KR20140004594A - 슬러지 처리 시스템, 슬러지 처리 시스템의 운전제어용 프로그램을 기록한 기록매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 농축 슬러지를 열처리하는 노를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서, 원심분리장치의 조업 조건을, 노의 조업 상태에 의거한 최적 조건으로 자동 제어할 수 있는 슬러지 처리 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 하나의 관점에 따르면, 자동제어장치가, 원심분리장치의 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어하고, 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 변경하는 구성으로 한다.

Description

슬러지 처리 시스템, 슬러지 처리 시스템의 운전제어용 프로그램을 기록한 기록매체{SLUDGE PROCESSING SYSTEM AND STORAGE MEDIUM STORING A PROGRAM FOR CONTROLLING AN OPERATION OF A SLUDGE PROCESSING SYSTEM THEREON}
본 발명은, 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 농축 슬러지를 열처리하는 노를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 농축 슬러지의 열처리 상황에 따라서 원심분리장치를 자동 제어하는 기술에 관한 것이다.
예를 들면 상하수, 산업배수, 시뇨 등의 수처리 과정에서 발생하는 슬러지는 소각로에서 소각 처리된다. 슬러지는 함수율을 저하시키기 위한 농축처리를 행하고 나서 소각하는 것이 바람직하다. 슬러지 농축장치(탈수의 경우도 포함함)로서는, 경사분리기(decanter)라고 불리는 원심분리장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
도 12는 가로형의 경사분리기의 개략 구조를 나타낸다(예를 들어, 특허문헌 3, 4, 5 참조). 가로형의 경사분리기(100)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 수평축 주위를 회전 가능한 볼(101)과, 이 볼(101) 안에 같은 회전축 상에 배치된 스크류 컨베이어(102)가, 케이싱(103)의 내부에 수용되어 있는 구조이다.
처리 대상물인 슬러지에 원심력을 부여하는 볼(101)은, 일단 측이 원뿔 형상으로 형성되어 있다. 이 원뿔 형상으로 형성되어 있는 부위는, 스크류 컨베이어(102)에 의해서 이송되는 농축 슬러지가 액 고임으로부터 이탈하는 비치부(beach portion)를 형성하고 있고, 그 선단 측에 농축 슬러지의 배출구(104)가 형성되어 있다. 또한, 볼(101)의 몸통부는, 슬러지의 액 고임(풀부(pool portion))을 형성하고 있고, 타단 측의 단면에 분리액의 배출구(105)가 형성되어 있다. 한편, 스크류 컨베이어(102)의 몸통부에는, 나선 형상의 스크류 날개(102a)와, 슬러지(공급 슬러지)를 볼(101) 안에 공급하기 위한 토출구(102b)가 형성되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 회전하는 볼(101) 안에 슬러지(공급 슬러지)를 연속 공급하면, 볼(101) 안의 풀부에 있어서, 원심력의 작용에 의해서 슬러지의 고형물이 볼(101) 둘레벽면에 침강한다. 그리고, 기어박스(106)를 개재하여 볼(101)과는 상대적인 차속(差速)을 가지고 회전하는 스크류 컨베이어(102)에 의해서, 볼(101) 안의 농축 슬러지는 비치부를 향해서 이송된다. 비치부에서 액 고임으로부터 이탈한 농축 슬러지는, 농축 슬러지의 배출구(104)로부터 배출된다. 한편, 분리액은 배출구(105)로부터 오버플로(overflow)되어 배출된다.
볼(101)은 주 구동 모터(107)에 의해서 회전된다. 주 구동 모터(107)는, 인버터 제어에 의해서 볼(101)의 회전속도(N)를 제어한다. 한편, 스크류 컨베이어(102)는, 볼(101)과 상대적인 차속(ΔN)을 가지고 회전하도록, 기어박스(106)와 백(back) 구동모터(108)에 의해서 회전속도가 제어되는 구성으로 되어 있다.
경사분리기(100)는, 농축 슬러지의 함수율이 미리 정한 목표값을 충족시키도록, 스크류 컨베이어(102)의 반송 토크 및/또는 차속(N)을 가변 제어하는 것이 일반적이다. 그러나, 슬러지 처리 시스템 전체의 효율적인 조업을 목표로, 에너지 절약화나 CO2 배출량의 저감화 등을 추진할 경우, 종래처럼 경사분리기(100)를 단일제어루프로 제어하는 것은 바람직하지 않다. 소각로의 조업 상태에 의거한 경사분리기(100)의 최적 운전을 실행할 수 있으면 되지만, 그러한 제어 수단이 구체화되었다고 하는 공지의 사실은 아직 없다.
JP 2009-214088 A JP 2002-273495 A JP 2011-230040 A JPH4-171066 A JPH6-320200 A
본 발명은 일례로서 든 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 농축 슬러지를 열처리하는 노(furnace)를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서, 원심분리장치의 조업 조건을, 노의 조업 상태에 의거한 최적 조건으로 자동 제어할 수 있는 슬러지 처리 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 슬러지 처리 시스템은, 이하의 기술적 특징을 갖추고 있다.
(1) 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서,
상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여하여 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하고,
상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는 농축 슬러지의 함수율 변경 요구를 포함하고,
상기 자동제어장치는, 상기 함수율 변경 요구에 따라서 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템:
(a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
(2) 상기 자동제어장치는, 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 약품주입률을 조절하는 제어를 더 실행한다.
(3) 상기 원심분리장치는 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 가변 댐 기구를 더 구비하고 있으며, 상기 자동제어장치는, 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 제어를 더 실행한다.
(4) 상기 노가 상기 자동제어장치에 전송하는 농축 슬러지의 함수율 변경 요구는, 상기 원심분리장치와 노의 소비 전력, CO2 배출량 및 운영비용 중 어느 하나 이상에 근거하여 행해진다.
(5) 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서,
상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여해서 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하고,
상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는, 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율과, 농축 슬러지의 VTS/TS(Volatile Total Solids/Total Solids) 또는 VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보를 포함하고,
상기 자동제어장치는, 상기 농축 슬러지의 VTS/TS에 근거하여 함수율의 현재의 목표값을 유지할 것인지 혹은 새로운 목표값을 설정할 것인지를 결정하고, 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템:
(a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
(6) 상기 자동제어장치는 VTS/TS를 파라미터로 한 농축 슬러지의 함수율과 상기 볼의 원심력의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있으며, 상기 VTS/TS와 목표함수율에 대응하는 최적원심력에 근거하여, 상기 볼의 원심력의 제어값을 설정한다.
(7) 상기 자동제어장치는 VTS/TS와 농축 슬러지의 자연함수율(self-sustaining combustion moisture content)의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있으며, 상기 VTS/TS에 근거하여 자연함수율을 산출하고, 그 함수율을 새로운 농축 슬러지의 목표함수율로 설정한다.
