KR100690020B1

KR100690020B1 - 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템

Info

Publication number: KR100690020B1
Application number: KR1020040085311A
Authority: KR
Inventors: 김광제
Original assignee: 김광제
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20060036231A

Abstract

본 발명은 화력 발전소 등에서 배출되는 폐기물 중 과다한 중금속을 함유하고 있는 석탄재를 제거하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 석탄재를 입도별로 분류한 후 각 입도별로 과다한 중금속에 오염되어 있는 석탄재을 선별적으로 제거하여 줌으로써 중금속 함량이 미비하거나 거의 없는 석탄재를 제공하여 보다 친환경적인 토양 개량제 등으로 재활용될 수 있도록 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

화력발전소, 석탄재, 중금속, 토양 개량제, 플라이 애쉬, 바텀애쉬, 입도

Description

중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템{Removal process according to particle size of heavy metal polluted coal ashes and its system}

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템에 관한 개략도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템의 입도별 분리 수단으로 사용된 사이클론을 나타낸 사시도,

도 3 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템을 단계별로 나타낸 블록도,

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10; 원료 저장 수단 20; 입도별 분리 수단

30; 1차 분석 수단 40; 1차 중금속 제거 수단

50; 성형 수단 60; 2차 분석 수단

70; 포장 수단 80; 2차 중금속 제거수단

90; 반출 수단

본 발명은 화력 발전소 등에서 배출되는 폐기물 중 과다한 중금속을 함유하고 있는 석탄재를 제거하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 과다한 중금속에 오염되어 있는 석탄재만을 선별적으로 제거하여 줌으로써 중금속 함량이 미비하거나 거의 없는 석탄재를 제공하여 친환경적인 토양 개량제 등으로 재활용될 수 있는 중금속 오염 석탄재의 제거 공정 및 그 시스템에 관한 것이다.

현재, 화력 발전소, 열병합 발전소 등에서는 불규칙한 크기의 석탄을 대략 입경 30mm에서 분말도 5000㎠/g 의 상태로 분쇄하여 연소시킴으로써 화력을 증대시키고 있으며, 연소 후 발생된 연소 부산물인 석탄재를 입자의 굵기에 따라 바텀 애쉬(bottom-ash)와 플라이 애쉬(fly ash)로 구분하고 있다.

이러한 석탄재는 통상적으로 공지에 매립되어 왔으나 그 처리가 점차 어렵게 되자 이를 처리하기 위하여 재활용화 기술들에 대한 연구 개발이 활발히 진행되어 왔으며, 그 결과로 석탄재의 플라이 애쉬를 일반 포틀란트 시멘트와 혼합하여 고유동성과 저수화열의 특성을 갖는 플라이 애쉬 시멘트로 생산하고 있으나 화력 발전소 등에서 연간 발생되는 석탄재를 모두 수용하기에는 여전히 부족하여 대부분 인근 해안이나 매립장에 그대로 매립되는 실정이다. 이 때문에 석탄재를 퇴비화하려는 연구들이 시도되고 있으나 석탄재속에 다량 함유되어 있는 중금속을 효과적으로 제거하지 못하여 오히려 농작물이나 인체에 유해하게 나타나 매우 심각한 사회 문제로 여겨지고 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 석탄재를 입도별로 분류한 후 각 입도별로 과다한 중금속에 오염되어 있는 석탄재만을 선별적으로 제거하여 줌으로써 중금속 함량이 미비하거나 거의 없는 석탄재를 제공하여 보다 친환경적인 토양 개량제 등으로 재활용될 수 있도록 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

