KR20120091524A - 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 톱밥을 팽연(膨軟:부풀어서 연한 상태)시켜 목질원료 및 목재를 분쇄시킨 후 압축 성형하여 연료로 사용가능한 펠릿 형태로 제조함으로써, 단위 부피당 발열량을 증가시킬 수 있고, 연료로 연소기에 사용시 자동화가 가능하며, 효율성을 증대시킬 수 있고, 이동 및 보관이 용이하고 시간 경과에 따른 변질 현상을 방지할 수 있도록 한 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법{Using the environmentally friendly fuel wood pellet manufacturing equipment and manufacturing methods}
본 발명은 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 톱밥을 팽연(膨軟:부풀어서 연한 상태)시켜 펠릿 형태로 제조함으로써, 목질원료 및 목재 자체를 연료로 사용할 때보다 밀도를 2~3배 높일 수 있도록 한 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 전세계는 지구온난화로 인한 이상기후현상의 피해로 쓰나미, 지진 등 각종 천재지변으로 몸살을 앓고 있다. 이에 전세계는 지구온난화를 막기 위해 각고의 노력을 기울이고 있으며, 우리나라 정부에서도 미래 발전 비전으로 삼고 있는 저탄소녹색성장을 적극 추진하고 있다.
그중 이산화탄소 흡착이 가능한 산림은 저탄소녹색성장의 핵심분야라 할 수 있다. 산림은 그 자체만으로도 지구온난화를 막을 수 있는 능력을 지녔지만 부산물의 활용을 통해서도 대기중의 이산화탄소를 감소시킬 수 있다. 그것이 바로 최근 친환경에너지로 각광받고 있는 목재펠릿이다. 목재펠릿은 제재 부산물 또는 숲가꾸기 산물 등을 수집하여 톱밥으로 제조한 후 고온, 고압에서 성형하여 제작한 목재연료로 크기는 0.6×1~4cm정도이다.
고유가로 전 세계적인 경제활동의 침체가 나타나고 있는데, 석유 등과 같은 화석연료는 자원이 점차 고갈되고 있는 상황이고, 화석 연료의 사용은 지구 온난화의 주범으로 지목되고 있다. 따라서, 화석 연료를 대체하는 자원의 개발이 요구되고 있다.
상기 자원 개발의 일 예로서, 목재 자원의 재발견이 있다. 종래에는 톱밥, 잡목 등의 목재 자원은 에너지원으로 이용되지 못하고, 주로 태워져 처리된다. 다만, 최근 들어, 톱밥을 이용하여 고령연료를 제조하는 기술들이 개발되지만, 상기 기술은 제조 효율성이 낮고 부피가 크며, 보관을 위한 많은 공간이 필요하기 때문에 경제성을 가지지 못하고 있을 뿐만 아니라, 특정 형태의 목재 자원에만 한정된다는 한계성이 있다.
일반적으로 톱밥은 pH 6.2의 미산성을 나타내고, 탄수화물이 26.5% ~ 29.8%, 조단백질은 1.9% ~ 3.7%로 C/N비(111.3)가 높고, 조직이 강하며 규산이 집적되어 수분 흡수율이 매우 떨어지고 부패율과 발효가 저해되어 퇴비 및 연료로서의 사용이 부적절하다.
그리고, 비중(100㎏/㎥)이 낮아 운반비가 많이 들고 리그닌, 조섬유, 규산의 함량이 높아 가공하기가 어려워 마늘ㆍ양파 등의 멀칭재료, 축사깔개, 퇴비제조시 수분조절재, 소각시 발생되는 열을 건조 및 발전에 이용하는 방법, 연탄제조, 톱밥탄제조, 토양개량재, 버섯재배사 등에 사용하고 있으며, 분쇄된 톱밥은 공업원료나 가축의 사료로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있으나 아직까지 실질적인 친환경적인 경제적 원료가 개발되지 못하고 있는 실정이다.
