KR102172509B1 - 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생활폐기물을 연료화하기 위한 기계적 전처리방법 및 전처리시스템에 관한 것으로 외부로 부터 반입되어 저장된 생활폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급을 위하여 정량 공급설비를 통해 생활폐기물을 투입하고, 파봉/파쇄기는 2축 전단형 파쇄기로 자동 크리닝 장치가 부착된 파쇄기로 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 1차 파쇄물에 혼합된 금속들은 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 1차 풍력선별기에 쓰레기를 투입시켜 공기를 분사함으로서 비중에 따라 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 선별하는 분리과정을 한 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기에 투입하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 재 선별하는 과정을 거쳐 분리된 경량물(가연성 폐기물)은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 디스크 선별기에 재투입하여 50mm이상의 폐기물을 선별하여 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보낸다.
이상의 기술이 생활폐기물에서 연료자원화 목적의 고품질 가연성 폐기물을 대량으로 분리 선별하는 기계적 전처리 시스템에 관한 것이다.

Description

가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템{Flammable waste mass screening pretreatment system}
본 발명은 생활폐기물을 연료화하기 위한 가연성 폐기물 대량 선별 전처리방법 및 전처리시스템에 관한 것으로 외부로 부터 반입되어 저장된 생활폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급을 위하여 정량 공급설비를 통해 생활폐기물을 투입하고, 파봉/파쇄기는 2축 전단형 파쇄기로 자동 크리닝 장치가 부착된 파쇄기로 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 1차 파쇄물에 혼합된 금속들은 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 1차 풍력선별기에 쓰레기를 투입시켜 공기를 분사함으로서 비중에 따라 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 선별하는 분리과정을 한 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기에 투입하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 재 선별하는 과정을 거쳐 분리된 경량물(가연성 폐기물)은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하여 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보낸다.
이상의 기술이 생활폐기물에서 연료자원화 목적의 고품질 가연성 폐기물을 대량으로 분리 선별하는 기계적 전처리 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 전 지구적으로 자원고갈과 기후변화에 따른 온실가스 저감을 위해 폐자원을 이용한 에너지 확보 기술과 정책이 적극적으로 추진되고 있으며, 유럽, 미국 등 선진국들뿐 만아니라 국내에서도 원자력발전소와 화력발전소의 중단 및 감소정책에 따라 에너지 재활용기술은 더욱더 중요해지고 있다.
이와 같이 자원 재활용이 가능한 연료 중에 비위생 매립지 또는 순환형 매립장에 매립된 폐쓰레기 중에는 재활용이 가능한 가연성 쓰레기와, 토사 및 골재 등 건설폐기물을 선별하지 않고 그대로 매립하고 있으므로 폐쓰레기의 재매립량과 그 처리비용이 증가하고, 폐쓰레기의 함수량이 높아 선별 후에도 폐쓰레기의 비중이 높을 뿐만아니라 이로 인하여 폐쓰레기의 처리비용이 과다하게 소요됨은 물론, 매립된 폐쓰레기에서 침출수와 악취 및 비산먼지가 발생하여 환경오염을 야기하는 한편 재활용이 가능한 자원이 낭비되는 실정이다.
따라서, 폐쓰레기는 재활용이 가능한 자원과 가연성 소각용 쓰레기 및 매립용 쓰레기로 분리 선별하여 재활용이 불가능한 쓰레기만을 소각 또는 매립하여 처리함으로써, 쓰레기의 처리량을 대폭 줄이는 한편 선별된 쓰레기를 건조 선별분리기에 재투입하여 건조시키고, 이물질을 제거하여 감량화시켜 소각 또는 매립량을 최소화하여 효율적으로 처리할 필요성이 있다.
종래 가연성 폐기물에 혼합된 이물질을 제거하는 기술은 대부분 수처리를 이용한 것으로서, 혼합 폐기물을 수조에 투입하여 세척수에 의해 가연성 폐기물을 세척함으로써, 각종 이물질을 제거하고, 이어서 건조기를 이용하여 가연성 폐기물을 건조하는 방식이다.
그리하여 대한민국 공개특허 제10-2015-0145726호의 "자연 건조과정을 적용한 매립된 가연성쓰레기의 대량 연료화 선별시스템"이 공개 되었으나, 상기 구성은 가연성쓰레기에 함유된 함수율만을 제거하기 위하여 건조장에서 건조시킨 다음 가연성쓰레기를 가연성 연료화 선별시스템으로 이송할 때, 정량공급이 이루어지지 않기 때문에, 가연성 연료화 선별시스템에 과부하가 걸려 고장에 따른 수리비용과 운전시간 등의 손실을 방지할 수는 없었다.
