KR20110133072A - 증기를 이용한 스크류 회전식 오니 건조 성형기 - Google Patents

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KR20110133072A
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Abstract

본 발명은 오니 건조 성형기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보일러 등으로부터 배출되는 폐 수증기를 회수하여 중공의 회전 스크류 내부에 공급하고, 상기 증기에 의해 가열된 회전 스크류를 이용하여 오니를 건조 및 성형하는 오니 건조 성형기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 오니 건조 성형기는, 젖은 오니를 수용하여 가열 건조 및 분쇄 성형하기 위한 함체로서, 수평방향으로 길게 연장 형성되며, 일측 상부에는 건조기 내부에 젖은 오니를 투입하기 위한 오니투입구가 설치되고, 타측 하부에는 건조기 내부에서 건조 및 성형 완료된 오니를 배출하기 위한 건조오니배출구가 구비된 쉘과; 외부로부터 고온의 증기를 공급받아 수용하고, 상기 쉘의 하부 및 양측면에 접촉 설치되어, 상기 쉘 내부를 가열하는 수단으로서, 일측에는 고온 증기가 유입되는 증기유입구가 구비되고, 타측에는 쉘 가열후 열교환에 의해 발생하는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수배출구가 구비되는 스팀재킷과; 상기 쉘의 내부에 길이방향으로 관통 설치되며 양단이 개구된 중공의 축부재로서, 일단으로부터 외부의 고온 증기를 공급받아 통과시킴에 따라 쉘 내부를 가열 건조시킨 후 타단을 통해 증기를 배출시키며, 외주면에는 쉘 내부에 투입된 오니를 건조, 교반, 분쇄 및 수평 이송시키기 위한 블레이드가 구비되는 히트샤프트와; 상기 히트샤프트를 회전시키는 구동수단을 포함한다.

Description

증기를 이용한 스크류 회전식 오니 건조 성형기{Steam-Based Rotary Screw Sludge Drying Shaping Machine}
본 발명은 오니 건조 성형기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보일러 등으로부터 배출되는 폐 수증기를 회수하여 중공의 회전 스크류 내부에 공급하고, 상기 증기에 의해 가열된 회전 스크류를 이용하여 오니를 건조 및 성형하는 오니 건조 성형기에 관한 것이다.
지속적인 도시화 발전에 따라, 생활하수의 증가로 인한 도시 오수 처리량이 날로 늘어나고 있으며, 제지, 화공, 및 제약 등 공업 생산 시설에서 배출되는 폐수의 증가로 인하여, 대량의 오니가 생성된다. 이런 오니는 제때에 효과적이고 안정적으로 처리하지 않으면 지역 환경과 국민생활의 안전에 극대한 폐해를 가져다 줄 것이다. 따라서, 오니의 무해화 처리가 요구되며, 이러한 오니의 처리는 이미 국가정책적으로도 필해 해결되어야 할 중대한 문제로 대두되고 있다.
일반적으로 오수처리장을 거쳐 탈수된 후의 오니의 함수율은 75% 내지 85%에 달하고, 체적이 매우 크다. 이러한 오니는 처리 과정에서 최종적으로 소각 또는 기타 방법으로 처리되거나, 시멘트의 원료, 논밭의 비료 또는 건축용 골재 등 특별 용도로 재활용되게 된다. 이러한 오니의 소각 처리 및 특별 용도로의 재활용을 위해서는 우선적으로 오니의 건조와 성형이 효과적으로 수행되어야 한다.
