KR20010103331A - 슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지를 건조시키고 이를 작은 덩어리로 고체화하여 소각 처리하면서 그 열을 슬러지 건조에 이용토록 하여 저렴한 비용으로 공해 없이 음식물 쓰레기나 슬러지 등을 처리하는 슬러지 슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치의 구성은 원통의 내부에 이송스크루 및 이송스크루 날의 단부에 축과 평행하게 설치되어 슬러지를 고르게 펴주는 스크레이퍼를 구비한 건조실린더를 구비하여 슬러지가 릴레이식으로 통과되도록 한 다단건조로와, 상기 건조로의 최종배출구와 연결되어 건조되어 유출되는 슬러지를 작은 고체 덩어리로 압출성형하는 케이크성형기와, 하부에 일측에 버너와 에어 송급관을 설치하고 중앙부에 배출구를 구비하여 상기 건조로의 하부에 성형기로부터 공급되는 고체 슬러지를 소각하는 소각기(30)와, 상기 소각기(30)의 상부와 연결되고 건조로와 연통되도록 설치되며, 하부에 분진배출구를 구비하여 소각기(30)에서 연소된 공기를 유입시켜 분진은 하부로 배출시키고, 연소열은 건조로로 공급하는 사이크론식 집진기와, 상기 소각기(30)와 집진기로부터 배출되는 재를 이송하는 이송컨베이어로 구성된다.

Description

슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치{The method for disposal of the sludge and waste by incinerating, and its apparatus}

본 발명은 슬러지와 같은 폐기물을 건조시키고 이를 작은 덩어리로 고체화하여 소각 처리하면서 그 열을 슬러지 건조에 이용토록 하여 저렴한 비용으로 공해 없이 음식물 쓰레기나 슬러지 등을 처리하는 슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

환경오염으로 인한 폐해가 심각하여 전세계적으로 환경오염방지에 대한 관심이 높아지고 또 그에 따른 제제조치들이 국제 협약을 통해 각국에 가해지고 있음에 따라 대상국가들은 이에 적절하게 대응하기 위한 노력들을 실시하고 있다.

이러한 추세에 부응하여 우리나라에서도 환경보존 계획을 수립하여 실천하고 있으며, 그 일환으로 매년 하수처리장, 공단폐수처리장의 시공을 증가시키고 있다.

그러나, 하수처리장, 공단폐수처리장의 건설에 의해 수질오염이 줄어드는 효과가 가시적으로 나타나기는 하지만 처리시 발생하는 슬러지의 발생량이 급격히 증가함에 따라 슬러지의 처리에 대한 많은 문제점들이 대두되고 있다.

현재 이러한 슬러지의 처리는 주로 매립에 의존하고 있으므로 매립장부지 부족 및 침출수에 의한 토지와 지하수오염 등 2차환경오염을 일으키는 문제점이 있다. 따라서 슬러지 처리에 따른 정부의 환경규제가 점차 강화될 것으로 예상되며 민간 기업에 대하여는 연간 1만통이상 폐기물 배출업체에 대한 처리의무 규정을 신설하는 등 각 시를 중심으로 슬러지의 적정처리기술이 검토가 진행되고 있다.

이러한 문제점의 해결방안으로 슬러지의 감량화 및 안정적 처리를 뒷받침하면서 공해가 없는 소각처리가 적극적으로 검토되고 있다.

그렇지만 슬러지 소각 기술에 대하여 겸험이 많지 않아 무분별한 소각처리장치들이 난립하게 되어 많은 시행착오를 겪고 있으며, 또 이러한 설비들의 규모가 대형화됨에 따라 많은 시설비가 투입될 뿐만 아니라 많은 운영비가 소요되기 때문에 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 건조로의 구조를 개선하여 수분 함수율 80%의 슬러지를 30%이하의 높은 건조효율로 건조할 수 있고, 또 건조된 슬러지나 음식물 쓰레기를 케익화하여 이를 연소실에서 소각 처리하여 그 폐열을 다시 슬러지 건조에 이용하도록 하므로써 적은 연료로 운전 가능함과 동시에 에너지효율을 향상시키므로 운영비를 줄일 수 있는 슬러지와 폐기물 소각처리방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 소각처리장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 소각처리장치의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 슬러지 소각처리장치의 연소실 내부를 나타낸 평단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 - 건조로 11 - 건조실린더 12 - 연결슈우

