KR101828844B1 - 탄화 연료 제조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄화대상체 저장유닛; 상기 저장유닛으로부터 공급받은 탄화대상체를 건조 및 탄화시키는 탄화처리유닛; 상기 탄화처리유닛으로 열풍을 공급하는 열풍공급유닛; 상기 탄화처리유닛으로부터 공급받은 고온의 배기가스를 냉각시키는 열교환유닛; 상기 탄화처리유닛에서 탄화 처리된 탄화연료를 공급받아 반출하는 연료반출유닛; 상기 열교환유닛에서 냉각 처리된 배기가스에 포함된 분진을 제거하는 사이클론; 상기 사이클론을 거친 배기가스를 필터링 하는 여과집진유닛; 상기 여과집진유닛을 거친 배기가스에 세정수를 분사하여 집진하는 습식집진유닛; 및 상기 습식집진유닛을 거친 배기가스를 배기하는 배기유닛;을 포함하여 이루어지도록 구현한 탄화 연료 제조 시스템에 관한 것이다.

Description

탄화 연료 제조 시스템{CARBONIZED FUEL MANUFACTURING SYSTEM}

본 발명은 하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 등의 바이오매스를 고온의 반진공 상태에서 반탄화 또는 탄화 처리할 수 있도록 한 탄화 연료 제조 시스템에 관한 기술이다.

바이오매스(biomass)를 '바이오 석탄(bio-coal)`으로 변환시킬 수 있는 새로운 기술은 석탄과 유기물을 혼소발전(co-firing: 현재사용하고 있는 석탄발전소에 바이오매스 연료 우드펠렛을 일정비율만큼 섞어서 소각, 발전을 하는 것을 말함)하는 데 있어 발생하는 여러 가지 문제점들을 극복할 수 있다.

전력기업들은 향후 10년 동안 중요한 한계에 부딪히게 될 것이다. 현재의 정책은 지속가능한 에너지 공급을 변화시키면서 에너지 공급의 안정성을 보증할 수 있는 과도기적 생각을 안고 있다. 따라서 현재의 에너지 정책은 전력기업으로 하여금 석탄발전소의 지속가능성을 개선하는 데 초점을 맞추고 있다.

혼소발전 바이오매스는 이산화탄소 배출을 감소시키기 위해 폭넓게 사용되고 있는 중요한 도구 중 하나이다. 1990년대 중반 이후, 미분탄을 연소하기 위해 설계된 발전소들은 목재 및 농업용 폐기물 등 유기물을 추가적으로 사용할 수 있다. 하지만, 석탄발전소들은 바이오매스를 처리하기 위해 설계되지는 않았다. 약 5%에서 10% 수준으로 혼소발전 비율에 제한을 두었다. 공급망 및 바이오매스 사전처리 설비 관련 투자를 받은 혼소발전은 전체 석탄발전소의 25%에서 50%의 비중을 차지하고 있다.

우드 펠릿(Wood Pellets) 연료라는 측면에서 가장 이상적인 상황은 바이오매스를 처리하는 것이다. 왜냐하면, 바이오매스의 특성들은 석탄의 특성과 많이 닮아있기 때문이다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 가공된 바이오매스 형태는 우드 펠릿(wood pellets: 톱밥을 압축해 작은 알갱이 형태로 만들어 재생산이 가능한 차세대 연료, 지구온난화를 유발하는 CO2를 발생시키지 않고, 산성비의 주범인 황산화물도 발생시키지 않는 환경친화적 연료)이다. 왜냐하면, 우드 펠릿은 전세계적으로 활용이 가능한 청정연료이기 때문이다. 뿐만 아니라, 우드 펠릿은 관리가 편리하며(유동성이 매우 좋으며, 먼지 배출이 적다), 상대적으로 낮은 운송비용을 가지고 있다. 우드 펠릿은 석탄발전소에서 사용이 가능하다. 그리고 현재 그 성능과 장점이 증명된 기술 중 하나로 간주되고 있다.

그럼에도 불구하고, 우드 펠릿은 그것들만의 단점을 가지고 있다. 우드 펠릿은 에너지감손을 피하기 위해 전용 저장장치를 필요로 한다. 혼소발전용 우드 펠릿은 밀링(milling: 절삭)과 연소가 매우 중요하다. 5% 이상 혼소발전을 하는 경우, 우드 펠릿은 1mm크기의 입자를 만들기 위해 특수한 해머 밀(hammer milled: 해머로 분쇄하는 처리 방식) 처리가 된다. 그에 반해, 석탄 공장들은 평균 50마이크론(micron) 크기의 미분탄을 만들기 위해 석탄을 갈게 된다. 게다가, 혼소발전은 대기의 조건, 연소 작용, 보일러(boiler)에서의 열전이 패턴(pattern), 보일러 효율, 부산물, 그리고 배출량 등에 영향을 미칠 것이다. 이러한 다양한 문제는 우드 펠릿이 석탄과 혼용하여 사용될 수 있는 유용하고 일상적인 연료가 아님을 의미한다.

