WO2018155955A1 - 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법 - Google Patents

폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a solidified fuel compact of organic sludge manufactured by using combustible dry gas of waste, and more particularly, to generate energy generated by combustion of pyrolysis gas obtained by pyrolyzing household waste or industrial waste.
  • Method for producing solidified fuel compact of organic sludge manufactured by combustible dry gas of waste which is obtained by dry carbonization of organic sludge using the remaining combustion gas from boiler and high quality solidified fuel with high calorific value It is about.
  • the carbonization technology produces an incomplete combustion reaction in an oxygen-free or low-oxygen state, that is, a raw material at a high temperature, and combustion with oxygen atoms containing carbon (C) or hydrogen (H 2 ) atoms in the sludge and oxygen (O 2 ) atoms in the air. Part of the carbon component is burned, and hydrogen (H 2 ) atoms are burned and destroyed with oxygen (O 2 ) atoms, and only carbon and ash remain. When carbonizing organic waste, sludge can be stabilized and reduced. have.
  • the carbonization process proceeds in the order of drying, dry gas formation and carbonization depending on the temperature.
  • Molding-injection technology is a technique of mixing the additives in the sludge and then primarily suppressing the cohesive force to facilitate injection molding to form pellets and to dry and solidify the molded sludge pellets.
  • pyrolysis technology primarily gasifies solid waste, that is, municipal waste or industrial waste at a suitable temperature, and uses it as an energy source through an intermediate treatment process. Therefore, it is called pyrolysis dry gas use technology.
  • the firstly dehydrated water content of 70 to 80wt% of the sludge is dried within 10% of the water content, and then mixed with caloric aids such as anthracite, wood, and oil, and then molded into a specific shape.
  • caloric aids such as anthracite, wood, and oil
  • Most of the conventional solid fuelization techniques vary depending on how the sludge is dried or how it is molded, and after drying the sludge, a method of compressing and molding a caloric aid or a caloric aid and a molding agent at high pressure is pressed. Doing.
  • An object of the present invention is to solve the above problems, various organic sludge using the high temperature heat remaining in the boiler by using the energy generated by burning dry gas obtained by pyrolyzing domestic waste and industrial waste, etc.
  • drying carbonization to obtain a high calorific value of high-quality fuel, it is to recycle the waste resources into high calorific value of high-quality fuel.
  • Another object of the present invention is to suppress the cohesion by using wood powder, rice husk, lignite powder as an auxiliary agent without using a separate molding agent or pressure-sensitive adhesive for various organic sludges such as household waste or industrial waste, so that molding can be easily performed and heat can be increased. It prevents the discharge of harmful ingredients, and adds wood flour, rice husk, lignite powder, not chemical molding agent or adhesive to organic sludge with an average moisture content of 60 to 80wt%, which facilitates moldability and replenishes insufficient heat. At the same time, it is environmentally friendly to suppress the odor of sludge itself, increase calorific value when used as fuel, increase the drying efficiency and increase the porosity by slightly reducing the moisture of sludge.
  • the object of the present invention is a method for producing an organic sludge solidified fuel, comprising: a pyrolysis step of generating combustible dry gas obtained by pyrolyzing industrial waste and domestic waste; A combustion step of burning the combustible dry gas; An energy recovery step of recovering steam from the boiler and supplying heat to the dryer; A mixture preparation step of forming a sludge mixture by mixing an auxiliary sludge with 1 to 15 wt% of the organic sludge; An injection molding process in which the sludge mixture prepared by mixing the auxiliary agent and the organic sludge by the mixture manufacturing process has a predetermined shape and shape; The sludge mixture obtained by the injection molding process was dried in the dryer so that the water content was 10 wt% or less, low calorific power (H L: 3,000 to 3,500 kcal / kg, and a carbon content of 40 to 45 wt% on a dry basis. It is achieved by a solidified fuel production method of organic sludge
  • the auxiliary agent is achieved by a solidified fuel manufacturing method of organic sludge, characterized in that any one or a mixture of wood flour, rice husk, lignite powder.
