KR101916958B1 - 슬러지용 열분해 탄화장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열분해 반탄화장치에 관한 것으로서, 특히, 전방에 가스배출관이 형성되고 후방에 가스유입관이 형성되어 내부로 고온가스를 유동시키고 외면에는 캐스타블이 형성된 가열로와, 상기 가스유입관에 설치되어 연소가스를 공급하는 버너와, 상기 가열로에 축설되어 상기 가열로로부터 열을 전달받고 양단은 외부로 표출되며 회전롤에 의해 회전이 이루어지는 드럼과, 상기 드럼의 전단에 설치되어 슬러지를 연속 공급하며 상기 드럼 내측으로 불활성 가스(N2) 또는 배기가스를 주입하는 스크류피더와, 상기 드럼의 후단에 설치되어 열분해반응으로 생산된 열분해가스와 부산물인 촤를 분리하는 포집조를 포함하되, 상기 가열로에 설치되어 냉각되는 공기량을 제어하는 냉각 공기 제어부와, 상기 가열로에 설치되어 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하며, 상기 포집조와 상기 가스유입관에는 연결관이 설치되며, 상기 연결관은 슬러지 건조 후 배기가스를 상기 가스유입관으로 투입하여 소각처리하는 것을 특징으로 하는 열분해 반탄화장치에 관한 것이다.

Description

슬러지용 열분해 탄화장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PYROLYSIS CARBONIZING OF SLUDGE}
본 발명은 슬러지용 열분해 반탄화장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 드럼이 축설된 가열로를 통해 연속으로 슬러지를 열분해하여 반탄화시키되 가열로로 공급되는 고온 열과 드럼의 열전달율을 증가시키기 위해 드럼 외측 주면에 나선배플을 형성하여 고온의 배기가스가 드럼을 선회하면서 진행되도록 하고, 가열로에서 버너와 연결되는 부분에는 직경을 확장한 공간인 챔버부를 형성하여 버너의 배기가스가 확산되어 진행하게 함으로써 드럼의 일부만 고온으로 가열되는 것을 방지할 수 있는 열전달율을 향상시켜 슬러지 반탄화에 소모되는 에너지량을 감소시킬 수 있는 슬러지용 열분해 반탄화장치 및 방법에 관한 것이다.
운영되고 있는 SRF 제조시설은 기존의 RDF 영역인 생활계폐기물의 연료화, 기존의 RPF 영역인 사업장계폐기물의 연료화 및 우드칩, 우드펠렛 등의 Bio-SRF제조시설로 구분할 수 있으며, 각기 사업장에서는 SRF 연료 품질을 만족시키기 위하여 음식물 등의 유기물과 토사, 세라믹류 등의 무기물, 철류, 비철류 등의 금속물을 선별하는 공정을 두고 있음. 이들 선별공정에서는 각기 공정의 특성에 기인하여 가연물이 불연물과 함께 배출되고 있으며, 이에 따라 SRF 생산 수율의 저하 및 매립량 증대가 야기된다.
국내 생활계 폐기물로부터 SRF를 제조하는 시설의 경우 폐기물 투입량 대비 많게는 40% 이상까지의 매립량을 보이고 있으며, 매립되는 폐기물중 25% 이상의 가연분을 함유하는 물량은 투입량 대비 16%에 달하는 경우도 있다. 유럽은 1990년대 이후 저함수율 고품위 SRF 생산을 위한 필수 공정인 건조에 Bio-drying을 도입하여 에너지효율 증대를 꾀하고 있으며, 독일, 이탈리아, 영국 등 많은 곳에서 사용화를 진행하였으나, 장시간의 체류시간을 필요로 하거나, 필요 부지면적의 대형화, 악취 등의 문제가 공존하고 있으며, 이에 따라 국내에 운영 및 설치예정 중인 약 18곳의 생활폐기물 고형연료화 시설 중 한 곳만이 Bio-drying 공법이 적용되어 운전중이며, 이 또한 열풍식에 비해 온도가 낮아 폐기물의 건조가 잘 이루어지지 않고 타 시설에 비해 높은 함수율을 보이는 것으로 나타났다.
반면, 수분이 90% 이상 포함된 슬러지는 반탄화공정을 통해 에너지화가 이루어진다.
*반탄화공정이란, 공기나 산소의 흐름을 차단하고 유기물질을 가열할 때 탄소를 많이 함유하는 검은색 물질로 변화하는 과정을 의미한다. 즉, 반탄화공정은 탄소질 원료를 약 500 이하로 가열하면 탈수 또는 탈산 현상 등의 분해작용으로 산소결합이 끊어지면서 열분해가 이루어지고 부산물로 촤(char)가 발생한다.