혼소발전 비율을 추가적으로 증가시키기 위해 전력기업들은 혁신적인 방법을 추구하고 있다. 우드 펠릿보다 혼소발전 능력뿐만 아니라 우수한 조절 편의성을 가진 바이오매스 제품을 만들기 위해 반탄화(torrefaction: 광합성에서 기인하는 바이오매스 원료를 가열, 가압 성형하여 이루어진 새로운 연료) 기술이 고려되고 있다. 사실, 반탄화 기술은 유용하고 상품으로써 사용이 가능한 연료 생산의 꿈을 현실화시켜줄 수 있는 전도유망한 기술 중 하나이다.

반탄화 기술은 매우 중요한 바이오매스 크랙킹(cracking: 가열, 분해) 기술이다. 이는 산소가 없거나 매우 희박한 상태에서 1시간 동안 260~320℃ 온도에서 바이오매스를 가열하는 사전처리 단계이다. 반탄화 처리 이후, 바이오매스는 부서지기 쉬운 상태가 된다. 왜냐하면, 반탄화 기술이 헤미셀룰로오스(hemicellulose)를 분해(붕괴)시키고 딱딱한 섬유구조에 반응하는 리그닌(lignin: 목질소)와 셀룰로오스(celluloses: 섬유소)를 희박하게 만들기 때문이다. 바꾸어 말하며, 바이오매스의 섬유구조가 부분적이지만 분해가 되고 있다는 것이다. 약화된 섬유구조는 바이오매스 분쇄 특성을 개선시키고 있다.

그리고 이는 발전소에 석탄과 함께 바이오매스를 함께 사용할 수 있게 해주었다.

게다가, 바이오매스의 열량을 12-16 MJ/kg에서 20-24 MJ/kg로 증가시켜주고 있다.

왜냐하면, 처리가 된 바이오매스는 휘발성과 습도를 잃어버리기 때문이다. 반탄화 처리가 된 바이오매스의 특성은 혼소발전 비율을 50% 이상 증가시켜줄 수 있다. 그러는 동안 필요한 투자금액을 최소화시켜 유지가 가능하게 한다.

바이오매스 원천이 있는 곳에서 혼소발전이 일어나는 곳까지의 거리에 의존하는 반탄화기술은 경제적 매력을 가지고 있다. 특히 가열, 건조된(반탄화된) 바이오매스를 펠릿화하는 경제적 이점을 가지고 있다. 반탄화 펠릿은 14.5-17.5 GJ/m3의 에너지 밀도(800 kg/m3의 용적밀도)를 가지고 있다. 이는 전통적인 우드 펠릿(8.5-10 GJ/m3)보다 70%에서 80% 정도 높은 수치이다. 펠릿화(작은 공처럼 만듦) 하기 위해, 반탄화 온도는 300℃ 이하를 유지해야만 한다. 이러한 온도는 리그닌을 원상태로 유지하기 위해서도 필요하며, 리그닌은 펠릿을 만들기 위해 필요한 자연적인 결착제로써 역할을 한다.

하수 슬러지나 바이오매스 등을 연료로 제조하기 위한 다양한 기술로는,

대한민국특허공개 제10-2012-0027623호 (2012.03.22.공개) 『하수슬러지의 탄화연료 제조장치』가 제시되어 있는바,

하수슬러지의 탄화연료 제조장치로 탈수된 슬러지를 초음파 처리조와 반입호퍼, 탈수슬러지 컨베이, 정량공급장치, 건조기, 로타리킬린이 있는 탄화장치를 거치는 하수슬러지의 탄화연료 제조장치로써, 소규모 장비 설치가 가능하며 소각, 용융시스템보다 설치비가 적게 들어 각 슬러지가 발생하는 각 업체가 자체적으로 설치하고 운영할 수 있는 장점을 갖는 기술이다.