  • the organic sludge is achieved by a solidified fuel production method of organic sludge, characterized in that any one of sewage sludge, milk powder, system.
  • the dried sludge mixture of carbon (C) and hydrogen containing itself (H 2) and oxygen (O 2) the reaction and to react with oxygen supplied in small amounts (combustion), low - to ensure that a 70wt% carbon component calorific value H L 5,000 It is achieved by a solidification fuel manufacturing method of organic sludge characterized in that the carbonization (CARBONIZER) process further comprises kcal / kg or more.
  • the present invention recovers steam in a boiler by using energy generated by combustion of dry gas obtained by pyrolyzing household waste and industrial waste, and dry carbonizes various organic sludges using the remaining high temperature heat to generate high calorific value.
  • it is effective to recycle the waste resources into solidified fuel.
  • FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a method for producing a solidified fuel using the organic sludge to which the technique of the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing method of a solidified fuel using organic sludge to which the technique of the present invention is applied. Accordingly, the present invention provides a pyrolysis process (S100) for obtaining combustible dry gas obtained by pyrolyzing industrial waste, domestic waste, and the like. To perform.
  • S100 pyrolysis process
  • the dry gas is burned rapidly while the external air is supplied from the combustor.
  • the temperature of the combustor generated during combustion during the combustion process (S200) is 850 to 1,100 ° C. More specifically, the reaction occurs as follows.
  • the heat energy generated by combustion can be recovered from the boiler and used for steam power generation, heating of buildings, hot water supply, and heating of vinyl houses.
  • the steam recovered from the boiler is reused for other purposes, and the remaining dry gas is transferred to the dryer, but the temperature delivered to the dryer is in the range of 200 to 300 ° C.
  • the energy recovery process (S300) is performed so that each can be used for a different purpose.
  • organic sludge has a moisture content of 60 to 80 wt%, which contains excessive moisture, thereby drying or dehydrating the organic sludge as sewage sludge, paper mill wastewater sludge, food plant wastewater sludge, milk powder, manure, pig meal, food waste. Can be used.
  • the organic sludge Since the organic sludge has a very strong cohesive force, it is difficult to make injection molding to have an arbitrary form, and therefore, a mixture should be prepared to suppress cohesive force by mixing an auxiliary agent and to facilitate molding.
  • the sludge of the organic sludge has a water content of about 70wt% and the adjuvant is mixed with 1 to 15wt% of the sludge, the sludge mixture is easily formed in a certain form, at which time the water is slightly reduced, and the mixture manufacturing process (S400) is performed. do.
  • the reason for using the adjuvant is that C, H, and O mixed in the adjuvant are combusted with sewage sludge to generate and discharge H 2 O and CO 2 gas. Since high porosity is formed in the product, it is possible to make solid fuel with good combustion condition.
  • the injection molding process (S500) of the sludge mixture prepared by mixing the auxiliary agent and the organic sludge by the mixture manufacturing process (S400) to have a predetermined shape and shape is performed.
  • the injection molding process (S500) is performed by supplying a sludge mixture to an extruder, and extruded the sludge mixture discharged from the front end with a cutting blade at the front of the extruder when extruded as if it is extruded like a sputum cake.
  • Cylindrical shaped bodies can be obtained by cutting to a length of 5 to 20 mm.
  • the injection molding process is carried out in a dryer (ROTARY DRYER) and preferably the injection temperature is dried at 250 ⁇ °C °C drying temperature 150 ⁇ 200 °C.
  • the sludge mixture dried in the drying method should be 10 wt% or less, low calorific value H L 3,000 kcal / kg or more, and perform a calorie control process (S600) so that the carbon content is 40 wt% or more to prepare a solid fuel. .
