KR101933111B1

KR101933111B1 - 열분해 탄화장치

Info

Publication number: KR101933111B1
Application number: KR1020170092878A
Authority: KR
Inventors: 박광진; 김용주
Original assignee: 주식회사 한기실업
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-03-15

Abstract

본 발명은 탈수 또는 건조 등에 의하여 수분함량이 약 40wt% 이하로서 성형 또는 일정 크기로 파쇄된 Bio mass 원료 또는 하수 슬러지 같은 유기성 폐수 슬러지(이하 총칭하여 슬러지라 함) 등을 탄화시켜 5,000 kcal/kg 이상의 고발열량의 연료로서 약간의 흡착력을 가진 다공성 탄화물을 얻을 수 있도록 하는 직접가열에 의한 열분해 탄화장치에 관한 것인바, 본 발명은 몸체가 회전하도록 동력을 발생시키는 모터부재와; 상기 모터부재의 모터축에는 회전력을 감소시켜 전달하는 감속기와 상기 감속기는 몸체 외면에 부착 설치된 기어부와 치합되어 이루어진 동력전달장치와; 원통형의 본체 내측면에는 ㄱ자 형태의 리프트 암이 일정한 간격으로 다수개 설치되어 이루어진 몸체와; 내측에 베어링이 구비되어 회전하는 몸체를 지지하는 지지부재와; 일정량의 슬러지를 닫을 수 있는 호퍼의 배출구 하단에는 호퍼에서 배출되는 슬러지를 몸체의 내측으로 이송시키는 스크류피더가 설치되어 이루어진 슬러지 공급수단과; 상기 몸체의 일측에 연결되어 몸체 내측으로 공급된 슬러지를 탄화시키는 버너와; 상기 버너가 용이하게 작동하도록 에어를 공급하도록 휀이 몸체 외부에 설치되며, 에어공급공이 일정한 간격으로 형성된 에어공급파이프가 상기 휀에 연결되되 상기 에어공급파이프는 몸체의 중심에 수평으로 설치되어 이루어진 에어공급수단; 일측은 몸체의 내측에 연결되면서 몸체의 외면을 따라나선 형태로 감겨 배출되는 탄화물을 냉각시키도록 설치되며 타측은 배출구를 형성한 냉각수단과; 상기 몸체 외부에는 몸체 내부에서 발생된 가스 및 타르를 연소시키기 위해 연결설치된 연소기와; 상기 몸체와 연소기를 연결하는 파이프 상에 설치된 내압조절댐퍼를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

열분해 탄화장치{PYROLYSIS CARBONIZING MACHINE}

본 발명은 열분해 탄화장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 탈수 또는 건조 등에 의하여 수분함량이 약 40wt% 이하로서 성형 또는 일정 크기로 파쇄된 Bio mass 원료 또는 하수 슬러지 같은 유기성 폐수 슬러지(이하 총칭하여 슬러지라 함) 등을 탄화시켜 5,000kcal/kg 이상의 고발열량의 연료로서 약간의 흡착력을 가진 다공성 탄화물을 얻을 수 있도록 하는 직접가열에 의한 열분해 탄화장치에 관한 것이다.

화석 연료의 고갈로 대체 에너지원의 필요성과 지구 환경에 대한 오염이 증가하면서 지구 온난화 각종 유해 물질의 증가 등 에너지와 환경 문제가 국가적 차원을 넘어 국제적 현안으로 대두 되고 있다 지구 문명의 발달로 발생되는 지구환경의 오염 주범인 음식물 쓰레기와 유기성 폐수슬러지 또는 병충해 잡목 같은 Bio mass 폐기물을 에너지원으로 자원화하고 또한 저렴한 친환경 대체 연료 개발이 중요시되고 있다.

하수 슬러지와 같은 유기성 폐수 슬러지로 다공성 고형화 탄화물을 만들기 위해서는 슬러지 자체가 갖고 있는 수분 함량을 저하 시켜야 하는데 현재 하수처리장 또는 폐수처리장에서 운영되고 있는 탈수설비기술로서는 한계가 있다 유기성 슬러지 자체의 함수율은 평균 50~70wt%이므로 탄화시키기 위해서는 수분 함량을 40wt% 이하로 저감시켜야 하는데 막대한 건조비용이 소요됨으로 최소의 경제적 에너지로 건조 시키는 기술개발이 필요하다 그러므로 값싼 목분 갈탄 등을 10~40% 혼합 성형하여 수분 함량을 40wt% 이하로 조절하며 다공성 고형화 탄화물을 만들기 위하여는 경제적이고 간편한 건조 열분해기술이 필요하다.

