KR20120107507A - 반죽 물질, 특히 폐수 처리장으로부터 슬러지를 건조시키고, 열에너지의 발생을 위한 방법 및 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 열전달 유체가 공급되고, 예비 건조된 슬러지와 수증기를 배출하는(1a, 1b) 제 1 간접 건조 스테이지(1); 상기 제 1 스테이지의 출구에서의 슬러지 형성 단계(6), 및 가열 가스, 특히 공기의 수단에 의해 가열된 예비 건조된 슬러지를 위한 제 2 건조 스테이지(7)로서, 건조된 슬러지를 만드는(7b) 제 2 스테이지를 포함하고, 제 2 스테이지에 의해 생성된 건조된 슬러지의 적어도 일부분이 열에너지를 만들도록 소각되고(23), 상기 열에너지의 적어도 일부가 제 1 건조 스테이지의 열전달 유체를 가열하도록 사용되는, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장으로부터의 슬러지를 건조시키기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

반죽 물질, 특히 폐수 처리장으로부터 슬러지를 건조시키고, 열에너지의 발생을 위한 방법 및 설비{METHOD AND FACILITY FOR DRYING PASTY MATERIALS, IN PARTICULAR SLUDGE FROM WASTEWATER TREATMENT PLANTS AND GENERATION OF THERMAL ENERGY}
본 발명은 그 에너지 및 열 효율이 개선되는, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장 슬러지를 건조시키는 방법에 관한 것이다.
도시 폐수 처리장으로부터의 슬러지를 건조시키기 위한 열적 기술은 공지되어 있다. 그 최종 건도(dryness)가 85% 이상인 완성품을 얻기 위하여 다양한 기술들이 이용 가능하다. 슬러지의 건도는 슬러지(MS + 물) 또는 : MS/(MS + H2O)의 전체 질량에 대한 건조된 물질(MS)의 질량의 비로서 정의될 수 있다.
열 건조의 주요 결점은 건조를 위해 요구되는 높은 에너지 소비이며, 높은 작동 비용을 초래한다. 특허 EP 0 781 741 B1 및 EP 0 889 014 B1은 열 효율을 개선하는 것을 목적으로 하는 반죽 제품, 특히 폐수 처리장 슬러지를 건조시키기 위한 방법을 개시한다. 이러한 특허들에 따라서, 반죽 물질을 건조시키기 위한 방법은 다음의 2개의 건조 스테이지들을 포함한다. 즉:
- 열전달 유체를 사용하는 제 1 간접 건조 스테이지로서, 출구에서 예비 건조된 슬러지와 수증기를 배출하는, 제 1 간접 건조 스테이지;
- 제 1 스테이지의 출구에서 예비 건조된 슬러지를 위한 슬러지 형성 단계; 및
- 가열 가스, 특히 공기를 사용하여 가열된 예비 건조된 슬러지를 위한 제 2 건조 스테이지로서, 출구에서 건조된 슬러지를 만드는 제 2 스테이지.
EP 0 781 741 B1 EP 0 889 014 B1
본 발명의 주 목적은 슬러지를 건조하는데 요구되는 에너지를 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서,
2개의 건조 스테이지, 즉,
- 열전달 유체가 공급되는 제 1 간접 건조 스테이지로서, 출구에서 예비 건조된 슬러지와 수증기를 배출하는, 상기 제 1 간접 건조 스테이지;
- 상기 제 1 스테이지의 출구에서의 슬러지 형성 단계; 및
- 가열 가스, 특히 공기를 사용하여 가열되는, 상기 예비 건조된 슬러지를 위한 제 2 건조 스테이지로서, 출구에서 건조된 슬러지를 만드는 상기 제 2 스테이지를 포함하는, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장의 슬러지를 건조시키기 위한 방법에 있어서,
- 상기 제 1 건조 스테이지를 나오는 상기 예비 건조된 슬러지는 제 2 건조기로 낙하하는 슬러지의 밴드들 등을 형성할 수 있는 슬러지 압출기 내로 도입되고,
- 상기 제 2 건조 스테이지를 떠나는 건조된 슬러지는 응집체(aggregate)를 제조하도록 기계적 작용을 받고, 상기 응집체의 적어도 일부는 열에너지를 만들도록 소각되며;
- 이러한 열에너지의 적어도 일부는 상기 제 1 건조 스테이지의 열전달 유체를 가열하도록 사용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 건조 스테이지를 떠나는 수증기는 응축기로 보내지고 상기 응축기에서 상기 제 2 건조 스테이지의 가열 가스를 가열한다.
