KR101597984B1 - 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법 - Google Patents

음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템은, 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 설정 크기로 파쇄하는 파쇄 장치; 상기 파쇄 장치를 통과한 혼합물을 가건조시키는 건조용 팬 장치; 상기 건조용 팬 장치를 통과한 혼합물을 이동 과정에서 건조시키는 1차 건조로; 상기 1차 건조로에서 건조된 상기 혼합물을 고체 연료 형태로 구성할 수 있도록 압축 성형하는 압축 성형 장치; 및 상기 1차 건조로에서 사용된 열기를 열 이동로를 통해 공급하여 상기 성형된 고체 연료를 건조시키는 2차 건조로를 포함한다.
본 발명에 의하면, 처리 과정에서 침출수가 발생하지 않는 건조로 방식을 통해 음식물 찌꺼기를 고체 연료화시키되, 많은 유분을 함유하고 있는 음식물 찌꺼기에 추가물질을 혼합한 후 건조하여 높은 칼로리의 고체 연료 생산이 가능하며, 1차 건조시 사용된 열기를 재사용하여 2차 건조시키므로 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법 {MANUFACTURING SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD OF SOLID FUEL USING FOOD GARBAGE}
본 발명은 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 찌꺼기를 이용하여 고체 연료를 제조 가능한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.
우리 나라에서 1일 발생하는 음식물 찌꺼기는 15,000 ton이 되며, 이러한 음식물 찌꺼기는 2012년까지 해양처리를 하였으나, 2013년부터는 해양에 투기를 못하도록 법으로 지정함에 따라 매립과 소각에 의족하고 있는 것이 현실이다.
일부 자치제의 행정 소속 부서에서는 막대한 투자를 하여 음식물을 처리하고 있으나 실제 현실적으로는 막대한 예산만 소진하고 있는 상태이다. 이러한 시설을 운영한다고 하여도 음식물 찌꺼기를 처리하는 과정에서 많은 침출수가 발생되어 토양과 수질을 오염시켜 환경 파괴의 주범이 되고 있다.
특히, 가축의 배설물이나 사람의 인분을 처리한 슬러지(sludge)나 음식물 찌꺼기를 건조하려면 경유로 150ℓ 정도의 양이 소모되며, 그에 따른 비용이 소요되어 경제성 없는 방법이 되고 있다.
음식물 찌꺼기를 처리하기 위한 하나의 방편으로 건조를 예를 들 수 있으며, 상기 음식물 찌꺼기를 건조한 후 연료로 재활용할 수 있도록 한 고형연료 제조와 관련된 기술이 특허등록 제0287790호 및 특허등록 제1214101호에 제안된 바 있다.
이하에서 종래기술로서 특허등록 제0287790호 및 특허등록 제1214101호에 개시된 일반 폐기물을 이용한 고형 연료 제조 시스템 및 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템을 간략히 설명한다.
도 1은 특허등록 제0287790호(이하 '종래기술 1'이라 함)에서 일반 폐기물을 이용한 고형 연료 제조 시스템의 구성을 설명하기 위한 평면도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 종래기술 1의 폐기물을 이용한 고형 연료 제조 시스템은 상부로 폐기물을 투입하고 하측에서 배출시키는 폐기물 저장수단(A)과, 상기 저장수단(A)의 하부에서 폐기물을 강제로 끌어내리면서 파봉(破封 ; 폐기물을 담고 있는 비닐 등의 봉투를 터뜨림)하는 회전 절단 공급수단(B)과, 상기 회전 절단 공급수단(B)에 의하여 파쇄된 폐기물을 이송시키는 제 1 이송수단(C)과, 상기 제 1 이송수단(C)을 지난 폐기물을 고체 연료의 제조를 위한 가연성 폐기물 및 재활용이 가능한 불연성 PVC, 비철금속 및 금속으로 선별 이송시키는 폐기물의 선별 이송수단(D)과, 상기 선별 이송수단(D)을 지난 가연성 폐기물을 이송시키는 제 2 이송수단(E)과, 상기 제 2 이송수단(E)을 지난 폐기물을 잘게 분쇄 혼합시키는 제 1 분쇄수단(F)과, 상기 제 1 분쇄수단(F)을 지난 