KR102593688B1 - 열처리 모듈 및 이를 이용한 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오매스를 건조, 반탄화하여 고품위 연료로 만들기 위한 장치로, 바이오매스 발생지에 이동 설치할 수 있도록 모듈화 되고, 복수의 열처리 모듈을 연계 구성하여, 반탄화에 사용된 열원을 회수하여 반탄화 전의 바이오매스를 건조 처리할 수 있는 복합 열처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 「상단에 공급관(111)이 구비되고, 하단에 하향 개구된 배출부(112)가 형성되고, 상단 측방에 배기관(113)이 결합되고, 하단 측방에 급기관(114)이 결합되고, 내부에 하향 경사로를 이루며 지그재그 배치된 다수개의 방해판(115)이 구비된 반응기(11); 및 하부에서 공급받은 바이오매스를 상부로 이송하여 상기 공급관(111)을 통해 반응기(11)의 내부로 공급하는 원료승강기(12); 를 포함하여 구성되며, 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 일체(一體)로 결합된 열처리 모듈(10)」을 제공한다.

Description

열처리 모듈 및 이를 이용한 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템{Thermal treatment module and complex thermal treatment system for biomass using heat source recovery method using the same}
본 발명은 바이오매스를 건조, 반탄화하여 고품위 연료로 만들기 위한 장치로, 바이오매스 발생지에 이동 설치할 수 있도록 모듈화 되고, 복수의 열처리 모듈을 연계 구성하여, 반탄화에 사용된 열원을 회수하여 반탄화 전의 바이오매스를 건조 처리할 수 있는 복합 열처리 시스템에 관한 것이다.
석탄을 대체할 미활용자원은 가연성 폐자원, 유기성 폐자원 등으로 이를 이용하여 석탄에 비해 상대적으로 청정한 연료를 제조하여 융복합발전 등에 활용할 수 있다. 미활용자원의 예로는 목재(wood chip, woody biomass, pellet, saw dust), 음식물 쓰레기, 해양폐기물, 해양퇴적물 등의 바이오매스가 있다.
이러한 미활용자원은 수분을 다량 함유하고 있으며, 분쇄공정이 필요하고, 연소 후에는 재(ash) 등 잔류물도 다량 발생시키는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위한 반탄화(Torrefaction) 기술은 바이오매스를 무산소 환경에서, 비교적 저온인 200℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 10분 내지 60분 동안 가열하는 연료 전처리 기술이다. 반탄화 기술로 생산한 연료(pellet)는 숯과 장작의 중간물질로, 기존 목재연료보다 부피, 발열량, 분쇄성이 우수하고 물에 잘 젖지 않아 운송, 저장이 용이하며 미생물로 인한 부패나 변형 등 외형 변화가 적은 장점을 가진다.
이러한 바이오매스의 발생지는 다양한데, 예를 들어 목질계 바이오매스는 산간 벌목 현장 등에서 대량 발생하나, 폐목을 수거, 운반하기 어려워 벌목 현장에 방치되고, 방치된 폐목들은 집중 호우시 떠내려가 하천 흐름을 막아 범람을 초래하는 등의 문제를 유발한다.
