KR20170072320A - 발전소 연도 가스로부터의 과열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

발전소 연도 가스로부터의 과열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소부터 나오는 연도 가스의 폐열을 사용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
상기 방법은 1) 연도 가스로부터 나오는 과열을 점차적으로 사용하는 단계; 2) 1단의 고온 신속 뜨거운 공기 건조 단계; 3) 2단의 중간 온도의 일정한 뜨거운 공기의 건조 단계; 및 4) 3단의 저온으로 가속화된 건조 단계를 포함한다.
장치는 다층 벨트 건조기(1)와 연도 가스로부터 나오는 과열을 위한 점진적인 열-회복 및 열교환 시스템을 구비한다. 수평 파티션들(1-2)은 건조 케이싱의 건조 챔버 내의 이송 벨트들(1-1)을 구획하여, 밀봉된 고온 구역(2), 중간 온도 구역(3), 및 저온 구역(4)을 각각 위로부터 아래로 형성한다. 고온 구역(2)의 전단에는 고온 공기 입구(5)가 마련된다. 중간 온도 구역(3)의 전단에는 중간 온도 공기 입구(7)가 마련된다. 저온 구역(4)의 전단에는 저온 공기 입구(9)가 마련된다. 배출 슈트(1-3)는 인접한 이송 벨트들(1-1) 사이에 마련되어, 바이오매스 연료는 구불구불한 경로를 따라 상부층으로부터 하부층으로 이송될 수 있다. 방법과 디바이스는 연도 가스로부터 나오는 과열의 완전한 활용을 허용함으로써, 건조 효율의 증가, 에너지 절감 및 방출의 감소의 목적을 달성한다.

Description

발전소 연도 가스로부터의 과열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR USING EXCESS HEAT FROM POWER PLANT FLUE GAS TO DRY BIOMASS FUEL}
본 발명은 건조 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 사용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
분배 센터들 내의 건조 조건들에 의해 제한되는, 원료 바이오매스 연료의 함수율은 종종 40 내지 45%이고, 이것은 보일러가 요구하는 것 즉, 25% 미만보다 훨씬 더 높다. 따라서, 분배 센터들 내의 일차 건조 이후에, 바이오매스 연료는 발전소에서 다시 한 번 건조되어야만 한다. 현재, 발전소 내의 바이오매스 연료의 이차 건조는 야외 건조와 건조 기계의 조합에 의해 수행된다. 구체적으로, 바이오매스 연료는 함수율을 어느 정도로 감소시키기 위해 먼저 대기 건조되고, 그 후 건조 기계를 이용하여 건조된다. 이와 같이, 바이오매스 연료 내의 함수율은 대략 25%로 감소된다. 그러나, 이러한 건조 방법은 다음과 같은 단점들을 가진다.
1) 발전소 내의 바이오매스 연료의 함수율이 일차 건조에 의해 처리되는 바이오매스 연료의 그것보다 작기 때문에, 바이오매스 연료의 추가적인 건조가 매우 어렵게 된다. 또한, 현존하는 건조 설비는 건조에 비효율적이므로, 연료 공급을 위한 조건을 만족시킬 수 없다.
2) 발전소들은 높은 연료 소모를 가지고 예를 들어, 30MW 바이오매스 발전소들은 800 내지 1000톤/시간의 연료를 소비함으로써, 바이오매스 연료의 건조를 위해 높은 전력 소비를 의미하여 높은 생산비를 야기한다.
3) 대기 건조는 넓은 토지 면적을 점유하고, 과중한 작업량을 수반하여, 환경 문제들을 야기한다.
전술한 문제점들의 관점에서, 본 발명의 하나의 목적은, 상대적으로 높은 건조 효율 및 상대적으로 낮은 에너지 소비의 특징이 있는, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 사용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법은:
1) 연도 가스의 폐열을 이용하여 순차적으로 공기를 가열 : 다단 응축에 의해, 연도 가스의 현열을 순차적으로 회복하고; 1단 건조 공기와 1단 공기의 온도보다 더 낮은 온도를 가진 2단 건조 공기를 얻기 위해 현열을 사용하여 순차적으로 공기를 가열하고; 공기 냉각기 튜브들과의 열교환을 위해, 2단 건조 공기보다 더 낮은 온도를 가진 3단 건조 공기를 얻기 위해, 또는 3단 건조 공기로서 주변 냉각 공기를 수집하기 위해, 열원으로서 연도 가스의 잠열을 회복시키는 단계;
2) 1단 건조 공기를 이용하여 바이오매스 연료를 건조 : 150℃ 내지 180℃의 온도를 가진 1단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 대류성으로 건조 및 탈수시켜서, 바이오매스 연료 내의 함수비를 30 내지 50%로 감소시키는 단계;
3) 2단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조 : 80℃ 내지 100℃의 온도를 가진 2단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 대류성으로 추가적으로 건조 및 탈수시켜서, 바이오매스 연료 내의 함수비를 25 내지 30%로 감소시키는 단계; 및
4) 3단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조 : 250℃ 이하의 온도를 가진 3단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조 및 탈수시켜서, 바이오매스 연료 내의 함수비를 25%로 감소시키는 단계를 포함한다.
