KR20220032699A - 과열증기를 이용한 파울링이 억제된 소수성의 발전용 바이오매스 연료 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오매스 연료 제조 장치에 관한 것으로서, 킬른 형태의 바이오매스 건조장치에서 연료의 건조에 증기를 킬른 본체 단면 전영역으로 분사하고 이에 대응하여 낙하날개를 이용하여 건조 대상연료를 낙하시키는 증기를 이용한 건조 시스템에 관한 것이다.

Description

과열증기를 이용한 파울링이 억제된 소수성의 발전용 바이오매스 연료 제조 장치{Biomass fuel production apparatus for the development of the hydrophobic fouling is suppressed by using superheated steam}

본 발명은 증기를 이용하여 바이오매스를 열처리하는 연료 제조 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 바이오매스를 킬른 형태의 건조장치에서 연료의 건조에 증기를 킬른 본체 단면 전영역으로 분사하고 이에 대응하여 낙하날개를 이용하여 건조 대상연료를 낙하시키는 증기를 이용한 건조 시스템에 관한 것이다.

공장에서 발생하는 하수를 처리시 발생하는 하수슬러지, 또는 일반 가정이나 음식점에서 배출되는 음식물쓰레기, 축산농가에서 배출되는 우분, 돈분, 계분 등의 축산분뇨 등의 바이오매스 처리는 사회적 문제로 대두되고 있다. 이는 하수슬러지, 음식물쓰레기 및 축산분뇨와 같은 바이오매스의 해양배출이 금지되고, 바이오매스를 이용한 퇴비나 연료 등의 활용도가 낮기 때문이다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 다양한 다양한 수단들이 제시되었으며, 예를들면 하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용한 고체연료의 제조방법이 개시되었다.

음식물 쓰레기와 가연성 폐기물을 이용한 고체연료 제조방법은, 하수 슬러지를 함수율 10~20% 이하로 건조시킨 다음 분쇄하는 과정과, 음식물쓰레기70%(중량비)를 황토 10%(중량비); 갈탄 10%(중량비): 코우크스 10%(중량비)의 첨가제와 혼합하는 과정과, 가연성 폐기물을 입도 30~50mm의 크기로 분쇄시키는 과정과, 건조시킨 하수 슬러지, 첨가제를 혼합한 음식물쓰레기, 분쇄시킨 가연성 폐기물을 하수 슬러지30%(중량비): 음식물쓰레기 30%(중량비): 가연성 폐기물40%(중량비)의 비율로 혼합하는 과정과, 혼합물을 수분함유율이 10%이하가 되도록 건조시키는 과정과, 혼합과 건조가 이루어진 혼합물에 조연재를 첨가하여 일정 크기로 압출, 성형하는 과정으로 이루어진 것이다.

이러한 방법에 의하면, 하수 슬러지와 음식물 쓰레기 및 가연성 폐기물을 건조하고 혼합하고, 갈탄과 코우크스 등을 혼합한 후 일정한 크기로 압출 성형함으로써 음식물 쓰레기와 하수 슬러지 등을 재활용하여 사용할 수 있었다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

함수량이 높은 하수슬러지, 음식물쓰레기 및 축산분뇨의 함수량을 낮추기 위한 비용이 많이 소요되어, 하수 슬러지와 음식물 쓰레기를 건조시키는데 많은 에너지가 사용되는 문제점이 있었던 것이다.

또한, 전술한 방법에 의해 제조된 음식물 쓰레기와 하수 슬러지를 이용한 고체연료는, 음식물 쓰레기와 하수 슬러지 등은 연료로서 충분한 발열량을 내지 못했기 때문에 발열량을 높이기 위해서 갈탄이나 코우크스 등을 혼합함으로써, 발열량을 높이기 위한 비용이 증가하는 문제점이 있었던 것이다.

2016년 세계 경제 포럼(WEF : World Economic Forum)에서 처음 언급된 4차 산업혁명과 더불어 미래의 환경기술 및 환경문제에 대해 다양하게 논의되고 있다. 특히 환경정보화 발전방안으로 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 등의 발전방안이 이루어지고 있고, 환경문제와 관련해서 지능형 대기오염물질 관리예측, 가축분뇨 전자인계관리시스템 적용 등의 접근이 이루어지고 있으며 환경적인 문제에 대한 관심도 증가하고 있다.

대기, 수질, 생태계 등 다양한 환경문제 중 수질문제는 점오염원으로 생활오염원, 산업오폐수, 축산폐수 등이 있고, 비점오염원은 강수에 의한 유출로 넓은 면적에서 발생하는 특징을 가지고 있다. 특히 수질오염원 중 하수슬러지와 가축분뇨 등을 활용한 유기성 바이오매스는 과거 해양에 투기했지만 런던협약 발효로 더 이상 해양 배출이 불가능하게 됐다. 또한 유기성 바이오매스는 자원 재활용이 가능한 폐자원인 동시에 심각한 환경 오염원이기도 하다.

국가하수도정보시스템에 따르면 하수슬러지의 발생량은 하수시설 확충,총인처리시설 설치 등에 따라 지속적으로 늘어나고, 이로 인해 악취의 문제도 가속화되고 있는 실정이다. 하수슬러지 발생량을 살펴보면 2007년7,518 톤/일에서 2011년 8,438 톤/일로 증가하였고, 2020년 12,728 톤/일로 추정되며, 연평균 5.9%의 증가추세에 있다.

한편, 축산폐수는 유기물질 함량이 높아 발생량에 비해서 수질오염 부하량이 큰 특징을 가지고 있다. 국가의 축산진흥정책과 국민들의 육류 및 유제품 소비 증가 등 식생활 변화에 따라 과거 가내 축산농업에서 기업형대규모로 변화하면서 가축분뇨의 배출량도 증가하였다. 농림축산식품부에 따르면 가축분뇨 발생량을 살펴보면 2013년 기준 약 47,232천 톤 정도가 배출되고 있으며, 처리현황은 퇴비화 80.7%, 액비화 8.5%, 개별농가 정화방류 3.3%, 공공처리 정화방류 5.3%, 기타(증발 등) 2.2%, 해양배출 0%로나타났다.