  • the sludge mixture obtained by the injection molding process (S500) is supplied to a dryer supplied with thermal energy obtained by burning pyrolysis dry gas of industrial and domestic wastes, and the water content of the sludge mixture is 10 wt% or less, and the low calorific value 3,000 to 3,500 kcal / kg, drying is carried out to control the calorie control step (S600) to adjust the carbon content to 40 ⁇ 45wt% to produce a solid fuel.
  • the dried solid fuel is carbonized to produce a porous fuel having a high porosity of at least 70 wt% or higher low calorific value H L 5,000 kcal / kg.
  • dust and odor generated during the drying of hazardous gases and organic sludge generated by the thermal decomposition or combustion of domestic waste or industrial waste are not shown dust filter bag filter and hazardous gas remover (semi-dry scrubber, wet scrubber). Remove it completely.
  • the odor is completely removed with a small amount of heavy metals and dioxins by adding powdered activated carbon to a non-pacrage scrubber.
  • the neutralization reaction is as follows.
  • Carbonization technology is the oxygen contained in the raw material to the raw materials dried in the low oxygen state by partial combustion process as a high temperature (O 2) combustion of hydrogen (H 2) atom by a molecule, and a small amount of the feed air oxygen (O 2) molecules in the It burns by (oxidation) reaction and the carbon atom regulates the supply of supply air so that the carbonization temperature remains only carbon (C) and ash (Ash) by self-burning (oxidation) reaction. Therefore, no fuel is required. Also, the amount of carbon (C) component determines the calorific value of the carbonized solid fuel.
  • the carbonization process (S700) is performed in order to form a higher calorific value of the sludge mixture for performing the calorie control step (S600) and the carbonization process (S700) is carbonized the dried sludge mixture using a rotary kilolon Lower calorific value (H L ) It is controlled to be more than 5,000kcal / kg, the heat control in the carbonization process (S700) is the carbon component hydrogen and oxygen contained in the sludge mixture itself reacts with the oxygen supplied in a small amount of more than 70wt% of carbon components, reaction Time 60-90 minutes It is made to burn at 250-450 degreeC heating temperature, and carbon content is adjusted to 70 wt% with respect to the total weight of one injection-molded sludge mixture.
  • H L rotary kilolon Lower calorific value
  • the carbonization temperature is high, the yield decreases when the carbonization time is the same, but the carbon content is increased to become a solid fuel of high carbon content of high calorific value, and when the carbonization temperature is low, the carbonization time is long, but the yield increases.

Abstract

본 발명은 생활 폐기물 등을 열분해 하여 얻은 열분해 가스의 연소에 의해서 발생된 에너지를 보일러에서 증기로 회수하고 남은 연소가스를 이용하여 유기성 슬러지를 건조 탄화하여 양질의 고형화 연료를 얻을 수 있도록 한 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법에 관한 것으로서, 산업폐기물, 생활폐기물을 열분해 하여 얻은 가연성 건류가스를 발생시키는 열분해 공정과; 상기 가연성 건류가스를 연소시키는 연소공정; 상기 건류가스의 연소시 발생된 열에너지를 보일러에서 증기로 회수하고 열은 건조기로 공급하는 에너지회수공정과; 유기성 슬러지에 응집억제용 보조제를 슬러지 대비 1~15wt%를 혼합하여 슬러지 혼합물을 제조하는 혼합물제조공정과; 상기 혼합물제조공정에 의해 제조된 슬러지 혼합물을 일정한 형태와 모양을 갖도록 성형하는 사출성형공정과; 상기 사출성형공정에 의해 성형된 성형체가 수분 10wt% 이하, 저위발열량 3,000~3,500kcal/kg, 건조기준으로 탄소 함량 40~45wt%가 되도록 상기 건조기에서 건조시켜 상기 성형체의 발열량을 조절하는 열량조절공정에 의해 제조한다. 이와 같은 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법에 의하면 생활폐기물 등을 열분해하여 얻어진 건류가스의 연소에 의해 발생된 에너지를 이용하여 유기성 슬러지를 고 발열량을 갖는 양질의 연료 성형체를 얻을 수 있다.