다른 기술로는, 대한민국특허등록 제10-1227687호 (2013.01.23.등록) 『하수슬러지 및 ＥＰＲ 폐기물의 탄화 생성물의 재활용 시스템』이 제시되어 있는바,

슬러지 탄화기는 오일저장탱크로부터의 오일의 공급과 점화로의 작동으로 열원을 공급받음과 아울러 사이클론과 충돌식탈습탑을 거쳐 배기되는 가스의 열원을 공급받으며, 슬러지 탄화기의 탄화 처리 후 배기되는 가스는 가스버너탱크에 저장되어 보일러로 보내어져 연소열로 사용하도록 구성됨으로써, 하수 슬러지 및 생활 EPR 폐기물들을 탄화 처리하여 발생되는 열과 가스 및 오일을 수집하여 이를 폐기물 처리시설에서 재활용하여, 폐기물 처리 시 사용되는 연료가 외부의 도움이 거의 없이 운영될 수 있는 효율적인 운영 시스템에 관한 기술이다.

또 다른 기술로는, 대한민국특허등록 제10-1200478호 (2012.11.06.등록) 『건슬러지 탄화처리장치』가 제시되어 있는바,

건조된 슬러지를 저장하는 건조슬러지 저장조와, 건조슬러지 저장조로부터 슬러지를 공급받는 투입호퍼와, 투입호퍼로부터 슬러지를 공급 받으며 하부에 2 개의 로터리밸브를 장착하는 공급호퍼와, 공급호퍼로부터 건조슬러지를 공급받아 슬러지를 섭씨 300도 내지 500도 온도 조건에서 탄화 처리하여 탄화 처리 후 슬러지 함수율이 5-8% 되게 하는 탄화기와, 탄화기에서 탄화 처리된 탄화물을 이송하는 배출컨베이어와, 배출컨베이어로부터 이송되는 탄화물을 이송시킴과 아울러 냉각시키는 냉각컨베이어와, 냉각컨베이어로부터 공급 받은 탄화물에서 금속을 제거하기 위해 설치하는 자력선별기와, 자력선별기에서 선별된 금속물을 수집하는 스크래퍼와, 상기한 자력선별기를 거친 탄화물을 저장하는 탄화물저장조와, 탄화물저장조에서 생성되는 가스의 폭발을 방지하기 위하여 연결 설치하여 질소를 공급하는 질소공급장치와, 상기한 탄화물저장조 상부에 연결 설치되어 분진을 제거하는 백필터를 포함하는 건슬러지 탄화처리장치로써, 수직 다단 형태의 스크루 이송 방식으로 탄화기에서 탄화물 처리함으로 인해 그 슬러지의 이송이 원활하고 막힘이 없으면 제어가 정확하고, 처리 효율이 우수한 기술이다.

문헌 1. 대한민국특허공개 제10-2012-0027623호 (2012.03.22.공개) 문헌 2. 대한민국특허등록 제10-1227687호 (2013.01.23.등록) 문헌 3. 대한민국특허등록 제10-1200478호 (2012.11.06.등록)

본 발명은 하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 등의 바이오매스를 고온의 반진공 상태에서 반탄화 또는 탄화 처리하여 화력 발전소 등의 연료로 사용할 수 있도록 한 탄화 연료 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가 본 발명은 미세먼지 저감 효과를 기대할 수 있고, 화력발전소 대체 연료 공급이 가능하며, 세계시장 진출로 인한 국내의 환경 에너지 기술의 위상을 높일 수 있고, 이를 통한 외화 획득을 이룰 수 있는 탄화 연료 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러 바이오매스 중 폐목재나 재선충 소나무 등의 지자체의 문제를 탄화 연료로 바꾸어 지자체 폐목재, 폐기물에 의한 환경 부담을 줄이는 동시에 신재생에너지를 생산하여 탄소배출권을 저감시키고, 발전을 통한 전력생산을 이루어 기존 화석 연료에서 발생하는 이산화탄소 등의 발생량을 급격히 줄여 지구 온난화 방지에 이바지 할 수 있는 있으며, 바이오매스 연료 처리를 깨끗하고 안정적으로 처리함으로써 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 대안이 되어 국민의 생활에 가장 미칠 수 있는 미세먼지 공기질 등의 장애요인을 제거하는 환경 친화적 폐목재 등의 처리방법을 제공하고, 화력발전소는 본 설비 등을 위한 환경 개선하는 설치지원사업 등의 사업을 통하여 국민의 친화공간으로 나아갈 수 있는 방안을 제시할 수 있는 탄화 연료 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 탄화 연료 제조 시스템은,

탄화대상체 저장유닛;

상기 저장유닛으로부터 공급받은 탄화대상체를 건조 및 탄화시키는 탄화처리유닛;

상기 탄화처리유닛으로 열풍을 공급하는 열풍공급유닛;

상기 탄화처리유닛으로부터 공급받은 고온의 배기가스를 냉각시키는 열교환유닛;

상기 탄화처리유닛에서 탄화 처리된 탄화연료를 공급받아 반출하는 연료반출유닛;

