KR100940082B1 - 정전분리방법 및 정전분리장치 - Google Patents

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Abstract

석탄 화력발전소의 보일러에서 발생하는 석탄회의 미연분 농도가 15~30%로 높은 경우에 있어서도 스파크를 발생하지 않고 안정적으로 회 분리(고미연분 회와 저미연분 회의 분리)가 가능하고, 고미연분 회는 재료로서 재이용을 하고, 저미연분 회는 예를 들면 콘크리트의 부원료로서 재이용할 수 있는 정전분리방법 및 정전분리장치를 제공한다. 석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법에 있어서, 대략 평판 형상의 하면전극과 그 상측에 고유전체 수지부를 갖는 상면전극을 마련하고, 상기 하면전극 혹은 상면전극 중 어느 한쪽의 전극을 정 전극, 다른 쪽의 전극을 부 전극으로서 상기 하면전극과 상면전극 사이에 직류전계를 발생시켜서 정전기력에 의한 분리영역을 형성시키고, 해당 분리영역에 공급한 석탄회 내의 미연탄소회를 분리하는 것을 특징으로 하는 정전분리방법 및 정전분리장치.
화력발전소, 석탄회, 미연탄소회, 회 분리, 정전분리, 하면전극, 상면전극. 고유전체 수지부

Description

정전분리방법 및 정전분리장치{ELECTROSTATIC SEPARATION METHOD AND ELECTROSTATIC SEPARATOR}
본 발명은, 석탄회(石炭灰)에 포함되는 미연탄소회(未燃炭素灰)를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법 및 정전분리장치에 관한 것이다.
구체적으로는, 예를 들면, 석탄 화력발전소의 보일러(boiler) 등에서 발생하는 석탄회에 포함되는 회(灰)를 분리하는 정전분리방법 및 정전분리장치에 관한 것이다.
예를 들면, 석탄 화력발전소의 보일러 등에서 발생하는 석탄회에는, 약 20% 이상의 미연탄소(未燃炭素)가 포함되어 있고, 이 미연탄소를 분리·회수하여 에너지원으로서 이용하는 것이 검토되고 있으며, 종래부터 여러 가지 제안이 되어 있다.
예를 들면, 국제공개 WO 2002/076620호 공보(특허문헌1)에는, 입자의 정전분리방법과 정전분리장치 및 제조시스템이 기재되어 있고, 도전성 성분과 절연성 성분이 혼재하는 분립체(粉粒體) 원료를 정전기력에 의해 각각의 성분으로 분리하는 정전분리장치가 제안되어 있다.
이 특허문헌1의 도 5(본원의 도 1 참조)에는, 종래의 정전분리장치의 일 예가 도시되어 있는데, 전극은 상하배치로 되어 있고 저면전극(1)에 통기성을 가지는 가스분산 판 전극(적층소결 다공식(績層燒結 多孔式) 전극)을 배치하고, 분(粉)의 유동화를 위하여 그 저면전극(1)의 하측에 설치된 풀무(風箱)(6)로부터 에어(air)를 불어넣는 구조로 되어 있다.
또 상면전극(2)으로서는, 입자가 통과할 수 있는 다수의 개구부를 가지는 대략 평판 형상의 메시(mesh) 전극이 배치되어 있고, 또한 장치 전체에 진동을 부여하는 진동기 또는 녹커(knocker)(5)가 설치되어 있다. 그리고 그 상하면전극 사이에 직류고압전압을 인가하고, 정전분리영역(3)에 도전성 입자(미연분(未燃分))와 절연성 입자(회분(灰分))가 혼재하는 분립체 원료(미연분(未燃分) 농도 = 도전성 입자 중량비 2~5%)를 투입하여 장치에 진동을 부여하면서 정전분리를 행하는 방법이 기재되어 있다.
그러나 이러한 특허문헌1에 기재된 방법에서는, 도전성 성분과 절연성 성분이 혼재하는 분립체 원료의 미연분 농도가 15~30%로 높은 경우에는, 정전분리영역(3)의 에어의 도전성 성분 농도가 높아지는 것은 피할 수 없고, 절연성이 저하되어 스파크(spark)가 발생함으로써 분리성능이 저하되는 문제점이 있었다.
특허문헌1: WO 2002/076620호 공보
본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 석탄 화력발전소의 보일러에서 발생하는 석탄회의 미연분 농도가 15~30%로 높은 경우에 있어서도, 스파크를 발생하지 않고 안정적으로 회(灰)의 분리(고미연분 회와 저미연분 회의 분리)가 가능하고, 고미연분 회는 재료로서 재이용을 행하고, 저미연분 회는 예를 들어, 콘크리트(concrete)의 부원료(副原料)로서 재이용할 수 있는 정전분리방법 및 정전분리장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 전술한 과제를 해결하기 위하여, 예의 검토 결과 이루어진 것으로, 그 요지로 하는 부분은 특허청구범위에 기재한 바와 같은 아래의 내용이다.