이러한 슬러지의 열분해 과정에서 생성된 부산물인 촤(char)는 회분이 섞여 있는 탄소 성분으로 이루어져 있어 난방용 연료로 직접 사용되거나 후처리공정을 통해 활성탄으로 제조하여 사용하기도 한다. 하지만, 촤(char)는 고온 분위기에서 공기 중에 노출되면 연소 반응이 발생하게 되는데, 이는 촤(char)의 생산량이 30% 정도 감소한다는 문제점이 있었다.
그리하여 반탄화공정에서 가연성 가스와 촤(char)의 생산량을 증가시키기 위해 산소와의 과다한 노출을 방지하면서 촤(char)가 직접 열을 전달받아 연소되는 것을 방지할 수 있도록 간접가열방식이 적용되어야 하며, 연속으로 반탄화공정을 수행하기 위해서는 회전식 드럼을 사용하여야 한다.
그러나 이러한 간접가열방식은 드럼을 통해 내부 반탄화물로 열을 전달함으로써 열전달과정에서 열 손실이 발생할 수 있어 내부 반탄화물질을 건조 및 반탄화시키는데 과다한 에너지가 소요되는 문제점이 발생하고, 열발생수단을 인접하게 배치하면 고열이 드럼의 일부분에만 과다하게 전달되어 열이 유입되는 부분 이외의 드럼 면에는 상대적으로 낮은 열이 전달되는 문제점이 있어 열발생수단에서 드럼 내부로 열을 고르게 전달할 수 있는 구조가 필요하다.
대한민국 등록 특허 제10-1572044호에는 저급탄을 축방향으로 이동시키면서 반탄화시켜 열분해가스와 촤를 수취하는 열분해 반탄화장치에 있어서, 전방에 가스배출구가 형성되고 후방에 가스유입구가 형성되어 내부로 고온가스를 유동시키고 외면에는 캐스타블이 형성된 가열로와; 상기 가열로에 축설되어 가열로로부터 열을 전달받고 양단은 외부로 표출되며 회전롤에 의해 회전이 이루어지는 통체로, 외측주면에 나선배플이 형성되어 가스유입구로 유입된 고온의 연소가스가 나선배플을 따라 회전드럼 외면을 선회하면서 가스배출구로 배출되도록 하는 회전드럼과; 상기 회전드럼의 전단에 연통설치되어 저급탄을 연속공급하는 스크류피더와; 상기 회전드럼의 후단에 연통설치되어 열분해반응으로 생산된 열분해가스와 부산물인 촤를 분리하는 포집조와; 상기 가열로의 가스유입구와 가스유입관으로 연통되어 생성된 연소가스를 공급하는 가스버너;를 포함하여 구성되되, 상기 회전드럼은, 가열로를 삽통하는 드럼본체와; 상기 드럼본체의 후단에 형성되어 직경이 축소된 드럼배출부와; 상기 드럼본체의 전단을 폐구하여 스크류피터가 연통되도록 하는 전단판과; 상기 드럼배출부의 내면에서 드럼배출부와 인접한 드럼본체 후방까지 연결되도록 방사상으로 다수 형성된 띠형태로, 회전드럼의 회전방향으로 굴곡되어 회전에 의해 드럼본체의 저급탄을 드럼배출부로 이동시키는 나선스크레퍼;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열분해 반탄화장치가 개시되어 있다. 그러나 상기 기술은 수분이 함량이 5%이상 포함된 저급탄의 반탄화공정에 적용하기 위한 반탄화설비로써 본 함수율 80%이상의 고함수 슬러지를 처리하기 위하여 안출된 본 발명의 기술구성과는 차별성이 있다.
대한민국 등록 특허 제10-0646163호에 기재된 반탄화장치는, 반탄화로와, 상기 반탄화로의 폐기물투입구와 연결된 폐기물투입장치와, 상기 반탄화로의 열유입구와 연결된 열공급장치와, 상기 반탄화로의 배기구와 연결된 배기장치와, 상기 반탄화로의 반탄화물배출구와 연결된 반탄화물배출장치를 포함하는 반탄화장치에 있어서, 상기 반탄화로는 외주부의 일단과 폐기물투입구의 타단에는 처리물이동구가 형성되고, 내주부의 내면 및 외주부의 표면에 다수의 내부 및 외부 이송블레이드가 부착되며, 상기 내부 및 외부 이송블레이드가 자체 회전 시 처리물의 이송방향이 반대가 되도록 형성된 드럼과, 상기 드럼 전체를 일정한 간격으로 둘러싸고 외주부 일단에 반탄화가스배출구 및 반탄화물배출구가 형성된 열전달드럼과, 상기 열전달드럼의 외주부를 일정한 간격으로 둘러싸고 외주부 일단에는 열유입구가 타단에는 배기구가 형성된 외부드럼을 포함하며, 상기 열공급장치는 연소실을 구비하고, 상기 연소실은 상기 외부드럼의 열유입구와 연결되어 상기 외부드럼과 상기 열전달드럼 사이의 공간을 통하여 열풍이 전달되고, 상기 반탄화가스배출구와 연결되어 반탄화가스를 재연소하며, 상기 배기장치는 배출가스 연소실을 구비한다.