13 - 투입호퍼 14 - 흡열핀 15 - 이송스크루

16 - 축 17 - 날 18 - 스크레이퍼

19 - 케이스 20 - 배기구 21 - 케이크성형기

22 - 분기관 23 - 정량공급장치 24 - 체인

30 - 소각기 32 - 유입구 33a,33b,33c - 송풍구

34 - 버너 35 - 회전판 36 - 축관

37 - 모터 38 - 체인 39 - 안내판

40 - 집진기 41 - 배출관 42 - 재 배출구

44 - 이송컨베이어

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

응집제를 이용하여 응집한 슬러지를 탈수하여 정량공급장치를 통해 다단 건조장치로 투입하여 건조하고, 건조된 슬러지를 케이크성형장치로 공급하여 연소되기 용이한 크기의 고체 덩어리들로 성형하고, 성형된 슬러지를 소각로에 공급하여 소각한 후 그 발생된 열을 건조장치로 공급하여 슬러지를 건조시키는데 활용하며, 배기되는 가스를 슬러지 건조장치의 내부로 공급하여 잔열로서 슬러지를 건조시킨 후 별도의 집진장치로 공급하여 배기토록 하였다.

슬러지는 유기물과 무기물 및 수분으로 이루어져 있다. 물론 지역이나 계절에 따라서 그 분포도가 다르게 나타날 수가 있으나, 평균적으로 수분을 제외한 상태에서 유기물이 40∼50%정도이고, 무기물은 60∼40%정도이다.

이러한 비율의 슬러지는 응집제를 이용하여 수분 함유율이 80%정도가 되도록 탈수하게 되는데, 이를 30%정도로 낮춤과 동시에 압축시켜 일정크기의 고체 덩어리로 성형하게 되면 이를 연료로 사용할 수가 있게 된다. 즉, 연료로 사용될 부분은 유기물로써 대략 1㎏당 3500K㎈정도의 열량을 가지고 있다.

이정도의 열량을 가지면 슬러지를 건조시키는데 충분한 열량이기 때문에 슬러지를 소각시키는 열만으로도 건조시킬 수 있다.

물론 초기 슬러지가 공급되는 과정에서는 연료 즉, LPG, LNG 등과 같은 가스나 액체(경유 등)연료 또는 고체연료로서 건조공정을 실시하고, 슬러지가 일정크기의 고체덩어리로 성형되어 공급되기 시작하면 이를 주연료로 사용한다. 만일 케익화된 슬러지가 연소되면서 발생된 열이 슬러지를 건조시키는데 부족할 경우에는 상술한 보조연료를 주입하거나 또는 산소(순수한 산소)를 공급하므로써 슬러지의 연소효율을 높여 보충할 수도 있다.

또한 이러한 처리방법을 가능토록 하는 슬러지 처리장치는,

슬러지 투입호퍼로부터 일정량만 공급하는 정량공급장치와,

원통의 내부에 이송스크루 및 이송스크루 날의 단부에 축과 평행하게 설치되어 슬러지를 고르게 펴주는 스크레이퍼를 구비한 건조실린더를 구비하여 슬러지가 릴레이식으로 통과되도록 한 다단건조로와,

상기 건조로의 최종배출구와 연결되어 건조되어 유출되는 슬러지를 일정크기의 고체덩어리로 압출성형하는 케이크성형기와,

하부에 일측에 버너와 에어 송급기를 설치하고 중앙부에 배출구를 구비하여 상기 건조로의 하부에 성형기로부터 공급되는 고체 슬러지 덩어리를 소각하는 소각기와,

상기 소각기의 상부와 연결되고 건조로와 연통되도록 설치되며, 하부에 분진배출구를 구비하여 소각기에서 연소된 공기를 유입시켜 분진은 하부로 배출시키고, 연소열은 건조로로 공급하는 사이크론식 집진기와,

상기 소각기와 집진기로부터 배출되는 재를 이송하는 이송컨베이어로 구성되어 달성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 소각처리장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬러지 소각처리장치의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 슬러지 소각처리장치의 연소실 내부를 나타낸 평단면도 이다.

참조번호 24는 이송스크루 축(16)을 구동시키는 체인이고, 25는 이송스크루 축을 회전시키는 구동모터이다.

