KR101729994B1 - 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법 - Google Patents

열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통상의 슬러지 건조에서 주된 해결과제인 글루존(Glue Zone) 문제를 해결하고, 저온(45~95℃) 건조로 폭발 및 화재 위험을 제거할 수 있고, 통상 80wt% 이상의 함수율을 갖는 습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 것이 가능하도록 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)가 열원에 의하여 예열되어 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하여 습(濕)슬러지의 빠른 건조를 보장하면서 건조드럼에 내장된 그래뉼머신의 패들(paddle)에 의하여 습(濕)슬러지의 그래뉼레이션(granulation)을 달성하고, 열매체에 의한 직접 제1건조, 열원(예: 열풍)에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체의 열기에 의한 간접 제3건조를 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능한 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치는 습(濕)슬러지 투입부 및 건(乾)슬러지 배출부를 구비한 건조드럼; 상기 건조드럼에 내장된 타격성형기, 이 타격성형기를 회전시키는 구동모터를 포함하는 그래뉼머신; 상기 건조드럼 내부를 가열하는 열원; 및 상기 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체;를 포함하여 이루어진다.

Description

열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법{LOW-TEMPERATURE DRY APPARATUS FOR SLUDGE USING HEAT TRANSFER MEDIA AND DRY METHOD THEREOF}
본 발명은 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법에 관한 것으로,
보다 상세하게는 통상의 슬러지 건조에서 주된 해결과제인 글루존(Glue Zone) 문제를 해결하고, 저온(45~95℃) 건조로 폭발 및 화재 위험을 제거할 수 있고, 통상 80wt% 이상의 함수율을 갖는 습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 것이 가능하도록 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)가 열원에 의하여 예열되어 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하여 습(濕)슬러지의 빠른 건조를 보장하면서 건조드럼에 내장된 그래뉼머신의 패들(paddle)에 의하여 습(濕)슬러지의 그래뉼레이션(granulation)을 달성하고,
열매체에 의한 직접 제1건조, 열원(예: 열풍)에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체의 열기에 의한 간접 제3건조를 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능한 슬러지 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
현재 유기성 폐기물(예: 하수 및 폐수(가축분뇨, 분뇨, 산업폐수 등) 처리물(슬러지, 탈수 케이크 등))과 무기성 폐기물, 기타 고형 폐기물의 해양 투기가 런던협약의 '96의정서(2006.03.24)에 의거하여 전면 금지되어 있다.
반면에 인구의 증가에 따른 신도시 건설사업 등으로 공공하수처리시설의 신설 및 증설이나 총인 배출기준 강화, 매립지의 포화 및 증설에 대한 규제 강화로 인하여 슬러지 처리에 대한 사회적인 문제가 대두되는 현실에서
기존의 슬러지 건조설비는 과대한 열원(중유, 등유, LPG, LNG등)을 필요로 하므로 경제적인 측면에서 운영비가 과대하며, 환경적인 측면에서는 지구온난화 해소를 위한 리우협약에 따른 세계적인 화석연료사용 규제 추세에도 역행하고 있다.
또한 열원에 의한 건조로 심한 악취의 발생과 대기오염물질의 방출로 심각한 민원이 발생하고 발열량도 감소되는 영향으로 보다 높은 에너지 효율성을 갖는 건조 방안의 제시가 시급한 현실이다.
종래의 슬러지 처리기술들을 살펴보면 먼저, 특허등록 제10-1222452호(등록일자 2013년01월09일) [건설오니의 탈수·건조 시스템]이 있는데,
상기 등록특허는 건물이나 주택 등의 건설 및 해체, 건설폐기물의 중간처리공정에서 발생되는 물과 진흙 등의 건설오니에서 물과 오니를 분리하여 환경오염을 방지하고, 건설오니(汚泥, sludge)의 재활용을 가능케 하는 건설오니의 탈수·건조 시스템을 제공하기 위한 것으로,
그 핵심인 탈수장치는 유입구와 배출구가 구비된 관 형상의 몸체로 형성되는 외관부; 상기 몸체 내측에 삽입 안착되고 유입부와 배출부를 구비한 관 형상의 메쉬망으로 이루어지는 탈수스크린망과, 상기 탈수스크린망의 내측에서 상기 유입부를 통해 유입된 오니를 이송하면서 탈수하기 위한 이송 스크류와, 상기 이송 스크류를 회전시키는 모터로 구성되는 탈수부; 상기 몸체에 형성되는 수분 배출부; 및 상기 배출구에 연결되어 상기 건조장치로 이송하기 위한 이송 배관;으로 구성된다.
