KR20100055192A - 슬러지 건조시스템 - Google Patents

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KR20100055192A
KR20100055192A KR1020080114152A KR20080114152A KR20100055192A KR 20100055192 A KR20100055192 A KR 20100055192A KR 1020080114152 A KR1020080114152 A KR 1020080114152A KR 20080114152 A KR20080114152 A KR 20080114152A KR 20100055192 A KR20100055192 A KR 20100055192A
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이영성
조덕현
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박한수
이상주
이영성
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Abstract

본 발명은 슬러지 건조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기; 상기 열교환 서브건조기에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기; 상기 메인건조기에 건조 열원을 공급하는 열공급수단; 상기 메인건조기에서 발생된 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제1매체를 가온하는 제1열교환기; 및 상기 열전달 제1매체가 열교환 서브건조기와 제1열교환기를 순환되도록 하는 제1사이클라인을 포함하는 슬러지 건조시스템을 제공한다. 또한, 슬러지 건조시스템은 상기 열에너지를 이용한 온수 생성라인이 더 설치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 건조 시에 발생되어 버려지고 있는 열에너지(스팀 및 폐열)가 효율적으로 회수된 다음 건조의 열원이나 온수 생산의 열원으로 재활용되어, 슬러지 건조에 따른 비용이 절감되고 온수 생산에 따른 에너지가 절감된다.
Figure P1020080114152
슬러지, 건조, 함수율, 열교환, 회수, 열전달매체, 온수

Description

슬러지 건조시스템 {SLUDGE DRYING SYSTEM}
본 발명은 슬러지 건조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬러지 건조시스템 내에서 발생된 폐열(열에너지)을 회수하여 건조의 열원 또는 온수 생산의 열원으로 재활용함으로써, 슬러지 건조에 따른 비용을 절감하고, 온수 생산에 따른 에너지를 절감할 수 있는 슬러지 건조시스템에 관한 것이다.
가정이나 산업 현장, 농축산 현장, 음식물 처리시설 등에서 발생된 하/폐수, 찌꺼기 등의 슬러지는 수처리 시설을 통해 정화, 건조, 소각 등을 통해 처리된다. 수처리 시설 내에는 슬러지(sludge)를 응집, 처리하기 위한 슬러지 처리시스템(처리설비)이 구축되어 있다. 그리고 건조시스템(건조설비)을 갖는다. 수처리 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
일반적으로, 수처리 시설 내에 유입된 하/폐수는 최초침전지, 폭기조 및 최종침전지를 거친다. 그리고 최초침전지에서 배출된 슬러지(생오니)와 최종침전지에서 배출된 슬러지(잉여오니)는 농축조에서 농축되고, 농축조에서 배출된 슬러지 (농축오니)는 소화조에서 소화(燒火)된다. 이후, 소화조에서 배출된 슬러지(소화오니)는 탈수기에서 응집제와의 혼합을 통해 응집된 다음, 탈수 처리된다. 이와 같이 탈수 처리된 슬러지(통상, '케익(cake)'이라 한다)는 일반적으로 해양 투기, 소각 또는 육상 매립 등의 방법으로 폐기되고 있다.
하/폐수 처리비용 중에서 슬러지 처리비는 큰 비중을 차지한다. 예를 들어, 하수종말처리장의 경우 전체 운영비의 대략 1/5 이상이 슬러지 처리비로 소요되고 있다. 따라서 하/폐수 처리비용을 절감하기 위해서는 슬러지 처리비를 줄이는 것이 중요한 과제라 할 수 있다. 또한, 슬러지 처리비 중에서 케익(탈수된 농축 슬러지)의 폐기 처리에 따른 운송비 및 처리가 대부분을 차지한다.