또한, 농촌의 경우 연료비 부담이 도시보다 높은 반면 농촌가구의 71%, 비닐하우스 등 시설원예는 100% 가까이가 연료를 유류에 의존하고 있으며, 농촌연료의 20%를 목재펠릿으로 대체하여 보일러 보급, 펠릿공장 설치, 펠릿원료 등이 공급되어져야 하는 실정이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 준비된 원재료를 분쇄 및 건조시킨 후, 성형압출기를 통하여 고압으로 압축시키면서 성형 압출 고형물을 길이방향 및 일정한 크기로 절단시키는 것에 의해 목질원료 및 목재를 펠릿 형태의 연료로 제조함으로써, 목질원료 및 목재 자체를 연료로 사용할 때보다 밀도가 2~3배 높아지므로 단위 부피당 발열량이 증가하여 연료의 효율성을 증대시킬 수 있고, 운송 및 보관이 용이하며 아울러 연소설비를 이용할 때 자동화가 가능하고 시간 경과에 따른 변질을 방지할 수 있도록 한 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수분 흡수율과 부패율이 향상되게 톱밥을 팽연(膨軟)화시킨 다음 펠릿 상태로 압출시켜 운반 보관 및 시비가 좋도록 소정형상 크기를 갖는 팽연톱밥 펠릿을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 팽연톱밥에 접착기능을 갖는 미강을 혼합시켜 양호한 상태의 펠릿형상을 얻을 수 있도록 하는 것에 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법에 있어서,
(a) 톱밥과 물을 팽연장치로 투입시켜 팽연톱밥을 얻은 다음 미강을 혼합하고 압출 및 냉각하여 팽연톱밥 펠릿을 제조하는 팽연장치로 톱밥을 투입하여 100℃~120℃의 증기를 분사시켜 20%~25%의 함수율이 유지되는 팽연톱밥을 얻는 단계;
(b) 상기 팽연톱밥에 20% ~ 40% 무게비의 미강을 혼합한 다음 펠릿제조장치로 압출 성형하는 단계;
(c) 상기 압출 성형단계에서 발생되는 팽연톱밥 펠릿과 펠릿가루를 분리하는 단계;
(d) 상기 팽연톱밥 펠릿을 냉각하는 단계에서 발생 되는 펠릿가루를 분리하는 단계;
(e) 상기 압출 성형 단계와 상기 펠릿 냉각단계에서 분리된 펠릿가루를 펠릿제조장치로 투입시켜 압출 성형하는 단계;
로 된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법을 제공하고자 함이다.
또한, 상기 100℃~120℃의 증기에 의해 미강이 숙화되어 풀로 작용하면서 팽연톱밥 끼리 잘 접착(달라붙게)될 뿐 아니라, 고압으로 압출되므로 펠릿성형이 보다 양호하게 이루어지는 것이 특징이며,
상기 증기(蒸氣)의 분사온도는 100℃ ~ 120℃이지만 팽연톱밥에서의 온도가 60℃ 이하로 유지되게 함으로써 팽연톱밥 중의 미생물들이 죽지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법을 제공하기 위함이며,
목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치에 있어서, 톱밥이 투입되는 투입호퍼(1)와, 이송컨베어(21) 및 버킷컨베어(31)를 통해 이동되는 투입호퍼(1)의 톱밥을 저장하는 톱밥 저장탱크(2)와, 이송컨베어(22)를 통해 이동되는 톱밥을 팽연화시키는 팽연화장치(3);
상기 팽연화장치(3)로 물을 공급하는 급수탱크(4)와, 상기 팽연화장치(3)로 미강을 공급시켜 팽연톱밥과 혼합되게 하는 미강공급장치(5);
펠릿화되게 하는 이송컨베어의 이송으로 상기 팽연화장치(3)에서 팽연된 톱밥의 이동량을 팽연톱밥 포장부로 선택 배출하는 게이트밸브(6)와, 증기 및 물을 공급하는 가수탱크(7)와, 팽연화된 톱밥과 혼합기(8)가 구비된 펠릿제조장치(9);
팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리배출하는 샤름(41)으로 팽연톱밥 펠릿을 이송하는 버킷컨베어(32)와, 팽연톱밥 펠릿을 상온으로 냉각시키는 냉각장치(10);
상기 냉각장치(10)의 열기를 식혀주는 배풍기(11);
상기 냉각장치(10)로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리하며 샤름(42)으로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿을 소정량으로 계량하는 계량기(12) 및 톤백포장기(13);
버킷컨베어(32)의 이송으로 소정량씩 계량된 팽연톱밥 펠릿을 자동 포장하는 포장기(14);
상기 팽연톱밥 제조장치 전체를 제어하는 제어기(15);
로 구성된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 펠릿제조장치를 이용하여 팽연화 된 톱밥을 압출 성형시켜 소정형상 크기의 팽연톱밥 펠릿을 얻게 되는데, 이때, 상기 펠릿제조장치는 호퍼로 투입된 팽연톱밥이 압출부로 이송될 수 있게 이송스크류등이 사용되며, 압출부에는 절단기구(커터)가 구비되어 압출되는 팽연톱밥 펠릿이 소정 길이로 절단되어 펠릿 성형이 잘 이루어지도록 미강을 무게비로 20% ~ 40% 혼합시킨 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
이와 같은 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법는 기후변화협약에서 펠릿의 연소에 따른 CO₂발생량은 zero이며 별도의 첨가제를 사용하지 않는 무공해 친환경 연료로서 다른 목질계 연료보다 안정성, 균질성, 사용편리성, 친환경성, 운송?보관의 용이성 등이 매우 우수하다.
