에 연결되어 열판(21) 위에서 이송가능하게 구성된다. 상기 금속봉과 금속봉 사이 공간에 상기 혼합물이 주입되어 상기 열판상에서 이송되며 건조된다.As shown in FIG. 3, the
또한 상기 증발기에 밑판이 없는 주입통(27)을 더 포함하도록 구성하여, 상기 주입통과 상기 열판 사이로 간격을 두어 상기 철망컨베이어가 통과하도록 구성할 수 있다. 상기 혼합물은 중력에 의하여 상기 주입통을 통과하여 상기 철망컨베이어에의 금속봉 사이로 주입되어, 주입통 아래로 지나는 상기 철망 컨베이어를 따라 상기 혼합물이 상기 열판에 연속적으로 얇게 놓여지게 된다. 그에 따라 열전달은 더욱 잘 이루어지게 되며, 특히 평평한 열판 위에 평평한 철망 컨베이어로 상기 혼합물을 얇게 건조시킴으로서 건조 후반에 발생하는 오일 거품이 거품상자에서 넘치지 않고 상기 슬러지를 완전히 건조시키게 된다.In addition, the evaporator may be configured to further include an
즉 상기 혼합물의 건조가 진행되면 혼합물 속의 열전달 오일 비율이 높아지고, 그에 따라 슬러지가 연전달오일 속에서 끓게 되어 오일 거품이 발생한다. 실험결과 거품 발생량이 혼합물의 30배 정도 발생하므로 열판에 적정 용량의 거품상자를 설치하고 혼합물을 얇게 만들면 오일 거품이 외부로 넘치지 않고 건조가 진행되며, 이 오일 거품은 흘러나가지 않고 건조가 완료되면서 사라진다In other words, as the mixture is dried, the heat transfer oil ratio in the mixture is increased, and the sludge boils in the continuous transfer oil, thereby generating oil bubbles. As the result of the experiment, foaming occurs about 30 times of the mixture, so if the proper capacity box is installed on the hot plate and the mixture is thinned, the oil bubbles do not overflow to the outside and the drying proceeds, and the oil bubbles disappear without drying out.
위와 같은 철망컨베이어의 체인(26)을 회전모터로 가동시키면 열판(21) 위를 철망컨베이어가 밀착하며 지나게 되고, 철망 컨베이어가 지나가는 공간에 바닥이 없는 갈매기형 주입통(27)을 설치하고 슬러지 혼합물을 공급하면, 이 혼합물은 중력과 철망컨베이어의 이동에 의하여 철망 컨베이어의 금속봉 사이에 얇고 일정하게 주입되어 슬러지 혼합물에 열에너지가 열판과 금속봉을 통하여 신속하게 전달되어 슬러지 건조가 진행된다. 또한 상기 혼합물은 열판 위를 철망 컨베이어에 의하여 이동하면서 연속적인 건조가 이루어져 슬러지 혼합물은 수분이 완전히 건조되어 열판이 끝나는 곳에서 슬러지 배출구로 떨어진다.When the
응축기(40)는 증발기 또는 잔류수분 증발기에서 발생하는 다량의 수증기를 외부로 유출시키지 않고 응축수로 전량 회수하는 장치를 말한다. 상기 응축기는 저압식과 고압식의 두 가지 실시예가 가능하다.The
저압식 응축기는 증발기에서 발생하는 1기압 100℃의 수증기를 응축하는 열교환기로서 외부 냉각수 공급관과 응축수 배출관이 설치되며, 열교환후 상온으로 배출되는 응축수는 유수분리기를 통하여 열전달오일과 배출수로 분리하여 배출수는 간이정화기로 연결하여 정화 후 방류하고 분리 회수된 열전달오일은 오일탱크로 보내지도록 구성된다. 상기 응축기는 감압식 증기발생기와 온수 열교환기를 장착하여 수증기의 열에너지를 회수하여 외부에서 공급되는 냉각수로 깨끗한 증기를 생산한다.The low pressure condenser is a heat exchanger that condenses water vapor at 100 ° C at 1 atmosphere and is installed with an external cooling water supply pipe and a condensate discharge pipe, and the condensate discharged to room temperature after heat exchange is separated into heat transfer oil and discharge water through an oil separator. Is connected to a simple purifier, discharged after purification, and separated and recovered heat transfer oil is configured to be sent to the oil tank. The condenser is equipped with a pressure-sensitive steam generator and a hot water heat exchanger to recover the thermal energy of the steam to produce clean steam from the cooling water supplied from the outside.
