KR101577863B1 - 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치 - Google Patents

흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치에 관한 것으로 흡수식냉동사이클에 기초한 열풍생산형흡수식냉동기를 이용하여 슬러지를 건조하도록 하기 위하여, 환경기초시설에서 회수되는 바이오가스 또는 지역난방 열원 등의 신재생에너지원 등을 에너지원으로 하는 열풍생산형흡수식냉동기를 이용한 슬러지를 건조하는 건조장치에 있어서, 상기 열풍생산형흡수식냉동기에 대하여 1종 효용 흡수식 냉동사이클에 기반하여 적용되는 재생기(91), 증발기(93), 흡수기(94) 및 재생열교환기(95)와 함께 LiBr-H2O 중 브라인(H2O)의 응축열을 이용하여 건조공기의 연속적 재가열이 가능한 열풍생산형흡수식냉동기(90); 상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)에서 생산한 냉수 및 증기방산열에 대하여, 냉수를 열매로 하여 건조공기(2) 중 수분을 응축제거하는 제습냉각코일(81)과; H2O의 증기방산열을 이용하여 건조공기(2)를 재가열하는 열풍생산형응축기(82)와; 건조공기를 압입순환하는 건조공기순환팬(83); 상기 제습냉각코일(81), 열풍생산형응축기(82) 및 건조공기순환팬(83)으로 구성되는 공조기(80); 상기 공조기(80)에서 생산된 건조공기(2)를 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)의 개별 벨트식건조기(건조부) 유닛(10b)에 분배하는 급기순환덕트(22); 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에서 슬러지(1) 수분 건조 후 공조기(80)로 반환하는 배기순환덕트(21); 상기 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에 대하여 슬러지(1)와 건조공기(2) 간 접촉효율을 높이고 슬러지(1) 중 수분의 원활한 접촉증발이 가능하도록 건조공기(2) 통과가 가능한 통기성 컨베이어벨트(11); 상기 열풍생산형응축기(82)에서 발생하는 배열을 수냉각하는 냉각탑(71); 상기 냉각탑(71)에서 생산된 냉각수를 저장하눈 냉각수저장조(72); 상기 냉각수저장조(72)에 저장된 냉각수를 순환하는 냉각수순환펌프(72);를 포함하여 이루어진다.

Description

흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치{Drying sludge apparatus}
본 발명은 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 흡수식냉동사이클에 기초한 열풍생산형흡수식냉동기를 이용하여 슬러지를 건조하도록 하는 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치에 관한 것이다.
일반적으로 언급되는 슬러지(sludge)는 상수, 공업용수, 산업용 폐수, 하수 및 분뇨의 수처리 과정에서 발생되는 것이고, 이의 함수율이 75～85％인 탈수 케이크(cake) 형태로 발생되며, 이러한 슬러지의 처리방법으로는 주로 해양투기, 매립, 연료화, 고화, 소각, 열분해 등과 같은 다양한 방법이 시도되고 있다.
그 일예로서 슬러지에는 다량의 수분이 함유되어 있기 때문에 취급이 곤란하므로 통상 슬러지를 모래 여과, 필터프레스, 진공여과기 등으로 선처리하여 수분이 적은 케이크 상으로 만든 후, 대부분 매립하거나 해양투기를 하여 왔기 때문에 심각한 환경오염을 초래하게 된다.
그래서 근래에는 보일러를 이용하여 공기를 가열하고, 가열된 고온의 공기로 슬러지를 가열하여 슬러지 내의 수분을 줄이며, 슬러지의 수분을 줄여서 습도가 증가된 고온의 공기를 외부로 배출하는 것을 반복하여 슬러지를 건조하여 왔다.
그러나 이와 같은 보일러를 이용하는 가열방식의 건조기는 습도를 줄이기 위하여 고온의 공기를 외부로 배출하기 때문에, 건조기 주위 환경이 불량하게 되며, 외부로 배출되는 공기의 열량으로 인하여 보일러에 투입되는 전기량의 증가를 유발시킴으로써 에너지를 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 출원인은 이미 등록된 국내등록특허 제0925989호 및 국내등록특허 제0930810호에서 냉동사이클을 이용한 슬러지 건조장치 및 건조방법을 제시한 바 있다.
하지만 상기 본 출원인의 특허에서의 구동매체는 전기를 이용한 전기식히트펌프(EHP : Electric motor driven Heat Pump) 방식으로서, 슬러지 건조장치를 구동하는 동안 지속적으로 많은 양의 전기를 소모하게 되는 문제점이 있었다.