Description

폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법
본 발명은 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활 폐기물 또는 산업폐기물 등을 열분해 하여 얻은 열분해 가스의 연소에 의해서 발생된 에너지를 보일러에서 증기로 회수하고 남은 연소가스를 이용하여 유기성 슬러지를 건조 탄화하여 고발열량을 갖는 양질의 고형화 연료를 얻을 수 있도록 한 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈로 대체 에너지의 필요성과 지구 환경에 대한 오염이 증가하면서 지구 온난화 각종 유해물질의 증가 등 에너지와 환경문제가 국가적 차원을 넘어 국제적 현안으로 되두되고 있다. 지구 문명의 발달로 부생되는 지구환경의 오염주범인 생활 폐기물, 산업폐기물 및 유기성 슬러지를 에너지 자원화하고 또한 대체 에너지의 개발과 이용이 중요시 되고 있다.
하수 슬러지로 고형연료화 제품을 만들기 위해서는 슬러지 자체가 갖고 있는 수분함량을 저하시켜야 하는데 현재 하수처리장에서 운영되고 있는 탈수설비기술로서는 한계가 있다. 하수 슬러지 자체의 함수율은 평균 60~80wt%로서 연료로 전환시키기 위해서는 수분함량을 10wt% 이하로 저감시켜야 하는데 막대한 비용이 요구됨으로 최소의 경제적인 에너지로 건조 시키는 기술개발이 연료화에 시급한 과제이다. 하수 슬러지 대상 유기성 슬러지의 고형연료화 기술은 크게 탄화기술과 건조-고화기술 및 사출성형 기술과 열분해기술로 구분된다.
탄화기술은 무산소 혹은 저산소상태 즉, 원료를 고온으로 불완전 연소반응을 일으켜 슬러지중 함유된 탄소(C) 원자나 수소(H2) 원자가 함유된 산소 원자 및 공기중의 산소(O2) 원자와 연소하여 탄소성분의 일부가 연소되고 수소(H2) 원자는 산소(O2) 원자와 연소하여 소멸하며, 탄소분과 회분만 남는 것으로, 유기성 폐기물을 탄화처리하는 경우, 슬러지의 안정화와 감량화를 할 수 있다.
탄화공정은 온도에 따라 건조, 건류가스 형성, 탄화의 순서로 진행된다. 성형-사출기술은 슬러지에 첨가제를 혼합한 후 1차로 응집력을 억제하여 성형 사출이 용이하게 하여 펠렛을 형성시키고 성형된 슬러지 펠렛을 건조하여 고형화시키는 기술이다. 또한 열분해 기술은 일차적으로 고상 폐기물, 즉 생활폐기물 또는 산업폐기물을 적정온도에서 가스화하여 이를 중간처리과정을 거쳐 에너지원으로 사용하는 기술이다. 그래서 열분해 건류가스 이용기술이라 한다.
상기의 종래의 방법들에 의하면 슬러지를 고형연료화시키기 위해서 1차로 탈수된 함수율 70~80wt%의 슬러지를 함수율 10% 이내로 건조 시킨 후 무연탄, 목재, 기름 등의 열량보조제와 혼합한 다음 특정 형상으로 성형함으로써 고형연료가 만들어진다. 이러한 대부분의 종래의 고형연료화 기술들은 어떤 방식으로 슬러지를 건조 시키느냐 혹은 어떤 방식으로 성형하느냐에 따라 다를 뿐 슬러지를 건조 시킨 후 열량보조제 또는 열량보조제와 성형제를 혼합하여 고압으로 압축해서 성형하는 방식을 택하고 있다.
