KR101082508B1 - 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치 - Google Patents

과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 건조기와 제2 건조기로 구성되며, 제1 건조기 내의 슬러지가 과열 증기와 접촉하는 시간이 증가하고, 제2 건조기 내에 제1 건조기 내의 과열 증기 외에 포화 증기에 의하여 가열된 외부 공기가 유입됨으로써 투입한 에너지에 비하여 건조효율을 향상시킬 수 있는 슬러지 건조장치를 제공하고자 한다.
음식물 쓰레기, 슬러지, 포화 증기, 과열 증기, 건조기

Description

과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치{The apparatus for drying food waste sludge using superheated-steam and the second gas}
본 발명은 음식물 쓰레기 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 건조기와 제2 건조기로 구성되며, 제1 건조기 내의 슬러지가 과열 증기와 접촉하는 시간이 증가하고, 제2 건조기 내에 제1 건조기 내의 과열 증기 외에 포화 증기에 의하여 가열된 외부 공기가 유입됨으로써 투입한 에너지에 비하여 건조효율을 향상시킬 수 있는 슬러지 건조장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 음식물쓰레기 탈수케이크를 포함한 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 종래의 방법은 간접적인 가열방법으로 포화 증기만 사용하여 건조하는 방식으로 건조효율이 낮아 건조에 다량의 에너지가 소요되었다. 음식물 쓰레기로부터 이물질을 제거한 후 탈수 공정에서 배출된 탈수케이크와 탈리액을 고형분리하여 얻은 슬러지를 혼합한 음식물 쓰레기 슬러지는 함수율이 70%이상이며 건조하여 건식사료나 분체연료로 활용하기 위하여는 함수율을 13% 이내로 건조하여야 하는 바 종래의 방법대로 건조하면 건조에 다량의 에너지가 소모되어 건식사료의 경우 원가 중 에너지비용이 차지하는 비중이 매우 높으며, 분체연료의 경우 분체연료의 상당부분을 분체연료 제조시 건조에너지로 사용하기 때문에 수율이 낮아지는 문제점이 있었다.
한편 과열 증기를 건조에 이용하는 방법으로 과열 증기만을 슬러지 표면에 분사하고 응축수를 하부로부터 배출하는 방법이 있지만, 이 방법은 슬러지 표면으로부터 수분이 증발하므로 슬러지 내부의 수분을 배출하는데 한계가 있다.
또한 건조기 내 교반기에 의하여 교반되는 슬러지에 보일러에서 발생하는 과열 증기를 스팀배관에 연결된 방열판에 의하여 열을 전달하고 아울러 고온의 보일러 폐가스를 열풍분사노즐을 통하여 슬러지에 열풍을 직접 분사하여 건조하는 직·간접적인 건조방식은 고온의 열풍을 사용하므로 화재의 위험성이 존재한다.
배치식으로 포화 증기 및 과열 증기를 이용하는 슬러지를 건조하는 방법은 슬러지를 용기에 넣고 포화 증기를 넣어 가압하고 슬러지 중심에 과열 증기를 단일튜브를 통하여 주입하는 예비 건조단계를 거친 후 마이크로파 발생기를 통하여 마이크로파를 투과하여 건조하는 방식으로 이 방법은 배치식으로 운전되기 때문에 대량의 슬러지를 처리하는데 용량의 한계가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여 음식물쓰레기 슬러지를 연속적으로 대량 건조하며 에너지효율을 극대화할 수 있는 슬러지 건조장치를 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명은 건조장치를 제1 건조기와 제2 건조기로 구성하되, 제1 건조기에서 이송 및 교반되는 슬러지 내부로 과열 증기를 분사하여 과열 증기가 슬러지와 최대한 많은 면적으로 접촉할 수 있고, 제1 건조기에 슬러지 배출관 외에 별도의 배출관을 형성하지 않아 제1 건조기에서 과열 증기가 슬러지와 접촉하는 시간을 최대화함으로써 건조효율을 제고할 수 있는 슬러지 건조장치를 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명은 제1 건조기로부터 배출되는 슬러지를 건조하는 제2 건조기를 출구방향으로 경사지게 설치하고, 포화 증기 자켓을 통하여 외부 공기를 가열하여 유입하고 가열된 고온의 공기에 의하여 슬러지로부터 수분의 증발이 일어나며 결과적으로 생성되는 수분과 소량의 분진이 포함된 공기는 제2 건조기의 수증기 및 분진 배출관을 통하여 배출되며 슬러지 건조과정에서 생성되는 응축수는 제2 건조기 일측 하단에 연결된 응축수 드레인을 통하여 배출함으로써 저비용에 의하여 건조 효율을 제고할 수 있는 슬러지 건조장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 제1 교반기 축(111)과 제1 스크류(112)를 포함하여 이루어져 슬러 지를 교반 및 이송하는 제1 교반기(111, 112); 