KR102087377B1 - 연소장애물질 저감을 위한 팜 부산물 전처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 팜 부산물을 수세수에 침강시켜 세척하기 위한 수세조; 상기 수세조 내로 수세수를 공급하기 위한 수세수 공급수단; 상기 수세조 내의 팜 부산물을 이동시키기 위한 컨베이어; 상기 팜 부산물의 세척에 사용된 재순환수를 저장하기 위한 재순환수 완충조; 및 상기 재순환수를 수세조 내로 재공급하기 위한 재순환수 공급수단;을 포함하는 팜 부산물 전처리 시스템에 관한 것이다.

Description

연소장애물질 저감을 위한 팜 부산물 전처리 시스템{PRETREATMENT SYSTEM OF EMPTY FRUIT BUNCH FOR REDUCING COMBUSTION OBSTACLES}

본 발명은 연소장애물질 저감을 위한 팜 부산물 수세장치 및 수세 방법에 관한 것이다.

팜 부산물(Empty Fruit Bunch)은 팜 나무로부터 수확되는 열매 덩어리(Full Fruit Bunche)에서 팜 오일 생산을 위해 필요한 열매를 분리하고 남겨진 식물성 부산물로, 연간 약 1천만톤 규모(열매 덩어리의 20% 수준)로 발생되고 있다.

팜 부산물은 건조 시 발열량이 약 4,000kcal/kg로 높아 이를 발전연료로 사용하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 그러나, 팜 부산물에는 칼륨(K) 및 염소(Cl)등의 연소장애물질이 함유되어 있어 이를 발전연료로 사용하는 경우 보일러 손상 및 발전소 가동률 저하 등의 문제점이 발생된다. 또한, 팜 부산물은 수분함량이 높고(60% 이상), 섬유질의 길이가 길어 이를 발전연료로 사용하고자 하는 경우 전처리 과정이 필요하다.

팜 부산물을 발전연료로 사용하기 위한 전처리 과정에 관하여 대한민국 등록특허 제10-1557820호는 팜 부산물을 산소가 없는 고온(250~350℃) 상태에서 가열하여 반탄화한 후 펠릿 형태로 성형하는 방안을 공개하고 있다. 그러나, 팜 부산물을 발전연료화 하기 위해 다량의 에너지를 투입하여야 하므로 경제성 측면에서 비효율적이며, 팜 부산물에 함유되어 있는 연소장애물질을 충분히 제거하기 어려운 것으로 보인다.

따라서, 팜 부산물에 함유되는 연소장애물질을 충분히 제거할 수 있으면서도, 경제적으로 효율적인 팜 부산물 전처리 과정이 강구될 필요가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1557820호

본 발명은, 팜 부산물에 함유되어 있는 연소장애물질을 충분히 제거할 수 있으면서도, 경제적으로 효율적인 팜 부산물 전처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 팜 부산물을 수세수에 침강시켜 세척하기 위한 수세조; 상기 수세조 내로 수세수를 공급하기 위한 수세수 공급수단; 상기 수세조 내의 팜 부산물을 이동시키기 위한 컨베이어; 상기 팜 부산물의 세척에 사용된 재순환수를 저장하기 위한 재순환수 완충조; 및 상기 재순환수를 수세조 내로 재공급하기 위한 재순환수 공급수단;을 포함하는 팜 부산물 전처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 팜 부산물 전처리 시스템에 의하면, 팜 부산물이 함유하고 있는 연소장애물질인 염소, 칼륨 등의 알칼리 성분 및 기타 불순물들을 효과적으로 제거함으로써 팜 부산물의 고부가가치화가 가능하다.

또한, 세척이 완료된 팜 부산물의 수분함량을 줄이기 위하여 압착식 탈수수단을 도입함으로써, 연소장애물질의 재부착을 방지하여 자연 건조 및 열적 건조 대비 연소장애물질 저감효과가 탁월하며, 추가적인 열 에너지 공급이 필요하지 않다는 점에서도 열적 건조 대비 에너지 효율이 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 팜 부산물의 세척에 사용된 수세수를 수세공정에 재사용하거나, 팜 나무 농장에서 비료수로 재활용할 수 있도록 함으로써 팜 나무 및 팜 오일 생산 체계 전반의 경제성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템에서 사용되는 전처리 장치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템을 통한 칼륨의 제거율을 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템을 통한 염소의 제거율을 측정한 결과이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 폐 자원인 팜 부산물을 발전연료로 재활용하기 위한 것으로, 팜 부산물에 함유되어 있는 칼륨 및 염소 등의 연소장애물질을 충분히 제거할 수 있다.