장기적으로는 화력발전에 사용되는 석탄의 일정량도 목재펠릿으로 대체하여, 앞으로 대체에너지 자원으로서 큰 잠재력을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법에 따르면, 준비된 원재료를 분쇄 및 건조시킨 후, 고압으로 성형압출기를 통하여 성형 압출시키면서 절단시키는 것에 의해 목질원료 및 목재를 펠릿 형태의 연료로 제조함으로써, 목질원료 자체를 연료로 사용할 때보다 단위 부피당 발열량이 증가하므로 연료의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 목질원료 및 목재를 연료용 펠릿 형태로 제조하게 되므로 수송이 용이하고, 운송을 위한 비용을 절감시킬 수 있으며, 나아가 보관이 용이하며 연소설비에 자동으로 공급되고, 시간 경과에 따른 변질을 방지할 수 있어 오랜 시간 보관시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 톱밥을 팽연화하고 미강을 혼합함으로써 조직이 연화되고 질소 및 수분이 잘 흡수되어 훌륭한 퇴비 및 연료가 되며, 미강 혼합에 의해 소정 형상 크기의 펠릿이 압출 성형되므로 운반과 보관 및 시비 작업이 양호할 뿐 아니라, 톱밥처럼 날리거나 주변환경을 오염시키지 않아 친환경적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치를 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 속하는 펠릿에 관한 것은 주지된 바와 같이 폐기물가공연료[廢棄物加工燃料, RefuFe Derived Fuel]로서 쓰레기고형화연료?쓰레기재생연료?폐기물연료라고도 하고 줄여서 RDF라고도 한다. 가끔 가공하지 않은 폐기물 자체를 연료라고 말하기도 하지만, RDF는 도시폐기물에서 재활용물질을 골라내고 금속이나 유리 같은 불에 타지 않는 물질을 제거한 뒤 종이?목재?플라스틱 같은 가연성 물질을 잘게 부수고 압축하여 적당한 크기로 만든 연료를 말한다.
형태는 파쇄된 상태, 부스러기, 강화된 펠릿, 벽돌 등으로 다양하며 규격품 생산이 가능하므로 수송?저장이 쉽다. 일반적으로 함수율과 소각재 함량에 따라 차이는 있으나 발열량은 3500㎉/㎏ 정도로 열효율이 높아 소각시설의 규모를 폐기물전량 소각시설보다 작게 만들 수 있다. 처리과정에서 유해성 대기오염물질을 발생시키는 플라스틱 같은 폐기물을 많이 제거할 수 있고 에너지?수분?재의 함량을 균일하게 유지할 수 있어 연소조절과 대기오염방지시설의 효율이 높다. 연소 에너지를 얻기 위하여 특별히 설계된 소각로의 연료로도 이용되는데, 이 때에는 석탄과 혼합하여 연소시키기도 한다. 증기나 전기를 생산하는 보일러 연료로 많이 이용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도로, 톱밥과 물을 팽연장치로 투입하는 단계(F1 단계), 투입된 톱밥을 팽연장치로 팽연화시키는 단계(F2 단계), 팽연톱밥에 미강을 혼합하는 단계(F3 단계), 미강이 혼합된 팽연톱밥을 펠릿제조장치에 투입하는 단계(F4 단계), 미강이 혼합된 팽연톱밥을 펠릿제조장치로 압출시켜 펠릿화하는 단계(F5 단계), 팽연톱밥 펠릿화 단계에서 발생되는 펠릿과 펠릿가루를 분리하는 단계(F6 단계), 상기 팽연톱밥 펠릿을 상온으로 냉각 배출하는 단계(F7 단계), 냉각 배출되는 팽연톱밥 펠릿과 가루를 분리하는 단계(F8 단계), 배출되는 팽연톱밥 펠릿을 소정단위로 포장하는 단계(F9 단계)로 된다.
