KR101814140B1

KR101814140B1 - 유기성 슬러지 건조화 시스템의 고효율 반응조

Info

Publication number: KR101814140B1
Application number: KR1020170124322A
Authority: KR
Inventors: 김영목; 안승문
Original assignee: 주식회사 한강이앰피
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-01-03

Abstract

본 발명은 유기성 탈수 슬러지의 건조 및 발열량을 높이기 위한 첨가제와 균일한 혼합상태로 교반하는 데 필요한 지체시간을 최소화할 수 있는 건조화 시스템용 반응조를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 상부에 투입구가 형성되고 하부에 배출구가 형성되며, 내부에 아래쪽 중심을 향해 폭이 좁아지는 호퍼가 형성된 탱크와, 상기 탱크 내부의 중심에 수직으로 세워진 채로 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의해 회전하여 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 케이싱 상부의 순환구멍으로 밀어보내는 스크루 피더와, 상기 호퍼의 하부에서 상기 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 뒤집으면서 상기 스크루 피더의 하부로 밀어 보내거나 상기 탱크의 배출구로 밀어 보내는 로터리 피더와, 상기 탱크의 상단에 고정된 지지프레임에 의해 상기 스크루 피더의 상측에서 제2원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제2원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 스크루 피더의 케이싱을 승강시키는 볼 스크루 유닛 및 상기 탱크 내부의 중심에서 방사상 및 다층으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되고, 외부로부터 상온의 외기나 열풍을 공급받아 분출하는 에어 노즐을 포함하는 건조화 시스템의 반응조를 개시한다.

Description

유기성 슬러지 건조화 시스템의 고효율 반응조{REACTOR FOR DESSICCATION OF ORGANIC SLUDGES SYSTEM}

본 발명은 함수율 10% 이하의 고체 연료용 유기성 슬러지를 생산하기 위한 건조화 시스템의 반응조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기성 슬러지에 함유되어 있는 수분을 빠르고 효율적으로 줄여 유기성 슬러지와 첨가제의 건조 및 균일한 혼합상태로 교반하는 데 필요한 지체시간을 최소화할 수 있는 건조화 시스템의 고효율 반응조에 관한 것이다.

오늘날 주로 하수처리장, 폐수처리장, 음식폐기물 처리장 등에서 발생 및 배출되는 유기성 슬러지를 침전, 농축, 안정화, 개량, 탈수 등의 과정을 거쳐 탈수 케이크(cake)로 처리한 후 건조하여 화력발전소 등의 보조연료로 활용하기 위한 고형 연료화 기술이 확대되고 있다.

현재의 제도상 유기성 슬러지는 발열량이 3,000kcal/kg 이상이어야 화력발전소의 보조연료로 사용할 수 있는데, 이를 연료화하기 위해서는 80% 내외에의 함수율을 10% 이하로 낮춰야 한다.

즉, 유기성 슬러지의 수분함량을 줄여 발열량이 4,000~6000kcal/kg 정도에 이르면 단독으로 또는 석탄 등의 연료와 혼합하여 양질의 보조연료 등 친환경 에너지로 활용할 수 있다.

일반적으로 유기성 슬러지의 건조는 다단식, 로터리 킬른 방식 등의 기계식 건조 방법으로 처리하고 있으나, 이러한 기계식 건조에서는 화석연료를 사용하고 있어 단위 시간당 에너지 소비량이 많아 운전비용 등의 운영비가 많이 들고, 건조과정에서 악취 발생과 응축수 등의 오염물질 배출로 인한 2차적인 환경오염을 유발할 수 있다.

이에 따라 최근까지 하수 슬러지 등의 유기성 슬러지를 연료화하는 다양한 기술이 활발히 연구되어 왔다.

예컨대, 대한민국 등록특허 제10-1433141호에는 하수 슬러지를 수거하여 열매체유를 고르게 혼합하면서 연료를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1592937호, 공개특허 제10-2012-0023276호, 공개특허 제10-2013-0052846호, 등록특허 제10-1039378호 및 등록특허 제10-0997522호에는 슬러지와 폐유, 톱밥, 비닐, 소석회, 무연탄류 같은 혼합물을 혼합하여 건조, 성형 등의 제조과정을 거쳐 연료화하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2015-0106561호에는 하수 슬러지와 첨가물들의 혼합공정, 열풍건조공정 및 분쇄공정을 동시에 수행하는 연료탄 제조방법이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1095819호에는 태양을 이용하여 전기로 건조하여 연료를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 등록특허 제10-1083024호에는 열풍을 이용하여 건조하는 장치가 개시되어 있다.

