KR20100032664A - Apparatus for producing dry sludge for use in thermal power station - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하수 습슬러지로부터 슬러지탄을 건조하여 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하기 위해 마이크로파를 사용한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus using microwaves to dry sewage sludge from sewage wet sludge to produce sewage sludge coal for thermal power plant mixed combustion.
세계적으로 전체 에너지 수요의 약 80%는 화석연료에 의존하고 있으며, 화석연료 중 약 50%는 석탄에 의존하고 있다. 국내의 경우에도 전체 전력 생산의 약 30% 정도는 계속 석탄으로 유지될 전망이다.Around 80% of global energy demand depends on fossil fuels, and about 50% of fossil fuels depend on coal. In Korea, about 30% of the total electricity production is expected to remain coal.
환경문제가 21세기의 중요한 테마로 부상하면서 화석연료 사용에 의한 유해 대기오염물질의 배출이 문제가 되고 있으며 그 규제는 점차 강화되어, 최근에는 SO2와 NOx에 강화된 규제가 적용되고 있고 CO2 규제도 2013년부터는 구체화될 예정이다.Environmental problems are with injuries as a major theme of the 21st century, emissions of harmful air pollutants caused by burning of fossil fuels is a problem which the regulation has been gradually strengthened recently been subject to enhanced regulation on SO 2 and NOx, and CO 2 Regulations will also take effect from 2013.
바이오매스는 석탄과 석유 다음으로 세계에서 세 번째로 풍부한 에너지원이다. 세계 에너지의 약 14%에 해당하는 1,250백만 TOE를 차지하고 있으며, 개발도상국의 경우에는 전체 에너지의 약 35%를 바이오매스로 공급하고 있고 선진국의 경우 에도 중요한 에너지원으로 자리 잡고 있어서 미국의 경우 약 70백만 TOE, 유럽의 경우에는 국가마다 다르지만 약 20∼40백만 TOE를 바이오매스가 공급하고 있다. 바이오매스에는 전통적인 농림부산물과 에너지 크롭(Energy Crop)이 포함되며 화석연료를 제외한 슬러지, 폐기물 등이 모두 포함된다.Biomass is the third most abundant energy source in the world after coal and oil. It accounts for about 1,250 million TOE, or about 14% of the world's energy.In developing countries, about 35% of the total energy is supplied as biomass, and in developed countries, it is an important energy source. One million TOE, in Europe, varies from country to country, but biomass supplies about 20-40 million TOE. Biomass includes traditional agricultural by-products and energy crops, including sludge and waste, except fossil fuels.
특히, 생활폐기물인 하수슬러지에 관해 미국의 경우 DOE와 EPRI에서 주관하고 유럽에서는 슬러지 혼합연소 연구결과, 대규모의 미분탄 발전소에 적용하는 경우 발전소에 유효할 뿐만 아니라 환경적으로도 매우 유효하다는 결론이 도출되었다. 우리나라의 경우, 2001년 7월부터 일정규모 이상의 배출시설에서 발생하는 슬러지는 직 매립을 금지하고 있다. 최근에는 슬러지 처리규제의 강화에 따라 폐기처분하여야 할 폐기물에서 가연성 유기물질을 다량 함유하고 있는 슬러지 특성을 이용하여 자원으로 재활용하려는 추세에 있으며, 슬러지 대신 바이오고형물(Biosolids)로 칭하기도 한다. 따라서, 정부는 2011년 하수 슬러지 연료화를 포함한 신 재생에너지 보급목표를 1차 에너지 대비 5%, 전력생산량 대비 7%를 목표로 하고 있으며, 에너지관련 9개 공기업과 정부간 자발적 신 재생에너지 개발공급 협약체결('05.7.25)에 따라 2008년까지 1.1조원을 목표로 신 재생에너지에 투자하고 있다. 특히 발전회사들은 2011년까지 RDF 및 하수 슬러지 연료전용 발전소 건설을 목표로 하여, 하수슬러지 탄 연료화에 대한 석탄화력 발전소 현장 적용을 위해 전력연구원과 공동연구 중에 있다. 그러나, 국내에서 년간 650만 톤 가량 발생되는 하·폐수 슬러지를 주축으로 한 유기성 슬러지의 대부분이 함수율이 70∼80%여서 곧바로 연료로 활용할 수 없어 효율적인 건조과정을 거쳐야 하며, 건조 후 고위 발열량 또한 2,000 ∼4,000 kcal/kg 정도여서 자소성이 떨어지고, 연소 특성이 기존의 고형의 화석연료와는 전혀 다른 특성을 보이고 있어 그 자체로는 연료로 활용하기 어렵다. 따라서, 독립적인 연료로 만들어 기존의 화석연료를 사용하고 있는 연소로에서 연료로 사용하기 위해서는 열량을 보강하여 4,500 kcal/kg 이상으로 유지하고, 연소의 특성을 유연탄 혹은 무연탄의 성상과 유사하게 보정해 줄 필요가 있다.In particular, in the United States, DOE and EPRI were conducted on sewage sludge, which is a domestic waste, and in the sludge mixed combustion study in Europe, it was concluded that it is not only effective for power plants but also environmentally effective when applied to large-scale pulverized coal plants. It became. In Korea, sludge from discharge facilities over a certain scale has been banned from landfill since July 2001. Recently, due to the strengthening of the sludge treatment regulations, the wastes to be disposed of are being recycled as resources using sludge properties that contain a large amount of flammable organic substances, and are also called biosolids instead of sludge. Therefore, the government aims to supply renewable energy, including sewage sludge fueling, in 2011, with 5% of primary energy and 7% of electricity production. Under the agreement ('05 .7.25), the company is investing in renewable energy with a goal of KRW 1.1 trillion by 2008. In particular, power generation companies are