(1)석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법에 있어서, 하면전극과 상면전극을 마련하고, 상기 하면전극과 상기 상면전극 사이의 전압인가회로 내에 고유전체 수지부를 가지고, 상기 하면전극과 상면전극 사이에 직류전계를 발생시킴으로써 석탄회 내의 미연탄소회를 분리하는 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
(2)석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법에 있어서, 하면전극과, 고유전체 수지부를 가지는 상면전극을 마련하고, 상기 하면전극과 상면전극 사이에 직류전계를 발생시킴으로써 석탄회 내의 미연탄소회를 분리하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 정전분리방법.
(3)상기 상면전극에, 봉(棒) 형상의 고유전체 수지부를 가지는 메시 전극으로 한 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 정전분리방법.
(4)상기 상면전극을, 고유전체 수지를 사용한 평판 전극으로 한 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 정전분리방법.
(5)상기 상면전극에 부착분(付着粉) 제거수단을 구비한 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 정전분리방법.
(6)석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리장치에 있어서, 하면전극과, 해당 하면전극으로부터 소정의 간격을 두고 그 상측에 설치된 상면전극을 마련하고, 상기 하면전극과 상기 상면전극 사이의 전압인가회로의 도중에 고유전체 수지부를 마련한 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
(7)석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리장치에 있어서, 하면전극과, 해당 하면전극으로부터 소정의 간격을 두고 그 상측에 설치된 상면전극을 마련하고, 해당 상면전극에 고유전체 수지부를 마련하고, 상기 하면전극 또는 상면전극 중 일측 이상에 접속된 직류전원을 구비하고 있고, 하면전극과 상면전극 사이에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 정전분리장치.
(8)상기 상면전극을, 고유전체 수지로 제작된 수지봉 전극과, 석탄회가 통과할 수 있는 다수의 개구부를 가지는 메시 전극으로 한 것을 특징으로 하는 (6) 또는 (7)에 기재된 정전분리장치.
(9)상기 상면전극을, 고유전체 수지로 제작된 평판 전극으로 한 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 정전분리장치.
(10)상기 상면전극의 부착분(付着粉)을 제거하는 수단으로서, 에어를 사용하여 분(粉)을 제거할 수 있도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 정전분리장치.
(11)상기 상면전극의 부착분(付着粉)을 제거하는 수단으로서, 전극에 진동 또는 충격수단이 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 정전분리장치.
(12)상기 하면전극 및/또는 상기 상면전극과 직류전원 사이의 급전선(給電線)의 도중에, 금속단자에서 수지봉 또는 수지판을 끼운 구조의 장치를 장입(裝入)한 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 정전분리장치.
본 발명에 따르면, 석탄 화력발전소의 보일러에서 발생하는 석탄회의 미연분 농도가 15~30%로 높은 경우에 있어서도 스파크를 발생하지 않고 안정적으로 회의 분리(고미연분 회와 저미연분 회의 분리)가 가능하고, 고미연분 회는 재료로서 재이용을 행하고, 저미연분 회는 예를 들어, 콘크리트의 부원료로서 재이용할 수 있는 정전분리방법 및 정전분리장치를 제공할 수 있는 등 산업상 유용하고 현저한 효과가 있다.
도 1은 종래의 정전분리장치를 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 정전분리장치에 있어서 스파크 발생 메커니즘(mechanism)을 설명하는 도면이다.
도 3은 종래의 정전분리장치에 있어서 스파크 발생 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극을 사용한 실시형태를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 고유전체 수지로 이루어지는 평판 전극을 사용한 실시형태를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 전류발생을 방지하는 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 에어 공급을 사용한 실시형태1을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 공급 및 저유전체를 사용한 실시형태2를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관 및 저유전체를 사용한 실시형태3을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관 및 저유전체를 사용한 실시형태4를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관 및 링(ring) 형상의 추를 사용한 실시형태5를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태6을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태7을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태8을 예시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태9를 예시하는 도면이다.
도 16은 배치(batch) 처리를 행하는 본 발명의 정전분리장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 수지봉 전극(8)이 있는 경우의 연속처리를 행하는 본 발명의 정전분리장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 18은 수지봉 전극(8)이 없는 경우의 연속처리를 행하는 본 발명의 정전분리장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 관하여 도 2 내지 도 17을 참조하여 상세히 설명한다.
발명자들은, 석탄 보일러에서 발생하는 석탄회에 포함되는 미연탄소 농도가 15~30%로 높은 경우에 있어서 회분리기술(고미연탄소회와 저미연탄소회로 분리하는 기술)에 관하여 예의 검토 중이고, 이하, 원료는 석탄회를 사용하는 것을 전제로 설명을 행하기로 한다).
<금속망(金屬網)에서의 실험>
전술한 종래기술의 문제점을 확인하기 위하여, 실제로 전술한 특허문헌1에 기재된 장치 구조와 같은 기능의 소형 장치(평면적 W100㎜×L200㎜, 상하전극간 80 ㎜)를 준비하여 검증실험을 행하기로 하였다. 그리고 도 1에 나타내는 바와 같은, 상면전극(2)인 메시 전극으로 금속망 전극(메시크기(opening):15㎜, 소선경(素線徑) φ1㎜)을 준비하고, 그 금속망 전극에 직류고압전원(4)으로부터 직접 급전(給電)을 행하고, 원료로서 석탄회(미연탄소 농도가 15~30%)를 사용하여 실험을 하였다. 이하, 실험 결과를 나타낸다.