상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지에 제1 기체인 과열 증기를 분사하기 위한 노즐(115); 상기 제1 교반기(111, 112)와 상기 노즐(115)이 내부에 설치되고, 일측에 슬러지가 유입되는 제1 슬러지 유입관(113)이 형성되며, 타측에 상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송된 슬러지와 상기 노즐(115)을 통하여 분사된 모든 과열 증기를 배출하기 위한 제1 슬러지 배출관(118)이 형성되는 제1 건조기 하우징(110); 상기 제1 슬러지 배출관(118)을 통하여 배출되는 슬러지와 과열 증기가 유입되도록 일측에 상기 제1 슬러지 배출관(118)에 연통되는 제2 슬러지 유입관(213)이 형성되고, 타측에 제2 슬러지 배출관(244)이 형성되며, 상기 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 건조시키기 위한 제2 기체가 유입되도록 둘레면에 제2 기체 유입관(260)이 연결되는 제2 건조기 하우징(210); 상기 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 교반 및 이송하여 상기 제2 슬러지 배출관(244)을 통하여 배출하도록 상기 제2 건조기 하우징(210) 내부에 설치되며, 제2 교반기 축(211)과 제2 스크류(212)를 포함하여 이루어지는 제2 교반기(211, 212); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치에 관한 것이다.
본 발명은 소정 부위가 상기 제1 건조기 하우징(110) 내부에 설치되고, 상기 노즐(115)의 후단부가 연통하며 고정 설치되는 과열 증기관(114); 을 포함하되, 상기 노즐(115)로부터 분사되는 과열 증기가 상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지 내부로 분사되도록, 상기 노즐(115)은 분사단이 상기 제1 건조기 하우징(110)의 내벽으로부터 이격되며 설치될 수 있다.
본 발명은 일측에 포화 증기 유입관(248)이 형성되고 타측에 포화 증기 배출관(249)이 형성되며, 상기 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면을 감싸는 통 형태의 포화 증기 자켓(247); 상기 포화 증기 자켓(247)의 둘레면을 감싸며 제2 기체가 공급되는 통 형태의 제2 기체 자켓(246); 을 포함하되, 상기 제2 기체 유입관(260)은 상기 포화 증기 자켓(247) 내부에 설치되어 일측단이 상기 제2 기체 자켓(246) 내측면에 연통되고, 타측단이 상기 제2 건조기 하우징(210)에 연통될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 건조기 하우징(210)은 상기 제2 슬러지 유입관(213)이 형성된 일측으로부터 상기 제2 슬러지 배출관(244)이 형성된 타측으로 가면서 상부로 경사지게 설치되고, 상기 제2 건조기 하우징(210)의 일측 하부에는 응축수를 배출하기 위한 응축수 드레인(251)이 연결되고, 상기 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면에는 수증기 및 분진을 배출하기 위한 수증기 및 분진 배출관(241)이 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 과열 증기관(114) 중 상기 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 일측단에는 과열 증기 공급 밸브(123)가 구비된 과열 증기 공급관(122)과 압축 공기 공급 밸브(121)가 구비된 압축 공기 공급관(120)이 각각 연결되고, 상기 과열 증기관(114) 중 상기 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 타측단에는 과열 증기 드레인(119)이 설치되고, 상기 포화 증기 배출관(249)에는 스팀 트랩(250)이 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 과열 증기 공급관(122)에는 포화 증기의 유입량을 조절하기 위한 포화 증기 공급 밸브(122-5)가 구비되되, 상기 과열 증기 공급 관(122)은 상기 포화 증기 공급 밸브(122-5)의 조작을 통하여 유입된 포화 증기를 가열하기 위하여 연소로(130) 내부에 설치되며 코일 형태로 형성되는 가열부(122-1)를 포함하고, 상기 과열 증기 공급관(122) 중 상기 과열 증기관(114)에 연결되는 단부와 상기 가열부(122-1) 사이에는 상기 가열부(122-1)를 통과한 초기 기체를 배출하기 위한 스팀 드레인(122-3)이 구비될 수 있다.
본 발명은 포화 증기만을 사용하여 간접 가열하는 종래의 건조방법과 달리 과열 증기를 제1 건조기에서 혼합 교반되는 슬러지 내부로 분사하여 접촉 면적을 최대화하고, 또한 수증기를 제2 건조기에서 배출함으로써 과열 증기와 슬러지와의 접촉시간을 최대화하는 장점이 있다.
