KR101085939B1 - 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템 - Google Patents

화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석탄이 화력발전소에 설치된 보일러의 내부에서 연료로 연소된 후의 생성물인 석탄회를 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제 등의 원료로 재활용하기 위하여 고(高) 미연분의 석탄회가 제거될 수 있도록 상기 보일러에서 석탄회를 재연소시키게 되는 석탄회의 재연소 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템은 연소반응특성을 포함한 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 각각의 물성치 데이터가 계측기구에 의해 계측되어 데이터베이스 모듈에 저장되도록 하고, 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 맞추어 보일러 시뮬레이터를 통해 도출되는 보일러의 최적운전조건에 따라 제어모듈이 보일러의 운전을 제어하게 되어 보일러 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 관계없이 보일러가 최적운전조건으로 운전될 수 있도록 한다. 이에 따라 석탄회의 연소효율과 보일러의 전체 운전효율이 증대되고, 석탄회로부터 고 미연분의 석탄회가 효과적으로 제거되어 순수한 정제회를 획득할 수 있게 됨에 따라 석탄회의 재활용도를 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 석탄회가 보일러 내부에서 고온의 온도분포를 보이는 상부 버너가 설치된 부위로 공급되도록 하여 석탄회의 연소효율이 더욱 증대될 수 있도록 하고 있다.
본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템은 석탄회 성분분리모듈, 석탄회 공급모듈, 제어모듈, 데이터베이스 모듈을 포함하여 이루어진 다. 석탄회 성분분리모듈은 보일러의 증기 및 배출가스가 배출되는 배출로 상에 설치되는 포집기구가 구비되어 증기 및 배출가스에 포함된 석탄회를 포집하게 되고, 포집기구와 연결되는 분리기구가 구비되어 포집기구에서 포집된 석탄회로부터 정제회와 고 미연분의 석탄회를 분리하게 된다. 석탄회 공급모듈은 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 연결되는 이송기구가 구비되어 고 미연분의 석탄회가 분리기구로부터 보일러의 내부로 공급될 수 있도록 한다. 제어모듈은 석탄회 공급모듈의 이송기구 및 보일러와 접속하게 되는 메인 컨트롤러가 구비되어 보일러의 내부로 공급되는 고 미연분의 석탄회의 양, 보일러의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 보일러의 내부로 유입되는 공기의 유량을 포함하는 보일러의 운전조건을 제어하게 된다. 데이터베이스 모듈은 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터가 각 종류별로 저장된다. 이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템은 보일러의 내부로 공급되는 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 데이터베이스 모듈로부터 확인하여 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 이용하여 보일러의 최적운전조건을 도출하고, 도출된 보일러의 최적운전조건에 따라 제어모듈이 보일러의 운전을 제어하여 상기 보일러의 최적운전이 도모되도록 한다.
화력 발전, 석탄, 석탄회, 재연소, 보일러

Description

화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템{re-burning system of fly ashes for coal-fired steam plant}
본 발명은 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 석탄의 연소 후 생성물인 석탄회가 화력발전소의 보일러로 다시 공급되어 재연소될 시 보일러로 공급되는 석탄회의 종류에 관계없이 보일러의 최적운전과 고 미연분의 석탄회의 연소효율의 증대가 도모되고, 이에 따라 고 미연분의 석탄회가 제거된 정제회의 획득되면서 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제 등의 원료로 석탄회가 재활용되는 비율이 증대되도록 한 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에 관한 것이다.
석탄을 주연료로 사용하는 회력발전은 현재 석유자원의 매장량이 고갈되고 있는 추세와 더불어, 연료로 사용되는 물질 중에서 가장 값싸고, 매장량이 풍부하며, 전세계적으로 고른 매장분포를 보여 활용하기 쉬운 석탄의 특성에 따라 현재 그 중요도가 점차 증대되고 있다.
한편, 화력발전에서는 연료인 석탄이 화력발전소의 보일러에서 연소되고 나면 석탄회가 생성되는데, 이와 같은 석탄회는 폐기물로서 바다에 매립되고 있는 것이 대부분이며, 일부 석탄회가 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제의 원료로 활용되고 있으나, 석탄회에 미연분의 탄소성분이 잔존하게 될 경우 상기와 같은 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제의 품질이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 석탄회에서 미연분의 탄소성분를 포함하고 있는 석탄회를 분리해내기 위한 기술들이 다양하게 개발되고 있는데, 이와 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0383361호 "석탄회 처리시스템", 등록번호 제10-0596034호 "화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치", 등록실용신안공보 등록번호 제20-0191617호 "석탄회의 미연탄소분 분리를 위한 마찰대전 원심분리장치" 등이 안출되어 있다.