(8) 상기 농축 슬러지의 VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보는, 노의 조연제 사용량과 노에 대한 공급 슬러지량 및 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율의 정보이다.
(9) 상기 자동제어장치는, VTS/TS와 약품주입률의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있으며, 상기 노로부터 전송되는 VTS/TS의 정보 또는 산출된 VTS/TS에 대응하는 최적약품주입률을 제어값으로 설정하여, 상기 약제의 첨가량을 조절하는 제어를 더 실행한다.
(10) 상기 원심분리장치는, 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 가변 댐 기구를 더 구비하고 있으며, 상기 자동제어장치는, 상기 목표함수율이 되도록 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 제어를 더 실행한다.
또한, 본 발명의 슬러지 처리 시스템의 운전 제어용 프로그램을 기록한 기록 매체는, 이하의 기술적 특징을 갖추고 있다.
(11) 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템의 운전을 제어하는 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여해서 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하고 있고,
상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는, 농축 슬러지의 함수율 변경 요구를 포함하고 있으며,
상기 함수율 변경 요구에 따라서 상기 자동제어장치에 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행시키는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템의 운전 제어용 프로그램을 기록한 기록 매체:
(a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
(c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
본 발명의 원심분리장치와 노를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 따르면, 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 원심분리장치의 볼이 슬러지에 부여하는 원심력, 스크류 컨베이어의 농축 슬러지 반송 토크, 볼과 스크류 컨베이어의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상의 제어값을 조정하는 자동제어장치를 설치하는 것에 의해, 원심분리장치의 조업 조건을, 노의 조업 상태에 의거한 최적 조건으로 자동 제어할 수 있다. 그 결과, 슬러지 처리 시스템 전체의 에너지 절약화, CO2 배출량의 저감화, 운영비용의 저감화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 원심분리장치와 노를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 따르면, 원심분리장치의 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어하여, 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 변경하는 구성으로 한다.
이것에 의해 노의 조업 상태에 의거한 최적 조건으로 경사분리기를 자동 제어하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 슬러지 처리 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 경사분리기의 전체 구성을 나타낸 도면;
도 3은 상기 슬러지 처리 시스템의 제어장치를 나타낸 도면;
도 4는 함수율 측정 결과에 근거하여 행하는 자동 제어를 설명한 도면;
도 5는 토크 측정 결과에 근거하여 행하는 자동 제어를 설명한 도면;
도 6은 공급 슬러지 농도의 변화에 근거하여 행하는 자동 제어를 설명한 도면;
도 7은 조연제, 소각량 및 VTS/TS의 상관 관계를 나타내는 특성도;
도 8은 VTS/TS에 근거하여 행하는 자동 제어를 설명한 도면;
도 9는 VTS/TS에 근거하여 설정 토크의 보정을 행하는 상관 관계를 나타낸 도면;
도 10은 VTS/TS와 자연함수율의 상관 관계를 나타낸 도면;
도 11은 VTS/TS와 최적약품주입률의 상관 관계를 나타낸 도면;
도 12는 종래의 경사분리기를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 슬러지 처리 시스템에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의해서 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정되어 해석되지 않는다.
도 1은, 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 농축한 슬러지를 열처리하는 노를 구비한 슬러지 처리 시스템(200)의 전체 구성을 나타낸 개략도이다. 이하의 설명에서는, 슬러지를 열처리하는 노로서 소각로를 이용한 구성을 일례로 들어서 설명한다. 단, 노가 소각로로 한정되는 경우는 없으며, 슬러지를 탄화시키는 탄화로, 슬러지를 건조시키는 건조로, 용융로 등이어도 된다.
도 1은, 슬러지 처리 시스템(200)의 전체 구성을 나타낸 개략도이다. 슬러지 처리 시스템(200)은, 슬러지의 농축처리를 실행하는 농축부와, 농축된 슬러지(이하, 「농축 슬러지」라 지칭함)를 소각하는 소각부로 크게 구분된다. 농축부는 원심분리장치의 바람직한 일례인 경사분리기(1)를 구비하고 있다. 처리 대상물인 슬러지는, 도시를 생략한 슬러지 펌프에 의해서 경사분리기(1)에 공급되고, 농축 슬러지를 기기 밖으로 배출한다. 농축 효율을 향상시키기 위해서, 약품주입펌프(201)를 이용해서 응집제 등의 물약을 슬러지에 첨가할 수 있다. 응집제로서는, 일례로서 고분자응집제나 폴리철 등의 무기응집제를 사용할 수 있다. 기기 밖으로 배출된 농축 슬러지는, 예를 들면 펌프 등의 이송 수단을 이용해서 소각부의 소각로(202)로 반송해도 되고, 혹은 상기 특허문헌 1과 같이 농축 슬러지의 자체무게를 이용한 반송 방법으로 소각로(202)로 반송해도 된다. 또, 처리 후의 슬러지의 함수율에 따라서 「농축처리」와 「탈수처리」를 구별하는 문헌 등도 존재하지만, 본 명세서에서는 구별은 하지 않고 「탈수처리」도 「농축처리」의 하나의 양상이라고 정의한다.
소각부는, 농축 슬러지를 연소하는 소각로(202), 연소를 촉진시키는 조연제를 소각로(202)에 공급하는 공급수단(203)을 구비하고 있다. 소각부는, 또한 소각로(202)로부터 배출되는 고온의 연소 가스로부터 열을 회수하는 열 회수 수단을 구비하고 있다. 열 회수 수단으로서는, 예를 들면 연소 가스와 열 회수 매체(예를 들어, 물）와의 열 교환을 행하는 열 교환기(204)를 채용할 수 있다. 열 회수된 배기 가스는, 집진장치(205), 배연처리장치(206) 등에서 무해화 처리된 후, 굴뚝(207)을 통해서 대기로 방출된다. 또, 소각로(202)는, 농축 슬러지를 연소할 수 있다면 특별한 구조를 필요로 하지 않고, 공지의 소각로를 사용할 수 있다. 일반적으로, 소각로(202)는, 안정된 연소 상태를 유지하기 위해서, 노의 연소 상황에 따라서 조연제의 첨가량을 변화시키는 제어가 행해진다.
계속해서, 경사분리기(1)의 바람직한 구성에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 경사분리기(1)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 농축 슬러지 출구(21)와 분리액 출구(22)가 각각 아래쪽에 형성되어 있는 케이싱(2)과, 케이싱(2) 내에 배치된 회전 통 형상체를 이루는 볼(3)과, 볼(3) 내에서 원심력이 부여된 농축 슬러지의 반송 수단인 스크류 컨베이어(4)를 구비하고 있다. 볼(3)은, 예를 들면 케이싱(2)에 부착된 베어링 등의 베어링 기구(23)에 의해서 지지되고, 스크류 컨베이어(4)는 컨베이어 베어링(도시 생략)에 의해서 지지되어 있으며, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)가 각각 독립적으로 수평축 둘레를 회전 가능하게 되어 있다.
