KR101158841B1 - 방사형 로타리 간접열원 건조기 - Google Patents

방사형 로타리 간접열원 건조기 Download PDF

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Abstract

피건조물에 열풍이 직접 닿아서 건조가 이루어지는 킬른, 3단 또는 방사형 다단 로타리 건조기는 건조속도는 우수하지만 건조과정에서 다량의 오염된 고온의 습공기가 발생한다. 오염된 고온의 습공기를 열교환기, 냉각기 및 응축기를 이용하여 재활용하는 것은 경제성이 미흡하다. 또한 스팀에 의한 열원으로 피건조물을 열전도에 의해 간접적으로 건조하게 하는 스팀 디스크 건조기의 경우, 열원에 의한 피건조물의 오염 가능성은 없지만, 건조속도가 느리고 디스크 면에 누룽지와 흡사한 스케일이 발생하여 건조효율이 저하된다. 이러한 문제점들을 개선하고자, 오염된 고온의 습기가 많은 공기가 추가적인 건조 열원으로 재사용되는 방사형 로타리 간접열원 건조기를 구현하였다. 또한 간접열원으로 스팀을 사용하면 스팀 건조기의 역할이 이루어진다. 본 장치는 구조적으로 내측 및 외측 드럼에 의하여 형성된 공간을 건조열원(공기 또는 스팀)이 통과할 수 있는 덕트화된 방사판이 분리하도록 하였다. 즉 피건조물은 로타리 드럼의 내부공간을 유동하면서 건조되고, 건조에 필요한 열원은 유동공간을 둘러싼 덕트의 전열 면을 통하여 공급된다. 덕트에 공급되는 열원은 직접열풍 건조기에서 배출된 고온의 오염된 습공기 또는 외부에서 공급된 스팀이 될 수 있다. 피건조물이 내측 드럼에 투입되고, 드럼이 회전하는 동안 내측 드럼의 길이의 반까지 이동한 후, 방사형 공간을 순차적으로 이동하면서 건조되어 최종적으로는 다시 내측 드럼의 반대 측을 통하여 배출된다. 건조열원은 내외 측 드럼의 덕트와 방사판 주변의 덕트로 공급되며 피건조물과의 직접적인 접촉은 이루어지지 않는다. 따라서 본 방사형 로타리 간접열원 건조기는 폐열을 재사용하는 2차 건조 역할 또는 스팀을 열원으로 사용할 수 있는 스팀건조 역할이 가능하여 하수 슬러지, 음식물 쓰레기 또는 다목적 산업용 건조시 건조효율 향상에 크게 이바지할 것이다.
킬른 건조기, 3단 로타리 건조기, 방사형 다단 로타리 건조기

