KR200312379Y1

KR200312379Y1 - 하수 슬러지와 폐합성수지류를 이용한 고형연료(r.d.f)제조장치

Info

Publication number: KR200312379Y1
Application number: KR20-2002-0035991U
Authority: KR
Inventors: 김준영
Original assignee: 김준영
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2003-05-13

Abstract

본 고안은 종말처리장의 하수 슬러지와 산업체 일반폐기물계와 생활폐기물 중의 폐합성수지류(P.P, P.E, 플라스틱)를 파쇄, 선별, 건조의 공정을 거쳐 이들을 중량비 4:6의 비율로 혼합하고 여기에 중화제인 소석회(Ca(OH)₂)를 분사투입하는 공정을 거쳐 쌍스크루식 압출 ·성형기를 통하여 상기의 혼합원료를 이용한 고형연료(R.D.F)를 제조하고 이를 대체에너지로 재활용하고자 하는 장치와 그에 따른 제조 System에 관한 것이다.

상기의 하수 슬러지는 정량공급장치(17)를 통하여 페열이용 Drum형 건조장치(18)에서 함수율을 25%의 상태로 건조하여 혼합원료 Feeder(25)에 이송하고, 한편 폐합성수지류는 하치 ·인력선별공정(11)에서 PVC 및 황화물과 불연물 등을 선별한 후 1차파쇄장치(12)에서 100m/m∼200m/m로 절단·파쇄하고 전자석 및 진동이송에 의한 금속류와 돌 등의 불연물을 선별하는 진동선별장치(13)을 거쳐 2차파쇄장치(14)에서 30m/m∼50m/m의 크기로 절단·파쇄한 후 혼합원료 Feeder(25)에 이송한다.

상기의 건조 Sludge와 페합성수지류를 중량비 4:6의 비율로 혼합하며 열풍이용 혼합·건조장치(26)에서 수분함량 15%로 건조하고 여기에 중화제인 소석회를 투입·혼합한 후 이것을 혼합원료 중간저장조(28)에 이송함으로써 성형원료화의 전처리공정을 끝내고 이를 스크루식 압출·성형장치(29)에서 고형화하여 대체에너지로이용하고자 하는 하수 Sludge와 폐합성수지류를 원료로 한 폐기물 재활용 장치와 System에 관한 것이다.

Description

하수 슬러지와 폐합성수지류를 이용한 고형연료(R.D.F) 제조장치 {The Apparatus of Manufacturing Refuse Derived Fuel (R.D.F) Using Sewage Sludge ＆ Refuse Synthetic Resin}

본 고안은 종말처리장의 유기성 하수 슬러지(열량가 2,000Kcal∼2,200Kcal/Kg)와 폐합성수지류(8,000Kcal∼9,000Kcal)를 건조, 혼합, 첨가제 투입 등의 공정을 거쳐 이를 원료로 이용하여 압출·성형으로 수분함량 10%이하의 건조고형물(열량가 5,000Kcal∼5,500Kcal)을 제조하여 농촌 비닐하우스의 온수 Boiler 및 산업체의 Steem용 Boiler에 대체에너지로 재활용하기 위한 폐기물 고형연료 제조방법에 관한 것이다.

종래의 하수 Sludge처리는 공해상 해상투기(51.4%), 육상 매립장 매립(40.2%) 및 기타 소각, 재활용 등으로 처리하였으나, 매립장의 한계성과 중금속 오염 및 침출수 발생 등으로 환경오염문제가 발생하여 2003년 7월부터 해상투기 및 육상매립을 전면 금지시킴으로써, 향후 발생되는 Sludge(현 4,500Ton/日 생산)의 적정 처리가 사회적 환경문제로 크게 부각됨에 따라, 농촌의 폐비닐과 산업체의 폐합성수지류 등의 처리 대책이 절실히 요구되는 시점에서 이들을 적절히 이용·처리하는 방법이 강구되어야 한다.

현재 폐비닐, 폐합성수지류 등의 처리는 원료상태가 깨끗하고 오염이 없는 것들은 재생용으로 원료화하고 있으나, 전체 발생량의 10∼15%에 불과하고, 탄화장치에 의한 건류소각이 일부 행해지고 있으나 건조 등의 전처리공정이 불비하여 불완전연소로 인한 다이옥신류 발생 등 제2의 공기오염으로 발전하였다.