폐기물을 부력을 이용하여 선별 이송시키는 부력 선별 이송수단(G)과, 상기 부력 선별 이송수단(G)을 통과한 폐기물에 포함된 금속물을 탐지하여 2차로 금속물을 선별하는 금속물 선별 이송수단(H)과, 상기 금속물 선별 이송수단(H)을 지난 가연성 폐기물에 소정의 첨가제(X)를 혼합하고 건조시키면서 이송시키는 제 1 건조 혼합 이송수단(I)과, 그 건조 혼합 이송수단(I)을 지난 가연성 폐기물을 2차로 잘게 분쇄 혼합시키는 제 2 분쇄수단(J)과, 2차로 혼합 분쇄된 가연성 폐기물을 혼합 건조시키면서 이송시키는 제 2 건조 혼합 이송수단(K)과, 건조 이송된 가연성 폐기물을 더욱 미세한 크기로 혼합하여 분쇄하는 제 3 분쇄수단(L)과, 3차로 분쇄된 가연성 폐기물을 혼합하고 건조시키면서 이송시키는 제 3 건조 혼합 이송수단(M)과, 건조 이송되는 가연성 폐기물에 첨가제(Y)를 공급하면서 혼합 및 이송시키는 첨가제 혼합 및 이송수단(N)과, 첨가제(X)(Y)가 혼합된 일정량의 가연성 폐기물을 통상적인 유압 프레스에 부착된 금형으로 공급하여 고체 연료를 압축 성형하는 제품 성형수단(O)과, 성형된 고체 연료를 상온에서 건조, 냉각시키면서 이송시키는 제품 이송수단(P)과, 성형 건조된 고체 연료를 포장할 박스를 자동으로 접어주는 포장 박스 자동 성형수단(Q)과, 포장 박스에 고체 연료를 담고 그 포장 박스를 태핑 머신(tapping machine) 등을 이용하여 자동으로 패킹하는 자동 포장수단(R)과, 상기한 특정한 수단에서 발생되는 먼지를 수거하기 위한 집진수단(S)과, 상기한 특정한 수단으로 열풍을 공급하는 열풍 공급수단(T)과, 상기 각각의 수단에 전원을 공급하고 제어하는 전기 제어수단(U)을 포함하고 있다.
그러나 종래기술 1에 의한 폐기물을 이용한 고형 연료 제조 시스템은 음식물 찌꺼기 자체만으로 고형 연료를 만들어 연료의 효율이 한정되며, 건조부를 가동시키기 위해 연료가 사용되므로 건조율에 비해 에너지 사용이 많아지는 문제점이 있었다.
도 2는 특허등록 제1214101호(이하 '종래기술 2'라 함)에서 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템의 전체도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 종래기술의 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템은 상부가 개구되어 기 제조된 고형연료(10)가 투입 및 수용되는 함체상으로 구성되며, 내측에는 배출스크류(110) 및 상기 배출스크류(110)를 통해 외부로 고형연료(10)를 배출하는 연료배출구(120)가 형성된 연료수용부(100); 스크류(S)가 내입된 연료이송관(210)에 의해 연료수용부(100)로부터 고형연료(10)를 공급 및 하부로부터 적층 수용되는 연료수용관(220)과, 상기 연료수용관(220)의 하단과 연결되어 고형연료(10)를 수평방향으로 이송시키기 위한 스크류(S)가 내입된 하나 이상의 연료공급관(230)으로 된 연료공급부(200); 상부로부터 분뇨 및 음식물쓰레기가 투입되어 교반되는 상부의 교반실(310)과, 연료공급부(200)로부터 투입된 고형연료(10)를 원료로 하여 연소 및 열을 발생시키는 연소실(320)로 구성되어 분뇨 및 음식물쓰레기를 교반 및 건조시켜 교반배출구(311)를 통해 배출시키는 건조부(300); 상기 건조부(300)의 연소실(320)과 연결되어 고형연료(10)의 점화 및 연소를 돕기 위해 바람을 주입시키는 송풍부(400); 상기 건조부(300)로부터 스크류(S)가 내입된 분말이송관(510)에 의해 건조된 분뇨를 이송받아 분뇨 및 음식물 쓰레기에 포함된 이물질의 선별 및 일정한 입자로 걸러내는 선별부(500); 및 스크류(S)가 내입된 미세분말이송관(610)에 의해 분뇨 및 음식물쓰레기를 이송받아 이송된 분뇨 및 음식물쓰레기를 팰랫화 시키기 위한 팰랫부(600)를 포함한다.
그러나 종래기술 2에 의한 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템은 종래기술 1과 마찬가지로 음식물 찌꺼기 자체만으로 고형 연료를 만들어 연료의 효율이 한정되며, 건조 혼합 이동수단을 가동시키기 위해 연료가 사용되므로 건조율에 비해 에너지 사용이 많아지는 문제점이 있었다.
