KR100914993B1 - 하수슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents
하수슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치 및 그 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 수거한 하수 슬러지를 일시 저장하기 위한 저장호퍼와; 저장호퍼의 슬러지를 건조장치로 투입하기 위한 투입장치와; 상부에 슬러지투입구가 형성되고 하부에 건조 슬러지배출구가 형성되는 건조로와, 슬러지투입구로부터 슬러지배출구까지 투입된 슬러지를 연속 이송 건조하도록 건조로 내부에 설치되는 다단 불연컨베이어와, 건조로 하부에 설치되어 무한궤도구조의 화격자에 의해 투입된 연료를 직접 연소하는 직접열 연소장치와, 건조로 상부에 설치되어 건조로 내의 증기를 고속 배출하는 고속증기배출장치를 포함하여 이루어지는 건조장치와; 건조장치에 의해 건조된 슬러지와 분탄호퍼로부터 공급되는 분탄을 균일하게 혼합하기 위한 혼합장치와; 표면에 성형부가 형성되면서 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 성형롤러로 이루어져 투입된 혼합슬러지를 연속적으로 고형연료로 성형하는 성형장치를; 포함하고, 각각의 장치는 컨베이어 또는 스크루 중 어느 하나로 이루어지는 이송장치로 연결되어 슬러지의 투입에서 최종 고형연료의 성형 생산이 연속적으로 이루어지는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐기물고형연료 제조장치 및 제조 방법에 관한 것이며, 특히 폐기물 중 해양투기를 하거나 소각 방법으로 처리되고 있는 하수종말처리장에서 발생하는 하수오니를 원료로 대체에너지인 신재생에너지(고형연료)를 제조하여 고유가시대 연료비절감, 환경문제를 해결할 수 있도록 한 하수슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상수, 공업용수, 하·폐수처리 과정과, 식품, 제지 제약, 분뇨, 축산 등의 일반 산업 폐수처리 과정에서 발생하는 침전물인 슬러지는 그동안 폐기물로서 매립과 해양투기 방법으로 처리하여 왔다.
최근 각종 폐기물 특히 하수슬러지의 효율적인 처리가 환경문제의 중요한 화두로 대두되고 있으며, 지난 2007년 5월 하수슬러지관리종합대책 과 2008년 6월 환경부 상하수도정책관실의 하수슬러지자원화 계획 발표 등 그 대책마련이 이슈화되고 있다.
특히, 런던협약 ’96의정서 발효와 함께 하수슬러지를 포함한 폐기물의 해양배출 기준을 대폭 강화(해양오염방지법 시행규칙 개정 ‘06.2.21 제1기준은 2008년 2월, 제2기준은 2011년 2월부터 하수슬러지의 해양배출 금지)하고 있어 하수슬러지의 효율적인 처리로 자원화하는 기술의 개발은 실로 중차대하다 할 것이다.
[하수슬러지 발생 및 처리현황]
□ 2006년 말 기준 전국에 가동 중인 하수처리장(328개소)에서 1일 평균 7,446톤/일의 하수슬러지 발생
⊙ 하수종말처리시설 신증설 등으로 ’11년(473개소)에는 1일 약 9,554톤에 이를 것으로 전망
[연도별 예상 증가량]
| 구 분 | '06 | '08 | '11 |
| 슬러지발생량(톤/일) | 7,446 | 8,415 | 9,554 |
□ 하수슬러지의 직 매립이 금지됨에 따라 대부분 처리비용이 저렴한 해양투기방식으로 처리
’06년도 하수슬러지 처리현황(톤/일)
| 구 분 | 발 생 | 처 리 | |||
| 육상매립 | 소각 | 재활용 | 해양배출 | ||
| 물량 | 7,446 | 64 | 937 | 1,139 | 5,306 |
| % | 100 | 1 | 13 | 15 | 71 |
이와 같은 이유 때문에 하수슬러지 등의 폐기물 자원화에 대한 시도와 연구가 다양한 형태로 진행되고 있고, 그 일환으로 하수슬러지를 토양으로 환원하거나 건축자재로 활용하거나 유효성분을 분해 환원시키거나 또는 고형연료로 재사용하는 등 다양한 방법이 강구되고 있으며, 그 중 폐기물고형연료(RDF: Refuse Derived Fuel)로 재사용하는 방법은 하수슬러지를 펠렛(pellet), 큐브(cube), 연탄(briquette) 상으로 압축 성형하여 석탄이나 가스 및 석유의 대체연료로 사용할 수 있도록 한 것으로 슬러지의 처리효과와 자원의 재활용 효과를 동시에 거둘 수 있는 장점이 있다.
한편, 하수슬러지는 발생원이나 지역적 특성에 따라 구성 성분도 매우 다양하지만 70~85wt%가 수분이고 나머지가 가연분 및 회분이며, 총량 중 가연분이 10~14wt% 정도를 차지한다. 또한, 건조 고형분 자체의 발열량이 3000~5000kcal/kg-waste이고, 완전연소시 CO, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 환경기준치를 초과하지 않은 것으로 보고되어 대체연료로서의 가치를 갖는다.