슬러지 처리비는 함수율과 매우 밀접한 관계가 있다. 함수율을 낮추면 케익 발생량이 감소되며, 함수율을 10%중량 이하로 건조시킬 경우 하수(슬러지) 속에 포함되어 있는 유기물을 이용한 재활용이 가능하게 되어, 케익 처리에 따른 처리비를 절감할 수 있다. 이에 따라, 탈수 처리된 농축 슬러지(케익)는 건조시스템(건조설비)을 통해 약 10% 이하의 함수율을 갖도록 건조되고 있으며, 건조된 고농축 슬러지는 예를 들어 녹생토나 시멘트 원료로 재이용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 슬러지 건조시스템의 구성도를 보인 것이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 일반적으로 슬러지 건조시스템은 탈수기로부터 유입된 농축 슬러지(케익)를 건조시키는 건조기(1), 상기 건조기(1)에 열원(스팀)을 공급하는 보일러(2)를 갖는다. 탈수기에서는 약 25℃의 슬러지(케익)가 건조기(1)로 유입된다. 그리고 보일러(2)로부터 약 130℃의 열원(스팀)이 건조기(1)로 공급되며, 건 조기(1)에서는 열교환을 통해 슬러지를 가열, 건조시킨다. 또한 열교환을 통해 발생된 응축수는 보일러(2)로 환류된다. 이때, 건조기(1)에서는 슬러지에 포함된 수분이 증발(건조)되어 약 103℃의 스팀(수증기)이 발생된다. 또한, 건조기(1) 내에는 고온의 폐열(헌열 및 잠열)이 존재한다. 건조기(1)에서 발생된 스팀은 일반적으로 방류수와 접촉되어 약 60℃로 냉각된 다음, 보일러(2)로 공급된다. 이러한 스팀에는 슬러지에 함유되어 있던 황 화합물 등의 악취 가스가 포함되어 있는데, 상기 악취 가스는 보일러(2)에서 고온 산화되어 제거된다. 이때, 보일러(2)에서는 악취 가스가 제거된 약 250℃ 고온의 배기가스가 발생되며, 이러한 고온의 배기가스는 열교환기(3)를 통해 약 60℃의 수증기로 냉각된다. 또한, 건조시스템은 상기 건조기(1)에서 배출된 약 100℃의 슬러지를 냉각매체(공기)와 접촉시켜 냉각시키는 냉각기(4)를 갖는다. 슬러지는 냉각기(4)를 통해 약 40℃로 냉각된다. 이와 같은 건조시스템을 통해 건조된 고농축 슬러지는 약 10중량% 이하의 함수율을 갖는다.
위와 같은 건조시스템을 구축하는 데에는 고비용의 투자비가 소용된다. 예를 들어, 100톤의 슬러지(케익)를 건조시키기 위해서는 약 80억의 투자비가 소요된다. 그리고 100톤의 슬러지(케익)는 건조시스템을 통하여 약 20톤의 고농축 슬러지(건조 케익)로 건조될 수 있다.
그러나 종래 기술에 따른 건조시스템은 열에너지 순환 구조가 비경제적이며, 에너지 효율이 매우 낮다. 이를 도 1을 참조하면, 건조기(1)에서는 약 103℃의 스팀(수증기)이 발생되고, 또한 건조기(1) 내에는 고온의 폐열(헌열 및 잠열)이 존재하고 있는데, 이러한 건조기(1)의 열에너지(스팀, 헌열, 잠열)는 실질적으로 재활 용되지 못하고 있다. 또한, 상기한 바와 같이 보일러(2)에서는 약 250℃ 고온의 배기가스가 발생되고 있는데, 이러한 고온 배기가스의 열에너지도 재활용되지 못하고 있다.
아울러, 전술한 바와 같이 상기 건조기(1)에서 배출된 약 100℃의 슬러지는 냉각기(4)를 통해 약 40℃로 냉각되고 있으며, 냉각기(4)로 유입된 냉각매체(공기)는 약 20℃로 공급된 다음, 열교환을 통해 약 60℃로 가온된다. 그러나, 종래 기술에 따른 건조시스템은 상기 가온된 냉각매체 또한 재활용하지 못하고 그대로 외부로 배출시키고 있다. 이와 같이, 종래 기술에 따른 슬러지 건조시스템은 발생된 열에너지를 재활하지 못하고 폐기되고 있는 문제점이 있다. 이에 따라, 슬러지 건조에 따른 비용이 많이 소요되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건조시스템 내에서 발생된 수증기나 폐열(헌열 및 잠열) 등의 열에너지를 회수하여 건조의 열원으로 재활용함으로써, 슬러지 건조에 따른 비용을 절감하고 건조량을 증가시킬 수 있는 슬러지 건조시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 건조시스템 내에서 발생된 수증기나 폐열(헌열 및 잠열) 등의 열에너지를 회수하여 온수 생성의 열원으로 재활용함으로써, 온수 생산에 따른 에너지를 절감하여 저비용으로 온수를 보급할 수 있는 슬러지 건조시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기;
상기 열교환 서브건조기에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기;
상기 메인건조기에 건조 열원을 공급하는 열공급수단;
상기 메인건조기에서 발생된 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제1매체를 가온하는 제1열교환기; 및
상기 열전달 제1매체가 열교환 서브건조기와 제1열교환기를 순환되도록 하는 제1사이클라인을 포함하는 슬러지 건조시스템을 제공한다.
바람직한 구현예에 따라서, 상기 열공급수단은 보일러이고, 상기 제1열교환기를 통해 냉각된 스팀이 열공급수단(보일러)으로 공급되게 하는 공급라인; 상기 열공급수단(보일러)에서 배출된 배기가스를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제2매체를 가온하는 제2열교환기; 및 상기 열전달 제2매체가 열교환 서브건조기와 제2열교환기를 순환되도록 하는 제2사이클라인을 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 상기 메인건조기의 전단으로 유입되는 슬러지와 상기 메인건조기의 후단으로 배출되는 슬러지를 혼합하여, 상기 메인건조기로 공급하는 슬러지 혼합기를 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 상기 메인건조기에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉각기에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 이송라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은, 상온수를 상기 제1열교환기(또는 제2열교환기)에 공급하는 상온수 공급라인과, 상기 제1열교환기(또는 제2열교환기)를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인을 포함하는 온수 생성라인이 설치된 것이 좋다.
