KR101013217B1

KR101013217B1 - 석탄회 재활용 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101013217B1
Application number: KR1020080064803A
Authority: KR
Inventors: 정영호
Original assignee: 주식회사 에콜라이트
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US20110173878A1; KR20100004568A; WO2010002216A3; JP2011526827A; US8696770B2; CN102164685A; EP2301683A2; WO2010002216A2; CA2729860A1

Abstract

본 발명은 석탄회 재활용 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기존 화력발전플랜트 내에 미연분 회수부 및 경량골재 제조부를 포함하는 석탄회 재활용 장치를 구비하고, 이를 이용하여 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회 전량을 사용용도에 따라 재활용하는 석탄회 재활용 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 석탄회 재활용 장치 및 방법은 폐기물을 재활용 공장까지 이동하는 동안 발생하는 주변환경오염을 방지함과 더불어 운반비를 절감할 수 있고, 석탄회 전량을 용도별로 재활용함으로써, 석탄회에 함유된 미연탄소분을 활용할 수 있으며, 사용기준이 엄격한 콘크리트 혼화제 등에도 재활용이 가능할 뿐만 아니라, 폐기물 매립에 따른 환경오염방지와 폐기물을 재활용함으로써 국토의 손실과 자원의 낭비를 해소할 수 있다.

화력발전플랜트, 석탄회, 재활용, 매립회, 저회, 비회, 골재

Description

석탄회 재활용 장치 및 방법 {Ash Recycling Apparatus and Method}

일반적으로 석탄을 원료로 하여 발전하는 화력발전플랜트는 도 1에 나타난 바와 같이, 석탄의 연소효과를 높이기 위해 석탄을 소정의 크기로 분쇄, 즉 미분탄을 제조하여 보일러에 공급하여 연소시킴과 동시에 고온 고압의 수증기를 생산한 후에 생산된 수증기를 증기터빈에 공급함으로써 발전을 하게 된다.

특히, 석탄에는 통상적으로 2~15% 정도의 불연성 회분, 즉 석탄회가 함유되어 있다. 이에, 미분탄을 보일러에 공급하면, 미분탄의 대략 20%에 함유된 석탄회는 고온의 연소열에 의해 용융되며, 여러 입자가 응결되어 보일러의 하부로 배출되고, 미분탄의 대략 80%는 각 입자별로 연소되어 연소가스 흐름에 따라 비산하여 비 산된 미분탄에 함유된 석탄회는 전기집진기 등과 같은 집진 장치에 포집된다.

이러한, 보일러의 하부로 배출되는 석탄회는 바텀애쉬(bottom ash, 저회)라고 불리우며, 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자중에 의해 보일러 바닥으로 떨어지며, 입경은 1~5mm 정도로 보일러 하부에 모여 분쇄기(grinder)로 분쇄된 다음, 애쉬이송탱크로 보내지고 대부분은 애쉬 매립장에 버려진다. 바텀애쉬는 입자의 크기와 분포가 일정하지 않고, 품질이 좋지 않기 때문에 바다에 방파제를 구축한 후 전량 매립하고 있다.

또한, 유동층 보일러로부터 비산하여 전기집진기에서 포집되어 배출되는 석탄회는 플라이애쉬(fly ash, 비회)로 절탄기나 공기 예열기 아래 호퍼, 전기집진기에 의하여 집진되어 집진기 하부 호퍼에 모이는 애쉬를 일컬으며, 절탄기나 공기 예열기 아래에 있는 호퍼에 모이는 플라이애쉬의 입경은 0.3~0.1㎛로 발생되는 석탄회의 약 5%이고, 전기집진기에 의해서 집진되어 집진기 하부 호퍼에 모이는 애쉬의 입경은 탄종이나 연소조건에 따라 다르나 발생되는 석탄회의 75~80% 정도로 대부분 재활용되고 있으며, 재활용되지 않는 플라이애쉬는 바텀애쉬와 마찬가지로 이송탱크로 보내져 애쉬 매립장에 버려지게 된다.

이렇게 매립장에 비회와 저회가 불균질하게 혼합되어 있는 석탄회를 매립회라고 하며, 매립장소와 시기에 따라서 석탄회의 물성이 크게 차이가 난다. 이와 같은 단점 때문에 콘크리트 골재 등에 사용하기 위해서는 회처리장에서 매립처립된 매립회를 입도별 선별하고, 세척작업 등을 거쳐서 사용하고 있으며, 이렇게 재활용 된다 하더라도 선별작업 후에 남게 되는 석탄회를 처리해야 하는 문제점을 가진다.