planning to build RDF and sewage sludge fuel power plants by 2011, and are conducting joint research with KEPCO to apply coal-fired power plant sites for sewage sludge coal fueling. However, most of organic sludge, mainly sewage and wastewater sludge, generated about 6.5 million tons annually in Korea, has a water content of 70 to 80% and cannot be used as a fuel immediately. As it is about 4,000 kcal / kg, its self-extinction is inferior, and its combustion characteristics are completely different from those of conventional solid fossil fuels. Therefore, in order to use it as a fuel in a combustion furnace that uses an independent fuel and uses existing fossil fuels, it is necessary to reinforce the calorific value and maintain it at 4,500 kcal / kg or more, and correct the combustion characteristics similar to that of bituminous coal or anthracite coal. I need to give.
다음의 표1은 건조에 의한 다양한 하수슬러지 함수율과 적용가능한 후처리 공정에 대해 요약한 것이다.Table 1 below summarizes the various sewage sludge moisture contents by drying and the applicable aftertreatment processes.
<표 1> 건조에 의한 다양한 하수슬러지 함수율과 적용가능한 후처리 공정Table 1 Various sewage sludge moisture content by drying and applicable aftertreatment process
위에 표 1에서 알 수 있듯이, 특히 하수슬러지의 석탄화력 발전소에 연료화를 위해서는 함수율을 10%이하로 낮추어야 한다. As can be seen from Table 1 above, the water content must be lowered below 10%, especially for fueling sewage sludge coal-fired power plants.
그러나 슬러지내의 수분은 도 1에 보인 바와 같이 자유수, 내부수(간극수), 표면수, 결합수 등으로 구분된다. 슬러지 수분 중 상당 부분을 차지하고 있는 것은 슬러지 표면에 부착하고 있는 자유수와 표면수이다. 내부수는 슬러지의 분자와 분자사이에 존재하는 수분이며, 결합수는 슬러지 분자에 화학적으로 결합되어 있다. 하수슬러지 자유수와 표면수는 100ㅁ5℃에서 건조되지만 내부수와 결합수는 약 400℃에서 파괴 및 건조가 일어나므로 기존의 건조방법으로는 슬러지 내부까지 이 높은 온도를 유지하기가 곤란하다.However, the moisture in the sludge is divided into free water, internal water (gap water), surface water, and bonded water as shown in FIG. The major part of the sludge moisture is the free and surface water adhering to the sludge surface. Internal water is the water present between the molecules of the sludge and the bond water is chemically bonded to the sludge molecules. Sewage sludge free water and surface water are dried at 100 ㅁ 5 ℃, but internal and combined water are destroyed and dried at about 400 ℃, so it is difficult to maintain this high temperature up to the inside of the sludge by conventional drying methods.
전술한 바와 같이, 하수슬러지의 경우 105ㅁ5℃범위에서 건조가 이루어지는 슬러지 고형물 외부의 자유수분과 표면 부착수가 존재하는 반면, 400℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 건조해야만 슬러지 고형물 내부에 화학 결합된 간극수, 모관결합수, 내부 보유수가 분해, 건조된다. 그러나, 400℃ 이상에서 건조시 휘발분의 탈휘발화에 따라 연소 연료가치가 떨어지고 건조과정에 불필요한 열량소비가 많은 문제점들이 있다.As described above, in the case of sewage sludge, free water and surface adhesion water outside the sludge solids dried in the range of 105 W5 ° C. exist, whereas pore water chemically bonded inside the sludge solids should be dried for at least 1 hour at a temperature of 400 ° C. or higher. , Capillary water and internal holding water are decomposed and dried. However, there is a problem in that the combustion fuel value decreases due to the devolatilization of volatiles when drying at 400 ° C. or higher, and the consumption of unnecessary calories in the drying process is high.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 하수슬러지를 석탄화력 발전소의 혼합 연료로 사용하기 위해 습분함량이 이를테면 80% 이상인 슬러지를 마이크로파 열원 적용을 통해 기존 400℃ 보다 300℃정도 낮은 105℃ 이하 온도로 건조하여 미분탄 발전소의 혼합연료로서 조건을 충족시키게 한, 하수 습슬러지로부터 슬러지탄을 건조하여 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하기 위해 마이크로파를 사용한 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to use the sewage sludge as a mixed fuel of coal-fired power plants, such as sludge having a moisture content of more than 80% through a microwave heat source 300 ℃ than the conventional 400 ℃ It is to provide a device using microwaves to produce sewage sludge for the combined combustion of coal-fired power plants by drying the sludge coal from the sewage wet sludge, which is dried to a temperature lower than 105 ℃ to meet the conditions as a mixed fuel of the pulverized coal power plant. .
