KR100457377B1

KR100457377B1 - 석탄회의 자연낙하에 따른 미연탄소 분리 회수방법

Info

Publication number: KR100457377B1
Application number: KR10-2001-0073912A
Authority: KR
Inventors: 배광현; 전호석; 손정수
Original assignee: 코리아에프에이산기 주식회사; 지오콘머테리얼 주식회사; 한국지질자원연구원
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2004-11-16
Also published as: KR20030042975A

Abstract

본 발명은 석탄회의 자연낙하에 따른 미연탄소 분리 회수방법에 관한 것으로서, 자연낙하 공기분급에 의해 석탄회에 포함되어져 있는 미연탄소를 분리시킴에 있어 적절한 회수율을 유지하는 가운데 미연탄소 함유 기준치인 3%LOI 미만을 만족할 수 있는 공기압 수치를 제공함으로서 보다 효과적이면서 대량으로 석탄회의 재활용이 이루어질 수 있도록 하기위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 대량의 석탄회를 공급한 후, 석탄회속에 함유되어져 있는 미연탄소를 분리시키기 위한 공정을 수행함에 있어서: 상기 공급되어진 미연탄소 함유 석탄회를 자연낙하시키는 가운데 다중으로 공기압을 점차 증가시키면서 공급하여 분급된 각 입자들을 회수처리하되, 상기 분급되어진 입자들 중 공기압이 1,500∼2,500mmAq의 범위에서 분급되어진 석탄회를 선택적으로 회수하여 산업원료로 사용토록 함을 특징으로 한다.

Description

석탄회의 자연낙하에 따른 미연탄소 분리 회수방법{REMOVAL OF UNBURNED CARBON FROM FLY ASH BY MULTI AIR CLASSIFIER}

본 발명은 석탄회의 자연낙하에 따른 미연탄소 분리 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지를 얻고 부생되어 폐기되는 석탄회중에 함유되어져 있는 미연탄소를 효과적으로 제거토록 하여 양질의 석탄회를 얻을 수 있도록 하기위한 미연탄소 분리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전소에서 석탄을 원료로 하여 에너지를 얻고 부생되어 폐기되는 석탄회는 해마다 그 양이 증가하여 2005년에는 약 600만톤에 이를 것으로 추산되고 있는데, 이의 처리에 대한 많은 연구가 진행되어지는바 미연탄소가 제거된 석탄회를 콘크리트에 이용함으로서 콘크리트의 성질을 개선함과 동시에 산업부산물을 효율적으로 재활용할 수 있게 된다.

한편, 이와같이 석탄회를 재활용하기 위해서는 미연탄소를 효과적으로 제거하여야 하나, 기존에 제거율로는 산업원료로 다량 사용하기에 미흡하여 석탄회의 경제적 정제처리기술 개발로 환경오염방지는 물론 석탄회 재활용의 자원화에 적극적인 연구가 실용화되어야 하는데, 이미 선진국에서는 석탄회의 약 70% 정도가 산업원료로 활용되어지고 있어 우리나라에서도 점진적인 활용이 요구된다.

그동안 국내의 연구진에 의해 석탄회의 정제처리기술의 진보가 이루어지고 있으나, 국내에서 가동되고 있는 처리시설은 대부분 외국기술의 도입에 그치고 있으며, 최근 한국전력과 일부 대학교에서 연구가 완료된 정전선별법에 의한 정제처리법은 과도한 초기시설투자비 등의 이유로 아직 상용화되지 못하고 있으므로, 보다 경제적인 석탄회의 미연탄소분 회수 기술이 요구된다 할 수 있다.

따라서 본 발명은 보다 경제적이면서 대량으로 석탄회를 회수 처리할 수 있는 미연탄소 회수방법을 제공함으로서 석탄회의 산업원료 재활용을 통해 국가 산업발전에 이바지할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실험예 1에 따른 시료의 석탄회 평균LOI가 8.4%인 경우에서 공기압 변화에 따른 회수율 및 미연탄소 함유율을 표시한 그래프.

도 2는 본 발명의 실험예 2에 따른 시료의 석탄회 평균LOI가 6.8%인 경우에서 공기압 변화에 따른 회수율 및 미연탄소 함유율을 표시한 그래프.

