KR101140677B1 - 2단 탄화 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오매스 연료 및/또는 저급 고형 연료를 사용하여 고품질의 목초액을 생산할 수 있는 제1 탄화로; 및 제1 탄화로에서 탄화된 탄화물을 재탄화시켜 고품질의 숯을 생산할 수 있는 제2 탄화로를 포함하므로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 제1 탄화로 및 제2 탄화로의 온도를 각각 최적의 온도로 제어하므로써 고품질의 목초액 및 숯을 생산할 수 있는 2단 탄화 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 2단 탄화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오매스 연료 및/또는 저급 고형 연료를 사용하여 고품질의 목초액을 생산할 수 있는 제1 탄화로; 및 제1 탄화로에서 탄화된 탄화물을 재탄화시켜 고품질의 숯을 생산할 수 있는 제2 탄화로를 포함하므로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 제1 탄화로 및 제2 탄화로의 온도를 각각 최적의 온도로 제어함으로써 고품질의 목초액 및 숯을 생산할 수 있는 2단 탄화 시스템에 관한 것이다.
탄화(carbonization)라 함은, 유기물을 적당한 조건 하에서 가열하면 열분해(thermal decomposition)하여 비결정성탄소(amorphous carbon)를 생성하는 현상을 말한다. 예를 들어, 목질계 원료를 공기의 공급을 차단하고 가열하거나 또는 공기를 아주 적게 하여 가열하여 목질계 원료 내에 들어 있는 휘발 성분을 모두 빼내고 탄소 성분만 남도록 하는 방식으로 숯(탄)이 생성되고, 석탄을 건류(乾溜)하면 코크스가 되며, 양초에 불을 켜면 검댕이가 생기게 되는 현상이다. 대부분의 유기물은 300~400℃에서 탄화를 일으키는데, 그 분해과정은 물질에 따라 다르다는 특성이 있다.
이와 같이, 목질계 원료의 탄화에 의해 생성되는 숯은 높은 흡착 능력으로 인해 전통적으로 공기/물의 정화에 많이 사용되어 왔고, 바비큐 등의 음식을 조리할 때 뿐만 아니라 숯이 가지고 있는 원적외선 방출 특성을 이용한 생활 용품 등에도 많이 사용되고 있다. 특히, 최근에는 환경 및 건강에 대한 관심이 높아지면서 숯의 수요가 계속하여 증가하고 있는 실정이다.
한편, 목질계 원료를 숯으로 만들때 방출되는 휘발성분을 외부 공기와 접촉시켜 응축시키면 목초액이 된다. 이러한 목초액을 장기간 숙성/분리시키면, 수용성과 유용성으로 분리되는데, 수용성의 액체는 목초액으로 사용하고, 유용성 액체는 공업용으로 사용하기도 한다.
이러한 방식으로 획득되는 목초액은 농업에서는 농약 대신에 이용하며, 축산업에서는 분뇨 냄새나 악취를 제거할 때 또는 가축의 사료로 이용하기도 한다. 정장제, 정로환 등 의약품의 원료로 사용되며, 무좀, 아토피피부염에 효과가 있다. 그 밖에 원예, 버섯재배, 건강음료, 탈취제 등으로 이용된다. 또한 세포 내 활성산소를 제거하는 기능이 뛰어나 간질환, 당뇨병, 알레르기질환, 숙취제거, 피로회복 등에 효과가 있다. 특히 목초액 중 죽초액이 갖고 있는 우수한 탈취 성분 및 정제 성능으로 인해 사용처가 지속적으로 넓어지고 있으며, 생물 농약과 고부가가치화할 수 있는 다양한 방법이 계속 개발되어 있어 사용처는 계속 증가할 것으로 보여진다.
숯과 목초액을 제조하는 탄화 공정 설비는 전통적으로 가마(숯가마)식을 사용해왔으며, 이는 벽돌로 만든 탄화로 내에 원료를 채우고, 자연 통풍을 시킨 뒤 점화하여 일부 연료의 연소를 유도하고, 그 연소열로 나머지 원료에 열을 공급하여 탄화하는 방식이다.
