KR102168289B1 - 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물 발효에 따른 처리 지연을 최소화할 수 있도록 효율적인 슬러지 처리가 가능하게 하여 연료 생산 효율을 증가시킴으로 저가, 고효율 재생 에너지 생산이 가능하도록 한 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템에 관한 것이다.

Description

바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템{SLURRY FUELING SYSTEM COMPRISING BIO-DRYING DEVICE}
본 발명은 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템에 관한 것으로, 특히, 미생물 발효에 따른 처리 지연을 최소화할 수 있도록 효율적인 슬러지 처리가 가능하게 하여 연료 생산 효율을 증가시킴으로 저가, 고효율 재생 에너지 생산이 가능하도록 한 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템에 관한 것이다.
슬러지는 하수를 처리한 찌꺼기를 의미하며, 다량의 수분과 유기 및 무기물질을 포함한다. 이러한 슬러지는 80% 이상의 수분과 하수처리 후 남은 고형물로 구성되어 후처리를 위해 다양한 공정을 진행해야 한다.
특히, 슬러지는 폐기물로 구분되어 매립 및 소각과 같은 폐기물 처리 방법을 적용해야 하지만, 높은 함수율로 인해 매립 및 소각을 위해서는 수분을 제거하는 후처리 공정이 반드시 진행되어야 한다.
또한, 수분이 제거되었다 하더라도 슬러지에 포함된 고형물의 97% 이상이 유기물로 구성되고, 정화과정에서 사용된 염소(Cl)로 인해 생성된 염소화물이 잔류하게 된다. 이로 인해 매립 또는 소각과 같은 방법을 사용하더라도 낮은 온도에서 연소시키는 경우 유독화합물이 발생하고, 매립시 유독화합물과 유기물질로 인해 토양 오염, 독성 침출수 생성 및 악취 발생과 같은 문제가 생긴다.
이러한 문제들로 인해 슬러지를 처리할 방법이 필요한 상황이며, 슬러지의 수분을 제거하는 경우 연료화가 가능하여 폐자원 재활용 측면에서 슬러지의 수분을 효율적으로 제거하기 위한 방법들이 모색되고 있다.
그러나, 슬러지의 경우 고형물의 뭉침 현상과 미세입자로 구성되는 고형물의 특징으로 인해 종래의 건조방법이 모두 실패하거나, 성공하더라도 경제성이 낮아 슬러지의 연료화가 실현되지 못하고 있다. 때문에 종래의 기술은 슬러지의 건조를 위한 방법을 다양한 형태로 제시하고 있다. 일례로 슬러지와 다른 물질을 혼합하는 방법이 일반적인 것으로 제시되고 있으나, 슬러지의 뭉침 현상으로 인해 다른 물질과의 혼합율이 저하되고, 혼합된다 하더라도 건조과정에서 분리되는 문제점이 있다.
또한, 높은 수준의 함수율과 빠른 건조를 위해 기존에는 화석연료를 이용한 가열에 의존하여 건조 과정에서 다량의 이산화탄소가 생성되는 등의 추가적인 문제가 발생되고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2018-0027123호 (2018.03.14. 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미생물 발효에 따른 처리 지연을 최소화할 수 있도록 효율적인 슬러지 처리가 가능하게 하여 연료 생산 효율을 증가시킴으로 저가, 고효율 재생 에너지 생산이 가능하도록 한 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 슬러지의 뭉침현상을 해소하여 효율적인 건조가 이루어질 수 있도록 하고, 대부분의 수분을 바이오 드라잉 방법에 의해 제거하도록 하여 건조를 위한 연료 사용을 최소화하면서도, 연료화에 적합한 함수율이 되도록 한 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템은 슬러지와 첨가제를 혼합하여 1차 혼합물을 생산하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 공급되는 1차 혼합물을 바이오 드라잉에 의해 제1함수율이 되도록 1차 건조하는 제1건조기; 상기 제1함수율의 상기 1차 혼합물을 가열 건조하여 제2함수율의 건조 혼합물을 생산하는 제2건조기; 및 상기 건조 혼합물을 가압 성형하여 고형체를 생산하는 성형기;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템은 미생물 발효에 따른 처리 지연을 최소화할 수 있도록 효율적인 슬러지 처리가 가능하게 하여 연료 생산 효율을 증가시킴으로 저가, 고효율 재생 에너지 생산을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템은 슬러지 또는 슬러지 혼합물이 뭉침현상을 해소하여 효율적인 건조가 이루어질 수 있도록 하고, 대부분의 수분을 바이도 드라잉 방법에 의해 제거하도록 하여 건조를 위한 연료 사용을 최소화하면서도 연료화에 적합한 함수율에 빠르게 도달하도록 하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 예시도.
도 2는 제2건조기의 내외부 구성을 개략적으로 도시한 평면 예시도.
도 3은 도 2와 다른 구성을 개략적으로 표시한 측면 예시도.
도 4는 도 2의 A 방향에서 제1건조기의 전부(front part)와 중부 일부를 바라본 형태를 도시한 예시도.
도 5는 도 3의 B 방향에서 제1맨틀부를 바라본 형태를 도시한 예시도.
도 6은 제1건조기의 전부에 구성되는 스파이럴을 도시한 예시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1건조기의 제어 및 동작을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템은 혼합기(10), 제1건조기(20), 제2건조기(50) 및 성형기(60)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템은 집진기(70), 정화기(80) 및 집진배관(90)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 도 1 및 이하의 도면에서는 발명을 설명함에 있어서, 필요한 구성만을 기재한 것으로 실제 시스템 구축시 저장을 위한 호퍼, 가열을 위한 보일러, 스팀 배관, 공기 펌프, 호이스트와 같은 장치들이 추가될 수 있다. 다만, 생략된 구성은 당업자에 의해 용이하게 선택 적용할 수 있는 사항들로, 기재되지 않은 구성이 불필요한 구성임을 의미하는 것은 아니다.
혼합기(10)는 슬러지(1)와 첨가제(5)를 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다. 여기서, 첨가제는 슬러지(1)의 수분 조절, 바이오 드라잉 효율 향상, 열량 증가와 같은 목적으로 사용되는 부가물을 의미한다. 이러한 첨가제(5)는 건조된 톱밥, 꺼피 찌꺼기와 같은 물질일 수 있으나, 이들로써만 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 첨가제(5)가 톱밥인 것으로 가정하여 설명을 진행하기로 한다.
혼합기(10)는 슬러지(1)와 첨가제(5)를 치대거나 반죽하여 1차 혼합물을 생성한다. 여기서, 슬러지(1)의 뭉침현상과 톱밥과 같은 첨가제(5)의 작은 밀도로 인한 부유현상으로 인해 슬러지(1)와 첨가제(5)의 혼합이 원활하지 않게 된다. 때문에 혼합기(10)는 슬러지(1)와 첨가제(5)의 입자가 최대한 접촉함과 아울러, 슬러지(1)의 뭉침을 해소하여 혼합이 이루어지게 한다. 이 혼합기에 의해 1차 혼합물의 혼합율과 혼합균일도가 높아지게 되며, 혼합된 입자의 크기가 작고 고르게 형성된다. 이를 통해 혼합기(10)는 슬러지(1)의 함수율을 1차적으로 낮추게 된다.