상기 열교환유닛에서 냉각 처리된 배기가스에 포함된 분진을 제거하는 사이클론;

상기 사이클론을 거친 배기가스를 필터링 하는 여과집진유닛;

상기 여과집진유닛을 거친 배기가스에 세정수를 분사하여 집진하는 습식집진유닛; 및

상기 습식집진유닛을 거친 배기가스를 배기하는 배기유닛;

을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 탄화 연료 제조 시스템은,

하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 등의 바이오매스를 고온의 반진공 상태에서 반탄화 또는 탄화 처리하여 화력 발전소 등의 연료로 사용할 수 있도록 한 가장 큰 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 탄화 연료 제조 시스템을 나타낸 전반적인 개략 구성도,
도 4는 탄화처리유닛을 나타낸 측면 구성도,
도 5는 진공형성수단을 나타낸 단면 구성도,
도 6은 연료반출유닛을 나타낸 정면 구성도.

이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

우선, 본 발명에서 언급하게 되는 '탄화대상체'는 하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 등의 바이오매스를 포함하고, 본 발명에서의 탄화대상체는 하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 중 선택된 1종으로 이루어진다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄화 연료 제조 시스템은,

크게 저장유닛(10), 탄화처리유닛(20), 열풍공급유닛(30), 열교환유닛(40), 연료반출유닛(50), 사이클론(60), 여과집진유닛(70), 습식집진유닛(80), 배기유닛(90)으로 이루어진다.

각 구성에 대해 살펴보면,

저장유닛(10)은

도 1에 도시된 바와 같이,

탄화대상체가 저장되는 것으로,

지면에서 소정 깊이로 파놓은 공간 바닥과 내벽을 콘크리트 층으로 구성하여 이루어진다.

이때 상기 저장유닛(10)의 저장 공간은 대략 100톤의 탄화대상체가 저장될 수 있는 정도의 크기를 가지며, 이러한 저장 공간이 서로 독립적으로 여러 개가 형성될 수 있다.

그리고 운반차량에 의해 운반된 탄화대상체는 운반차량의 하역에 의해 상기 저장유닛(10)에 저장된다.

한편, 상기 저장유닛(10)과 상기 탄화처리유닛(20) 사이의 이송 라인 상에 배치되는 생석회 혼합조(10A)가 더 구비될 수 있는데,

탄화대상체가 하수 슬러지일 경우 하수 슬러지에 포함된 암모니아 등을 제거하기 위하여, 상기 생석회 혼합조(10A)는 상기 열교환유닛(40)에서 열교환 시 발생되는 응축수를 공급받아 생석회와 탄화대상체를 적정 비율로 혼합하게 되며, 이때 생석회는 응집제로서 응축수와 반응하여 소석회(slaked lime)를 생성하며 높은 pH에서 석회 응집, 응결, 침전을 통해 암모니아 등을 제거하게 된다.

탄화처리유닛(20)은

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이,

상기 저장유닛(10)으로부터 공급받은 탄화대상체를 건조 및 탄화시키기 위한 것으로,

탄화대상체 반입구(211)에서 반출구(212) 측으로 내부 공간이 기울어진 구조를 갖는 탄화처리탱크(21),

상기 탄화처리탱크(21) 외주면에 일정 간격을 두고 결합되는 환형(環形)의 종동기어(22),

상기 종동기어(22)와 상호 맞물리는 구동기어(231)를 갖는 구동모터(23),

상기 구동모터(23)에 의해 상기 탄화처리탱크(21) 회전 시 상기 탄화처리탱크(21)를 지지하게 되는 서포트(24),

상기 탄화처리탱크(21)의 내부 공간을 반입구(211) 측의 공간(S1)과 반출구(212) 측의 공간(S2)으로 각각 분리시키는 구획판(25), 그리고

상기 탄화처리탱크(21)의 반출구(212) 측으로 삽입되어 상기 구획판(25)에 의해 분리된 반출구(212) 측의 공간(S2)에 배치되고 내부 공기 및 배기가스를 흡입하여 반출구(212) 측의 공간(S2)을 반진공 상태로 만드는 진공형성수단(26)

을 포함하여 이루어진다.

여기서 도 4에서와 같이, 상기 탄화처리탱크(21)는 속이 비어 있고 원통형이며 일측 반입구(211)에서 타측 반출구(212) 측으로 내부 공간이 기울어진 구조를 갖는다.

아울러 상기 탄화처리탱크(21)는 이의 반출구(212) 측 상부에 상기 열풍공급유닛(30)으로부터의 열풍이 공급되어지는 열풍 공급구(27)가 형성된다.