그러나 이 등록특허는 직·간접 고온 가열방식의 건조장치와 관련된 것으로 서두에 언급한 비용 및 환경적인 문제점을 갖는다.
다음으로 특허등록 제10-1221262호(등록일자 2013년01월04일) [오니건조장치]가 있는데,
상기 등록특허는 작동 과정에서 타공판에 집적되는 오니를 즉시 제거하여 연소가스의 원활한 흐름을 유도하고, 이를 통해 오니의 건조 효율을 향상시킬 수 있는 오니건조장치에 관한 것인데,
케이스의 내부에 수직하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 다단 설치되며, 상하로 관통된 연소가스 흐름공을 갖는 타공판과, 상기 타공판의 상부에 이격 설치되는 스크레이퍼 및 상기 회전축에 결합되는 모터를 포함하는 오니건조장치에 있어서, 상기 케이스의 일측에 수직하게 설치되는 공기공급관과, 상기 공기공급관으로부터 분기되는 다수의 연결관 및 상기 연결관에 일단부가 결합되고, 타단부는 상기 케이스의 일측벽을 관통하여 분사구가 상기 타공판의 상부에 위치하도록 설치되는 다수의 에어노즐을 더 포함하여, 상기 에어노즐의 분사구로부터 배출되는 공기가 상기 타공판에 분사됨으로써 상기 연소가스 흐름공에 부착된 오니와 상기 스크레이퍼에 의해 가압되어 상기 타공판의 표면에 눌러 붙은 오니가 박리되도록 하여 연소가스의 원활한 흐름을 유도하고, 이를 통해 건조 효율을 향상시킨 오니건조장치를 제시하고 있다.
그러나 상기 등록특허의 기술은 슬러지(오니) 건조의 효율성에 대한 것이라기보다는 통상의 건조 장치의 막힘 방지 기능을 구현하는데 초점을 두고 있는 것이어서 본 발명이 해결하고자 하는 종래기술의 문제점을 해결할 수 없는 기술에 해당한다.
또 특허등록 제10-1229149호(등록일자 2013년01월28일) [슬러지 기류 건조모듈]이 있는데,
상기 등록특허는 피건조물 덩어리를 분산시켜서 건조모듈 내부로 공급하며, 순간적인 분쇄 과정으로 작아진 입자들을 열풍속으로 난류확산 (Diffusion in turbulent flow)시키면서 열풍과 함께 건조모듈 본체 내벽을 따라 상부로 선회 유동(VORTEX MOTION) 이송형태로 신속한 건조를 시행함과 동시 분급기를 통해 입자의 크기를 조절하면서 건조를 진행하는 저에너지 비용의 고효율 슬러지 기류 건조모듈에 관한 것으로,
통상의 고온 슬러지 열풍건조 장치의 분류에 속하는 것으로 에너지 효율 향상에는 한계가 분명하다.
나아가 실용신안공개 제20-2013-0004075호(공개일자 2013년07월04일) [슬러지 건조장치]가 있는데,
상기 공개고안의 슬러지 건조장치는 이송장치에 의해 이송되는 슬러지에 마이크로웨이브를 조사하여 슬러지에 포함된 수분을 증발시켜 제거하므로, 기계적 방법을 이용하여 수분을 제거하는 종래의 슬러지 건조장치에 비해 수분을 효과적으로 제거할 수 있으며, 특히 수분함량이 높은 겔타입의 슬러지를 효과적으로 건조시킬 수 있다는 장점을 제공하는 것으로 기술되어 있다.
그러나 대용량 처리를 달성하기 어려워 현실성에 문제가 있는 기술이다.
