KR101657649B1 - 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템 - Google Patents

초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 슬러지저장탱크(1)와, 슬러지저장탱크(1) 내의 슬러지를 공급하는 슬러지호퍼(2)와, 슬러지호퍼(2)로부터 공급받은 슬러지를 섭씨 1500도 내지 섭씨 2100도에서 건조시키는 초고온건조로(3)와, 초고온건조로(3)에서 발생되는 가스를 연소시키는 연소기(4)와, 연소기(4)에서 연소된 연소열을 공급받아 스팀을 양산하는 보일러(5)와, 보일러(5)에 공급되는 물을 일차 가열하는 서브 보일러(40)와, 태양광을 집광하는 적어도 하나의 집광부(20)와, 상기 집광부(20)에 대응하게 설치되어 집광된 광을 서브 보일러(40)로 전달하는 광전달부(30)와, 상기 보일러(5)에 의하여 발생된 스팀에 의하여 발전하는 발전기(7)를 포함하는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템을 제공한다.

Description

초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템 {Steam generating system having ultra high temperature sludge drying apparatus and solar light collecting apparatus}
본 발명은 하수처리 시설 등에서 발생하는 슬러지를 건조처리하는 슬러지 건조장치와 태양열을 집열하는 태양열 집열장치를 이용한 스팀 발전시스템에 관한 것으로, 특히 건조 슬러지를 효율 좋게 처리하고 여기서 발생하는 에너지를 효과적으로 활용할 수 있는 초고온슬러지 건조장치와 태양열 집열장치를 갖는 스팀발전시스템에 관한 것이다.
종래의 슬러지 건조 장치의 예로 제시한 특허문헌의 초고온 건조로(등록특허10-0894899호)는 슬러지를 건조로에서 처리하되, 건조로에서 발생하는 SOx나 NOx등의 각종 폐가스와 악취(이하, 폐가스) 등을 제거하기 위하여 매우 부피가 큰 집진시설을 사용하였다.
즉, 초고온 건조로와 큰 규모의 집진시설을 연결하여 사용한 것인데, 이렇게 하면, 집진시설의 부하가 커져 그에 따른 여러 가지 비효율적인 면이 있다. 다시 말해, 집진시설이 비대하여지고 많은 용적을 차지하여 시설비가 고가로 소요되고 운전비용도 많이 들고, 집진효율도 그다지 높지 않은 문제가 있다.
특허등록 제10-0894899호(명칭 : 초고온 건조시스템)
본 발명은 상기한 점을 개선하고자 발명한 것으로, 상기 종래 특허문헌에서 사용하는 초고온건조로에 "제2버너"를 설치하여, 폐가스를 집진시설로 바로 보내는 것이 아니라, 제2버너로 보내어 폐가스를 연소시키고, 제2버너에서 발생하는 연소열을 활용하여 스팀을 발생하고 이를 스팀발전기로 보내어 전기를 생산하여 에너지 활용성을 높이되, 초고온건조로의 외부에 태양광 집광부를 설치하고 집광된 태양광으로 스팀발전기에 유입되는 물을 일차적으로 가열하도록 하여 스팀발전기의 전기 생산을 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제2버너에서 거의 완전연소된 가스(폐가스가 한번 더 연소되었으므로 오염물질이 거의 없음)를 집진시설로 보내어 최종 처리를 하여, 오염물질이 거의 없으므로 그만큼 집진시설의 크기를 줄일 수 있고 집진비용을 절감할 수 있는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템을 제공하고자 함에 그 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템은, 슬러지저장탱크(1)와, 슬러지저장탱크(1) 내의 슬러지를 공급하는 슬러지호퍼(2)와, 슬러지호퍼(2)로부터 공급받은 슬러지를 섭씨 1500도 내지 섭씨 2100도에서 건조시키는 초고온건조로(3)와, 초고온건조로(3)에서 발생되는 가스를 연소시키는 연소기(4)와, 연소기(4)에서 연소된 연소열을 공급받아 스팀을 양산하는 보일러(5)와, 보일러(5)에 공급되는 물을 일차 가열하는 서브 보일러(40)와, 태양광을 집광하는 적어도 하나의 집광부(20)와, 상기 집광부(20)에 대응하게 설치되어 집광된 광을 서브 보일러(40)로 전달하는 광전달부(30)와, 상기 보일러(5)에 의하여 발생된 스팀에 의하여 발전하는 발전기(7)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브 보일러(40)는 보일러(5)에 물을 공급하는 관부(41)와, 상기 관부(41)의 입수부에 설치된 제1솔레노이드밸브(44)와, 상기 관부(41)의 보일러(5)측의 배수부에 설치된 제2솔레노이드밸브(46)와, 상기 관부(41)에 형성된 투명 창(48)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광전달부(30)는 상기 집광부(20)에서 집광되어 출력되는 광을 상기 서브 보일러(40)의 투명창(48) 측으로 반사하는 적어도 하나의 미러(32)와, 상기 미러(32)에서 반사된 광을 투명창(48)으로 집광하여 전달하는 집광렌즈(34)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연소기(4)에서 연소되어 발생하는 먼지는 집진기(6)로 보내어지며, 집진기(6)는 백필터인 것을 특징으로 한다.