KR 0287790 B1 KR 1214101 B1
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 처리 과정에서 침출수가 발생하지 않는 건조로 방식을 통해 음식물 찌꺼기를 고체 연료화시키되, 많은 유분을 함유하고 있는 음식물 찌꺼기에 추가물질을 혼합한 후 건조하여 높은 칼로리의 고체 연료 생산이 가능하며, 1차 건조시 사용된 열기를 재사용하여 2차 건조시키므로 에너지를 절감할 수 있게 한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 설정 크기로 파쇄하는 파쇄 장치; 상기 파쇄 장치를 통과한 혼합물을 가건조시키는 건조용 팬 장치; 상기 건조용 팬 장치를 통과한 혼합물을 이동 과정에서 건조시키는 1차 건조로; 상기 1차 건조로에서 건조된 상기 혼합물을 고체 연료 형태로 구성할 수 있도록 압축 성형하는 압축 성형 장치; 및 상기 1차 건조로에서 사용된 열기를 열 이동로를 통해 공급하여 상기 성형된 고체 연료를 건조시키는 2차 건조로를 포함하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템을 통해 달성된다.
또한, 본 발명에서는 상기 건조용 팬 장치의 전방에 금속 물질 제거 장치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 건조용 팬 장치의 전방에 이물질 제거 장치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 1차 건조로와 상기 2차 건조로에는 상기 혼합물에 의해 제조된 고체 연료를 연료로 사용하여 열기를 제공하도록 제1, 2 보일러가 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 제1, 2 보일러는 상기 1, 2차 건조로에 열기를 제공하도록 열기 제공관을 통해 각각 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 1, 2차 건조로는 내화벽돌을 이용하여 조적 시공될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 1차 건조로는 내부에 다층의 컨베이어 벨트가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 1차 건조로는 투입구를 통해 유입된 혼합물을 재차 건조시키는 건조용 팬 장치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 2차 건조로는 내부에 건조될 고체 연료가 적재되는 이동식 적재대가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 파쇄 장치는 회동되는 한 쌍의 회전식 롤러로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 롤러는 표면에 타공이 형성되며, 내부에 수분 흡수, 탈취 및 탈염을 위한 추가물질이 충진될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 추가물질은 규조토, 활성탄, 비산회(fly ash), 폐식용유, 볏짚 파쇄분, 황토, 활석분, 석탄, 미강 및 톱밥을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 설정 크기로 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 혼합물을 가건조시키는 단계; 상기 가건조된 혼합물을 이동 과정에서 1차 건조시키는 단계; 상기 1차 건조된 혼합물을 압축 성형하는 단계; 및 상기 1차 건조시 사용된 열기를 재사용하여 상기 혼합물에 의해 성형된 고체 연료를 2차 건조시키는 단계를 포함하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법을 통해 달성된다.
또한, 본 발명에서는 상기 혼합물의 가건조 단계 수행 후에 상기 혼합물에 포함된 금속 물질을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 혼합물의 가건조 단계 수행 후에 상기 혼합물에 포함된 이물질을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 1차 건조 단계는 상기 고체 연료를 이동 과정에서 건조시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 1차 건조 단계 수행 전에 유입된 혼합물을 재차 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 2차 건조 단계 수행시 이동식 적재대에 적재시킨 상태에서 진행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 처리 과정에서 침출수가 발생하지 않는 건조로 방식을 통해 음식물 찌꺼기를 고체 연료화시키되, 많은 유분을 함유하고 있는 음식물 찌꺼기에 추가물질을 혼합한 후 건조하여 높은 칼로리의 고체 연료 생산이 가능하며, 1차 건조시 사용된 열기를 재사용하여 2차 건조시키므로 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술 1에 의한 폐기물을 이용한 고형 연료 제조 시스템의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 종래기술 2에 의한 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템의 전체도이다.
도 3은 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 방법을 도시한 블록도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템 및 그 제조방법에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템이 사시도로 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템이 측면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템(100)은 몸체(101), 파쇄 장치(110), 제1 보일러(120), 제1 건조용 팬 장치(130), 금속 물질 제거 장치(140), 이물질 제거 장치(150), 제2 건조용 팬 장치(160), 1차 건조로(170), 압축 성형 장치(180), 2차 건조로(190) 및 제2 보일러(200)를 포함한다.
몸체(101)는 최상단에 투입구(102)가 형성되고, 상기 투입구(102)의 하측에 파쇄 장치(110), 제1 건조용 팬 장치(130), 컨베이어 벨트(104) 및 제1 보일러(120)가 순으로 배치된다.
이때, 1차적으로 이물질을 수작업을 통해 제거하고 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 투입구(102)를 통해 투입한다.
파쇄 장치(110)는 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 25~40 mesh의 설정 크기(바람직하게는 30 mesh)로 파쇄하도록 한 쌍의 회전식 롤러로 구성된다. 이때, 상기 롤러는 표면에 타공이 형성되고, 내부에 규조토와 활성탄 등의 추가물질로 충진되어 음식물 찌꺼기의 투입시 충진물을 통해 수분 흡수, 탈취 및 탈염을 하게 한다. 그리고 한 쌍의 롤러의 구동을 위해 투입구(102) 측 몸체(101) 외벽에 모터(도면에 미도시)가 구비되며, 상기 모터가 롤러 축에 직접 연결되거나 벨트와 체인 또는 롤러와 벨트 등을 통해 구동시킬 수 있다. 여기서, 상기 롤러는 5시간마다 교체되며, 이에 교체 시간을 한정하지 않고 변경 실시가 가능하다. 그리고 상기 롤러는 그 간격이 조절 가능하여 파쇄 크기 역시 조절할 수 있다.