그러나 상기 방식에 의하면, 탄화로 내의 온도 제어가 어렵고, 통풍 역시 자연식이기 때문에 고품질의 숯과 목초액을 생산할 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 기계식 탄화 공정 설비들도 일부 개발되고 있다. 이 경우에는 경유나 LNG와 같은 화석 연료를 사용하고 공기 공급을 제어함으로써 단위 시간당 원하는 열량을 정확하게 원료에 공급하여 탄화를 수행하기 때문에 고품질의 숯과 목초액을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기 방식에 의하면, 화석 연료의 사용이 불가피하므로 숯과 목초액의 제조 비용이 증가하게 되어 생산성이 낮아지게 되며, 이산화탄소 배출되게 되어 환경 오염 문제 등이 발생하게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 최적의 목초액을 만들어내는 탄화 온도 조건은 약 400℃ ~ 600℃ 온도 범위인데 반하여, 최적의 숯을 만들어내는 탄화 온도 조건은 약 900도 이상의 고온이기 때문에 기존의 가마식 또는 기계식 탄화 공정 설비로는 고품질의 숯과 목초액을 동시에 생산할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 바이오매스 연료 및/또는 저급 고형 연료를 사용하여 고품질의 목초액을 생산할 수 있는 제1 탄화로; 및 제1 탄화로에서 탄화된 탄화물을 재탄화시켜 고품질의 숯을 생산할 수 있는 제2 탄화로를 포함하므로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 제1 탄화로 및 제2 탄화로의 온도를 각각 최적의 온도로 제어하므로써 고품질의 목초액 및 숯을 생산할 수 있는 2단 탄화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 2단 탄화 시스템은, 탄화 원료를 가열하여 탄화물을 생성할 수 있는 제1 탄화로; 상기 제1 탄화로에서 발생되는 가스상 물질이 유입되고, 유입된 상기 가스상 물질을 응축시켜 목초액을 생성할 수 있는 열교환기; 및 상기 제1 탄화로에서 생성되는 상기 탄화물이 공급되고, 공급된 상기 탄화물을 가열하여 숯을 생성할 수 있는 제2 탄화로;를 포함하고, 상기 열교환기에서 응축되지 않은 가스상 물질은 상기 제2 탄화로에 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화물에 열을 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로에는 바이오매스 연로 및 고형 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화 원료에 열을 공급하고, 그리고 상기 제2 탄화로에는 연료 버너가 제공되고, 상기 연료 버너를 통해 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화물에 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로의 탄화 온도 범위는 400℃ 내지 600℃ 온도 범위로 유지되며, 상기 제2 탄화로의 탄화 온도 범위는 900℃ 내지 1100℃ 온도 범위로 유지되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로에는 복수의 다공 노즐들이 제공되고, 상기 복수의 다공 노즐들은 공기 공급 팬과 연결되어 상기 제1 탄화로 내부로 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2단 탄화 시스템은, 상기 제1 탄화로의 온도를 측정할 수 있는 제1 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도를 수신하는 제1 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로에는 보조 연료 버너가 더 제공되고, 상기 보조 연료 버너를 통해 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화 원료에 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 제어부는 상기 제1 탄화로의 탄화 온도 범위를 유지하기 위해 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 근거하여, 상기 복수의 다공 노즐들로부터 유입되는 산화제의 유량 및 상기 보조 연료 버너를 통해 유입되는 연료의 유량 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로는, 상기 바이오매스 연로 및 고형 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소되는 제1 탄화로 하부; 상기 탄화 원료가 가열되어 탄화물이 생성되는 제1 탄화로 상부; 및 상기 제1 탄화로 하부 및 상기 제1 탄화로 상부를 구분하며 복수의 구멍이 존재하는 다공판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2단 탄화 시스템은, 상기 제1 탄화로 하부에서 발생되는 고온의 연소 가스를 흡입할 수 있는 흡입팬; 및 상기 흡입팬과 연결되어 상기 고온의 연소 가스를 상기 제1 탄화로 상부로 공급할 수 있는 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 탄화로에서 생성되는 상기 탄화물은 컨베이어 벨트를 통하여 상기 제2 탄화로로 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 연료 버너에는, 연료 공급 탱크가 연결되어 기체, 액체 및 분체 연료가 공급되고, 그리고 공기팬이 연결되어 공기가 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2단 탄화 시스템은, 상기 제2 탄화로의 온도를 측정할 수 있는 제2 온도 센서; 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도를 수신하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2 제어부는 상기 제2 탄화로의 탄화 온도 범위를 유지하기 위해 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 근거하여, 상기 연료 버너로 유입되는 연료의 유량 및 공기의 유량 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 2단 탄화 시스템은 아래와 같은 효과를 구비한다.