상기 열분해기술은 저산소 상태에서 원료를 가열하면 탈수 분해가 일어나서 산소결합이 끊어지고 산소가 물(H₂O), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂) 등의 형태로 방출되고 이때 불완전 연소반응을 일으켜 함유된 탄소(C)분자나 수소(H₂)분자가 먼저 원료 중에 함유된 산소분자와 반응하고 부족분의 산소(O₂)는 저산소 상태의 에어중 산소(O₂)와 연소반응을 일으켜 원료 중 탄소(C) 성분 일부가 연소되고 원료 중의 수소(H₂) 원자나 산소(O₂)는 완전 연소하여 소멸 된다. 이때 연소과정에서 발생하는 연소열은 건조 및 열분해 온도유지를 위한 열원으로 사용된다.

이때에 연소반응과 환원반응은 동시에 일어나며 고정탄소(C)분과 미량의 수소(H₂)와 산소(O₂)분만 남는다. 또한, 연소반응과 환원반응을 하면서 발생하는 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O), 일산화탄소(CO) 등의 가스가 발생하므로 다공성을 가지게 되므로 약간의 흡착력과 탈색력을 가진다 그러므로 고상연료 및 폐수처리용 흡착제로 사용 가능하다. 또한, 유기성 슬러지의 열분해 탄화의 경우는 슬러지의 안정화 감량화를 할 수 있다.

열분해 탄화공정은 건조 및 열분해에 의한 탄화의 순서로 진행된다. 원료의 종류 즉 유기성 폐수 슬러지 및 Bio mass의 조성과 다공성 탄화물의 용도에 따라 온도(250~450℃)와 Rotary Type 열분해 탄화기의 회전수(rpm)와 체류시간이 결정된다. 고형연료의 경우는 열분해 탄화 온도를 250~450℃ 범위 내에서 1시간을 기준으로 하며 저위발열량이 높은 경우는 열분해 탄화온도를 높게 하고 낮은 경우는 낮은 온도에서 탄화한다.

높은 흡착력을 요구할 경우는 폐수 슬러지 및 Bio mass 원료 중의 회분(ash) 함량이 낮을수록 탄소함량이 높을수록 좋다 활성화의 탄화온도는 500℃ 이상의 범위에서 일어나는 산화 반응으로 별도의 수증기를 공급하여 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공 구조를 발달시키는 공정이다. 활성탄의 흡착력에 영향을 주는 조건은 반응온도, 활성화 시간, 원료에 함유된 무기성분(ash)의 양과 종류 등이다.

반응 메커니즘

1) 연소(산화) 반응

C + O₂ → CO₂

H₂+ 1/2O₂ → H₂O

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

CO + 1/2O₂ → CO₂

2) 환원 반응

CO₂ + C → 2CO

H₂O + C → H₂ + CO

3) 활성화 반응

C + H₂O ↔ C(H₂O)

C(H₂O) → H2 + C(O)

C(O) → CO

상기의 종래의 방법들에 의하면 슬러지를 고형화시키기 위해서 1차로 탈수된 함수율 50~70wt%의 슬러지를 함수율 10wt% 이내로 건조 시킨 후 무연탄, 목재, 기름 등의 열량보조제와 혼합한 다음 특정 형상으로 성형함으로써 고형연료가 만들어진다 이러한 대부분의 기술들은 어떤 방식으로 슬러지를 건조 시키느냐 혹 어떤 방식으로 성형하느냐에 따라 다를 뿐 슬러지를 건조 시킨 후 열량보조제 또는 열량보조제와 성형재를 혼합하여 고압으로 압축하여 성형하는 방식을 택하고 있다 그러므로 연료로 사용할 경우 공적이 적어 연소시 불완전 연소와 악취가 발생할 우려가 있다.

종래의 탄화장치는 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째, 종래의 기술은 간접 가열방법으로 열분해 탄화기 외부에서 850℃ 이상의 연소가스로 가열하므로 별도의 연소장치가 필요하며 에너지 소모가 과다하여 생산 비용이 높다.

둘째, 종래의 장치는 고온의 탄화물을 제품을 냉각시키기 위한 별도의 냉각장치가 필요하므로 설치비용 및 설치장소가 과다하게 소요되는 구조이다.