국내등록특허 제0925989호 국내등록특허 제0930810호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 바이오가스인 소화가스 또는 매립지가스와 같은 가스에너지 또는 지역난방과 같은 열수를 열원으로 하는 흡수식냉동기를 이용하여 슬러지를 건조하도록 함으로써 전기에너지 외에 타 에너지원을 이용할 수 있도록 함과 동시에 전기식열펌프(EHP)보다 대용량화에 유리한 흡수식 냉동기를 이용하여 에너지원의 다변화 및 슬러지 건조장치의 대용량화에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 슬러지를 건조하는 건조장치에 있어서, 하수처리시설을 통해 생산되는 소화가스 또는 매립시설을 통해 생산되는 매립지가스에서 생산되는 바이오가스 연소열원 또는 지역난방열원을 이용하여 희용액(59%)상의 LiBr-H2O 용액을 가열하여 농용액(64%)상의 LiBr-H2O 용액과 브라인(H2O)으로 분리하는 재생기(91); 상기 재생기(91)에서 발생된 브라인(H2O-Steam)을 고압응축시키면서 고온의 건조공기를 연속생산하는 열풍생산형응축기(82); 상기 열풍생산형응축기(82)에서 열풍생산후 잉여열을 방산하는 과냉각응축기(92); 상기 과냉각응축기(92)를 거친 후 고압응축된 브라인(H2O-Water)을 팽창시킨 후 증발을 통한 흡열과정을 통하여 냉수를 생산하는 증발기(93); 상기 증발기(93)에서 발생한 저압증기상의 브라인(H2O-Steam)과 재생기에서 회수되는 농용액(64%) 상태의 LiBr-H2O로 흡수시키는 흡수기(94)로 구성된 열풍생산형흡수식냉동기(90); 상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)에서의 열풍생산형 응축기(82)의 증기방산열과 냉수(7℃)를 이용하여 슬러지 건조용 공기를 냉각 및 재가열하는 공조기(Air Handling Unit, AHU) (80); 상기 공조기(80)에서 생산된 고온 건조한 건조공기(2)를 이용하여 슬러지를 건조하는 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 흡수식냉동기를 이용한 대용량유닛화가 용이한 벨트식 슬러지 건조장치를 제공한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 바이오가스, 지역난방열수 등을 에너지원으로 하는 흡수식냉동기를 이용한 벨트식 슬러지 건조장치는 슬러지 등이 발생하는 하수처리시설, 매립시설 등에 적용될 시, 해당시설에서 생산가능한 바이오가스인 소화가스, 매립지가스 또는 지역난방과 연계한 지역난방수 등을 에너지원으로 하는 흡수식냉동기를 이용하여 슬러지를 건조함으로써 전기 에너지의 사용량을 줄임과 동시에 바이오가스와 같은 신재생에너지를 활용할 수 있다.
또한 본 발명은 약 90∼110℃ 수준의 흡수식 냉동기의 열풍생산형응축기에서의 연소가스의 열을 회수함으로써, 냉동사이클의 응축부 에너지원을 이용하여 재가열하는 전기식히트펌프(EHP: Electric motor-driven Heat Pump)보다 높은 온도의 건조공기를 생산할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 기존의 흡수식 냉동기에서 냉에너지원만을 이용한 후, 잉여 온에너지원은 도 1과 같이 냉각탑 등으로 배기하여 낮은 성적계수(1종 효용 흡수식 냉동기의 경우 0.7∼0.9)를 가지는 것에 비하여, 냉각탑 방열, 배기가스 여열을 모두 슬러지 건조에 사용하여 1.0 이상의 성적계수를 가지게 된다.
또한 암모니아, 황화수소 등의 부식성가스가 우려되는 경우, 슬러지 건조공기의 냉각 및 재가열의 열매체로 냉매가 순환되는 EHP 적용 벨트식건조기에 대하여, 물을 열매체로 하여 누설 시 정비가 용이하고 설비의 안정성이 증대된다.