또한 고형화 방법으로 대체에너지화 하려는 노력을 기울였으나 분리수거, 선별, 원료배합, 조정 및 안정화 등의 미숙으로 고형화의 생산성저하와 고형물의 보관시 유기물의 부패로 인한 악취발생 및 고형물 연소시 숯덩이 상태(Char)로 표면이 굳어져 완전 연소가 불가능하여 많은 양의 Ash 발생과, R.D.F 원료의 전처리과정에서 금속류의 선별이 불량하고 불완전연소 또는 재합성으로 인하여 다이옥신류의 대기오염물질이 발생, 배출로 인하여 2차환경오염의 새로운 원인으로 주목받게 되었다.

본 고안은 종말처리장의 하수 슬러지와 폐합성수지류를 이용하여 재자원화하고 이를 재활용하여 대체에너지로서의 경제적 부가가치를 창출하고자 하는 목적에 따라, 상기의 폐기물을 건조, 혼합, 중화제 첨가, 성형 등의 공정을 거쳐 고형화하고 이를 연료로 제활용하기 위한 방법으로서의 제조장치와 그 System에 관한 것으로서,

상기의 목적을 달성하기 위하여 첫째 하수 Sludge의 함수율을 75%에서 25%로 건조하되 이때 유기성 슬러지가 탄화되거나 소각되지 않도록 직열이 아닌 열교환 폐열로써 건조하고, 한편 폐합성수지류는 1차파쇄장치에서 100m/m∼200m/m 크기로 절단·파쇄한 후 혼재하고 있는 금속류는 자석선별하고, 돌 등의 불연물과 오물은 진동장치에 의하여 제거한 후 30m/m∼50m/m의 크기로 2차파쇄하여 상기의 두 원료를 중량비 4:6의 비율로 혼합하고, 여기에 유해가스발생을 억제하기 위하여 중화제인 소석회(Ca(OH)₂)를 투입하며, 건조·혼합장치에서 수분함량 15%정도로 건조·조정한 후, 압출·성형장치를 거쳐 고형화하고 또한 제조된 R.D.F의 일부를 상기 건조장치의 열원으로 공급하기 위하여 열분해 연소장치에서 이것의 연소열을 재이용하는 고형연료화 대체에너지 제조장치와 그 System이다.

상기 공정에서 하수 Sludge와 폐합성수지류의 혼합원료제조의 전처리공정에서 특히 유의해야할 사항은 ①혼합비율, ②수분함량, ③중화제투입량, ④건조온도 등 원료의 전처리를 적정하게 관리함으로써 균질·균일한 제품생산은 물론 환경오염을 최소화할 수 있는 폐기물의 재활용 제조방법이다.

도1은 본 고안에 따른 고형화연료 제조 공정도

도2는 R.D.F 열분해 연소열 이용 시스템

도3은 페열이용 건조 및 혼합 장치

도4는 열분해 연소열 이용 시스템의 상세도

도5는 스크루식 정량공급장치와 쌍스크루에 의한 압출·성형 장치

***도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명***

11 : 폐합성수지류 하치·선별 12 : 1차파쇄장치

13 : 금속류 자석선별장치 14 : 2차파쇄장치

15 : 파쇄합성수지류 중간저장 16 : 하수 Sludge 하치·저장

17 : 정량공급 Screw Feeder 18 : 연소폐열이용 건조장치

19 : 연료용 R.D.F 하치·저장 20 : 정량공급 Feeder

21 : 열분해 연소장치 21-A : R.D.F 열분해 연소장치 단면도

22 : 열분해 Gas 연소장치 24 : 건식 열교환 장치

25 : 혼합원료 Feeder 26 : 열풍이용 원료혼합·건조장치

27 : 중화용 첨가제 투입장치 28 : 원료혼합 중간저장 Silo

29 : 압출·성형장치 30 : 파쇄장치 (20m/m∼30m/m)

이하 첨부된 도면에 의하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1의 공정에 따른 본 고안은 종말처리장에서 발생하는 하수 슬러지와 산업체에서 발생하는 일반폐기물과 생활폐기물 중의 폐P.P, P.E 등을 원료로 이용하여 재활용 대체에너지화의 폐기물 고형연료 제조방법을 나타낸 것으로서,