그런데 이와 같은 종래의 기술들은 슬러지에 특정 물질을 혼합하거나 잔존하게 한 뒤, 다량의 화석연료를 사용하여 열을 가해 연료를 제조하는 방법 및 장치들이어서 건조 및 혼합하는 데 필요한 지체시간(dwell time) 등 시간이 오래 걸리고 수분함량의 감소가 크지 않아 상당히 비효율적이다.

한편, 슬러지의 건조에 통상적으로 사용되는 복합형(전동, 유동) 건조기는 용기(탱크) 내에 회전체를 설치하여 탈수 및 파쇄하여 미분 상태로 조작한 케이크 등의 건조대상물을 교반하면서 열풍을 송풍하여 건조하는 방식으로 건조속도가 빠른 장점이 있으나, 건조대상물의 성상에 고형물 입자와 화학적으로 결합한 고분자 응집제 등의 고점성을 가진 케미컬(chemicals) 성분이 포함된 경우 건조 시 강한 점성에 의해 용기 내에서 이동하지 못하고 내주면 또는 회전체 등에 끈끈하게 달라붙거나 침적 및 부식을 일으켜 에너지의 다량소비 및 수율 저하로 생산성의 손실이 큰 문제점이 있다.

따라서 국내에서 배출되고 있는 많은 양의 유기성 슬러지를 자원화 처리하는 방법을 개선하여 화석연료 등의 에너지 사용을 최소화함은 물론 2차 환경오염을 방지할 수 있고, 아울러 경제적이면서 효율적으로 사용할 수 있는 유기성 슬러지 건조화 기술의 개발이 필요하다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

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이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 유기성 슬러지 건조화 기술이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 건조효율을 높임으로써 유기성 슬러지에 함유되어 있는 수분을 훨씬 빠르고 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 구조의 유기성 슬러지 건조화 시스템용 반응조를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 유기성 슬러지의 수분함량을 빠르고 효율적으로 줄일 수 있도록 하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조를 제공하는 데 있는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 건조대상물의 순환 작용 및 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조를 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성 및 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 태양에 따른 구체적 수단은, 탈수 슬러지와 발열량을 높이기 위한 첨가제 혼합물을 일정 시간 교반하면서 외기나 열풍을 송풍하여 건조 처리한 후 배출하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조에 있어서, 상기 반응조는, 상부에 혼합물 투입구가 형성되고 하부에 배출구가 형성되며, 내부에 아래쪽 중심을 향해 폭이 좁아지는 호퍼가 형성된 탱크와, 상기 탱크 내부의 중심에 수직으로 세워진 채로 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의해 회전하여 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 케이싱 상부의 순환구멍으로 밀어보내는 스크루 피더와, 상기 호퍼의 하부에서 상기 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 뒤집으면서 상기 스크루 피더의 하부로 밀어 보내거나 상기 탱크의 배출구로 밀어 보내는 로터리 피더와, 상기 탱크의 상단에 고정된 지지프레임에 의해 상기 스크루 피더의 상측에서 제2원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제2원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 스크루 피더의 케이싱을 승강시키는 볼 스크루 유닛 및 상기 탱크 내부의 중심에서 방사상 및 다층으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되고, 외부로부터 상온의 외기나 열풍을 공급받아 분출하는 에어 노즐을 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조를 제시한다.

이로써 본 발명은 반응조 내의 교반이 전체적으로 원활하게 이루어져 건조대상물이 점착 또는 침적됨이 없고 열전달 속도가 향상되어 에너지 효율을 크게 높일 수 있을 뿐만 아니라 운전시간을 줄여서 운용비를 대폭 절감할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 반응조는, 상기 배출구를 개폐하여 혼합물을 일정량씩 배출하는 로터리 밸브를 더 포함하여 구성됨으로써 더욱 효율적이고 안정적으로 혼합물을 배출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 반응조는, 상기 탱크 내부에 상하 및 교차적으로 다수 개의 로터리 베인이 일정한 간격을 두고 배치됨으로써 혼합물에 공기의 침투가 한층 더 원활하도록 하는 공극을 효과적으로 만들어 줄 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 반응조는, 상기 탱크의 하부에 브리드 존(breathe zone)이 형성되고, 상기 브리드 존 중 상기 호퍼의 경사면에 슬릿형 통풍구가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 통풍구에 필터가 장착되며, 상기 탱크의 벽(shell)에 송풍기 및 공기가열기에 의해 공급되는 외기 또는 열풍을 주입하기 위한 주입구 및 상기 탱크 내의 기체(gas)를 배출하기 위한 배기구가 형성됨으로써 탱크 내 하부의 열풍 주입과 이산화탄소 및 수증기 배출이 훨씬 수월하고 용이하게 이루어져 탱크 내 하부의 열전달 효율이 높아 반응속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 반응조의 배기구를 통하여 상기 탱크 내의 기체를 빨아들여 포집하는 스크러버 및 상기 스크러버와 통하도록 연결되어 상기 스크러버에서 배출되는 가스 및 악취를 흡수 및 흡착하여 제거하는 흡착탑을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 볼 스크루 유닛은, 상기 스크루 피더의 케이싱 상단에 고정된 암나사, 상기 암나사의 하측으로 일정한 간격을 두고 상기 스크루 피더의 케이싱 내에 고정된 슬라이더, 상기 지지프레임에 고정되어 상기 암나사가 회전하면서 승강하도록 안내하는 수나사, 상기 슬라이더가 회전하면서 승강하도록 안내하는 가이드 샤프트 및 상기 지지프레임에 고정되어 상기 가이드 샤프트의 축 방향 상단을 지지하면서 회전 마찰력을 줄여주는 유닛 베어링을 포함하여 구성됨으로써 반응조 내의 혼합물 교반 및 배출이 한결 수월하고 원활하게 이루어질 뿐만 아니라 혼합물의 배출 시 케이싱이 훨씬 용이하게 상승할 수 있다.

