KR100837203B1 - 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가축배설물인 계분을 연료로 하여 가축배설물로 인한 환경오염을 감소시킴과 아울러 계분으로 발전을 하고 증기를 발생시킬 수 있도록 한 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 가축의 배설물중에서 계분(닭똥)을 사용하여 소정 용량의 전기와 증기를 생산하도록 구성하여 환경오염을 개선시킬 수 있는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 계분을 일정량 저장하도록 설치됨과 아울러 계분을 취출하도록 버켓식 크레인(1)이 설치된 계분 저장조(2)와, 상기한 계분 저장조(2)에서 취출된 계분을 일정속도로 이송하도록 버켓 컨베이어(3)와 피더(4)로 이루어진 계분이송장치(5)와, 상기한 계분이송장치(5)를 통해 이송되는 계분을 550℃에서 착화시켜 750-850℃의 영역에서 고온으로 연소시키도록 설치된 유동층보일러(6)와, 상기한 유동층 보일러(6)에서 계분이 연소되고 난 후의 배기가스에서 유해물질을 제거하도록 설치되고 사이클론 집진기(7) 및 백필터 집진기(8)등의 2중 제거 구조로 이루어진 집진부(9)와, 상기한 집진부(9)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하도록 설치된 송풍기(10) 및 배출굴뚝(11)과, 상기한 유동층 보일러(6)에서 발생된 증기에 의해 소정 전력을 생산하도록 설치된 복수의 터빈발전기(12)로 구성함을 특징으로 한다.
Figure R1020070041817
계분연료, 유동층 보일러, 계분연료 유동층 보일러 발전 플랜트

Description

계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트{Generation plant of flowing layer boiler using excrement fuel of fowl}
도1은 본 발명에 따른 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트를 도시한 개략도,
도2는 도1의 발전 플랜트를 블록화하여 도시한 개략 블록도,
도3은 본 발명에 따른 유동층 보일러의 운전 차트를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 버킷크레인 2: 계분 저장소
3: 버켓컨베이어 4: 피더
5: 계분이송장치 6: 유동층보일러
7: 사이클론 8: 백필터집진기
9: 집진부 10: 송풍기
11: 배출굴뚝 12: 터빈발전기
13: 연소재이송장치 14: 연소재저장조
15: 파쇄기 16: 계분반송장치
본 발명은 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가축배설물인 계분을 연료로 하여 가축배설물로 인한 환경오염을 감소시킴과 아울러 계분으로 발전을 하고 증기를 발생시킬 수 있도록 한 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트에 관한 것이다.
일반적으로, 소, 닭, 돼지 등과 같은 가축의 배설물은 주로 퇴비로 사용되어 왔지만, 그 발생량이 계속 증가하고 있기 때문에 퇴비로만 사용하기에는 그 양이 너무 많아 토양 오염등의 환경 오염을 유발하게 된다.
즉, 가축의 배설물을 토양에 퇴비로 주게 되면 퇴비중의 질소 성분에 의해 토양이 오염되고 이로 인해 지하수 및 하천이 오염되는 환경오염을 유발하게 된다.
그래서, 상기한 가축의 배설물에 의한 환경 오염을 방지하기 위하여 여러 방법의 배설물 처리 방안이 마련되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 가축의 배설물을 퇴비 또는 다른 방법으로 처리한다고 하여도 실질적으로 토양등의 오염을 방지하기가 어렵고 또한 배설물을 처리하는데 소요되는 비용이 커서 가축 배설물의 처리가 어렵게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가축의 배설물중에서 계분(닭똥)을 사용하여 소정 용량의 전기와 증기를 생산하도록 구성하여 환경오염을 개선시킬 수 있는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트 를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 계분을 일정량 저장하도록 설치됨과 아울러 계분을 취출하도록 버켓식 크레인이 설치된 계분 저장조와, 상기한 계분 저장조에서 취출된 계분을 일정속도로 이송하도록 버켓 컨베이어와 피더로 이루어진 계분이송장치와, 상기한 계분이송장치를 통해 이송되는 계분을 550℃에서 착화시켜 750-850℃의 영역에서 고온으로 연소시키도록 설치된 유동층보일러와, 상기한 유동층 보일러에서 계분이 연소되고 난 후의 배기가스에서 유해물질을 제거하도록 설치되고 사이클론 집진기 및 백필터 집진기등의 2중 제거 구조로 이루어진 집진부와, 상기한 집진부를 통과한 배기가스를 외부로 배출하도록 설치된 송풍기 및 배출굴뚝과, 상기한 유동층 보일러에서 발생된 증기에 의해 소정 전력을 생산하도록 설치된 복수의 터빈발전기로 구성함을 특징으로 한다.