상기 응축기의 감압식 증기발생장치는 증발기에서 발생하는 100℃의 수증기가 응축기의 유입구로 들어오면, 감압식 증기발생기에 연결된 흡입식 블로어에서 증발판의 압력을 500mmHg (약 0.66기압)으로 감압하여 증발판 내부에 있는 냉각수가 89℃에서 격렬한 기화가 일어나도록 한다. 그에 따라 증발판의 표면 온도가 89℃로 유지되며, 증발기에서 유입된 수증기는 열을 빼앗게 되어 89℃의 응축수가 되어 바닥에 떨어져 배수관을 거쳐 열교환기로 들어가 외부에서 공급되는 상온의 냉각수와 열교환을 거쳐 상온의 배출수가 되어 연결관을 통하여 유수분리기로 배출된다. 공급된 깨끗한 냉각수는 응축수와 열교환을 거쳐 89℃로 가열되어 공급관을 통해 감압식 증기발생기의 증발판에 공급되어 100℃의 수증기로부터 열에너지를 전달받는다. 하지만 흡입식 블로어가 500mmHg로 감압하여 89℃에서 기화되어 깨끗한 증기가 발생하게 되며, 증발판에는 수평 수위를 일정하게 유지하는 밸브가 장착되어 증발된 양만큼의 냉각수가 공급되도록 하고, 발생한 89℃의 증기와 유입되는 100℃의 수증기간의 열 교환을 통해 100℃의 증기가 되어 블로어를 지나면 깨끗한 증기가 생산된다.When the condenser's reduced pressure steam generator enters the inlet of the condenser at 100 ° C., the pressure of the evaporator plate is reduced to 500 mmHg (about 0.66 atm) in the suction blower connected to the reduced pressure steam generator. The cooling water present causes vigorous vaporization at 89 ° C. As a result, the surface temperature of the evaporator plate is maintained at 89 ° C, and water vapor introduced from the evaporator loses heat to become condensed water at 89 ° C, falls to the bottom, enters the heat exchanger through a drain pipe, and exchanges heat with cooling water at room temperature supplied from the outside. After that, it becomes discharged water at room temperature and is discharged to the oil / water separator through the connecting pipe. The supplied clean coolant is heated to 89 ° C through heat exchange with condensate, and is supplied to the evaporation plate of the pressure-sensitive steam generator through a supply pipe to receive thermal energy from steam at 100 ° C. However, the suction blower is reduced to 500mmHg and vaporized at 89 ° C to generate clean steam, and the evaporator plate is equipped with a valve to keep the horizontal level constant so that the amount of cooling water is evaporated, and the generated vapor at 89 ° C. The heat exchange during the steam inflow of 100 ℃ leads to 100 ℃ steam, and clean steam is produced after passing through the blower.
고압식 응축기에서는 슬러지 혼합물이 밀폐된 증발기에서 고온 고압으로 건조되면서 2기압 120℃ 내외로 발생한 수증기가 증발기의 상부에 설치된 증기 배출구와 연결관을 통하여 응축기로 들어가 증기 발생장치와 열교환을 통하여 응축되고, 응축수는 응축기에 설치된 탱크와 열교환기를 거쳐 상온으로 냉각되어 배출되며, 상온의 깨끗한 물이 상기 열교환기에 공급되어 고온으로 가열되고, 증기발생장치에서 열교환으로 100℃의 깨끗한 수증기가 생산되어 증기 배출구를 통해 나오며, 배출된 응축수는 유수분리장치로 분리하여 열전달오일은 오일탱크로 회수하고 배출수는 하수처리장으로 보내도록 구성할 수도 있다.In the high pressure condenser, the sludge mixture is dried at a high temperature and high pressure in a sealed evaporator, and water vapor generated at about 120 ° C. in two atmospheres enters the condenser through a steam outlet and a connection pipe installed at the upper part of the evaporator, and condenses through a steam generator and heat exchange. The condensate is cooled and discharged to room temperature through a tank installed in the condenser and a heat exchanger, and clean water at room temperature is supplied to the heat exchanger and heated to a high temperature. The discharged condensate can be separated by an oil-water separator to recover the heat transfer oil to the oil tank and send the discharged water to the sewage treatment plant.