1. 등록특허 10-1743503 "건조 반탄화 반응기" 2. 등록특허 10-1401341 "고수분 석탄 건조를 위한 역흐름 다중 방해판 건조기 및 건조방법" 3. 등록특허 10-1573677 "바이오매스 반탄화를 위한 역흐름 다중 방해판 열분해장치" 4. 등록특허 10-1971160 "피 건조물의 역흐름 다중 방해판 건조장치" 5. 등록특허 10-2107641 "다단 건조 및 반탄화 반응기" 6. 등록특허 10-2330471 "입자의 균일 건조 및 반탄화를 위한 건조 및 반탄화 반응기" 7. 등록특허 10-2450247 "이동식 펠릿 제조 시스템 및 이를 이용한 펠릿 제조 방법"
본 발명은 바이오매스를 건조, 반탄화하여 고품위 연료로 만들기 위한 것으로, 반탄화기에서 배출되는 열풍을 바이오매스 건조에 활용하는 방식으로 열손실을 최소화하고, 이동성을 확보하여 방치되어 온 간벌목 등의 목질 폐기물을 발생지에서 직접 반탄화 제품으로 생산할 수 있도록 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 「상단에 공급관(111)이 구비되고, 하단에 하향 개구된 배출부(112)가 형성되고, 상단 측방에 배기관(113)이 결합되고, 하단 측방에 급기관(114)이 결합되고, 내부에 하향 경사로를 이루며 지그재그 배치된 다수개의 방해판(115)이 구비된 반응기(11); 및 하부에서 공급받은 바이오매스를 상부로 이송하여 상기 공급관(111)을 통해 반응기(11)의 내부로 공급하는 원료승강기(12); 를 포함하여 구성되며, 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 일체(一體)로 결합되고, 베이스 프레임(13); 상기 베이스 프레임(13)에 결합되어 수직으로 세우거나 수평으로 접어 고정시킬 수 있는 서포트(14); 상기 베이스 프레임(13) 위에 세워져 결합된 메인 지지대(15); 상기 메인 지지대(15) 상단을 관통하여, 상기 반응기(11)와 원료승강기(12) 사이를 가로지르도록 설치된 회동축(16); 및 상기 베이스 프레임(13) 위, 상기 메인 지지대(15)의 전방에 세워져 결합된 서브 지지대(17); 를 더 포함하되, 일체를 이루는 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 상기 회동축(16)의 축회전에 의해 수직으로 세워지거나 수평으로 누워지도록, 상기 회동축(16)과 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 연계 구성되고, 일체를 이루는 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 수평으로 누워진 상태에서 상기 서브지지대(17)가 상기 원료승강기(12) 상부를 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 모듈(10)」을 제공한다.
상기 열처리 모듈은 바이오매스가 상기 원료승강기(12) 상부에서 상기 공급관(111)으로 투여되는 경로를 따라 상기 공급관(111)에서 연장된 형태로 구성된 연장관(111-1); 상기 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 수평 방향으로 이송하고 선단은 상기 원료승강기(12) 하부에 결합된 스크류 컨베이어(118); 및 상기 스크류 컨베이어(118) 말단에서 하방으로 형성된 배출관(119); 을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 열처리 모듈(10)은 상기 반응기(11) 내 공급관(111) 하부에 하향 경사로를 이루도록 배치되며, 판면에 다수의 통공이 형성된 타공망(116); 및 상기 타공망(116) 하단에 결합되어, 상기 타공망(116)을 타고 내려온 바이오매스를 하방으로 정량 배출하는 원료공급기(117); 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 반응기(11) 내벽과 타공망(116) 측부 사이에 갭(G)을 형성시킬 수 있다.
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또한, 본 발명은 「전술한 열처리 모듈(10) 복수개가 연계 구성되되,
복수개의 열처리 모듈(10)은, 일단이 일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)과 연결되고 타단이 인접 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)과 연결되는 가스 유동관(20); 및 일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 인접 열처리 모듈(10) 원료승강기(12) 하부에 공급하는 이송모듈(30); 을 매개로 연결 구성되고, 특정 열처리 모듈(10) 반응기(11) 내부로 공급된 바이오매스가 상기 이송모듈(30)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10)을 모두 거쳐 배출되고, 열풍기(40)에서 생성된 고온가스는 바이오매스가 마지막으로 거치는 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)으로 제공되어 상기 가스 유동관(20)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10) 반응기(11)를 모두 거쳐 바이오매스가 처음 투입된 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)을 통해 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)」을 함께 제공한다.
상기 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)은,
두 개의 열처리 모듈(10)이 연결 구성되되,
상기 열풍기(40)에서 제공된 200~350℃의 고온가스가, 바이오매스가 마지막으로 거치는 반응기(11b, 이하 '반탄화 반응기')에서 바이오매스의 반탄화에 이용된 후, 180~200℃로 감온된 상태로 다시 상기 바이오매스가 처음으로 거치는 반응기(11a, 이하 '건조 반응기')에서 바이오매스의 건조에 이용된 후 배출되도록 구성될 수 있다.