일반적으로 폐기물 처리는 매립이나 소각 등의 방법을 이용하고 있는데, 매립방법은 환경 문제 및 추가적인 매립지 확보가 힘든 가운데 기존 매립지의 수명이 다해가고 있는 실정이고, 소각 방식 역시 다이옥신과 같은 환경오염물질 배출 때문에 추가적인 건설이 쉽지 않은 실정이어서 폐기물 처리가 큰 사회적 문제로 대두되고 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 기술들은 주된 목적이 폐기물로부터 고형 연료를 생산하는 것이기 때문에 혼합건설폐기물, 생활계 폐기물에 포함된 다양한 성상의 물질에 따른 맞춤형 선별공정이 부족하여 고형 연료로 사용되지 않는 불연물 중 자기류와 같은 불연물들은 순환골재 등으로 자원화하지 않고 대부분 단순 매립처리함으로써 매립 부피 증대로 인한 매립량이 많아진다는 문제점이 있다.
또한 가연물을 고형연료로 생산시 표면에 묻어 있는 토분 제거 공정 없이 단순 수분 함량 저감만을 위해 온풍건조 공정만으로 구성함으로써 고형연료에 과도하게 토분이 포함될 경우 발열이 지속되지 않아 충분한 발열량을 제공할 수 없어서 연료로서의 효용가치가 떨어진다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1814123호 대한민국 등록특허 제10-1785217호 대한민국 등록특허 제10-1825267호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 혼합건설폐기물, 생활계 폐기물에 포함된 다양한 성상의 폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급이 될 수 있도록 생활폐기물을 투입하고, 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 1차 파쇄물에 혼합된 금속들은 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 1차 풍력선별기에 쓰레기를 투입시켜 공기를 분사함으로서 비중에 따라 중량물과 경량물로 선별하는 분리과정을 통과한 후, 통과된 경량물을 2차 분쇄기에 투입하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물과 경량물로 재 선별하는 과정을 거쳐 분리된 경량물은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하여 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보냄으로서 전처리 단계에서 다양한 성상의 물질로 이루어진 혼합건설폐기물과 생활계 폐기물에 포함된 대형 철재류나 불연물 등을 선택적으로 파쇄하는 전처리 파쇄 공정을 포함하여 선별장치들의 부하나 고장을 사전에 예방하는 공정을 포함하는 고품질 폐기물 자원화를 위하여 가연성쓰레기의 선별방법 및 선별 전처리시스템을 제공하고자 함을 목적으로 한다.
또한, 가연성쓰레기를 파봉/파쇄기로 투입시 정량 투입을 할 수 있도록 하여, 파봉/파쇄기에 불규칙한 과부하가 걸리지 않고 문제 발생시 자동으로 발생된 문제를 해결하도록 함으로서 선별작업의 연속성을 확보하였고, 이로 인해 수리비용과 운전시간 등의 손실을 방지할 수 있는 전처리 시스템을 제공하고자 함을 목적으로 한다.
본 발명은 생활폐기물을 연료화하기 위한 가연성 폐기물 대량 선별 전처리방법 및 전처리시스템에 관한 것으로 외부로 부터 반입되어 저장된 생활폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급을 위하여 정량 공급장치는 체인 FLAT 방식의 컨베이어로 쓰레기의 양은 주파수를 이용하여 속도 조절을 함으로서 투입된 쓰레기의 양을 조절하며 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 일정하게 투입하기 위해서 정량 조절용 GATE를 설치하여 진행 속도와 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 제어하고, 파봉/파쇄기는 2축 전단형 파쇄기로 자동 크리닝 장치를 부착하여 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 1차 파쇄물에 혼합된 금속들은 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 음압을 이용하여 챔버안을 진공 상태로 만들어 투입되는 쓰레기를 15kw 풍력 에너지를 이용하여 중량물과 경량물로 분리하며, 투입된 공기는 95%를 재순환 과정을 통하여 건조 및 악취가 배출되지 않는 구조를 갖는 1차 풍력선별기에 쓰레기를 투입시킨 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기(압축파쇄기)에 투입하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 재 선별하는 과정을 거쳐 분리된 경량물(가연성 폐기물)은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 입자크기별로 디스크 간극의 크기에 따라 선별될 수 있도록 조립된 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하고, 이를 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보냄으로서 목적을 달성한다.
상기와 같은 본 발명은 생활폐기물을 연료화하기 위한 기계적 전처리방법 및 전처리시스템에 관한 것으로 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급과 자동 크리닝 장치가 부착된 파봉/파쇄기로 투입된 생활폐기물을 파봉/파쇄한 후, 비중에 따라 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 선별하는 분리과정을 한 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기에 투입하여 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기로 재 선별하는 과정을 거쳐 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하여 가연성 폐기물로 연료화 공정으로 보냄으로서 생활폐기물에서 연료자원화 목적의 고품질 가연성 폐기물을 대량으로 분리 선별할 수 있을 뿐만 아니라 자동으로 문제를 해결하고 분쇄시스템을 포함한 전처리 시스템의 내구성을 연장함으로서 시스템이 전체적인 수명을 연장하는 효과를 갖도록 하였다.