뿐만아니라, 2차적인 분석 수단 및 제거 수단을 갖추어 중금속이 오염된 석탄재를 보다 정밀하게 제거할 수 있는 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템의 구성은 배기가스와 함께 배출되는 과다한 중금속으로 오염된 석탄재를 제거하는 제거 시스템에 있어서, 소정 체적을 갖고 형성되어 석탄재 원료를 저장하는 원료 저장 수단;과 상기 원료 저장 수단으로 부터 적어도 두개 이상 연속되게 연결 설치되어 저장된 석탄재 원료가 유입되면서 입도별로 분리되게 하는 입도별 분리 수단;과 상기 입도별 분리 수단과 별도로 설치되되 상기 입도별 분리 수단 하측에 놓여진 이송장치에 인접되게 설치되어 입도별로 유출되는 석탄재를 채취 및 분석하는 1차 분석수단;과 상기 입도별 분리 수단과 연결 설치되어 상기 1차 분석수단에 의해 분석된 중금속 함량에 따라 상기 입도별 분리 수단 중 과다한 중금속을 함유하고 유출되는 석탄재를 차단 및 제거하는 1차 중금속 제거수단;과 상기 입도별 분리 수단에 대해 각기 다른 이송 장치로 연결 설치되되 말단에서 하나로 포집되도록 형성하여 1차적으로 중금속이 제거된 석탄재를 소정 형태로 성형하는 성형 수단;과 상기 성형 수단의 유출구로 부터 연결되어 있는 이송 장치에 인접되게 설치되어 성형된 석탄재를 채취 및 분석하는 2차 분석수단;과 상기 성형 수단의 이송 장치 말단에 위치하여 상기 2차 분석수단을 거친 성형된 석탄재를 단위 시간당 일정하게 포장하는 포장 수단;과 상기 포장 수단의 유출측에 인접되게 위치하여 상기 2 차 분석수단의 정보에 따라 포장된 석탄재 중 기준치 이상의 과다한 중금속을 함유하고 있는 것을 2차적으로 제거하는 2 차 중금속 제거수단; 및 상기 포장 수단 말단으로 위치하여 상기 2 차 중금속 제거수단을 거친 포장된 석탄재를 반출하는 반출 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 석탄재의 입도별 분리 방식에 따른 중금속 제거 시스템 구성 및 그 제조 방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템에 관한 개략도이고,도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템의 입도별 분리 수단으로 사용된 사이클론을 나타낸 사시도이다.

도 1 에서와 같이 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템(1)은 소정 체적을 갖고 형성되어 석탄재 원료를 저장하는 원료 저장 수단(10)을 구비하고, 상기 원료 저장 수단(10)으로 부터 적어도 두개 이상 연속되게 연결 설치되어 저장된 석탄재 원료가 유입되면서 입도별로 분리되게 하는 입도별 분리 수단(20)을 구비한다. 이 때, 입도별 분리 수단(20)은 원심력 집진 장치의 대표적인 예로서 도 2 에 서와 같이 선회 기류 중에 부유하고 있는 고체 입자가 원심력의 작용에 의해서 벽방향으로 이동하고 마지막에는 사이클론 벽에 충돌하여 기류에서 분리되어 원뿔부(29') 하부에 모여서 기계적 또는 간헐적으로 외부에 배출되며 기체 입자 또는 비교적 크기가 작은 고체 입자는 원통부로 상승하여 외부로 배출되는 원리를 갖는 사이클론(cyclone)을 사용한다. 이러한 사이클론은 입도의 크기에 따라 적어도 둘 이상으로 설치되되 하나의 원통부(29) 상측과 다른 하나의 유입부(28)가 서로 연결되도록 구비한다. 한편, 사이클론은 7개로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 석탄재의 입도가 1 ~ 2 mm 인 극조사용 사이클론(21), 입도가 0.5 ~ 1 mm 인 조사용 사이클론(22), 입도가 0.25 ~ 0.5 mm 인 중사용 사이클론(23), 입도가 0.1 ~ 0.25 mm 인 세사용 사이클론(24), 입도가 0.05 ~ 0.1 mm 인 극세사용 사이클론(25), 입도가 0.002 ~ 0.05 mm 인 미사용 사이클론(26), 입도가 0.002 mm 인 점토용 사이클론(27)으로 구분되어 설치한다.

