KR101507085B1 - 방사형 다단 회전 소성로 - Google Patents
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Abstract
산업재료 또는 음식물 쓰레기 등의 건조, 탄화 또는 소각에 사용되는 방사형 다단 회전 소성로의 노 내부 열변형을 최소화하는 방사형 다단 회전 소성로에 관한 것으로, 내통 드럼 뭉치(311)의 표면의 고온을 단열하는 단열층과 상기 단열층 외부를 감싸는 외통셀(312)로 이루어진 드럼 뭉치(310), 투입물을 정량공급하는 투입 스크루(21)를 구비한 투입장치, 상기 드럼 뭉치(310)가 4개의 롤러(101) 위에서 회전하도록 지지하는 프레임(100), 상기 드럼 뭉치(310)를 프레임(100) 위에서 구동하는 구동장치(110) 및 상기 내통 드럼 뭉치(311)의 내부를 승온하는 버너(31)를 포함하고, 상기 내통 드럼 뭉치(311)는 내통 뭉치(600)와 상기 내통 뭉치(600)에 비해 열팽창이 적은 외통 뭉치(500)를 포함하고, 상기 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)는 분리 및 조립가능하게 결합하는 구성을 마련한다.
Description
본 발명은 방사형 다단 회전 소성로에 관한 것으로, 특히 활성탄, 하수 슬러지, 산업재료 또는 음식물 쓰레기 등의 건조, 탄화 또는 소각에 사용되는 방사형 다단 회전 소성로의 노 내부 열변형을 최소화하는 방사형 다단 회전 소성로에 관한 것이다.
일반적으로 경제발전, 인구증가 및 생활수준의 향상 등 여러 가지 이유로 생활 하수나 공업폐수의 발생이 증가하고 있다. 이에 따라 주요하천 및 강의 수질오염을 방지하기 위하여 수질개선의 기초시설인 하폐수 처리장의 시설도 불가피하게 증가하고 있으며, 부수적으로 발생하는 2차 부산물인 하폐수 슬러지의 양도 증가하고 있다.
이렇게 발생한 하수 슬러지는 대부분 매립 또는 해양투기에 의해 처리하고 있다. 그러나 단순 매립의 경우 2003년 7월부터는 폐기물관리법 시행규칙 개정 시행에 따라 시설용량 1만 톤/일 이상인 하수처리장 슬러지의 직매립이 금지되고 있다.
슬러지 처리방법으로 고려되고 있는 소각은 높은 소각시설 건설비용과 운영비용은 물론 2차 환경오염물질의 발생으로 인한 대기오염의 문제가 있다. 따라서, 인근주민들의 민원문제가 발생하여 적용하기에 매우 큰 어려움을 겪고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 함수율이 80％ 이상인 젖은 슬러지, 음식물 쓰레기 등을 함수율 10％ 이하로 건조하는 산업용 건조장치에 관한 것으로, 내측 및 외측 드럼에 의하여 형성된 공간을 다수의 방사판으로 분리한 방사형 로터리 건조기에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 하수처리 탈수 케익이나 폐수처리 슬러지의 소각처리를 위한 전 공정으로 소각 대상인 건조물을 빠른 시간 내에 건조시킴과 동시에 시설물의 유지관리에 손상을 주지 않으면서도 건조에 따른 유해가스 발생을 억제하는 하/폐수 탈수 케익 및 슬러지 처리용 건조기에 관한 것으로, 외부에서 소각처리된 폐 가스가 자연스럽게 유입될 수 있도록 폐 가스 입구용 덕트를 건조로와 구획형성시킨 건조기 본체, 폐 가스 입구용 덕트와 연통되며 건조로 내에서 상/하단에 걸쳐 일정간격의 수평방향으로 설치된 채 단열재로 봉지된 복수의 전열덕트, 건조로의 타측 상단에 형성되는 건조가스 배출구를 구비한 건조기에 대해 개시되어 있다.
그러나 상술한 바와 같은 종래의 로터리 킬른 타입의 탄화 소각로는 구조적으로 긴 회전으로써, 넓은 공간을 차지한다는 문제가 있었다. 또한, 로터리 킬른 타입의 긴 회전로의 경우에 외부면 단열의 어려움으로 에너지 손실이 매우 크며, 로터리 킬른 타입의 탄화 소각로의 내부는 내화벽돌로 단열 및 보온이 되어있지만 내화벽돌 축조의 어려움 및 고비용 그리고 유지관리의 어렵다는 문제도 있었다.
