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KR0119766B1 - 증기정화(蒸氣淨化) 능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥) 장치와 방법 - Google Patents

증기정화(蒸氣淨化) 능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥) 장치와 방법

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KR0119766B1
KR0119766B1 KR1019940026474A KR19940026474A KR0119766B1 KR 0119766 B1 KR0119766 B1 KR 0119766B1 KR 1019940026474 A KR1019940026474 A KR 1019940026474A KR 19940026474 A KR19940026474 A KR 19940026474A KR 0119766 B1 KR0119766 B1 KR 0119766B1
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KR
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이대성
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신호근
이대성
박용희
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Abstract

본 발명은 감압증발 또는 가압증발 과정에서 발생하는 수증기의 기화열을 액화시켜 기화열이 가지고 있는 잠열(latent heat)(물의 경우에 539kcal/ℓ)을 재생사용함으로써 증발 에너지를 절약하고 수증기에 함유되어 함께 동반 증발하여 응축수의 수질을 악화시키는 악취 및 B.O.D., C.O.D. 등의 증발기체(수증기 불순물)들을 고온에서 산화연소시키거나 탄화시켜 제거함으로써 획기적으로 깨끗한 양질의 증류수를 제공함은 물론 수증기의 고온 가열에너지를 열교환방법에 의해 증기예열 에너지로 흡수하여 고온증기를 생산하는데 재사용함으로써 에너지를 절약하여 폐수의 증류수와 정수처리 및 각종 환경오염 슬러지의 농축 및 건조처리에 이용될 수 있는 증기 정화능력을 가진 증발 및 증발농축건조장치와 방법에 관한 것이다.

Description

증기정화(蒸氣淨化)능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥)장치와 방법
제1도는 본 발명의 양호한 실시예의 부분단면된 구성도.
제2도는 본 발명의 가열증기 열교환 회수장치의 부분 확대사시도.
제3도는 본 발명의 가열증기 열교환 회수장치내의 열교환 변화를 나타내는 부분 단면도.
제4도는 본 발명의 교반날개 및 스팀열교환 패널의 부분 확대사시도.
제5도는 본 발명의 패널형 스팀챔버의 부분 확대정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 증발대상물 저장탱크 10 : 교반형 증발 및 증발농축건조기
11 : 함몰부 11s : 스크류
12 : 교반날개 13 : 패널형 스팀챔버
14 : 스팀챔버 15(a),15(b) : 투입구
16 : 연결관 17 : 오버플로방지용 챔버
18 : U형트랩 20 : 증기압축터빈
21 : 예열공기 공급 조절밸브 30 : 증기압축펌프
40 : 보조보일러 41 : 버너
42 : 코일형 증기가열튜브 43 : 증기가열챔버
50 : 응축수저장탱크 51 : 레귤레이터
52 : 드레인 밸브 60 : 가열증기 열교환 회수장치
R : 코일형 튜브 R1-R10 : 관로
본 발명은 감압증발(減壓蒸發) 또는 가압증발(加壓蒸發)과정에서 발생하는 수증기의 기화열(氣化熱)을 액화시켜 기화열이 가지고 있는 잠열(latent heat)(물의 경우에 539kcal/ℓ)을 재생(再生)사용함으로써 에너지를 절약하고 수증기에 함유되어 함께 동반증발(同伴蒸發)하여 응축수(凝縮水)의 수질을 악화시키는 악취 및 B.O.D., C.O.D. 등의 증발기체(수증기 불순물)들을 고온에서 산화연소시키거나 탄화시켜 제거함으로써 획기적으로 깨끗한 수질(水質)의 응축수를 제공할 수 있는 증기정화(蒸氣淨化) 능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥)장치와 방법에 관한 것이다.
종래의 증발장치들은 증발에 필요한 열량, 즉, 비등점까지의 열량(100kcal)과 기화열량(잠열) 539kcal/ℓ을 투입하는 외에 응축과정에서 필요한 냉각수가 추가로 투입되어야만 한다. 이런 과정을 거쳐 증발, 기화, 응축된 증류수의 경우 증발대상물이 갖고 있는 냄새성분의 악취와 B.O.D., C.O.D. 등의 오염물질중 일부가 수증기와 함께 동반증발하여 수증기에 함유되어 있다가 액화되기 때문에 증류수의 수질이 허용기준치를 벗어나게 되고, 결국 이러한 기준미달인 증류수의 수질개선을 위해 2차 처리가 불가피하게 된다.