이러한 대한민국 등록 특허 제10-0646163호의 반탄화장치는, 연소실에서 연소된 고열 가스인 열풍이 외부드럼 내부에서 열전달드럼 외면을 따라 축방향으로 이동하여 외부로 배출되는 구조이고, 배출과정에서 한 번 더 연소하여 유해가스 성분을 완전 연소시켜 대기배출이 이루어지는 구조라서 고온의 배기가스를 그대로 대기로 배출시켜 열손실이 크다는 문제점이 있다. 또한 열전달드럼과 접촉면적이 낮아 열교환율이 저조하여 내부 반탄화물질의 건조 및 반탄화에 큰 에너지가 소모된다는 단점이 있다.
대한민국 등록 특허 제10-0646163호 대한민국 등록 특허 제10-1620337호 대한민국 등록 특허 제10-1082971호 대한민국 등록 특허 제10-1252289호 대한민국 등록 특허 제10-1064343호 대한민국 등록 특허 제10-1572044호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가열로로 공급되는 고열가스와 드럼의 접촉면적을 넓혀 열교환율을 증가시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 열공급과정에서의 손실을 최소화하면서 열교환되고 배출된 배기가스의 일부를 순환시켜 초고온가스가 배출되는 버너 입구에 공급함으로써 가열로로 공급되는 배기가스의 온도를 낮추면서 고온가스량을 증가시켜 드럼의 전면에 고른 열교환을 이뤄지도록 하는 열분해 반탄화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열분해 반탄화장치는, 전방에 가스배출관이 형성되고 후방에 가스유입관이 형성되어 내부로 고온가스를 유동시키고 외면에는 캐스타블이 형성된 가열로와, 상기 가스유입관에 설치되어 연소가스를 공급하는 버너와, 상기 가열로에 축설되어 상기 가열로로부터 열을 전달받고 양단은 외부로 표출되며 회전롤에 의해 회전이 이루어지는 드럼과, 상기 드럼의 전단에 설치되어 슬러지를 연속 공급하며 상기 드럼 내측으로 불활성 가스(N2) 또는 배기가스를 주입하는 스크류피더와, 상기 드럼의 후단에 설치되어 열분해반응으로 생산된 열분해가스와 부산물인 촤를 분리하는 포집조를 포함하되, 상기 가열로에 설치되어 냉각되는 공기량을 제어하는 냉각 공기 제어부와, 상기 가열로에 설치되어 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하며, 상기 포집조와 상기 가스유입관에는 연결관이 설치되며, 상기 연결관은 슬러지 건조 후 배기가스를 상기 가스유입관으로 투입하여 소각처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스배출관과 상기 스크류호퍼 사이에는 열교환기가 더 설치되며, 상기 열교환기에 의해 상기 가스배출관에서 배출된 배기가스로 산화제를 가열하거나 상기 스크류호퍼 내의 슬러지를 예열하는 것을 특징으로 한다.
일단이 상기 가스배출관과 연통 설치되고, 타단이 상기 가스유입관과 연통 설치되어, 상기 배기가스 중 일부를 상기 가스유입관으로 공급하여 이송가스로 사용하도록 하는 순환관이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 가스유입관을 통해 유입되는 상기 버너의 연소가스와 이송가스가 혼합되도록 상기 가열로의 후방 일부의 직경을 확장하여 내부에 챔버부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 드럼의 내면에는 축방향으로 길게 형성된 바스켓라인이 방사상으로 다수 설치되어 회전에 의해 슬러지가 혼합되어 후방으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 드럼은 후방보다 전방이 1°에서 2° 높게 위치한 것을 특징으로 한다.
상기 드럼의 내면에는 나선으로 형성된 바스켓라인이 방사상으로 다수 설치되어 회전에 의해 슬러지가 혼합되어 후방으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 드럼은, 상기 가열로를 삽통하는 드럼본체와, 상기 드럼본체의 후단에 형성되어 직경이 축소된 드럼배출부와, 상기 드럼본체의 전단을 폐구하여 스크류피터가 연통되도록 하는 전단판과, 상기 드럼배출부의 내면에서 상기 드럼배출부와 인접한 상기 드럼본체 후방까지 연결되도록 방사상으로 다수 형성된 띠 형태로, 상기 드럼의 회전방향으로 굴곡되어 회전에 의해 상기 드럼본체의 슬러지를 상기 드럼배출부로 이동시키는 나선스크래퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 열분해 반탄화방법은, 버너의 연소가스를 가열로로 공급하여 드럼의 외면을 따라 이동하면서 드럼을 가열시키는 제1단계와, 스크류피더에 의해 슬러지인 연료를 가열된 드럼의 전단으로 연속공급하는 제2단계와, 드럼의 회전에 의해 연료가 드럼 전방에서 후방으로 이동하면서 열을 전달받아 건조 및 열분해에 의해 반탄화가 이루어지는 제3단계와, 반탄화에 의해 생성된 열분해가스와 부산물인 촤를 포집조로 배출하여 촤는 하부로 포집하고 열분해가스를 상부로 배출하여 포집하는 제4단계를 포함한다.