또한, 매립회를 재활용하기 위해 추가된 작업공정으로부터 일부 매립회만 사용하는 것은 골재 제조 단가의 상승을 유발할 뿐만 아니라, 자원 재활용의 효율성 측면에서도 바람직하지 못하다.

국내 석탄회는 2002년도 기준 1,100천톤 정도 배출되었으며, 석탄회의 매립은 매립장 확보 및 유지문제와 매립장에서 발생되는 비산먼지로 인하여 인근 주민의 생활 불편을 초래하기도 하며, 장마 등으로 인한 유출로 주변 환경을 오염시키고 있다.

이에, 미국등록특허 제5992336호에서는 저회를 발전연료의 석탄과 혼합하여 연소시킴으로서 연료비 절감과 폐기물을 저감시켰으나, 재연소 후 발생되는 석탄회를 처리해야하는 문제점이 있다.

또한, 한국등록특허 제0447739호에는 바텀애쉬를 굵은골재와 잔골재로 분류하여 콘크리트 골재 대체재로 활용하는 바텀애쉬를 이용한 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 개시하고 있고, 한국등록특허 제0470676호는 콘크리트 배합 골재 대체재로서의 바텀애쉬를 사용한 콘크리트 조성물을 개시하고 있으며, 한국등록특허 제0668953호는 매립석탄회를 활용하여 콘크리트를 제조하는 매립석탄회 활용 콘크리트의 정밀도, 압축강도, 슬럼프보정 방법 등을 개시하고 있다.

그러나, 전술된 바와 같이 매립 석탄회 또는 바텀애쉬를 콘크리트 골재 대체

재로 재활용 시에, 매립 석탄회와 바텀애쉬는 비정제 플라이애쉬가 특정비율 없이 혼재하고 있어 입도 분포가 매우 불규칙하고, 바텀애쉬가 가지고 있는 자체 강도도 입도별, 성상별로 각기 다르므로, 콘크리트 골재 사용시에 입도별 함수율도 달라지고, 콘크리트를 제조하였을 때 안정적인 슬럼프의 확보문제나 강도의 문제에도 나쁜 영향을 주는 단점이 있어서 매립 석탄회를 그대로 사용하여 콘크리트에 실용화하는데에는 많은 어려움이 있다. 또한, 콘크리트를 안정적으로 제조하기 위해서는 매립회나 바텀애쉬를 세척한 후 굵은 골재와 잔골재로 분류하는 작업이 필수적이나, 작업공정의 추가 및 입도 선별에 의해 골재 제조단가의 상승을 유발할 수 있고, 자원재활용의 효율성 측면에서도 바람직하지 못해 매립석탄재의 사용은 경제적인 측면과 기술적 측면에서 큰 성과를 거두지 못하고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 화력발전플랜트 내에 미연분 회수부 및 경량골재 제조부를 포함하는 석탄회 재활용 장치를 구비한 다음, 이를 이용하여 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회(비회, 저회, 매립회 등)를 용도에 따라 재활용한 경우, 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회를 각각의 용도에 국한하여 일부 재활용하던 것을 각각의 용도에 따라 전량 재활용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회를 각각의 용도에 국한하여 재활용하던 것을 용도에 따라 전량 재활용할 수 있는 석탄회 재활용 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 석탄을 연소시켜 발전하는 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회로부터 2mm 이상의 입도크기를 가지는 미연소 석탄회를 선별하여 회수하는 미연분 회수부; 및 상기 미연분 회수부에서 회수하고 남은 석탄회를 이용하여 골재를 제조하는 골재 제조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 석탄회 재활용 장치를 이용하여 비회, 저회, 매립회 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 석탄회를 용도에 맞게 재활용하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 방법을 제공한다.

