KR20120039264A

KR20120039264A - 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치 및 처리방법

Info

Publication number: KR20120039264A
Application number: KR1020100100873A
Authority: KR
Inventors: 김상국
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: KR101172831B1

Abstract

본 발명은 가축분뇨를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 가축분을 에너지원으로 하여, 가축분 및 가축뇨를 동시에 처리할 수 있어 에너지 효율이 높고 친환경적인 가축분뇨 처리장치 및 처리방법에 관한 것이며, 본 발명에 따른 가축분뇨 처리장치는 가축분을 건조시키는 건조기(70); 상기 건조기로부터 건조된 가축분으로부터 가연성 가스를 발생시키는 가스화기(4); 상기 가스화기(4)로부터 발생된 가연성가스를 연소하여 연소배가스를 발생시키는 연소로(10); 상기 연소로(10)에서 발생한 연소배가스를 이용하여 스팀코일(22) 내 순환수를 과열증기로 변환시켜 건조기 열원으로 사용하는 관류보일러(20); 상기 관류보일러에서 배출된 연소배가스를 재가열하여 가축뇨를 노즐을 이용하여 감온실(50)내로 분사하여 분해하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치 및 처리방법{Apparatus and Method for treating feces and urine of domestic animal using gasifier and once-through boiler}

본 발명은 가축분뇨를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 가축분을 에너지원으로 하여, 가축분 및 가축뇨를 동시에 처리할 수 있어 에너지 효율이 높고 친환경적인 가축분뇨 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

가축분뇨 총 발생량은 2007년도 하루 168,507톤이며 이중 47.9%를 차지하는 80,685톤이 양돈 농가에서 배출되는 양돈분뇨이다. 양돈 분뇨를 퇴비화 또는 액비화하여 자원화하는 방향은 톱밥비용의 상승 및 계절적인 요인으로 인하여 현재의 방법으로는 한계가 있다. 양돈분뇨 처리기술로 정화처리, 바이오가스플랜트인 혐기성소화가 있다. 혐기성소화방식은 처리시간이 장시간 소요되기 때문에 처리설비의 부피가 크고, 온도를 유지하는데 소요되는 에너지와 혐기소화액을 처리하여야 하는 문제점이 있다.

기존의 기술로 축산분뇨 가열건조처리기술이 있다. 폐고무를 연소시킬 수 있도록 한 연소장치에서 뜨거운 연소배가스를 발생하고 이를 이용하여 축산분뇨를 건조하기 위한 건조장치가 연소장치와 연계하여 설치되고, 상기 건조장치에서 발생하는 수증기 및 연소배가스를 배출하는 배출장치와, 상기 배출장치를 통해 배출되는 수증기 및 연소배가스를 탈취하는 탈취장치로 구성된다. 상기 기술은 가연성폐기물로부터 열을 발생하여 가축분뇨를 건조하는 기술로 발생한 가축분뇨에서부터 최종처리까지 일관된 처리기술이 아니라 건조기술에 국한되어있다. 축산분뇨를 저장하는 침전조에서 오버플로된 축산폐수를 진공증발하여 증발액과 축산분뇨가 포함된 농축액으로 분리하여 처리하는 기술이 있으며 상기 기술 역시 축산뇨를 처리하는 단편적인 기술이다.

또한 가축분뇨는 전체 오,폐수 발생량의 0.6%를 차지하는 한편, 생물학적 산소요구량(BOD)의 25%를 차지하는 고농도 유기성 폐기물이다. 기존의 퇴비, 액비, 혐기성 소화등 다양하게 시도되고 있는 가축분뇨 처리방법은 경제성, 시간, 처리효율 등에서 개선할 점이 많다.

본 발명의 목적은 가축분의 열량을 이용하여 배출량을 줄이면서도, 에너지 효율을 높일 수 있는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가축분 및 가축뇨를 한꺼번에 처리할 수 있어, 시설 설치비와 유지관리비를 줄일 수 있는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가축분뇨의 처리 과정이 자동 제어되어, 유지관리를 용이하게 할 수 있는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

청구항 제1항의 발명은, 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 가축분을 건조시키는 건조기(70); 상기 건조기(70)에서 건조된 가축분을 이용하여 가연성 가스를 발생시키는 가스화기(4); 상기 가스화기(4)로부터 발생된 가연성가스를 연소하여 연소배가스를 발생시키는 연소로(10); 및 상기 연소배가스를 이용하여 스팀코일(22) 내 순환수를 과열증기로 변환시키는 관류보일러(20)를 포함하여 구성되어지되, 상기 스팀코일(22)은 상기 관류보일러(20) 내에 설치되어지고, 상기 증기에 의해 상기 건조기(70) 내의 상기 가축분이 건조된다.