종래의 고형연료화 기술에 의하면 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 성형시 슬러지와 열량보조제가 혼합된 혼합물을 고압으로 압축하여 성형하기 때문에 입자와 입자 간의 간격이 너무 조밀하여 공극이 거의 없거나 공극률이 너무 낮다는 문제점이 있다. 이러한 고형 연료는 연소시 연소가 용이하지 않고 완전 연소하기까지 시간이 많이 소요되며 불완전 연소에 따른 유해가스 및 악취가 발생한다.
둘째, 종래에는 슬러지를 건조 시키는 데 1차적으로 에너지가 소비되고, 건조된 슬러지를 고압으로 압축성형하는 과정에서 2차적으로 에너지가 소비된다. 따라서 고형연료를 제조하는 과정에서 많은 에너지가 소비되어 제조비용이 상승된다는 문제점이 있다. 이는 슬러지를 재생에너지로 재활용한다는 취지를 무색하게 한다.
셋째, 성형시 건조된 슬러지를 고압으로 압축성형하기 때문에 성형이 용이하도록 별도의 성형제 또는 점착제를 첨가하여야 한다는 문제점이 있다. 이는 최종적으로 고형연료의 공극률을 더욱 저하시키는 하나의 원인이 될 뿐만 아니라 연소시 유해한 성분이 발생될 수 있다.
넷째, 슬러지의 건조 후 균일한 혼합을 위해서는 건조된 고형물을 가루로 분쇄하는 과정을 거치거나 건조 전 최대한 분산시키는 과정을 거쳐야 하므로 시설이 복잡하고 설비비용이 과다하게 소용되어 경제성이 낮아지는 문제점이 있다.
이와 같이 슬러지를 이용한 종래의 고체연료화 기술은 상술한 문제점들 때문에 재생에너지로 재활용하기 위한 유효 대안으로서 실제 적용이 어려운 실정이다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 생활 폐기물 및 산업폐기물 등을 열분해하여 얻어진 건류가스를 연소시켜 발생된 에너지를 이용하여 보일러에서 증기로 회수하고 남은 고온의 열을 이용하여 각종 유기성 슬러지를 건조 탄화하여 고 발열량의 양질의 연료를 얻을 수 있도록 함으로써, 버려지는 자원을 고 발열량의 양질의 연료로 재활용하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생활 폐기물 또는 산업폐기물 등의 각종 유기성 슬러지에 별도의 성형제 또는 점착제를 사용하지 않고 보조제로 목분과 왕겨, 갈탄가루를 사용하여 응집력을 억제시켜 성형이 용이하고 열량을 높일 수 있으며, 유해성분 배출을 방지하고, 함수율의 평균값이 60∼80wt%인 유기성 슬러지에 화학적 성형제 또는 점착제가 아닌 목분, 왕겨, 갈탄가루를 첨가하여 성형성이 용이하게 하고, 부족열량을 보충함과 동시에 친환경적으로 슬러지 자체의 악취를 억제시키며, 연료로 사용할 때에 발열량을 증가시키며, 슬러지의 수분을 조금이나마 줄여 건조효율을 높이며, 공극률을 높이기 위한 것이다.