한편, 상기와 같은 종래기술을 통해 분리되는 미연분의 탄소성분을 포함한 석탄회를 다시 보일러 내부로 공급하여 재연소시키는 방식으로 석탄회에 포함된 미연분의 탄소성분을 제거함으로써 석탄회의 재활용도를 높이는 기술도 안출되어 있는데, 이와 같이 석탄회를 재연소시키는 기술은 화력발전소에서 배출되는 석탄회를 회사장에 매립함으로써 발생되는 환경오염의 문제점, 화력발전소의 규모가 점차 커짐에 따라 필수적으로 요구되는 회사장의 용적이 점차 커지는 문제점 등이 감소될 수 있으므로, 이 분야에 기술개발이 활발히 이루어지고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 기술들은 석탄회의 연소효율을 증대시키는 데 한계가 있었으며, 이와 더불어 석탄회가 다시 공급되어 연소하게 되는 보일러의 운전효 율을 증대시키는데도 한계가 있었다.
특히, 현재 석탄 가격이 급격하게 변화면서 국내에 수입되는 석탄의 탄종과 탄질의 변동이 심해짐에 따라 화력발전시 보일러 최적운전을 위한 설계탄의 범위를 벗어나는 탄종의 석탄을 화력발전에서 사용하게 되는 경우가 많아지는데, 이는 미연분의 석탄회 생성을 증대시킴으로써 열량 손실 및 보일러의 운전효율의 저감을 야기시켰다.
이에 따라 보일러에서 연료로 사용되는 석탄이나 석탄회의 종류에 따라 보일러의 운전조건을 변경하면서 보일러가 최적운전될 수 있도록 할 필요가 있었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 기술 개발의 일환으로, 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함한 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 각각의 물성치 데이터가 계측기구에 의해 계측되어 데이터베이스 모듈에 저장되도록 하고, 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 맞추어 보일러 시뮬레이터를 통해 도출되는 보일러의 최적운전조건에 따라 제어모듈이 보일러의 운전을 제어하게 되어 보일러 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 관계없이 보일러가 최적운전조건으로 운전될 수 있도록 한 새로운 형태의 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 석탄회가 보일러 내부에서 고온의 온도분포를 보이는 상부 버너가 설치된 부위로 공급되도록 하여 석탄회의 연소효율이 더욱 증대될 수 있도록 한 새로운 형태의 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄이 화력발전소에 설치된 보일러의 내부에서 연료로 연소된 후의 생성물인 석탄회를 상기 보일러에서 재연소시키기 위한 시스템에 있어서, 상기 보일러의 증기 및 배출가스가 배출되는 배출로 상에 설치되는 포집기구가 구비되어 상기 증기 및 배출가스에 포함된 석탄회를 포집하게 되고, 상기 포집기구와 연결되는 분리기구가 구비되어 상기 포집기구에서 포집된 상기 석탄회로부터 정제회와 고 미연분의 석탄회를 분리하게 되는 석탄회 성분분리모듈과; 상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 연결되는 이송기구가 구비되어 상기 고 미연분의 석탄회가 상기 분리기구로부터 상기 보일러의 내부로 공급될 수 있도록 하는 석탄회 공급모듈과; 상기 석탄회 공급모듈의 이송기구 및 상기 보일러와 접속하게 되는 메인 컨트롤러가 구비되어 상기 보일러의 내부로 공급되는 상기 고 미연분의 석탄회의 양, 상기 보일러의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 상기 보일러의 내부로 유입되는 공기의 유량을 포함하는 상기 보일러의 운전조건을 제어하게 되는 제어모듈 및; 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터가 각 종류별로 저장되는 데이터베이스 모듈을 포함하여, 상기 보일러의 내부로 공급되는 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 상기 데이터베이스 모듈로부터 확인하여 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 이용하여 상기 보일러의 최적운전조건을 도출하고, 도출된 상기 보일러의 최적운전조건에 따라 상기 제어모듈이 상기 보일러의 운전을 제어하여 상기 보일러의 최적운전이 도모되도록 하되, 상기 석탄회 공급모듈은 보일러의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너가 위치한 부위에 상기 이송기구가 접속되도록 하여 상기 고 미연분의 석탄회의 완전연소가 유도될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에서 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 시료를 사용하여 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 정해진 종류의 석탄회의 특정물성치를 계측하게 되는 계측기구와; 상기 보일러의 내부로 공급되는 상기 고 미연분의 석탄회의 양, 상기 