이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치를 나타내는 좌측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치를 나타내는 우측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치를 나타내는 상면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치의 작동상태를 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치의 열풍흐름을 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치의 운전상태를 나타내는 상세화면이다.
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치는 본 출원인의 등록특허 제10-0812707호의 슬러지 건조장치에 포함된 고정상식 건조장치에 관한 것으로서, 건조부(10), 열풍주입부(20), 열풍배출부(30), 열풍분배부(40)를 포함하여 이루어진다.
건조부(10)는 프레임부(100)의 상부에 설치된 사각형 통형상의 저장조로서 유기성 슬러지가 투입되어 이를 건조시키게 되며, 본체(11), 투입구(12), 브래킷(13), 측정부(14)로 이루어져 있다.
본체(11)는 사각 박스형상으로 형성되어 투입된 유기성 슬러지를 저장하게 되며, 투입구(12)는 본체(11)의 상부에 형성되어 건조슬러지와 습슬러지가 혼합된 유기성 슬러지를 투입시키게 된다. 이러한 투입구(12)는 개폐가 가능한 덮개가 형성되어 있다.
또한, 이러한 투입구(12)는 슬러지 혼합성형장치에서 건조 슬러지에 습슬러지가 코팅 혼합되어 함수율 35%이하의 혼합슬러지가 투입되는 곳으로서, 정방형의 투입구(12)와 혼합성형장치의 배출덕트 사이에는 플랙시블한 관이음재를 설치하여 혼합성형장치의 무게에 의한 측정 에러를 방지하고, 건조부(10)의 무게만 측정 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
브래킷(13)은 본체의 하단부 둘레에 복수개가 형성되어 건조부(10)의 하부를 지지하게 된다. 측정부(14)는 브래킷(13)의 하부에 형성되어 건조부(10)의 무게를 측정하게 된다. 이러한 측정부(14)는 다양한 측정부재를 사용하는 것이 바람직하며 특히 로드셀(load cell)을 사용하는 것이 바람직하다.
로드셀은 건조부(10)의 무게를 측정하는 것으로, 혼합 유기성 슬러지가 건조효율에 따라서 배치타입으로 투입되기 때문에 여러 단의 층이 생겨서 건조가 되는데 로드셀로 수분증발량을 계산하여 일정한 함수율로 건조된 건조 유기성 슬러지를 배출시키기 위한 무게측정수단이다.
열풍주입부(20)는 건조부(10)에 투입된 유기성 슬러지에 열풍을 주입하도록 건조부(10)의 일면이나 그의 하방에 형성되며 유입관(21), 관이음부재(22), 열풍분배조(23)로 이루어진다.
유입관(21)은 열교환기(도시안함)에서 발생된 고열의 건조공기를 건조시 재활용하기 위해 열풍을 유입하는 배관이다. 관이음부재(22)는 유입관(21)에 설치되는 플렉시블한 관이음재로서 유입관(21)에 연결되는 연결관의 무게가 건조부(10)의 무게 측정시 오류가 발생하지 않도록 유연하게 접속하게 되는 것이 바람직하다.
열풍분배조(23)는 유입관(21)과 건조부(10) 사이에 형성되어 고온의 열풍을 건조부(10) 내에 고르게 유입시키고 유속을 일정하게 하기 위한 열풍의 임시저장조의 역할을 하게 된다. 따라서 이러한 열풍분배조(23)는 건조부(10) 내에 투입된 유기성 슬러지의 건조속도에 따라서 열풍의 흐름이 변경되는 것을 일부 보완할 수 있게 된다.
열풍배출부(30)는 건조부(10)에서 사용된 열풍을 배출하도록 건조부(10)의 타면이나 그의 상방에 형성되며, 배출관(31), 관이음부재(32), 배가스분배조(33)로 이루어져 있다.