금속망을 사용한 실험의 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전압 5KV 이상에서 상하전극 사이의 각 부에서 스파크가 발생하여 분리성능이 저하되는 것이 판명되었다.
따라서 금속망 전극에서는, 석탄회(미연분 농도가 15~30%)를 사용함으로써 스파크가 발생하는 것을 이 실험에서 검증할 수 있었다.
<수지망(樹脂網)에서의 실험>
다음으로, 스파크 대책도 포함하고, 금속망 전극의 대체로서, 절연물인 고유전체 수지를 사용한 망(網) 전극(이하, 수지망(樹脂網) 전극이라고 한다)을 준비하여 동일하게 실험을 행하였다.
여기서, 메시 전극(2)으로 사용한 수지망 전극(두께 3㎜의 평판에 φ10의 구멍을 수십개 뚫은 망)은, 직류고압전원으로부터 급전점인 금속단자에서 직접 급전을 행하면, 고유전체 수지인 수지 내부에서 쌍극자가 발생하여서 급전 전위(電位)와 같은 전위를 수지망 전극 표면에 균일하게 인가하는 것이 가능하고, 그 전위를 이용하여서 정전분리가 가능한 것은, 지금까지 여러 가지 실험을 거듭하여 발견하였으므로 이번의 실험에서 사용한 것이다.
수지망을 사용한 실험의 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전압 20KV 이상에서 급전점인 금속단자와 하면전극 사이에서 스파크가 발생하여 분리성능이 저하되는 것이 판명되었다.
이 실험에서도 스파크 발생 전압은, 금속망보다 약간 높아지지만 스파크가 발생하는 것이 판명되었다.
따라서 전압이 높고 낮음은 있지만, 메시 전극(2)의 재질에 관계없이 스파크가 발생하기 때문에, 다음으로 발명자들은 그 스파크 발생 메커니즘 및 스파크 발생 방지에 관하여 생각하기로 하였다.
<스파크 발생 메커니즘>
스파크 발생 메커니즘은, 정성적(定性的)으로는, 전계가 강한 부분에서 코로나(corona) 방전이 발생하여 주위의 공기를 전리(電離)하면서 전자사태(avalanche) 현상이 발생한다. 이후의 상세한 설명은 생략하지만, 결과적으로는 플라즈마(plasma) 형상의 가는 방전로(스트리머(streamer))가 형성되어, 상하전극 사이는 전기적으로 단락상태로 되고, 전원으로부터 전자가 연속적으로 공급되므로 전원측에서 보면, 급준(急峻)한 전류가 흐르게 된다. 이 현상이 스파크로 되어 보이는 것이다.
또 여기서, 약간 정량적(定量的)으로 생각해보기로 한다. 여기서는, 금속망 전극의 일 예의 검토 결과이지만, 일반적으로 공기의 코로나방전 개시전계(EC)(전리(電離)개시전압)는 3KV/㎜로 되어 있고, 금속망 전극의 소선경이 φ1㎜(소선반 경(r)=0.5㎜)이고, 금속망 전극의 인가전압을 V, 상하전극간 공간 갭(gap)을 G라고 하면, 이론적으로는 아래의 수학식1을 도출할 수 있다.
V ＝ Ec·r·ln(G/r)
이 수학식1을 변형하여서 전리가 개시되는 공간 갭(G)을 구하면 아래의 수학식2가 된다.
G ＝ r·exp(V/Ec/r)
이 수학식2에 r=0.5㎜, Ec=3KV/㎜, 인가전압(V)=5, 6, 7, 8KV를 대입하여서 전리개시 공간 갭(G)을 구하면, G ＝ 14, 27, 53, 103㎜가 되는 것이 판명되었다.
즉, 석탄회의 미연탄소 농도가 높아지면 정전분리영역의 절연성도 저하되므로 상하전극간 공간 갭(G)=80㎜이더라도 공간 갭(G)이 등가적으로는 감소하는 방향이 되어 금속망 전극에서는 6~7KV 근처에서도 스파크가 발생한 것으로 생각된다. 또 수지망 전극의 급전점인 금속단자로부터의 스파크 발생 전압은 20KV 이상으로 약간 높지만, 이것은 스파크 발생 경로가 수지망 전극을 일부 우회하도록 이루어지기 때문에 등가적으로는 공간 갭(G)이 길어진 효과가 있기 때문이라고 생각된다.
<스파크 발생 방지에 관하여>
금속망 전극에만 주목하면, 스파크 발생 방지를 행하는 데에는 소선경을 두껍게 하면 좋다. 예를 들면, 상기 검토조건에서 소선경을 φ2㎜(소선반경(r)=1㎜)로 함으로써 인가전압(V) ＝ 8KV에서 전리개시 공간 갭(G)=14㎜로 할 수 있는 효과 가 있음은 이해할 수 있지만, 금속망 전극의 중량이 무거워져 설치를 강화할 필요가 있을 뿐 아니라, 시판품(市販品)으로는 대응할 수 없게되어, 특주품(特注品)이 될 가능성도 있으므로 비용면에서도 고가가 되어 경제적이지 않다.