상기 팽연톱밥 펠릿과 가루를 분리하는 단계(F6 및 F8 단계)에서, 분리되는 펠릿가루를 펠릿제조장치로 투입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 팽연화 단계에서, 6㎏/㎤ 이상의 고압축에 의해 톱밥에 높은 열이 발생되고 20% ~ 25%의 물(무게비)이 가수되어 톱밥이 급격히 팽창 및 연화되면서 팽연화되며 부피는 줄어든다.
상기 팽연장치로 투입되는 톱밥의 크기 및 비중은 품종 및 재배조건에 따라 매우 차이가 있으나, 길이는 대략 6㎜ ~ 7㎜이고, 폭은 대략 2.5㎜ ~ 5㎜이며, 도정되면서 다소 줄어든다. 그리고 팽연화시키면 대부분의 길이가 1㎜ ~ 2㎜ 크기로 작아진다.
아래 표 1은 팽연화 전후의 톱밥크기(입도분포)를 비교한 것이다.
톱밥크기 생톱밥 팽연톱밥
4㎜ 이상 0.42% 0%
4㎜ ~ 2㎜ 61.39% 2.19%
2㎜ ~ 1㎜ 26.20% 19.18%
1㎜ 이하 11.99% 78.63%
상기 표 1로 알 수 있는 바와 같이 생톱밥의 경우 4㎜ ~ 2㎜ 크기의 톱밥은 61.39%로 대부분을 차지하지만, 팽연톱밥의 경우 4㎜ 이상의 톱밥은 없고 1㎜ 이하 크기의 톱밥은 78.63%로 대부분을 차지하게 되며, 별도의 분쇄를 하지 않더라도 팽연화에 의해 대부분의 톱밥 입도가 2㎜ 이하의 크기로 작아짐을 알 수 있다.
상기 팽연톱밥은 생톱밥보다 크기가 미세한 상태로 이는 가공시 분쇄되어 크기가 작아진 결과라고 할 수 있다.
아래 표 2는 톱밥의 비중 및 수분최대 흡수율을 비교한 것으로, 팽연톱밥은 분쇄되고 조직이 연화되어 생톱밥보다 수분흡수율이 2배 이상 증가되어 톱밥의 흡수율과 비슷한 상태이다.
구 분 가비중(g/㎤) 진비중(g/㎤) 최대흡수율(%)
생톱밥 0.10 0.66 151.06
팽연톱밥 0.178/0.25 0.66 315.64
톱 밥 0.16 0.56 399.71
상기 표 2는 팽연장치에서 생산된 직후 팽연톱밥의 비중은 0.25g/cm3로 이는 가공시 수분이 가수된 결과이고 그 후 공기중에 며칠간 방치하면 팽연톱밥이 건조되어 0.178/cm3가 되며 생톱밥의 부피에 비해 1/2정도로 감소된다.
그리고, 팽연톱밥은 가공시에 조직이 연화되어 아래 표 3과 같이 분쇄톱밥이나 일반톱밥(미가공)에 비하여 수분 흡수율이 현저하게 높아진다.
구 분 수 분(%) 조직 연화도
수분함량 보수량 흡수율
팽연톱밥 25.0 298 273(827) 매우 부드러움
분쇄톱밥 10.2 93 83(252) 거칠음
톱밥(미가공) 13.4 46 33(100) 매우 딱딱함
한편, 팽연톱밥 끼리는 접착력이 떨어지지만, 팽연톱밥에 미강을 혼합하는 단계에서 팽연톱밥의 펠릿 성형이 잘 이루어질 수 있도록 미강을 무게비로 20% ~ 40% 혼합시키고 발효조건이 적당하도록 수분을 조절하도록 한다.
상기 미강(보드라운 쌀겨)을 20% ~ 40% 혼합함으로써 압출되는 팽연톱밥의 펠릿 형상이 양호하게 형성 및 유지되며, 펠릿제조장치 내부로 투입된 팽연톱밥의 함수율이 20% ~ 25%로 유지되게 가수(加水) 함으로써 미강이 풀로 작용하여 팽연톱밥 끼리 달라붙거나 접착되므로 팽연톱밥 펠릿의 양호한 성형이 이루어진다.