본 발명의 슬러지와 폐기물 소각처리장치는 상부에 건조로(10)가 설치되어 있고, 하부에 건조된 슬러지를 일정크기의 고체 덩어리로 성형하는 케이크성형기(21)와, 성형된 슬러지를 받아 소각하는 소각기(30) 및 소각기로부터연소된 연소가스를 사이크론식으로 집진하는 집진기(40)로 구성되어 있으며, 건조로(10)의 투입구 상부에는 슬러지 정량공급장치(23)가 설치되어 있다.

건조로(10)는 다수개의 원통형 건조실린더(11)와 그 내부의 이송스크루(15)로 구성되어 상하로 평행하게 다수개 설치되며, 상부의 건조실린더(11)의 배출구가 하부의 건조실린더(11) 입구부와 연결슈우(12)로 연결되어 이송되는 슬러지를 릴레이식으로 전달받도록 연결되어 있다. 이때 최상단의 건조실린더(11)의 입구부에는 슬러지를 받아들이는 투입호퍼(13)가 설치되어 있으며, 각 건조실린더(11)의 외벽에는 많은 열을 흡수하기 위한 흡열핀(14)들이 다수개 돌출 형성되어 있다.

건조실린더(11)의 내부의 이송스크루(15)는 축(16)의 둘레에 호형상의 날(17)을 지지대로 연결하여 나선형상을 이루도록 되어 있고, 이 이송스크루 날(17)의 단부에는 긴 평철의 스크레이퍼(18)가 축(16)과 평행하게 설치되어 있다. 스크레이퍼(18)는 유입된 슬러지를 건조실린더(11)내벽에 골고루 얇게 펼쳐주어 건조효과를 높일 수 있도록 하는 것으로 이송스크루(15)에 적어도 두 개 이상 설치된다. 이러한 구조로 배열된 건조실린더(11)는 인접되게 다열로 설치될 수도 있다.

건조실린더(11)의 둘레에는 단열효과가 양호한 재질로 이루어진 케이스(19)가 씌워지며, 상부일측에는 배기구(20)가 설치된다.

또한 최하단에 설치된 건조실린더(11)의 배출구에는 도면에 도시되지 않은 이송컨베이어(44)가 설치되며, 이 이송컨베이어의 단부에는 케이크성형기(21)가 설치된다. 케이크성형기(21)는 건조된 슬러지를 압출하여 연소시 연소효율이 좋은 작은 고체 덩어리로 성형한다.

건조로(10)는 측부에 케이크성형기(21)로부터 공급되는 슬러지 덩어리를 유입시키는 유입구(32)가 설치되어 있고, 내하부 둘레에는 송풍구(33a)(33b)(33c)와 버너(34)가 설치되어 있다. 송풍구(33a)(33b)(33c)와 버너(34)는 한쪽방향으로 향하도록 설치되어 있다. 또한 바닥은 회전판(35)이 설치되어 회전되도록 되어 있으며, 회전판(35)의 중심부에는 축관(36)이 회전 가능하게 본체에 결합되어 있고 또 그 하단부에 스프로킷이 설치되어 모터(37)와 체인(38)으로 연결되어 소각처리시 회전되도록 구성되어 있다. 따라서, 성형된 슬러지 덩어리가 공급되면 회전판(35)과함께 회전되도록 되어 있다. 그리고 회전판(35) 상부 일측에는 중심부 쪽으로 경사지게 배열된 안내판(39)이 다단으로 설치되어 있어 투입된 슬러지 덩어리들이 소각되면서 안내판(39)에 의해 점차 배출구 쪽으로 이동되도록 되어 있다. 또한 회전판(35)은 그 회전방향이 송풍방향과 반대방향으로 이루어져 있다.

소각기(30)의 측부에는 집진기(40)가 설치되며 소각기(30)와 상부로 연결되어 연소된 연소가스가 유입되도록 되어 있다. 집진기(40)의 상부 중앙에는 하부로 길게 돌출된 배출관(41)이 형성되어 있고, 내하부에는 호퍼형상의 재 배출구(42)가 형성되어 있다. 따라서 소각기(30)로부터 유입된 연소가스가 하부로 선회하면서 하강하여 배출관(41)을 통해 배출되며, 무게를 갖는 분진들은 낙하하여 재 배출구(42)로 배출된다. 또 배출관(41)은 건조로(10)로 연결되어 있어 건조로(10)를 가열시키도록 되어 있다. 건조로(10)와 소각기(30) 그리고 집진기(40)를 구획하는 구획판은 열을 흡수한 후 이를 복사하는 복사판(51)이므로 일단 가열된 후에는 건조로(10)로 열을 지속적으로 가하게 된다.