배출관(31)은 건조부(10) 내에서 유기성 슬러지의 수분을 흡수한 응축공기를 배출하기 위한 배출관이다. 관이음부재(32)는 배출관(31)에 설치되는 플렉시블한 관이음재로서 배출관(31)에 연결되는 연결관의 무게가 건조부(10)의 무게 측정시 오류가 발생하지 않도록 유연하게 접속하게 되는 것이 바람직하다.
배가스분배조(33)는 배출관(31)과 건조부(10) 사이에 형성되어 건조부(10)에서 배출되는 열풍 배가스의 유속이 높아 건조슬러지나 먼지 등이 열풍 배가스에 포함되어 배출되는 것을 방지하기 위해 열풍 배가스의 유속을 급격하게 저감시키기 위한 임시저장조로 사용된다.
열풍분배부(40)는 건조부(10)의 내부에 수평으로 설치되되 상하방향으로 어긋나게 형성되어 건조부(10)에 주입된 열풍을 분배하는 하나 이상의 투입분배부재(41)와 배출분배부재(42)로 이루어진 복수의 분배부재를 구비한다.
즉, 이러한 열풍분배부(40)는 아래부분이 뚫려있는 긴 삼각콘형태로 이루어져 있으며, 상하방향에 반복적으로 투입분배부재(41)와 배출분배부재(42)는 지그재그 상하로 교차하여 이루어지도록 배치되어 있다.
투입분배부재(41)는 하면이 개방되어 단면이 "∧" 형상으로 형성되며 일단부가 열풍주입부(20)와 연통되도록 개방되어 있으며 타단부가 폐쇄되어 있고, 배출분배부재(42)는 하면이 개방되어 단면이 "∧" 형상으로 형성되며 일단부가 폐쇄되고 타단부가 열풍배출부(30)와 연통되도록 개방되어 있다.
따라서, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 하방의 투입분배부재(41)의 일단부로 고온의 열풍이 투입되면, 고온의 열풍은 혼합된 유기성 슬러지 사이로 이동하면서 슬러지를 건조시키고, 건조시키면서 흡수한 수분과 함께 상방의 배출분배부 재(42)의 타단부로 이동하여 배출된다.
이때, 배출분배부재(42)는 상하 지그재그로 양쪽 단부가 폐쇄되어 있으므로, 열풍이 반드시 혼합 유기성 슬러지의 내부를 관통하여 흐르게 되어, 혼합 유기성 슬러지의 건조효율을 증대시키게 된다.
배출구(50)는 건조부(10)에서 건조된 유기성 슬러지를 외부로 배출하기 위해 건조부(10)의 하부에 형성되며, 안내호퍼(51), 점검창(52)으로 이루어진다.
안내호퍼(51)는 건조부(10)에서 건조된 유기성 슬러지의 배출을 유도하도록 사각뿔 형상으로 하나 또는 복수개가 구비되어 있으며, 안내호퍼(51)의 경사면은 55°이상의 경사각을 형성되어 배출시 슬러지에 의한 막힘현상을 방지하는 것이 바람직하다. 점검창(52)은 안내호퍼(51)의 측면에 설치되어 슬러기의 배출상태를 점검할 수 있게 된다.
조절부(60)는 건조부(10)에서 건조된 유기성 슬러지의 배출량을 조절하도록 배출구(50)의 하부에 설치되며, 로터리밸브(61), 구동부(62), 동력전달부재(63)로 이루어진다.
로터리밸브(61)는 회전구동에 의해 슬러지의 배출량을 조절하는 조절부재이다. 구동부(62)는 로터리밸브(61)에 회전구동력을 제공하도록 제어가능한 서보모터 등으로 이루어지며, 건조부(10)에서 배출되는 유기성 슬러지의 배출량에 따라서 로터리밸브(61)의 개폐를 제어하게 된다.
동력전달부재(63)는 로터리밸브(61)와 구동부(62) 사이에 연결되어 구동부(62)의 회전구동력을 전달하는 부재로서, 체인이나 벨트 등과 같이 다양한 전달 부재를 사용할 수 있다.