환경부 발표 자료(가축분뇨공공처리시설 성능평가 및 운영기술지원, 2007)에 따르면 가축분뇨 배출량이 우리나라 전체 하폐수 대비 0.6%정도에 불과하지만 공공수역에 배출시 미치는 오염물질 발생부하는 25.8%로 동일 유량 대비 '생활하수보다 67배(BOD 발생부하량 기준)가 많은 것으로 추정'할 만큼, 오염부하량이 높아 상수원 수질저하의 심각한 원인을 초래하고 있다.

특히 가축분뇨가 혐기 분해되는 과정에서 발생되는 메탄가스는 이산화탄소보다 20∼배 더 높은 온난화 효과가 있는 것으로 알려져 있어 이에 대한 처리가 시급한 상황이다. 또한 유기성 바이오매스는 화석연료를 대체하고 온실가스 발생을 줄여 기후변화에 대응하는 수단으로서 폐자원 에너지화 추진에 있어 2015년 12월 채택된 파리협정에서 이야기하는 기후변화 대응과 온실가스 감축 활동이 강조되고, UN에 제출한 기여방안(INDC)에 따라 2030년까지 배출전망치(BAU) 대비 37% 감축목표를 국제사회에 공표하면서 더욱 중요할 실정이다.

유럽·미국·일본 등은 지속가능 국가발전의 원동력을 “에너지 안보”로 규정하고 “경쟁력 있는 에너지 확보”라는 목표 아래 기후변화협약과 연계한 재생에너지 정책을 추진하고 있다. 특히 신재생에너지 분야에 대해 선진국은 에너지 안보 및 온실가스 감축정책의 핵심으로 신재생에너지

확보를 통해 Post-2020 신기후체제에 대응하고자 하고 있다. 독일은 1990년대부터 폐자원 에너지화사업을 추진하여 에너지화 기술 우월 선점 및 국가 성장동력으로 활용하고 있으며, 미국은 2001년 국가 에너지 정책을 수립하였고, 바이오에너지 확대 보급을 추진하고 있었다. 또한 일본은 2002년 바이오매스 일본 종합전략을 발표하고 바이오매스 에너지 정책을 추진하여, 2009년 바이오매스 기본법을 제정하였고, 2016년 현재 바이오매스 중 가축분뇨의 발생 및 이용 정도가 가장 높은 구조로 바이오매스에 대한 사업의 실효성을 제고하고 있었다.

또한, 우리나라에서도 2009년 환경부와 농식품부 등 관계부처합동으로 폐자원 및 바이오매스 에너지로 저탄소녹색성장을 선도하고자 폐자원 고형연료에 대한 연구 및 정책이 진행되었고, 하수슬러지, 가축분뇨, 음식물폐기물 등 바이오매스에 대한 활용방안과 재생에너지에 대한 논의가 지속되고 있는 실정이며, 최근 유기성 폐기물 발생량 증가 및 처리비용 상승에 대한 대책마련이 필요한 실정이다.

유기성 폐기물처리방법으로 열화학적 전환방법이 주목을 받고 있는데, 열화학적 전환 방법으로는 저속 열분해(Slow pyrolysis), 고속 연분해(Fast pyrolysis), 그리고 열수가압탄화반응(HTC : Hydrothermal carbonization)이 있다. 특히 열수가압탄화반응은 수분을 함유한 원재료를 상대적으로 저온(180 ℃∼250 ℃하에서 탄화 시키는 방법으로, 탄화 반응조건에 따라 Biogas, Bioliquid, 탄소격리체 등이 있다.

바이오매스를 산소가 차단된 상태에서 열분해하여 생산한 탄소격리체는 토양에 처리 시, 탄소격리, CEC 증진 및 산도 조절, 보수력 및 보비력 향상, 토양 미생물 활성 등 토양의 질을 개선하여 작물 생산성을 높여 준다

(Atkinson et al., 2010; Lehmann et al., 2003). 또한 N2O와 같은 온실가스 배출을 저감시키며(Zhang et al., 2010), 오염원의 흡착 및 안정화(Beesley et al., 2011; Chen et al., 2011) 등 다양한 기능이 있다.

탄소격리체는 바이오매스 종류, 열분해 온도 등에 따라 매우 다른 특성을 지닌다(Lehmann, 2007b). 따라서 넓은 지역에 사용할 목적으로 탄소격리체를 생산하려면 주변 환경에서 쉽게 구할 수 있고, 대량 생산이 가능한바이오매스를 선택해야 한다.

현재 하수슬러지 발생량은 매년 증가하고 높은 수분과 염분, 악취 등으로 처리에 어려움을 겪고 있고, 가축분뇨 발생량 중 가장 많은 비중을 차지하는 우분도 직접적인 퇴비화 및 액비화로 이용시 악취발생 및 부숙기간이 필요하며 장거리 이송이 어렵고 살포시에도 취급에 한계가 있다. 또한, 하수슬러지 및 가축분뇨 등은 하수처리장 연계처리에도 부담이 있으며, 하수슬러지는 탈수효율 감소 등 발생되는 슬러지 발생량 증가로 위탁처리비 증가, 연간 하수처리장 운영비 증가 등의 어려움이 있는 실정이다.

가축분뇨인 우분은 오염부하량이 매우 높은 고농도의 오염물질이기 때문에 유출될 시 수질 및 토양오염의 영향이 큰 반면에 작물생육에 필요한 성분인 질소, 인, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 등과 같은 물질도 포함하고 있어 적절한 처리 과정을 거치면 토양개량제로서의 가치가 높아질 수 있다.

우리나라의 가축분뇨 처리방법으로 자원화, 정화방류, 해양투기 등으로 시행되고 있으며, 2012년 가축분뇨의 해양배출 금지로 전체 발생량 대비 해양투기의 비중이 2010년 약 2.3%에서 2012년 0%로 감소하였고, 자원화비중은 2010년 약 86.6%에서 2012년 약 88.7%로 증가하여 가축분뇨의 자

원화가 활발하게 적용되는 것을 알 수 있다.

가축분뇨의 자원화 방법으로 퇴비화, 액비화 등이 있으며, 퇴비화 처리기술은 뇨와 분에 따라 구분되어진다. 퇴비화는 일반적으로 유기물이 미생물에 의해 분해되어 안정화되는 과정을 의미한다. 이로 인해 발생되는 최종 물질이 환경에 악영향을 주지 않으며, 토양에 사용 가능하고, 저장하기에 충분한 부식토 상태의 물질로 변화시키는 생화학적 공정 또는 고체 유기성분을 인위적인 조건 하에서 연속적으로 생물학적 처리를 하는 것으로 정의된다. 퇴비화는 고형물 처리에 효과적이고

장거리 운송이 가능하다는 장점을 가진다. 또한 가축분으로 제조된 퇴비는 산업부산물로 제조되는 퇴비보다 품질이 우수하기 때문에 토양의 물리성, 화학성 및 미생물상이 개선되어 작물이 생육하기 좋은 환경을 만든다.