따라서, 여기서 스파크 발생 방지를 위하여, 전자사태(avalanche) 현상~스트리머의 발생을 방지하는 것을 생각하였다. 그 구체적인 대책으로서, 직류 고압전원으로부터의 급전점인 금속단자를 금속망 전극(또는 수지망 전극)으로 직접 급전을 하고 있었던 것이 문제점이라고 생각하였다. 그리고 대책1로서, 전원으로부터의 급격한 전자 공급을 방지하고, 또 전위는 전달할 필요가 있다는 생각을 토대로 하여 도 4에 도시한 바와 같이, 고유전체 수지로 이루어지는 수지봉 전극(8)(본 발명의 고유전체 수지부에 하는 것으로서, 이하 수지봉 전극(8)이라고 한다)을, 메시 전극(2)(금속망 전극 또는 수지망 전극)과, 직류고압전원(4)으로부터의 급전점인 금속단자(7) 사이에 삽입하는 것을 발상하였다.
따라서 분리영역(3)에서의 미연분(C) 농도가 15~30%로 높은 경우라도 전원으로부터의 급격한 전자 공급을 방지함으로써 회 분리 성능의 저하를 초래하지 않고 스파크 발생을 방지할 수 있다.
또 대책2로서, 메시 전극(2)의 대체로서, 도 5에 도시한 바와 같은 메시를 가지지 않은 고유전체 수지로 이루어지는 평판 전극(본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 것으로서, 이하 수지판 전극이라고 한다)(2')을 사용하는 것을 발상하였다. 그리고 실제로 실험을 해보았을 때, 분리영역(3)에서의 미연분(C) 농도가 15~30%로 높은 경우라도 전원으로부터의 급격한 전자 공급을 방지함으로써 회 분리 성능의 저하를 초래하지 않고 스파크 발생을 방지하는 것을 발견하였다.
이하의 설명은, 수지망 전극과, 금속망 전극과, 수지판 전극에서 공통하는 것이므로, 수지망 전극＝금속망 전극＝수지판 전극으로 취급하여 간단하게 상면전극이라고 한다.
또 본 발명의 고유전체 수지부의 재질에 관해서는 페놀(phenol)수지, 염화비닐수지 등의 고유전체 수지이면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
<전류발생에 대하여>
그러나 스파크 발생을 방지할 수는 있었지만, 연속운전시간이 10분 정도를 초과하면, 약간 전류가 흐르는 현상이 발생하고, 점차 증가하여 1㎃ 정도까지 도달하면, 직류고압전원장치의 전류제한기능(전류를 설정전류 1㎃로 유지하면서 전압을 낮추는 기능)이 동작하여, 인가전압이 낮아져버리고, 분리성능의 저하를 초래하게 된다. 따라서 다음으로 전류발생 메커니즘 및 전류발생방지에 관하여 생각하기로 하였다.
<전류발생 메커니즘 추정을 위한 실험>
전류발생의 원인으로서 이하의 5항목을 추정하고, 수지봉 전극과 수지망 전극을 조합한 실험 장치에서 확인과 전류발생의 원인 추구를 행하였다.
(추정1)
수지봉 전극에 실제로 1㎃ 정도의 전류가 흐르고 있다.
(추정1에 대한 확인실험 결과)
실제로 고분자 구조의 수지에 전류치는 10-11(A/㎠)로서 전류가 거의 흐르지 않은 것을 이해할 수 있으므로 이것이 원인이 아닌 것이 판명되었다.
(추정2)
직류고압전원에서부터 수지봉 전극으로의 급전점인 금속단자에서의 전리에 의해 정(正), 부(負) 이온이 발생하고, 그 이온이 수지봉 전극, 그 외의 벽면에 축적함으로써 전류가 흐르고 있다.
(추정2에 대한 확인실험 결과)
이온 축적이 원인이라면 전원 극성을 절환하면 이온 중화(中和)가 발생하기 때문에 전원 절환 직후에 있어서는 전류가 감소할 수밖에 없지만, 실험 결과, 전류감소는 인지되지 않았으므로 이것이 원인이 아닌 것도 판명되었다.
(추정3)
미분탄소(微分炭素)를 포함한 공기가 도전성을 높여 전류가 흐른다.
(추정3에 대한 확인실험 결과)
부하운전에서 60분 경과 후에 전류치는 0.1㎃까지 도달하였다. 그 후에 부하운전을 정지하고, 그 상태에서 전류가 흐르는 상황을 조사하였지만, 실험 결과, 부하운전을 정지한 상태에서도 전류가 0.1㎃ 흘렀으므로, 이것이 원인이 아닌 것도 판명되었다.
(추정4)
수지봉 전극 표면에 부착한 분(紛)에 의한 전류경로 형성이 원인이어서 전류 가 흐른다.