본 발명은 일 관점에서, 본 발명은 석탄을 연소시켜 발전하는 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회로부터 2mm 이상의 입도크기를 가지는 미연소 석탄회를 선별하여 회수하는 미연분 회수부; 및 상기 미연분 회수부에서 회수하고 남은 석탄회를 이용하여 골재를 제조하는 골재 제조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치 및 이를 이용하는 석탄회 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다른 관점에서, 상기 석탄회 재활용 장치를 이용하여 비회, 저회, 매립회 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 석탄회를 용도에 따라 재활용하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또 다른 관점에서, 화력발전플랜트에서 발생된 석탄회를 다수의 스크린(screen)을 이용하여 입도크기에 따라 선별하는 체가름기(20); 상기 체가름기(20)에서 선별된 석탄회를 구분하여 저장하는 다수의 제1 공급사이로(21); 상기 제1 공급사이로(21)에 저장된 석탄회를 전자석을 이용하여 미연소 여부에 따라 선별하는 자력선별기(22); 상기 자력선별기(22)로 선별된 석탄회를 구분하여 회수하는 다수의 제2 공급사이로(23);상기 제2 공급사이로(23)에서 일정 입도크기 이상의 미연소 석탄회를 회수하여 저장하는 미연분사이로(24); 및 상기 제1 공급사이 로(21) 및 제2 공급사이로(23)에서 연소 석탄회 또는 2mm 미만의 입도크기를 가지는 석탄회를 회수하여 저장하는 저회사이로(25)를 포함하는 미연분 회수부를 통해 회수된 연소 석탄회 또는 2mm 미만의 입도크기를 가지는 석탄회를 분쇄하는 단계; (b) 상기 분쇄된 미연분 석탄회에 비회를 혼합하여 석탄회 혼합물을 제조하는 단계; (c) 상기 제조된 석탄회 혼합물에 골재용 원료를 혼합 및 반죽시켜 골재혼합물을 제조하는 단계; (d) 상기 제조된 골재혼합물을 골재형태로 성형하여 골재성형물을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 골재성형물을 소성하여 골재를 제조하는 단계를 포함하는 경량골재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 화력발전플랜트는 석탄벙커에서 공급되는 석탄이 분쇄기(grinder)에 의해 분쇄된 뒤에 보일러 연소실로 공급되어 연소된다. 이 과정에서 발생되는 플라이애쉬(fly ash, 비회)는 전기집진기에 의해서 집진되어 원분저장조에 저장된 후에 정제 설비를 거쳐 정제되고, 정제된 석탄회는 대부분이 레미콘 공장에서 콘크리트 혼화재로 사용된다. 또한, 전기집진기에 의해 집진된 플라이애쉬의 일부는 바텀애쉬(bottom ash, 저회)와 함께 회처리장으로 전송되어 매립처리된다. 이에, 기존의 화력발전플랜트에서 재활용되는 석탄회는 석탄회의 일부 특성만을 선택적으로 채용하기 때문에 전량 재활용되지 못하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명에서는 도 2에 나타난 바와 같이, 기존 화력발전플랜트에 석탄 회 미연분을 회수하여 연료로 재사용할 수 있도록 회수하는 미연분 회수부(Ⅲ) 및 그 외에 남게 되는 석탄회를 골재원료로 사용할 수 있도록 골재를 제조하는 골재 제조부(Ⅳ)를 포함하는 석탄회 재활용 장치를 구비하여, 이를 이용하여 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회를 연료, 골재 등과 같은 용도로 전량을 재활용하고자 한다.

본 발명에 따른 미연분 회수부(Ⅲ)는 석탄회 미연분을 회수하여 연료로 재사용할 수 있도록 회수하는 부분으로, 화력발전플랜트의 보일러(3) 하부에서 발생하는 석탄회(저회) 및 전기집진기(8)에서 발생하는 석탄회(비회)를 입도 크기별로 선별하기 위해 다수의 스크린(screen)(미도시)가 장착된 체가름기(20)를 이용하여 석탄회의 입도별로 분리할 수 있다. 여기서, 석탄회의 입도별 선별은 바람직하게 5mm 이상, 2~5mm, 2mm 미만으로 선별할 수 있으며, 이는 입도 분리 후 5mm 이상은 굵은 골재로, 2~5mm은 잔골재로 분류하여 도로기층재나 콘크리트 이차제품에서 요구하는 입도에 맞게 공급하기 위해 각각 5mm 이상, 2~5mm로 입도 선별할 수 있고, 2mm 이하의 입도크기를 가지는 입자는 상당히 많은 양의 미립분을 함유하고 있어 도로기층재 등의 재활용 방법에 사용하기 어려우므로 전량 선별 회수하여 경량골재로 재활용되도록 한다.

그러나, 석탄회의 입도별 선별은 전술된 입도크기에 국한되지 않고 다양하게 석탄회의 입도크기를 조절할 수 있으며, 상기의 방법으로 입도별로 분리된 석탄회는 다시 자기력을 이용한 자력선별기(22)를 이용하여 미연성분이 함유된 석탄회와 미연성분이 거의 포함되어 있지 않은 석탄회로 각각 분리한 다음, 미연성분이 포함 된 석탄회는 미연분사이로(24)로 이송하여 추후 석탄연료와 혼합하여 발전연료로 사용할 수 있다. 한편, 미연분이 거의 포함되어 있지 않은 연소된 석탄회는 저회사이로(25)에 저장된다.