상기 드럼과 열교환 되어 상기 가열로의 가스배출관으로 배출된 가스를 일부 순환시켜 상기 가스유입관을 통해 재공급해 이송가스로 사용하는 제5단계와, 이송가스와 버너의 연소가스가 혼합된 다음 드럼과 열교환하도록 하는 제6단계를 더 포함한다.
상기 가스유입관의 온도를 측정하여 이송가스의 혼합정도를 조절하여 드럼 내부 온도를 조절하는 제7단계를 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 열분해 반탄화장치 및 방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
드럼 내부에서 건조, 반탄화 및 냉각이 일체형으로 진행될 수 있는 효과가 있다.
가열로로 공급된 고온의 가스가 나선배플에 의해 드럼 외면을 나선으로 선회하면서 배출됨으로 접촉시간과 면적을 증가시켜 열교환효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 가스버너가 직선관으로 가열로와 근접되게 연결되어 이송경로가 꺾이는 과정에서의 열손실을 최소화하였으며, 가열로에서 배출되는 가스의 일부를 연소가스와 혼합하여 공급함으로 근접설치에 의해 과다한 고온가스에 의해 가열로의 가스유입구 인근에 열집중을 방지할 수 있다.
또한, 가열로에서 배출되는 가스의 일부를 이송가스로 사용함으로써 가열로로 공급되는 고온가스의 량을 증가시킬 수 있으며, 연소가스와 이송가스의 혼합정도를 조절하여 가열로로 공급되는 가스 온도조절이 가능하여 가열로를 원하는 온도로 일정하게 유지시켜 생산되는 열분해가스량과 성분비를 최대한 일정하게 유지할 수 있다.
따라서 본 발명의 열분해 반탄화장치는 연속적인 열분해가 이루어지도록 하면서 가열로의 온도설정이 용이하고 가열로와 드럼간의 열교환율을 증가시켜 가열에 필요한 에너지소모량을 최소화할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열분해 반탄화장치의 개략도.
도 2는 도 1의 A-A단면도.
도 3은 도 2의 B-B단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예의 드럼이 설치된 열분해 반탄화장치의 개략도.
도 5는 도 1의 나선스크래퍼의 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열분해 반탄화장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 A-A단면도이고, 도 3은 도 2의 B-B단면도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예의 드럼이 설치된 열분해 반탄화장치의 개략도이고, 도 5는 도 1의 나선스크래퍼의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열분해 반탄화장치(10)는, 전방에 가스배출관(26)이 형성되고 후방에 가스유입관(25)이 형성되어 내부로 고온가스를 유동시키고 외면에는 캐스타블(23)이 형성된 가열로(20)와, 상기 가스유입관(25)에 설치되어 연소가스를 공급하는 버너(60)와, 상기 가열로(20)에 축설되어 상기 가열로(20)로부터 열을 전달받고 양단은 외부로 표출되며 회전롤에 의해 회전이 이루어지는 드럼(30)과, 상기 드럼(30)의 전단에 설치되어 슬러지를 연속 공급하며 상기 드럼(30) 내측으로 불활성 가스(N2) 또는 배기가스를 주입하는 스크류피더(40)와, 상기 드럼(30)의 후단에 설치되어 열분해반응으로 생성된 열분해가스와 부산물인 촤(char)를 분리하는 포집조(50)를 포함하되, 상기 가열로(20)에 설치되어 냉각되는 공기량을 제어하는 냉각 공기 제어부와, 상기 가열로(20)에 설치되어 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하며, 상기 포집조(50)와 상기 가스유입관(25)에는 연결관(90)이 설치되며, 상기 연결관(90)은 슬러지 건조 후 배기가스를 상기 가스유입관(25)으로 투입하여 소각처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 반탄화온도는 500℃이하 일 수 있다. 바람직하게는 300℃이하 일수 있으며 더욱 바람직하게는 250℃이하 일 수 있다. 이 온도 범위를 벗어나면 탄화가 진행되거나, 반탄화조건에 만족하지 않는 생성물이 발생하는 것은 자명하다.
상기 드럼 내측으로 주입되는 불활성가스(N2) 또는 배기가스는 슬러지가 연속공급되는 주입구의 주위로 환형형태로 공급될 수 있다.
또한, 상기 주입구의 전단에 별도의 공급라인으로 연속공급되는 슬러지와 같이 공급될 수 있다.
가열로(20)는 외면 또는 본체를 캐스타블(23)로 형성하여 내부 열손실을 최소화하고, 후방에는 고온의 가스가 유입되는 가스유입구(22)가 형성되고, 전방에는 가열로(20) 내부를 유동하면서 열교환이 완료된 가스가 배출되는 가스배출구(21)가 형성된다.