도1과 도2는 본 발명에 따른 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트를 도시한 개략도와 도1의 개략 블록도로서, 계분을 일정량(대략 2000㎥정도) 저장하도록 설치됨과 아울러 계분을 취출하도록 버켓식 크레인(1)이 설치된 계분 저장조(2)와, 상기한 계분 저장조(2)에서 취출된 계분을 일정속도로 이송하도록 버켓 컨베이어(3)와 피더(4)로 이루어진 계분이송장치(5)와, 상기한 계분이송장치(5)를 통해 이송되는 계분을 750-850℃의 영역에서 고온으로 연소시키도록 설치된 유동층보일러(6)와, 상기한 유동층 보일러(6)에서 계분이 연소되고 난 후의 배기가스에서 유해물질등을 제거하도록 설치되고 사이클론 집진기(7) 및 백필터 집진기(8)등의 2 중 제거가 가능하게 구성된 집진부(9)와, 상기한 집진부(9)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하도록 설치된 송풍기(10) 및 배출굴뚝(11)과, 상기한 유동층 보일러(6)에서 발생된 증기에 의해 소정 전력(대략 1500Kw)을 생산하도록 설치된 복수의 터빈발전기(12)로 이루어져 있다.
상기한 계분 이송장치(5)의 피더(4)는 계분이 부착성이 강하기 때문에 공급이 원활하게 되도록 2축 스크류타입의 피더를 사용하면 보다 양호한 결과를 얻게 된다.
상기한 유동층 보일러(6)는 계분을 550℃에서 고온 착화하기 위한 열풍발생기 및 층상버너(미 도시)를 채용하고 있고, 보일러 본체에는 상기한 유동층 보일러(6)에서 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 보일러 효율을 높이기 위해 절탄기 및 공기예열기(미 도시)가 설치되어 있으며, 13,000Kg/h의 계분을 연료로 하여 1.67MPa의 포화증기를 41,000Kg/h로 생산할 수 있다.
물론, 상기한 유동층 보일러(6) 및 절탄기와 집진부(9)에서 배출되는 연소재를 외부로 이송하기 위한 연소재 이송장치(13) 및 연소재로 계분비료를 제작하기 위해 저장하는 연소재 저장조(14)가 설치되어 있다.
특히, 상기한 계분 이송장치(5)에서 유동층 보일러(6)로 계분을 이송할 때 계분중에 혼합된 계분덩어리 또는 이물질을 제거하기 위해 파쇄기(ROTARY DRESSER)(15)가 설치되어 있다.
상기한 계분은 식육용으로 키운 닭의 계분(브로일라 계분)과 채란(계란을 얻는)용으로 키운 닭의 계분(레이야 계분)이 서로 상이한 바, 발열량이 높은 브로일 라 계분을 사용하면 보다 양호한 효율을 얻게 된다.
또한, 상기한 집진부(9)의 선단에는 배기가스에 포함된 다이옥신등의 저감을 위해 활성탄등을 투입할 수 있도록 구성하고, 계분이송장치(5)에서 낙하된 계분을 다시 계분저장조(2) 또는 계분 이송장치(5)로 반송하는 계분반송장치(16)를 설치한다.
여기서, 상기한 유동층 보일러(6), 피더등과 같은 이송장치(5), 사이클론(7) 및 백필터 집진기(8)등의 구성은 일반적인 것으로서 자세한 구성은 개시하지 않았다.
상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 계분 저장조(2)에 계분이 입고되어 저장되면, 버켓식 크레인(1)등을 통해 계분을 취출하여 먼저 파쇄기(15)로 투입하여 계분에 포함된 계분 덩어리 또는 이물질등을 파쇄하게 된다.
파쇄기(15)에서 계분이 파쇄되면 이는 계분 이송장치(5) 즉, 버켓 컨베이어(3)와 피더(4)로 이송되는 바, 피더(4)에서 유동층 보일러(6)로 계분이 투입된다.
상기한 계분은 대략 550℃정도의 온도에서 착화가 되는 것으로서, 상기한 온도까지 유동층 보일러(6)를 가열한 후 계분을 투입하게 되는 바, 상기한 온도는 열풍발생기만으로 승온시키면 보일러의 덕트에 문제가 발생될 우려가 있어 층상버너를 같이 연소시키면서 승온시키게 된다.