한편, 종래 슬러지 건조기술의 시급한 해결과제 중 하나는 글루존(Glue Zone, 최대점성구간) 문제로,
이는 슬러지의 점성이 커져 덩어리 현상을 갖추게 되는 수분함수율(40wt% ~ 60wt%) 구간으로 최대점성구간이라고도 하며,
이 글루존에서는 과부하에 의한 과다한 전력소모와 막힘현상 및 설비파손 문제까지 발생하게 된다.
이를 피하기 위해서 전형적으로는 글루존(Glue Zone)(함수율 40wt% ~ 60wt%) 보다 넓은 함수율 33~65wt% 구간을 피해야 현식적인 건조장치의 운전이 가능하므로,
건조 슬러지를 혼합하여 함수율을 25wt%까지 낮추는 것이 일반적이다.
그러나 그럼에도 불구하고 슬러지 건조효율이 떨어지고, 건조시간이 지연되며, 건조에 많은 에너지가 소모되고, 고온 건조에 의한 폭발 및 화재 위험 등의 다양한 문제가 상존하여 왔다.
이에 본 발명은 열원(예: 열풍), 그래뉼granule) 타입 열매체(heat transfer media) 및 그래뉼머신의 타격 성형기를 구성하는 패들(paddle)을 통하여
열매체에 의한 직접 제1건조, 열원(예: 열풍)에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체의 열기에 의한 간접 제3건조를 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능하며, 기존 슬러지 건조장치에서 심각한 문제 중 하나인 글루존(Glue Zone) 문제를 해결하고, 저온(45~95℃) 건조로 폭발 및 화재 위험을 제거할 수 있고, 통상 80wt% 이상의 함수율을 갖는 습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 것이 가능하고, 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)가 열원에 의하여 예열되어 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하여 습(濕)슬러지의 빠른 건조를 보장하는 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법에 관한 것이다.
또 본 발명은 타격 성형기를 구성하는 패들(paddle)의 슬러지 타격면은 샤프트 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되고, 나아가 어느 한 패들의 슬러지 타격면은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되도록 구성하여 습(濕)슬러지의 신속한 그래뉼레이션(granulation)을 보장하도록 한 열매체타입 슬러지 건조장치 및 그 건조방법에 관한 것이다.
아울러 본 발명은 그래뉼 타입 열매체가 슬러지 성형체이며, 건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조가 연속식 또는 회분식으로 구성되는 경우 건(乾)슬러지 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 단위 시간당 배출량(연속식) 또는 1회 배출량(회분식)은 5~60wt%로 구성하여, 잔량의 그래뉼 타입 건(乾)슬러지는 지속적으로 열매체(heat transfer media)로 기능하도록 한 열매체타입 슬러지 건조장치 및 그 건조방법에 관한 것이다.
나아가 본 발명은 상기 그래뉼머신의 타격성형기는 한 쌍으로 구성되고, 각 타격성형기는 안내로의 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하도록 하여 열풍에 의한 직접 건조 효율성을 향상시키도록 한 열매체타입 슬러지 건조장치 및 그 건조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열매체타입 슬러지 건조장치는
습(濕)슬러지 투입부 및 건(乾)슬러지 배출부를 구비한 건조드럼;
상기 건조드럼에 내장된 타격성형기, 이 타격성형기를 회전시키는 구동모터를 포함하는 그래뉼머신;
상기 건조드럼 내부를 가열하는 열원; 및
상기 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체;
를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 열매체타입 슬러지 건조장치에서
상기 타격성형기는 샤프트, 이 샤프트에 방사상 방향으로 연결된 복수의 링크, 이 각 링크에 구비된 패들(paddle)을 포함하여 이루어지고,
상기 패들의 슬러지 타격면은 샤프트 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되어 있고,
어느 한 패들의 슬러지 타격면은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되어 있고,
상기 그래뉼 타입 열매체는 슬러지 성형체이며,
상기 열원은 열풍공급수단이며,
상기 건조드럼의 하부에는 열풍의 상향 안내로가 구비되어 있고,
상기 그래뉼머신의 타격성형기는 한 쌍으로 구성되고, 각 타격성형기는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하고,
상기 건조드럼의 투입부로 공급되는 습(濕)슬러지의 함수율은 70~95wt% 이고, 상기 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 함수율은 1~15wt% 이고,
상기 건조드럼은 45~95℃의 저온 상태를 유지하며,
상기 건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조는 연속식 또는 회분식으로 이루어지고,
상기 건조드럼 내의 단위 시간당 [습(濕)슬러지 : 그래뉼 타입 열매체]의 중량비는 [5~30 : 95~70]인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 열매체타입 슬러지 건조방법은 상기 건조장치를 이용하여 이루어진다.