상기 가열로(20)의 가스유입구(22)에는 가스유입관(25)을 통해 버너(60)가 연통 설치되어 버너(60)에서 연소된 고온의 연소가스가 가스융비구를 통해 가열로(20) 내부로 공급되어 가열로(20)를 700에서 900 사이로 가열시킨다.
상기 가열로(20)에는 드럼(30)이 축설된다.
상기 드럼(30)은 상기 가열로(20)와 동일축으로 설치되어 양단이 상기 가열로(20)의 전단과 후단 외부로 표출되며, 표출된 외면은 회전롤과 접하여 회전롤의 회전력에 의해 상기 드럼(30)이 회전하도록 한다.
상기 회전롤은 모터의 동력을 전달받아 회전하는 것으로 상기 드럼(30) 외측주면과 접하여 회전력을 직접 전달되도록 하거나, 상기 드럼(30)의 외면에 돌출된 환형의 돌기돌기 회전롤이 접하여 회전력을 간접적으로 전달되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 드럼(30)의 회전은 상기 가열로(20)의 외부로 표출된 어느 일측 단부 측을 체인이나 벨트로 감아 동력에 의해 회전하도록 하고, 상기 회전롤은 상기 드럼(30)이 회전 가능하도록 지지하는 역할을 하게 할 수 있다. 이러한 기술은 통상적인 기술이므로 구체적으로 언급하진 않는다.
상기 드럼(30)의 외측주면 중 상기 가열로(20) 내부에 위치하는 면에는 나선배플(31)이 더 형성된다.
이러한 나선배플(31)은 상기 가열로(20)의 가스유입구(22)로 유입된 고온의 연소가스를 상기 드럼(30)의 외측 곡면을 따라 나선으로 선회하면서 가스배출구(21)로 배출되도록 함으로써 상기 가열로(20) 내부에서 연소가스의 이동유로를 길게 형성해 열교환효율을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기 나선배플(31)은 상기 드럼(30)의 외측주면과 직각으로 돌출되도록 형성하거나, 상기 가스유입구(22)가 형성된 방향으로 예각을 갖도록 형성하여 유동하는 연소가스가 상기 나선배플(31)을 넘어서 축방향으로 이동하지 않고 상기 나선배플(31)을 따라 회전하면서 이동하도록 하는 것이다.
이러한 나선배플(31)은 가스유입구(22) 방향으로 예각을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리하여 연소가스가 나선배플(31)과 드럼(30) 외면을 둘러싸면서 이동하게 되어 접촉면적을 증가시켜 열전달을 용이하게 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 나선배플(31)은 연소가스가 나선배플(31)을 넘어서 축 방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해 드럼(30) 외측면에서 가열로(20)의 내측면에 근접하도록 돌출되어 회전에 저해되지 않으면서 최대한 드럼(30) 외 가열로(20) 사이의 간격을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 가열로(20) 양단의 드럼(30) 외면과 근접한 부분에는 가열로(20)와 드럼(30) 사이를 통해 가열로(20) 내부의 압력 누출되는 것을 방지하기 위해 가열로(20)와 드럼(30)의 근접한 부분에는 지그재그로 환형 띠를 다수 돌출시켜 유로가 지그재그로 다층 형성되도록 함으로써 내압이 틈으로 누출되는 량을 최소화할 수 있다.
상기 드럼(30)의 전단에는 스크류피더(40)가 설치된다.
상기 스크류피더(40)는 상부에 호퍼를 귀하여 저장된 슬러지를 일정량을 드럼(30)으로 공급한다. 상기 스크류피더(40)에 의해 공급되는 연료로는 슬러지 외에 목재, 축분 등 다양한 물질이 사용될 수 있다. 상기 드럼(30)은 회전이 이뤄지기 때문에 상기 드럼(30)의 전단으로 삽설되는 부분에는 회전이 원활하게 이뤄지도록 베어링을 이용하여 결합하는 것이 바람직하다.
상기 드럼(30)의 후단에는 포집조(50)가 구비된다.
상기 포집조(50)는, 사이클론 형태 이외에 수용공간을 갖는 다양한 통체로 형성할 수 있다.
상기 포집조(50)는 상기 드럼(30)에서 열분해가 이루어져 생성된 열분해가스와 부산물인 촤(char)가 공급되는 것으로 ,포집조(50) 하부에는 단속 가능한 밸브를 장착하여 일정량 포집되면 배출이 이루어져 내부에 열분해가스가 하부로 배출되는 것을 최소화하고, 상기 포집조(50) 상부에는 유입된 열분해가스를 외부로 이송시키는 연결관(90)이 연통 되어있다. 또한, 상기 포집조(50)도 상기 드럼(30)과 베어링에 의해 회전 가능하게 연결되는 것이 바람직하다.
상기 포집조(50)와 상기 가스유입관(25) 사이에는 연결관(90)이 설치된다.