본 실시예의 단계 4)에서, 바이오매스 연료는 20℃ 내지 25℃의 온도에서 건조된다. 3단 건조 공기의 상대 습도는 15% 이하이고 3단 건조 공기의 속도는 3 내지 4m/s이다.
본 실시예의 단계 2)에서, 바이오매스 연료는 150℃ 내지 150℃의 온도에서 건조되고, 1단 건조 공기의 속도는 3 내지 4m/s이다. 단계 3)에서, 바이오매스 연료는 80℃ 내지 90℃의 온도에서 건조되고, 2단 건조 공기의 속도는 3 내지 4m/s이다.
본 실시예의 단계 2)에서, 바이오매스 연료 내의 초기 함수비는 35 내지 45%이다.
본 실시예에서, 단계 2) 및 단계 3)에서 발생되는 습공기(humid air)는 수ㅈ집, 가열, 탈습, 및 리사이클된다.
본 발명은 다층 건조기를 구비하는 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 사용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스를 더 제공한다. 다층 건조기는 다층 이송 벨트들을 포함하는 건조 룸을 구비한다. 다층 이송 벨트들은 가로로 배치된다. 건조 룸은 적어도 2개의 가로(transverse) 배플 플레이트들을 구비한다. 적어도 2개의 가로 배플 플레이트들은 건조 룸 내의 다층 이송 벨트들을 구분하여위로부터 아래로 제1 건조 구역, 제2 건조 구역, 및 제3 건조 구역을 형성하도록 구성된다. 제1 건조 구역, 제2 건조 구역, 및 제3 건조 구역은 독립적으로 기밀(air-tight)이다. 제2 건조 구역 내의 온도는 제3 건조 구역 내의 온도보다 더 높고 제1 건조 구역 내의 온도보다 더 낮다.
1단 건조 공기 입구는 제1 건조 구역의 전단 상에 배치되고, 제1 습공기 출구는 제1 건조 구역의 후단 상에 배치된다. 2단 건조 공기 입구는 제2 건조 구역의 전단 상에 배치되고, 제2 습공기 출구는 제2 건조 구역의 후단 상에 배치된다. 3단 건조 공기 입구는 제3 건조 구역의 전단 상에 배치되고, 제3 습공기 출구는 제3 건조 구역의 후단 상에 배치된다. 배출 슈트(chute)는 인접한 이송 벨트들의 2개의 끝단들 사이에 배치되고, 바이오매스 연료는 배출 슈트에 의해 위로부터 아래로 전달된다. 다층 건조기는 제1 물 출구와 제1 연도 가스 출구를 구비하는 1단 연도 가스 응축기에 연결된다. 제1 물 출구는 1단 기체-액체 열교환기에 연결된다. 1단 기체-액체 열교환기는 제1 공기 출구를 구비하고, 제1 공기 출구는 1단 건조 공기 입구에 연결된다. 제1 연도 가스 출구는 2단 연도 가스 응축기에 연결된다. 2단 연도 가스 응축기는 제2 물 출구와 제2 연도 가스 출구를 구비한다. 제2 물 출구는 제2 공기 출구를 구비하는 2단 기체-액체 열교환기에 연결된다. 제2 공기 출구는 2단 건조 공기 입구에 연결된다. 제2 연도 가스 출구는 잠열 회복 유니트에 연결된다. 잠열 회복 유니트는 제3 공기 출구를 구비한다. 제3 공기 출구는 공기 냉각기 튜브들에 연결된다. 공기 냉각기 튜브들은 제4 공기 출구를 구비한다. 제4 공기 출구는 3단 공기 입구에 연결된다.
본 실시예에 있어서, 디바이스는 제3 연도 가스 응축기 및 제3 기체-액체 열교환기를 더 구비한다. 제2 연도 가스 출구는 제3 연도 가스 응축기에 연결된다. 제3 연도 가스 응축기는 제3 연도 가스 출구와 제3 물 출구를 구비한다. 제3 연도 가스 출구는 잠열 회복 유니트에 연결된다. 제3 물 출구는 제3 기체-액체 열교환기에 연결된다. 제3 기체-액체 열교환기는 제5 공기 출구를 구비하고, 제5 공기 출구는 2단 건조 공기 입구에 연결된다.
