KR101634977B1 - 축분 연료화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축분 연료화 시스템에 관한 것으로, 특히 축산 농가로부터 수거된 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 통풍발효 저장조와; 통풍발효된 축분을 1차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 투입설비와; 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차적으로 선별하여 제거하는 1차 선별기와; 통풍발효 및 선별과정을 거친 축분에 정해진 기간 동안 공기를 주입시켜 줌과 동시에 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 밀폐형 건조설비와; 축분을 2차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 배출설비와; 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 최종적으로 다시 선별하여 제거하는 2차 선별기와; 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 파쇄설비와; 축분을 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 펠렛화설비와; 성형 완료된 축분 연료으; 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조시켜 주는 냉각 및 건조설비;로 구성한 것을 특징으로 한다.
따라서, 축분의 연료화 과정에서 발생하던 수질오염을 방지할 수 있음은 물론 쾌적한 환경조성을 통해 공중보건 향상과 환경보전에 기여할 수 있고, 가축농가는 저렴한 가축분뇨 처리로 경제적 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 가축사육업의 경쟁력을 강화할 수 있으며, 저탄소 녹색성장 및 화석에너지 대체효과를 얻을 수 있고, 온실가스 감축 등 효과를 얻을 수 있다.

Description

축분 연료화 시스템{Fuel-axes systems}
본 발명은 축분 연료화 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 가축농가에서 발생하는 축분(우분)을 고체 연료화하여 수질오염 방지 및 쾌적한 환경조성을 통해 공중보건 향상과 환경보전에 기여할 수 있고, 가축농가는 저렴한 가축분뇨 처리로 경제적 손실을 줄일 수 있으며, 가축사육업의 경쟁력을 강화할 수 있고, 저탄소 녹색성장 및 화석에너지 대체효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 온실가스 감축 등 효과를 얻을 수 있도록 발명한 축분 연료화 시스템에 관한 것이다.
근래 생산성 향상에 목적을 둔 집약형 축산업의 발달로 가축분뇨 즉, 축산분뇨(이하 "축분"으로 통칭 및 약칭함)의 발생량이 급격하게 증가하고 있다.
이와 같은 축분은 일부 퇴비 등의 자원으로 재사용되고 있으나, 생산에 많은 시간과 노력이 소요되고 작물의 종류에 대해 사용이 제한적일 뿐만 아니라 사용 기간도 한정된다.
이에 일부 축산농가에서 분뇨의 방치, 무단 방류 등으로 토양 및 수질오염이 발생하고 있으며, 악취 및 해충발생 등의 문제가 야기됨에 따라 축분 처리에 대한 관심이 증대되고 있다.
또한, 축사에서 발생한 축분을 해양배출, 공공시설을 이용한 처리도 이루어졌으나 농가에 방문하여 분을 수거하여 이송을 하는 등 처리에 따른 비용이 많이 소요되어 축산가에 경제적 부담을 주고 있는 것이 현실이다.
또, 축분은 일반하수나 공장폐수보다 고농도로 처리를 위한 많은 약품을 사용해야 함에 따라 기술적, 경제적인 어려움이 따랐고, 악취 등의 이유로 공공처리시설이 혐오시설로 인식되어 입지선정 시 주민의 반대, 지자체의 소극적인 업무추진 등으로 지연되는 사례가 발생하고 있으며, 처리재의 가격상승과 수급곤란, 시설 및 장비의 조기 노후화, 사육두수를 초과한 자가 처리능력 등으로 활성화가 잘 이루어지지 않고 있다.
이를 해결하기 위해 최근에는 축분을 열선이나 화석연료를 통해 발생하는 열로 건조한 후 이를 다양한 방법으로 활용하는 기술이 개시되었으나, 수분함유율이 높은 축산분뇨를 건조하기 위해서 많은 연료 및 비용이 소요되는 문제점이 있다.
즉, 가축분뇨를 고체 연료화하기 위해서는 선별→건조→성형 과정을 거치게 되는데, 연료에 알맞은 크기와 품질기준에 맞추기 위해 성형을 할 때에는 축분의 함수율을 20%정도로 맞추어야 하므로 건조과정이 필요하다.
그런데 종래 건조방식은 소각로를 가동하여 발생하는 열풍으로 건조를 하고 있어 소각로 가동비용 증가와 대기오염물질 발생, 기기운전 어려움 등이 발생하고 있는 실정이다.