본 발명은 포화 증기에 의하여 가열된 공기를 제2 건조기 하우징 내부로 불어 넣고, 또한 제1 건조기 내의 과열 증기가 제2 건조기 내부 유입됨으로써, 저비용에 의하여 슬러지를 건조시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명은 포화 증기만을 사용한 종래의 건조방법에 비하여 제1 건조기에서 섭씨 350도로 가열된 과열 증기를 슬러지 내부에 불어 넣고, 제2 건조기에서 포화 증기에 의하여 가열된 공기를 공급한 결과 투입한 에너지에 비하여 건조효율이 향상되었으며 건조물의 품질 즉 에너지원 또는 건식사료로서의 가치에 변화가 없는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시예의 구성도를, 도2는 본 발명의 일실시예의 과열 증기 공급관의 구성도를, 도3은 본 발명의 일실시예의 제2 건조기 하우징의 개략적 단면도를 나타낸다.
도1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 제1 건조기(100) 및 제2 건조기(200)를 가진다.
도1을 참조하면 제1 건조기(100)는 제1 교반기(111, 112), 제1 건조기 하우징(110), 과열 증기관(114), 과열 증기 공급관(122) 및 압축 공기 공급관(120)을 포함한다.
도1을 참조하면 제1 건조기 하우징(110)은 일측에 슬러지가 유입되는 제1 슬러지 유입관(113)이 형성되며, 제1 슬러지 배출관(118)이 형성된다. 제1 건조기 하우징(110)은 수평으로 설치될 수 있다. 한편, 제1 슬러지 유입관(113)의 상단에는 호퍼(125)가 설치될 수 있다.
도1을 참조하면 제1 교반기(111, 112)는 제1 교반기 축(111)과 제1 스크류(112)를 포함하여 이루어지는데, 제1 건조기 하우징(110) 내부에 설치된다. 제1 교반기 축(111)은 일측단이 제1 건조기 하우징(110)에 회전 가능하도록 지지되고, 타측단이 제1 건조기 하우징(110)의 타측단을 관통하며 외부에 노출될 수 있다. 제1 교반기 축(111)의 타측단은 제1 감속기(116)를 통하여 제1 모터(117)에 연결된다. 제1 스크류(112)는 제1 교반기 축(111)을 따라 제1 교반기 축(111) 상에 나선형으로 형성된다.
도1을 참조하면 제1 스크류(112)에는 제1 리프트(124)가 나선형으로 제1 스 크류(112)의 일면을 따라 설치된다. 제1 리프트(124)는 점성이 강하여 서로 뭉쳐진 슬러지를 제1 스크류(112)가 회전함에 따라 회전하며 들어올려 다시 떨어뜨리기 위한 것이다. 제1 리프트(124)는 슬러지 건조장치에 사용되는 통상의 리프트일 수 있다.
도1을 참조하면 제1 건조기 하우징(110) 내부에는 제1 슬러지 유입관(113)을 통하여 유입되어 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지에 제1 기체인 과열 증기를 분사하기 위한 노즐(115)이 설치된다.
도1을 참조하면 과열 증기관(114)은 소정 부위가 제1 건조기 하우징(110) 내부에 설치된다. 제1 건조기 하우징(110) 내부에 설치된 과열 증기관(114)의 소정 부위에는 노즐(115)의 후단부가 연통하며 고정 설치된다. 노즐(115)은 일정한 간격으로 다수개 배치되며 노즐(115)의 개수는 제1 건조기 하우징(110) 크기와 처리하고자 하는 슬러지 특성에 따라 결정된다.
도1을 참조하면 노즐(115)은 분사단이 제1 건조기 하우징(110)의 내벽으로부터 이격되며 설치되는데, 이는 노즐(115)로부터 분사되는 과열 증기가 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지 내부로 분사되도록 하기 위한 것이다. 즉, 노즐(115)은 분사단이 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지 내부에 묻힐 수 있도록 설치된다.
도1을 참조하면 제1 건조기 하우징(110)에는 제1 슬러지 배출관(118) 외에는 노즐(115)을 통하여 분사된 과열 증기를 배출하기 위한 별도의 배출관이 형성되지 않는다. 따라서, 노즐(115)을 통하여 분사된 모든 과열 증기가 제1 슬러지 배출 관(118)을 통하여 배출되므로, 노즐(115)을 통하여 분사된 과열 증기가 제1 건조기 하우징(110) 내부에 체류하는 시간이 늘어나게 된다.