이를 위해, 혼합기(10)는 용기 내부에 혼합물을 뒤섞으면서 치댈 수 있는 형태의 혼합수단을 구비할 수 있다. 혼합수단은 스크류 형태의 날이 축에 연속적으로 형성된 것일 수도 있고, 패들이 복수로 구성된 것일 수 있다.
또한, 첨가제(5)는 함수율이 10%이상 15%이하인 건조상태의 것으로 입자의 크기가 5mm 이하로 제조된 것일 수 있다. 그리고, 슬러지(1)는 함수율 75% 이상 85% 이하인 것일 수 있다. 여기서, 본 발명에서 제시되는 함수율은 실제 공정에서 제시된 수치에 가깝게 조정된 것으로 정확하게 지정 수치를 갖는 것은 아닐 수 있다. 단지, 본 발명에서 제시된 수치들은 최적의 결과를 도출할 수 있는 수치로 이해되는 것이 바람직하다.
제1건조기(20)는 혼합기(10)에 의해 생성되는 1차 혼합물을 공급받아 건조를 진행한다. 이 제1건조기(20)는 1차 혼합물의 함수율을 제1함수율로 낮추기 위한 건조과정이 진행되고, 1차 혼합물의 유기물이 미생물 또는 산소와의 접촉에 의해 분해 또는 산화되는 열에 의해 건조가 진행된다. 즉, 제1건조기(20)에 의해 바이오 드라잉(Bio-Drying)이 진행된다. 이 제1건조기(20)는 공기 중의 산소(O2)를 건조기 내부에 공급하여 호기성 미생물의 대사 작용을 유도하고, 대사 작용에 의해 유기물이 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 암모니아로 분해될 때 발생되는 대사열을 이용하여 1차 혼합물이 건조되게 한다. 이를 통해, 제1건조기(20)는 75% 내지 85% 정도의 함수율을 제1함수율인 35% 이상 40% 이하의 함수율이 되게 건조한다. 여기서 제1함수율은 실험적으로 산출되는 것으로, 바이오드라잉 시스템의 규모, 건조효율에 따라 달라진다. 이 제1함수율이 40% 이상으로 설정되는 경우 제2건조기(50)에 의한 건조 과정에서 다량의 연료가 소비되고, 35% 미만으로 설정되는 경우 제1건조기(20)의 크기가 증대되어야 하거나, 1차 혼합물이 제1건조기(20)에서 체류하는 시간이 길어지게 된다. 즉, 제1함수율의 조정에 따라 건조를 위한 연료 소비에 의한 경제성 저하 또는 제1건조기(20)의 체류시간 증가로 인한 경제성 저하가 발생된다. 때문에, 제1함수율은 바이오 드라잉 시스템의 구조와 크기에 따라 조절되어야 하는 사항으로 반드시 35% 이상 40% 이하의 함수율로 규정되어야 하는 것은 아니다. 이에 대해서는 하기에서 다른 도면을 참조하여 보다 상세하게설명하기로 한다.
제2건조기(50)는 제1건조기(20)로부터 공급되는 1차 혼합물을 2차 건조하여 연료로 성형가능한 함수율인 제2함수율이 되도록 건조하여 건조혼합물을 생성한다. 이를 위해 제2건조기(50)는 내부에 1차 혼합물을 교반하기 위한 교반수단이 구비되고, 1차 혼합물을 가열 건조하기 위한 가열수단이 마련된다. 이 제2건조기(50)는 낮은 함수율의 1차 혼합물이 건조 과정에서 탄화 또는 산화되는 것을 방지하기 위해 열원에 의한 직접가열보다는 간접가열을 이용하여 건조하게 된다. 예를 들어 제2건조기(50)는 보일러 또는 가열기를 통해 열풍 또는 스팀을 생성하고 이를 통해 제2건조기(50)의 용기 또는 교반부를 가열함으로써 1차 혼합물을 건조하여 건조 혼합물을 생산한다.
이를 위해 제2건조기(50)는 배관(미도시)에 의해 연결되어 스팀 또는 열풍을 생성하여 배관에 공급하는 보일러 또는 가열기와 같은 가열수단(미도시)을 포함하여 구성된다. 또한, 제2건조기(50)는 가열 건조에 의해 발생되는 건조기 내부의 수분을 외부로 배출하기 위한 공기유통수단, 수분 배출시 함께 배출되는 슬러지 미분을 수집하기 위한 수단이 더 마련될 수 있다.
이 제2건조기(50)는 내부의 1차 혼합물이 제2함수율로 건조되는 경우 이를 성형기(60)에 공급한다. 이러한 제2건조기(50)는 제1건조기(20)와 같이 연속투입 및 연속배출이 되도록 구성하는 것도 가능하지만, 이 경우 제2건조기(50)의 크기가 증대되고, 건조효율이 저하된다. 때문에, 일정량이 제2건조기(50)에 투입되면, 투입된 전량의 1차 혼합물을 목표 함수율인 제2함수율이 되도록 건조하고, 건조가 완료되어 생산된 건조 혼합물을 모두 배출한 뒤 다시 1차 혼합물이 투입되도록 하는 방법을 이용할 수 있다.
때문에, 제2건조기(50)와 제1건조기(20)의 사이에는 제1건조기(20)에서 배출된 1차 혼합물이 1차적으로 보관되는 중간 저장조(미도시)가 마련될 수 있으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
성형기(60)는 제2건조기(50)로부터 공급되는 건조혼합물을 사출성형하여 고형연료를 생산한다. 이때 생산되는 고형연료는 펠릿연료일 수 있다. 이러한 성형기(60)는 사출성형을 위한 사출툴, 사출툴에 건조혼합물을 가압하는 가압부 및 가압부와 사출틀 사이에 건조혼합물을 공급하는 공급부를 포함하여 구성될 수 있다. 이 성형기(60)는 건조혼합물을 펠릿(pellet) 외에도 보다 큰 크기의 압축탄 형태로 형성할 수도 있다.
집진기(70)는 슬러지(1)의 가공 처리 과정에서 발생되는 슬러지 분진을 집진하기 위해 마련된다. 이를 위해 집진기(70)는 회전과 중력을 이용하는 싸이클론 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 집진기(70)는 각 장치와 연결되는 집진배관(90)과 연결되어, 집진배관(90)을 통해 수집되는 분진을 집진하여 재투입이 가능하도록 저장부에 보관하는 역할을한다. 이를 위해 집진기(70)는 분진이 섞인 공기를 공급받는 공급부와 분진을 포집하는 집진부, 집진부에 의해 포집된 분진을 저장부에 배출하는 제1배출부와 분진이 제거된 공기를 배출하는 제2배출부를 포함하여 구성될 수 있다. 이 제2배출부는 정화기(80)와 연결될 수 잇다.