퇴비화의 방법으로는 퇴비사 처리, 깔짚우사의 퇴비사 처리, 통풍식 톱밥발효, 교반식 톱밥발효 등이 있다

액비화는 가축의 사육과정에서 발생되는 분, 뇨 및 청소수의 혼합물인 액상분뇨 또는 기타 가축분뇨 처리과정(혐기발효 폐액 등)에서 발생되는 물질을 비료로 활용할 목적으로 수집, 저장하고 일정기간 동안 부숙시켜 병원성 미생물, 충란, 잡초종자 등을 사멸시키고 난분해성 물질 등을 분해하여 환경에 노출되어도 위해성이 없고 경종적으로 안정화된 액상물을 말한다.

액비화의 처리방법은 혐기성 처리법과 호기성 처리법이 있으며, 일반적으로 호기성 처리법이 혐기성 처리법보다 부숙속도가 빠르나 우리나라에 설치되어 있는 액비 저장시설의 대부분은 주로 일정기간 저장하여 자연부숙시킨 후 토양으로 환원하는 혐기성 처리시설이다. 혐기적 처리시설은

악취발생이 심할 뿐 아니라, 긴 부숙기간 필요, 고형물의 침전, 병원성 미생물 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 반면 호기성 처리시설은 저장조에 폭기 및 교반장치를 설치하여 공기가 액비 내에 공급되도록 하는 방법으로서 짧은 부숙기간, 악취저감, 병원성 미생물 발생 저감 등의 장점을 갖고 있다.

이러한 액비화는 가축분뇨를 액상 처리하여 부수적인 재료구입의 문제점을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라, 부수적으로 대체연료를 생산하여 분뇨 처리비용을 퇴비화보다 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만장거리 이송이 어렵고 살포시 취급이 퇴비보다 불리하다는 단점을 가지고 있다.

정화방류 처리방법은 가축분뇨를 별도 처리하는 단독처리방법과 관련 환경기초시설인 하수종말처리장 등에 연계하여 처리하는 방법이 있다.

단독처리의 경우 방류수질을 만족할 수 있는 처리시설을 계획하여야 하나, 투자비와 유지관리의 어려움 등이 있으며, 연계처리의 경우 처리시설이 단순하고 투자비가 저렴하며 유지관리가 다소 쉽다. 다만, 연계처리의 경우 “가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 시행규칙 제21조”에 의거하여 「공공처리시설에서 중간 처리한 가축분뇨를 공공하수처리시설로 유입하는 기준은 1. 공공처리시설에서 유입되는 오염물질부하량은 공공하수처리시설의 운영에 지장을 주지 아니하는 정도일 것, 2. 공공처리시설로부터 유입되는 총 질소 및 총 인의 양은 공공하수처리시설에서 처리할 수 있는 질소와 인의 100분의 10 이내일 것」규정된 내용과 같이 하수종말처리시설의 처리능력을 검토하여 BOD, COD, SS, T-N, T-P의 연계가능수질을 검토해야 한다

본 발명은 본 출원인에 의해서 등록받은 대한민국 등록특허공보 제10-1860037호를 개량한 발명으로 이러한 종래의 석탄 등의 고형 연료는 고온 건조시 일정 온도 이상의 고온의 열풍을 이용할 경우 휘발분이 증발하여 휘발가스가 발생하고, 미분이 발생되어 휘발분과 미분분진이 발화온도에 도달하면 내부에서 착화되어 연소하게 된다.

즉, 일반적인 열교환된 고온의 건공기(산소농도 21%)를 이용할때, 건조는 빠르게 진행되지만, 가연성 물질은 발화가 일어나게 된다.

가연성 물질의 발화를 막기 위하여 지금까지의 가연성 물질의 건조는 아주 낮은 온도(60~80℃)의 건공기를 이용하여 건조하거나, 직접 고온의 열풍과 접촉하지 못하게 스팀튜브 등과 표면접촉을 간접적으로 하게 하여 건조하였다.

저온의 공기 또는 간접 전달열에 의한 건조는 시간이 오래 걸리고 장치 또한 매우 커지게 되는데, 이때 고온의 직접적인 열풍을 이용하지 못하므로 저온으로 건조해야 하는데, 저온 건조 시스템의 규모가 커지게 되고, 에너지를 과다 소비해야 한다는 문제점을 개선하기 위한 발명이다.

한국등록특허공보 제10-1860037호 한국등록특허공보 제10-1370978 호 한국등록특허공보 제 10-0841335 호 한국등록특허공보 제 10-1358836 호 한국등록특허공보 제 10-1343914 호

따라서 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 증기를 사용하여 피건조물에 직접 증기를 분사하여 증기에 포함된 열에너지를 직접 이용하여 바이오매스를 효율적으로 열처리할 수 있는 바이오매스 연료 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 가연성 물질에 발화가 일어나지 않으며, 고온의 열을 접촉시켜 건조가 빠른시간에 이루어 지게 하기 위한 건조 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 증기가 포화된 순환공기에 접촉한 원료가 가열되며, 원료에 함유된 수분이 증기화되어 증발되어 건조되는 현상을 이용하는 건조 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 바이오매스가 증기로 인해 표면이 친수성에서 소수성으로 개질되는 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 바이오매스를 저장하는 저장유닛, 상기 바이오매스를 열처리유닛의 연료투입부로 공급하는 1차피더 및 상기 바이오매스를 소정의 1차 온도조건까지 온열처리하는 열처리유닛을 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치일 수 있다.

또한, 상기 열처리유닛을 통과한 바이오매스를 소정의 2차 온도조건까지 냉열처리하는 냉각유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 열처리유닛에 온열을 공급하는 온열공급유닛;을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열공급유닛;을 추가로 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명은 바이오매스가 투입되는 본체, 온열을 발생시켜 유입된 증기를 증기로 변화시키고, 변화 후 잔열을 배출하는 증기 가열기; 상기 본체의 바이오매스배출구측에 설치되며 증기를 상기 원료에 분사하는 증기분사부, 상기 킬른 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 킬른 본체의 표면을 가열하는 가열관을 포함하며, 상기 고체원료는 상기 킬른 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 가열되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 열처리유닛일 수 있다.