더욱이, 추가물질은 규조토, 활성탄, 비산재(fly ash), 폐식용유, 볏짚 파쇄분, 황토, 활석분, 석탄, 미강 및 톱밥 등을 포함한다.
규조토(diatomaceous earth, diatimite)는 수중에서 사는 단세포 생물인 규조류의 유해가 쌓여 이루어진 암적이나 퇴적물로서 일반적으로 다용성이며, 성분은 오팔린 실리카(opaline silica) SiO2로 되어 있다. 규조토는 이산화규소(SiO2)를 90% 이상 함유하여 흡착, 여과, 충진, 탈수 및 탈염 흡수재로서 본 고체 연료 혼합 물질로 음식물 찌꺼기의 50~60% 되는 음식물 찌꺼기 1ton에 45~55kg(바람직하게는 50kg)를 혼합하면 고체 연료의 혼합물로 적합한 추가물질이다. 탈염, 탈취 고체 연료의 밀도 입자 공극, 다공을 형성하여 연료의 열량을 증가하고 다른 성분과 매개적 역할을 하여 연소에 효과적 적응을 한다. 고체 연료의 연소 후 재(ashes)는 유기질 비료원으로 환원되며, 토양에 살포하면 토양의 입자에 공극과 다공을 형성하여 농작물 성장에 효과적인 유기질 비료원으로 환원된다.
활성탄은 흑연(graphite) 평면 결정자로 복잡하게 조합된 무정형 탄소로 이루어진 다공 물질로써, 여과, 살균, 탈취, 탈수 및 탈염에 효과가 있다. 규조토와 같이 다공, 공극을 형성하여 고체 연료가 연소하는데 열량을 증가시키고 고체 연료의 완전 연소에 효과적 작용을 한다. 연소 후 재는 유기질 비료원료로 환원되며 토양을 중화시키는 역할, 토양의 공극과 다공을 형성하여 농작물의 재배에 효과적 역할을 한다.
화력발전소에서 연탄, 무연탄, 석탄, 목탄을 사용하여 증기를 발생시키는 과정에서 이러한 화석 연료를 사용할 때 50mesh 이상의 입자로 분사하여 연소시키는데 이 과정에서 비산재가 발생되고 바닥재(bottom ash)가 발생된다. 바닥재는 완전연소가 되어 유해물질로 되고, 비산재는 분진으로 노의 바닥에 모아진다. 비산재(fly ash)는 입자 중 완전연소가 되지 않은 입자가 있어서 연소의 성분이 존재하여 있기 때문에 다른 탄소물질과 혼합하면 열량을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 음식물 찌꺼기의 1차 건조 후 수분 함수량 50~60% 되는 1ton 에 95~105kg(바람직하게는 100kg)를 혼합하면 고체 연료의 밀도 속에서 입자의 연소 역할을 하면서 열량을 발상하여 다른 혼합물질과 매개적 역할을 해서 열량을 증가시키는 역할을 한다. 비산재는 흡수성이 있고 카본성이 있어서 탈취, 흡수, 탈염에 효과적 역할을 한다.
폐식용유는 다양한 음식 문화의 발전에 의하여 우리나라에서 5만 ton의 폐유가 발생하고 있다. 폐식용유는 7500칼로리의 열량을 가지고 있는 고열량의 에너지로 1차 건조한 수분함량 50~60%의 음식물 찌꺼기 1ton에 35~45kg(바람직하게는 40kg)를 혼합하면 열량을 증가시키며, 다른 추가 물질이 혼합된 음식물 찌꺼기 자체를 연소하는데 열량을 증폭시킬 수 있다. 또한, 고체 연료의 성형 과정에서 윤활 역할을 하여 성형을 원활하게 해준다. 폐식용유는 식물성이 대부분이기 때문에 연소 과정에서 화학적 물질의 발생이 없다.
볏짚 파쇄분은 vegetation fiber로 열량이 높고 탈수, 흡수 및 탈취에 효과적 역할을 한다. 고체 연료를 고형 성형할 때 결속 역할을 하여 성형 후 파손을 방지하고 장기 보관시에 습도를 방지하며, 다공, 공극을 형성하여 연소시 열량을 증가시킨다. 음식물 찌꺼기를 1차 건조한 상태에서 수분 함유량이 50~60% 되는 음식물 찌꺼기 1ton에 10~20kg(바람직하게는 15kg)를 혼합한다. 연소 후 재는 유기질 비료원으로 환원된다.