도 1은 본 발명에 따른 생활쓰레기 및 매립된 가연성쓰레기를 연료화하기 위한 전처리 장치를 개략적으로 나타낸 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파봉/파쇄기의 입체도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스크 선별기의 평면도이다.
도 4은 본 발명에 따른 풍력선별기의 정면도이다.
도 5은 본 발명에 따른 분쇄기(압축파쇄기)의 사시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부 도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 생활폐기물을 연료화하기 위한 가연성 폐기물 대량 선별 전처리방법 및 전처리시스템에 관한 것으로 상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위해 다양한 성상의 폐기물을 그랩 크레인을 통하여 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생을 방지하기 위한 정량의 폐기물 공급 단계와; 폐기물을 200mm이하로 분쇄하는 파봉/파쇄단계와; 육안으로 식별가능한 불연물을 선별하는 수선별단계와; 상기 파봉/파쇄기에서 파쇄된 폐기물 내에 존재하는 금속폐기물을 선별 배출하는 1차자력선별단계와; 풍력에너지를 이용하여 중량물(불연성폐기물)과 경량물(가연성폐기물)로 분리하고 투입된 공기는 재순환시킴으로서 건조 및 악취방지 기능을 갖는 1차 풍력선별단계와; 1차 풍력선별단계를 통과한 경량물(가연성폐기물)을 100mm이하로 분쇄하는 폐기물 분쇄단계와; 분쇄된 폐기물을 중량물(불연성폐기물)과 경량물(가연성폐기물)로 재분리하여 선별하는 제2차 풍력선별단계와; 상기 재분리된 경량물(가연성폐기물) 내부에 포함된 금속류를 재선별하는 2차 자력선별단계와; 상기 2차 자력선별기에서 선별된 경량물(가연성폐기물)은 연료화 공정으로 보내고 중량물(불연성 폐기물)로 선별된 폐기물 중 20mm이상의 폐기물은 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보내고 20mm이하의 폐기물은 불연성 폐기물로 인정하여 처분할 수 있도록 입자크기별 디스트 간극에 따라 제어하여 선별하는 디스크 선별단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 전처리 방법을 제공함으로써 달성된다.
상기의 디스크 선별단계에서는 파쇄물의 불연성 또는 가연성 물질을 구별하여 선별적으로 디스크와 디스크의 간격을 20~50mm로 제어할 수 있다.
또한, 시스템을 구성하고 있는 장치들의 작동원리를 살펴보면, 외부로 부터 반입되어 저장된 생활폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급을 위하여 정량 공급장치는 체인 FLAT 방식의 컨베이어로 쓰레기의 양은 주파수를 이용하여 속도 조절을 함으로서 투입된 쓰레기의 양을 조절하며 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 일정하게 투입하기 위해서 정량 조절용 GATE를 설치하여 진행 속도와 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 제어하는 장치이며, 불규칙한 과부하가 걸리지 않고 연속하여 선별작업이 이루어지도록 함으로써, 운전시간의 손실을 방지함과 동시에 작업능률을 향상시키고, 수리비용 등의 손실을 방지할 수 있도록 하기 위한 장치이다. 또한, 파봉/파쇄기는 2축 전단형 파쇄기로 자동 크리닝 장치를 부착하고 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 1차 파쇄물에 혼합된 금속들은 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 음압을 이용하여 챔버안을 진공 상태로 만들어 투입되는 쓰레기를 15kw 풍력 에너지를 이용하여 중량물과 경량물로 분리하며, 투입된 공기는 95%를 재순환 과정을 통하여 건조 및 악취가 배출되지 않는 구조를 갖는 1차 풍력선별기에 쓰레기를 투입시킨 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기(압축파쇄기)에 투입하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 재 선별하는 과정을 거쳐 분리된 경량물(가연성 폐기물)은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 것들은 입자크기별로 디스크 간극의 크기를 제어하여 선별될 수 있도록 조립된 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하고, 이를 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보냄으로서 목적을 달성한다.
상기의 기계적 전처리방법 및 전처리시스템에 대한 구성요소별 작동원리를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 생활폐기물을 연료화하기 위한 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템 구성은 생활폐기물 저장조, 그랩 크래인, 폐기물 정량공급장치, 파봉/파쇄기, 수선별 컨베이어, 1차 자력선별기, 1차 풍력선별기, 분쇄기(압축파쇄기), 탈수기, 2차 풍력선별기, 디스크 선별기, 2차 자력선별기, 로 구성된다. 또한 상기 각 장치들은 모터에 의해 구동되는 컨베이어와 같은 다양한 수평 또는 경사 이송라인을 통해 다음 단계의 장치에 선별된 폐기물을 이송하게 구성됨은 주지의 사실이다.