도2를 참조하면 과열 증기 공급관(122)과 압축 공기 공급관(120)은 과열 증기관(114) 중 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 일측단에 각각 연결된다. 과열 증기 공급관(122)에는 과열 증기 공급 밸브(123)가 구비되고, 압축 공기 공급관(120)에는 압축 공기 공급 밸브(121)가 구비된다.
도2를 참조하면 상기 과열 증기관(114) 중 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 타측단에는 과열 증기 드레인(119)이 설치된다. 과열 증기는 제1 건조기 하우징(110) 내에서 일부 응축되는데, 과열 증기 드레인(119)은 이를 제거하기 위한 것이다.
도2를 참조하면 과열 증기 공급관(122)에는 포화 증기의 유입을 조절하기 위한 포화 증기 공급 밸브(122-5)가 구비된다. 한편, 과열 증기 공급관(122)은 코일 형태로 형성되는 가열부(122-1)를 포함하는데, 가열부(122-1)는 포화 증기 공급 밸브(122-5)의 조작을 통하여 과열 증기 공급관(122)으로 유입되는 포화 증기를 가열하기 위하여 연소로(130) 내부에 설치된다. 도면 부호 131은 연소로(130)를 가열하기 위한 버너를 나타낸다.
도2를 참조하면 과열 증기 공급관(122) 중 과열 증기관(114)에 연결되는 단부와 가열부(122-1) 사이에는 스팀 드레인(122-3)이 구비된다. 스팀 드레인(122-3)은 가열부(122-1)를 통과한 초기 기체를 배출하기 위한 것이다. 즉, 최초에는 과열 증기 공급관(122) 중 과열 증기관(114)에 연결되는 단부와 가열부(122-1) 사이에는 과열 증기, 포화 증기, 응축수 등이 공존할 수 있는데, 스팀 드레인(122-3)은 과열 증기와 포화 증기를 포함하는 초기 기체 및 응축수 등을 외부로 배출하기 위한 것이다.
도1을 참조하면 제2 건조기(200)는 제2 교반기(211, 212), 제2 건조기 하우징(210), 제2 기체 유입관(260), 포화 증기 자켓(247), 제2 기체 자켓(246)을 포함한다.
도1을 참조하면 제2 건조기 하우징(210)의 일측에는 제2 슬러지 유입관(213)이 형성되고, 제2 건조기 하우징(210)의 타측에는 제2 슬러지 배출관(244)이 형성된다. 제2 슬러지 유입관(213)은 제1 슬러지 배출관(118)을 통하여 배출되는 슬러지와 과열 증기가 유입되도록 제1 슬러지 배출관(118)에 연통되며 연결된다.
도1을 참조하면 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면에는 제2 기체 유입관(260)이 연결된다. 제2 기체 유입관(260)은 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 건조시키기 위한 제2 기체를 제2 건조기 하우징(210) 내부로 유입시키기 위한 것이다.
도1을 참조하면 제2 건조기 하우징(210) 내부에는 제2 교반기 축(211)과 제2 스크류(212)를 포함하여 이루어지는 제2 교반기(211, 212)가 설치된다. 제2 교반기(211, 212)는 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 교반 및 이송하여 제2 슬러지 배출관(244)을 통하여 배출시키기 위한 것이다.
도1을 참조하면 제2 교반기 축(211)은 일측단이 제2 건조기 하우징(210)에 회전 가능하도록 지지되고, 타측단이 제2 건조기 하우징(210)의 타측단을 관통하며 외부에 노출될 수 있다. 제2 교반기 축(211)의 타측단은 제2 감속기(216)를 통하여 제2 모터(217)에 연결된다. 제2 스크류(212)는 제2 교반기 축(211)을 따라 제2 교반기 축(211) 상에 나선형으로 형성된다.
도1을 참조하면 제2 스크류(212)에는 제2 리프트(224)가 나선형으로 제2 스크류(212)의 일면을 따라 설치된다. 제2 리프트(224)는 점성이 강하여 서로 뭉쳐진 슬러지를 제2 스크류(212)가 회전함에 따라 회전하며 들어올려 다시 떨어뜨리기 위한 것이다. 제2 리프트(224)는 슬러지 건조장치에 사용되는 통상의 리프트일 수 있다.
도1 및 도3을 참조하면 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면에는 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면을 감싸는 통 형태의 포화 증기 자켓(247)이 설치된다. 포화 증기 자켓(247)의 일측에는 포화 증기 유입관(248)이 형성되고, 포화 증기 자켓(247)의 타측에는 포화 증기 배출관(249)이 형성된다.