위와 같은 입도별 분리 수단(20)과 별도로 입도별 분리 수단(20) 하측에 각각 놓여진 이송장치(31)에 인접되게 입도별로 유출되는 석탄재를 채취 및 분석하는 1차 분석수단(30)을 설치한다.

이러한 1차 분석수단(30)에 의해 분석된 석탄재의 중금속 함량에 따라 각각의 분리 수단(20)으로 부터 유출되는 석탄재를 차단 및 제거하는 1차 중금속 제거수단(40)을 연결 설치한다. 한편, 이 때 사용되는 분석 수단(30)은 통상적으로 지질학에 사용되고 있는 중금속 분석 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이어서, 입도별 분리 수단(20) 각각에 대해 콘베어 장치와 같은 이송 장치(32)로 연결 설치되 되 말단에서 하나로 포집된 석탄재를 소정 형태로 성형하는 성형 수단(50)을 구비한다. 이 때의 성형 수단은 석탄재의 비산을 방지하기 위해 구비되는 것으로서 압출 성형기 등과 같은 통상적인 성형기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 성형 수단(50)의 유출구로 부터 연결되어 있는 이송 장치(51)에 인접되게 설치되어 유출된 석탄재를 채취 및 분석하는 2차 분석수단(60)을 구비한다. 여기서 사용되는 2차 분석 수단(60)은 통상적으로 지질학에 사용되고 있는 중금속 분석 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 성형 수단(50)의 이송 장치(51) 말단에 위치하여 2차 분석수단(60)을 거친 석탄재를 단위 시간당 일정하게 포장하는 포장 수단(70)을 구비한다.

그리고, 포장 수단(70)의 유출측에 인접되게 위치하여 2 차 분석수단(60)의 정보에 따라 포장된 석탄재를 제거하는 2 차 중금속 제거수단(80)을 구비한다. 이러한 포장 수단(70) 말단으로 위치하여 2 차 중금속 제거수단(80)을 거친 포장된 석탄재를 반출하는 반출 수단(90)을 구비한다.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 석탄재의 입도별 분리 방식에 따른 중금속 제거 방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3 에서와 같이 각 제거 공정을 각 단계별로 하여 개조식으로 설명하면 다음과 같다.

1) 원료 저장 단계(S100)

석탄재 원재료를 화력 발전소로 부터 수송 차량에 담아 원료 저장 탱크(10) 에 저장하는 단계로서 석탄재 원료를 포집하는 단계이다. 이 때 포집되는 석탄재의 입도는 1 ~ 2 mm 이다.

2) 입도별 분리 단계(S110)

상기 원료 저장 단계(S100)에서 저장된 원료를 입도별로 분리하는 분리 장치를 통해 석탄재를 입도별로 분리하는 단계로서 바람직하게는 공지의 사이클론(20; 또는 입도별 분리 장치)을 이용하여 이루어진다. 즉, 도 1 및 도 2 에서와 같이 석탄재 원료는 원료 저장 탱크(10)의 토출구 상에 연통된 이송관(미 도시됨)에 있어 일측에 부설된 송풍팬(미 도시됨)이 동작되면서 이송관 타측으로 연통된 다수의 사이클론(21,22,23,2 4,25,26,27)에 유입된다. 먼저 석탄재 원료는 극조사용 사이클론(21)에서 고압의 기류로서 회류되면서 사이클론의 특성상 입도가 1 ~ 2 mm 인 석탄재는 사이클론의 원뿔부(29')로 하강하고 그 보다 작은 입도를 갖는 석탄재는 상측으로 재차 선회하면서 원통부(29)를 통해 타측으로 연속되게 설치된 사이클론으로 유입되고 이렇게 재차 유입된 석탄재는 입도에 따라 구별되어 설치된 조사용 사이클론(22), 중사용 사이클론(23), 세사용 사이클론(24), 극세사용 사이클론(25), 미사용 사이클론(26) 및 점토용 사이클론(27)으로 인해 각각 해당하는 입도로 석탄재를 분리한다.