정화기(80)는 집진기(70)에서 배출된 공기에 포함된 미분을 제거하기 위해 마련된다. 이를 위해 정화기(80)는 미분의 흡착 및 거름을 위한 필터를 포함하여 구성될 수 있다. 이 정화기(80)는 집진기(70)에서 배출된 공기를 필터를 통과시켜 배출하고, 이를 통해 집진기(70)에 의해 포집되지 않은 미분을 제거하여 정화된 공기를 배출하게 된다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 제1건조기를 보다 구체적으로 도시한 예시도들로써, 도 2는 제2건조기의 내외부 구성을 개략적으로 도시한 평면 예시도이고, 도 3은 도 2와 다른 구성을 개략적으로 표시한 측면 예시도이다. 또한 도 4는 도 2의 A 방향에서 제1건조기의 전부(front part)와 중부 일부를 바라본 형태를 도시한 예시도이며, 도 5는 도 3의 B 방향에서 제1맨틀부를 바라본 형태를 도시한 예시도이다. 또한, 도 6은 제1건조기의 전부에 구성되는 스파이럴을 도시한 예시도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1건조기(20)는 드럼(23), 맨틀(21, 22), 구동부(24: 24a, 24b) 및 공기공급부(28)를 포함하여 구성된다.
드럼(23)은 맨틀부(21, 22)와 함께 1차 혼합물의 건조를 위한 공간을 형성함과 아울러 1차 혼합물 블렌딩(Blending) 하는 역할을 한다. 구체적으로 드럼(23)은 일방향으로 긴 하나의 파이프 형상으로 형성되고, 전방 개구부와 후방 개구부에 제1맨틀부(21)와 제2맨틀부(22)가 각각 결합되어 전방 개구부와 후방 개구부가 폐쇄된다. 이 드럼(23)에는 제1맨틀부(21)를 통해 1차 혼합물이 투입되고, 공기가 배출되며, 제2맨틀부(22)를 통해 건조된 1차 혼합물이 배출된다. 이러한 드럼(23) 내부에는 1차 혼합물을 파쇄, 블렌딩 및 이송을 위한 수단이 마련되며, 이러한 파쇄, 블렌딩 및 이송을 위한 수단은 드럼(23)에 고정 설치되어 드럼(23)의 회전에 의해 1차 혼합물을 파쇄, 블렌딩 및 이송하게 된다. 이를 위해, 드럼(23)의 외부에는 드럼(23)을 회전시키기 위한 구동부(24)가 결합된다. 기본적으로 드럼(23)은 일방향으로 지속적으로 회전하면서 1차 혼합물을 낙하시키는 방법으로 블렌딩하여 공기와의 접촉을 유도하고, 입자간의 뭉침과 응고를 방지하게 된다.
드럼(23)은 전부(23a), 중부(23b) 및 후부(23c)의 3개 구간으로 구분될 수 있다. 여기서, 구간은 설명의 편의를 위한 것으로 반드시 이와 같이 구분되어야 하는 것은 아니다. 다만, 이하에서 설명되겠지만, 각 구간은 1차 혼합물의 이동속도가 상이해지며, 이동속도에 따라 각 구간을 구분한다. 즉, 본 발명의 제1건조기(20)는 건조가 이루어지는 드럼 내에서 1차 혼합물의 이동속도를 변화시켜 최적의 건조 효율이 달성되게 한다. 이러한 이동속도의 변화는 내부에 1차 혼합물과 접촉하는 스파이럴(25), 리프트 블레이드(27)와 같은 수단에 의해 달성되며, 본 발명에서는 드럼(23)을 기울어지지 않는 평행상태로 설치하여 이용하게 된다.
구체적으로 드럼(23)의 전부(23a)는 제1맨틀부(21)를 통해 높은 함수율의 1차 혼합물이 투입된다. 이 높은 함수율의 1차 혼합물은 함수율로 인해 높은 점성을 가지며 드럼(23) 내부에 부착되어 고착됨과 아울러, 1차 혼합물끼리 덩어리를 이루게 된다. 때문에 전부(23a)에서는 빠르게 함수율을 저하시키고, 덩어리 형태의 1차 혼합물을 파쇄함과 아울러 빠른 이송과 교반이 이루어지게 한다. 이를 위해, 전부(23a)는 스파이럴(25)과 와이어(26)가 설치된다.
스파이럴(25)의 드럼(23)의 회전에 의해 1차 혼합물을 상승시키고 낙하시 중부(23b)를 향해 빠르게 이동되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 스파이럴(25)는 복수의 블레이드가 드럼(23) 내부에서 나선을 형성하도록 배치되어 전부(23a)로 투입된 1차 혼합물을 후방으로 이동시키는 역할을 하며, 이러한 동작은 1차 혼합물의 리프트(lift) & 폴(fall) 과정에 의해 진행된다.
와이어(26)는 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 드럼(23)의 내벽 2지점을 연결하여 드럼(23) 내부를 가로지르도록 설치된다. 이러한 와이어(26)는 복수로 설치되며, 도 2 및 도 3에서와 같이 와이어(26)의 일단과 타단은 서로 어긋나게 드럼(23) 내부에 결합된다. 즉, 일단이 전부(23a)의 전방에 결합되고, 타단은 일단에 비해 중부(23b) 방향으로 후퇴하여 드럼(23)의 내벽에 결합된다. 이때, 와이어(26)은 드럼(23)의 단면 중심을 지나도록 설치된다. 따라서, 복수의 와이어(26)가 설치되는 경우 도 4와 같이 단면 중심을 기준으로 방사상으로 배치되며, 측면에서 봤을때 와이어(26)는 서로 사행하여 교차되도록 배치된다.
이러한 와이어(26)는 스파이럴(25)에 의해 리프트 앤 폭 되는 1차 혼합물이 낙하시 와이어(26)와 접촉에 의해 분할 및 파쇄되도록 하여 1차적인 블렌딩이 이루어지게 한다. 이 와이어(26)는 투입 초기 점성은 강하지만, 기계적 강도가 낮은 1차 혼합물의 뭉침을 분쇄하는 역할을 하여 1차 혼합물이 작은 입자로 유지되도록 하고, 제1맨틀부(21)를 통해 배출되는 공기와의 접촉율을 높여 빠른 초기 건조가 이루어질 수 있게 한다.
드럼(23)의 중부에는 리프트 블레이드(27)가 다수 마련된다. 이 이프트 블레이드(27)는 블레이드의 날이 드럼(23)의 길이방향(제1맨틀부와 제2맨틀부를 잇는 방향)과 나란(단면 방향에 직교하는 방향)하게 일정한 간격으로 복수로 마련된다. 도시된 바와 같이 리프트 블레이트(27)는 원주방향으로 복수개 설치되어 하나의 행을 구성하고, 이러한 블레이드 행이 일정한 간격으로 중부(23b) 전반에 설치된다.