본 실시예에서, 다층 이송 벨트들은 면적 내에서 45% 내지 65^의 벤트 구멍들을 포함하는 메쉬 벨트들 또는 체인 보드(board) 벨트들이다.
본 실시예에서, 제1 습공기 출구는 제1 열 회복 유니트에 연결된다. 제2 습공기 출구는 제2 열 회복 유니트에 연결된다.
본 발명의 실시예의 건조 원리는 다음과 같다. 바이오매스 연료는, 고온 신속 건조, 중간 온도 건조, 및 저온 건조를 포함하는 3개의 단계들 내에서 건조된다. 초기 단계에서, 건조 공기의 온도는 건조 속도에 큰 영향을 미치므로, 고온 신속 건조의 단계 동안 바이오매스 연료를 건조시키기 위해 150℃ 내지 180℃의 온도를 가진 1단 건조 공기가 사용된다. 1단 건조 공기는 고온 하에 있으므로, 연료 표면 상의 물이 신속하게 증발됨으로써, 고온 신속 건조 동안, 바이오매스 연료는 상대적으로 짧은 시간 기간 내에 건조된다. 이어서, 연료 표면 상의 물이 감소되고, 건조 속도가 감소되므로, 중간 온도 건조의 단계에서, 건조 속도의 건조 공기 온도의 영향이 상응하게 감소되고, 건조 공기는 고온에 있을 필요가 없고, 건조 공기는 80℃ 내지 100℃의 온도에 있다. 연료 표면 상의 물이 연속해서 증발되고, 연료 표면 상의 온도는 공기 속도에 기인하여 감소된다. 바이오매스 연료의 뒤집히는 온도 구배가 형성되고, 내부의 물은 바이오매스 연료의 표면으로 이동된다. 중간 온도 건조 동안, 온도 구배와 수분 구배가 다소 작기 때문에, 물과 포화 상태를 만드는 뜨거운 표면의 형성에 장시간이 소요되고, 건조 속도가 거의 일정하다. 중간 온도 건조 내의 열과 습도의 열교환에 이어서, 온도 구배와 습도 구배의 압력 차이들이 감소되고, 건조 속도가 가파르게 떨어지고, 따라서, 저온 건조의 단계에서, 고온 건조 공기는 바이오매스 연료를 건조시키기 위해 저온 건고 공기에 의해 대체되어 건조 속도를 향상시킨다. 겨울철에는, 주변 공기가 직접적으로 사용된다. 여름철 또는 환절기에는, 공기 온도는 25℃ 미만, 또는 바람직하게 20℃ 내지 25℃의 온도로 제어되고, 심지어 더 차가운 공기 온도가 바람직하다. 저온 건조 공기의 도입에 기인하여, 바이오매스 연료와 저온 건조 공기 사이의 온도 구배 및 습도 구배의 압력 차이들이 증가한다. 바이오매스 연료는 열을 대기로 방출하고, 연료 표면 상의 물 또는 공기로 확산 된다. 온도 구배의 방향과 습도 구배의 방향, 따라서 저온 건조의 단계 내의 바이오매스 연료의 건조가 가속화된다.
본 발명의 실시예들에 따른 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 디바이스의 장점들을 다음과 같다.
1. 종래의 바이오매스 발전소 내의 연도 가스 활용은 연소를 돕기 위해 공기-예열기를 사용하여 공기를 예열하는 것이다. 최종 연도 가스 온도는 대략 150℃로 설정되고, 열효율은 대략 48%이다. 그러나, 본 발명의 실시예들에서, 연도 가스의 폐열이 순차적으로 회복되어 바이오매스 연료를 건조시켜서, 총 열효율이 86.5%에 도달한다. 또한, 연도 가스 내의 증기의 응축으로부터 방출되는 잠열이 완전히 이용된다. 잠열의 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 냉각 튜브 기술이 도입되고, 잠열로부터 추출되는 저급 열이 완전히 이용된다. 연료 건조는 연도 가스 내의 폐열의 활용을 넓히고, 보일러의 열효율은 100% 이상이다. 추산에 따르면, 보일러의 열효율은, 잠열 이용을 고려하면, 최대한 높게 136%이다.
2. 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열 복구는 바이오매스 연료의 고온, 중간 온도, 및 저온 건조와 연관되고, 바이오매스 연료는 고온 및 저온 공기 건조에 의해 다단으로 건조되기 때문에, 가장 많은 에너지를 만들고, 건조 효율을 개선하여 에너지를 절감하고 방출을 감소시킨다. 에너지 소비의 비용이 현저하게 감소된다. 한편, 바이오매스 연료의 대기 건조에 의해 야기되는 토지 점유, 과중한 작업량, 및 환경 문제들이 방지된다.
