KR100910513B1 - 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것으로, 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 이용하여 성형탄을 제조할 때, 집진기에서 배출된 미분에 물을 공급하여 미분의 수분을 6.4~6.9%로 조정한 후 24~26cc의 체적을 갖는 눈물방울 모양의 성형탄으로 성형하면 사용에 적합한 최적의 성형탄이 제조될 수 있다.

미분, 코크스, 성형탄, 수분, 고강도

Description

미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는 장치{Method and apparatus thereof for manufacturing coal briquette used of by-product of material}

본 발명은 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 집진기에서 포집하여 고강도의 성형탄을 제조하는 방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 석탄을 사전처리하는 과정에 사용되는 건조설비((CMCP : Coal Moisture Control Process)는 도 1에 도시된 것처럼 양질의 코크스를 제조하기 위하여 석탄의 수분을 제거하는 건조기(1)를 가지며, 이 건조기(1)는 대개 석탄의 수분을 2~3% 제거하는 건조능력을 갖는다.

건조기(1)에 투입된 석탄을 건조하는 과정 중 건조기 내부에서 발생한 증기를 외부로 배출시키기 위해 집진기(2)가 설치되는데, 건조기에 투입된 석탄 중 입자 크기가 0.15mm 이하인 비교적 작은 것들이 증기와 함께 집진기에 포집된다.

그리고 청정공기는 스택(3)을 통해 배기로 배출되며, 집진된 미분은 집진기의 하부에 설치되는 미분 호퍼(4)에 저장된다.

또한 미분 호퍼(4)에 저장된 미분은 도 2에 도시된 것처럼 물 공급배관(7)을 통해 공급되는 물 95중량% 및 바인더 저장탱크(6)에 연결된 바인더 공급배관(6A)을 통해 공급되는 바인더 5중량%와 함께 혼합기(5)에서 혼합된 후 건조기로부터 정상적으로 건조되어 수송되는 석탄과 함께 사용처로 공급된다.

이러한 종래의 미분 처리 과정은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

먼저, 건조기를 이용한 건조 과정에서 발생되는 미분은 대개 수분 함량이 4.9% 이하인 소수성의 미세한 분말로서 물과 바인더로 이루어진 혼합제와 쉽게 혼합되지 않고 대기중으로 비산됨으로써 환경오염을 유발하며, 또한 정상적인 석탄과 함께 코크스 제조에 사용되는 경우 코크스 수율 감소의 직접적인 원인이 된다.

다음, 미분과 혼합제와의 혼합효율이 저하됨에 의해 코크스 제조에 사용되는 경우 장입밀도를 하락시켜 코크스 품질 하락의 주요 요인이 된다.

마지막으로, 건조기의 가동을 중단한 후 일정 시간이 지나서 재가동하는 경우, 미분의 수분 함량이 2% 정도로 떨어지면서 미분 발생량이 급격하게 증가하는 경향이 있지만 종래의 미분 처리 공정에서는 혼합제의 투입량을 조절하지 않아 건조설비의 조업 안정이 이루어지지 않는다.

이러한 문제점 들은 재활용되는 미분을 코크스 제조에 사용하는 경우 코크스 오븐에 공급되는 재료의 성상 편차를 유발시켜 코크스의 품질을 떨어뜨리며 또한 생산성이 저하되는 주요한 요인으로 작용한다.