본 발명에 따른 열매체타입 슬러지 건조장치 및 그 건조방법은 열원(예: 열풍), 그래뉼granule) 타입 열매체(heat transfer media) 및 그래뉼머신의 타격 성형기를 구성하는 패들(paddle)을 통하여 슬러지 건조에서 심각한 문제 중 하나인 글루존(Glue Zone) 문제를 해결하고, 저온(45~95℃) 건조로 폭발 및 화재 위험을 제거할 수 있고, 통상 80wt% 이상의 함수율을 갖는 습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 것이 가능하고, 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)가 열원에 의하여 예열되어 일종의 유동체가 되어 외주면 전체가 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하여 습(濕)슬러지의 빠른 건조를 보장하고,
또 타격 성형기를 구성하는 패들(paddle)의 슬러지 타격면은 샤프트 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되고, 나아가 어느 한 패들의 슬러지 타격면은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되도록 구성하여 습(濕)슬러지의 신속한 그래뉼레이션(granulation)을 보장하며,
아울러 그래뉼 타입 열매체가 슬러지 성형체이며, 건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조가 연속식 또는 회분식으로 구성되는 경우 건(乾)슬러지 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 단위 시간당 배출량(연속식) 또는 1회 배출량(회분식)은 5~60wt%로 구성하여, 잔량의 그래뉼 타입 건(乾)슬러지는 열매체(heat transfer media)로 기능하도록 하고,
나아가 상기 그래뉼머신의 타격성형기는 한 쌍으로 구성되고, 각 타격성형기는 안내로의 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하도록 하여 열풍에 의한 직접 건조 효율성을 향상시키며,
결국 열매체에 의한 직접 제1건조(열매체 특유의 기능으로 인하여 피건조물인 습슬러지에 대한 접촉면적을 획기적으로 확대하여 습슬러지의 간극수(水)가 자유수(水)로 노출되어 건조가 더 빠르게 진행됨), 열원(예: 열풍)에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체의 열기에 의한 간접 제3건조를 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능하여 진정한 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법을 제공할 수 있다.
그 외 본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법은
저온(45~95℃) 건조 방식을 취하므로 그만큼 악취발생량이 획기적으로 줄일 수 있고,
배가스 온도 역시 50~60℃ 정도로 탈취를 위한 전처리설비가 불필요하며,
그래뉼화(granulation) 건(乾)슬러지 배출 외에 미분(먼지)형 건조물을 집진설비를 이용하여 포집하고, 그래뉼화 건(乾)슬러지 그대로 보조연료로 납품하는 것이 가능하여 별도의 선별기가 불필요하며, 또한 후단 집진설비가 불필요하여 관련 부하가 그만큼 감소하고,
습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 만큼 컨베이어벨트, 혼합기 등의 전처리설비가 불필요하여 설비비, 운전비 등을 절약할 수 있고, 혼합기 마모에 따른 교체나 유지보수 비용이 획기적으로 절감되며,
단순한 건조설비로 유지관리가 용이하며, 대부분을 차지하는 그래뉼 타입 열매체인 건(乾)슬러지 대 소량의 습(濕)슬러지 비율로 인하여 타격성형기에 의하여 일종의 부유성 교반이 이루어져 그만큼 마찰이 적어 마모에 따른 타격성형기 부품의 교체가 거의 불필요하여 그만큼 운전비용의 절감과 연속 운전이 가능하게 된다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치의 개략도.
도 2는 그래뉼머신의 타격 성형기를 구성하는 패들(paddle) 중심의 개략도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 공지기능 및 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략할 수 있다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
먼저 본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치(A)의 전체 개략도에 대한 도 1과, 그래뉼머신(30)의 타격성형기(31) 중심의 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이,
본 슬러지 건조장치(A)는 크게 건조드럼(10), 그래뉼머신(30), 열원, 그리고 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(Hm)로 구성된다.
