KR100908319B1 - 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한보일러 - Google Patents

석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한보일러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러에 관한 것으로, 보일러의 초기 점화시에는 석유를 연료로 사용하고 점화 후에는 저렴한 석탄과 코크스 분말을 사용하여 점화가 연소가 정상적으로 이루어지도록 함과 아울러 유지비용을 절감함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료는, 석탄과 코크스 분말을 포함하는 군 중 하나 이상의 100중량부에 대하여 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)가 0.3~30중량부가 혼합되어 이루어진다. 본 발명 보일러는, 연소실을 갖는 보일러 본체(10)와; 초기 400도 이상의 점화용 석유를 포함하는 제1연료를 공급하는 제1연료공급수단(20)과; 연소용 제2연료(석탄, 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)를 공급하는 제2연료공급수단(30)과; 초기 400도 이상의 점화시에는 상기 제1연료공급수단을 통해 제1연료를 공급하고 점화후 연소시에는 상기 제2연료공급수단을 통해 제2연료를 공급하는 컨트롤러와; 상기 제1연료를 이용하여 점화하는 점화수단을 함하여 구성된다.
보일러, 석탄, 코크스 분말, 고무, 폐합성수지 분말, 석유

Description

석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러{SOLID FUEL USING COAL AND COKE POWDER AND BOILER USING THIS}
본 발명은 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기 처분되는 석탄과 코크스 분말이 갖고 있는 소화의 우려를 해결하여 석탄과 코크스 분말을 연료로 사용할 수 있도록 하며, 점화가 용이한 석유와 유지비용이 저렴한 석탄과 코크스 분말의 장점을 활용하여 보일러의 유지비용을 절감할 수 있는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러에 관한 것이다.
석탄과 코크스는 가격이 저렴하고 화력이 좋은 장점이 있으나 연소 후 재가 많이 남고 연소가스 중에는 황을 포함하는 공해물질을 많이 함유하고 있어 대기오염을 일으키는 단점을 가지고 있고, 석유는 가격이 비싸기는 하지만 화력도 좋고 연소가스 중에 공해물질도 화석연료보다는 작은 장점이 있다. 따라서 요즘은 주로 석유를 사용한다. 그러나 화석연료를 연소시킬 때 재를 줄이고 공해물질을 제거하 는 수단을 갖는다면 화석연료도 석유처럼 훌륭한 연료가 될 수 있으므로 재를 소량 발생시키고 공해물질이 배출되지 않는 보일러를 개발할 필요가 있다.
종래의 석탄 보일러는 석탄을 효과적으로 연소시키기 위해 다음 세 가지의 연소방법을 사용하고 있다.
첫째, 석탄분말에 유류를 혼입하여 분사 연소시키는 방법이고, 둘째, 석탄분말을 뿌리면서 이에 유류를 분사하여 연소시키는 방법이며, 셋째 가열한 모래에 석탄분말을 혼합하여 뿌리면서 노즐로 공기를 분사시켜 석탄분말을 공중에서 유동시키면서 연소시키는 방법이다.
첫 번째 방법은 유류의 소비가 심하여 그 비용이 많이 추가되고, 연소 효율이나 탈황성능도 미흡하다. 두 번째 방법은 첫째방법보다는 연소효율이 높으나 탈황성능은 여전히 미흡하며, 세 번째 방법은 현재 실시되고 있는 연소장치 중 가장 양호한 방법으로 알려지고 있으나 석탄분말이 모래와 같이 유동하는 과정에서 모래가 수관과 마찰되어 보일러의 수명을 단축시키는 폐단이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석탄과 코크스 분말의 연소 중에 소화되지 않도록 석탄과 코크스 분말에 점화유지재(기름 성분을 갖는 폐타이어, 폐합성수지 분말)를 혼합하여 보일러의 가동 중에 오동작인 연소가 이루어지지 않도록 하며, 초기 400도 이상의 점화시에는 유류를 공급하고 점화 후에는 석탄과 코크스 분말을 연료로 하여 연소함으로써 보일러를 가동하므로 점화의 오동작을 방지할 수 있는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료는, 석탄과 코크스 분말 100중량부에 대하여 폐고무, 폐합성수지 분말이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 석탄 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러는, 연소실을 갖는 보일러 본체와; 초기 400도 이상의 점화용 석유를 포함하는 제1연료를 공급하는 제1연료공급수단과; 연소용 제2연료(석탄. 코크스. 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)를 공급하는 제2연료공급수단과; 초기 점화시에는 상기 제1연료공급수단을 통해 제1연료를 공급하고 점화후 연소시에는 상기 제2연료공급수단을 통해 제2연료를 공급하는 컨트롤러와; 상기 제1연료를 이용하여 점화하는 점화수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료 및 이를 이용한 보일러에 의하면, 석탄과 코크스 분말에 기름 성분을 갖는 고무.폐합성수지 분말을 혼합하여 보일러에 공급함으로써 보일러의 가동 중에 소화가 일어나지 않으므로 보 일러의 연료로 충분히 사용될 수 있으며 보일러의 유지비용을 대폭 절감할 수 있다.