본 발명의 목적은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 집진기에서 포집된 미분을 성형탄으로 제조하는데 최적의 조건을 찾아 적용함으로써 고강도의 성형탄이 제조될 수 있는 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는 제조장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 집진기에서 포집된 미분의 양에 영향을 받지 않고 또한 미분의 수분을 조절하기 위해 바인더를 사용하지 않으면서 성형탄의 형상 및 체적 변화에 따른 구조강도해석을 통하여 고강도 성형탄이 제조될 수 있는 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이에 이용되는 제조장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 미분을 재활용하여 우수한 품질의 성형탄을 제조함으로써 코크스 제조에 사용하는 경우 장입밀도를 증가시켜 코크스 품질을 향상시키고 장입과정 중에 발생하는 미분의 비산량을 감소시켜 작업환경이 개선될 수 있으며 코크스 회수율을 증가시켜 코크스 생산성을 향상시킬 수 있도록 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법 및 이를 이용한 제조장치를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은, 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 이용하여 성형탄을 제조하는 방법으로서, 집진기로 유입된 미분을 집진하여 배출하는 단계와, 집진기에서 배출된 미분에 물을 공급하여 미분의 수분을 6.4~6.9%로 조정하는 단계와, 상기 단계를 거쳐 성형기로 유입된 미분을 24~26cc의 체적을 갖는 눈물방울 모양의 성형탄으로 성형하는 단계를 포함하여 구성된, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 이용하여 성형탄을 제조하는 장치로서, 미분을 걸러 배출시키도록 설치된 집진기와, 상기 집진기에서 배출된 미분을 받아 제공하도록 연결된 미분 호퍼와, 상기 미분 호퍼의 무게를 측정하도록 설치되는 평량계와, 상기 미분 호퍼에서 배출되는 미분을 받아 물 공급배관을 통해 공급되는 물과 혼합하도록 설치되는 혼합기와, 상기 혼합기에서 배출되는 미분을 받아 미리 설정된 크기 및 형상을 가지는 성형탄으로 성형하도록 설치되는 성형기를 포함하여 구성되며, 상기 혼합기에 공급되는 물의 양이 상기 평량계에서 측정되는 미분 호퍼의 무게에 의해 변화되도록 서로 연동 제어되는 구성을 가지는, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조장치를 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물이 사용에 적합한 고강도의 성형탄으로 제조될 수 있다.

이와 같이 미분 부산물을 효과적으로 이용함으로써 환경오염을 방지하는데 기여할 수 있으며, 게다가 코크스 제조 단가를 낮추는데에도 효과적이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 크게 집진된 미분을 정량 배출하는 것과, 이렇게 배출된 미분이 적정한 수분을 갖도록 조정하는 것과, 고강도를 위한 성형탄의 형상 및 체적을 결정하는 것과, 미분의 성형화가 적절하게 이루어지게 하는 것을 포함한다.

도 3을 참조하면, 미분 호퍼(10)의 무게를 측정하기 위한 평량계(12)가 갖춰진다.

평량계(12)는 미분 호퍼(10)의 무게를 지속적으로 확인하여 미분 호퍼(10)에 저장되어 있는 미분의 무게를 파악 가능하게 한다.

물론 미분 호퍼(10)는 미분의 배출 통로를 개폐하기 위한 통상적인 밸브 구성을 가질 수 있으며, 이는 미분 호퍼(10)에서 배출되는 미분의 양이 성형화에 적합하도록 조절될 수 있다.

물론, 상기 미분 호퍼(10)에서 배출되는 미분은 혼합기(14)로 공급된다.

혼합기(14)에 공급된 미분의 양에 따라 물 저장탱크(18)의 물 공급배관(19)을 통해 혼합기(14)로 공급되는 물의 양이 조절된다. 이때 혼합기(14)로 공급되는 물의 양은 그 물과 미분이 혼합되었을 때 미분의 수분이 6.4~6.9%의 범위에 있도록 설정된다.

미분의 수분이 6.4% 이하인 경우 미분과 물이 쉽게 혼합되지 않고 미분이 대기중으로 비산하는 등의 문제점이 있으며, 미분의 수분이 6.9% 이상인 경우 성형성 저하 등의 문제점이 있다.

그리고 미분과 물의 혼합이 보다 균일하게 이루어지고 또한 신속하게 이루어 질 수 있도록 하는 것이 좋으며, 날개 모양을 갖는 여러 개의 패들(16)이 미도시된 모터에 의해 회전되는 구성이 적합하며, 모터는 회전수를 조절 가능한 구조를 갖는 것이 좋다.

고강도를 위한 성형탄의 형상 및 체적의 결정에 대하여 설명한다.

고강도 성형탄의 제조에 있어 형상 및 체적에 따른 성형화 작업성 및 구조강도 등이 중요한 요소가 된다.

다양한 시험 결과, 수분 함량이 6.4~6.9%인 미분을 이용하여 24~26cc의 체적을 갖는 눈물방울 모양의 성형탄이 최적의 조건을 갖는 것임을 알았다.

성형탄의 제조를 위한 최적 조건을 찾는 시험예를 하기에서 설명한다.

성형탄을 5가지 형상의 성형틀(20)들을 이용하여 제조하여 본 결과, 눈물방울 형상의 성형탄을 성형하였을 때, 98% 이상이 성형틀에서 분리되어 분리성이 우수한 반면, 타 형상의 성형탄인 경우 10% 이상 성형틀에서 분리되지 않아 분리성이 열악하였다.