건조드럼(10)은 내부에 구동모터(30m)와 연결된 그래뉼머신(30)이 내장되어 있고, 습(濕)슬러지 투입부(11A) 및 건(乾)슬러지 배출부(11B)가 구비되고, 저면에는 드레인(15)이 구비되어 있으며, 배출부(11B) 상부에는 집진기(40)와 연결된 배가스 배기부(11C)가 구비되어 있다.
습(濕)슬러지 투입부(11A)는 습(濕)슬러지가 저장된 호퍼(Sh)와 이송컨베이어(Sc)로 구성된, 80wt% 이상의 함수율을 갖는 습(濕)슬러지 공급부(Sw)와 연결되어 있다.
이 습슬러지 공급부(Sw)에서는 기존 슬러지 건조장치와 달리 습(濕)슬러지를 함수율 조절(건슬리지와 혼합) 없이 직투입하는 만큼 이와 관련된 컨베이어벨트, 혼합기 등의 전처리설비가 불필요하여 설비비, 운전비 등을 절약할 수 있고, 혼합기 마모에 따른 교체나 유지보수 비용이 획기적으로 절감된다.
또 건(乾)슬러지 배출부(11B)는 연속식으로 구성된 건조드럼의 구성에 맞게 그래뉼머신(30)에 의하여 그래뉼 타입으로 성형된 건슬러지가 배출되도록 투입부 반대측에서 타격성형기(31)의 샤프트(31a) 높이 부근에 형성되어 있고,
연속식의 경우 그래뉼 타입 건슬러지가 오버플로우가 이루어지는 배출부에는 배출파이프가 연결되고, 건조장치의 용량에 따라 배출파이프 말단에는 마대자루 또는 덤프트럭 등에 적재되는 짐칸이 구비되어 있다.
상기 건조드럼의 투입부로 공급되는 습(濕)슬러지의 함수율은 70~95wt% 이고, 상기 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 함수율은 1~15wt% 이고, 상기 건조드럼은 45~95℃(바람직하기로는 45~90℃, 보다 바람직하기로는 50~85℃, 가장 바람직하기로는 50~80℃)의 저온 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
다음으로 건(乾)슬러지 배출부(11B)에서의 그래뉼화(granulation) 건(乾)슬러지 배출 외에 미분(먼지)형 건조물을 집진기(40)를 이용하여 포집하고, 그래뉼화 건(乾)슬러지 그대로 보조연료로 납품하는 것이 가능하여 별도의 선별기가 불필요하며, 또한 후단 집진설비가 불필요하여 관련 부하가 그만큼 감소하게 된다.
이에 따라 단순힌 미분 처리용 집진기(40)는 사이클론(41)과, 그 후단의 웨트스크러버(43)(Wet Scrubber)가 구비되며 웨트스크러버는 펌프와 연결된 세정수공급탱크(43a)로부터 세정수를 공급받는다.
특히 본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치(A) 및 건조방법은 저온(45~95℃) 건조 방식을 취하므로 그만큼 악취발생량이 획기적으로 줄일 수 있어(기존 150~400℃ 온도의 열풍 등의 건조에서는 특유의 악취(단백질 등의 연소가 원인임, 머리카락 탄내와 유사)가 발생됨) 건조설비 주변의 민원 발생 원인이 해소되며, 상기 건조드럼(10) 내부를 가열하는 열원은 열매체(Hm)에 의한 직접 제1건조, 열원(예: 열풍) 그 자체에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체(W)의 열기에 의한 간접 제3건조를 제공하는 원천이며,
이러한 3단계 건조를 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능하여 진정한 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치 및 그 건조방법을 제공할 수 있다.
특히 열매체(Hm)에 의한 직접 제1건조는 열매체 특유의 기능으로 인하여 피건조물인 습슬러지에 대한 접촉면적을 획기적으로 확대하여 외주면 전체가 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하므로 습슬러지의 간극수(水)가 자유수(水)로 노출되어 건조가 더 빠르게 진행하도록 하는 역할을 하게 한다.