상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 태양은, 반응조 내의 교반 작용이 전체적으로 원활하고 효과적으로 이루어져 건조대상물이 점착 또는 침적됨이 없고, 열전달 속도가 향상되어 에너지 효율을 크게 높임으로써 유기성 슬러지에 함유되어 있는 수분을 한층 더 빠르고 효율적으로 제거할 수 있다.

따라서 유기성 슬러지의 수분함량을 줄이기 위해 건조 및 첨가제를 균일한 혼합상태로 교반하는 데 필요한 지체시간(dwell time)과 에너지 소비량을 대폭 줄일 수 있어 처리 비용을 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 국부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조를 나타낸 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조 구성 중 로터리 피더를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조 구성 중 스크루 피더 및 볼 스크루 유닛을 확대하여 나타낸 국부 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 C-C선 국부 확대단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조 구성 중 에어 노즐을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조 구성 중 로터리 베인을 나타낸 평단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조 구성 중 스크루 피더 및 볼 스크루 유닛이 상승한 상태를 확대하여 나타낸 국부 횡단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이외에 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.

또한, "제1" 및 "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, "제1" 및 "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

한편, 본 발명에서의 상온은 27±5℃의 범위로 정의한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 건조화 시스템은, 크게 슬러지 저장조(1), 첨가제 저장조(2), 혼합기(3), 반응조(4), 분쇄기(5), 저장고(6), 로딩 피더(7), 스크러버(8) 및 흡착탑(9)을 포함하여 구성된다.

슬러지 저장조(1)는 외부에서 반입되는 탈수 슬러지를 임시로 저장하고, 스크루 컨베이어(1a)와 이송펌프(1b)로 탈수 슬러지를 일정량씩 배출하여 혼합기(3)로 운반한다.

여기서 슬러지 저장조(1) 내에는 탈수 슬러지를 일정량씩 그 배출구로 밀어서 배출시키기 위한 일종의 푸셔(pusher)가 장치될 수 있다.

첨가제 저장조(2)는 외부에서 반입되는 발열량을 높이기 위한 첨가제를 임시로 저장하고, 이송관 및 펌프 또는 버킷 컨베이어, 스크루 컨베이어, 벨트 컨베이어 등의 이송용 수단으로 첨가제를 일정량씩 배출하여 혼합기(3)로 운반한다.

여기서 첨가제 저장조(2)에는 선택적으로 첨가제를 배출하거나 그 배출량을 조절 및 차단하는 배출밸브가 구비될 수 있다.

또한, 첨가제로는 발열량을 높이기 위해 초탄(이탄), 석탄, 중 어느 하나 또는 둘 이상을 배합하여 이루어질 수 있으며, 첨가제의 투입량은 탈수 슬러지의 수분함량 등의 상태에 따라 가감될 수 있으나, 탈수 슬러지의 중량대비 1:1의 비율로 투입하는 것이 바람직하다.

혼합기(3)는 슬러지 저장조(1)에서 운반되는 탈수 슬러지와 첨가제 저장조(2)에서 운반되는 첨가제를 일정비율로 섞어서 혼합물을 만들고, 이를 이송관 및 펌프 또는 버킷 컨베이어, 스크루 컨베이어, 벨트 컨베이어 등의 이송용 수단으로 혼합물을 일정량씩 배출하여 반응조(4)로 운반한다.