리프트 블레이드(27)는 전부(23a)에서 이송되어 온 1차 혼합물의 리프트 앤 폴이 이루어지게 하는 역할을 하며 매우 느린 속도로 후방으로 이송되게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 도 4에서와 같이 리프트 블레이드(27)의 날 종단은 다량의 1차 혼합물이 리프트될 수 있도록 미리 정해진 각도(예를 들어 120도 내지 140도)로 절곡될 수 있다. 이 절곡부위는 리프트 블레이드(27) 길이의 절반을 넘지 않는 영역에서 결정될 수 있다.
또한, 1차 혼합물이 드럼(23) 내에서 매우 느린 속도로 후부(23c) 방향으로 이동할 수 있도록 길이방향과 나란한 상태에서 수 도 이내의 각도로 비스듬하게 배치될 수 있다. 즉 도 2에서와 같이 리프트 블레이드(27)은 길이방향(L)과 블레이드가 나란하게 배치되며, 이때 길이방향(L)을 잇는 선에 대해 비스듬해지도록 드럼(23) 내에 결합될 수 있다. 즉, 이와 같은 형태로 비스듬하게 배치되어 1차 혼합물을 리프트하거나 낙하시키는 과정에서 조금씩 뒤로 이동시킬 수 있게 된다. 이를 통해, 중부(23b)에서는 전부(23a)에 비해 매우 느린속도로 1차 혼합물을 이동시킬 수 있게 되며, 공기와의 접촉 시간을 증가시킬 수 있게 된다. 특히, 빠른 속도로 이동하는 경우 드럼(23) 내부공간 사용의 효율이 저하되지만, 느린 속도의 이동으로 인해 1차 혼합물이 드럼 내부에 충분히 충전될 수 있게 하여 효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
한편, 드럼(23)의 후부에는 1차 혼합물을 혼합 또는 리프트하기 위한 리프트 블레이드(27)가 설치되지 않는다. 이 후부(23c)의 길이는 건조하는 1차 혼합물의 양, 드럼(23)의 직경 및 길이, 1차 혼합물의 이동속도에 따라 다양하게 변경 가능하지만, 전체 길이의 1/4 ~1/6 정도의 길이로 정해질 수 있다.
후부(23c)는 중부(23b)에서 건조된 1차 혼합물이 이송된다. 이때, 이송을 위한 블레이드 리프트(27)가 설치되지 않기 때문에 적체된 상태를 유지하며, 적체된 1차 혼합물이 중부(23b)를 통과하는 1차 혼합물에 대해 장애물로 작용하게 된다. 즉, 후부(23c)에서의 이동은 중부(23b)에서 건조된 1차 혼합물의 이송에 따라 후부(23c)에 적체된 1차 혼합물이 밀려나게 되면서 이루어진다. 이러한 후부(23c)에 적체된 1차 혼합물에 의해 중부(23b)에서 이동하는 1차 혼합물의 이동속도가 저하되고, 이를 통해 드럼(23) 내부의 충진율 즉, 드럼(23) 내부에 존재하는 1차 혼합물의 양이 증가하게 된다. 즉, 1차 혼합물이 드럼(23) 내부에 장시간 머물게 되고, 미생물이 다량 존재하는 1차 혼합물과 상대적으로 적은 미생물이 존재하는 1차 혼합물의 접촉이 증대하여 건조 효율의 저하를 방지할 수 있게 되며, 전술한 바와 같이 드럼(23) 내부 공간의 이용율을 증가시킬 수 있게 된다.
이러한, 후부(23c)에 적체되는 1차 혼합물은 서서히 밀려나서 제2맨틀부(22)로 이동되고, 제2맨틀부(22)와 연결되는 이송수단 또는 제2맨틀부(22)에 마련되는 열결구(36)를 통해 외부로 배출된다.
맨틀부(21, 22)는 드럼(23)의 전 후 개구부를 밀폐함과 아울러, 드럼(23) 내부와 외부의 연결을 위해 마련된다. 이를 위해 맨틀부(21, 22)는 제1맨틀부(21)와 제2맨틀부(22)를 포함하여 구성된다.
제1맨틀부(21)는 전부(23a) 측 개구부에 결합된다. 이 제1맨틀부(21)는 투입구(30)가 마련되어 혼합기(10)로부터 1차 혼합물이 투입된다. 특히, 제1맨틀부(21)에는 집진배관(90)이 연결되는 배출관(31)이 마련될 수 있다. 이 배출관(31)은 투입구(30) 관에 연결되어 투입구(30) 관을 통해 배출되는 드럼(23) 내부의 공기가 집진배관(90)을 통해 집진기(70)로 이동할 수 있게 마련된다. 이를 위해, 배출관(31)은 투입구(30)의 상단에 형성되는 개구에 결합된다. 한편, 배출관(31)의 일단 즉, 드럼(23) 내부로 노출되는 부분에는 분진배출구(29)가 마련된다.
이 분진배출구(29)는 투입구(30)와 연통되는 관형상으로 형성되며, 투입구(30)과 직각을 이루는 방향, 드럼의 상단(여기서, 상단은 지면과 먼쪽을 의미)을 향해 기립되어 설치된다. 이 분진배출구(29)의 흡입부는 도시된 바와 같이 드럼 내부로 돌출되고, 하부(바닥을 바라보는 부분)는 경사지게 형성된다. 이 하부가 연통되어 하부를 통해 내부 공기가 분진배출구(29)로 흡입된다. 이 하부에는 드럼(23) 내부의 분진이 분진배출구(29)를 통해 배출되는 것을 제한하기 위한 거름망이 마련될 수 있다.
한편, 분진배출구(29)와 배출관(31)은 투입구(30)를 통해 연결될 수 있으나, 분진배출구(29)와 배출관(31)을 연결하는 연결관로가 투입구(30)에 마련될 수도 있다. 다만, 배출관(31)을 통해 배출되는 1차 혼합물의 양이 충분하고, 배출관(31)에 마련되는 1차 혼합물의 배출구가 배출관(31)의 하부로 바닥을 향하게 형성되는 경우 연결배관을 생략하고 배출관(31)의 상단 공간을 이용하여 분진배출구(29)와 배출관(31)이 연통되도록 할 수 있다.
제2맨틀부(22)는 드럼(23)의 후부(23c) 측 개구부에 결합된다. 제2맨틀부(22)는 연결구(36)가 마련되면, 연결구(36)를 통해 1차로 건조된 1차 혼합물이 배출된다. 연결구(36)에는 호퍼 또는 컨베이어가 연결되어 1차 혼합물을 중간 저장조 또는 2차건조기(50)로 이송하게 된다.
또한, 제2맨틀부(22)를 관통하여 공기공급배관(28)이 설치된다. 더욱 구체적으로 공기공급배관(28)은 복수로 구성되어 제2맨틀부(22)에서 취합되고, 취합부(35)가 공기공급기와 연결되어 드럼(23) 내부에 공기를 공급하게 된다.