상기 가수(加水)는 상온의 물을 주입하거나 또는 증기(蒸氣)를 분사시켜 함수율을 유지할 수 있으며, 물보다는 증기(蒸氣)를 분사함으로써 미강과 팽연톱밥이 숙화되어 펠릿성형이 보다 양호하게 이루어진다.
즉, 증기에 의해 미강이 숙화되어 풀로 작용하면서 팽연톱밥 끼리 잘 접착(달라붙게)될 뿐 아니라, 고압으로 압출되므로 펠릿성형이 보다 양호하게 이루어진다.
상기 증기(蒸氣)의 분사온도는 100℃ ~ 120℃이지만 팽연톱밥에서의 온도가 60℃ 이하로 유지되게 함으로써 팽연톱밥중의 미생물들이 죽지 않도록 한다.
압출 성형되는 팽연톱밥 펠릿의 단면형상은 대체로 둥근 형상이 바람직하지만, 물론 타원형상이나 사각형상 또는 다각형상이나 이들의 변형 형상으로 다양화할 수 있으며, 시비할 때 작업성이 좋도록 톱밥펠릿의 직경은 6㎜ ~ 12㎜, 길이는 10㎜~ 20㎜로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 팽연톱밥 펠릿의 직경(6㎜ ~ 12㎜)은 펠릿제조장치의 압출공 크기를 조정하면 되고, 압출공과 압출공 주변에 위치하는 커터간의 이격거리를 조정하면 펠릿의 길이를 결정할 수 있다.
한편, 톱밥은 pH 6.2의 미산성을 나타내고, 탄수화물이 26.5% ~ 29.8%, 조단백질은 1.9% ~ 3.7%로 C/N비(111.3)가 높고, 조직이 강하며 규산이 집적되어 발효가 저해되지만, 본 발명에서는 톱밥이 팽연화에 의해 조직이 연화되고 질소 및 수분이 잘 흡수되어 훌륭한 퇴비가 되며, 응집제 및 성형제 역활을 하는 미강에 의해 팽연톱밥이 양호하게 압출 성형되므로 시비작업성이 좋아지며, 미가공 톱밥에 비해 부피가 1/2 ~ 1/4로 크게 줄어 들어 운반 및 보관비용과 물류비용도 절감된다.
본 발명에서 팽연톱밥 펠릿과 가루(부스러기 포함)를 분리하는 단계(F6 및 F8 단계)에서 6메쉬 ~ 8메쉬 정도의 스크린망을 갖는 샤름을 이용하여 팽연톱밥 펠릿과 가루(부스러기 포함)를 분리하도록 하되, 분리 회수된 펠릿가루는 펠릿제조장치로 재투입시켜 펠릿화 함으로써 팽연톱밥의 낭비를 방지하도록 한다.
본 발명에서는 위에 예시한 바와 같이 발효된 팽연톱밥은 보관과 운반 및 시비가 좋도록 펠릿화하게 되며, 성형된 팽연톱밥 펠릿은 소형포장(20Kg 이하/포)으로 포장하거나 포장비를 절약하기 위하여 중형포장이나 대형포장으로 포장할 수 있다.
본 발명의 팽연톱밥 펠릿은 품질이 균일하고 협잡물(불용해물 등)이 없어 일반퇴비 및 연료로서의 장점은 물론 pH가 높아 토양의 화학적 개량효과가 높고 규산성분이 많아 식물체를 튼튼하게 생육시켜 병충해에 강해지며 질소성분이 낮아 재발효를 일으킬 우려가 없다. 특히 하우스나 온실재배시 팽연톱밥 펠릿을 시용하면 하우스병 등의 피해와 연작피해를 줄이거나 방지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치를 설명하기 위한 구성도로, 톱밥이 투입되는 투입호퍼(1)와, 이송컨베어(21) 및 버킷컨베어(31)를 통해 이동되는 투입호퍼(1)의 톱밥을 저장하는 톱밥 저장탱크(2)와, 이송컨베어(22)를 통해 이동되는 톱밥을 팽연화시키는 팽연화장치(3); 상기 팽연화장치(3)로 물을 공급하는 급수탱크(4)와, 상기 팽연화장치(3)로 미강을 공급시켜 팽연톱밥과 혼합되게 하는 미강공급장치(5); 펠릿화되게 하는 이송컨베어의 이송으로 상기 팽연화장치(3)에서 팽연된 톱밥의 이동량을 팽연톱밥 포장부로 선택 배출하는 게이트밸브(6)와, 증기 및 물을 공급하는 가수탱크(7)와, 팽연화된 톱밥과 혼합기(8)가 구비된 펠릿제조장치(9); 팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리배출하는 샤름(41)으로 팽연톱밥 펠릿을 이송하는 버킷컨베어(32)와, 팽연톱밥 펠릿을 상온으로 냉각시키는 냉각장치(10); 상기 냉각장치(10)의 열기를 식혀주는 배풍기(11); 상기 냉각장치(10)로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리하며 샤름(42)으로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿을 소정량으로 계량하는 계량기(12) 및 톤백포장기(13); 버킷컨베어(32)의 이송으로 소정량씩 계량된 팽연톱밥 펠릿을 자동 포장하는 포장기(14); 상기 팽연톱밥 제조장치 전체를 제어하는 제어기(15); 로 구성된다.