그러나 하수슬러지는 70~85 wt%가 수분이기 때문에 연료로서 사용하기 위해서는 수분을 제거하기 위한 공정이 필수적으로 포함되고, 상기 수분제거공정은 전체 공정에 투입되는 에너지의 30~40%를 차지하여 폐기물고형연료의 생산성과 생산비용에 결정적인 영향을 미침으로 수분제거공정의 효율화가 폐기물고형연료 생산에 있어 매우 중요한 과제이다.
종래 하수 슬러지의 수분제거는 주로 탈수 공정에 의해 수분을 제거하는 방법이 사용되어왔다. 즉, 대한민국 특허10-0661624호 "폐기물 처리방법 및 이를 통해 제조된 고형연료", 특허10-0469171호 "하수슬러지를 이용한 고형연료 및 성형제품 제조방법", 특허10-0793850호 "하수슬러지의 처리방법 및 이로부터 생성된 탈수케이크" 등 하수슬러지를 이용한 고형연료제조방법은 1차 또는 1, 2차 탈수과정에 의해 수분함량을 30~40%로 감소시키는 공정이 포함되어 있으며, 이들 탈수공정은 폐기물고형연료 제조방법의 중요한 부분을 구성하고 있다.
하수슬러지의 원심분리에 의한 탈수방법은 정해진 양의 슬러지를 일괄적으로 탈수할 수 있는 장점이 있으나 현탁액 상태로 다량 함유된 미세입자가 폐수와 함께 유출됨으로써 수율감소가 이루어지고, 배출된 폐수를 재차 정화하기 위한 폐수처리설비가 요구되어 그에 따른 설비와 비용 등이 추가로 소요되고, 슬러지의 투입에서 포장 가능한 상태의 고형연료를 얻는 전체 공정이 연속적인 공정에 의해 이루어지지 않기 때문에 고형연료 생산의 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
한편, 고형연료는 주로 스토커식 연소장치에 많이 이용되고, 스토커식 연소장치는 연료의 연소 지속시간이 길수록 연료의 공급과 회분의 배출 등의 공정이 줄어들기 때문에 연소장치의 효율성이 향상되고, 연료의 공급이 인력에 의해 이루어지는 소규모 연소장치의 경우 더욱더 연소 지속시간이 긴 연료가 요구된다.
그러나 기존 펠렛 형태로 공급되는 폐기물고형연료(RDF-5)는 대략 800 도의 온도에서 10분 이내에 연소가 종료되기 때문에 연소 지속시간이 매우 짧고 그만큼 연료 공급과 회분의 회수가 빈번하게 이루어져야 함으로 연소장치의 유지 관리에 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 하수슬러지의 투입에서부터 고형연료로 성형되는 전체 생산공정이 연속적인 처리공정에 의해 이루어져 대량 생산이 가능한 하수슬러지 이용 폐기물고형연료 제조 장치를 제시할 목적을 갖는다.
또한, 본 발명은 하수 슬러지에 포함된 수분을 제거함에 있어서, 건조로 내로 하수슬러지의 연속적인 투입과, 건조로 내에서 불연컨베이어에 의한 연속이송과정에서 직접 열접촉과 및 고속증기배출장치에 의한 증기 배출에 의해 슬러지 건조가 신속하고 연속적으로 이루어지도록 함으로써 취출수 처리에 따른 별도의 폐수처리장치에 관련된 제 문제를 해소하고, 미세 입자상태의 현탁 물질까지 건조 획득되는 고형연료 제조장치를 제시할 목적을 갖는다.
또한, 본 발명은 하수 슬러지 이용 고형연료의 연소 지속시간을 늘려 연료의 공급과 회분의 배출에 관련된 인력투입이나 연소장치 유지 관리 노력을 감소시키고 인력에 이루어지는 소형 고형 연료 연소장치에서 인력에 의한 연료공급과 회분의 회수 작업을 효과적으로 수행할 수 있고, 저위발열량을 향상시킬 수 있는 하수 슬러지 이용 고형연료 제조방법을 제시할 목적을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해,
수거한 하수 슬러지를 일시 저장하기 위한 저장호퍼와; 저장호퍼의 슬러지를 건조장치로 투입하기 위한 투입장치와; 상부에 슬러지투입구가 형성되고 하부에 건조 슬러지배출구가 형성되는 건조로와, 슬러지투입구로부터 슬러지배출구까지 투입된 슬러지를 연속 이송 건조하도록 건조로 내부에 설치되는 다단 불연컨베이어와, 건조로 하부에 설치되어 무한궤도구조의 화격자에 의해 투입된 연료를 직접 연소하는 직접열 연소장치와, 건조로 상부에 설치되어 건조로 내의 증기를 고속 배출하는 고속증기배출장치를 포함하여 이루어지는 건조장치와; 건조장치에 의해 건조된 슬러지와 분탄호퍼로부터 공급되는 분탄을 균일하게 혼합하기 위한 혼합장치와; 표면에 성형부가 형성되면서 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 성형롤러로 이루어져 투입된 혼합슬러지를 연속적으로 고형연료로 성형하는 성형장치를; 포함하고, 각각의 장치는 컨베이어 또는 스크루 중 어느 하나로 이루어지는 이송장치로 연결되어 슬러지의 투입에서 최종 고형연료의 성형 생산이 연속적으로 이루어지는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치를 제시한다.
