KR102090953B1 - 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소각로의 폐열과 난방과 집진 과정을 가친 소각로의 폐열을 이용하여 젖은 소화슬러지를 회전 및 건조시켜 중량의 경량화를 통해 슬러지 후 처리시 처리 비용을 최대로 절감할 수 있도록 하는 것에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소각로, 상기 소각로의 폐열을 이용하여 난방하는 보일러, 폐열의 더스트 및 유해물질을 집진하는 집진장치, 상기 소각로의 폐열과 집진장치를 통과한 폐열에 의해 가열되는 열교환기에 외부의 공기를 통과시켜 가열시키며, 상기 소각로의 폐열과 열교환기에서 가열된 가열공기는 소화슬러지를 공급받는 건조기로 이동하여 건조를 위해 구성하여; 소각재를 소각열을 이용하여 습윤상태의 소화슬러지를 건조시켜 중량을 경량화하도록 하는 효과가 있다.

Description

열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템{Sludge drying system using waste heat of cogeneration generator}

본 발명은 폐열을 이용한 건조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소각시 발생하는 소화슬러지 후 처리시 중량을 감량시켜 처리 비용을 최대로 절감할 수 있도하는 지역난방공사, 열병합발전소, 화력발전소 및 소각시 발생하는 소화슬러지를 처리하는 가공업종에 적용가능한 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 소각로 등의 소각과정에서 발생되는 고온의 연소가스는 다량의 분진을 포함하고 있으며, 이를 그대로 대기에 방출할 경우 연소열의 재활용 뿐만아니라 환경오염상의 심각한 문제를 야기시키게 된다.

이러한 이유로 상기한 연소열가스의 폐열을 활용함과 동시에 인체에 유해 조건을 최대한 절감하여 방출하도록 하는 열회수보일러가 다수 개시된 바 있다.

종래 열회수보일러는 연소열가스가 배출되는 배출로를 갖는 보일러의 상,하부에 증기드럼과 수드럼를 설치하고, 상기 보일러의 내주연에는 연소가스의 배출방향과 수직되는 방향으로 다수의 전열관을 배설한 구조로 이루어진다.

이러한 열회수보일러는 소각로 등의 소각과정에서 발생되는 대략 1000℃정도의 고온의 연소열가스를 상기 보일러의 배출로를 통해 안내 배출하면서 보일러상의 전열관과의 열교환으로 연소열가스의 온도를 낮추고 인체에 유해한 다이옥신 등의 재생성 온도 범위를 피하여 배출하게 되는 것이다.

이 과정에서 상기 보일러의 전열관과의 열교환으로 발생되는 증기는 증기드럼으로 저장하여 각각의 용도에 맞게 난방 또는 산업용 등으로 이용하게 되는 것이다.

그런데, 상기 보일러로 고온의 연소열가스가 직접 투입되고, 상기 보일러의 전열관은 열가스의 배출방향과 수직되는 방향으로 형성되어 있기 때문에 상기 열가스내의 분진이 고온에 의해 녹아서 전열관의 외표면에 융착되어 고형화되어 버리는 문제를 유발하였다.

이와 같이 상기 전열관의 외표면에 분진이 융착되어 고형화됨으로 인해 상기 전열관이 열가스와의 열 교환에 따른 기능 저하로 보일러의 효율이 급격히 저하되는 문제와, 상기 전열관에 융착되어 고형화된 분진을 자주 청소해야하는 불편함과 시간이 지날수록 배출되는 배기가스의 온도가 상승됨은 물론 다량의 분진이포함되는 문제를 갖고 있었다.

아울러, 종래의 열보일러는 전열관과 전열관의 틈새가 없어 전열관에 고착된 청소시 공간이 협소하여 작업하기가 어려우며 작업을 시행하더라도 분진을 배출시키기 어려운 문제점이 있었다.

이로써, 청소가 쉽도록 전열부의 내부에 공간을 형성시키는 동시에 슈트블로어를 이용하여 분진을 전열관에서 간단하게 제거할 수 있도록 하는 열보일러가 절실히 요구되는 실정이다.