유익하게, 상기 제 1 건조 스테이지의 가열을 위한 상기 열전달 유체는 폐쇄 루프에서 흐르고, 슬러지의 소각에 의해 가열된다. 상기 열전달 유체는 오일 또는 수증기로 이루어질 수 있다.
폐쇄 루프는 상기 루프의 열전달 유체와 상기 제 2 건조 스테이지로 들어가는 가열 가스 사이에 히터를 구비한 우회로(bypass)를 포함할 수 있다.
슬러지의 소각에 의해 공급되는 열에너지는 가스, 오일, 바이오가스, 스팀, 연도 가스로부터 선택된 하나 이상의 에너지원으로부터의 외부 에너지에 의해 보충될 수 있다.
가스의 일부는 제 1 건조 스테이지와 제 2 건조 스테이지 사이에서 배출될 수 있으며, 소각을 위해 가열 시스템의 공기 입구로 보내진다.
유익하게, 슬러지 응집체의 소각은 유동층상 소각로, 사이클론 소각로, 가동성 격자 소각로, 고정 격자 소각로, 멀티스테이지 격자 소각로, 회전 소각로 또는 다른 유사한 소각로를 포함하는 그룹의 소각로에서 수행된다.
부가적으로, 열은 소각로에 의해 생성된 연도 가스로부터 회수될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 반죽 물질, 특히 폐수 처리장 슬러지를 건조시키기 위한 설비에 관한 것이며,
- 출구에서 예비 건조된 슬러지와 가열 가스를 가열하도록 응축기로 보내진 수증기를 배출하는, 열전달 유체를 위한 제 1 간접 예비 건조 유닛;
- 상기 제 1 건조 유닛의 출구에 있는 슬러지 형성 디바이스; 및
- 가열 가스, 특히 공기를 사용하여 가열되는, 예비 건조된 슬러지를 건조시키기 위한 제 2 건조 유닛을 포함하는 폐수 처리장 슬러지 건조 설비에 있어서,
- 열에너지를 만들도록 상기 제 2 건조 유닛을 떠나는 슬러지의 적어도 일부를 소각하기 위한 유닛; 및
- 생성된 이러한 열에너지의 적어도 일부를 상기 제 1 건조 스테이지의 열전달 유체에 전달하기 위한 열교환 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 설비는, 상기 제 2 건조 유닛의 출구에서, 건조된 슬러지 상에서의 기계적 작용을 발휘하여 건조된 슬러지를 더욱 미세한 응집체의 형태로 만들기 위한 리듀서(reducer)를 포함한다.
상기 열교환 수단은 유익하게 폐쇄 루프를 포함하며, 상기 폐쇄 루프는, 상기 루프의 열전달 유체와 상기 제 2 건조 스테이지로 들어가는 가열 가스 사이에 히터를 구비한 우회로를 포함한다.
본 발명은 상기된 설비 외에, 첨부된 도면을 참조하여 기술되지만 본 발명은 제한하지 않는 예시적인 실시예에 관하여 다음에 더욱 상세하게 기술되는 복수의 다른 설비들로 이루어진다.
도 1은 본 발명의 방법을 구현하는 건조 설비의 개략도.
도면을 참조하여, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장 슬러지를 건조시키기 위한 설비를 도시하며, 이 설비는 간접 형태의 제 1 건조기(1), 또는 예비 건조 유닛을 포함한다. 건조기(1)의 슬러지 공급은 건조될 슬러지를 수용하는 사일로(3)로부터 펌프(2)에 의해 제공된다. 열전달 유체는 이후에 기술되는 루프(5)에 연결된 라인(4)들에서 유동한다. 루프(5)의 열전달 유체는 바람직하게 오일 또는 수증기로 이루어진다.