셋째, 열분해 탄화기 운전시 발생하는 타르(tar) 및 불완전 연소에 의해서 발생되는 일산화탄소(CO)와 공해 물질 및 악취 제거가 어렵다.

넷째, 건조 후 발열량을 높이기 위하여 별도의 열량 보조제의 혼합설비와 성형설비가 필요하다.

대한민국 특허등록 제0465151호. 대한민국 특허등록 제0885805호.

이러한 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 본체를 회전하여 원료가 골고루 열분해 탄화반응을 일어나게 하기 위하여 ROTARY Type의 회전체로 회전수를 0.5~5rpm으로 조절할 수 있도록 하였고 또한 리프트 암(Lift arm) 설치하므로 원료의 균일한 혼합으로 제품의 균일성을 도모하였다.

또한, 열분해 탄화로 생성된 탄화물은 제품의 반응온도와 제품의 용도에 따라 다르나 최소 250℃ 이상이므로 본체의 회전력을 이용한 별도 공냉식 닥터(duct)를 설치하므로 냉각 장치의 간소화를 꾀할 수 있고 별도의 냉각 설비가 필요없다.

본 발명은 직접 가열방법을 택하므로 원료 물질중 함유된 탄소(C) 일부와 산소(O₂) 수소(H₂)가 연소하여 얻은 연소열과 환원 반응에서 생성되는 일산화탄소(CO)와 수소의 연소열을 이용하므로 연료소모가 간접 가열법에 비하면 극히 적다 그러므로 연료 소모량을 절감할 수 있다.

상기 열분해 탄화조건 즉 온도, 체류시간, 에어 농도, 수증기 투입량 등의 조절이 용이하여 탄화 제품의 용도와 원료의 조성에 따라 임의 조정이 가능한 이점과 탄화시 발생하는 타르(tar) 및 불완전 연소에 의한 일산화탄소(CO)와 유해물질을 연소기를 통하여 완전 연소가 가능한 열분해 탄화장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 몸체가 회전하도록 동력을 발생시키는 모터부재와 상기 모터부재의 모터축에는 회전력을 감소시켜 전달하는 감속기와 상기 감속기는 몸체 외면에 부착 설치된 기어부와 치합되어 이루어진 동력전달장치와; 원통형의 본체 내측면에는 "ㄱ" 형태의 리프트 암이 일정한 간격으로 이격되어 그 중심을 연결하면 나선 배열로 배치되어 이루어진 몸체와; 내측에 베어링이 구비되어 회전하는 몸체를 지지하는 지지부재와; 일정량의 슬러지를 닫을 수 있는 호퍼의 배출구 하단에는 호퍼에서 배출되는 슬러지를 몸체의 내측으로 이송시키는 스크류피더가 설치되어 이루어진 슬러지 공급수단과; 상기 몸체의 일측에 연결되어 몸체 내측으로 공급된 슬러지를 탄화온도를 유지시키는 버너와; 상기 버너가 용이하게 작동하도록 에어를 공급하도록 휀이 몸체 외부에 설치되며, 에어공급공이 일정한 간격으로 형성된 에어공급파이프가 상기 휀에 연결되되 상기 에어공급파이프 몸체의 중심에 수평으로 설치되어 이루어진 에어공급수단; 일측은 몸체의 내측에 연결되면서 몸체의 외면을 따라 나선 형태로 감겨 배출되는 탄화물을 냉각시키도록 설치되며 타측은 배출구를 형성한 냉각수단과; 상기 몸체 외부에는 몸체 내부에서 발생된 가스 및 타르를 연소시키기 위해 연결설치된 연소기와; 상기 몸체와 연소기를 연결하는 파이프 상에 설치된 내압조절댐퍼를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치에 의하여 달성된다.

상기 몸체는 슬러지 공급수단 쪽에서 냉각수단이 구비된 쪽으로 0.5~1.5° 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치에 의하여 달성된다.

상기 냉각수단은 몸체 내부에 공급되어 이송되는 슬러지와 반대방향으로 배출되도록 나선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치에 의하여 달성된다.

상기 리프트 암은 몸체 내부에 나선 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치에 의하여 달성된다.