상기 연결관(90)은 슬러지 건조 후 상기 포집조(50)에서 발생하는 배기가스를 상기 가스유입관(25)으로 투입하여 소각처리하도록 한다.
상기 가스배출관(26)과 호퍼 사이에는 열교환기가 더 설치된다.
상기 열교환기는 상기 가스배출관(26)에서 배출된 배기가스로 산화제를 가열하거나 상기 호퍼 내의 슬러지를 예열하도록 한다.
상기 가열로(20)의 가스배출관(26)과 가스유입관(25) 사이에는 순환관(70)이 더 설치된다.
상기 순환관(70)의 일단은 상기 가스배출관(26)과 연통 설치되고, 타단은 상기 가스유입관(25)과 연통 설치된다. 그리하여 배기가스 중 일부를 상기 가스유입관(25)으로 공급하여 이송가스로 사용하도록 한다.
순환된 이송가스는 버너(60)의 연소가스와 혼합되어 연소가스의 고온을 전달받아 가열된 다음 가열로(20)로 공급됨으로 고온가스량을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 이송가스를 혼합하면 고온을 갖는 연소가스의 온도를 낮춰 연소가스와 제일 먼저 접하는 가스유입구(22) 인근 부분만 급속하게 가열되어 드럼(30)의 전방 부분에 전달되는 열이 적어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가열로(20)의 가스배출관(26)은 라인상에 팬이 장착되어 내부 이송압력을 조절하도록 하고, 상기 순환관(70)은 가스배출라인 중 팬을 통과한 부분에서 분기가 이루어지도록 하고, 순환관(70)의 라인상에도 팬을 추가로 설치하여 가스 이송이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 순환관(70)은 가스유입관(25)에 접선방향으로 연통시키되 일정각 하향을 갖도록 하여 가스유입관의 내벽을 따라 선회하면서 하강시켜 연소가스와의 충분한 접촉에 의한 열교환이 이루어지도록 한다.
상기 가열로(20)에는 가스유입관(25)이 연통된 가열로(20)의 후단 부위의 직경을 확장하여 내부에 챔버부(24)가 형성되도록 할 수 있다.
상기 챔버부(24)는 가스유입구(22)에서 급속하게 단면이 확장되어 가스유입관(25)을 통해 유동되는 연소가스와 이송가스가 확산되면서 혼합이 이뤄지도록 해 고른 온도 분포가 이뤄지도록 한다. 또한, 공급속도를 낮춰 가스유입구(22)와 근접한 드럼(30) 부분이 과도하게 가열되는 것을 방지해 드럼(30)의 전단까지 고르게 열을 전달할 수 있다.
상기 가열로(20)에는 온도 제어부바스켓라인(321)가 더 설치된다.
상기 온도 제어부바스켓라인(321)는 가열로(20)에 설치된 온도센서를 통해 가열로(20)로 공급되는 가스의 온도를 측정하여 상기 연결관바스켓라인(321)을 통해 공급되는 이송가스의 공급량을 줄여 가열로로 공급되는 가스의 온도를 증가시키고, 센싱값이 고온일 때는 이송가스의 공급량을 증가시켜 버너(60)의 이송가스의 공급량을 증가시켜 버너(60)의 연소가스 온도를 낮춰 가열로(20)로 공급되도록 함으로써 가열로(20) 내의 온도를 일정하게 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 챔버부(24)가 형성된 가열로(20)에는 가스유입구(22)에 직접 버너(60)를 설치하여 버너(60)의 고열이 챔버부(24)로 유입되고, 상기 연결관바스켓라인(321)은 챔버부(24)로 연결되어 가스혼합이 이루어지게 할 수 있다.
상기 드럼(30)의 내면에는 축방향으로 길게 바스켓라인(321)이 형성된다.
상기 바스켓라인(321)은 방사상으로 다수 설치되어 회전 시 상기 드럼(30)의 하부에 모여있는 슬러지를 들어서 상부에서 낙하시키는 방법으로 슬러지가 굡나되도록 하여 열이 고르게 전달되도록 해 건조 및 반탄화시간이 단축되도록 한다.
아울러 상기 드럼(30)은 후방보다 전방이 1°에서 2° 높게 위치하도록 하여, 상기 바스켓라인(321)에 의한 교반 시 전방에서 수방으로 서서히 이동되도록 한다.
또한, 상기 드럼(30)의 기울기 없이 바스켓라인(321)을 축과 나란한 직선이 아닌 일정한 각도로 굴곡된 나선형으로 형성하여 상기 드럼(30) 회전 시 나선에 의해 후방으로 이동되도록 할 수 있다. 이때, 상기 바스켓라인(321)의 곡면인 1회 감기는 길이를 조절하여 상기 드럼(30) 회전 시 슬러지가 이동되는 정도를 조절할 수 있다.
상기 드럼(30)은 가열로(20)를 삽통하는 드럼본체(32)와, 상기 드럼본체(32)의 후단에 형성되어 직경이 축소된 드럼배출부(33)와, 상기 드럼본체(32)의 전단을 폐구하여 스크류피더(40)스크류피더(40) 하는 전단판(34)을 포함한다.