청구항 제1항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 가축분이 가지고 있는 열량을 이용하여 가축분뇨를 처리할 수 있어, 에너지 효율이 높으며, 또한, 가열된 회재로 배출되므로 축산 폐기물의 배출량을 줄일 수 있어 환경친화적이다.

청구항 제2항의 발명은 청구항 제1항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 가스화기(4)에 연결되어 상기 가스화기(4)에 공급되는 공기를 발생시키는 제1 F.D.팬(5); 및 상기 제1 F.D.팬(5)에서 발생된 공기를 상기 가스화기(4)에 공급하는 댐퍼(6);를 더 포함하여 구성되어지되, 상기 공기는 상기 가축분의 유기성 성분을 연소하는데 필요한 이론 공기량보다 적은 량으로 공급되어진다.

청구항 제2항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 열분해가 먼저 일어나고 부분산화에 의하여 축산분의 카본성분이 일산화탄소, 이산화탄소로 전환되며 수성가스 반응에 의하여 일산화탄소, 수분으로부터 수소가 발생되어 가연성가스가 생성된다.

청구항 제3항의 발명은 청구항 제1항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 연소로(10)에 연결되어 있는 LPG 공급관(LPG); 상기 연소로(10)에 연결되어 연소로(10)내 연소배가스 온도를 설정된 온도로 제어하기 위한 제1 온도제어부(19); 및 상기 제1 온도제어부(19)와 연동하고 상기 LPG탱크(LPG)로부터 상기 연소로(10)로 LPG를 공급하는 공급라인에 설치된 비례제어밸브(18)를 더 포함한다.

청구항 제3항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 가연성 가스 열량이 부족하면 자동 제어되어 LPG 가스를 공급하여, 가축분뇨를 처리하는데 소요되는 에너지를 공급 활 수 있다.

청구항 제4항의 발명은, 청구항 제1항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 스팀코일(22)의 물이 순환되도록 상기 스팀코일(22)과 연결되어 있는 순환수탱크(34); 상기 스팀코일(22)과 상기 순환수탱크(34) 사이의 물을 순환시키는 순환펌프(35); 상기 스팀코일(22)내의 물의 온도에 따라 순환펌프(36)의 작동을 제어하는 제2 온도제어부(38); 상기 제2 온도제어부(38) 및 상기 순환펌프(35)와 연계되어 상기 스팀코일(22) 내에 발생된 증기의 흐름을 조절하는 제1, 제2 솔레노이드 밸브(36, 37); 및 상기 스팀코일(22) 내 발생된 증기의 온도를 제어하는 제3 온도제어부(39); 상기 제3 온도제어부(39)와 연동하여 스팀코일(22) 내 수위를 제어하는 비례제어밸브(32)를 더 포함하도록 구성되어지되, 상기 제1 솔레노이드밸브(36)는 상기 스팀코일(22)로부터 상기 순환수탱크(34)로 이어진 라인상에 설치되고, 상기 제2 솔레노이드밸브(37)는 상기 스팀코일(22)로부터 상기 건조기(70)로 가는 라인상에 설치된다.

청구항 제4항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 제2 온도제어부(38), 순환펌프, 제1, 제2 솔레노이드 밸브(36, 37)가 서로 연동하여, 물의 온도에 따라 자동으로 물을 순환시키거나 증기를 건조기(70)에 공급하여, 증기의 열로 건조기(70)의 가축분을 건조시킬 수 있어, 별도의 관리 유지가 용이하다.

청구항 제5항의 발명은, 청구항 제4항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 스팀코일(22) 내의 물의 온도가 50℃~70℃에 이르면 상기 순환펌프(35)가 가동하여 상기 스팀코일(22)과 상기 순환수탱크(34) 사이의 물을 순환시키고, 상기 스팀코일(22) 내의 물의 온도가 100℃에 도달하면 상기 제2 온도제어부(38), 상기 순환펌프(35), 상기 제1 솔레노이드 밸브(36) 및 상기 제2 솔레노이드 밸브(37)가 연계되어, 상기 순환펌프(35) 작동이 중지되고 상기 제1 솔레노이드밸브(36)가 닫혀지며 발생한 스팀이 제2 솔레노이드 밸브(37)가 열리게되어 상기 스팀코일(22)에서 발생한 증기가 상기 건조기(70)로 흐르게 된다.