또한, 상기 증기분사부는 상기 본체의 끝단에 설치되며, 단면이 원형상으로 복수의 증기노즐이 형성될 수 있다.

또한, 상기 열처리유닛은 바이오매스가 투입되는 본체, 온열을 발생시켜 유입된 증기를 증기로 변화시키고, 변화 후 잔열을 배출하는 증기 가열기, 상기 본체의 바이오매스배출구측에 설치되며 상기 증기를 상기 원료에 분사하는 증기분사부; 상기 킬른 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 킬른 본체의 표면을 가열하는 가열관;을 포함하며, 상기 바이오매스는 상기 킬른 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 건조되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연료 제조 장치일 수 있다.

또한, 상기 증기 분사부는, 일측 끝단에 증기노즐이 결합된 증기유로를 복수개 구비하는 증기공급부; 상기 증기노즐이 인입되어 형성된 증기분사판; 상기 증기유로와 결합되어 상기 증기분사판의 중심축에 형성된 메인 증기노즐을 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기분사판의 끝단 둘레를 따라 증기가 상기 본체의 중심방향으로 분사되도록 유도하는 곡선형부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 곡선형부재 및 상기 증기분사판 끝단 사이에 형성되어 분사된 가열증기에 와류유동을 유도하는 와류성형부재;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열처리유닛은 상기 본체에서 배출되는 증기에 포함된 불순물을 제거하기 위한 하나 또는 2 이상의 불순물제거유닛을 포함하며, 상기 불순물제거유닛을 통과한 증기유량 중 상기 바이오매스의 온열처리 중 생성된 증기유량 만큼을 배출해주는 배출유닛을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 바이오매스 증기 처리장치에 의하면, 적은 에너지로 최대의 건조 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명을 통하여 상기 증기 분사부를 연료투입부분과 대향류, 평행류 및 직교류를 형성함으로써 건조효율을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 상기 증기 분사부는 연료 투입구의 반대방향으로 증기가 분사됨으로써 피건조물과 증기 사이의 직접적인 접촉을 통해 건조가 이루어지는 효과가 있다.

또한, 상기 킬른 본체의 외주면 및 상기 가열관의 외주면에는 보온재가 더 설치된 것을 특징으로 하여, 킬른 본체 및 가열관 내부의 열 손실을 방지할 수 있다.

또한, 상기 킬른 본체의 내측면에는 상기 원료가 킬른 상부에서 자유낙하하도록 유동하도록 리프팅 낙하날개가 더 설치된 것을 특징으로 하여, 원료의 건조효과를 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 바이오매스를 건조할 경우, 건조된 바이오매스는 표면이 소수성으로 변하여 수분재흡착을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 표면이 소수성으로 개질될 시, 표면에 물방울을 떨어트리면 표면과 물방울과의 접촉각은 30° 이상일 수 있다.

이상과 같이 발명의 바이오매스 증기 처리장치의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오매스의 증기 처리장치의 유닛 플로우 다이아그램이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오매스의 증기 처리장치의 증기분사부 단면도를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오매스의 증기 처리장치의 유닛 플로우 다이아그램이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오매스의 증기 처리장치의 증기분사부 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오매스 증기 처리장치는 바이오매스를 저장하는 저장유닛, 상기 바이오매스를 열처리유닛의 바이오매스투입부로 공급하는 1차피더 및 상기 바이오매스를 소정의 1차 온도조건까지 온열처리하는 열처리유닛을 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치이다.

또한, 상기 1차피더에서 상기 열처리유닛으로 바이오매스가 이송 시 촉매로 회분유발성분을 분리하는 촉매처리유닛을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 촉매처리유닛을 통과한 바이오매스에서 금속을 제거하는 금속제거장치를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 열처리유닛을 통과한 바이오매스를 소정의 2차 온도조건까지 냉열처리하는 냉각유닛을 포함할 수 있다.

상기 본체는 원통 형태의 회전로이다.

상기 본체의 내측에는 원료가 투입된다. 상기 바이오매스는 바이오매스, 축분, 계분, 우분, 돈분 등의 축산분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지 및 가연성폐기물 등 발열량을 갖는 바이오매스의 특성을 가진다면 원료로써 그 종류에 제한되지 않는다.

또한, 상기 바이오매스는 화석화 과정을 거치지 않은 생물 유기체 자원, 음식물류폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨, 동식물잔재물과 같은 바이오매스 뿐만 아니라, 순화목 또는 벌채목 같은 숲의 나무, 폐목재나 간벌한 나무의 잔재인 임목부산물과 같은 목질계, 유채, 옥수수, 볏집, 왕겨와 같은 초본계, 해초류와 같은 해양계일 수 있다.

또한, 상기 바이오매스는 우분 및 돈분의 혼합물, 축분과 하수슬러지의 혼합물 등 상기 종류 내에서 혼합된 혼합물도 이용할 수 있다.

상기 본체의 좌측에서 원료가 투입되고, 상기 본체 내부에서 원료가 건조된 후, 상기 본체의 우측에 설치된 배출구를 통해 외부로 배출된다.

상기 원료는 상기 본체의 내부에서 분사되는 증기 및 후술할 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 건조된다. 이러한 원료는 건조 및 탄화 시 연료 성분에 의해 발화하게 되는데, 본 발명과 같이 고온의 증기를 이용하여 가열하면 연료의 발화를 방지할 수 있다는 이점이 있다. 즉, 바이오매스 건조 시, 고온의 열풍은 발화의 위험이 있으므로, 고온의 증기를 사용하는 것이며, 본체 내부에서 유동하는 원료를 향해 고온의 증기를 직접 분사하는 형태인 것이다.

또한, 상기 고온의 증기는 상압 또는 저압일 수 있다.

상기 바이오매스의 소정의 1차 온도조건은 상기 열처리유닛에 공급되는 시점에서의 상기 바이오매스의 온도가 상기 소정의 1차 온도보다 낮은 것을 의미한다. 상기 소정의 1차 온도는 상기 열처리유닛에서 배출될 때의 바이오매스의 온도를 의미한다. 상기 소정의 1차 온도는 상기 바이오매스의 평균온도가 200 내지 400℃일 수 있으며, 바람직하게는 250 내지 350℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 평균온도가 300℃일 수 있다. 상기 평균온도 값은 정확히 지정된 수치는 아니고 공급되는 바이오매스의 성상에 따라 상기 평균온도 값에 근접하여도 가능하다.