도 3은 본 발명의 실험예 3에 따른 시료의 석탄회 평균LOI가 7.5%인 경우에서 공기압 변화에 따른 회수율 및 미연탄소 함유율을 표시한 그래프.

상기 목적은, 대량의 석탄회를 공급한 후, 석탄회속에 함유되어져 있는 미연탄소를 분리시키기 위한 공정을 수행함에 있어서: 상기 공급되어진 미연탄소 함유석탄회를 자연낙하시키는 가운데 다중으로 공기압을 점차 증가시키면서 공급하여 분급된 각 입자들을 회수처리하되, 상기 분급되어진 입자들 중 공기압이 1,500∼2,500mmAq의 범위에서 분급되어진 석탄회를 선택적으로 회수하여 산업원료로 사용토록 함을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 분리기술을 통해 이룰 수 있게된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

본 발명의 실험을 위해 사용된 시료는 국내 화력발전소에서 발생되는 석탄회 2종류(A,B)와 열병합발전소의 석탄회 1종류(C)로 모두 3지역에서 시료를 각각 500kg을 공급받아 실험전 수분을 제거하기 위하여 건조기 105℃에서 건조후 실험을 수행하였다.

먼저, 상기 시료의 미연탄소분 함량은 KSL 5405에 규정된 강열감량(LOI)을 측정하였으며, 화학조성은 X-레이 형광 및 광물성분 분석기(ICP)로 분석하였는데 그 결과는 하기 [표 1]에 나타내었다.

시료	미연탄소함량(%LOI)	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	MnO	P₂O₅
A	8.4	59.56	31.09	4.79	0.94	0.40	0.34	0.25	1.63	0.04	0.36
B	6.8	62.29	24.47	5.14	3.27	1.09	1.21	0.40	1.31	0.04	0.30
C	7.5	48.95	31.98	4.68	1.27	0.85	4.73	0.58	1.45	0.05	0.31

일반적으로 산업원료로 재활용 가능한 석탄회의 미연탄소 함유량에 있어서, 선진국 권장 기준치는 3.0%LOI인데, 상기 분석결과 화력발전소 시료 A,B의 평균 LOI는 각각 8.4%LOI와 6.8%LOI로 나타나고, 열병합발전소에서 발생된 시료 C는 평균 7.5%LOI가 나타남을 확인할 수 있다. 따라서 각 시료들 모두 기준치인 3%LOI를초과하고 있으므로 산업원료로 재활용하기 위해서는 정제처리가 요구되었다.

한편, 상기 시료의 입도분포를 확인하기 위한 실험으로 입도분급용 체(100메쉬, 325메쉬)를 사용하여 얻은 입단별 분포 및 LOI를 측정하여 하기 [표 2]에 나타내었다.

크기(메쉬)	함량(중량%)	미연탄소(%LOI)
A	+100-100/+325-325	17.611.171.3	33.27.12.5
B	+100-100/+325-325	19.918.861.3	20.34.83.1
C	+100-100/+325-325	18.517.164.4	24.86.62.8

상기와 같이 석탄회 시료의 입도분포 특성을 보면 100메쉬 이상의 입단이 약 17∼21중량% 정도로 분포되어 있었으며, LOI즉, 미연탄소는 주로 큰 입자에 많이 함유하고 있음을 확인할 수 있었다.

그러나 3개지역 모두 325메쉬 이하의 중량비가 61∼71중량% 정도였고, 325메쉬이하의 LOI는 3중량%이하로 사분만으로도 간단히 미연탄소분 제거가 용이할 것으로 사료되지만, 수천톤을 입도분급용 체를 이용해 정제처리하기에는 기술적인 문제와 장비의 능력에 많은 문제가 발생하기 때문에 공기압을 이용한 분급이 요구되게 된다.

또한, 입단별 구성은 대부분 미분으로서 일반 광물을 325메쉬의 미립자로 얻기 위해서는 엄청난 에너지와 많은 파-분쇄 시설이 요구되지만 석탄회의 장점은 미연탄소분만 제거한다면 양질의 산업원료가 될 수 있게된다.