다시 말해 종래에는 열풍 건조기(로터리 킬른 방식)를 이용하여 연료를 소각하고, 이와 같은 연료소각시 발생되는 열풍가스를 이용하여 축분 건조함으로써 소각로 가동에 따른 연료비가 많이 들고, 소각로 가동시 오염물질이 발생하며, 기기운전에 따른 어려움 등이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2015-0134670호(2015년 12월 02일) 대한민국 등록특허공보 10-1125020호(2012년 03월 02일) 대한민국 등록특허공보 10-0853865호(2008년 08월 18일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 가축농가에서 발생하는 축분(우분)을 고체 연료화할 때 발생하던 수질오염 방지 및 쾌적한 환경조성을 통해 공중보건 향상과 환경보전에 기여할 수 있고, 가축농가는 저렴한 가축분뇨 처리로 경제적 손실을 줄일 수 있으며, 가축사육업의 경쟁력을 강화할 수 있고, 저탄소 녹색성장 및 화석에너지 대체효과를 얻을 수 있으며, 온실가스 감축 등 효과를 얻을 수 있는 축분 연료화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축분 연료화 시스템은, 바닥에 공기공급용 송풍기가 연결된 구성을 갖고 축산 농가로부터 수거된 후 반입되어 오는 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 통풍발효 저장조와; 이송 컨베이어와 투입 호퍼를 구비하고 상기 통풍발효 저장조의 출구측에 설치되어 통풍발효된 축분을 1차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 투입설비와; 상기 축분 투입설비에서 이송 컨베이어를 통해 이송되어 오는 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차적으로 선별하여 제거하는 1차 선별기와; 통풍발효 및 선별과정을 거친 축분이 1차 선별기에서 이송 컨베이어를 통해 밀폐된 공간 내부로 투입되면 정해진 기간 동안 공기를 주입시켜 줌과 동시에 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 밀폐형 건조설비와; 상기 밀폐형 건조설비로부터 자동으로 배출되는 축분을 2차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 배출설비와; 상기 축분 배출설비에서 이송 컨베이어를 통해 이송되어 오는 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 최종적으로 다시 선별하여 제거하는 2차 선별기와; 상기 2차 선별기에서 이송 컨베이어를 통해 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 파쇄설비와; 정량공급장치와 가압장치를 구비하고 상기 파쇄설비에서 이송 컨베이어를 통해 이송되어 오는 축분을 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 펠렛화설비와; 송풍기를 구비하고 상기 펠렛화설비에서 성형된 후 이송 컨베이어를 통해 이송되어 오는 축분 연료의 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조하여 이송 컨베이어를 통해 연료반출설비 측으로 배출시켜 주는 냉각 및 건조설비;로 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 통풍발효 저장조의 지붕 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취제거용 플라즈마 탈취설비를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀폐형 건조설비의 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취와 분진 및 수증기를 제거하는 이산화염소 탈취설비를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 밀폐형 건조설비는 내부 호기성 건조시 발생하는 열을 최대한 보온해 주기 위해 2중 구조로 이루어짐과 동시에 외부에는 보온재가 설치된 케이싱의 상면 및 저부 일측에는 각각 호퍼와 자동 개폐형 배출구가 구비되고, 중심점에서 수직방향으로는 파이프가 회전 가능하게 설치되며, 상기 파이프의 외측에는 정해진 간격을 두고 복수의 공기 배출공이 천공된 다수의 교반 날개가 다단으로 설치되고, 상기 파이프의 상,하단부에는 각각 상부 및 하부공기 공급용 송풍기를 설치하되, 하부공기 공급용 송풍기와 파이프 사이에는 공기 가열용 히터가 설치되며, 상기 파이프의 하부에는 타이머에 의해 자동으로 가동되되, 케이싱 내의 수분 함수율에 따라 회전속도가 변화되는 유압모터가 설치되고, 상기 케이싱의 내부에는 축분의 수분 함수율을 검출하는 수분 검출센서가 설치되고, 상기 케이싱의 상면 일측에는 축분이 호기성 건조 진행 시 발생하는 악취와 분진 및 수분을 포집하여 이산화염소 탈취설비로 전달하는 유량 조절 가능형 덕트 연결구가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기한 축분 연료화 시스템을 이용한 축분 연료 제조방법은, 통풍발효 저장조 내에서 축산 농가로부터 수거된 후 반입되어 오는 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 단계와; 상기 통풍발효 저장조에서 통풍발효된 축분을 축분 투입설비를 통해 1차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 단계와; 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차 선별기를 통해 1차적으로 선별하여 제거하는 단계와; 통풍발효 및 선별과정을 거친 