보일러의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 상기 보일러의 내부로 유입되는 공기의 유량 및 상기 고 미연분의 석탄회가 공급되는 상기 보일러 상의 공급위치를 포함하는 상기 보일러의 운전조건을 변경시키면서 화력발전소에 설치되는 보일러의 운전 및 운전시 보일러의 내부 상태를 시뮬레이션하게 되고, 화력발전소에 설치된 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 따른 상기 보일러의 최적운전조건을 도출하게 되는 보일러 시뮬레이터가 더 포함되어, 상기 데이터베이스 모듈은 상기 계측기구로부터 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 입력받게 되고, 상기 제어모듈의 메인 컨트롤러는 화력발전소에 설치된 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 따른 상기 보일러 시뮬레이터에서 도출되는 보일러의 최적운전조건을 입력받아 상기 보일러의 운전조건을 제어하게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에서 상기 제어모듈은 상기 보일러의 최적운전조건을 관리자로부터 입력받거나, 상기 보일러 시뮬레이터와 연동되어 상기 보일러 시뮬레이터로부터 상기 보일러의 최적운전조건을 입력받게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에 서 상기 계측기구는 석탄회 시료의 점화온도, 반응률, 반응시간, 미연분 성분비, 흡열반응특성, 발열반응특성을 포함하는 열적 물성치를 계측하게 되는 열중량분석기(TGA:ThermoGravimetric Analyzer)와 시차주사열량계(DSC:Differential scanning calorimeter)로 이루어지는 열분석기와; 석탄회 시료의 연소반응률, 완전연소까지의 체류시간, 연소온도를 포함하는 연소동특성을 계측하게 되는 DTF(Drop tube furnace)와; 석탄회 시료의 연소속도, 화염길이, 유동장의 속도를 포함하는 연소관련 물성치를 계측하게 되는 LFR(Laminar flow reactor)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에서 상기 석탄회 공급모듈은 상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 상기 보일러 사이에 설치되고, 상기 제어모듈의 메인 컨트롤러에 의해 제어되어 정해진 양의 고 미연분의 석탄회가 상기 보일러의 내부로 공급되도록 하는 정량공급기와; 상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 상기 보일러 사이에 설치되어 상기 분리기구로부터 배출되는 고 미연분의 석탄회를 상기 보일러 방향으로 불어주게 되는 송풍기 및; 상기 송풍기와 상기 보일러 사이에 설치되어 상기 송풍기를 통과하는 고 미연분의 석탄회를 상기 보일러 내부로 유입시키되, 상기 보일러와 접속되는 끝단부의 위치가 변경될 수 있는 이송튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에서 상기 보일러와 연결되게 설치되는 미분기와 연결되는 정해진 길이의 컨베이어벨트식 이송대가 더 구비되되, 상기 컨베이어벨트식 이송대는 상기 보일러의 하단부로부터 배출되어 집적되는 저회(bottom ash)가 공급되어 이송되는 저회용 이송대와; 일단부는 상기 저회용 이송대와 분리되고 타단부는 상기 저회용 이송대와 연결되는 구성으로 이루어지고, 화력발전소에 구비되는 저탄장에 위치되는 소비탄이 공급되어 이송되는 소비탄용 이송대 및; 상기 저회용 이송대와 소비탄용 이송대가 서로 연결되는 부위에 일단부가 위치하게 되고, 상기 미분기에 타단부가 위치하게 되는 구성으로 이루어져 상기 저회와 소비탄이 이송되면서 정해진 비율로 혼합되어 상기 미분기로 투입되도록 하는 혼합용 이송대를 포함하여, 상기 미분기로 투입된 저회와 소비탄의 혼합물이 상기 보일러의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너가 위치한 부위로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템에 의하면, 보일러의 최적운전이 도모되어 보일러의 전체 운전효율이 증대되는 효과를 가진다. 또한, 본 발명은 보일러에서 재연소되는 석탄회가 고온의 온도분포를 가지는 부위의 보일러 내부로 공급되어 연소됨에 따라 석탄회의 연소효율이 증대되는 효과도 가지게 된다.
이에 따라, 본 발명의 석탄회의 재연소 시스템이 화력발전소에 적용되면, 석탄회의 활용도가 증대되어 연료비가 절감될 뿐만 아니라, 석탄회를 매립하게 되는 회사장의 규모가 축소될 수 있어 회사장 사용 용적 부하가 감소되어 회사장 증축 비용도 절감되는 효과를 가지게 된다.
특히, 본 발명은 석탄의 연소 후 생성물인 석탄회에 포함된 미연분의 석탄회 성분이 효과적으로 재연소되면서 제거될 수 있어 석탄회로부터 고급의 정제회를 획득할 수 있게 됨에 따라 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제 등의 고급 원료로 사용될 수 있어 석탄회의 재활용도를 높일 수 있게 된다.