최근에 로터리 킬른타입의 회전로를 대체할 방사형 다단 회전로가 개발되어 운용중에 있지만 노 내부가 열변형에 취약하여 잦은 유지보수를 야기하고 있다. 노 내부의 과도한 열변형으로 노의 수명이 단축되어 노를 교체시 상당한 경제적인 부담이 가중되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 방사형 다단 회전 소성로의 내부구조를 개선하여 기계공학 측면에서 열 응력 및 구조적인 열변형 발생을 최소화하여 고온하에서 사용되는 노의 수명을 장기간 유지하고, 노의 유지보수 비용을 최소화하는 방사형 다단 회전 소성로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 방사형 다단 회전 소성로는 활성탄, 하수 슬러지, 산업재료 또는 음식물 쓰레기 등의 건조, 탄화 또는 소각에 사용되는 방사형 다단 회전 소성로에 있어서, 내통 드럼 뭉치(311)의 표면의 고온을 단열하는 단열층과 상기 단열층 외부를 감싸는 외통셀(312)로 이루어진 드럼 뭉치(310), 투입물을 정량공급하는 투입 스크루(21)를 구비한 투입장치, 상기 드럼 뭉치(310)가 4개의 롤러(101) 위에서 회전하도록 지지하는 프레임(100), 상기 드럼 뭉치(310)를 프레임(100) 위에서 구동하는 구동장치(110) 및 상기 내통 드럼 뭉치(311)의 내부를 승온하는 버너(31)를 포함하고, 상기 내통 드럼 뭉치(311)는 내통 뭉치(600)와 상기 내통 뭉치(600)에 비해 열팽창이 적은 외통 뭉치(500)를 포함하고, 상기 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)는 분리 및 조립가능하게 결합하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방사형 다단 회전 소성로에 있어서, 상기 내통 뭉치(600)의 외부에는 그 길이 방향에 따라 일정한 간격을 유지하도록 다수의 슬라이드 슬롯부(601)가 마련되고, 상기 외통 뭉치(500)의 내부에는 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)에 대응하여 다수의 슬라이드 슬롯 가이드부(501)가 마련되어, 상기 내통 뭉치(600)를 상기 외통 뭉치(500)에 슬롯 슬라이딩 방법으로 조립 및 분리하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방사형 다단 회전 소성로에 있어서, 상기 외통 뭉치(500)의 방사판(502)의 간섭을 최소화하기 위해, 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)는 일정 간격을 유지하도록 마련된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전 소성로에 의하면, 고온 열변형 문제는 노내부의 구조를 개선함으로써 해결되어 노의 수명을 연장하고 안정적이고 경제적 유지관리가 가능하다는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전 소성로에 의하면, 활성탄 생산장치, 유기성 폐기물 탄화소각 장치, 또는 각종 산업용 소성로에 적용되는 방사형 다단 회전 소성로의 내부 열변형을 최소화함으로써 노의 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감하고, 방사형 다단 회전 소성로 내부의 드럼 뭉치를 열팽창이 심한 내통 뭉치와 열팽창이 덜 심한 외통 뭉치로 분리하고, 조립 후 열팽창에 따른 상호 간섭이 거의 없도록 하였다. 또한, 장시간 사용 후 내통 뭉치만 쉽게 교체하여 사용되도록 하여 유지보수 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화 소각로의 좌측 사시도,
도 2는 탄화 소각로의 분해 사시도,
도 3은 탄화 소각로의 내통 드럼 뭉치의 조립 및 단면도,
도 4는 탄화 소각로의 내부 내통 뭉치 사시도,
도 5는 탄화 소각로의 내통 드럼 뭉치의 분해도,
도 2는 탄화 소각로의 분해 사시도,
도 3은 탄화 소각로의 내통 드럼 뭉치의 조립 및 단면도,
도 4는 탄화 소각로의 내부 내통 뭉치 사시도,
도 5는 탄화 소각로의 내통 드럼 뭉치의 분해도,
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
고온에서 운용되는 산업 재료의 소성, 활성탄 또는 유기성 폐기물 탄화소각 과정에서 노 내부의 온도는 500~1200℃를 유지한다. 본 발명은 노 내부 열변형을 최소화하여 노의 수명을 장기간 유지하고자한다. 즉 방사형 다단 회전식 소성로의 노 내부 열변형을 최소화하는 기술에 관한 것이다.
현재 활성탄의 생산시 연속적인 투입조건에서 노 내부의 온도를 고온으로 일정하게 유지하고 있지만, 노 내부의 온도는 투입조건에 따라 또는 운용 조건에 따라 변화한다. 아침에 노를 승온하여 운용을 시작하여 저녁에 가동을 마치기도 한다. 노 내부의 온도는 항상 일정하게 유지하기 어렵다.