상기 바이오매스의 소정의 2차 온도조건은 상기 냉각유닛에 공급되는 시점에서의 상기 바이오매스의 온도가 상기 소정의 2차 온도보다 높은 것을 의미한다. 상기 소정의 2차 온도는 상기 냉각유닛에서 배출될 때의 바이오매스의 온도를 의미한다. 상기 소정의 2차 온도는 상기 바이오매스의 평균온도가 50 내지 250℃일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 평균온도가 150℃일 수 있다. 상기 평균온도 값은 정확히 지정된 수치는 아니고 공급되는 바이오매스의 성상에 따라 상기 평균온도 값에 근접하여도 가능하다.

본체는, 본체구동부에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 되어, 본체의 내벽을 타고 올라가는 원료가 안식각이 무너지면서 본체의 내부에서 수직 방향으로 낙하된다. 이러한 본체의 회전 방향은 후술할 가열관을 통과하는 배출가스의 이동방향과 동일한 것이 바람직하다. 또한, 이러한 본체는 경사지도록 설치되는 것이 바람직하다. 더 정확하게는 본체 내에 원료 투입구가 원료 배출구보다 높게 설치되는 것이다. 그리하여 본체의 회전에 의해 원료 투입구에서 투입된 원료가 본체 내에서 건조되면서 원료 배출구로 용이하게 배출되는 것이다.

이러한 본체구동부는 직접 연결된 감속기 방식인 것이 적당하지만, 원통 형태의 회전로를 회전시키기 위한 본체구동부라면 어느 것이든 무방하다.

상기 본체의 내측면에는 상기 원료의 유동을 원활히 하도록 낙하날개가 더 설치된다. 상기 낙하날개는 상기 본체의 내부에 투입된 원료의 유동을 원활하게 한다는 이점이 있다.

상기 본체의 내측에는 후술할 증기분사부가 설치되고, 상기 본체의 외측에는 후술할 가열관이 설치된다.

이러한 본체의 외주면에는 본체보온재가 더 설치된다. 그리하여, 상기 보온재에 의해 상기 본체 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

상기 본체의 입구에는 상기 본체 내부로 유입되는 증기에 포함된 분진을 제거하도록 후술할 불순물처리유닛이 더 설치된다.

열교환후 배기되는 연소공기는 배기 온도에 따라 많은 열량(에너지)을 가지고 배기된다. 이때 배기되는 연소가스를 건조장치 외통을 감싸고 있는 히팅자켓에 공급하여, 건조기 외통을 가열하게되고, 가열된 건조기 외통의 연전달에 의하여 내부의 원료를 간접으로 가열하게 된다. 이는 버려지는 에너지를 다시 이용하게 되므로 많은 에너지를 절약하게 된다.

바이오매스 연료 제조 장치는 내부에 원료를 담아서 건조기 동체의 회전에 따라 상부로 끌어 올렸다가 일정위치에서 낙하시키는 낙하날개(Lifting flight)를 가지고 있으며, 각 낙하날개는 서로 다른 형상을 가지고 있어 원료를 낙하시키는 위치가 달라지게 된다.

동체의 회전에 따라 위로 올려졌다가 낙하날개에 의해서 일정위치에서 낙하하는것을 반복하며 마치 폭포수가 떨어지는것과 비슷한 모양을 보이므로 이를 캐스캐이드(Cascade) 효과라고 한다. 원료는 상부에서 낙하되며, 각각의 입자표면이 노출되게 되며, 노출된 표면이 건조용 공기(가열증기)와 접촉하여 가열되어 건조가 이루어진다.

가열관은 상기 본체의 외측에 설치된다. 더 정확하게는, 상기 가열관은 상기 본체의 외주면에 설치되는 것이다. 상기 가열관은 후술할 온열공급유닛에서 배출된 열을 통과시켜 상기 본체의 표면을 가열하는 것이다.

이러한 열은 후술할 온열공급유닛에서 증기의 변화 이후의 잔열을 의미한다. 즉, 고온의 증기 히팅을 위하여 포화증기를 증기로 변화시키기 위한 열원 사용 후의 잔열을 본체의 표면을 다시 가열하게 되므로 열원(에너지)을 재활용하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

상기 가열관은 열이 유입되는 잔열유입부와 열이 배출되는 잔열배출부를 포함한다.

상기 가열관의 외주면에는 보온재가 더 설치된다. 이러한 보온재는 본체에 설치된 보온재와 동일한 것이다. 온열공급유닛은 열을 발생시켜 유입된 포화증기를 증기로 변화시키고, 변화 후 잔열을 배출하도록 한다.

상기 잔열은 상기 포화증기를 상기 증기로 변환 후의 배기되는 배기잔열인 것이다. 상기 온열공급유닛은 가열기 본체와, 상기 가열기 본체에 설치되는 코일과, 상기 가열기 본체의 하부에 설치되는 온열버너를 포함한다. 상기 가열기 본체는 직육면체 형태이며, 상단에서 상부로 갈수록 좁아지는 형태이다. 상기 가열기 본체의 하부에는 온열버너가 설치된다. 상기 버너는 후술할 코일에 열을 가하도록 한다. 상기 가열기 본체의 내측에는 코일이 설치된다. 상기 코일의 내부에는 증기가 이동하며, 상기 버너에서 발생된 열에 의해 포화증기를 증기로 변화하도록 한다. 즉, 가열된 코일 내부에서 포화증기가 증기로 변화하면서 압력이 증가하게 되는데, 이는 압력조절을 통해 압력을 다시 낮추는 역할을 한다.

또한 증기의 압력이 일정하게 유지되면서 저압인 증기를 증기노즐을 통하여 일정한 압력으로 분사시켜, 건조 원료에 직접 접촉시키게 되는 것이다. 이러한 증기의 온도는 300℃에서 500℃사이인 것이 바람직하다.

상기 코일의 일측은 배관에 의해 후술할 증기분사부와 연결되고, 상기 코일의 타측은 배관에 의해 후술할 불순물제거유닛과 연결된다.

