KR101227952B1 - 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 이용하여 고형연료를 제조하는 시스템 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법은 슬러지에 포함된 금속과 폐비닐을 분리하는 분리공정;, 상기 분리공정을 통해 이물질이 제거된 슬러지를 원심탈수하여 고액분리하는 탈수공정;, 상기 탈수공정을 통해 탈수된 슬러지에 정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 혼합하는 우드칩 혼합공정; 상기 우드칩 혼합공정을 통해 우드칩과 혼합된 슬러지를 진공상태에서 교반하며 건조하는 진공·건조공정;, 상기 진공·건조공정을 통해 건조된 슬러지를 분쇄기에 투입하여 소정 크기 이하로 분쇄하는 분쇄공정; 상기 분쇄공정을 통해 분쇄된 슬러지 입자를 집진하여 소정의 형태로 성형하는 성형공정;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템 및 방법 {Mnufacturing method for solid fuel using organic sludge and its manufacturing system}
본 발명은 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 이용하여 고형연료를 제조하는 시스템 및 제조방법에 관한 것이다.
음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지의 처리방법으로는 소각처리하는 방법과, 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 함유된 수분을 제거하여 부피를 줄여 매립하는 방법이 있으며 최근에는 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 가공처리 하여 열병합발전소나 농가 등의 보일러에 사용하는 고형의 연료를 제조하는 방법이 연구 개발되고 있다.
상기와 같이 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 이용하여 제조된 고형 연료는 열량이 낮아 효율이 떨어지고, 생산된 고형연료에서 악취가 많이 발생하기 때문에 널리 사용되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 고형 연료 제조과정에서 덩어리 형태의 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 분쇄하기 위하여 분쇄기를 사용하는데, 대부분의 분쇄기는 회전하는 블레이드가 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 부딪혀 분쇄하도록 구성된 형태이다.
상기와 같은 분쇄기를 이용하여 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 분쇄할 때 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 함유된 수분 때문에 점도가 높아져서 분쇄된 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지가 분쇄기의 블레이드에 달라붙어 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 따라서, 운전자는 자주 분쇄기의 운전을 중지하고 자주 청소하여야만 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 이용하여 높은 열량을 갖고 악취가 발생하지 않는 고형연료를 제조할 수 있는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 고형연료 제조과정 중에서 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지가 분쇄기의 블레이드에 달라붙지 않도록 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법은 슬러지에 포함된 금속과 폐비닐을 분리하는 분리공정;, 상기 분리공정을 통해 이물질이 제거된 슬러지를 원심탈수하여 고액분리하는 탈수공정;, 상기 탈수공정을 통해 탈수된 슬러지에 정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 혼합하는 우드칩 혼합공정; 상기 우드칩 혼합공정을 통해 우드칩과 혼합된 슬러지를 진공상태에서 교반하며 건조하는 진공·건조공정;, 상기 진공·건조공정을 통해 건조된 슬러지를 분쇄기에 투입하여 소정 크기 이하로 분쇄하는 분쇄공정; 상기 분쇄공정을 통해 분쇄된 슬러지 입자를 집진하여 소정의 형태로 성형하는 성형공정;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 우드칩 혼합공정은 슬러지와 우드칩을 1:2 내지 2:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공·건조공정에서 무기산염을 투입하여 슬러지의 악취를 제거하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조 시스템은 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 혼합된 금속을 제거하는 금속분리기;와, 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 혼합된 폐비닐을 제거하는 비닐분리기;와, 상기 금속분리기 및 비닐분리기를 통해 이물질이 제거된 슬러지를 저장하는 슬러지저장조;와, 상기 이물질이 분리된 슬러지를 원심탈수하여 고액분리하는 탈수기;와, 상기 탈수기를 통해 탈수된 슬러지를 저장하는 탈수 슬러지 저장조;와, 정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 저장하는 우드칩 저장조;와, 상기 탈수 슬러지 저장조와 우드칩 저장조로부터 슬러지와 우드칩을 공급받아 진공상태로 혼합,교반하며 건조하는 건조·혼합기;와, 내측 하부에 모터의 구동에 의해 회전하는 블레이드가 형성되고, 일측에 분쇄기 내부로 에어를 공급하는 팬이 구비된 분쇄기;와, 상기 분쇄기와 공급관 및 회수관으로 연통된 싸이클론 분리기;와, 상기 싸이클론 분리기에서 집진된 슬러지 입자를 소정의 형태로 성형하는 성형기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 건조·혼합기에는 무기산염을 투입하는 투입구가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄기에는 블레이드의 하부로 에어를 불어 넣는 팬이 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 팬은 풍력을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지를 이용하여 높은 열량을 갖고 악취가 발생하지 않는 고형 연료를 제조할 수 있다.