눈물방울(Tear Drop) 형상을 다양한 형태, 즉 통상의 기존 것과, 양끝단을 더 둥글게 한 것과, 양끝단을 더 길게 한 것으로 하여, 체적 25cc와 35cc인 성형탄을 제조하여 본 결과, 체적변화에 따른 작업성은 큰 변화가 없었지만, 형상을 통상의 기존 것으로 하였을 때 작업성이 가장 우수하였다.

성형탄의 형상에 따른 구조강도, 즉 압축강도(도5에 도시됨), 낙하강도(도6에 도시됨), 장입밀도(도7에 도시됨) 및 냉간강도(도8에 도시됨)를 측정한 결과, 눈물방울 형상의 경우 체적이 커지면 압축강도는 증가하는 반면 낙하 및 장입밀도는 감소함을 알 수 있었으며, 특히 25cc인 눈물방울의 성형탄과 35cc인 정사각형의 성형탄이 압축강도, 낙하강도, 장입밀도 및 냉간강도에서 가장 우수함을 알 수 있었다.

또한 성형탄의 성형 작업성에 있어, 눈물방울의 성형탄은 98%, 정사각형의 성형탄은 92%로 눈물방울의 성형탄을 제조하는 것이 적합함을 알았다.

또한 미분의 수분 변화에 따른 성형탄의 성형화 및 구조강도를 시험한 결과 수분 함량이 6.4~6.9%인 경우에 성형성 및 구조강도가 우수함을 알 수 있었다.

도5 내지 도8의 그래프에서 도6의 그래프의 세로축이나 도8의 그래프의 세로축에 도시된 낙하강도 또는 드럼강도는 %로 나타낸 것으로, 낙하강도의 경우에는 일정 높이에서 일정 개수의 어떤 한 형상의 성형탄을 떨어뜨렸을 때 부서지지 않고 남은 성형탄의 개수를 %로 나타낸 것이고, 드럼강도의 경우에는 일정 속도로 회전되는 테스터기에 일정 개수의 어떤 한 형상의 성형탄을 넣고 회전시켰을 때 부서지지 않고 남은 성형탄의 개수를 %로 나타낸 것이다.

그리고, 도8의 그래프의 가로축에 도시된 F는 형상인자로서, 어떤 한 형상의 성형탄의 가로길이와 세로길이 및 두께를 측정하고 가로길이와 세로길이 및 두께 중 가장 큰 크기를 갖는 것을 a로 하고 나머지를 b와 c로 하여 F=1-{(b+c)/2a}의 식에 대입한 숫자를 나타낸다.

즉, 어떤 한 형상의 성형탄의 가로길이와 세로길이 및 두께를 측정한 결과 가로길이가 제일 큰 크기를 갖는다면, 가로길이가 a가 되고 세로길이나 두께가 b나 c가 된다. 예컨대, 구형상의 성형탄의 경우에는 a와 b 및 c의 값이 모두 같게 되므로 F의 값은 0이 된다.

상기한 장치를 이용하여 최적의 조건으로 성형탄을 제조하는 방법을 다음에 설명한다.

미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양이 평량계(12)에서 측정되는 무게로 파악된다.

즉 미리 설정된 무게를 기준으로 하여 미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양이 많은지(고) 혹은 중간인지(중) 그렇지 않으면 적은지(저)를 판단한다.

미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양에 따라 그 미분 호퍼(10)로부터 배출될 미분의 양이 설정된다.

예컨대 미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양이 많으면 미분 호퍼(10)로부터 배출되는 미분의 양이 많도록 설정하며(예를 들어 12톤/시간), 미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양이 중간 정도이면 미분 호퍼(10)로부터 배출되는 미분의 양이 중간 정도로 설정하며(예를 들어 6톤/시간), 미분 호퍼(10)로 유입되는 미분의 양이 적으면 미분 호퍼(10)로부터 미분의 배출을 일시 중단한다.

그리고 상기 미분 호퍼(10)로부터 배출되는 미분의 양에 비례하여 혼합기(14)의 패들(16) 회전 속도를 설정한다.

또한 혼합기(14)에서 배출되어 성형기(30)로 공급되는 미분의 양에 따라 성형기(30)의 가동 상태가 설정된다.

예컨대 성형기(30)의 성형틀에 의한 미분의 압축강도가 미리 설정된 값, 예를 들어 20㎏/㎠에서 유지될 수 있도록 유압설비와 가변모터가 연동하여 작동함으로써 성형틀의 간격과 성형틀의 회전속도가 비례 제어된다.