상기 기화기(30)는 건조된 혼합물에서 열전달오일을 기화하여 회수하는 장치를 말한다. 증발기에서 건조된 혼합물에 포함된 열전달오일은 기화기(30)에서 진공상태에서 포화증기로 존재할 때 기화와 응축을 통하여 빠르게 열에너지를 전달하는 액체의 성질을 이용하여 기화기에서 열판으로 가열하여 기화시키면, 발생한 오일 증기는 기화기의 증기 배출구와 연결관을 통하여 증기를 응축 회수하는 오일회수기(50)로 들어간다.The
이때 오일 회수기(50)는 별도의 구성으로도 할 수 있지만 상기 슬러지-오일 혼합기(10)로부터 상기 증발기(20)로 상기 혼합물을 이송하는 내외부로 구분되는 이중관 주입기(80)의 외부관(81)으로 구성할 수 있으며, 상기 기화기(30)에서 발생한 오일 증기는 상기 이중관 주입기의 외부관(81)을 통과하며 내부관(82)을 통해 이송되는 상기 혼합물과 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. At this time, the
즉, 상기 이중관 주입기(80)는 이중관으로 구성되어 내부관은 주입관으로 차가운 슬러지 혼합물이 얇게 내부관 벽과 접촉하도록 되어 있어, 내부관 밖에 있는 오일 증기와 열교환을 하여 슬러지 혼합물은 가열되어 증발기로 들어가고, 상기 오일 증기는 평형 증기압을 유지하며 응축하여 외부관을 따라 하부 탱크에 모이게 되며 가압펌프로 오일저장탱크(200)로 회수한다. 이때 기화기나 건조 슬러지 용기 등 오일 증기가 닿는 다른 부분의 온도를 기화 온도보다 높게 유지하여 기화기의 열판에서 기화된 열전달오일 증기는 모두 이중관에서만 응축될 수 있도록 오일회수기(50)를 구성한다.That is, the
한편 상기 증발기나 기화기가 열판으로 오일온돌을 사용하는 경우 오일보일러를 필요로 한다. 이런 경우 상기 슬러지 건조장치는 도 1과 같이 오일을 가열하는 오일보일러(60)를 더 포함하고, 상기 오일보일러에서 가열된 오일은 상기 오일보일러에 결합된 분배기(61)를 통해 상기 증발기(20)와 상기 기화기(30)로 보내져서 열을 공급한 후 상기 오일보일러로 회수되며, 상기 오일보일러는 상기 기화기에서 회수한 슬러지 건조물을 소각하여 발생한 열로 가열할 수 있도록 구성할 수 있다.On the other hand, when the evaporator or vaporizer uses an oil ondol as a hot plate requires an oil boiler. In this case, the sludge drying apparatus further includes an
한편 80%의 함수 상태의 슬러지는 매우 유연하지만 완전 건조되면 부피가 감소하면서 경화되어 쉽게 배출되지 않으므로 증발기의 배출구에 분쇄기(95)를 설치하도록 구성할 수 있다.On the other hand, 80% of the water sludge is very flexible, but when completely dried, the volume decreases and hardens as it is hard to be discharged, so that it can be configured to install the
상기 분쇄기(95)는 2쌍의 분쇄 롤러를 상하로 설치하여 상부 롤러는 서로 홈이 맞물리는 기어식으로 작동하고 하부 롤러는 체인으로 회전속도가 하나는 빠르고 하나는 늦도록 설치하여, 상부 기어 롤러에서 1차 분쇄하고 하부 롤러에서 서로 다르게 회전하는 미세한 롤러 사이를 통과시키며 미세 분쇄하여 분쇄된 슬러지 혼합물을 주입장치를 통해 기화기에 투입한다.The
한편, 상기 슬러지 건조장치는 기화기에 건조된 슬러지를 회수할 수 있는 회수용기(70)를 더 포함하도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성에서 상기 회수용기(70)는 상기 기화기(30)로부터 중력에 의해 낙하된 건조 슬러지를 수용하며, 상기 회수용기가 건조 슬러지로 차면 상기 회수용기를 잠글 수 있는 밸브(71)를 잠근 후 건조 슬러지를 배출하며, 이 용기를 다시 연결할 때는 용기를 진공처리한 후 상기 밸브를 열어, 상기 기화기에서 오일 기화에 필요한 진공상태를 유지할 수 있도록 하여 연속적인 작동이 가능하도록 유지한다. On the other hand, the sludge drying apparatus may be configured to further include a
이하에서는 본 발명의 실시예의 작동을 설명하도록 한다. Hereinafter will be described the operation of the embodiment of the present invention.
