KR20110054096A - 열기류순환 감압건조 방법 및 장치 - Google Patents

열기류순환 감압건조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식폐기물, 하수, 오수, 폐수 슬러지, 농,수, 축산 폐기물, 가축 분뇨 등을 건조처리를 행하여 보다 환경적이고도 경제적으로 부패성 유기물을 열기류순환 감압건조방식에 의한 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 건조기에 투입된 부패성 폐기물의 가열 교반 중 발생되는 고온다습한 내부기류를 연소기에서 발생되는 연소 열기류와 혼합하여 열분해 및 냉각하면서 건조열원으로 사용하고 함유된 수분은 냉각응축으로 응축수 형태로 배출하고 나머지 분리된 저온저습한 열기류(내부기류)를 연소기로 복귀과정을 반복 수행하는 열기류순환 과정과 건조처리 과정에서 외부공기 투입 또는 내부기류순환 없이 감압증류 건조시키는 방식으로 외부오염문제의 해결, 소요되는 처리비용의 절감, 농축 감량화된 고체연료 및 사료, 퇴비생산이 가능하다.
감압건조

Description

열기류순환 감압건조 방법 및 장치{The Method and device of The Convention decompression circulation dryer}
본 발명은 함수율이 높은 부패성폐기물 즉 음식폐기물, 하수, 오수, 폐수 슬러지, 농, 수, 축산 폐기물, 가축 분뇨 등을 건조하는 방법 및 장치에 관한것이다.
본 발명에 의하면, 밀폐처리된 건조실 내부에 교반기가 설치되고, 간접가열로가열 할수있는 열기류자켓이 설치된 밀폐건조기내에 부패성폐기물을 투입하여 버너에 의한 폐열 연소기를 통해 연소된 폐열로 건조기의 열기류 자켓을 가열하되 투입된 부패성폐기물의 가열 교반 중 생성되는 고온다습한 내부기류를 연소된 폐열기류와 혼합하여 간접 건조열원으로 사용한후 냉각분리기로 유입하여 함유된 수분은 응축과정으로 응축수 형태로 배출하고 나머지 가벼운 저수분 열기류(내부기류)기체는 연소기로 유입하여 연소공기 및 열원으로 재연소를 반복 수행하는 배기가스 열기류순환과정과 건조처리 과정에서 외부공기 투입 또는 내부기류 순환없이 발생되는 고온다습한 내부기류를 압입송풍기로 유입하여 감압증류 건조시키는 감압건조 방식의 적용으로 압입송풍기에 의하여 유인되는 고온다습한 내부기류를 연소된 폐열기류로 혼합 가열함으로서 고온다습한 내부기류는 열분해되는 반면 연소된 폐열기류는 수분함유의 고온다습한 내부기류에 의해 냉각 정화되어 발생되는 응축수 및 배기가스가 처리되어 외부오염문제의 해결, 소요되는 처리비용의 절감, 농축 감량화된 고형연료 및 사료, 퇴비생산이 가능하다.
일반적으로 종래에 있어서는 각종 형태의 다양한 부패성 폐기물을 처리하기 위하여 사용되는 방식은 소각 및 매립하는 방식, 폐수처리하는 방식, 발효 건조처리하는 방식과 열풍건조 시키는 방식이 주종을 이루고 있다. 그중 소각 및 매립하는 방식은 소각, 매립장의 주변을 오염시키거나 침출수나 악취 등의 발생으로 인하여 극히 제한적으로 허용되고 있는 실정이므로 부패성폐기물을 처리하는 근본적인 해결책이 되지 못하고 있으며 ,수처리하는 방식은 시설비 및 처리비의 과다와 부산물인 탈수케익이 발생하여 2차 환경오염원을 발생시키며,
또한, 발효 처리하는 방식으로서 퇴비로 활용하는 방식은 퇴비로 활용할 수 있도록 하는 데엔 많은 시간과 노력이 요하고 발효 건조처리하는 과정에서 유해한 가스나 악취의 발생이 심하여 외부오염문제가 해결되기 어렵고, 특히 이러한 발효 건조처리는 함수율이 높아 부형제(수분조절제)의 혼합으로 제한성이 있다는 단점이 있다.