본 발명에 따르면, 기존의 숯 또는 목초액 생산 설비인 전통적인 가마의 단점을 보완하면서도, 이들의 단점을 보완하기 위해 나온 기계식 탄화 공정 설비에서 문제가 되는 화석 연료를 사용하는 대신 탄화시키고자 하는 목질계 바이오매스와 같은 탄화 원료 및/또는 저급 고형 연료를 사용함으로써, 탄화 시스템의 연료 비용을 감소시킬 수 있고, 그로 인해 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 고품질의 숯을 만들기 위한 온도 조건과 고품질의 목초액을 만들기 위한 온도 조건이 서로 상이하여 한 쪽을 포기할 수 밖에 없는 상황에서 온도를 2단으로 제어할 수 있도록 2단 탄화 시스템을 구성함으로써, 고품질의 숯과 목초액을 동시에 생산할 수 있다는 효과가 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 목질계 바이오매스와 같은 탄화 원료 또는 저급 고형 연료를 탄화의 에너지원으로 활용할 수 있게 되어 탄화 시스템의 운영비를 절감하여 시스템 전체의 생산성을 향상시킬 수 있고, 이를 다단 시스템으로 구성하여 최적의 온도 조건을 각각 제어함에 따라 고품질의 숯과 고품질의 목초액을 동시에 생산할 수 있다는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)의 제1 탄화로(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)의 제1 탄화로(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)의 제1 탄화로(10)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템(100)은 제1 탄화로(10), 열교환기(20) 및 제2 탄화로(30)를 포함한다.
제1 탄화로(10)는 내부로 유입된 탄화 원료(1)를 탄화시켜 탄화물(11)을 생성하는 데 사용되는 일반적인 중공 형상의 노(furnace)이다. 이때, 본 발명에 있어서 "탄화"라 함은 유기물을 적당한 조건 하에서 가열하면 열분해하여 비결정성탄소를 생성하는 반응을 의미한다.
제1 탄화로(10)에는 탄화 원료(1)로서 대나무, 참나무와 같은 목질계 바이오매스 연료 등이 공급되어 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 탄화 원료(1)들이 사용될 수 있음을 유의한다.
또한, 탄화 원료(1)에 열을 공급하기 위한 연료(2)로서 목질계 바이오매스 연로 및 고형 연료 중 어느 하나 이상이 공급될 수 있다. 예를 들어, 생활 폐기물, 산업 폐기물, 농촌 온실 플라스틱 폐기물, 폐플라스틱. 폐타이어, 전자제품 폐기물 등의 가연성 폐기물, 또는 갈탄, 무연탄, PC(Pet coke), 오일 샌드(oil sand) 등과 같은 저급 고형 연료가 황이나 염소 성분과 같은 유해물질을 포함하고 있지 않다면 탄화 원료(1)에 열을 공급하기 위한 연료(2)로서 사용될 수 있다. 더 나아가 목질계 바이오매스 연료, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 등과 같은 유무기 혼합물들이 사용될 수도 있다. 상술된 연료(2)들은 제1 탄화로(10)의 하부에서 완전 연소됨으로써 탄화 원료(1)에 열을 공급할 수 있게 된다.
또한, 공급되는 연료(2)들은 연소의 효율을 높이기 위하여 약 1~10 cm의 크기를 갖는 분쇄물 형태로 제공되는 것이 바람직하나, 더 큰 크기로 공급할 수 있으며 이는 연소 상태에 따라서 조절이 가능하다.
이때, 제1 탄화로(10)의 탄화 온도 범위는 400℃ 내지 600℃ 온도 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 이러한 이유은 상기 탄화 온도 범위는 최적의 목초액을 만들어내는 온도 조건이기 때문이다.