상기 몸체는 금속재의 외통체와 내화벽돌 또는 케스터블(Castable)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 열분해 탄화조건을 즉 온도, 체류시간, 수증기 공급량 등의 조절이 가능하므로 탄화 제품의 용도 및 원료 조건에 따라 임의 조정이 가능한 이점과 탄화시 발생하는 탈(Tar) 및 불완전 연소에 의한 일산화탄소 등 유해 가스를 연소기를 통하여 완전 연소 후 후처리 설비로 배출하므로 보다 안정적인 배기가스 관리가 가능한 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

또한, 본체 내부에서 외부로 고온의 탄화물 배출시 본체의 회전력을 이용하여 탄화물을 냉각시킬 수 있어 장치의 효율성과 간소화를 꾀할 수 있고, 냉각된 탄화물의 배출로 상기 탄화물 이송 및 운반 취급이 용이하고, 또한 직접 가열법을 사용하므로 탄화 시간을 단축하고 탄화하고자 하는 물질중의 탄소(C) 일부와 산소(O₂) 수소(H₂)를 연소시키고 부족한 산소(O₂)분은 에어를 공급하여 연소시켜 연소열을 이용하므로 연료소모를 최소화 하여 절감시키는 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 탄화장치의 구성을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 기술요지인 몸통의 구조를 보여주기 위한 도 1의 "B"부의 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 기술요지인 리프트 암의 구조를 보여주기 위한 도 1의 "C"부의 발췌사시도.
도 4는 본 발명의 기술요지인 냉각부의 구조를 보여주는 A-A선 단면도.
도 5는 본 발명인 탄화장치의 작동을 보여주는 사용상태도.
도 6은 본 발명의 탄화장치에 사용되는 연소기의 구조를 보여주는 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 열분해 탄화장치의 구성을 보여주는 단면도로써 이에 따른 본 발명의 탄화장치(1)는 몸체(70)가 회전하도록 동력을 발생시키는 모터부재(41)와 상기 모터부재(41)의 모터축에는 동력전달장치(42)가 설치된다.

상기 동력전달장치(42)는 모터부재(41)의 회전력을 감소시켜 전달하는 감속기(43)와 상기 감속기(43)는 몸체(70) 외면에 부착 설치된 기어부(73)와 치합되어 이루어진 구조이며, 상기 기어부(73)는 링 형태이며, 몸체(70)에서 100~150mm 간격되게 설치하여 몸체(70)로부터 열전달을 적게 받도록 하는 것이 바람직하다. 상기 몸체(70)는 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 15~20mm 두께를 갖으며 금속재의 외통체(71)와 100~200mm 두께로 형성되는 내화도 800도 이상의 내화벽돌(72) 또는 케스터브(castable)로 이루어진 구조이다.

한편, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 원통형의 몸체(70) 내측면에는 내화벽돌(72) 내면에 고정하도록 고정공을 형성하는 고정판(61)과 일체로 원재료(슬러지)를 이송시키는 이송블레이드판(62)으로 이루어져 단면 형상이 110~150°의 'ㄱ'자 모양의 형태로 절곡 형성된 리프트 암(60)이 일정한 간격으로 다수개 설치된다.

이때 상기 리프트 암(60)은 몸체(70)의 내측면을 따라 나선형태로 고정 설치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 몸체(70) 내측으로 공급된 슬러지 또는 내부 열에 의해 탄화되는 탄화물을 몸체(70)의 회전에 의해 공급 방향으로 잘 혼합하면서 밀어 이송시킨다.

또한 몸체(70)는 슬러지의 이송방향으로 0.5~1.5° 경사지게 설치되어 있기 때문에 용이하게 슬러지 및 탄화물을 슬러지 공급방향으로 즉 배출구가 형성된 방향으로 이송이 가능하게 되는 것이다.

상기 몸체(70)의 일측으로는 슬러지를 공급하는 슬러지공급수단(10)이 설치되되 상기 슬러지공급수단(10)은 일정량의 슬러지를 담을 수 있는 호퍼(11)의 배출구 하단에는 호퍼(11)에서 배출되는 슬러지를 몸체(70)의 내측으로 이송시키는 스크류피더(12)가 설치되어 이루어진 구조이다.

상기 몸체(70)의 일측에 연결되어 몸체(70) 내측으로 공급된 슬러지를 탄화시키기 위해 초기 점화 및 온도 유지를 위한 버너(20)가 설치되며, 몸체(70)의 중심부에는 몸체(70)의 외부에서 내부로 에어를 공급하는 송부휀(31)이 연결 설치된 에어공급수단(30)이 설치된다.