다시한번 바꾸어 말하면 지금까지의 증발장치 및 방법들은 증발시의 기화열에 포함되어 있는 잠열(539kcal/ℓ)을 재사용하지 못하고, 오히려 많은 경비를 들여 냉각응축과정의 콘덴서 시스템(condenser system)을 통하여 내버리는 결과를 초래하였다.
더욱이 수증기에 함유되어 증발하였다가 함께 액화되어 증류수의 수질을 떨어뜨리는 각종 냄새성분의 악취와 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물들을 제거하지 못하기 때문에 증류수의 수질을 양호하게 하기 위해서는 또다른 2차 정수처리과정을 거쳐야 하며, 이것의 처리방법이 복잡할 뿐만 아니라 과다한 처리비용이 요구되는 단점이 있다.
또한 감압증발법(減壓蒸發法)을 이용하여 수증기를 증발시킨다 할지라도 증발을 위한 열량을 진공도에 따라 감압된 만큼 절약시킬 수 있지만, 역시 액화(液化)된 응축수에는 많은 악취와 증발한 만큼의 B.O.D., C.O.D. 등이 함유되어 있기 때문에 탈취(脫臭)와 정수(淨水)를 위해서 상기 방법만을 이용할때 역시 2차 처리과정이 요구되고 있다.
그러나 증기정화(蒸氣淨化) 능력을 가진 증발 및 농축건조장치와 방법에 관한 본 발명의 증발기(蒸發機) 또는 증발농축건조기(蒸發濃縮乾燥機)는 이와같은 단점을 극복하고 개선하여 양질(良質)의 증류수를 제공함은 물론 증발에너지를 최소화하여 에너지를 절약케 하는데 그 목적이 있으며, 오염된 폐수의 증류수화 정수(蒸溜水化 淨水)처리 및 각종 환경오염 슬러지의 농축 및 건조처리에 이용될 수 있다.
또한, 폐수에 함유된 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물 및 악취제거를 위해 고온으로 가열된 고온증기를 본 발명의 가열증기 열교환 회수장치에 의해서 필요한 만큼 회수하여 증기가열 연료비용을 획기적으로 절감시킬 수도 있다.
상기한 본 발명을 더 구체적으로 살펴보면 종래의 증발기화(蒸發氣化)방법 및 기술로는 1ℓ 물을 증발시키는데 요구되는 열량이 0℃의 대기압을 기준으로 할때 비등점 100℃까지의 도달을 위해 100kcal, 그리고 증발에 필요한 기화열량 539kcal 도합 639kcal가 필요하게 되며 기를 사용할 경우 약 10Torr(750mmHg)의 진공도일때 35℃에서 물이 비등하므로 35kcal+570kcal=605kcal의 열량이 필요하게 된다.(증기압이 0.1kg/cm2·A일때, 잠열은 약 570kcal가 된다.)
그러나 이와같은 종래의 감압증발 또는 가열증발 또는 가열증발장치 및 기술로는 기화(氣化)수증기를 다시 응축, 액화시키기 위해 응축기(condenser)를 사용함으로써 많은 양의 열교환용 냉각수가 필요하게 됨은 물론 수증기가 갖고 있는 잠열(539kcal)을 재사용하지 못하고 그대로 버려온 셈이다.
결론적으로 종래의 감압증발 또는 가열증발장치 및 기술로는 1ℓ의 물을 증발시키기 위해 639kcal의 열량에너지를 필요로 하는 외에 응축기(condenser)의 냉각수 공급, 순환에 따른 에너지가 추가로 투입되어야 하고, 이 과정에서 기화열량 539kcal는 많은 경비를 들여 내어버리는 결과가 되는 셈이다. 이 뿐만 아니라 종래 기술의 감압 또는 가열증발장치에서 증발된 기체에는 증발물질이 갖고 있는 악취 와 B.O.D., C.O.D. 등의 물질들이 동반 증발하여 섞이게 되는데 이같은 수증기 불순물 및 악취를 제거하기 위하여 다시 특정한 방법의 폐수처리 과정을 거쳐야만 방류할 수 있게 되는 비경제적 단점들이 있다.