이에 더하여, 본 발명은,
유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기;
상기 열교환 서브건조기에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기;
상기 메인건조기에 건조 열원을 공급하는 열공급수단; 및
상기 메인건조기에서 발생된 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 열매체 이송라인을 포함하는 슬러지 건조시스템을 제공한다.
이때, 바람직한 구현예에 따라서, 상기 열공급수단은 보일러이고, 상기 열교환 서브건조기를 통과하여 냉각된 스팀을 열공급수단(보일러)으로 공급하는 공급라인; 상기 열공급수단(보일러)에서 배출된 배기가스를 공급받아 열교환을 통해 열전달 매체를 가온하는 열교환기; 및 상기 열전달 매체가 열교환 서브건조기와 열교환기로 순환되게 하는 사이클라인을 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 건조시스템 내에서 버려지는 스팀(수증기)나 폐열(헌열 및 잠열) 등의 열에너지가 효율적으로 회수된 다음 건조의 열원으로 재활용되어 슬러지 건조에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 이와 같이 열에너지가 효율적으로 재활용됨과 함께 적어도 2차에 걸친 건조가 연속적으로 진행되고 건조 슬러지 반송량을 가감하여 건조량을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이에 더하여, 본 발명에 따르면 건조시스템 내에서 발생된 폐열(열에너지)이 온수 생산의 열원으로 재활용되어 온수 생산에 따른 에너지를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제1실시예를 보인 구성도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 건조시스템(건조설비)은 메인건조기(110); 상기 메인건조기(110)에 건조 열원을 공급하는 열공급수단(120); 상기 메인건조기(110)의 선단에 설치된 열교환 서브건조기(130); 상기 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제1매체에 열을 공급하는 제1열교환기(140); 및 상기 열전달 제1매체가 순환하는 제1사이클라인(L1)을 포함한다.
상기 메인건조기(110)는, 그의 내부에 통상과 같은 슬러지 이송장치(112)가 설치될 수 있다. 이때, 메인건조기(110) 내부로 유입된 슬러지는 슬러지 이송장치(112)를 통해 이동되면서 건조된다. 상기 슬러지 이송장치(112)는 예를 들어 통상과 같이 디스크나 컨베이어 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 메인건조기(110)에는 열공급수단(120)에 의해 건조 열원(복사열이나 스팀 등)이 공급되며, 상기 열공급수단(120)은 전열기나 보일러 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 열공 급수단(120)은, 바람직하게는 보일러(120)로 구성되며, 이때 건조 열원은 스팀이 된다. 예를 들어, 메인건조기(110)에는 건조 열원으로서 약 130℃의 스팀이 보일러(120)로부터 공급될 수 있다. 그리고 메인건조기(110)로 공급된 상기 스팀(약 130℃)은 열을 빼앗겨 응축된 다음 보일러(120)로 환류된다. 아울러, 상기 보일러(120)의 연료는 통상과 같이 수처리 설비 내의 소화조에서 발생된 바이오 가스(메탄 등)가 유용하게 사용될 수 있다.
상기 열교환 서브건조기(130)는, 슬러지가 메인건조기(110)로 유입되기 이전에 슬러지에 열을 가하여 예비 건조시키는 것으로서, 이는 열교환을 통해 열전달 제1매체의 열을 빼앗아 슬러지에 열을 공급한다. 즉, 상기 메인건조기(110)에서는 건조 시에 슬러지에 포함된 수분이 증발(건조)되어 약 103℃의 스팀(수증기)이 발생되고, 이와 함께 메인건조기(110) 내에는 고온의 폐열(헌열 및 잠열)이 존재하고 있다. 이때, 상기 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지는, 즉 103℃의 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지는 제1열교환기(140)를 통해 열전달 제1매체를 가온시키고, 상기 가온된 열전달 제1매체는 열교환 서브건조기(130)로 공급되어, 열교환 서브건조기(130)로 유입된 슬러지를 가열하여 건조시킨다. 즉, 상기 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지는 열교환 서브건조기(130)로 유입된 슬러지의 건조 열원으로 사용된다. 이때, 상기 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지(스팀 및 폐열)는 펌프의 흡입에 의해 파이프 라인을 통하여 상기 제1열교환기(140)로 공급될 수 있다.