따라서 노 내부의 구조물은 다양한 온도변화에 대응하여 열팽창 거동은 매우 복잡하게 나타난다. 구조물의 열팽창으로 용접부 또는 연결부에 상호 역학적인 구속관계가 유지되어 상당한 응력이 발생한다. 고온과 상온의 반복적인 가동 조건으로 용접부 또는 연결부는 점차 취약해지면서 미세크랙(micro crack)이 발생된다. 점차 반복적인 조건에서 미세크랙은 비교적 큰 크랙(marcro crack)으로 진전되어 마침내 피로파괴(fatigue failure)가 된다. 열응력에 의한 이러한 피로파괴를 최소화하기 위하여 열응력 발생 원인을 분석하여 제거하고자 한다.
고온하에서 노 구조물의 열팽창은 피할 수 없지만 열팽창에 의한 구조물의 열응력 발생은 설계 조건에 따라 피할 수 있다. 열응력 발생이 없으면 노 구조물은 고온하에서도 비교적 수명을 길게 유지할 수 있다.
기존의 노 내부 구조방식은 내통 뭉치와 외통 뭉치가 일체형으로 용접되어 있어서 열팽창에 의한 열응력 발생은 피할 수 없어서 피로파괴 거동을 경험하고 있다. 그래서 잦은 유지보수가 요구되고 있다. 특히 내통 뭉치는 버너의 직접 화염으로 인하여 온도변화가 매우 심하게 발생하고 있다. 즉 피로파괴의 발생은 주로 내통 뭉치에서 발생하기 때문에 필요 시 내통 뭉치만 교체하여 노의 유지 보수비용을 절감하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 노 내부 구조물의 열응력 발생 최소화 및 유지보수비용을 절감하는 구성에 대해 도면에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화 소각로의 좌측 사시도, 도 2는 탄화 소각로의 분해 사시도, 도 3은 탄화 소각로의 내통 드럼 뭉치(311)의 조립 및 단면도, 도 4는 내통 드럼 뭉치(311)의 내통 뭉치(600)의 사시도, 도 5는 외통 뭉치(500)와 내통 뭉치(600)의 분해도 이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄화 소각로(30)는 방사형 다단 회전드럼 구조를 구비하여 투입물의 자연발화를 유도하는 탄화 소각로로서, 내열강으로 제작되어 노 내부를 500~1200℃ 정도로 유지하는 내통 드럼 뭉치(311), 내통 드럼 뭉치(311)의 표면의 고온을 단열하는 단열층과 상기 단열층 외부를 감싸는 외통셀(312)로 이루어진 드럼 뭉치(310), 투입물을 정량공급하는 투입 스크루(21)를 구비한 투입장치, 상기 드럼 뭉치(310)가 4개의 롤러(101) 위에서 회전하도록 지지하는 프레임(100), 상기 드럼 뭉치(310)를 프레임(100) 위에서 구동하는 구동장치(110) 및 상기 내통 드럼 뭉치(311)의 내부를 승온하는 버너(31)를 구비한다.
또 상기 내통드럼 뭉치(311)의 내부 면에는 나선타입의 투입물 이송가이드가 부착되어 드럼의 회전속도에 따라 투입물의 노 내부 체류시간이 제어부(미 도시)에 의해 제어되며, 상기 내측 드럼 뭉치(311)는 노 내부의 온도상승에 따른 노의 길이 및 직경 변화에 대응되도록 설계된다.
또 상기 외통셀(312)의 바깥 둘레 부분에는 각각 입구측 측판(341)과 출구측 측판(342)이 마련되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄화 소각로(30)에서, 상기 구동 장치(110)에서 4개의 롤러(101)를 통해 전달된 동력은 외통셀(312)의 바깥 둘레 부분에 외통 셀(312)과 일체로 각각 마련된 회전 부재(321)를 회전시킨다. 상기와 같이 외통 셀(312)이 회전하면, 외통 셀(312) 내부에 마련된 외통 회전판과 내통드럼 뭉치(311)의 외부에 마련된 내통 회전판이 서로 기어처럼 맞물러 회전하여 내통드럼 뭉치(311)를 동시에 회전시킨다.
본 발명에 따른 탄화 소각로(30)의 내통 드럼 뭉치(311)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 외통 뭉치(500)와 내통 뭉치(600)로 구성되며, 슬롯 타입으로 내통 뭉치(600)가 외통 뭉치(500)에 삽입 조립된다. 즉, 방사형 다단 회전 소성로의 내통 드럼 뭉치(311)를 온도변화가 심한 영역인 내통 뭉치(600) 및 온도변화가 약한 영역인 외통 뭉치(500)로 분리하여 조립되도록 한다. 따라서, 필요시 내통 뭉치(600)만 쉽게 교체할 수 있다.