상기 드럼본체(32)는 내면에 바스켓라인(321) 이외에 다수의 핀을 돌출시켜 슬러지와의 접촉면적을 증가시켜 열전달이 더 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 드럼배출부(33)는 상기 드럼본체(32)와 단턱이 형성되어 슬러지가 일정량 포집되어 회전하도록 할 수 있다.
상기 전단판(34)은 중심에 스크류피더(40)가 삽통되도록 설치하는 것으로 ,상기 스크류피더(40)와의 접촉면적을 증가시키기 위해 전단판(34)의 전면 또는 후면으로 연장관을 형성하고, 상기 연장관과 스크류피더(40) 사이를 베어링베어링하여 고정된 스크류피더(40)와 회전하는 드럼(30)을 연결시킨다.
물론 상기 포집조(50)도 일측에 연장관을 형성하고, 상기 연장관에 드럼배출부(33)의 단부가 내입되도록 한 다음 연장관과 드럼배출부(33) 사이를 베어링으로 연결하여 일체화시킬 수 있다.
아울러 드럼(30)에서는 단턱이 형성된 부분의 드럼본체(32)에 포집된 슬러지를 드럼배출부(33)로 상향 이동시켜 포집조(50)로 배출시키기 위해서 나선스크래퍼(35)가 더 설치될 수 있다.
상기 나선스크래퍼(35)는 상기 드럼배출부(33)의 내면에서 드럼배출부(33)와 인접한 드럼본체(32) 후방까지 연결되도록 방사상으로 다수 형성된 띠 형태로, 드럼(30)의 회전방향으로 굴곡된다. 이와 같이 나선스크래퍼(35)가 회전방향으로 굴곡이 이루어지면 회전에 의해 드럼본체(32)에 있는 슬러지가 나선스크래퍼(35)에 의해 드럼본체(32)의 내면을 따라 상부로 이동하면서 후방인 드럼배출부(33) 방향으로 이동하면서 낙하되어 최종적으로는 드럼본체(32)의 슬러지가 드럼배출부(33)로 이동되어 포집조(50)로 배출된다.
이와 같이 구성된 열분해 반탄화장치(10)는 버너(60)에서 고온의 연소가스를 가스유입구(22)를 통해 가열로(20) 내부로 공급하고, 연소가스는 가열로(20) 내에서 드럼(30)의 나선배플(31)에 안내되어 드럼(30) 외면을 선회하면서 가스배출구(21)를 통해 배출되고 선회하는 과정에서 열교환이 이루어져 드럼(30)을 고온을 가열시킨다.
이때 스크류피더(40)에 의해 슬러지를 드럼(0의 전단부를 통해 니부로 공급하면 드럼(30)은 회전하면서 슬러지를 후방으로 이동시킨다.
슬러지는 이동과정에서 고열을 전달받아 건조 및 열분해가 이루어져 열분해가스를 생성시키고 부산물로 촤(char)를 생산한다.
생산된 열분해가스와 촤(char)는 드럼(30) 후단을 통해 포집조(50)로 이송되고, 포집조(50)에서는 중량체인 촤(char)는 포집하고 열분해가스는 상부를 통해 외부로 이송시켜 슬러지로부터 열분해가스와 촤(char)를 수취한다.
본 발명의 열분해 반탄화장치를 이용한 반탄화방법은, 버너(60)의 연소가스를 가열로(20)로 공급하여 드럼(30)의 외면에 형성된 나선배플9)을 따라 나선으로 이동하면서 드럼(30)을 가열시키는 제1단계와, 스크류피더(40)에 의해 슬러지인 연료를 가열된 드럼(30)의 전단으로 연속 공급하는 제2단계와, 상기 드럼(30)의 회전에 의해 연료가 상기 드럼(30)의 전방에서 후방으로 이동하면서 열을 전달받아 건조 및 열분해에 의해 반탄화가 이루어지는 제3단계와, 반탄화에 의해 생성된 열분해가스와 부산물인 촤(char)를 포집조(50)로 배출하여 촤(char)는 하부로 포집하고 열분해가스를 상부로 배출하여 포집하는 제4단계를 포함한다.
제4단계 이후, 상기 드럼(30)과 열교환이 완료되어 가열로(20)의 가스배출구(21)로 배출되는 가스를 일부 순환시켜 가스유입관(25)으로 재공급해 이송가스로 사용하는 제5단계와, 이송가스와 버너(60)의 연ㅇ소가스가 혼합된 다음 드럼(30)과 열교환이 이루어지도록 하는 제6단계가 더 이뤄진다.
제6단계 이후, 가스유입구(22) 부분의 온도를 측정하여 이송가스의 혼합정도를 조절하여 드럼(30) 내부 온도를 조절하는 제7단계가 이뤄진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 슬러지용 열분해 반탄화장치 및 방법은, 특히, 고함수 슬러지의 효율적인 수분제거 및 폐기물을 이용한 가연성 연료 산업에 적합하다.