본 발명에 따라, 습 슬러지를 화력발전소 혼합연소용 슬러지탄으로 제조하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 상기 습 슬러지를 받는 습슬러지 공급 투입부와, 건조된 슬러지탄을 배출하기 위한 배출부를 구비하고, 상기 습슬러지에 마이크로파를 인가하여 건슬러지탄을 생성하기 위한 마이크로파 인가수단을 포함하는 마이크로파 건조장치를 포함하고, 상기 마이크로파 건조장치는 상기 공급된 습 슬러지를 소정의 속도로 회전시키면서 건조되는 건 슬러지탄을 상기 배출부를 보내도록 된 스크류 날개를 내장하는 원통형상의 내통, 및 상기 습슬러지에 마이크로파를 인가하기 위한 상기 마이크로파 인가수단이 장착된 외통을 구비하고, 상기 습슬러지 공급 투입부는 상기 원통형상의 내통의 일단부측에 위치되고, 상기 배출부는 상기 내통의 대향되는 다른 일단부측에 위치될 수 있다.According to the present invention, there is provided an apparatus for producing wet sludge from sludge coal for combined combustion of a thermal power plant. The apparatus includes a wet sludge supply inlet receiving the wet sludge, a discharge section for discharging the dried sludge coal, and microwaves including microwave applying means for generating dry sludge coal by applying microwaves to the wet sludge. And a drying device, wherein the microwave drying device includes a cylindrical inner cylinder having screw blades for sending the dried sludge coal to be discharged while rotating the supplied wet sludge at a predetermined speed, and the microwave in the wet sludge. The outer cylinder is equipped with the microwave application means for applying the, the wet sludge supply inlet is located on one end side of the cylindrical inner cylinder, the discharge portion may be located on the other end side of the inner cylinder opposite.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 습 슬러지를 상기 습슬러지 공 급 투입부에 이송하기 위한 습슬러지 이송용 컨베이어; 및 상기 건조된 건슬러지탄을 받아 분쇄하기 위한 건슬러지탄 분쇄용 분쇄기; 상기 건슬러지탄 분쇄용 분쇄기를 통해 이송되는 건슬러지탄을 저장하는 분쇄 슬러지탄 저장호퍼를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a wet sludge conveying conveyor for transferring the wet sludge to the wet sludge supply unit; And a gun sludge coal pulverizer for receiving and crushing the dried gun sludge coal. The apparatus may further include a pulverized sludge coal storage hopper for storing the gun sludge coal transported through the pulverizer for crushing the gun sludge coal.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 마이크로파 인가수단은 상기 습슬러지 공급 투입부 측에 마이크로파 공급을 위한 마그네트론 및 건슬러지탄 배출부 측에 또 다른 마그네트론을 포함하고, 이들 마이네트론들은 서로 조사방향이 스크류 날개의 회전축을 중심으로 반쪽방향을 조사하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the microwave application means includes a magnetron for supplying microwaves to the wet sludge supply inlet and another magnetron on the side of the gun sludge coal discharge, and these magnetrons irradiate each other. The direction can be configured to irradiate half direction about the axis of rotation of the screw vanes.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 외통은 마이크로파 투과저항이 높은 재질로 구성되고, 상기 내통은 마이크로파 투과율이 높은 재질로 구성될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the outer cylinder may be made of a material having a high microwave transmittance resistance, and the inner cylinder may be made of a material having a high microwave transmittance.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 외통은 알루미늄 재질로 구성되고, 상기 내통은 테프론 재질로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the outer cylinder is made of aluminum, the inner cylinder may be made of Teflon material.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 스크류 회전날개는 마이크로파 투과율이 높은 재질로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the screw rotary blade may be made of a material having a high microwave transmittance.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 스크류 회전날개는 테프론 재질로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the screw rotary blade may be made of Teflon material.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 내통 내의 온도를 측정하여 마이크로파 출력을 제어하기 위한 스테인레스 스틸 차폐 열전대 온도계를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, it may further comprise a stainless steel shielded thermocouple thermometer for controlling the microwave output by measuring the temperature in the inner cylinder.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 내통에 조사되는 마이크로파의 외부누설을 차단하기 위한 알루미늄 재질의 누설방지 쵸크를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, it may further include an aluminum leakage preventing choke for blocking the external leakage of the microwave irradiated to the inner cylinder.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 스크류 회전날개는 모터에 의해 회전될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the screw rotary blade may be rotated by a motor.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 습슬러지는 80%의 수분함량을 포함하고, 내통의 온도가 105℃이 되게 마이크로파가 인가되고 30분간 수행될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the wet sludge contains 80% water content, the microwave can be applied for 30 minutes to the temperature of the inner cylinder to 105 ℃.