도 1에서 이러한 열원은 열풍으로 구성되어 있는바, 이를 위하여 열원(20)은 연료탱크(21)로부터 연료를 공급받는 버너(23)로 구성되며, 열풍 형성을 위하여 버너는 또 팬과 연결되어 있다.
도 1의 우측 하부 세 일점 쇄선 원 내에서 확인할 수 있는 바와 같이(좌우측 하부 두 일점 쇄선 원 내에는 이해의 편의를 위하여 타격성형기(31)는 생략하고 건조드럼(10)만을 도시함),
열원(20)에서 제공되는 열풍은 곡선형(특히 원형) 하면 구조를 갖는 건조드럼(10)에서 열풍 상향 안내로(13)를 따라 아래에서 위로 공급되어 가압된 열풍기류에 자연 대류적인 상승기류까지 더해져 투입부(11A)에서 공급되는 습(濕)슬러지의 건조 및 그래뉼화(granulation) 과정을 통한 건(乾)슬러지(Hm)화의 효율화가 보장되고 극대화된다.
특히 그래뉼머신(30)의 타격성형기(31), 특히 처리 용량 보장을 위한 한 쌍의 타격성형기는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하여 열풍이 습(濕)슬러지 및 건(乾)슬러지에 보다 잘 전달되도록 구성되어 있다.
열풍은 160~230℃ 정도로 공급되나, 건조드럼(10) 내의 온도는 저온(45~95℃)이어서 건슬러지의 폭발 및 화재 위험이 제거된다(특히 건슬러지(Hm)는 주되게 외경(φ0.3~15mm) 정도의 그래뉼 타입으로 성형되고, 폭발 위험요소인 미분은 극히 미량이면서도 집진기(40)에 의하여 신속히 제거되므로 본 발명의 건조장치의 안정성은 극대화된다).
상기 건조드럼(10)은 곡선형(특히 원형) 하면 구조를 갖고 그 저부에 열풍 상향 안내로(13)가 구비되며,
이 안내로(13)는 건조드럼의 최저부 보다 상부에 열풍홀(13h)이 형성되어 있어 습(濕)슬러지 및 건(乾)슬러지가 열풍홀(13h)을 폐쇄하지 않도록 구성되어 있고,
또 도 1의 좌측 하부 일점 쇄선 원 내 건조드럼의 측면도와 같이 열풍홀(13h)은 슬릿(slit) 타입이고,
도 1의 우측 하부 일점 쇄선 원 내 건조드럼의 평면도와 같이, 열풍 상향 안내로(13)는 건조드럼(10) 전체에 걸쳐 연속된 것이 아니라 격벽(13p)에 의하여 분리되어 있고, 격벽에 의하여 분리된 열풍 상향 안내로(13) 구획부 마다(5개의 구획부) 열원(20)(열풍)의 파이프가 연결되어 있음을 도 1에서 확인할 수 있다.
다음으로 그래뉼머신(30)은 건조드럼(10)에 내장된 타격성형기(31), 이 타격성형기를 회전시키는 구동모터(30m)로 구성되며, 특히 한 쌍의 타격성형기를 갖는데, 처리 용량 필요성에 따라 하나 또는 셋 이상의 타격성형기가 도입될 수 있다.
도 2 [A]의 측면도(도 1 우측 중간 일점 쇄선 원 내 및 도 2 [A]에서 열풍의 공급 방향을 각각 "Hot Wind" 및 "H.W"로 표시하고 있다) 및 도 2 [B]의 평면도에서 확인할 수 있는 바와 같이,
타격성형기(31)는 샤프트(31a), 이 샤프트에 방사상 방향으로 연결된 복수의 링크(31b), 이 각 링크에 구비된 패들(paddle)(31c)을 포함하여 구성된다.
또 상기 패들(31c)의 슬러지 타격면(31d)은 샤프트(31a) 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되고,
더 나아가 어느 한 패들(31c)의 슬러지 타격면(31d)은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되는 것이 습슬러지와 그래뉼 타입 열매체(Hm)의 혼합 및 건조와, 습슬러지의 그래뉼 타입 성형 효율성에 더 적합한 것으로 확인되어 있다.