이러한 본 발명의 목적은 유기성 슬러지의 고형화 연료 제조방법에 있어서, 산업폐기물, 생활폐기물을 열분해 하여 얻는 가연성 건류가스를 발생시키는 열분해 공정과; 상기 가연성 건류가스를 연소시키는 연소공정; 상기 연소시 발생된 고온의 열에너지를 보일러에서 증기는 회수하고 열은 건조기로 공급하는 에너지회수공정과; 유기성 슬러지에 보조제를 슬러지 대비 1∼15wt% 를 혼합하여 슬러지 혼합물을 형성시키는 혼합물제조공정과; 상기 혼합물제조공정에 의해 보조제와 유기성 슬러지가 혼합되어 제조된 슬러지 혼합물을 일정한 형태와 모양을 갖도록 하는 사출성형공정과; 상기 사출성형공정에 의해 수득된 슬러지 혼합물에 수분이 10wt% 이하, 저위발열량(HL : low calorific power) 3,000∼3,500kcal/kg, 건조기준으로 탄소 함량 40∼45wt%가 되도록 상기 건조기에서 건조하여 조절하는 열량조절공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 보조제는 목분과 왕겨, 갈탄가루 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 유기성 슬러지는 하수 슬러지, 우분, 계분 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 건조된 슬러지 혼합물 자체 함유된 탄소(C)와 수소(H2) 및 산소(O2)가 반응하고 소량으로 공급되는 산소와 반응(연소)하여 탄소성분 70wt%가 되도록 하여 저위발열량 HL5,000kcal/kg 이상 되도록 한 탄화(CARBONIZER)공정이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지의 고형화 연료제조방법에 의하여 달성된다.
이와 같은 본 발명은 생활 폐기물 및 산업폐기물 등을 열분해 하여 얻어진 건류가스의 연소에 의해 발생된 에너지를 이용하여 보일러에서 증기로 회수하고, 남은 고온의 열을 이용하여 각종 유기성 슬러지를 건조 탄화하여 고 발열량의 양질의 연료를 얻을 수 있도록 함으로써, 버려지는 자원을 고형화 연료로 재활용하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 유기성 슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법을 보여주는 제조공정도.
이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 유기성 슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법을 보여주는 제조공정도로서 이에 따른 본 발명은 산업폐기물, 생활폐기물 등을 열분해 하여 얻은 가연성 건류가스를 얻는 열분해 공정(S100)을 수행한다.
상기 열분해 공정(S100)은 산업, 생활 폐기물을 건류가스 발생장치에 투입하고, 점화수단에 의하여 점화 연소시키면(연소공정(S200) 참조), 300∼400℃에서 일차적으로 연소(산화) 반응이 일어나고, 다시 상부의 탄소와 건류(치환) 반응이 일어나 일산화탄소(CO) 수소(H2) 미량의 메탄(CH4) 등 가연성 열분해 건류가스가 배출관을 통해 배출되면, 본 발명자가 선출원한 바 있는 대한민국 특허 2014-0131484에 기재된 연소기를 통하여 연소시키는 연소공정(S200)을 수행한다.
좀 더 구체적으로 열분해공정(S100)을 설명하면 열분해시에는 산화반응과 치환반응이 동시에 일어나게 되면 반응은 아래와 같다.
<산화반응>
C + O2 → CO2
H2 + 1/2O2 → H2O
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
<치환반응>
CO2 + C → 2CO
H2O + C → CO + H2
상기 건류가스는 연소기에서 외부공기가 공급되면서 연소가 급격히 일어난다 연소공정(S200)중 연소시 발생되는 연소기의 온도는 850~1,100℃이다. 좀 더 구체적으로 일어나는 반응은 다음과 같다.
<연소반응>
CO + 1/2O2 → CO2
H2 + 1/2O2 → H2O
연소에 의해 발생된 열너지를 보일러에서 증기는 회수하여 증기발전, 건물의 난방, 온수공급 및 비닐하우스의 난방 등으로 사용할 수 있다.
한편 보일러에서 회수한 증기는 다른 목적으로 재사용되며 나머지 건류가스는 건조기로 전달되되 상기 건조기로 전달되는 온도는 200~300℃ 범위이며, 건류가스의 연소에 의해 발생되는 열을 보일러에서 증기와 열을 각각 다른 용도로 사용할 수 있도록 에너지회수공정(S300)을 수행하게 된다.
통상적으로 유기성 슬러지는 함수율이 60∼80wt%로써 수분이 과다하게 포함되어 있어 건조 또는 탈수시키며, 상기 유기성 슬러지로는 하수 슬러지, 제지공장 폐수슬러지, 식품공장 폐수 슬러지, 우분, 계분, 돈분, 음식물 쓰레기를 사용할 수 있다.