그리고, 구동기구인 구동모터(24)의 동력이 회전벨트(24a)를 개재하여 볼(3)측의 풀리(24b)에 전달됨으로써, 볼(3)이 소정의 회전속도로 회전하고, 또한 차속발생장치인 기어박스(25) 및 스플라인 샤프트(26)를 통해서 스크류 컨베이어(4)에 동력이 전달되어, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)가 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 구성되어 있다.
기어박스(25)에는, 백드라이브 모터(27)라고 일컬어지는 구동모터가 회전벨트(27a) 및 풀리(27b)를 개재하여 연결되어 있다. 백드라이브 모터(27)는, 모터의 회전 샤프트를 회전벨트(27a)가 회전할 때의 토크를 이용하여, 스크류 컨베이어(4)가 볼(3)보다도 늦게 회전하도록 제동을 걸기 위한 것이다. 제동을 거는 것에 의해서 모터(27)에 발생하는 회생 전력은 구동모터(24)에 공급되고, 이것에 의해서 장치 전체의 소비 전력을 억제하도록 하고 있다. 단, 기어박스(25)의 기어비만으로 차속을 형성할 경우에는, 백드라이브 모터(27)를 설치하지 않아도 된다.
경사분리기(1)는, 처리 대상물인 슬러지(공급 슬러지) 및 응집제를 볼(3) 내에 공급하기 위한 공급노즐(5)을 더 구비하고 있다. 공급노즐(5)은, 예를 들면 2중관 구조로서, 내측에 공급 슬러지, 외측에 응집제의 유로가 할당되어 있다. 공급 슬러지는, 상하수, 산업배수, 시뇨 등의 수처리 과정에서 발생하는 슬러지이며, 함수율은 95% 내지 99.5%정도이다. 응집제는 예를 들면 고분자응집제나 폴리철 등의 무기응집제를 이용할 수 있다.
볼(3)의 몸통부는, 일단 측에 원추부(31)가 형성되고, 타단 측에 원통부(32)가 형성되어 있다. 그리고, 타단 측의 개구부는, 프런트 허브(33)라고 일컬어지는 평면이 원형의 부재에 의해서 막혀 있다. 프런트 허브(33)와 원통부(32)는, 볼(3) 내에 공급되는 슬러지가 체류하는 풀부(액 고임)를 형성한다. 프런트 허브(33)에는 분리액의 배출구(34)가 형성되어 있고, 슬러지를 연속적으로 볼(3) 내에 공급함으로써 분리액을 배출구(34)로부터 오버플로시킨다. 배출구(34)에는 분리액의 배출 수준 높이를 가변 제어하는 가변 댐 기구를 설치하는 것도 가능하다.
한편, 볼(3)의 원추부(31)는, 스크류 컨베이어(4)에 의해서 이송되는 농축 슬러지가 액 고임으로부터 이탈하는 비치부를 형성하고 있고, 비치부의 선단 측에 농축 슬러지의 배출구(35)가 형성되어 있다. 단, 본 실시형태는, 원추부(31)를 지니지 않고 원통부(32)만으로 구성되는 볼(3)에도 적용 가능하다.
볼(3) 내에서 슬러지를 반송 및 압착하는 스크류 날개(41)는, 스크류 컨베이어(4)의 몸통부(42)의 외주면에 나선 형상으로 형성되어 있다. 스크류 컨베이어(4)의 몸통부(42)는, 내부에 도시를 생략한 공동(버퍼부)을 지니고, 버퍼부 안까지 공급노즐(5)의 선단이 연장 설치되어 있다. 그리고, 공급노즐(5)로부터 슬러지가 버퍼부에 공급되면, 버퍼부로부터 몸통부(42)의 외주면까지 관통하는 토출구 및 몸통부(42)의 중앙부 부근에 형성되어 있는 쇼트 콘(short cone)(43)을 개재하여 원심력의 작용에 의해서 볼(3) 내로 슬러지가 공급되도록 되어 있다. 응집제도, 슬러지와는 다른 경로로 쇼트 콘(43) 내로 공급되어, 쇼트 콘(43) 내에서 슬러지와 혼합되어서 볼(3) 내로 공급된다. 또한, 쇼트 콘 대신에 롱 콘으로 하는 것도 가능하며, 콘 자체를 생략한 구성의 경사분리기(1)이어도 된다.
경사분리기(1)는, 볼(3)의 회전속도를 계측하는 속도계를 지닌다. 속도계는 일례로서 비접촉식 회전 센서를 채용할 수 있다. 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G)은, 볼(3)의 회전속도(N)와, 회전축으로부터 반경 방향의 거리(즉, 볼 내경(r))에 의해서, 원심력(G)=r×ω2/g=(r×N2)/894의 계산식으로 산출할 수 있다. 볼(3)의 내경(r)은 설계사양에 따라서 결정되어 있으므로, 상기 산출식을 이용해서 원심력(G)과 회전속도(N)의 대응 관계를 미리 구해 둘 수 있다. 본 실시형태에서는 원심분리 실행 시에 원심력(G)의 설정치를 결정하고, 그 원심력(G)에 대응하는 회전속도(N)를 설정치로 결정하는 순서를 실행한다. 그리고 결정된 설정치로 볼(3)이 회전하도록, 속도계의 계측값을 참조해서 구동모터(24)를 인버터 제어한다.
경사분리기(1)는 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크를 계측하는 토크계를 지닌다. 토크계는 일례로서 인버터 토크 모니터 출력을 채용할 수 있다. 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크는 볼(3) 내의 슬러지의 농축 상태에 따라서 변화된다. 더 상세하게는, 농축이 과도하게 진행되면, 볼(3) 내의 슬러지의 함수율이 낮기 때문에 반송 토크가 커진다. 반대로, 농축이 지나치게 부족할 때에는, 볼(3) 내의 슬러지의 함수율이 높기 때문에 반송 토크가 작아진다.
경사분리기(1)에 공급하는 슬러지는, 농도계(208)를 이용해서 연속적으로 농도(공급 슬러지 농도)를 측정한다(도 1 참조). 공급 슬러지 농도는 슬러지의 고형물 농도이며, 0.5 내지 5질량％ 정도이다. 농도계(208)는, 예를 들면 공급노즐(5)에 연결되는 배관 등에 설치하거나, 슬러지의 샘플링조(槽) 등에 설치하거나 할 수 있다. 농도계(208)의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 일례로서 초음파 방식, 마이크로파 방식, 레이저광 방식의 농도계를 채용할 수 있다.