그러나 본 발명 기술 및 방법을 사용할 경우 전술한 종래 기술 및 방법들의 단점들을 극복, 개선할 수 있기 때문에 증발(蒸發), 기화(氣化), 응축(凝縮), 액화(液化)에 따르는 공정 및 장치비용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기화열을 재생사용하므로써 종래 기술에 비해 에너지를 2-10배 이상까지 절약할 수 있고, 수증기에 함유된 악취나 불순물 역시 별도의 폐수처리 장치없이 기화열 재생과정에서 동시에 산화, 연소 또는 탄화시켜 제거하여 응축수의 수질을 높여주는 간단하면서도 탁월한 성능을 발휘하는 증기정화(蒸氣淨化)능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥)장치와 방법을 제공함에 있는 것이다.
이하에서 이를 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 장치를 설명하면 도면 제1도에 도시되어 있는 것처럼 코일형 튜브(R)가 내설되고 상부에 증발 대상물 투입구(15a)를 구비하여 응축수 폐열회수(凝縮水廢熱回收) 기능을 위해 이중으로 형성된 증발대상물(蒸發對象物) 저장탱크(1) 및 물, 예컨데 폐수를 저장할 수 있는 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)의 상부는 상황에 따라 사용가능한 증발물 투입구(15b)를 구비하고 하부가 원형단면을 가지며 일측에 함몰부(11)를 형성, 찌꺼기배출용 스크류(11s)를 내설하고, 제4도 및 제5도에 도시되어 있는 것처럼 다수의 판상 반원형태의 패널형 스팀챔버(13)들이 일정한 간격으로 수직으로 내설되고 패널형 스팀챔버(13)와 챔버(13)사이를 회전하면서 교반할 수 있는 다수의 교반날개(12)들이 상기 증발 및 증발농축건조기(10)의 길이에 따라 중앙을 관통하도록 장치된 축(S)에 부착되어 정,역회전하면서 교반기능을 수행하며 이 챔버(13)는 상기 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)에 이중으로 형성된 스팀챔버(14)와 연통되어 있으며, 상기 증발농축건조기(10)의 상부 일측에는 연결관(16)으로 오버플로방지용 챔버(17)와 연결되며, 이 챔버(17)하부에는 U형 트랩(18)을 두어 상기 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내부와 연결된다. 상기 패널형 스팀챔버(13)는 상기 교반날개(12)가 원할하게 작동하기 위하여 상광하협으로 형성된다.
그리고 상기 오버플로방지용 챔버(17) 상부로 연결된 관로(R1)상에 예열공기 공급 조절밸브(21)를 갖고 증기압축터빈(20)과 연결되고, 이 증기압축터빈(20) 말단으로부터 연결된 관로(R2)는 증기압축펌프(30)와 연결되며 이로부터의 관로(R3)는 도면 제1도 내지 제3도에 도시되어 있는 것처럼 내부에 증발스팀관로(R9)가 내설된 가열증기(加熱蒸氣) 열교환 회수(熱交換 回收)장치(60)에 연결되며, 상기 회수장치(60)의 양측에 부설된 관로(R4, R6)는 내부로 화력을 갖게 한 보조보일러(40) 및 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)에 각각 연결된다. 또한 관로(R4)는 화력이 보조보일러 내부로 향하는 버너(41)의 화구 전방에서 코일형 증기가열튜브(42)와 연결되어 그 중심축의 증기가열챔버(43)를 지나 관로(R5)로 인출되어 가열된 증기열의 재사용을 위해 다시 가열증기 열교환 회수장치(60)에 연결되며, 초기 가동시에 가열증기를 상기 열교환 회수장치(60)로 배출하기 위해 상기 보조보일러(40) 상부에 관로(R10)가 인출되어 관로(R3)와 연결된다.
한편, 상기 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)의 스팀챔버(14) 하부로는 압력조절 레귤레이터(51)와 드레인밸브(52)를 갖는 관로(R7)가 인출되어 증발대상물 저장탱크(1)로 연결되고, 상기 저장탱크(1)내의 코일형 튜브(R)를 통과하며 폐열을 빼앗긴 응축수가 응축수저장(凝縮水 貯藏)탱크(50)에 모여진다.