청구항 제5항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 물의 온도가 100℃에 도달하면 건조기(70)로 증기가 이송되도록 제2 솔레노이드 밸브(37)가 열리므로, 증기의 열로 가축분이 건조될 수 있어, 자동으로 축산폐기물인 가축분을 이용하여 스팀을 생산하므로, 에너지 효율을 높이는 동시에 축산폐기물을 처리하고, 자동으로 유지관리 될 수 있어, 유지비용도 줄일 수 있다.

청구항 제6항의 발명은, 청구항 제1항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 증기의 변환을 위해 열량이 소모되어 온도가 저하된 상기 연소배가스를 가열하여 온도를 높이는 보조버너(23); 상기 보조버너(23)와 연계하여 상기 연소배가스의 온도를 일정하게 유지하는 제4 온도 제어부(27); 및 상기 관류보일러(20)에 덕트를 통해 연결되는 감온실(50)을 더 포함하도록 구성되어지되, 상기 제4 온도 제어부(27)는 상기 덕트에 설치된다.

청구항 제6항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 제4 온도제어부(27)와 상기 보조버너(23)가 서로 연계하여 연소배가스의 온도가 설정 온도 이하로 떨어지면 보조버너(23)를 가동하여 제4 온도제어부(27)에 설정한 온도로 연소배가스의 온도를 유지할 수 있으므로, 연소배가스의 열량이 과열증기를 생산하는데 사용되어 그 온도가 저하되어도, 제4 온도제어부(27)의 설정온도를 단순히 변경하는 것만으로 손쉽게 연소배가스의 온도를 제어할 수 있어, 가축분 또는 가축뇨 처리를 효율적이고 용이하게 할 수 있다.

청구항 제7항의 발명은, 청구항 제6항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 관류보일러(20)의 상부에 설치된 비상댐퍼(25); 및 상기 감온실(50) 상부에 연결된 덕트 끝에 설치된 방폭구(26);을 더 포함한다.

청구항 제7항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 비상댐퍼(25)에 의하여 관류보일러(20)가 안전하게 운전될 수 있으며, 가스폭발이 생길 경우 급격히 팽창한 가스가 방폭구(26)을 통해 배출되므로, 보다 안전성을 확보할 수 있다.

청구항 제8항의 발명은, 청구항 제6항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 감온실(50) 내에 설치된 노즐(56)을 더 포함하도록 구성되어지되, 상기 노즐(56)을 통해 가축뇨가 미립화하여 상부에서 하부 방향으로 상기 감온실(50)내로 분사되도록 설치되어지고, 상기 연소배가스는 상기 감온실(50)의 상부로부터 하부로 흐른다.

청구항 제8항의 가축분뇨 처리장치에 의하면, 감온실(50) 내에서 상기 연소배가스에 의해 고온하에서 가축뇨의 유기물 성분이 분해 및 무해화되어 수증기와 함께 외부로 배출되므로, 친환경적이며 가축분을 연소한 것을 이용하므로 에너지 효율적이며, 가축분 및 가축뇨를 함께 처리할 수 있어 처리시설의 구축이나 관리등에서 효율적이다.

청구항 제9항의 발명은, 청구항 제6항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치이고, 상기 가축뇨가 저장되는 폐수저장탱크(51); 상기 폐수저장탱크(51)에 연결되어 가압탱크(52)로 상기 가축뇨를 이송하는 폐수펌프(53); 상기 가압탱크(52)와 상기 폐수저장탱크(51)에 연결되어 상기 노즐(56)로부터 분사되는 가축뇨의 압력을 조절하는 압력조절밸브(54); 상기 감온실(50) 출구에 설치되어 있는 제5 온도 제어부(58); 및 상기 제5 온도 제어부(58)와 연계되는 비례제어밸브(55)를 더 포함하도록 구성되어지되, 상기 압력조절밸브(54)에 설정된 압력에 의하여 상기 노즐(56)에서 분사되는 가축뇨의 압력이 결정되어지고, 상기 비례제어밸브(55)에 의해 상기 노즐(56)로부터 분사되는 가축뇨의 유량이 결정된다.

청구항 제9항의 가축분뇨의 처리장치에 의하면, 압력조절밸브(54)의 설정압 및 제5 온도제어부(58)의 온도 설정을 변경시키는 것만으로 감온실(50)에서의 가축뇨의 분해, 분해되는 가축뇨의 압력 및 유량이 모두 자동으로 제어할 수 있어, 유지 관리가 효율적이다.