폐기물의 연료화과정을 살펴보면, 외부로 부터 반입되어 저장된 생활폐기물을 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지 및 정량공급을 위하여 정량 공급장치는 체인 FLAT 방식의 컨베이어를 사용하며, 생활폐기물을 포함한 쓰레기의 양은 주파수제어기를 이용하여 컨베이어의 속도를 조절을 함으로서 투입된 쓰레기의 양을 조절할 수 있다. 그리고, 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 일정하게 투입하기 위해서 정량 조절용 GATE를 설치하여 진행 속도와 컨베이어 위에 쌓인 쓰레기 양을 제어하고, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 스크레이퍼(50), 감지수단, 구동수단(40) 및 제어부로 구성된 자동 클리닝 장치가 설치 적용되는 파봉/파쇄기(10)는 폐기물을 200mm이하로 분쇄하는 장치로서 본체(12), 구동부(20), 제1, 2 커터모듈(30, 30') 및 자동 클리닝 장치를 포함하며 작동과정은, 우선, 구동부(20)를 구동시켜 제1, 2 커터모듈(30, 30')의 커터(32, 32')가 하향 회전되며 파쇄를 위해 파쇄기(10) 본체(12) 내부로 파쇄 대상물을 유입시킨다. 이때, 스크레이퍼(50)의 선단은 구동수단(40)의 로드가 전진한 상태이므로 연결바(60)에 의해 일률적으로 간격 유지링(34, 34')에서 설정 간격만큼 이격된다.
다음으로, 커터(32, 32')의 회전에 의해 파쇄물이 파쇄되며 파쇄중에 본체(12) 내벽(14)과 간격 유지링(34,34')과의 틈에 입자가 큰 파쇄물이 끼이게 되면 자동 또는 수동에 의해 구동부(20)를 파쇄 방향과 반대 방향인 상향 회전시킨다.
이때, 감지수단이 커터(32, 32')의 회전 방향을 감지하여 상향 회전됨으로 판별되면 감지 신호를 제어부로 보내고 제어부는 구동수단(40)의 구동신호를 출력하므로 구동수단(40)의 로드를 후진시켜 연결바(60)에 의해 일률적으로 스크레이퍼(50)의 선단 즉, 원호 형성된 부위가 직선부의 상단을 연결하는 연결축(14)을 기점으로 회전되어 간격 유지링(34, 34')과 근접한 위치까지 이동하게 한다.
다음으로, 커터(32, 32')가 상향 회전하면서 스크레이퍼(50)의 선단이 간격 유지링(34, 34')과 근접한 위치까지 이동하게 되며 이에 내벽(14)과 간격 유지링(34, 34')의 틈에 입자가 큰 파쇄물이 이탈되므로 간격 유지링(34, 34')에 파쇄 잔유물이 감기는 것을 방지하며 이와 더불어 이물질이 파쇄실에서 구동축에 연결된 베어링 부위에 침투함으로서 발생할 수 있는 고장/소손을 방지하기 위하여 파쇄실과 베어링부는 200mm내외의 간격을 갖도록 한다.
본 발명의 파봉/파쇄기는 2축 전단형 파쇄기로서 18-40rpm으로 비교적 저속 구동을 함으로서 칼날의 마모가 적고 칼날과 칼날사이를 회전하면서 후크를 이용하여 파쇄물을 일정량만큼 당겨서 칼날 접촉면으로 일정한 크기로 절단하는 구조로 육각 및 사각형태의 축에 삽입되어 고정되도록 하고 파봉/파쇄기를 구성하고 있는 모든 금속류에 나노 무기조성물을 이용하여 코팅하고 칼날의 표면경도를 9H이상으로 높이고 화학적 안정성과 내부성을 갖도록 함으로서 칼날의 수명을 연장하여 유지보수 비용 절감이 가능하며, 또한 정회전과 역회전이 가능하고 회전수를 조절하여 파쇄물의 크기를 제어할 수 있으며 칼날 일체형으로 분해작업이 용이하며 칼날, 링, 보조칼날 등으로 구성되어 있다. 또한, 베이링 부위의 파쇄물 배출공간을 확보할 수 있도록 독립적인 파쇄실로 구성되고 분리 가능한 베어링 케이스를 구비하여 베어링 소손이 발생할 경우 용이하게 교체작업이 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 파봉/파쇄기는 피스톤 펌트의 유량을 조정하여 압력 및 회전속도를 변화시켜 파쇄시키는 장치로서 소음 및 진동이 적은 것이 특징이며, 파봉/파쇄기에 투입된 생활폐기물을 200mm 이하로 파봉/파쇄한 후, 선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 사람이 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하고, 파쇄물에 혼합된 금속들은 1차 자력선별기로 철재류를 1차 선별 배출한 후, 음압을 이용하여 챔버안을 진공 상태로 만들어 투입되는 쓰레기를 15kw 풍력 에너지를 이용하여 중량물과 경량물로 분리하며, 투입된 공기는 95%이상 재순환 과정을 통하여 건조 및 악취가 배출되지 않는 구조를 갖는 1차 풍력선별기에 파쇄물을 투입시킨 후, 통과된 경량물(가연성 폐기물)을 2차 분쇄기(압축파쇄기)에 투입시킨다. 이때 상기 1차 자력선별기는 전자석이나 영구자석을 이용한다.