간접 건조기는 슬러지를 건조시키기 위해 사용된 열전달 유체가 이러한 슬러지와 직접적인 접촉없이, 열전달 유체와 건조될 슬러지 사이의 열교환과 함께 라인들에서 유동하는 장치를 의미한다. 건조기(1)는 박막, 디스크 또는 베인(vane) 형태일 수 있다.
건조기(1)는 출구(1a)에서 예비 건조된 슬러지를, 다른 출구(1b)에서 수증기를 배출한다. 예비 건조된 슬러지는 슬러지의 밴드 또는 유사물을 형성하기 위하여 슬러지 압출기(6)로 도입되고, 슬러지의 밴드 또는 유사물은 압출기의 출구(6a)를 통해 도면에 도시된 바와 같이 예를 들어, 벨트 형태(7a)의 제 2 건조기(7)로 낙하한다. 건조기(7)는 직접 형태의 것이며, 즉, 벨트(7a) 상에서 유동하는 슬러지는 입구(8)를 통해 도입되는 가열 가스, 특히 고온 공기와 직접 접촉한다.
건조기(1)를 떠나는, 여전히 플라스틱 상(plastic phase)으로 있는 슬러지는, 균일하고 사전 규정된 크기를 가진 소자들을 만들기 위하여 선택된 지름의 구멍들을 포함하는 천공 플레이트(슬러지 압출기)를 통하여 압출된다.
건조기(7)로부터 가스는 적용 가능하면, 냉각 유닛(11), 이어서 응축기(12)를 통과하도록 팬(9)을 사용하여 출구(10)를 통해 배출된다. 건조기에서 가스는 수증기의 응축에 의해 가열되고, 수증기는 오리피스(1b)를 통해 제 1 건조기(1)를 떠나며, 덕트(13)를 통해 응축기(12)로 보내진다. 응축기(12)의 출구에서, 가열된 가스는 적어도 부분적으로 덕트(14)를 통해 입구(8)로 복귀된다. 선택적으로, 가스의 다른 부분은 출구(15)를 통해 배기시에 제거된다. 물의 기화 잠열은 응축기(12)에서 회수된다.
건조기(7)로부터 가스를 빼내고 냉각 유닛(18)을 통과한 후에 이 건조기 내로 가스를 재도입하도록 팬(17)이 설치된 우회로(16)가 제공될 수 있다.
건조기(7)는 제 1 건조기(1)의 출구에서 보다 작은 크기의 응집체의 형태로, 건조된 슬러지를 출구(20)에서 배출하도록 건조된 슬러지에 기계적 작용을 적용하기 위해, 건조된 슬러지 출구(7b)에 리듀서(19) 또는 그라인더를 포함한다. 건조기(7)를 떠나는 건조된 슬러지의 건도는 95% 만큼 높을 수 있다.
리듀서(19)를 떠나는 응집체는 공급 디바이스(21), 특히 스크류 디바이스를 통해 저장 사일로로 보내져서 부분적으로 제거되고, 다른 부분에 대해서는, 공급 디바이스(22), 특히 스크류 디바이스에 의해, 공기 입구(23a)와 연도 가스 출구(23b)를 구비하고 가열 유닛을 구성하는 소각로(23)로 보내져서 부분적으로 제거된다.
제 1 건조 스테이지(1)의 열전달 유체의 루프(5)는 건조된 슬러지 응집체의 소각에 의해 생성된 열에너지로부터 열전달 유체를 가열하기 위해, 소각로(23)에 위치된 열교환기(5a)를 포함한다.
가열된 열전달 유체를 위해, 열교환기(5a)의 배출 분기부(24)는 2개의 분기부(24a, 24b)들로 분할되며, 각각의 분기부는 유체가 오일로 이루어질 때 펌프(25a, 25b)들이, 또는 유체가 수증기로 이루어질 때 다른 조정 수단이 장착된다.