또한, 공급노즐(5)에 연결되는 배관 등에 질량식 또는 용량식의 유량계를 설치하여, 경사분리기(1)에 공급하는 슬러지의 유량을 연속적으로 측정한다. 유량계의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 일례로서 전자식, 제한식(絞り式), 위어(weir)식 유량계를 채용할 수 있다. 경사분리기(1)에 공급하는 슬러지의 유량은, 예를 들면 1일의 슬러지 처리 계획 등에 기초하여 결정할 수 있다. 슬러지의 유량 조절은, 예를 들면 배관 등의 도중에 배치한 밸브의 개방도를 조절하거나, 슬러지 공급 펌프의 회전수를 인버터 제어하는 등으로 해서 행한다.
슬러지 처리 시스템(200)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 경사분리기(1)와 소각로(202)의 최적운전제어를 행하는 자동제어장치로서의 제어장치(6)를 더 구비하고 있다. 제어장치(6)는, 농축 슬러지의 열처리 상황의 정보로서 소각로(202)로부터 농축 슬러지의 연소 상황에 관한 정보를 받고, 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G), 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상의 제어값을 조정한다. 이들 제어값은, 최적값으로부터 상한치와 하한치를 갖게 한 범위에서 설정해도 되고, 최적값을 상한치(또는 하한치)로 설정해도 된다. 제어장치(6)는, 예를 들면 CPU와 메모리 등의 기록 매체를 구비한 컴퓨터장치로 구성할 수 있다. 제어장치(6)는, 후술하는 자동 제어를 실행하기 위한 시퀸스 프로그램을 메모리 등의 기록 매체에 격납하고 있다. 제어장치(6)는, 또한, 경사분리기(1)의 전체 동작을 제어하는 시퀸스 프로그램을 메모리 등의 기록 매체에 격납할 수 있다.
(함수율의 변경 요구에 근거하는 제어)
농축 슬러지의 연소 상황에 관한 정보는, 노 내에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율과, 소각로(202)가 희망하는 함수율의 정보를 포함시킬 수 있다. 소각로(202)가 희망하는 함수율의 정보는, 함수율의 희망값이어도 되고, 단지 함수율을 높이는 것(또는, 낮추는 것)의 요구이어도 된다. 제어장치(6)는, 소각로(202)로부터의 함수율 변경 요구를 받으면, 소각로(202)가 희망하는 함수율(목표함수율)의 농축 슬러지가 얻어지도록, 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G), 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상의 제어값을 조정한다. 소각로(202)로부터의 정보가 단지 함수율을 높이는 것(또는, 낮추는 것)의 요구일 경우, 제어장치(6)는, 미리 정한 값(예를 들면 1%)만큼 높인(또는, 낮춘) 함수율을 목표함수율로 설정하고, 목표함수율의 농축 슬러지가 얻어지도록 제어값을 조정하고, 소각로(202)로부터의 다음 요구를 기다리는 피드백 제어를 행한다.
소각로(202)에 공급하는 농축 슬러지의 함수율이 지나치게 낮으면 노 내에서의 발열량이 크고, 냉각의 부하가 커진다. 발열량을 발전 등 새롭게 에너지로 이용할 수도 있다. 반대로, 함수율이 지나치게 높으면 연소되지 않아, 조연제를 많이 필요로 한다. 따라서, 노 내의 연소가 양호하게 이루어지고 있는가에 기초하여, 함수율 변경 요구를 경사분리기(1)에 보낸다. 함수율의 적정치는, 노 자체의 종류나 설계 사양에 따라서 결정된다. 또한, 더 한층의 효율화를 실현하기 위해서, 슬러지 처리 시스템(202) 전체의 운전 모드로서, 예를 들면 에너지 절약화(전력절감)를 촉진하는 운전 모드, CO2 배출량의 저감화를 촉진하는 운전 모드, 시스템 전체의 운영비용의 저감화를 촉진하는 운전 모드를 설치하고, 운전 모드에 근거하여 함수율 변경 요구를 행하는 것이 바람직하다.
에너지 절약화(전력절감)를 촉진하는 운전 모드는, 경사분리기(1)의 소비 전력과 소각로(202)의 소비 전력의 합계 소비 전력의 목표값을 설정하고, 설정한 목표값이 되도록 경사분리기(1)와 소각로(202)의 운전 조건을 제어한다. 일례로서, 함수율의 목표값을 높여서 경사분리기(1)의 소비 전력을 낮추도록 제어한다.
CO2 배출량의 저감화를 촉진하는 운전 모드는, 하기의 산출식을 이용해서 최적 포인트가 되는 CO2 배출량의 목표값을 설정하고, 설정한 목표값이 되도록 경사분리기(1)와 소각로(202)의 운전 조건을 제어한다.
CO2 배출량= [경사분리기와 소각로의 합계소비전력×전력 CO2 원단위]+[응집제 사용량×전력 CO2 원단위]+[조연제 사용량×전력 CO2 원단위]
시스템 전체의 운영비용의 저감화를 촉진하는 운전 모드는, 하기의 산출식을 이용해서 최적 포인트가 되는 운영비용의 목표값을 설정하고, 설정한 목표값이 되도록 경사분리기(1)와 소각로(202)의 운전 조건을 제어한다.
운영비용= [경사분리기와 소각로의 합계소비전력×전력 단가]+[응집제 사용량×응집제 단가]+[조연제 사용량×조연제 단가]
[함수율계에 의한 제어]
목표함수율의 농축 슬러지가 얻어지도록 제어하는 방법으로서는, 경사분리기(1)로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 예를 들면 함수율계로 측정하고, 측정 결과가 목표함수율이 되도록 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G), 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상을 가변 제어한다.
바람직하게는 낮은 원심력(G)으로 목표함수율을 달성할 수 있으면 에너지 절약(전력절감) 효과가 크므로, 보다 낮은 원심력(G)을 선택한 후에, 도 4a에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 차속의 가변범위(예를 들어, 1 내지 8min-1)를 미리 설정하고, 이 가변범위 내에서 목표함수율의 농축 슬러지가 얻어지도록 차속을 변화시킨다. 보다 자세하게는, 원심력(G), 반송 토크 및 함수율은 도 4b 및 도 4c에 모식적으로 나타낸 상관 관계가 있다. 이 상관 관계는 실기(實機)시험을 행하여 취득할 수 있다. 취득한 상관 관계의 정보는 제어장치(6)의 메모리 등에 미리 격납해두는 것이 바람직하다. 제어장치(6)는 상관 관계를 이용해서 함수율 일정 제어(또는 토크 일정 제어)를 행한다. 함수율계와 후술하는 토크 제어를 병용하여도 된다.