결국 상기 열풍 공급구(27)에서 공급된 열풍이 상기 반출구(212) 측의 공간(S2)에서 상기 반입구(211) 측 공간(S1)으로 이동하게 됨으로써, 상기 반출구(212) 측 공간(S2)의 열풍이 상기 반입구(211) 측 공간(S1)의 열풍보다 더 고온이고, 이 고온의 열풍이 상기 진공형성수단(26)에 의한 반출구(212) 측 공간(S2)에서 탄화대상체를 반탄화 또는 탄화 처리하게 된다.

따라서 탄화대상체는 상기 반출구(212) 측 공간(S2)의 200~300℃ 온도에서 상기 진공형성수단(26)에 의해 산소가 거의 없는 반진공 상태로 10~60분간 가열(열풍 처리)되어 반탄화 또는 탄화 처리되며, 이렇게 생산된 펠릿(Pellet), 즉 탄화연료는 소수성을 가지며, 함수율이 매우 낮아 미생물로 인한 부패나 뒤틀림 등의 외형 변화가 적고, 고정탄소(Fixed Carbon) 성분이 증가하여 장거리 운송비용 절감 및 취급과 저장 등의 취급성이 우수하며, 분쇄성이 향상되며, 높은 에너지 밀도를 가진다.

그리고 도 4에서와 같이, 상기 서포트(24)는 상기 탄화처리탱크(21) 외주면에 일정 간격을 두고 결합되는 환형의 링부재(241)와, 상기 링부재(241)를 지지하면서 상기 구동모터(23)에 의해 상기 탄화처리탱크(21) 회전 시 상기 링부재(241)가 회전하게 되면서 함께 자유 회전하게 되는 둘 이상의 서포트롤러(242)로 이루어진다.

그리고 도 4에서와 같이, 상기 구획판(25)은 상기 탄화처리탱크(21) 내주면을 따라 설치되되, 상기 탄화처리탱크(21) 내에서 이송되는 탄화대상체에 의해 밀려 개방되면서 자중에 의해 항시 닫힘 상태를 유지하려고 하는 플렉시블(Flexible) 재질의 판형 구조로 이루어진다.

그리고 도 4 및 도 5에서와 같이, 상기 진공형성수단(26)은

상기 탄화처리탱크(21)의 반출구(212) 측 외벽에 반입구(211) 측으로 관통 형성되는 인입홀(261)과,

상기 인입홀(261)로 진입하여 반출구(212) 측 공간(S2)의 중앙 영역에 배치되는 속이 빈 원통의 파이프(262)와,

상기 파이프(262)의 길이방향을 따라 상기 파이프(262) 외주면에 내외로 관통 형성되는 다수의 흡입홀(263)과,

상기 파이프(262) 단부(端部)에 결합되어 상기 인입홀(261)을 지나 외부로 노출되는 필터부재(264)와,

상기 필터부재(264)에 연결되는 진공펌프(265)

로 이루어진다.

이때 도 5에서와 같이, 상기 각 흡입홀(263) 주변 영역에서 상기 반입구(211) 측 영역에 세워지는 가드(266)가 형성되어 있어, 상기 진공펌프(265)에 의해 상기 반출구(212) 측 공간(S2)의 내부 공기 및 배기가스 흡입 시 상기 탄화처리탱크(21)의 반입구(211)에서 반출구(212) 측으로 서서히 이동하게 되는 탄화대상체가 상기 가드(266)에 걸리도록 됨으로써, 탄화대상체가 상기 각 흡입홀(263) 내로 흡입되는 것을 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.

아울러 상기 가드(266)는 상기 파이프(262)에서 상기 각 흡입홀(263) 형성을 위해 흡입홀(263) 형상에 맞게 일부를 절개한 후 90도로 절곡시켜 세움으로써, 상기 파이프(262)에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 필터부재(264)는 집진이 용이하면서 청소가 용이한 메시(Mesh) 타입의 원통형 필터 구조로 이루어진다.

따라서 상기 진공형성수단(26)에 의해 상기 탄화처리탱크(21)의 반출구(212) 측 공간(S2)이 반진공 상태가 됨으로써, 탄화대상체에 대한 탄화 효율이 극대화되어 양질의 탄화연료 생산이 가능하다.

한편, 상기 탄화처리유닛(20)에서 발생되는 고온의 배기가스, 즉 바이오가스를 이용하여 상기 열풍공급유닛(30)에 열원으로 공급하게 됨으로써, 에너지 절감 및 에너지 효율성을 기대할 수 있다.