상기 에어공급수단(30)은 일정한 간격으로 에어를 공급할 수 있도록 통공(노즐)이 다수개 형성되어 있으며 슬러지공급수단(10)이 설치되는 반대쪽 몸체의 일끝단 즉 배출구가 형성되는 몸체(70)의 내측으로는 에어공급파이프(32)이 설치되지 않는 충입공간부(33)를 형성하게 되며, 상기 충입공간부(33)를 형성하는 몸체(70)의 외측으로는 냉각수단(80)이 설치된다.

상기 냉각수단(80)은 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(70) 내부에 공급되어 이송되는 슬러지와 반대방향으로 배출되도록 나선 형태로 형성된 구조이며, 상기 몸체(70) 외측부에는 몸체(70) 내부에서 발생된 불완전 연소가스, 유해가스 및 타르를 완전 연소시키기 위해 연결설치된 연소기(90)와 상기 몸체(70)와 연소기(90)를 연결하는 파이프 상에 설치된 로타리 조인트(rotary joint)(90b)와 탄화기 내의 압력을 조절할 수 있는 내압조절댐퍼(90a)가 설치되며 회전하는 몸체(70)를 지지하는 지지부재(50)를 포함하여 이루어진 구조이다.

상기 몸체(70)의 외측을 따라나선 형태로 감겨진 냉각수단(80)은 단면 형태가 원형 사각형 중 어느 하나를 사용하며 도면 상에는 편의상 사각파이프를 설치한 것으로 도시하였다. 더불어 상기 몸체(70)의 외측을 따라나선 형태로 감겨진 냉각수단(80)은 일정간격 이격되어 상기 몸체(70)와 냉각수단(80) 사이에 공간이 형성된다. 그 이유는 에어를 이용하여 탄화물을 냉각시키는 냉각수단(80)으로 냉각효율을 증대시키기 위함이다.

상기 연소기(90)는 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 내측으로 연소실을 구비하며 연소실과 외부를 연결하는 다수의 통기공(93)을 형성한 연소통(90-2)과 상기 연소통(90-2) 외측면으로는 에어와 가연성 열분해 건류가스가 공급되는 가스 공급관(91)과 에어 공급관(92)을 형성한 외통(90-1)과 상기 외통(90-1)과 연소통(90-2)의 사이에 형성되어 공급되는 에어와 가연성 열분해 건류가스가 혼합되는 혼합실(90-3)과 버너와 연결되어 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공(94)에 에어를 공급하는 에어 공급관(92)을 포함하여 이루어진 구조이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명인 탄화장치의 작동은 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 동력전달장치(42)는 모터부재(41)를 가동시켜 회전력을 감소시켜 감속기와 몸체(70) 외면에 부착 설치된 기어부(73)를 가동시켜 1~5rpm의 속도로 회전후 버너(20)가 작동하여 내부 온도를 300℃로 가열 후 호퍼(11)에 슬러지 또는 Bio mass 폐기물을 일정량씩 스크류피더(12)에 의해 몸체(70) 내부로 공급한다.

공급되는 슬러지 또는 Bio mass 폐기물의 수분은 40wt% 이하여야 하며 탄소함량은 40wt%(dry base) 이상이어야 한다. 이때 상기 버너(20)는 최저로 작동하며 공급된 슬러지 또는 Bio mass 폐기물이 연소하여 함유된 탄소(C) 일부와 산소(O₂), 수소(H₂)가 연소할 수 있는 소량의 에어를 에어공급수단(30)에 의해 송풍휀(31)을 가동하여 에어를 공급하여 연소시키며, 일정한 간격으로 다수 개의 통공이 형성된 에어공급파이프(32)를 통해 몸체 내부로 공급한다. 또한, 탄화온도가 정상으로 유지되면 최적의 회전수로 조절한다. 이때 탄화물의 용도에 따라 증기와 혼합하여 공급할 수도 있다.

이때 탄화온도는 탄화물의 용도에 따라 250~450℃가 가장 적합하나 특수용도의 경우는 500℃ 이상을 유지할 수도 있다. 탄화시간은 60~90분을 원칙으로 하며 탄화 온도와 몸체(70)의 회전수에 의하여 조절될 수도 있다.

탄화 기술은 저 산소상태에서 슬러지 또는 Bio mass 폐기물을 250~450℃에서 부분적으로 연소처리 함으로써 원료 중 함유된 산소(O₂) 분자와 소량의 공급에어 중의 산소(O₂) 분자에 의하여 슬러지 또는 Bio mass 원료 중에 함유된 수소(H₂) 원자를 연소(산화)반응에 의하여 우선 연소시키고 탄소(C) 원자는 공급에어의 공급량을 조절하여 연소(산화)반응에 의하여 탄소(C) 함량은 증대시키고 수소(H₂)의 함량은 감소시켜 탄소(C) 함량을 70wt% 이상이 되도록 탄화 온도와 탄화시간을 조절한다.