또한 건조시키는 처리방식으로서는 열풍건조, 부상식 공기투입건조, 로타리 킬론식 건조, 마이크론 분사식 건조 등이 있으나, 이들 모두 외부 공기를 혼합하여 내부로 투입하고 내부 기류의 배기가스가 차지하는 비중이 높아 배기가스에 대한 처리가 곤란하여 배기오염을 확산시키고, 처리과정 중에 직접 외부 배기에 의하여 연료손실이 많아 연료비용이 많이 소요되어 비경제적이며, 악취의 오염물질은 주변 환경을 오염시키게 되어 혐오시설로 인식되는 문제점이 있다.
최신 국내특허 제10-0724686호의 “밀폐 순환 건조장치”가 제공되어 악취문제와 연료비 문제는 어느정도 해결 되었으나 밀폐순환으로 인한 기류가압으로 당화발효 건조가 일어나 점질물(끈기)의 발생으로 건조효율을 저하시키고, 부패성폐기물의 종류에 따라 제안되어 있으며, 특히 폐쇄회로(내부순환)를 통하여 응축시킨 응축수가 오염물질(COD)의 다량함류로 2차 환경오염원의 문제점이 있고, 장치의 복잡성이 있다.
또한 최근에는 이와 같은 문제점을 어느 정도 해소하기 위한 목적으로 미국특허 제7,022,293호와 같이 각종 폐기물을 무산소 내지 저산소 열분해에 의하여 탄화시키는 기술이 알려져 있으나, 이 경우에는 내열 혼합에 의한 연소방식을 채택하는 관계로 저발열로 유해한 배기가스가 많이 발생하게 되고 저농도의 건류가스가 발생하여 연소율의 저하로 연료손실이 많게 되어 연료손실이 많고, 고온 열분해로 장치의 수명을 단축시키게 되고 내부에서 발생되는 건류가스가 자체 연소하기 어려운 저발열량을 가지고 있고 다량의 외부공기와 혼합하여 연소가 이루어지기 때문에 유해한 연소가스의 배출이 많게 되어 대기오염의 문제가 발생하고 건조중 외부배기로 인하여 열회수가 곤란하게 되어 연료손실이 크고 연료비가 많이 소요되게 되어 경제성이 낮아 실용화되지 못하고 있다.
본 발명은 전술한 내용과 같이 배경기술의 문제점을 해소하기 위하여 다음 과 같은 목적을 가지고 연구 개발이 이루어졌다.
본 발명의 주목적은 부패성 폐기물을 밀폐처리된 건조기내에서 감압건조 처리과정을 수행하고 건조처리된 부패성 폐기물은 고형연료 및 사료, 퇴비를 생산하며 상기 건조처리과정에서 발생되는 고온다습한 내부기류와 상기 연소처리과정에서 발생되는 연소기류(열기류)의 이용으로 건조기에서 가열 처리과정을 수행하여 상기 건조 처리과정에서 요구되는 가열원으로 활용할 수 있도록 하고 온도를 하강시켜 장치의 수명연장 및 수분함유로 인한 열전달 효과를 향상 시키는 반면 건조중 화재를 예방하고 건조효율을 높이고자 함에있다.
본 발명의 다른 목적은 건조처리과정에서 발생한 악취기류와 연소기류에서 발생한 산화탄소의 이용으로 열분해 및 냉각처리과정을 수행하여 정화 분리된 배기가스를 열원으로 활용할 수 있도록 하고 열분해된 응축수를 발생시켜 외부오염문제를 해결하고 처리시에 소요되는 연료비용을 절감할 수 있도록 하고자 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 감압건조를 유도하여 가압에 의한 당화건조(점질물)을 저감하여 기계적 효율을 높이고 부패성 폐기물의 종류에 관계없이 농축 건조처리를 향상 시켜서 부패성 폐기물의 용량에 비하여 그 체적을 크게 감량화할 수 있도록 하고자 함에 있다.