구동부(24)는 드럼(23) 외부에 접촉하여 드럼(23)을 회전시킨다. 이를 위해 드럼(23) 표면과 접촉화여 회전하는 휠(32), 휠(32)에 구동력을 제공하는 구동장치(33)를 포함하여 구성된다. 이러한 구동부(24)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상 설치되어 드럼(23)을 회전시키게 된다.
공기공급부(28)는 드럼(23) 내부에 건조 및 미생물의 활동을 위한 공기를 공급한다. 이러한 공기공급부(28)는 공기공급기(미도시)와 연결되는 하나의 배관과 취합부(35)에 의해 연결되고, 취합부(35)에 의해 복수의 공기공급관(28a, 28b, 28c)로 분리되어 드럼(23) 내부에 설치된다.
특히, 공기공급관(28a, 28b, 28c)는 서로 다른 길이로 형성되어 공기 노즐이 드럼(23)의 서로 다른 부분에 위치하도록 마련된다. 도시된 바와 같이 하나의 공기공급관은 전부(23a)와 중부(23b)의 경계, 다른 하나는 중부(23b)의 중앙, 다른 하나는 중부(23b)와 후부(23c)의 경계에 공기를 공급하도록 마련될 수 있다.
이를 통해, 드럼(23)의 각 위치의 미생물들에게 산소가 포함된 공기를 지속적으로 공급함으로써 미생물의 활성을 높은 상태로 유지할 수 있게 된다. 또한, 각 위치의 습도를 낮춤으로써 빠른 건조가 이루질 수 있게 한다.
이러한 제1건조기의 동작을 통한 바이오 드라잉 과정은 도 7을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1건조기의 제어 및 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 제1건조기에는 제1, 제2지표측정수단 및 제어수단이 더 구비될 수 있다. 이 제어수단은 제1 및 제2지표측정수단에 의해 측정된 지표를 미리 설정된 알고리즘에 적용하여 제1건조기의 가동을 위한 조건, 예를 들어, 회전속도, 공기공급량, 공기온도와 같은 사항들을 조절한다.
전술한 바와 같이 제1건조기(20)는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하면서 친환경적 건조를 유도하는 유기성 슬러지 처리를 위한 생물학적 건조 공정을 수행하는 수단으로 이용된다.
이 제1건조기(20)는 건조기 내부에 설치되는 이송 및 블렌딩 수단인 스퍼이럴(25), 리프트 블레이드(27)의 구성을 통해 1차 혼합물을 고르게 교반함과 아울러, 드럼(23) 내부의 1차 혼합물 충진 비율이 50% 이상으로 이유지될 수 있게 할 수 있다.
이러한 제1건조기(20) 내부에는 호기성 미생물의 활동을 보장하기 위한 공기가 지속적으로 공급된다. 제어수단은 제어명령에 따라 공기공급기의 공급량, 온도를 조절하여 제1건조기(20) 내부에 공급되는 공기의 공급량을 조절한다. 공기 공급량이 너무 많으면 수분을 함유한 내부공기의 배출에는 유리하지만 제1건조기(20) 내부의 온도가 너무 낮아지게 되어 유기성분의 분해를 방해하게 되고, 반대로 공기공급량이 너무 적으면 내부의 온도가 상승하여 유기성분의 분해에는 유리하지만 수분을 함유한 내부공기의 원활한 배출이 이루어지지 않게 된다. 때문에 공기를 가열하여 등의 조치가 추가적으로 필요하게 되어 결과적으로 슬러지 처리 효율이 저하되는 결과를 가져오게 되며, 이를 방지하기 위해 적절한 공기공급량을 유지하는 것이 중요하다.
일례로 투입구에 가까운 측의 드럼 상류측에 유기성 슬러지가 공급되면 배출구에 인접한 하류측으로 갈수록 미생물 활동으로 인해 내부 온도 상승한다. 이에 따라 하류측에서 증발되는 수증기량이 많아지게 된다. 이 때, 공기가 유기성 슬러지와 함께 상류측에 공급된다면 하류측으로 갈수록 이미 포함하고 있는 수증기가 많은 상태에서 하류측에서 증발되는 수증기까지 포함하게 되므로, 하류측에서는 과포화 상태에 이르러 다시 응축됨으로써 하류측에서 1차 혼합물에 수분이 재흡수되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 드런 내부의 공기 흐름을 1차 혼합물의 이동방향과 반대로 구성함으로써, 수분이 많은 공기는 1차 혼합물의 투입구 방향으로 보내고, 신선하고 건조한 공기를 하류측의 건조가 끝나가는 1차 혼합물에 접촉시킴으로써 건조효율을 더욱 향상시키게 된다.
제1 지표 측정수단은 온도를 측정하는 수단을 의미하며, 제1건조기의 내부에 구비될 수 있으며, 복수의 개소에 설치될 수 있다. 바이오 드라잉 장치 내부에 구비될 수 있다. 상기 바이오 드라잉 장치에 투입되는 유기성 슬러지는 공급되는 공기 중의 산소(O2)를 이용하여 호기성 미생물의 대사 작용에 의해 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 암모니아(NH3) 등으로 분해되면서 대사열(Metabolic heat)이 발생하고, 발생된 대사열에 의해 수분이 증발됨으로써 건조 공정이 수행된다. 이 때 건조 및 호기성 미생물의 대사를 위한 최적 온도가 존재하고 제1 지표로서 온도를 측정하여 바이오 드라잉 장치의 건조 조건을 제어할 수 있다. 온도는 미생물의 대사를 위한 최적 온도를 확인하여 제어가 가능하도록 하기 위해 구비된다. 이를 위해, 드럼(23) 내부의 상류측, 하류측 공기 공급부의 배출구 부분에 구비될 수 있고, 드럼 내부에 일정한 간격으로 설치될 수도 있다.
제2 지표 측정수단은 드럼 내부의 이산화탄소(CO2)를 측정하는 수단일 수 있다. 이산화탄소(CO2)는 미생물의 활동을 확인할 수 있는 주요지표이며, 1차 혼합물의 온도를 추정할 수 있는 지표이기도 하다. 측정장치는 복수의 개소에 설치가 가능하며, 상류측 또는 공기배출구와 같이 공기가 배출되는 말단 위치에 설치되어 제2 지표를 측정하게 된다. 이를 통해 제2지표로서 CO2농도를 측정하여 바이오 드라잉 장치의 건조 조건을 제어할 수 있다.
본 발명은 이 제1지표와 제2지표를 함게 활용하여 바이오 드라잉 공정의 공기공급량을 제어함으로써, 종래의 온도만을 단독지표로 활용하여 제어하는 방법에 비해 건조효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
온도 변화는 측정이 용이하고 생물학적 건조수단의 건조 상태를 직관적으로 나타내는 지표이지만, 생물학적 건조수단 내부적, 외부적 요인 및 생물학적, 화학적, 물리적 요인 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으며, 온도는 호기성 분해반응의 결과임과 동시에 본 반응의 영향인자로 작용하는 지표이므로 온도 변화만을 측정하여 공기 공급량을 조절하는 경우 온도가 지나치게 증가 또는 감소하는 이상 온도 변화의 원인을 직접적으로 파악하기 어렵고, 미생물에 의한 유기성 슬러지의 상태 변화(분해 등)에 상대적으로 둔감하며, 열전달에 의한 온도 변화 속도 또한 상대적으로 느려 건조수단 내부 상태에 따른 빠른 제어가 어렵다.