이때 연소(산화)반응에 발생되는 연소열을 이용하여 온도를 유지하므로 별도의 연료가 필요 없다. 그러나 슬러지 또는 Bio mass 폐기물의 조성에 따라 연소(산화)열에 의한 온도유지가 어려울 경우 버너(20)를 가동하여 온도를 유지시킨다. 이때 연소(산화)반응에 의해 발생하는 이산화탄소(CO₂) 및 수증기(H₂0) 발생에 의하여 다공성의 탄화된 고형연료를 얻는다 또한 탄소(C) 성분의 함량에 따라 발열량이 결정된다.

상기 연소기(90)의 작동은 버너 점화 후 연소에어 공급용 송풍기를 가동 에어 공급관(92)을 통하여 외통(90)과 연소통(90-2)의 사이에 형성되어 있는 혼합실(90-3)에 공급하며, 상기 버너의 점화 확인 후 열분해 건류가스를 가스 공급관(91)을 통해 서서히 외통(90-1)과 연소통(90-2)의 사이에 형성되어 있는 혼합실(90-3)에 공급한다.

이때 상기 혼합 에어 공급관(92)을 통해 공급되는 에어는 고온일수록 바람직하며 일반적인 상온의 에어를 공급할 수도 있다. 이는 건류가스가 폐기물 중의 수분증발로 인하여 포화증기 상태로 유지되는데 이때 연소에어를 공급하면 희석되는 효과가 발생되며, 연소에어의 온도가 높을 수 록 많은 수분(절대습도)을 함유할 수 있으므로 응축수 발생량이 적기 때문이다.

상기 혼합실(90-3)에 열분해 건류가스와 에어가 공급되면 가연성 건류가스는 습도가 포화상태로 되어 있다가 혼합실(90-3)에 유입된 에어와 혼합되면서 일부가 응축수되고 기화하여 습도가 조절되면서 손쉽게 점화 연소되어 연소효율이 증대된다.

상기 습도가 조절된 가연성 건류가스는 연소통(90-2)에 형성되어 있는 통기공(93)을 이용하여 연소실로 가연성 건류가스와 에어를 혼합 공급하게 된다.

이때 점화된 버너의 불꽃 화염이 인입되는 유입공(94)을 통해 연소실로 화염이 유입되면 화염이 꺼지지 않도록 연소 에어 공급관(95)을 이용하여 에어를 공급하여 연소실에서 점화된다. 또한, 점화 완료시 버너의 점화 노즐의 냉각용으로 이용된다.

상기 통기공(93)은 동심원상에 일정 간격으로 2줄이 형성되고 1개줄에 60개가 형성되어 있다. 상기 통기공(93)이 2줄로 이루어진 이유는 혼합실(90-3)에서 연소실로 공급되는 가스의 양을 증대시킬 수 있으며, 또한 공급되는 가스의 분포를 넓게 형성시켜 연소가 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

또한 혼합실(90-3)로 공급되는 건류가스의 연소 및 습도 조절 목적으로 공급되어지는 에어의 공급은 연소통(90-2)에 대하여 접선방향에서 공급된다. 상기 열분해 건류가스와 에어를 접선방향에 대하여 공급하는 이유는 혼합실(90-3) 내에 와류가 발생하여 열분해 건류가스와 에어의 혼합을 용이하게 이루어지게 하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

한편 모터부재(41)가 작동되어 회전력을 발생시키기 때문에 몸체가 회전력을 전달받아 회전되되 감속기(43)와 기어부(73)에 의해 분당 0.5~5rpm으로 회전된다. 상기 몸체가 지지부재(50)에 의해 흔들리지 아니하고 몸체의 회전은 유지된다.

상기 몸체(70)가 회전되면 내측에 공급된 슬러지는 내부온도와 버너(20)와 에어공급파이프(32)에서 공급되는 에어에 의한 연소(산화)반응에 의해 탄화되며, 탄화되는 슬러지는 서서히 밀려 도면상 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 이동하게 된다.