상기와 같은 장치로 된 본 발명의 실시방법을 살펴보면 오염된 폐수등의 증발대상물이 투입구(15a)를 통해 응축수 폐열회수 기능을 가진 증발대상물 저장탱크(1)로 투입되어 관로(R8)을 지나 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내에서 증발되고, 이 증발된 증기는 오버플로방지용 챔버(17)를 거쳐 관로(R1)를 지나, 수증기에 포함된 기화(氣化)불순물의 성질에 따라 산화연소촉진용 공기공급 목적의 예열공기 공급 조절밸브(21)로 적정량의 예열공기를 혼합시킨 상태에서 증기압축터빈(20)으로 진입되고(증발대상물의 성질에 따라 예열공기 공급없이 고온에서 탄화시킬 수도 있음), 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)는 증기압축터빈(20)과 증기압축펌프(30)의 작용으로 진공상태를 초래하여 증발농축건조기의 내부온도를 약 60℃, 진공도를 약 300-400mmHg가 되도록 하며, 증기압축펌프(30)로 가압하여 증기압이 더욱 높아진 상태에서 관로(R3)를 거쳐 가열증기 열교환 회수장치(60)의 증발스팀관로(R9)를 통과하여, 관로(R4)로 배출된다. 관로(R4)를 통해 배출된 수증기는 보조보일러(40)내의 증기가열튜브(42)와 증기가열챔버(43)를 통과할 때 증기가열수단에 의해 600℃∼800℃의 고온증기로 되면서 증기내의 악취 및 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물들이 산화연소되거나 탄화된 증기상태로 관로(R5)를 거쳐, 관로(R3)를 통해 유입된 60℃∼100℃의 증기와 열교환하기 위해 가열증기 열교환 회수장치(60)로 보내어져서, 증기가열수단에 의해 고온화된 증기는, 증발기(10)에서 증발되어 아직 탄화되지 아니한 60℃∼100℃의 증기가 통과하는 증발스팀관로(R9) 주위로 격판에 의해 유도되며 지그재그형식의 역방향으로 진행하여 도면 제2도에 도시되어 있는 가열증기 열교환 회수장치(60)내에서 열교환이 이루어진다. 이때 열교환 회수장치(60)내에 일정한 간격으로 격판을 부재하여 열교환 시간을 연장시켜 효율적인 열교환이 이루어지게 할 수 있다.
그러나 최초 가동시에는 보조보일러(40)내의 물을 가열수단에 의해 가열시켜 고온화된 증기가 관로(R10)와 관로(R3)을 거쳐 상기 열교환 회수장치(60)내의 증발스팀관로(R9)를 통과하며, 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)내에서 고온가열수단에 의해 고온화되며 불순물들이 산화연소 또는 탄화된 상태로 다시 열교환 회수장치(60)내를 역방향으로 진행하여, 증발기(10)내의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)로 보내져 증발대상물과 열교환시켜 60℃∼100℃의 증기로 만들 수 있다. 이러한 열교환작용으로 60℃∼100℃의 증기는 450℃∼600℃인 고온증기로 관로(R4)에 의해 배출되어지며, 관로(R6)로는 열교환 회수장치(60)내에서 열교환으로 온도가 낮아진 150℃∼200℃의 증기로 증발기(10)를 향하여 배출된다.(도면의 제3도 참조) 상기 관로(R4)로 배출된 450℃∼600℃의 예열증기는 상기에서 설명된 것과 같이 보조보일러(40)내에서 가열수단에 의해 고온으로 가열되면서 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)안으로 진입하여 600℃∼800℃의 고온 증기화(蒸氣化)하여 연소 또는 탄화된 상태에서 관로(R5)를 거쳐, 증발기(10)로부터 증발되어 스팀관로(R9)내에서 유동하는 60℃∼100℃의 증기와 역방향으로 진행하며 가열증기 열교환 회수장치(60)내에서 열교환이 이루어진다. 이때 가열수단에 의해서 600℃∼800℃의 고온증기를 얻기 위해 투입된 가열에너지는 열교환 회수장치(60)내에서 열교환되어(도면 제3도 참조) 증발기(10)에서 증발한 60℃∼100℃의 증기를 450℃∼600℃의 고온증기로 예열하여 재사용함으로써 회수할 뿐만 아니라 가열수단의 가열에너지를 절약시키는 효과를 발생시킨다. 그리고 상기 관로(R6)로 배출된 150℃∼200℃의 불순물이 연소 또는 탄화된 증기는 증발농축건조기(10)의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)로 보내어져 증발농축기내의 증발대상물과 열교환되어 액화되는 과정에서 기화열을 빼앗기고, 이 액화된 고온의 응축수(약 80℃∼120℃)는 압력조절용 레귤레이터(51) 및 드레인밸브(52)를 거쳐 관로(R7)를 통해 증발대상물 저장탱크(1)내의 코일형 튜브(R)에서 제2차로 폐열이 회수되어 응축수저장탱크(50)에 모이게 된다. 이때 응축수저장탱크(50)내의 응축수는 필터링하여 탄화된 수증기 불순물들을 제거하여 양질(良質)의 증류수로 만들 수도 있다.
