KR20100100137A - 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템 및 그 방법 - Google Patents

건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온의 열풍을 이용하여 산업폐기물이나 생활폐기물 등의 피건조물로부터 수분을 제거하여 건조하기 위한 열풍 건조 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 고온 열풍에 의한 열풍 건조기 내의 화염 발생 및 화염의 전파를 미연에 방지함과 동시에 건조효율은 그대로 유지할 수 있도록 개선된 열풍 건조 시스템 및 건조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 열풍 건조로를 이용하여 수분을 함유한 피건조물을 건조하기 위한 건조 시스템에 있어서, 고온의 열풍을 생성하기 위한 버너, 상기 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 이용하여 피건조물에서 수분을 제거하기 위한 열풍 건조기, 상기 열풍 건조기에서 배출되는 열풍 건조 배가스를 순환시키기 위한 순환 유인 송풍기 및 상기 순환 유인 송풍기에 의하여 유입되는 순환 건조 배가스와 상기 버너에서 생성되는 열풍을 혼합하여 상기 열풍 건조기에 공급하기 위한 열풍 혼합조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템 및 이를 이용한 건조방법에 관하여 개시한다.
버너, 열풍 공급관, 열풍 온도계, 회전식 열풍 건조기, 열풍 건조 배가스 토출관, 집진 장치, 싸이클론 장치, 건조 배가스 순환량 조절 밸브, 순환 유인 송풍기, 건조 배가스 순환관, 열풍 혼합조