3) 1차 분석 단계(S120)

상기 입도별 분리 단계(S110)에서 입도별로 분리되어 각각의 이송 장치(31;또는 컨베어 밸트)를 통해 유출되는 석탄재를 채취하여 별도 설치된 분석 장치로 중금속 함량 여부를 분석하는 단계이다.

4) 1차 중금속 제거 단계(S130)

상기 1차 분석단계(S120)에서 입도별로 각각 분석된 석탄재의 중금속 함량을 검출하여 소정 기준 함량을 초과하는 해당 입도를 갖는 석탄재의 배출을 차단 및 제거하는 단계이다. 즉, 조사용 사이클론 내지 점토용 사이클론 중 각기 배출된 석탄재의 중금속 함량에 따라 해당 사이클론을 차단하거나 그로 부터 유출되는 석탄재를 제거하는 단계이다.

5) 성형 단계(S140)

상기 1 차 중금속 제거단계(S130)를 거친 후 유출된 석탄재가 비산되는 것을 방지하기 위해 이들을 하나로 포집하여 소정 형태로 성형하는 단계이다.

6) 2 차 분석 단계(S150)

상기 성형 단계(S140)를 거친 후 유출된 석탄재를 단위 시간당 채취하여 별도 설치된 분석 장치를 통하여 2차적으로 중금속 함량 여부를 분석하는 단계이다.

7) 포장 단계(S160)

상기 2차 분석단계(S150)를 거친 성형된 석탄재를 중금속 함량 정보 및 제품 정보가 기록된 바코드가 부착된 포장 상자(71)에 포장하는 단계이다.

8) 2 차 중금속 제거단계(S170)

상기 포장 단계(S160)를 거친 포장된 석탄재를 상기 2 차 분석단계(S150)에서 바코드에 기록된 단위 시간당 검출된 중금속 함량 정보에 따라 기준 함량을 초과하는 포장된 석탄재를 제거하는 단계이다. 즉, 1차 중금속 제거단계(S130)에서 미처 제거되지 않은 과다 중금속이 함유된 석탄재를 다시한번 제거할 수 있다.

9) 반출 단계(S180)

상기 2 차 중금속 제거단계(S170)를 거쳐 기준치 이하의 중금속을 함유하고 있는 석탄재만을 외부로 반출하는 단계이다.

위와 같은 각 단계를 거친 석탄재는 원료로부터 중금속을 다량 함유하고 있는 석탄재가 제거된 것이다. 이렇게 중금속이 함량이 미비한 석탄재는 화학적으로 알카리성을 갖고 있으므로 산성을 갖는 토양에 토양 개량제로서 사용이 가능하다.

한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

전술한 바와 같은 구성 및 작용을 갖는 본 발명에 따른 중금속 석탄재의 입도별 제거 공정 및 그 시스템을 통해 과다한 중금속을 함유하고 있는 석탄재를 입도별로 더욱 미세하게 제거할 수 있어 그로 부터 얻어진 석탄재를 통해 토양 개량 등 친환경적인 활용이 가능하게 되는 보다 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

배기가스와 함께 배출되어 과다한 중금속으로 오염된 석탄재를 제거하는 제거 공정에 있어서,

석탄재 원료를 원료 저장 탱크에 저장하는 원료 저장 단계(S100);와

상기 원료 저장 단계(S100)에서 저장된 원료를 입도별로 분리하는 분리 장치를 통해 석탄재를 입도별로 분리하는 입도별 분리 단계(S110);와

상기 입도별 분리 단계(S110)에서 입도별로 분리되어 유출되는 석탄재를 채취하여 별도 설치된 분석 장치를 통하여 중금속 함량 여부를 분석하는 1차 분석단계(S120);와