(추정4에 대한 확인실험 결과)
부하운전에서 60분 경과 후에 전류치는 0.1㎃까지 도달하였다. 그 후에 부하운전을 정지하고, 그 상태에서 수지봉전극 표면에 부착한 분(紛)을 제거하였다. 실험 결과, 분(紛)을 제거하여도 전류는 0.1㎃ 흘렀으므로, 이것이 원인이 아닌 것도 판명되었다.
(추정5)
상면전극 하면의 분(紛) 부착(마이크로 돌기물 부착)에 의해 부분적으로 전계가 강해져 전리가 발생한다. 그 전리에 의해 발생하는 정, 부 이온이 전원측, 접지측으로 이동하여 전류가 흐른다.
(추정5에 대한 확인실험결과)
부하운전 중에 상면전극 하면에 부착한 분(紛)을 에어 직접 분사로써 제거해보았다. 실험 결과 전류가 흐르지 않은 것을 확인할 수 있었으므로, 이러한 상면전극 하면의 분 부착이 전류발생의 원인인 것이 판명되었다.
(전류발생부분 특정을 위한 추가실험)
또 상면전극 하면의 분 부착이 전류발생 원인인 것은 판명되었지만, 전면(全面)인지 부분적인지를 확인하기 위한 실험을 행하기로 하였다. 그 결과, 수지봉 전극 하부 근처의 분(紛)을 부분적으로 제거함으로써 전류가 흐르지 않은 것이 판명되었다.
<전류발생 메커니즘 추정>
상기한 각종 실험의 결과로부터 전류발생 메커니즘을 추정한 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이, 전압을 인가하여 부하운전을 행하면, 상면전극(2)의 배면에 분(紛)이 정전기력에 의해 부착된다. 수지봉 전극(8)의 하부 근처의 전계는 다른 상면전극 부분보다 강하여, 분(紛)이 부착하면 분(紛)은 마이크로 돌기물이 되고, 돌기물 표면의 전계는 강하여, 서서히 코로나방전을 개시하고, 공기를 전리하여 정, 부 이온을 발생시키며, 이 이온으로 대전(帶電)된 분(紛)이 그 위에 부착되어 더 쌓여간다. 그리고 분체층(紛體層)이 두꺼워지면 분(紛) 내부가 유지하는 전하가 커지고, 분체층 내의 전계강도가 커져 증폭적으로 정, 부 이온을 발생시키게 된다. 그 정, 부 이온이 전원측, 접지측으로 끌어당겨져 각각에서 전자 교환을 행하여 전원측에서 보면 전류가 흐르게 되는 것으로 추정되었다.
<스파크, 전류발생 대책에 관하여>
따라서 정리하면, 금속망 전극이나 수지망 전극 등의 메시 전극(2) 상부에 수지봉 전극(8)을 설치하거나, 메시 전극(2)의 대체로서 수지판 전극(2')을 사용함으로써, 전원으로부터의 급격한 전자 공급을 방지하여 스파크를 억제할 수 있다.
수지봉 전극(8)의 직경으로는 바람직하게는 φ5~150㎜, 더욱 바람직하게는 φ20~40㎜이고, 길이로는 바람직하게는 0~300㎜, 더욱 바람직하게는 0~200㎜이다. 또 수지망 전극, 수지판 전극의 두께는 바람직하게는 1~20㎜, 더욱 바람직하게는 3~5㎜이면 좋다.
그리고 상면전극 하면의 분(紛) 부착을 부분적으로 제거함으로써 전류발생도 억제할 수 있다. 또 분(紛) 부착을 제거하기가 곤란한 경우에 있어서도, 분(紛) 부 착에 의해 발생한 정, 부 이온이 전원측, 접지측과 전자 교환을 할 수 없도록 수지봉(8)과 같은 수지봉 전극을 전원측, 접지측의 급전선의 중간에 삽입함으로써 전류발생억제효과가 있는 것은 상세한 설명은 생략하지만 추가 검증실험으로 확인하였다.(이 급전선의 중간에 삽입하는 수지봉 전극도 본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 것으로서, 이하, 중간삽입용 수지봉 전극이라고 한다).
이하, 본 발명의 정전분리장치의 바람직한 실시형태에 관하여 설명한다.
실시형태1 내지 실시형태7은 수지봉 전극(8)을 가지는 경우, 실시형태8 및 실시형태9는 수지봉 전극(8)을 가지지 않은 경우를 나타낸다.
(실시형태1)
도 7은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 에어 공급에 의한 부착분(付着粉) 제거수단을 사용한 실시형태1을 예시하는 도면이다.
본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 수지봉 전극(8)의 하부 근처까지 상면전극(2)의 상부로부터 에어 배관을 연장하여, 직접 에어로 분(粉) 제거를 행한다.
전류가 흐르는 것은 수지봉 전극(8)의 하부 근처에 부착한 분(粉)이 원인이 되어 전리가 발생하여 전류가 흐르는 것이므로, 그 부착분(付着粉)을 직접 에어로 분사 제거함으로써 전류발생을 방지하는 것이 가능하다.