본 발명에 따른 습 슬러지를 화력발전소 혼합연소용 슬러지탄으로 제조하기 위한 장치에 의해서, 적어도 80%이상의 함습 하수 슬러지를 활용가능한 건 슬러지탄으로 제조함에 있어, 105℃의 낮은 온도에서 30분 가량 짧은 시간에 건조할 수 있다.In the apparatus for producing wet sludge according to the present invention as a sludge coal for combined combustion of a thermal power plant, at least 80% of the wet sludge coal can be utilized for the production of dry sludge coal, which can be utilized for 30 minutes at a low temperature of 105 ° C. Can dry in time.
앞에 기술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 추출시 열원 적용기술을 가열로 및 전기로와 같은 직간접가열방식이 방식이 아닌 마이크로파 열원을 적용함으로써 종래의 문제점을 해결한다.The present invention for improving the above-mentioned conventional problem solves the conventional problem by applying a microwave heat source in the heat source application technology during extraction is not a direct or indirect heating method such as heating furnace and electric furnace.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된, 하수 슬러지를 원료로 하여 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하는 계통도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄 제조 장치는 습슬러지 이송용 컨베이어(1), 스크류형 마이크로파 건조장치(2), 건조 슬러지탄 분쇄용 분쇄기(3), 분쇄 건조 슬러지탄 이송장치(4) 및 분쇄 슬러지탄 저장호퍼(5)로 이루어진다. Figure 2 shows a schematic diagram of producing sewage sludge coal for thermal power plant mixed combustion as a raw material sewage sludge constructed according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the apparatus for producing sewage sludge coal for combined combustion of a thermal power plant according to the present invention is a wet sludge conveying conveyor (1), a screw type microwave drying apparatus (2), and a dry sludge coal crushing mill (3). And a pulverized dry sludge coal transport device 4 and a pulverized sludge
수분함량이 이를테면 80% 이상인 하수 슬러지를 수분 함량 10% 이하의 화력발소 혼합연소용 하수 슬러지탄으로 건조하기 위한 본 발명의 슬러지탄 제조장치는 마이크로파 열원 적용을 통해 400℃ 이상에서 분해 및 건조가 이루어지는 간극수, 모관결합수, 내부 보유수 등과 같은 난분해성 수분을 105℃ 이하에서 건조하는데 적합하게 한 장치이다.The sludge coal production apparatus of the present invention for drying sewage sludge having a water content of 80% or more, such as sewage sludge coal for thermal combustion-fired mixed combustion having a moisture content of 10% or less, is decomposed and dried at 400 ° C. or higher through the application of a microwave heat source. It is an apparatus adapted to dry hardly decomposable moisture such as pore water, capillary coupling water, internal retention water, and the like at 105 ° C or lower.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로파 열원 적용을 통한 하수 슬러지 건조에 있어서는 105ㅁ5℃ 범위에서 건조가 이루어지는 슬러지 고형물 외부의 자유수분과 표면 부착수 및 400℃ 이상에서 건조가 이루어지는 내부에 결합되어 있는 간극수, 모관결합수, 내부보유수를 105℃ 이내에서 짧은 시간에 이루짐을 특징으로 한다. 자세한 동작흐름은 다음과 같다.As shown in FIG. 2, in the sewage sludge drying through the microwave heat source application, the free water and the surface attachment water outside the sludge solids dried in the range of 105 ㅁ 5 ° C. and the inside of the dried water at 400 ° C. or more are combined. It is characterized in that the pore water, the capillary coupling water, and the internal holding water are made within 105 ° C in a short time. The detailed operation flow is as follows.