상기 배출유닛에는 릴리프 장치가 더 설치된다. 상기 릴리프 장치는 상기 본체 내의 압력 증가 시 증기를 자동으로 배출하도록 한다. 더 정확하게는, 상기 본체 내에서 원료건조 시 발생하는 증기의 양이 증가하여 상기 본체 내부 압력이 일정 압력 이상으로 증가 시 증기를 자동으로 배출하는 것이다. 내부 압력은 상압일 수 있다. 바람직하게는 0.1bar 내지 30bar일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1bar 내지 5bar일 수 있다. 상기 압력조건을 벗어나면 건조 효율이 낮아질 수 있다.

상기 본체를 통과한 증기에는 분진 및 비산이 제거된 포화증기가 이동한다. 상기 불순물제거유닛 후단에는 팬이 더 설치된다. 상기 팬은 분진이 제거된 포화증기를 상기 코일로 보내도록 한다.

상기 가열기 본체의 상단에는 잔열배출부가 형성된다. 상기 배출부는 상기 코일에서 증기의 변화에 사용되고 난 이후 잔열을 배출하도록 한다. 상기 잔열배출부는 배관에 의해 상기 가열관과 연결된다. 더 정확하게는 상기 잔열배출부는 상기 배관에 의해 상기 가열관의 유입구와 연결되는 것이다.

증기분사부는 상기 본체의 일단에 설치된다. 바람직하게는 상기 본체의 연료배출구쪽에 설치될 수 있으며, 연료의 이동방향과 대향류, 평행류 및 직교류 중 어느 하나 이상으로 형성하도록 설치될 수 있다.

증기분사부는 복수의 노즐을 포함할 수 있으나, 노즐을 포함하지 않아도 증기분사부를 통해 증기가 배출되어 바이오매스의 열처리는 가능할 수 있다.

또한, 상기 증기분사부(100)는 상기 킬른 본체의 끝단에 설치되며, 단면이 원형상으로 복수의 증기노즐이 형성될 수 있다.

또한, 상기 증기 분사부는, 일측 끝단에 증기노즐이 결합된 증기유로를 복수개 구비하는 증기공급부, 상기 증기노즐이 인입되어 형성된 증기분사판, 상기 증기유로와 결합되어 상기 증기분사판의 중심축에 형성된 메인증기노즐을 포함할 수 있다. 이러한 노즐의 압력은 0.0005bar 이하인 것이 바람직하다. 그리하여 분말상태인 원료의 비산을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

이러한 노즐의 분사 압력은 100mmH₂O에서 500mmH₂O 사이인 것이 바람직하다. 그 이유는, 투입된 원료에는 고압의 증기를 원료에 직접 분사하게 되는데, 이때 발생하는 작은 알갱이 및 분진이 비산되어 후술할 불순물제거유닛으로 배출되므로 저압의 증기로 바꾸어 사용해야만 하기 때문이다.

그리하여 노즐에서 분사되는 증기의 분사압력을 일정하게 유지할 수 있게 되는 것이다. 즉, 노즐에 의해 저하되는 압력을 보완하기 위해 압력조절장치를 통해 압력을 일정하게 하는 것이다.

상기 냉각유닛은 상기 열처리유닛을 통과한 상기 고체연료가 냉각되는 냉각본체, 상기 냉각본체의 전영역에 거쳐 냉열을 공급하는 냉각관을 포함할 수 있다. 상기 냉각관의 상부에 설치되어 냉각수를 상기 바이오매스에 분사하는 냉각수분사부;가 형성될 수 있다. 상기 바이오매스에 냉열을 공급한 후 상기 냉각관에서 냉각수가 배출되는 냉각수배출구;가 형성될 수 있다. 상기 냉각수는 재순환되어 상기 냉열공급유닛으로 회수 공급될 수 있다.

상기 열처리유닛에 온열을 공급하는 온열공급유닛을 추가로 포함할 수 있다. 상기 온열공급유닛은 온열을 발생시켜 유입된 증기를 증기로 변화시키고, 변화 후 잔열을 배출할 수 있다. 상기 본체로 공급되는 증기의 평균온도는 400 내지 700℃일 수 있으며, 바람직하게는 450 내지 600℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 평균온도가 550℃일 수 있다. 상기 평균온도 값은 정확히 지정된 수치는 아니고 공급되는 바이오매스의 성상에 따라 상기 평균온도 값에 근접하여도 가능하다.

상기 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열공급유닛을 추가로 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치일 수 있다.

바이오매스가 투입되는 본체, 상기 본체의 바이오매스배출구측에 설치되며 상기 증기를 상기 바이오매스에 분사하는 증기분사부, 상기 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 킬른 본체의 표면을 가열하는 가열관을 포함하며, 상기 고체원료는 상기 킬른 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 가열되는 것을 특징으로 하는 대향류 증기를 이용한 열처리유닛일 수 있다.

상기 공급되는 바이오매스의 단위시간당 중량기준공급량에 대하여 공급되는 증기의 단위시간당 중량기준 공급량도 비례하여 조정될 수 있음은 자명하다. 상기 바이오매스의 단위시간당 중량기준공급량을 Qmf 로 정의하고, 상기 증기의 단위시간당 중량기준 공급량을 Qms이라고 정의한다. 상기 Qms/ Qmf 의 평균비는 4 내지 10일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 8일 수 있고, 더욱 바람직하게는 6일 수 있다.

상기 잔열을 고온배가스 및/또는 증기일 수 있다. 상기 고온배가스는 별도의 본체버너;를 통해 공급될 수 있다. 상기 고온배가스는 온열공급유닛의 온열버너를 통해 공급될 수 있다.

상기 증기분사부(100)는 상기 본체의 끝단에 설치되며, 단면이 원형상으로 복수의 증기노즐이 형성될 수 있다.

상기 열처리유닛은 바이오매스가 투입되는 본체; 상기 본체의 바이오매스배출구측에 설치되며 상기 증기를 상기 바이오매스에 분사하는 증기분사부; 상기 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 본체의 표면을 가열하는 가열관;을 포함하며, 상기 바이오매스 상기 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 건조되는 것을 특징으로 하는 대향류 증기를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연료 제조 장치일 수 있다.

또한, 상기 증기 분사부는, 일측 끝단에 증기노즐(110)이 결합된 증기유로를 복수개 구비하는 증기공급부(120); 상기 증기노즐이 인입되어 형성된 증기분사판(130); 상기 증기유로와 결합되어 상기 증기분사판의 중심축에 형성된 증기메인노즐(140)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기분사판의 끝단 둘레를 따라 증기가 상기 본체의 중심방향으로 분사되도록 유도하는 증기곡선형부재(150)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 곡선형부재 및 상기 증기분사판 끝단 사이에 형성되어 분사된 가열증기에 와류유동을 유도하는 증기와류성형부재(160);를 포함할 수 있다.

