KR101937759B1 - 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 - Google Patents

글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물로서 열량을 가지고 있으나, 건조시 소요되는 에너지 비용이 과다한 문제 및 함수율이 높은 슬러지 건조시 특정 함수율 범위에서 발생하는 고점성 및 점성구간을 배제하도록 건조 유체로 스팀 및 슬러지 건조 폐가스를 이용하여 에너지 비용 저감 및 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에 관한 것으로 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에 따르면, 기존 건조 기술의 에너지비(Energy ratio: {(생산된 고형연료의 총 저위발열량-고형연료 생산에 사용된 고형연료 총 저위발열량)/고형연료 생산에 소요된 총 외부에너지 투입량})에 비하여 높은 에너지비를 달성할 수 있는 효과가 있다.

Description

글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템{Compact Sludge Drying System Excluding Formation of the Glue zone}
본 발명은 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기물로서 열량을 가지고 있으나, 건조시 소요되는 에너지 비용이 과다한 문제 및 함수율이 높은 슬러지 건조시 특정 함수율 범위에서 발생하는 고점성 및 점성구간을 배제하도록 건조 유체로 스팀 및 슬러지 건조 폐가스를 이용하여 에너지 비용 저감 및 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에 관한 것이다.
유기성 폐기물류(가축분뇨, 음식물류 폐기물, 하폐수 슬러지 등)은 지속적으로 대량 발생하는 환경오염원인 동시에 바이오매스 원료이다. 그러나 대부분의 유기성폐기물류는 다량의 수분을 함유하고 있기 때문에 자원화 및 에너지 생산시 운전비용 상승으로 인한 경제성저하의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고 궁극적으로 바이오에너지 생산효율을 높이기 위하여 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 건조 시스템에 기반한 기술을 도입하고자 한다.
국내에서는 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 일정규모(500MW) 이상의 발전설비(신재생에너지 설비는 제외)를 보유한 발전사업자(공급의무자)에게 총 발전량의 일정비율 이상을 신·재생에너지를 이용하여 공급토록 의무화한 신재생 에너지공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard; RPS)가 도입되었으며 이런 의무공급량 미이행분에 대해서는 공급인증서 평균거래가격의 150%이내에서 불이행사유, 불이행 횟수 등을 고려하여 과징금을 부과할 수 있도록 법제화 하였다.
이에 따라 신재생에너지를 공급하여 인정받기 위하여 발전사업자가 신·재생에너지 설비를 이용하여 전기를 생산·공급하였음을 증명하는 인증서로 공급의무자는 의무공급량을 신·재생에너지 공급인증서를 구매하여 충당할 수 있는 것으로 공급인증서 발급대상 설비에서 공급된 MWh기준의 신·재생에너지 전력량에 대해 가중치를 곱하여 부여하는 신재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificate)를 실시하고 있고 신재생에너지 원별 가중치는 환경, 기술개발 및 산업활성화에 미치는 영향, 발전원가, 부존잠재량, 온실가스 배출거감에 미치는 효과 등을 고려하여 정부가 재정하고 3년마다 재검토하고 있다.
한편 상기와 같은 문제점들에 대응하기 위한 다수의 공지된 문헌들을 살펴보면 아래와 같다.
한국등록특허 10-1152613-240902호에서는 일측에 버너 및 건류가스 입구를 구비하고 타측에 연소관 출구(212)를 구비한 연소관 및 상기 연소관을 둘러싸고 일측에 건조 폐열 인입구를 구비하고 타측에 열풍 출구를 구비한 외통체를 포함하는 이중 통형 구조의 연소기; 슬러지 또는 폐기물이 투입되는 폐기물 유입구, 상기 폐기물 유입구로 투입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되어 배출되는 폐기물 배출구, 상기 연소관 출구와 연통되어 열풍이 유입되는 열풍 입구, 및 상기 열풍 입구로 유입된 열풍이 유출되는 건조 폐열 송출구를 포함하며, 유입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되는 메인 건조기; 상기 메인 건조기를 통하여 건조된 건조물이 투입되는 건조물 인입구, 투입된 건조물이 탄화되어 배출되는 탄화물출구 및 탄화하면서 발생되는 건류가스를 배출하기 위한 건류가스 배출공을 포함하는 탄화관, 및 상기 연소기의 열풍출구와 연통하여 열풍이 유입되는 제1유입구 및 유입된 열풍을 배출시키기 위한 제2배출구를 포함하는 바깥통을 포함하는 탄화기; 및 상기 탄화기의 탄화물출구로부터 유출되는 탄화물을 저장하기 위한 탄화물저장수단을 포함하되, 상기 연소기의 열풍출구와 상기 탄화기의 제1유입구를 연통시키기 위한 제1라인과 상기 탄화기의 내부를 순환한 열풍이 배출되는 제2배출구측에 구비된 제2라인을 서로 연통시키기 위한 바이패스 라인이 더 구비되며, 상기 연소기의 건류가스 입구측에는 열감지 센서가 더 구비되며, 역화방지를 위한 역화방지기가 상기 건류가스 배출공과 상기 건류가스입구를 상호 연통시키기 위한 제3라인과 연결된 제5라인을 통하여 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이패스 라인이 구비된 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템이 개시되어 있다.