먼저 증발기와 기화기의 압력을 대기압인 1기압 수준으로 일정하게 유지하는 실시예의 경우 다음과 같이 작동된다.First, the embodiment of maintaining the pressure of the evaporator and the vaporizer constant to 1 atm atmospheric pressure level is operated as follows.
외부에서 반입되어 저장탱크에 보관하는 함수율 80% 내외의 유기물 슬러지를 스크류 컨베이어로 슬러지-오일 혼합기(10)에 투입하고 이 혼합기에서 연료유인 경유 또는 등유를 열전달오일로 사용하여 슬러지와 적정비율로 혼합되어 증발기(20)로 투입된다.Organic sludge of about 80% of moisture content, which is brought in from the outside and stored in the storage tank, is introduced into the sludge-
증발기와 기화기의 압력을 대기압으로 유지하는 실시예의 경우 증발기(20)는 바닥에 200℃ 내외의 오일온돌이 설치되어 열판 역할을 하고 있어 투입된 혼합물에 신속한 열전달이 진행되어 슬러지의 수분이 급속하게 기화하는데, 혼합물이 상기 증발기를 30분 정도 동안 통과할 수 있도록 오일온돌은 적절한 규모를 가지고 있다.In the embodiment of maintaining the pressure of the evaporator and the vaporizer at atmospheric pressure, the
또한 일정 속도로 이동시키는 이동장치가 증발기에 장착되어 있어서 증발기를 통과한 혼합물은 분쇄기(95)를 통과하여 잘게 부수어진다. 이는 슬러지의 마무리 건조의 속도가 느리기 때문에 분쇄기로 슬러지 건조물 덩어리를 미세하게 만들어 증발이 촉진되도록 형태를 변화시켜 주기 때문이다. In addition, a moving device moving at a constant speed is mounted in the evaporator so that the mixture passing through the evaporator is crushed through the
그 후 잔류수분이 존재할 경우 잔류수분 증발기(90)로 투입되어 다시 한번 잔류 수분을 증발시킬 수도 있다. 건조되어 분쇄된 슬러지 혼합물을 150℃ 정도의 오일온돌이 설치된 잔류수분 증발기의 상면에 떨어뜨리면 완전 증발이 천천히 진행되며, 상기 혼합물은 증발기 하면으로 내려가게 되고 완전 증발된 혼합물은 주입장치를 통하여 기화기(30)로 투입된다. After that, if residual moisture is present, it may be added to the
기화기(30)에는 350℃의 오일온돌이 설치되어 건조된 혼합물의 열전달오일을 신속하게 기화시켜 건조슬러지를 만들어준다. 발생한 오일증기는 오일회수기(50)를 통과한 후 슬러지-오일 혼합기(10)로 이송된다. The
건조된 슬러지는 1Kg당 3500 Kcal 이상의 열량을 보유하여 소각로의 연료로 사용할 때 전체 장치의 열효율을 75% 정도만 유지하여도 슬러지 자체의 열량으로 함수율 80%의 슬러지 건조에 필요한 열에너지를 충분히 공급하게 된다. The dried sludge has more than 3500 Kcal of heat per kg, and when used as fuel for incinerators, it provides enough heat energy for sludge drying with 80% water content as the heat of sludge itself, even if the thermal efficiency of the entire apparatus is maintained at about 75%.
이를 위하여 소각로의 열효율을 높이도록 연소가스의 열을 회수하여 공급공기를 350℃ 이상으로 가열하여 고온의 건조슬러지를 연소시키면 850℃ 이상의 연소실 출구온도가 발생하여 적당한 소각온도를 유지하게 되며, 이 열에너지를 이용하여 오일보일러에서 오일을 350℃로 가열하여 오일 분배기로 보내면 이 분배기에서 각각의 오일온돌에 열에너지를 공급하게 된다.To this end, the heat of the combustion gas is recovered to increase the thermal efficiency of the incinerator, and when the supply air is heated to 350 ° C or higher to burn high temperature dry sludge, a combustion chamber outlet temperature of 850 ° C or higher is maintained to maintain an appropriate incineration temperature. The oil is heated to 350 ° C. in the oil boiler and sent to the oil distributor, which supplies thermal energy to each oil ondol.