제거를 행하는 범위로서는, 바람직하게는 전면 제거이고, 더욱 바람직하게는 수지봉 전극 직경의 2~4배이다.
또 에어 양은 선속(線速)으로 바람직하게는 1~20㎧, 더욱 바람직하게는 5~15 ㎧이다.
(실시형태2)
도 8은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 공급에 의한 부착분(付着粉) 제거수단 및 저유전체를 사용한 실시형태2를 예시하는 도면이다.
본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 수지봉전극(8)의 하부 근처에 저유전체(9)의 판을 설치하고 또 상면전극(2)의 상부에서부터 에어 배관을 연장하여 직접 에어로 분(粉) 제거를 행한다.
수지봉 전극(8)의 하부 근처에 저유전체(9)의 판을 설치함으로써 분(粉) 부착량을 경감할 수 있기 때문에 에어 분사로써 분(粉) 제거가 용이해진다.
저유전체(9)의 재질은 테프론(등록상표) 수지, 실리콘 수지 등의 저유전체 물질이면 어느 것이라도 좋다.
(실시형태3)
도 9는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관에 의한 부착분(付着粉) 제거수단 및 저유전체를 사용한 실시형태3을 예시하는 도면이다.
본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 수지봉 전극(8)의 하부 근처에 저유전체(9)의 판을 설치하고, 또 상면전극(2)의 하부에서부터 에어 배관을 연장하여, 직접 에어로 분(粉) 제거를 행한다.
수지봉 전극(8)의 하부 근처에 저유전체의 판을 설치함으로써 분(粉) 부착량을 경감할 수 있기 때문에 에어 분사로 분(粉)의 제거가 용이해진다.
에어 배관과 상면전극(2)의 거리는 분사가 필요한 분사면적에 따라 결정하면 좋다.
(실시형태4)
도 10은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관에 의한 부착분(付着粉) 제거수단 및 저유전체를 사용한 실시형태4를 예시하는 도면이다.
본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 수지봉 전극(8)의 내부로 에어를 통과시키고, 하부 근처에 다공판을 설치하여 분(粉) 제거를 행한다.
수지봉 전극(8)의 내부로 에어를 통과시키고, 하부 근처에 다공판(多孔板)(10)을 설치하여 분(粉) 제거를 행함으로써, 외부로부터 에어 배관을 공급하는 것이 불필요해져 용이하게 분(粉) 제거가 가능해진다. 또 에어를 수지봉 전극으로 통과시키지 않고, 에어 배관으로 다공판에 직접 에어를 공급하여도 좋다.
다공판(10)은, 압력손실과 막힘을 고려하여 실험에 의해 그때마다 결정하는 것이 좋다.
(실시형태5)
도 11은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극, 에어 배관에 의한 부착분(付着粉) 제거수단 및 링 형상의 추를 사용한 실시형태5를 예시하는 도면이다.
본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 수지봉 전극(8)에 링 형상의 추(11)를 설치하여 분(粉) 제거를 행한다.
수지봉 전극(8)에 링 형상의 추(11)를 설치함으로써 장치 전체의 진동이 전달되어, 링 형상의 추(11)가 진동하고, 그 진동으로 수지봉 전극(8)의 하부 근처의 분(粉) 제거가 가능해진다.
링 형상 추(11)의 내경은 수지봉 전극 직경보다 1㎜ 이상 크게 하면 좋다.
또 무게는 바람직하게는 5~300g, 더욱 바람직하게는 20~100g이다. 재질로는 고무계통, 수지계통, 세라믹(ceramic)계통, 금속계통 중 어느 것이라도 좋다. 추는 링 형상에 한정되지 아니 하고 볼(ball) 형상이어도 좋고, 또 전면(全面)에 배치하여도 좋다.
(실시형태6)
도 12는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태6을 예시하는 도면이다.
수지봉 전극(8)으로부터 직류고압전원(4)까지의 급전선 사이에, 본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 중간삽입용 수지봉 전극(12)을 삽입하여 하기와 같은 전류대책을 행한다.
즉, 분(粉) 부착에 의해 발생한 정, 부 이온이 전원측과 전자 교환을 할 수 없도록 급전선의 중간에 중간삽입용 수지봉 전극(12)을 삽입함으로써 전류 흐름을 방지한다.
삽입용 수지봉 전극(12)의 직경으로서는, 바람직하게는 φ5~150㎜, 더욱 바람직하게는 φ20~40㎜이고, 원형이 아니라 각형이어도 좋다. 길이로는, 바람직하게는 2~500㎜, 더욱 바람직하게는 50~100㎜이면 좋다.
(실시형태7)
도 13은 본 발명의 정전분리장치에 있어서 수지봉 전극 및 중간삽입용 수지 봉 전극을 사용한 실시형태7을 예시하는 도면이다.
직류고압전원(4)의 접지선에, 본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 중간삽입용 수지봉 전극(12')을 삽입하여 전류대책을 행한다.
분(粉) 부착에 의해 발생한 정, 부 이온이 접지측과 전자 교환을 할 수 없도록 급전선의 중간에 중간삽입용 수지봉 전극(12')을 삽입함으로써 전류 흐름을 방지한다.
