KR101306083B1 - 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템 - Google Patents

과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과열증기를 이용한 슬러지 건조시스템에 관한 것으로, 슬러지가 집하된 공급호퍼(111)를 구비하되 공급호퍼(111)에 공급관(114)을 결합하고 공급관(114)에 펌프(112)를 설치하여 슬러지를 이송시키되 공급관의 배출단에 정렬기(113)를 결합하여 공급되는 슬러지를 단면이 원형인 국수가닥 형상으로 펠릿화시켜 공급하는 슬러지 공급부(110)와, 상기 슬러지 공급부(110)에서 공급되는 펠릿화된 슬러지를 매시컨베이어벨트(121)에 안치시켜 이송하되 다단으로 매시컨베이어벨트(121)를 설치하되 매시컨베이어벨트(121) 양단의 위치를 엇갈리게 하여 일측단에서 슬러지가 떨어져 하부측 매시컨베이어벨트(121)에 안치되도록 하는 슬러지 이송부(120)와,
상기 슬러지 이송부(120)에서 이송되는 슬러지에 고온의 과열증기를 직분사하여 유기물의 세포막을 파괴하되 보일러(131)의 연소실(132)에서 히팅된 증기를 재차 연소실(132)로 가이드하는 히팅하는 과열증기관(133)을 형성하여 고온의 과열증기를 생성하고 과열증기관(133)에 생성된 고온의 증기를 슬러지 이송부(120)의 최상단 매시컨베이어벨트(121)측으로 유도하되, 최상단 매시컨베이어벨트(121)의 상측에는 가이드하우징(135)을 형성하되 가이드하우징(135)의 내부에 다수개의 증기 분사노즐(136)을 형성한 증기공급부(130)와, 상기 증기공급부(130)에서 유기물이 파괴된 이송상태의 슬러지에 열풍을 공급하여 건조시키되 보일러(131)의 연소실(132)에서 히팅된 증기를 재차 연소실(132)로 가이드하는 히팅하는 과열증기관(133)을 형성하여 고온의 과열증기를 생성하고 과열증기관(133)에 생성된 고온의 증기를 슬러지 이송부(120)의 최상단 매시컨베이어벨트(121)측으로 유도하되, 최상단 매시컨베이어벨트(121)의 상측에는 가이드하우징(135)을 형성하되 가이드하우징(135)의 내부에 다수개의 증기 분사노즐(136)을 형성하는 열풍 공급부(140), 및 상기 열풍 공급부(140)를 거쳐 건조된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출부(150)로 구성하므로, 슬러지와 과열증기 및 열풍과의 접촉면적을 최대로 하므로 건조효율을 향상시킬 뿐만 아니라 슬러지내의 유기물의 세포막을 먼저 과열 증기로 파괴하여 유기물이 수분을 유지하려는 것을 제거한 다음 열풍으로 슬러지를 건조하므로 대용량의 슬러지의 건조작업이 신속하고 원활하게 진행되도록 유도하는 것이다.

Description

과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템 {System for drying sludge using superheated vapor}
본 발명은 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 슬러지의 내부 유기물의 고온의 전기로 파괴한 다음 열풍으로 건조시켜 건조효율과 에너지효율을 향상시킬 수 있도록 하는 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 경제발전, 인구증가 및 생활수준의 향상 등 여러 가지 이유로 생활하수나 공업폐수의 발생 또한 크게 증가할 뿐만 아니라 이로 인하여 주요하천 및 강의 수질오염을 방지하기 위하여 수질개선의 기초시설인 하ㆍ폐수처리장의 시설도 불가피하게 증가하고 있으며, 부수적으로 발생되는 2차 부산물인 하ㆍ폐수 슬러지의 양도 점차적으로 증가하고 있다.
즉 슬러지란 상수, 공업용수, 산업용 폐수, 하수 및 분뇨의 수처리 과정에서 발생하는 유기물 잔재물로, 이들의 주성분은 대부분이 유기물질을 함유하고 있어 폐기처분 대상에서 재활용 대상으로 관심도가 증가하고 있는 실정이다.