상기 유기성 슬러지는 응집력이 매우 강하여 임의의 형태를 갖도록 하는 사출 성형이 어려우므로 보조제를 혼합하여 응집력을 억제시키고 보다 성형이 원활토록 혼합물을 제조하여야 한다. 상기 유기성 슬러지의 슬러지가 약 70wt%의 함수율을 가지고 있으며 보조제를 슬러지 대비 1~15wt%를 혼합하면 슬러지 혼합물은 일정한 형태의 성형이 용이하며 이때 다소 수분이 감소되며, 혼합물제조공정(S400)을 수행한다.
상기 보조제를 사용하는 이유는 보조제에 혼합되어 있는 C, H, O가 하수 슬러지와 연소반응하여 H2O 및 CO2 가스로 생성되어 배출됨으로 배출되는 가스에 의해 공극이 형성되고 이 공극이 성형된 제품에 공극율을 높게 형성시키게 되므로 연소상태가 양호한 고형연료를 만들 수 있는 것이다.
상기 보조제로 사용되는 톱밥(목분), 왕겨, 갈탄가루 또는 이들의 혼합물을 슬러리 대비 1wt% 이하로 혼합하면 응집력을 약화시킬 수 있고, 공극율을 떨어트려 연소 상태를 불량하게 하는 문제가 있고, 보조제를 슬러리 대비 15wt% 이상으로 혼합하면 전체 코스트 상승과 수분이 극감하여 성형력에 다소 어려움이 생길 수 있기 때문이다.
상기 혼합물제조공정(S400)에 의해 보조제와 유기성 슬러지가 혼합되어 제조된 슬러지 혼합물을 일정한 형태와 모양을 갖도록 하는 사출성형공정(S500)을 수행하게 된다.
상기 사출성형공정(S500)의 수행방법은 슬러지 혼합물을 압출기에 공급한 후 압출하면 마치 가래떡과 같이 압출될 때 압출기의 전단에 절단 칼날을 두어 선단에서 배출되는 슬러지 혼합물을 직경 5~20mm로 압출시키면서 5~20mm의 길이로 절단하므로서 원통형의 성형체를 얻을 수 있다.
상기 사출 성형공정은 건조기(ROTARY DRYER) 내부에서 이루어지며 바람직하게는 사출온도는 250℃ 이상에서 건조온도는 150~200℃에서 건조한다. 상기 건조 방법에서 건조된 슬러지 혼합물은 수분이 10wt% 이하, 저위발열량 HL3,000kcal/kg 이상이어야 하며 탄소 함량은 40wt% 이상이 되도록 열량조절공정(S600)을 수행하게 되어 고형의 연료로 제조한다.
좀더 구체적으로 산업 및 생활 폐기물의 열분해 건류가스를 연소시켜 얻어진 열에너지가 공급된 건조기에 상기 사출성형공정(S500)에 의해 수득된 슬러지 혼합물을 공급하여 슬러지 혼합물에 수분이 10wt%이하, 저위발열량 3,000∼3,500kcal/kg, 건조기준으로 탄소함량 40∼45wt%가 되도록 조절하는 열량조절공정(S600)을 수행하게 되어 고형의 연료로 제조한다.
또한 상기 건조된 고형연료를 탄화공정(S700)을 수행하여 탄소함량 70wt%이상 저위발열량 HL5,000kcal/kg 이상 공극율이 높은 다공성 연료로 제조한다. 이때 생활폐기물 또는 산업폐기물이 열분해 연소하면서 발생하는 유해성 가스 및 유기성 슬러지의 건조시 발생하는 분진 및 악취는 미도시된 분진제거장치 백필터(Bag Filter) 및 유해성 가스제거장치(반건식 스크러버, 습식스크러버) 에서 완전 제거한다. 여기서 악취는 무충전식 습식스크러버(Non-pacrage scrubber)에 분말 활성탄을 투입하여 미량의 중금속 및 다이옥신 등도 함께 완전 제거한다. 이때 중화반응은 다음과 같다.