한편, 지금까지 사용되는 오니의 건조 및 성형 방법은 건조 및 성형 공정이 단계별로 분리 구성되어 있어서 공정이 복잡하다. 예컨대, 건조 로터리킬른 속에서 건조 공정이 수행된 후 별도의 분쇄 설비로 이송되어 분쇄공정을 거침으로써 오니 과립으로 성형된다. 그런데, 방법에 따르면, 로터리킬른과 분쇄 설비를 별도로 시설해야 하는 동시에, 로터리킬른도 자체적으로 가열시설이 설치되어야 하고, 건조및 성형시 열원소모가 많은 반면 건조효율이 이상적이지 못하여 전체적으로 처리 원가가 매우 높다는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 오니의 건조 및 성형 방법의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 분리된 별도의 설비없이 단일 장치에서 젖은 오니의 건조와 성형이 동시에 이루어질 수 있도록 함으로써, 설비비가 절감되고, 건조 효율이 우수한 오니 건조 성형기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오니 건조 성형기는, 젖은 오니를 수용하여 가열 건조 및 분쇄 성형하기 위한 함체로서, 수평방향으로 길게 연장 형성되며, 일측 상부에는 건조기 내부에 젖은 오니를 투입하기 위한 오니투입구가 설치되고, 타측 하부에는 건조기 내부에서 건조 및 성형 완료된 오니를 배출하기 위한 건조오니배출구가 구비된 쉘과; 외부로부터 고온의 증기를 공급받아 수용하고, 상기 쉘의 하부 및 양측면에 접촉 설치되어, 상기 쉘 내부를 가열하는 수단으로서, 일측에는 고온 증기가 유입되는 증기유입구가 구비되고, 타측에는 쉘 가열후 열교환에 의해 발생하는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수배출구가 구비되는 스팀재킷과; 상기 쉘의 내부에 길이방향으로 관통 설치되며 양단이 개구된 중공의 축부재로서, 일단으로부터 외부의 고온 증기를 공급받아 통과시킴에 따라 쉘 내부를 가열 건조시킨 후 타단을 통해 증기를 배출시키며, 외주면에는 쉘 내부에 투입된 오니를 건조, 교반, 분쇄 및 수평 이송시키기 위한 블레이드가 구비되는 히트샤프트와; 상기 히트샤프트를 회전시키는 구동수단을 포함한다.
여기서, 상기 쉘의 일측 상부에는 젖은 오니의 건조시 발생하는 수증기를 제거하기 위해 외부로부터 건조공기가 유입되는 건조공기유입구가 구비되며, 타측 상부에는 수증기를 함유한 습윤공기를 외부로 배출하기 위한 습윤공기배출구가 각각 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 히트샤프트 외주면에 구비된 블레이드는, 내부에 일정한 수용공간이 형성되고, 상기 히트샤프트와 연통되며, 히트샤프트 내부를 통과하는 증기를 공급받아 가열되어, 쉘 내부에 투입된 젖은 오니를 가열 건조시키면서 교반 및 수평 이송시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 블레이드와 히트샤프트 사이에는, 히트샤프트 내부를 통과하는 증기를 공급받기 위한 증기유입관과, 증기를 다시 히트샤프트로 배출시키기 위한 증기배출관이 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 블레이드는 히트샤프트의 측면에서 바라본 형상은 쐐기 형상으로 구성되고, 히트샤프트의 축방향에서 바라본 형상은 부채꼴 형상으로 구성되며, 상기 블레이드는 히트샤프트 축방향으로부터 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 히트샤프트의 양단에는 로타리조인트가 연결되고, 일단측 로타리조인트에는 증기유입구가 형성되고, 타단측 로타리조인트에는 증기배출구가 구비되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 쉘의 건조오니배출구에는 팽화기가 연결되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 분리된 별도의 설비없이 단일 장치에서 젖은 오니의 건조와 성형이 동시에 이루어지므로 작업 효율이 상승되고, 설비비가 절감되며, 건조 효율이 우수하다. 그리고, 보일러 등의 설비로부터 발생되는 폐 수증기를 재활용함으로써 자원 절감 효과를 누릴 수 있다. 또한, 오니를 과립형으로 성형함으로써 후속 가공 및 소각에 유리하며, 오니 과립을 연료화한 후 오니 속의 발열량을 충분히 이용할 수 있으며, 오니 건조화 처리후 체적이 90% 이상 작아지므로 오니의 처리가 수월하고 처리 비용을 절감할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1 은 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 내부 구성이 도시된 단면도,
도 3 은 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 히트샤프트 단면도,
도 4 는 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 쐐기형 블레이드의 경사도를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오니 건조 성형기는, 쉘(10), 스팀재킷(20), 히트샤프트(30), 구동수단(40)을 포함한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 쉘(10)은 젖은 오니를 수용하여 가열 건조 및 분쇄 성형하기 위한 함체로서, 대체로 수평방향으로 길게 연장 형성되며, 일측 상부에는 건조기 내부에 젖은 오니를 투입하기 위한 오니투입구(14)가 설치되고, 타측 하부에는 건조기 내부에서 건조 및 성형 완료된 오니를 배출하기 위한 건조오니배출구(15)가 구비된다. 그리고, 상기 쉘(10)의 상부에는 청소 및 보수를 위한 상부덮개(12)가 추가로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 쉘(10)의 하부 단면은, 도 2 에 도시된 바와 같이, 내부에 후술하는 히트샤프트(30)가 2개 설치되는 경우 대체로 'W'자형으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 쉘(10)의 일측 상부에는 젖은 오니의 건조시 발생하는 수증기를 제거하기 위해 외부로부터 건조공기가 유입되는 건조공기유입구(16)가 구비되며, 타측 상부에는 수증기를 함유한 습윤공기를 외부로 배출하기 위한 습윤공기배출구(17)가 각각 구비된다.