한편, 본 발명에 따른 미연분 회수부(Ⅲ)는 회처리장에 매립된 석탄회를 회수하여 불순물을 제거하고, 일정 입도크기 이상의 미연소 석탄회를 선별하는 매립회 회수부(Ⅱ)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 일정 입도크기는 바람직하게는 2mm 이상이나, 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 매립회 회수부(Ⅱ)는 기존에 회처리장(18)에 매립되어 있는 비회, 저회 등을 포함하는 매립회를 회처리장에서 회수하여 매립회에 포함되어 있는 염분, 오염물질, 불순물 등을 제거하고, 애쉬이송탱크(13)로 이송시킨다. 이때 매립회에 포함되어 있는 염분, 오염물질, 불순물 등은 세척기(19)를 사용하여 세척 및 탈수시켜 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 골재 제조부(Ⅳ)는 상기 미연분 회수부(Ⅲ)에서 발전연료로 회수하고 남은 석탄회를 재활용 용도별로 각각 사용할 수 있으며, 특히 경량골재원료로 재사용하여 경량골재를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 골재 제조부(Ⅳ)는 상기 미연분 회수부(Ⅲ)에서 발전연료로 회수하고 남게 되는 석탄회를 분쇄기(26)를 통하여 300~600㎛ 이하 정도의 크기로 분쇄한다. 이는 골재를 제조하는데 있어서, 성형체를 구성하는 입자들이 균질하지 않거나, 너무 크게 되면 건조나 소성과정 중에 크랙이 발생하거나 파손되기 쉽고, 최종 골재 제품의 강도나 흡수율과 같은 물성에 나쁜 영향을 주기 때문이다. 상기와 같이 분쇄된 석탄회는 제1 석탄회사이로(27)에 저장시키고, 화력발전플랜트의 전기집진기(8)에서 집진된 석탄회(비회)는 정제설비(15)를 통하여 제2 석탄재사이로(28)에 이송시킨 다음, 상기 제1 석탄회사이로(27)에 저장된 석탄회와 제2 석탄재사이로(28)에 이송된 석탄회를 계량공급기(29)를 이용하여 사용용도 혼합비율에 맞추어 그 중량 및 용량을 계량할 수 있다.

한편, 점토 또는 준설토사는 점토/준설토사사이로(30)에 저장시킨 다음, 성형체의 가소성을 유지하기 위해 점토 또는 준설토사에 함유된 수분을 건조기(31)에서 건조시킨 후에 하이스피드밀(32)을 이용하여 분쇄하고 원료 사이로/계량공급기(33)을 통하여 소정의 혼합비율에 맞추어 그 중량 및 용량을 계량하고 저장할 수 있다.

상기와 같이 계량된 석탄회와 점토 또는 준설토사는 혼련기(34)로 이송되어 혼합 및 반죽시켜 골재용 원료와 잘 혼합되도록 할 수 있다.

전술된 바와 같은 배합과정을 거친 석탄회와 첨가물이 혼합된 혼합물은 진공압출성형기(35), 펠레타이져(36) 등의 성형부(100)를 통하여 골재형태로 성형할 수 있으나, 이와 같은 성형방법에 국한되지 않고, 다양한 성형방법에 의해 경량골재를 성형할 수 있다. 상기 진공압출성형기(35)는 골재의 높은 비중과 강도를 요하거나, 건물의 내구력을 필요로 하는 곳에 사용하는 골재를 성형하는데 사용할 수 있고, 펠레타이져(36)는 골재의 비중이 가볍고, 작은 입자크기를 가지는 골재의 제조 등 특수한 용도의 골재제품을 제조하는데 사용할 수 있다.

이러한, 성형방법으로 제조된 골재는 성형체사이로(37,38)에 저장하였다가 일정량 만큼 로타리건조실(39)로 이송되어 건조되고, 건조된 상기 건조골재는 건조체 보관창고(40)에 저장해둔다. 이때 로타리건조실(39)의 열원은 화력발전 후 잔열(42)을 이용할 수 있다. 상기와 같은 성형과정 후, 건조체 보관창고(40)에 저장된 건조골재를 소성온도, 소성시간, 용도 등에 따라 조절하여 로타리킬른(41)에서 소성하여 골재(45)를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 석탄회 재활용 장치를 이용하여 비회, 저회, 매립회 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 석탄회를 용도에 맞게 재활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 방법은 기존에 재활용을 위해 폐기물을 재활용 공장까지 이동시킴으로써 발생되는 주변 환경오염을 방지함과 더불어 운반비를 절감할 수 있고, 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회를 각각의 용도에 국한하여 재활용하던 것을 뛰어 넘어 전량 재활용할 수 있다.