Description

건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템 및 그 방법{Hot wind drying system and a drying method using a circulation of the waste gas}
본 발명은 고온 열풍에 의하여 피건조물의 수분을 제거하기 위한 열풍 건조 시스템 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 열풍 건조기에서 배출되는 건조 배가스의 일부와 혼합하여 열풍 건조기에 재 송급함으로써 버너의 연료 소모량이나 건조 효율의 손실없이 열풍 건조기 내의 고온 환경에 의한 발화 및 화염의 전파를 방지할 수 있도록 구성된 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템 및 이를 이용한 건조 방법에 관한 것이다.
현대의 인류는 물질적인 풍요를 누림과 동시에 그 부산물로 인한 다량의 배출 쓰레기로 인하여 몸살을 앓고 있다. 인간사회의 각 가정 및 산업 현장에서 매일 어마어마한 양의 폐기물들이 배출되고 있으며, 이중 일부는 재사용 및 재활용 되고 있으나, 여전히 많은 양의 쓰레기가 소각 및 매립 처리되고 있는 실정이다.
최근에는 이러한 각종 산업용 및 가정용 쓰레기를 활용하여 고형연료를 만들어 연료원으로 사용하고 있는데, 이처럼 폐기물을 활용하여 생산되는 고체연료를 RDF(Refuse Derived fuel)라고 한다. 폐기물에서 얻어지는 연료라는 뜻의 RDF는 폐기물에 함유된 수분, 금속류, 유리 등의 불연성 물질들을 건조, 파쇄, 선별 등의 공정을 거쳐 제거하고 가연성 물질만을 가공하여 만든 고체연료의 일종이다.
산업용 및 가정용 폐기물의 경우에는 통상적으로 많은 수분을 함유하기 때문에 이러한 RDF 제조 과정에서도 전처리 공정으로서 피건조물인 폐기물에서 수분을 제거하기 위한 건조공정을 거치게 된다. 산업계에서 각 종 제품의 생산 및 가공을 위하여 사용되는 건조로는 다양한 것이 개발되어 있으며, 그 중에서도 회전로식 열풍 건조기가 많이 사용되고 있다. 각종 폐기물로부터 RDF를 제조하는 공정에 있어서도 이러한 회전로식 열풍 건조기가 주로 사용되는데, 종이, 플라스틱 및 음식물 등 그 발화온도가 제각기 다른 여러 성분의 가연성 물질이 혼합된 생활폐기물 등의 피건조물을 건조할 경우에는 건조 열풍 온도를 적절하게 제어하지 않으면 건조로 내부에서 화재가 종종 발생하게 되는 문제가 있다. 즉, 버너에서 발생된 약 1,000℃ 이상의 고온 열풍이 건조로 내부로 계속 공급되면 필름, 플라스틱 등과 같이 발화온도가 낮은 가연성 물질은 쉽게 발화하며, 발화된 불씨는 종이와 같이 발화온도가 더 높은 가연성 물질에도 화재를 유발하게 되고 결국 건조로 내부 전체가 화염에 휩싸이게 되는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 사용되고 있는 종래의 기술로는 생성된 고온 열풍에 외부 공기를 혼합하여 온도를 낮추는 것과 피건조물과 고온 열풍이 직접 접 촉하지 않고 간접적으로 접촉하도록 하여 열전달이 되도록 하는 방법이 있다. 그런데, 전자의 공기 혼합법은 열풍 및 건조로 내의 산소 농도가 너무 높아져서 화재 발생시 화염의 전파가 매우 빠르게 진행한다는 문제점이 있으며, 후자의 간접 가열법은 열효율이 낮아 건조에 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다.
따라서, 건조로 내의 화염 발생 및 화염의 전파를 방지 및 차단함과 동시에 건조효율은 유지할 수 있는 새로운 건조 시스템 및 방법의 개발이 절실히 요청되었다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열풍 건조기에서 피건물을 건조한 후 배출되는 건조 배가스의 일부를 재순환시켜 버너에서 공급되는 열풍과 혼합함으로써 건조로 내의 온도가 발화 온도 이상이 되는 것을 방지하여 화염의 발생을 차단하고 건조로 내의 산소 공급을 차단하여 화염의 전파를 방지할 수 있는 안전하고 효율적인 열풍 건조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 열풍 건조 시스템을 이용한 안전하고 효율적인 열풍 건조방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제의 해결을 위하여 본 발명에서는, 열풍 건조로를 이용하여 수분을 함유한 피건조물을 건조하기 위한 건조 시스템에 있어서, 고온의 열풍을 생성하기 위한 버너, 상기 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 이용하여 피건조물에서 