또한, 본 발명은 수거한 하수 슬러지를 호퍼에 투입하여 일시 저장하고, 이를 건조장치로 투입하는 단계1과; 단계1에 의해 건조장치로 유입된 하수슬러지를 다단 불연컨베이어로 연속 이송하는 과정에서 직접 열접촉과 증기배출에 의해 건조로 내에서 함수비 30~40%로 건조하는 단계2와; 단계2에 의한 슬러지 50~90%wt, 분탄호퍼로부터 공급되는 분탄 10~50%wt를 혼합장치에 연속 투입하고 이를 균일하게 혼합하는 단계3과; 단계3에 의한 혼합슬러지를 성형장치에 투입하여 고형연료로 성형하는 단계4를; 포함하여 이루어지는 하수슬러지 이용 고형연료제조방법을 제시한다.
본 발명의 고형연료 제조장치 및 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
1. 저장호퍼와, 건조장치와, 혼합장치와, 성형장치가 이송장치에 의해 연결되어 투입과 배출이 연속적인 흐름에 의해 이루어지도록 구성됨으로써 슬러지의 투입과 최종 고형연료의 성형 전 과정이 연속공정으로 이루어져 슬러지 이용 고형연료로 대량생산할 수 있는 장점이 있다.
2. 다량의 수분을 함유하고 있는 슬러지를 높은 연소열에 직접 접촉시킴으로써 슬러지에 포함된 휘발성 연소물질도 함께 연소하여 발열량이 더욱 향상되고, 발생 증기는 고속증기배출장치에 의해 신속하게 배출하는 구조로 이루어져 슬러지의 건조가 빠르고 효과적으로 이루어지는 장점을 갖는다.
3. 직접열에 의해 슬러지를 건조하고 증기를 배출하는 방식임으로 미세한 가연물질도 외부로 배출되지 않고 남아 가연성 고형연료물질을 구성하며, 슬러지에 포함된 수분이 증기 형태로 배출됨으로 폐수처리를 위한 별도의 시설을 운영할 필요가 없어 경제적으로 고형연료 제조가 가능하다.
4. 고형연료에 포함된 분탄은 기존에 첨가되는 폐플라스틱 등과 같은 유기성 첨가재와 달리 연소시 저위발열량을 향상시키면서도 환경 호르몬 등 유해 가스물질을 방출하지 않는 장점이 있다.
5. 분탄을 혼합함으로써 고형연료의 성형성이 향상되고, 30~40%의 함수율로 슬러지를 건조하더라도 분탄의 흡습성과 성형성에 의해 성형 후 즉시 포장 가능한 10% 내외의 함수비를 유지하여 건조를 위한 에너지 소비를 절감할 수 있고, 분탄에 의해 연소지속시간이 길어져 연소장치 이용시 연료 공급에 따른 노력을 절감할 수 있다.
6. 슬러지 건조를 위한 연소장치의 연료를 장치에 의해 생산된 고형연료를 그대로 사용함으로써 고형연료 생산비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고형연료 제조장치의 공정 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건조장치의 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투입장치의 상세 구조도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임팰러의 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 쟁기의 결합 상태도
도 6은 본 발명에 의한 성형장치의 실시 예도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 저장호퍼 20: 투입장치
21: 이송장치 22: 투입브러시
30: 건조장치 31: 건조로
32: 다단불연컨베이어 33: 직접열연소장치
34: 고속증기배출장치 35: 프로팰러
36: 쟁기 40: 혼합장치
50: 분탄호퍼 60: 성형장치
70: 저장탱크 80: 포장기
90: 이송장치 91: 제1이송장치
92: 제2이송장치 93: 제3이송장치
94: 제4이송장치 95: 제5이송장치
도 1 은 본 발명에 의한 슬러지 이용 폐기물 고형연료 제조장치의 구성을 도시하기 위한 것으로, 수거한 슬러지를 일시 저장하기 위한 저장호퍼(10)와; 저장호퍼의 슬러지를 건조장치(30)로 투입하기 위한 투입장치(20)와; 상부에 슬러지투입구(311)가 형성되고 하부에 건조 슬러지배출구(312)가 형성되는 건조로(31)와, 슬러지투입구로부터 슬러지배출구까지 투입된 슬러지를 건조로 내에서 다단 연속 이송하도록 건조로 내부에 설치되는 다단 불연컨베이어(32)와, 건조로 하부에 설치되어 무한궤도 구조의 화격자(331)로 연속 투입된 연료를 직접 연소하여 상기 슬러지를 열 건조하는 직접열연소장치(33)와, 건조로 상부에 설치되어 건조로 내의 증기를 고속 배출하는 고속증기배출장치(34)를 포함하여 이루어지는 건조장치(30)와; 건조장치에 의해 건조된 슬러지와 분탄호퍼(50)로부터 공급되는 분탄을 투입하여 균일하게 혼합하는 혼합장치(40)와; 표면에 성형부(611)가 형성되고, 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 성형롤러(61)로 이루어져 투입된 분탄 혼합 슬러지를 연속적으로 고형연료로 성형하는 성형장치(60)를; 포함하고, 각각의 장치는 컨베이어 또는 스크루 중의 어느 하나로 이루어지는 이송장치(90)로 연결되어 슬러지의 투입에서 최종 고형연료의 성형 생산이 연속적으로 이루어지는 구성을 특징으로 한다.