이 경우, 본 발명 시스템(1)은 상기 건조 반응기(11a)의 배기관(113)과 연결되어 바이오매스의 건조에 이용된 고온가스를 흡입·송출하는 터보블로워(50); 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명 시스템(1)은 열처리 전 바이오매스를 저장하는 저장호퍼(60); 및 상기 저장호퍼(60)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 상기 건조 반응기(11a)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 공급하는 스크류 컨베이어(70); 를 더 포함하여 구성될 수 있으며,
상기 터보블로워(50)에서 송출된 고온가스가 지나가며 열교환에 의해 응축된 수분을 배출시키는 열교환기(80); 를 더 포함하고, 상기 열교환기(80)를 거쳐 배출된 고온가스는 상기 저장호퍼(60)에 공급되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따라 다음의 효과를 기대할 수 있다.
1. 바이오매스 반탄화에 사용되고 배기된 열원을 바이오매스의 반탄화 전 건조 과정에 활용할 수 있으므로 에너지 효율 및 반탄화 효율을 높일 수 있다.
2. 반탄화 공정 전 건조작업에 의해 바이오매스의 수분을 제거하고 외기 온도에 관계없이 바이오매스의 온도를 일정 수준으로 높여 유지시킨 상태로 반탄화 반응기에 투입할 수 있으므로 반탄화 제품의 품질을 일정하게 유지시킬 수 있다.
3. 바이오매스에 대한 건조 후 반탄화 루틴의 적용으로 반응기 높이를 줄일 수 있어 이동식 설비를 구현할 수 있다.
4. 베이스 프레임, 서포트, 메인 지지대, 회동축, 서브 지지대 등 열처리 모듈의 이동 설치를 위한 구성요소들에 의해 장비 운송 및 설치 편의성이 높아지며, 목질 바이오매스가 대량 발생하는 산간지 등에 반탄화 설비를 반입하여 반탄화 제품을 제조할 수 있다.
5. 동일하게 구성된 열처리 모듈의 배치 상태에 따라 건조, 반탄화 등의 역할을 달리하는 것이므로, 열처리 모듈의 보관, 관리, 운송, 운용에 관한 매뉴얼을 단일화시킬 수 있는 편의성이 있다.
[도 1]은 본 발명이 제공하는 열처리 모듈의 실시예를 도시한 것이다.
[도 2]는 열처리 모듈 중 반응기 부분의 실시예를 도시한 것이다.
[도 3]은 일체를 이루는 반응기와 원료승강기가 수평으로 누워진 상태를 도시한 것이다.
[도 4]는 열처리 모듈이 트레일러에 탑재된 상태를 도시한 것이다.
[도 5]는 열처리 모듈 두 개를 연계 구성한 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템의 실시예를 도시한 것이다.
[도 6]은 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템 내에서 바이오매스와 고온가스의 이동 경로를 도시한 것이다.
본 발명은 열처리 모듈(10)과 상기 열처리 모듈(10) 복수개가 연계 구성된 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)을 제공한다.
본 명세서에서 '열처리'는 열원 제공에 의한, 건조 처리, 반탄화 처리 및 탄화 처리를 포괄하는 의미로 사용한다. 또한, 상기 열처리 모듈(10)은 이동식으로 구성된 것이므로 폐목재 발생 지점에 이동 배치함으로써, 상황에 따라 건조 처리, 반탄화 처리, 탄화 처리에 적용될 수 있다.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
Ⅰ. 열처리 모듈(10)
본 발명은 [도 1]에 도시된 바와 같이, 「상단에 공급관(111)이 구비되고, 하단에 하향 개구된 배출부(112)가 형성되고, 상단 측방에 배기관(113)이 결합되고, 하단 측방에 급기관(114)이 결합되고, 내부에 하향 경사로를 이루며 지그재그 배치된 다수개의 방해판(115)이 구비된 반응기(11); 및 하부에서 공급받은 바이오매스를 상부로 이송하여 상기 공급관(111)을 통해 반응기(11)의 내부로 공급하는 원료승강기(12); 를 포함하여 구성되며, 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 일체(一體)로 결합된 열처리 모듈(10)」을 제공한다.