상기 열처리유닛은 상기 본체에서 배출되는 증기에 포함된 불순물을 제거하기 위한 하나 또는 2 이상의 불순물제거유닛을 포함하며, 상기 불순물제거유닛을 통과한 증기유량 중 상기 고체연료의 온열처리 중 생성된 증기유량 만큼을 배출해주는 배출유닛을 추가로 포함할 수 있다. 상기 불순물제거유닛은 하나 이상의 사이클론을 포함할 수 있다. 상기 불술물제거유닛은 하나 이상의 백필터를 포함할 수 있다. 상기 불순물제거유닛은 하나 이상의 상기 사이클론 및/또는 백필터를 포함할 수 있다. 상기 불순물제거유닛의 후단에는 상기 증기를 순환시키기 위한 터보팬이 형성될 수 있다.

상기 각 유닛을 연결하는 증기 및 증기 배관, 상기 냉각수 배관 및 상기 배가스 배관은 모두 보온재가 형성될 수 있다. 이러한 보온재는 상기 열에너지 처리장치의 운전시 상기 증기, 냉각수 및 배가스의 온도조건이 각 유닛별로 일정하게 유지되기 위하여 반드시 필요할 수 있다.

또한, 불순물제거유닛은 상기 본체의 입구에 설치된다.

상기 불순물제거유닛은 상기 본체의 내부로 유입되는 증기에 포함된 분진을 제거하도록 한다.

더 정확하게는, 증기에 포함된 분진과 상기 본체내부에 투입된 원료에 함유된 증기에 포함된 분진도 제거하게 되는 것이다.

이러한 불순물제거유닛은 2개 이상의 사이클론인 것이 바람직하다. 그리하여 증기에 포함된 분진 및 원료에 함유된 증기에 포함된 분진을 효율적으로 제거할 수 있다는 이점이 있다.

자연발화는 공기중 산소가 있어야 가능하며, 산소가 없는 증기 상태에서는 고온에서도 발화되지 않는 원리를 이용한다. 발화가 쉬운 가연성 원료는 건공기를 이용하여 건조시 아주 낮은 온도에서 건조가 가능하며, 건조 시간이 오래 걸린다. 고온건조가 가능하도록 산소농도를 희박하게 하기 위하여 가열된 고온의 증기를 이용하여 건조한다. 증기는 초기 예열시에 보일러 스팀을 공급하여 준다. 이때 순환되는 공기의 산소농도를 측정하여 5% 이하가 될 때까지 스팀을 공급하며, 예열한다. 예열이 완료되고, 산소농도가 5% 이하가 되면 바이오매스 등 가연성 원료를 공급한다. 가연성 원료내에 포함된 수분이 증발하며, 순환 공기중에는 증기가 포화되게 되며, 이때 산소농도는 3% 이하로 유지된다. 즉 원료가 건조되며 배출된 증기는 계속 순환되는 가열공기속에 남아있게 되어 포화상태의 증기로 변환된다.

가열되는 증기 온도는 300도 이상으로 유지하면, 원료에 열전달이 쉽게 되며, 원료에 포함된 수분은 증발하여, 증기배출구로 배출되는 증기에 포함된다.

원료에서 건조시 발생되는 증기는 내부 압력등을 측정하여 배출유닛을 통하여 일부 외부로 배출시킨다.

이러한 바이오매스 연료 제조 장치는 밀폐순환 사이클로 에너지를 재활용하여 에너지 효율성을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

순환가열 증기를 400~500℃를 이용할 경우 건도 대상물인 바이오매스의 표면온도가 250~300℃까지 가열되고 바이오매스의 표면이 개질되어 친수성(親水性)에서 소수성(疏水性)으로 변환되었다 이는 바이오매스를 대기중에 노출되도록 하여 비 등의 수분을 직접 접촉하여도 다시 흡습되지 않게 되어 외부 저장을 하여도 무방하다.

또한 바이오매스가 소수성을 갖게되면, 대기중에서 자연발화가 일어나는 것도 방지된다.

건조전 원료를 여름철에 외부에 적치하면 내부온도가 69℃까지 올라가며, 이때 자연발화가 일어난다.

본 바이오매스 연료 제조 장치에 의하여 고온의 가열증기에 의하여 건조된 제품은 동일한 조건에 방치하여도 45℃ 이상 올라가지 않으며, 자연발화가 발생되지 않는다.

따라서, 바이오매스, 바이오매스, 음식물쓰레기, 하수슬러지 및 축산분뇨, 목재칩, 톱밥등 고온에서 자연발화가 일어나는 가연성 물질을 건조하기 위한 장치이다.

또한, 상기 바이오매스를 건조할 경우, 건조된 바이오매스는 표면이 소수성으로 변하여 수분재흡착을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 표면이 소수성으로 개질될 시, 표면에 물방울을 떨어트렸을 때 표면과 물방울이 이루는 접촉각은 30℃ 이상일 수 있다.

온열생성유닛은 버너등에서 연소된 연소 공기를 간접식 열교환 튜브를 이용하여 순환되는 증기를 가열하게 된다. 가열된 증기는 원료에 열전달이 이루어 지며, 일부는 냉각된다. 이때 증기가 이슬점 이하로 냉각되면 응축되어 다시 물로 변환되게 되므로 순환되는 증기는 이슬점 이상의 온도가 유지되도록 하여야 한다. 보통은 건조 후 재순환되는 증기의 온도를 100℃ 이상으로 유지하게 된다. 기존에 100℃의 공기를 외부로 배출시키는 것과 비교하면, 100℃의 증기를 재가열하여 순환시키므로 인해서, 가열에너지를 그만큼 적게 사용하게 된다.

이하 전술한 구성을 갖는 본 실시 예의 작용을 설명한다.

(1) 본체에 원료를 투입한다.

(2) 온열공급유닛에서 열을 발생시켜 포화증기를 증기로 변화시키고, 변화 후 잔열은 상기 온열공급유닛에서 배출되어 잔열유입구를 통해 본체로 공급된다.

(3) 증기분사부로 유입된 증기는 낙하날개에 의해 본체 단면적을 가리면서 낙하하는 원료에 분사되어 원료를 건조시키고, 가열관을 이동하는 잔열에 의해 이중으로 건조된다.