이상과 같은 본 발명은 감압상태에서 적용되었지만 필요에 따라서 대기압 이상의 고압으로 증발시켜 가압된 상태에서 적용될 수도 있다.
상기와 같은 구성과 방법으로 되는 본 발명의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
증발물 저장탱크(1)내의 증발대상물은 코일형 튜브(R)내의 액화된 고온의 응축수로부터 폐열을 회수하여 증기압축터빈(20) 및 증기압축펌프(30)의 감압작용에 의해 자연스럽게 관로(R8)를 통해 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)안으로 흡인되고, 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내의 교반날개(12)에 의해 처리대상물이 고른 분포로 혼합되고 최종 슬러지는 함몰부(11)로 이동되어 압출스크류(11s)에 의해 증발농축건조기(10)밖으로 토출되며, 상기 증발 및 증발농축건조기(10)내의 증발 대상물이 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)내의 150℃∼200℃인 고온증기로부터 기화열을 회수하여 연결관(16)을 거쳐, 기화기에 액체의 넘침을 방지하기 위해 하부에 U형 트랩(18)이 인출되어 있는 오버플로방지용 챔버(17) 그리고 관로(R1)를 통해 증기압축터빈(20)으로 진입하게 되는데, 이때 증기압축터빈(20)으로 진입하는 증발기체는 필요한 경우에 증기압축터빈(20)의 진입구 직전에 위치한 예열공기 공급 조절밸브(21)에 의해 일정량의 예열공기와 혼합하여 진입하게 된다.
이렇게 진입한 증발기체는 증기압축터빈(20)을 거쳐 증기압축펌프(30)에 의해 압축되어 증기압을 높이게 되는데, 이때 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내에 투입된 증발대상물은 증기압축터빈(20)과 증기압축펌프(30)의 작용으로 약 300mmHg-400mmHg의 진공도에 도달한 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내의 감압환경때문에 약 60℃의 증발온도를 유지하면서 증발하게 된다. 기체 혼합물에 대해서도 성립하는 이상기체의 법칙에 관한 하기의 초보적인 수식(E-1)으로부터 알 수 있듯이 상기 증발된 증기가 높은 증기압 상태에서 고온 액화가 발생하도록 증기압축터빈(20) 및 증기압축펌프(30)에 의해 증기압을 높일 수 있다. 상기 증기압축수단으로 사용된 증기압축터빈(20)에 대신하여 진공부스터, 진공분자펌프 및 기타 적정한 방법의 증기압축수단이 이용될 수도 있다.
PV=nt RT … … (E-1)
(여기서, P는 기체성분의 압력, V는 부피, T는 기체성분의 절대온도, R은 기체상수, nt는 부피 V속에 들어있는 기체몰수의 합이다.)
따라서 이들 증발기체는 증기압축터빈(20)과 증기압축펌프(30)에 의해 증기압이 더욱 높아진 상태로 가열증기 열교환 회수장치(60)내의 증발스팀관로(R9)를 통과하면서 열교환이 이루어진 후 증기가열챔버(43)로 투입되어 가열수단에 의해 600℃∼800℃의 고온으로 가열되어 연소 또는 탄화된 상태에서 가열증기 열교환회수장치(60)로 보내어져 내부에 60℃∼100℃의 증기가 유동하고 있는 증발스팀관로(R9) 주위에서 열교환시간 연장을 위한 격판에 기인하여 서로 역방향의 지그재그형식으로 유동하면서 열교환이 이루어진다.(도면 제2도 참도) 이 결과로 450℃∼600℃의 온도로 예열된 증발기체는 관로(R4)를 통해, 600℃∼800℃의 고온을 유지하기 위해 증기가열수단에 부착된 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)로 보내어지고, 가열 에너지를 빼앗겨 150℃∼200℃로 온도가 낮아진 증발기체는 관로(R6)을 통해 유동하여 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)내의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀쳄버(14)로 유입되고, 그곳에서 증발대상물과 열교환하여 약 80℃∼120℃의 온도로 액화된다. 이것은 상기 수식(E-1)에 의해서도 알 수 있듯이 증기압에 비례하는 온도에서 증기의 액화가 발생하기 때문에 증기압이 높은 수증기는 증기압에 비례하는 고온에서 액화되는 것에 기인한다.