수분을 제거하기 위한 열풍 건조기, 상기 열풍 건조기에서 배출되는 열풍 건조 배가스를 순환시키기 위한 순환 유인 송풍기 및 상기 순환 유인 송풍기에 의하여 유입되는 순환 건조 배가스와 상기 버너에서 생성되는 열풍을 혼합하여 상기 열풍 건조기에 공급하기 위한 열풍 혼합조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 열풍 건조기에는 집진장치가 연결되며, 상기 집진장치와 상기 순환 유인 송풍기 사이에는 건조 배가스 순환량 조절 밸브가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 열풍 혼합조와 상기 열풍 건조기를 연결하는 열풍 공급관에는 열풍 온도계가 마련되어 측정 온도에 따라 건조 배가스 순환량 조절 밸브가 작동하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 이용하여 회전식 열풍 건조기 내로 투입되는 피건조물의 수분을 제거하여 건조하기 위한 건조 방법에 있어서, 회전식 열풍 건조기에서 배출되는 건조 배가스의 일부를 상기 회전식 열풍 건조기에 연결되는 건조 배가스 순환량 조절 밸브 및 순환 유인 송풍기에 의하여 회수한 다음 버너로부터 공급되는 고온의 열풍과 열풍 혼합조에서 혼합하여 상기 회전식 열풍 건조기에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 방법이 아울러 제공된다.
여기서, 상기 건조 배가스 순환량 조절 밸브는 상기 열풍 혼합조와 상기 회전식 열풍 건조기 사이의 관로 상에 설치되는 열풍 온도계에 의하여 측정되는 온도 수치에 따라 개폐를 조정함으로써 순환되는 건조 배가스의 양을 조절하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 열풍 건조기 내에 공급되는 열풍의 온도는 낮추고 건조기 내의 산소 공급은 차단하게 되므로 건조기 내부에서 발화점이 낮은 물질로 인한 화염의 발생을 차단할 수 있으며, 이로 인한 화염의 전파를 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 위와 같은 효과는 버너의 연료 소모율이나 건조시간의 증가 및 건조 효율의 감소를 수반하지 않고서도 수행될 수 있으므로 환경 친화적이며, 에너지 효율의 측면에서도 매우 탁월하다고 할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 그 원리에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템을 나타낸 장치 구성도이다.
본 발명의 열풍 건조 시스템(100)은 기본적으로 열풍을 생성하기 위한 버너(110), 열풍과 순환되는 건조 배가스를 혼합하기 위한 열풍 혼합조(111), 회전식 열풍 건조기(120), 집진장치(130), 건조 배가스 순환량 조절 밸브(115) 및 순환 유인 송풍기(116)를 포함하여 구성된다.
상기 버너(110)는 오일버너 또는 가스버너일 수 있으며, 버너에서 연료를 연소함으로써 고온의 열풍을 생성한다. 이러한 건조 열풍은 일단 피건조물에서 증발시킬 수분량이 주어지면 열정산 계산에 의하여 건조에 소요되는 에너지가 정해지고 그에 따른 오일 또는 가스의 공급량이 결정된다.
상기 열풍 혼합조(111)는 버너(110)에서 공급되는 약 1,000 ℃ 이상의 고온 열풍과 회전식 열풍 건조기(120)에서 배출되어 순환하는 건조 배가스가 혼합되는 곳으로서 열풍 공급관(113)에 의하여 회전식 열풍 건조기(120)에 연결된다. 상기 열풍 공급관로 상에는 회전식 열풍 건조기(120)에 공급되는 고온 열풍의 온도를 계측하기 위한 열풍 온도계(113)가 설치된다.
상기 회전식 열풍 건조기(120)는 투입된 폐기물 등의 피건조물을 공급받아 회전함으로써 피건조물이 건조 열풍과 접촉이 잘 일어나도록 비산시키고 동시에 배출구 방향으로 이동시키게 된다. 여기서는 상기 회전식 열풍 건조기(120)가 본 발명의 구성의 일 예로 제시되었으나, 다른 타입의 건조기로서 고온의 열풍을 사용하여 피건조물의 수분을 제거하는 형태의 건조기라면 그 형태에 관계없이 본 발명의 열풍 건조기로서 채택할 수 있을 것이다. 미설명 부호 122는 건조물 배출구를 나타내고, 123은 열풍 건조 배가스 토출관을 나타낸다.
상기 집진장치(130)는 싸이클론 등의 집진기로서 열풍 건조기(120)를 거치면서 폐기물 등의 피건물로부터 발생한 분진 등을 포함하는 건조 배가스를 필터링 하여 정화하기 위한 것이다. 즉, 건조 과정에서 발생하여 건조 배가스 속에 포함된 분진 등은 상기 싸이클론 등의 집진장치(130)에서 포집함으로써 제거된다. 미설명부호 131은 정화 건조 배가스 토출관을 나타낸다.