또한 소각기(30)와 집진기(40)의 하부에는 배출관(36)과 재 배출구(42)로 배출되는 분진 및 재를 이송하는 이송컨베이어(44)가 구성되어 있고, 이는 도면에 도시되지 않은 컨베이어를 통해 재가 날리지 않도록 하여 배출처리된다. 배출된 재는 다시 날리지 않도록 수분을 투입하여 재를 이송하는데 용이토록 한다.

또한 건조로(10)의 배기구(20)는 배기가스의 잔열을 재사용하기 위하여 여러 갈래로 분기시킨 후 각 건조실린더(11)로 연결하여 배기가스의 잔열이 직접 슬러지를 건조시킬 수 있도록 되어 있다. 그리고 건조기에서 나오는 스팀 건조 가스는 열과환기 이후에 벤츄리 집진식 세정기를 통하여 배기 가스의 유해물질을 완전히 제거한 다음 대기중으로 방출시킨다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 슬러지와 폐기물 소각처리장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 소각기(30)에 송풍구(33a)(33b)(33c)로 공기를 송급하면서 유류 또는 가스등의 연료를 연소시키는 버너(34)를 점화시켜 소각기(30)를 가동한다. 소각기(30)에서 발생된 열은 건조로(10)의 내부로 유입되어 각 건조실린더(11)를 가열하게 된다. 이때 건조실린더(11) 외벽에 형성된 다수개의 흡열핀(14)에 의해 많은 열을 흡수하게 된다.

이러한 상태에서 건조로(10)의 최상단부에 위치하는 건조실린더(11)의 입구부 호퍼에 슬러지 정량공급장치를 통해 수분 함수율이 80%정도의 슬러지를 투입한다. 슬러지는 이송스크루(15)에 의해 건조실린더(11) 내로 이송되면서 가열된다. 특히 이송스크루(15)에 설치된 스크레이퍼(18)에 의해 건조실린더(11)의 내벽으로얇게 펼쳐주게 되므로 더욱더 건조효과가 높아진다.

이러한 구조로 다단의 건조실린더(11)를 거쳐 최종 건조로(10)를 통과하게 되면 슬러지의 함수율은 대략 30%정도로 된다. 이 상태의 건조슬러지는 다시 케이크성형기(21)로 유입되어 연소가 용이한 작은 고체 덩어리로 성형된다. 성형된 슬러지 덩어리는 소각기(30)로 공급된다. 공급된 슬러지 덩어리는 회전판(35)으로 낙하되면서 버너(34)에 의해 소각된다. 슬러지 덩어리에는 고칼로리의 열량을 가지고 있기 때문에 연소되기 시작하며 그 열은 다시 건조로(10)로 유입되어 슬러지를 건조시키는데 사용된다. 이와 같이 슬러지 덩어리가 연소되기 시작하면 별도의 연료공급 없이도 슬러지 자체의 연소열로도 충분히 슬러지를 건조시킬 수가 있게 된다.

한편, 소각 연소되는 슬러지는 회전판(35)에 의해 회전하게 되고 또 회전하는 방향에서 공기가 공급되기 때문에 연소효율은 더욱더 상승하게 된다. 또 회전되는 슬러지는 회전하면서 회전판(35) 상부에 설치된 안내판(39)에 의해 점차 내부로 이송되며 중앙부의 배출구로 이송될 정도의 시간이 흐르게 되면 슬러지 내에 함유된 칼로리는 다 소각되어 순수한 재만 남게 된다. 이러한 슬러지 재는 배출구를 통해 배출된다.

또한 소각기(30)에서 슬러지가 소각되면서 발생된 연소열과 가스들은 상부의 연결구를 통해 측부에 설치된 사이크론 집진기(40)로 유입된다. 이 집진기(40)에서는 연소열과 가스가 선회하면서 하강하게되고 가벼운 연소가스는 배출관(41)을 통해 건조로(10)로 배출되어 각 건조실린더(11)를 가열하고, 또 중량을 갖는 분진들은 관성에 의해 하부의 배출구로 낙하하여 배출된다.