산업폐기물과 생활폐기물 중에서 P.V.C와 유황화합물 등 유해가스발생이 많은 폐기물과 불연물을 분리하며 적치·선별하는 공정(11)과 100m/m∼200m/m의 크기로 절단·파쇄하는 1차파쇄장치(12)와 폐비닐 등에 혼재한 금속류를 분리·제거하는 자석선별장치(13)를 거쳐 중간저장 Silo(15)에 이송하고,

한편 종말처리장의 하수 슬러지는 R.D.F 열분해 연소장치(21)의 열분해 Gas연소열을 이용하는 Drum형 건조장치(18)에서 수분함량 75∼80%의 슬러지를 간접폐열을 이용하여 수분함량 25% 정도로 건조함으로써, 상기의 폐합성수지와 하수 Sludge의 1단계 원료화 처리공정이 끝난다.

상기의 1단계 원료화 처리공정이 끝난 건조 하수 슬러지와 폐합성수지류를 각각 중량비 4:6의 비율(Sludge 4, 폐합성수지 6)로 혼합하며 원료 Feeder장치(25)에 의하여 열풍이용 건조·혼합장치(26)에 공급하고, 여기에서 혼합원료는 수분함량 15%정도로 건조·혼합되며, 이때에 중화제인 첨가제(소석회)를 분사, 투입, 혼합함으로써 건조 및 성형시에 SOx, HCl, CO 등의 유해가스발생 및 재합성(De-Nove)으로 인한 다이옥신류의 배기를 억제하고 성형시 제품을 안정화하는데 효과가 있다.

상기의 전처리공정을 끝낸 원료는 혼합원료 Silo(28)를 거쳐 압출·성형장치(29)에서 고형화 성형하고, 이때 제조된 불규칙적인 크기의 성형물을 파쇄장치(30)에서 20m/m∼30m/m의 크기로 절단·파쇄하여 제품화하는 폐기물의 재활용 제조방법이다.

상기의 재활용 제조 방법을 공정별로 상세히 설명하면 첫째, 폐합성수지류 하치 및 선별부(11)에서는 인력에 의한 불연물 기타 부적절한 재료를 분리·선별하고 종류별로 2∼3부분으로 분류·적치하여 균일·균질의 원료투입을 가능하도록 하는 공정이고, 1차파쇄장치(12)에서는 혼합 투입되는 원료를 길이 또는 직경이 100m/m∼200m/m의 사이즈로 절단·파쇄하는 장치이고, 전자석에 의한 금속류 선별장치(13)에서는 금속 또는 비철금속 및 흙, 돌맹이 등을 선별하고 고형화에 기계적영향을 주는 물질을 제거한 후 1단계 전처리공정을 완료하여 중간저장 Silo(15)에 이송한다.

둘째 하수 슬러지 하치장(16)에서는 종말처리장에서 탈수하여 폐기하는 슬러지(수분함량 75%∼80%)를 운송카고로 이송하여 하치하는 곳으로서 이미 종말처리장에서 활성탄(Active Carbon)처리로 악취가 제거된 상태이므로 별도의 방지시설이 필요 없는 하치장이며, 정량공급 Screw Feeder(17)에 의하여 일정량이 Drum형 건조장치(18)에 투입되고, 이 건조공정은 간접 폐열에 의한 건조방식이므로 건조 슬러지 중 유기물의 탄화를 방지하여 슬러지 본래의 연소발열량(2,000∼2,200Kcal/Kg)을 유지하며 수분함량 25% 정도로 건조하는 하수 Sludge의 1단계 원료화 전처리공정이다.

상기의 전처리공정이 끝난 하수 Sludge와 폐합성수지류는 중량비 4:6의 비율로 혼합하며 원료 Feeder(25)의 Hopper에 이송하여 혼합하면서 열풍이용 건조·혼합장치(26)에 투입하고 이때에 중화제인 소석회(Ca(OH)₂)가 혼합원료 중랑대비 0.5%∼0.8% 정도로 함께 투입되어 원료의 혼합·건조(수분함량 15%정도)조정공정이 이루어져 고형화 원료의 전처리공정이 끝나게 된다.