상기 반응기(11)는 상단의 공급관(111)으로 투입된 바이오매스가 낙하하며, 하단 측방의 연통관(114)으로 공급되어 상승하는 고온가스에 의해 열처리 되도록 구성된 것이다. 상기 반응기(11) 내부에는 하향 경사로를 이루며 지그재그 배치된 다수개의 방해판(115)이 구비되어 바이오매스의 자유낙하를 방해하고, 상승하는 고온가스도 상기 방해판(115)에 부딛혀 와류가 발생되도록 함으로써 상기 반응기(11) 내에서 바이오매스가 장시간 체류하며 열교환이 이루어진 후 하단에 하향 개구된 배출부(112)를 통해 배출되도록 구성된 것이다([도 2] 참조).
상기 반응기(11)는 상부와 하부의 차압을 유지하고, 외부 공기 침입에 의한 열손실로 고온가스 온도 저하가 발생하지 않도록 하고, 방해판(115)에 의해 바이오매스 체류시간을 증가시켜 고온가스와 바이오매스가 접촉하는 시간을 일정시간 유지하도록 구성되는 것이다.
또한, 상기 반응기(11)에는 상기 반응기(11) 내 공급관(111) 하부에 하향 경사로를 이루도록 배치되며, 판면에 다수의 통공이 형성된 타공망(116) 및 상기 타공망(116) 하단에 결합되어, 상기 타공망(116)을 타고 내려온 바이오매스를 하방으로 정량 배출하는 원료공급기(117)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 로터리밸브를 상기 원료공급기(117)로 적용할 수 있으며, 모터(M)로 구동될 수 있다.
상기 타공망(116)의 통공은 작은 크기의 바이오매스가 하방으로 빠져 나가는 동시에 고온가스가 상승하는 유동로가 된다. 상기 반응기(11) 내벽과 타공망(116) 측부 사이에는 갭(G)을 형성시켜 고온가스의 상승 유동로를 보다 넓게 확보할 수 있다.
또한, 고온가스가 상기 반응기(11)의 급기관(114)으로 공급되어 배기관(113)을 통해 배출되는 과정에서 작은 사이즈의 바이오매스 입자가 상기 고온가스와 함께 빨려나갈 수 있으므로, 상기 타공망(116)이 작은 사이즈의 바이오매스 입자가 빨려 나가는 것을 방지하고, 상기 타공망(116)에 충돌한 바이오매스 입자가 다시 하강하도록 하는 역할을 수행한다.
상기 공급관(111)에도 밸브(V)를 설치하여, 반응기(11) 내 바이오매스 투입량을 조절할 수 있으며, 상기 공급관(111)을 통해 투입된 바이오매스가 상기 타공망(116)을 타고 내려가 상기 원료공급기(117)를 겨쳐 낙하하도록 구성하여, 상기 원료공급기(117)에 의해 바이오매스 공급량 통제가 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 수평 방향으로 이송하는 스크류 컨베이어(118)를 결합시키고, 상기 스크류 컨베이어(118) 말단에서 하방으로 형성된 배출관(119)을 결합시킬 수 있다. 상기 스크류 컨베이어(118)의 선단은 원료승강기 하부에 결합시킬 수 있다.
상기 원료승강기(12)는 하부에서 공급받은 바이오매스를 상부로 이송하여 상기 공급관(111)을 통해 반응기(11)의 내부로 공급한다. 바이오매스가 상기 원료승강기(12) 상부에서 상기 공급관(111)으로 투여되는 경로는 상기 공급관(111)에서 연장된 관로 형태로 연장관(111-1)을 제작하여 상기 연장관(111-1)을 매개로 상기 공급관(111)과 상기 원료승강기(12) 상부의 결합이 이루어지도록 할 수 있다.