상기 연소기(4)는 연소기에 연료 공급을 위한 연료저장고(9)와, 연료저장고(9)의 연료를 정량 공급하는 연료정량공급기(10)와, 연료정량공급기(10)로부터 정량된 연료를 연소기(4)에 투입하는 연료투입기(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연소기(4)에 공급되는 연료는 나무펠릿이고, 상기 초고온건조로(3)에서 건조된 슬러지는 배출슬러지호퍼(22)로 보내어진 후, 폐슬러지탱크(23)로 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 초고온건조로에 "제2버너"를 설치하여, 폐가스를 집진시설로 바로 보내는 것이 아니라, 제2버너로 보내어 폐가스를 연소시키고, 제2버너에서 발생하는 연소열을 활용하여 스팀을 발생하고 이를 스팀발전기로 보내어 전기를 생산하여 에너지 활용성을 높이되, 초고온건조로의 외부에 태양광 집광부를 설치하고 집광된 태양광으로 스팀발전기에 유입되는 물을 일차적으로 가열하도록 하여 스팀발전기의 전기 생산을 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 집진부하를 크게 줄여 집진시설의 규모와 설치 비용을 종래에 비해 1/2 이상 크게 줄이고 슬러지를 저공해, 저비용으로 처리할 수 있다.
또한, 폐가스는 완전 연소에 의해 악취가 완벽하게 100% 제거되어 대기 오염을 막고 악취 제거를 위한 별도의 악취제거 시설 등도 불필요한 장점이 있다.
또한, 연소기에서 사용하는 연료는 나무펠렛이나 저가의 연료를 사용 가능하고 아울러 초고온건조기에서 발생하는 열과 연소성 가스를 이용하므로, 운전비를 최소화할 수 있다.
또한, 연소기와 연결되어 작동하는 보일러에서 발생하는 스팀 열원을 이용하여 전기 발전 등으로 활용할 수 있어, 에너지 활용성도 매우 우수하다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 보여 주기 위한 블록도.
도 2는 도 1의 연소기의 예시적인 블록 구성도.
도 3은 도 1의 광전달부와 서브 보일러의 예시적인 블록 구성도.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 추가로 상술한다.
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이 본 발명은, 예를 들어, 도심에서 많이 발생하는 하수 슬러지를 슬러지 저장탱크(1)에 저장한 상태에서 이 슬러지를 슬러지호퍼(2)를 통하여 초고온건조로(3)로 보낸다.
상기 초고온건조로(3)에서의 건조 온도는 평균 섭씨 1500도 이상 최고 섭씨 2100도 정도이다. 그러면 2차적 연소나 건조를 필요로 하는 내화적 슬러지도 거의 대부분 처리 가능하다.
상기 초고온 건조로(3)에서 슬러지 처리를 한다고 하여도, 폐가스의 완전한 연소는 어렵다. 따라서 슬러지 처리시에 발생하는 폐가스와 악취를 연소기(4)로 보내어 완전 연소를 시킨다.