그리고, 보일러의 초기 400도 이상의 점화시에만 석유를 공급하여 초기 점화를 쉽게 하면서도 점화가 완료되면 저렴한 석탄과 코크스 분말을 이용하여 보일러를 가동함으로써 보일러의 신뢰성을 향상하고 유지비용을 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.
본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료는, 제2연료는 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)가 혼합되어 이루어진다.
석탄과 코크스의 입도는 325~50메쉬 이며, 점화유지재는 1~2mm이다.
고체 연료는 석탄과 코크스 분말 100중량부에 대하여 기름 성분을 함유하여 석타과 코크스의 소화를 방지하는 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)가 혼합되어 이루어진다. 고체연료는 석유보다 저렴한 석탄과 코크스 분말을 주재료로 하며, 석탄과 코크스를 일정 입도로 분쇄하여 이루어지거나 생산과 유통과정에서 발생되는 분말이 사용될 수 있다.
석탄과 코크스는 정해진 용량에서 어느 하나만 사용되거나 2개가 혼합될 수 있으며, 325메쉬 이하이면 비표면적이 좁기 때문에 점화가 원활하지 않으며 50메쉬 이상이면 점화의 큰 차이가 없다.
석탄과 코크스 분말은 연소 중에 소화될 우려가 있기 때문에 점화유지재가 사용되는 것이다. 점화유지재는 고무, 폐합성수지 분말 중 하나 이상이 사용될 수 있으며 기름 성분을 함유하기 때문에 소화를 촉진하여 석탄과 코크스 분말이 사용되어도 소화 방지 및 연소를 유지할 수 있으며, 이를 위하여 석탄과 코크스 분말의 100중량부에 대하여 0.3~30중량부가 혼합된다. 단, 점화유지재인 고무, 폐합성수지 분말은 연소시 그을음이나 지독한 냄새가 날 수 있으므로 석탄과 코크스 분말 100중량부에 대하여 30중량부이상 혼합되지는 않는 것이 바람직하고, 0.3이하로 혼합되면 기름 함유율이 낮아 소화될 우려가 있다.
이하, 본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러를 설명한다.
도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 보일러(100)는, 연소실(11)을 갖는 보일러 본체(10)와; 연료를 이용하여 불을 점화하는 점화수단(미도시)을 포함하여 구성되며, 상기 연료는 초기 400도 이상의 점화를 위한 제1연료(석유), 연소를 위한 제2연료(석탄. 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)로 이루어진다.
보일러 본체(10)는 연소실(11)이 내화벽돌 등에 이루어질 수 있고, 연소실(11) 내부에 발생된 고온의 공기를 공급(온수 공급처, 난방 공급처)하기 위한 공급관(12)이 연결된다.
상기 초기 점화수단은 제1연료(석유)를 이용하여 보일러(100)를 점화할 수 있는 모든 것이 사용될 수 있다.
본 발명은 제2연료(석탄과 코크스 분말, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말))의 단점인 점화와 제1연료(석유)의 단점인 비용측면을 고려하여 초기 점화시에는 제1연료(석유)를 이용하고 점화 이후에는 저가의 고체 제2연료(석탄과 코크스, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말))를 이용하는 것이며, 이하, 이를 위한 구체적인 구성을 설명한다.
먼저, 제1연료를 공급하는 제1연료공급수단(20)은, 제1연료탱크(미도시), 제1연료탱크에 저장된 제1연료를 펌핑 공급하는 제1펌프(21), 제1펌프(21)에 의해 펌핑되는 제1연료를 연소실(11)에 공급하는 제1연료공급관(22), 제1연료공급관(22)의 개도를 조절하는 제1밸브(V1), 제1연료공급관(22)을 통해 공급되는 제1연료를 연소실(11)에 분사하는 제1노즐(23)로 이루어질 수 있다.
제2연료는 전술한 본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료이다.