결국 상기 열풍공급유닛(30)의 연소로(32) 내로 바이오가스를 공급하여 연소로(32) 내에서 폐기물 고형 연료와 함께 연소됨에 따라 바이오가스의 재활용 및 폐기물 고형 연료 사용 비율을 절감할 수 있게 된다.

열풍공급유닛(30)은

도 1에 도시된 바와 같이,

상기 탄화처리유닛(20)으로 열풍을 공급하기 위한 것으로,

폐기물 고형 연료 투입 호퍼(31),

상기 투입 호퍼(31)와 연결되는 연소로(32),

상기 연소로(32)로 에어를 공급하게 되는 에어공급 팬(33),

상기 투입 호퍼(31)의 폐기물 고형 연료를 상기 연소로(32)로 이송 공급하기 위한 연료투입용 블로어(34),

상기 연소로(32) 내의 폐기물 고형 연료를 점화시키는 점화버너(35), 그리고

상기 연소로(32) 내에 압축 공기를 제공하는 공기압축기(36)

를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 폐기물 고형 연료(SRF : Solid Refuse Fuel)는 플라스틱 폐기물 등 가연성 쓰레기만을 선별, 파쇄 및 건조하여 석탄 등 화석연료를 대체하여 연료로 사용할 수 있도록 만든 것을 의미한다.

상기 공기압축기(36)에 의해 제공된 압축 공기와 상기 에어공급 팬(33)에서 공급되는 외기가 폐기물 고형 연료와 함께 점화됨에 따라 연소 시 대략 1200℃ 이상의 고온을 발생시키게 된다.

여기서 상기 열풍공급유닛(30)은 상기 연소로(32)와 연결되는 보조버너가 더 구비될 수 있고, 상기 탄화처리유닛(20) 내의 탄화 과정에서 발생하는 가스 및 수분을 상기 점화버너(35)나 보조버너에 보조 연료로써 연소시켜 반탄화 과정의 보조열원으로 활용할 수 있고, 이를 통해 탄화 처리 필요한 투입 에너지를 대략 30% 정도 절감할 수 있다.

열교환유닛(40)은

도 1에 도시된 바와 같이,

상기 탄화처리유닛(20)으로부터 공급받은 고온의 배기가스를 냉각시키기 위한 것으로,

상기 탄화처리유닛(20)과 연결되는 열교환 본체(41), 그리고

상기 열교환 본체(41) 내로 냉각 에어를 공급하게 되는 열교환 팬(42)

을 포함하여 이루어진다.

결국 상기 열교환 본체(41) 내로 유입된 고온의 배기가스와 상기 열교환 팬(42)에서 공급되어진 냉각 에어가 서로 열교환 됨에 따라 고온의 배기가스를 저온 처리하게 되고, 이때 발생되는 응축수는 외부로 배출시키거나 전술한 바와 같이 생석회 혼합조(10A) 내로 공급되어진다.

연료반출유닛(50)은

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이,

상기 탄화처리유닛(20)에서 탄화 처리된 탄화연료를 공급받아 반출하기 위한 것으로,

상기 탄화처리유닛(20)의 반출구(212)로 반출된 탄화연료가 적재되는 건조로(51),

상기 건조로(51) 바닥에 설치되어 건조로(51) 상부 측 탄화연료로 에어를 공급하게 되는 에어공급부(52), 그리고

상기 건조로(51) 상부 측에 설치되어 건조로(51)를 따라 진퇴(進退) 동작하여 탄화연료를 교반하게 되는 교반건조기(53)

를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 교반건조기(53)는 상기 건조로(51) 양측에 세워지는 양 벽체를 상호 연결하는 형태로 배치되며 양 벽체 상부 측을 따라 전후로 슬라이딩 되게 설치되는 슬라이더와, 이 슬라이더 하부 측에 장착되고 일렬로 연결되는 다수의 롤러들로 이루어진다.

결국 슬라이더에 의해 진퇴 동작을 하는 각 롤러들에 의해 상기 건조로(51)에 적재된 탄화연료가 교반되면서 상기 에어공급부(52)에서 공급되는 에어에 의해 건조 처리된다. 건조 처리 이후에는 별도의 적재 장치를 이용해 운반 차량이나 적재함 등에 이동 적재하여 반출한다.

사이클론(60)은

도 2에 도시된 바와 같이,

상기 열교환유닛(40)에서 냉각 처리된 배기가스에 포함된 분진을 제거하기 위한 것으로,

원심력(遠心力)을 이용하여 직접적으로 분진을 제거하는 장치인 원심력 집진기(Cyclone) 구조로 이루어져,

유입된 기체는 원추형 원통 내부를 나선형으로 회전하면서 기체에 함유된 분진입자는 원심력에 의해 원통내부 벽면 또는 원추형 원통 내벽에서 기체와 분리되어 벽면을 타고 아래방향으로 흘러내려 분진 저장조 등에 저장되고, 원추형 원통 중앙부분은 음압(negative pressure)으로 유지되기 때문에 분진입자와 분리된 기체는 장치의 상부로 상승하여 배출된다.