상기 슬러지 또는 탄화물의 이송이 가능한 이유는 슬러지 및 탄화물의 이송방향으로 0.5~1.5° 경사지게 설치되어 있기 때문에 용이하게 슬러지 또는 탄화물을 공급방향으로부터 반대 방향 즉 배출구가 형성된 방향으로 이송이 가능하게 되지만 몸체(70)의 내측에 설치된 리프트 암(60)에 의해서도 이동된다.

단면 형상이 "ㄱ" 형태의 상기 리프트 암(60)은 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 원통형의 몸체(70) 내측면에는 몸체(70)에 고정토록 고정공을 형성하는 고정판(61)과 일체로 슬러지와 탄화물을 이송시키는 이송블레이드판(62)으로 이루어져 있어 슬러지 또는 탄화물을 이송블레이드판(62)이 일정방향으로 밀어 이송시키면 상기 리프트 암(60)은 몸체(70)의 내측면을 따라 나선형태로 고정 설치되어 있으므로 용이하게 슬러지 또는 탄화물이 이송되는 것이다.

상기 리프트 암(60)에 의해 몸체(70) 내측의 탄화물은 에어공급파이프(32)이 설치되지 않은 충입공간부(33) 쪽으로 이동되고 상기 충입공간부(33)로 모여진 탄화물은 냉각수단(80)으로 배출된다.

또한, 탄화조건 즉 온도, 체류시간 수증기 공급량 등의 조절이 용이하므로 탄화물의 용도 및 원료 즉 슬러지 및 Bio mass 폐기물의 조성에 따라 임의 조정이 가능하고 탄화시 발생하는 타르(tar)와 불완전 연소에 의하여 발생된 미량의 일산화탄소(CO), 유해가스는 로타리 조인트(90b)를 통하여 유입된 가스는 연소기(90)에서 완전연소되어 후처리 설비로 배출되므로 보다 친환경적이고 안정적인 배기가스 관리가 가능한 효과가 있다.

상기 몸체(70)와 연소기를 연결하는 닥트 상에는 로타리 조인트(90b)와 내압조절댐퍼(90a)가 있어 몸체(70) 내부 즉 탄화기 내부의 압력을 -10~20 mmH2O로 조절하여 배출되므로 순간 연소에 의한 사고를 방지한다. 몸체(70) 내부에서 탄화된 탄화물은 배출방향으로 이송되면서 고온이 형성되어 배출구를 통해 배출되는데 이때 몸체(70)에는 냉각수단(80)이 설치되어 있어 배출되는 탄화물을 냉각시키게 된다.

상기 냉각수단(80)의 작동은 몸체(70)의 내부와 연결되어 있으며 외표면에 나선형태로 권선되어 설치되어 있기 때문에 외부 에어에 의해 냉각되며 몸체(70)와 냉각수단(80)이 형성되어 있어 냉각 효율이 증대되며 배출되는 냉각수단(80)을 통과하는 시간은 나선의 수와 몸체(70)의 회전수에 의하여 결정되며 배출되는 압력에 따라 변경될 수 있으며, 상기 배출된 탄화물은 탄소함량 70wt% 이상 저위발열량 HL=5,000 kcal/kg 이상이 된다.

본 발명의 열분해 탄화 장치에 의한 열량 조절은 슬러지 및 Bio mass 폐기물 중 함유된 탄소(C)와 수소(H₂) 및 산소(O₂)가 우선 먼저 산화반응 치환반응을 하고 소량 공급되는 에어 중의 산소(O₂)는 남은 수소(H₂)와 탄소(C)와 산화(연소)반응을 하여 탄소(C)성분이 70wt% 이상이 되도록 반응시간 60~90분 가열온도 250~450℃를 조절한다.

여기서 탄화 온도가 높으면 탄화시간이 일정할 경우 수율이 떨어지나 탄소 함량이 상승하여 고발열량 즉 고 탄소함량의 연료가 되고 탄화온도가 낯을 경우는 탄화 시간이 길어지나 수율은 상승하며 연료비를 절감할 수 있다. 슬러지 및 Bio mass 폐기물의 성분의 조성에 따라 요구하는 발열량에 맞추어 조정할 수 있다.

원료의 조성 및 탄화물 즉 제품의 흡착력과 탈색력을 요할 경우는 반응온도를 500℃ 이상 유지하며 에어공급파이프(32)에 증기를 혼입하여 공급하므로 탄화물의 활성화 반응을 촉진시켜 탄화물의 흡착력 및 탈색력을 증가 시킬 수 있다.