상기 팽연화장치(3)는 투입된 톱밥 수분이 20% ~ 25%로 조절되게 길이가 짧은 스크류(Screw)를 고속으로 회전시켜 층 밀림에 의한 압축열과 마찰열에 의해서 바렐 내에서 수분이 120℃ ~ 160℃의 수증기로 되어 공기중에 방출될 때 급격한 압력 변화로 인하여 체적이 증가되고 톱밥조직이 파괴되어 부드러워지면서 조직간에 공극이 커져서 수분 흡수가 좋아진다. 이때 바렐내에서의 압축력은 6Kg/cm3이상이 된다.
그리고, 펠릿제조장치(9)는 멧돌형 또는 스크류형을 사용할 수 있으며, 멧돌형의 경우 압출공이 무수히 형성된 압출부가 회전하고 커터가 고정된 구성이며, 스크류형의 경우 커터가 회전하도록 구성되거나, 또는 압출부와 커터가 서로 반대방향으로 회전하도록 구성되며, 배출 성형되는 팽연톱밥 펠릿은 포장단계에서 소형포장, 중형포장, 대형포장(톤백포장)으로 포장된다.
상기 미강공급장치(5)는 팽연화된 톱밥 중으로 20% ~ 40% 무게비의 미강(보드라운 쌀겨)을 혼합함으로써 압출되는 팽연톱밥의 펠릿 형상이 양호하게 형성 및 유지되며, 가수탱크(7)에 의해 펠릿제조장치(9) 내부로 투입되는 팽연톱밥의 함수율이 20% ~ 25%로 가수(加水) 됨으로써 미강이 풀로 작용하여 팽연톱밥 끼리 달라붙거나 접착되므로 팽연톱밥 펠릿의 양호한 성형이 이루어지게 된다. 즉, 물 및 증기에 의해 미강이 숙화되어 풀로 작용하면서 팽연톱밥 끼리 잘 접착(달라붙게) 될 뿐 아니라, 고압으로 압출되므로 펠릿성형이 보다 양호하게 이루어진다.
상기 샤름(41)(42)은 6메쉬 ~ 8메쉬 정도의 스크린망이 경사지게 설치되어 팽연톱밥 펠릿과 가루(부스러기 포함)를 분리하게 되며, 분리 회수되는 펠릿가루는 펠릿제조장치로 재투입시켜 펠릿화 함으로써 팽연톱밥의 낭비가 방지된다.
상기 냉각장치(10)는 통체 상부에 입구가 형성되고 통체 하부에 배출게이트가 설치되는 통형상의 구조물이며, 통체 내상부에는 배출게이트 개폐용 엑츄에이터를 제어하는 상한 레벨스위치(또는 상한 레벨센서)가 설치되어 유입되는 팽연톱밥 펠릿을 감지하게 되며, 입구로 유입되는 팽연톱밥 펠릿이 상한레벨 이상으로 유입되면 상한 레벨스위치가 이를 감지하여 엑츄에이터를 동작시켜 배출게이트가 개방되며, 따라서 통체 하부에 위치하던 팽연톱밥 펠릿이 배출게이트 밑으로 낙하하게 된다.