도1 및 도3을 참조하면 포화 증기 자켓(247)의 둘레면에는 포화 증기 자켓(247)의 둘레면을 감싸며 제2 기체가 공급되는 통 형태의 제2 기체 자켓(246)이 설치된다. 제2 기체 자켓(246)에는 송풍기(245)가 연결될 수 있다. 송풍기(245)는 제2 기체가 공기인 경우 제2 기체 자켓(246)에 공기를 공급하기 위한 것이다.
도1 및 도3을 참조하면 제2 기체 유입관(260)은 포화 증기 자켓(247) 내부에 설치된다. 제2 기체 유입관(260)은 일측단이 제2 기체 자켓(246) 내측면에 연통되고, 타측단이 제2 건조기 하우징(210)에 연통되도록 설치된다.
도1을 참조하면 제2 건조기 하우징(210)은 제2 슬러지 유입관(213)이 형성된 일측으로부터 제2 슬러지 배출관(244)이 형성된 타측으로 가면서 상부로 경사지게 설치된다.
도1을 참조하면 제2 건조기 하우징(210)의 일측 하부에는 응축수를 배출하기 위한 응축수 드레인(251)이 연결되고, 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면에는 수증기 및 분진을 배출하기 위한 수증기 및 분진 배출관(241)이 연결된다.
도1을 참조하면 포화 증기 배출관(249)에는 스팀 트랩(250)이 설치된다. 스팀 트랩(250)은 포화 증기가 일부 응축됨으로써 생성된 응축수를 배출하기 위한 것이다.
이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도1을 참조하면 호퍼(125)에 저장된 슬러지는 제1 슬러지 유입관(113)을 통하여 제1 건조기 하우징(110) 내부로 투입된다. 슬러지는 제1 교반기 축(111)에 의하여 고정되고 제1 모터(117) 및 제1 감속기(116) 동력에 의하여 회전하는 제1 스크류(112)에 의하여 제1 슬러지 배출관 방향으로 이송된다. 슬러지는 점성이 강하여 제1 스크류(112)에 의하여 이송되면서 서로 뭉치게 되는데, 제1 리프트(124)에 의하여 서로 뭉치는 것이 완화된다. 제1 스크류(112)가 회전함에 따라 제1 리프트(124)가 회전하며 슬러지를 들어올려 다시 떨어뜨리는 역할을 하여 슬러지가 이송됨과 동시에 교반된다.
도1 및 도2를 참조하면 과열 증기는 과열 증기 공급관(122)을 통하여 공급되며 제1 건조기 하우징(110) 내에서 과열 증기관(114)을 통하여 흐르고 노즐(115)을 통하여 슬러지 내부로 분사된다. 제1 스크류(112)에 의하여 이송되는 슬러지는 제1 건조기 하우징(110) 내부를 채우면서 이동하도록 조작되는데, 노즐(115)은 이송되는 슬러지 내부에 묻히게 된다. 과열 증기를 슬러지 표면에 분사하면 슬러지가 뒤집어 지면서 이동하지만 슬러지 표면에서만 건조가 일어나므로 건조 효율이 떨어지게 된다. 상기한 일실시예에서는 노즐(115)에서 분사된 과열 증기가 슬러지 내부로 분사되므로 슬러지 내부가 가열되면서 수분이 증발하므로 훨씬 효과적으로 슬러지를 건조시킬 수 있다.
도1을 참조하면 제1 건조기 하우징(110)에 제1 슬러지 배출관(118) 외에 별도의 배출관을 설치하지 않았으므로, 과열 증기가 슬러지 내부에 오래 머무르면서 슬러지와의 접촉시간을 늘어남에 따라 건조 효율이 제고된다.
도1 및 도2를 참조하면 가동 초기에 과열 증기가 공급될 때 제1 건조기 하우징(110) 내의 슬러지에 의하여 혹시 운전상 문제점으로 인하여 노즐(115) 분사단이 막히는 것을 방지하기 위하여 압축 공기 공급관(120)을 통하여 압축 공기를 공급한 다음 과열 증기를 공급한다. 과열 증기는 제1 건조기 하우징(110) 내에서 일부 응축되는데, 이렇게 응축된 응축수는 과열 증기 드레인(119)을 통하여 제거된다. 건조된 슬러지는 제1 슬러지 배출관(118) 및 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 제2 건조기 하우징(210) 내로 이송하여 연속적으로 건조가 일어나게 된다.