상기의 2차 분쇄기(압축파쇄기)는 파쇄물이 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 각각 형성되는 본체; 상기 본체내 일단에 구비되어 유입되는 파쇄물을 회전 구동에 의해 파쇄시키며 외주 면을 따라 방사상 또는 원호상의 고정 홈이 일정한 간극만큼 다수 형성되는 드럼 몸체와, 상기 고정 홈에 각각 결합되는 회전팁 베이스와, 상기 회전팁 베이스에 각각 결합되어 파손시 회전팁의 회전 및 교체가 가능하도록 상기 회전팁 베이스에서 탈·부착되는 회전팁(Tip); 상기 회전팁의 형상과 맞물려 파쇄시키는 고정커터; 상기 파쇄 드럼을 회전시킬 수 있도록 구동력을 제공하는 구동수단; 및 상기 파쇄 드럼과 대향된 상태로 구비되어 파쇄시 유입된 파쇄물을 상기 파쇄 드럼 방향으로 가압하여 이동시키되 상기 파쇄 드럼과 이격된 상태로 평행하게 구비되는 압축 블록과, 상기 압축 블록의 후단에 직교되도록 결합되어 상기 압축 블록이 전/후진될 수 있도록 직선 왕복 운동하는 구동부로 이루어진 압축수단; 을 포함하여 100mm 이하로 잘게 분쇄한 후, 2차 풍력선별기를 통과시켜 중량물(불연성 폐기물)과 경량물(가연성 폐기물)로 재 선별하는 과정을 거친다.
상기 재선별 과정에서 분리된 경량물(가연성 폐기물)은 2차 자력선별기를 거쳐 금속류를 재선별한 후, 연료화 공정으로 보내어지며 2차 풍력선별기에서 중량물(불연성 폐기물)로 선별되었던 폐기물들은 입자크기별로 디스크 간극을 제어하여 선별될 수 있도록 조립된 디스크 선별기에 재투입하여 20mm이상의 폐기물을 선별하고, 이를 가연성 폐기물로 인정하여 연료화 공정으로 보냄으로서 목적을 달성할 수 있다. 일반적으로 디스크 선별기의 디스크 간격은 20~50mm로 제어하지만 상기의 이와 같은 수치가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명에서 상기의 1차 및 2차 풍력선별기의 구성이나 작동원리는 도면에 나타난 바와 같으며 본 출원인이 출원한 종래의 여러 출원건에 개시되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명에 사용된 풍력선별기는 개별 구성 자체가 아닌 종래 기술에서 달성하지 못한 생활폐기물을 연료화하기 위한 기계적 전처리방법 및 전처리시스템을 제공하기 위해 인접한 장치 수단들과 유기적으로 결합 구성된 전체 구성에 그 특허성이 있다.
디스크 선별기(300)는 부식에 강한 나노 무기조성물을 이용하여 코팅된 금속으로 구성된 디스크(301)를 이용하여 선별하면서 끝단으로 일정 크기 이상의 가연성 폐기물을 연료화공정으로 전달하고 일정크기 이하의 폐기물과 불연물은 배출시킨다. 하부로 배출된 불연물 또는 미세가연물을 포함한 토사는 이송라인을 따라 이송하면서 배출하게 된다.
디스크 선별기(300)는 복수개의 축이 이동 방향쪽으로 일정 간격 배열되어 설치되고, 개별 축상에는 일정 간격을 가지는 디스크(301) 복수개가 축방향으로 원호 형상으로 배열되어 축 회전시 함께 연동되어 회전토록 구성된다. 또한 이웃하는 축상의 디스크들은 서로 엇갈리게 배열되도록 구성될 수 있다. 또한 20~50mm이하 파쇄물의 선별 크기는 디스크와 디스크 사이의 간격 및 디스크 간의 간격 조절을 통해 하부로 배출되는 토사를 포함한 미세 파쇄물과 끝단으로 배출되는 가연성폐기물의 크기를 조절할 수 있다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템를 구성하고 있는 대부분의 구성장치인 금속재로 이루어져 있기 때문에 상기 금속재에 나노 무기 신소재를 이용하여 코팅함으로서 표면경도 9H이상으로 유지할 수 있도록 하며, 친수특성으로 20°이하의 접촉각을 갖도록 구성하며 자정작용 특성을 통하여 코팅 표면에 수분이 포함된 이물질의 부착을 감소시킬 수 있도록 하며 주기적인 세척시 세제를 포함한 유기성 계면활성제를 사용하지 않고 물(수분)만을 이용하여 세척함으로서 물의 낭비를 막고 친환경적 특성을 갖도록 하며, 뛰어난 화학적 안정성 즉, 강알칼리뿐 만아니라 염산, 황산, 질산 등의 강산성에도 매우 안정적이기 때문에 이러한 특성을 이용하여 내부식 및 녹발생 억제함으로서 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템의 수명을 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.