본 발명에 따른 경량골재의 제조방법은 본 발명에 따른 미연분 회수부(Ⅱ)의 저회사이로(25)에 저장된 연소된 석탄회 및 2mm 미만의 입도 크기를 가지는 석탄회를 회수하여 분쇄한 다음, 상기 분쇄된 석탄회에 골재용 원료를 혼합 및 반죽시켜 골재혼합물을 제조한 후에 상기 제조된 골재혼합물을 골재형태로 성형하여 골재성형물을 제조하고, 상기 성형된 골재성형물을 소성하여 골재를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 골재용 원료는 점토 또는 준설토사인 것을 특징으로 할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예 는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 원료의 화학성분 및 유해물질 용출량 측정

골재를 제조하기 위해 필요한 적점토(아산실업, 충남 홍성소재 점토), 준설토사(영흥화력발전소) 및 매립회(영흥화력발전소)의 화학성분을 KS L 4007(점토의 화학분석방법)의 화학분석 및 시험방법에 따라 측정하였고, 이들이 함유하고 있는 유해물질의 용출량을 ICP-AES기기(JOVINYVON 138 ultima2c, 네덜란드)로 측정하였다.

그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 매립회에는 상당히 많은 양의 미연소탄소 성분이 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 발전 연료로서 재활용을 할 수 있는 가능성을 확인하였고, 준설토사는 일반 천연원료인 적점토와 유사한 화학성분을 나타냄으로써 매립회와 혼합된 원료의 성형성 증진 및 소성강도를 향상시키는 역할을 하여 경량골재를 제조할 수 있는 원료로 사용될 수 있는 것에 비하여, 염분을 함유하고 있어서 육상처리의 경우 외부반출시 운반비 등의 경비발생을 유발하거나 발전소내에 보관 후 해양투기 등의 처리시 환경문제를 유발할 수 있기 때문에 발전소 자체내에서 경량골재 제조원료로 활용함으로써 원료비 절감과 준설토사에 의한 환경오염 저감에도 기여할 수 있다.

[표 1]

구분	Ig loss	Si0₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	TiO₂	ZrO₂	P₂O₅	Cr₂O₃	MnO	C
적점토	7.38	59.82	19.59	8.77	0.23	0.63	0.19	2.15	1.02	-	0.13	-	-	-
준설토사	4.08	70.71	14.38	3.82	0.79	0.18	2.51	2.70	0.80	-	0.03	-	-	-
매립회	4.07	45.54	18.59	8.07	2.17	0.78	0.18	0.51	1.33	0.33	0.24	0.01	0.05	18.05

실시예 2: 매립회의 입도선별 및 강열감량 측정

실시예 1의 매립회를 세척한 다음, 스크린(screen)를 이용하여 입도 선별을 수행하고, 이를 승온속도 3.8℃/분, 최고온도 1150℃, 유지시간 1시간의 조건으로 전기로에서 매립회를 연소시켜 입도 크기별 매립회에 함유된 미연성분의 잔존함유량 정도를 강열감량을 측정하여 알아보았다.

그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 5mm 이상의 입도 크기 매립회의 강열감량은 24.6%로 가장 높은 것으로 나타났고, 그 다음으로는 1.2~2mm 입도 크기를 가지는 매립회와 2mm~5mm 입도 크기를 가지는 매립회인 것으로 나타났으며, 그 이하의 입도크기를 가지는 매립회의 강열감량은 미미한 수준으로 나타났다.

[표 2]

구분	매립회 입도 크기	입도의 중량백분율(%)	강열감량%
1	5mm 이상	11.74	24.6
2	2mm~5mm	17.25	13.4
3	1.2mm~2mm	11.45	14.6
4	600㎛~1.2mm	9.57	6.1
5	300㎛~600㎛	7.97	3.8
6	150㎛~300㎛	14.78	6.6
7	150㎛이하	27.25	6.7

실시예 3: 매립회의 자력선별 및 강열감량 측정

실시예 2에서 입도 크기별로 분리된 매립회를 희토류(Nd-Fe-B) 합금으로 제조된 10,000 gauss의 자속밀도를 가지는 자력선별기(International Process System Co, USA; Photo 3-10과 같은 영구자석사용)를 이용하여 자력선별 작업을 수행하였고, 상기와 같이 자력선별된 매립회의 감열감량을 측정하기 위해 승온속도 3.8℃/분, 최고온도 1150℃, 유지시간 1시간의 조건으로 전기로에서 매립회를 연소시켰다.

그 결과, 표 3에 나타난 바와 같이, No. 1의 경우 자력선별된 석탄회가 탄소성분을 주요성분으로 함유하고 있어 검은색을 띄는 것으로 나타났고, 자력선별되지 않은 No. 2의 경우에는 색이 회색에 가깝고 입자의 형태가 다공성을 형성하고 있는 것으로 나타났다.