3. 연도 가스 내의 폐열이 순차적으로 복구되므로, 현열이 효과적으로 복구되고, 증기 응축으로부터 배출되는 잠열 또한 완전히 이용되므로, 연도 가스 내의 폐열의 이용 효율을 향상시키고, 이산화 탄소의 열의 방출을 감소시키고, 연도 가스와 폐열에 의해 유발되는 오염을 감소시킨다.
4. 고속에서의 고온 건조, 일정한 속도에서 중간 온도 건조, 가속화된 속도에서 저온 건조를 포함하는, 3개의 단계들 내의 연속적인 건조를 얻기 위해 다층 이송 벨트들과 공기 냉각기 튜브들이 사용됨으로써, 건조 효율이 향상되고, 연료 공급 수요가 만족 된다. 바이오매스 연료는 열과 습도를 다층 이송 벨트들 상의 고온 공기와 저온 공기와 열교환을 한다. 가로 배플 플레이트들이 건조 룸 내의 벨트들을 구분하여 제1 건조 구역, 제2 건조 구역 ,및 제3 건조 구역이 형성되도록 구성됨으로써, 상이한 온도들에서 공기의 크로스 플로우(cross flow)를 효과적으로 방지하여 건조 효율을 더 향상시킨다.
5. 열 복귀, 제습, 및 냉각을 포함하는 공기 냉각기 튜브들의 이용은 혁신적이고, 공기 냉각기 튜브들은 흡착기, 응축기, 및 증발기의 조합으로서, 양호한 열 및 질량 전달 효과의 특징이 있고, 전송 장비를 덜 필요로 하기 때문에, 공기 냉각기 튜브들이 저렴하고, 제조 및 사용이 용이하다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스의 다층 이송 벨트들의 개략도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스의 공기 냉각기 튜브의 개략도이다.
이하, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 디바이스의 상세한 예시적 실시예들을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이러한 실시예들은 본 발명을 설명하는 의도를 가진 것이지 본 발명을 제한할 의도는 아님을 유의해야 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스는 다층 건조기(1)를 구비한다. 다층 건조기(1)는 다층 이송 벨트들(1-1)을 포함하는 건조 룸을 구비한다. 다층 이송 벨트들(1-1)은 라운드 트립 상에서 주행하는 메쉬 벨트들 또는 체인 보드 벨트들이다. 다층 이송 벨트들은 면적당 45% 내지 65%의 벤트 구멍들을 포함하는 메쉬 벨트들 또는 체인 보드 벨트들이다. 건조 룸은 다층 이송 벨트들(1-1)에 평행한 복수의 예컨대, 2개의 가로 배플 플레이트들(1-2)을 구비한다. 다층 이송 벨트들(1-1)은 동일한 간격으로 평행하게 배치된다. 다층 이송 벨트들(1-1)과 적어도 가로 배플 플레이트들(1-2)은 동일한 간격으로 평행하게 배치된다. 적어도 가로 배플 플레이트들(1-2)은 건조 룸 내의 다층 이송 벨트들(1-1)을 분리시켜, 위로부터 아래로 제1 건조 구역(2), 2개의 제2 건조 구역들(3), 및 제3 건조 구역(4)을 형성하도록 구성된다. 제1 건조 구역, 제2 건조 구역, 및 제3 건조 구역은 독립적으로 기밀이다. 제2 건조 구역 내의 온도는 제3 건조 구역 내의 온도보다 더 높고, 제1 건조 구역 내의 온도보다 더 낮다. 제1 건조 구역(2)의 전단에는 1단 건조 공기 입구(5)가 마련되고, 그 후단에는 제1 습공기 출구(6)가 배치된다. 제2 건조 구역(3)의 전단에는 2단 공기 입구(7)가 마련되고, 그 후단에는 제2 습공기 출구(8)가 배치된다. 