한국등록특허 제10-1096077호에서는 고함수 유기성 폐기물을 열매체 오일과 접촉시켜 건조하는 증발건조기; 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 압축기; 상기 증발건조기와 열매체 오일 순환배관을 통해 연결되고, 상기 압축기에서 단열압축된 증발가스를 이용하여 상기 증발건조기에서 배출된 열매체 오일을 가열한 후 상기 증발건조기로 재공급하는 열교환기; 상기 열교환기에서 열매체 오일을 가열한 증발가스를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 수분과 오일로 분리하는 유수분리기; 및 상기 유수분리기에서 분리된 오일을 저장하고, 저장된 오일을 열교환기로 공급하는 오일저장탱크를 포함하는 고함수 유기성 폐기물 건조시스템을 개시하고 있다.
한국공개특허 제2012-0084220호에서는 탈수슬러지를 이송하는 이송펌프와, 이송펌프에 의하여 이송되어진 슬러지를 혼합하는 탈수슬러지 혼합기와, 혼합기에서 공급되는 슬러지를 수용하여 섭씨 85도 내지 95도 온도 조건에서 건조하는 건조기와, 건조기와 연결되어 스팀을 제공하여 건조기 내의 건조 열원으로 사용하도록 하는 스팀히터와, 건조기에서 발생되어 배기되는 분진을 제거하기 위해 건조기에 연결설치되는 싸이클론과, 건조기에서 건조된 슬러지를 배출 이송시키는 컨베이어와, 건조슬러지를 냉각이송시키는 냉각컨베이어와, 건조슬러지를 저장하는 건슬러지저장조와, 건슬러지저장조로부터 이송되는 슬러지를 슬러지 탄화기로 투입하는 투입호파를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치을 개시하고 있다.
한국특허공보 제10-0685385호에서는 함수율이 높은 하폐수 슬러지가 저장되는 저장 호퍼; 상기 저장 호퍼에 저장되는 슬러지를 이송하도록 상기 저장 호퍼의 하측부에 제공된 이송 펌프; 슬러지를 압축하여 탈수처리하는 압축 탈수기; 상기 압축 탈수기에서 탈수처리된 슬러지를 건조시키는 열매 스팀 혼용 디스크 건조기; 열매를 이용하여 상기 압축 탈수기 및 열매 스팀 혼용 디스크 건조기를 구동하는 열매 보일러; 상기 열매 스팀 혼용 디스크 건조기로부터 배출된 배출가스를 스팀으로 전환하는 폐열 보일러; 초기 운전중에 부족한 스팀 열원을 발생하여 보조적으로 스팀을 공급하는 보조 보일러; 상기 열매 스팀 활용 디스크 건조기의 하측부에 제공되어 건조 슬러지가 배출되는 배출 컨베이어; 상기 배출 컨베이어를 통해 배출된 건조 슬러지 중 일부를 재건조시키기 위해 분배하는 분배 컨베이어; 상기 분배 컨베이어에서 분배된 일부 슬러지를 상기 열매 스팀 활용 디스크 건조기로 송기하도록 제공된 상향 이동 컨베이어; 폐가스를 정화하도록 상기 열매 스팀 혼용 디스크 건조기와 연통되어 제공된 분진 포집기; 상기 분진 포집기의 상방으로 배출된 폐가스를 물 세척하여 분진을 제거하는 습식 탈습탑; 데워진 세척수를 열교환하는 열 교환기 및 냉각탑; 상기 습식 탈습탑의 상부와 연결되어 폐가스를 흡착 정화하는 활성탄 반응탑; 및 상기 저장 호퍼, 압축 탈수기, 열매 스팀 혼용 디스크 건조기, 각 컨베이어, 각 보일러의 동작을 제어하는 자동 운전반을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하, 폐수 슬러지의 자원 재활용 장치가 개시되어 있다.