본 발명에 따른 마이크로파에 의한 건조에 있어서는 스크류형 마이크로파 건조장치(2), 스크류형 마이크로파 건조장치(2)에 80% 이상의 수분을 함유하는 습 하수슬러지를 공급하는 습 슬러지 이송용 콘베이어(1), 이송된 습 슬러지를 스크류형 마이크로파 건조장치(2)의 회전속도에 의해 일정기간 건조과정을 거쳐 수분 10%이하 슬러지탄으로 건조 후 배출하도록 하며, 이들 구성성분들은 함께 슬러지 건조부라 칭할 수도 있다.In the drying by microwaves according to the present invention, a wet sludge conveying conveyor (1) for supplying wet sewage sludge containing 80% or more of water to a screw type microwave drying device (2) and a screw type microwave drying device (2), The conveyed wet sludge is dried after being discharged to sludge coal of 10% or less of moisture through a drying process by a rotational speed of the screw type
슬러지 건조부의 마이크로파 건조장치(2)에서 건조 및 제조된 하수 슬러지탄 을 이송시켜, 화력발전소 연료규격인 200mesh 통과 분말로 분쇄를 위한 건조 슬러지탄 분쇄용 분쇄기(3) 및 분쇄된 슬러지탄을 저장 호퍼(5)로 이송하는 분쇄 건조 슬러지탄 이송장치(4)가 구비되고 이들은 슬러지탄 가공부라 칭할 수도 있다.Sewage sludge coal dried and manufactured in the microwave drying device (2) of the sludge drying unit is transferred, and the dry sludge coal crushing mill (3) and the crushed sludge coal for pulverizing into a 200-mesh powder passing through a thermal power plant is a storage hopper. The pulverized dry sludge coal conveying apparatus 4 for conveying to (5) is provided, and these may be called sludge coal processing part.
다음에, 슬러지 건조부에 마이크로파 건조장치(2)에 대해 보다 구체적으로 기술한다.Next, the
마이크로파는 스펙트럼상 원적외선과 라디오파(고주파)사이에 위치(300MHz∼300GHz)하는 전자기파의 일종이다. 마이크로파의 가장 큰 특징은 그 가열방식이 전자기파의 주파수에 해당하는 속도만큼의 분자회전 혹은 재배치에 의한 마찰력을 이용하기 때문에 기존의 열전도식 가열보다 신속한 승온이 가능하다는 것이다. 또한 마이크로파의 에너지는 화학결합을 손상시키지 않는 낮은 에너지를 가지므로 분자구조를 변형시키거나 파괴하지 않으며, 이러한 빠른 온도상승과 화학적 안정성 때문에 마이크로파 기술은 이미 여러 화학분야에서 응용되고 있다. 또한 마이크로파의 원리는 유전율(투과도)값이 낮은 재료의 경우 마이크로파를 투과하는 특성을 가진 반면 투과율이 높은 극성용매인 물과 같은 결합수분의 경우 마이크로파를 흡수하여 가열원으로 사용된다. 한편 슬러지 유기물과 같은 물질의 경우 마이크로파를 투과시키는 특성을 가지고 있다. 따라서 마이크로파 건조장치의 경우 재료특성 및 건조하고자 하는 슬러지의 물리화학적 특성을 고려하여야 한다. Microwave is a kind of electromagnetic wave (300MHz ~ 300GHz) which is located between far infrared rays and radio waves (high frequency) in the spectrum. The biggest feature of microwave is that the heating method uses friction force by molecular rotation or rearrangement as much as speed corresponding to the frequency of electromagnetic wave, so that the temperature can be raised faster than conventional thermal conductive heating. In addition, microwave energy has low energy that does not damage chemical bonds, and thus does not alter or destroy molecular structure. Because of the rapid temperature rise and chemical stability, microwave technology has already been applied in various chemical fields. In addition, the principle of the microwave is a material having a low dielectric constant (permeability) transmits microwaves, but in the case of the combined moisture such as water, a polar solvent having high transmittance, it is used as a heating source. On the other hand, materials such as sludge organic materials have the property of transmitting microwaves. Therefore, in the case of microwave drying equipment, the material properties and the physicochemical properties of the sludge to be dried should be considered.