특히 첨가제인 소석회(Ca(OH)₂)는 압출·성형장치(29)에서 250℃∼300℃의 높은 열에 의하여 합성수지류의 분해 현상이 있을시에 유황화물(SOx), 염화수소가스(HCl)등과 반응하여 중화함으로써 유해 Gas 발생을 억제하고, 또한 고형화의 압출·성형 제조시에 제품을 안정화하는 역할을 한다.

상기의 공정에서 건조장치(18)에 필요한 열원은 도1, 도2의 고형연료 제조공정에 의하여 제조된 고형연료(R.D.F)중 일부(120kg/hr∼150kg/hr)를 R.D.F 열분해 연소장치(21)에서 최소한의 공기(이론 공기량의 60%∼70%)와 폐합성수지류의 열분해온도(400℃∼500℃)를 유지하며 열분해반응으로 얻어지는 미연소 가연성가스를 2차연소실(Combustor)(22)에 보내고, 여기에 F.D Fan에 의한 과잉의 공기를 공급하여 연소시킴으로써, 배출온도를 800℃이상 1000℃까지 높여 완전 연소는 물론 유해가스의 분해로 인하여 다이옥신의 발생을 최소화시킬 수 있으며, 이와 같이 높은 열을 건식 열교환기(24)를 통한 폐열(300℃∼500℃)은 슬러지 건조장치에 공급하여 수분함량 75%∼80%인 폐슬러지를 25%정도로 건조하고, 아울러 열교환기에 의하여 가열 열교환된 열풍(120℃∼150℃)은 건조·혼합장치(26)에 공급하여 수분함량(15%)을 조절하며 원료를 건조·혼합하고 조정한다.

혼합원료 Silo(28)장치에서는 압출·성형장치(29)에 투입되기에 앞서 원료의 배합 및 혼합조건, 수분함량, 첨가제 투입의 적정 등 최적의 원료 상태를 조정하는 공정으로서 분사, 분무, 교반 등의 장치가 부착되어 있으며, ＜도5＞의 압출·성형장치(29)는 쌍스크루type(Twain Screw)의 용융·압출식 성형 장치로서, 전기코일에 의한 250℃∼300℃의 열을 가하여 폐합성수지류의 열분해를 최소화하고 폐합성수지류의 접착력을 이용하여 하수 슬러지와 함께 고형화 압출·성형하는 제조장치이다.

압출·성형장치(29)에서 불규칙한 사이즈로 성형된 고형물은 Steel망 진동 이송장치로 파쇄장치(30)에 이송되며 이때 냉풍을 이용하여 건조하고, 굳어진 건조 성형물은 20m/m∼30m/m의 크기로 절단·파쇄하여 제품화하는 폐기물의 재활용 자원화의 고형연료 제조방법이다.

상기 공정에 의하여 제조된 고형화 연료는 제품 Silo(31)로 이송·보관되며, 포장·출하되고 이 중 일부(120kg/hr∼150kg/hr)는 하수 슬러지 건조장치(18)의 열원으로 이용하기 위하여 연료용 R.D.F저장조(19)에 이송하고 이것들은 R.D.F 열분해 연소장치(21)에 이송되어 연료로 재이용하는 고형연료화 제조방법이다.

이상에서 설명한 바와 같이 폐하수 슬러지와 산업체의 폐합성수지류 및 생활폐기물 중의 P.E, P.P 등을 이용하여 자연친화적 처리공법에 의한 재활용 고형연료 제조방법으로서의 장치 및 System에 관한 것으로

지금까지의 소각, 매립, 방치 등으로 인한 환경훼손 폐기물들을 대체에너지로 재이용할 수 있는 고형연료로 제조하여, 농촌 비닐하우스의 난방용으로 또한 산업체의 Boiler용으로 보급, 사용할 수 있게 하기 위한 대체에너지화 제조공법으로서,

특히 생산된 고형연료(R.D.F) 중 일부(건조용 열원, 120kg/hr∼150kg/hr)를 본 제조장치의 열원으로 사용함으로써 1일 5D/M∼6D/M의 화석연료를 절감할 수 있는 대체 효과가 있으며, 1차 R.D.F 열분해 장치(21)와 2차 열분해 Gas 연소장치(22)에 의하여 고열로 폐기물을 완전 연소함으로써 다이옥신류의 발생을 최소화함은 물론 중화제투입, 열교환, 집진, 활성탄여과 등의 대기오염 방지시설을 통하여 배기가스를 정화하여 배출하는 System으로, 폐기물을 재활용 고형연료로 제조하여 재활용하는 데 그 효과가 있다.