이때 기화기(30)에는 350℃의 가열오일이 직접 접촉가능하도록 하고 증발기에는 200℃와 잔류수분증발기에는 150℃의 오일이 공급되도록, 각각의 장치에서 회수되는 저온 오일과 적정비율료 혼합되도록 하여 적정온도를 맞추어 오일을 공급한다. 사용 후 회수되는 열에너지를 잃은 저온 오일은 보일러로 보내 재가열한다. At this time, the heating oil of 350 ° C. can be directly contacted with the
증발기에서 발생하는 다량의 수증기는 증발기 상부에 위치한 수증기 배출구로 빠져나가 연결된 응축기(40)에서 감압식 증기발생기와 연결된 열교환기를 통하여 냉각수를 이용하여 깨끗한 증기를 생산하면서 증발기의 수증기는 전량 응축수로 회수되고 회수된 응축수는 유수분리기에서 열전달오일과 배출수로 분리되고 열전달오일은 오일탱크로 보내 슬러지-오일 혼합물에 재사용하고 배출수는 간이 정화기에서 수질정화 처리 후 방류되어 외부로는 전혀 악취가 발생하지 않도록 한다.A large amount of water vapor generated in the evaporator is discharged to the water vapor outlet located in the upper part of the evaporator to produce clean steam by using the cooling water through a heat exchanger connected to the pressure-sensitive steam generator in the
한편 증발기와 기화기의 온도를 120℃ 수준으로 일정하게 유지하는 실시예의 경우 다음과 같이 작동된다. 하수 슬러지와 열전달오일(기화점이 200℃ 내외의 석유)을 적절한 비율로 혼합하여 투입된 혼합물은 중력에 의하여 아래로 내려가 장착된 공급장치를 통하여 주입기를 통하여 혼합물을 증발기 속으로 공급한다. 상기 주입기(80)는 이중관을 지나며 혼합물은 100℃ 가깝게 가열되어 연결된 주입관을 통하여 증발기 속으로 들어간다. On the other hand, the embodiment of maintaining the temperature of the evaporator and vaporizer constant to 120 ℃ level is operated as follows. A mixture of sewage sludge and heat transfer oil (petroleum with a vaporization point of about 200 ° C.) is mixed at an appropriate rate and fed into the evaporator through an injector through a feeder mounted down by gravity. The
증발기 속에는 철망 컨베이어(24)와 열판(21)이 거품상자(28) 속에 놓여 있는데, 열판위에 얇은 간격을 두고 바닥이 없는 주입통(27)이 설치되어 열판과 주입통 사이로 철망컨베이어의 금속봉(25)이 지나가도록 구성되어 있다. 상기 주입통에 들어온 슬러지 혼합물은 철망컨베이어 속으로 주입되고 연결된 체인을 회전모터로 가동시키면 열판과 주입통의 간격만큼의 얇은 두께로 혼합물이 열판 위를 지나면서 열에너지를 공급받아 급속도로 건조된다. In the evaporator, a
상기 혼합물은 중력과 철망컨베이어의 이동에 의하여 철망 컨베이어의 금속봉 사이에 얇고 일정하게 주입되어 슬러지 혼합물에 열에너지가 열판과 금속봉을 통하여 신속하게 전달되어 슬러지 건조가 진행되고, 열판 위를 철망 컨베이어에 의하여 이동하면서 연속적인 건조가 이루어져 슬러지 혼합물은 수분이 완전히 건조되어 열판이 끝나는 곳에서 슬러지 배출구로 떨어진다.The mixture is thin and uniformly injected between the metal rods of the wire mesh conveyor by gravity and the movement of the wire mesh conveyor so that heat energy is quickly transferred to the sludge mixture through the hot plate and the metal rod, and sludge drying proceeds, and the wire plate conveyor moves on the hot plate. As a result of the continuous drying, the sludge mixture dries to the sludge outlet at the end of the hot plate where the moisture is completely dried.