청구항 제10항의 발명은, 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨의 처리방법이고, 가축분을 증기를 이용하여 건조시키는 가축분 건조단계(S1); 상기 건조된 가축분을 부분연소시켜 가연성가스를 발생시키는 가연성 가스 발생단계(S2); 상기 가연성가스를 연소하여 뜨거운 연소배가스를 생성하는 연소배가스 생성단계(S3); 및 상기 뜨거운 연소배가스를 이용하여 물을 증기로 변환시키는 물의 증기 변환단계(S4); 을 포함하며, 상기 가축분은 상기 증기의 열을 이용하여 건조된다.

청구항 제10항의 가축분뇨 처리방법에 의하면, 건조된 가축분을 연소시켜 발생된 가스를 이용하여, 다시 가축분의 건조에 사용되므로 에너지 효율적이며, 가축분을 처리할 수 있어, 친환경적이다.

청구항 제11항의 발명은 청구항 제8항의 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨의 처리방법이고, 상기 물의 증기 변환단계(S4) 후에 온도가 저감된 연소배가스를 재가열하는 단계(S5); 및 상기 재가열된 연소배가스를 이용하여 가축뇨의 유기성분을 분해시키는 단계(S6)를 더 포함한다.

청구항 제11항의 가축분뇨 처리방법에 의하면, 가축분을 연소시켜 얻어진 연소배가스를 이용하여 가축뇨를 처리할 수 있으므로, 에너지 면에서 효율적이며, 또한 가축분을 가축뇨와 함께 처리할 수 있으므로, 별도의 시설을 설치하거나 처리해야할 필요도 없어 효율적이고, 친환경적이다.

본 발명에 따른 가축분뇨의 처리장치 및 처리방법에 의하면, 가축분의 열량을 에너지 원으로 이용하므로, 에너지 효율이 높고, 가축분을 처리하므로, 친환경적인 효과가 있다.

또한, 가축분과 가축뇨를 함께 처리할 수 있어, 각각의 처리시설을 구축하거나 별개의 장소에서 처리해야하는 문제점을 해결하였다.

또한, 온도제어부와 솔레노이드 밸브등을 연계하여, 순환수의 순환, 증기의 생성, 과열증기로의 전환, 가축뇨의 공급등을 제어할 수 있게 하였으므로, 유지관리면에서 효율적이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 가축분뇨를 처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 가축분뇨를 처리하는 과정을 나타낸 구성도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 흐름도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예의 구체적인 구성도이다.

도1을 참조하면, 건조기에서 건조된 가축분을 호파에 넣으면, 가스화기로 이송된다. 가스화기에서는 가스화에 필요한 소량의 공기만 공급하면서 가연성가스를 발생시킨다. 이때 발생한 가연성가스는 연소로로 이송되어 연소됨으로써 뜨거운 연소배가스를 발생시킨다. 뜨거운 연소배가스는 관류보일러로 이송된다. 관류보일러에서는 가축분의 건조에 필요한 과열증기가 발생된다. 연소배가스는 감온실로 이송되어, 가축뇨를 고온 처리한다. 이때 열량이 부족하면 관류보일러 상부에 설치된 보조버너를 가동하여 필요한 열량을 보충한다. 감온실에서는 뜨거운 가스분위기하에서 가축뇨를 노즐로 분사하여 가축뇨에 포함되어 있는 유기성성분을 분해한다. 감온실에서의 가스 및 수증기는 굴뚝을 통하여 외부로 배출한다.

도2에서 구체적인 장치의 구성 및 운전 방법을 상세히 설명한다.

건조된 가축분을 호파(1)에 넣으면, 고 모타 및 감속기(2)에 의하여 구동되는 스크류피더(3)에 의하여 상기 가축분이 가스화기(4)로 공급된다. 제1 F.D.Fan(5)에서 발생된한 공기를 댐퍼(6)를 통하여 가스화에 필요한 공기량으로 조절한 후 가스화기(4)내 공기공급구(7)로 이송한다. 이때, 가스화에 필요한 공기량은, 가축분의 유기성 성분을 연소하는데 필요한 이론 공기량보다 적은량으로 한다. 상기 조건하에서 열분해가 먼저 일어나고 부분산화에 의하여 축산분의 카본성분이 일산화탄소, 이산화탄소로 전환되며 수성가스 반응에 의하여 일산화탄소, 수분으로부터 수소가 발생되어 가연성가스가 생성된다. 건조된 가축분은 열량을 포함하고 있다. 예를 들어 건조된 돈분은 수분이 약 9%일 때 휘발분 57%, 회분 25%, 고정탄소 9%이며, 고위발열량이 약 4,400[Kcal/kg]이다. 따라서 본 발명은 환경을 오염시키는 유기성 폐기물로 버려지는 가축분을 이용하여 가축분뇨를 처리하므로, 배출되는 가축분을 처리하는 동시에 에너지를 절감할 수 있는 효과를 함께 얻을 수 있다.