상기 초고온건조로(3)에서 건조 처리시 발생하는 폐가스와 악취는 제2 버너라 할 수 있는 연소기(4)에서 거의 완전 연소시킨다. 섭씨 1500도 이상의 고온에서는 대부분의 유해가스와 악취성 가스는 냄새 없이 연소처리된다.
상기 초고온건조로(3)에서 나오는 폐가스는 매우 고온이므로 이 열에너지를 그대로 연소기(4)에 보내면 적은 열량으로도 폐가스의 거의 완전 연소가 가능하다.
상기 연소기(4)의 가열을 위한 열원은 저렴한 나무펠릿이나 또는 저렴한 유류 연료를 사용할 수 있다. 그러나 상기 초고온건조로(3)에서 발생되는 일부 폐가스는 연소 가능한 열 에너지 원이기도 하므로, 이 폐가스를 재연소의 열원(원료)으로 사용할 수 있는 효과도 있어, 적은 원료 투입으로도 2차적인 연소 효과를 더욱 높일 수 있다.
상기 연소기(4)에서 연소된 후 발생되는 먼지나 부유물은 집진기(6)로 보내어 집진할 수 있다. 이때 발생되는 먼지는 종래에 비하면 지극히 적은 양이다.
종래의 상기 선행 기술의 문헌1인 특허등록 제10-0894899호의 기술은 비록 초고온 건조시스템이라 하여도 매우 많은 양의 분진이 발생하므로, 집진시설이 매우 커야 하나 본 발명의 경우에는 연소기(4)에 의한 거의 완전 연소로 인해 집진시설을 한다하여도 극히 소규모로 이루어질 수 있어 매우 효율적이다.
통상적으로 집진시설은 규모와 면적이 크고 많은 시설의 투자가 이루어 져야하는 고비용이 들어가는 시설이고 운전 비용도 많이 소요되는 시설이다. 따라서 집진시설을 최대한 줄여 주는 것은 매우 바람직하고 저비용 운전에 매우 유리하다.
한편, 상기 연소기(4)에서 발생되는 열은 보일러(5)로 보내어져 열 에너지로 활용할 수 있다. 보일러(5)에서 생성되는 스팀은 발전기(7) 등의 가동에 활용하여 전기 등을 발전할 수 있다.
그러면, 도 1 내지 도 3을 참고로 본 발명을 좀 더 예시적 구조를 가지고 설명한다.
도시한 바와 같이 슬러지는 슬러지호퍼(2)를 통해 초고온건조로(3)로 보내어진다.
상기 초고온건조로(3)의 작동 원리와 구성은 선행기술인 특허등록 제 10-0894899(발명의 명칭 : 초고온 건조시스템)와 유사하므로 이에 구체적인 설명은 생략한다.
단, 참고로 간단히 작동을 설명하면, 투입되는 슬러지는 중앙에 공간이 형성된 통로인 1차건조부에 주입되어 진행하면서 1차적인 건조가 실시되고, 2차적으로 1차건조부 외주를 둘러 싸는 공간인 2차건조부에서 슬러지의 2차 건조가 이루어진다.
이때 생성되는 SOx, NOx 등의 유해가스를 공급관을 통하여 연소기(4)에 보내어진다. 연소기(4)의 가동은 연료저장고(9)에 저장된 연료를 연료정량공급기(10)를 거쳐 연료투입기(11)에 의해 공급되어 연소기(4)가 가동된다. 연소기(4)가 가동되면 상기 유해 가스 및 악취를 발하는 모든 가스를 거의 완전 연소 가능하다.
가스 중에는 연소 가능한 가스도 포함되므로 이러한 연소성 가스는 연소기(4)에서 연소 열원으로 사용 가능하므로 저비용으로 연소기(4)를 가동 가능하다. 또한 공급관을 통하여 초고온건조로(3)에서 공급받는 가스는 매우 고온이므로 연소를 위한 열원(연료) 소비를 더욱 크게 절감 가능하다.