Tadeusz Kudra, Arun S. Mujumdar, "Advanced Drying Technoolgies", Second edition p97-98에서는 슬러지 특성, 과열증기 건조 기술이 제안하였다.
그러나 지금까지 알려진 종래기술들에서는 고함수 슬러지 건조시 발생하는 고점성 및 점성 구간의 형성을 배제하기 위한 기술적 검토가 없었으며, 또한 건조시 소요되는 에너지를 저감하기 위한 슬러지 건조 폐가스 및 공정 스팀을 활용한 건조 공정 연계 시스템을 제시한 바는 확인 할 수 없다.
한국등록특허 10-1152613-240902호 한국등록특허 제10-1096077호 한국공개특허 제2012-0084220호 한국특허공보 제10-0685385호
Tadeusz Kudra, Arun S. Mujumdar, "Advanced Drying Technoolgies", Second edition p97-98
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로, 유기물로서 열량을 가지고 있으나, 건조시 소요되는 에너지 비용이 과다한 문제 및 함수율이 높은 슬러지 건조시 특정 함수율 범위에서 발생하는 고점성 및 점성구간을 배제하도록 건조 유체로 스팀 및 슬러지 건조 폐가스를 이용하여 에너지 비용 저감 및 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템을 제공하는 데 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 고함수 슬러지 를 슬러지 건조 폐가스 와 열교환하여 건조하는 여열기(200); 상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 예비건조스팀 과 열교환 건조하는 예열기(100); 상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지에 포함된 슬러지 건조 폐가스를 분리하는 해쇄기 (300); 및 상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 건조스팀과 열교환 건조하는 건조기 (400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 상기 해쇄기에서 상기 고함수 슬러지와 분리된 슬러지 건조 폐가스는 소각처리 장치로 공급될 수 있다.
또한, 상기 예열기에서 열교환되면서 액체로 상변화된 예비건조스팀은 보일러 급수 로 공급될 수 있다.
또한, 상기 여열기에서 열교환되면서 고함수 슬러지에서 응축 형성된 폐수는 폐수 처리장으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 슬러지 건조 폐가스를 상기 소각처리 장치로 이송하기 위한 송풍기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원료는 상기 점도성 성분분리유닛으로 공급되기 전에 알칼리용액으로 처리되는 전처리유닛에 공급할 수 있다.
또한, 상기 예비건조스팀과 상기 건조스팀은 화력발전소, 원자력발전소, 열병합발전소, 복합발전소, 가스발전소, 소각로, 산업용 보일러 중 어느 하나 또는 2 이상에서 작동유체로 사용되는 스팀일 수 있다.
또한, 상기 여열기 및 예열기는 하부에 고함수 슬러지 제1유입부, 고함수 슬러지 제1유출부, 슬러지 건조 폐가스 제2유입부 및 응축 폐수 제2유출부를 갖는 여열기가 형성되고,
상부에 상기 고함수 슬러지 제1유출부에 직결된 고함수 슬러지 제3유입부, 예비건조스팀 제4유입부, 보일러 급수 제3유출부, 상기 슬러지 건조 폐가스 제2유입부와 직결된 슬러지 건조 폐가스 제4유출부 및 고함수 슬러지 제5유출부가 형성된 예열기가 형성되는 컴팩트 열교환기 형태일 수 있다.
또한, 상기 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에서 생산된 건조 슬러지일 수 있다.
고함수 슬러지를 슬러지 건조 폐가스와 여열기에서 열교환하여 건조하는 제1단계; 상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 예비건조스팀과 예열기에서 열교환 건조하는 제2단계; 상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지에 포함된 슬러지 건조 폐가스를 해쇄기에서 분리하는 제3단계; 및 상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 건조스팀과 건조기에서 열교환 건조하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 방법일 수 있다.
본 발명의 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에 따르면, 기존 건조 기술의 에너지비(Energy ratio: {(생산된 고형연료의 총 저위발열량-고형연료 생산에 사용된 고형연료 총 저위발열량)/고형연료 생산에 소요된 총 외부에너지 투입량})에 비하여 높은 에너지비를 달성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전체 공정을 컴팩트화함으로써 장치비 절감, 설치부지를 기존대비 30%이상 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러지 건조시 소요되는 운전비용이 절감되고 자동운전이 용이한 효과가 있다.