10: 열분해 반탄화장치 20: 가열로
21: 가스배출구 22: 가스유입구
23: 캐스타블 24: 챔버부
25: 가스유입관 26: 가스배출관
30: 드럼 31: 나선배플
321: 바스켓라인 32: 드럼본체
33: 드럼배출부 34: 전단판
35: 나선스크래퍼 40: 스크류피더
50: 포집조 60: 버너
70: 순환관 90: 연결관

Claims (8)

  1. 전방에 가스배출관이 형성되고 후방에 가스유입관이 형성되어 내부로 고온가스를 유동시키고 외면에는 캐스타블이 형성된 가열로;
    상기 가스유입관에 설치되어 연소가스를 공급하는 버너;
    상기 가열로에 축설되어 상기 가열로로부터 열을 전달받고 양단은 외부로 표출되며 회전롤에 의해 회전이 이루어지는 드럼;
    상기 드럼의 전단에 설치되어 슬러지를 연속공급하며 상기 드럼 내측으로 불활성 가스(N2) 또는 배기가스를 주입하는 스크류피더;
    상기 드럼의 후단에 설치되어 열분해반응으로 생산된 열분해가스와 부산물인 촤를 분리하는 포집조;를 포함하되,
    상기 가열로에 설치되어 냉각되는 공기량을 제어하는 냉각 공기 제어부와,
    상기 가열로에 설치되어 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하며,
    상기 포집조와 상기 가스유입관에는 연결관이 설치되며, 상기 연결관은 슬러지 건조 후 배기가스를 상기 가스유입관으로 투입하여 소각처리하고
    일단이 상기 가스배출관과 연통 설치되고, 타단이 상기 가스유입관과 연통 설치되어, 상기 배기가스 중 일부를 상기 가스유입관으로 공급하여 이송가스로 사용하도록 하는 순환관이 더 설치되며
    상기 가스배출관과 상기 스크류피더 사이에는 열교환기가 더 설치되며,
    상기 열교환기에 의해 상기 가스배출관에서 배출된 배기가스로 산화제를 가열하거나 상기 스크류피더 내의 슬러지를 예열하는 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스유입관을 통해 유입되는 상기 버너의 연소가스와 이송가스가 혼합되도록 상기 가열로의 후방 일부의 직경을 확장하여 내부에 챔버부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 드럼의 내면에는 축방향으로 길게 형성된 바스켓라인이 방사상으로 다수 설치되어 회전에 의해 슬러지가 혼합되어 후방으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 드럼은 후방보다 전방이 1°에서 2° 높게 위치한 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 드럼의 내면에는 나선으로 형성된 바스켓라인이 방사상으로 다수 설치되어 회전에 의해 슬러지가 혼합되어 후방으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 드럼은, 상기 가열로를 삽통하는 드럼본체와,
    상기 드럼본체의 후단에 형성되어 직경이 축소된 드럼배출부와,
    상기 드럼본체의 전단을 폐구하여 스크류피터가 연통되도록 하는 전단판과,
    상기 드럼배출부의 내면에서 상기 드럼배출부와 인접한 상기 드럼본체 후방까지 연결되도록 방사상으로 다수 형성된 띠 형태로, 상기 드럼의 회전방향으로 굴곡되어 회전에 의해 상기 드럼본체의 슬러지를 상기 드럼배출부로 이동시키는 나선스크래퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지용 열분해 반탄화장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 의한 반탄화장치를 이용한 슬러지 열분해 반탄화방법에 있어서,
    버너의 연소가스를 가열로로 공급하여 드럼의 외면을 따라 이동하면서 드럼을 가열시키는 제1단계와,
    스크류피더에 의해 슬러지인 연료를 가열된 드럼의 전단으로 연속공급하는 제2단계와,
    드럼의 회전에 의해 연료가 드럼 전방에서 후방으로 이동하면서 열을 전달받아 건조 및 열분해에 의해 반탄화가 이루어지는 제3단계와,
    반탄화에 의해 생성된 열분해가스와 부산물인 촤를 포집조로 배출하여 촤는 하부로 포집하고 열분해가스를 상부로 배출하여 포집하는 제4단계를 포함하며
    상기 드럼과 열교환 되어 상기 가열로의 가스배출관으로 배출된 가스를 일부 순환시켜 상기 가스유입관을 통해 재공급해 이송가스로 사용하는 제5단계와,
    이송가스와 버너의 연소가스가 혼합된 다음 드럼과 열교환하도록 하는 제6단계를 더 포함하는 슬러지 열분해 반탄화방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가스유입관의 온도를 측정하여 이송가스의 혼합정도를 조절하여 드럼 내부 온도를 조절하는 제7단계를 더 포함하는 슬러지 열분해 반탄화방법.
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