제3 건조 구역(4)의 전단에는 3단 건조 공기 입구(9)가 마련되고, 그 후단에는 제3 습공기 출구(10)가 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배출 슈트들(1-3)은 인접한 이송 벨트들(1-1)의 2개의 끝단들 사이에 각각 배치되고, 이와 같이, 바이오매스 연료는 서펜타인(surpentine) 방식으로 배출 슈트들을 통해 위로부터 아래로 이송된다. 다단 건조기(1)는 제1 물 출구와 제1 연도 가스 출구를 포함하는 1단 연도 가스 응축기(11)을 구비한다. 1단 연도 가스 응축기(11)의 제1 물 출구는 1단 기체-액체 열교환기(12)에 연결된다. 1단 기체-액체 열교환기(12)는 제1 공기 출구를 구비하고, 제1 공기 출구는 1단 건조 공기 입구(5)에 연결된다. 제1 습공기 출구(6)는 제1 열 회복 유니트(19)에 연결된다. 1단 연도 가스 응축기(11)의 제1 연도 가스 출구는 2단 연도 가스 응축기(13)에 연결된다. 2단 연도 가스 응축기(13)는 제2 물 출구와 제2 연도 가스 출구를 구비한다. 제2 물 출구는 제2 공기 출구를 포함하는 2단 기체-액체 열교환기(14)에 연결된다. 2단 기체-액체 열교환기(14)의 제2 공기 출구는 2단 공기 입구(7)에 연결된다. 2단 연도 가스 응축기(13)의 제2 연도 가스 출구는 제3 연도 가스 출구와 제3 물 출구를 포함하는 제3 연도 가스 응축기(17)에 연결된다. 제3 연도 가스 응축기(17)의 제3 물 출구는 제5 공기 출구를 포함하는 제3 기체-액체 열교환기(18)에 연결된다. 제5 공기 출구는 2단 건조 공기 입구(7)에 연결된다. 2개의 제2 습공기 출구들(8) 각각은 제2 열 회복 유니트(20)에 연결된다. 제3 연도 가스 응축기(17)의 제3 연도 가스 출구는 제3 공기 출구를 포함하는 잠열 회복 유니트(15)에 연결된다. 잠열 회복 유니트(15)의 제3 공기 출구는 공기 냉각기 튜브들(16)에 연결된다. 공기 냉각기 튜브들(16)은 제4 공기 출구를 구비한다. 제4 공기 출구는 제3 건조 구역(4)의 3단 건조 공기 입구(9)에 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공기 냉각기 튜브들(16)은 공기를 냉각시키기 위한 에너지 절감 디바이스이다. 공기 냉각기 튜브들(16)의 상부 세그먼트는 흡착 세그먼트(22)이다. 흡착 세그먼트(22)는 흡착제(23)로 충진된다. 공기 냉각기 튜브들(16)의 하부 세그먼트는 응축 세그먼트(27)이다. 열절연층(25)은 흡착 세그먼트(22)와 응축 세그먼트(27) 사이에 배치된다. 스틸 메쉬의 내부층(26)과 흡착질 채널(24)은 공기 냉각기 튜브들(16) 내에 배치된다. 탈착 공정 동안, 공기는 흡착 세그먼트를 통과할 때 냉각되고 습윤화되고, 공기가 응축 세그먼트를 통과할 때 공기 상에 등엔탈피 가열이 수행된다. 흡착 공정 동안, 공기는 흡착 세그먼트를 통과할 때 가열 및 건조되고, 공기가 응축 세그먼트를 통과할 때 등엔탈피 냉각기 공기 상에서 수행된다. 따라서, 실제 작동에서, 공기 냉각기 튜브들의 적어도 2개의 그룹들이 필요하다. 즉, 공기 냉각기 튜브들의 하나의 그룹은 탈착을 위해 사용되고 공기 냉각기 튜브들의 다른 그룹은 흡착을 위해 사용된다. 연도 가스의 폐열은 공기 냉각기 튜브들의 하나의 그룹의 탈착 공정을 위한 공기 냉각기 튜브들의 열원으로서 사용되고, 이어서 냉각된 기체는 공기 냉각기 튜브들의 다른 그룹으로 들어가서 흡착 공정을 수행한다. 응축 세그먼트에서 생성되는 냉각된 공기는 바이오매스 연료의 저온 건조를 위한 것을 의미한다.
디바이스에 의해 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하는 공정은 다음과 같다.