또한, 표 4에 나타난 바와 같이, No. 1의 경우에는 주성분이 탄소성분으로 이루어져 있기 때문에 자력선별된 매립회 No. 1의 강열감량이 No. 2의 경우보다 높은 것으로 나타났다.

[표 3]

입도크기	No. 1	No. 2
5mm 이상
2~5mm
0.6~2mm

[표 4]

구분	매립회 입도	입도의 중량백분율(%)	강열감량(%)
1	5mm 이상(No. 1)	6.70	38.36
2	5mm 이상(No. 2)	5.03	4.6
3	2~5mm(No. 1)	5.42	36.48
4	2~5mm(No. 2)	11.83	4.4
5	0.6~2mm(No. 1)	4.47	35.76
6	0.6~2mm(No. 1)	24.52	6.1
7	0.6mm 이하	42.03	6.4

실시예 4: 인공 경량골재 제조 및 이의 유해물질 용출량 측정

도 2에 나타난 석탄회 처리장치가 구비된 화력발전플랜트의 골재 제조부와 동일한 경량 골재 제조시스템을 사용하여 실시예 3에 기재된 표 5의 매립회 중에 1과 3을 제외한 매립회 60중량%에 점토원료 20중량%와 준설토사 20중량%을 혼합하여 진공압출성형기와 펠레타이져를 이용하여 각각 성형하고, 200℃ 이하의 온도에서 함수율 10% 이하로 건조한 후, 건조된 성형체를 로타리킬른에 투입하여 19℃/min의 승온속도로 최고온도 1150℃의 온도에서 50분간 소성한 후, 150℃/min의 속도로 냉각하여 250℃의 온도에서 대기중으로 방출하여 인공 경량골재를 제조하여 상기 제조된 인공경량 골재의 물성과 유해물질 용출량을 측정하였다.

인공경량 골재의 물성 중 표건밀도 및 흡수율은 KS F 2503(굵은 골재의 밀도 및 흡수율 시험)으로 측정하였고, 조립률은 KS F 2526(콘크리트용 골재)으로 측정하였으며, 알칼리 잠재반응 측정방법은 KS F 2545(골재의 알칼리 잠재반응 시험방법)으로 측정하였고, 유해물질용출량 측정은 폐기물 공정시험방법에 의해 각각 측정하였다.

그 결과, 표 5에 나타난 바와 같이 펠레타이져를 이용하여 제조한 경량골재 1번의 물성은 흡수율이 16.29%, 표건 밀도가 1.45g/cm³, 조립률이 6.87%인 것으로 나타났고, 유해물질은 표 6에 나타난 바와 같이 검출되지 않았다.

한편, 진공압출성형기를 이용하여 제조한 경량골재 2번의 물성은 흡수율이 15.26%, 표건밀도가 1.68g/cm³, 조립률이 6.76%인 것으로 나타났고, 표 6에 나타난 바와 같이, 유해물질은 검출되지 않았다.

[표 5]

구분	사진	표건밀도g/cm³	흡수율(%)	조립률(%)	알칼리 잠재반응(mmol/L)
경량골재1		1.45	16.29	6.87	용해실리카량 (Sc)	알칼리농도감소량 (Rc)
					198.25	220.3
					무해한 골재
경량골재2		1.68	15.26	6.76	용해실리카량 (Sc)	알칼리농도감소량 (Rc)
					198.14	292.9
					무해한 골재

[표 6]

구분	유해물질용출량(mg/L)
구분	Pb	Cd	Cr	Cu	As	Hg	Zn	Ni
경량골재1	무	무	무	무	무	무	무	무
경량골재2	무	무	무	무	무	무	무	무

실시예 5: 인공 경량골재를 이용한 콘크리트 압축강도 측정

실시예 4에서 제조된 경량골재를 사용하여 콘크리트를 제작한 후 압축강도를 각각 측정하여 비교하였다. 하기 표 7의 제조예 2는 표 5의 경량골재 1번을 사용하여 제작한 콘크리트이며, 표 7의 제조예 1과 제조예 3은 표 5의 경량골재 2번을 사용하여 제작한 콘크리트이다. 콘크리트는 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법 인 KS F 2403에 따라 공시체를 제작하고, 28일 동안 양생한 다음, KS F 2405(콘크리트 압축강도 시험방법)에 따라 압축강도를 측정하였다.

한편, 제조예에 대한 비교를 하기 위해 다음과 같은 골재를 이용하여 콘크리트를 제작하였다. 표 7의 비교예 1은 기존의 콘크리트에 사용되고 있는 일반 쇄석골재(충남 광천소재 골재)이며, 비교예 2는 국외 수입품인 인공경량골재(독일 Liapor 사 골재)이고, 비교예 3과 비교예 4는 국내 화력발전소 매립회(영흥화력발전소)로 콘크리트 제작방법과 압축강도 시험방법은 제조예와 동일한 방법으로 수행하였다.