상기의 고온으로 액화된 물은 압력조절용 레귤레이터(51) 및 드레인밸브(52)를 거쳐 관로(R7)를 통해 코일형 튜브(R)로 보내어져 증발대상물 저장탱크(1)내의 증발대상물과 2차 열교환되어 폐열을 빼앗긴 후 응축수저장탱크(50)에 모이게 된다. 한편, 증발 및 증발농축건조기(10)에서 기화열을 회수하여 증발한 60℃∼100℃의 증발 수증기가 오버플로방지용 챔버(17)를 거쳐 가열증기 열교환 회수장치(60)로 보내진다.
또한, 증발기체와 함께 증발하여 수증기와 혼합된 수증기의 악취나 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물들은 증기압축터빈(20)의 진입구 직전에 장치된 예열공기 공급 조절밸브(21)의 개,폐조절에 의해 공급된 일정량의 예열공기와 혼합되어 산화를 용이하게 한 상태에서 증기가열 수단인 코일형 증기가열튜브(42)와 증기가열챔버(43)를 통과하면서 600℃∼800℃의 고온환경에 의해 산화·연소되어 제거되거나 증기에 포함된 기화(氣化)상태의 불순물 성질에 따라 예열공기 혼합없이 증기가열 챔버(43)의 고온환경(600℃∼800℃)만으로 탄화시켜 응축수의 고질적인 악취와 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물들을 제거할 수 있게 되며, 600℃∼800℃의 고온환경을 만들어 주기 위해 가열수단에 의해 투입된 가열에너지는 가열증기 열교환 회수장치(60)에 의해 회수되어 재사용함으로써 예열된 만큼 가열에너지를 절약할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 본 발명의 도면에는 도시하지 않았으나 증발물 저장탱크(1), 증발 및 증발농축건조기(10)나 보조보일러(40)등을 단열처리하여 에너지 효율을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법을 이용한 실시예의 결과는 하기의 표 1에 나타나 있으며, 이것은 증발대상물로서 분뇨를 사용하여 620℃로 고온 가열 산화연소 또는 탄화시켜 얻은 결과치이다. 하기 결과치로부터 알 수 있듯이 본 발명을 이용한 증발대상물은 획기적으로 정화(淨化)처리될 수 있음을 보여준다.
상술한 바와 같이 본 발명은 특히 시스템 구성을 위한 장치 및 설비운용 비용이 재래식에 비해 현저히 저렴한 가격으로 공급될 수 있는 경제적 장점과 높은 성능을 확보할 수 있기 때문에 양질의 증류수를 싼값으로 생산할 수 있음은 물론 유독성 폐수나 환경오염 폐수의 증발건조, 각종 폐(廢)슬러지(sludge)의 증발, 농축건조 및 종말처리를 위해 폭넓게 사용될 수 있는 특장점이 있다. 또한 폐수내의 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물 및 악취의 제거를 위해 고온으로 가열하는 가열수단에서 요구되는 많은 연료비용은 가열증기 열교환 회수장치(60)에 의해 증기예열 에너지로 재사용할 수 있기 때문에 증기 가열 연료비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 작용되는 증기 정화(蒸氣 淨化) 능력을 가진 증발(蒸發) 및 증발농축건조(蒸發濃縮乾燥)장치와 방법은 필요한 경우 감압 또는 가압상태의 다양한 증발장치와 가열수단과 열교환 수단들을 동원하여 적정한 설계변경으로 대응 적용시킬 수 있는 것으로 본 발명의 요지에 속한 것이며, 동일분야의 통상의 기술자들이 명확하게 이해할 수 있다고 사료된다.