슬러지가 건조하면서 발생한 120℃, 2기압의 수증기는 증발기의 상부에 설치된 증기 배출구와 연결관을 통하여 응축기(40)로 들어가 증기 발생장치와 열교환을 통하여 응축되고 응축수는 응축기에 설치된 탱크와 열교환기를 거쳐 상온으로 냉각되어 펌프로 배출되고, 대신 상온의 깨끗한 물이 이 열교환기에 공급되어 고온으로 가열되고 증기발생장치에서 깨끗한 수증기로 생산되어 증기 배출구로 나오며, 배출된 응축수는 유수분리장치로 분리하여 열전달오일은 오일탱크(200)로 회수하고 배출수는 하수처리장으로 보낸다.The steam at 120 ° C and 2 atmospheres generated by the sludge drying enters the
상기 증발기에서 건조된 슬러지 혼합물은 분쇄기(95)를 통과하게 되고, 빠르게 회전하는 미세한 롤러 사이를 통과되어 미세하게 분쇄된다. 분쇄된 슬러지 혼합물은 주입장치를 통하여 기화기(30)에 투입된다.The sludge mixture dried in the evaporator is passed through the
기화기에 투입된 건조 슬러지 혼합물은 증발기와 같은 구조의 주입장치와 열판 및 철망컨베이어에 의하여 얇게 열판 위를 지나면서 열에너지를 공급받아, 진공상태인 기화기(30)에서 열전달오일은 기화하여 포화증기압 상태로 오일증기 연결관으로 배출되고, 건조 슬러지는 중력에 의하여 밸브(71)를 지나 건조 슬러지 용기(70) 속으로 떨어진다. The dry sludge mixture put into the vaporizer is supplied with thermal energy through a thin plate by an injection device having a structure such as an evaporator and a hot plate and a wire mesh conveyor, and the heat transfer oil is vaporized in a vaporized state in the vaporized
건조슬러지가 용기(70)에 가득차면 기화기와 연결된 밸브(71)를 잠그고 용기의 배출구를 열어 건조 슬러지를 배출하는데 배출이 완료되면 다시 배출구를 막고 용기를 진공처리한 후 밸브(71)를 열어 건조 슬러지를 받는데, 이렇게 기화기 내부를 열전달오일의 포화증기 상태로 유지하면서 건조슬러지를 배출시켜 기화기가 연속적으로 작동되도록 한다.When the dry sludge is filled in the
상기와 같은 작동은 증발기와 기화기의 압력을 일정하게 유지하는 실시예와 온도를 일정하게 유지하는 실시예 만을 설명하였으나 적용하는 증기압에 따라 온도와 압력이 변화하는 실시예 또한 얼마든지 가능하며, 본 발명의 권리범위에 해당함을 밝혀둔다.The above operation described only the embodiment of keeping the pressure of the evaporator and the vaporizer constant and the embodiment of keeping the temperature constant, but the embodiment of changing the temperature and pressure in accordance with the applied vapor pressure can be any number, the present invention Make sure that you fall within the scope of your rights.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 열전달 오일을 이용한 슬러지 건조방법을 실용화할 수 있도록, 슬러지와 열전달오일을 혼합한 다음 열판과 철망 컨베이어를 장착한 증발기와 기화기를 이용하여 슬러지를 건조시키며, 밀폐상태에서 포화증기 만으로 존재할 때 기화와 응축을 통하여 빠르게 열에너지를 전달하는 액체의 성질을 이용하여 슬러지 건조에 촉매재로 사용하는 열전달 오일을 회수하도록 구성된 하수 슬러지 건조 장치를 제공하고 있다. 상기 장치는 간단하게 설치할 수 있는 장점을 가진다.As described above, in the present invention, the sludge drying method using heat transfer oil can be put to practical use, and then the sludge is dried by using an evaporator and a vaporizer equipped with a hot plate and a wire mesh conveyor, and the sludge is dried. The present invention provides a sewage sludge drying apparatus configured to recover heat transfer oil, which is used as a catalyst for sludge drying, by using a liquid that transfers heat energy rapidly through vaporization and condensation when present in saturated steam alone. The device has the advantage of being simple to install.
이상과 같은 본 발명은 본 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위 내에서 변형은 얼마든지 가능함을 밝혀둔다. The present invention as described above is not limited to the present embodiment, and the modifications can be made as many as possible without departing from the spirit of the present invention.