그리고 전술한 풍력 선별시 발생하는 이물질과, 분쇄기(100)에서 분쇄 작업중 외부로 비산되는 미분 등의 이물질이 대기오염시키는 것을 방지하고자 전술한 제1,2차 풍력선별기과 분쇄기(100)에 집진장치를 연결하여 집진할 수 있도록 설치할 수 있다.
또한, 이하에서 본 발명에서 사용하는 나노 무기 조성물 및 이를 이용한 코팅방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 다양한 특성을 갖는 나노 무기 조성물은,
하기 화학식으로 표시되는 알칼리 금속산화물(M2O)인 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상 포함되고; 무기산 화합물; 및 물(H2O);을 포함하며;
하기 화학식에서, 알칼리 산화금속들의 몰수인
Figure 112019089262843-pat00001
이고, 실리카의 몰수인
Figure 112019089262843-pat00002
이며;
[화학식] (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O
상기 화학식의 나노무기조성물 100중량부에서 (M2O+SiO2)은 0.1~10 중량부이고 무기산 화합물 0.01 ~ 2 중량부와 나머지의 물을 포함하도록 하여 제조한다.
상기의 코팅장치에 따른 조성물의 변경은 전처리장비에 따라 달라질 수 있으며 특히, 모재 표면의 친수여부에 따라 계면활성제를 포함시켜 부착특성을 개선시키고, 색상을 위한 칼라안료의 분산을 향상시키기 위해 분산제를 더 포함할 수 있으며 조성물의 생산시간 단축 및 화학반응의 촉진 등을 위해 촉매제를 추가로 포함시킬 수 있다.
상기 첨가되는 용매(물+무기산화합물)의 양은 첨가 되는 알칼리 산화금속의 용매에 대한 용해도 보다 크며, 무기산 화합물은 주로 인산 또는 붕산을 사용한다.
본 발명의 상기 화학식에서 X는 나노 무기조성물에 포함되는 알칼리 산화금속(M2O)들의 몰수이며 y는 실리카(SiO2)의 몰수로서 실리카의 몰수는 항상 알칼리 금속의 몰수보다 크거나 같은 것으로
Figure 112019089262843-pat00003
를 만족하여야 하며, 산화나트륨(Na2O)의 몰수 x1, 산화칼륨(K2O)의 몰수 x2, 산화리튬(Li2O)의 몰수 x3중에서 상기 X(X=x1+x2+x3)는 항상 0보다 큰 수로서 X〉0를 만족하며, 각각의 알칼리 산화금속들은 0보다 크거나 같은 수로서
Figure 112019089262843-pat00004
와 같이 표현할 수 있다.
또한 기존 발명에서는 Na2O를 50% 이상 포함하는 나노무기조성물로 제조 되어 도막두께가 일정 이상이 될 경우 백화현상의 원인이 되고 열처리(소성)시 공기층을 발생시키는 원인이 되는 물질로서 본 발명에서 x1
Figure 112019089262843-pat00005
x2+x3의 식을 만족시킬 수 있도록 제조할 경우 광학특성, 친수특성 및 내수성(내구성)에서 만족스러운 결과가 나타났으며 Na2O의 최적의 함량은 X(X=x1+x2+x3)와 대비하여 30±10% 임을 알 수 있었다.
또한, 상기 나노 무기조성물의 PH는 11이하일 경우 고형화가 진행되어 제조에 어려움이 있으며 13이상이면 다양한 기능성이 감소되어 11~13사이의 PH가 가장 적합하다.
또한, 상기 나노 무기조성물의 박막 표면의 접촉각은 20° 이하의 친수특성을 나타내며 자정작용 또는 이지클린(Easy-Clean) 특성을 갖는다.
또한, 상기의 나노 무기조성물은 헤이즈(탁도)를 제어하여 광택도를 유광 또는 무광형태로 할 수 있으며 투명기판의 경우 반투명과 불투명 등 다양하게 헤이즈(탁도)를 구현시킴으로서 소비자의 요구를 만족시킬 수 있다.
본 발명에서 산란도와 헤이즈 그리고 탁도는 동일한 의미를 갖는 것으로 투명기판의 투명도에 따라 달라지는 투명상태를 나타내는 것이며 유광 또는 무광등과 같이 코팅 표면의 광택도를 나타낼 수 도 있다.
본 발명에서 사용되는 강판과 같이 판재로 이루어진 모재의 경우 스프레이 코팅 또는 바와 디핑 방식의 코팅방법이 가장 일반적이라 할 수 있으며 양산을 위한 자동화에도 가장 적합할 수 있기때문에 이와 같은 코팅방법을 서로 순차적 또는 중복하여 사용할 수 있다.
또한, 최적의 두께로 코팅도막을 형성하기 위하여 노즐의 높이, 유량, 이동속도, 고형분 함량, 공기압 등을 제어함으로서 이를 달성할 수 있다.