가스화기(4)에서는, 착화기(8)를 이용하여 착화하며 가스화기(4) 내 뜨거운 영역을 형성하여 상기 가축분을 부분연소시켜 가연성가스를 발생시킨다. 가스화기(4)에서 부분연소 및 가스화과정을 거쳐 생성되는 회재는 회재배출구(9)를 통하여 외부로 배출된다. 가스화기(4)에서 생성된 가연성가스는 연소로(10)로 보내어진다.

연소로(10)에서는, 가스화기(4)에서 발생한 가스가 연소되어 뜨거운 연소배가스가를 생성된다. 연소로(10)에서 연소에 필요한 공기는 제2 F.D.Fan(12)을 통하여 공급된다. 연소로(10)내에서 LPG를 원료로 하는 착화버너(13)를 우선 가동한다. 연소로(10) 내 온도는 제1 온도제어부(19)를 통하여 계측한다. 연소로(10)에서 발생한 뜨거운 연소배가스는 후단의 관류보일러(20) 및 감온실(50)의 열원으로 사용하기 때문에 필요한 열량을 공급하기 위하여 제1 온도제어부(19)에서 계측되는 연소배가스 온도를 사전에 설정한다. 가연성가스 열량이 부족하면 LPG를 연소로(10)에 공급하며, 연소로(10)에 공급하는 LPG량은 제1 온도제어부(19)에 설정된 온도에 따라 제1 온도제어부(19)와 LPG공급라인 상의 비례제어밸브(18)가 연동되어 필요한 LPG량을 조절하여 공급한다. 제2 F.D.Fan(12)으로부터 공급하는 연소공기는 댐퍼(15)를 통하여 필요한 공기량이 조절되어 디퓨저(11)와 윈드박스(14)에 공급된다. 연소장치의 안전성을 제고하기 위하여 방폭구(16)와 비상댐퍼(17)를 설치한다. 연소로(10)에서 생성된 뜨거운 연소배가스는 관류보일러(20)로 공급된다.

관류보일러(20)는, 스팀코일(22)내 순환수를 과열 증기로 변환시키는 역할을 한다.

스팀코일(22)은, 급수탱크(30)로부터 보일러급수펌프(31)를 통하여 물을 공급받는다. 운전상의 편의를 위하여 바이패스라인을 설치하였다. 초기에 스팀코일(22)내 물을 일정수위로 유지하기 위하여 보충수탱크(33)를 설치하였다. 스팀코일(22)내 물은 순환수탱크(34)와 순환펌프(35)에 의하여 순환된다. 물이 역류하는 것을 방지하기 위하여 체크밸브를 요소요소에 설치하였다. 스팀코일(22) 내 물의 온도가 60℃도에 이르면 순환펌프(35)가 가동되어스팀코일(22)과 순환수탱크(34) 사이로 물을 순환시킨다. 물의 온도가 100℃에 도달하면 제2 온도제어부(38)와 순환펌프(35), 솔레노이드밸브(36), 솔레노이드밸브(37)가 연계되어 순환펌프(35)의 작동이 중지되어, 스팀코일(22)로부터 순환수가 순환수탱크(34)로 가는 라인상에 있는 솔레노이드밸브(36)가 닫혀지고, 스팀이 건조기(70)로 가는 라인상에 있는 솔레노이드밸브(37)가 열리게 되어 스팀코일(22)에서 발생한 포화 증기가 이 라인을 통하여 건조기(70) 방향으로 흐르게 된다.

순환수흐름이 멈추고 스팀코일(22)로부터 물이 스팀으로 전환됨에 따라 스팀코일(22) 내 수위는 낮아지게 되고, 스팀의 온도는 상승하게 된다. 제3 온도제어부(39)와 비례제어밸브(32)가를 연동하여 스팀코일(22) 내 스팀온도와 수위를 연동하여 제어한다. 스팀온도가 계속 증가하여 설정한 온도에 도달하면 과열증기가 건조기(70)로 이송되고, 비례제어밸브(32)와 온도계(콘트롤)(39)에 설정된 온도값에 의하여 과열증기의 온도가 일정하게 유지된다.