Description

방사형 로타리 간접열원 건조기 {Radial rotary dryer with indirect heat source}
본 발명은 방사형 로타리 간접열원 건조기에 관한 것으로, 특히 구조적으로 내측 및 외측 드럼에 의하여 형성된 공간을 건조열원(공기 또는 스팀)이 통과할 수 있는 덕트화된 방사판이 분리하도록 한 방사형 로타리 간접열원 건조기에 관한 것이다.
농축산물, 산업용 재료 및 폐기물 건조처리를 위해서는 건조장치가 필수적이다. 건조에너지를 절약하기 위하여, 건조장치에서 배출되는 고온의 폐습공기를 재활용(또는 재사용)하기 위한 노력이 요구되고 있다.
건조장치의 건조효율을 향상시키고자 건조장치에서 배출되는 습공기의 상대습도는 거의 90%이상을 유지하고자 하지만 함께 배출되는 피건조물 역시 높은 습도를 갖고 배출된다. 피건조물의 함수율을 저하하고자 배출공기의 온도를 높이고 배출공기의 습도를 저하하도록 한다. 즉 피건조물의 함수율을 최소화(12% 이하)하고자 하는 경우, 배출공기는 약 섭씨 100도이고 상대습도는 약10%이다. 예를 들면 3단 로타리 건조 장치(오스트리아의 ANDRITZ Co)의 경우, 투입되는 열풍의 온도는 섭씨 400도 정도이고, 배출공기의 온도는 섭씨 100도 상대습도 10%에 이른다. 이러한 배출공기는 집진기를 거쳐서 응축기 및 열교환기를 통과하고 섭씨 40~60도 정도로 예열 되어 열풍 버너에 재투입된다. 이러한 폐열 재사용을 위한 설비는 복잡하고 투자비용은 막대하지만 실제로 재활용되는 에너지는 투입에너지의 5~15%정도에 불과하다. 최근 포스코 건설의 유기성 슬러지 자원화 기술의 경우[3,4], 응축기에서 수분이 제거되고 열교환기에서 예열된 폐공기를 중력식 곡물건조기 방식[5]의 2차 건조장치에 투입하여 슬러지를 2차 건조하도록 하였다.
스팀을 열원으로 사용하는 디스크 건조장치의 경우, 일본 미쓰비시(사)에서 개발한 것으로 고압의 스팀이 디스크 내부를 통과하는 동안 디스크는 회전하면서 피건조물과 마찰이 발생된다. 디스크 전열 면 및 피건조물의 마찰을 통하여 스팀의 열원은 피건조물에 전달되고, 피건조물의 건조과정에서 발생된 습공기는 피건조물과 함께 투입된 송풍에 의해 제거된다.
그러나, 피건조물에 열풍이 직접 닿아서 건조가 이루어지는 킬른, 3단 또는 방사형 다단 로타리 건조기는 건조속도는 우수하지만 건조과정에서 다량의 오염된 고온의 습공기가 발생한다. 오염된 고온의 습공기를 열교환기, 냉각기 및 응축기를 이용하여 재활용하는 것은 경제성이 미흡하다. 또한 스팀에 의한 열원으로 피건조물을 열전도에 의해 간접적으로 건조하게 하는 스팀 디스크 건조기의 경우, 열원에 의한 피건조물의 오염 가능성은 없지만, 건조속도가 느리고 디스크 면에 누룽지와 흡사한 스케일이 발생하여 건조효율이 저하된다.
직접 열풍 건조장치에서 배출된 고온의 폐습공기를 재활용하기 위하여, 하기 문헌 2에서는 열교환기와 응축기를 사용하였다. 그러나 열교환기와 응축기의 설치비용에 비교하여 에너지 회수효율이 저조하여 충분한 경제성을 얻기 어렵다.
아래의 테이블은 본 발명의 특성을 선행기술(열풍 및 스팀 건조방식)과 비교한 것이다.
구분 방사형 로타리
간접열원
(폐열,스팀) 건조기		 방사형 로타리
직접열원(열풍)
건조기		 디스크 간접열원
(스팀) 건조기
폐습공기 발생량 중 대 중
건조효율(전열면 열전도에 따른 열손실 고려) 하 상 하
건조 열원
(투입 온도)		 폐열 또는 스팀(30~200oC) 열풍(200~400oC) 스팀
(100~200oC)
스케일 발생 없음 없음 있음
건조기 내부
피건조물 파쇄기능		 있음 있음 없음
피건조물 오염 및
탄화 가능성		 없음 있음 없음
함수율10% 이하 건조 가능 가능 어려움(마찰열에
의한 화재 가능성)
건조 속도 느림 빠름 느림
열교환기 용량 열교환기 불필요 대 중
응축기 용량 중 대 중
[문헌1] 국내특허 출원번호 10-2008-0064624(2008년 7월 4일 출원), 방사형 로타리 건조기, 김용
[문헌2] 국내특허 특허 10-0812707호, 슬러지 건조장치 및 건조방법, 포스코 건설(김현배 외 2인)
[문헌3] 국내특허 특허 0436396호, 유기성 슬러지의 고형화, 안정화를 통한 자원화 방법 및 이를 위한 장치, 포스코 건설(윤희철)
[문헌4] 국내 실용 특허 출원번호 20-1997-0000140호, 곡물건조기(정희도)
본 발명의 목적은 오염된 고온의 습기가 많은 공기가 추가적인 건조 열원으로 재사용되는 방사형 로타리 간접열원 건조기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방사형 로타리 간접열원 건조기는 드럼 뭉치(300), 회전체 드럼(201), 회전체 드럼 측판(202)에 마련된 열원 투입구(206) 및 송풍 투입구(313)를 구비한 회전체 뭉치(200)와 프레임 뭉치(100)를 포함하는 방사형 로타리 간접열원 건조기에 있어서, 상기 드럼 뭉치(300)은 내부를 덕트화한 구조물로서, 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i)) 및 상기 피건조물 유동통로의 주변에 마련된 다수의 간접열원 유동 통로(301)를 포함하고, 상기 열원 투입구(206)에 투입된 건조열원은 상기 다수의 간접열원 유동 통로(301) 내부에서 유동하고, 상기 송풍 투입구(313)에서 유입된 송풍은 상기 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i))로 유입되고, 상기 피건조물은 상기 회전체 뭉치(200)가 회전할 때, 상기 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i))를 순차적으로 통과하면서, 상기 다수의 간접열원 유동 통로(301)의 전열 면을 통과하는 열전도 열원과 상기 송풍 투입구(313)에서 유입된 송풍에 의해 건조되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 방사형 유동통로를 이용한 방사형 로타리 건조드럼에 열풍 또는 스팀의 열원을 피건조물과 분리하여 투입함으로써 열전도에 의한 간접건조방식의 건조기를 구현한 것이다. 직접 건조방식과 비교하여 건조속도는 느리지만 직접건조과정에서 발생된 고온의 폐열을 재사용할 수 있고, 폐열을 대신하여 스팀으로도 건조할 수 있어서 에너지 절감 및 다목적 건조에 매우 유용하게 사용될 것이다. 특히 고온의 폐열을 재사용하여 피건조물을 2차로 건조할 수 있는 것은 그 파급효과가 매우 클 것이다.