본 발명은 상기와 같은 기술적 구성과 작동을 통해 현재까지의 기술로 처리가 곤란하여 폐기물로 해양투기하고 있는 유기물 슬러지를 열전달 오일을 혼합하여 증발기, 기화기로 분리된 건조 장치를 통하여 단계적으로 물과 오일을 분리하는 방법으로 슬러지를 완전 건조하여 재생에너지로 활용할 수 있게 하여, 하수 슬러지를 경제적이고 깔끔하게 건조 소각 처리하여 해양투기를 대체하여 국제적인 비난에서 벗어나고 해양오염을 방지하는 친환경기술을 제공하고 있다.The present invention is difficult to process by the technology to date through the above-described technical configuration and operation, the organic sludge that is dumped off the sea as a waste by mixing the heat transfer oil by water and oil step by step through the drying device separated by evaporator, vaporizer By separating the sludge completely and making it possible to utilize it as renewable energy, sewage sludge is economically and cleanly dried incinerated to replace ocean dumping to provide environmentally friendly technology to avoid international criticism and prevent marine pollution.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 모든 증발기를 밀폐구조로 만들어 분진, 악취 발생이 전혀 없이 건조가 이루어지도록 하고 있다. 또한, 건조 과정에서 악취가 나는 수증기는 전량 응축수로 회수하여 정화처리 후 배출하고 있다. 따라서 본 발명의 방법 및 장치는 유기물 슬러지가 발생하는 하수처리장이나 축산단지 인근에서 설치하기 용이하여 슬러지 폐기를 위한 운반비용을 절감하고 대형 차량에서 발생하는 대기오염 물질을 감소시켜 환경보호에 도움을 준다.In addition, in the present invention, all evaporators are made in a closed structure so that drying is performed without generating dust and odor at all. In addition, the odorous water vapor in the drying process is recovered by condensed water in all the amount is discharged after purification treatment. Therefore, the method and apparatus of the present invention are easy to install in a sewage treatment plant or a livestock complex where organic sludge is generated, thereby reducing the transport cost for sludge disposal and reducing the air pollutants generated in a large vehicle, thereby helping to protect the environment. .
또한 본 발명에서는 슬러지 건조장치의 열효율을 획기적으로 개선하여 유기물 슬러지가 보유한 열량을 활용하여 슬러지를 완전 건조할 수 있는 방법을 개발하고, 슬러지 건조과정에서 발생한 수증기는 연결된 응축기를 통하여 깨끗한 증기로 재생산함으로서 재생에너지로 활용토록 하였다.In addition, the present invention significantly improves the thermal efficiency of the sludge drying apparatus to develop a method that can completely dry the sludge by utilizing the heat amount of the organic sludge, and the steam generated during the sludge drying process is reproduced as clean steam through the connected condenser It is used as renewable energy.
이를 계산하면 함수비 80%의 슬러지의 경우 1톤당 200Kg 의 건조슬러지가 회수되고 이 건조슬러지는 1 Kg 당 3500Kcal 정도의 열량을 보유하여 슬러지 1톤당 700,000 Kcal 의 재생에너지를 회수할 수 있으며 이는 석유로 환산하면 70리터의 석유를 대체하는 재생에너지를 확보하는 것으로 유기물 슬러지 100만 톤을 처리할 경우 7천만 리터의 석유 대체 효과가 발생하여 지구 온난화 방지에도 기여할 것으로 기대된다.When calculating this, 200Kg of dry sludge is recovered per tonne of sludge with 80% water content, and this dry sludge possesses about 3500Kcal of heat per 1Kg, which can recover 700,000 Kcal of renewable energy per ton of sludge. In other words, it is expected to secure 70 million liters of oil replacement effect if 70 million tons of organic sludge is treated by securing renewable energy to replace 70 liters of oil.
또한 본 발명에서는 전 공정을 자동화하여 유기물 슬러지의 건조 및 소각과정을 연속적으로 진행할 수 있는 건조 프로세스를 제공하였고, 특히 새로운 열전달오일 기술로 건조효율이 획기적으로 개선되고 고비용의 탈취설비가 필요 없어 건조장치의 크기와 부품을 기존 시설보다 크게 축소함으로서, 시설비와 운영비가 저렴한 경제성 높은 장치를 제공하게 되었다.In addition, the present invention provides a drying process that can continuously proceed the drying and incineration process of the organic sludge by automating the entire process, in particular the new heat transfer oil technology significantly improves the drying efficiency and does not require a high cost deodorization equipment drying device By reducing the size and parts of the system to a larger size than the existing facilities, it is possible to provide a high-efficiency device with low facilities and operating costs.
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