바람직한 일례로서, 목표함수율을 예를 들면 78%로 하고, 원심력(G)을 2000G로 하여 운전하고 있었을 때에, 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 5 내지 8min-1)로 변화되어서 일정 시간(예를 들어, 1시간) 동안, 목표함수율(또는 목표범위 내)로 제어되어 있었을 경우, 제어장치(6)는 원심력(G)을 낮추는 것이 가능하다고 판단하고, 원심력(G)을 예를 들면 1900G로 낮춘다. 그리고, 원심력(G)이 1900G이고 목표함수율이 되도록 차속을 가변 제어한다.
그리고 원심력(G)을 1900G로 하여 운전했을 때에, 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 3 내지 6min-1)로 변화되어서 일정 시간(예를 들어, 1시간) 동안, 목표함수율(또는 목표범위 내)로 제어되어 있었을 경우, 제어장치(6)는 더 원심력(G)을 낮추는 것이 가능하다고 판단하고, 원심력(G)을 예를 들면 1800G로 낮추고, 목표함수율이 되도록 차속을 가변 제어한다. 원심력 1800G에 있어서 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 1 내지 3min-1)로 변화되어 있으면 그대로 운전을 계속하지만, 가변범위의 최소값(이 예에서는 1min-1)인 채로 함수율이 목표함수율보다도 높을 때에는 원심력(G)을 높이도록 제어한다. 이와 같이 제어장치(6)는, 설정한 차속의 가변범위 내에서, 보다 낮은 원심력(G)으로 목표함수율의 농축 슬러지가 얻어지도록 단계적으로 원심력(G)을 낮추는 제어를 반복하여 실행한다.
[설정 토크에 의한 제어]
목표함수율의 농축 슬러지가 얻어지도록 제어하는 다른 방법으로서는, 함수율을 측정하는 것 대신에, 토크계로 측정하는 반송 토크(검출치)를 이용한 제어를 행할 수도 있다. 정밀도가 높은 함수율계가 발견되지 않을 경우에 효과적인 제어 방법이다. 보다 자세하게는, 원심력(G), 반송 토크 및 함수율은, 도 5b 및 도5c에 모식적으로 나타낸 상관 관계가 있으므로, 반송 토크의 검출값으로부터 함수율을 추정할 수 있다. 따라서, 목표함수율에 대응하는 반송 토크를 상관 관계로부터 구하여, 반송 토크의 제어값으로 설정하고, 도 5a에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 원심력(G)의 설정값에 따라서 토크계로 측정하는 반송 토크(검출값)가 설정 토크가 되도록 차속을 가변 제어한다. 즉, 차속의 가변범위(최소값, 최대값)를 정해두고, 원심력(G)의 설정값이 여러 가지로 설정되어도(예를 들어, 2000G나 1800G 등), 이 가변범위에서 차속이 변화되어서 설정 토크로 유지되도록 제어한다. 설정 토크는, 최적값이 되도록 제어해도 되고, 상한치와 하한치를 정해서 그 범위 내에 들어가도록 가변 제어해도 된다. 목표함수율에 대응하는 반송 토크의 값은, 원심력(G)의 크기에 따라서 다르므로, 원심력(G)의 제어값에 맞는 반송 토크를 설정 토크로 한다.
바람직한 일례로서는, 원심력(G)을 2000G로 하여 운전하고 있었을 때에, 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 5 내지 8min-1)에서 변화되어서 일정 시간 동안(예를 들어, 1시간), 목표함수율(예를 들면 78%)에 대응하는 설정 토크(또는 목표범위 내)로 제어되고 있었을 경우, 제어장치(6)는 원심력(G)을 낮추는 것이 가능하다고 판단하고, 원심력(G)을 예를 들면 1900G로 낮춘다. 단, 같은 함수율이더라도 원심력(G)이 바뀌면 목표함수율에 대응하는 토크도 변하므로, 예를 들면 도 5c의 상관 관계를 이용하여, 원심력 1900G에 있어서의 목표함수율에 대응하는 토크(토크(B))로 설정 토크를 변경한다. 그리고, 원심력(G)이 1900G에서 설정 토크(토크(B))가 되도록 차속을 가변 제어한다. 또한, 도 5는 일례로서 공급 슬러지 농도가 1.5질량％일 때의 상관 관계를 나타내고 있다.
그리고 원심력 1900G에서 운전했을 때에, 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 3 내지 6min-1)에서 변화되어서 일정 시간 동안(예를 들어, 1시간), 설정 토크(또는 목표범위 내)로 제어되고 있었을 경우, 제어장치(6)는 더욱 원심력(G)을 낮추는 것이 가능하다고 판단하고, 원심력(G)을 예를 들면 1800G로 낮추는 동시에, 원심력 1800G에 있어서의 목표함수율에 대응되는 토크(토크C)로 설정 토크를 변경하고, 차속을 가변 제어한다. 원심력 1800G에 있어서 차속이 미리 정한 범위(예를 들어, 1 내지 3min-1)에서 변화되고 있으면 그대로 운전을 계속하지만, 가변범위의 최소값(이 예에서는 1min-1)에서도 설정 토크 미만일 때에는 원심력(G)을 높이도록 제어한다(원심력 1900G, 토크(B)). 그리고, 차속이 변화 범위 내에서 클 때에는 원심력(G)을 낮추는 동시에 설정 토크도 변경하고, 가변범위의 최소값이라도 설정 토크 미만일 때에는 원심력(G)을 높이는 것을 되풀이하여 행한다. 원심력(G)을 높일 때에도, 높인 후의 원심력(G)에 있어서의 목표함수율에 대응하는 토크로 설정 토크를 변경한다.
[공급 슬러지 농도에 의한 설정 토크의 보정]
이상이 원심력(G)을 가변으로 한 토크 일정 제어의 기본동작이며, 원심력을 가변 제어하여 필요 최소한의 원심력으로 목표함수율을 달성할 수 있는 신규한 토크 일정 제어를 실행한다. 이 신규한 토크 일정 제어는, 함수율이 같더라도 원심력이 바뀌면 토크도 바뀌는 것에 착안하여 원심력의 설정값에 따라서 토크의 제어값도 바꾸도록 하고 있다. 즉, 함수율과 토크의 상관 관계를 원심력의 크기에 따라서 보정함으로써, 슬러지 처리 시스템 전체의 효율적 조업에 기여한다.