본 발명은 하수 슬러지 또는 음식물 쓰레기 등의 다목적 건조용 로타리 간접열원 건조기에 관한 것이다. 기존의 방사형 로타리 건조기[상기 문헌 1]는 피건조물이 열풍과 직접 접촉하는 직접 열풍 건조 방식이지만, 본 발명은 간접열원 건조 방식이다. 구조적으로 기존의 방사형 로타리 건조기와 매우 흡사하지만, 간접열원이 로타리 드럼 내부에서 피건조물과 직접접촉이 되지 않고 독립적으로 유동하면서 주변의 전열 면을 통하여 피건조물에 건조열원을 공급하도록 구현하였다.
도 1은 본 장치의 사시도를 보여주고 있다. 방사형 로타리 간접열원 건조기는 프레임 뭉치(100)와 회전체 뭉치(200)로 구성된다. 상기 회전체 뭉치(200)는 드럼 뭉치(300), 회전체 드럼(201) 및 회전체 드럼 측판(202)으로 구성되어, 상기 프레임 뭉치(100)의 롤러 베어링(104) 위에서 구동 모타(103)와 스프라켓(102, 204)에 의하여 구동된다(도 2 참조). 젖은 피건조물은 투입구(205)에 투입되어 상기 드럼 뭉치(300)의 내부 유동통로를 통과한 후 건조되어 배출구(207)로 배출된다. 피건조물을 건조하기 위한 열원(열풍 또는 스팀)은 열원 투입구(206)로 투입되어 상기 회전체 뭉치(200)의 독립된 유동통로를 통과하면서 상기 피건조물에 열에너지를 공급한 후 배출구(208)로 배출된다. 상기 열원의 피건조물에 대한 열에너지 공급은 전열 면의 열전도에 의하여 주로 이루어진다. 열전도 효율을 극대화하고자 전열면을 최대화하고자 하였다.
도 2는 방사형 로타리 간접열원 건조기의 조립 전개도를 보여주고 있다. 프레임(101)에 롤러 베어링(104)이 조립되고 구동 모타(103)가 장착된다. 드럼 뭉치(300)는 내측 드럼(309), 외측 드럼(312), 외측 드럼 측판(304), 점검구 뚜껑(308), 간접열원 유동 통로(301), 방사판(302) 등으로 구성되어, 피건조물 유동 통로의 주변에 간접열원 유동 통로(301)가 만들어지도록 구현하였다. 점검구 뚜껑(308)를 열고 점검구(303)를 통하여 드럼 뭉치(300)의 내부를 점검하고 유지보수를 하도록 하였다. 조립된 드럼 뭉치(300)는 회전체 드럼(201)에 삽입되고, 측판(202)을 덮어서 조립된다(도 3, 도 4 참조).
도 3은 회전체 뭉치(200)의 투입부 내부를 나타내기 위하여 측판(202), 건조열원 투입구(206) 및 점검구 뚜껑(308)을 제거한 것이다. 상기 열원 투입구(206)로 투입된 열원은 좁은 간접열원 유동 통로(301)를 통과한다. 상기 투입부에서는 좁은 간접열원 유동 통로(301)가 4개의 방사형 덕트와 2개의 원주방향 덕트로 구성되지만, 상기 투입부를 통과하면 도 4~6에서 보여주는 것처럼 7개의 방사형 덕트와 2개의 원주방향 덕트를 통과한다. 그리고 배출부에서는 도 4의 우측에서 보여주는 것처럼 4개의 방사형 덕트와 2개의 원주방향 덕트로 건조열원이 통과한다.
젖은 피건조물은 도 3의 투입구(205)로 투입되어 회전체 뭉치(200)의 회전방향에 근거하여 도 5~7의 내측 드럼(309), 피건조물 유동통로(307(a) => 307(b) => 307(c) => 307(d) => 307(e) => 307(f) => 307(g) => 307(h) => 307(i))를 순차적으로 통과하여 배출구(207)로 배출된다. 도 5에서 피건조물 유동통로(307(a))는 상기 내측 드럼(309)의 투입부 원주면 관통 공간이고, 피건조물 유동통로(307(i))는 내측 드럼(309)의 배출부 원주면 관통 공간이다. 피건조물이 다음 방사영역으로 이동하여 유동할 때(예, 307(e) => 307(f)) 간접열원 막음판(310)으로 도 7과 같이 막지 않으면 피건조물과 간접열원이 혼합될 수 있다. 구체적인 피건조물 유동과정은 선행 특허[1]에 자세하게 기술되어 있다.
즉, 본 발명, 방사형 로타리 간접열원 건조기에서는 오염된 고온의 습공기와 피건조물이 분리되어 투입된다. 피건조물과 습공기는 분리되어 건조장치의 내부 공간을 독립적으로 통과하고, 피건조물은 주변의 전열면을 통하여 전달된 습공기의 열 에너지에 의해 2차 건조가 이루어진다. 고온의 습공기는 피건조물에 열원을 뺏기면서 온도가 저하되어 응축수가 발생한다. 피건조물의 건조과정에서 발생한 습공기는 피건조물과 함께 투입된 송풍에 의해 제거되는데, 원활하고 정량적인 송풍유입을 위하여 송풍투입구(313)를 이용하여 강제로 공급한다. 상기 송풍투입구(313)는 유동공간의 선단에 있는 점검부 뚜껑(308)에 설치된다(도 1과 도 2). 유입된 송풍은 피건조물 유동통로(307(a~i)) 내부에서 피건조물과 혼합되어 함께 유동하면서, 피건조물에서 발생한 수분을 가지고 피건조물과 함께 배출구(207)로 배출된다.
제1도는 본 발명, 방사형 로타리 간접열원 건조기의 사시도.
제2도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 전개도.
제3도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 회전체 뭉치의 투입부 내부도.
제4도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 드럼 뭉치의 사시도.
제5도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 회전체 뭉치의 단면도-1.
제6도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 회전체 뭉치의 단면도-2.
제7도는 방사형 로타리 간접열원 건조기 피건조물 및 건조열원의 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 프레임 뭉치
101: 프레임 102: 구동-스프라켓 103: 구동 모터 104: 롤러 베어링
200: 회전체 뭉치
201: 회전체 드럼 202: 회전체 드럼 측판 203: 드럼 베어링 204: 종동-스프라켓 205: 피건조물 투입구 206: 건조열원(스팀 또는 열풍) 투입구 207: 피건조물 배출구 208: 건조열원(스팀 또는 열풍) 배출구 209: 송풍투입용 가이드구멍
300: 드럼 뭉치
301: 간접열원 유동 통로(또는 덕트) 302: 덕트화된 방사판 303: 드럼 점검구 304: 드럼 측판 305: 외측 드럼과 회전체 드럼 연결판 306: 내측 드럼 분리판 307(a~i): 피건조물 유동 통로 308: 드럼 점검구 뚜껑 309: 내측 드럼 310: 간접열원 막음판 311: 리프트판 312: 외측 드럼 313: 송풍 투입구