여기서 혼합기(3)는 효율 및 생산성을 높이기 위해 적어도 하나 이상을 연속적으로 나란히 설치하여 복수 개의 반응조(4)로 각각 배출 및 운반할 수도 있다.

반응조(4)는 혼합기(3)에서 운반된 혼합물을 일정 시간 교반하면서 상온의 외기나 열풍을 송풍하여 건조 처리한 후 배출한다.

여기서 반응조(4)는 건조효율 및 생산성을 높이기 위해 적어도 하나 이상을 연속적으로 나란히 설치하여 혼합물 속에 잔존하는 수분을 2차에 걸쳐 건조할 수도 있다.

그리고 반응조(4)는 도 3에 도시된 바와 같이 탱크(10), 스크루 피더(20), 로터리 피더(30), 볼 스크루 유닛(40), 에어 노즐(50), 로터리 베인(60) 및 로터리 밸브(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

탱크(10)는 일정량의 혼합물을 담을 수 있도록 내부 공간을 가지며, 내부가 하부로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 탑 구조의 사각뿔대통 혹은 원뿔대통 형상으로 이루어져 형강, 봉재 등의 프레임을 일정 형태로 연결 고정한 골격에 의해 세워진 상태로 지지되어 있고, 상부의 한쪽에 혼합물을 투입하기 위한 투입구(11)가 적어도 하나 이상 형성되어 있고 하부에 혼합물을 배출하기 위한 배출구(12)가 적어도 하나 이상 형성되어 있다.

즉, 탱크(10) 내 하부에는 혼합물을 배출구(12)로 자연스럽게 모아서 배출할 수 있도록 그 아래쪽 중심을 향해 폭(단면적)이 좁아지는 형상의 호퍼(13)가 형성되어 있다.

그리고 탱크(10)의 하부에는 상온의 외기 또는 열풍 주입 및 이산화탄소, 수증기 등 기체의 배출이 훨씬 수월하고 용이하도록 하여 열전달 효율 및 반응 속도를 높이는 브리드 존(15)이 형성되어 있다.

아울러 브리드 존(15)은 송풍기(51) 및 공기가열기(52)로부터 압송되는 외기 또는 열풍을 일시적으로 저장하여 적정한 유량과 유속 및 압력을 유지하면서 탱크(10)의 내부로 송풍할 수 있도록 조절한다.

즉, 브리드 존(15)은 도 2에 도시된 바와 같이 호퍼(13)의 경사면에 그 둘레를 따라 혼합물(건조대상물)이 누출되지 않도록 마치 아가미와 같은 얇은 틈을 통해 공기가 드나드는 슬릿형 통풍구(16)가 적어도 하나 이상 형성되어 있고, 그 통풍구(16)에는 혼합물(건조대상물)이 탱크(10) 내에서 누출되는 것을 차단하는 필터(17)가 장착되어 있으며, 탱크(10)의 벽(shell)에는 송풍기(51) 및 공기가열기(52)에 의해 공급되는 상온의 외기 또는 열풍을 주입하기 위한 주입구(18) 및 탱크(10) 내의 기체(gas)를 배출하기 위한 배기구(19)가 형성되어 있다.

여기서 탱크(10)에는 내부의 압력이 일정압력을 초과할 경우 감압하는 압력조정용 밸브가 구비될 수 있다. 즉, 탱크(10) 내의 압력이 기설정된 기준치를 초과할 경우 밸브가 자동으로 개방하여 내부를 감압시킬 수 있다.

또한, 탱크(10)의 상부에도 그 내부 위쪽의 기체(gas)를 원활하게 배출하기 위한 배기구(19a)가 형성될 수 있고, 이는 스크러버(8) 및 흡착탑(9)과 통하도록 연결될 수 있다.

스크루 피더(20)는 탱크(10)의 하부에 위치하는 혼합물을 상부로 이동시키기 위해 탱크(10) 내부의 중심에 수직으로 세워진 채로 제1원동기(21)의 전동축에 연결 설치되어 있다.

즉, 스크루 피더(20)는 제1원동기(21)의 구동력으로 원통상의 케이싱(22) 내에서 회전하는 나선상 축에 의해 케이싱(22)의 상부에 형성되어 있는 순환구멍(23)으로 혼합물을 밀어올리어 보낸다.

로터리 피더(30)는 탱크(10)의 하부에 위치하는 혼합물을 뒤집으면서 스크루 피더(20)의 하부로 밀어 보내거나 탱크의 배출구(12)로 밀어 보내기 위해 호퍼(13)의 하부에서 제1원동기(21)의 전동축에 연결 설치되어 있다.