저장호퍼(10)는 하수종말처리장으로부터 수거한 하수를 건조장치로 투입하기 전 일시 저장하기 위한 것으로 수거차량으로부터 하역을 용이하게 하기 위하여 지중에 탱크를 형성하여 수거차량으로부터 직접 배출하는 구조로 실시할 수 있고, 지상 탱크로 구성하여 수거차량으로부터 이송장치에 의해 배출하는 구조로 실시할 수 있다.
투입장치(20)는 상기 저장호퍼에 수용된 슬러지를 건조장치로 투입하기 위한 장치로 컨베이어 또는 스크루로 이루어지는 이송장치(21)와 투입부러시(22)로 이루어진다.
투입브러시(22)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 이송장치(21)를 통하여 건조로의 슬러지투입구(311)로 투입되는 슬러지가 건조로(31) 내의 다단불연컨베이어(32)에 덩어리 상으로 투입되지 않고 고르게 분산 투입되도록 뿌려주고, 원심력에 의한 비중차에 의해 슬러지와 수분을 분리시켜 건조 효율을 높일 수 있도록 하는 장치이며, 건조로 상부의 슬러지투입구(311) 측 이송장치(21) 말단에 설치되는 고속회전브러시로 이루어진다.
상기 구조에 의해 이송장치(21) 말단에서 낙하되는 슬러지가 고속회전하는 브러시에 의해 흩어지고 확산되면서 슬러지 투입구 하부에서 넓게 펴지면서 다단 불연컨베이어에 투입된다.
상기 투입브러시(22)는 금속 또는 합성수지로 이루어진 원통형 축(221)에 식재한 브러시모(222) 및 구동모터(미도시)로 이루어지며, 상기 브러시모의 간격이 좁게 밀식되면 모 사이로 파고든 슬러지가 투입구 상부로 뿌려지는 현상이 발생하고, 브러시모의 식재 간격이 지나치게 넓으면 슬러지의 확산효과가 감소됨으로 브러시모의 식재 간격은 2~4cm가 바람직하다.
건조장치(30)는 투입된 슬러지를 적정 함수율이 유지되도록 건조하여 배출하기 위한 장치로, 내화재로 구성된 건조로(31)와, 다단불연컨베이어(32), 직접열연소장치(33) 및 고속증기배출장치(34)로 이루어지고, 여기에 직접열연소장치에 의한 열풍을 건조로 내에 고르게 분산시키기 위한 프로펠러(35)와, 불연컨베이어 내에 건조 이송중인 슬러지를 뒤집어주기 위한 쟁기(36)가 포함될 수 있다.
건조로는 내화벽돌 등의 내화재를 사용하여 박스형이나 터널 형태로 구성되고, 상부에 슬러지투입구(311)이 형성되고, 하부에 슬러지배출구(312)가 형성된다.
다단불연컨베이어(32)는 건조로 내에서 함수율이 높은 투입 슬러지를 단계적으로 건조시켜 저함수율의 배출슬러지로 건조하기 위한 장치로, 건조로 내의 슬러지투입구(311)에서부터 슬러지배출구(312)까지 사이에 다단으로 설치되는 불연컨베이어(32)로 구성된다.
상기 불연컨베이어는 상층 불연컨베이어의 이송시점에서 시작하여 최하층의 이송종점까지 연속적인 이송이 이루어지도록 상층과 하층의 불연컨베이어 이송방향이 서로 반대로 구성되고, 상층 불연컨베이어 이송 종점보다 그 하층 이송시점이 돌출되어 투입된 슬러지가 각층의 불연컨베이어를 타고 지그재그로 이송되면서 건조되고, 배출되도록 구성된다.