도 3은 본 발명의 주 구성요소인 마이크로파 건조장치(2)의 측단면도이다. 마이크로파 건조장치(2)에는 마이크로파를 공급하는 마그네트론(2-7, 2-8)의 보호를 위해 동공(Cavity)(2-6)이 설치되며, 마이크로파 건조장치(2) 내부로 습 슬러지를 공급하기 위한 습슬러지 공급 투입부(2-1)가 구비된다.3 is a side sectional view of a
투입된 습 슬러지는 스크류 날개(2-3)를 통해 이동할 수 있도록 회전력을 주고 마이크로파 건조장치(2)내 체류시간을 조절하기 위해 회전 모터(2-5)가 설치된다. 도 3에서 참조부호 2-4는 회전축을 나타낸다. 즉 투입된 습 슬러지는 원통형의 내통 내에서 회전축 방향으로 다수의 스크류 날개들이 일정 간격으로 연이어 배치되어 회전됨으로서, 내통의 상류측에서 공급되는 슬러지를 내통의 하류측에 배출부 쪽으로 보내도록 구성된다.The injected wet sludge is provided with a rotary motor 2-5 to give a rotational force to move through the screw blades 2-3 and to adjust the residence time in the
건조된 슬러지탄을 하부로 배출하기 위해 배출부(2-2)가 구비된다. 또한, 습슬러지 공급 투입부(2-1) 및 건슬러지탄 배출부(2-2)에는 내부에 조사되는 마이크로파의 외부누설을 차단하기 위한 알루미늄 재질의 누설방지 쵸크(2-9, 2-10)가 각각 구비된다.A discharge part 2-2 is provided to discharge the dried sludge coal to the bottom. In addition, the wet sludge supply input part 2-1 and the gun sludge coal discharge part 2-2 are leak-proof chokes made of aluminum to block external leakage of microwaves irradiated therein (2-9, 2-10). Are respectively provided.
공급된 마이크로파의 투과를 목적으로 하는 유전율(Permittivity)이 낮은 재질의 테프론 재질 내통(2-11)과 테프론 내통(2-11)을 통과하여 습슬러지에 흡수되도록 스크류 날개(2-3)의 재질도 테프론으로 하며, 회전축(2-4)은 마이크로파를 반사하는 스테인레스 재질을 기준으로 한다.Material of screw blade (2-3) to be absorbed by moist sludge through Teflon inner cylinder (2-11) and Teflon inner cylinder (2-11) of low permittivity for the purpose of permeation of supplied microwave Also referred to as Teflon, the rotation shaft (2-4) is based on a stainless material that reflects microwaves.
스크류형 마이크로파 건조장치(2) 내부의 온도를 측정하여 마이크로파 출력을 제어하는 온도센서로서의 스테인레스 스틸 차폐 열전대 온도계(2-13)가 또한 구비된다.Also provided is a stainless steel shielded thermocouple thermometer 2-13 as a temperature sensor which measures the temperature inside the screw-type
본 발명의 요부인 스크류형 마이크로파 건조장치의 외통(2-12)은 재질이 마이크로파 투과저항이 높은 알루미늄 재질로 구성하여 마이크로파의 외부 누설을 차단 하도록 한다.The outer cylinder (2-12) of the screw-type microwave drying apparatus, which is the main part of the present invention, is made of an aluminum material having a high microwave transmission resistance to block external leakage of microwaves.
스크류형 마이크로파 건조장치(2)의 내통(2-11)은 바람직하게는 마이크로파 투과율이 높은 테프론 재질을 사용하여 내부로 마이크로파가 원활히 침투하고 반응장치의 침식을 방지하도록 구성한다.The inner cylinder 2-11 of the screw type
도 4는 도 3에 측단면도로 도시된 스크류형 마이크로파 건조장치(2)의 횡단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 습슬러지 공급 투입부(2-1)측에 마이크로파 공급을 위한 마그네트론(2-7)과 건슬러지탄 배출부(2-2) 측에 또 다른 마그네트론(2-8)은 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이 서로 조사방향이 회전축(2-4)을 중심으로 반쪽방향을 조사하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 습슬러지 공급 투입부(2-1)는 원통형상의 내통의 일단부측에 위치되고, 건슬러지탄 배출부(2-2)는 내통의 대향되는 다른 일단부측에 위치된다. 4 is a cross-sectional view of the screw-type
마이크로파는 내통(2-11)에 조사되어 습 슬러지가 마이크로파를 흡수하여 물분자의 분자회전을 통해 열분해 되어 배출되고 습 슬러지를 통과한 마이크로파는 알루미늄 재질의 외통(2-12)에 의해 반사 및 굴절되어 반대 반대편 습 슬러지를 조사하도록 구성되어 있으며, 마그네트론 보호 및 균일한 조사를 위해 투입구 쪽에 마그네트론(2-7)과 배출구 쪽에 마그네트론(2-8)은 반대편에 설치되며, 상하단으로 구분하여 다른 단에 설치위치를 구성한다.The microwaves are irradiated to the inner cylinder (2-11), the wet sludge absorbs the microwaves, is thermally decomposed through molecular rotation of water molecules, and the microwaves passing through the wet sludge are reflected and refracted by the aluminum outer cylinder (2-12). It is configured to irradiate wet sludge on the opposite side, and the magnetron (2-7) on the inlet side and the magnetron (2-8) on the outlet side are installed on the opposite side for protecting the magnetron and uniform irradiation. Configure the installation location.