1) 연도 가스의 폐열을 이용하여 순차적으로 공기를 가열: 도 1에 도시된 바와 같이, 먼지 제거 후, 발전소로부터 나오는 연도 가스의 작은 부분은 굴뚝(21)으로부터 배기되어 연도 가스의 정상적인 배출이 보장된다. 연도 가스의 대부분(연도 가스의 75%가 선택적임)은 4개의 단계들에서 이용된다. 연도 가스는 1단 연도 가스 응축기(11), 2단 연도 가스 응축기(13), 3단 연도 가스 응축기(17), 및 잠열 복구를 위한 잠열 회복 유니트(15)를 통과한다. 1단 연도 가스 응축기(11)의 입구에서 연도 가스의 온도는 290℃이고, 제1 연도 가스 출구에서 연도 가스의 온도는 190℃이다. 열효율은 35%이다. 2단 연도 가스 응축기(13)의 입구에서 연도 가스의 온도는 190℃이고, 제2 연도 가스 출구에서 연도 가스의 온도는 150℃이다. 열효율은 13.5%이다. 3단 연도 가스 응축기(17)의 입구에서 연도 가스의 온도는 150℃이고, 제3 연도 가스 출구에서 연도 가스의 온도는 100℃이다. 열효율은 17%이다. 열효율은 13.5%이다. 잠열 회복 유니트(15)의 입구에서 연도 가스의 온도는 100℃이고, 제4 연도 가스 출구에서 연도 가스의 온도는 40℃이다. 열효율은 21%이다. 1단 연도 가스 응축기(11)의 물 출구로부터 나오는 고온의 물은 1단 기체-액체 열교환기(12) 내의 공기와 열교환하여 150℃ 내지 180℃의 온도, 바람직하게 150℃ 내지 160℃의 온도를 가진 1단 건조 공기를 얻는다. 2단 연도 가스 응축기(13)의 제2 물 출구로부터 나오는 고온의 물은 2단 기체-액체 열교환기(14) 내의 공기와 열교환하여 80℃ 내지 100℃의 온도, 바람직하게 80℃ 내지 90℃의 온도를 가진 2단 건조 공기를 얻는다. 3단 연도 가스 응축기(17)의 제3 물 출구로부터 나오는 고온의 물은 3단 기체-액체 열교환기(18) 내의 공기와 열교환하여 80℃ 내지 100℃의 온도, 바람직하게 80℃ 내지 90℃의 온도를 가진 3단 건조 공기를 얻는다. 잠열 회복 유니트(15)는 현열뿐만 아니라 잠열의 일부를 추출하도록 구성된다. 잠열 회복 유니트(15)에 의해 생성되는 뜨거운 공기는 공기 냉각기 튜브들에 의해 처리되어 25℃ 이하의 온도를 가진 3단 건조 공기와 열원을 얻는다. 열원은 가열 또는 온수 공급을 위해 이용된다. 잠열 회복 유니트(5)로부터 출력되는 연도 가스는 굴뚝(21)에 의해 배출된다.
2) 뜨거운 공기와 차가운 공기를 이용한 다단 건조 : 도 3에 도시된 바와 같이, 다단 건조기(1)의 밀봉된 건조 룸 내에서, 인접한 이송 펩르트들(1-1)은 반대 방향을 향해 주행한다. 바이오매스 연료는 벨트(1-1)의 꼭대기로 전송되고, 꼭대기에서 아래로 떨어진다. 바이오매스 연료는 S-자 구조에 의해 전송되고 가장 낮은 벨트(1-1)의 배출 출구로부터 배출된다. 바이오매스 연료가 벨트들 상에 있을 때, 공기는 강력 노즐로부터 자그마치 15m까지 분출된다. 1단 연도 가스 응축기로부터의 물과의 열교환에 의해 생성되는 1단 건조 공기는 1단 건조 공기 입구(5)로부터 다단 건조기(1) 내의 제1 건조 구역(2)으로 3 내지 4m/s의 속도로 입력된다. 벨트들(1-1) 상에서 35 내지 40%의 함수율을 가진 바이오매스 연료는 1단 건조 공기에 의해 신속히 건조되어, 함수율이 30 내지 35%로 감소된다. 한편, 2단 연도 가스 응축기와 3단 연도 가스 응축기로부터의 물과의 열교환에 의해 생성되는 2단 건조 공기는 2단 건조 공기 입구(7)로부터 다단 건조기(1) 내의 제2 건조 구역(3)으로 3 내지 4m/s의 속도로 입력된다. 벨트들(1-1) 상의 바이오매스 연료는 2단 건조 공기에 의해 건조되어, 함수율은 25 내지 30%로 감소된다. 1단 건조 공기 및 2단 건조 공기에 의해 건조되는 동안 생성되는 저온 및 습공기는 제1 열 회복 유니트(19)와 제2 열 회복 유니트(20)에 의해 가열 및 건조된 후, 시스템 내에서 리사이클 된다. 3단 건조 공기는 3단 건조 공기 입구(9)로부터 다단 건조기(1) 내의 제3 건조 구역(4)으로 10℃ 내지 15℃의 온도에서 바이오매스 연료의 냉각 건조를 위해 3 내지 4m/s의 속도로 입력된다. 3단 건조 공기의 상대 습도는 15% 이하이다. 바이오매스 연료 내의 함수율은 25% 미만이다. 연료로부터 수분을 흡수하는 냉각 공기는 공기 냉각기 튜브들(16)을 통해 리사이클 될 수 있다. 결론적으로, 다단 건조기(1)의 제1 건조 구역(2)과 제2 건조 구역(3) 내의 뜨거운 공기는 연도 가스의 폐열을 이용하여 순차적으로 가열된다. 제3 건조 구역(4) 내의 차가운 공기는 겨울철 주변 공기를 이용할 수 있고, 또는 차가운 공기는 여름철 또는 환절기에 열원으로서 연도 가스 내의 잠열을 사용하여 공기 냉각기 튜브들(16)에 의해 준비된다. 겨울철 차가운 소스는 보조 냉각 공급으로서 저장될 수 있다.