또한, 제조과정 중에서 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지가 분쇄기의 블레이드에 달라붙지 않기 때문에 효율이 높고 자주 청소하여야 하는 불편함이 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템을 도시한 도면.
이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법은 분리공정(S10), 탈수공정(S20), 우드칩 혼합공정(S30), 진공·건조공정(S40), 분쇄공정(S50) 및 성형공정(S60)으로 구성된다.
분리공정(S10)은 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 포함된 금속과 폐비닐을 분리하는 공정이다.
도 2와 같이 슬러지 저장조(10)에 저장된 음식물 쓰레기와 유기성 슬러지를 컨베이어로 이송하여 금속분리기(20)를 통해 금속을 분리하고 비닐분리장치(30)를 이용하여 슬러지에 포함된 폐비닐을 분리하여 폐비닐 저장조(31)로 별도 저장하여 재활용하고, 이물질이 분리된 폐비닐은 슬러지 저장조(32)로 이송되어 저장된다.
상기 금속분리기(20)는 작업자와 자석을 이용하여 금속을 분리하는 형태이고, 비닐분리기(30)는 이미 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
탈수공정(S20)은 상기 분리공정(S10)을 통해 이물질이 분리된 슬러지를 원심탈수하여 슬러지에 함유된 수분을 일차로 제거하는 공정이다.
도 2와 같이 금속과 폐비닐이 제거되어 슬러지 저장조(32)의 슬러지를 탈수기(40)로 이송하여 원심탈수하여 슬러지를 고체와 액체로 분리한 후 액체는 액체 저장조(41)로 탈수된 슬러지는 탈수 슬러지 저장조(42)로 분리 저장된다.
우드칩 혼합공정(S30)은 상기 탈수공정(S20)을 통해 고액 분리된 슬러지에 폐목재로 작게 파쇄되어 정제유 또는 부생유가 함침 흡수된 우드칩을 1:2 내지 2:1 비율로 혼합하는 공정이다.
일반적으로 슬러지만으로 고형연료를 제조하였을 때 열량이 적고 균일하지 못하기 때문에 우드칩을 혼합함으로써 연소 열량을 보충하고, 정제유 또는 부생유가 흡수된 우드칩을 슬러지에 혼합함으로써 슬러지의 점성을 낮춤으로써 이후에 설명하는 분쇄기에서 슬러지를 분쇄할 때 슬러지가 분쇄기(70)의 블레이드(71) 또는 내벽에 달라붙지 않도록 한다.
또한, 상기와 같이 정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 슬러지에 혼합함으로써 슬러지의 악취를 일정 수준 이하로 제거하는 효과가 있다.
더욱이, 유기성 슬러지를 이용하여 생산되는 고형연료는 4,000kcal/kg 이상의 열량을 요구하고 있는데, 일반적으로 유기성 슬러지만으로 생산된 고형연료는 평균 2,000~2,300kcal/kg의 열량을 가진다. 따라서, 4,000~5,000kcal/kg의 열량을 갖는 우드칩을 혼합함으로써 생산되는 고형연료의 열량을 높인다.
도 2와 같이 탈수기(40)를 통해 탈수된 슬러지가 저장된 탈수 슬러지 저장조(42)에서 슬러지와 우드칩 저장조(50)에 저장된 우드칩을 1:2의 중량비율로 건조·혼합기(60)에 투입한다.
진공·건조공정(S40)은 상기 우드칩 혼합공정(S30)을 통해 건조·혼합기(60)에 투입된 슬러지와 우드칩을 진공상태에서 교반함으로써 슬러지와 우드칩을 고르게 혼합하고 건조시키는 공정이다.
도 2와 같이 탈수 슬러지 저장조(42)와 우드칩 저장조(50)로부터 슬러지와 오일이 함침된 우드칩을 공급받아서 건조·혼합기(60)에서 진공상태로 교반하여 함수율 50% 이하로 건조 혼합한다.
그리고, 상기 건조·혼합기(60)의 투입구(1)에 무기산염을 투입함으로써 슬러지의 악취를 제거한다.