스팀재킷(20)은 외부로부터 고온의 증기를 공급받아 수용하고, 상기 쉘(10)의 하부 및 양측면에 접촉 설치되어, 상기 쉘(10) 내부를 가열하는 수단으로서, 일측에는 고온 증기가 유입되는 증기유입구(22)가 구비되고, 타측에는 쉘(10) 가열후 열교환에 의해 발생하는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수배출구(24)가 구비된다. 그리고, 상기 스팀재킷(20)의 내측면은, 상기 쉘(10)의 하부면 형상에 상응하도록, 도 2 에 도시된 바와 같이, 'W'자 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.
히트샤프트(30)는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 쉘(10)의 내부에 길이방향으로 관통 설치되며 양단이 개구된 중공의 축부재로서, 일단으로부터 외부의 고온 증기를 공급받아 통과시킴에 따라 쉘(10) 내부를 가열 건조시킨 후 타단을 통해 증기를 배출시키며, 외주면에는 쉘(10) 내부에 투입된 오니를 교반, 분쇄 및 수평 이송시키기 위한 블레이드(32)가 구비된다. 후술하는 바와 같이, 상기 히트샤프트(30)는 구동수단(40)에 의해 회전되므로, 회전하는 히트샤프트(30)와 증기 공급용 고정배관을 연결하기 위해 히트샤프트(30) 양단에 각각 로타리조인트(42,43)가 구비되며, 상기 각 로타리조인트(42,43)에 고온 증기의 유입 및 배출을 위한 증기유입구(42a) 및 증기배출구(43a)가 각각 구비된다. 그리고, 상기 히트샤프트(30)는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 쉘(10) 내부 좌우 양측에 각각 1개씩 나란히 설치되는 것이 바람직하다.
상기 블레이드(32)는 내부에 일정한 수용공간이 형성되고, 상기 히트샤프트(30)와 연통되며, 히트샤프트(30) 내부를 통과하는 증기를 공급받아 가열되어, 쉘(10) 내부에 투입된 젖은 오니를 가열 건조시키면서 교반 및 수평 이송시킨다. 구체적으로, 상기 블레이드(32)는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 히트샤프트(30)의 측면에서 바라본 형상은 대체로 쐐기 형상으로 구성되고, 히트샤프트(30)의 축방향에서 바라본 형상은 대체로 부채꼴 형상으로 구성되어 히트샤프트(30)의 외주면 상하 또는 좌우에 하나씩 고정 설치된다.
그리고, 상기 블레이드(32)와 히트샤프트(30) 사이에는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 히트샤프트(30) 내부를 통과하는 증기를 공급받기 위한 증기유입관(32a)과, 증기를 다시 히트샤프트(30)로 배출시키기 위한 증기배출관(32b)이 구비된다. 이에 따라, 히트샤프트(30)를 통과하는 고온의 증기가 증기유입관(32a)을 통해 블레이드(32) 내부에 충진되어 가열 작용을 수행한 후 증기배출관(32b)을 통해 다시 히트샤프트(30)로 회수되고, 회수된 증기는 히트샤프트(30) 말단을 통하여 외부로 배출된다.
한편, 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(32)는 히트샤프트(30) 축방향으로부터 약 80°만큼 경사지게 설치된다. 이에 따라, 쉘(10)의 상부로부터 투입된 젖은 오니가 블레이드(32)의 경사에 의해 쉘(10) 내부에서 하향 전방측으로 이동하게 된다.