스프레이 코팅방식의 경우 노즐의 높이가 높아지면 단위 면적당 모재표면에 부착되는 조성물의 양이 감소하여 도막 두께가 감소하고 반대로 노즐의 높이가 낮아질수록 모재에 부착되는 조성물의 양이 증가하여 도막두께는 증가될 것이며 모재의 이동속도가 증가하면 부착되는 조성물의 양은 감소하고 이동속도가 감소하면 부착되는 조성물의 양은 증가하는 것은 당연한 물리적인 법칙이다. 또한 고형분의 함량이 낮으면 코팅 두께가 감소하고 고형분 함량이 많으면 코팅 두께가 두꺼워진다. 조성물의 분출되는 공기압을 제어함으로써 표면 탁도를 조절할 수도 있다.
이외에 조성물의 유량을 직접 제어하여 도막의 상태와 두께를 조절할 수 있음은 당연하다.
스프레이 방식의 코팅에 따른 실시예는 코팅 도막두께를 기준으로 하여 코팅도막을 형성할 경우 아래와 같은 계산식을 활용하여 실시한다.
스프레이 방식의 코팅도막 형성을 위한 조건들의 관계식은 다음과 같다.
Figure 112019089262843-pat00006
Ht : 코팅 두께
Q : 유량(ul/min)
C : 점도 또는 농도(고형분 함량)
U : 모재의 이동속도(m/min)
t : 코팅 횟수
W : 스프레이 면적 (m2)
h : 노즐의 높이(m)
상기와 같이 나노 무기조성물의 부착을 위한 코팅이 마무리되면 열처리를 위한 소성을 통하여 내구성을 확보할 수 있다.
하기의 표현은 본 발명에서 사용하는 용어를 정의하였지만 일반적으로 사용되는 모든 의미를 포함한다고 할 수 있다.
1. 연필경도(Pencil hardness)
ASTM D3363의 기준에 따라 측정하였다.
측정용 연필을 끼우고, 일정 하중(1Kg)을 가함으로써 측정하였다. 측정결과는 9H ~ 1H, F, HB, 1B ~ 6B로 나타내었으며, 9H의 경우 최고로 단단한 것이며, 6B의 경우 가장 약한 경도를 나타낸다.
2. 부착력 내지 접착력(Adhension)
ASTM D3359의 기준에 따라 측정하였다.
나노 무기 조성물을 이용한 코팅막에 cutter로 바둑판 모양의 흠을 낸 후, 그 위에 3M 테이프를 완전 밀착시킨 후 일정한 힘으로 떼어내어 코팅층과 기재와의 밀착 정도를 관찰하였다. 측정결과는 0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B로 기재하였으며, 수치는 아래와 같다.
0B: 측정 후 코팅 막이 65% 이상 손실된 경우.
1B: 측정 후 코팅 막이 35 ~ 65% 정도 손실된 경우.
2B: 측정 후 코팅 막이 15 ~ 35% 정도 손실된 경우.
3B: 측정 후 코팅 막이 5 ~ 15% 정도 손실된 경우.
4B: 측정 후 코팅 막이 5% 미만 손실된 경우.
5B: 측정 후 코팅 막의 손실이 없는 경우.
3. 이지-클린성(Pollution resistant)
코팅막에 유성 매직을 칠한 다음, 물(수돗물)을 뿌린 후 매직이 지워지는 정도로 측정하였으며, 한 포인트에 10회 연속 실시한 결과에 대해 아래와 같이 기재하였다. ◎ : 아주 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, X : 나쁨
4. 접촉각(Contact angle)
코팅막에 물 한 방울을 떨어뜨린 후 코팅 막 위의 물의 형태가 어떻게 변하는지 관찰하였다. 이는 코팅막의 친수성 정도를 알 수 있는 실험으로 초친수성 또는 친수성인 경우 클린성이 더 좋게 나온다. 접촉각이 20±5도인 경우는 친수성, 10±2도인 경우에는 초친수성이라 할 수 있다.
5. 내수성
90℃의 온도에서 모재를 12시간 동안 방치한 결과 코팅막의 상태를 측정하였다.
◎ : 아주 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, X : 나쁨
6. 투과율
UV-Visible Spectrometer를 이용하여 가시광선 영역부터 자외선 영역까지에서 유리판에 코팅된 코팅막의 투과율을 측정하였다.광택도를 유광 또는 무광형태로 할 수 있으며 투명기판의 경우 반투명과 불투명 등 다양하게 헤이즈(탁도)를 구현시킴으로서 소비자의 요구를 만족시킬 수 있다.
본 발명에서 산란도와 헤이즈 그리고 탁도는 동일한 의미를 갖는 것으로 투명기판의 투명도에 따라 달라지는 투명상태를 나타내는 것이며 유광 또는 무광등과 같이 코팅 표면의 광택도를 나타낼 수 도 있다.