상기 순환 유인 송풍기(116)는 상기 집진장치(130)를 거친 건조 배가스가 대기로 배출되기 전에 그 일부를 추출하여 재순환하기 위한 것으로서 건조 배가스 순환로(114)를 통하여 열풍 혼합조(111)에 연결된다.
상기 건조 배가스 순환량 조절밸브(115)는 집진장치(130)와 순환 유인 송풍 기(116) 사이에 마련되어 순환되는 건조 배가스의 양을 조절하기 위한 것이다.
이상의 구성을 가지는 본 발명의 열풍 건조 시스템(100)의 작동을 공정 순서에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 고온 열풍 공급용 버너(110)는 피건조물의 최초 함수율, 투입량 및 목표 건조율에 따라서 열역학적으로 산출된 에너지만큼의 고온 열풍을 생성한다. 피건조물 투입 호퍼(121)에서는 일정량의 고함수 피건조물이 열풍 건조기(120)로 투입된다. 건조기 본체는 회전을 함으로써 피건조물이 건조 열풍과 접촉이 잘 일어나도록 비산을 시키고 동시에 배출구 방향으로 이동시킨다. 이후 건조물 배출구(122)로 건조된 피건조물이 배출되어 다음 공정으로 이동된다. 열풍 건조 배가스 토출관(123)으로는 열풍 건조기(120)로부터 건조 배가스가 토출되는데 여기에는 건조 과정에서 발생한 증기상태의 수분이 혼합되어 있으며, 약 100℃ 이상의 온도로 토출된다. 이러한 건조 배가스는 집진장치(130)로 공급되어 건조과정에서 발생한 분진이 포집되어 제거된다. 포집된 분진은 포집 분진 배출구(132)를 통하여 외부로 배출된다. 분진이 제거되고 난 후의 건조 배가스는 정화 건조 배가스 토출관(131)을 거쳐 일부는 열풍 혼합조(111) 쪽으로 순환되고 나머지는 건조 배가스 배출관(142)을 거쳐 배출 유인 송풍기(141)에 의하여 굴뚝(140)을 통하여 대기중에 배출된다. 건조 배가스 순환량 조절 밸브(115,유량 조절 댐퍼)는 열풍 혼합조(111) 쪽으로 유인되는 건조 배가스의 순환량을 조절하기 위한 것으로서 열풍 온도계(113)에 연계되어 측정된 온도 수치에 따라 밸브의 개폐 정도를 조절함으로써 순환량을 조절하게 된다. 즉, 측정된 열풍의 온도가 목표온도 보다 높으면 건조 배가스 순환량 조절밸브(115)가 자동으로 많이 열리고, 목표온도보다 낮으면 자동으로 적절한 수준으로 잠기게 되는 것이다. 이러한 열풍 온도계(113)와 건조 배가스 순환량 조절밸브(115)의 연계 작동은 각각에 연결되는 제어부(미도시)에 의하여 적절하게 수행될 수 있다. 건조 배가스 순환량 조절밸브(115)를 거친 건조 배가스는 최종적으로 순환 유인 송풍기(116)에 의하여 열풍 혼합조(111)로 이송되어 버너(110)로 부터 생성되어 공급되는 고온의 열풍과 혼합된다.
전술한 것처럼, 버너(110)에서 생성되는 열풍은 1,000 ℃ 이상의 고온이므로 건조로 내의 화재를 예방하기 위하여 열풍의 온도를 낮추어 줄 필요가 있는데, 온도를 낮추는 가장 쉬운 방법은 고온 열풍에 외부 공기를 혼합시키는 것이다. 그러나, 공기는 산소 농도가 높아서 일단 화재가 발생하면 화염이 확산되기 쉽다는 단점이 있다. 그러므로, 화재를 예방하기 위해서는 산소 농도가 낮은 온도조절매체를 혼합하는 것이 바람직한데 열풍 건조기(120)에서 배출되는 건조 배가스가 이와 같은 좋은 조건을 가지고 있다. 건조 배가스는 버너(110)에서 생성된 고온 열풍과 피건조물에서 증발한 수증기가 혼합된 상태로서 산소 농도가 5% 이하로 매우 낮다. 그리고 건조 배가스는 1 기압 정도의 포화증기 상태이므로 온도가 약 100 ℃ 정도이다. 이러한 건조 배가스의 일부를 열풍 건조기(120)의 입구쪽으로 순환시켜서 버너(110)에서 생성된 고온의 열풍과 혼합시키면 혼합된 열풍은 온도가 낮아지게 된다. 이때 건조 배가스의 순환량이 많아지면 혼합 열풍의 온도는 낮아지고 반대로 순환량이 적어지면 혼합 열풍의 온도는 높아진다. 한편, 순환 건조 배가스의 혼합 에 의해서 건조기 유입 열풍의 온도가 낮아져도 버너(110)에는 건조 열정산에 의하여 산출된 양만큼의 연료가 일정하게 계속 공급되고 있으므로 건조에 필요한 정미에너지는 건조기 내부로 계속 공급되고 있는 것이다.
아래의 표 1 은 함수율이 50%인 생활 폐기물을 시간당 5톤씩 투입하면서 함수율 10%로 건조하는 생활 폐기물 고형연료(RDF) 제조 공정에서 건조 배가스 순환량에 따른 건조 열풍의 온도와 수분율을 계산한 예시이다. 이때 버너(110)에는 저위 발열량이 10,946 Kcal/kg이고, 비중이 0.85인 경유가 시간당 177리터로 공급되는 것으로 하여 계산되었다.
표 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9