사용시 탄화 소각로(30) 내부의 고온조건에서 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)의 열팽창으로 구조물의 체적이 증가하여 직경 및 길이가 변화한다. 내통 뭉치(600)의 변화된 열팽창량에 의한 외통 뭉치(500)의 방사판(502)의 간섭을 최소화하기 위해, 상기 내통 뭉치(600)의 외부에는 그 길이 방향에 따라 일정한 간격을 유지하도록 다수의 슬라이드 슬롯부(601)가 마련된다. 즉 상기 내통 뭉치(600) 및 외통 뭉치(500)의 각각은 조립 후 열응력 발생이 최소화되도록, 상호 구속조건이 발생되지 않도록 충분한 조립 공차를 허용하여 구현하였다.
고온하에서 탄화 소각로(30) 내부의 열팽창으로 내통 뭉치(600) 및 외통 뭉치(500)는 길이 및 직경의 변화가 발생된다. 이러한 열 팽창량이 내통 뭉치(600) 및 외통 뭉치(500)에 상호 간섭되면 간섭부에서 열응력이 발생되어 열변형이 야기된다. 열응력에 의해 야기된 열변형은 영구변형이며 상온하에서 원래의 형상으로 복귀하지 않는다. 반복적이고 영구적인 열변형으로 탄화 소각로(30)의 내부는 원래의 형상과 다른 모습으로 점차 변해간다. 결국, 탄화 소각로(30) 내부 구조의 가장 취약부(특히 용접부)에 미세크랙(micro crack)이 발생되고, 미세크랙은 점차 성장하여 파괴(failure)에 이른다. 탄화 소각로(30)의 내부에 구멍 또는 찢김이 생겨서 내부에서 유동되는 물질이 적절한 열처리 조건을 만족하지 못하고 배출된다. 또한 노 내부 구멍 또는 찢김으로 배출된 물질은 노의 외부 단열층으로 침투하여 단열층을 파손시키게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 외통 뭉치(500)와 내통 뭉치(600)를 분리 가능하게 마련한 것이다.
또한, 상기 외통 뭉치(500)의 내부에는 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)에 대응하여 다수의 슬라이드 슬롯 가이드부(501)가 마련된다.
따라서, 각각의 슬라이드 슬롯부(601)가 각각의 슬라이드 슬롯 가이드부(501)를 통해 이동이 자유롭게 되는 것에 의해 상기 내통 뭉치(600)는 상기 외통 뭉치의 내부로 착탈이 가능하게 된다.
또한, 탄화 소각로(30)의 내부에서 유동되는 물질이 각각의 슬라이드 슬롯부(601)를 통과하지 않도록 슬롯 형상, 크기 및 간격을 결정하였다.
도 3은 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)의 조립된 내부 상태를 설명하기 위해 나타낸 도면으로서, 각각의 슬라이드 슬롯부(601)가 각각의 슬라이드 슬롯 가이드부(501)에 삽입되고, 슬라이드 슬롯부(601)와 슬라이드 슬롯 가이드부(501)가 각각 일정한 간격(갭)을 유지하고 있다.
상기 내통 뭉치(600)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 슬라이드 슬롯부(601), 내통 뭉치(600)의 일측에 마련되어 탄화 소각을 위한 물질이 투입되는 투입구(602), 내통 뭉치(600)의 타측에 마련되어 탄화 소각된 물질이 배출하는 배출구(603), 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)의 사이의 적어도 한곳에 마련된 투입슬롯(604), 외통 뭉치(500)의 배출구(503) 선단에 연결된 배출슬롯(605), 내통 뭉치(600)의 내측에 마련되고 소각될 물질이 유동하는 다수의 유동 공간부(606)를 구비한다. 본 발명에서는 상기 유동 공간부(606)를 7개 마련된 구조로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 소각 물질에 따라 4~8을 마련하여도 좋다.
또, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내통 뭉치(600)에서 투입구(602)가 마련된 부분에는 상기 외통 뭉치(500)와의 삽입 시, 삽입 상태를 유지하기 위한 안착부(607)가 마련된다.
이에 따라 상기 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)의 조립시 작업자는 다수의 슬라이드 슬롯부(601)를 슬라이드 슬롯 가이드부(501)에 각각 대응시켜 삽입하고, 상기 안착부(607)가 상기 외통 뭉치(500)의 일 측면에 밀접하게 될 때까지 삽입하는 것에 의해 용이하게 조립할 수 있고, 분리시는 예를 들어 상기 안착부(607)에서 돌출된 투입구(602)를 잡아당기는 것에 의해 용이하게 분리된다.