축분을 밀폐형 건조설비에서 정해진 기간 동안 공기를 주입시켜 주며 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 단계와; 상기 밀폐형 건조설비로부터 자동으로 배출되는 축분을 축분 배출설비를 통해 2차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 단계와; 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 2차 선별기를 통해 최종적으로 선별하여 제거하는 단계와; 2차 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 파쇄설비를 통해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 단계와; 축분을 펠렛화설비를 통해 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 단계와; 성형 완료된 축분 연료의 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조설비를 통해 냉각 및 건조한 후 연료반출설비 측으로 배출시켜 주는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 밀폐형 건조설비 내에 공기를 주입시켜 주며 교반 및 뒤집기를 실시하는 정해진 기간은 5~8일로 설정한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 축분 연료화 시스템에 의하면, 가축농가에서 발생하는 축분(우분)을 고체 연료화할 때 초기 저장과정에서 정해진 기간 동안 통풍발효를 통한 발효열을 이용하여 수분 함수율을 58~65%로 감소시킴은 물론 유기물을 분해하여 안정화시키고, 또한 이물질 선별후 밀폐형 건조설비를 통해 다시 수분 함수율을 28~30%로 재차 감소시킨 다음 재차 이물질 선별과정 및 파쇄과정을 거쳐 연료로 활용이 가능한 펠렛 크기로 성형하여 줌으로써 축분의 연료화 과정에서 발생하던 수질오염을 방지할 수 있음은 물론 쾌적한 환경조성을 통해 공중보건 향상과 환경보전에 기여할 수 있고, 가축농가는 저렴한 가축분뇨 처리로 경제적 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 가축사육업의 경쟁력을 강화할 수 있으며, 저탄소 녹색성장 및 화석에너지 대체효과를 얻을 수 있고, 온실가스 감축 등 효과를 얻을 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 축분 연료화 시스템에 대한 개략적은 구성도.
도 2는 본 발명의 축분 연료화 시스템 중 밀폐용 건조설비의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 축분 연료화 시스템을 이용한 축분 연료 제조방법을 설명하기 위한 공정도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 축분 연료화 시스템에 대한 개략적은 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 축분 연료화 시스템 중 밀폐용 건조설비의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명의 축분 연료화 시스템은,
바닥에 공기공급용 송풍기(2)가 연결된 구성을 갖고 축산 농가로부터 수거된 후 반입되어 오는 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 통풍발효 저장조(1)와;
이송 컨베이어(31)와 투입 호퍼(32)를 구비하고 상기 통풍발효 저장조(1)의 출구측에 설치되어 통풍발효된 축분을 1차 선별기(4)측으로 자동 이송시켜 주는 축분 투입설비(3)와;
상기 축분 투입설비(3)에서 이송 컨베이어(41)를 통해 이송되어 오는 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차적으로 선별하여 제거하는 1차 선별기(4)와;
통풍발효 및 선별과정을 거친 축분이 1차 선별기(4)에서 이송 컨베이어(51)를 통해 밀폐된 공간 내부로 투입되면 정해진 기간(T) 동안 공기를 주입시켜 줌과 동시에 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 밀폐형 건조설비(5)와;
상기 밀폐형 건조설비(5)로부터 자동으로 배출되는 축분을 2차 선별기(7)측으로 자동 이송시켜 주는 축분 배출설비(6)와;
상기 축분 배출설비(6)에서 이송 컨베이어(71)를 통해 이송되어 오는 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 최종적으로 다시 선별하여 제거하는 2차 선별기(7)와;
상기 2차 선별기(7)에서 이송 컨베이어(81)를 통해 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 파쇄설비(8)와;
정량공급장치와 가압장치를 구비하고 상기 파쇄설비(8)에서 이송 컨베이어(91)를 통해 이송되어 오는 축분을 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 펠렛화설비(9)와;
