KR0170044B1 - 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적 방지방법 - Google Patents

분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적 방지방법 Download PDF

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미요시 순키치
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Abstract

저장조로부터 저장액을 빼내기 위한 순환펌프와, 순환펌프로부터 배출된 저장액을 저장조의 바닥으로 인도하기 위한, 저장조의 내부에 수직으로 세워진 도액관과, 저장액을 도액관으로부터 저장조의 반경방향으로 향하여 분출하는 하나 또는 그 이상의 노즐과, 그리고 도액관을 저장조의 중앙의 축을 중심으로 회전하기 위한 회전수단을 구비한, 분석탄과, 물의 혼합액 저장조를 마련하는 단계와 : 노즐을 단면적을 A(㎡)로 하고 노즐 1개당 저장액의 유량을 Q(㎥/h)로 했을 때, 식 r≤Q/(140×A0.5)를 사용하여 노즐 중 1개의 교반대의 폭 r(m)를 결정하는 단계와 : 상기 교반대의 폭에 따라 각 노즐의 배치를 결정하는 단계와 : 그리고 상기 도액관을 회전하면서 저장조의 반경방향으로 상기 하나 또는 그 이상의 노즐로부터 저장액을 분사하는 단계를 구비한, 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법이 개시된다.

Description

분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적 방지방법
제1도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실시예 1의 도면.
제2도는 본 발명 실시예 1의 분류(噴流:jet flow)의 동작을 나타내는 도면이고,
제3도는 본 발명 노즐의 교반의 동작을 나타내는 도면이고,
제4도는 본 발명 실시예 1의 퇴적량과 유속 사이의 관계를 나타내는 플롯도이고,
제5도는 본 발명 실시예 1의 퇴적량의 추이를 나타내는 그래프이고,
제6도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실시예 2의 도면이고,
제7도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실시예 3의 도면이고,
제8도는 종래 장치의 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 저장조 2 : 저장액
3 : 측벽 4 : 조바닥
5 : 천정 6 : 배출구
7 : 배출관 8∼10 : 제어밸브
11 : 순환펌프 12 : 급액관(給液菅)
13 : 회전조인트 14 : 회전장치
15 : 모터 16 : 도액관(導液菅)
17 : 도액관의 축부(軸部) 18 : 도액관의 팔부
19 : 도액관의 다리부 21∼24 : 노즐
26 : 연결축 27 : 축받이
28 : 팔부(arm part) C : 순환회로
R : 저장조(1)의 반경 r : 대역폭(帶域輻)
s : 슬러지(sludge) PA : 퇴적방지장치
V1∼V4 : 교반대 Z-Z : 조축(槽軸)
본 발명은 CWM 저장조 바닥에 분말석탄의 슬러지가 퇴적하는 것을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
CWM을 저장조(貯槽)에 저장하면 비중 차이에 의해 석탄입자가 침강하여 종국적으로 조바닥에 슬러지의 퇴적층이 생기게 된다. 본 명세서에서 CWM은 분석탄과 물의 혼합에 의해 만들어진 액체(coal water mixture)를 의미한다.
슬러지의 침강은 시간의 경과에 따라 진행하며 성분비율이 액심(液深)에 따라 불균일하게 되어 조바닥에 슬러지가 퇴적한다. 침강하여 퇴적한 슬러지가 괴상화(槐狀化)하면 배관이 막히는 것뿐만 아니라, 괴상화가 전면에 미쳐 적층되면 저장조의 유효저장량도 감소한다. 또 저장조 개방점검시의 대규모의 청소작업이 필요하여 보전비가 방대하게 되는 등의 여러가지 악영향을 미친다.
실제의 CWM 저장조에 있어서, 1년간의 저장기간에 1∼2m의 슬러지가 퇴적한 예도 있다.
대표적인 CWM의 물리적 성질을 나타내면 다음과 같다.
슬러지 퇴적을 방지하기 위한 종래 장치로서, 일본국 실개평 1-100795호 공보기재의 슬러지 등의 퇴적방지 장치가 있다. 이 발명 장치의 구성을 제8도에 도시한다.
제8도에 있어서, 1은 저장조, 2는 저장액(貯液), 3은 측벽, 4는 조바닥, 7은 배출관, 9는 밸브, 10은 회전조인트, 11은 순환펌프, 12는 급액관이다. 또 19는 다리부(leg part), 21∼24는 노즐을 구성하는 분출관(jet pipe), 31은 급액분기관, 32는 레일, 33은 주행장치, S는 슬러지이다.