상기 불연컨베이어는 건조로 내부 열에 컨베이어의 구성요소가 변형되지 않도록 축받이 및 구동장치(미도시)는 건조로 외측에 설치되고, 벨트는 금속체로 이루어져 수분배출이 용이하고 내부 고온의 영향으로 가열되어 슬러지의 건조가 더욱 신속하게 이루어지도록 구성된다.
상기한 불연컨베이어의 최하층 불연컨베이어는 그 이송 종점이 슬러지배출구(312)를 통과하여 건조로 외부에 위치하도록 구성함으로써 슬러지투입구로 투입된 슬러지가 다단의 불연컨베이어를 거쳐 이송되는 과정 중에 건조되고, 최하층 불연컨베이어에서 슬러지배출구를 통하여 건조로 외부로 배출되며, 슬러지의 투입과 건조 및 배출이 컨베이어 시스템에 의해 연속적으로 이루어지는 건조공정이 가능하게 된다.
직접열연소장치(33)는 폐기물고형연료, 갈탄, 목재 칩 등의 고형연료를 사용하고, 연료 투입에 의해 연소 상황을 직접 제어할 수 있도록 리프트체인 또는 금속벨트로 이루어진 무한궤도 구조의 화격자(331)와 그 구동장치(332), 연료호퍼(333), 연료이송장치(334), 블로어(335), 구동제어장치(미도시), 점화장치(336), 재회수용호퍼(337)가 포함되는 구조를 갖는다.
상기 리프트체인 또는 금속벨트로 된 무한궤도 구조의 화격자(331)는 건조로의 양 측벽을 통과하는 형태로 배치되고, 무한궤도의 일 측에 연료호퍼(333)로부터 연료를 이송 공급하는 연료이송장치(334)가 설치되고, 타 측에는 재회수용호퍼(337)가 설치되어 화격자가 간헐 또는 저속 이송하면서 연료이송장치에 의해 공급된 연료가 건조로 내부로 투입되고, 건조로 내부에서 최초 점화장치(336)에 의해 점화된 후 자체 연소가 이루어지고, 연소에 의해 가연성분이 타고난 회분은 건조로 외측의 재회수용호퍼(337)로 배출됨으로써 슬러지 건조에 필요한 열량을 건조로 내에서 지속적으로 생산할 수 있다.
직접열연소장치는 건조로 내에 화격자를 설치함으로써 화염과 열기에 의한 직접열에 의해 투입된 슬러지의 건조가 이루어지며, 연료의 연소열이 건조로 내에 그대로 작용하여 고온의 건조환경을 제공함으로써 열풍건조 시보다 높은 건조효율을 발휘하고, 슬러지에 포함된 휘발성 연소물질을 함께 연소하여 건조효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있고, 폐기물고형연료를 사용할 수 있음으로써 연료비용을 절감할 수 있는 이점을 제공한다.
고속증기배출장치(34)는 건조로 내의 포화 수증기를 신속하게 배출하여 건조효율과 연소효율을 향상하기 위한 것으로 건조로 상부에 증기배출구(341)를 형성하고, 상기 증기배출구(341)에 고속흡입팬(342)을 설치하여 건조로 내의 증기를 배출시킨다.
상기 고속증기배출장치에 의한 증기 배출은 증기와 함께 열이 함께 배출되기 때문에 건조로 내에 증기가 포화되는 시간 간격을 관측하여 포화되거나 그 직전 단계에서 상기 고속증기배출장치가 가동되도록 구성함으로써 열 손실을 최소화하면서 건조효율은 향상시킬 수 있다.
상기 건조로 내에 열이 고르게 분산될 수 있도록 프로펠러(35)를 설치할 수 있고, 슬러지를 뒤집어 줌으로써 효과적으로 건조가 이루어지도록 쟁기(36)를 설치하는 구조로 실시할 수 있다.
상기 프로펠러(35)는 도 4에 도시한 바와 같이, 건조로 벽을 통과하도록 설치한 회전축(351)의 건조로 내측에 팬(352)을 결합한 구조로 이루어지며, 건조로의 전후면 벽체에 일정간격으로 설치됨으로써 건조로 내부 연소열을 고르게 분산시킬 수 있다.
상기 프로펠러는 저속으로 회전하면서 건조로 내부 열을 교반시킬 수 있으며, 각 팬이 독립된 구동모터에 연결되어 구동하는 구조로 실시할 수 있고, 건조로 외측에서 각 축이 체인이나 벨트에 의해 연결되어 단일 모터에 의해 구동되는 구조로 실시할 수 있다.
쟁기(36)는 다단 불연컨베이어에 의해 건조 이송되는 슬러지의 내부를 뒤집어 주도록 불연컨베이어의 상부에 일정간격으로 설치됨으로써 슬러지 내부까지 효율적으로 건조가 이루어지도록 하는 장치이다.