이러한 슬러지는 정수나 폐수처리 시 발생되는 액체로부터 분리되어 침전된 찌꺼기로써 90% 이상의 많은 수분을 함유한 것으로, 하수처리 공정특성과 농축 탈수과정에서 사용하는 응집제의 종류에 따라 슬러지의 성분이 결정된다.
나아가, 슬러지의 함수율에 따른 형상은 수분이 90% 이상에는 액상이고, 수분이 40 - 60% 에서는 덩어리 현상이 발생되며, 10 - 30%일 경우에는 입자 상태를 이룬다.
또한, 수분을 제외한 슬러지는 고형물 중 유기물질은 보통 40 내지 80%로 다양한 범위 내에서 함유하고 있다.
또한, 슬러지 처리기술에는 전통적인 슬러지 처리법, 기계적인 처리법, 열적 처리법, 생물학적 처리법이 있는 데, 그 중에서 전통적인 슬러지 처리법(매립)은 토양오염 등으로 수분이 많은 상태에서 매립이 불가능하고, 해양투기는 국제협약과 국내법으로 인하여 실행하기 어려운 방법이다.
아울러 기계적인 처리법(슬러지 탈수)은 함수율을 80% 대로 낮추는 공정으로 모든 처리법의 기본 공정이며, 열적 처리법(슬러지 건조)은 슬러지 처리에 있어 매립, 소각, 재활용화 등의 핵심 전처리 공정이고, 생물학적 처리법은 슬러지를 퇴비화시키는 방법이다.
다시 상기 열적 처리법에는 직접가열방식과 간접가열방식이 있으며 직접 가열방식은 가열된 공기(열풍)를 슬러지와 접촉시켜 슬러지를 건조하는 방식이며 이러한 직접가열방식의 건조기는 건조속도가 빠르며 고함수율 및 점착력이 높은 슬러지도 가능한 장점이 있으나, 시설규모가 크게 되며 유해가스의 배출이 우려되고 악취와 분진이 많이 발생되며 이에 따른 분진폭발과 화재위험이 크다는 단점이 있다. 또한 간접가열방식은 건조기 내에 설치된 표면 열교환기의 내부에 스팀을 통과하게 하여 이곳에서 열전달과 동시에 스팀이 물로 응축된다.
건조기내로 주입된 슬러지는 열교환기의 표면에 접촉하게 되고 스팀으로부터 나온 열이 전달되어 슬러지 내부의 수분이 증발된다.
건조기 내부에 회전하는 디스크 혹은 디스크 형태의 원형 열교환기가 있는 건조기 등이 있으며 밀폐된 공간에서 건조가 진행되어 냄새가 적고 분진이 발생 되지 않는 장점이 있으나, 직접건조 방식에 비해 소요 동력이 비교적 큰 편이고 디스크나 디스크형태의 원형판으로 슬러지를 이송시켜야 하므로 점도가 높은 슬러지의 경우 이송효율이 급격히 떨어짐과 동시에 많은 소요 동력을 필요로 하는 단점이 있다.
특히 이러한 슬러지는 살아 있는 유기물의 세포막으로 인하여 건조가 까다롭고 이로 인하여 유기물을 파괴를 위하여 소요 열원의 에너지 소비가 증대되는 결점이 있었다.