상기 열전달 제1매체는 온수나 공기 등의 유체가 될 수 있으며, 이는 제1사 이클라인(L1)을 통해 순환된다. 즉, 상기 제1사이클라인(L1)은 열전달 제1매체가 순환되도록 열교환 서브건조기(130)와 제1열교환기(140)에 연통되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 열전달 제1매체로는 예를 들어 온수가 사용될 수 있는데, 이때 상기 열전달 제1매체(온수)는 제1열교환기(140)를 통해 메인건조기(110)에 발생된 열에너지(예를 들어, 103℃의 스팀)로부터 열을 빼앗아 약 60 ~ 100℃로 가온된다. 그리고 가온된 열전달 제1매체(온수)는 열교환 서브건조기(130)로 유입된 슬러지에 열을 공급한 후, 약 30 ~ 40℃로 냉각된 다음, 다시 제1열교환기(140)로 순환되어 가온된다. 즉, 열전달 제1매체(온수)는 제1사이클라인(L1)을 순환하면서 메인건조기(110)에 발생된 열에너지(예를 들어, 103℃의 스팀)의 열을 열교환 서브건조기(130)에 계속적으로 열교환을 통해 공급하여 슬러지가 건조(1차 건조)되게 한다.
따라서 본 발명에 따르면, 건조시스템 내로 유입된 슬러지는 열교환 서브건조기(130)에 의해 제1차 건조된 후, 후단에 설치된 메인건조기(110)로 공급되어 제2차 건조된다. 이때, 상기 열교환 서브건조기(130)에 공급되는 건조 열원은 상기한 바와 같이 메인건조기(110)에서 발생된 약 103℃의 스팀 및/또는 폐열(헌열 및 잠열)이 재활용된다.
상기 열교환 서브건조기(130)는, 그 구조에 있어 메인건조기(110)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 열교환 서브건조기(130)에는 내부에 디스크나 컨베이어와 같은 슬러지 이송장치(112)가 설치될 수 있다. 그리고 열교환 서브건 조기(130)는, 그 크기에 있어 메인건조기(110)와 같거나 작게 구성될 수 있다. 또한, 상기 열교환 서브건조기(130)는 본 발명의 건조시스템(건조설비) 내에 1개 설치되거나, 여러 가지 조작 조건(건조 처리량, 열전달 제1매체의 종류 및 온도 등) 등에 따라 2개 이상의 다수개가 직렬 또는 병렬로 설치될 수 있다. 도면에는 2개의 열교환 서브건조기(130)가 직렬로 설치된 모습을 예시하였다.
아울러, 상기 열교환 서브건조기(130) 및 메인건조기(110)는 1개의 하우징 내에 집합되어 설치될 수 있다. 이때, 이들 건조기(130)(110)들은 다단으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하우징의 하부에 메인건조기(110)가 설치되고, 상기 메인건조기(110)의 상부에 열교환 서브건조기(130)가 1개 또는 2개 이상 배열 설치될 수 있다. 또한 상기 열교환 서브건조기(130)가 메인건조기(110) 상부에 2개 이상배열, 설치된 경우, 이들은 상하로 다단 배열될 수 있다. 아울러, 상기 하우징에는 건조기(130)(110)와 함께 열공급수단(120) 및/또는 열교환기(140) 등이 내설될 수 있다.
바람직한 구현예에 따라서, 본 발명에 따른 건조시스템(건조설비)은 배가스 공급라인(LS); 열전달 제2매체에 열을 공급하는 제2열교환기(150); 및 상기 열전달 제2매체가 순환하는 제2사이클라인(L2)을 더 포함할 수 있다.
메인건조기(110)에 발생된 열에너지로서 약 103℃의 스팀의 경우에는 슬러지에 함유되어 있던 황 화합물 등의 악취 가스가 포함되어 있다. 이때, 상기 메인건조기(110)에 발생된 약 103℃의 스팀은 제1열교환기(140)를 통해 열전달 제1매체에 열을 빼앗기고 약 60℃로 냉각된다. 이와 같이 냉각된 상기 60℃의 스팀(악취 가스가 포함됨)을 본 발명에서는 '배가스'라 한다. 이러한 배가스는 공급라인(LS)을 통해 열공급수단(120), 즉 보일러(120)로 공급된다. 배가스 공급라인(LS)을 통과하는 배가스(약 60℃의 스팀)에는 상기한 바와 같이 황 화합물 등의 악취 가스가 포함되어 있는데, 상기 악취 가스는 보일러(120)에서 고온 산화되어 제거된다. 그리고 보일러(120)에서는 악취 가스가 제거된 약 250℃ 고온의 배기가스가 발생되는 데, 상기 고온의 배기가스는 가스 공급라인(Lg)을 통해 제2열교환기(150)에 공급된다. 이때, 제2열교환기(150)로 공급된 고온의 배기가스는 열전달 제2매체를 가온시키며, 상기 가온된 열전달 제2매체는 열교환 서브건조기(130)를 통과하는 슬러지에 열을 가하여 건조시킨다. 즉, 상기 제2사이클라인(L2)은 열전달 제2매체가 순환되도록 열교환 서브건조기(130)와 제2열교환기(150)에 연통되어 있다. 상기 열전달 제2매체는 온수나 공기 등의 유체가 될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 상기 열전달 제2매체로서 예를 들어 온수가 사용될 수 있는데, 이때 상기 열전달 제2매체(온수)는 제2열교환기(150)를 통해 보일러(120)에서 발생된 약 250℃의 고온 배기가스로부터 열을 빼앗아 약 60 ~ 100℃로 가온된 후, 열교환 서브건조기(130)로 유입된 슬러지에 열을 공급한 후, 약 30 ~ 40℃로 냉각된 다음, 다시 제2열교환기(150)로 순환되어 가온된다. 이때, 보일러(120)에 발생된 약 250℃의 고온 배기가스는 제2열교환기(150)를 통해 열전달 제2매체(온수)에게 열을 빼앗기고 약 60℃의 수증기로 응축된 후, 대기 중으로 방출 된다.