실시예들은 연도 가스의 폐열의 열효율이 85% 이상임을 보여주므로, 바이오매스 연료의 건조를 위한 에너지 소비가 효과적으로 감소되고 바이오매스 연료의 사전-처리 비용이 현저히 감소된다.
1...다층 건조기 1-1...다층 이송 벨트
1-2...가로 배플 플레이트 2...제1 건조 구역
3...제2 건조 구역 4...제3 건조 구역
5...1단 건조 공기 입구 6...제1 습공기 출구
7...2단 공기 입구 8...제2 습공기 출구
9...3단 건조 공기 입구 10...제3 습공기 출구
11...1단 연도 가스 응축기 12...1단 기체-액체 열교환기
13...2단 연도 가스 응축기 14...2단 기체-액체 열교환기
15...잠열 회복 유니트 16...공기 냉각기 튜브
17...제3 연도 가스 응축기 18...제3 기체-액체 열교환기
22...흡착 세그먼트 23...흡착제
24...채널 25...열전영층
26...내부층 27...응축 세그먼트

Claims (10)

  1. 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조시키는 방법에 있어서,
    1) 연도 가스의 폐열을 이용하여 순차적으로 공기를 가열하는 단계 : 다단 응축에 의해, 연도 가스의 현열을 순차적으로 회복시키고, 현열을 사용하여 공기를 순차적으로 가열하여 1단 건조 공기 및 상기 1단 건조 공기보다 더 낮은 온도를 가진 2단 건조 공기를 얻고, 공기 냉각기 튜브들과 열교환하기 위해 열원으로서 연도 가스의 잠열을 회복시켜서 3단 건조 공기를 얻고, 또는 상기 2단 건조 공기의 온도보다 더 낮은 온도를 가진 3단 건조 공기로서 주변의 차가운 공기를 수집하는 단계;
    2) 상기 1단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조시키는 단계 : 150℃와 180℃의 사이의 온도를 가진 상기 1단 건조 공기를 사용하여, 바이오매스 연료 내의 함수율이 30 내지 50%가 되도록, 바이오매스 연료를 대류성으로 건조 및 탈수시키는 단계;
    3) 상기 2단 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조시키는 단계 : 80℃와 100℃의 사이의 온도를 가진 상기 2단 건조 공기를 사용하여, 바이오매스 연료 내의 함수율이 25 내지 30%가 되도록, 바이오매스 연료를 대류성으로 추가적으로 건조 및 탈수시키는 단계; 및
    4) 상기 제3 건조 공기를 사용하여 바이오매스 연료를 건조시키는 단계 : 25℃ 이하의 온도를 가진 상기 3단 건조 공기를 사용하여, 바이오매스 연료 내의 함수율이 25% 미만으로 감소되도록, 바이오매스 연료를 대류성으로 건조 및 탈수시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 단계 4)에서, 상기 바이오매스 연료는 20℃와 25℃ 사이의 온도에서 건조되고;
    상기 3단 건조 공기의 상대 습도는 15% 이하이고;
    상기 3단 건조 공기의 속도는 3m/s와 4m/s 사이인, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에서,
    상기 단계 2)에서, 상기 바이오매스 연료는 150℃와 160℃ 사이의 온도에서 건조되고; 상기 1단 건조 공기의 속도는 3m/s와 4m/s 사이이고,
    상기 단계 3)에서, 상기 바이오매스 연료는 80℃와 90℃ 사이의 온도에서 건조되고; 상기 2단 건조 공기의 속도는 3m/s와 4m/s 사이인, 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에서,
    상기 단계 2)에서, 상기 바이오매스 연료 내의 초기 함수율은 35%와 45% 사이인, 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에서,
    상기 단계 2) 및 단계 3) 내의 건조로부터 발생되는 습공기가 수집, 가열, 탈습, 및 리사이클 되는, 방법.