소각기(30)와 집진기(40) 하부의 배출구로 배출된 슬러지 재와 분진들은 이송컨베이어(44)에 의해 별도의 처리공정을 거치도록 이송된다.

또한 건조로(10)로 유입되어 각 건조실린더(11)를 가열한 후 배기구(20)로 배출되는 배기가스는 다시 분기된 분기관을 통해 각 건조실린더(11)로 공급되어 배기가스의 잔여열로 건조실린더(11)를 이송하는 슬러지를 직접 건조시키게 되고 또 건조시 발생된 습기를 제거하여 배출된다. 배출되는 배기가스는 별도의 집진기(40)를 거쳐 대기중으로 방출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 건조방식을 건조실린더내에 스크레이퍼를 통해 얇게 펼쳐진 상태로 이송하면서 건조되도록 되어 있어 슬러지의 수분 함수율을 80%에서 30%이하로 빠른시간내에 낮출 수 있고 또 건조된 슬러지를 케이크성형기로 작은 고체덩어리로 성형한 후 소각시키므로 소각 효율이 뛰어남과 아울러 슬러지 덩어리가 소각되면서 발생된 연소열은 다시 건조로로 공급되어 슬러지를 건조시키는데 사용되므로 일단 슬러지 고체 덩어리가 소각되기 시작하면 별도의 연료공급 없이도 슬러지 건조에 필요한 열을 충분히 얻을 수가 있기 때문에 많은 운영비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 응집제를 이용하여 응집한 슬러지를 탈수하여 정량공급장치를 통해 다단 건조장치로 투입하여 건조하고, 건조된 슬러지를 케이크성형장치로 공급하여 연소되기 용이한 크기의 고체 덩어리들로 성형하고, 성형된 슬러지를 소각로에 공급하여 소각한 후 그 발생된 열을 건조장치로 공급하여 슬러지를 건조시키는데 활용하며, 배기되는 가스를 슬러지 건조장치의 내부로 공급하여 잔열로서 슬러지를 건조시킨 후 별도의 집진장치로 공급하여 배기토록 한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리방법.
2. 슬러지 투입호퍼로부터 일정량만 공급하는 정량공급장치(23)와,

   원통의 내부에 이송스크루(15) 및 이송스크루 날(17)의 단부에 축(16)과 평행하게 설치되어 슬러지를 고르게 펴주는 스크레이퍼(18)를 구비한 건조실린더(11)를 구비하여 슬러지가 릴레이식으로 통과되도록 한 다단 건조로(10)와,

   상기 건조로(10)의 최종배출구와 연결되어 건조되어 유출되는 슬러지를 일정크기의 고체 덩어리로 압출성형하는 케이크성형기(21)와,

   하부에 일측에 버너(34)와 에어 송급관을 연결 설치하고 중앙부에 배출구를 구비하여 상기 건조로(10)의 하부에 성형기로부터 공급되는 슬러지 케이크를 소각하여 건조로를 가열하는 소각기(30)와,

   상기 소각기(30)로부터 배출되는 재를 이송하는 이송컨베이어(44)로 구성된것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 건조로(10)의 건조실린더(11)의 외벽에 다수개의 흡열핀(14)을 설치한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 소각기(30)의 바닥에 회전판(35)을 설치하고, 그 중심부에 배출구를 갖는 축관(36)을 수직으로 회전 가능하게 연결설치하고, 상기 축관(36)의 하단에 체인(38)으로 모터(37)와 연결시켜 소각공정시 일정한 속도로 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 회전판(35) 일측 상부에 중심부 쪽으로 경사지게 형성되어 투입된 슬러지 덩어리를 점차 배출구 쪽으로 이동시키는 안내판(39)을 다단으로 다수개 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 회전판(35)의 회전방향으로 송풍방향과 반대방향으로 이루도록 한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 소각기(30)의 상부와 연결되고 건조로(10)와 연통되도록 설치되며, 하부에 분진배출구를 구비하여 소각기(30)에서 연소된 공기를 유입시켜 분진은 하부로 배출시키고, 연소열은 건조로(10)로 공급하는 사이크론식 집진기(40)가 설치되어 소각열이 집진기를 통해 건조로(10)로 공급시키게 한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 건조로(10)로 유입된 배기가스를 배출하는 연 소통을 각각 분할하여 각 건조실린더(11)로 연결하여 배기가스의 잔열이 직접 슬러지를 건조시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐기물 소각처리장치.