상기 블레이드(32)는 본 발명에 있어서 가장 바람직한 구성을 예로 든 것으로서, 통상적인 스크류 또는 프로펠러형 날개로 구성될 수도 있다.
구동수단(40)은 상기 히트샤프트(30)를 회전구동시키는 수단으로서, 히트샤프트(30)의 일측 로타리조인트(42) 외측에 연결되어 히트샤프트(30)를 회전시키는 모터인 것이 바람직하다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 쉘(10) 내부에 좌우 한쌍의 히트샤프트(30)가 구비되는 경우, 양측 히트샤프트(30)에 각각 모터가 구비될 수도 있으나, 일측 히트샤프트(30)는 모터에 직결하여 회전시키고, 타측 히트샤프트(30)는 모터에 의해 회전되는 일측 히트샤프트와 밸트 또는 체인에 의해 연결되어 함께 회전될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 양 히트샤프트(30)에는 밸트 또는 체인에 맞물리는 스프로켓(44)이 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 필요에 따라 히트샤프트의 회전 속도를 조절하기 위한 속도조절기(45), 각종 기어(46) 및 베어링(47) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 쉘(10)의 건조오니배출구(15)에는 팽화기(50)가 연결되는 것이 바람직하다. 상기 팽화기(50)는 수분을 함유하는 대상물을 가압 가열 후 급작스럽게 압력을 하강시켜 대상물 내부에 존재하는 수증기를 급격히 팽창시킴에 따라 대상물을 다공성 물질로 팽창 건조시키는 장치이다. 본 발명에 따른 건조 성형기에 의해서도 오니가 충분히 건조되나, 여전히 소량의 수분이 존재할 수 있다. 그리고, 건조 오니의 재활용을 위해서는 살균, 콜로이드 파괴가 요구된다. 본 발명에서는, 이와 같이, 수분 증발 효과를 극대화하고, 살균 및 콜로이드 파괴 효과를 달성하기 위하여, 상기 건조 성형기를 거친 건조오니를 팽화기(50)를 이용하여 다시 한번 팽화시킨다.
여기서 사용되는 팽화기(50)는 더블 스크류 팽화기 또는 싱글 스크류 팽화기일 수 있으며, 2~15 MPa 의 고압과 110℃ 내지 350℃dlm 고온에서 팽화 작업이 수행되는 스크류 팽화기를 선택하였다.
이러한 팽화기(50)에 의한 오니의 팽화처리에 따라, 오니 속에 존재하는 병원체 및 일부 유기 독성물질이 모두 제거되며, 고온 고압에 의해 콜로이드가 파괴되어 건조효율이 증대된다.
지금까지, 본 발명에 따른 오니 건조 성형기의 구성에 대하여 살펴보았는 바, 이하에서는, 상기 오니 건조 성형기의 작동 관계에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 증기터빈 또는 보일러 시설 등 열원시설로부터 0.4 내지 0.8MPa의 압력과 약 175℃ 내외의 온도를 갖는 포화 증기를 공급받는다. 공급된 증기는 스팀재킷(20)의 증기유입구(22)를 통하여 스팀재킷(20) 내부로 공급되고, 이와 동시에, 로타리조인트(42)의 증기유입구(42a)를 통하여 히트샤프트(30) 및 이와 연통된 블레이드(32) 내부에 공급된다. 증기의 공급에 따라, 스팀재킷(20)과 접촉된 쉘(10), 히트샤프트(30) 및 블레이드(32)가 가열되며, 쉘(10) 상부의 오니투입구(14)로부터 투입된 젖은 오니가 상기 가열된 쉘(10), 히트샤프트(30) 및 블레이드(32)에 의해 전도 가열 방식으로 건조처리된다. 쉘(10) 내부에 투입된 젖은 오니는 히트샤프트(30)의 회전에 따라 블레이드(32)에 의해 교반되고 뒤집어지면서 끊임없이 가열 계면이 변하게 되며, 가열된 쉘(10)과 블레이드(32)에 접촉하면서 충분히 가열되어 수분이 효과적으로 증발된다. 이와 동시에, 오니는 블레이드(32)의 회전에 따라 건조오니배출구(15)측으로 수평 이송되며, 이송 중 계속 교반되어 오니 속에 침출된 수분이 계속 증발된다. 그리고, 상기 블레이드(32)는 쐐기형으로 구성되어 있으므로 건조된 오니의 분쇄작용을 함께 수행하게 되어, 건조 오니가 과립형으로 성형된다. 이와 같이, 최종 건조 성형된 오니는 건조오니배출구(15)를 통하여 배출되고, 건조오니배출구(15)에 연결된 팽화기(50)로 투입되어 팽화 처리된다. 한편, 스팀재킷(20)으로 공급된 증기는 쉘(10)의 가열에 의해 열교환된 후 응축되어 응축수로 상변화가 일어나며, 상기 응축수는 스팀재킷(20)의 응축수배출구(24)를 통하여 외부로 배출된다. 그리고, 히트샤프트(30) 및 블레이드(32)로 공급된 증기는 히트샤프트(30)의 중공을 통과하여 타측 말단의 로타리조인트(43)에 구비된 증기배출구(43a)를 통하여 외부로 배출된다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에까지 미친다 할 것이다.