여과집진유닛(70)은

도 2에 도시된 바와 같이,

상기 사이클론(60)을 거쳐 1차 필터링 된 배기가스를 2차로 필터링 하기 위한 것으로,

유리섬유, 면섬유 등과 같은 두꺼운 층의 여과재를 자루 모양이나 평판형으로 만든 여과포(濾過布), 즉 백필터(bag filter)의 섬유층 속에 먼지를 모으는 집진기 구조로 이루어진다.

습식집진유닛(80)은

도 3에 도시된 바와 같이,

상기 여과집진유닛(70)을 거쳐 2차 필터링 된 배기가스에 세정수를 분사하여 집진함으로써, 3차로 필터링 하기 위한 것으로,

상기 여과집진유닛(80)과 연결되는 습식집진 본체(81),

상기 습식집진 본체(81) 내부에 설치되는 세정수 분사노즐(82), 그리고

외부 또는 세정수 저장탱크로부터 공급되어진 세정수를 상기 분사노즐(82) 측으로 공급하게 되고, 상기 분사노즐(82)을 통해 분사된 세정수를 회수하게 되는 순환펌프(83)

를 포함하여 이루어진다.

결국 상기 순환펌프(83)에 의해 공급되어지는 세정수는 상기 분사노즐(82)을 통해 분무 상태로 분사되어 배기가스 중에 송압하고, 여기에 분진 입자를 부착하거나 용해시켜 제거하게 된다.

배기유닛(90)은

도 3에 도시된 바와 같이,

상기 습식집진유닛(80)을 거쳐 최종 필터링 된 배기가스를 배기시키기 위한 것으로,

배기 굴뚝(91),

상기 습식집진 본체(81) 상부 측에 형성되는 배기구(92), 그리고

상기 배기 굴뚝(91)과 상기 배기구(92)를 상호 연결하는 배기관(93)

을 포함하여 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 탄화 연료 제조 시스템은 약품공급유닛(100)과 스케일제거유닛(110)을 더 포함하는데,

상기 약품공급유닛(100)은

도 3에 도시된 바와 같이,

상기 습식집진유닛(80)에서 분사되는 세정수에 약품이 포함되도록 하는 것으로,

약품 저장조(101), 그리고

상기 약품 저장조(101)에 저장된 약품을 상기 습식집진 본체(81)로 공급하게 되는 공급관(102) 및 공급펌프(103)

를 포함하여 이루어진다.

결국 배기가스의 종류에 따라 이에 맞는 처리 약품을 선택하여 상기 저장조(101)에 저장한 후 상기 공급관(102) 및 공급펌프(103)를 통해 상기 습식집진 본체(81)로 공급하게 된다.

상기 스케일제거유닛(110)은

도 3에 도시된 바와 같이,

상기 열풍공급유닛(30) 내에 고착된 스케일을 제거하기 위한 것으로,

스케일 제거용 요소수가 저장되는 요소수 탱크(111), 그리고

상기 요소수 탱크(111)에 저장된 요소수를 상기 연소로(32) 내로 공급하게 되는 이송관(112) 및 이송펌프(113)

를 포함하여 이루어진다.

결국 상기 열풍공급유닛(30)의 연소로(32) 내에 고형화 되어 고착된 스케일이 상기 이송관(112) 및 이송펌프(113)에 의해 이송되어진 요소수에 의해 화학 반응이 일어나면서 분해 제거된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "탄화 연료 제조 시스템"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 저장유닛
10A : 생석회 혼합조
20 : 탄화처리유닛
21 : 탄화처리탱크
211 : 반입구 212 : 반출구
S1, S2 : 공간
22 : 종동기어
23 : 구동모터
231 : 구동기어
24 : 서포트
241 : 링부재 242 : 서포트롤러
25 : 구획판
26 : 진공형성수단
261 : 인입홀 262 : 파이프
263 : 흡입홀 264 : 필터부재
265 : 진공펌프 266 : 가드
27 : 열풍 공급구
30 : 열풍공급유닛
31 : 투입 호퍼 32 : 연소로
33 : 에어공급 팬 34 : 블로어
35 : 점화버너 36 : 공기압축기
40 : 열교환유닛
41 : 열교환 본체 42 : 열교환 팬
50 : 연료반출유닛
51 : 건조로 52 : 에어공급부
53 : 교반건조기
60 : 사이클론
70 : 여과집진유닛
80 : 습식집진유닛
81 : 습식집진 본체 82 : 분사노즐
83 : 순환펌프
90 : 배기유닛
91 : 배기 굴뚝 92 : 배기구
93 : 배기관
100 : 약품공급유닛
101 : 약품 저장조 102 : 공급관
103 : 공급펌프
110 : 스케일제거유닛
111 : 요소수 탱크 112 : 이송관
113 : 이송펌프