제2연료 공급수단(30)은, 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)이 각각 저장되는 저장부(31,32), 석탄과 코크스, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 저장부(31,32)의 토출구의 개도를 조절하는 제3,4밸브(V3,V4), 석탄과 코크스, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 저장부(31,32)에서 토출되는 각각의 분말의 중량을 검출하는 계량부(L1,L2), 계량부(L1,L2)에 의해 정량으로 계량된 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)를 혼합하는 믹서(33), 믹서(33)에 의해 혼합된 제2연료를 이송하는 이송관(34), 이송관(34)에 의해 이송되는 제2연료를 연소실(11)에 공급하는 제2연료공관(35), 제2연료공급관(25)의 개 도를 조절하는 제2밸브(V2), 제2연료공급관(35)을 통해 공극되는 제2연료를 연소실(11)에 분사하는 제2노즐(36)로 이루어진다.
제2연료는 다양한 방법으로 연소실(11)에 공급될 수 있으며, 본 발명은 제2연료의 공급을 원활하게 하고 연소를 돕기 위하여 에어를 이용한다. 즉, 제2연료공급관(35)에는 에어펌프(37)가 연결된다. 에어펌프(37)에 의한 펌핑에 의해 일정 압력으로 유동하는 에어는 압력에 의해 제2연료를 제2노즐(36)로 이송하여 제2연료와 함께 연소실(11)에 공급되므로 제2연료의 정체를 막을 수 있고 연소효율을 높일 수 있다.
제2연료의 연소시 연소실(11)에서는 재가 발생되어 연소실(11)의 바닥에 쌓이게 된다. 연소실(11)의 바닥에 쌓인 재를 바닥재를 하며, 바닥재는 완전 연소되지 않은 상태이기 때문에 바닥재의 완전 연소를 위하여 본 발명에서는 바닥재를 비산시켜 제2연료와 함께 연소될 수 있도록 폭기수단(40)이 더 갖추어질 수 있다.
폭기수단(40)은 에어펌프(41), 에어펌프(41)에 의해 펌핑되는 에어의 이송관(42), 연소실(11)의 바닥부에 서로 일정 간격을 두고 상부를 향해 설치되며 이송관(42)을 통해 이송되는 에어를 연소실(11)의 바닥부에서 천정측으로 분사하는 폭기노즐(43)로 이루어진다. 폭기노즐(43)은 연소실(11) 바닥의 바닥재는 유입되지 않고 에어만 분사되도록 체크밸브를 갖는다.
지금까지 설명한 구성들은 사용자의 조작을 근거로 한 컨트롤러의 제어에 의해 구동된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 보일러의 작동은 다음과 같다.
초기 점화 버튼의 조작을 통해 보일러(100)의 가동이 개시되며, 점화 버튼의 조작이 감지되면 컨트롤러는 보일러(100)의 점화 명령을 인가한다
컨트롤러의 점화 명령은 제1밸브(V1), 제1연료펌프(21), 점화수단에 인가되어, 제1밸브(V1)를 통해 제1연료공급관(22)이 개방되며, 제1연료펌프(21)의 펌핑에 의해 제1연료탱크에 저장된 제1연료(석유)가 제1연료공급관(22)과 제1노즐(23)을 거쳐 연소실(11)에 분사된다.
점화수단은 연소실에 분사되는 제1연료(석유)를 이용하여 보일러(100)를 점화한다. 제1연료(석유)를 이용한 점화는 기존 석유를 이용한 보일러와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
점화수단에 의해 점화가 이루어지면 제2연료(석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)를 공급한다
먼저, 제2연료의 공급과정은 다음과 같다.
석탄과 코크스 분말 저장부(31)와 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 저장부(32)를 각각 개폐하는 제3,4밸브(V3,V4)는 컨트롤러의 명령을 받아 석탄과 코크스/점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 분말 저장부(31,32)의 토출구의 개도를 조절하며, 석탄과 코크스/점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 저장부(31,32)에서 토출된 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)는 각각 계량부(L1,L2)를 거치게 된다.
계량부(L1,L2)는 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말) 의 공급량을 계량하여, 이 계량값을 컨트롤러에 인가하며, 각각의 계량부에서 계량된 값이 석탄코크스.분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)의 혼합비와 일치하면 제3,4밸브(V3,V4)의 개도를 유지하며, 그렇지 않으면 제3,4밸브(V3,V4)의 개도를 조절하여 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)의 혼합량을 조절한다.
계량부(L1,L2)를 통과한 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)는 믹서(33)에 유입되어 믹서(33)를 통해 혼합 이송된다.
믹서(33)에 의해 혼합 이송되는 제2연료는 연소실(11)에 공급되어 연소된다.
구체적으로 설명하면, 컨트롤러는 제1밸브(V1)를 폐쇄함과 동시에 제2밸브(V2)를 개방한다. 제2밸브(V2)의 개방직 후 에어펌프(37)에 의해 에어가 일정 압력으로 펌핑되어 제2연료공급관(35)을 흐르게 되며, 이때의 공압에 의해 에어와 제2연료가 제2연료공급관(35) - 제2노즐(36)을 경유하여 연소실(11)에 공급된다.