상기 연소기(4)에서 발생하는 연소열은 보일러(5)로 보내진다. 보일러(5)는 연소기(4)와 동일한 케이싱(14) 내에 구성되게 하여 손실되는 열원이 없도록 하여 열효율을 더욱 높일 수 있다.
상기 연소기(4)에서 연소된 후 발생하는 먼지 등은 집진시설인 집진기로 유도되는 바, 집진기의 한 예를 들면 본 발명에서는 백필터를 사용하였다. 집진기는 백필터가 아닌 그 외 다른 구조의 집진시설이나 구조로 만들 수 있음은 물론이다.
한편, 초고온건조로(3)에서 건조된 슬러지는 배출슬러지호퍼(22)를 거쳐 폐슬러지탱크(23)에 저장된다. 상기 배출슬러지호퍼(22)는 스크류에 의한 압출식으로 배출하는 구조로 만들거나 기타 다른 구조로 만들 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 보일러(5)에 공급되는 물을 일차적으로 가열하는 서브 보일러(40)를 더 포함한다. 상기 서브 보일러(40)는 보일러(5)에 물을 공급하는 관부(41)와, 상기 관부(41)의 입수부에 설치된 제1솔레노이드밸브(44)와, 상기 관부(41)의 보일러(5)측의 배수부에 설치된 제2솔레노이드밸브(46)와, 상기 관부(41)에 형성된 투명 창(48)을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1솔레노이드밸브(44)와 제2솔레노이드밸브(46)는 보일러(5)에서 스팀의 발생으로 인하여 부족한 물을 공급할 때 미도시한 제어유닛의 제어에 의하여 개방되고, 보일러(5)의 물이 일정량 이상이면 미도시한 제어유닛의 제어에 의하여 폐쇄된다.
또한, 본 발명에서는 초고온건조로 설비가 구비된 슬러지 처리장의 지붕 등에 태양광을 집광할 수 있는 집광부(20)를 설비한다. 이 집광부(30)는 공지의 태양광을 집광할 수 있는 설비이면 되며, 또한 태양의 궤적을 추종하면서 방향을 자동으로 이동하도록 구성되는 공지의 구성으로 이루어질 수 있으며 다수 개 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 집광부(30) 별로 집광된 광을 서브 보일러(40) 측으로 전달하는 광전달부(30)를 포함한다. 상기 광전달부(30)는 상기 집광부(20)에서 집광되어 출력되는 광을 상기 서브 보일러(40)의 투명창(48) 측으로 반사하는 적어도 하나의 미러(32)와, 상기 미러(32)에서 반사된 광을 투명창(48)으로 집광하여 전달하는 집광렌즈(34)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 서브 보일러(40), 집광부(20) 및 광전달부(30)는 보일러(5)에 공급될 물을 일차적으로 예열하하기 위한 것으로, 집광부(20)에 의하여 집광된 광이 광전달부(30)의 미러(32)와 집광렌즈(34)를 경유하여 서브 보일러(40)의 관부(41)에 형성된 투명창(48)에 조사되어 관부(41) 내의 물을 태양광에 의하여 예열한다. 집광부(20)와 광전달부(30)를 많이 설치함에 따라 서브 보일러(40)의 관부(41) 내에 있는 물의 예열 효율을 증대할 수 있다. 이와 같이 태양열에 의하여 보일러(5)에 공급되는 물을 예열하므로 스팀발전기의 전기 생산을 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 주요 구성 중 하나는 초고온건조로에 "제2버너"라 할 수 있는 연소기(4)를 설치하여, 초고온건조로(3)에서 발생하는 폐가스를 종래와 같이 집진시설로 바로 보내는 것이 아니라, 연소기(4)로 보내어 폐가스를 연소시킨다는 것이다.
이로 인해 연소기(4)에서 완전연소된 가스는 폐가스가 한번 더 연소되었으므로 오염물질이 거의 없는 상태로 집진시설로 보내어 최종 처리를 하므로, 그만큼 집진시설의 장치를 간략화하고, 종래와 같은 냄새 제거 및 및 공해 물질 제거를 위한 세정시설, 공해물질 흡착시설 등의 시설이 불필요하고, 저렴한 비용이 소요되는 백필터(20)만 사용하여도 가능한 것이다.