따라서 위와 같은 에너지 순환 구조에 따르면, 상기 열교환 서브건조기(130)에 공급되는 건조 열원이 메인건조기(110)에서 발생된 약 103℃의 스팀이 재활용됨과 동시에, 보일러(120)에 발생된 약 250℃의 고온 배기가스도 열교환 서브건조기(130)의 건조 열원으로 재활용되어 보다 효율적으로 폐열이 재활용된다.
또한, 본 발명에 건조시스템(건조설비)은 상기 메인건조기(110)에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기(160)를 더 포함할 수 있다. 이러한 냉각기(160)는 통상과 같은 열교환 구조를 가질 수 있으며, 메인건조기(110)에서 배출된 약 100℃의 슬러지를 약 40℃로 냉각되게 할 수 있다. 그리고 냉각기(160)로 공급되는 열매체(냉각매체)는 상온 또는 상온 이하의 물이나 공기 등의 유체가 될 수 있다.
이때, 본 발명에 건조시스템(건조설비)은, 바람직하게는 냉각기(160)를 포함하되, 냉각기(160)에서 가온된 열매체(냉각유체)를 상기 열교환 서브건조기(130)로 이송시키는 이송라인(LF)을 더 포함하는 것이 좋다. 상기 열매체(냉각유체) 이송라인(LF)은 열교환 서브건조기(130)와 냉각기(160)와 연통되어 있다. 예를 들어, 냉각기(160)에는 열매체(냉각유체)로서 약 20℃의 공기가 공급될 수 있는 데, 이때 상기 공기는 냉각기(160)에서의 열교환을 통해 메인건조기(110)에서 배출된 약 100℃의 슬러지로부터 열을 빼앗아 약 60℃로 가온될 수 있다. 그리고 상기 가온된 열매체(약 60℃의 공기)는 이송라인(LF)을 통해 열교환 서브건조기(130)로 공급되어 슬러지에 열을 공급하도록 하는 것이 좋다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 종래 냉각기(160)에서 가온되어 버려지고 있던, 고온의 열매체(냉각유체), 예를 들어 상기 약 60℃의 공기도 슬러지의 건조 열원으로 재활용된다. 이때, 상기 가온된 열매체(약 60℃의 공기)는 이송라인(LF)을 통해 열교환 서브건조기(130)로 공급되어, 열교환에 의해 약 35℃로 냉각되는 데, 이러한 약 35℃의 열매체(공기)는 흐름 라인(LP)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 약 35℃의 열매체(공기)는 흐름 라인(LP)을 통과한 다음 배가스 공급라인(LS)을 통해 보일러(120)로 공급될 수 있다. 아울러, 상기 약 35℃의 열매체(공기)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1열교환기(140)를 경유한 다음 보일러(120)로 공급되도록 설계될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 온수 생성라인(WL)을 더 포함하는 것이 좋다. 이러한 온수 생성라인(WL)은 상기 제1열교환기(140) 및/또는 제2열교환기(150)에 연결될 수 있다. 도 2에는 온수 생성라인(WL)이 상기 제1열교환기(140) 및 제2열교환기(150) 모두에 적용된 것을 예시하였다.
구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 상온수를 제1열교환기(140)에 공급하는 상온수 공급라인(WL11)과, 상기 제1열교환기(140)를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인(WL12)을 포함하는 온수 생성라인(WL)을 더 포함하는 것이 좋다. 이때, 상온수는 공급라인(WL11)을 통 해 상기 제1열교환기(140)로 유입되어, 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지(예를 들어, 약 103℃의 스팀)의 열을 빼앗아 약 60 ~ 100℃의 온수로 가온된 다음 유출라인(WL12)을 통해 배출된다. 상기 상온수는 상온(약 10 ~ 25℃) 상태의 수돗물이나 수처리 시설 내에서 처리된 처리수(방류수) 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 상온수를 제2열교환기(150)에 공급하는 상온수 공급라인(WL21)과, 상기 제2열교환기(150)를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인(WL22)을 포함하는 온수 생성라인(WL)을 더 포함하는 것이 좋다. 이때, 상온수는 공급라인(WL21)을 통해 상기 제2열교환기(150)로 유입되어, 약 250℃의 고온 배기가스의 열을 빼앗아 약 60 ~ 100℃의 온수로 가온된 다음 유출라인(WL22)을 통해 배출된다.