1. 등록특허 제10-0835964호 (열병합발전기의 폐열을 이용한 슬러지 건조시스템) 2. 등록특허 제10-0927770호 (폐열을 이용한 슬러지 건조장치)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소각로의 소각열을 이용하여 건조시 발생하는 소각재를 냉각시킨 슬러지를 건조하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 소각재를 소각열을 이용하여 습윤상태의 소화슬러지를 건조시켜 중량을 경량화하도록 하는 데 있다.

더불러, 본 발명의 또 다른 목적은 난방 및 유해물질의 집진을 거친 폐열을 이용하여 소화슬러지를 건조하기 위한 위한 외부 냉간 공기를 가열시켜 건조에 사용할 수 있도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 건조기를 경사지게 형성하여 수분이 빠르게 배수시킬 수 있으며 소각로의 폐열을 하부에서 상부 방향으로 대류시키는 방식으로 열 응집력을 증대시킬 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템은 소각로에서 발생하는 소각열을 이용하여 저온 공기를 고온 공기로 변환하는 열교환기의 가열공기와 소각로의 일부 소각열을 이용하여 소화슬러지가 담겨지는 건조기에 공급하여 슬러지를 건조시켜 경량화하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 있어서, 상기 소각로의 소각열은 열교환기로 공급되고, 별도 송풍기를 통해 공급되는 냉간 공기를 열교환기를 거쳐 고온 공기로 가열되어 건조기의 내부로 공급하도록 구성하며, 상기 소각로와 건조기의 사이에는 슬러지의 수분을 탈수하는 탈수기를 구성하는 것을 특징으로 하는 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템을 제공한다.

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본 발명의 실시 예에 따르면, 소각로의 소각열을 이용하여 건조시 발생하는 소각재를 냉각시킨 슬러지를 건조하는데 효과가 있다.

그리고, 소각재를 소각열을 이용하여 습윤상태의 소화슬러지를 건조시켜 중량을 경량화하도록 하는 효과가 있다.

더불러, 난방 및 유해물질의 집진을 거친 폐열을 이용하여 소화슬러지를 건조하기 위한 위한 외부 냉간 공기를 가열시켜 건조에 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러, 건조기를 경사지게 형성하여 수분이 빠르게 배수시킬 수 있으며 소각로의 폐열을 하부에서 상부 방향으로 대류시키는 방식으로 열 응집력을 증대시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템의 전체 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 탈수기가 적용된 전체 개략 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 적용되는 보일러의 일 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 적용되는 보일러의 일측 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 적용되는 보일러의 모식도,
도 6은 본 발명에 따른 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 적용되는 보일러의 타측 단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성을 첨부되는 도면을 참조로 설명하면, 소화슬러지의 수분을 용이하게 건조시키 건조시스템에 관한 것으로 소각로(10), 상기 소각로(10)의 폐열을 이용하여 난방하는 보일러(60), 폐열의 더스트 및 유해물질을 집진하는 집진장치(70), 상기 소각로(10)의 폐열과 집진장치(70)를 통과한 폐열에 의해 가열되는 열교환기(20)에 외부의 공기를 통과시켜 가열시키며, 상기 소각로(10)의 폐열과 열교환기(20)에서 가열된 가열공기는 소화슬러지를 공급받는 건조기(30)로 이동하여 건조를 위해 사용하는 건조시스템(100)을 구성한다.

상기 건조시스템(100)은 소각로(10)에서 발생하는 소각열을 이용하여 저온 공기를 고온 공기로 변환하는 열교환기(20)의 가열공기와 소각로(10)의 일부 소각열을 이용하여 소화슬러지가 담겨지는 건조기(30)에 공급하여 슬러지를 건조시켜 경량화하도록 구성하는 것이다.

상기 소각로(10)는 소각을 위한 본체(11)의 상부에는 소각시 발생하는 열을 배기되는 배기구(12)를 형성하고, 하부에는 소화 분산물의 열을 식힘과 동시 부피를 축소시키기 위해 물이 공급되는 물저장부(13)를 형성하며, 상기 물저장부(13)의 하부로는 물에 적혀진 소화슬러지를 배출하는 슬러지배출구(14)를 형성한다.