이에, 바이오매스의 이동 경로를 제공하는 스크류 컨베이어(118)와 공급관(111)이 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)를 일체로 결합시키는 매개 부재 역할을 수행한다.
이동식 플랜트 구성 시 부피와 중량이 큰 원료 공급장치를 반응기(11) 상부에 설치하는 것은 매우 어려운 일이므로, 본 발명에서는 바이오매스를 하부에서 공급받아 상부로 이송하는 원료승강기(12)가 상기 반응기(11)와 함께 열처리 모듈(10)을 이루도록 한다. 버켓엘리베이터를 상기 원료승강기(12)로 적용할 수 있다.
또한, 본 발명이 제공하는 열처리 모듈(10)은 트레인 등의 차량으로 쉽게 운송하고, 목적지에서 쉽게 설치할 수 있도록 하는 구성요소들이 함께 구비될 수 있다.
구체적으로 상기 열처리 모듈(10)은 베이스 프레임(13); 상기 베이스 프레임(13)에 결합되어 수직으로 세우거나 수평으로 접어 고정시킬 수 있는 서포트(14); 상기 베이스 프레임(13) 위에 세워져 결합된 메인 지지대(15); 상기 메인 지지대(15) 상단을 관통하여, 상기 반응기(11)와 원료승강기(12) 사이를 가로지르도록 설치된 회동축(16); 및 상기 베이스 프레임(13) 위, 상기 메인 지지대(15)의 전방에 세워져 결합된 서브 지지대(17); 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 회동축(16)과 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 연계 구성됨으로써, 일체를 이루는 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 상기 회동축(16)의 축회전에 의해 수직으로 세워지거나 수평으로 누워지도록 할 수 있다.
상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 수평으로 누워진 상태에서는 상기 서브지지대(17)가 상기 원료승강기(12) 상부를 지지하게 되며([도 3] 참조), 이러한 상태로 트레일러(T)의 캐리어 데크(D)에 열처리 모듈(10)이 탑재될 수 있다([도 4] 참조).
Ⅱ. 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)
본 발명은 「전술한 열처리 모듈(10) 복수개가 연계 구성되되,
복수개의 열처리 모듈(10)은, 일단이 일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)과 연결되고 타단이 인접 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)과 연결되는 가스 유동관(20); 및 일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 인접 열처리 모듈(10) 원료승강기(12) 하부에 공급하는 이송모듈(30); 을 매개로 연결 구성되고, 특정 열처리 모듈(10) 반응기(11) 내부로 공급된 바이오매스가 상기 이송모듈(30)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10)을 모두 거쳐 배출되고, 열풍기(40)에서 생성된 고온가스는 바이오매스가 마지막으로 거치는 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)으로 제공되어 상기 가스 유동관(20)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10) 반응기(11)를 모두 거쳐 바이오매스가 처음 투입된 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)을 통해 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)」을 제공한다.
열처리 모듈(10)은 3개 이상이 연계 구성될 수 있으나, 이하에서는 [도 5]에 도시된 바와 같이, 두 개의 열처리 모듈(10)이 연결 구성되되, 1개의 반응기는 건조 반응기(11a)로 기능하고 나머지 1개의 반응기는 반탄화 반응기(11b)로 기능하도록 구성된 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
이 경우 상기 가스 유동관(20)은 일단이 건조 반응기(11a)의 급기관(114)과 연결되고 타단이 반탄화 반응기(11b)의 배기관(113)과 연결된다. 또한, 상기 이송모듈(30)은 건조 반응기(11a) 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 상기 탄산화 반응기(11b)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 공급하도록 구성된다.
바이오매스 및 고온가스의 흐름에 따라 두 개의 열처리 모듈(10)이 연결 구성된 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1)을 설명한다([도 6] 참조).