레일(32)은 저장조(1)의 지붕밑에 원형으로 설치되고, 구동원을 구비한 주행장치(33)가 계합되어 매달려 있다. 레일(32)에는 지붕밑 부근에 수평으로 뻗은 급액분기관(31)과, 이 급액분기관(31)으로부터 수직으로 분기되어 하단에 노즐(21∼24)을 설치한 2개의 다리부(19)가 레일(32)에 유지되어 있다.
이와 같은 구성의 종래 장치의 순환펌프(11)로 저장액(2)을 보내면서 주행장치(33)를 주행시키면, 다리부(19)는 좌우의 노즐(21∼24)로부터 저장액(2)을 분출하면서 저장조(1)의 중심축 둘레를 선회한다. 그러면 노즐(21∼24)로부터 분출한 저장액(2)이 저장조(1)의 조바닥(4) 위에 퇴적하고자 하는 슬러지 등(S)을 교반하여 그 퇴적을 방지한다.
제8도에 도시한 종래 장치에서는 노즐로부터 분출하는 저장액의 분류(噴流:jet flow)의 기술적인 해명에 특별한 배려가 되어 있지 않았다. 이 때문에 저장액의 분류에 따른 교반이 불충분하여, 분류를 유효하게 이용하여 효과적으로 슬러지의 퇴적을 방지할 수 가 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 노즐의 분출조건을 나타내는 실험식으로부터 이끌어진 저장액의 순환분류에 의한 교반대(stirring zone)를 형성하여 효과적으로 슬러지의 퇴적을 방지하는 CWM 저장조의 슬러지 퇴적방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
저장조로부터 저장액을 빼내기 위한 순환펌프와, 순환펌프로부터 배출된 저장액을 저장조의 바닥으로 인도하기 위한, 저장조의 내부에 수직으로 세워진 도액관과, 저장액을 도액관으로부터 저장조의 반경방향으로 향하여 분출하는 하나 또는 그 이상의 노즐과, 그리고 도액관을 저장조의 중앙의 축을 중심으로 회전하기 위한 회전수단을 구비한, 분석탄과 물의 혼합액 저장조를 마련하는 단계와 :
노즐을 단면적을 A(㎡)로 하고 노즐 1개당 저장액의 유량을 Q(㎥/h)로 했을 때, 식 r≤Q/(140×A0.5)를 사용하여 노즐 중 1개의 교반대의 폭 r(m)을 결정하는 단계와 :
상기 교반대의 폭에 따라 각 노즐의 배치를 결정하는 단계와 : 그리고
상기 도액관을 회전하면서 저장조의 반경방향으로 상기 하나 또는 그 이상의 노즐로부터 저장액을 분사하는 단계를 구비한, 분석탄과 물의 혼합액 저장조에 있어서의 슬러지 퇴적방지 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 CWM 저장조의 슬러지 퇴적방지 방법에 있어서, 펌프에 의해 CWM 저장조로 부터 공급되는 저장액은 도액관을 통해 노즐들로 공급되고, 저장액은 노즐들을 통해 CWM 저장조의 반경방향 내측 혹은 외측을 향해 분사되며, CWM 저장조의 바닥 근방이 상기 분사에 의해 교반됨으로써 슬러지의 퇴적이 방지된다.
동시에, 상기 도액관은 저장조의 중심에 축을 갖는 회전수단에 의해 회전되며 환상 혹은 원형의 교반대들은 교반의 각 노즐을 통해 분류가 행해지는 곳에서 형성된다.
그러나 이 장치의 사전에 설정된 매시간 간격으로 행해지면 족한 것에 유의하여야 한다.
전술한 방법에 의해 슬러지의 퇴적을 유효하게 방지하기 위하여 노즐 1개당 교반대의 폭 r(m)을 아래식을 만족하는 것으로 결정되는데, 여기서 A는 노즐 개구의 단면적(㎡)이고, Q는 1노즐당 저장액의 유량(㎥/h)이다.
또한 상기 1노즐당 교반대의 폭 r(m)은 하기에서 규정된 값(거리)중의 하나로 한다 :
a. 저장조의 반경방향 외측으로 향한 노즐 중 가장 저장조 측벽에 가까운 노즐에 대해서는 당해 노즐에 연통되는 도액관의 다리부로부터 저장조측벽까지의 거리(m).
b. 저장조의 중심축상에 노즐이 없는 경우에 있어서, 저장조의 반경방향 안쪽으로 향한 노즐 중, 가장 중심축에 가까운 노즐에 대하여는 당해 노즐에 연통하는 도액관의 다리부로부터 저장조중심축까지의거리[m].
c. 궤도반경이 다른 복수개의 도액관의 다리부가 있는 경우, 서로 인접하는 궤도를 가진 도액관의 다리부에 연통하며, 서로 대항하여 궤도간을 교반하는 노즐에 대하여는 당해 인접하는 도액관의 다리부의 궤도간 거리의 1/2[m].