즉, 로터리 피더(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1원동기(21)의 전동축에 고정되는 중심에서 방사상으로 비스듬히 기울어진 상태로 배치되어 있는 날개(31)들이 제1원동기(21)의 구동에 의한 회전 방향에 따라 혼합물을 회전 중심인 스크루 피더(20)의 하부로 밀어 보내거나 또는 탱크의 배출구(12)가 있는 바깥쪽으로 밀어 보내며, 아울러 링형 테두리 내주연에 일정한 간격을 두고 다수 형성되어 있는 밀개(32)들에 의해 탱크(10)의 하부에 위치하는 혼합물을 뒤집어 고착을 방지하면서 탱크의 배출구(12) 쪽으로 원활하게 밀어 보낸다.

볼 스크루 유닛(40)은 도 5에 도시된 바와 같이 스크루 피더의 케이싱(22)을 승강시키기 위해 탱크(10)의 상단에 고정되어 있는 지지프레임(41)에 의해 스크루 피더(20)의 상측에서 제2원동기(42)의 전동축에 연결 설치되어 있다.

즉, 볼 스크루 유닛(40)은 제2원동기(42)의 전동축과 감기전동장치 등의 전동장치에 의해 연결되어 제2원동기(42)의 구동력을 전달받아 회전하고, 그 회전 방향에 따라 스크루 피더의 케이싱(22)을 승강시킨다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 탱크(10) 내부가 혼합물을 순환 작동시켜 건조하는 중일 때는 스크루 피더의 케이싱(22)이 상승 상태를 유지하여 탱크(10)의 하부에 위치하는 혼합물이 상부로 운반되고, 도 9에 도시된 바와 같이 탱크의 배출구(12)로 혼합물을 배출할 때에는 스크루 피더의 케이싱(22)이 하강 상태를 유지하여 로터리 피더(30)의 작동 및 배출구(12)를 통해 배출된다.

이러한 볼 스크루 유닛(40)의 바람직한 실시 예로는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 스크루 피더의 케이싱(22) 상단에 고정되어 있는 암나사(43)와, 이 암나사(43)의 하측으로 일정한 간격을 두고 스크루 피더의 케이싱(22) 내에 고정되어 있는 중공형 슬라이더(44)와, 암나사(43)가 회전하면서 승강하도록 안내하기 위해 지지프레임(41)에 고정되어 있는 수나사(45)와, 슬라이더(44)가 회전하면서 승강하도록 안내하는 가이드 샤프트(46) 및 이 가이드 샤프트(46)의 축 방향 상단을 지지하면서 회전 마찰력을 줄여주기 위해 지지프레임(41)에 고정되어 있는 유닛 베어링(47)을 포함하여 구성될 수 있다.

특히 슬라이더(44)와 가이드 샤프트(46)는 도 6에 도시된 바와 같이 스크루 피더의 케이싱(22)이 회전과 동시에 승강이 이루어지도록 함으로써 그 승강과정에서 혼합물과의 마찰력 등 승강을 방해하는 부하를 줄일 수 있는데, 이를 위해 가이드 샤프트(46)는 그 단면의 형상이 다각형이나 스플라인(spline) 또는 세레이션(serration) 중 어느 하나의 형상으로 형성되어 있고, 슬라이더(44)의 중공 형상이 가이드 샤프트(46)와 대응되는 형상으로 형성되어 있다.

즉, 슬라이더(44)의 중공 내주연에는 일정한 간격을 두고 스토퍼 홈(44a)이 형성되어 있고, 가이드 샤프트(46)의 외주연에는 그 스토퍼 홈(44a)과 대응되는 스토퍼(46)가 돌출 형성되어 있다.

에어 노즐(50)은 송풍기(51)에 의해 또는 공기가열기(52)와 조합에 의해 공급되는 상온의 외기나 열풍을 탱크(10) 내부에 주입 및 분출하기 위해 탱크(10) 내부의 중심에서 방사상 및 다층으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되어 있다.

즉, 에어 노즐(50)은 혼합물 속에 포함되어 있는 각종 유기물의 호기적 산화분해를 촉진하기 위한 상온의 신선한 공기나 열풍을 빈틈없이 안정적으로 공급한다.

여기서 에어 노즐(50)은 수평의 긴 관 하부 외주에 토출구가 등간격으로 또는 일직선으로 연결 형성된 구조의 이른바 파이프 노즐로 이루어질 수 있고, 외부에서 공급받는 열풍의 양을 조절 및 공급용 호스 등과 연결하기 위한 유량조절용 밸브가 장착될 수 있다.