상기 배출게이트는 수평 왕복 운동하는 한 쌍의 게이트로 구성하되, 각 게이트에는 팽연톱밥 펠릿이 충분히 통과할 수 있는 배출 틈이 유지될 수 있게 봉체 또는 판체를 수평으로 나열시켜 구성하되, 한 쌍의 게이트를 상하로 중첩되게 설치시켜 상기 배출 틈이 상하로 연결되면 팽연톱밥 펠릿이 배출 틈을 통하여 밑으로 낙하하도록 하고, 배출 틈이 어긋나게 위치하면 팽연톱밥 펠릿이 밑으로 낙하하지 못하도록 구성함으로써 외부공기가 배출 틈을 통하여 통체 내부로 자연스럽게 상승 유입되면서 팽연톱밥 펠릿이 냉각되며, 또한 배풍기(11)로 상승기류를 신속히 배출시키고 팽연톱밥 펠릿이 통체 내부에서 대략 20 ~ 40분가량 정체되게 함으로써 팽연톱밥 펠릿이 상온으로 냉각된다.
상기에서 냉각장치(10)로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿을 소정량으로 계량하는 계량기(12) 및 톤백포장기(13)로 이송하는 버킷컨베어(33) 후단에 게이트밸브를 설치시켜 팽연톱밥 펠릿을 소형단위로 계량하여 포장하거나, 또는 대형포장(톤백포장)으로 포장하면 된다.
또한 팽연톱밥만 배출 포장할 수 있게 게이트밸브(6)가 이송컨베어(25)에 연결된 경우 팽연톱밥 포장부로 팽연톱밥이 이동되며, 배출되는 팽연톱밥은 소형포장, 중형포장, 대형포장(톤백포장)으로 포장하면 된다.
본 발명에서 팽연톱밥 펠릿에 포함된 미생물의 생존에 적합한 온도를 유지함으로써 펠릿의 형태로 제조되는 과정에서 계속해서 생존할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명 팽연톱밥 펠릿은 미생물 활동에 의한 유기물 증가로 토양개선제(토양 밸런스 유지), 토양개량제로 훌륭히 사용할 수 있다.
본 발명에서 미강을 혼합할 때 사용자의 필요에 의해 소정량의 효소를 혼합 첨가시켜 질소성분이 가미되게 할 수 있다.
본 발명에서 팽연톱밥과 펠릿화하는 것을 예로 들었으나, 물론 팽연톱밥 대신 분쇄톱밥에 미강을 소정량 혼합하여 펠릿화 할 수 있다.
이하, 표4 내지 표6에서 본 발명에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법를 이용한 친환경 펠릿의 분석표를 제시한다.
구 분 발열량 단위 가격 동일 발열량 당 가격 상대비율
목재펠릿 4.5Mcal/kg 400원/kg 89원 100
경유 9Mcal/ℓ 1,437원/ℓ 160원 180
면세경유 9Mcal/ℓ 821원/ℓ 91원 102
보일러등유 9Mcal/ℓ 973원/ℓ 108원 121
도시가스 10.5Mcal/Nm3 680원/Nm3 64원 72
심야전기 0.68Mcal/Kwh 41원/Kwh 48원 54
유연탄 6.2Mcal/kg 110원/kg 18원 20
상기 도표 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법를 이용한 친환경 펠릿은 연료용으로 사용하기에 상대적으로 경제적인 것을 알 수 있다.
특성 단위 1급펠릿 2급펠릿 3급펠릿 4급펠릿
크기[지름] ㎜ 6-8 6-8 6-8 6-25
크기[길이] ㎜ ≤32 ≤32 ≤32 ≤32
겉보기 밀도 kg/㎥ ≥640 ≥600 ≥550 ≥500
함수율 % ≤10 ≤10 ≤15 ≤15
회분 % ≤0.7 ≤1.5 ≤3.0 ≤6.0
미세분 % ＜1.0 ＜1.0 ＜2.0 ＜2.0
내구성 % ≥97.5 ≥97.5 ≥95 ≥95
발열량 % ≥4,300
[≥18.0]		 ≥4,300
[≥18.0]		 ≥4,040
[≥16.9]		 ≥4,040
[≥16.9]
유황분 % ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 0.05
염소분 % ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 0.05
질소분 % ＜0.3 ＜0.3 ＜0.3 0.3
기타 첨가물 % ＜2.0 ＜2.0 ＜2.0 ＜2.0
상기 도표 5에 도시한 도표는 펠릿의 급수에 따른 항목별 특성 분석표를 도시한 것이다.