따라서 본 발명의 주 목적은 슬러지의 살아 있는 유기물을 과열증기로 파괴하고 이를 건조하므로 에너지효율을 향상시킬 수 있도록 하는 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 과열증기와 열풍으로 슬러지를 신속하고 효과적으로 건조할 수 있도록 하는 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 슬러지를 펠릿화(pelleting)시켜 과열증기와 열풍의 접촉을 최대로 하여 건조효율을 향상시킬 수 있도록 하는 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템은 슬러지가 집하된 공급호퍼를 구비하되 공급호퍼에 공급관을 결합하고 공급관에 펌프를 설치하여 슬러지를 이송시키며, 공급관의 배출단에는 정렬기를 결합하여 슬러지를 단면이 원형인 국수가닥 형상으로 펠릿화시켜 공급하는 슬러지 공급부와; 상기 슬러지 공급부에서 공급되는 펠릿화된 슬러지를 매시컨베이어벨트에 안치시켜 이송하되 매시컨베이어벨트를 다단으로 설치하고 매시컨베이어벨트 양단의 위치를 엇갈리게 하여 일측단에서 슬러지가 떨어져 하부측 매시컨베이어벨트에 안치되도록 하는 슬러지 이송부와; 상기 슬러지 이송부에서 이송되는 슬러지에 고온의 과열증기를 직분사하여 유기물의 세포막을 파괴하되, 보일러의 연소실에서 히팅된 증기를 재차 연소실로 가이드하는 과열증기관을 형성하고 과열증기관에 생성된 고온의 증기를 슬러지 이송부의 최상단 매시컨베이어벨트 측으로 유도하며, 최상단 매시컨베이어벨트의 상측에는 가이드하우징을 형성하고 가이드하우징의 내부에 다수개의 증기 분사노즐을 형성한 증기공급부와, 상기 증기공급부에서 유기물의 세포막이 파괴된 슬러지에 열풍을 공급하여 건조시키되, 버너에서 공기를 히팅하여 이송부의 하부측 매시컨베이어벨트 각각에 열풍을 공급하고 각각의 매시컨베이어벨트에 가이드하우징을 형성하여 열풍에 의해 슬러지가 신속하게 건조될 수 있도록 하는 열풍 공급부, 및 상기 열풍 공급부를 거쳐 건조된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출부로 구성함을 그 기술적 구성상 기본 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템은 슬러지 공급부의 공급호퍼에 수거된 슬러지를 정렬기를 이용하여 슬러지를 국수가닥 형상으로 압출하여 슬러지와 과열증기 및 열풍과의 접촉면적을 최대로 하므로 건조효율을 향상시킬 뿐만 아니라 슬러지내의 유기물의 세포막을 먼저 과열 증기로 파괴하여 유기물이 수분을 유지하려는 것을 제거한 다음 열풍으로 슬러지를 건조하므로 대용량의 슬러지의 건조작업이 신속하고 원활하게 진행되도록 유도하는 것이다.
더욱이 본 발명의 건조 시스템은 고온의 과열 증기로 국수가닥 형상으로 압출하여 유기물의 세포막을 먼저 파괴하여 유기물의 수분을 유지할 수 없는 상태에서 열풍으로 건조하므로 슬러지를 효과적으로 건조할 수 있을 뿐만 아니라 히팅된 증기를 연소실에서 재차 히팅하여 고온의 과열증기를 생성하므로 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템을 설명하기 위한 계통도.
도 2 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템의 건조부분을 설명하기 위한 측면도.
도 3 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템의 건조부분을 설명하기 위한 평면도.
도 4 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템의 건조부분을 설명하기 위한 정면도.
도 5 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템의 과열증기 발생부분을 설명하기 위한 개략도.
도 6 은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템의 정렬기 부분을 설명하기 위한 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템(1)은 슬러지를 압출하여 펠릿화시켜 공급하는 슬러지 공급부(110)와, 상기 슬러지 공급부(110)에서 공급되는 펠릿화된 슬러지를 매시컨베이어벨트(121)에 안치시켜 이송하는 슬러지 이송부(120)와, 상기 슬러지 이송부(120)에서 이송되는 슬러지에 고온의 과열증기를 직분사하여 유기물을 파괴하는 증기공급부(130)와, 상기 증기공급부(130)에서 유기물이 파괴된 이송상태의 슬러지에 열풍을 공급하여 건조시키는 열풍 공급부(140), 및 상기 열풍 공급부(140)를 거쳐 건조된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출부(150)로 구성한다.