또한 연소기(4)와 연결되어 작동하는 보일러(5)에서 발생하는 스팀 열원을 이용하여 전기 발전 등으로 활용할 수 있어 에너지 활용성도 매우 우수하다.
또한, 태양광을 집광하여 집광된 태양광으로 스팀발전기에 유입되는 물을 일차적으로 가열하도록 하여 스팀발전기의 전기 생산을 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 수정 및 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 수정 및 변형이 첨부하는 특허청구범위에 포함되는 것이라면 본 발명에 속하는 것임은 자명할 것이다.
1: 슬러지저장탱크 2: 슬러지호퍼
3: 초고온건조로 4: 연소기
5: 보일러 6: 집진기
7: 발전기 9: 연료저장고
10: 연료정량공급기 11: 연료투입기
20: 집광부 30: 광전달부
32: 미러 34: 집광렌즈
40: 서브 보일러 41: 관부
44,46: 솔레노이드밸브 48: 투명창

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 슬러지저장탱크(1)와,
    슬러지저장탱크(1) 내의 슬러지를 공급하는 슬러지호퍼(2)와,
    슬러지호퍼(2)로부터 공급받은 슬러지를 섭씨 1500도 내지 섭씨 2100도에서 건조시키는 초고온건조로(3)와,
    초고온건조로(3)에서 발생되는 가스를 섭씨 1500도 이상의 고온에서 연소시키는 연소기(4)와,
    연소기(4)에서 연소된 연소열을 공급받아 스팀을 양산하는 보일러(5)와,
    보일러(5)에 공급되는 물을 일차 가열하는 서브 보일러(40)와,
    태양광을 집광하는 적어도 하나의 집광부(20)와,
    상기 집광부(20)에 대응하게 설치되어 집광된 광을 서브 보일러(40)로 전달하는 광전달부(30)와,
    상기 보일러(5)에 의하여 발생된 스팀에 의하여 발전하는 발전기(7)를 포함하고,
    상기 서브 보일러(40)는, 보일러(5)에 물을 공급하는 관부(41)와, 상기 관부(41)의 입수부에 설치된 제1솔레노이드밸브(44)와, 상기 관부(41)의 보일러(5)측의 배수부에 설치된 제2솔레노이드밸브(46)와, 상기 관부(41)에 형성된 투명 창(48)을 포함하며,
    상기 제1솔레노이드밸브(44)와 상기 제2솔레노이드밸브(46)는 상기 보일러(5)에서 스팀의 발생으로 인하여 부족한 물을 공급할 때 제어유닛의 제어에 의하여 개방되며, 상기 보일러(5)의 물이 일정량 이상이면 제어유닛의 제어에 의하여 폐쇄되고,
    상기 광전달부(30)는, 상기 집광부(20)에서 집광되어 출력되는 광을 상기 서브 보일러(40)의 투명창(48) 측으로 반사하는 적어도 하나의 미러(32)와, 상기 미러(32)에서 반사된 광을 투명창(48)으로 집광하여 전달하는 집광렌즈(34)를 포함하며,
    상기 연소기(4)는, 연소기에 연료 공급을 위한 연료저장고(9)와, 연료저장고(9)의 연료를 정량 공급하는 연료정량공급기(10)와, 연료정량공급기(10)로부터 정량된 연료를 연소기(4)에 투입하는 연료투입기(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연소기(4)에서 연소되어 발생하는 먼지는 집진기(6)로 보내어지는 것을 특징으로 하는 스팀발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집진기(6)는 백필터인 것을 특징으로 하는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 연소기(4)에 공급되는 연료는 나무펠릿이고, 상기 초고온건조로(3)에서 건조된 슬러지는 배출슬러지호퍼(22)로 보내어진 후, 폐슬러지탱크(23)로 저장되는 것을 특징으로 하는 초고온슬러지 건조장치와 태양광 집광장치를 갖는 스팀발전시스템.
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