때문에, 바이오 드랑인 장치인 제1건조기(20)의 제어에 배출가스 온도(또는 내부 온도)와 이산화탄소(CO2) 농도를 공동지표로 활용함으로써 건조성능을 최적화 할 수 있다. 더욱 구체적으로 온도 변화에 따른 1차 제어 후 이산화탄소 농도(CO2)에 따른 2차 제어를 포함하는 루틴을 반복함으로써 건조 성능의 최적화가 가능해진다.
바이오 드라잉 공정에 있어서 단독 또는 주요 건조열원이 되는 호기성 미생물의 대사열은 생분해성 유기물질의 호기성 분해반응으로부터 생성되며, 이러한 분해반응의 정도를 배출가스 내 CO2 농도로 특정할 수 있다. 또한 배출가스 온도가 변하기 전에 CO2 농도의 변화가 먼저 관찰되므로 대사열 발생에 따른 온도 변화보다 더욱 미생물의 활동성을 판단하기에 민감한 반응 지표로서 바이오 드라잉 장치 내부의 건조 조건을 더욱 빠른 응답 속도로 제어할 수 있다.
다만 CO2 의 농도 변화에 정확하게 비례하여 온도가 변화하는 것은 아니기 때문에 CO2 농도만을 측정하여 공기공급량을 제어하는 것 또한 적절한 제어방법이 아니며 온도 변화에 따른 제어와 상호 보완적으로 제어함으로써 최적의 바이오 드라잉 효과를 제공하는 자동제어가 가능하다.
기 제2 지표로서 미생물의 대사 작용에 의해 발생되는 암모니아(NH3) 농도 변화 또한 지표로 사용할 수 있지만 NH3의 경우 CO2에 비하여 물에 잘 녹는 특성상 건조 조건 파악에 대한 신뢰성이 떨어지므로 제2 지표로서 CO2 농도 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
제어수단은 공기공급부(28)를 통해 공급되는 공기의 공급량을 자동으로 제어하는 수단으로 마련된다. 이 제어수단은 지표 측정수단으로부터 측정 데이터를 송신 받아 송풍기에 의한 공기 공급량을 제어(유지 또는 변경) 함으로써, 바이오 드라잉 장치의 내부 또는 배출가스 온도 및 CO2농도가 일정 범위 내에서 유지되도록 하고, 배출되는 유기성 슬러지의 건조상태(함수율)를 일정 수준으로 유지되도록 한다.
제어수단에서의 제어방법은 1차 혼합물이 드럼 상류측으로 공급되어 하류측으로 이송되면서 건조되는 과정에 하류측으로부터 공급되는 공기의 공급량을 제어하는 방법이다.
제어과정은 공기공급을 시작하는 것으로 간주하는 건조기 가동 시작 시점(ts) 이후, 측정되는 현재 배출가스 온도(Tt)가 온도 상한치(TUL)와 하한치(TLL) 사이를 지시할 수 있도록 공기공급량을 변경시키고, 추가적으로 측정되는 현재 배출가스 CO2 농도(Ct)가 농도 상한치(CUL)와 하한치(CLL) 사이를 지시할 수 있도록 공기공급량을 변화시키는 알고리즘을 따른다.
이 때, 공기공급량은 공기공급량 상한치(FUL)와 하한치(FLL) 범위 내에서 변화시키며, 현재 온도(Tt)를 기준으로 공기공급량을 변화시킬 때는 현재의 공기공급량 설정값(Ft)에서 지정된 변화량(dF1)만큼 증가시키거나 감소시키고, 현재 농도(Ct)를 기준으로 공기공급량을 변화시킬 때는 현재의 공기공급량 설정값(Ft)에서 지정된 변화량(dF2)만큼 증가시키거나 감소시킨다.
체적으로 본 발명에 따른 제어방법은 제어수단에 대하여 입력변수들을 설정하는 설정단계(S100); 공기 공급부와 연결된 송풍기의 가동을 시작하여 바이오 드라잉 장치에 공기를 공급하는 초기공급단계(S200); 제1 지표 측정수단에 의해 측정된 온도에 따라 공기공급량을 조절하는 제1 제어단계(S300); 상기 제1 제어단계에서 제어된 공기공급량으로 공기를 공급한 후 일정시간 경과 후 제2 지표 측정수단에 의해 측정된 CO2 농도에 따라 공기공급량을 조절하는 제2 제어단계(S400);를 포함한다.
또한 제어수단에서의 제어방법은 상기 제2 제어단계에서 제어된 공기공급량으로 공기를 공급한 후 설정된 변화 공기공급량 적용시간 경과 후 제1 제어단계 및 상기 제2 제어단계를 포함하는 루틴(routine)을 반복하여 연속적으로 투입되는 유기성 슬러지를 건조시킨 후 연속적으로 배출한다. 본 발명의 일실시예에 따른 제어방법 알고리즘을 도 7에 나타내었다.
설정단계(S100)는 제어수단에 대하여 입력변수들을 설정하는 설정단계로서, 입력변수로는 온도 하한치(TLL), 온도 상한치(TUL), CO2 농도 하한치(CLL), CO2 농도 상한치(CUL), 공기공급량 하한치(FLL), 공기공급량 상한치(FUL), 초기 공기공급량(Fi), 수동운전 적용시간(tm), 변화 공기공급량 적용시간(dt), 온도에 따른 공기공급량 변화량(dF1), CO2 농도에 따른 공기공급량 변화량(dF2) 을 포함한다.
초기공급단계(S200)는 송풍기의 가동을 시작하여 바이오 드라잉 장치에 초기 공급량(Fi)에 해당하는 공기를 공급하는 단계로서, 초기 공기공급량(Fi)에 해당하는 양의 공기가 공급되도록 송풍기를 초기 가동함과 동시에 초기 공기공급 시작시점(ts)을 입력(기록)하고, 초기 공기공급량(Fi)을 현재 공기공급량(Ft)으로 입력(기록)한다.
최초 유기성분의 분해가 시작되기 위해서는 다소의 시간이 소요되므로, 일정시간(tm) 동안은 바이오 드라잉 장치의 내부온도 또는 배출가스 온도와 관계없이 일정한 초기 공기공급량(Fi)을 유지한다.
제1 제어단계(S300)를 위하여 먼저 제어수단은 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)(현재의 시간)을 입력하고, 입력된 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)과 초기 공기공급 시작시점(ts)의 차이값을 계산하고, 차이값이 설정된 수동운전 적용시간(tm)보다 크게 된 시점(공기공급량 변화이전 현재시점(ta))에서, 제1 지표 측정수단에 의해 측정된 현재온도(Tt)를 입력한다.