송풍기를 구비하고 상기 펠렛화설비(9)에서 성형된 후 이송 컨베이어(101)를 통해 이송되어 오는 축분 연료의 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조하여 이송 컨베이어(111)를 통해 연료반출설비(11) 측으로 배출시켜 주는 냉각 및 건조설비(10);로 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 통풍발효 저장조(1)의 지붕 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취제거용 플라즈마 탈취설비(12)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀폐형 건조설비(5)의 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취와 분진 및 수증기를 제거하는 이산화염소 탈취설비(13)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 밀폐형 건조설비(5)는 내부 호기성 건조시 발생하는 열을 최대한 보온해 주기 위해 2중 구조로 이루어짐과 동시에 외부에는 보온재가 설치된 케이싱(52)의 상면 및 저부 일측에는 각각 호퍼(53)와 자동 개폐형 배출구(54)가 구비되고, 중심점에서 수직방향으로는 파이프(55)가 회전 가능하게 설치되며, 상기 파이프(55)의 외측에는 정해진 간격을 두고 복수의 공기 배출공(561)이 천공된 다수의 교반 날개(56)가 다단으로 설치되고, 상기 파이프(55)의 상,하단부에는 각각 상부 및 하부공기 공급용 송풍기(57a)(57b)를 설치하되, 하부공기 공급용 송풍기(57b)와 파이프(55) 사이에는 공기 가열용 히터(58)가 설치되며, 상기 파이프(55)의 하부에는 타이머에 의해 자동으로 가동되되 케이싱(52) 내의 수분 함수율에 따라 회전속도가 변화되는 유압모터(59)가 설치되고, 상기 케이싱(52)의 내부에는 축분의 수분 함수율을 검출하는 수분 검출센서(60)가 설치되고, 상기 케이싱(52)의 상면 일측에는 축분이 호기성 건조 진행 시 발생하는 악취와 분진 및 수분을 포집하여 이산화염소 탈취설비(13)로 전달하는 유량 조절 가능형 덕트 연결구(131)가 설치된 것을 특징으로 한다.
한편, 도 3은 상기한 본 발명의 축분 연료화 시스템을 이용하여 축분 연료 제조방법을 설명하기 위한 공정도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명의 축분 연료화 시스템을 이용한 축분 연료 제조방법은,
통풍발효 저장조(1) 내에서 축산 농가로부터 수거된 후 반입되어 오는 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 단계(S1)와;
상기 통풍발효 저장조(1)에서 통풍발효된 축분을 축분 투입설비(3)를 통해 1차 선별기(4)측으로 자동 이송시켜 주는 단계(S2)와;
축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차 선별기(4)를 통해 1차적으로 선별하여 제거하는 단계(S3)와;
통풍발효 및 선별과정을 거친 축분을 밀폐형 건조설비(5)에서 정해진 기간(T) 동안 공기를 주입시켜 주며 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 단계(S4)와;
상기 밀폐형 건조설비(5)로부터 자동으로 배출되는 축분을 축분 배출설비(6)를 통해 2차 선별기(7)측으로 자동 이송시켜 주는 단계(S5)와;
연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 2차 선별기(7)를 통해 최종적으로 선별하여 제거하는 단계(S6)와;
2차 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 파쇄설비(8)를 통해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 단계(S7)와;
축분을 펠렛화설비(9)를 통해 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 단계(S8)와;
성형 완료된 축분 연료의 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조설비(10)를 통해 냉각 및 건조한 후 연료반출설비(11) 측으로 배출시켜 주는 단계(S9);로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 밀폐형 건조설비(5) 내에 공기를 주입시켜 주며 교반 및 뒤집기를 실시하는 정해진 기간(T)은 5~8일로 설정한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 본 발명의 축분 연료화 시스템 및 방법에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명 축분 연료화 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 공기공급용 송풍기(2)와 통풍발효 저장조(1), 축분 투입설비(3), 1차 선별기(4), 밀폐형 건조설비(5), 축분 배출설비(6), 2차 선별기(7), 파쇄설비(8), 펠렛화설비(9), 냉각 및 건조설비(10)로 이루이진 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 상기 공기공급용 송풍기(2)는 상기 통풍발효 저장조(1)의 바닥에 통풍 발효를 위한 공기를 강제로 주입시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 통풍발효 저장조(1)는 바닥에 통풍 발효를 위한 공기공급용 송풍기(2)가 연결된 형태를 갖고, 축산 농가로부터 차량 등을 통해 수거된 후 반입되어 오는 축분을 저장하며, 통풍 발효를 통해 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 통풍발효 저장조(1)는 비록 도시는 생략하였으나, 우수의 침투를 방지할 수 있도록 함과 동시에 내부에서 발생되는 먼지 및 악취확산을 방지하기 위해 밀폐형 구조이고, 물이 스며들지 않는 구조를 가지며, 또 퇴적장을 격벽으로 구분하고 방지턱 및 배수홈 등이 구분 설치된 구조이고, 바닥은 부식 또는 손괴되지 않도록 콘크리트 구조를 가지며, 청소 및 발생된 침출수 배제를 쉽게 하기 위해 경사 구배 구조이고, 휴일 및 시설 가동중지일 등을 감안하여 충분한 용적을 가지며, 바닥면은 공기공급(통풍)이 원활한 구조를 갖는다.