따라서 위와 같은 온수 생성라인(WL)가 더 설치된 경우, 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지(약 103℃의 스팀) 및/또는 보일러(120)로부터 배출된 약 250℃의 고온 배기가스가 온수의 생성 열원으로도 재활용된다. 이에 따라, 온수 생산에 따른 에너지가 절감되어 저비용으로 온수를 필요 시설에 공급할 수 있다. 이때, 상기 온수 생성라인(WL)을 통해 생성된 온수는, 즉 온수 유출라인(WL12)(WL22)을 통해 배출된 온수는 온수 필요 시설에 공급된다. 상기 온수 필요 시설은, 예를 들어 수영장, 목욕탕 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 상기 생성된 온수는 저장탱크에 수용된 다음, 인접하는 건물(일반주택, 아파트 등) 등 의 난방용 온수이나 세정용 온수 등으로 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제2실시예를 보인 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제3실시예를 보인 구성도이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예를 설명함에 있어서, 도 2(제1실시예)와 동일하게 사용되는 도면부호는 동일한 기능을 나타내므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고 제2실시예 및 제4실시예(도 3 및 도 4)에서의 특징적인 부분만 설명한다.
먼저, 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템은 상기 메인건조기(110)의 전단으로 유입되는 슬러지와, 상기 메인건조기(110)의 후단으로 배출되는 슬러지를 혼합하여, 상기 메인건조기(110)로 공급하는 슬러지 혼합기(180)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 슬러지 혼합기(180)는 열교환 서브건조기(130)에서 배출된 슬러지와, 상기 메인건조기(110)에서 배출된 슬러지를 반송시켜 혼합한 다음, 상기 메인건조기(110)로 공급한다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 슬러지 혼합기(180)는 혼합조(182); 상기 메인건조기(110)의 전단에 설치되어, 상기 열교환 서브건조기(130)로부터 배출되는 슬러지를 혼합조(182)로 유입시키는 유입라인(184); 및 상기 메인건조기(110)의 후단에 설치되어, 상기 메인건조기(110)로부터 배출되는 슬러지를 혼합조(182)로 반송시키는 분기라인(186)을 포함한다. 이때, 상기 유입라인(184)에는 열교환 서브건조기(130)로부터 배출되는 슬러지의 전부 또는 일부가 유입되게 할 수 있다. 상기 혼합조(182) 는 유입/반송된 슬러지를 혼합한 다음, 메인건조기(110)로 공급하며, 이러한 혼합조(182)에는 프로펠러형이나 스크류형 등의 교반수단(도시하지 않음)이 설치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 위와 같은 혼합기(180)가 설치된 경우 슬러지 건조 효율(슬러지 함수율 감소 등)을 증가시킬 수 있다. 이때, 건조 처리량과 슬러지 함수율에 따라 상기 분기라인(186)으로 반송되는 슬러지 반송량을 조절할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 냉각기(160)에서 가온된 열매체(예를 들어, 약 60℃의 공기)는 열매체 이송라인(LF)을 통하여 열교환 서브건조기(130)로 공급될 수 있는 데, 본 발명의 다른 구현예에 따라서 상기 열매체 이송라인(LF)은 제1이송라인(LF1)과 제2이송라인(LF2)을 포함할 수 있다. 상기 열매체 제1이송라인(LF1)은 냉각기(160)에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체(예를 들어, 약 60℃의 공기)를 상기 제2열교환기(150)로 공급한다. 이때, 제2열교환기(150)로 공급된 상기 열매체(약 60℃의 공기)는 열교환을 통해 보일러(120)로부터 배출된 약 250℃의 고온 배기가스의 열을 빼앗아 그 이상의 온도, 예를 들어 약 60 ~ 100℃의 온도로 승온될 수 있다. 또한, 상기 열매체 제2이송라인(LF2)은 상기 제2열교환기(150)를 통해 승온된 열매체(약 60 ~ 100℃의 공기)를 상기 열교환 서브건조기(130)로 이송시킨다. 이에 따라, 냉각기(160)에서 발생된 열매체는 제2열교환기(150)를 경유함에 의해 보다 더 높은 온도로 승온되어, 열교환 서브건조기(130)에 높은 온도의 건조 열원을 공급한다.
아울러, 도 3에 도시한 바와 같이, 슬러지 건조시스템에는 전술한 바와 같은 온수 생성라인(WL)이 더 설치될 수 있다. 도 3에는 제1열교환기(140) 및 제2열교환기(150) 모두에 온수 생성라인(WL)이 설치된 모습을 예시하였다.
한편, 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 건조시스템(건조설비)은 유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기(130); 상기 열교환 서브건조기(130)에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기(110); 상기 메인건조기(110)에 건조 열원을 공급하는 열공급수단(120); 및 상기 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지(스팀 및 폐열)를 상기 열교환 서브건조기(130)로 이송시키는 열매체(스팀) 이송라인(La)을 포함한다. 즉, 메인건조기(110)에 발생된 약 103℃의 스팀과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지는 열매체 이송라인(La)을 통해 열교환 서브건조기(130)로 공급된다. 이때, 상기 열에너지(약 103℃의 스팀 및 폐열)는 열교환을 통해 열교환 서브건조기(130)로 유입된 슬러지를 가열하여 건조시킨다.