본 발명은 이와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 버너에서 건조열원 연료를 분사하여 연소되는 연소기류로 간접 건조열원으로 사용하되 건조기에 투입된 부패성 폐기물이 가열 및 교반이 이루어져 발생되는 고온다습한 내부기류를 압입하여 감압을 시키고 압입배출되는 고온다습한 내부기류를 혼용하여 건조열원으로 사용하고 배기되어 나오는 잔여 열기류와 열교환으로 냉각되어 나오는 응축수를 다시 냉각응축 분리하여 응축수는 기외로 배출하고 나머지 분리된 저온 저습한 열기류는 연소기로 유입하여 재연소 하고 재연소 되는 열기류와 다시 건조기에서 발생되는 고온다습한 내부기류와 혼용하여 건조열원으로 복귀과정을 반복 수행하는 배기가스 열기류순환과정과 건조처리 과정에서 외부공기 투입없이 또는 내부기류 순환없이 발생되는 고온다습한 내부기류를 압입 하여 감압증류 건조시켜 건조된 처리물을 배출하여 고형연료 또는 사료 및 퇴비로 활용할 수 있는 열기류순환 감압건조 방법을 제공함을 특징으로 한다,
또한, 상기 열기류순환 감압건조 방식에 의한 부패성폐기물의 처리방법을 수행하기 위한 구체적인 장치로서, 건조처리를 하기 위한 건조기(100)내에 부패성폐기물을 투입하여 가열 교반으로 발생되는 고온다습한 내부기류를 건조기(100)내의 투입구(101)를 통하여 기류압입라인(108)으로 압입시키는 기류압입송풍기(109)와 기류압입송풍기(109)에 의해서 기류유도라인(110)을 통하여 분리시켜 유입시킬수 있는 원통형 내부기류유입자켓(402)이 있고 내부기류유입자켓(402)의 내부측은 다시 원통형 연소기류유입자켓(401)이 부착되어 있으며 외부측에는 원통형 열기류수냉자켓(403)이 부착되어 있고 열기류수냉자켓(403)은 증류보조라인(404)과 연계되고 증 류보조라인(404)은 배가스유도라인(506)에 연계시킨 3중관으로된 열분리유도기(400)와 또한 열분리유도기(400)내의 연소기류유입자켓(401)과 연계된 연소기(300)와 다시 연소기(300)와 연계되고 버너(201)가 부착되며 배가스유입자켓(202)으로 원통 이중관으로된 연소유도기(200)로 이루어진다.
다른한편 열분리유도기(400)는 또다시 내부기류유입자켓(402)과 연소기류유입자켓(401)이 같이 건조기(100)내의 가열관(106)을 통하여 가열공간(107)과 연계되고 다시 수냉자켓(502)으로 이중관을 형성한 냉각분리기(500) 내의 냉각자켓(501)과 연통되고 냉각자켓(501)은 하부에 드레인(507)이 설치되고 상부에는 연돌(503)이 부착되어 연계하고 연돌(503)은 배가스압입라인(504)과 연계하여 배가스압입송풍기(505)와 연통하고 배가스압입송풍기(505)는 배가스유도라인(506)을 통하여 연소유도기(200) 내의 배가스유입자켓(202)로 연계한 폐쇄회로식의 열기류순환 감압건조 장치를 제공함을 특징으로한다.
본 발명은 함수율이 높은 부패성폐기물을 건조처리하는데 있어서 감압 건조방식을 적용하여 건조과정에서 발생하는 고온다습한 내부기류를 연소기에서 발생하는 연소기류로 열분해 하는 반면 연소기류는 수분이 함유된 고온다습한 내부기류로 냉각 정화하여 열분해된 응축수만 배출하고 냉각 정화된 잔류 열기류는 열원 및 연소공기로 재활용하여 건조에 소요되는 연료비를 절감시키며 연소 열기류와 고온다습한 내부기류의 혼용으로 간접 건조열원에 사용되어 별도 열교환기 및 응축장치의 복잡성을 배제하고 수분함유의 열기류에 의한 열전달효과를 극대화 할수있으며 온 도의 하강으로 장치의 수명연장 및 화재예방의 효과가 있는 등 감압건조로 건조효율을 향상시켜 부패성폐기물 종류에 제안받지않고 농축 감량화된 고체연료 및 사료, 퇴비생산이 가능하다
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다
도 1은 본 발명에 따른 열기류순환 감압건조기에 적용된 전체 구성도의 종단면도 이고 도2 ~ 도5는 도1의 주요부분을 발취한 각각의 모양을 나타낸 횡단면도이다