이러한 점들은, 모든 탄화 공정에서 경유나 상용 가스 연료를 사용하는 기존의 기계식 탄화 공정 설비와 크게 차별되는 점이며, 고정 탄소를 포함하고 저급 고형 연료의 경우 기존의 화석 연료에 비해 시간당 발생하는 열 발생량이 같은 질량에서 떨어지므로 400℃ 내지 600℃ 온도 범위의 탄화 온도를 가지는 제1 탄화로(10)에 적합함을 알 수 있다.
제1 탄화로(10)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 탄화로(10)의 하부에는 복수의 다공 노즐(3), 공기 공급 팬(4), 인버터(5), 보조 연료 버너(6), 제1 온도 센서(7) 및 제1 제어부(8)를 더 제공될 수 있다.
복수의 다공 노즐(3)은 제1 탄화로(10)의 하부에 설치되고 공기 공급 팬(4)과 연결되도록 구성된다. 그리고 복수의 다공 노즐(3)의 말단에는 다수의 홀이 형성되도록 구성된다. 이러한 다수의 홀을 통해 공기가 제1 탄화로(10)의 내부로 빠르고 다양한 방향으로 공급될 수 있게 된다. 이러한 복수의 다공 노즐(3)을 통하여 공기가 다양한 방향으로 빠르게 공급되기 때문에 연료(2)들의 연소가 최대한 균일하게 진행될 수 있게 된다.
한편, 다수의 홀의 방향은 주 유동 흐름 방향, 주 유동 흐름에 수직하는 방향, 주 유동 흐름에 일정한 각도를 주는 방향 등의 여러 조합을 제작될 수 있으며 특별히 제한되지 않음을 유의한다.
제1 탄화로(10)의 하부에는 보조 연료 버너(6)가 더 제공될 수 있으며, 이는 파일롯 버너의 형태일 수 있다. 이러한 보조 연료 버너(6)를 통해 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 탄화 원료(1)에 추가적으로 열을 공급할 수 있다. 한편, 이러한 보조 연료 버너(6)는 후술되는 제1 제어부(8)에 의해 유입되는 연료의 유량이 제어될 수 있다.
제1 온도 센서(7)는 제1 탄화로(10) 하부의 설치되며, 제1 탄화로(10)의 내부의 온도(보다 구체적으로 설명하면, 탄화 원료(1)에 공급되는 연소 가스의 온도)를 측정하는 역할을 한다. 이러한 제1 온도 센서(7)로서 열전대가 사용될 수도 있으며 제1 탄화로(10)의 내부의 온도를 정확히 측정할 수 있는 한 그 설치 위치 및 종류가 제한되지 않는다.
제1 제어부(8)는 제1 온도 센서(7)에 의해 측정된 제1 탄화로(10)의 온도를 수신하는 역할을 한다. 또한, 제1 제어부(8)는 제1 탄화로(10)의 탄화 온도 범위를 400℃ 내지 600℃ 온도 범위로 유지하기 위해 제1 온도 센서(7)에 의해 측정된 제1 탄화로(10)의 내부 온도에 근거하여, 보조 연료 버너(6)로 유입되는 연료의 유량을 제어하거나 복수의 다공 노즐(3)을 통하여 제1 탄화로(10)로 유입되는 공기의 유량을 제어하는 역할을 한다. 또한 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 기재하지는 않지만, 제1 탄화로(10)로 공급되는 연료(2)들의 투입량을 조절할 수 있음을 물론이다.
구체적으로, 제1 온도 센서(7)에 의해 측정되는 제1 탄화로(10)의 온도가 기설정된 온도 범위보다 높은 경우에는 보조 연료 버너(6)에 공급되는 연료의 유량을 감소시키거나 복수의 다공 노즐(3)을 통하여 제1 탄화로(10)로 유입되는 공기의 유량을 감소시킨다. 반면에, 제1 온도 센서(7)에 의해 측정되는 제1 탄화로(10)의 온도가 기설정된 온도 범위보다 낮은 경우에는 보조 연료 버너(6)에 공급되는 연료의 유량을 증가시키거나 복수의 다공 노즐(3)을 통하여 제1 탄화로(10)로 유입되는 공기의 유량을 증가시킨다.