또한, 여열기, 예열기, 해쇄기, 건조기의 기술구성에 스팀 분할 주입에 따라서 슬러지 성상에 따른 스팀량 조절 및 최적화 운전이 가능한 효과가 있어 슬러지의 글루존인 고점도 및 점도 구간을 회피할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 구성도이다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 장치도이다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 쉘앤튜브타입 예열기에서의 열교환에 따른 온도 변화 그래프이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 쉘앤튜브타입 예열기에서의 열교환에 따른 총괄열전달계수 변화 그래프이다.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 건조기 배가스 출구 온도에 따른 스팀 발생 유량 그래프 이다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따른 고함수 슬러지 건조 용량 20t/d 조건에서의 열교환기 형태 예열기 설계 인자 그래프이다.
도 8은 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 장치에 따른 VOC 및 악취물질 발생 그래프이다.
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 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템을 나타낸 흐름도이다.
고함수 슬러지 를 슬러지 건조 폐가스 와 열교환하여 건조하는 여열기(200); 상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 예비건조스팀 과 열교환 건조하는 예열기(100); 상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지에 포함된 슬러지 건조 폐가스를 분리하는 해쇄기 (300); 및 상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 건조스팀과 열교환 건조하는 건조기 (400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템일 수 있다.
상기 고함수 슬러지는 수분함량이 중량대비 90wt%이상일 수 있다.
상기 슬러지 건조 폐가스는 건조기 및/또는 해쇄기에서 배출되는 슬러지 건조 폐가스 일 수 있다.
상기 슬러지 건조 폐가스는 80 내지 200일 수 있다. 바람직하게는 90 내지 180일 수 있며, 더욱 바람직하게는 110 내지 130일 수 있다.
상기 여열기의 형태는 쉘앤튜브, 핀튜브 일 수 있다. 상기 고함수 슬러지와 슬러지 건조 폐가스의 열교환 효율을 높일 수 있다면 그 형태에 제한을 두지 않는다.
상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지의 함수율은 80wt%이하 일 수 있다. 바람직하게는 60wt%이하 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40wt%이하 일 수 있다.
상기 여열기의 슬러지 건조 폐가스의 열교환은 잠열회수를 위한 것이다.
상기 예비건조스팀은 발전소 및/또는 산업공정에서 발생하는 폐스팀일 수 있다.
상기 폐스팀은 상기 발전소 및/또는 산업공정의 발전, 공정열에 사용되고 배출되는 예비건조스팀일 수 있다.
상기 예비건조스팀은 100 내지 300일 수 있다. 바람직하게는 120 내지 200일 수 있으며 더욱 바람직하게는 150 내지 180일 수 있다.
상기 예열기의 형태는 쉘앤튜브, 핀튜브 일 수 있다. 상기 고함수 슬러지와 예비건조스팀의 열교환 효율을 높일 수 있다면 그 형태에 제한을 두지 않는다.
상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지의 함수율은 80wt%이하 일 수 있다. 바람직하게는 60wt%이하 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40wt%이하 일 수 있다.
상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지의 함수율은 80wt%이하 일 수 있다. 바람직하게는 60wt%이하 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40wt%이하 일 수 있다.
상기 건조기에 주입되는 고함수 슬러지의 함수율은 40wt%이하 일 수 있다.
상기 건조기에 공급되는 상기 건조스팀은 발전소 및/또는 산업공정에서 발생하는 폐스팀일 수 있다.
상기 폐스팀은 상기 발전소 및/또는 산업공정의 발전, 공정열에 사용되고 배출되는 건조스팀일 수 있다.
상기 건조스팀은 100 내지 300일 수 있다. 바람직하게는 120 내지 200일 수 있으며 더욱 바람직하게는 150 내지 180일 수 있다.
상기 건조스팀과 상기 예비건조스팀의 분기 비율은 3 내지 5 중량부 대 7 내지 5 중량부 일 수 있다.
상기 해쇄기에서 상기 고함수 슬러지와 분리된 슬러지 건조 폐가스는 소각처리 장치로 공급될 수 있다.
상기 소각처리 장치는 악취를 갖는 슬러지 건조 폐가스를 분해할 수 있다면 그 형태에 제한을 두지 않는다.
상기 소각처리 장치는 가스버너, 플라즈마 연소기, 선회연소기, 다공성 연소기, 촉매 연소기 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
상기 소각처리 장치에 사용되는 가연성 연료는 악취를 갖는 슬러지 건조 폐가스를 분해할 수 있다면 그 종류에 제한을 두지 않는다.