단, 실제의 조업에 있어서는, 함수율과 토크의 상관 관계는, 원심력뿐만 아니라, 경사분리기(100)에 공급하는 슬러지의 농도(공급 슬러지 농도)의 영향을 받고, 공급 슬러지 농도가 변동했을 때에 농축 슬러지의 함수율이 목표값으로부터 벗어날 경우가 있다. 공급 슬러지 농도는, 경사분리기(100)보다도 상류 측에 있는 공정의 처리 상황에 따라서 변동한다. 변동 폭이 클 경우, 토크 일정 제어에 대한 악영향을 무시할 수 없게 될 우려도 있다.
즉, 공급 슬러지 농도가 변하면 볼(3) 내에서의 고형물 반송량이 변하기 때문에, 공급 슬러지 농도가 높아지면 같은 토크 값일 때에 함수율은 높아지고, 공급 슬러지 농도가 낮아지면 같은 토크 값일 때에 함수율은 낮아진다. 따라서, 공급 슬러지 농도를 파라미터로 한 함수율과 토크의 상관 관계는, 도 6에 나타낸 바와 같은 관계가 된다. 제어장치(6)는 이 함수율과 토크의 상관 관계의 정보를 미리 메모리 등에 격납하고 있으며, 공급 슬러지 농도의 변동에 대한 설정 토크의 보정에 이용한다. 도 6은 일례로서 원심력(G)이 2000G, 1900G, 1800G일 때의 상관 관계를 나타내고 있으나, 제어장치(6)는, 이 밖에도 다양한 원심력(G)일 때의 상관 관계를 메모리 등에 격납해둘 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상, 각 원심력(G)마다 별개의 도면으로 상관 관계를 나타내고 있으나, 원심력(G)을 파라미터로 하여, X축에 함수율, Y축에 토크, Z축에 공급 슬러지 농도를 할당한 3차원 상관도로 해도 된다.
바람직한 일례로서, 제어장치(6)는, 농도계(208)로부터 측정 결과의 정보를 받아, 도 6의 상관 관계로부터 그 농도에 대응하는 설정 토크의 값을 읽어내어, 새로운 설정 토크로 한다. 예를 들면 목표함수율이 78%인 경우, 원심력(G)이 1900G일 때의 설정 토크는 토크(B)가 된다(도 5 참조). 공급 슬러지 농도가 안정적으로 1.5질량％를 유지하고 있는 동안에는 토크(B)를 설정 토크로서 유지하지만, 공급 슬러지 농도가 예를 들면 1.5질량％로부터 2.0질량％로 변화되었을 경우, 도 6(b)의 상관 관계를 이용하여, 공급 슬러지 농도 2.0질량％에 있어서의 목표함수율에 대응한 토크(B´)로 설정 토크를 변경한다. 즉 설정 토크를 보정한다. 이러한 공급 슬러지 농도의 측정 결과에 근거하여 설정 토크를 보정하는 동작은, 예를 들어 미리 설정한 소정의 간격(일례로서 30분 간격)으로 행하도록 할 수 있다.
앞서 서술한 바와 같이, 토크 일정 제어는, 반송 토크의 검출값으로부터 함수율을 추정하고 있으므로, 목표함수율의 슬러지를 얻기 위해서는 설정 토크의 적정이 중요해진다. 따라서, 전술한 실시형태와 같이, 함수율과 토크의 상관 관계에 영향을 미치는 「원심력」과 「공급 슬러지 농도」의 양쪽에서 설정 토크를 보정함으로써, 목표함수율에 고정밀도로 대응한 설정 토크로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 공급 슬러지 농도의 변동이 토크 일정 제어에 미치는 영향을 억제할 수 있어, 노의 조업 상태에 의거한 최적 조건으로 경사분리기를 자동 제어하는 것이 가능해진다.
[고형물 처리량 일정 운전]
공급 슬러지 농도가 함수율과 토크에 영향을 미치는 주된 요인은, 전술한 바와 같이, 공급 슬러지 농도가 변하면 볼(3) 내에서의 고형물 반송량이 변하기 때문이다. 그래서 본 실시형태에서는, 설정 토크를 보정하는 대신에, 고형물 처리량을 미리 설정하고, 고형물 처리량이 가능한 한 일정하게 되도록 운전함으로써 함수율과 토크에 미치는 영향을 줄인다. 바람직한 일례로서, 제어장치(6)는, 공급 슬러지 농도(㎏/㎥) 및 유량(㎥/h)의 측정 결과의 정보를 농도계(208) 및 유량계로부터 수취하여, 이들 정보로부터 고형물 처리량(㎏/h)을 산출한다. 그리고 산출되는 값이 고형물 처리량의 설정값을 유지하도록, 슬러지의 공급 유량을 조절한다. 구체적으로는, 공급 슬러지 농도가 낮아진 경우에는 유량을 늘리도록 조절하고, 공급 슬러지 농도가 높아진 경우에는 유량을 줄이도록 조절한다. 고형물 처리량의 설정값은 상한치와 하한치를 갖게 한 범위로 설정해도 된다.
전술한 실시형태에 따르면, 고형물 처리량 일정 운전을 행하는 것에 의해서, 공급 슬러지 농도의 변동이 함수율과 토크의 상관 관계에 미치는 영향을 억제할 수 있다. 그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같은 상관 관계를 이용해서 설정 토크를 보정하는 공정 및 그것을 위한 구성을 생략하는 것이 가능해진다. 고형물 처리량을 일정하게 함으로써 이후의 단계의 노의 운전도 안정화되게 된다.
이상과 같이, 공급 슬러지 농도의 변동이 토크 일정 제어에 미치는 영향을 억제할 수 있는 2개의 실시형태를 설명했지만, 설정 토크의 보정을 행하는 기능과 고형물 처리량 일정 운전을 행하는 기능의 양쪽을 구비한 구성으로 하고, 오퍼레이터가 제어 방법을 적절히 전환하도록 해도 된다.
또한, 경사분리기(1)가 전술한 가변 댐 기구를 구비하고 있을 경우, 목표함수율(또는 설정 토크)이 되도록 댐 높이(즉, 분리액의 배출 수준)를 가변 제어할 수도 있다.
제어장치(6)는, 농축 슬러지의 함수율과 응집제의 약품주입률의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 메모리 등에 격납해둘 수 있고, 목표함수율에 대응하는 최적 약품주입률을 상관 관계로부터 구하여, 제어값으로 설정해서 첨가량을 제어할 수 있다. 농축 슬러지의 함수율과 응집제의 약품주입률의 상관 관계는, 사용하는 응집제의 종류에 따라서 다르기 때문에, 실기시험 등을 하여 상관 관계를 취득하는 것이 바람직하다.
(VTS/TS에 근거하는 제어)
전술한 실시형태는, 노의 함수율 변경 요구에 따라서 제어하는 예이다. 이하, 제어의 변형예로서 농축 슬러지의 VTS/TS(Volatile Total Solids/Total Solids)에 근거한 자동제어방법에 대해서 자세하게 설명한다.