또 (1)식은 본 발명자에 의하여 아래와 같은 과정에 의해 유도된 것이다.
저장액을 노즐로부터 분출시킨 경우에, 노즐개구부에서의 유속 UO[m/s]와, 노즐로부터 분류축상에서 거리(X[m])떨어진 지점에서의 유속(Um[m/s]과의 관계는 아래 (2)식에서 근사할수가 있다.
여기서, K는 실험적으로 구하여진 정수(K=0.22)이고 D0는 노즐개구부의 구경 [m]이다.
한편, 슬러지의 퇴적을 효과적으로 방지하기 위하여는 0.2[m/s] 이상의 유속(Um)이 필요하다는 것이 실험에 의하여 판명되었다.
제4도에 실험용의 저장조를 사용하여 측정한 퇴적량과 유속의 관계를 나타낸다.
이 실험에서는 노즐의 직경을 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm의 5종류로 변화시켰다. 횡축이 유속(Um)이고, 종축이 2주간 후의 퇴적증가량(mm)이다. CWM의 분출은 각 구경 모두 아래와 같은 동일한 동작조건에서 행하였다.
운전간격 : 1회/1일 운전
운전시간 : 30분/1회
제4도에서 노즐지름의 변화에 불구하고, 유속이 0.2m/s 이상에서 퇴적증가량이 감소하여 수렴하는 경향이 나타나 있다.
따라서 효과적인 교반이 행하여지는 범위를 노즐에서 거리(X)에 의해 나타내면,
(3)식을 노즐에서의 거리(X)에 대하여 정리하면,
(4)식의 각 요소에
을 대입하여 소수점 이하를 잘라버리면,
가 얻어진다.
(5)식에 있어서 노즐로부터의 거리(X)는 CWM 저장조에 있어서 선회하는 노즐 1개에 의하여 교반이 효과적으로 행하여지는 교반대(r)에 상당한다.
[실시예]
[실시예 1]
제1도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실시예 1의 구성 설명도이다. 본 장치의 기본 구성은 상술의 종래 장치와 유사하나, 일부분에 다른 명칭을 사용하고 있고 일부구성도 다르므로 이하 좀더 상세히 설명한다.
제1도에 있어서 1은 저장조, 2는 CWM의 저장액이다. 저장조(1)에는 도시한 액면에 달하는 투입량의 저장액(2)의 괴어있다. 3은 저장조(1)에 있어서의 원통상의 측벽, 4는 조바닥, 5는 천정이다. R은 저장조(1)의 반경, S는 조바닥에 침강하는 분석탄으로 된 슬러지이다. 또 제1도의 실시에 1에서는 반경(R)이 10m로서 용량이 5000㎥의 저장조(1)가 예시되어 있다.
6은 측벽(3)의 아래 부분에 설치한 배출구, 7은 배출관, 8∼10은 제어밸브, 11은 순환펌프, 12는 급액관이다. 급액관(12)은 제어밸브(9)를 통하여 순환펌프(11)의 출구측에 접속되어 있다. 13은 천정(5)의 위쪽에 배치된 회전 조인트, 14는 회전장치, 15는 모터이다. 회전조인트(13)의 고정쪽에는 도입되는 저장액(2)이 누설하지 않도록 급액관(12)의 일단이 기밀하게 연결되어 있다. 모터(15)는 회전장치(14)를 구동한다.
16은 저장조(1) 내에 설치한 도액관으로서, 회전조인트(13)에 접속되어 있다. 도액관(16)은 저장조(1)의 중심축(Z-Z)상에 배치된 축부(17)와, 조바닥(4)에 가까운 축부(17)의 도중으로부터 반경(R) 방향으로 약간 경사져 연장된 팔부(18)와, 팔부(18)의 선단의 다리부(19)로 되어 있다. 실시예 1의 팔부(18)의 길이는 먼저 설명한 실험식(1)으로부터 산출된 교반대폭(r)에 대응하고 있다. 또 다리부(19)는 역 T자 모양의 관체(管體)로 구성되며 양쪽의 노즐(21,22)이 반경방향으로 개구하고 있다.