연소로(10)에서 공급된 뜨거운 연소배가스는 과열증기를 생산하는데 열량이 소모되어 온도가 저하된다. 따라서, 감온실(50)에서 폐수(가축뇨)를 고온으로 처리하기 위하여 연소배가스의 온도를 일정 수준으로 유지할 필요가 있다. 관류보일러(20)에서 감온실(50)로 연결되는 덕트에 제4 온도제어부(27)를 설치하고, 이를 관류보일러(20) 상부에 설치한 보조버너(23)와 연계하여 운전한다. 즉 연소배가스 온도가 설정 온도 이하로 떨어지면 보조버너(23)를 가동하여 제4 온도제어부(27)에 설정된 온도를 일정하게 유지한다. 관류보일러(20)를 안전하게 운전하기 위하여 관류보일러(20) 상부에 비상댐퍼(25)를 설치하였으며 만약의 사고에 의하여 가스폭발이 생길 경우 급격히 팽창한 가스를 외부로 배출하기 위하여 감온실(50)상부로 연결된 덕트 끝에 방폭구(26)를 설치하였다. 정비 목적으로 관류보일러(20) 하부에 맨홀(21)을 설치하였다.

보조버너(23)에 의하여 가열된 연소배가스는 감온실(50) 상부로부터 하부로 흐르게 된다.

처리하여야 할 가축뇨는 폐수저장탱크(51)에 저장된다. 가축뇨는 알정한 압력으로 노즐(56)을 통하여 감온실(50) 내로 미립화하여 상부에서 하부방향으로 분사된다. 고온의 연소배가스에 의하여 가축뇨 내 유기성성분이 분해되어 무해화되어 수증기와 함께 이부로 배출된다. 폐수저장탱크(51)로부터 가축뇨는 폐수펌프(53)에 의하여 가압되어 가압탱크(52)로 이송된다.

노즐(56)로 이송되는 가축뇨의 유량은 폐수저장탱크(51)에서 가압탱크(52)로 이송되는 유량과 가압탱크(52)에서 폐수저장탱크(51)로 이송되는 가는 유량의 차이 만큼이다.

노즐(56)로부터 분사되는 가축뇨의 압력은, 압력조절밸브(54)에 설정된 설정압에 의하여 결정된다. 압력탱크(52)로부터 노즐로 가는 관로에 정비 편의상 바이패스 라인을 설치하였다.

노즐(56)에서 분사되는 가축뇨의 유량은, 감온실(50) 출구에 설치되어 있는 제5 온도제어부(58)와 연계되어있는 비례제어밸브(55)에 의하여 결정된다.

감온실(50)에서 발생하는 가스 및 수증기는 I.D.Fan(61)을 통하여 굴뚝(62)으로 최종적으로 외부로 배출되며, I.D.Fan(61) 전단에 댐퍼(60)가 설치되어 있다. 연소효율을 높이기 위하여 연소로(10) 내 로압을 적정하게 유지하여야 하며, I.D.Fan(61)은 일정하게 가동하기 때문에 댐퍼(60) 괘도를 조절하는 방법으로 연소로(10)내 로압을 조절한다.

가축분뇨 처리를 위한 가축분뇨 처리장치는 다음과 같이 운전된다.