또한 성형기로 공급되는 미분의 양이 성형기의 처리능력(예컨대 12톤/시간)을 초과하는 경우, 미분 호퍼로 미분이 유입되는 것을 차단시키고 집진기에서 집진된 미분을 바이패스 슈트를 통해 벨트로 낙하되게 하여 건조된 석탄과 함께 수송되게 한다.

미분의 유입량에 적합한 양의 물을 공급하는 것도 성형탄의 강도에 직접적인 영향을 주므로 패들의 회전 속도에 따라 공급되는 물의 양도 비례적으로 설정됨으로써 성형기로 공급되는 미분의 수분을 적정한 범위에 있도록 한다.

이렇게 처리되는 미분의 양과 연동하여 성형틀의 간격과 회전 속도가 자동 조절되면 고강도의 성형탄이 코크스 오븐 설비에 공급됨으로써 미분 비산량 감소에 따른 환경 오염의 방지, 화성공정으로의 캐리오버(Carry Over)량 저감 및 코크스 회수율 증가의 효과를 가질 뿐만 아니라, 벨트에 의한 수송이 이루어질 때 분화율이 5% 정도를 유지함으로써 장입밀도를 상승시켜 코크스 강도를 증가시킬 수 있다.

예컨대, 건조기에서 석탄을 건조하는 과정 중 발생하는 미분을 성형탄으로 성형하여 코크스 오븐에 장입하여 장입밀도를 약 10㎏/㎥ 증가시키면 코크스 강도가 약 0.2% 향상된다.

또한, 건조기에서 석탄의 사전처리 과정 중 발생하는 미분을 바인더의 첨가없이 물만을 첨가하여 성형탄으로 제조하면 코크스 제조원가를 낮출 수 있다.

도 1은 석탄을 사전처리하는 과정에 사용되는 일반적인 석탄 건조설비를 나타낸 개략 구성도;

도 2는 도 1에 도시된 설비의 미분 부산물 처리 장치를 상세하게 나타낸 도면;

도 3은 본 발명에 따른 성형탄 제조장치를 전체적으로 나타낸 개략 구성도;

도 4는 성형탄을 제조하는데 사용되는 성형틀을 나타낸 도면;

도 5는 성형탄 형상에 따른 압축강도를 나타낸 도면;

도 6은 성형탄 형상에 따른 낙하강도를 나타낸 도면;

도 7은 성형탄 형상에 따른 장입밀도를 나타낸 도면;

도 8은 성형탄 형태에 영향을 주는 함수 F와 냉간강도(낙하/드럼)의 관계를 나타낸 도면이다. 　

※　도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 미분 호퍼

12 : 평량계

14 : 혼합기

16 : 패들

18 : 물 저장탱크

19 : 물 공급배관

30 : 성형기

Claims (6)

1. 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 이용하여 성형탄을 제조하는 방법으로서,

   집진기로 유입된 미분을 집진하여 배출하는 단계와,

   집진기에서 배출된 미분에 물을 공급하여 미분의 수분을 6.4~6.9%로 조정하는 단계와,

   상기 단계를 거쳐 성형기로 유입된 미분을 24~26cc의 체적을 갖는 눈물방울 모양의 성형탄으로 성형하는 단계를 포함하여 구성된, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 집진기에서 배출되는 미분의 양과 상기 물의 공급량이 비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 집진기에서 배출된 미분과 물을 미리 설정된 속도로 회전하는 날개 모양의 패들을 이용하여 균일하게 혼합하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 패들의 회전속도는 상기 집진기에서 배출된 미분의 양과 비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조방법.
5. 석탄을 사전처리하는 과정에서 발생하는 미분 부산물을 이용하여 성형탄을 제조하는 장치로서,

   미분을 걸러 배출시키도록 설치된 집진기와,

   상기 집진기에서 배출된 미분을 받아 제공하도록 연결된 미분 호퍼와,

   상기 미분 호퍼의 무게를 측정하도록 설치되는 평량계와,

   상기 미분 호퍼에서 배출되는 미분을 받아 물 공급배관을 통해 공급되는 물과 혼합하도록 설치되는 혼합기와,

   상기 혼합기에서 배출되는 미분을 받아 미리 설정된 크기 및 형상을 가지는 성형탄으로 성형하도록 설치되는 성형기를 포함하여 구성되며,

   상기 혼합기에 공급되는 물의 양이 상기 평량계에서 측정되는 미분 호퍼의 무게에 의해 변화되도록 서로 연동 제어되는 구성을 가짐을 특징으로 하는, 미분 부산물을 이용한 성형탄 제조장치.
6. 삭제

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