유동층 보일러(6)의 온도가 550℃가 되면 투입된 계분이 착화 및 연소를 시작하게 되는 바, 유동층의 온도가 850℃이상이 되면 계분의 저용융 물질의 용융불 량이 발생되기 때문에 유동층내 저면의 온도가 750℃정도가 되도록 조절하면서 계분을 용융시키게 된다.
이는 도3에 도시된 그래프에 나타난 바와 같이, 보일러 운전중 평균 유동층 온도를 750℃정도로 유지하면서 연소실 출구온도를 850℃내외로 유지하고 주증기압력을 1.67MPa 정도로 유지하게 된다.
유동층 보일러에서 계분이 연소되면 배기가스 및 증기가 배출되는 바, 상기한 증기는 복수의 터빈발전기(12)로 공급되고 배기가스는 사이클론 및 백필터 집진기로 이루어진 집진부(9)로 공급된다.
상기한 터빈 발전기(12)로 공급되는 증기는 보일러 출구온도가 대략 400℃를 유지한 상태에서 발전기로 공급되고, 배기가스는 대략 200℃정도의 온도로 집진부(9)에 공급된다.
하기의 표 1은 본 발명에 따른 유동층 보일러(6)에서의 성능을 측정한 도표로서, 주증기(主蒸氣)의 압력과 온도, 급수, 유동층 온도, 연료인 계분 공급량, 배기가스의 NOx, CO, O2등의 함량을 자세하게 나타낸다.
<표 1> 성능시험시측정데이터
항목 측정계기 단위 계수치 평균치
주증기(主蒸氣) 압력 압력계 MPa 1.67 1.67
유량 지시계 ton/h 41.0 41.18
적산계 ton/h 41.0 41.08
1.67/0.78 MPa 감압증기 압력 조절계 MPa 0.780 0.78
유량 지시계 ton/h 20.5 16.46
적산계 ton/h 20.5 16.56
관수순환 층내관압력 입구 압력계 MPa 2.25 1.91
출구 압력계 MPa 1.95 1.79
온도 지시계 ton/h 115.0 177.64
보일러급수 유량 조절계 ton/h 41.0 40.27
적산계 ton/h 41.0 40.40
온도 절탄기출구 압력계 °C 180.0 170.00
탈기기(脫氣器) 압력 압력계 MPa 0.39 0.38
연료 계분공급량 적산계 ton/h 13.0 10.39
로내 압력 조절계 Pa -0.5 -0.27
연소공기 온도 AH출구 지시계 °C 200 209
연소공기 조절계 Nm2/h 45,500 42,864
유동공기 조절계 Nm3/h 25,500 23,755
공탑속도 유동공기 지시계 m/s 1.50 1.37
유동층 온도 헤드 1 지시계 °C 750 703
헤드 2 지시계 °C 750 709
헤드 3 지시계 °C 750 707
헤드 4 지시계 °C 750 708
층차압 지시계 kPa 12.00 12.1
배기가스 온도 연소실 지시계 °C 850 912
보일러출구 지시계 °C 385 389
싸이클론출구 지시계 °C 210 225
매연 NOx 분석계 ppm < 250 117.36
CO 분석계 ppm < 100 5.55
O2 분석계 % 6.0 6.35
터빈 발전기(12)로 공급되는 증기는 1.67MPa의 포화증기로서, 시간당 41,000Kg/h의 양이 공급되고, 터빈 발전기(12)에서는 1500Kw의 전력을 생산하게 된다.
물론, 상기한 터빈 발전기(12)에서 사용되고 남는 증기는 고압과 저압 증기로 별도 분리하여 재활용하거나 판매하게 된다.
여기서, 상기한 집진부(9)를 통과하는 배기가스에는 다이옥신류의 유해물질이 포함되어 있는 바, 표 2는 배기가스에 활성탄을 투입할때와 투입하지 않을 때의 다이옥신 함량을 나타낸다.
<표 2> 다이옥신류 분석결과
항목 단위 분석치
배기가스중의 다이옥신류 농도((O2=12%환산치) ng-TEQ/m3N 활성탄 흡입(유) 활성탄흡입(무)
0.000085 0.000062
비산재중의 다이옥신류 농도 ng-TEQ/g 0.014
상기한 표 2에서 활성탄을 투입하지 않았을 때에는 8.5 x 10-5ng-TEQ/g이고, 활성탄을 투입했을 때에는 6.2 x 10-5ng-TEQ/g로서, 큰 차이를 보이지 않고 있는 바, 이는 연료의 성상이나 연소 상태에 따라 다이옥신의 발생량이 좌우되고 활성탄에 의해서는 크게 영향을 받지 않는 것으로 판단된다.