보충수탱크(33)와 순환수탱크(34)에 급수를 하고 호파(1)에 건조된 가축분을 투여한다. 가축뇨를 폐수저장탱크(51)에 주입하고 폐수펌프(53)를 가동하여 가축뇨가 폐수저장탱크(51)와 가압탱크(52) 사이를 순환하도록 한다. 스크류피더(3)를 가동하여 가스화기(4)에 가축분을 장입한다. I.D.Fan(61)과 F.D.Fan(12)을 가동하여 연소로(10)와 가스화기(4) 내 적정 압력을 유지한다. LPG가스 밸브를 열고 연소로(10)내 착화버너(13)로 착화한다. F.D.Fan(5)을 가동하고 점화기(8)를 점화하여 가스화기(4)를 가동한다. 연소로내 온도를 계측, 제어하는 제1 온도제어부(19)와 LPG공급량을 제어하는 비례제어밸브(18)가 연동되어 연소로 내 적정 온도가 유지된다. 스팀코일(22)내 순환수 온도가 60℃에 도달하면 순환펌프(35)가 가동된다. 순환수 온도가 100℃에 도달하면 순환수펌프(35)의 가동이 중단되고, 솔레노이드밸브(36)가 닫히고, 솔레노이드밸브(37)가 개방되어, 스팀이 건조기(70) 방향으로 흐르게 하며 보일러급수펌프(31)가 를 가동된다. 스팀온도를 계측하는 제3 온도제어부(39)와 비례제어밸브(32)를 연동되어, 스팀코일(22)에서 발생된 증기의 온도가 설정된 증기 온도에 도달되어 유지되도록 한다. 감온실(50)에 들어가는 입구온도를 제어 계측하는 제4 온도제어부(27)의 온도가 설정된 온도에 도달하도록 보조버너(23)가 가동된다. 제4 온도제어부(27)의 온도가 설정온도에 도달하면 노즐(56)을 통하여 감온실(50)내로 가축뇨가 분사된다. 감온실(50) 출구온도를 계측하는 제5 온도제어부(58)에 따라 비례제어밸브(55)가 작동되어 가축뇨의 분무량이 조절된다.

1: 호파 2: 모타 및 감속기
3: 스크류 피더 4: 가스화기
5: 제1 F.D. Fan 6: 댐퍼
7: 공기공급구 8: 점화기
9: 화재배출구 10: 연소로
11: 디퓨저 12: 제2 F.D. Fan
13: 착화버너 14: Windbox
15: 댐퍼 16: 방폭구
17: 비상 댐퍼 18: 비례제어 밸브
19: 제1 온도제어부 20: 관류 보일러
21: 맨홀 22: 스팀코일
23: 보조버너 24: 투시구
25: 비상댐퍼 26: 방폭구
27: 제4 온도제어부 30: 급수탱크
31: 보일러 급수펌프 32: 비례제어 밸브
33: 보충수 탱크 34: 순환수 탱크
35: 순환 펌프 36: 솔레노이드 밸브
37: 솔레노이드 밸브 38: 제2 온도제어부
39: 제3 온도제어부 40: 안전변
50: 감온실 51: 폐수저장탱크
52: 가압탱크 53: 폐수펌프
54: 압력조절 밸브 55: 비례제어 밸브
56: 노즐 57: 맨홀
58: 제5 온도제어부 60: 댐퍼
61: I.D. Fan 62: 굴뚝
70: 건조기