상기 슬러지 공급부(110)는 슬러지가 집하된 공급호퍼(111)를 구비하되 공급호퍼(111)에 공급관(114)을 결합하고 공급관(114)에 펌프(112)를 설치하여 슬러지를 이송시키되 공급관의 배출단에 정렬기(113)를 결합하여 공급되는 슬러지를 단면이 원형 형상으로 펠릿화하여 공급하도록 함이 바람직하다.
상기 슬러지 이송부(120)는 다단으로 매시컨베이어벨트(121)를 설치하되 양단의 위치를 엇갈리게 하여 일측단에서 슬러지가 떨어지면 하부측의 매시컨베이어벨트(121)에 안치되도록 하여 지그재그로 설치함이 바람직하다.
여기서 매시컨베이어벨트(121)의 양측에는 롤러(123)를 결합하고 매시컨베이어벨트(121)를 회전시켜 모터(122)를 연결하여 설치한다.
상기 증기 공급부(130)는 보일러(131)의 연소실(132)에서 히팅된 증기를 다시 연소실(132)로 가이드하는 재차 히팅하는 과열증기관(133)을 형성하여 히팅된 증기를 다시 히팅하여 500℃~700℃의 과열증기를 생성하도록 함이 바람직하다.
여기서 과열증기관(133)에 생성된 고온의 증기는 과열증기관(133)에 증기덕트(134)를 연결하여 이송부(120)의 최상단 매시컨베이어벨트(121)측으로 유도한다.
나아가 매시컨베이어벨트(121)의 상측에는 가이드하우징(135)을 형성하되 가이드하우징(135)의 내부에 다수개의 증기 분사노즐(136)을 형성하고 분사노즐(136)을 증기덕트(134)와 연통하여 고온의 증기를 분사하므로, 펠릿화된 슬러지의 유기물 세포막을 신속하게 파괴 할 수 있도록 한다.
더불어, 증기덕트(134)에는 증기댐퍼(137)를 형성하여 증기의 공급을 단속할 수 있도록 할 수도 있다.
또한 가이드하우징(135)의 일측에는 배출댐퍼(138)를 형성하여 슬러지에 분사되어 온도가 다운된 증기의 배출을 단속할 수 있도록 한다.
상기 열풍 공급부(140)는 버너(141)에서 공기를 히팅하여 60℃~80℃로 히팅된 열풍을 열풍덕트(142)로 연결하여 이송부(120)의 하부측 매시컨베이어벨트(121) 각각에 열풍을 공급하되 각각의 매시컨베이어벨트(121)에 가이드하우징(143)을 형성하여 열풍에 의해 슬러지가 신속하게 건조될 수 있도록 한다.
여기서 열풍덕트(142)와 가이드하우징(143)에 열풍댐퍼(144)와 배출댐퍼(145)를 형성하여 가이드하우징(143)의 내부의 열풍을 단속하도록 한다.
상기 슬러지 배출부(150)는 이송부(120)의 최하측 매시컨베이어벨트(121)의 배출측 단부 하측에 배출호퍼(152)를 설치하여 떨어지는 건조된 슬러지를 모아 배출하도록 하되 배출호퍼(152)에 저장호퍼(151)를 연결하여 일시적으로 다량의 건조된 슬러지를 저장할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 슬러지 건조시스템은 슬러지 공급부(110)의 공급호퍼(111)에 수거된 슬러지를 펌프(112)로 펌핑하여 건조기(100)로 공급하되 정렬기(113)를 이용하여 슬러지를 국수가닥 형상으로 압출하여 공급한다.
여기서 공급되는 슬러지는 건조기(100)의 최상측 매시컨베이어벨트(121)에 안치됨과 동시에 이송되어 매시컨베이어벨트(121)에 결합된 증기 공급부(130)의 가이드하우징(135) 내부로 이동하게 되고 이와 동시에 500℃~700℃ 과열증기가 분사노즐(136)을 통해 슬러지에 분사되므로 슬러지의 유기물 세포막이 파괴된다.