또한, 상기 통풍발효 저장조(1)의 지붕 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 고농도 악취 제거기능을 갖는 플라즈마 탈취설비(12)를 더 설치하여 내부에서 발생되는 악취를 원활히 탈취시켜 배출할 수 있도록 한 형태를 갖는다.
또, 상기 축분 투입설비(3)는 이송 컨베이어(31)와 투입 호퍼(32)를 구비하고 상기 통풍발효 저장조(1)의 출구측에 설치되어 상기 통풍발효 저장조(1) 내에서 통풍발효된 축분을 1차 선별기(4)측으로 자동 이송시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 축분 투입설비(3)의 내부에는 비록 도시는 생략하였으나, 축분이 정체되거나 낌 또는 탈치현상의 방지하기 위해 브릿징 제거기 설치되어 있고, 악취 및 먼지 확산을 방지하기 위해 격벽구조로 되어 있으며, 특히 기기의 고장 및 유지보수를 위해 2열로 설치되고, 이송시설은 악취확산 방지를 위해 밀폐형 구조이며, 축분이 밸트에 부착되지 않도록 밸트 크리너가 설치되어 있고, 밸트 처짐 방지장치도 설치된 형태를 갖는다.
또한, 상기 1차 선별기(4)는 상기 축분 투입설비(3)에서 이송 컨베이어(41)를 통해 이송되어 오는 축분에 포함되어 있는 각종 이물질(예를 들어 비닐이나 잡석, 뼈 및 유리 등)을 1차적으로 선별하여 제거하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 1차 선별기(4)는 비록 도시는 생략하였으나, 일정 크기(예를 들어 7cm)의 타공망으로 된 드럼스크린을 구비하고, 상기 드럼스크린을 회전시켜 타공망 크기 이하 이물질을 제거하여 외부로 반출 처리하고, 축분이 정체되거나 낌 또는 탈치현상의 방지하기 위해 타공망 크리너가 설치되어 있으며, 기기의 고장 및 유지보수를 위해 2열로 설치되고, 이송시설은 악취확산 방지를 위해 밀폐형 구조이며, 축분이 밸트에 부착되지 않도록 밸트 크리너가 설치되어 있음은 물론 밸트 처짐 방지장치도 설치된 형태를 갖는다.
또한, 상기 밀폐형 건조설비(5)는 통풍발효 및 선별과정을 거친 축분이 1차 선별기(4)에서 이송 컨베이어(51)를 통해 밀폐된 공간 내부로 투입되면 정해진 기간(T; 예를 들어 5~8일)) 동안 공기를 주입시켜 줌과 동시에 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 밀폐형 건조설비(5)는 도 2에 도시한 바와 같이, 내부 호기성 건조시 발생하는 열을 최대한 보온해 주기 위해 2중 구조로 구성함과 동시에 외부에는 보온재를 설치한 구성의 밀폐형 케이싱(52)의 상면과 저부 일측에는 각각 축분 투입용 호퍼(53)와 축분 자동 개폐형 배출구(54)가 구비된 형태를 갖는다.
또, 상기 케이싱(52)의 중심점에서 수직방향으로는 파이프(55)가 회전 가능하게 설치되고, 상기 파이프(55)의 외측에는 복수의 공기 배출공(561)이 천공된 다수의 교반 날개(56)가 정해진 간격을 다단으로 설치되며, 상기 파이프(55)의 상,하단부에는 각각 상부 및 하부공기 공급용 송풍기(57a)(57b)가 설치됨은 물론 상기 하부공기 공급용 송풍기(57b)와 파이프(55) 사이에는 공기 가열용 히터(58)가 설치된 형태를 갖는다.
또한, 상기 파이프(55)의 하부에는 타이머에 의해 자동으로 가동되되 수분 검출센서(60)를 통해 검출되는 케이싱(52) 내의 수분 함수율에 따라 회전속도가 변화되는 유압모터(59)가 설치되고, 상기 케이싱(52)의 내부에는 축분의 수분 함수율을 검출하는 수분 검출센서(60)가 설치되며, 상기 케이싱(52)의 상면 일측에는 축분이 호기성 건조 진행 시 발생하는 악취와 분진 및 수분을 포집하여 이산화염소 탈취설비(13)로 전달하는 유량 조절 가능형 덕트 연결구(131)가 설치된 형태를 갖는다.