황토는 칼륨, 철분, 마그네슘 등 다양한 성분을 함유하고 있으며, 고체 연료에 혼합하면 다른 물질과 매개적 역할을 하여 연소시 열량을 증가시킨다. 고체 성형시 점성, 점토 역할을 하여 성형에 도움을 주며, 탈염과 탈취 역할을 하고, 고체 연료의 보관 이동에 습도와 파손을 방지하는 역할을 하게 한다. 음식물 찌꺼기를 1차 건조한 상태에서 수분 함유량이 50~60% 되는 음식물 찌꺼기 1ton에 10~20kg(바람직하게는 15kg)를 혼합한다. 연소 후 재는 유기질 비료원으로 환원되며, 토양에 살포하면 토양을 중화시키는 기능을 한다.
활석분은 미세한 입자로 고체 연료의 밀도에 흡수적 역할을 하되, 다른 물질 입자에 극을 형성하여 열량을 높이며, 연소에 효과적 역할을 한다. 성형 과정에서 표면에 도포적 역할로 표면에 밀도를 형성한다. 1차 건조하여 수분 함수량이 50%에서 60% 되는 음식물 찌꺼기 1ton에 10~20kg(바람직하게는 15kg)를 혼합한다.
석탄은 1000칼로리의 열량을 가진 에너지로서 무연탄 보다 열량이 높으며 발화성이 높아서 점화에 효과적이다. 석탄은 어느 물체와 혼합하여도 다른 물체를 연소시키는 역할을 한다. 본 고체 연료에서 열량을 높이는데 주도적 역할을 한다. 1차 건조하여 수분 함수량이 50~60% 되는 음식물 찌꺼기 1ton에 115~125kg(바람직하게는 120kg)를 혼합한다.
미강은 다양한 유분을 함유하고 있는 물질로서, 높은 칼로리가 있는 유분의 물질이며, 다른 물질과 혼합하면 매개적 역할을 하는 물질로서 열량을 증가시키는데 주도적 역할을 한다. 또한, 고체 연료가 연소하면서 연소의 탈취 역할을 한다. 성형과정에서 윤활적 역할과 표면에 밀도를 주어 표면에 밀도를 높인다. 1차 건조한 음식물 찌꺼기 1ton에 45~55kg(바람직하게는 50kg)를 혼합한다.
톱밥은 자체로 필릿(pellet)의 연료를 제조하면 3500칼로리의 열량이 나오는 물질이다. 본 고체 연료에 혼합하면 열량을 증폭시키며, 톱밥의 입자가 고체 연료의 밀도 속에서 폭기적 역할로서 다른 물질을 매개하면서 연소와 열량을 증폭하는 역할을 한다. 1차 건조한 음식물 찌꺼기 1ton에 65~75kg(바람직하게는 70kg)를 혼합한다.
이러한 10가지 추가물질을 1차 건조 후 성형기에 음식물 찌꺼기와 같이 혼합, 교반 믹싱하여 성형, 고체 연료로 필릿(pellet), 바(bar), 떡가래 형식으로 성형하여 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료를 제조한다.
제1 보일러(120)는 열원 화덕 파이어 플레이스 보일러(Fire place boiler)로 자체의 고체 연료를 사용하여 발생된 열기를 열기 제공관(122)을 통해 1차 건조로(170)로 제공한다. 이때, 상기 열기 제공관(122)에는 개폐기(도면에 미도시)가 설치되어 1차 건조로(170)의 내용물 건조 조건에 따라 온도가 조절될 수 있다.
제1 건조용 팬 장치(130)는 파쇄 장치(110)의 하측에 배치되어 제1 보일러(120)와 파이프(도면에 미도시)를 통해 연결되며, 라디에이터(radiator)가 설치되어 상기 라디에이터의 열을 투입구(102)를 통과한 혼합물(음식물 찌꺼기)이 낙하하는 부분에 공급하여 열풍으로 상기 음식물 찌꺼기를 1차 가건조한다.
금속 물질 제거 장치(140)는 제1 건조용 팬 장치(130)의 하측에 수평 방향으로 설치된 컨베이어 벨트(104)의 도중에 배치되어 상기 컨베이어 벨트(104)를 따라 이동하는 가건조된 혼합물, 특히 음식물 찌꺼기 속에 금속물질을 제거하는 장치이다. 이때, 상기 금속 물질 제거 장치(140)는 하부에 마그네틱(magnetic)이 설치되어 컨베이어 벨트(104)를 지나가는 음식물 찌꺼기 속에 금속물질을 자력에 의해 제거하는 것이다.