이때 유량조절용 밸브로는 유체의 유량이나 압력 등을 차단 제어하는 통상의 스톱 밸브, 로터리 밸브, 콕 밸브 등을 채용할 수 있다.

아울러 에어 노즐(50)들은 제어부의 제어에 의해 자동으로 개폐 작동하여 열풍의 분사량과 분출 압력을 조절할 수 있도록 솔레노이드밸브(solenoid valve)를 갖는 구조를 채용할 수도 있다.

즉, 에어 노즐(50)들은 별도의 제어부에 의해 제어됨으로써 반응조(4) 내의 건조에 따른 온도가 약 70℃ 내지 80℃를 유지하도록 조절하거나 작동시간을 설정할 수 있다.

또한, 에어 노즐(50)들은 혼합물에 의해 막히는 것을 방지하기 위해 그 분출 방향을 하방으로 경사지게 배열하는 것이 바람직하다.

로터리 베인(60)은 탱크(10) 내의 혼합물에 공기의 침투가 원활하도록 공극을 만들어 주는 역할을 한다.

즉, 로터리 베인(60)은 자중에 의해 압착된 상태의 탈수 슬러지와 첨가제가 스크루 피더(20)에 의해 상승하였다가 떨어질 때 더욱 효과적으로 섞이면서 흩어지고, 그 혼합물 내부에 고온의 공기 접촉이 한층 원활하게 이루어짐으로써 빠르게 건조되도록 하고, 아울러 탱크(10) 내부의 기체가 배기구(19)를 통해 원활하게 배출되도록 유도하기 위해 탱크(10) 내부에 상하 및 교차적으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되어 있다.

로터리 밸브(70)는 탱크의 배출구(12)를 개폐하여 혼합물을 일정량씩 정량으로 배출한다.

즉, 로터리 밸브(70)는 탱크의 배출구(12)를 통해 떨어지는 혼합물을 그 작동 시에만 출구로 통과시키고, 외부 공기가 탱크(10) 내부로 유입되는 것을 차단한다.

한편, 제1 및 제2원동기(21)(42)로는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻으며, 시동 및 운전이 용이하고, 부하에 적합한 기종을 선택하기 쉽고, 소음 및 진동이 작고, 배기공해가 없는 통상의 전동기를 채용할 수 있다.

예를 들어, 제어부의 제어 신호에 따른 전압 입력을 회전각으로 바꾸어 정지 및 반전 동작이 신속하게 이루어지는 서보 모터나 일정 각도만큼 회전하는 스텝 모터를 채용할 수 있고, 그밖에 모터의 회전수를 감속하여 구동에 필요한 힘으로 출력하도록 조절하는 감속기를 포함하는 기어드 모터를 채용할 수도 있다.

분쇄기(5)는 첨가제 저장조(2)에서 첨가제를 공급받아 일정한 입자 크기 이하로 분쇄한다.

여기서 분쇄기(5)는 한 쌍의 스크루형 칼날이 서로 대응하도록 배치되어 서로 반대 방향으로 회전하면서 입구를 통해 투입되는 토탄(초탄, 이탄), 석탄 등의 첨가제 덩어리를 파쇄 및 분쇄하는 통상의 분쇄기를 채용할 수 있다.

저장고(6)는 반응조(4)에서 배출되는 혼합물을 임시로 저장하여 필요 시 등에 다시 혼합기(3)로 일정량씩 운반하여 재처리할 수 있다.

로딩 피더(7)는 그 배출구의 개폐시간과 회전속도를 조절하여 저장고(6)에서 혼합기(3)로 연속적으로 공급되는 혼합물의 공급량을 제어하기 위해 저장고(6)의 하부에 인접 설치되어 있다.

스크러버(8)는 탱크(10)에 부압을 걸어 그 내부의 이산화탄소나 수증기 등의 기체를 빨아들여 포집하기 위해 탱크(10)의 배기구(19)(19a)와 덕트 등의 유로로 연결되어 있다.

즉, 스크러버(8)는 반응조(4) 내에서 탈수 슬러지와 첨가제의 반응에 의해 발생하는 휘발성 유기화합물 등과 같은 유해가스나 먼지, 액적을 흡수하여 용해, 중화 및 제거한다.

여기서 스크러버(8)로는 배출가스 등의 기체를 물, 수용액 등의 액체에 접촉 흡수시켜 기체 중 가용성 성분을 액상 중에 용해하는 방식을 채용하는 것이 바람직하다.