이러한 제1 제어부(8)의 제어는 보조 연료 버너(6)와 연료 공급 탱크(도시 안됨) 사이에 제공되는 유량조절밸브(도시 안됨) 및 복수의 다공 노즐(3)과 공기 공급 팬(4) 사이에 제공되는 인버터(5)에 의해 수행되게 된다. 즉, 제1 제어부(8)는 유량조절밸브의 개폐 정도를 조절함으로써 보조 연료 버너(6)에 공급되는 연료의 유량을 제어하고, 인버터(5)를 통해 공급되는 전력량을 조절함으로써 복수의 다공 노즐(3)에 공급되는 공기의 유량을 제어할 수 있게 된다. 한편, 이러한 유량조절밸브 및 인버터(5)는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
열교환기(20)에는 제1 탄화로(10)의 탄화에 의해 발생되는 가스상 물질이 유입되고, 이러한 열교환기(20)는 유입된 가스상 물질을 응축시켜 목초액을 생성하는 역할을 한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 제1 탄화로(10)에서 발생되는 가스상 물질은 열교환기(20)로 유입되어 응측되고, 응축된 가스상 물질은 숙성, 증류 또는 분리 등과 같은 목초액을 생성 공정(21)을 통하여 수용성과 유용성으로 분리될 수 있으며, 수용성의 액체는 목초액으로 사용되고 유용성 액체는 공업용으로 사용되게 된다.
이때, 열교환기(20)에서 응축되지 않은 가스상 물질은 후술되는 제2 탄화로(30)로 유입되어 제2 탄화로(30)에서의 탄화에 필요한 연료로서 사용되게 된다.
제2 탄화로(30)에는 제1 탄화로(10)에서 생성되는 탄화물(11)이 공급되고, 공급된 탄화물(11)을 가열하여 숯을 생성하는 역할을 한다. 즉, 제2 탄화로(30)는 제1 탄화로(10)에서 생성되는 탄화물(11)을 고온에서 재탄화하여 탄화물(11)의 기공에 붙어있는 타르 물질 등을 제거하고 탈휘발을 더욱 촉진시켜 표면적을 넓혀 흡착 특성을 더욱 향상시키게 된다.
제1 탄화로(10)에서 생성되는 탄화물(11)은 컨베이어 벨트(12)와 같은 이송 수단을 통하여 제2 탄화로(30)에 공급될 수 있다. 다만, 이송 수단은 컨베이어 벨트(12)에 한정되지 않으며 사용자의 의도에 따라 다양한 이송 수단이 사용될 수도 있음을 유의한다.
이때, 제2 탄화로(30)의 탄화 온도 범위는 900℃ 내지 1100℃ 온도 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 이러한 이유는 상기 탄화 온도 범위는 최적의 숯을 만들어내는 온도 조건이기 때문이다.
제2 탄화로(30)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 제2 탄화로(30)는 연료 버너(31), 연료 공급 탱크(32), 공기팬(33), 인버터(34), 제2 온도 센서(35) 및 제2 제어부(36)를 더 포함할 수 있다.
연료 버너(31)는 제2 탄화로(30)의 하부에 위치하며, 연료 공급 탱크(32) 및 공기팬(33)과 연결되어 있다. 연료 버너(31)를 통해 연료 공급 탱크(32)에 저장되어 있는 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 제2 탄화로(30)로 유입되고, 공기팬(33)을 통해 공기가 제2 탄화로(30)로 유입되게 된다. 제2 탄화로(30)의 하부로 유입된 상기 연료 및 열교환기(20)에서 응축되지 않은 가스상 물질은 연소됨으로써 탄화물(11)에 열을 공급할 수 있게 된다.
제2 온도 센서(35)는 제2 탄화로(30) 내부의 설치되며, 제2 탄화로(30) 내부의 온도를 측정하는 역할을 한다. 이러한 제2 온도 센서(35)로서 열전대가 사용될 수도 있으며 제2 탄화로(30) 내부의 온도를 측정할 수 있는 한 그 종류가 제한되지 않는다.