상기 무기산염은 다음과 같이 황산(H2SO4)에 자철광(Fe2O3. TiO2)를 화학반응시켜 생성된 것으로서 농축된 Fe2O3+TiO2의 혼합물에 물을 1,000배 희석시킨 용액을 건조·혼합기(60)에 투입된 슬러지와 우드칩의 중량대비 5~7% 이내로 혼합한다. 상기와 같이 무기산염을 건조·혼합기(60)에 혼합하면 슬러지 속에 포함되어 있는 인(P) 및 일반 포화 지방산이 분해되어 악취를 제거한다.
H2SO4 + Fe2O3·TiO2 = Fe2SO4 + TiO3
분쇄공정(S50)은 상기 건조·혼합기(60)에서 슬러지와 우드칩이 혼합된 덩어리 형태의 혼합물을 미세하게 분쇄하면서 동시에 건조 및 멸균하는 공정이다.
도 2와 같이 건조·혼합기(60)에서 혼합,건조된 슬러지와 우드칩의 혼합물을 분쇄기(70)에 투입하고 모터(74)에 전원을 인가하면 분쇄기(70) 내부의 블레이드(71)가 고속으로 회전하며 슬러지와 우드칩의 혼합물과 충돌하며 분쇄시킨다.
우드칩에는 정제유 또는 부생유가 함침되어 있기 때문에 슬러지와 우드칩의 혼합물은 서로 달라붙으려는 점성이 매우 낮아지게 되고, 슬러지와 우드칩이 혼합물이 분쇄기(70)의 블레이드(71) 또는 분쇄기(70)의 내벽에 달라붙지 않는다.
따라서, 분쇄기(70) 내벽과 블레이드(71)에 달라붙은 슬러지를 청소할 필요가 없어진다.
그리고 상기 분쇄기(70)의 일측에는 편심된 방향으로 설치된 F.D팬(72)으로 약 80℃ 이상 온도의 에어를 불어넣음으로써 슬러지가 건조되면서 분쇄기(70) 내부에 회전류가 발생하게 되고, 블레이드(71)와의 충돌에 의해 소정 크기 이하로 분쇄된 입자는 상기 회전류를 타고 상승하여 공급관(75)을 통해 싸이클론 분리기(80)로 이송된다.
이때, 상기 슬러지가 블레이드(71)의 연속적으로 충돌하면서 고온의 온도가 발생하고 이러한 온도 상승으로 인해 슬러지의 건조효과가 증대된다.
또한, 상기 F.D팬(72)에는 컨트롤러(미도시)가 구성되어 팬의 풍력을 대,중,소로 조절하도록 구성되고, 팬의 풍력을 '소'로 맞추었을 때 분쇄기(70)에서 분쇄된 180~200메시 크기의 입자가 회전류를 타고 싸이클론 분리기(80)로 이송되며, 팬의 풍력을 '중' 및 '대'로 맞추었을 때 분쇄기(70)에서 분쇄된 100~120메시 크기의 입자가 싸이클론 분리기(80)로 이송된다.
싸이클론 분리기(80)로 공급된 공기와 입자는 싸이클론 분리기(80) 내부의 정량배출 단파에 의하여 함수율은 분쇄기 상단부에 설치된 송풍기 속력에 따라 슬러지 입자의 수분함량을 조잘할 수 있도록 구성된다.
그리고 싸이클론 분리기(80)로 공급된 슬러지는 싸이클론 분리기(80)에서 입자와 공기가 분리되고 슬러지 입자는 집진기(미도시)를 통해 포집되며 공기는 회수관(76)을 통해 분쇄기(70)로 회수된다. 상기 싸이클론 분리기(80)에서 분리된 입자는 집진기를 통해 함수율 5~20% 이내인 상태로 회수된다.
상기 싸이클론 분리기(80)는 공기 중의 입자와 공기를 분리하는 장치로서 이는 공지된 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고 상기 분쇄기(70)의 블레이드(71) 하부에는 슬러지와 우드칩의 혼합물 입자가 쌓이는데 이를 방지하기 위하여 분쇄기(70) 일측 하부에 블레이드(71)보다 하부 위치로 F.D팬(73)을 설치하여 에어를 분쇄기(70) 하부에 불어 넣음으로써 분쇄기(70) 하부에 쌓인 입자를 에어로 불어 올려서 파쇄되지 않은 입자가 블레이드(71)에 의해 파쇄되도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 분쇄기(70)에서 소정 크기 이하로 분쇄된 입자는 F.D팬(72)에서 주입되는 에어에 의해 발생하는 회전류를 타고 싸이클론 분리기(80)로 넘어가는데, 상기 F.D팬(72)의 풍력을 조절함으로써 회전류를 타고 싸이클론 분리기(80)로 넘어가는 슬러지 입자의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 슬러지에 존재하는 다양한 균은 슬러지 입자가 연속적으로 분쇄기(70)의 블레이드(71)와 충돌하는 과정에서 멸균되고, 슬러지는 분쇄기(70) 내부에서 블레이드(71)와 연속 충돌하고 F.D팬(72,73)에서 공급되는 에어에 의해 건조된다.