이물질 제거 장치(150)는 금속 물질 제거 장치(140)의 전방인 컨베이어 벨트(104)의 도중에 배치되어 금속 물질 이외의 기타 다른 물질을 제거하는 장치이다. 즉, 상기 이물질 제거 장치(150)는 두 개의 요철 롤러(도면에 미도시)가 회전하면서 컨베이어 벨트(104) 위를 지나가는 음식물 찌꺼기 속에 다른 물질을 제거한다. 즉, 상기 요철 롤러에는 전기식 열판이 장착되어 80~100℃를 유지하면서 온도 조절이 가능하다. 더욱이, 상기 요철 롤러의 몸체에 후크(도면에 미도시)가 부착되어 음식물 찌꺼기에 포함된 비닐, 플라스틱 등과 같은 가열성 물질이 융해, 응축되며, 상기 후크의 끝 부분에 모여 설정 시간 후 제거한다.
여기서, 상기 컨베이어 벨트(104)는 스테인리스 와이어 스크린 컨베이어 벨트(stainless wire screen conveyor belt)가 적용되어 파쇄된 음식물 찌꺼기를 이송하며, 상하로 통풍이 되어 이송 중에도 건조의 기능을 수행하게 된다.
제2 건조용 팬 장치(160)는 이물질 제거 장치(150)를 통과한 혼합물이 컨베이어 벨트(104)에서 1차 건조로(180)의 투입구로 낙하하는 지점에 설치되며, 제1 건조용 팬 장치(130)와 같이 라디에이터(radiator)가 설치되어 상기 라디에이터의 열을 음식물 찌꺼기가 낙하하는 부분에 공급하여 열풍으로 상기 음식물 찌꺼기를 2차 가건조한다.
1차 건조로(170)는 제2 건조용 팬 장치(160)를 통과한 혼합물을 이동 과정에서 건조시키며, 내부에 다층의 컨베이어 벨트(172)가 구비된다. 더욱이, 상기 1차 건조로(170)는 외벽을 내화벽돌로 조적 시공하여 열의 손실을 방지하며, 내부 온도는 200~300℃를 유지하고 조건에 따라 열량을 조절하게 된다. 이때, 상기 1차 건조로(170)는 모체수 75~85% 되는 수분을 55~65%(바람직하게는 60%)정도로 건조한다.
그리고 1차 건조로(170)의 컨베이어 벨트(172) 중 최하측 컨베이어 벨트에는 1~2시간 동안 건조한 혼합물을 후술할 압축 성형 장치(180)로 이송하도록 배출 컨베이어 벨트(174)가 인접하게 배치된다. 이때, 상기 배출 컨베이어 벨트(174)는 스테인리스 와이어 스크린 컨베이어 벨트(stainless wire screen conveyor belt)가 적용된다.
여기서, 상기 1차 건조로(170) 내부에 배치된 다층의 컨베이어 벨트(172)는 스테인리스 와이어 스크린 컨베이어 벨트(stainless wire screen conveyor belt)가 적용되어 파쇄된 음식물 찌꺼기를 이송하며, 상하로 통풍이 되어 이송 중에도 건조의 기능을 수행하게 된다. 이때, 상기 컨베이어 벨트(172)는 5단으로 구비된 것을 예시한다.
또한, 상기 1차 건조로(170)는 바닥 및 벽면에 온수 파이프가 설치되어 있으며, 상기 온수 파이프가 후술할 2차 건조로(200)의 바닥 및 벽면에 설치된 온수 파이프와 연통되어 상기 1차 건조로(170)는 바닥 및 벽면에 설치된 온수 파이프의 온수가 상기 2차 건조로(200)의 바닥 및 벽면에 설치된 온수 파이프로 이동할 수 있다.
압축 성형 장치(180)는 1차 건조로(170)에서 건조된 혼합물을 고체 연료 형태로 구성할 수 있도록 압축 성형하며, 필릿(pellet), 바(bar), 떡가래 형식으로 성형하여 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료를 고형 성형한다. 여기서, 성형 모형은 압축 성형 장치의 노즐을 바꿔 모양에 맞도록 성형이 가능하며, 성형되면서 전방에 위치한 이동식 용기 내에 위치한다. 더욱이, 상기 압축 성형 장치(180)는 내부에 스크루(screw)가 배치되어 1차 건조된 혼합물을 한 차례 더 믹싱하면서 배출구로 밀어내어 밀착식 성형을 통해 고체 연료를 성형하게 된다.
2차 건조로(190)는 1차 건조로(170)에서 사용된 열기를 열 이동로(176)를 통해 공급하여 압축 성형 장치(180)에서 성형된 고체 연료를 완전 건조시킨다. 이때, 상기 2차 건조로(190)는 내부에 건조될 고체 연료가 자동 또는 수동으로 적재되는 이동식 적재대(194)가 구비된다. 더욱이, 상기 2차 건조로(190)는 외벽을 내화벽돌로 조적 시공하여 열의 손실을 방지하며, 내부 온도는 200~300℃를 유지하고 조건에 따라 열량을 조절하게 된다. 그리고 상기 2차 건조로(190)의 상면에는 연돌(192)이 설치되어 상기 1차 건조로(170)와 상기 2차 건조로(190)의 합산 열기가 배출된다.