제2 제어부(36)는 제2 온도 센서(35)에 의해 측정된 제2 탄화로(30)의 온도를 수신하는 역할을 한다. 또한, 제2 제어부(36)는 제2 탄화로(30)의 탄화 온도 범위를 900℃ 내지 1100℃ 온도 범위로 유지하기 위해 제2 온도 센서(35)에 의해 측정된 제2 탄화로(30)의 온도에 근거하여, 연료 버너(31)로 유입되는 연료의 유량 및 공기의 유량 중 어느 하나 이상을 제어하는 역할을 한다.
구체적으로, 제2 온도 센서(35)에 의해 측정되는 제2 탄화로(30)의 온도가 기설정된 온도 범위보다 높은 경우에는 연료 버너(31)에 공급되는 연료의 유량 및/또는 산소의 유량을 감소시키고, 제2 온도 센서(35)에 의해 측정되는 제2 탄화로(30)의 온도가 기설정된 온도 범위보다 낮은 경우에는 연료 버너(31)에 공급되는 연료의 유량 및/또는 산소의 유량을 증가시킨다.
이러한 제2 제어부(36)의 제어는 연료 버너(31)와 연료 공급 탱크(32) 사이에 제공되는 유량조절밸브(도시 안됨) 및 연료 버너(31)와 공기팬(33) 사이에 제공되는 인버터(34)에 의해 수행되게 된다. 즉, 제2 제어부(36)는 유량조절밸브의 개폐 정도를 조절함으로써 연료 버너(31)에 공급되는 연료의 유량을 제어하고, 인버터(34)를 통해 공급되는 전력량을 조절함으로써 연료 버너(31)에 공급되는 공기의 유량을 제어할 수 있게 된다. 한편, 이러한 유량조절밸브 및 인버터(34)는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 제1 제어부(8)와 제2 제어부(36)을 별개의 구성요소로서 기재하였지만 이는 설명의 편의를 의한 것으로서, 제1 제어부(8)와 제2 제어부(36)는 하나의 제어부로 구성될 수도 있음을 유의한다. 이 경우, 하나의 제어부에 의해 제1 탄화로(10)의 온도 및 제2 탄화로(30)의 온도가 통합적으로 제어될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하여, 제1 탄화로(10)에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이미 설명된 부분들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제1 탄화로(10)는 제1 탄화로 상부(10a) 및 제1 탄화로 하부(10b)로 이루어지며, 이러한 상부 및 하부는 다공판(10c)에 의해 구분될 수 있다.
제1 탄화로 상부(10a)는 대나무, 참나무와 같은 목질계 바이오매스 연료 등의 탄화 원료(1)가 위치하게 되며, 실제적으로 탄화가 일어나는 부분이다.
제1 탄화로 하부(10b)에는 탄화 원료(1)에 열을 공급하기 위한 연료(2)로서 목질계 바이오매스 연로 및 다양한 저급 고형 연료 중 어느 하나 이상이 공급될 수 있으며, 탄화에 필요한 에너지가 생성되는 부분이다. 이러한 연료(2)들은 상술된 바와 같이 매우 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 일정한 크기 이하로 파쇄되어 공급될 수 있다. 이러한 연료(2)들은 제1 탄화로 하부(10b)에서 완전 연소되고 이때 발생하는 고온의 연소 가스를 제1 탄화로 상부(10a)에 놓여있는 탄화 원료(1)에 공급하게 된다.
다공판(10c)은 제1 탄화로 상부(10a) 및 제1 탄화로 하부(10b)를 구분하는 역할을 하며, 복수의 구멍이 존재하도록 형성된다. 이러한 복수의 구멍으로 인하여 제1 탄화로 하부(10b)에서 발생된 고온의 연소 가스가 탄화 원료(1)에 공급될 수 있게 된다.
한편, 제1 탄화로(10)의 규모가 대형화되는 경우에는, 제1 탄화로(10)는 흡입팬(9a) 및 매니폴드(9b)를 더 포함할 수 있다. 흡입팬(9a)은 제1 탄화로 하부(10b)와 매니폴드(9b)와 연결되도록 구성되며, 매니폴드(9b)는 제1 탄화로 상부(10a)와 복수의 위치에서 연결되도록 구성된다.