26은 축부(17)의 하단의 연결축, 27은 조바닥(4)에 부착된 축받이이다. 도액관(16)은 그 상하가 각각 회전조인트(13)와 축받이(27)에 지지되어 조축(Z-Z)을 중심으로 회전한다. 이 도액관(16)으로된 내부회로와 상기 배출관(7) 및 급액관(12)의 외부 회로에 의해 순환펌프(11)로 저장액(2)을 저장조(1) 내로 환류시키는 순환회로(C)가 형성된다. 그리고 후술하는 노즐(21)과 (22)로부터의 저장액(2) 분류의 교반동작에 있어서 형성되는 교반대를 이용하여 조바닥에 있어서의 슬러지의 퇴적을 방지하는 퇴적방지영역(PA)이 형성된다.
상술과 같은 구성의 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치의 실시예 1의 동작을 제2도와 제3도를 병용하여 다음에 설명한다.
미리 저장조(1)의 조 내에는 제1도에 도시하는 것과 같이, 일정량의 저장액(2)이 고여 있는 것으로 가정한다.
퇴적방지영역(PA)에서 교반작용이 시작되면, 제어밸브(8∼10) 중 제어밸브(8)와 (9)가 개방된다. 그리고 순환펌프(11)가 구동되어 저장액(2)을 순환시키기 위한 순환회로(C)가 연통된다. 순환펌프(11)의 구동으로 저장조(1)의 조바닥의 저장액(2)이 배출구(6)로부터 나오고, 제어밸브(9)를 통하여 급액관(12)으로부터 위쪽으로 퍼 올려진다.
퍼 올려진 저장액(2)은 저장조(1)의 천정(5)의 위쪽의 중심부에 공급되어 회전조인트(13)를 거쳐 도액관(16)내로 보내진다. 또 도액관(16)에 보내진 저장액(2)은 팔부(18) 및 다리부(19)를 거쳐 좌우의 노즐(21)과 (22)로부터 저장조(1)의 조바닥 내의 반경(R)을 따라 원심방향과 구심방향으로 분출된다.
한편, 상술의 펌프(11)의 구동과 동시에 모터(15)도 통전(通電)되어 도액관(16)이 조축(Z-Z)을 중심으로 제2도의 기준위치(X0)로부터, 예를 들면 화살표와 같이 반시계방향으로 회전을 개시한다. 팔부(18)를 통하여 도액관(16)과 일체로 구성된 다리부(19)는 반경(r)의 원형궤적을 따라 소정의 소도로 선회한다. 그리고 다리부(19)가 그리는 원형궤도를 중심으로 하여 사선으로 나타내는 것과 같은 노즐(21), (22)로부터 분출하는 분류의 유효길이에 따른 폭(r)의 2개의 교반대(V1)(V2)가 형성된다.
2개의 교반대(V1)와 (V2)는 각각 환상(環狀)과 원상(圓狀)으로 형성되어 도액관(16)의 회전에 따라 저장조(1)의 조바닥(4)에 근접하여 전면을 덮도록 되어 있다. 이 결과 조바닥(4) 위의 교반대(V1), (V2) 내에서 침강하여 퇴적을 시작한 분석탄이 순환회로(C)와 연통하는 슬러지 퇴적방지영역(PA)내에서 노즐들로부터의 분류로 교반됨으로써 슬러지(S)의 퇴적을 적절한 2개의 반대방향의 분류에 의하여 손실 없이 효과적으로 방지된다.
덧붙여 상기 (1)식을 제1도에 도시된 구조의 저장조(1)를 대상으로 하여 산출한 결과는 다음과 같다.
노즐(21)(22)과 슬러지 퇴적방지영역(PA)내의 교반대의 사양은 다음과 같다.
제5도는 실측 퇴적량(mm)의 추이를 나타내는 그래프이다.
이 도면은 실시예 1의 저장조(1)에 있어서 약 300일(횡축)간의 슬러지(S)의 퇴적량의 실측치를 보여준다. 퇴적량은 천정(5)의 9개소에 설치한 검척 노즐(儉斥)에서 추(錘)를 부착한 테이프를 매달아 초기값과의 차이를 계측하였다. 제5도의 그래프에서 도시하는 것과 같이 9개소의 평균퇴적량은 300일의 기간에 40mm 정도로서, 매우 적은 값을 나타내고 있는 것이 확인되었다.
[실시예 2,3]
제6도와 제7도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실시예 2와 3의 구성설명도이다.
양 실시예의 저장조(1)는 실시예 1보다 다같이 큰 것으로서 반경과 용량이 각각 18m, 24m와 24000㎥, 50000㎥의 경우가 도시되어 있다.