도1 및 도3을 참조하면 제1 건조기(100)에서와 같이 슬러지는 제2 교반기축(211)에 의하여 고정되고 제2 모터(217) 및 제2 감속기(216) 동력에 의하여 회전하는 제2 스크류(212)에 의하여 제2 슬러지 배출관(244) 방향으로 이동되며, 특히 제2 리프트(224)가 슬러지를 들어올려 이송과 동시에 교반하는 역할을 수행한다. 포화 증기는 포화 증기 유입관(248)에 의하여 포화 증기 자켓(247)으로 공급되며 채워지고 포화 증기 배출관(249)을 통하여 배출되어 보일러에서 가열되어 재순환된다. 포화 증기 자켓(247)에서 포화 증기가 일부 응축되어 생성된 응축수는 포화 증기 배출관(249)에 구비된 스팀트랩(250)을 통하여 외부로 배출된다.
도1 및 도3을 참조하면 슬러지를 건조하기 위하여 제2 건조기 하우징(210) 내로 제2 기체가 유입된다. 제2 기체는 외부 공기일 수 있다. 외부 공기는 송풍기(245)에 의하여 제2 기체 자켓(246)에 공급한다. 제2 기체 자켓(246)에 채워진 공기는 포화 증기 자켓(247)내 설치된 다수의 제2 기체 유입관(260)을 통과하면서 가열되어 제2 건조기 하우징(210) 내의 제2 스크류(212)에 의하여 이송되는 슬러지에 공급된다. 가열된 공기에 의하여 슬러지로부터 수분이 증발한다. 제2 건조기 하우징(210)의 타측 근부의 둘레면에 연결된 수증기 및 분진 배출관(241)을 통하여 공기와 더불어 수분 및 슬러지로부터 발생한 분진이 배출된다. 상기한 일실시예는 수증기를 외부로 배출하기 전에 분진을 제거하기 위하여 분진 분리장치(242)를 설치할 수 있다. 또한 상기한 일실시예는 배풍기(243)를 분진 분리장치(242) 후단에 설치하여 수분이 포함된 공기를 외부로 신속하게 배출하여 제2 건조기 하우징(210) 내에 생성된 수분을 신속하게 제거함으로써 습도를 낮추어 건조가 원활하게 일어날 수 있도록 할 수 있다. 제2 건조기 하우징(210)은 일측으로부터 타측으로 가면서 상부로 경사지게 설치되어 있으므로, 제2 건조기 하우징(210) 내의 슬러지로부터 응축된 수분은 경사면을 따라 아래로 흘러 제2 건조기 하우징(210) 일측단 하부에 모이게 된다. 제2 건조기 하우징(210) 일측단 하부에 모인 응축수는 응축수 드레 인(251)을 통하여 외부로 배출한다. 건조된 슬러지는 제2 슬러지 배출관(244)를 통하여 배출된다.
도2를 참조하면 과열 증기를 만들기 위하여 과열 증기 공급관(122)에는 포화 증기가 유입되는데, 이때 유입되는 포화 증기량은 포화 증기 공급 밸브(122-5)로 조절한다. 연소로(130)는 버너(131)에 의하여 가열되는데, 연소로(130) 내의 뜨거운 연소 분위기하에서 포화 증기는 가열부(122-1)를 지나면서 과열 증기로 변화한다. 초기에는 가열부(122-1)와 과열 증기 공급관(122)의 단부 사이에 과열 증기, 포화 증기 및 응축수 등이 공존할 수 있으므로 과열 증기 공급 밸브(123)를 잠그고 스팀 드레인(122-3)을 통하여 외부로 배출한다. 스팀 드레인(122-3)에서 배출되는 스팀이 투명한 과열 증기임이 확인되면 과열 증기 공급 밸브(123)를 개방하고 스팀 드레인(122-3)을 잠그어 제1 건조기 하우징(110) 내부로 과열 증기를 공급하여 슬러지를 건조한다.
도1 및 도3을 참조하면 송풍기(245)를 통하여 제2 기체인 외부 공기가 제2 기체 자켓(246)에 채워진다. 포화 증기 자켓(247)에는 다수개의 제2 기체 유입관(260)이 설치되어 제2 기체 자켓(246)에 채워진 공기가 제2 기체 유입관(260)을 통과하면서 포화 증기 자켓(247)에 있는 포화 증기로 인하여 열을 받아 가열된다. 가열된 외부 공기는 제2 건조기 하우징(210) 내벽으로부터 중앙부로 유입되면서 슬러지와 계속 접촉함으로써 슬러지를 가열하고 이 과정에서 수분이 증발한다. 슬러지는 제2 스크류(212)에 의하여 회전하면서 제2 리프트(224)에 의하여 교반되므로 더욱 효과적인 건조가 일어난다.