더욱이 이러한 유기물의 세포막을 과열증기로 파괴하므로 각종 유기물이 수분을 유지하려는 것을 방지하게 되고 이로 인하여 건조작업이 원활하게 진행되도록 유도한다.
나아가 매시컨베이어벨트(121)에 의해 이송되므로 상하좌우 측에서 고온의 과열증기가 슬러지에 직접 접촉하므로 대부분의 유기물의 세포막이 신속하게 파괴된다.
유기물의 세포막이 파괴되면 유기체가 수분을 유지하지 못하게 되고 이러한 상태의 슬러지가 하부측의 매시컨베이어벨트(121)에 순차적으로 이송되어 하부측 매시컨베이어벨트(121)에 결합된 열풍 공급부(140)의 가이드하우징
(143) 내부로 이동되고 이와 동시에 60℃~80℃로 히팅된 건조한 열풍이 슬러지를 건조시키도록 하는 것이다.
특히 본 발명의 건조 시스템은 고온의 과열 증기로 국수가닥 형상으로 압출하여 유기물의 세포막을 먼저 파괴하여 유기물의 수분을 유지할 수 없는 상태에서 열풍으로 건조하므로 슬러지를 효과적으로 건조할 수 있을 뿐만 아니라 히팅된 증기를 연소실에서 재차 히팅하여 고온의 과열증기를 생성하므로 에너지 효율을 향상시키는 것이다.
1:건조시스템 10:열교환기
20:쿨링타워 30:워터탱크
40:세척기 100:건조기
110:슬러지 공급부 111:공급호퍼
112:펌프 113:정렬기
114:공급관 120:슬러지 이송부
121:매시컨베이어벨트 122:모터
123:롤러 130:증기 공급부
131:보일러 132:연소실
133: 과열증기관 134:증기덕트
135:가이드하우징 136:분사노즐
137:증기댐퍼 138:배출댐퍼
140:열풍 공급부 141:버너
142:열풍덕트 143:가이드하우징
144:열풍댐퍼 145:배출댐퍼
150:슬러지 배출부 151:저장호퍼
152:배출호퍼

Claims (5)

  1. 슬러지를 압출하여 펠릿화시켜 공급하는 슬러지 공급부(110)와, 상기 슬러지 공급부(110)에서 공급되는 펠릿화된 슬러지를 매시컨베이어벨트(121)에 안치시켜 이송하는 슬러지 이송부(120)와, 상기 슬러지 이송부(120)에서 이송되는 슬러지에 증기를 분사하는 증기공급부(130)와, 상기 증기공급부(130)에서 유기물의 세포막이 파괴된 슬러지에 열풍을 공급하여 건조시키는 열풍 공급부(140), 및 상기 열풍 공급부(140)를 거쳐 건조된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출부(150)로 구성한 슬러지 건조 시스템에 있어서,
    상기 슬러지 공급부(110)는 공급관(114)의 배출단에 정렬기(113)를 결합하여 공급되는 슬러지를 단면이 원형인 국수가닥 형상으로 공급하도록 하고,
    상기 증기 공급부(130)는 보일러(131)의 연소실(132)에서 히팅된 증기를 재차 연소실(132)로 가이드하는 과열증기관(133)을 형성하여 고온의 과열증기를 생성하고 과열증기관(133)에 생성된 고온의 증기를 슬러지 이송부(120)의 최상단 매시컨베이어벨트(121)측으로 유도하되, 최상단 매시컨베이어벨트(121)의 상측에는 가이드하우징(135)을 형성하고 가이드하우징(135)의 내부에 다수개의 증기 분사노즐(136)을 형성하여 슬러지의 유기물 세포막을 신속하게 파괴할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 슬러지 건조 시스템.
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