(4) 증기분사부로 유입되는 증기 및 원료 건조 시 발생한 증기 일부는 불순물처리유닛으로 이동하여 분진 등을 제거한다.

(5) 불순물 제거 후 증기는 팬에 의해 온열공급유닛으로 재 이동한다.

(6) 온열공급유닛에서 열을 발생시키고, 위와 같은 동작을 반복한다.

냉각유닛은 로타리 드럼 쿨러(Rotary Drum cooler)일 수 있다. 냉각유닛은 회전 드럼 내부에 고온의 원료를 통과시키면 내부에서 유동되는 원료는 냉각본체 내표면을 타고 위로 올라가고 안식각 높이까지 올라가면 미끄러지면서 원료의 표면을 타고 흘러내린다. 이때 회전하는 냉각본체 외부에 냉각수를 분사하여 냉각본체 드럼 외표면을 냉각하면 표면의 열전달에 의하여 내부의 제품이 냉각되는 원리를 이용한다.

냉각수가 분사되는 냉각관 표면에는 자켓 형태의 외판을 형성하여, 냉각수가 비산되거나, 온도에 의하여 증기화 된 증기가 외부로 배출되는 것을 막아주고 냉각수는 냉각관의 아래쪽으로 모여져 배출되며, 증기는 상부에 배기구 및 배구팬을 통하여 외부로 배기 시킨다.

냉각수는 냉열공급유닛을 통해 냉각 시킨후 순환시켜 이용된다.

또한, 바이오매스가 낙하시 장치에 가해지는 충격을 완화하기 위한 완충부를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 릴리프 장치에서 배출되는 증기의 열을 1차피더 및 상기 열처리유닛에 활용 가능할 수 있다.

앞서 명세서에 언급된 상기 증기는 수분이 포함되어 있지 않은 증기, 다량의 수분을 함유한 증기 중 어느 하나 이상이 이용될 수 있으며, 예를 들면 과열증기, 포화증기, 증기, 정압증기, 진공증기, 재증발증기, 중압증기, 재열증기 등이 포함될 수 있다.

또한, 상기 재열증기는 상압에서 압력은 유지되는 상태에서 온도만 상승되어 형성되는 증기일 수 있다.

또한, 상기 증기는 상압, 저압 또는 고온 조건 중 어느 하나 이상의 상태일 수 있다.

앞서 명세서에 언급된 슬러지란 정수 및 하·폐수처리를 함으로써 수중의 부유물이 액체로부터 분리되어 발생되는 침전물을 말하며, 유기성 슬러지는 수중의 부유물이 중력 작용에 의해 침전지 바닥에 침전된 고형물로 많은 수분을 함유하고 있다. 우리나라 하수처리장에서 발생되는 하수슬러지의 특성은 도시의 구조, 하수의 배제방식, 하수의 처리방식 등에 의해 그 특성이 결정되며, 슬러지 중에는 중금속 등 다양한 유해물질이 포함되어 있을 수 있다. 하수슬러지는 반고형 물질로 유해물질이 다량 포함되어있고, 부패성이 크며, 함수율이 높아 악취발생 및 자연생태계에 악영향을 미칠 수 있다.

하수슬러지의 종류로는 생슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지, 농축슬러지, 소화슬러지 및 탈수슬러지 일 수 있다.

앞서 명세서에서 언급된 온도조건은 섭씨조건(℃)이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

100: 증기분사부
110: 증기노즐
120: 증기공급부
130: 증기분사판
140: 증기메인노즐
150: 증기곡선형부재
160: 증기와류성형부재

Claims (11)

1. 바이오매스를 저장하는 저장유닛;
   상기 바이오매스를 열처리유닛의 연료투입부;로 공급하는 1차피더; 및
   상기 바이오매스를 소정의 1차 온도조건까지 온열처리하는 열처리유닛;을 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열처리유닛에 온열을 공급하는 온열공급유닛;을 추가로 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 열처리유닛을 통과한 바이오매스를 소정의 2차 온도조건까지 냉열처리하는 냉각유닛; 및
   상기 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열공급유닛;을 추가로 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치.
   
4. 바이오매스가 투입되는 본체;
   상기 본체의 바이오매스배출구;측에 설치되며 증기를 상기 바이오매스에 분사하는 증기분사부;
   상기 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 킬른 본체의 표면을 가열하는 가열관;을 포함하며,
   상기 바이오매스는 상기 킬른 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 가열되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 열처리유닛.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   바이오매스가 투입되는 본체;
   상기 본체의 바이오매스배출구;측에 설치되며 증기를 상기 바이오매스에 분사하는 증기분사부;
   상기 본체의 외측에 설치되며 상기 잔열을 통과시켜 상기 킬른 본체의 표면을 가열하는 가열관;을 포함하며,
   상기 바이오매스는 상기 킬른 본체의 내부에서 분사된 증기 및 상기 가열관을 통과하는 잔열에 의해 이중으로 건조되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 열처리유닛.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 증기분사부는 상기 본체의 끝단에 설치되며,
   단면이 원형상으로 복수의 증기노즐이 형성된 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 열처리유닛..
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 증기분사부는, 일측 끝단에 증기노즐;이 결합된 증기유로를 복수개 구비하는 증기공급부;
   상기 증기노즐이 인입되어 형성된 증기분사판;
   상기 증기유로와 결합되어 상기 증기분사판의 중심축에 형성된 증기메인노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 열처리유닛.
   
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 증기분사부에서 분사되는 증기의 온도는 상압으로 400 ℃ 내지 500 ℃로 분사되는 증기를 이용한 열처리유닛.
   
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 분사된 증기에 의해 바이오매스의 표면온도가 250 내지 350℃까지 가열되어 표면이 소수성으로 개질되는 증기를 이용한 열처리유닛.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리유닛은 상기 본체에서 배출되는 증기에 포함된 불순물을 제거하기 위한 하나 또는 2 이상의 불순물제거유닛;을 포함하며,
    상기 불순물제거유닛을 통과한 증기유량 중 상기 바이오매스의 온열처리 중 생성된 증기유량 만큼을 배출해주는 배출유닛;을 추가로 포함하는 바이오매스 연료 제조 장치.
    
11. 청구항 4에 있어서,
    상기 바이오매스의 표면과 물방울이 이루는 접촉각이 30° 이상이 되도록 표면이 소수성으로 개질되는 증기를 이용한 열처리유닛.
    

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