구분 직경
[㎜]		 길이
[㎜]		 내구성
[%]		 밀도
[kg/㎥]		 함수율
[%]		 회분
[%]		 발열량
[kcal/kg]		 질소
[%]		 비고
1등급기준 - - ≥97.5 ≥640 ≤10 ≤0.7 ≥4,300 -
본원펠릿 6~8 10~12 99.6 726 7.2 0.6 5,060 0.1 1등급
상기 도표 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치 및 그 제조방법를 이용한 친환경 펠릿은 1등급 연료로 경제적으로 이용될 수 있는 것이 특징이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동일한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 톱밥 투입호퍼 2: 톱밥 저장탱크
3: 팽연화장치 4: 급수탱크
5: 미강공급장치 6: 게이트벨브
7: 가수탱크 8: 혼합기
9: 펠릿제조장치 10: 냉각장치
11: 배풍기 12: 계량기
13: 톤백포장기 14: 포장기
15: 제어기
21, 22, 23, 24, 25: 이송컨베어
31, 32, 33: 버킷컨베어
41, 42: 샤름

Claims (9)

  1. 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법에 있어서,
    (a) 톱밥과 물을 팽연장치로 투입시켜 팽연톱밥을 얻은 다음 미강을 혼합하고 압출 및 냉각하여 팽연톱밥 펠릿을 제조하는 팽연장치로 톱밥을 투입하여 100℃~120℃의 증기를 분사시켜 20%~25%의 함수율이 유지되는 팽연톱밥을 얻는 단계;
    (b) 상기 팽연톱밥에 20% ~ 40% 무게비의 미강을 혼합한 다음 펠릿제조장치로 압출 성형하는 단계;
    (c) 상기 압출 성형단계에서 발생되는 팽연톱밥 펠릿과 펠릿가루를 분리하는 단계;
    (d) 상기 팽연톱밥 펠릿을 냉각하는 단계에서 발생 되는 펠릿가루를 분리하는 단계;
    (e) 상기 압출 성형 단계와 상기 펠릿 냉각단계에서 분리된 펠릿가루를 펠릿제조장치로 투입시켜 압출 성형하는 단계;
    로 된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 팽연 톱밥끼리 잘 접착(달라붙게)하기 위해 100℃ ~ 120℃의 증기에 의해 미강이 숙화되어 풀로 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 증기(蒸氣)의 분사온도는 100℃ ~ 120℃이지만 팽연톱밥에서의 온도가 60℃ 이하로 유지되게 함으로써 팽연톱밥 중의 미생물들이 죽지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조방법.
  4. 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치에 있어서,
    톱밥이 투입되어 톱밥을 팽연화시키는 팽연화장치(3);
    상기 팽연화장치(3)로 미강을 공급시켜 팽연톱밥과 혼합되게 하는 미강공급장치(5);
    이송컨베어의 이송으로 팽연톱밥을 혼합 및 포장하는 펠릿제조장치(9);
    팽연톱밥 펠릿을 상온으로 냉각시키는 냉각장치(10);
    열기를 식혀주는 배풍기(11);
    상기 냉각장치(10)로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리하며, 샤름(42)으로부터 배출되는 팽연톱밥 펠릿을 소정량으로 계량하여 포장하는 계량기(12) 및 톤백포장기(13);
    버킷컨베어(32)의 이송으로 소정량씩 계량된 팽연톱밥 펠릿을 자동 포장하는 포장기(14);
    상기 팽연톱밥 제조장치 전체를 제어하는 제어기(15);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    팽연화장치(3)는 톱밥이 투입되는 투입호퍼(1)와, 팽연톱밥의 이송이 이루어지도록 한 이송컨베어(21,22) 및 버킷컨베어(31)와, 톱밥을 저장하는 톱밥 저장탱크(2)로 구성된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    미강공급장치(5)는 물을 공급하는 급수탱크(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    펠릿제조장치(9)는 상기 팽연화장치(3)에서 팽연된 톱밥의 이동량을 팽연톱밥 포장부로 선택 배출하는 게이트밸브(6)와, 증기 및 물을 공급하는 가수탱크(7)와, 팽연화된 톱밥과 물을 혼합하는 혼합기(8)로 구성된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    냉각장치(10)는 팽연톱밥 펠릿과 그 가루를 분리배출하는 샤름(41)과, 팽연톱밥 펠릿을 이송하는 버킷컨베어(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    배풍기(11)는 냉각장치(10)의 열기를 식혀주는 것을 특징으로 하는 목재를 이용한 친환경 연료용 펠릿의 제조장치.
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