본 발명에 의해, 하수 습슬러지로부터 슬러지탄을 건조하여 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하기 위해 마이크로파를 사용한 장치의 실험예를 들어 설명하면 다음과 같다.According to the present invention, an experimental example of a device using microwaves for drying sewage sludge from sewage wet sludge to produce sewage sludge for coal-fired power plants is described below.
하기의 구체적인 수치는 일예이며 이 수치로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 당업자가 설계에 따라 다양한 수치가 선정될 수 있음에 유의한다.The following specific numerical values are examples and the present invention is not limited to these numerical values, and it should be noted that various values may be selected by those skilled in the art according to design.
마이크로파를 공급하기 위한 마이네트론은 2.45GHz, 2kW, 220V, 단상이며, 마이크로파 건조장치(2)의 용적은 2ℓ인 것을 사용하고, 내통 직경 30cm, 외통 직경 40cm, 길이 80cm로 하였으며, 스크류형 날개의 회전 회전속도는 1∼5rpm, 온도계(2-13)는 스테인레스 스틸 차폐 열전대를 사용하였으며, 습 슬러지 원료 공급 투입부(2-1) 및 배출부(2-2)의 직경은 2 인치이며, 온도계(2-13)의 설치부 직경은 1cm로 구성하였으며, 설비의 형태 및 구성은 첨부한 도 3과 같이 하였다. 실험조건 및 결과는 다음과 같다.The micronetron for supplying microwaves is 2.45GHz, 2kW, 220V, single phase, and the volume of the
실험조건:Experimental condition:
실험에 사용한 습 하수 슬러지는 다음의 표 2와 같다.The wet sewage sludge used in the experiment is shown in Table 2 below.
표 2. 건조대상 습 하수슬러지 성상Table 2. Characteristics of Wet Sewage Sludge
☞ 발열량 : Dry base☞ Calorific Value: Dry base
하수 슬러지의 경우 수분함량이 79.99(약 80)% 정도이며, 열량은 건조 기분(Dry base) 3,660Kcal/kg으로 무연탄과 유사한 것으로 나타나 수분을 10% 이하로 건조시 화력발전소 연료로서의 규격에 적합함을 확인할 수 있었다. 한편 실험조건 은 함수율 80% 정도의 대전 하수슬러지 15kg/hr로 하여 105℃에서 30분 체류시간 동안 마이크로파 열원 건조 반응시켰다.In case of sewage sludge, the moisture content is about 79.99 (about 80)%, and the heat content is dry base 3,660Kcal / kg, which is similar to anthracite coal. Could confirm. On the other hand, the experimental conditions were 15 kg / hr of charged sewage sludge with a water content of about 80%, and microwave heat source drying reaction was performed for 30 minutes at 105 ° C.
실험결과:Experiment result:
마이크로파 열원 적용을 통한 하수슬러지 건조실험 결과, 다음의 표 3과 같이 수분함량 8% 이하로 매우 낮아지며, 발열량 4,450Kcal/kg으로 원료 하수슬러지 보다 매우 높아 화력발전소 혼소용 연료로서 적합한 것으로 나타났다. As a result of drying sewage sludge using microwave heat source, the water content is very low below 8% as shown in the following Table 3, and the calorific value is 4,450Kcal / kg, which is much higher than raw sewage sludge.
표 3. 건조 하수 슬러지탄 성상Table 3. Dry sewage sludge coal properties
이와 같이 하여 얻어진 건조 하수 슬러지탄에 대해 석탄화력발전소 혼합연료로서 적합함을 다음과 같이 확인하였다.The dry sewage sludge coal thus obtained was found to be suitable as a mixed fuel for coal-fired power plants as follows.
도 5(a)는 하수 슬러지탄의 SEM 사진도이고, 도 5(b)는 XRD분석결과를 나타낸 것이다. 도면에서 알 수 있듯이, 하수 슬러지탄의 경우 무정형(Amorphous Phase)의 고정탄소가 주성분을 이루는 것으로 나타났으며, 결정형태는 미립자들이 뭉쳐있는 형태를 보였다. Figure 5 (a) is a SEM photograph of the sewage sludge coal, Figure 5 (b) shows the XRD analysis results. As can be seen from the figure, sewage sludge coal appeared to be composed of amorphous (Amorphous Phase) fixed carbon as the main component, and the crystalline form showed the aggregated particles.
한편 금속물질의 경우에는 하수 슬러지탄의 EDS 분석결과를 보인 도 6에서 볼 수 있듯이, 결정상의 고정탄소 외에 각종 광물질(Si, Al, Mg, Na, Fe등)의 석탄회 성분들로 유연탄 및 무연탄의 구성과 동일한 것으로 확인되어 석탄화력발전소 혼합연료로서 적합함을 확인하였다.On the other hand, in the case of metal materials, as shown in FIG. 6 showing the results of EDS analysis of sewage sludge coal, coal ash components of various minerals (Si, Al, Mg, Na, Fe, etc.) in addition to the fixed carbon in the crystal phase are used as It was confirmed that it is the same as the constitution and confirmed that it is suitable as a mixed fuel of coal-fired power plant.