(실시형태8)
도 14는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태8을 예시하는 도면이다.
상면전극(2)으로부터 직류고압전원(4)까지의 급전선 사이에, 본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 중간삽입용 수지봉 전극(12)을 삽입하여 전류대책을 행한다.
분(粉) 부착에 의해 발생한 정, 부 이온이 전원측과 전자 교환을 할 수 없도록 급전선의 중간에 중간삽입용 수지봉 전극(12)을 삽입함으로써 전류 흐름을 방지한다.
(실시형태9)
도 15는 본 발명의 정전분리장치에 있어서 중간삽입용 수지봉 전극을 사용한 실시형태9를 예시하는 도면이다.
직류고압전원(4)의 접지선에, 본 발명의 고유전체 수지부에 해당하는 중간삽입용 수지봉 전극(12')을 삽입하여 전류대책을 행한다.
분(粉) 부착에 의해 발생한 정, 부 이온이 접지측과 전자 교환을 할 수 없도록 급전선의 중간에 중간삽입용 수지봉 전극(12')을 장입함으로써 전류 흐름을 방지한다.
수지망 전극, 수지봉 전극, 수지판 전극의 재질로는, 페놀수지, 염화비닐수지 등의 고유전체 수지이면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명의 정전분리방법 및 정전분리장치를 아래의 조건으로 실시하였다.
(실시예1)
도 16에 도시한 배치(batch)처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: - 메시 전극(2)(수지망 전극) W100×L200×3t
- 수지봉 전극(8) φ20×L100
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소 농도 25%를 포함하는 석탄회(100g)를 사용
4) 전류대책: 상면전극의 상부에서부터 에어 배관(13)으로 상면전극 하면 중앙에 에어를 인도하여 분사
부착분 제거면적: 수지봉 전극 하부 근처 50㎜2의 범위(14)
분사에어속도: 10㎧
5) 진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6) 분산용 에어 공급량: 16L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 전류치는 10㎂ 정도가 되고, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 68%(28g), 저미연탄소회의 탄소농도 8%(72g)가 되었다.
(실시예2)
도 16에 도시한 배치처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: - 메시 전극(2)(수지망 전극) W100×L200×3t
- 수지봉 전극(8) φ20×L100
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소농도 27%를 포함하는 석탄회(100g)를 사용
4) 전류대책: 아래의 대책1, 대책2 각각의 효과를 확인하였다.
(대책1) 상부전극의 상부에서부터 에어 배관(13)으로 에어를 인도하여 상면전극 하면중앙에 분사 + 저유전체(9)의 판(50㎜2)
(대책2) 상부전극의 하부에서부터 에어 배관(15)으로 에어를 인도하여 상면전극 하면중앙에 분사 + 저유전체(9)의 판(50㎜2)
부착분 제거면적: 수지봉 전극 하부 근처 50㎜2의 범위(14)
분사에어속도: 10㎧
5) 진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6) 분산용 에어 공급량: 16L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 대책1, 대책2의 양측의 실험결과는 거의 같고, 전류치는 4㎂ 정도로 더 낮아지고, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 70%(32g), 저미연탄소회의 탄소농도 7%(68g)가 되었다.
(실시예3)
도 16에 도시한 배치처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1)상면전극(2) 구조: - 메시 전극(2)(수지망 전극) W100×L200×3t
- 수지봉 전극(8) φ20×L100
2)상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3)원분(原粉): 미연탄소농도 21%를 포함하는 석탄회(100g)를 사용
4)전류대책: 수지봉 전극 내부 관통에 따른 에어 공급+다공판 면적(50㎜2)
(수지봉 전극(8)의 구조를 도 10의 구조와 같게 하였다)
부착분 제거면적: 수지봉 전극 하부 근처 50㎜2의 범위(14)
분사 에어 속도: 5㎧
5)진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6)분산용 에어 공급량: 16L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 전류치는 2㎂ 정도로 더 낮아지고, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 65%(25g), 저미연탄소회의 탄소농도 6%(75g)가 되었다.
(실시예4)
도 17에 도시한 연속처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: - 메시 전극(2)(수지망 전극) W200×L1600×3t
- 수지봉 전극(8) φ20×L100×4개
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소농도 24%를 포함하는 석탄회, 연속공급량 100㎏/h
4) 전류대책: 수지봉 전극에 링 형상의 추(11)를 설치하는 방식
링 규격: 내경 22㎜, 중량 75g×4개
5) 진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6) 분산용 에어 공급량: 260L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 수지봉 전극 4개의 합계 전류치는 20㎂ 정도이고, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 67%(26㎏/h), 저미연탄소회의 탄소농도 9%(74㎏/h)가 되었다.
(실시예5)
도 17에 도시한 연속처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: - 메시 전극(2)(수지망 전극) W200×L1600×3t
- 수지봉 전극(8) φ20×L100×4개
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소농도 29%를 포함하는 석탄회, 연속공급량 100㎏/h
4) 전류대책: 아래의 대책1, 대책2 각각의 효과를 확인하였다.