상기 소각로(10)의 물저장부(13)의 상부에서 일부 폐열이 직접적으로 건조기(30)로 공급된다.

상기 소각로(10)의 배기구(12)를 통해 배기되는 소각열은 보일러(60)로 공급되어 난방을 수행한다.

상기 보일러(60)는 연소 가스에 함유되어 있는 더스트의 제거를 쉽게 하기 위하여 상부에는 하나의 중기드럼(61)을 형성하고, 하부에는 두 개의 수드럼(62)을 삼각 배치로 형성하고, 중기드럼(61)과 수드럼(62)은 다수개의 수관(63)으로 연결되며, 수관(63)의 사이에는 과열기(64)를 설치하고, 상기 과열기(64)가 설치된 반다편에는 중기드럼(61)과 수드럼(62)을 연결하는 2차연소실(65)을 형성한다.

상기 보일러(60)는 바이오매스 연료 또는 폐기물 연소, 가스화 연소시 발생되는 폐열 가스를 2차연소실(65)로 통과시켜 가스의 유속을 감소시켜 더스트가 수관(63)에 부착되는 것을 방지한 상태로 2차 연소가 가능하다.

상기 보일러(60)는 증기 생산을 증가시키고 연소가스를 냉각시켜 클링커 고착과 염소가스에 의한 고온 부식을 방지한다.

상기 보일러(60)는 발전에 필요한 과열기(64)에 항상 발생되는 고온 부식에 의해 파손되는 것을 방지하여 수명을 연장하고 항상 일정한 전기를 생산할 수 있는 스팀을 생성시킬 수 있다.

상기 보일러(60)를 거친 폐열 및 연소가스는 집진장치(70)를 거치면서 대기를 오염시킬 수 있는 오염물질을 제거한다.

상기 집진장치(70)를 통과한 소각로(10)의 소각열은 열교환기(20)로 공급되고, 별도 송풍기(40)를 통해 공급되는 냉간 공기를 열교환기(20)를 거쳐 고온 공기로 가열되어 건조기(30)의 내부로 공급하도록 구성한다.

한편, 상기 소각로(10)에서 발생하는 소각재는 하부에서 물로 냉각시켜 건조기(30)의 상부로 투입하여 소각로(10)의 열과 열교환기(20)의 열을 하부측으로 공급하여 거꾸로 거슬러 이동하며 슬러지를 건조하도록 구성한다.

상기 건조기(30)는 젖은 슬러지를 공급받아 이송시키는 이송부(31)를 형성한다.

상기 이송부(31)를 통해 이송된 슬러지를 넓은 면적으로 분산시킨 상태로 회전이송시키는 주변을 둘러싸는 형태로 소각로(10)의 열과 열교환기(20)의 열이 유동하며 건조된 슬러지가 배출되는 배출구(32)를 형성하는 건조이송부(33)를 구성한다.

상기 건조기(30)는 이송부(31)보다 건조이송부(33)가 아랫쪽에 위치하도록 경사지게 구성한다.

상기 이송부(31)는 소화슬러지가 유입되는 유입구(34)가 상부에 형성되고 일 끝단에는 공급된 소화슬러지를 건조를 위해 이동시키기 위한 스크류(35)를 회전하도록 구동하는 모터(36)가 동일선상에 설치한다.

상기 이송부(31)는 모터(36)가 높은 위치에 배치되고 스크류(35)의 끝단은 낮은 위치에 배치되도록 경사지게 설치한다.

상기 건조이송부(33)는 이송부(31)의 구동에 의해 이송된 소화슬러지가 넓은 면적으로 펼쳐지도록 이송부(31)의 끝단이 삽입되는 이중관 형태의 확장관(37)을 형성한다.

상기 확장관(37)은 이송부(31)와 동일한 경사를 가지도록 설치하며 확장관(37)의 낮은 끝단 상부에는 소각로(10)의 일부 폐열과 열교환기(20)를 거쳐 가열된 공기가 유입되는 고온공기유입구(34)를 형성한다.