또한, 이러한 조절부(60)는 건조된 슬러지를 일정량 배출시키기 위한 장치로서, 배출구(50)와 마찬가지로 하나 또는 복수개가 설치되거나, 좌우 2개 이상을 두어 상호 교대로 운전을 하면서 건조슬러지가 상부에서 하부로 배출되는 것이 용이하게 한다.
이와 같이 복수개의 조절부(60)를 교대로 운전하게 되면, 한쪽의 조절부에서 건조 슬러지가 배출되면서 다른쪽의 조절부에서 배출된 건조 슬러지와 혼합되는 효과가 있어 건조효율을 높일 수 있다.
출구부(70)는 각각의 조절부(60) 하부에 설치되며, 유입관(71), 출구호퍼(72)로 이루어진다.
유입관(71)는 각각의 조절부(60) 하부에 접속되어 배출된 건조슬러지를 하부로 유입시키게 된다. 출구호퍼(72)는 각가의 유입관(71)을 통해 유입된 건조슬러지를 합류시켜 후공정으로 이송시키게 된다.
이송부(80)는 조절부(60)의 하부에 출구부(70)를 개재해서 설치도어 건조부(10)에서 배출된 유기성 슬러지를 외부로 이송하기 위한 이송수단으로서, 이송컨베이어(81), 배출구(82)로 이루어진다.
이송컨베이어(81)는 구동모터, 이송스크류, 구동축, 체인으로 구성되어 있으며, 이송스크류의 형태는 나선형으로 일정한 속도로 회전하면서 건조슬러지를 배출하게 되어 있다. 따라서 로타리밸브(61)와 이송스크류는 회전속도를 조절하여 슬러지의 배출량을 조절할 수 있게 된다.
배출구(82)는 이송컨베이어(81)의 일단부의 하류에 형성되어 이송콘베이어(81)에 의해 이송된 건조슬러지를 다른 공정으로 이송되기 위해 외부로 배출시키게 된다. 또한, 배출구(82)의 형상은 사각형이나 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
프레임부(100)는 건조부(10)가 상부에 고정되어 본 실시예의 건조장치를 지지하도록 형성되며, 지지프레임(110), 상부프레임(120), 하부프레임(130)로 이루어진다.
지지프레임(110)은 프레임부(100)의 수직방향 프레임으로서 수직하중을 지지하게 된다. 상부프레임(120)은 지지브레임(110)의 상부에 수평방향으로 형성되어 그 상부에 측정부(14)를 개재해서 건조부(10)를 지지하게 된다. 하부프레임(130)는 지지브레임(110)의 하부에 수평방향으로 형성되어 있다.
가이드부(200)는 건조부(10)의 상부에 설치되어 작업자가 본 실시예의 건조장치를 수리하거나 조작시에 사용되며, 안내봉(210), 지지봉(220), 바닥판(230)으로 이루어진다.
안내봉(210)은 가이드부(200)의 수평부재로서 작업자의 작업범위를 한정하여 이탈을 방지하고, 지지봉(220)은 가이드부(200)의 수직부재로서 상기 안내봉(210)을 지지하며, 바닥판(230)은 지지봉(220)의 하부에 플레이트 형상으로 형성되어 작업자의 이동이 가능하게 한다.
특히, 건조부(10)에 투입되는 열풍의 온도는 70∼150℃로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 열풍온도가 70℃ 보다 낮으면 열풍에 의한 건조시간이 과다하게 소요되어 건조효율이 저하되고, 150℃ 보다 높으면 건조시간이 단축되어 건조효율은 상승하나 열풍을 위한 연료비가 과다하게 소요되므로 바람직하지 않기 때문이다.
또한 건조부(10)에 투입되는 유기성 슬러지는 함수율이 20∼35%이고, 상기 건조부에서 건조되어 배출되는 유기성 슬러지는 함수율이 10%이하로 하는 것이 바람직하다.