뿐만 아니라, 상기 밀폐형 건조설비(5)의 상부에 구비된 상기 유량 조절 가능형 덕트 연결구(131)에는 탈취 덕트를 포함하여 이산화염소 탈취설비(13)를 더 설치하여 상기 케이싱(52) 내부에서 발생되는 악취와 분진 및 수증기 등을 이산화염소 탈취설비(13)를 통해 제거할 수 있다.
이와 같은 구성의 밀폐형 건조설비(5)는 밀폐 원통형 케이싱(52) 내에서 송풍기들에 의해 발생되어 공급되는 공기를 이용하여 호기성으로 건조시킬 수 있으므로 소각로 가동이 필요없어 연료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 유지관리비가 적게 들고, 운전 및 유지관리가 쉬운 장점이 있다.
한편, 상기 축분 배출설비(6)는 투입 호퍼(61)를 구비하고 상기 밀폐형 건조설비(5)와 2차 선별기(7) 사이에 설치되어, 상기 밀폐형 건조설비(5)로부터 자동으로 배출되는 건조된 축분을 일시 저장하였다가 2차 선별기(7)측으로 자동 이송시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 축분 배출설비(6)는 비록 도시는 생략하였으나, 사각 호퍼(61)의 저부에 배출 스크류(62)가 설치되어 있고, 축분이 정체되거나 낌 또는 탈치현상의 방지하기 위해 브릿징 제거기 설치되어 있으며, 악취 및 먼지 확산을 방지하기 위해 상부 덮개가 설치되어 있고, 기기의 고장 및 유지보수를 위해 2열로 설치되며, 이송시설은 악취확산 방지를 위해 밀폐형 구조이고, 축분이 밸트에 부착되지 않도록 밸트 크리너가 설치되어 있음은 물론 밸트 처짐 방지장치도 설치된 형태를 갖는다.
또, 상기 2차 선별기(7)는 1차 선별기(4)와 동일한 구성을 갖고 상기 축분 배출설비(6)와 파쇄설비(8) 사이에 설치되어 상기 축분 배출설비(6)에서 이송 컨베이어(71)를 통해 이송되어 오는 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 최종적으로 선별하여 주는 기능을 수행한다.
또한, 상기 파쇄설비(8)는 상기 2차 선별기(7)와 펠렛화설비(9) 사이에 설치되어 상기 2차 선별기(7)에서 선별되느 후 이송 컨베이어(81)를 통해 이송되어 오는 축분을 고체 연료로 성형하기 위해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 최종 건조시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 파쇄설비(8)는 비록 도시는 생략하였으나 수십 내지 수백 마력의 고압모터에서 파쇄 날을 회전시키고, 햄머 타격방식으로 파쇄시키는 구조를 가지고 있으며, 또 축분이 정체되거나 낌 또는 탈치현상의 방지하기 위해 파쇄 날에 크리너가 설치되어 있고, 기기의 고장 및 유지보수를 위해 2열로 설치되며, 이송시설은 악취확산 방지를 위해 밀폐형 구조이고, 축분이 밸트에 부착되지 않도록 밸트 크리너가 설치되어 있음은 물론 밸트 처짐 방지장치도 설치된 형태를 갖는다.
뿐만 아니라, 파쇄설비(8)의 가동시 발생하는 먼지를 제거하기 위한 집진시설(백필터)이 구비되어 있고, 파쇄 크기를 조절하기 위한 파쇄크기 조절장치를 포함하여 비상상황에 대비한 비상정지시킬 수 있는 비상정지장치도 설치되어 있는 형태를 갖는다.
또, 상기 펠렛화설비(9)는 도면 기입을 생략한 정량공급장치와 가압장치 등을 구비하고 상기 파쇄설비(8)와 냉각 및 건조설비(10) 사이에 설치되어 상기 파쇄설비(8)에서 이송 컨베이어(91)를 통해 이송되어 오는 파쇄된 축분을 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 회전 로울러 압축식으로 만들어 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 펠렛화설비(9)는 비록 도시는 생략하였으나, 성형기는 링 금형(Ring Dies) 타입으로 두 구동 로울러의 공간으로 원료 입자를 통과시키며 강한 압축을 통해 고체 연료 제품으로 만들며, 성형기에 정량을 공급할 수 있는 정량공급장치가 설치되고, 로울러와 다이간격을 조절할수 있는 구조이며, 원료의 막힘 현상을 제거하기 위해 크리너가 설치된 형태를 갖는다.