상기 고온공기유입구(34)를 통해 유입된 고온공기는 확장관(37)의 외측관(37a)과 내측관(37b)의 사이에 형성되는 유동공간(39)을 따라 유동한 다음 설치 높이가 높은 끝단에서 내측관(37b)이 일부분 절개되어 내측관(37b)의 내부공간과 유동공간(39)이 연통되는 구조를 통해 고온공기가 유입되어 소화슬러지에 직접 접촉 가열하면서 건조시킨다.

상기 확장관(37)의 내부에는 모터(36)의 구동으로 스크류(35)와 함께 회전하되 스크류(35)에 의해 이동한 소화슬러지를 넓은 면적으로 확장시키기 위한 확장스크류(38)를 설치한다.

상기 확장스크류(38)는 넓은 면적의 이송날(38a)을 형성하며 이송날(38a)의 각도를 완만하게 형성하여 소화슬러지가 올려져 회전하면서 넓은 면적으로 펼쳐져 건조를 위한 면적을 확대시키도록 형성한다.

상기 확장관(37)의 낮은 위치 끝단에는 건조된 소화슬러지가 배출되는 건조배출구(32)를 형성한다.

상기 확장관(37)의 건조배출구(32)로 배출된 건조 소화슬러지는 경량화되어 후 처리 공정으로 이동한다.

한편, 상기 소각로(10)와 건조기(30)의 사이에는 슬러지의 수분을 탈수하는 탈수기(50)를 구성할 수 있는데, 상기 탈수기(50)는 사이클로 방식으로 탈수가 이루어지는 것으로 수분은 외측으로 배출되고, 중량의 소화슬러지는 하부로 이동하여 건조기(30)로 낙하되도록 구성한다.

상기와 같이 구성되는 건조시스템(100)의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 건조시스템(100)은 바이오매스 연료나 폐기물을 소각로(10)에서 소각하면 발생하는 폐열은 배기구(12)를 통해 빠져나가고 소각시 발생하는 소화재는 소각로(10)의 내부에서 하부로 이동하여 물저장부(13)에 모아진다.

상기 물저장부(13)에 모아진 소화재는 젖어서 슬러지 형태로 일정량 저장되면 슬러지 형태로 건조기(30)로 공급한다.

그리고, 상기 소각로(10)의 소각시 발생하는 폐열 및 가스는 배기구(12)를 통해 배기되어 보일러(60)의 2차연소실(65)로 유입되면서 통과시켜 가스의 유속을 감소시켜 더스트가 수관(63)에 부착되는 것을 방지한 상태로 2차 연소가 가능한 특징이 있다.

즉, 상기 보일러(60)는 증기 생산을 증가시키고 연소가스를 냉각시켜 클링커 고착과 염소가스에 의한 고온 부식을 방지하는 특징이 있다.

상기 2차연소실(65)에서 2차 연소되며 발생하는 열은 수관(63)을 가열하여 가열된 물이 중기드럼(61)과 수드럼(62)을 유동하고 수관(63)의 사이에 설치된 과열기(64)를 이용하여 약 200℃의 스팀 순환하면서 가열되어 약 400℃로 빠르게 가열하여 발전용스팀으로 이용가능한 특징이 있다.

이후, 상기 보일러(60)를 거친 폐열 및 연소가스는 집진장치(70)를 거치면서 대기를 오염시킬 수 있는 오염물질을 제거하여 대기 오염을 방지하는 특징이 있다.

다음으로, 상기 집진장치(70)를 통과한 소각로(10)의 페열은 열교환기(20)를 가열시켜 송풍기(40)를 통해 공급되는 냉간 공기를 고온 공기로 가열시켜 건조기(30)의 내부로 재 공급하여 재활성을 증대시키는 특징이 있다.

그 다음으로, 상기 열교환기(20)를 통과한 소각 폐열은 스톡(Stack)으로 이동한다.

한편, 상기 소화재슬러지는 소각로(10)에서 소화배출구(32)를 통해 배출되어 건조기(30)의 유입구(34)를 통해 이송부(31)의 내부로 유입된다.

이때, 상기 소각로(10)와 건조기(30)의 사이에 탈수기(50)가 설치된 경우에는 소화슬러지를 수분을 원심분리 방식으로 탈수하여 건조기(30)로 이동시켜 수분을 감소시켜 건조시간을 단축시킬 수 있는 특징이 있다.