Claims

가축분을 건조시키는 건조기(70);
상기 건조기(70)에서 건조된 가축분을 이용하여 가연성 가스를 발생시키는 가스화기(4);
상기 가스화기(4)로부터 발생된 가연성가스를 연소하여 연소배가스를 발생시키는 연소로(10); 및
상기 연소배가스를 이용하여 스팀코일(22) 내 순환수를 과열증기로 변환시키는 관류보일러(20);
를 포함하여 구성되어지되,
상기 스팀코일(22)은 상기 관류보일러(20) 내에 설치되어지고,
상기 증기에 의해 상기 건조기(70) 내의 상기 가축분이 건조되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 가스화기(4)에 연결되어 상기 가스화기(4)에 공급되는 공기를 발생시키는 제1 F.D.팬(5); 및
상기 F.D.팬(5)에서 발생된 공기를 상기 가스화기(4)에 공급하는 댐퍼(6);를 더 포함하여 구성되어지되,
상기 공기는 상기 가축분의 유기성 성분을 연소하는데 필요한 이론 공기량보다 적은 량으로 공급되어지는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 연소로(10)에 연결되어 있는 LPG 공급관(LPG);
상기 연소로(10)에 연결되어 연소로(10)내 연소배가스 온도를 설정된 온도로 제어하기 위한 제1 온도제어부(19); 및
상기 제1 온도제어부(19)와 연동하고 상기 LPG탱크(LPG)로부터 상기 연소로(10)로 LPG를 공급하는 공급관에 설치된 비례제어밸브(18);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 스팀코일(22) 내의 물이 순환되도록 상기 스팀코일(22)과 연결되어 있는 순환수탱크(34);
상기 스팀코일(22)과 상기 순환수탱크(34) 사이의 물을 순환시키는 순환펌프(35);
상기 스팀코일(22)내의 물의 온도에 따라 순환펌프(36)의 작동을 제어하는 제2 온도제어부(38);
상기 제2 온도제어부(38) 및 상기 순환펌프(35)와 연계되어 상기 스팀코일(22) 내에 발생된 증기의 흐름을 조절하는 제1, 제2 솔레노이드 밸브(36, 37);
상기 스팀코일(22) 내 발생된 증기의 온도를 제어하는 제3 온도제어부(39); 및
상기 제3 온도제어부(39)와 연동하여 스팀코일(22) 내 스팀압력과 수위를 제어하는 비례제어밸브(32);
를 더 포함하도록 구성되어지되,
상기 제1 솔레노이드밸브(36)는 상기 스팀코일(22)로부터 상기 순환수탱크(34)로 이어진 라인상에 설치되고,
상기 제2 솔레노이드밸브(37)는 상기 스팀코일(22)로부터 상기 건조기(70)로 가는 라인상에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제4항에 있어서,
상기 스팀코일(22) 내의 물의 온도가 50℃~70℃에 이르면 상기 순환펌프(35)가 가동하여 상기 스팀코일(22)과 상기 순환수탱크(34) 사이의 물을 순환시키고,
상기 스팀코일(22) 내의 물의 온도가 100℃에 도달하면 상기 제2 온도제어부(38), 상기 순환펌프(35), 상기 제1 솔레노이드 밸브(36) 및 상기 제2 솔레노이드 밸브(37)가 연계되어, 상기 순환펌프(35) 작동이 중지되고 상기 제1 솔레노이드밸브(36)가 닫혀지며 발생한 스팀이 제2 솔레노이드 밸브(37)가 열리게되어 상기 스팀코일(22)에서 발생한 증기가 상기 건조기(70)로 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 증기의 변환을 위해 열량이 소모되어 온도가 저하된 상기 연소배가스를 가열하여 온도를 높이는 보조버너(23);
상기 보조버너(23)와 연계하여 상기 연소배가스의 온도를 일정하게 유지하는 제4 온도 제어부(27); 및
상기 관류보일러(20)에 덕트를 통해 연결되는 감온실(50);
을 더 포함하도록 구성되어지되,
상기 제4 온도 제어부(27)는 상기 덕트에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제6항에 있어서,
상기 관류보일러(20)의 상부에 설치된 비상댐퍼(25); 및
상기 감온실(50) 상부에 연결된 덕트 끝에 설치된 방폭구(26);
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제6항에 있어서,
상기 감온실(50) 내에 설치된 노즐(56)을 더 포함하도록 구성되어지되,
상기 노즐(56)을 통해 가축뇨가 미립화하여 상부에서 하부 방향으로 상기 감온실(50)내로 분사되도록 설치되어지고,
상기 연소배가스는 상기 감온실(50)의 상부로부터 하부로 흐르는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
제6항에 있어서,
상기 가축뇨가 저장되는 폐수저장탱크(51);
상기 폐수저장탱크(51)에 연결되어 가압탱크(52)로 상기 가축뇨를 이송하는 폐수펌프(53);
상기 가압탱크(52)와 상기 폐수저장탱크(51)에 연결되어 상기 노즐(56)로부터 분사되는 가축뇨의 압력을 조절하는 압력조절밸브(54);
상기 감온실(50) 출구에 설치되어 있는 제5 온도 제어부(58); 및
상기 제5 온도 제어부(58)와 연계되는 비례제어밸브(55);
를 더 포함하도록 구성되어지되,
상기 압력조절밸브(54)에 설정된 압력에 의하여 상기 노즐(56)에서 분사되는 가축뇨의 압력이 결정되어지고,
상기 비례제어밸브(55)에 의해 상기 노즐(56)로부터 분사되는 가축뇨의 유량이 결정되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리장치.
가축분을 증기를 이용하여 건조시키는 가축분 건조단계(S1);
상기 건조된 가축분을 부분연소시켜 가연성가스를 발생시키는 가연성 가스 발생단계(S2);
상기 가연성가스를 연소하여 뜨거운 연소배가스를 생성하는 연소배가스 생성단계(S3); 및
상기 뜨거운 연소배가스를 이용하여 물을 증기로 변환시키는 물의 증기 변환단계(S4);
를 포함하며,
상기 가축분은 상기 증기의 열을 이용하여 건조되는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리방법.
제8항에 있어서,
상기 물의 증기 변환단계(S4) 후에 온도가 저감된 연소배가스를 재가열하는 단계(S5); 및
상기 재가열된 연소배가스를 이용하여 가축뇨의 유기성분을 분해시키는 단계(S6);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기와 관류보일러를 이용한 가축분뇨 처리방법.