또한, 비산재에 함유된 다이옥신의 함량도 0.014 ng-TEQ/g로서 환경기준치 이하인 바, 상기한 농도가 낮은 것도 연소조건등에 따른 것으로서 다이옥신 등에 따른 환경오염 대책이 필요없게 된다.
표 2는 질소산화물, 아황산산화물, 염화수소산화물, 일산화탄소농도에 대한 표로서 활성탄을 투입했을 때와 투입하지 않았을 때 모두 환경오염 기준치에 비해 극히 낮은 수치가 된다.
이런 결과들을 보면, 유동층 보일러에서 계분의 연소는 적정한 연소 관리만 함으로서 다이옥신류의 발생량 자체를 낮게 억제할 수가 있고 활성탄 주입 등의 배기가스 처리 설비에 의한 다이옥신류 저감 대책의 필요는 없는 것으로 판단했다.
항목 단위 활성탄흡입(유) 활성탄흡입(무)
매연농도(O2=6%환산치) g/m3N 0.017 0.005
유황산화물농도(O2=6%환산치) ppm(wet) 6 2
질소산화물농도(O2=12%환산치) ppm(dry) 130 100
염화수소농도(O2=12%환산치) mg/m3N 4 5
일산화탄소농도(O2=12%환산치) ppm(dry) 10 7
산소농도 %(dry) 6.6 6.4
<표 3> 환경보전수치분석결과
기타의 환경 보전 수치에 관해서도 표3과 같이 좋은 결과를 얻었다.
질소산화물에 관해서는 연소실 출구 온도가 높기 때문이라고 추정되는 Thermal NOx의 영향으로 다소 높은 수치인데 규제치인 250ppm에 대하여 충분히 낮아 문제가 없는 수치이다.
이상과 같이 본 발명은 유동층 보일러의 연소 조건을 적절히 조절하고 연소에 이상을 일으키는 계분의 이물질을 제거한 계분 연료를 사용함으로써 충분한 전력을 터빈을 통해 생산함과 아울러 배기가스에서도 환경오염등의 우려가 없게 되고, 이로 인해 계분이 토양에 퇴비 등으로 뿌려지는 양을 대폭 감소시켜 가축 배설물에 의한 토양 오염 등을 개선할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 계분을 일정량 저장하도록 설치됨과 아울러 계분을 취출하도록 버켓식 크레인이 설치된 계분 저장조와,
    상기 계분 저장조에서 취출된 계분을 일정속도로 이송하도록 버켓 컨베이어와 피더로 이루어진 계분이송장치와,
    상기 계분이송장치를 통해 이송되는 계분을 550℃에서 착화시켜 750-850℃의 영역에서 고온으로 연소시키도록 설치된 유동층보일러와,
    상기 유동층 보일러에서 계분이 연소되고 난 후의 배기가스에서 유해물질을 제거하도록 설치되고 사이클론 집진기 및 백필터 집진기 등의 2중 제거 구조로 이루어진 집진부와,
    상기 집진부를 통과한 배기가스를 외부로 배출하도록 설치된 송풍기 및 배출굴뚝과,
    상기 유동층 보일러에서 발생된 증기에 의해 소정 전력을 생산하도록 설치된 복수의 터빈발전기로 구성되어 있고,
    상기 계분 이송장치의 피더는 계분이 부착성이 강하기 때문에 공급이 원활하게 되도록 2축 스크류타입의 피더를 사용하고,
    상기 유동층 보일러는 계분을 550℃에서 고온 착화하기 위한 열풍발생기 및 층상버너를 채용하고 있고, 보일러 본체에는 상기 유동층 보일러에서 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 보일러 효율을 높이기 위해 절탄기 및 공기예열기가 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유동층 보일러 및 절탄기와 집진부에서 배출되는 연소재를 외부로 이송하기 위한 연소재 이송장치 및 연소재로 계분비료를 제작하기 위해 저장하는 연소재 저장조를 포함함을 특징으로 하는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계분 이송장치에서 유동층 보일러로 계분을 이송할 때, 계분 중에 혼합된 계분덩어리 또는 이물질을 제거하기 위해 설치된 파쇄기를 포함함을 특징으로 하는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트.
  6. 제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계분은 식육용으로 키운 닭의 계분인 브로일라 계분을 사용함을 특징으로 하는 계분 연료를 이용한 유동층 보일러 발전 플랜트.
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