Claims (1)

  1. 드럼 뭉치(300), 회전체 드럼(201), 회전체 드럼 측판(202)에 마련된 열원 투입구(206) 및 송풍 투입구(313)를 구비한 회전체 뭉치(200)와 프레임 뭉치(100)를 포함하는 방사형 로타리 간접열원 건조기에 있어서,
    상기 드럼 뭉치(300)은 내부를 덕트화한 구조물로서, 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i)) 및 상기 피건조물 유동통로의 주변에 마련된 다수의 간접열원 유동 통로(301)를 포함하고,
    상기 열원 투입구(206)에 투입된 건조열원은 상기 다수의 간접열원 유동 통로(301) 내부에서 유동하고,
    상기 송풍 투입구(313)에서 유입된 송풍은 상기 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i))로 유입되고,
    상기 피건조물은 상기 회전체 뭉치(200)가 회전할 때, 상기 다수의 피건조물 유동통로(307(a~i))를 순차적으로 통과하면서, 상기 다수의 간접열원 유동 통로(301)의 전열 면을 통과하는 열전도 열원과 상기 송풍 투입구(313)에서 유입된 송풍에 의해 건조되는 것을 특징으로 하는 방사형 로타리 간접열원 건조기.
KR1020090123644A 2009-12-13 2009-12-13 방사형 로타리 간접열원 건조기 KR101158841B1 (ko)

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KR20160022192A (ko) 2014-08-19 2016-02-29 한국에너지기술연구원 활성화 공정을 포함한 방사형 다단 회전식 탄화장치
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