열처리 전 바이오매스는 저장호퍼(60)에 저장해 두었다가, 상기 저장호퍼(60)에서 배출된 바이오매스를 이송하는 스크류 컨베이어(70)를 거쳐, 상기 건조 반응기(11a)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 공급되도록 구성할 수 있다.
위와 같은 구성에 의해 바이오매스는 상기 건조 반응기(11a)가 속하는 열처리 모듈(10)의 버켓엘리버이터(12)로 상부에 이송되어 공급관(111)을 통해 상기 건조 반응기(11b)에 투입되었다가 배출부(112)로 배출된다.
배출된 바이오매스는 이송모듈(30)을 통해 상기 반탄화 반응기(11b)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 다시 공급되고, 상기 반탄화 반응기(11b)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12)로 상부에 이송되어 공급관(111)을 통해 상기 반탄화 반응기(11b)에 투입되었다가 배출부(112)로 배출된다.
상기 이송모듈(30)은 상기 건조 반응기(11a)에서 배출된 바이오매스를 임시 저장하는 저장호퍼(31)와 상기 저장호퍼(31)에서 배출된 바이오매스를 받아 이송하여 상기 탄산화 반응기(11b)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 공급하도록 경사지게 설치된 스크류 컨베이어(32)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 열풍기(40)에서 생성되어 제공되는 200~350℃의 고온가스는 먼저 상기 반탄화 반응기(11b)의 급기관(114)에 공급되고, 이에 고온가스가 상기 반탄화 반응기(11b) 내에서 상승하면서 바이오매스의 반탄화에 이용된 후 감온된 상태로 상기 반탄화 반응기(11b)의 배기관(113)을 통해 배출된다.
위와 같이 감온된 상태이지만, 여전히 180~200℃ 범위의 열을 보유한 채 배출된 고온가스는 상기 가스 유동관(20)을 통해 상기 건조 반응기(11a)의 급기관(114)에 공급되고, 이에 고온가스가 상기 건조 반응기(11a) 내에서 상승하면서 바이오매스의 반탄화 전 건조 과정에 이용된 후 더욱 감온된 상태로 상기 건조 반응기(11a)의 배기관(113)을 통해 배출된다.
즉, 바이오매스는 건조 반응기(11a), 반탄화 반응기(11b) 순으로 거쳐 나가는데에 반해, 고온가스는 반탄화 반응기(11b), 건조 반응기(11a) 순으로 거쳐 나가도록 구성된 것이다.
상기 건조 반응기(11a)의 배기관(113)에는 바이오매스의 건조에 이용된 고온가스를 흡입·송출하는 터보블로워(50)를 연결 구성함에 따라, 상기 터보블로워(50)가 상기 건조 반응기(11a)에서의 고온가스 상승 및 배출을 유인하게 된다.
상기 터보블로워(50)는 상기 가스 유동관(20) 중간에 추가로 연결 설치하여, 상기 탄산화 반응기(11b)에서의 고온가스 상승 및 배출을 유인토록 할 수 있다.
한편, 상기 터보블로워(50)에서 송출된 고온가스가 지나는 경로에는 열교환기(80)를 설치함으로써 열교환에 의해 응축된 수분이 배출되도록 하고, 상기 열교환기(80)를 거쳐 배출된 고온가스는 다시 상기 저장호퍼(60)에 공급되도록 구성할 수 있다. 고온가스가 상기 건조 반응기(11a)를 거쳐나가는 과정에서 바이오매스의 수분이 증발되어 고온가스에 섞여 배출되는데, 건조 반응기(11a)에서 수분과 함께 배출되는 고온가스도 여전히 120℃ 수준의 고열을 보유하고 있으므로 열교환기(80)를 통해 수분을 배출시킨 후 상기 저장호퍼(60)에 공급하여, 저장된 바이오매스가 일정 수준의 온도를 유지하도록 하는 방식으로 폐열 발생을 최소화시킬 수 있다.