또한, 열교환 서브건조기(130)에서 열을 빼앗겨 냉각된 스팀은, 배가스 공급라인(LS)을 통해 보일러(120)로 공급되어, 전술한 바와 같이 악취가 제거된 다음, 제2열교환기(150)를 통해 열전달 제2매체에 열을 전달한다. 그리고 열전달 제2매체는 제2사이클라인(L2)을 순환하면서 열교환을 통해 제2열교환기(150)에서 가온된 다음, 열교환 서브건조기(130)에 건조 열원을 공급하고 냉각된 다음, 다시 제2열교환기(150)로 순환되어 가온된다.
아울러, 전술한 바와 같이, 냉각기(160)에서 가온된 열매체(약 60℃의 공기) 는 이송라인(LF)을 통해 열교환 서브건조기(130)로 공급되어, 열교환에 의해 약 35℃로 냉각될 수 있다. 그리고 상기 냉각된 열매체(약 35℃의 공기)는 흐름 라인(LP)을 통하여 외부로 배출되거나, 배가스 공급라인(LS)을 통해 보일러(120)로 공급될 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 슬러지 건조시스템에는 전술한 바와 같은 슬러지 혼합기(180)가 더 설치될 수 있다. 즉, 상기 메인건조기(110)의 전단으로 유입되는 슬러지와 상기 메인건조기(110)의 후단으로 배출되는 슬러지를 혼합하여, 상기 메인건조기(110)로 공급하는 슬러지 혼합기(180)가 설치될 수 있다. 아울러, 상기 열매체 이송라인(LF)은 가온된 열매체(약 60℃의 공기)를 상기 제2열교환기(150)로 공급하는 제1이송라인(LF1); 및 상기 제2열교환기(150)를 통해 승온된 열매체(약 60 ~ 100℃의 공기)를 상기 열교환 서브건조기(130)로 이송시키는 제2이송라인(LF2)을 포함하여 구성될 수 있다. 아울러, 도 4에 도시한 바와 같이, 슬러지 건조시스템에는 전술한 바와 같은 온수 생성라인(WL)이 더 설치될 수 있다.
이상의 본 발명에 따르면, 건조시스템 내에서 버려지는 열에너지(스팀 및 폐열)가 효율적으로 회수된 다음, 건조의 열원으로 재활용된다. 즉, 전술한 바와 같이 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지로서의 약 103℃의 스팀이나 폐열(헌열 및 잠열); 보일러(120)에 발생된 약 250℃의 고온 배기가스; 및/또는 냉각기(160)에서 발생된 고온의 열매체(냉각유체)가 효율적으로 회수되어 슬러지의 건조 열원으로 재활용된다. 이에 따라, 슬러지 건조에 따른 비용을 절감할 수 있다.
또한, 열교환 서브건조기(130) 및 메인건조기(110)를 통한 적어도 2차에 걸친 건조가 연속적으로 진행되어 건조량이 증가되며, 재건조를 위한 반송을 하지 않아도 낮은 함수율로 슬러지를 건조시킬 수 있다. 예를 들어, 서울시에 소재한 중랑물재생센터의 경우, 1일 100톤의 슬러지를 건조시킬 수 있는 설비 2대가 설치되어, 1일 약 200톤의 슬러지를 건조시키고 있다. 이때, 본 발명에 따른 건조시스템이 도입된 경우, 효율적인 에너지 순환 구조에 의하여, 1일 300톤의 슬러지를 건조시킬 수 있는 시설로 증설될 수 있다. 아울러, 분기라인(186)에 의해 반송이 가능하도록 설계된 경우 슬러지 함수율을 낮출 수 있다.
이에 더하여, 본 발명에 따르면, 온수 생성라인(WL)에 의해 메인건조기(110)에서 발생된 열에너지(약 103℃의 스팀) 및/또는 보일러(120)로부터 배출된 약 250℃의 고온 배기가스가 온수의 생성 열원으로도 재활용되어, 온수 생산에 따른 에너지를 절감할 수 있으며, 저렴한 가격으로 온수를 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에서, 상기 제1열교환기(140) 및 제2열교환기(150)는 열매체에 의해 열전달이 가능한 것이면 사용 가능하며, 통상의 산업 분야에서 사용되는 열교환기를 종류에 관계없이 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 열교환기(140)(150)는 대류형, 물유동층형 및 이들이 복합된 다단계 열회수형 등을 사용할 수 있다. 상기 다단계 열회수형 열교환기로는, 일례로 대한민국 등록특허 제10-0500697호에 제시된 다단계 열회수형 물유동층 열교환기를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 건조시스템(건조설비)을 통하여 건조된 슬러지는 약 10중량% 이하의 함수율을 가질 수 있는데, 상기 건조된 슬러지는 매립될 수도 있으나, 녹생토, 시멘트 원료, 또는 연료 등으로 재이용될 수 있다. 이때, 건조시스템(건조설비)의 후단에는 제품 성형장치가 연계 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각기(160)의 후단에는 냉각된 건조 슬러지와 기타 재료(석탄이나 시멘트 등) 등을 혼합하기 위한 믹서기; 상기 믹서기에서 혼합된 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 성형하기 위한 성형기; 및 상기 성형기를 통해 성형된 제품을 건조기 등이 설치될 수 있다. 이에 따라, 건조시스템을 통해 건조된 슬러지는 제품 성형장치를 통해 녹생토나 연료로 사용될 수 있는 제품으로 가공될 수 있다.