도 2 [B]에서와 같이 샤프트(31a)의 한 원주면 위치에는 180도 간격으로 링크(31b)를 통하여 제1쌍의 패들(31c)이 연결되어 있고, 이격된 인접 위치에는 제1쌍의 패들과 90도 간격으로 어긋난 180도 간격의 제2쌍의 패들(31c)이 배열된 형태인 것을 확인할 수 있다. 그 외 다양한 배열 위치와 배열 각도를 선택할 수 있다.
또 샤프트의 동일 원주면에 배열된 한 쌍의 패들은 샤프트(31a) 축설 방향과 서로 다른 어긋난 방향을 갖는 것을 확인할 수 있다.
필요에 따라서는 도 2 [A]의 하부 우측 일점 쇄선 원 내 변형예와 같이, 상기 패들(31c)의 타격면(31d)은 샤프트(31a)의 법선(링크(31b)는 법선 선상에 배열됨)과 어긋난 형태로 경사지게 배열될 수 있다.
다음으로 상기 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(Hm)는 외경φ 0.3~15mm 정도의 다양한 세라믹 또는 단순 흙 성형체일 수 있고, 특히 습슬러지의 성형 효율성을 고려하여 같은 슬러지 성형체인 것이 바람직하다. 최초 건조드럼에 충진되는 슬러지 성형체는 다양한 방식으로 성형된 제품을 투입하여 사용할 수 있다.
건조드럼(100의 형상과 그래뉼머신(30)의 타격성형기(31) 및 패들(31c)의 타격면(31d) 구조로 인하여,
그리고 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)(Hm)에 의한 직접 제1건조, 열원에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체(W)의 열기에 의한 간접 제3건조로 인하여,
건조드럼 내의 단위 시간당 [습(濕)슬러지 : 그래뉼 타입 열매체]의 중량비가 [5~30 : 95~70] 정도로 공급되는 함수율 80wt% 이상의 습(濕)슬러지는 그 성상 및 투입량에 따라 20~60분 정도의 체류시간 내에
그래뉼레이션(granulation) 현상에 의하여 외경φ 0.3~15mm 정도의 그래뉼로 성형되어 배출된다.
도 1에 도시된 건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조는 연속식으로 구성되어 있으나, 필요에 따라 회분식으로 구성될 수 있고,
건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조가 연속식 또는 회분식으로 구성되는 경우 건(乾)슬러지 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 단위 시간당 배출량(연속식) 또는 1회 배출량(회분식)은 5~60wt%로 구성하여, 잔량의 그래뉼 타입 건(乾)슬러지는 다시 열매체(heat transfer media)로 기능하게 된다.
이처럼 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체(heat transfer media)가 열원에 의하여 예열되어 일종의 유동체가 되어 타격성형기(31)의 패틀(31c)에 의하여 빠르게 유동하면서 교반되고, 이에 따라 유동체화된 열매체(Hm)와 습슬러지는 접촉면적이 극대화되어 빠르고 보다 완벽하게 열을 전도하여 습슬러지를 건조하고 이를 그래뉼화하도록 열매체의 외주면 전체가 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 열매체를 이용한 저온 슬러지 건조장치(A)를 이용한 건조방법은 건조드럼(10) 내에서 그래뉼머신(30)에서 유동체화된 열매체(Hm), 즉
대부분을 차지하는 그래뉼 타입 열매체인 건(乾)슬러지 대 소량의 습(濕)슬러지 비율로 인하여 타격성형기(31)에 의하여 일종의 부유성 교반(유동체화된 열매체와 습슬러지의 교반)이 가능하게 되고,
이에 따라 기존 슬러지 건조공정에서의 주된 해결과제인 글루존(Glue Zone) 문제를 근원적으로 해결할 수 있게 된다.
나아가 부유성 교반 특성상 타격성형기에 가해지는 부하와 마찰빈도는 줄어들게 되므로 마모에 따른 타격성형기 부품의 교체가 거의 불필요하여 그만큼 운전비용의 절감과 연속 운전이 가능하게 된다는 장점을 제공할 수 있다.