또한, 하수 슬러지탄의 열감량곡선 실험결과를 보인 도 7에서 볼 수 있듯이, 하수 슬러지탄의 열감량곡선 분석결과, 유연탄과 유사하게 90℃ 부근에서 자유수분의 탈수가 10% 범위 내로 이루어지며, 220∼400℃ 온도범위에서 35% 감량이 일어나는 탈휘발화반응이 일어나며, 420∼500℃ 범위에서 고정탄소의 완전 연소반응이 일어나는 것으로 나타나 연소 속도론적인 측면에서도 유연탄 혹은 무연탄과 동일한 경향으로 나타났다. In addition, as shown in Figure 7 showing the heat loss curve experiment results of sewage sludge coal, as a result of the heat loss curve analysis of sewage sludge coal, the dehydration of free moisture is made within the range of 10% around 90 ℃ similar to bituminous coal, The devolatilization reaction occurs with a loss of 35% in the temperature range of 220-400 ℃ and the complete combustion reaction of fixed carbon in the range of 420-500 ℃, which is the same tendency as the bituminous coal or anthracite in terms of combustion kinetics.
마이크로파 건조장치에서 마이크로파를 투과하는 유전율이 낮은 테프론 재질을 사용하고 하수 슬러지는 마이크로파를 흡수하는 높은 극성용매인 간극수, 결합수분, 내부보유수로 이루어져 마이크로파 조사시 수분들은 마이크로파를 흡수하여 분자회전력을 높여 수분자체에서 발열반응을 하기 때문에 105℃이하의 낮은 온도에서도 결합수분 및 모관결합수를 분해 및 건조할 수 있어, 본 발명에 따라, 습 하수 슬러지를 활용가능한 건 슬러지탄으로 제조함에 있어, 105℃의 낮은 온도에서 30분가량 짧은 시간에 건조할 수 있다. In microwave drying equipment, Teflon material with low permittivity is transmitted through microwave drying device, and sewage sludge is composed of high polar solvent absorbing microwaves, pore water, combined moisture, and internal holding water. Due to exothermic reaction in the water itself, it is possible to decompose and dry the combined water and the capillary bound water even at a low temperature below 105 ° C. According to the present invention, in preparing dry sludge coal, which can utilize wet sewage sludge, 105 ° C. It can be dried in a short time at a low temperature of about 30 minutes.
도 1은 하수 슬러지의 수분결합 형태를 보인 도면.1 is a view showing a water bond form of sewage sludge.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된, 하수 슬러지를 원료로 하여 화력발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하는 개략적인 계통도.Figure 2 is a schematic system diagram for producing sewage sludge coal for thermal power plant mixed combustion as a raw material sewage sludge constructed in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 주 구성요소인 마이크로파 건조장치의 측단면도.Figure 3 is a side cross-sectional view of a microwave drying apparatus as a main component of the present invention.
도 4는 도 3에 측단면도로 도시된 스크류형 마이크로파 건조장치의 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view of the screw-type microwave drying device shown in side cross-sectional view in FIG.
도 5(a)는 하수 슬러지탄의 SEM 사진도이고, 도 5(b)는 XRD분석결과를 나타낸 도면. Figure 5 (a) is a SEM photograph of the sewage sludge coal, Figure 5 (b) is a view showing the XRD analysis results.
도 6은 하수 슬러지탄의 EDS 분석결과를 보인 도면.6 is a view showing an EDS analysis result of sewage sludge coal.
도 7은 하수 슬러지탄의 열감량곡선 실험결과를 보인 도면. Figure 7 shows the heat loss curve test results of sewage sludge coal.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명--Explanation of the symbols for the main parts of the drawings-
1; 습슬러지 이송용 콘베이어 2;마이크로파 건조장치One;
3; 건조 슬러지탄 분쇄용 분쇄기 4; 분쇄 건조 슬러지탄 이송장치3; Grinder 4 for dry sludge coal grinding; Grinding Dry Sludge Coal Feeder
5; 저장 호퍼 2-1;습슬러지 공급 투입부 5; Storage hopper 2-1; wet sludge feed input
2-2; 배출부 2-3; 스크류 날개2-2; Outlet 2-3; Screw wing
2-4; 2-5; 회전 모터2-4; 2-5; Rotary motor
2-6; 동공 2-7, 2-8; 마그네트론2-6; Pupils 2-7, 2-8; magnetron
2-9, 2-10; 누설방지 쵸크 2-11; 내통 2-9, 2-10; Leak-proof choke 2-11; Inner tube
2-12; 외통2-12; External
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