팜 부산물에 함유되는 연소장애물질은 주로 칼륨(K)과 염소(Cl)이다. 칼륨과 염소는 보일러를 손상시키거나 운전을 불가능케 하는 위험성이 높은 물질이다.

먼저, 발전연료 내의 칼륨 함량이 1% 이상인 경우 연소 시 발생되는 회의 융점이 낮아지게 되며, 회의 융점이 낮아짐에 따라 보일러의 연소열에 의해 녹은 회가 보일러 연소로 벽면 및 보일러 튜브의 외부 표면에 부착된다. 이 때, 보일러 튜브의 외부 표면에 부착된 회는 튜브 내부에 흐르는 물에 의해 온도가 낮아져 그대로 고착화된다. 이와 같이 보일러 튜브의 외부 표면에 고착화된 회의 양이 증가되면, 보일러 튜브는 연소로로부터 열 에너지를 충분히 전달받지 못해 물을 증기로 변환하는 효율이 급격히 감소하게 되고, 이로 인해 발전소 출력이 저하되거나 심한 경우 운전정지에 이르게 된다.

또한, 발전연료 내의 염소는 수소와의 결합으로 염산을 형성하여 자체적으로 보일러 내부의 부식을 일으킬 수 있으며, 비산회(연소가스 중의 회)의 다른 화합물과 반응하여 고온 염소부식을 일으켜 보일러 내부의 보일러 튜브 등을 손상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템에 의하는 경우, 팜 부산물에 함유된 연소장애물질을 초기 함유량 대비 80% 이상 제거할 수 있으며, 이에 따라 회의 융점저하 및 보일러 튜브 외부 표면에 회가 고착화되는 슬래깅 현상을 개선하고, 염소에 의한 고온부식 현상을 줄여 보일러의 운전효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 팜 부산물 전처리 시스템에서 사용되는 전처리 장치의 일 실시예를 도시한 것으로, 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 팜 부산물 전처리 시스템을 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 수세조(1)를 포함한다. 상기 수세조(1)는 팜 부산물을 수세수에 침강시켜 세척하기 위한 것으로, 팜 부산물 및 수세수를 수용하기 위한 일정한 체적을 갖는다.

상기 수세조(1)는 수조 내로 수세수를 공급하기 위한 수세수 공급수단을 구비할 수 있으며, 상기 수세수 공급수단은 수세수의 공급원인 수세수 저장소와 연결되고, 공급되는 수세수의 양을 조절하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.

상기 수세조(1)에는 팜 부산물의 투입이 용이하도록 팜 부산물 투입구(2)가 설치되며, 상기 수세조(1)의 일 측면에 팜 부산물 배출구(3)를 설치하여 세척이 완료된 팜 부산물이 배출될 수 있도록 한다. 또한, 상기 투입구(2)를 통해 투입된 팜 부산물이 수세수 내로 원활히 침강될 수 있도록, 상기 팜 부산물 투입구(2) 부근에 수세수 분사수단(6)이 설치될 수 있다.

상기 수세수 분사수단(6)은 수세수의 공급원인 수세수 저장소와 연결되어 수세수를 분사할 수 있으며, 하기에서 설명될 재순환수 완충조(5)와 연결되어 재순환수를 분사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 컨베이어(4)를 포함한다. 상기 컨베이어(4)는 모터와 같은 구동수단과 연결되어 회전력을 전달 받을 수 있으며, 컨베이어의 일부가 수세조(1) 내의 수세수 내로 침수되어 구동되는 침수식 컨베이어인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 컨베이어(4)는 수세조(1) 내의 팜 부산물들을 효과적으로 이동시키기 위하여 이송 블레이드가 일정한 간격으로 설치될 수 있다.

상기 수세조(1) 내에 투입된 팜 부산물은 수세수 내에 침강되어 상기 이송 블레이드를 구비한 컨베이어(4)에 의해 수세조(1)의 일 방향으로 이동되면서 세척된다. 이 과정에서 팜 부산물에 함유된 연소장애물질 및 기타 불순물들이 팜 부산물로부터 제거될 수 있다.

또한, 상기 컨베이어(4)의 속도 및 이송방향을 적절히 조절하여 팜 부산물이 수세수 내에서 충분히 세척될 수 있도록 할 수 있으며, 수세수 내에서 일정시간 침강되어 세척이 완료된 팜 부산물은 컨베이어(4)에 의해 배출구(3)로 이동된다.