바이오매스가 건조 반응기(11a)에서 건조되면서 일정 온도 이상으로 예열된 상태로 반탄화 반응기(11b)로 투입될 경우 반탄화 반응기(11b) 내에서 짧은 체류시간 동안에도 반탄화가 이루어질 수 있으며, 건조 반응기(11a)에서 바이오매스의 온도가 상승되는 만큼 반탄화 반응기(11b) 길이를 짧게 제작할 수 있다. 이는 장비 사이즈를 컴팩트하게 구성할 필요가 있는 이동식 설비에 적합한 특성이다.
특히, 상기 건조 반응기(11a)로 공급되는 180~200℃ 범위의 열을 보유한 채 배출된 고온가스는 종래에 대기중에 방열되던 것이므로, 본 발명은 바이오매스의 반탄화에 사용되고 배출되는 잔여 열원을 회수하여 반탄화처리 전 바이오매스에 대한 건조 처리에 활용하면서도, 그 건조 처리가 반탄화 처리의 효율을 크게 높일 수 있고, 반탄화 반응기(11a)에 공급되는 바이오매스의 온도를 외기 온도(계절)와 관계없이 일정하게 하여 반탄화 제품의 품질을 일정하게 유지할 수 있다는 점에 기술적 의의를 갖는다.
위와 같은 건조 처리를 위한 구성이 없었던 종래의 반탄화 반응기에는 외기 온도 수준인 약 20℃ 수준의 온도 및 습기를 함유한 상태의 바이오매스가 투입되었으나, 본 발명 시스템에서는 상기 건조 반응기(11a)를 거쳐 온도가 90~100℃ 수준으로 상승하고 수분이 제거된 바이오매스가 반탄화 반응기(11b)에 투입되어 반탄화 처리 효율이 크게 상승하는 것이다.
또한, 건조 반응기(11a)가 속하는 열처리 모듈(10)과 반탄화 반응기(11b)가 속하는 열처리 모듈(10)은 동일한 장비로서, 그 배치 상태에 따라 역할을 달리할 뿐이므로 보관, 관리, 운송, 운용에 관한 매뉴얼을 단일화시킬 수 있는 편의성이 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.
1 : 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템
10 : 열처리 모듈
11 : 반응기 111 : 공급관 111-1 : 연장관
112 : 배출부
113 : 배기관 114 : 급기관 115 : 방해판
116 : 타공망 117 : 원료공급기 118 : 스크류 컨베이어
119 : 배출관
12 : 원료승강기
13 : 베이스 프레임 14 : 서포트 15 : 중앙 지지대
16 : 회동축 17 : 서브 지지대
20 : 가스 유동관 30 : 이송모듈 31 : 저장호퍼
32 : 스크류 컨베이어 40 : 열풍기 50 : 터보블로워
60 : 저장호퍼 70 : 스크류 컨베이어
80 : 열교환기

Claims (10)

  1. 상단에 공급관(111)이 구비되고, 하단에 하향 개구된 배출부(112)가 형성되고, 상단 측방에 배기관(113)이 결합되고, 하단 측방에 급기관(114)이 결합되고, 내부에 하향 경사로를 이루며 지그재그 배치된 다수개의 방해판(115)이 구비된 반응기(11); 및
    하부에서 공급받은 바이오매스를 상부로 이송하여 상기 공급관(111)을 통해 반응기(11)의 내부로 공급하는 원료승강기(12); 를 포함하여 구성되며,
    상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 일체(一體)로 결합되고,
    베이스 프레임(13);
    상기 베이스 프레임(13)에 결합되어 수직으로 세우거나 수평으로 접어 고정시킬 수 있는 서포트(14);
    상기 베이스 프레임(13) 위에 세워져 결합된 메인 지지대(15);
    상기 메인 지지대(15) 상단을 관통하여, 상기 반응기(11)와 원료승강기(12) 사이를 가로지르도록 설치된 회동축(16); 및
    상기 베이스 프레임(13) 위, 상기 메인 지지대(15)의 전방에 세워져 결합된 서브 지지대(17); 를 더 포함하되,
    일체를 이루는 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 상기 회동축(16)의 축회전에 의해 수직으로 세워지거나 수평으로 누워지도록, 상기 회동축(16)과 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 연계 구성되고,
    일체를 이루는 상기 반응기(11) 및 원료승강기(12)가 수평으로 누워진 상태에서 상기 서브지지대(17)가 상기 원료승강기(12) 상부를 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 모듈(10).