이 2개의 실시예 2, 3에서는 저장조(1)의 크기에 대응하여 도액관(16)의 팔부(18)가 실시예 1보다 길게 만들어져 측벽(3)쪽으로 연장되어 있다.
또 제6도에 도시된 실시예 2의 연결축(26)은 극단으로 짧게 형성되고, 도액관(16)의 하단에 노즐(23)을 설치한 L자형의 분출관이 형성되어 있다. 노즐(23)은 노즐(21)(22)과 반대쪽으로 개구되어 있다. 한편, 제7도에 도시한 실시예 3에서는 팔부(18)에 유사하게 분기된 다른 짧은 팔부(28)가 설치되어 있다. 짧은 팔부(28)는 팔부(18)와 반대방향의 반경(R)선상에 배치되며, 다리부(19)에 노즐(23)(24)을 설치한 역 T자모양의 분출관이 연결되어 있다.
실시예 2, 3의 경우도 상기 실험식(1)으로부터 산출된 폭(r)이 함께 6m로 선정되어 있다. 그리고 양 실시예 2와 3에서는 이 폭(r=6m)으로 도시되어 있지는 않으나 각각 3조(組)의 교반대(V1∼V3)와 4조의 교반대(V1∼V4)가 조바닥(4)의 전면을 덮어 슬러지(S)가 퇴적을 효율 좋게 방지하는 것으로 된다.
또, 상술의 실시예 2와 3에서는 증가한 노즐을 반대쪽의 반경 상에 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 모든 노즐을 동일 반경 상으로 배치할 수도 있다. 또 분출관이 역 T자관과 L자관인 것을 나타내었으나 수평면에서 S자모양으로 굴곡시킨 분출관을 사용하여도 되고, 팔부의 형상이나 퇴적방지 장치의 구성부재의 배치위치 등도 반드시 실시예에 한정되는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 방법에 따라, 노즐에 의해 교반된 교반대의 폭이 전술한 실험식에 의해 얻어지며, 이 얻어진 교반대폭에 기초하여 노즐의 배열이 결정된다. 저장조 바닥에 퇴적되기 시작하는 슬러지는 노즐들을 통해 나오는 분류에 의해 효과적으로 교반되어 저장액 내에 부유로써 CWM저장조 내의 슬러지의 퇴적이 확실하게 방지될 수 있다.

Claims (5)

  1. 저장조(1)로부터 저장액(2)을 빼내기 위한 순환펌프(11)와, 순환펌프(11)로부터 배출된 저장액(2)을 조바닥(4)으로 인도하기 위한, 저장조(1)의 내부에 수직으로 세워진 도액관(16)과, 저장액(2)을 도액관(16)으로부터 저장조(1)의 반경방향으로 향하여 분출하는 하나 또는 그 이상의 노즐(21,22,23,24)과, 그리고 도액관(16)을 저장조(1)의 중앙의 축을 중심으로 회전하기 위한 회전수단(14)을 구비한, 분석탄과, 물의 혼합액 저장조를 마련하는 단계와 ; 노즐을 단면적을 A(㎡)로 하고 노즐 1개당 저장액의 유량을 Q(m3/h)로 했을 때, 식 r≤Q/(140×A0.5)를 사용하여 노즐 중 1개의 교반대의 폭 r(m)를 결정하는 단계와 ; 상기 교반대의 폭에 따라 각 노즐의 배치를 결정하는 단계와 ; 그리고 상기 도액관(16)을 회전시키면서 저장조(1)의 반경방향으로 상기 하나 또는 그 이상의 노즐로부터 저장액(2)을 분사하는 단계를 구비한, 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장액(2)은 상기 각 노즐들의 교반대 폭들로 상기 저장조(1) 반경의 전체 길이를 커버하도록 배열된 상기 하나 또는 그 이상의 노즐(21,22,23,24)로부터 분류되는 것을 특징으로 하는 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저장액(2)은 상기 도액관(16)으로부터 분기된 팔부(arm part)(18)의 선단에 배치된 노즐(21,22,23,24)로부터 상기 저장조(1)의 측벽(3)을 향해 분류되는 것을 특징으로 하는 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 저장액(2)은 상기 도액관(16)으로부터 분기된 팔부(18)의 선단에 배치된 노즐(21,22,23,24)로부터 상기 저장조(1)의 중심을 향해 분류되는 것을 특징으로 하는 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 저장액(2)은 상기 저장조(1)의 중앙에 수직으로 세워진 상기 도액관(16)의 하부에 위치한 노즐로부터 반경방향으로 분류되는 것을 특징으로 하는 분석탄과 물의 혼합액 저장조의 슬러지 퇴적방지방법.
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