또한, 본 발명에서 건조 대상이 되는 슬러지는 오/폐수 등의 수처리 시설에서 탈수 처리되어 발생된 오/폐수 슬러지는 물론 제지분야(종이 제조)에서 발생된 펄프 슬러지, 협잡물, 음식물쓰레기, 돈 분뇨 등을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 슬러지 건조시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제1실시예를 보인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제2실시예를 보인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 슬러지 건조시스템의 제3실시예를 보인 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 메인건조기 120 : 열공급수단
130 : 열교환 서브건조기 140,150 : 열교환기
160 : 냉각기 180 : 슬러지 혼합기
L1 : 제1사이클라인 L2 : 제2사이클라인
La : 열매체 이송라인 LS : 배가스 공급라인
LF :냉각유체 이송라인 WL : 온수 생성라인

Claims (13)

  1. 유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기;
    상기 열교환 서브건조기에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기;
    상기 메인건조기에 건조 열원을 공급하는 열공급수단;
    상기 메인건조기에서 발생된 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제1매체를 가온하는 제1열교환기; 및
    상기 열전달 제1매체가 열교환 서브건조기와 제1열교환기를 순환되도록 하는 제1사이클라인을 포함하는 슬러지 건조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열공급수단은 보일러이고,
    상기 제1열교환기를 통해 냉각된 스팀이 열공급수단(보일러)으로 공급되게 하는 공급라인;
    상기 열공급수단(보일러)에서 배출된 배기가스를 공급받아 열교환을 통해 열전달 제2매체를 가온하는 제2열교환기; 및
    상기 열전달 제2매체가 열교환 서브건조기와 제2열교환기를 순환되도록 하는 제2사이클라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인건조기의 전단으로 유입되는 슬러지와 상기 메인건조기의 후단으로 배출되는 슬러지를 혼합하여, 상기 메인건조기로 공급하는 슬러지 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메인건조기에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 냉각기에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 이송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 메인건조기에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체를 상기 제2열교환기로 공급하는 제1이송라인; 및
    상기 제2열교환기를 통해 승온된 열매체를 상기 열교환 서브건조기로 이송시 키는 제2이송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상온수를 상기 제1열교환기에 공급하는 상온수 공급라인과, 상기 제1열교환기를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인을 포함하는 온수 생성라인이 설치된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상온수를 상기 제2열교환기에 공급하는 상온수 공급라인과, 상기 제2열교환기를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인을 포함하는 온수 생성라인이 설치된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  8. 유입된 슬러지를 제1차 건조시키는 열교환 서브건조기;
    상기 열교환 서브건조기에서 배출된 슬러지를 제2차 건조시키는 메인건조기;
    상기 메인건조기에 건조 열원을 공급하는 열공급수단; 및
    상기 메인건조기에서 발생된 스팀(수증기)과 폐열(헌열 및 잠열)로부터 선택된 하나 이상의 열에너지를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 열매체 이송라인 을 포함하는 슬러지 건조시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열공급수단은 보일러이고,
    상기 열교환 서브건조기를 통과하여 냉각된 스팀을 열공급수단(보일러)으로 공급하는 공급라인;
    상기 열공급수단(보일러)에서 배출된 배기가스를 공급받아 열교환을 통해 열전달 매체를 가온하는 열교환기; 및
    상기 열전달 매체가 열교환 서브건조기와 열교환기로 순환되게 하는 사이클라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상온수를 상기 열교환기에 공급하는 상온수 공급라인과, 상기 열교환기를 통해 가온되어 생성된 온수가 배출되는 온수 유출라인을 포함하는 온수 생성라인이 설치된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 메인건조기의 전단으로 유입되는 슬러지와 상기 메인건조기의 후단으로 배출되는 슬러지를 혼합하여, 상기 메인건조기로 공급하는 슬러지 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 메인건조기에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 냉각기에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 이송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 메인건조기에서 배출된 슬러지를 열교환을 통해 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기에 공급되어 열교환을 통해 가온된 열매체를 상기 열교환기로 공급하는 제1이송라인; 및
    상기 열교환기를 통해 승온된 열매체를 상기 열교환 서브건조기로 이송시키는 제2이송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조시스템.
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