그 결과, 표 7에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 기존 쇄석을 이용한 콘크리트와 매립회가 포함된 경량골재 콘크리트 제조예 1, 2, 3 을 비교해보면, 비교예 1의 쇄석골재 콘크리트의 압축강도가 23.0 N/mm²인데 비해 제조예 1과 제조예 2의 매립회가 포함된 에코인공경량골재 콘크리트는 각각 20.0 N/mm², 19.8 N/mm²로 기존의 쇄석콘크리트와 비슷한 압축강도를 나타내었고, 특히, 제조예 3의 경우 26.6 N/mm²로 오히려 쇄석콘크리트보다 더 높은 압축강도를 나타내었다. 또한, 비교예 2는 14.1 N/mm²의 압축강도를 나타내었지만, 제조예 1, 2, 3의 매립회가 포함된 경량골재 콘크리트에 비해서는 상당히 낮은 강도를 나타내어 콘크리트 제조시 실리카흄 등과 같은 강도보강재를 첨가하여 제조하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 비교예 3, 4는 회처리장에 수득된 매립회를 콘크리트배합시 그대로 사용하여 제조한 콘크 리트로서 압축강도가 7.2 N/mm², 9.1 N/mm²로 콘크리트에 사용하기에는 상당히 부적합하고, 콘크리트에 사용하려면 매립회의 전처리가 반드시 필요할 것으로 판단된다.

[표 7]

구분	사용재료 및 배합비(kg/m³)					골재종류	압축강도(N/mm²)
구분	시멘트	잔골재	굵은골재	S/A(%)	W/C(%)	골재종류	압축강도(N/mm²)
비교예 1	330	811	918	47	55	쇄석골재	23.0
비교예 2	345	781	440	45	50	독일 L사 경량골재	14.1
비교예 3	314	828	589	47	55	매립회	7.2
비교예 4	330	811	578	47	55	매립회	9.1
제조예 1	314	828	635	47	55	에코인공경량골재	20.0
제조예 2	330	811	622	47	55	에코인공경량골	19.8
제조예 3	345	815	626	47	50	에코인공경량골재	26.6

이와 같은 콘크리트의 압축강도 결과로부터 매립회가 포함된 경량골재 콘크리트는 기존의 쇄석콘크리트와 비교해도 우수한 압축강도를 가지고 있음을 알 수 있었고, 매립회를 그대로 사용한 콘크리트가 상당히 낮은 강도를 갖는 문제 때문에 콘크리트제품에 적용하기 어려운 문제점이나, 기존의 경량골재를 이용하여 콘크리트를 제조할 때 경량골재의 약한 강도로 인해 고가의 강도보강재를 첨가해야하는 등의 제조원가 상승 등의 문제점도 개선이 가능할 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따 라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 종래 화력발전플랜트에서 석탄회의 발생과정을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 석탄회 재활용 장치가 구비된 화력발전플랜트에서 석탄회의 재활용되는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