Claims (3)

  1. 응축수 폐열 회수를 위해 상부에 증발 대상물 투입구(15a)를 갖고, 일단이 응축수 저장탱크(50)와 연결되어 있는 코일형 튜브(R)가 내설되어 이중으로 형성되어 있는 증발물 저장탱크(1) ; 열교환에 의해 기화열을 회수하기 위해 상부에 투입구(15b)를 갖고 하부가 원형단면으로 형성되며 일측에 함몰부(11)를 형성하여 찌꺼기 배출용 스크류(11s)를 내설하고, 스팀챔버(14)와 연통되어 있는 다수의 판상 반원형태의 패널형 스팀챔버(13)들이 일정한 간격으로 수직으로 내설되고, 상기 패널형 스팀챔버(13)와 챔버(13)사이를 회전하면서 교반할 수 있는 다수의 교반날개(12)들이 길이에 따라 중앙을 관통하도록 장치된 축(S)에 부착되어 정,역회전하면서 교반기능을 수행하며, 하부의 패널형 스팀챔버(13)는 압력조절 레귤레이터(51) 및 드레인밸브(52)가 부설되어 있는 관로(R7)에 의해 상기 코일형 튜브(R)와 연결되며, 상부 일측에는 연결관(16)이 인출되어 하부에 U형 트랩(18)이 인출된 오버플로방지용 챔버(17)와 연통되어 있으며, 측면 상부에는 상기 증발대상물 저장탱크(1) 하부로부터 증발대상물을 흡인하기 위해 관로(R8)가 인출되어 있는 교반형 증발 및 증발농축건조기(10) ; 보조보일러(40)내의 가열수단에 의해 가열된 증기열을 회수하기 위해 다수의 증발 스팀관로(R9)가 수평으로 내설되고 열교환 능력을 향상시키기 위해 다수의 격판들이 일정한 간격으로 수직으로 부설되어 있으며, 일단에는 관로(R3)가 상기 증발농축건조기(10)와 연결하기 위해 인출되어 있으며, 타단에는 일측에 버너(41)가 부착되어 있는 보조보일러(40)내의 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)와 연결하기 위해 관로(R4)가 인출되어 있고, 하부 일측에는 상기 증발농축건조기(10)내의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)와 연결하기 위해 관로(R6)가 인출되어 있으며 다른 하부 일측에는 보조보일러(40)내의 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)와 연결하기 위해 관로(R5)가 인출되어 있는 가열증기 열교환 회수장치(60)와, 초기 가동시에 가열증기를 상기 열교환 회수장치(60)로 배출하기 위해 관로(R10)가 인출되어 관로(R3)와 연결되어 있으며 측면에 버너(41)가 부착되고 코일형 증기가 열튜브(42)와 증기가열챔버(43)가 내설되어 있으며, 가열증기 열교환 회수장치(60)에 의해 예열된 증기가 유입되는 관로(R4)가 인출되어 있고 가열수단에 의해 증기를 고온 가열하여 연소 또는 탄화된 상태로 배출되기 위해 관로(R5)가 인출되어 있는 보조보일러(40) ; 및 상기 증발농축건조기(10)와 연결하기 위해 가열증기 열교환 회수장치(60)로부터 인출된 관로(R3)와 상기 증발농축건조기(10) 상부로부터 인출된 연결관(16) 사이에는 오버플로방지용 챔버(17), 관로(R1), 예열공기 공급 조절밸브(21), 상기 증발농축건조기(10)에서 증발한 증기를 압축하여 증기압을 높여주기 위한 증기압축터빈(20) 및 관로(R2)에 의해 연결된 증기압축펌프(30)가 부재되어 있는 것을 특징으로 하는 증기 정화능력을 가진 증발 및 증발농축건조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증발농축건조기(10)내에서 길이를 따라 중앙을 관통하는 축(S)상에 부설되어 있는 교반날개(12)가 원할하게 작동하기 위하여 상광하협으로 형성되어 있는 패널형 스팀챔버(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 증기 정화능력을 가진 증발 및 증발농축건조장치.