흡입팬(9a)은 제1 탄화로 하부(10b)에서 발생된 고온의 연소 가스를 흡입하는 역할을 하며, 흡입팬(9a)에 의해 흡입된 고온의 연소 가스는 매니폴드(9b)로 유입되게 된다. 매니폴드(9b)는 유입된 고온의 연소 가스를 제1 탄화로 상부(10a)의 복수의 위치에 고르게 공급하게 된다. 이러한 구성으로 인해, 제1 탄화로 하부(10b)에서 발생된 고온의 연소 가스는 탄화 원료(1)에 매우 고르게 공급될 수 있게 되어 탄화 원료(1)의 탄화를 촉진하게 된다.
바람직하게는, 제1 탄화로 하부(10b)에는 상술된 바와 같이 복수의 다공 노즐(3)이 위치할 수 있다. 복수의 다공 노즐(3)은 일측은 공기 공급 팬(4)과 연결되도록 구성되며 타측 말단에는 다수의 홀이 형성되도록 구성된다. 이러한 다수의 홀을 통해 제1 탄화로 하부(10b)로 공기가 빠르고 다양한 방향으로 공급될 수 있게 되며 그로 인해 연료(2)들의 연소가 최대한 균일하게 진행될 수 있게 된다. 이때, 제1 탄화로 하부(10b)의 연료(2)는 기포 유동층(bubbling fluidized bed), 분류층(entrained bed), 또는 그 사이의 어느 지점에서의 거동 특성을 보이도록 제어되어 연료(2)와 공기가 원활하게 혼합될 수 있도록 한다.
바람직하게는, 제1 탄화로 하부(10b)에는 상술된 바와 같이 인버터(5), 보조 연료 버너(6), 제1 온도 센서(7) 및 제1 제어부(8)가 더 제공될 수 있다. 이러한 구성들로 인하여 탄화 원료(1)에 공급되는 연소 가스의 온도를 기설정된 온도 범위로 제어할 수 있게 된다.
즉, 제1 탄화로 하부(10b)에 설치된 제1 온도 센서(7)가 고온의 연소 가스의 온도를 측정하여 제1 제어부(8)로 송신하게 되면, 제1 제어부(8)는 이러한 고온의 연소 가스의 온도에 근거하여, 보조 연료 버너(6)로 유입되는 연료의 유량을 제어하거나 복수의 다공 노즐(3)을 통하여 제1 탄화로(10)로 유입되는 공기의 유량을 제어함으로써, 탄화 원료(1)에 공급되는 연소 가스의 온도를 기설정된 온도 범위로 제어할 수 있게 된다. 한편, 사용자의 판단에 따라 제1 탄화로 하부(10b)로 공급되는 연료(2)들의 투입량을 조절할 수 있음을 물론이다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 2단 탄화 시스템은, 제1 탄화로 하부에 저급 고형 연료와 공기의 원활한 혼합을 유도함으로써 연소에 의해 발생한 고온의 가스를 탄화 원료에 균일하게 공급하도록 함으로써 고품질의 목초액을 생산할 수 있으며, 탄화에 의해 성성되는 탄화물을 제2 탄화로에 공급하여 재탄화를 통하여 고품질의 숯을 생산할 수 있도록 구성된다. 또한, 제1 탄화로에서 발생되는 가스상 물질 중 응축되지 않은 가연성 가스는 제2 탄화로에 공급됨으로써 LNG, LPG 또는 경유와 같은 화석 연료의 사용을 감소시켜 연료 비용을 절감시키고, 그로 인해 전체 시스템의 생산성을 향상시키도록 구성된다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1 : 탄화 원료 2 : 연료
3 : 복수의 다공 노즐 4 : 공기 공급 팬
5 : 인버터 6 : 보조 연료 버너
7 : 제1 온도 센서 8 : 제1 제어부
9a : 흡입팬 9b : 매니폴드
10 : 제1 탄화로 11 : 탄화물
12 : 컨베이어 벨트 20 : 열교환기
21 : 목초액을 생성 공정 30 : 제2 탄화로
31 : 연료 버너 32 : 연료 공급 탱크
33 : 공기팬 34 : 인버터
35 : 제2 온도 센서 36 : 제2 제어부
1 : 탄화 원료 2 : 연료
3 : 복수의 다공 노즐 4 : 공기 공급 팬
5 : 인버터 6 : 보조 연료 버너
7 : 제1 온도 센서 8 : 제1 제어부
9a : 흡입팬 9b : 매니폴드
10 : 제1 탄화로 11 : 탄화물
12 : 컨베이어 벨트 20 : 열교환기
21 : 목초액을 생성 공정 30 : 제2 탄화로
31 : 연료 버너 32 : 연료 공급 탱크
33 : 공기팬 34 : 인버터
35 : 제2 온도 센서 36 : 제2 제어부
Claims (13)
- 탄화 원료를 가열하여 탄화물을 생성할 수 있는 제1 탄화로;
상기 제1 탄화로에서 발생되는 가스상 물질이 유입되고, 유입된 상기 가스상 물질을 응축시켜 목초액을 생성할 수 있는 열교환기; 및
상기 제1 탄화로에서 생성되는 상기 탄화물이 공급되고, 공급된 상기 탄화물을 가열하여 숯을 생성할 수 있는 제2 탄화로;를 포함하고,
상기 제1 탄화로는,
바이오매스 연료 및 고형 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소되는 제1 탄화로 하부;
상기 탄화 원료가 가열되어 상기 탄화물이 생성되는 제1 탄화로 상부; 및
상기 제1 탄화로 하부 및 상기 제1 탄화로 상부를 구분하며 복수의 구멍이 존재하는 다공판을 포함하고,