상기 팜 부산물과 수세수는 1:5 내지 1:15의 중량비로 투입될 수 있으며, 바람직하게는 1:9 내지 1:12의 중량비로 투입될 수 있다. 상기 중량비를 만족하는 경우 팜 부산물 내의 연소장애물질 및 기타 불순물을 충분히 제거할 수 있으면서도, 수세수의 지나친 사용을 방지할 수 있어 효율적이다.

또한, 상기 팜 부산물은 수세수 내에서 3분 내지 15분간 침강되어 세척될 수 있으며, 바람직하게는 5분 내지 10분간 침강되어 세척될 수 있다. 상기 세척 시간을 만족하는 경우 팜 부산물 내의 연소장애물질 및 기타 불순물을 충분히 제거할 수 있으면서도, 전체적인 팜 부산물 전처리 공정의 속도를 높일 수 있어 효율적이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 상기 팜 부산물 배출구(3) 부근에 헹굼수 분사수단(7)을 더 포함할 수 있다. 컨베이어(4)에 의해 수세수 밖으로 건져 올려진 팜 부산물은 수세조(1) 밖으로 배출되기 전 상기 헹굼수 분사수단(7)을 통해 추가 세척될 수 있다.

상기 헹굼수 분사수단(7)은 수세수의 공급원인 수세수 저장소와 연결되며, 팜 부산물의 세척에 사용되지 않은 청정 수세수를 분사하여 1차 세척된 팜 부산물을 추가 세척함으로써 팜 부산물에 잔존하는 연소장애물질 및 기타 불순물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 팜 부산물의 세척과정에 소요되는 수세수의 효율적 활용을 위해 재순환수 완충조(5) 및 재순환수 공급수단(8)을 포함한다.

본 발명에서 재순환수란 팜 부산물의 세척에 1회 이상 사용된 수세수를 의미하는 것으로, 상기 팜 부산물의 세척에 사용된 수세수는 폐수로서 곧바로 배수(排水)되지 않고, 1차적으로 상기 재순환수 완충조(5)에 이송 및 저장된다. 상기 재순환수 완충조(5)에 저장된 재순환수는 수세조(1)의 하부 바닥에 설치된 재순환수 공급수단(8)을 통해 수세조(1)에 재공급되어 팜 부산물의 세척에 다시 이용될 수 있다.

재순환수 공급수단(8)을 통해 수세조(1)에 재순환수를 지속적으로 공급하게 되면, 수세조(1) 내의 수위가 상승하여 수세조(1) 밖으로 일정량의 수세수가 넘쳐 흐르게 되며, 상기 수세조(1)의 넘침수를 다시 재순환수 완충조(5)에 이송 및 저장한 후, 이를 다시 팜 부산물의 세척에 이용함으로써 수세수의 재순환 루프를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 상기 수세조(1)에 수질측정센서(9)를 더 구비할 수 있다. 상기 수질측정센서(9)는 수세조(1) 내 수세수의 수질을 측정하여 수질이 일정 수준에 도달하면, 이를 팜 부산물의 세척에 더 이상 이용하지 않고 전량 배수한다.

상기 수질측정센서(9)는 전도도 미터(conductivity meter) 및 총용존고형물 미터(total dissolved solids meter)를 포함할 수 있으며, 상기 수세수의 전도도 및 총용존고형물을 측정하여 수세조(1) 내의 수세수의 계속 사용 또는 배수여부를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수세수의 전도도가 1,500 μS 이상이거나 총용존고형물 농도가 1,000 ppm 이상인 경우에는 수세조(1) 내의 수세수를 전량 배수하여 일정 수준 이상의 수세력을 유지하면서도 소요되는 수세수의 양을 최적화할 수 있다.

팜 부산물의 수분함량이 높을 경우 연소효율이 저하되므로, 수분함량을 적절히 줄일 필요가 있다. 이를 위하여 세척이 완료된 팜 부산물을 자연 건조하는 경우, 팜 부산물 내의 수분이 증발되는 과정에서 수분에 용출되었던 칼륨 및 염소 등의 연소장애물질이 팜 부산물에 재부착될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 압착식 탈수수단(21)을 도입함으로써, 팜 부산물에 연소장애물질이 재부착되는 것을 방지하여 칼륨 및 염소 등의 연소장애물질을 초기 함량대비 80% 이상 제거할 수 있다.