따라서 몸체(70) 내부에서 외부로 탄화물 배출시 몸체(70)의 회전력을 이용 하여 탄화물을 냉각시킬 수 있어 별도의 냉각장치가 필요 없으므로 장치의 간소화를 꾀할 수 있다.

본 발명은 직접가열법을 사용하므로 탄화하고자 하는 물질 즉 슬러지 및 Bio mass 폐기물 중 함유된 탄소 일부와 수소 산소가 연소하므로 연소시 발생하는 연소열을 이용하므로 연료소모를 절감시키는 효과가 우수하므로 매우 경제적이며 유용한 발명이다.

1 : 탄화장치 10 : 슬러지공급수단
11 : 호퍼 12 : 스크류피더
20 : 버너 30 : 에어공급수단
31 : 송부휀 32 : 에어공급파이프
33 : 충입공간부 41 : 모터부재
42 : 동력전달장치 43 : 감속기
50 : 지지부재 60 : 리프트 암
61 : 고정판 62 : 이송블레이드판
70 : 몸체 71 : 외통체
72 : 내화벽돌 73 : 기어부
80 : 냉각수단 90 : 연소기
90a : 내압조절댐퍼 90b : 로타리 조인트
90-1 : 외통 90-2 : 연소통
90-3 : 혼합실 91 : 가스 공급관
92 : 에어 공급관 93 : 통기공
94 : 유입공 95 : 연소 에어 공급관

Claims

몸체가 회전하도록 동력을 발생시키는 모터부재와
상기 모터부재의 모터축에는 회전력을 감소시켜 전달하는 감속기와 상기 감속기는 몸체 외면에 부착 설치된 기어부와 치합되어 이루어진 동력전달장치와;
원통형의 본체 내측면에는 "ㄱ" 형태이면서 110~150°의 경사각을 형성하고 있는 리프트 암이 일정한 간격으로 다수개 설치되어 이루어진 몸체와;
내측에 베어링이 구비되어 회전하는 몸체를 지지하는 지지부재와;
일정량의 슬러지를 닫을 수 있는 호퍼의 배출구 하단에는 호퍼에서 배출되는 슬러지와 Bio mass 폐기물을 몸체의 내측으로 이송시키는 스크류피더가 설치되어 이루어진 슬러지 공급수단과;
상기 몸체의 일측에 연결되어 몸체 내측으로 공급된 슬러지와 Bio mass 폐기물을 탄화시키기 위한 점화 및 탄화온도를 유지시키는 버너와;
상기 버너가 용이하게 작동하도록 에어를 공급하도록 휀이 몸체 외부에 설치되며, 에어공급공이 일정한 간격으로 형성된 에어공급파이프가 상기 휀에 연결되되 상기 에어공급파이프 중심에 수평으로 설치되어 이루어진 에어공급수단;
일측은 몸체의 내측에 연결되면서 몸체의 외면을 따라나선 형태로 감겨 배출되는 탄화물을 냉각시키도록 설치되며 타측은 배출구를 형성한 냉각수단과;
상기 몸체 외부에는 몸체 내부에서 발생된 가스 및 타르를 연소시키기 위해 연결설치된 연소기와;
상기 몸체와 연소기를 연결하는 파이프 상에 설치된 내압조절댐퍼
를 포함하여 이루어진 것이며,
상기 연소기는 건류가스가 공급되는 가스공급관과, 에어가 공급되는 에어공급관과, 건류가스 및 에어가 혼합되는 혼합실과, 상기 혼합실로부터 건류가스 및 에어가 유입되는 다수의 통기공과, 상기 다수의 통기공을 통하여 건류가스 및 에어가 공급되는 연소실를 포함하고, 불꽃화염이 유입공을 통하여 공급되여 상기 연소실에서 점화되는 것이며,
상기 다수의 통기공은 동심원상에 일정 간격으로 2줄이 형성되고 1개줄에 다수개의 통기공이 형성되여 있어 혼합실에서 연소실로 공급되는 가스의 양을 증대하고 가스의 분포를 넓게 형성하여 연소를 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 슬러지 공급수단 쪽에서 냉각수단이 구비된 쪽으로 0.5~1.5° 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각수단은 몸체 내부에 공급되어 탄화되는 탄화물의 진행방향과는 반대방향으로 배출되도록 나선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치.
제1항에 있어서,
상기 리프트 암은 몸체 내부에 나선 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체와 냉각장치와의 사이에 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열분해 탄화장치.