Ⅰ: 화력발전플랜트 Ⅱ: 매립회 회수부

Ⅲ: 미연분 회수부 Ⅳ: 경량골재 제조부

1: 석탄벙커 2: 미분쇄기

3: 보일러 연소실 4: 호퍼

5: 절탄기 6: 플라이 애쉬

7: 공기 예열기 8: 전기 집진기

9: 비회 10: 세정탑

11: 연돌 12: 저회

13: 애쉬이송탱크 14: 비회 원분저장조

15: 정제설비 16: 정제애쉬사이로

17: 비정제애쉬저장조 18: 회처리장

19: 세척기 20: 체가름기

21: 제1 공급사이로 22: 자력선별기

23: 제2 공급사이로 24: 미연분사이로

25: 저회사이로 26: 분쇄기

27: 제1 석탄회사이로 28: 제2 석탄회사이로

29: 계량 공급기 30: 점토 및 준설토사사이로

31: 건조기 32: 하이스피드밀

33: 원료사이로/계량공급기 34: 혼련기

35: 진공압출성형기 36: 펠레타이져

37: 압출성형체보관사이로 38: 성형체보관사이로

39: 로타리건조실 40: 건조체보관창고

41: 로타리킬른 42: 폐열공급닥트

43: 배기닥트 44: 냉각기

45: 골재 100: 성형부

Claims

석탄을 연소시켜 발전하는 화력발전플랜트 내에 구비되는 석탄회 재활용장치에 있어서,

상기 석탄회 재활용 장치는

상기 화력발전플랜트에서 발생된 석탄회를 다수의 스크린(screen)을 이용하여 입도크기에 따라 선별하는 체가름기(20); 상기 체가름기(20)에서 선별된 석탄회를 구분하여 저장하는 다수의 제1 공급사이로(21); 상기 제1 공급사이로(21)에 저장된 석탄회를 전자석을 이용하여 미연소 여부에 따라 선별하는 자력선별기(22); 상기 자력선별기(22)로 선별된 석탄회를 구분하여 회수하는 다수의 제2 공급사이로(23); 상기 제2 공급사이로(23)에서 일정 입도크기 이상의 미연소 석탄회를 회수하여 저장하는 미연분사이로(24); 및 상기 제1 공급사이로(21) 및 제2 공급사이로(23)에서 일정 입도크기 미만 또는 연소 석탄회를 회수하여 저장하는 저회사이로(25)를 구비하여, 상기 화력발전플랜트에서 발생되는 석탄회로부터 2mm 이상의 입도크기를 가지는 미연소 석탄회를 입도 및 자력선별 과정으로 선별하고, 이를 석탄과 혼합하여 발전연료로 사용하기 위해 화력발전플랜트로 회수하는 미연분 회수부; 및

상기 미연분 회수부에서 회수하고 남은 석탄회를 이용하여 골재를 제조하는 골재 제조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치.
제1항에 있어서, 상기 미연분 회수부는 회처리장에 매립된 석탄회를 회수하여 불순물을 제거하고, 2mm 이상의 입도크기를 가지는 미연소 석탄회를 선별하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 골재 제조부는, 다음을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치:

상기 미연분 회수부(Ⅲ)의 저회사이로(25)에 저장된 석탄회를 회수하여 분쇄하는 분쇄기(26);

상기 분쇄기(26)로부터 분쇄된 석탄회를 저장하는 제1 석탄회사이로(27);

상기 화력발전플랜트(Ⅰ)에서 발생되는 석탄회(비회)를 저장하는 제2 석탄회 사이로(28);

상기 제1 석탄회사이로(27) 및 제2 석탄회사이로(28)에 저장된 석탄회를 소정의 혼합비율에 맞추어 그 중량 및 용량을 계량하는 계량공급기(29);

상기 계량공급기(29)를 통해 계량된 석탄회를 골재원료와 혼합 및 반죽시키는 혼련기(34);

상기 혼련기(34)를 통하여 혼합 및 반죽된 혼합물을 골재형태로 성형하는 성형부(100);

상기 성형부(100)에서 골재형태로 성형된 혼합물을 건조시키는 로타리 건조실(39); 및

상기 로타리 건조실(39)에서 건조된 혼합물을 소성하여 골재로 제조하는 로타리킬른(41).
제5항에 있어서, 상기 로타리 건조실(39)은 화력발전플랜트와 연결되어 화력발전플랜트의 잔열을 이용하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 장치.
제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 석탄회 재활용 장치를 이용하여 비회, 저회, 매립회 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 석탄회를 용도에 따라 재활용하는 것을 특징으로 하는 석탄회 재활용 방법.
다음 단계를 포함하고, 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 석탄회 재활용 장치를 이용하여 제조되는 경량골재의 제조방법:

(a) 화력발전플랜트에서 발생된 석탄회를 다수의 스크린(screen)을 이용하여 입도크기에 따라 선별하는 체가름기(20); 상기 체가름기(20)에서 선별된 석탄회를 구분하여 저장하는 다수의 제1 공급사이로(21); 상기 제1 공급사이로(21)에 저장된 석탄회를 전자석을 이용하여 미연소 여부에 따라 선별하는 자력선별기(22); 상기 자력선별기(22)로 선별된 석탄회를 구분하여 회수하는 다수의 제2 공급사이로(23);상기 제2 공급사이로(23)에서 일정 입도크기 이상의 미연소 석탄회를 회수하여 저장하는 미연분사이로(24); 및 상기 제1 공급사이로(21) 및 제2 공급사이로(23)에서 연소 석탄회 또는 2mm 미만의 입도크기를 가지는 석탄회를 회수하여 저장하는 저회사이로(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미연분 회수부를 통해 회수된 연소 석탄회 또는 2mm 미만의 입도크기를 가지는 석탄회를 분쇄하는 단계;

(b) 상기 분쇄된 석탄회에 골재용 원료를 혼합 및 반죽시켜 골재혼합물을 제조하는 단계;

(c) 상기 제조된 골재혼합물을 골재형태로 성형하여 골재성형물을 제조하는 단계; 및

(d) 상기 성형된 골재성형물을 소성하여 골재를 제조하는 단계.
제8항에 있어서, 상기 골재용 원료는 점토 또는 준설토사인 것을 특징으로 하는 방법.