도 1은 본 발명에 의한 벨트식 건조기 공정도,
도 2는 본 발명에 의한 벨트식 건조기 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 열풍생산형 응축기 및 과냉각응축기 모식도,
도 4는 본 발명에 의한 건조공기 재생공정의 종래방식과의 비교도,
도 5는 본 발명에 의한 벨트식건조기의 종래구조와의 크기비교도,
도 6은 본 발명에 의한 벨트식 건조기 건조 원리도이다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 보면 본 발명에 의한 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치는 환경기초시설에서 회수되는 바이오가스 또는 지역난방 열원 등의 신재생에너지원 등을 에너지원으로 하는 열풍생산형흡수식냉동기를 이용한 슬러지를 건조하는 건조장치에 있어서, 상기 열풍생산형흡수식냉동기에 대하여 1종 효용 흡수식 냉동사이클에 기반하여 적용되는 재생기(91), 증발기(93), 흡수기(94) 및 재생열교환기(95)와 함께 LiBr-H2O 중 브라인(H2O)의 응축열을 이용하여 건조공기의 연속적 재가열이 가능한 열풍생산형흡수식냉동기(90); 상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)에서 생산한 냉수 및 증기방산열에 대하여, 냉수를 열매로 하여 건조공기(2) 중 수분을 응축제거하는 제습냉각코일(81)과; H2O의 증기방산열을 이용하여 건조공기(2)를 재가열하는 열풍생산형응축기(82)와; 건조공기를 압입순환하는 건조공기순환팬(83);으로 구성되는 공조기(80); 상기 공조기(80)에서 생산된 건조공기(2)를 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)의 개별 벨트식건조기(건조부) 유닛(10b)에 분배하는 급기순환덕트(22); 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에서 슬러지(1) 수분 건조 후 공조기(80)로 반환하는 배기순환덕트(21); 상기 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에 대하여 슬러지(1)와 건조공기(2) 간 접촉효율을 높이고 슬러지(1) 중 수분의 원활한 접촉증발이 가능하도록 건조공기(2) 통과가 가능한 통기성 컨베이어벨트(11); 상기 열풍생산형응축기(82)에서 발생하는 배열을 수냉각하는 냉각탑(71); 상기 냉각탑(71)에서 생산된 냉각수를 저장하눈 냉각수저장조(72); 상기 냉각수저장조(72)에 저장된 냉각수를 순환하는 냉각수순환펌프(72);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 열풍생산형흡수식냉동기(90) 중 브라인의 응축열을 이용하여 온수를 생산하는 과정에 있어, 상변화열을 이용하여 건조공기를 재가열하는 열풍생산형응축기(82)를 통한 열수 생산 후 잔존상변화열을 방열하는 과냉각응축기(92)를 더 구성함을 특징으로 한다.
상술된 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 의한 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치는 하수처리장 등의 환경기초시설에서 생산되는 소화가스, 매립지가스 등의 바이오가스 또는 지역난방에서 공급되는 지역난방열수를 이용한 열풍생산형흡수식냉동기를 이용하며, 상기 열풍생산형흡수식냉동기는 일반적인 1종 효용 흡수식냉동기와 달리 응축기의 브라인 응축방열을 이용하여 고온의 건조공기의 연속생산이 가능하도록 열풍생산형응축기(82)를 가진다. 이 때 열풍생산형흡수식냉동기(90)는 약 90∼100℃ 수준의 가스상 브라인(LiBr-H2O 흡수식냉동기의 경우 0.9∼1.0 Bara 수준의 증기)에 대하여 응축시의 상변화 열(증기에서 물 또는 물-증기 혼합상)을 이용하여 건조공기를 재가열하는 열풍생산형응축기(82)을 통한 열풍생산후 잉여열을 방산하는 과냉각응축기(92)가 연계 구성되어 기존의 흡수식 냉동기에서의 응축기 역할을 수행한다. 또한 상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)에서 생산되는 냉수와 증기방산열과 대하여, 냉수를 이용하여 순환건조공기(2) 중 함습수분을 응축제거하는 제습냉각코일(81) 및 증기방산열을 이용하여 순환건조공기를 재가열하는 열풍생산형응축기(82); 상기 제습냉각코일(81)과 열풍생산형응축기(82) 및 건조공기(2)를 순환하는 건조공기순환팬(80)을 포함하는 공조기(80)로 구성된다.
상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)는 일반적인 1종 효용 흡수식냉동기에서 외부로 방열하는 응축열에 대하여, 열풍생산형응축기(82)를 이용함으로써 건조공기의 재가열을 용이하게 하며, 이를 통하여 냉각탑(71)의 용량을 기존 1종 효용 흡수식냉동기 대비 55∼60% 수준으로 절감할 수 있다.
상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)는 열원설비의 대용량화에 유리한 1종 효용 흡수식 냉동기 기초의 열풍생산형흡수식냉동기(90)를 이용함에 따라 도 4와 같이 EHP 중 냉매압축기 용량에 의한 건조공기재생공정(12a)에 대하여, 흡수식냉동기 기반 일체형 건조공기재생공정(12b)로 대용량 일체화가 가능하다.
상기 공조기(80)는 열풍생산형 응축기(82) 후단에 건조공기순환팬(83)을 배치함으로써 건조공기 중 수분에 의한 부식 등에 의한 안전성이 강하다.