실험예
본 발명의 구현을 위하여 음식물 쓰레기로부터 이물질을 제거한 후 압축 탈수하여 얻은 탈수케이크와 압축탈수 시 발생한 탈리액을 데칸타를 이용하여 고액분리하여 얻은 고형분을 혼합하여 건조기에서 건조하여 함수율이 43.43%인 음식믈쓰레기 중간 건조물을 얻었다.
음식물 쓰레기 중간 건조물을 본 발명에 따른 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치에서 시간당 450kg 처리하면서 건조 실험을 하였다. 건조에 사용된 포화 증기 온도는 140oC이며 공급된 포화 증기량은 245[kg/hr]이었다. 과열 증기는 압력이 약 1.5[Kgf/cm2], 공급량이 55[kg/hr]이며 과열 증기 온도를 섭씨 200도에서 350도까지 50도씩 증가시키면서 과열 증기 온도가 건조에 미치는 영향을 조사하였다. 실험한 결과는 아래의 [표 1]과 같다.
[표 1] 과열 증기 온도가 슬러지 건조물에 미치는 영향
Figure 112009077063635-pat00001
[표 1]에서 번호 1은 음식물 쓰레기 중간 건조물인 원료를 나타낸다. 번호 2는 과열 증기를 사용하지 않고 포화 증기만 공급하여 건조한 결과를 나타내며 건조장치 출구에서의 건조물의 함수율은 33.82%이었다. 번호 3에서 번호 6은 포화 증기와 더불어 과열 증기를 공급하면서 건조 실험을 하였으며 건조장치 출구에서 채취한 건조물의 함수율을 측정하였다. 포화 증기와 더불어 온도가 섭씨 200도인 과열 증기를 공급하면서 건조한 결과 함수율이 24.49%로 떨어졌으며 과열 증기 온도를 증가시킬수록 [표 1]에서 보는 바와 같이 건조장치 출구에서의 건조물의 함수율이 계속 감소하여 과열 증기 온도가 350도 일 때 건조장치 출구에서 채취한 건조물의 함수율이 18.07%이었다. 과열 증기 공급량은 포화 증기의 55/245 이지만 공급량 대 함수율 저감율을 비교하여 보면 매우 효과적인 것을 알 수 있다. 또한 과열 증기 온도가 높으면 음식물 쓰레기 슬러지 내 포함된 휘발분이 휘발하여 공기와 더불어 외부로 배출되면 건조물을 에너지원으로 사용할 시 불리한 결과를 초래하므로 건조물의 공업분석, 원소분석, 발열량을 동시에 측정하였다. [표 1]에서 보는 바와 같이 과열 증기 온도를 섭씨 350도까지 증가시켜도 건조물의 발열량 및 조성에 미치는 영향이 거의 없었다. 실험예는 본 발명의 건조장치에 의하여 중간 건조물을 건조하는 경우 포화 증기에 비하여 소량의 과열 증기를 사용할 때 건조물의 조성에 영향을 미치지 않고 효과적으로 건조할 수 있음을 보여 주었다.
도1은 본 발명의 일실시예의 구성도.
도2는 본 발명의 일실시예의 과열 증기 공급관의 구성도.
