KR100538120B1 - 석탄용 연소촉진제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석탄의 연소 시 발생되는 황을 제거하고 연소효율이 증대되도록 한 석탄의 연소촉진제에 관한 것이다.
본 발명은 붕사와 산소수를 1 : 10 ∼ 20의 중량비로 혼합 조성하고, 상기 산소수의 용존산소량을 80∼ 100ppm으로 하여 조성된 것으로서, 탈황 및 연소 효율을 극대화 시킨 유익한 발명인 것이다.

Description

석탄용 연소촉진제 {activated chemicals of buring for coal}
본 발명은 고체연료인 석탄을 연소하기 직전 석탄 표면에 분사하므로서, 연소시 발생되는 황산화물을 제거할 뿐 아니라, 연소효율이 향상되도록 한 석탄용 연소촉진제에 관한 것이다.
일반적으로 각종 액체 연료나 고체연료 등을 보일러에서 연소시키거나, 폐기물 등을 소각할 때에 발생되는 배기가스에 황산화물과 일산화탄소 등의 유해물질이 함유되어있고, 이러한 유해물질은 대기 오염의 주원인이 되었다.
특히, 황산화물을 제거하기 위한 종래의 수단으로서, 각종 연료가 소각될 때 발생되는 배기가스에 수산화칼슘 (Ca(OH)2 )를 분사하여, Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 + H2 O 의 반응식과 같이, 황산화물이 수산화칼슘과 반응되어 석고로 처리하는 방법이 통용되어 왔다.
그러나, 이러한 종래의 방법은 황산화물의 완전한 처리가 이루어지지 않을 뿐 아니라, 황산화물을 처리하는 과정 중에 다량의 슬러지가 생성되므로, 이를 처리하기 위한 별개의 집진 장치가 필요하여, 전체 시스템의 설치 및 관리 비용이 많이 소모되는 문제가 있었다.
또한, 고체 연료인 석탄은 세계적으로 매장량이 풍부하여 공급의 안정성과 경제적 측면에서 유리한 조건을 가지고 있음에도 불구하고 유체 연료 및 기체 연료에 비하여, 그 사용이 불편함과 연소 효율의 저하로 인하여 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.
근래에는 석탄의 연소방식을 개선함으로서, 석탄이 갖고 있는 고유한 문제를 해결하기 위한 많은 노력이 있어 왔으며, 특히 석탄 매장량이 풍부한 지역에서는 에너지원으로 석탄 사용을 선호하고 있는 실정이다.
그러나, 석탄의 연소시 배기가스에 함유되어 있는 황은 보일러 및 각종 설비를 부식시켜 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 대기 중에 그래로 방출되면 심각한 대기오염을 유발시키는 문제가 제기되었다.
때문에, 상기 황을 제거하기 위한 탈황제의 기술이 많이 연구 개발되고 있는 실정이며, 현재까지 알려진 금속산화물 탈황제는 Zn, Fe, Cu, Ca, Mg, V, Mn, Co, Sn, Pb, Cd, Mo, W, Cr 등이며, 이러한 산화물들은 배기가스 정화에 장단점을 갖고 있다.
실험 결과에 의하면, 석탄 배기가스 중에서 H2 S 농도를 20ppmv 이하로 줄일 수 있는 1차 활성성분으로 Zn, Fe, Cu, Mn, Ce 등을 들 수 있고, 첨가제로는 Cu, Fe, Mn, Cr, Ce, Co, Mo, Ni 등이 있다.
현재, 개발된 탈황제 중에서 혼합아연계 탈황제와 망간계 탈황제가 있으며, 특히 망간계 탈황제는 망간과 알루미나가 3 : 1의 중량비로 혼합된 화합물이 섭씨 800 도의 H2 - H2 S 가스 혼합물로부터 황성분을 제거할 수 있다.
그러나, 상기 망간계 탈황제는 이를 제조하기 위하여, 분말 상태의 원료를 혼합한 후 건조, 소성 시키고, 경화 공정을 거치는 등의 제조 공정을 거쳐야되기 때문에, 제조 시간이 지연될 뿐 아니라, 이를 제조하기 위한 별개의 설비가 필요하므로, 적은 비용의 에너지원인 석탄에 비하여 탈황제의 원가가 높아 실용화되지 못하고 있는 실정이었다.
또한, 현재까지 개발된 상기 탈황제는 제조를 위한 별개의 설비가 필요하거나, 제조 과정이 복잡한 문제가 있을 뿐 아니라, 그 기능이 탈황에 제한되어 있으며, 석탄의 연소 효율을 증진시키는 기능을 수행할 수 없어 연소 효율을 상상시키기 위하여 별개의 연소 촉진제를 첨가하여야 되는 번거로움이 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 연구개발된 것으로서, 붕사와 산소수에 의하여 제조된 연소촉진제에 의하여, 석탄의 연소시 발생되는 황을 간단하고 효과적으로 제거할 수 있도록 하는데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 붕사와 산소수에 함유된 산소에 의하여, 석탄의 연소가 촉진되어 적은 양의 에너지로 연소 효율이 증대되도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 석탄이 연소되기 직전에 연소 촉진제를 분사시키므로서, 전체 시스템을 경제적으로 운용할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 붕사에 의하여 전체 시스템의 부식이 방지되므로 고장발생을 없애고 연장되도록 하는데 있다.