한편, 상기 외통 뭉치(500)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 슬라이드 슬롯 가이드부(501), 방사판(502), 외통 뭉치의 배출구(503) 선단에 연결되는 소각물 배출구(503), 외통셀(312)에 삽입되어 외통 뭉치(500) 자체를 회전시키도록 결합되는 결합부(505), 상기 배출 슬롯(605)과 연통하는 공간부(506)를 구비한다.
따라서 투입구(602)에 투입된 소각될 물질은 투입 슬롯(604)을 통과하고 각각의 7개 유동 공간부(606)에서 소각되어 탄화되고, 탄화된 물질은 배출슬롯(605) 을 통과하여 배출구(503)로 배출된다.
한편, 본 발명에 적용되는 상기 탄화 소각로(30)의 내부 구조는 방사형 다단 회전로(건조로, 냉각로, 예열로, 탄화로, 소각로를 포함하는)에 적용되어 유기성 폐기물, 산업폐기물, 활성탄, 또는 무연탄의 가연성 고체연료를 처리한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 탄화 소각로는 활성탄, 산업재료, 하수 슬러지 또는 음식물 쓰레기 등의 탄화 및 소각에 적용된다.
30 : 탄화 소각로
31 : 버너
100 : 프레임
310 : 드럼 뭉치
311 : 내통 드럼 뭉치
312 : 외통 셀
500 : 외통 뭉치
501 : 슬라이드 슬롯 가이드부
502 : 방사판
503 : 소각물 배출구
600 : 내통 뭉치
601 : 슬라이드 슬롯부
602 : 투입구
603 : 배출구
604 : 투입슬롯
605 : 배출슬롯
606 : 유동 공간부
31 : 버너
100 : 프레임
310 : 드럼 뭉치
311 : 내통 드럼 뭉치
312 : 외통 셀
500 : 외통 뭉치
501 : 슬라이드 슬롯 가이드부
502 : 방사판
503 : 소각물 배출구
600 : 내통 뭉치
601 : 슬라이드 슬롯부
602 : 투입구
603 : 배출구
604 : 투입슬롯
605 : 배출슬롯
606 : 유동 공간부
Claims (3)
- 활성탄, 하수 슬러지, 산업재료 또는 음식물 쓰레기 등의 건조, 탄화 또는 소각에 사용되는 방사형 다단 회전 소성로에 있어서,
내통 드럼 뭉치(311)의 표면의 고온을 단열하는 단열층과 상기 단열층 외부를 감싸는 외통셀(312)로 이루어진 드럼 뭉치(310),
투입물을 정량공급하는 투입 스크루(21)를 구비한 투입장치,
상기 드럼 뭉치(310)가 4개의 롤러(101) 위에서 회전하도록 지지하는 프레임(100),
상기 드럼 뭉치(310)를 프레임(100) 위에서 구동하는 구동장치(110) 및
상기 내통 드럼 뭉치(311)의 내부를 승온하는 버너(31)를 포함하고,
상기 내통 드럼 뭉치(311)는 내통 뭉치(600)와 상기 내통 뭉치(600)에 비해 열팽창이 적은 외통 뭉치(500)를 포함하고,
상기 내통 뭉치(600)와 외통 뭉치(500)는 분리 및 조립가능하게 결합되고,
상기 내통 뭉치(600)의 외부에는 그 길이 방향에 따라 일정한 간격을 유지하도록 다수의 슬라이드 슬롯부(601)가 마련되고, 상기 외통 뭉치(500)의 내부에는 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)에 대응하여 다수의 슬라이드 슬롯 가이드부(501)가 마련되어, 상기 내통 뭉치(600)를 상기 외통 뭉치(500)에 슬롯 슬라이딩 방법으로 조립 및 분리하는 것을 특징으로 하는 방사형 다단 회전 소성로. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 외통 뭉치(500)의 방사판(502)의 간섭을 최소화하기 위해, 상기 다수의 슬라이드 슬롯부(601)는 일정 간격을 유지하도록 마련된 것을 특징으로 하는 방사형 다단 회전 소성로.
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| KR1020130019267A KR101507085B1 (ko) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 방사형 다단 회전 소성로 |
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| JPH10318672A (ja) * | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Toyo Kasei Kogyo Co Ltd | 乾燥物容器取替型乾燥装置 |
| KR20000008531A (ko) * | 1998-07-14 | 2000-02-07 | 조용덕 | 열풍 건조장치 |
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