즉, 소각로(202)는, 농축 슬러지의 연소 상황에 관한 정보로서, 농축 슬러지의 VTS/TS와, 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율의 정보를 제어장치(6)에 전송한다. VTS/TS 대신에, VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보를 전송하도록 해도 된다. VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보는, 예를 들어, 조연제 사용량과 노에 대한 공급 슬러지량, 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율의 정보이다. 농축 슬러지의 함수율이 어떠한 일정한 값일 때 소각량과 조연제량의 상관 관계는, 도 7(a)에 모식적으로 나타낸 비례 관계가 있다. 또한, 단위소각량당 조연제량과 VTS/TS의 상관 관계는, 도 7(b)에 모식적으로 나타낸 곡선 관계가 있다. 이들 상관 관계에 근거하면, 현재의 소각량과 조연제량 및 농축 슬러지의 함수율로부터 현재의 농축 슬러지의 VTS/TS를 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 소각로(202)는, 안정된 연소 상태를 유지하기 위해서, 소각로(202)의 연소 상황에 따라서 조연제의 첨가량을 변화시키는 제어가 행해진다. 조연제의 필요량을 바꾸는 인자로서는, 농축 슬러지의 VTS/TS와 함수율이 있다. 농축 슬러지의 VTS/TS가 높을 경우, 농축 슬러지 자체의 발열량이 높으므로, 함수율이 일정하면 조연제의 필요량은 감소한다. 그 반면에, 경사분리기(1)의 난탈수성에 의해서 농축 효율이 저하한다. 이와 반대로, 농축 슬러지의 VTS/TS가 낮을 경우, 조연제의 필요량은 증가해버리지만, 탈수가 용이해서 경사분리기(1)의 농축 효율이 향상되는 이점이 있다. 농축 슬러지의 VTS/TS가 일정한 경우, 함수율이 높은 쪽이 조연제의 필요량은 증가하고, 반대로 함수율이 낮은 쪽이 조연제의 필요량은 감소한다.
이와 같이, 농축 슬러지의 VTS/TS 및 함수율은, 소각로(202)의 안정 조업과 밀접한 관계가 있다. 농축 슬러지의 VTS/TS 및 함수율이 변화되면, 조연제의 필요량이 바뀌므로, 소각로(202)의 조업이 불안정해질 경우가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 노로부터 전송되는 농축 슬러지의 VTS/TS와 함수율의 정보에 근거하여 연소에 적합한 함수율을 목표함수율로 결정하고, 목표함수율이 노로부터 전송되는 현재의 함수율과 합치되면 현재의 함수율의 제어값을 유지하고, 다른 경우에는 VTS/TS에 근거하는 목표함수율을 새로운 제어값으로 설정한다. 목표함수율의 농축 슬러지를 얻기 위한 자동 제어는, 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G), 스크류 컨베이어(4)의 반송 토크, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상의 제어값을 조정함으로써 행한다. 바람직하게는, 전술한 함수율 변경 요구에 따른 자동제어방법과 마찬가지의 제어를 실행한다.
더 바람직한 제어 방법으로서는, 도 8에 모식적으로 나타낸 VTS/TS를 파라미터로 하는 함수율과 원심력(G)의 상관 관계에 근거하여, 목표함수율로 하기에 최적인 원심력(G)을 결정한다. VTS/TS가 80%이고, 노로부터 전송되는 함수율이 82%일 경우, 도 8a의 예에서는, 최적인 원심력(G)은 1500G이다. 또한, 목표함수율을 80%로 설정한 경우, 최적의 원심력(G)은 1800G이기 때문에, 원심력(G)의 제어값을 1800G로 변경한다.
최적의 원심력(G)이 결정되면, 도 8c에 근거하여, 목표함수율과 원심력(G)에 근거하여 반송 토크의 제어값을 결정한다. 그리고, 도 8b에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 전술한 설정 토크에 의한 제어와 마찬가지로, 토크계로 측정하는 반송 토크(검출값)가 제어값에서 일정하게 되도록 차속을 가변 제어한다. 설정 토크는, 최적값이 되도록 제어해도 되고, 상한치와 하한치를 정해서 그 범위 내에 들어가도록 가변 제어해도 된다. 그리고, 가능하면, 도 8(b)에 아울러 도시한 바와 같이, 전술한 설정 토크에 의한 제어와 마찬가지로, 보다 낮은 원심력으로 설정 토크가 되도록 원심력을 단계적으로 낮추어가는 제어를 행한다(예를 들어, 1800G로부터 1600G로 변경). 설정 토크에 의한 제어를 대신하여, 전술한 함수율계에 의한 제어를 행하도록 해도 된다. 설정 토크에 의한 제어와 함수율계에 의한 제어를 아울러 행하도록 하여도 된다.
농축 슬러지의 VTS/TS는, 기술한 원심력(G)이나 공급 슬러지 농도와 같이 , 함수율과 토크의 상관 관계에 영향을 미치는 하나의 요인이다. 따라서, 농축 슬러지의 VTS/TS의 값에 따라서 설정 토크를 보정할 수 있다면, 더 양호한 제어를 행할 수 있다. 바람직한 일례로서, 농축 슬러지의 VTS/TS를 파라미터로 하는 함수율과 토크의 상관 관계는, 도 9에 나타낸 바와 같은 관계가 된다. 자동제어장치(6)는, 농축 슬러지의 VTS/TS에 근거하여 설정 토크를 보정하는 정보로서 이 상관 관계의 정보를 미리 메모리 등에 격납해두고, 농축 슬러지의 VTS/TS의 변동에 따라서, 혹은, VTS/TS의 측정 기록과 대응하도록 설정 토크를 보정한다.
VTS/TS에 근거하여 결정되는 목표함수율로서는, 예를 들면 VTS/TS로부터 도출되는 자연함수율로 할 수 있다. 즉, 농축 슬러지의 VTS/TS와 자연함수율의 상관 관계는, 도 10에 모식적으로 나타낸 비례 관계가 있다. 이 상관 관계에 근거하여, 목표함수율을 결정하는 동시에, 자연함수율을 달성할 수 있는 원심력(G)을 구한다. 또한, VTS/TS와 약품주입률은, 도 11에 모식적으로 나타낸 상관 관계가 있으므로, VTS/TS에 대응하는 최적 약품주입률을 제어값으로 설정하여, 약제의 첨가량을 제어할 수도 있다.
또한, 목표함수율은, 이미 설명한 바와 같이, 슬러지 처리 시스템(202)의 운전 모드에 근거하여 결정할 수도 있다.