제2 보일러(200)는 열원 화덕 파이어 플레이스 보일러(Fire place boiler)로 자체 제조한 고체 연료를 사용하여 발생된 열기를 열기 제공관(202)을 통해 2차 건조로(190)로 제공한다. 이때, 상기 열기 제공관(202)에는 개폐기(도면에 미도시)가 설치되어 2차 건조로(190)의 내용물 건조 조건에 따라 온도가 조절될 수 있으며, 상기 2차 건조로(190)의 온도가 1차 건조로(170)의 온도보다 한 100℃ 정도 높다.
이렇게, 본 발명의 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 시스템(100)은 1, 2차 건조로(170, 190)에서 성형된 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료의 수분 함량이 "0"인 것으로 가정하였을 때 고체 연료 성형에 적합한 수분함량은 50~60%가 적합하다. (음식물 찌꺼기의 수분 함량은 80~85%)
도 5에는 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 방법이 블록도로 도시되어 있다.
이 도면에 의하면, 본 발명에 의한 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조 방법은 투입 단계(S300), 파쇄 단계(S310), 1차 가건조 단계(S320), 금속 물질 제거 단계(S330), 이물질 제거 단계(S340), 2차 가건조 단계(S350), 1차 건조 단계(S360), 압축 성형 단계(S370) 및 2차 건조 단계(S380)를 포함한다.
투입 단계(S300)는 1차적으로 수작업으로 이물질을 제거한 후 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 몸체(101)의 투입구(102)를 통해 투입하는 단계이다. 여기서, 추가물질의 종류는 앞에서 시스템을 설명할 때 기재하였으므로 생략한다.
파쇄 단계(S310)는 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물 중 특히 음식물 찌꺼기를 설정 크기로 파쇄하는 단계로, 한 쌍의 회전식 롤러를 통해 구현된다. 이때, 상기 롤러는 표면에 타공이 형성되고, 내부에 규조토와 활성탄 등의 추가물질로 충진되어 음식물 찌꺼기의 투입시 충진물을 통해 수분 흡수, 탈취 및 탈염을 하게 한다.
1차 가건조 단계(S320)는 파쇄 단계(S310)를 거친 혼합물을 1차로 가건조시키는 단계로, 라디에이터의 열을 음식물 찌꺼기가 낙하하는 부분에 공급하여 열풍으로 상기 음식물 찌꺼기를 1차 가건조한다.
금속 물질 제거 단계(S330)는 1차 가건조한 혼합물 중 특히 음식물 찌꺼기 속에 금속물질을 제거하는 단계로, 금속 물질 제거 장치(140)에 구비된 마그네틱(magnetic)을 통해 컨베이어 벨트(104)를 지나가는 음식물 찌꺼기 속에 금속물질을 자력에 의해 제거한다.
이물질 제거 단계(S340)는 음식물 찌꺼기 속에 금속물질을 제거한 다음 금속 물질 이외의 기타 다른 물질을 제거하는 단계로, 두 개의 요철 롤러(도면에 미도시)가 회전하면서 컨베이어 벨트(104) 위를 지나가는 음식물 찌꺼기 속에 다른 물질을 제거한다. 즉, 상기 요철 롤러에는 전기식 열판이 장착되어 80~100℃를 유지하면서 온도 조절이 가능하다. 더욱이, 상기 요철 롤러의 몸체에 후크(도면에 미도시)가 부착되어 음식물 찌꺼기에 포함된 비닐, 플라스틱 등과 같은 가열성 물질이 융해, 응축되며, 상기 후크의 끝 부분에 모여 설정 시간 후 제거한다.
2차 가건조 단계(S350)는 이물질 제거 단계(S340)를 거친 혼합물을 2차로 가건조시키는 단계로, 라디에이터의 열을 음식물 찌꺼기가 낙하하는 부분에 공급하여 열풍으로 상기 음식물 찌꺼기를 2차 가건조한다.
1차 건조 단계(S360)는 1, 2차 가건조된 혼합물이 내부에 배치된 다층의 컨베이어 벨트(172)를 따라 이동하면서, 이동 과정에서 1차 건조시키는 단계이다. 이때, 다층의 컨베이어 벨트(172)는 스테인리스 와이어 스크린 컨베이어 벨트(stainless wire screen conveyor belt)가 적용되어 파쇄된 음식물 찌꺼기를 이송하며, 상하로 통풍이 되어 이송 중에도 건조의 기능을 수행하게 된다.