순환율(%)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

건조로 열풍 온도(℃)

1,569

1,266

1,038

826

672

532

415

305

210

건조로 열풍수분율(%)
(kg수분/kg건조공기)

0.148

0.214

0.275

0.332

0.381

0.429

0.473

0.515

0.554
상기 표 1에 나타난 바와 같이 건조 배가스 순환량 조절밸브에 의하여 건조 배가스의 순활율을 조절함으로써 건조로 열풍의 온도를 효율적으로 낯출 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 구성 및 원리는 다른 제품의 생산 및 다른 형태의 건조 시스템에도 동일하게 적용할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상으로부터 파악되는 권리범위가 전술한 실시예에만 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템을 나타낸 장치 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 열풍 건조 시스템 110: 버너
111: 열풍 혼합조 112: 열풍 공급관
113: 열풍 온도계 114: 건조 배가스 순환관
115: 건조 배가스 순환량 조절 밸브
116: 순환 유인 송풍기 120: 회전식 열풍 건조기
130: 집진장치 131: 건조 배가스 토출관
142: 건조 배가스 배출관

Claims (5)

  1. 열풍 건조로를 이용하여 수분을 함유한 피건조물을 건조하기 위한 건조 시스템에 있어서,
    고온의 열풍을 생성하기 위한 버너;
    상기 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 이용하여 피건조물에서 수분을 제거하기 위한 열풍 건조기;
    상기 열풍 건조기에서 배출되는 열풍 건조 배가스를 순환시키기 위한 순환 유인 송풍기; 및
    상기 순환 유인 송풍기에 의하여 유입되는 순환 건조 배가스와 상기 버너에서 생성되는 열풍을 혼합하여 상기 열풍 건조기에 공급하기 위한 열풍 혼합조
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열풍 건조기에는 집진장치가 연결되며, 상기 집진장치와 상기 순환 유인 송풍기 사이에는 건조 배가스 순환량 조절 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열풍 혼합조와 상기 열풍 건조기를 연결하는 열풍 공급관에는 열풍 온도계가 마련되어 측정 온도에 따라 건조 배가스 순환량 조절 밸브가 작동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 시스템.
  4. 버너에서 생성되는 고온의 열풍을 이용하여 회전식 열풍 건조기 내로 투입되는 피건조물의 수분을 제거하여 건조하기 위한 건조 방법에 있어서,
    회전식 열풍 건조기에서 배출되는 건조 배가스의 일부를 상기 회전식 열풍 건조기에 연결되는 건조 배가스 순환량 조절 밸브 및 순환 유인 송풍기에 의하여 회수한 다음 버너로부터 공급되는 고온의 열풍과 열풍 혼합조에서 혼합하여 상기 회전식 열풍 건조기에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 건조 배가스 순환량 조절 밸브는 상기 열풍 혼합조와 상기 회전식 열풍 건조기 사이의 관로 상에 설치되는 열풍 온도계에 의하여 측정되는 온도 수치에 따라 개폐를 조정함으로써 순환되는 건조 배가스의 양을 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 건조 배가스 부분 순환 혼합식 열풍 건조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104848674A (zh) * 2015-05-18 2015-08-19 上海褐美能源科技有限公司 煤矿低浓度瓦斯氧化制取高温热风及煤泥干燥工艺
CN111536772A (zh) * 2020-05-18 2020-08-14 中国石油化工股份有限公司 一种半循环式分子筛闪蒸-焙烧一体化干燥系统及工艺
CN115682656A (zh) * 2022-10-27 2023-02-03 扬州斯科迪冶金设备有限公司 一种硅、铬、锰合金料联合烘烤下料装置

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