  6. 발전소로부터 나오는 연도 가스의 폐열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 디바이스에 있어서,
    다층의 가로로-배치된 이송 벨트들(1-1), 적어도 2개의 가로 배플 플레이트들(1-2), 및 인접한 이송 벨트들(101)을 연결하는 배출 슈트들(1-3)을 포함하는 건조 룸을 가진 다층 건조기(1);
    제1 물 출구와 제1 연도 가스 출구를 포함하는 1단 연도 가스 응축기(11);
    제1 공기 출구를 포함하는 1단 기체-액체 열교환기(12);
    제2 물 출구와 제2 연도 출구를 포함하는 2단 연도 가스 응축기(13);
    제2 공기출구를 포함하는 2단 기체-액체 열교환기(14);
    제3 공기 출구를 포함하는 잠열 회복 유니트(15); 및
    제4 공기 출구를 포함하는 공기 냉각기 튜브들(16)을 구비하고,
    상기 적어도 2개의 배플 플레이트들(1-2)은 상기 건조 룸 내의 상기 다층 이송 벨트들(1-1)을 분리하여 위로부터 아래로 제1 건조 구역(2), 제2 건조 구역(3), 및 제3 건조 구역(4)을 형성하도록 구성되고; 상기 제1 건조 구역(2), 상기 제2 건조 구역(3), 및 상기 제3 건조 구역(4)은 독립적으로 기밀되고; 상기 제2 건조 구역 내의 온도는 상기 제3 건조 구역 내의 온도보다 더 높고 상기 제1 건조 구역 내의 온도보다 더 낮으며;
    상기 제1 건조 구역(2)의 전단과 후단에 각각 배치된 1단 건조 공기 입구(5)와 제1 습공기 출구(6); 상기 제2 건조 구역(3)의 전단과 후단에 각각 배치된 2단 건조 공기 입구(7)와 제2 습공기 출구(8); 및 상기 제3 건조 구역(4)의 전단과 후단에 각각 배치된 3단 건조 공기 입구(9)와 제3 습공기 출구(10)를 구비하고;
    인접한 이송 벨트들(1-1)의 2개의 끝단들 사이에 배치되어 서펜타인 방식으로 위로부터 아래로 바이오매스 연료를 통과시키는 배출 슈트들(1-3)을 구비하고;
    상기 다층 건조기(1)는 상기 1단 연도 가스 응축기에 연결되고; 상기 1단 연도 가스 응축기의 제1 물 출구는 상기 1단 기체-액체 열교환기에 연결되고; 상기 1단 기체-액체 열교환기의 상기 제1 공기 출구는 상기 1단 건조 공기 입구(5)에 연결되고; 상기 1단 연도 가스 응축기(11)의 상기 제1 연도 가스 출구는 상기 2단 연도 가스 응축기에 연결되고;
    상기 2단 연도 가스 응축기(13)의 상기 제2 물 출구는 상기 2단 기체-액체 열교환기에 연결되고; 상기 2단 기체-액체 열교환기의 상기 제2 공기 출구는 상기 2단 건조 공기 입구(7)에 연결되고; 상기 2단 연도 가스 응축기(13)의 상기 제2 연도 가스 출구는 상기 잠열 회복 유니트에 연결되고;
    상기 잠열 회복 유니트(15)의 상기 제3 공기 출구는 상기 공기 냉각기 튜브들에 연결되고; 상기 공기 냉각기 튜브들(16)의 제4 공기 출구는 상기 3단 건조 공기 입구(9)에 연결된, 디바이스.
  7. 청구항 6에서,
    제3 연도 가스 응축기(17) 및 3단 기체-액체 열교환기(18)를 더 구비하고;
    상기 2단 연도 가스 응축기(13)의 상기 제2 연도 가스 출구는 상기 제3 연도 가스 응축기(17)에 연결되고; 상기 제3 연도 가스 응축기는 제3 연도 가스 출구와 제3 물 출구를 구비하고; 상기 제3 연도 가스 응축기(17)의 제3 연도 가스 출구는 상기 잠열 회복 유니트(15)에 연결되고; 상기 제3 연도 가스 응축기(17)의 제3 물 출구는 상기 3단 기체-액체 열교환기(18)에 연결되고; 상기 제3 기체-액체 열교환기(18)는 제5 공기 출구를 구비하고, 상기 제5 공기 출구는 상기 2단 건조 공기 입구(7)에 연결되는, 디바이스.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에서,
    상기 다층 이송 벨트들(1-1)은 면적당 45%와 65%의 벤트 구멍들을 포함하는 메쉬 벨트들 또는 체인 보드 벨트들인, 디바이스.
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에서,
    상기 다층 이송 벨트들(1-1)은 동일한 간격으로 평행하게 배치되고;
    상기 다층 이송 벨트들(1-1)과 상기 적어도 2개의 가로 배플 플레이트들(1-2)이 동일한 간격으로 평행하게 배치된, 디바이스.
  10. 청구항 6 또는 청구항 7에서,
    상기 제1 습공기 출구(6)는 제1 열 회복 유니트(19)에 연결되고;
    제2 습공기 출구(8)가 제2 열 회복 유니트(20)에 연결된, 디바이스.
KR1020177014018A 2014-10-24 2015-10-22 발전소 연도 가스로부터의 과열을 이용하여 바이오매스 연료를 건조하기 위한 방법 및 장치 KR101946741B1 (ko)

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