상기 쟁기는 도 5에 도시한 바와 같이, 각 층의 불연컨베이어의 상부에 노의 전후면 벽에 고정되는 프레임(361)을 일정 간격으로 설치하고, 상기 프레임에 일정간격으로 쟁기날(362)을 설치한 구조로 이루어져 불연컨베이어(32) 상부에 건조 이송중인 슬러지(100)가 상기 쟁기날을 통과할 때 겉과 속이 뒤엎어지도록 작용한다.
상기한 쟁기는 함수율이 높아 뒤엎는 효과가 낮은 상층부의 불연컨베이어는 제외하고 어느 정도 건조된 상태의 불연컨베이어 층부터 설치할 수 있으며, 대략 1m 간격과 폭마다 쟁기를 설치하고 같은 층상에서 전 후 쟁기는 서로 엇갈리게 설치함으로써 슬러지를 고르게 뒤엎어 쟁기에 의한 건조효율 향상 효과를 극대화할 수 있다.
상기 혼합장치(40)는 건조장치를 거친 슬러지와 외부 분탄저장호퍼(50)에서 공급되는 분탄을 균일하게 교반 혼합시키는 장치이며, 투입구를 통하여 연속 투입되는 슬러지 및 분탄을 본체 내부에서 연속적으로 혼합하면서 한편으로는 배출구를 통하여 배출되는 구조로 실시된다.
상기한 혼합장치(40)는 슬러지 및 분탄의 투입과 혼합 및 배출이 연속적으로 이루어지는 구조가 되도록 다양한 형태로 실시될 수 있다.
도시된 실시 예는 일측 상부에 투입구(41)가 형성되고, 타측 하부에 배출구(42)가 형성되는 본체(43) 내부에 투입구로부터 배출구로 향하는 2쌍의 교반스크루(44)를 나란하게 설치한 구성으로 하여 건조장치(30) 및 분탄호퍼(50)로부터 공급된 슬러지 및 분탄이 상기 교반스크루의 날개에 의해 혼합되고, 동시에 스크루의 이송작용에 의해 배출구로 이송되면서 배출되도록 한 구조의 혼합장치를 도시한 것이다.
혼합장치에 공급되는 분탄은 분탄호퍼(50)를 통하여 공급되고, 상기 분탄호퍼는 분탄을 안정적으로 공급하기 위하여 혼합장치와 함께 설치된다.
성형장치(60)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 분탄과 혼합된 슬러지를 가압하여 고형연료로 성형하는 장치로서 표면에 성형부(61)가 형성된 한 쌍의 마주보는 성형롤러(62)로 구성된다.
성형롤러(62)의 표면에 성형부(61)가 형성된 서로 마주보는 한 쌍의 성형롤러(62) 사이로 분탄과 혼합된 슬러지가 투입되면, 성형롤러(62)에 의해 슬러지가 가압되면서 성형부(61)와 같은 형태의 고형연료가 성형되는 구조로 구성되어 연료의 투입이 연속적으로 이루어지면 성형 또한 연속적으로 이루어져 고형연료의 대량 생산이 가능하게 된다.
상기 성형부(61)는 다이아몬드, 조개, 또는 육각 펠렛 형상 등 다양한 형태로 구성하여 동형의 고형연료로 성형할 수 있으며, 롤러에 의해 가압성형이 이루어지기 때문에 고형연료에 필요한 충분한 압축강도를 얻을 수 있다.
성형된 고형연료는 포장을 위한 저장탱크(70)로 이송된 후 포장기(80)에서 일정한 규격의 포대로 포장된다.
이송장치(90)는 각 장치를 컨베이어 시스템으로 연결하기 위한 장치로 건조기와 혼합장치(40)를 연결하는 제1이송장치(91)와, 분탄호퍼(50)와 혼합장치(40)를 연결하는 제2이송장치(92)와, 혼합장치와 성형장치(60)를 연결하는 제3이송장치(93)로 이루어지고, 저장탱크 및 포장기와 함께 구성된 경우에 성형장치와 저장탱크를 연결하는 제4이송장치(94)와, 저장탱크와 포장기를 연결하는 제5이송장치(95)로 이루어진다.
상기 이송장치는 이송 대상물의 특성에 따라 컨베이어 또는 스크루로 이루어질 수 있다.
도시된 실시 예에서, 제1이송장치(91)는 건조로의 최하층 불연컨베이어로부터 낙하되는 슬러지를 받아 혼합장치로 투입하는 기능을 유기적으로 수행할 수 있도록 컨베이어로 구성하였다.
제2이송장치(92)는 일정한 량의 분탄을 혼합장치(40)로 투입할 수 있도록 스크루로 구성하였으며, 제3이송장치(93)는 분탄 혼합 슬러지를 성형장치에서 소화시킬 수 있는 적정한 량으로 공급하기 위하여 스크루로 구성하였다.
제4이송장치(94)는 성형된 고형연료를 손상 없이 이송하기 위하여 컨베이어로 구성하고, 제5이송장치는 포대를 적절히 운반할 수 있도록 컨베이어로 구성하였다.