탄소수 1 내지 5의 탄화수소화합물, 중유, 경유, 석탄, SRF, Bio-SRF, RDF 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
상기 예열기에서 열교환되면서 액체로 상변화된 예비건조스팀은 보일러 급수로 공급될 수 있다.
상기 보일러 급수는 발전소 및/또는 산업공정의 작업유체로 사용될 수 있다. 상기 보일러 급수는 충분한 열교환을 위하여 응축기를 거칠 수 있다.
상기 여열기에서 열교환되면서 고함수 슬러지에서 응축 형성된 폐수는 폐수 처리장으로 공급될 수 있다.
상기 슬러지 건조 폐가스를 상기 소각처리 장치로 이송하기 위한 송풍기를 포함될 수 있다.
상기 원료는 상기 점도성 성분분리유닛으로 공급되기 전에 알칼리용액으로 처리되는 전처리유닛에 공급될 수 있다.
상기 슬러지 건조 폐가스를 상기 소각처리 장치로 이송하기 위한 송풍기를 포함될 수 있다.
상기 원료는 상기 점도성 성분분리유닛으로 공급되기 전에 알칼리용액으로 처리되는 전처리유닛에 공급될 수 있다.
상기 예비건조스팀과 상기 건조스팀은 화력발전소, 원자력발전소, 열병합발전소, 복합발전소, 가스발전소, 소각로, 산업용 보일러 중 어느 하나 또는 2 이상에서 작동유체로 사용되는 스팀일 수 있다.
상기 여열기 및 예열기는 하부에 고함수 슬러지 제1유입부, 고함수 슬러지 제1유출부, 슬러지 건조 폐가스 제2유입부 및 응축 폐수 제2유출부를 갖는 여열기가 형성되고,
상부에 상기 고함수 슬러지 제1유출부에 직결된 고함수 슬러지 제3유입부, 예비건조스팀 제4유입부, 보일러 급수 제3유출부, 상기 슬러지 건조 폐가스 제2유입부와 직결된 슬러지 건조 폐가스 제4유출부 및 고함수 슬러지 제5유출부가 형성된 예열기가 형성되는 컴팩트 열교환기 형태일 수 있다.
상기 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템에서 생산된 건조 슬러지일 수 있다.
또한, 고함수 슬러지를 슬러지 건조 폐가스와 여열기에서 열교환하여 건조하는 제1단계; 상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 예비건조스팀과 예열기에서 열교환 건조하는 제2단계; 상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지에 포함된 슬러지 건조 폐가스를 해쇄기에서 분리하는 제3단계; 및 상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 건조스팀과 건조기에서 열교환 건조하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 방법이 제공된다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 구성도이다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 장치도이다.
상기 일 실시예에 적용된 예열기는 열교환기형태로써 슬러지온도에 따른 점도변화, 슬러지 건조 폐가스의 쉘사이트 파울링 방지, 예열기 슬러지중 수분증발 조건 및 열교환기 튜브 사이즈를 최적화하기 위한 실험을 수행하였다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 쉘앤튜브타입 예열기에서의 열교환에 따른 온도 변화 그래프이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 쉘앤튜브타입 예열기에서의 열교환에 따른 총괄열전달계수 변화 그래프이다.
슬러지를 사용하여, 건조로 슬러지 건조 폐가스의 온도에 따라 열전달 계수를 측정한 것이다. 도4에 있는 그림이 실험에서 각 위치에서 온도를 표시한 것이며, 이것을 근거로 튜브의 내부열전달계수 및 외부열전달 계수를 도5의 좌측에 표시하였으며, 총괄열전달 계수를 도5의 우측에 표시하였다.
열교환기 내부에 슬러지를 42 kg/hr로 주입하면서, 쉘쪽으로는 92, 102, 110 로 변화를 주면서 열전달 실험을 수행한 것을 보여준 것이다. 총괄 열전달계수를 계산한 그래프 도5에 표시하였다. 실험 중에 슬러지의 입구온도가 계속 증가함에 따라, 온도가 낮은 영역에서의 실험에서 총괄열전달계수는 높은 값을 보이며, 건조로 출구온도가 높은 지점에서 낮은 총괄열전달 계수를 보였다. 이는 비정상상태에서 실험이 수행되었으며, 이를 근거로 열전도도를 계산하였기 때문이다. 도5에 우측에 물과 슬러지의 경우의 총괄열전달계수를 도시하였다. 슬러지를 사용한 경우가, 비정상상태로 출구온도가 증가하는 상태로 계산되어 높은 값을 보인 것으로 추정된다.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 건조기 배가스 출구 온도에 따른 스팀 발생 유량 그래프 이다.