또한, 상기 냉각 및 건조설비(10)는 송풍기를 구비하고 상기 펠렛화설비(9)와 연료반출설비(11) 사이에 설치되어 상기 펠렛화설비(9)에서 성형된 후 이송 컨베이어(101)를 통해 이송되어 오는 축분 연료 제품에 잔류하는 열 및 수분을 냉각 및 건조시켜 최종적으로 축분 연료 제품의 함수율이 8~12%가 되도록 한 다음 이송 컨베이어(111)를 통해 벌크 차량 등에 구비된 연료반출설비(11) 측으로 배출시켜 주는 기능을 수행한다.
한편, 상기한 본 발명의 축분 연료화 시스템을 이용한 축분 연료 제조방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 각종 차량을 통해 축산 농가로부터 수거된 후 통풍발효 저장조(1) 내로 반입되어 오는 축분을 상기 통풍발효 저장조(1) 내에서 수일 동안 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함과 동시에 호기성 미생물을 이용하여 유기물을 분해시켜 축분이 안정화되도록 한다(S1).
이후, 상기 통풍발효 저장조(1)에서 통풍발효된 축분을 축분 투입설비(3)를 통해 1차 선별기(4)측으로 자동 이송(S2)시킨 다음, 발효된 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차 선별기(4)를 통해 1차적으로 선별하게 된다(S3).
이와 같이 통풍발효 및 선별과정을 거친 축분을 밀폐형 건조설비(5) 내로 투입시킨 다음 정해진 기간(T; 예를 들어 5~8일) 동안 공기를 주입시켜 주며 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주게 된다(S4).
상기와 같이 밀폐형 건조설비(5)를 통해 축분의 함수율이 28~30%로 감소되면, 상기 축분은 상기 밀폐형 건조설비(5)로부터 자동으로 배출된 다음 축분 배출설비(6)를 통해 2차 선별기(7) 측으로 자동 이송된다(S5).
이와 같이 2차 선별기(7)로 이송된 연료화용 축분은, 상기 2차 선별기(7)를 통해 자체 내에 포함되어 있는 각종 이물질이 최종적으로 재차 선별(S6)된 다음, 파쇄설비(8)로 이송되어 연료로 성형하기 위한 일정 크기로 파쇄됨과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조된다(S7).
상기와 같이 파쇄설비(8)를 통해 일정 크기로 파쇄됨과 동시에 함수율이 18~22%가 되도록 건조된 축분은 펠렛화설비(9) 내로 이송되어 전처리과정을 거침과 동시에 가압(가열)을 통해 일정한 밀도와 형상을 갖는 고체 축분 연료 제품으로 만들어지게 된다(S8).
이와 같이 상기 펠렛화설비(9)를 통해 성형 완료된 고체 축분 연료는 냉각 및 건조설비(10)를 통해 최종적으로 수분 수분 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조된 후 연료반출설비(11) 측으로 자동 배출(S9)되어 소비자에게 제공된다.
이와 같이 본 발명에서는 축농가에서 발생하는 축분(우분)을 고체 연료화할 때 초기 저장과정에서 정해진 기간 동안 통풍발효를 통한 발효열을 이용하여 수분 함수율을 58~65%로 감소시킴은 물론 유기물을 분해하여 안정화시키고, 또한 이물질 선별후 밀폐형 건조설비를 통해 다시 수분 함수율을 28~30%로 재차 감소시킨 다음 재차 이물질 선별과정 및 파쇄과정을 거쳐 연료로 활용이 가능한 펠렛 크기로 성형하여 줌으로써 축분의 연료화 과정에서 발생하던 수질오염을 방지할 수 있음은 물론 쾌적한 환경조성을 통해 공중보건 향상과 환경보전에 기여할 수 있다.