이후, 상기 건조기(30)의 이송부(31)로 유입된 소화슬러지는 모터(36)의 구동으로 회전하는 스크류(35)에 의해 이동하면서 수분은 경사에 의해 이송부(31), 건조이송부(33)의 하부로 배출된다.

상기 이송부(31)에 의해 이동된 소화슬러지는 건조이송부(33)의 확장관(37)의 확장스크류(38)가 모터(36)의 구동으로 회전하면서 소화슬러지가 넓게 펼쳐져 이동함으로써 건조를 위한 표면적이 확대되는 특징이 있다.

동시에, 상기 확장스크류(38)에 의해 이동하는 소화슬러지는 확장관(37)의 외측관(37a)과 내측관(37b)의 사이에 형성되는 유동공간(39)을 따라 유동한 다음, 설치 높이가 높은 끝단에서 내측관(37b)이 일부분 절개되어 내측관(37b)의 내부공간과 유동공간(39)이 연통되는 구조를 통해 고온공기가 유입되어 소화슬러지에 직접 접촉 가열하면서 건조시켜 건조시간을 절감하는 특징이 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원발명인 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 소각로 11 : 본체
12 : 배기구 13 : 물저장부
14 : 슬러지배출구 20 : 열교환기
30 : 건조기 31 : 이송부
32 : 배출구 33 : 건조이송부
34 : 유입구 35 : 스크류
36 : 모터 37 : 확장관
37a : 외측관 37b : 내측관
38 : 확장스크류 38a :이송날(35a)
39 : 유동공간 40 : 송풍기
50 : 탈수기 60 : 보일러
61 : 중기드럼 62 : 수드럼
63 :수관 64 : 과열기
65 : 2차연소실 70 : 집진장치
100 : 건조시스템

Claims (6)

1. 소각로(10)에서 발생하는 소각열을 이용하여 저온 공기를 고온 공기로 변환하는 열교환기(20)의 가열공기와 소각로(10)의 일부 소각열을 이용하여 소화슬러지가 담겨지는 건조기(30)에 공급하여 슬러지를 건조시켜 경량화하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템에 있어서,
   상기 소각로(10)의 소각열은 열교환기(20)로 공급되고, 별도 송풍기(40)를 통해 공급되는 냉간 공기를 열교환기(20)를 거쳐 고온 공기로 가열되어 건조기(30)의 내부로 공급하도록 구성하며,
   상기 소각로(10)와 건조기(30)의 사이에는 슬러지의 수분을 탈수하는 탈수기(50)를 구성하고,
   상기 소각로(10)는 하부에는 소화 분산물의 열을 식힘과 동시 부피를 축소시키기 위해 물이 공급되는 물저장부(13), 상기 물저장부(13)의 하부로는 물에 적혀진 소화슬러지를 배출하는 슬러지배출구(14)를 포함하면서 상기 물저장부(13)의 상부에서 일부 폐열이 직접적으로 상기 건조기(30)에 공급되도록 구성되며,
   상기 건조기는 소화슬러지가 유입되는 유입구(34)가 상부에 형성되고 일 끝단에는 공급된 소화슬러지를 건조를 위해 이동시키기 위한 스크류(35)를 회전하도록 구동하는 모터(36)가 동일선상에 설치되어 젖은 슬러지를 공급받아 이송시키는 이송부(31), 상기 이송부(31)를 통해 이송된 슬러지를 이송하는 건조이송부(33)를 포함하되,
   상기 건조이송부는 상기 이송부를 통해 이송되는 슬러지를 넓은 면적으로 분산시킨 상태로 회전이송시키는 한편 상기 소각로(10)의 일부 폐열과 상기 열교환기(20)를 거쳐 가열된 공기가 유입되는 고온공기유입구(34)를 갖는 확장관(37) 및 상기 확장관(37)의 내부에 상기 모터(36)의 구동으로 스크류(35)와 함께 회전하되 상기 스크류(35)에 의해 이동한 소화슬러지를 넓은 면적으로 확장시키기 위한 확장스크류(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전기의 폐열을 이용한 소화슬러지 건조시스템.
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