본 실시예에서는 본 출원의 공동출원자중 하나인 코리아에프에이산기주식회사가 기 특허출원하여 등록받은 바 있는 "석탄회 회수장치"(등록번호 10-0216901)를 용량을 대용량(3ton/hr)으로 하여 충북 진천의 지오콘머테리얼(주)에서 전자동화 공정으로 석탄회를 자연낙하시키는 가운데 적절한 공기압을 이용하여 분급토록 하여 실험한 것으로, 본 발명에서 사용되는 분급기는 공기의 초기흡입 상태의 안정성 유지가 가장 필요하며 공기압조건에 따라 입자들의 운동이 서로 다르게 나타나기 때문에 이에 대한 사이클론에서의 공기압 변화를 1,500 , 2,000 , 2,500 , 3,000mmAq로 각각 변화시켜가면서 각 시료에 대한 미연탄소 분리의 영향을 확인한 실험예를 도 1 내지 도 3에 그래프로 나타내었으며 이를 하기에서 살펴보기로 한다.

<실험예 1>

도 1은 석탄회 평균LOI가 8.4%인 A시료를 급광하여 다중자연낙하 공기분급기로 미연탄소분을 제거한 결과이다.

여기서는 분급기의 조분(입자가 비교적 굵은 입자)을 제거하고 2번째 미분싸이클론에 회수된 정제석탄회(상대적으로 가는 입자)의 회수율(중량%) 및 LOI(중량%)를 나타낸 것으로서 공기압 1,500mmAq에서 3,000mmAq까지 공기압을 증가시켜 가면서 나타난 영향으로 볼때 압력이 점차 증가할수록 1번째 조분싸이클론에서 선회하던 입자들이 점차 미분싸이클론으로 이동하여 회수율이 증가되었는데, 공기압이 3,000mmAq 일때의 석탄회 회수율 및 회수된 석탄회의 미연탄소 함유량이 각각 89중량% 및 3.8%LOI로서 회수율은 높으나 미연탄소의 함량이 3%를 넘어 산업원료로 적합치 않게되고, 공기압 2,500mmAq에서는 75중량%의 회수율을 보인반면 미연탄소 함유량은 2.9%LOI로서 기준치인 3% 이하로서 산업원료로 사용함에 바람직한 수치를 나타냄을 확인할 수 있었다.

따라서, 2,500mmAq이하의 공기압이 작용되어질 때 회수된 석탄회의 미연탄소 함유량이 기준치인 3%로 되어지게 되며, 공기압이 저압상태를 이루어 하강되어질 때는 미연탄소 함유량은 상대적으로 더욱 낮아지게 되나 이에 따른 회수율 역시 떨어지게 됨을 알 수 있다.

특히, 공기압을 1,500mmAq 이하로 할 경우 석탄회의 회수율은 50중량% 이하로 낮아지게 되면서 재활용 경제성을 저하시키게 됨으로서, 공기압은 1,500∼ 2,500mmAq 사이의 범위를 유지함이 바람직함을 알 수 있다.

<실험예 2>

도 2는 석탄회 평균LOI가 6.8%인 B시료를 급광하여 다중자연낙하 공기분급기로 미연탄소분을 제거한 결과이다.

상기 결과에서 역시 3,000mmAq에서 미연탄소의 함유량은 3.4%LOI로서 본 발명에서 이루고자 하는 기준치를 초과하게 되고, 2,500mmAq 이하의 공기압이 작용할 때 미연탄소의 함유량이 3.0%LOI로 나타났으며, 1,500mmAq 이하로 공기압이 가해지는 경우에는 석탄회의 회수율이 크게 저하되어짐을 확인할 수 있었다.

<실험예 3>

도 3은 석탄회 평균LOI가 7.5%인 C시료를 급광하여 다중자연낙하 공기분급기로 미연탄소분을 제거한 결과이다.

본 실험예에서의 C시료는 열병합발전소의 석탄회로서, 공기압의 변화에 따른 미연탄소 함유량이 3%LOI 이내에서 별다른 변화가 없었으며, 이에 따른 석탄회의 회수율 역시 별다른 변화가 없는 가운데 다른 시료에 비해 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.