또한 상기 공조기(80)는 기존 EHP 방식 벨트식 건조기(15)에 대하여 장치의 주요부가 슬러지 중에서 발생가능한 부식성가스(황화수소, 암모니아 등)에 냉매(EHP 방식의 경우 R-414 등의 냉매) 배관이 노출되는 것에 비하여 물을 브라인으로 이용한 제습냉각코일(81) 및 열풍생산형 응축기(82)를 이용함으로써 부식환경에 대한 안정성을 증대하였다.
상기 재생기(91)는 전기만을 이용하는 EHP와 달리 바이오가스, LNG 등의 화석연료, 지역난방과 같은 열에너지를 열원으로 하여 에너지원을 시설적용현장에 적합하게 변경하여 적용할 수 있다.
한편, 통기성 벨트컨베이어(11) 상에서 이송되는 슬러지(1)에 건조공기순환팬(83)을 통해 공급되는 건조공기(2)가 전달되게 통기성 벨트컨베이어(11)는 통기성으로 형성되게 하며, 상기 통기성 벨트컨베이어(11)는 개별적인 벨트식건조기(건조부) 유닛(10b)를 기본으로 다수개를 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a) 내에 상하 지그재그 배열로 설치 구성되게 함이 슬러지(1) 건조에 있어 효율적이다.
1 : 슬러지 2 : 건조공기
10a : 벨트식건조기(건조부) 패키지 10b : 벨트식건조기(건조부) 유닛
11 : 통기성 컨베이어벨트 15 : EHP 적용 벨트식건조기
16 : 벨트식건조기(열원부) EHP유닛 21 : 배기순환덕트
22 : 급기순환덕트 71 : 냉각탑
72 : 냉각수저장조 73 : 냉각수펌프
80 : 공조기 81 : 제습냉각코일
82 : 열풍생산형응축기 83 : 건조공기순환팬
90 : 열풍생산형흡수식냉동기 91 : 재생기
92 : 과냉각응축기 93 : 증발기
94 : 흡수기 95 : 재생열교환기

Claims (3)

  1. 환경기초시설에서 회수되는 바이오가스 또는 지역난방 열원 등의 신재생에너지원 등을 에너지원으로 하는 열풍생산형흡수식냉동기를 이용한 슬러지를 건조하는 건조장치에 있어서,
    상기 열풍생산형흡수식냉동기에 대하여 1종 효용 흡수식 냉동사이클에 기반하여 적용되는 재생기(91), 증발기(93), 흡수기(94) 및 재생열교환기(95)와 함께 LiBr-H2O 중 브라인(H2O)의 응축열을 이용하여 건조공기의 연속적 재가열이 가능한 열풍생산형흡수식냉동기(90);
    상기 열풍생산형흡수식냉동기(90)에서 생산한 냉수 및 증기방산열에 대하여, 냉수를 열매로 하여 건조공기(2) 중 수분을 응축제거하는 제습냉각코일(81)과; H2O의 증기방산열을 이용하여 건조공기(2)를 재가열하는 열풍생산형응축기(82)와; 건조공기를 압입순환하는 건조공기순환팬(83);으로 구성되는 공조기(80);
    상기 공조기(80)에서 생산된 건조공기(2)를 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)의 개별 벨트식건조기(건조부) 유닛(10b)에 분배하는 급기순환덕트(22); 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에서 슬러지(1) 수분 건조 후 공조기(80)로 반환하는 배기순환덕트(21);
    상기 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a)에 대하여 슬러지(1)와 건조공기(2) 간 접촉효율을 높이고 슬러지(1) 중 수분의 원활한 접촉증발이 가능하도록 건조공기(2) 통과가 가능한 통기성 컨베이어벨트(11);
    상기 열풍생산형응축기(82)에서 발생하는 배열을 수냉각하는 냉각탑(71); 상기 냉각탑(71)에서 생산된 냉각수를 저장하눈 냉각수저장조(72); 상기 냉각수저장조(72)에 저장된 냉각수를 순환하는 냉각수순환펌프(73);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열풍생산형흡수식냉동기(90) 중 브라인의 응축열을 이용하여 온수를 생산하는 과정에 있어, 상변화열을 이용하여 건조공기를 재가열하는 상기 열풍생산형응축기(82)를 통한 열수 생산 후 잔존상변화열을 방열하는 과냉각응축기(92)를 더 구성함을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어벨트(11)는 개별적인 벨트식건조기(건조부) 유닛(10b)를 기본으로 다수개를 벨트식건조기(건조부) 패키지(10a) 내에 상하 지그재그 배열로 설치 구성함을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 이용한 대용량유닛화 가능 벨트식 슬러지 건조장치.
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