즉, 스크러버(8)는 액적(mist), 가스 상태 및 미세 분진 등의 오염물질이 송풍기를 통하여 충전층(유해가스와 흡수액이 접촉하는 부분)에 의한 액적, 액막, 기포 등에 의해 세정되며, 스프레이 노즐에 의해 공급된 흡수액이 오염물질의 입자에 부착, 입자 상호 간의 응집을 촉진시키며, 이는 다시 데미스터(demister)에 의해 입자를 분리시켜 청정 공기는 배출구를 통하여 배출시키는 방식을 적용할 수 있다.

흡착탑(9)은 스크러버(8)에서 배출되는 가스 및 악취, 먼지를 물리, 화학적 방법으로 흡수 및 흡착하여 제거하기 위해 스크러버(8)와 통하도록 덕트 등의 유로로 연결되어 있다.

여기서 흡착탑(9)은 활성탄과 같은 흡착제를 내장하여 유입가스를 연속적으로 처리할 수 있는 방식을 채용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 유기성 슬러지 고속 건조화 시스템 및 반응조의 주요 작용 및 작동원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 슬러지 저장조(1)에 담긴 탈수 슬러지와 첨가제 저장조(2)에 담긴 첨가제를 혼합기(3)로 운반하여 일정한 비율 혼합하여 혼합물을 만든다. 이때, 슬러지 저장조(1)의 탈수 슬러지는 스크루 컨베이어(1a)와 이송펌프(1b)로 일정량씩 배출할 수 있고, 첨가제 저장조(2)의 첨가제는 컨베이어 등 별도의 이송수단을 이용하여 분쇄기(5)로 운반하고, 분쇄기(5)에서 일정한 입자 크기 이하로 분쇄 및 파쇄하여 혼합기(3)로 운반할 수 있다.

또한, 첨가제 저장조(2)의 첨가제는 컨베이어 등 별도의 이송수단을 이용하여 저장고(6)로 보낸 후, 저장고(6)에서 로딩 피더(7)에 의해 일정량씩 운반할 수 있다.

혼합기(3)에서 일정한 비율로 섞인 혼합물은 이송펌프 등 별도의 이송수단을 이용하여 연속적으로 운반하여 반응조(4) 내에 투입한다.

이후, 반응조(4)에서는 투입된 혼합물을 일정 시간 뒤섞으면서 외기 또는 열풍을 송풍하여 건조한다. 이때, 반응조(4) 내에서 발생하는 이산화탄소나 수증기 등의 기체는 스크러버(8) 및 흡착탑(9)으로 브리드 존(15)을 통하여 부압을 걸어서 훨씬 수월하고 용이하게 배기시킬 수 있다.

아울러 스크루 피더(20)와 로터리 피더(30)가 연동하면서 탱크(10) 하부에 위치하는 혼합물을 반복적으로 뒤집고 상부로 서서히 밀어올리어 순환시키므로 혼합물에 자연스럽게 공극이 생기고, 공기 및 배출가스 등이 한층 더 원활히 움직여 반응 효율을 높일 뿐만 아니라 혼합물이 점착 또는 침적되는 현상을 방지할 수 있다.

이와 더불어 에어 노즐(50)과 로터리 베인(60)의 작동에 의하여 혼합물에 공기가 원활하게 침투됨으로 인해 열전달 효율 및 반응 속도가 높아져 유기성 슬러지의 공극 속에 함유 및 잔존하고 있는 수분을 한층 빠르고 효율적으로 증발 및 제거하여 건조시간을 최소화할 수 있다.

이후, 반응조(4)에서 건조된 혼합물은 컨베이어 등 별도의 이송수단을 이용하여 고형화 처리를 위한 후속 라인으로 운반한다.

이러한 일련의 과정을 통해 유기성 슬러지의 수분함량을 줄이기 위해 건조 및 첨가제를 균일한 혼합상태로 교반하는 데 필요한 지체시간(dwell time)과 에너지 소비량을 대폭 줄일 수 있다.

더구나 생산라인의 콤팩트화로 설비 면적을 최소화하여 저비용화를 도모할 수 있고, 운전시간을 줄여서 처리 비용을 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

게다가 스크루 피더의 케이싱(22)이 혼합물의 배출 시에는 도 9에 도시된 바와 같이 하강하여 폐쇄 상태를 이루므로 배출 시 혼합물이 스크루 피더(20)에 의해 상승하는 것을 방지할 수 있고, 또 스크루 피더의 케이싱(22)이 혼합물의 건조 시에는 도 3에 도시된 바와 같이 상승하여 하부가 열린 상태를 이루므로 혼합물이 스크루 피더(20)에 의해 원활하게 상승할 수 있다.

이 과정에서 스크루 피더의 케이싱(22)이 볼 스크루 유닛(40)에 의해 회전과 동시에 승강 작동이 원활하게 이루어짐으로써 그 승강 시 혼합물과의 마찰력 등 승강 및 회전을 방해하는 부하를 줄일 수 있어 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.