<중화반응>
2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O
SO3 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O
탄화 기술은 저 산소상태에서 건조된 원료를 고온으로 부분적으로 연소처리 함으로서 원료중 함유된 산소(O2) 분자와 소량의 공급 공기 중의 산소(O2)분자에 의하여 수소(H2) 원자를 연소(산화)반응에 의하여 연소시키고 탄소 원자는 공급공기의 공급량을 조절하여 탄화 온도를 자체 연소(산화)반응에 의하여 탄소(C)와 회분(Ash)만 남도록 한다. 그러므로 별도의 연료가 필요 없다 또한 탄소(C)성분의 함량에 따라 탄화된 고형연료의 발열량이 결정된다.
한편 상기 열량조절공정(S600)을 수행을 수행한 슬러지 혼합물의 열량을 더 높게 형성시키기 위하여 탄화공정(S700)을 수행하며 상기 탄화공정(S700)은 상기 건조된 슬러지 혼합물을 로터리 킬론을 이용하여 탄화시켜 저위발열량(HL)이 5,000kcal/kg 이상이 되도록 조절하는 것이며, 탄화공정(S700)에서의 열량조절은 슬러지 혼합물 자체에 함유된 탄소와 수소 및 산소가 반응하고 소량으로 공급되는 산소와 반응하여 탄소성분 70wt% 이상, 반응시간 60∼90분 가열온도 250∼450℃에서 연소되도록 하여 탄소함량이 사출 성형된 1개의 슬러지 혼합물 전체 중량 대비 70wt%가 되도록 조절한다.
여기서 탄화온도가 높으면 탄화시간이 동일할 경우 수율은 떨어지나 탄소함량이 상승하여 고발열량의 고탄소 함량의 고형연료가 되고, 탄화온도가 낮을 경우는 탄화시간이 길어지지만 수율이 상승한다.
유기성 슬러지의 종류 및 탄소성분에 따라 요구하는 고형연료의 발열량에 맞추어 조절할 수 있다. 탄화온도가 450℃ 이상일 경우는 급격한 연소반응이 일어나므로 수율 하락을 가져온다.
[부호의 설명]
S100 : 열분해 공정
S200 : 연소공정
S300 : 에너지회수공정
S400 : 혼합물제조공정
S500 : 사출성형공정
S600 : 열량조절공정
S700 : 탄화공정

Claims (3)

  1. 유기성 슬러지의 고형화 연료 제조방법에 있어서,
    산업폐기물, 생활폐기물을 열분해 하여 얻은 가연성 건류가스를 발생시키는 열분해 공정과;
    상기 가연성 건류가스를 연소시키는 연소공정;
    상기 건류가스의 연소시 발생된 열에너지를 보일러에서 증기로 회수하고 열은 건조기로 공급하는 에너지회수공정과;
    유기성 슬러지에 응집억제용 보조제를 슬러지 대비 1∼15wt%를 혼합하여 슬러지 혼합물을 제조하는 혼합물제조공정과;
    상기 혼합물제조공정에 의해 제조된 슬러지 혼합물을 일정한 형태와 모양을 갖도록 성형하는 사출성형공정과;
    상기 사출성형공정에 의해 성형된 성형체가 수분 10wt%이하, 저위발열량 3,000∼3,500kcal/kg, 건조기준으로 탄소 함량 40∼45wt%가 되도록 상기 건조기에서 건조시켜 상기 성형체의 발열량을 조절하는 열량조절공정에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열량조절공정에서 발열량이 조절된 성형체의 일부를 탄화시키는 탄화공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조제는 목분, 왕겨, 갈탄가루 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐기물의 가연성 건류가스를 이용하여 제조하는 유기성 슬러지의 고형화 연료 성형체의 제조방법.
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