도시한 바와 같이 열기류순환 감압건조기는 투입구(101)와 배출구(미도시)가 설치되고 건조공간(102)이 형성되었으며 건조공간(102) 하부에 교반날개(104)와 체인기어(105)가 부착된 교반축(103)이 형성되며 그주위에 분리된 가열공간(107)을 갖은 가열관(106)이 내장된 건조기의 투입구(101)을 통하여 함수율이 높은 부패성폐기물을 투입하고 폐쇄한 다음 버너(201)에 연료를 주입하여 착화시키면 연소유도기(200)의 중앙부 통로(미도시)로 연료배기구(203)을 통하여 연소기(300)내의 연소공간(301)에서 연소되어 연소기류는 열분리유도기(400)내의 연소기류유입자켓(401)으로 유입되고 가열관(106)내의 가열공간(107)으로 유입되어 건조기(100)내의 가열관(106)을 가열시켜 열교환된 다음 잔여 열기류는 냉각분리기(500)내의 냉각자켓(501)으로 유입되고 잔류수냉자켓(502)에 의해 냉각분리되어 응축된 응축수는 드레인(507)을 통하여 외부로 배출되고 가벼운 열기류는 냉각분리기(500)내부 상단의 연돌(503)로 유입되어 배가스압입라인(504)을 통하여 가스압입송풍기(505)에 의해 서 배가스유도라인(506)으로 유인되고 배가스유입자켓(202)으로 유입되어 역류를 방지하고 버너(201)에서 착화하는 연소열과 같이 연소기(300)내의 연소공간(301)에서 연소되어 연소배기구(302)를 통해 열분리유도기(400)내의 열기류유입자켓(401)로 유입된다. 한편 폐쇄된 건조기(100)내부에는 열공급 가열 교반으로 부패성폐기물이 증류되어 투입구(101)공간에 모아져 기류압입라인(108)을 거처 기류압입송풍기(109)에 의해서 기류유도라인(110)으로 유인되고 열분리유도기(400)내의 내부기류유입자켓(402)으로 유입되어 또한 역류를 방지하고 연소기류유입자켓(401)으로 유입되어 연소 열기류와 함께 열기류배기구(505)를 통해 가열관(106)내의 가열공간(107)으로 유입되며 연소기(300)내 고온의 연소 열기류와 건조기(100)내의 고온다습한 내부기류와 혼용되어 고온의 연소 열기류를 만나 악취 및 유해성분이 열분해 되는 반면에 고온의 연소 열기류는 고온다습한 내부기류의 수분에 의하여 유해가스가 분해 정화되고 온도를 하강시켜 장치의 열부식으로부터 보호되고 열전달 효과를 극대화 시켜주며 열교환된 잔류 열기류는 일부 응축된 응축수와 함께 잔류배기구(111)를 통해 냉각분리기(500)내의 냉각자켓(501)으로 유입되어 잔류수냉자켓(502)에 의해 다시 응축분리되고 무거운 응축수는 하부의 드레인(507)을 통하여 외부로 배출시켜 저온저습한 가벼운 기체의 배가스는 상부의 연돌(503)을 통하고 가스압입라인(504)을 통해서 가스압입송풍기(505)에 의하여 배가스유도라인(506)을 통해 연소유도기(200)내의 배가스유입자켓(202)으로 유입되어 또다시 역류를 방지하면서 연소기(300)내의 연소공간(301)에서 재연소가 이루어져 열원을 보충하는 재순환과정으로 건조기(100)에 소요되는 열원으로 이용함으러서 외부 연료비를 절감 시키고 배가스를 소멸하고 응축수가 정화되어 환경공해 없이 .열기류순환 감압건조 방법 및 장치가 제공된다.
미설명부호 열분리유도기(400)내의 수냉자켓(403)의 역활은 부패성폐기물이 건조처리되는 과정에서 건조가 거의 이루어지면 수분이 적어 자연이 온도가 높아지게 되면 증류 발생으로 증류보조관(404)을 통해 내부기류유입자켓(402)으로 유입되어 열분리유도기(400) 및 가열관(106)의 과열을 방지하는데 있으며, 화살표는 열기류 흐름되이다.
본 발명은 부패성 폐기물 직매립 및 해양투기 금지 법안에 따른 육상처리 위주로 대처 할수 있는 방안으로 제공 될수 있으며, 생산업체 즉 식품 및 제지공장
등에서 산업폐기물로 발생하는 부패성 부산물을 처리할수 있도록하여 환경오염을 배제 할수 있으며 건조처리된 물질을 고형 연료 또는 퇴비.사료로 활용 할수 있는 가능성으로 폐자원 재활용 이용에 이바지 할수 있다.