이상의 구성에 의한 하수 슬러지 이용 고형연료 제조장치는 차량 등으로 수거한 슬러지를 저장호퍼로 일시 수용한 후 이를 건조기로 투입하고, 건조기에서는 이를 다단 불연컨베이어와 직접열 연소장치에 의한 열 및 고속증기배출장치에 의한 증기 배출과정에 의해 적정 함수율 상태로 건조시키며, 적정 함수율 상태로 건조된 슬러지는 혼합장치에서 분탄과 혼합된 후 성형되고, 포장되는 일련의 공정에 의해 고 함수율 상태의 슬러지가 고형연료로 연속제조된다.
상기 저장탱크(70)는, 저장탱크 저면의 배출부(71) 아래에 포장백(101)을 놓을 수 있도록 하부의 받침프레임(72)에 의해 지지된 상태로 지면에서 일정거리만큼 떨어져서 설치된다.
따라서, 저장탱크의 배출부를 열어 고형연료가 낙하하면 저장탱크 아래의 포장 백에 담기게 된다.
상기 포장 백에 포장되는 고형연료는, 일반적으로 소포장일 경우에는 20~50kg, 대포장일 경우에는 1ton의 중량으로 채워져 포장기(80)에서 최종 포장된다.
다음은 본 발명의 하수슬러지 이용 고형연료 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 하수슬러지 이용 고형연료 제조방법은 수거한 하수 슬러지를 호퍼에 투입하여 일시 저장하고, 이를 건조장치로 투입하는 단계1과; 단계1에 의해 건조장치로 유입된 하수슬러지를 다단 불연컨베이어로 연속 이송하는 과정에서 직접 열접촉과 증기배출에 의해 건조로 내에서 함수비 30~40%로 건조하는 단계2와; 단계2에 의한 슬러지 50~90%wt와 분탄호퍼를 통하여 공급되는 분탄 10~50%wt를 혼합장치에 투입하여 균일하게 혼합하는 단계3과; 단계3에 의한 혼합슬러지를 성형장치에 투입하여 고형연료로 성형하는 단계4를; 포함하여 이루어진다.
<단계1> 하수슬러지를 호퍼에 투입하는 단계
도 1과 같이 각 장치들이 연결라인을 이룬 상태에서 하수종말처리장에서 수거한 하수슬러지를 저장호퍼(10)에 일시 저장하고, 이를 투입장치(20)를 통해 건조장치(20)로 투입하는 단계로 이루어진다.
<단계2> 고형연료를 건조장치에 투입하여 건조하는 단계
투입된 하수슬러지는 건조로 내에 지그재그로 이송 건조되도록 설치된 다단 불연컨베이어에 의해 이송되면서 직접열연소장치에서 발생된 고온의 열과 열풍에 의해 건조되고, 발생한 증기는 고속증기배출장치에 의해 배출되는 과정에 의해 80% 내외의 고 함수율 슬러지가 30~40%의 저 함수율 슬러지로 건조되는 단계이다.
<단계3> 건조된 슬러지와 분탄을 혼합하는 단계
혼합장치( 40 )로 이송된 슬러지 50~90%wt와 분탄호퍼를 통하여 공급되는 분탄 10~50%wt를 연속적으로 혼합장치로 투입하고, 혼합장치에서 슬러지와 분탄을 균일하게 혼합되는 단계이다.
상기 단계에 의해 30~40%의 함수율로 건조된 슬러지의 수분이 분탄에 흡수되어 분탄 혼합 슬러지는 성형성이 양호한 10% 내외의 함수율을 유지되며, 슬러지에 흡수된 열이 분탄 혼합과 성형과정에서 발산되면서 수분이 함께 증발되어 최종 고형연료는 별도의 건조 과정 없이도 10% 내의 최적 함수율을 유지한다.
고형연료에 분탄이 10~50%wt 혼합됨으로써 많은 에너지가 소비되는 슬러지 건조를 함수율 30~40% 정도에서 그칠 수 있고, 슬러지에 포함된 수분은 분탄에 그대로 흡수되어 성형성을 높이는 작용을 하고, 혼합에 의해 성형성이 양호한 10% 내외의 함수율을 유지할 수 있다.
또한, 상기 분탄은 유기성 하수슬러지나 바인더로 사용하는 폐플라스틱 등 유기성 혼합물 연소시 발생하는 다이옥신 등의 환경호르몬을 배출하지 않고, 저위발열량을 향상하며, 고형연료의 연소지속시간을 증가시켜 고형연료를 사용하는 연소장치의 사용과 관리 노력을 절감할 수 있는 장점을 제공한다.
<단계4> 슬러지를 성형장치에 투입하여 고형연료로 성형하는 단계
한 쌍의 성형롤러 사이로 분탄 혼합 슬러지가 공급되면 성형롤러가 회전하면서 슬러지를 가압하여 성형롤러 표면에 형성된 성형부와 같은 형상의 고형연료를 성형하는 단계이다.