이는 열병합발전소의 소각원료 물질의 차이가 있을 것으로 사료되며 좀더 회수율을 증가시키려면 공기압을 더 높여줄 필요가 있는 것으로 판단된다.

상기 실험을 위해 준비된 분급장치에서는 조분싸이클론 위에 있는 급광구와 함께 공기의 흡입이 동시에 이루어지면서 모터의 회전에 의한 송풍팬의 역할로 입자들은 나선회전을 하게 되는데, 이때, 원료분체들은 1차적으로 흡입되는 공기와 함께 원료를 급광하면 자연낙하하는 공기압의 영향에 따라 미연탄소분 즉, 비교적 굵은 입자들이 하방으로 내려오게 되는데, 이때 작은 입자(미연탄소분이 혼합되지 않은 정제 석탄회)들은 중앙부에 집중될때 2차로 분급할 수 있는 미분 싸이블론에서 다시 공기선회에 의해 분급되어져 중간 크기의 입자는 아래로 2차 선별되어 낙하하게 되고 이보다 아주 작은 초미립자는 3차 초미분장치에 포집되어 입단산물들을 회수하게 된다.

한편, 본 발명의 실험을 위해 3ton/hr 이상의 공장급 규모의 설비시설을 갖춘 상태에서, 석탄회를 회수할 경우의 회수율 및 미연탄소 함유량에 차이를 50kg/hr 정도의 실험실규모에서 얻어진 산물의 결과와 비교해 보았는데, 이를 하기 [표 3]에 나타내었다.

크기(메쉬)	50kg/hr	3ton/hr
크기(메쉬)	회수율(중량%)	LOI함유율(%)	회수율(중량%)	LOI함유율(%)
A	+100-100/+325-325	17.611.171.3	33.27.12.5	16.28.675.2	35.28.42.0
B	+100-100/+325-325	19.918.861.3	20.34.83.1	17.714.268.1	22.65.92.7
C	+100-100/+325-325	18.517.164.4	24.86.62.8	16.212.371.5	26.67.42.5

상기 결과에서 알 수 있듯이 실험실 규모에서 얻어진 산물의 결과보다 상용화시설을 갖추고 시행한 실험결과 괄목할만한 생산성이 증가되었고, 탄소분함량인 LOI의 분석결과에서도 -325메쉬 이하의 산물이 모두 선진국 권장 기준치인 3% 이하로 나타남을 확인할 수 있다.

따라서, 향후 보다 개선되고 진보된 처리기술로 국내에서도 석탄회의 재활용확대 생산을 유도한다고 볼때, 본 발명의 처리방법을 통해 재활용된 석탄회를 시멘트 등의 건설 및 산업원료로 활용할경우 기업의 생산성 증가 및 정제산물의 고품위화에 의한 산업원료 생산 처리기술의 상용화 진보기술을 이룰 수 있게됨을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명의 석탄회 회수방법은, 자연낙하 공기분급에 의해 석탄회에 포함되어져 있는 미연탄소를 분리시킴에 있어 적절한 회수율을 유지하는 가운데 미연탄소 함유 기준치인 3%LOI 미만을 만족할 수 있는 공기압 수치를 제공함으로서 보다 효과적이면서 대량으로 석탄회의 재활용이 이루어지는 효과를 나타낼 수 있게된다.

Claims

에너지를 얻고 부생되어진 대량의 석탄회속에 함유되어져 있는 미연탄소를 분리시켜 석탄회를 재활용토록 하기 위한 공정을 수행함에 있어서:

상기 부생되어진 미연탄소 함유 석탄회를 자연낙하시키는 가운데 다수의 사이클론 내에서 송풍되어지는 공기압이 다단으로 공급되어지도록 하여 분급된 각 입자들을 회수처리하되, 상기 분급되어진 입자들 중 공기압이 1,500∼2,500mmAq의 범위에서 분급되어진 입도가 325메쉬 이하이고 미연탄소의 함유량이 3%LOI 이하인 석탄회 입자들을 선택적으로 회수하여 산업원료로 재활용토록 함을 특징으로 하는 석탄회의 자연낙하에 따른 미연탄소 분리 회수방법.
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