상기 열교환기에서 응축되지 않은 가스상 물질은 상기 제2 탄화로에 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화물에 열을 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 탄화로에는 연료 버너가 제공되고, 상기 연료 버너를 통해 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화물에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 탄화로의 탄화 온도 범위는 400℃ 내지 600℃ 온도 범위로 유지되며, 상기 제2 탄화로의 탄화 온도 범위는 900℃ 내지 1100℃ 온도 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 탄화로에는 복수의 다공 노즐들이 제공되고,
상기 복수의 다공 노즐들은 공기 공급 팬과 연결되어 상기 제1 탄화로 내부로 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 2단 탄화 시스템은,
상기 제1 탄화로의 온도를 측정할 수 있는 제1 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도를 수신하는 제1 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 탄화로에는 보조 연료 버너가 더 제공되고, 상기 보조 연료 버너를 통해 기체, 액체 및 분체 연료 중 어느 하나 이상이 공급되어 연소됨으로써 상기 탄화 원료에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 제어부는 상기 제1 탄화로의 탄화 온도 범위를 유지하기 위해 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 근거하여, 상기 복수의 다공 노즐들로부터 유입되는 산화제의 유량 및 상기 보조 연료 버너를 통해 유입되는 연료의 유량 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 2단 탄화 시스템은,
상기 제1 탄화로 하부에서 발생되는 고온의 연소 가스를 흡입할 수 있는 흡입팬; 및
상기 흡입팬과 연결되어 상기 고온의 연소 가스를 상기 제1 탄화로 상부로 공급할 수 있는 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 탄화로에서 생성되는 상기 탄화물은 컨베이어 벨트를 통하여 상기 제2 탄화로로 공급되는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 연료 버너에는,
연료 공급 탱크가 연결되어 기체, 액체 및 분체 연료가 공급되고, 그리고 공기팬이 연결되어 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 2단 탄화 시스템은,
상기 제2 탄화로의 온도를 측정할 수 있는 제2 온도 센서; 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도를 수신하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 제2 제어부는 상기 제2 탄화로의 탄화 온도 범위를 유지하기 위해 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 근거하여,
상기 연료 버너로 유입되는 연료의 유량 및 공기의 유량 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는,
2단 탄화 시스템.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020100034017A KR101140677B1 (ko) | 2010-04-13 | 2010-04-13 | 2단 탄화 시스템 |
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| JPH02247405A (ja) * | 1989-03-20 | 1990-10-03 | Tsunehisa Matsuoka | 固形燃料燃焼制御方法 |
| JPH0633064A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-08 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 炭材の炭化装置 |
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2010
- 2010-04-13 KR KR1020100034017A patent/KR101140677B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| JPH0633064A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-08 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 炭材の炭化装置 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20110114388A (ko) | 2011-10-19 |
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