성형롤러에 의해 가압 성형된 고형연료는 가연성물질의 밀도가 높아 연소지속시간이 향상되고, 고형연료와 고형연료 사이의 공간에 의한 산소공급이 원활하게 이루어져 양호한 연소상태를 유지할 수 있게 한다.
<단계5> 고형연료를 포장장치에 투입하여 포장하는 단계
성형된 고형연료는 최종 포장장치의 저장탱크로 이송되고, 저장탱크로 이송된 고형연료는 저장탱크 저면의 배출부를 통해 아래로 배출되어 포장 백에 포장된다.
상기 고형연료는, 소포장일 경우에는 20~50kg 단위로 포장되고, 대포장일 경우에는 1ton 단위로 포장된다.
Claims (6)
- 수거한 하수 슬러지를 일시 저장하기 위한 저장호퍼와; 저장호퍼의 슬러지를 건조장치로 투입하기 위한 투입장치와; 상부에 슬러지투입구가 형성되고 하부에 건조 슬러지배출구가 형성되는 건조로와, 슬러지투입구로부터 슬러지배출구까지 투입된 슬러지를 연속 이송 건조하도록 건조로 내부에 설치되는 다단 불연컨베이어와, 건조로 하부에 설치되어 무한궤도구조의 화격자에 의해 투입된 연료를 직접 연소하는 직접열 연소장치와, 건조로 상부에 설치되어 건조로 내의 증기를 고속 배출하는 고속증기배출장치를 포함하여 이루어지는 건조장치와; 건조장치에 의해 건조된 슬러지와 분탄호퍼로부터 공급되는 분탄을 균일하게 혼합하기 위한 혼합장치와; 표면에 성형부가 형성되면서 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 성형롤러로 이루어져 투입된 혼합슬러지를 연속적으로 고형연료로 성형하는 성형장치를; 포함하고, 건조장치와 혼합장치, 분탄호퍼와 혼합장치, 혼합장치와 성형장치는 컨베이어 또는 스크루 중 어느 하나로 이루어지는 이송장치로 연결되어 슬러지의 투입에서 최종 고형연료의 성형 생산이 연속적으로 이루어지는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,투입장치는 컨베이어 또는 스크루 중의 어느 하나로 이루어지는 이송장치와 이송장치 말단 건조장치의 슬러지투입구에 설치되는 투입부러시로 이루어지고, 상기 투입브러시는 건조로 상부의 슬러지투입구 측 이송장치 말단에 설치되는 고속회전브러시로 이루어져 이송장치로 낙하되는 슬러지를 건조장치의 다단불연컨베이어로 뿌려주도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,직접열연소장치는 무한궤도 구조의 화격자가 건조로의 양 측벽을 통과하는 형태로 배치되고, 무한궤도의 일 측에 연료호퍼로부터 연료를 이송 공급하는 연료이송장치가 설치되고 타 측에는 재회수용호퍼가 설치되어 무한궤도 구조의 화격자가 움직이면서 연료이송장치에 의해 공급된 연료가 건조로 내부로 투입되고, 상기 연료는 건조로 내부에서 점화장치에 의해 최초 점화된 후 자체 연소가 이루어지고, 연소에 의해 가연성분이 타고난 회분은 건조로 외측의 재회수호퍼로 배출되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,건조로 벽을 통과하도록 설치한 회전축의 건조로 내측에 팬을 결합한 구조로 이루어지는 복수의 프로펠러가 건조로의 전후면 벽체에 일정간격으로 설치됨으로써 건조로 내부 연소열을 고르게 분산시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,다단 불연컨베이어의 각 층 상부에 건조로의 전후면 벽에 고정되는 프레임이 일정 간격으로 설치되고, 상기 프레임에 일정간격으로 쟁기날이 설치되는 구조의 쟁기가 포함되어 불연컨베이어에 실려 건조 이송중인 슬러지의 겉과 속을 뒤엎을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치.
- 저장 호퍼 내의 하수슬러지를 건조장치로 투입하는 단계1과; 단계1에 의해 건조장치로 유입된 하수슬러지를 다단 불연컨베이어로 연속 이송하는 과정에서 직접 열접촉과 증기배출에 의해 건조로 내에서 함수비 30~40%로 건조하는 단계2와; 단계2에 의한 슬러지 50~90%wt와 분탄호퍼를 통하여 공급되는 분탄 10~50%wt를 혼합장치에 투입하여 균일하게 혼합하는 단계3과; 단계3에 의한 혼합슬러지를 성형장치에 투입하여 고형연료로 성형하는 단계4를; 포함하여 이루어지는 슬러지 이용 폐기물고형연료 제조방법.
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| KR1020090002329A KR100914993B1 (ko) | 2009-01-12 | 2009-01-12 | 하수슬러지 이용 폐기물고형연료 제조장치 및 그 제조방법 |
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