혼합슬러지의 함수율이 35% 보다 크게 되면, 혼합슬러지의 건조시간이 과다하고, 20% 보다 작으면 건조되는 건조슬러지의 양이 감소되어 처리효율이 저하되므로, 20∼35%의 함수율을 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 혼합슬러지의 함수율은 건조슬러지와 습슬러지의 혼합비에 따라 변경되므로 이에 한정되지 않고 20∼60%의 범위에서 변경될 수 있음은 물론이다. 건조슬러지의 함수율이 10% 보다 높으면 보조연료 등의 재생연료로서 재활용성이 저하되므로 10%이하로 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 건조된 슬러지 제품은 팰릿(Pellet)화 되어 생산되기 때문에 먼지발생이 적어 취급성, 활용성이 우수하다.
따라서 일례로서 혼합 슬러지의 함수율이 30%이고 건조슬러지의 최종 함수율을 10%로 할 때 건조소요시간이 짧으면 체류시간을 4시간 정도로 할 수 있고, 체류시간이 길면 10시간 이상 할 수 있다. 하지만 통상적으로 8시간 내외로 체류시간을 조절한다.
열풍주입부(20)에 각 층을 만들고, 각층마다 댐퍼를 달아 구간에 따라 주입되는 건조공기의 열풍량을 조절할 수 있는 것도 가능함은 물론이다.
또한, 건조부(10)에 유입되는 열풍은 상향기류에 의해 상방으로 유동하게 되므로, 이러한 상향기류를 이용하기 위해 열풍주입부(20)는 건조부(10)의 하방에 형성되고, 열풍배출부(30)는 상기 건조부(10)의 상방에 형성되는 것이 바람직하다.
[실시예 1]
도 7은 본 실시예의 고정상식 건조장치의 운전상태를 나타내는 운전화면으로서, 주입 열풍온도 70℃, 배출가스 온도 40℃로 운전하면서 습슬러지 기준으로 약 40kg/hr씩 투입되는 화면이며, 혼합슬러지 함수율이 30% 내외에서 10%이하로 건조하는데 약 8시간 소요되었다.
그 결과로서 건조된 1차 및 2차 건조슬러지의 성분분석, 원소조성 및 발열량을 무연탄과 비교한 결과를 표 1에 표시했다.
구분 |
공업분석(%) |
원소조성(%) |
발열량(㎉/㎏) |
수분 |
휘발분 |
고정탄소 |
회분 |
C |
H |
N |
S |
Cl |
건조기준 고위발열량 |
건조기준 저위발열량 |
1차 |
4.71 |
48.54 |
5.92 |
40.83 |
29.78 |
4.57 |
3.02 |
1.04 |
0.05 |
3.275 |
3.023 |
2차 |
6.64 |
48.73 |
6.15 |
38.48 |
29.78 |
4.65 |
4.00 |
1.01 |
0.07 |
3.277 |
3.030 |
평균 |
5.68 |
48.63 |
6.04 |
39.65 |
29.78 |
4.61 |
3.51 |
1.02 |
0.06 |
3.276 |
3.027 |
무연탄 |
2.64 |
6.20 |
35.47 |
55.69 |
39.55 |
0.50 |
0.32 |
0.12 |
0.02 |
3.040 |
2.997 |
특히, 본 실시예의 유기성 슬러지의 고정상식 건조장치에 의해 건조된 건조슬러지는 발열량이 3,000㎉/㎏ 이상으로 저급 무연탄 발열량과 유사하여 화력발전소 보조연료 등으로 활용할 수 있는 연료로서 우수한 효과가 있음은 나타내고 있다.
따라서, 대부분 해양처리되어 환경을 오염시키는 유기성 슬러지를 효율적으로 건조함으로써, 재생에너지인 유기성 슬러지를 화력발전소 보조연료, 시멘트 소성로 보조연료, 폐기물 전용발전소 등의 연료로 사용하여 에너지 회수를 통한 자원절약과 지구 온난화 방지에 이바지 할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.