분기부(24a)는 건조기(1)의 라인(4)들로 가열된 열전달 유체를 운반한다. 소각로(23)로의 열전달 유체의 복귀는 열교환기(5a)의 복귀 분기부(26)를 합치는 라인(26a)에 의해 제공된다.
분기부(24b)는 라인(26b)을 통해 분기부(26)로 복귀하는 열전달 유체에 의해, 가스를 가열하기 위해 히터(27)로 열전달 유체를 보내고, 가스는 그런 다음 제 2 건조기(7)로 들어간다.
응집체의 소각에 의해 루프(5)의 열전달 유체로 공급되는 열에너지는 예를 들어, 가스, 오일, 바이오가스, 수증기, 연도 가스 등으로부터 선택된 하나 이상의 에너지원으로부터의 외부 에너지에 의해 보충될 수 있다.
기화 잠열의 회수와 함께 제 1 건조기(1)에서 건조된 슬러지의 소각에 의해 제공된 에너지 발생 및 설비에서의 에너지의 직접적인 사용은 외부 에너지의 요구를 감소시키고, 슬러지 건조 방법의 열 산출량을 상당히 개선하도록 기여한다.
폐수 처리장 슬러지로 생성된 건조된 응집체는 건조 고체의 전체량에 대한 유기물의 비율, 슬러지 자체의 특성, 및 수분 함유량에 의존하는 높은 발열량을 가진다. 이러한 특성은 건조된 슬러지가 상기된 방법을 위한 열에너지의 실현 가능한 소스를 구성한다는 것을 의미한다.
슬러지 공급은 수동 또는 자동일 수 있다. 소각된 양은 요구에 의존하며, 가스, 오일, 바이오가스, 고체 연료 등으로 제한되지 않는 것과 같은 외부 에너지원이 보충될 수 있다. 가열 시스템에 의해 요구되지 않는 임의의 처리된 슬러지는 임의의 사전 규정된 방식으로 제거된다.
제 1 예비 건조 유닛과 제 2 건조 유닛 사이에서 설비를 떠나거나, 또는 설비의 임의의 부분으로부터 유출하는 배기 가스는 가열 시스템(23)의 공기 입구(23a)으로 보내질 수 있으며, 가열 시스템에서 배기 가스는 가열 시스템을 위한 주 공기 스트립과 혼합된다. 이러한 설비는 입구 공기 온도를 증가시키고 배기 가스 스트림을 탈취하도록 기여한다.
소각로(23)로 이루어진 가열 시스템은 연도 가스 처리 시스템과 함께 또는 연도 가스 처리 시스템없이 사용될 수 있다.
가열 시스템은 연도 가스로부터 추가의 열을 회수하기 위한 유닛을 포함할 수 있다.
응집체의 소각에 의해 발생된 열은 오일과 공기에 한정되지 않는 것과 같이 선택된 임의의 수단의 온도를 상승시키도록, 또는 스팀을 발생시키도록, 또는 설비의 장치를 가열하도록 사용될 수 있다.
설비의 장치는 ATEX 환경에서, 또는 비ATEX 환경에서 제공될 수 있다.
방법의 제어는 자동 또는 수동 또는 그 조합일 수 있다. 상기 방법은 연속 또는 비연속, 또는 그 조합일 수 있다.
본 발명의 방법은 EP 0 781 741 또는 EP 0 889 014에 따른 방법 및/또는 설비에 적용될 수 있다.