  2. 제1항에서,
    바이오매스가 상기 원료승강기(12) 상부에서 상기 공급관(111)으로 투여되는 경로를 따라 상기 공급관(111)에서 연장된 형태로 구성된 연장관(111-1);
    상기 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 수평 방향으로 이송하고 선단은 상기 원료승강기(12) 하부에 결합된 스크류 컨베이어(118); 및
    상기 스크류 컨베이어(118) 말단에서 하방으로 형성된 배출관(119); 을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 모듈(10).
  3. 제1항에서,
    상기 반응기(11) 내 공급관(111) 하부에 하향 경사로를 이루도록 배치되며, 판면에 다수의 통공이 형성된 타공망(116); 및
    상기 타공망(116) 하단에 결합되어, 상기 타공망(116)을 타고 내려온 바이오매스를 하방으로 정량 배출하는 원료공급기(117); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 모듈(10).
  4. 제3항에서,
    상기 반응기(11) 내벽과 타공망(116) 측부 사이에 갭(G)이 형성된 것을 특징으로 하는 열처리 모듈(10).
  5. 삭제
  6. 제1항의 열처리 모듈(10) 복수개가 연계 구성되되,
    복수개의 열처리 모듈(10)은,
    일단이 일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)과 연결되고 타단이 인접 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)과 연결되는 가스 유동관(20); 및
    일 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배출부(112)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 인접 열처리 모듈(10) 원료승강기(12) 하부에 공급하는 이송모듈(30); 을 매개로 연결 구성되고,
    특정 열처리 모듈(10) 반응기(11) 내부로 공급된 바이오매스가 상기 이송모듈(30)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10)을 모두 거쳐 배출되고,
    열풍기(40)에서 생성된 고온가스는 바이오매스가 마지막으로 거치는 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 급기관(114)으로 제공되어 상기 가스 유동관(20)을 통해 복수개의 열처리 모듈(10) 반응기(11)를 모두 거쳐 바이오매스가 처음 투입된 열처리 모듈(10) 반응기(11)의 배기관(113)을 통해 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1).
  7. 제6항에서,
    두 개의 열처리 모듈(10)이 연결 구성되되,
    상기 열풍기(40)에서 제공된 200~350℃의 고온가스가,
    바이오매스가 마지막으로 거치는 반응기(11b, 이하 '반탄화 반응기')에서 바이오매스의 반탄화에 이용된 후,
    180~200℃로 감온된 상태로 다시 상기 바이오매스가 처음으로 거치는 반응기(11a, 이하 '건조 반응기')에서 바이오매스의 건조에 이용된 후 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1).
  8. 제7항에서,
    상기 건조 반응기(11a)의 배기관(113)과 연결되어 바이오매스의 건조에 이용된 고온가스를 흡입·송출하는 터보블로워(50); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1).
  9. 제8항에서,
    열처리 전 바이오매스를 저장하는 저장호퍼(60); 및
    상기 저장호퍼(60)에서 배출된 바이오매스를 이송하여 상기 건조 반응기(11a)가 속하는 열처리 모듈(10)의 원료승강기(12) 하부에 공급하는 스크류 컨베이어(70); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1).
  10. 제9항에서,
    상기 터보블로워(50)에서 송출된 고온가스가 지나가며 열교환에 의해 응축된 수분을 배출시키는 열교환기(80); 를 더 포함하고,
    상기 열교환기(80)를 거쳐 배출된 고온가스는 상기 저장호퍼(60)에 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열원 회수 방식의 바이오매스 복합 열처리 시스템(1).




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