초기공급단계 직후에 이루어지는 제1 제어 및 제2 제어단계를 1차 루틴이라 하였을 때, 1차 루틴 이후 2차 루틴에 따른 제1 제어의 경우 제어수단은 2차 루틴에 따른 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)을 입력하고, 1차 루틴에 따른 공기공급량 변화(또는 유지) 이후 현재시점(tb)과 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)의 차이값을 계산하고, 차이값이 미리 설정된 변화 공기공급량 적용시간(dt)보다 크게 된 시점(공기공급량 변화이후 현재시점(tb))에서, 제1 지표 측정수단에 의해 측정된 현재온도(Tt)를 입력한다.
제1 제어단계(S300)는 일정한 시간 간격(dt) 마다 현재 온도(Tt)를 측정하여 공기공급량의 변화 여부를 판단하는 단계로서, 제1 지표 측정수단에 의해 측정된 현재 온도(Tt)가 온도 하한치(TLL) 및 온도 상한치(TUL)의 범위 내에 속하는지 또는 범위를 벗어나는지 여부를 연산하고, 연산 결과에 따라 공기 공급량 조절 여부를 판단한다.
더욱 구체적으로 측정된 현재 온도(Tt)가 설정된 온도 하한치(TLL) 및 온도 상한치(TUL)의 범위 내에 속하는 것으로 연산된 경우, 이는 공기공급량과 내부온도가 균형을 이루었음을 의미하므로, 상기 변화 공기공급량 적용시간(dt) 동안 현재 공기공급량(Ft)(초기 가동의 경우에는 초기 공기공급량(Fi))에 해당하는 공기를 지속하여 공급한다(S310).
측정된 현재 온도(Tt)가 설정된 온도 상한치(TUL)보다 높은 것으로 연산된 경우, 이는 내부온도가 너무 높고 수분 함유공기의 배출이 원활히 이루어지지 않고 있음을 의미하므로, 송풍기에 의한 공기공급량을 증가시킨다(S320).
구체적으로 공기공급 증가제어는 초기 공기공급량(Fi) 또는 현재 공기공급량(Ft)에 온도에 따른 공기공급량 변화량(dF1)을 더한 새로운 현재 공기공급량(Ft)을 연산하고 이에 해당하는 공기를 공급한다. 즉, 미리 설정된 온도에 따른 공기공급량 변화량(dF1) 만큼 공기공급량을 증대한 후, 바이오 드라잉 공정의 제2 지표(이 경우 CO2 농도)의 변화를 살피도록 한 것이다.
반대로 측정된 현재 온도(Tt)가 온도 하한치(TLL)보다 낮은 것으로 연산된 경우, 이는 수분함유공기의 배출은 원활하지만 내부온도가 너무 낮음과 아울러, 수분이 부족함에 따라 유기성분의 호기성 분해가 활발하지 않음을 의미하므로, 송풍기에 의한 공기공급량을 감소시킨다(S330).
구체적으로 공기공급 감소단계(S330)는 초기 공기공급량(Fi) 또는 현재 공기공급량(Ft)에 온도에 따른 공기공급량 변화량(dF1)을 뺀 새로운 현재 공기공급량(Ft)을 연산하고 이에 해당하는 공기를 공급한다. 즉, 온도에 따른 공기공급량 변화량(dF1)을 미리 설정해두고, 일단 그 설정된 변화량(dF1)만큼만 공기공급량을 감소시킨 후, 바이오 드라잉 공정의 제2 지표(이 경우 CO2 농도)의 변화를 살피도록 한 것이다.
다음으로 제2 제어단계(S400)는 직전의 제1 제어단계(S300)에서 현재 온도(Tt)를 측정하여 공기공급량의 변화 여부를 판단한 시점으로부터 일정 시간(dt/2)이 지난 시점부터는 일정한 시간 간격(dt)마다 현재 농도(Ct)를 확인하여 공기공급량 변화 여부를 판단하는 단계로서, 제2 지표 측정수단에 의해 측정된 현재 CO2 농도 (Ct)가 농도 하한치(CLL) 및 농도 상한치(CUL)의 범위 내에 속하는지 또는 범위를 벗어나는지 여부를 연산하고, 연산 결과에 따라 공기 공급량 조절 여부를 판단한다.
제2 제어단계(S400)를 위하여 먼저 제어수단은 직전의 제1 제어단계에서 공기공급량 변화(또는 유지) 이후 현재시점(tb)을 입력한다. 또한 공기공급량 변화(또는 유지) 이후 현재시점(tb)과 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)의 차이값을 계산하고, 차이값이 미리 설정된 변화 공기공급량 적용시간(dt)보다 크게 된 시점(공기공급량 변화이후 현재시점(tb))에서, 새로운 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)을 입력한다.
본 발명에 의한 건조방법에서는, 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)의 비교대상은 초기 공기공급 시작시점(ts)이고, 공기공급량 변화이후 현재시점(tb)의 비교대상은 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)으로서, 상호 비교대상이 다르기 때문에 현재시점(ta, tb)을 2종류로 기록한다.
즉, 변화된 공기공급량이 적용되는 최소시간(dt)을 미리 설정해두고, 일단 그 설정된 시간(dt) 동안은 미리 설정된 변화량(dF1 또는 dF2)만큼 증대 또는 감소된 공기공급량(Ft)이 적용되도록 한 것이다.
제어수단은 상기 새로운 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)에서, 제2 지표 측정수단에 의해 측정된 현재 CO2 농도(Ct)를 입력한다. 이후, 위 입력된 현재 CO2 농도(Ct)를 대상으로 연산을 수행하면서 상술한 제1 연산단계 이후의 과정과 동일한 과정을 반복한다.
구체적으로 상기 제2 제어단계(S400)에서 제2 지표 측정수단에 의해 측정된 현재 CO2 농도(Ct)가 CO2 농도 하한치(CLL) 및 CO2 농도 상한치(CUL)의 범위 내에 속하는지 또는 범위를 벗어나는지 여부를 연산하고, 연산 결과에 따라 다시 공기 공급량을 조절한다.
제2 제어단계(S400)는 상기 연산된 결과에 따라 상기 송풍기에 의한 공기공급량을 증가, 감소 또는 유지시키는 단계로서, 공기를 지속하여 공급하는 제어(S410), 공기 공급량을 증가시키는 제어(S420) 또는 공기 공급량을 감소시키는 제어(S430)가 수행될 수 있다.
더욱 구체적으로 상기 제2 제어단계(S400)에서 현재 CO2 농도(Ct)가 설정된 CO2 농도 하한치(CLL) 및 CO2 농도 상한치(CUL)의 범위 내에 속하는 것으로 연산된 경우, 상기 변화 공기공급량 적용시간(dt) 동안 현재 공기공급량(Ft)에 해당하는 공기를 지속하여 공급한다(S410).