10: 파봉/파쇄기 12: 본체
14: 내벽 20: 구동부
30, 30': 제1, 2 커터모듈 32, 32': 커터
34, 34': 간격 유지링 100: 클리닝 장치
50: 스크레이퍼 40: 구동수단
100: 분쇄기 본체 200: 파쇄 드럼
202: 드럼 몸체 204: 고정 홈 110:고정팁
206: 팁 베이스(Tip base) 208: 회전팁(Tip)
300: 구동수단 400: 압축수단
402: 압축 블록 404: 구동부
500: 배출수단(CONVEYOR)

Claims (13)

  1. 다양한 성상의 폐기물을 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 전송하고, 전송된 폐기물이 파봉/파쇄기에서 순간적 부하 발생방지를 위한 정량의 폐기물 공급 단계와;
    상기 폐기물을 200mm이하로 분쇄하고 화학식 (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O 로 표시되는 알칼리 금속산화물로서 몰수인
    Figure 112020034802586-pat00014
    고,
    실리카의 몰수인
    Figure 112020034802586-pat00015
    를 만족하는 나노 무기조성물로 코팅된 커터를 포함하는 파봉/파쇄단계와;
    육안으로 식별가능한 불연물을 선별하는 수선별단계와;
    상기 파봉/파쇄기에서 파쇄된 폐기물 내에 존재하는 금속폐기물을 선별 배출하는 1차 자력선별단계와;
    풍력에너지를 이용하여 불연성폐기물과 가연성폐기물로 분리하고 투입된 공기는 재순환시키는 1차 풍력선별단계와;
    1차 풍력선별단계를 통과한 가연성폐기물을 커터를 이용하여 100mm이하로 분쇄하는 폐기물 분쇄단계와;
    분쇄된 폐기물을 불연성폐기물과 가연성폐기물로 재분리하여 선별하는 제2차 풍력선별단계와;
    재분리된 가연성폐기물 내부에 포함된 금속류를 재선별하는 2차 자력선별단계와;
    2차 자력선별단계에서 선별된 가연성폐기물은 연료화 공정으로 보내며, 2차 풍력선별단계에서 불연성 폐기물로 선별된 폐기물 중 20mm이상의 폐기물은 연료화 공정으로, 20mm이하의 폐기물은 배출할 수 있도록 입자크기별 간극을 제어하여 선별하는 디스크 선별단계;의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리 방법.
  2. 외부로 부터 반입된 생활폐기물 저장조에서 그랩 크레인을 이용하여 파봉/파쇄기에 투입할 때 파봉/파쇄기의 순간적인 부하 발생 방지와 정량공급을 위한 정량 공급장치와;
    2축 전단형 파쇄기로 자동 크리닝 장치를 부착하여 투입된 생활폐기물을 화학식 (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O 로 표시되는 알칼리 금속산화물로서 몰수인
    Figure 112020034802586-pat00016
    고,
    실리카의 몰수인
    Figure 112020034802586-pat00017
    를 만족하는 나노 무기조성물로 코팅된 커터를 이용하여 200mm 이하로 파쇄하는 파봉/파쇄기와;
    선별 컨베이어로 통과시키는 과정에서 육안으로 식별 가능한 불연물을 선별 처리하는 수선별 처리기와;
    상기 폐기물에 혼합된 금속들을 1차 선별 배출하는 1차 자력선별기와;
    음압을 이용한 진공 챔버내부에 투입되는 폐기물을 가연성 폐기물과 불연성 폐기물로 분리하며, 투입된 공기는 재순환하는 구조를 갖는 1차 풍력선별기와;
    상기 1차 풍력선별기를 통과한 가연성 폐기물을 커터를 이용하여 100mm 이하로 분쇄하는 분쇄기와;
    상기 분쇄기를 통과한 불연성 폐기물과 가연성 폐기물을 재 선별하는 2차 풍력선별기와;
    상기 2차 풍력선별기에서 분리된 가연성 폐기물 중 금속류를 재 선별하는 2차 자력선별기와;
    상기 2차 풍력선별기에서 불연성 폐기물로 선별된 폐기물중 입자크기별로 디스크 간극의 크기를 제어하여 20mm이상의 폐기물은 연료화공정으로 보내는 디스크 선별기로; 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    정량공급장치는 주파수제어를 이용하여 컨베이어의 속도를 조절하고 정량 조절용 GATE를 설치하여 투입된 쓰레기의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 파봉/파쇄기(10)는 본체(12), 구동부(20), 제1, 2 커터모듈(30, 30') 및 자동 클리닝 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자동 클리닝 장치는 스크레이퍼(50)와 구동수단(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 파봉/파쇄기(10)는 고장/소손을 방지하기 위하여 파쇄실과 베어링부가 200mm내외의 간격을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 풍력선별기는 15kw 풍력 에너지를 이용하여 중량물과 경량물로 분리하며, 투입된 공기는 95%이상 재순환 과정을 통하여 건조 및 악취가 배출되지 않는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 디스크 선별기는 20mm이상의 폐기물을 선별하여 연료화 공정으로 보내는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    전처리 시스템을 구성하는 금속부품은 나노 무기조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    코팅된 표면은 9H이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    코팅된 표면은 자정작용 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 대량 선별 전처리시스템.
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