그러므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

1: 슬러지 저장조 1a: 스크루 컨베이어
1b: 이송펌프 2: 첨가제 저장조
3: 혼합기 4: 반응조
5: 분쇄기 6: 저장고
7: 로딩 피더 8: 스크러버
9: 흡착탑 10: 탱크
11: 투입구 12: 배출구
13: 호퍼 15: 브리드 존
16: 통풍구 17: 필터
18: 주입구 19: 배기구
20: 스크루 피더 21: 제1원동기
22: 케이싱 23: 순환구멍
30: 로터리 피더 31: 날개
40: 볼 스크루 유닛 41: 지지프레임
42: 제2원동기 43: 암나사
44: 슬라이더 45: 수나사
46: 가이드 샤프트 47: 유닛 베어링
50: 에어 노즐 51: 송풍기
52: 공기가열기 60: 로터리 베인
70: 로터리 밸브

Claims

탈수 슬러지와 발열량을 높이기 위한 첨가제 혼합물을 일정 시간 교반하면서 외기나 열풍을 송풍하여 건조 처리한 후 배출하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조에 있어서,
상부에 투입구가 형성되고 하부에 배출구가 형성되고 내부에 아래쪽 중심을 향해 폭이 좁아지는 호퍼가 구비되며, 상기 호퍼의 경사면에 적어도 하나 이상 형성된 슬릿형 통풍구와 외기 또는 열풍을 내부로 주입하기 위한 주입구 및 내부의 기체(gas)를 외부로 배출하기 위한 배기구를 포함하는 브리드 존(breathe zone)이 하부에 형성된 탱크;
상기 탱크 내부의 중심에 수직으로 세워진 채로 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의해 회전하여 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 케이싱 상부의 순환구멍으로 밀어보내는 스크루 피더;
상기 호퍼의 하부에서 상기 제1원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제1원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 탱크의 하부에 위치하는 혼합물을 뒤집으면서 상기 스크루 피더의 하부로 밀어 보내거나 상기 탱크의 배출구로 밀어 보내는 로터리 피더;
상기 탱크의 상단에 고정된 지지프레임에 의해 상기 스크루 피더의 상측에서 제2원동기의 전동축에 연결 설치되고, 상기 제2원동기의 구동에 의한 회전 방향에 따라 상기 스크루 피더의 케이싱을 승강시키는 볼 스크루 유닛; 및
상기 탱크 내부의 중심에서 방사상 및 다층으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되고, 외부로부터 상온의 외기나 열풍을 공급받아 분출하는 에어 노즐;
을 포함하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.
제1항에 있어서,
상기 탱크 내부에 상하 및 교차적으로 다수 개가 일정한 간격을 두고 배치되고, 혼합물에 공기의 침투가 원활하도록 공극을 만들어 주는 로터리 베인을 더 포함하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.
제1항에 있어서,
상기 탱크의 배출구를 개폐하여 혼합물을 일정량씩 배출하는 로터리 밸브를 더 포함하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.
제1항에 있어서,
상기 탱크의 통풍구에 필터가 장착되며, 상기 주입구는 송풍기 및 공기가열기에 의해 공급되는 외기 또는 열풍을 상기 브리드 존을 통해 상기 탱크의 내부로 주입하기 위해 상기 탱크의 하부 벽(shell)에 형성되고, 상기 배기구는 상기 탱크 내의 기체(gas)를 상기 브리드 존을 통해 외부로 배출하기 위해 상기 탱크의 하부 벽(shell)에 형성된 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.
제1항에 있어서,
상기 탱크 내의 기체를 상기 브리드 존의 배기구를 통하여 빨아들여 포집하는 스크러버; 및
상기 스크러버와 통하도록 연결되어 상기 스크러버에서 배출되는 가스 및 악취를 흡수 및 흡착하여 제거하는 흡착탑;
을 더 포함하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼 스크루 유닛은, 상기 스크루 피더의 케이싱 상단에 고정된 암나사;
상기 암나사의 하측으로 일정한 간격을 두고 상기 스크루 피더의 케이싱 내에 고정된 슬라이더;
상기 지지프레임에 고정되어 상기 암나사가 회전하면서 승강하도록 안내하는 수나사;
상기 슬라이더가 회전하면서 승강하도록 안내하는 가이드 샤프트; 및
상기 지지프레임에 고정되어 상기 가이드 샤프트의 축 방향 상단을 지지하면서 회전 마찰력을 줄여주는 유닛 베어링;
을 포함하는 유기성 슬러지 건조화 시스템의 반응조.