제2 제어단계(S400)에서 현재 CO2 농도(Ct)가 설정된 CO2 농도 상한치(CUL)보다 높은 것으로 연산된 경우, 이는 내부온도가 너무 높아질 것으로 예상되고 수분 함유공기의 배출이 원활히 이루어지지 않을 것으로 예상되므로, 공기공급량을 증가시킨다(S420).
구체적으로 공기공급 증가제어는 현재 공기공급량(Ft)에 공기공급량 변화량(dF2)을 더한 새로운 현재 공기공급량(Ft)을 연산하고 이에 해당하는 공기를 공급한다. 즉, 미리 설정된 공기공급량 변화량(dF2) 만큼 공기공급량을 증대한 후, 바이오 드라잉 장치의 내부 지표(이 경우 온도)의 변화를 살피도록 한 것이다.
반대로 상기 제2 제어단계(S400)에서 현재 CO2 농도(Ct)가 설정된 CO2 농도 하한치(CLL)보다 낮은 것으로 연산된 경우, 이는 수분함유공기의 배출이 원활하지만 내부온도가 너무 낮아질 것으로 예상되므로, 공기공급량을 감소시킨다(S430).
구체적으로 공기공급 감소단계(S430)는 현재 공기공급량(Ft)에 공기공급량 변화량(dF2)을 뺀 새로운 현재 공기공급량(Ft)을 연산하고 이에 해당하는 공기를 공급한다. 즉, 공기공급량 변화량(dF2)을 미리 설정해두고, 일단 그 설정된 변화량(dF2)만큼만 공기공급량을 감소시킨 후, 바이오 드라잉 장치의 내부 지표(이 경우 온도)의 변화를 살피도록 한 것이다.
제어수단은 제2 제어단계를 통하여 현재 농도(Ct)를 확인하여 공기공급량 변화 여부를 판단한 시점으로부터 일정 시간(dt/2)이 지나면, 다시 현재 온도(Tt)를 측정하여 공기공급량의 변화 여부를 판단하는 과정으로 되돌아간다.
더욱 구체적으로 공기공급량 변화이후 현재시점(tb)과 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)의 차이값을 계산하고, 차이값이 변화 공기공급량 적용시간(dt)보다 크게 된 공기공급량 변화이후 현재시점(tb)에서, 새로운 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)을 입력하는 동작을 반복함으로써 새로운 루틴을 수행한다. 즉, 1차 루틴에서의 제1 제어단계와 마찬가지로 새로운 공기공급량 변화이전 현재시점(ta)에서, 제1 지표 측정수단에 의해 측정된 현재온도(Tt)를 입력한 후 입력된 현재온도(Tt)를 대상으로 연산을 수행하면서 상술한 과정을 반복한다.
본 발명에 따른 제어를 위하여 현재 CO2 농도를 측정하는 위치는 상기 제2 지표 측정수단을 바이오 드라잉 수단의 상류측 또는 공기가 배출되는 라인에 구비하여 해당 위치에서 측정된 값을 현재 CO2 농도(Ct)로 사용한다.
현재 온도를 측정하는 위치는 다양하게 설정될 수 있다. 먼저, 제1 지표 측정수단이 1개 구비되는 경우 바이오 드라잉 수단의 어느 위치에나 설치되어 해당 위치에서 측정된 값을 현재 온도(Tt)로 사용할 수 있으나 바람직하게는 상기 바이오 드라잉 장치의 상류측 또는 하류측에 설치되어 해당 위치에서 측정된 값을 현재 온도(Tt)로 사용하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 상기 바이오 드라잉 장치의 상류측 또는 공기가 배출되는 라인에 설치되어 해당 위치에서 측정된 값을 현재 온도(Tt)로 사용하는 것이 좋다.
제1 지표 측정수단이 다수개 구비되는 경우에도 바이오 드라잉 수단의 어느 위치에나 설치될 수 있으며, 이때에는 각각의 위치에서 측정된 값의 평균값을 현재 온도(Tt)로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 제어방법을 통해 유기성 슬러지를 건조하는 과정에서 공기공급량을 조절하여 수분을 효율적으로 제거할 수 있는 공기공급량 자동제어 시스템으로서, 특히 바이오 드라잉 공정에 적합하게 사용될 수 있는 공기공급량 자동제어 시스템을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1: 슬러지 5: 첨가제
10: 혼합기 20: 제1건조기
21: 제1맨틀부 22: 제2맨틀부
23: 드럼 24: 구동부
25: 스파이럴 26: 와이어
27: 리프트 블레이드 28: 공기공급관
29: 분진배출구 30: 투입구
31: 배출관 32: 횔
33: 구동장치 35: 취합부
50: 제2건조기 60: 성형기
70: 집진기 80: 정화기
90: 집진배관

Claims (9)

  1. 슬러지와 첨가제를 혼합하여 1차 혼합물을 생산하는 혼합기;
    상기 혼합기로부터 공급되는 1차 혼합물을 바이오 드라잉에 의해 제1함수율이 되도록 1차 건조하는 제1건조기;
    상기 제1함수율의 상기 1차 혼합물을 가열 건조하여 제2함수율의 건조 혼합물을 생산하는 제2건조기; 및
    상기 건조 혼합물을 가압 성형하여 고형체를 생산하는 성형기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하고,
    상기 제1건조기는 드럼을 포함하여 구성되며,
    상기 드럼은
    외부 동력에 의해 회전하며, 상기 1차 혼합물이 투입되는 전부, 상기 1차 혼합물이 배출되는 후부 및 상기 전부와 후부 사이의 중부를 포함하는 복수의 구간으로 구분되고,
    상기 드럼 내부면에는 상기 전부와 상기 중부에는 서로 다른 블레이드를 구비하는 교반수단이 설치되며, 상기 후부에는 상기 교반수단이 생략되어,
    상기 1차 혼합물이 상기 전부로부터 상기 후부로 진행할수록 이동속도가 느려지게 되는 것을 특징으로 하는 슬러지 연료화 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1건조기는
    상기 드럼 내부에 공기를 공급하는 공기공급수단;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 드럼은 상기 1차 혼합물이 투입되는 상류에 복수의 와이어가 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 공기공급수단에 의해 상기 드럼 내부에 공급된 공기는 상기 1차 혼합물이 투입되는 상류에 마련되는 배출수단을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 공기 공급수단은
    상기 드럼 내부에 설치되고, 상기 드럼 내부의 서로 다른 위치에 공기 배출구가 자리하는 복수의 공기공급 배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 배출수단은 상기 1차 혼합물의 투입구와 연결되고, 상기 드럼내에서 지면에 수직인 방향으로 기립되어 설치되고, 공기가 흡입되는 하부가 경사지게 형성되는 분진배출구;와
    상기 투입구의 상부에 결합되어 상기 분진배출구를 통해 흡입된 공기를 집집배관에 전달하는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라잉 장치를 포함하는 슬러지 연료화 시스템.
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