도3은 본 발명의 일실시예의 제2 건조기 하우징의 개략적 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:제1 건조기
110:제1 건조기 하우징 111:제1 교반기 축
112:제1 스크류 113:제1 슬러지 유입관
114:과열 증기관 115:노즐
116:제1 감속기 117:제1 모터
118:제1 슬러지 배출관 119:과열 증기 드레인
120:압축 공기 공급관 121:압축 공기 공급 밸브
122:과열 증기 공급관 122-1:가열부
122-3:스팀 드레인 122-5:포화 증기 공급 밸브
123:과열 증기 공급 밸브 124:제1 리프트
130:연소로 131:버너
200:제2 건조기
210:제2 건조기 하우징 211:제2 교반기 축
212:제2 스크류 213:제2 슬러지 유입관
216:제2 감속기 217:제2 모터
224:제2 리프트 241:수증기 및 분진 배출관
242:분진 분리 장치 243:배풍기
244:제2 슬러지 배출관 245:송풍기
246:제2 기체 자켓 247:포화 증기 자켓
248:포화 증기 유입관 249:포화 증기 배출관
250:스팀 트랩 251:응축수 드레인
260:제2 기체 유입관

Claims (6)

  1. 제1 교반기 축(111)과 제1 스크류(112)를 포함하여 이루어져 슬러지를 교반 및 이송하는 제1 교반기(111, 112);
    상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지에 제1 기체인 과열 증기를 분사하기 위한 노즐(115);
    상기 제1 교반기(111, 112)와 상기 노즐(115)이 내부에 설치되고, 일측에 슬러지가 유입되는 제1 슬러지 유입관(113)이 형성되며, 타측에 상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송된 슬러지와 상기 노즐(115)을 통하여 분사된 모든 과열 증기를 배출하기 위한 제1 슬러지 배출관(118)이 형성되는 제1 건조기 하우징(110);
    상기 제1 슬러지 배출관(118)을 통하여 배출되는 슬러지와 과열 증기가 유입되도록 일측에 상기 제1 슬러지 배출관(118)에 연통되는 제2 슬러지 유입관(213)이 형성되고, 타측에 제2 슬러지 배출관(244)이 형성되며, 상기 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 건조시키기 위한 제2 기체가 유입되도록 둘레면에 제2 기체 유입관(260)이 연결되는 제2 건조기 하우징(210);
    상기 제2 슬러지 유입관(213)을 통하여 유입된 슬러지를 교반 및 이송하여 상기 제2 슬러지 배출관(244)을 통하여 배출하도록 상기 제2 건조기 하우징(210) 내부에 설치되며, 제2 교반기 축(211)과 제2 스크류(212)를 포함하여 이루어지는 제2 교반기(211, 212);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    소정 부위가 상기 제1 건조기 하우징(110) 내부에 설치되고, 상기 노즐(115)의 후단부가 연통하며 고정 설치되는 과열 증기관(114);
    을 포함하되,
    상기 노즐(115)로부터 분사되는 과열 증기가 상기 제1 교반기(111, 112)에 의하여 교반 및 이송되는 슬러지 내부로 분사되도록, 상기 노즐(115)은 분사단이 상기 제1 건조기 하우징(110)의 내벽으로부터 이격되며 설치되는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일측에 포화 증기 유입관(248)이 형성되고 타측에 포화 증기 배출관(249)이 형성되며, 상기 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면을 감싸는 통 형태의 포화 증기 자켓(247);
    상기 포화 증기 자켓(247)의 둘레면을 감싸며 제2 기체가 공급되는 통 형태의 제2 기체 자켓(246);
    을 포함하되,
    상기 제2 기체 유입관(260)은 상기 포화 증기 자켓(247) 내부에 설치되어 일측단이 상기 제2 기체 자켓(246) 내측면에 연통되고, 타측단이 상기 제2 건조기 하우징(210)에 연통되는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 건조기 하우징(210)은 상기 제2 슬러지 유입관(213)이 형성된 일측으로부터 상기 제2 슬러지 배출관(244)이 형성된 타측으로 가면서 상부로 경사지게 설치되고,
    상기 제2 건조기 하우징(210)의 일측 하부에는 응축수를 배출하기 위한 응축수 드레인(251)이 연결되고,
    상기 제2 건조기 하우징(210)의 둘레면에는 수증기 및 분진을 배출하기 위한 수증기 및 분진 배출관(241)이 연결되는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 과열 증기관(114) 중 상기 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 일측 단에는 과열 증기 공급 밸브(123)가 구비된 과열 증기 공급관(122)과 압축 공기 공급 밸브(121)가 구비된 압축 공기 공급관(120)이 각각 연결되고,
    상기 과열 증기관(114) 중 상기 제1 건조기 하우징(110) 외부에 노출된 타측단에는 과열 증기 드레인(119)이 설치되고,
    상기 포화 증기 배출관(249)에는 스팀 트랩(250)이 설치되는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 제2 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 과열 증기 공급관(122)에는 포화 증기의 유입량을 조절하기 위한 포화 증기 공급 밸브(122-5)가 구비되되,
    상기 과열 증기 공급관(122)은 상기 포화 증기 공급 밸브(122-5)의 조작을 통하여 유입된 포화 증기를 가열하기 위하여 연소로(130) 내부에 설치되며 코일 형태로 형성되는 가열부(122-1)를 포함하고,
    상기 과열 증기 공급관(122) 중 상기 과열 증기관(114)에 연결되는 단부와 상기 가열부(122-1) 사이에는 상기 가열부(122-1)를 통과한 초기 기체를 배출하기 위한 스팀 드레인(122-3)이 구비되는 것을 특징으로 하는 과열 증기와 ２차 기체를 이용한 슬러지 건조장치.
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