본 발명의 방법은 EP 0 781 741 또는 EP 0 889 014에 따라서 기술된 것과 다른 건조 공정 및 설비에 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 2개의 건조 스테이지, 즉,
    - 열전달 유체가 공급되는 제 1 간접 건조 스테이지로서, 출구(1a, 1b)에서 예비 건조된 슬러지와 수증기를 배출하는, 상기 제 1 간접 건조 스테이지(1);
    - 상기 제 1 스테이지의 출구에서의 슬러지 형성 단계(6); 및
    - 가열 가스, 특히 공기를 사용하여 가열되는, 상기 예비 건조된 슬러지를 위한 제 2 건조 스테이지(7)로서, 출구(7b)에서 건조된 슬러지를 만드는 상기 제 2 스테이지(7)를 포함하는, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장의 슬러지를 건조시키기 위한 방법에 있어서,
    - 상기 제 1 건조 스테이지(1)를 나오는 상기 예비 건조된 슬러지는 제 2 건조기(7)로 낙하하는 슬러지의 밴드들 등을 형성할 수 있는 슬러지 압출기(6) 내로 도입되고,
    - 상기 제 2 건조 스테이지를 떠나는 건조된 슬러지는 응집체를 제조하도록 기계적 작용(19)을 받고, 상기 응집체의 적어도 일부는 열에너지를 만들도록 소각되며(23);
    - 이러한 열에너지의 적어도 일부는 상기 제 1 건조 스테이지의 열전달 유체를 가열하도록 사용되는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 건조 스테이지를 떠나는(1b) 수증기는 상기 제 2 건조 스테이지(7)의 가열 가스를 가열하도록 응축기(12)로 보내지는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 건조 스테이지(1)의 가열을 위한 열전달 유체는 폐쇄 루프(5)에서 유동하고, 상기 슬러지의 소각에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전달 유체는 오일 또는 수증기로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄 루프(5)는 상기 루프(5)의 열전달 유체와 상기 제 2 건조 스테이지(7)로 들어가는 상기 가열 가스 사이에 히터(27)를 구비한 우회로(24a, 24b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지의 소각에 의해 공급되는 상기 열에너지는 가스, 오일, 바이오가스, 스팀, 연도 가스로부터 선택된 하나 이상의 에너지원들로부터의 외부 에너지에 의해 보충되는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스의 일부는 상기 제 1 건조 스테이지와 상기 제 2 건조 스테이지 사이에서 배출되고, 소각을 위해 상기 가열 시스템의 공기 입구(23a)로 보내지는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지의 소각은 유동층상 소각로, 사이클론 소각로, 가동성 격자 소각로, 고정 격자 소각로, 멀티스테이지 격자 소각로, 회전 소각로를 포함하는 그룹의 소각로에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 열이 상기 소각로에 의해 생성된 연도 가스로부터 회수되는 것을 특징으로 하는, 반죽 물질 건조 방법.
  10. - 출구(1a, 1b)에서 예비 건조된 슬러지와 가열 가스를 가열하도록 응축기(12)로 보내진 수증기를 배출하고, 열전달 유체의 도움으로 예비 건조를 하기 위한 제 1 간접 예비 건조 유닛(1);
    - 상기 제 1 건조 유닛(1)의 출구에 있는 슬러지 형성 디바이스(6); 및
    - 가열 가스, 특히 공기를 사용하여 가열되는, 상기 예비 건조된 슬러지를 건조시키기 위한 제 2 건조 유닛(7)을 포함하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한, 반죽 물질, 특히 폐수 처리장 슬러지를 건조시키기 위한 설비에 있어서,
    - 상기 제 1 예비 건조 유닛(1)의 출구에서, 상기 제 2 건조기(7)로 낙하하는, 슬러지의 밴드들 등을 형성할 수 있는 예비 건조된 슬러지의 압출기(6);
    - 상기 제 2 건조 유닛의 출구(7b)에서, 건조된 슬러지 상에서의 기계적 작용을 발휘하여 상기 건조된 슬러지를 응집체의 형태로 만들기 위한 리듀서(19);
    - 열에너지를 만들도록 상기 제 2 건조 유닛을 떠나는 상기 응집체의 적어도 일부를 소각하기 위한 유닛(23); 및
    - 생성된 이러한 상기 열에너지의 적어도 일부를 상기 제 1 건조 스테이지(1)의 열전달 유체에 전달하기 위한 열교환 수단(5, 5a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장 슬러지 건조 설비.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 열교환 수단은 폐쇄 루프(5)를 포함하며, 상기 폐쇄 루프는, 상기 루프의 열전달 유체와 상기 제 2 건조 스테이지(7)로 들어가는 가열 가스 사이에 히터(27)를 구비한 우회로(24b, 26b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장 슬러지 건조 장치.
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