성형공정(S60)은 상기 분쇄공정(S50)을 통해 슬러지와 우드칩 혼합물이 소정크기 이하로 파쇄진 입자를 성형기(90)에서 소정의 형상을 압축 성형하여 고형연료로 제조하는 공정이다.
이때, 상기 성형공정(S60)에서 에멀션 상태의 기름 70중량%와 물 30중량% 혼합물을 분사함으로써 수분함량을 15% 이내로 조절하여 성형성을 높이는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 음식물 쓰레기 및 유기성 슬러지를 이용한 고형연료는 열량이 우수하고 악취가 거의 없다.
이상, 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조시스템 및 방법에 대해 설명하였다.
상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S10 : 분리공정
S20 : 탈수공정
S30 : 우드칩 혼합공정
S40 : 진공,건조공정
S50 : 분쇄공정
S60 : 성형공정
10 : 슬러지 저장조
20 : 금속분리기
30 : 비닐분리기
31 : 폐비닐 저장조
32 : 슬러지 저장조
40 : 탈수기
41 : 액체 저장조
42 : 탈수 슬러지 저장조
50 : 우드칩 저장조
60 : 건조,혼합기
61 : 투입구
70 : 분쇄기
71 : 블레이드
72,73 : 팬
74 : 모터
75 : 공급관
76 : 회수관
80 : 싸이클론 분리기
90 : 성형기

Claims (8)

  1. 슬러지에 포함된 금속과 폐비닐을 분리하는 분리공정;,
    상기 분리공정을 통해 이물질이 제거된 슬러지를 원심탈수하여 고액분리하는 탈수공정;,
    상기 탈수공정을 통해 탈수된 슬러지에 정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 혼합하는 우드칩 혼합공정;
    상기 우드칩 혼합공정을 통해 우드칩과 혼합된 슬러지를 진공상태에서 교반하며 건조하는 진공·건조공정;,
    상기 진공·건조공정을 통해 건조된 슬러지를 분쇄기에 투입하여 소정 크기 이하로 분쇄하는 분쇄공정;
    상기 분쇄공정을 통해 분쇄된 슬러지 입자를 집진하여 소정의 형태로 성형하는 성형공정;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 우드팁 혼합공정은 슬러지와 우드칩을 1:2 내지 2:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공·건조공정에서 무기산염을 투입하여 슬러지의 악취를 제거하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
  4. 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 혼합된 금속을 제거하는 금속분리기;와, 음식물 쓰레기 또는 유기성 슬러지에 혼합된 폐비닐을 제거하는 비닐분리기;와,
    상기 금속분리기 및 비닐분리기를 통해 이물질이 제거된 슬러지를 저장하는 슬러지저장조;와,
    상기 이물질이 분리된 슬러지를 원심탈수하여 고액분리하는 탈수기;와,
    상기 탈수기를 통해 탈수된 슬러지를 저장하는 탈수 슬러지 저장조;와,
    정제유 또는 부생유가 함침된 우드칩을 저장하는 우드칩 저장조;와,
    상기 탈수 슬러지 저장조와 우드칩 저장조로부터 슬러지와 우드칩을 공급받아 진공상태로 혼합,교반하며 건조하는 건조·혼합기;와,
    내측 하부에 모터의 구동에 의해 회전하는 블레이드가 형성되고, 일측에 분쇄기 내부로 에어를 공급하는 팬이 구비된 분쇄기;와,
    상기 분쇄기와 공급관 및 회수관으로 연통된 싸이클론 분리기;와,
    상기 싸이클론 분리기에서 집진된 슬러지 입자를 소정의 형태로 성형하는 성형기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 건조·혼합기에는 무기산염을 투입하는 투입구가 형성된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분쇄기에는 블레이드의 하부로 에어를 불어 넣는 팬이 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 팬은 풍력을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 무기산염은 Fe2SO4와 TiO3의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
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