Claims

수거된 폐합성수지류 및 생활폐기물 중의 P.E, P.P 등을 하치하여 선별·저장하는 저장부와,

이를 100m/m∼200m/m 사이즈로 절단·파쇄하는 1차파쇄장치와,

파쇄된 폐기물에 혼재한 금속 및 비철금속, 흙, 돌 등의 불연물을 자력 및 진동으로 선별하는 장치와,

진동 이송장치를 거쳐 30m/m∼50m/m 사이즈로 파쇄하는 2차파쇄장치와, 이를 중간 저장 Silo에 저장하는 저장부와,

또 한편으로 하수종말처리장에서 배출·폐기되는 슬러지를 운송하여 하치·저장하는 저장부와,

이를 정량공급 Feeder를 통하여 공급하고, 이를 수분함량 25％ 정도로 건조하는 2중구조 Drum형 건조장치와,

상기 건조된 하수 슬러지와 파쇄하여 저장되어 있는 폐합성수지류를 중량비 4:6의 비율로 혼합원료 Feeder에 이송·혼합하여 열풍이용 건조·혼합장치에서 수분함량 15％정도로 건조시킴과 동시에 첨가제인 소석회를 투입하여 함께 혼합하는 혼합장치와,

상기 혼합원료의 수분함량, 혼합비율 등을 재조정하여 압출·성형장치에 공급하는 혼합원료 공급부와,

상기 혼합원료를 정량공급장치로 일정하게 공급하여 압출·성형으로 고형화하는 폐기물의 재활용 장치와 그 System
제1항에 있어서 하수 슬러지의 건조와 원료의 혼합 및 재건조시에 필요로하는 열원은 상기 R.D.F 제조공정에 의하여 제조한 고형연료(R.D.F)중 일부를 ＜도4＞의 열분해 연소장치(21)에 이송·공급하여 저산소(이론 공기공급량의 60％∼70％)상태, 중간 열분해온도(400℃∼500℃)를 유지하며 고형연료를 열분해 연소하고,

이때 미연소 열분해 가스는 2차가스연소실(Combustor)에서 F.D Fan에 의한 과잉의 공기를 공급하여 연소함으로써 800℃∼1000℃까지의 고온으로 열을 배기하는 열분해 Gas 연소장치와,

상기의 Gas 연소에 의한 고온의 배기열은 열교환 장치(24)에서 열교환하며 이때 열교환된 열풍은 슬러지와 폐합성수지류를 건조·혼합하는 장치(26)에 공급하고, 열교환기에서의 폐열(300℃∼350℃)은 슬러지 건조장치(18)의 열원으로 재이용하는 장치로 구성된 폐기물의 재활용 장치와 그 System
제1항에 있어서 슬러지의 건조장치(18)는 2중구조 Drum형의 건조장치로서 열분해 연소열의 열교환기를 통한 폐열을 열원으로하여 Sludge의 유기물이 탄화되는 것을 방지하며 건조하는 2중구조의 건조장치로서, 원통형 단순 구조의 동일한 용적의 건조장치에 비하여 체류건조시간이 150％이상 증가하여 슬러지의 탄화를 방지하고 균질한 적정 함수율(수분함량 25％정도)의 건조 슬러지를 얻을 수 있는 건조장치와, 전처리공정이 완료된 이들 혼합원료의 고형화 성형장치는 ＜도5＞에서 예시한 바와 같이 스크루식 정량공급장치가 결합되고, 전력판코일에 의하여 원료공급부에는 250℃, 압출부에는 300℃의 일정온도가 자동으로 가열·유지되는 쌍스크루식(Twain Screw Type)의 압출성형(Extrusion Molding)장치에 절단기가 부착된 폐기물의 재활용 장치와 그 System
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