즉, 이 시점부터는 제2연료를 열원으로 하여 보일러(100)를 가동하는 것이다.
제2연료는 석탄과 코크스 분말과 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)가 혼합된 것으로, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)는 기름 성분을 포함하기 때문에 제1연료(석유)를 사용하지 않아도 소화되지 않고 점화 상태를 유지할 수 있다.
물론, 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)의 혼합량은 보일러의 소화를 방지하면서 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)의 타는 냄새가 나지 않을 정도로만 혼합되어 보일러의 가동시 불쾌한 냄새가 나지 않는다.(약 800도 이상의 고온 이므로 완전연소가 가능하다)
본 발명 보일러(100)는 제2연료의 공급량에 따라 화력의 세기를 조절할 수 있으며, 화력 조절 노브를 조작하면 컨트롤러가 제2밸브(V2)를 통해 제2연료공급관(35)의 개도를 조절하여 제2연료의 공급량을 많거나 적게 조절함으로써 보일러(100)의 화력을 조절한다.
제2연료가 공급되어 연소가 이루어지면 컨트롤러는 폭기수단(40)을 작동한다. 폭기수단(40)은 연소실(11)의 바닥에서 상부를 향해 에어를 분사하여 연소실(11) 바닥에 쌓인 바닥재를 비산시키며, 이 비산재는 연소실(11)의 화력에 의해 연소실(11)에 공급된 제2연료와 함께 연소(완전 연소)된다.
제2연료는 점화유지재(고무, 폐합성수지 분말)에 의한 기름 성분이 있긴 하지만 이 기름 성분은 소화 방지를 위한 적정량이기 때문에 완전 연소되어 연소실 내벽면에 기름 성분이 고착되지 않는다.
연소실(11)에서 연소가 진행되면 연소실 내부에는 고온의 공기가 발생되며, 이 공기는 공급관(12)을 통해 공급되어 실내를 난방하거나 온수를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료의 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 보일러 본체, 11 : 연소실
20 : 제1연료공급수단, 21,37 : 펌프
22 : 제1연료공급관, 23 : 제1연료노즐
31,32 : 저장부, 33 : 믹서
34 : 이송관, 35 : 제2연료공급관
36 : 제2노즐, 40 : 폭기수단

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 연소실(11)을 갖는 보일러 본체(10)와; 상기 보일러 본체의 연소실에 점화용 제1연료와 연소용 제2연료를 각각 공급하는 연료공급수단과; 상기 연료공급수단에 의해 공급되는 연료를 통해 불을 점화하는 점화수단을 포함하며,
    상기 연료공급수단은, 점화용 석유를 포함하는 제1연료를 공급하는 제1연료공급수단(20), 연소용 제2연료를 공급하는 제2연료공급수단(30)을 포함하고,
    상기 제2연료공급수단(30)은 석탄과 코크스 분말 중 하나 이상 및 고무와 폐합성수지 분말을 포함하는 점화유지재가 저장되는 저장부(31,32), 상기 저장부에서 토출되는 석탄과 코크스 분말과 점화유지재를 각각 계량하는 계량부(L1,L2), 상기 계량부에 의해 계량된 석탄과 코크스 분말과 점화유지재를 혼합하는 믹서(33), 상기 믹서에 의해 혼합된 제2연료를 상기 연소실에 공급하는 제2연료공급관(35), 상기 제2연료공급관의 개도를 조절하는 제2밸브(V2), 상기 제2연료공급관을 통해 이송되는 제2연료를 연소실에 분사하는 제2노즐(36)로 이루어지며, 이에 의하여, 초기 점화시 상기 제1연료공급수단을 가동하고 점화가 완료되면 상기 제2연료공급수 단을 가동하는 것을 특징으로 하는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 연소실의 바닥부에서 에어를 분사하여 상기 연소실의 바닥부에 쌓인 바닥재를 비산시키는 폭기수단(40)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 믹서는 상기 제2연료를 석탄과 코크스분말 100중량부에 대하여 일정량의 점화유지재를 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 믹서에 의해 혼합된 제2연료를 공압에 의해 상기 연소실에 분사하는 에어펌프(37)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일러.
  6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 제1연료공급수단은, 제1연료를 펌핑하는 제1펌프(21), 제1펌프에 의해 펌핑되는 제1연료를 상기 연소실에 공급하는 제1연료공급관(22), 상기 제1연료공급관의 개도를 조절하는 제1밸브(V1), 상기 제1연료공급관에 의해 공급되는 제1연료를 상기 연소실에 분사하는 제1노즐(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄과 코크스 분말을 이용한 고체 연료를 이용한 보일 러.
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