상기 1차 분석단계(S120)에서 입도별로 각각 분석된 석탄재의 중금속 함량을 검출하여 소정 기준 함량을 초과하는 해당 입도를 갖는 석탄재의 배출을 차단 및 제거하는 1차 중금속 제거단계(S130);와

상기 1 차 중금속 제거단계(S130)를 거친 후 유출된 석탄재를 하나로 포집하여 소정 형태로 성형하는 성형 단계(S140);와

상기 성형 단계(S140)를 거친 후 유출된 석탄재를 단위 시간당 채취하여 별도 설치된 분석 장치를 통하여 중금속 함량 여부를 분석하는 2 차 분석단계(S150);와

상기 2차 분석단계(S150)를 거친 성형된 석탄재를 중금속 함량 정보 및 제품 정보가 기록된 바코드가 부착된 포장 상자(71)에 포장하는 포장 단계(S160);와

상기 포장 단계(S160)를 거친 포장된 석탄재를 상기 2 차 분석단계(S150)에서 단위 시간당 검출된 중금속 함량 정보에 따라 기준 함량을 초과하는 포장된 석탄재를 제거하는 2 차 중금속 제거단계(S170);및

상기 2 차 중금속 제거단계(S170)를 거쳐 기준치 이하의 중금속을 함유하고 있는 석탄재만을 외부로 반출하는 반출단계(S180)로 이루어진 것을 특징으로 하는 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정.
제 1 항에 있어서, 상기 입도별 분리 단계(S110)를 입도의 크기에 따라 극조사, 조사, 중사, 세사, 극세사, 미사 및 점토 분리 단계로 구분된 것을 특징으로 하는 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 공정.
배기가스와 함께 배출되어 과다한 중금속으로 오염된 석탄재를 제거하는 제거 시스템에 있어서,

소정 체적을 갖고 형성되어 석탄재 원료를 저장하는 원료 저장 수단(10);과

상기 원료 저장 수단(10)으로 부터 적어도 두개 이상 연속되게 연결 설치되어 저장된 석탄재 원료가 유입되면서 입도별로 분리되게 하는 입도별 분리 수단(20);과

상기 입도별 분리 수단(20)과 별도로 설치되되 상기 입도별 분리 수단(20) 하측에 놓여진 이송장치(31)에 인접되게 설치되어 입도별로 유출되는 석탄재를 채취 및 분석하는 1차 분석수단(30);과

상기 입도별 분리 수단(20)과 연결 설치되어 상기 1차 분석수단(30)에 의해 분석된 중금속 함량에 따라 상기 입도별 분리 수단(20) 중 과다한 중금속을 함유하고 유출되는 석탄재를 차단 및 제거하는 1차 중금속 제거수단(40);과

상기 입도별 분리 수단(20)에 대해 각기 다른 이송 장치(32)로 연결 설치되되 말단에서 하나로 포집되도록 형성하여 1차적으로 중금속이 제거된 석탄재를 소정 형태로 성형하는 성형 수단(50);과

상기 성형 수단(50)의 유출구로 부터 연결되어 있는 이송 장치(51)에 인접되게 설치되어 성형된 석탄재를 채취 및 분석하는 2차 분석수단(60);과

상기 성형 수단(60)의 이송 장치(51) 말단에 위치하여 상기 2차 분석수단(60)을 거친 성형된 석탄재를 단위 시간당 일정하게 포장하는 포장 수단(70);과

상기 포장 수단(70)의 유출측에 인접되게 위치하여 상기 2 차 분석수단(60)의 정보에 따라 포장된 석탄재 중 기준치 이상의 과다한 중금속을 함유하고 있는 것을 2차적으로 제거하는 2 차 중금속 제거수단(80); 및

상기 포장 수단(70) 말단으로 위치하여 상기 2 차 중금속 제거수단(80)을 거친 포장된 석탄재를 반출하는 반출 수단(90)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 입도별 분리 수단(20)이 적어도 둘 이상의 싸이클론(21,22,23,24,25,26,27)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 중금속 오염 석탄재의 입도별 제거 시스템.