도 6은 열수지를 바탕으로 계산된, 전체 건조시스템에서 필요한 열량을 도시한 것이다. Base는 기존에 전열기가 없는 경우이고 90 로 건조로 출구온도가 배출될 경우, 100 로 건조로 출구온도가 배출될 경우, 및 110 로 건조로 출구온도가 배출되는 경우에 필요한 열량을 도시한 것이다. 온도가 증가함에 따라 총괄열전달 계수는 증가하여, 건조로 배출가스의 이용효율이 증가되며, 열교환기를 사용하지 않는 경우의 60%정도의 에너지, 현재 건조에 필요한 에너지의 140%를 사용한다고 가정하면, 82%의 에너지로 건조할 수 있음을 보여준다. 그러나, 여기에서 건조로에서의 열전달 효율을 140%로 동일하다고 가정한 것이다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따른 고함수 슬러지 건조 용량 20t/d 조건에서의 열교환기 형태 예열기 설계 인자 그래프이다.
도 7은 20 톤/day 용량 하수슬러지 건조시스템에 필요한 열교환기를 설계한 것으로 기본실험으로 수행한 tube크기(1 inch), pitch(1.25 inch)와 동일하다고 가정하였으며, 실험에서 구한 총괄열전달계수를 기준으로 전열면적은 27.5 ㎡이었다. 이를 기준으로 Shell ID와 열교환기 길이를 결정할 수 있으며, 이에 따라 열교환기에 걸리는 압력강하를 계산하였다. 추후에 건조로의 배출가스에 대한 조업자료를 축적하고, 건조로와 연계한 실험을 보완하여, 설계에 필요한 상관식을 보정하여, 최종적으로 기본설계를 수행하고자 한다.
도 8은 본 발명에 일 실시예에 따른 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템 실험 장치에 따른 VOC 및 악취물질 발생 그래프이다.
도 8은 VOC와 악취물질에 대한 자료조사의 결과로 유기성 음식물 쓰레기 처리시설에서 건조, 저장, 이송에서도 악취가 발생함을 보여준다. 이들 각 공정에서 그룹별 물질농도와 악취강도가 각각 다르게 나타남을 보여주며 농도와 악취강도는 서로 상관성이 없음을 확인할 수 있다. 알데히드와 황화합물이 악취원인물질로 가장 영향이 높은 것을 판단된다.
100: 예열기
200: 여열기
300: 해쇄기
400: 건조기

Claims (9)

  1. 고함수 슬러지를 슬러지 건조 폐가스와 열교환하여 건조하는 여열기(200);
    상기 여열기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 예비건조스팀과 열교환 건조하는 예열기(100);
    상기 예열기를 통과한 고함수 슬러지에 포함된 슬러지 건조 폐가스를 분리하는 해쇄기(300); 및
    상기 해쇄기를 통과한 고함수 슬러지를 분기된 건조스팀과 열교환 건조하는 건조기(400);를 포함하며,
    상기 예열기에서 열교환되면서 액체로 상변화된 예비건조스팀은 보일러 급수로 공급되며,
    상기 여열기에서 열교환되면서 고함수 슬러지에서 응축 형성된 폐수는 폐수처리장으로 공급되고,
    상기 여열기 및 예열기는 하부에 고함수 슬러지 제1유입부, 고함수 슬러지 제1유출부, 슬러지 건조 폐가스 제2유입부 및 응축 폐수 제2유출부를 갖는 여열기가 형성되고,
    상부에 상기 고함수 슬러지 제1유출부에 직결된 고함수 슬러지 제3유입부, 예비건조스팀 제4유입부, 보일러 급수 제3유출부, 상기 슬러지 건조 폐가스 제2유입부와 직결된 슬러지 건조 폐가스 제4유출부 및 고함수 슬러지 제5유출부가 형성된 예열기가 형성되는 컴팩트 열교환기 형태인 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해쇄기에서 상기 고함수 슬러지와 분리된 슬러지 건조 폐가스는 소각처리 장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 슬러지 건조 폐가스를 상기 소각처리 장치로 이송하기 위한 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 예비건조스팀과 상기 건조스팀은 화력발전소, 원자력발전소, 열병합발전소, 복합발전소, 가스발전소, 소각로, 산업용 보일러 중 어느 하나 또는 2 이상에서 작동유체로 사용되는 스팀인 것을 특징으로 하는 글루존 형성을 배제하는 컴팩트 슬러지 건조 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
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