도 1은 본 발명의 예시한 개념에 따라 단계적으로 장치를 나타낸 종단면도,
도 2는 도 1에 예시한 주요 부분의 장치를 나타낸 횡단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 건조기, 101: 투입구 102: 건조공간, 103: 교반축, 104: 교반날개 105: 체인기어, 106: 가열관, 107: 가열공간, 108: 기류압입라인, 109: 기류압입송풍기, 110: 기류유도라인, 111: 잔류배기구, 200: 연소유도기, 201: 버너, 202: 배가스유입자켓, 203: 연료배기구, 300: 연소기, 301: 연소공간,
302: 연소배기구, 400: 열분리유도기,
401: 연소기류유입자켓 402: 내부기류유입자켓,
403: 기류수냉자켓, 404: 증류보조관,
405: 열기류배기구, 500: 냉각분리기,
501: 냉각자켓, 502: 잔류수냉자켓,
503: 연돌, 504: 배가스압입라인,
505: 가스압입송풍기 , 506: 배가스유도라인,
507: 드레인,

Claims (2)

  1. 버너에서 건조열원 연료를 분사하여 연소되는 연소기류로 간접 건조열원으로 사용하되 건조기에 투입된 부패성 폐기물이 가열 및 교반이 이루어져 발생되는 고온다습한 내부기류를 압입하여 감압을 시키고 압입배출되는 고온다습한 내부기류를 혼용하여 건조열원으로 사용하고 열교환으로 배기되어 나오는 잔여 열기류와 응축되어 나오는 응축수를 다시 냉각응축 분리하여 응축수는 기외로 배출하고 나머지 분리된 저온 저습한 열기류는 연소기로 유입하여 재연소 하고 재연소 되는 열기류와 다시 감압되어 발생되는 고온다습한 내부기류와 혼용하여 건조열원으로 복귀과정을 반복 수행하는 배기가스 열기류순환과정과 건조처리 과정에서 외부공기 투입없이 또는 내부기류 순환없이 발생되는 고온다습한 내부기류를 압입 하여 감압증류 건조시켜 건조된 처리물을 배출하여 고형연료 또는 사료 및 퇴비로 활용할 수 있는 열기류순환 감압건조 방법
  2. 밀폐된 용기에 투입구(101)와 배출구(미도시)가 부착되고 그내부 상단에는 건조공간(102)이 형성되며 하단에는 교반축(103)에 교반날개(104)와 체인기어(105)가 부착된 교반기가 설치되고 그주위에는 가열관(106)으로 분리하여 가열공간(107)을 형성시킨 건조기(100)로서 건조기(100)내의 투입구(101)를 통하여 파이프형태의 압입유입라인(108)으로 연통시키고 압입시키는 기류압입송풍기(109)을 거처 같은 파이프형태의 기류유인라인(110)으로 연통시켜서 연소기류유입자켓(401)과 내부기류 유입자켓(402) 및 열기류수냉자켓(403)형성으로 원통형 3중관으로 분리되고 열기류수냉자켓(403)은 상부에 또다른 파이프형태의 증류보조라인(404)과 연통하고 기류유도라인(110)으로 연통시킨 열분리유도기(400)내의 내부기류유입자켓(402)으로 연통시켜 열기류배기구(405)중앙 주변으로 가열관(106)내의 가열공간(107)으로 연통되게 설치하고 한편.버너(201)가 부착되고 배가스유입자켓(202)형성으로 이중관으로 분리된 연소유도기(200)는 연료배기구(203) 중앙으로 연소기(300) 내부의 연소공간(301)으로 연통시키고 연소배기구(302)를 통하여 열분리유도기(400)내의 연소기류유입자켓(401)으로 연통시켜서 열기류배기구(405)중앙으로 가열관(106)내의 가열공간(107)으로 연통되게 설치한다.
    다음 가열관(106)내의 가열공간(107)은 잔류배기구(111)를 통하여 잔류수냉자켓 (502)형성으로 이중관으로된 냉각분리기(500)내의 냉각자켓(501)으로 연통시키고 냉각자켓(501) 내부의 하단은 드레인(507)으로 연통시키며 상단은 연돌(503)로 연통시킨 다음 파이프형태로된 배가스압입라인(504)으로 연통시키고 가스압입송풍기(505)를 거처 또 다른 파이프형태로된 배가스유도라인(506)으로 연통시켜서 연소유도기(200)내의 배가스유입자켓(202)으로 연통시켜 연료배기구(203) 중앙 주변으로 연소기(300) 내부의 연소공간(301)으로 연통시킨 열기류순환 감압건조 장치.
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