관련하여, 도 2 및 도 3은 다양한 형태의 팜 부산물을 수세수에 1:10의 중량비로 투입하여 10분간 세척하고, 세척 전후 팜 부산물이 함유하는 칼륨 및 염소의 농도를 측정한 결과이다. 상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 팜 부산물 전처리 시스템에 의하는 경우, 칼륨은 초기 함량대비 85% 이상, 염소는 초기 함량대비 91% 이상 제거됨을 알 수 있으며, 상기 결과로부터 본 발명의 우수한 연소장애물질 제거효과를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 압착식 탈수수단(21)을 이용하는 경우, 대규모 설비의 도입 및 추가적인 열 에너지 공급이 필요한 열적 건조 대비 경제성 및 에너지 효율이 우수한 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 진동 스크린(vibrating screen)(22)을 더 포함할 수 있다. 압착식 탈수수단(21)을 통해 배출된 수세수는 진동 스크린(22)을 통해 잔여 팜 부산물과 수세수로 분리되며, 상기 분리된 수세수는 상기 재순환수 완충조(5)에 저장된 후 팜 부산물의 세척에 재사용될 수 있다.

한편, 본 발명에서 비료수란 수세조(1)로부터 배수(排水)된 수세수를 의미하는 것으로, 팜 나무의 생장에 필수적 성분인 칼륨 등의 무기질을 다량 함유하므로, 이를 팜 나무 농장 등에서 비료수로 재활용 할 수 있다. 다만, 이를 위해서는 폐수 배출에 따른 환경기준을 충족시킬 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팜 부산물 전처리 시스템은 환경기준을 충족하는 비료수를 각 팜 나무 농장에 공급하기 위하여, 수세조(1)로부터 배수된 비료수의 부유물을 침강시키기 위한 침강조(31); 상기 부유물이 침강된 비료수의 정화를 위한 생분해조(32); 및 상기 정화된 비료수의 이송을 위한 비료수 분배용 배관계(33);를 더 포함할 수 있다.

상기 수세조(1)로부터 배수된 비료수는 침강조(31)로 이송되어 1 내지 3일간 부유물을 침강시킨다. 상기 부유물이 침강된 비료수를 생분해조(32)로 이송한 후 10 내지 30일간 자연분해 시켜 수질을 개선한다. 이와 같이 수질이 개선된 비료수는 비료수 분배용 배관계(33)를 통해 각 팜 나무 농장으로 이송되어 재활용될 수 있으며, 이를 통해 팜 나무 및 팜 오일 생산 체계 전반의 경제성을 높일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.

1: 수세조 2: 팜 부산물 투입구
3: 팜 부산물 배출구 4: 컨베이어
5: 재순환수 완충조 6: 수세수 분사수단
7: 헹굼수 공급수단 8: 재순환수 공급수단
9: 수질측정센서 21: 압착식 탈수수단
22: 진동 스크린 31: 침강조
32: 생분해조 33: 비료수 분배용 배관계

Claims (8)

1. 팜 부산물(Empty Fruit Bunch)을 수세수에 침강시켜 세척하기 위한 수세조;
   상기 수세조 내로 수세수를 공급하기 위한 수세수 공급수단;
   상기 수세조 내의 팜 부산물을 이동시키기 위한 컨베이어;
   상기 팜 부산물의 세척에 사용된 재순환수를 저장하기 위한 재순환수 완충조; 및
   상기 재순환수를 수세조 내로 재공급하기 위한 재순환수 공급수단;을 포함하는 팜 부산물 전처리 시스템에 있어서,
   상기 수세조는 수세조 내 수세수의 전도도(conductivity)를 측정하는 수질측정센서를 구비하고,
   상기 수세조 내 수세수의 전도도가 1,500 μS 이상인 경우 수세조 내 수세수를 전량 배수하는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 팜 부산물과 수세수는 1:5 내지 1:15의 중량비로 투입되는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 팜 부산물은 수세수에 3분 내지 15분간 침강되는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 팜 부산물 전처리 시스템은, 상기 수세조에서 세척된 팜 부산물을 탈수처리하기 위한 압착식 탈수수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 팜 부산물 전처리 시스템은, 상기 수세조에서 세척된 팜 부산물을 추가 세척하기 위한 헹굼수 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 팜 부산물 전처리 시스템은,
   상기 수세조로부터 배수된 비료수의 부유물을 침강시키기 위한 침강조;
   상기 부유물이 침강된 비료수의 정화를 위한 생분해조; 및
   상기 정화된 비료수의 이송을 위한 비료수 분배용 배관계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팜 부산물 전처리 시스템.

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