뿐만 아니라, 가축농가는 저렴한 가축분뇨 처리로 경제적 손실을 줄일 수 있고, 가축사육업의 경쟁력을 강화할 수 있으며, 저탄소 녹색성장 및 화석에너지 대체효과를 얻을 수 있고, 온실가스 감축 등 효과를 얻을 수 있는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 특허청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
1 : 통풍발효 저장조
2 : 공기공급용 송풍기
3 : 축분 투입설비 32 : 투입 호퍼
31, 41, 51, 71, 81, 91, 101, 111 : 이송 컨베이어
4 : 1차 선별기
5 : 밀폐형 건조설비
52 : 케이싱 53 : 호퍼
54 : 자동 개폐형 배출구 55 : 파이프
56 : 교반 날개 561 : 공기 배출공
57a, 57b : 상부 및 하부공기 공급용 송풍기
58 : 공기 가열용 히터 59 : 유압모터
60 : 수분 검출센서
6 : 축분 배출설비
61 : 투입 호퍼 62 : 배출 스크류
7 : 2차 선별기
8 : 파쇄설비
9 : 펠렛화설비
10 : 냉각 및 건조설비
11 : 연료반출설비
12 : 플라즈마 탈취설비
13 : 이산화염소 탈취설비 131 : 유량 조절 가능형 덕트 연결구

Claims (6)

  1. 축산 농가로부터 수거된 후 반입되어 오는 축분을 통풍 저장하며 발효열을 이용하여 축분의 수분 함수율이 58~65%가 되도록 함은 물론 축분에 함유되어 있는 호기성 미생물을 활성화하여 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 발효열을 이용하여 통풍발효하는 통풍발효 저장조와;
    상기 통풍발효 저장조를 통해 통풍발효된 축분을 1차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 투입설비와;
    상기 축분 투입설비에서 이송되어 오는 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 1차적으로 선별하여 제거하는 1차 선별기와;
    통풍발효 및 선별과정을 거친 축분이 밀폐된 공간 내부로 투입되면 정해진 기간 동안 공기를 주입시켜 줌과 동시에 교반 및 뒤집기를 실시하며 발효열을 이용하여 축분의 함수율이 28~30%로 감소되게 건조해 주는 밀폐형 건조설비와;
    상기 밀폐형 건조설비로부터 자동으로 배출되는 축분을 2차 선별기측으로 자동 이송시켜 주는 축분 배출설비와;
    상기 축분 배출설비에서 이송되어 오는 연료화용 축분에 포함되어 있는 각종 이물질을 최종적으로 다시 선별하여 제거하는 2차 선별기와;
    상기 2차 선별기에서 선별된 축분을 연료로 성형하기 위해 일정 크기로 파쇄시켜 줌과 동시에 축분의 함수율이 18~22%가 되게 건조해 주는 파쇄설비와;
    상기 파쇄설비에서 이송되어 오는 축분을 전처리과정을 거쳐 가압(가열)하여 일정한 밀도와 형상을 갖는 제품으로 만들어 주는 펠렛화설비와;
    상기 펠렛화설비에서 성형된 후 축분 연료의 함수율이 8~12%가 되도록 냉각 및 건조하여 이송 컨베이어를 통해 연료반출설비 측으로 배출시켜 주는 냉각 및 건조설비;로 구성하되,
    상기 밀폐형 건조설비는,
    내부 호기성 건조시 발생하는 열을 최대한 보온해 주기 위해 2중 구조로 이루어짐과 동시에 외부에는 보온재가 설치된 케이싱의 상면 및 저부 일측에는 각각 호퍼와 자동 개폐형 배출구가 구비되고, 중심점에서 수직방향으로는 파이프가 회전 가능하게 설치되며, 상기 파이프의 외측에는 정해진 간격을 두고 복수의 공기 배출공이 천공된 다수의 교반 날개가 다단으로 설치되고, 상기 파이프의 상,하단부에는 각각 상부 및 하부공기 공급용 송풍기를 설치하되, 하부공기 공급용 송풍기와 파이프 사이에는 공기 가열용 히터가 설치되며, 상기 파이프의 하부에는 타이머에 의해 자동으로 가동되되, 케이싱 내의 수분 함수율에 따라 회전속도가 변화되는 유압모터가 설치되고, 상기 케이싱의 내부에는 축분의 수분 함수율을 검출하는 수분 검출센서가 설치되고, 상기 케이싱의 상면 일측에는 축분이 호기성 건조 진행 시 발생하는 악취와 분진 및 수분을 포집하여 이산화염소 탈취설비로 전달하는 유량 조절 가능형 덕트 연결구가 설치된 것을 특징으로 하는 축분 연료화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 통풍발효 저장조의 지붕 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취제거용 플라즈마 탈취설비를 더 설치한 것을 특징으로 하는 축분 연료화 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀폐형 건조설비의 상부에는 탈취 덕트를 포함하여 악취와 분진 및 수증기를 제거하는 이산화염소 탈취설비를 더 설치한 것을 특징으로 하는 축분 연료화 시스템.
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