(대책1) 수지봉 전극으로부터 직류고압전원까지의의 공급선 사이에
수지봉 전극(12)을 삽입
(대책2) 직류고압전원의 접지선에 수지봉 전극(12')을 삽입
삽입용 수지봉 전극 규격: φ20×L60
5) 진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6) 분산용 에어 공급량: 260L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 대책1, 대책2 양측의 실험결과는 거의 같고, 수지봉 전극 4개의 합계 전류치는 2㎂ 정도이며, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 69%(33㎏/h), 저미연탄소회의 탄소농도 9%(67㎏/h)가 되었다.
(실시예6)
도 18에 도시한 연속처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: 메시 전극(2)(금속망 전극) W200×1600×소선경 φ1
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소농도 24%를 포함하는 석탄회, 연속공급량 100㎏/h
4) 전류대책: 수지봉 전극으로부터 직류고압전원까지의 공급선 사이에
수지봉 전극(12)을 삽입
삽입용 수지봉 전극 규격: φ20×L60
5)진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6)분산용 에어 공급량: 260L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 스파이크(spike) 형상의 전류파형이 매끈해지고, 전류치는 30㎂ 정도이며, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 67%(26㎏/h), 저미연탄소회의 탄소농도 9%(74㎏/h)가 되었다.
(실시예7)
도 18에 도시한 연속처리를 행하는 정전분리장치를 사용하여 아래의 기본 구성 및 조건으로 실험하였다.
1) 상면전극(2) 구조: 수지판 전극 W200×L1600×3t(메시 전극(2)의 대체)
2) 상하전극 갭: 80㎜(하면전극(1)과 상면전극(2)의 수직방향간 거리)
3) 원분(原粉): 미연탄소농도 30%를 포함하는 석탄회, 연속공급량 100㎏/h
4) 전류대책: 직류고압전원의 접지선에 수지봉 전극(12')을 삽입
삽입용 수지봉 전극 규격: φ20×L60
5) 진동기(5)의 진동조건: 진폭 2㎜, 주파수 28Hz
6) 분산용 에어 공급량: 260L/min
상기 조건에 따라 고미연탄소회를 흡입구로부터 회수하였다. 그 결과 전류치는 25㎂ 정도이고, 회 분리 결과는 고미연탄소회의 탄소농도 71%(35㎏/h), 저미연 탄소회의 탄소농도 8%(65㎏/h)가 되었다.
이상의 실시예에 따라, 석탄 화력발전소의 보일러에서 발생하는 석탄회의 미연분 농도가 15~30%로 높은 경우에 있어서도, 스파크를 발생하지 않고 안정적으로 회 분리(고미연분 회와 저미연분 회의 분리)가 가능함이 확인되었다.

Claims (12)

  1. 석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법에 있어서,
    하면전극과 상면전극을 설치하고,
    상기 하면전극과 상기 상면전극 사이의 전압인가회로 내에 고유전체 수지부를 제공하며,
    상기 하면전극과 상기 상면전극 사이에 직류전계를 발생시킴으로써 석탄회 내의 미연탄소회를 분리하는 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
  2. 석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리방법에 있어서,
    하면전극과, 고유전체 수지부를 가지는 상면전극을 설치하고,
    상기 하면전극과 상기 상면전극 사이에 직류전계를 발생시킴으로써 석탄회 내의 미연탄소회를 분리하는 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상면전극은 봉(棒) 형상의 고유전체 수지부를 가지는 메시 전극인 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상면전극은 고유전체 수지를 이용한 평판 전극인 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면전극에 부착분(付着粉)의 제거수단이 구비된 것을 특징으로 하는 정전분리방법.
  6. 석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리장치에 있어서,
    하면전극과,
    상기 하면전극으로부터 소정의 간격을 두고 그 상측에 설치된 상면전극과,
    상기 하면전극과 상기 상면전극 사이의 전압인가회로의 도중에 설치된 고유전체 수지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  7. 석탄회에 포함되는 미연탄소회를 정전기력에 의해 분리하는 정전분리장치에 있어서,
    하면전극과,
    상기 하면전극으로부터 소정의 간격을 두고 그 상측에 설치된 상면전극과,
    상기 상면전극에 구비되는 고유전체 수지부와,
    상기 하면전극 또는 상기 상면전극 중 일측 이상에 접속된 직류전원을 포함하며,
    상기 하면전극과 상면전극 사이에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 상면전극을, 고유전체 수지로 제작된 수지봉 전극과, 석탄회가 통과할 수 있는 복수의 개구부를 가지는 메시 전극으로 한 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 상면전극은 고유전체 수지로 제작된 평판 전극인 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    에어를 사용하여 상기 상면전극에 부착되어 있는 분을 제거하는 부착분 제거수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 상면전극에 부착되어 있는 분을 제거하는 부착분 제거수단으로서, 상기 상면전극에 진동 또는 충격을 주는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 하면전극과 상기 직류전원 사이 또는 상기 상면전극과 상기 직류전원 사이의 급전선의 도중에 삽입되며, 금속단자에 수지봉 또는 수지판을 끼워둔 구조를 가지는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분리장치.
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