압축 성형 단계(S370)는 1차 건조로(170)에서 1차 건조된 혼합물을 필릿(pellet), 바(bar), 떡가래 형태 등의 형상인 고체 연료 형태로 구성할 수 있도록 압축 성형하는 단계이다. 즉, 상기 압축 성형 단계(S370)는 압축 성형 장치(180)의 내부에 스크루(screw)가 배치되어 1차 건조된 혼합물을 한 차례 더 믹싱하면서 배출구로 밀어내어 밀착식 성형을 통해 고체 연료를 성형하게 된다.
여기서, 성형 모형은 압축 성형 장치의 노즐을 바꿔 모양에 맞도록 성형이 가능하며, 성형되면서 전방에 위치한 이동식 용기 내에 위치한다.
2차 건조 단계(S380)는 1차 건조로(170)에서 사용된 열기를 열 이동로(176)를 통해 공급하여 압축 성형 장치(180)에서 성형된 고체 연료를 완전하게 2차 건조시키는 단계이다.
그리고 상기 2차 건조 단계(S380) 수행시 2차 건조로(190)의 상면에는 연돌(192)이 설치되어 상기 1차 건조로(170)와 상기 2차 건조로(190)의 합산 열기가 배출된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 고체 연료 제조 시스템 110: 파쇄 장치
120: 제1 보일러 130: 제1 건조용 팬 장치
140: 금속 물질 제거 장치 150: 이물질 제거 장치
160: 제2 건조용 팬 장치 170: 1차 건조로
180: 압축 성형 장치 160: 2차 건조로
200: 제2 보일러

Claims (18)

  1. 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 설정 크기로 파쇄하는 파쇄 장치;
    상기 파쇄 장치를 통과한 혼합물을 가건조시키는 건조용 팬 장치;
    상기 건조용 팬 장치를 통과한 혼합물을 이동 과정에서 건조시키는 1차 건조로;
    상기 1차 건조로에서 건조된 상기 혼합물을 고체 연료 형태로 구성할 수 있도록 압축 성형하는 압축 성형 장치; 및
    상기 1차 건조로에서 사용된 열기를 열 이동로를 통해 공급하여 상기 성형된 고체 연료를 건조시키는 2차 건조로를 포함하고 상기 추가물질은 규조토, 활성탄, 비산재(fly ash), 폐식용유, 볏짚 파쇄분, 황토, 활석분, 석탄, 미강 및 톱밥을 포함하는 추가물질인 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건조용 팬 장치의 전방에 금속 물질 제거 장치가 구비되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 건조용 팬 장치의 전방에 이물질 제거 장치가 구비되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1차 건조로와 상기 2차 건조로에는 상기 혼합물에 의해 제조된 고체 연료를 연료로 사용하여 열기를 제공하도록 제1, 2 보일러가 연결되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1, 2 보일러는 상기 1, 2차 건조로에 열기를 제공하도록 열기 제공관을 통해 각각 연결되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 1, 2차 건조로는 내화벽돌을 이용하여 조적 시공되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 1차 건조로는 내부에 다층의 컨베이어 벨트가 구비되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 1차 건조로는 투입구를 통해 유입된 혼합물을 재차 건조시키는 건조용 팬 장치가 구비되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 2차 건조로는 내부에 건조될 고체 연료가 적재되는 이동식 적재대가 구비되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파쇄 장치는 회동되는 한 쌍의 회전식 롤러로 구성되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 롤러는 표면에 타공이 형성되며, 내부에 수분 흡수, 탈취 및 탈염을 위한 추가물질이 충진되는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조시스템.
  12. 삭제
  13. 유입된 음식물 찌꺼기와 추가물질을 혼합한 혼합물을 설정 크기로 파쇄하는 단계;
    상기 파쇄된 혼합물을 가건조시키는 단계;
    상기 가건조된 혼합물을 이동 과정에서 1차 건조시키는 단계;
    상기 1차 건조된 혼합물을 압축 성형하는 단계; 및
    상기 1차 건조시 사용된 열기를 재사용하여 상기 혼합물에 의해 성형된 고체 연료를 2차 건조시키는 단계를 포함하고, 상기 추가물질은 규조토, 활성탄, 비산재(fly ash), 폐식용유, 볏짚 파쇄분, 황토, 활석분, 석탄, 미강 및 톱밥을 포함하는 추가물질인 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 혼합물의 가건조 단계 수행 후에 상기 혼합물에 포함된 금속 물질을 제거하는 단계를 수행하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 혼합물의 가건조 단계 수행 후에 상기 혼합물에 포함된 이물질을 제거하는 단계를 수행하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 1차 건조 단계는 상기 고체 연료를 이동 과정에서 건조시키는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 1차 건조 단계 수행 전에 유입된 혼합물을 재차 건조시키는 단계를 포함하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 2차 건조 단계 수행시 이동식 적재대에 적재시킨 상태에서 진행하는 음식물 찌꺼기를 이용한 고체 연료 제조방법.
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