이상의 설명에서 열원, 특히 열풍 열원의 사양, 그래뉼머신의 사양, 건조 처리 용량 등과 관련된 통상의 공지된 기술은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구성을 갖는 건조장치 및 건조방법을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
A: 건조장치 Sw: 습(濕)슬러지 공급부
Sd: 열매체
10: 건조드럼 11A: 투입부
11B: 배출부 13: 열풍 상향 안내로
20: 열원 23: 버너
30: 그래뉼머신 30m: 구동모터
31: 타격성형기 31c: 패들
40: 집진기

Claims (10)

  1. 습(濕)슬러지 투입부 및 그래뉼 타입으로 성형되는 건(乾)슬러지 배출부를 구비한 건조드럼;
    상기 건조드럼에 내장된 타격성형기, 이 타격성형기를 회전시키는 구동모터를 포함하는 그래뉼머신;
    상기 건조드럼 내부를 가열하는 열원; 및
    상기 건조드럼에 내장된 그래뉼 타입 열매체;를 포함하여 이루어지되,

    상기 그래뉼 타입 열매체는 슬러지 성형체이고,
    상기 열원은 열풍공급수단이며,
    상기 건조드럼의 하부에는 열풍의 상향 안내로가 구비되어 있고,
    상기 타격성형기는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하고,
    상기 건조드럼(10)은 곡선형 하면 구조를 갖고 그 저부에 열풍 상향 안내로(13)가 구비되며,
    이 안내로(13)는 건조드럼의 최저부 보다 상부에 열풍홀(13h)이 형성되어 있어 습(濕)슬러지 및 건(乾)슬러지가 열풍홀(13h)을 폐쇄하지 않도록 구성되어 있고,

    상기 타격성형기는 샤프트, 이 샤프트에 방사상 방향으로 연결된 복수의 링크, 이 각 링크에 구비된 패들(paddle)을 포함하여 이루어지고,
    열풍 상향 안내로(13)는 격벽(13p)에 의하여 구획되어 있고,

    상기 패들의 슬러지 타격면은 샤프트 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되어 있고,
    격벽에 의하여 분리된 열풍 상향 안내로(13)는 구획부 마다 열풍 파이프가 연결되어 있고,
    어느 한 패들의 슬러지 타격면은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되어 있고,
    상기 건조드럼에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조는 연속식이고,
    건(乾)슬러지 배출부(11B)는 연속식으로 구성된 건조드럼의 구성에 맞게 그래뉼머신(30)에 의하여 그래뉼 타입으로 성형된 건슬러지가 배출되도록 투입부 반대측에서 타격성형기(31)의 샤프트(31a) 높이 부근에 형성되어 있고,
    상기 그래뉼머신의 타격성형기는 한 쌍으로 구성되어 있고,
    상기 건조드럼의 투입부로 공급되는 습(濕)슬러지의 함수율은 70~95wt% 이고,
    상기 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 함수율은 1~15wt% 이고,
    상기 건조드럼은 45~95℃의 저온 상태를 유지하게 되어,

    슬러지 성형체인 그래뉼 타입 열매체가 열원에 의하여 예열되어 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하여 습(濕)슬러지의 빠른 건조를 보장하고,
    건조드럼의 건(乾)슬러지 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 건(乾)슬러지의 단위 시간당 배출량은 5~60wt%로 구성되고, 잔량의 그래뉼 타입 건(乾)슬러지는 다시 열매체(heat transfer media)로 기능하게 되며,
    열매체에 의한 직접 제1건조, 열원인 열풍에 의한 직접 제2건조, 건조드럼 및 열풍 안내로 벽체의 열기에 의한 간접 제3건조를 통하여 습(濕)슬러지를 함수율 조절 없이 직투입하는 것이 가능하게 구성되고,
    건조드럼(10)에서 열풍 상향 안내로(13)를 따라 아래에서 위로 공급되어 가압된 열풍기류에 자연 대류적인 상승기류까지 더해져 투입부(11A)에서 공급되는 습(濕)슬러지의 건조 및 그래뉼화(granulation) 과정을 통한 건(乾)슬러지(Hm)화의 효율화가 보장되는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    건조드럼의 측면도와 같이 열풍홀(13h)은 슬릿(slit) 타입인 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 건조드럼 내의 단위 시간당 [습(濕)슬러지 : 그래뉼 타입 열매체]의 중량비는 [5~30 : 95~70]인 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
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