Claims (6)

1. 탄화대상체 저장유닛(10);
   상기 저장유닛(10)으로부터 공급받은 탄화대상체를 건조 및 탄화시키는 탄화처리유닛(20);
   상기 탄화처리유닛(20)으로 열풍을 공급하는 열풍공급유닛(30);
   상기 탄화처리유닛(20)으로부터 공급받은 고온의 배기가스를 냉각시키는 열교환유닛(40);
   상기 탄화처리유닛(20)에서 탄화 처리된 탄화연료를 공급받아 반출하는 연료반출유닛(50);
   상기 열교환유닛(40)에서 냉각 처리된 배기가스에 포함된 분진을 제거하는 사이클론(60);
   상기 사이클론(60)을 거친 배기가스를 필터링 하는 여과집진유닛(70);
   상기 여과집진유닛(70)을 거친 배기가스에 세정수를 분사하여 집진하는 습식집진유닛(80); 및
   상기 습식집진유닛(80)을 거친 배기가스를 배기하는 배기유닛(90);
   을 포함하여 이루어지되,
   
   상기 연료반출유닛(50)에는 탄화연료가 적재되는 건조로(51)와, 상기 건조로(51) 바닥에 설치되어 건조로(51) 상부 측 탄화연료로 에어를 공급하게 되는 에어공급부(52)와, 상기 건조로(51) 상부 측에 설치되어 건조로(51)를 따라 진퇴(進退) 동작하여 탄화연료를 교반하게 되는 교반건조기(53)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화 연료 제조 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 습식집진유닛(80)에서 분사되는 세정수에 약품이 포함되도록 하는 약품공급유닛(100)과,
   상기 열풍공급유닛(30) 내에 고착된 스케일을 제거하기 위한 스케일제거유닛(110)
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 연료 제조 시스템.
   
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 탄화처리유닛(20)은 탄화대상체 반입구(211)에서 반출구(212) 측으로 내부 공간이 기울어진 구조를 갖는 탄화처리탱크(21)와, 상기 탄화처리탱크(21) 외주면에 일정 간격을 두고 결합되는 환형(環形)의 종동기어(22)와, 상기 종동기어(22)와 상호 맞물리는 구동기어(231)를 갖는 구동모터(23)와, 상기 구동모터(23)에 의해 상기 탄화처리탱크(21) 회전 시 상기 탄화처리탱크(21)를 지지하게 되는 서포트(24)와, 상기 탄화처리탱크(21)의 내부 공간을 반입구(211) 측의 공간(S1)과 반출구(212) 측의 공간(S2)으로 각각 분리시키는 구획판(25)과, 상기 탄화처리탱크(21)의 반출구(212) 측으로 삽입되어 상기 구획판(25)에 의해 분리된 반출구(212) 측의 공간(S2)에 배치되고 내부 공기 및 배기가스를 흡입하여 반출구(212) 측의 공간(S2)을 반진공 상태로 만드는 진공형성수단(26)으로 이루어지고,
   상기 탄화처리탱크(21)의 반출구(212) 측에 상기 열풍공급유닛(30)으로부터의 열풍 공급구(27)가 형성되며,
   상기 열풍 공급구(27)에서 공급된 열풍이 상기 반출구(212) 측의 공간(S2)에서 상기 반입구(211) 측 공간(S1)으로 이동하게 됨으로써, 상기 반출구(212) 측 공간(S2)의 열풍이 상기 반입구(211) 측 공간(S1)의 열풍보다 더 고온이고, 이 고온의 열풍이 상기 진공형성수단(26)에 의한 반출구(212) 측 공간(S2)에서 탄화대상체를 반탄화 또는 탄화 처리하게 되는 것을 특징으로 하는 탄화 연료 제조 시스템.
   
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   탄화대상체는 하수슬러지, 우드펠릿, 우드칩, 폐목재, 야자 열매 껍질(PKS : Palm Kernel Shell) 중 선택된 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄화 연료 제조 시스템.
   
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 탄화처리유닛(20)에서 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 열풍공급유닛(30)에 열원으로 공급하게 되는 것을 특징으로 하는 탄화 연료 제조 시스템.

Images