10 : 쉘 12 : 상부덮개
14 : 오니투입구 15 : 건조오니배출구
16 : 건조공기유입구 17 : 습윤공기배출구
20 : 스팀재킷 22 : 증기유입구
24 : 응축수배출구 30 : 히트샤프트
32 : 블레이드 32a : 증기유입관
32b : 증기배출관 40 : 구동수단
42, 43 : 로타리조인트 42a : 증기유입구
43a : 증기배출구 44 : 스프로켓
45 : 속도조절기 46 : 기어
47 : 베어링 50 : 팽화기

Claims (8)

  1. 젖은 오니를 수용하여 가열 건조 및 분쇄 성형하기 위한 함체로서, 수평방향으로 길게 연장 형성되며, 일측 상부에는 건조기 내부에 젖은 오니를 투입하기 위한 오니투입구가 설치되고, 타측 하부에는 건조기 내부에서 건조 및 성형 완료된 오니를 배출하기 위한 건조오니배출구가 구비된 쉘과;
    외부로부터 고온의 증기를 공급받아 수용하고, 상기 쉘의 하부 및 양측면에 접촉 설치되어, 상기 쉘 내부를 가열하는 수단으로서, 일측에는 고온 증기가 유입되는 증기유입구가 구비되고, 타측에는 쉘 가열후 열교환에 의해 발생하는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수배출구가 구비되는 스팀재킷과;
    상기 쉘의 내부에 길이방향으로 관통 설치되며 양단이 개구된 중공의 축부재로서, 일단으로부터 외부의 고온 증기를 공급받아 통과시킴에 따라 쉘 내부를 가열 건조시킨 후 타단을 통해 증기를 배출시키며, 외주면에는 쉘 내부에 투입된 오니를 건조, 교반, 분쇄 및 수평 이송시키기 위한 블레이드가 구비되는 히트샤프트와;
    상기 히트샤프트를 회전시키는 구동수단을 포함하는 오니 건조 성형기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘의 일측 상부에는 젖은 오니의 건조시 발생하는 수증기를 제거하기 위해 외부로부터 건조공기가 유입되는 건조공기유입구가 구비되며, 타측 상부에는 수증기를 함유한 습윤공기를 외부로 배출하기 위한 습윤공기배출구가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트샤프트 외주면에 구비된 블레이드는,
    내부에 일정한 수용공간이 형성되고, 상기 히트샤프트와 연통되며, 히트샤프트 내부를 통과하는 증기를 공급받아 가열되어, 쉘 내부에 투입된 젖은 오니를 가열 건조시키면서 교반 및 수평 이송시키는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드와 히트샤프트 사이에는, 히트샤프트 내부를 통과하는 증기를 공급받기 위한 증기유입관과, 증기를 다시 히트샤프트로 배출시키기 위한 증기배출관이 구비되는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는 히트샤프트의 측면에서 바라본 형상은 쐐기 형상으로 구성되고, 히트샤프트의 축방향에서 바라본 형상은 부채꼴 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는 히트샤프트 축방향으로부터 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트샤프트의 양단에는 로타리조인트가 연결되고, 일단측 로타리조인트에는 증기유입구가 형성되고, 타단측 로타리조인트에는 증기배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘의 건조오니배출구에는 팽화기가 연결되는 것을 특징으로 하는 오니 건조 성형기.
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