전술한 실시형태에 따르면, 소각로(202)로부터 농축 슬러지의 연소 상황에 관한 정보를 받아, 볼(3)이 슬러지에 부여하는 원심력(G), 스크류 컨베이어(4)의 농축 슬러지 반송 토크, 볼(3)과 스크류 컨베이어(4)의 차속, 약품주입률로부터 선택되는 1개 이상의 제어값을 조정하는 제어장치(6)를 구비함으로써, 경사분리기(1)의 조업 조건을, 소각로(202)의 조업 상태에 의거한 최적조건으로 자동 제어할 수 있다. 그 결과, 슬러지 처리 시스템 전체의 에너지 절약화, CO2 배출량의 저감화, 운영비용의 저감화를 도모하는 것이 가능해진다.
전술한 실시형태에 따르면, 소각로(202)로부터 농축 슬러지의 연소 상황에 관한 정보를 수취하여 경사분리기(1)의 토크 일정 제어를 행함에 있어서, 함수율과 농축 슬러지 반송 토크의 상관 관계에 영향을 미치는 「원심력」과 「공급 슬러지 농도」의 양쪽에서 설정 토크를 보정함으로써, 목표함수율에 고정밀도로 대응한 설정 토크로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 공급 슬러지 농도의 변동이 토크 일정 제어에 미치는 영향을 억제할 수 있고, 경사분리기(1)의 조업 조건을, 소각로(202)의 조업 상태에 의거한 최적조건으로 자동 제어할 수 있다. 그 결과, 슬러지 처리 시스템 전체의 에너지 절약화, CO2배출량의 저감화, 운영비용의 저감화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 노로부터 VTS/TS의 정보가 얻어지는 경우에는 VTS/TS에 의해서도 함수율과 농축 슬러지 반송 토크의 상관 관계를 보정할 수 있어, 자동 제어를 최적화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 구체적인 실시형태에 의거해서 상세히 설명했지만, 형식이나 세부에 관한 다양한 치환, 변형, 변경 등이, 특허청구범위의 기재에 의해서 규정되는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이 행하여질 수 있다는 것은, 해당 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 지니는 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시형태 및 첨부 도면에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위의 기재 및 이와 균등한 것에 근거하여 정해야 한다.
1: 경사분리기 2: 케이싱
3: 볼 4: 스크류 컨베이어
5: 공급 노즐 6: 제어장치
200: 슬러지 처리 시스템 202: 소각로

Claims (11)

  1. 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노(furnace)와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서,
    상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여하여 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속(差速)을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하고,
    상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는 농축 슬러지의 함수율 변경 요구를 포함하며,
    상기 자동제어장치는 상기 함수율 변경 요구에 따라서 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템:
    (a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동제어장치는, 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 약품주입률을 조절하는 제어를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원심분리장치는 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 가변 댐 기구를 더 구비하고,
    상기 자동제어장치는, 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 제어를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노가 상기 자동제어장치에 전송하는 농축 슬러지의 함수율 변경 요구는,
    상기 원심분리장치와 노의 소비 전력, CO2 배출량 및 운영비용 중 어느 하나 이상에 근거하여 행해지는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  5. 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템에 있어서,
    상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여해서 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하며,
    상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는, 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율과, 농축 슬러지의 VTS/TS(Volatile Total Solids/Total Solids) 또는 VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보를 포함하고,
    상기 자동제어장치는, 상기 농축 슬러지의 VTS/TS에 근거하여 함수율의 현재의 목표값을 유지할 것인지 혹은 새로운 목표값을 설정할 것인지를 결정하고, 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템:
    (a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하여, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자동제어장치는 VTS/TS를 파라미터로 하는 농축 슬러지의 함수율과 상기 볼의 원심력의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있고,
    상기 VTS/TS와 목표함수율에 대응하는 최적원심력에 근거하여, 상기 볼의 원심력의 제어값을 설정하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 자동제어장치는 VTS/TS와 농축 슬러지의 자연함수율의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있고,
    상기 VTS/TS에 근거하여 자연함수율을 산출하고, 그 함수율을 새로운 농축 슬러지의 목표함수율로 설정하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 농축 슬러지의 VTS/TS를 산출하는 데 필요한 정보는, 노의 조연제 사용량과 노에 대한 공급 슬러지량 및 노에 공급되어 있는 농축 슬러지의 함수율의 정보인 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 자동제어장치는, VTS/TS와 약품주입률의 상관 관계를 나타내는 정보를 미리 지니고 있으며, 상기 노로부터 전송되는 VTS/TS의 정보 또는 산출된 VTS/TS에 대응하는 최적약품주입률을 제어값으로 설정하여, 상기 약제의 첨가량을 조절하는 제어를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 원심분리장치는 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 가변 댐 기구를 더 포함하고,
    상기 자동제어장치는, 상기 목표함수율이 되도록 상기 볼로부터의 분리액 배출 수준을 조절하는 제어를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템.
  11. 슬러지를 농축하는 원심분리장치와, 상기 원심분리장치로부터 배출되는 농축 슬러지의 함수율을 측정하는 수단과, 농축 슬러지를 열처리하는 노와, 상기 노로부터 농축 슬러지의 열처리 상황에 관한 정보를 수취하고, 수취한 정보에 근거하여 상기 원심분리장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 슬러지 처리 시스템의 운전을 제어하는 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    상기 원심분리장치는, 슬러지에 원심력을 부여하여 농축 슬러지와 분리액으로 원심분리하는 볼과, 상기 볼 내의 농축 슬러지를 배출구를 향해서 반송하는 스크류 컨베이어와, 상기 볼을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스크류 컨베이어가 상기 볼과 상대적인 차속을 가지고 회전하도록 하는 차속 발생 장치를 구비하고 있으며,
    상기 노가 자동제어장치에 전송하는 정보는 농축 슬러지의 함수율 변경 요구를 포함하고 있고,
    상기 함수율 변경 요구에 따라서 상기 자동제어장치에 이하의 (a) 내지 (c)의 제어를 실행시키는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 시스템의 운전 제어용 프로그램을 기록한 기록 매체:
    (a) 상기 볼과 스크류 컨베이어의 차속의 가변범위를 설정하고, 이 가변범위에 있어서 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (b) 상기 차속이 미리 설정된 일정 범위 내에서 변화되고, 또한, 미리 설정된 일정 시간 동안, 함수율의 측정 결과가, 상기 노가 요구하는 함수율을 유지하고 있었을 때에, 원심력의 제어값을 낮추어, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다;
    (c) 상기 차속이 상기 가변범위의 최소값인 채로, 함수율의 측정 결과가 상기 노가 요구하는 함수율보다도 높을 때에는 원심력의 제어값을 높여, 새로운 제어값으로 설정된 원심력에서 상기 노가 요구하는 함수율이 되도록 상기 차속을 가변 제어한다.
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