  3. 초기 가동시에 가열수단에 의해 보조보일러(40)내의 물을 가열하여 생산된 증기를 관로(R10)와 관로(R3)를 통해 상기 열교환 회수장치(60)내의 증발스팀관로(R9)를 거쳐 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)내에서 고온가열수단에 의해 산화연소 또는 탄화되어, 다시 열교환 회수장치(60)내를 역방향으로 진행하여 상기 증발농축건조기(10)내의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)로 투입하여 증발대상물과 열교환이 이루어지고, 압력조절 레귤레이터(51) 및 드레인밸브(52)가 부재되어 있는 관로(R7)에 통해 증발대상물 저장탱크(1)에 내설되어 있는 코일형 튜브(R)로 보내어 폐열이 회수되는 단계 ; 증기압축터빈(20)과 증기압축펌프(30)에 의해 교반형 증발 및 증발농축건조기(10)의 내부를 감압 또는 가압함으로써 증발대상물 저장탱크(1)안에 증발 대상물이 관로(R8)를 통해 흡인되어, 관로(R6)를 통해 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)내로 유입된 150℃∼200℃의 탄화된 증기와 열교환하여 60℃∼100℃의 증기로 연결관(16)을 통해 배출되고, 상기 증발농축건조기(10)에 내설된 교반날개(12)의 정.역회전에 의해 처리 대상물이 고르게 혼합되고 최종 슬러지는 압출스크류(11s)에 의해 상기 증발농축건조기(10)밖으로 토출하기 위해 함몰부(11)로 슬러지를 이동시키는 단계 ; 상기 증발농축건조기(10) 상부에 인출되어 있는 연결관(16)으로 배출된 60℃∼100℃의 증기중에 함유된 액체등의 오버플로된 것은 오버플로방지용 챔버(17)를 거쳐 하부의 U형 트랩(18)을 통해 다시 증발농축건조기(10)내로 유입되고, 상기 연결관(16)에 연통되어 있는 관로(R1)를 통해 유동하는 60℃∼100℃의 증기는 예열공기 공기 조절밸브(21)를 통해 예열공기와 혼합되어(증발대상물의 성질에 따라 예열공기를 혼합시키지 않을 수도 있음), 증기압축터빈(20), 관로(R2), 증기압축펌프(30) 및 관로(R3)을 통해 가열증기 열교환 회수장치(60)내의 다수의 증발스팀관로(R9)내로 유입되는 단계 ; 상기 증발스팀관로(R9)로 유입된 60℃∼100℃의 증기는 보조보일러(40)에 내설되어 있는 버너(41), 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)에 의해 고온가열되어 관로(R5)를 통해 상기 열교환 회수장치(60)내부로 유입되어, 일정한 간격으로 수직으로 배열되어 있는 다수의 격판에 의해 유도되어 지그재그식으로 유동하는 600℃∼800℃의 고온증기와 서로 역방향으로 유동하며 열교환이 이루어져서, 600℃∼800℃의 증기는 150∼200℃로 하강하여 관로(R5)를 통해 배출되어 증발 및 증발농축건조기(10)내의 패널형 스팀쳄버(13) 및 스팀챔버(14)내로 유입되고, 60℃∼100℃의 증기는 450℃∼600℃로 예열되어 관로(R4)를 통해 보조보일러(40)에 내설되어 있는 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)내로 유입되는 단계; 및 상기 열교환 회수장치(60)에 의해 450℃~600℃로 예열된 증기는 관로(R4)를 통해 보조보일러(40)에 내설되어 있는 코일형 증기가열튜브(42) 및 증기가열챔버(43)를 거치면서 버너(41)에 의해 재가열되어 악취 및 B.O.D., C.O.D. 등의 불순물들이 산화연소 또는 탄화되어 제거된 600℃∼800℃의 고온증기로 관로(R5)를 통해 가열증기 열교환 회수장치(60)내로 유입되어 증발 스팀관로(R9)내의 60℃∼100℃의 증기와 역방향으로 유동하며 열교환되어 150℃∼200℃로 하강하여 관로(R6)를 통해 배출되어 증발농축건조기(10)내의 패널형 스팀챔버(13) 및 스팀챔버(14)내로 유입되어 다시 상기 증발농축건조기(10)내의 증발대상물과 열교환하여 액화하는 과정에서 잠열(539kcal/ℓ)을 증발에너지로 빼앗기어 80℃∼120℃로 액화된 물은 압력조절용 레귤레이터(51)와 드레인밸브(52)를 거쳐 증발대상물 저장탱크(1)내의 코일형 튜브(R)를 지나면서 증발대상물과 2차로 열교환되어 폐열을 빼앗긴 상태에서 응축수 저장탱크(50)에 저장시키는 단계를 특징으로 하는 증기 정화능력을 가진 증발 및 증발농축건조방법.
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