본 발명은 석탄 연소시 발생되는 황을 제거하고 연소 효율을 증대시키기 위하여, 붕사와 산소소를 1 : 10 ∼20의 중량비로 혼합 조성하고, 산소수의 용존 산소량을 80∼ 100 ppm으로 하는 것이다.
석탄이 연소될 때 발생되는 So2 는 고온에서 H2 O 와 결합하여 H2 So4 가 붕사 (NaB4 O7 10H2 O)와 반응되어 H2 So4 및 Na2 So4 로 전환되므로서, 황의 제거가 이루어지며, 이러한 반응식은 다음과 같다.
상기와 같이 반응이 진행된 후, 산소수와 붕사에 함유되어 있는 산소가 석탄의 연소 효율을 촉진시키며, 특히 상기 산소수는 별개의 산소발생기를 이용하여 용존산소량 80 ∼ 100ppm 으로 제조하는 것이다.
일반적으로 물은 상온의 대기압하에서 용존산소량이 4 ∼ 7ppm이나, 본 발명은 공지의 산소 발생기를 이용하여 80 ∼ 100ppm의 산소수를 제조하며, 이것을 이용하는 것이다.
상기 붕사와 산소수의 혼합 비율은 1 : 10 ∼ 20의 중량비가 바람직하며, 붕사의 함유량이 많으면 연소효율이 저하되고 붕사의 함유량이 적으면 탈황 효과가 저하된다.
또한, 상기 붕사는 고유효능에 의하여 보일러나 배관설비가 부식되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예에 의하여 설명하면 다음과 같다.
〈 실시예 〉
공지의 산소발생기를 이용하여 용존산소량이 80 ∼ 100ppm의 산소수를 제조한다.
상기의 산소수를 붕사와 혼합 조성하는 것으로서, 붕사와 산소수의 혼합 중량비를 1 : 10 ∼ 20으로 하여 연소촉진제를 제조한다.
상기에서 제조된 연소촉진제는 석탄이 보일러의 연소실에 투입되기 직전, 스프레이 장치에 의하여 석탄표면에 분사되며, 고온의 보일러 내부에 투입되면 석탄이 연소시 발생되는 So2 가 다음과 같이 반응된다.
즉, So2 가 Na2 So4 로 변환되므로서 소각된 재에 잔존하게 된다.
〈 실험 1 〉
본 발명의 연소 촉진제가 적용된 상태와 적용되지 않은 상태의 보일러 각각의 실험 대상으로 하여 Fly Ash 중의 미연분 상태를 6일동안 체크한 결과가 다음과 같다.
보일러 (1) : 본 발명의 연소촉진제가 적용된 보일러
보일러 (2) : 본 발명의 연소촉진제가 적용되지 않은 보일러
A : Fly Ash 중의 미연분 중량 %의 평균치
상기에서와 같이, 본 발명의 연소촉진제가 적용된 보일러는 Fly Ash의 미연분이 15.64% 저감되는 효과를 보였다.
〈 실험 2 〉
본 발명의 연소촉진제가 적용된 상태와 적용되는 않은 각각의 보일러를 자동시켜 증기량과 석탁 사용량을 측정한 결과가 다음과 같다. (단위 ton/hr)
상기에서와 같이, 연소촉진제가 적용된 보일러(1)의 경우, 석탄사용량에 비해 증기량이 많아 보일러의 효율이 증대됨을 알 수 있다.
〈 실험 3 〉
본 발명의 연소촉진제가 적용된 보일러(1)과 적용되지 않은 보일러(2)의 So2 의 발생량을 측정한 결과가 다음과 같다.
t1 ∼ t10 : 10분 간격의 회수
단위 : ppm ( So2 의 함유량 )
상기에서와 같이, 본 발명의 연소촉진제가 적용된 보일러(1)의 경우, 보일러(2)에 비하여 약 45%의 So2 저감 효과가 나타난다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 연소촉진제를 석탄에 적용하므로서, 석탄의 소모량을 절감할 수 있고, 황의 발생을 최소화할 수 있는 것이다.
또한, 석탄에 분사시키는 간단한 방법을 사용하므로, 산업에 적용하기가 쉬우며, 그 제조 또한 간단하므로 저렴한 비용으로 제조하여 쉽게 사용할 수 있는 것이다.
특히, 산소의 공급에 의하여 연소효율이 증대되므로 보일러의 작동에 있어 최대과제인 경제성이 상승되며, 황이 제거되어 사회문제로 대두되고 있는 오염 발생을 억제할 수 있는 것이다.
또한, 연소촉진제에 함유된 붕사에 의하여 내식성이 보장되므로 보일러 및 배관등의 설비가 고장나는 것을 방지하고 전체 수명이 연장되는 것이다.
상기한 본 발명은 보일러 뿐 아니라, 폐기물 소각 등 모든 분야에 쉽게 적응하여 연소 효율의 상승과 황의 제거 효과를 얻을 수 있는 유익한 발명인 것이다.

Claims (1)

  1. 석탄 연소시 발생되는 황을 제거하고 연소효율을 증대시키기 위하여,
    붕사와 산소수를 1 : 10∼20의 중량비로 혼합 조성하고, 상기 산소수의 용존량을 80∼100ppm으로 하여 조성된 것을 특징으로 하는 석탄의 연소촉진제.
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