본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템(200)은 석탄이 화력발전소에 설치된 보일러(1)의 내부에서 연료로 연소된 후의 생성물인 석탄회를 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제, 성토제 등의 원료로 재활용하기 위하여 고(高) 미연분의 석탄회가 제거될 수 있도록 상기 보일러에서 석탄회를 재연소시키게 되는 것으로, 연소반응특성을 포함한 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 각각의 물성치 데이터가 계측기구(100)에 의해 계측되어 데이터베이스 모듈(80)에 저장되도록 하고, 보일러(1)의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 맞추어 보일러 시뮬 레이터(120)를 통해 도출되는 보일러(1)의 최적운전조건에 따라 제어모듈(60)이 보일러(1)의 운전을 제어하게 되어 보일러(1) 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 관계없이 보일러(1)가 최적운전조건으로 운전될 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 석탄회의 연소효율과 보일러(1)의 전체 운전효율이 증대되고, 석탄회로부터 고 미연분의 석탄회가 효과적으로 제거되어 순수한 정제회를 획득할 수 있게 됨에 따라 석탄회의 재활용도를 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 석탄회의 재연소 시스템(200)은 재활용되는 석탄회가 보일러 내부에서 고온의 온도분포를 보이는 상부 버너가 설치된 부위로 공급되도록 한 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 보일러(1)로 공급되어 재연소되는 석탄회의 연소효율이 더욱 증대될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템의 기 본구성을 보여주기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 보여주기 위한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 이루는 제어모듈, 계측기구, 보일러 시뮬레이터의 구성을 보여주기 위한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 이루는 컨베이어벨트식 이송대를 보여주기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템(200)은 도 1에서와 같이 석탄회 성분분리모듈(20), 석탄회 공급모듈(40), 제어모듈(60), 데이터베이스 모듈(80)을 포함하여 이루어진다.
석탄회 성분분리모듈(20)은 보일러(1)의 증기 및 배출가스가 배출되는 배출로(2) 상에 설치되는 포집기구(22)가 구비되어 증기 및 배출가스에 포함된 석탄회를 포집하게 되고, 포집기구(22)와 연결되는 분리기구(24)가 구비되어 포집기구(22)에서 포집된 석탄회로부터 정제회와 고 미연분의 석탄회를 분리하게 된다.
여기서, 포집기구(22)는 도 2에서와 같이 화력발전소의 화력발전설비를 이루는 전기 집진기(222)가 사용될 수 있으며, 전기 집진기(222) 이외에 절탄기, 공기예열기에 별도의 포집기구(22)가 설치될 수도 있다.
그리고, 분리기구(24)로는 등록번호 제10-0596034호 "화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치"에 개시되고 있는 사이클론형 원심분리기(242)가 사용되 거나, 마찰정전식 분리기(244)가 사용될 수 있다. 물론 이외의 다양한 구성의 분리기구(24)가 사용될 수 있음은 물론이다.
석탄회 공급모듈(40)은 석탄회 성분분리모듈(20)의 분리기구(24)와 연결되는 이송기구(42)가 구비되어 고 미연분의 석탄회가 분리기구(24)로부터 보일러(1)의 내부로 공급될 수 있도록 한다.
여기서, 석탄회 공급모듈(40)은 도 2에서와 같이 이송기구(42)가 보일러(1)의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너(7)가 위치한 부위에 접속되도록 하는 것이 바람직한다. 이는 고 미연분의 석탄회의 완전연소가 유도될 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석탄회 공급모듈(40)은 도 2에서와 같이 정량공급기(426), 송풍기(424), 이송튜브(422)를 포함하여 이루어지는데, 정량공급기(426)는 석탄회 성분분리모듈(20)의 분리기구(24)와 보일러(1) 사이에 설치되고, 제어모듈(60)의 메인 컨트롤러(62)에 의해 제어되어 정해진 양의 고 미연분의 석탄회가 보일러(1)의 내부로 공급되도록 한다.
송풍기(424)는 석탄회 성분분리모듈(20)의 분리기구(24)와 보일러(1) 사이에 설치되어 분리기구(24)로부터 배출되는 고 미연분의 석탄회를 보일러(1) 방향으로 불어주게 되는 것이다.
이송튜브(422)는 송풍기(424)와 보일러(1) 사이에 설치되어 송풍기(424)를 통과하는 고 미연분의 석탄회를 보일러(1) 내부로 유입시키는 것으로, 이와 같은 이송튜브(422)는 보일러(1)와 접속되는 끝단부의 위치가 변경될 수 있도록 하여 보일러(1)의 최적운전조건에 따라 보일러(1)와 접속되는 이송튜브(422)의 끝단부 위치가 변경될 수 있도록 한다.
제어모듈(60)은 석탄회 공급모듈(40)의 이송기구(42) 및 보일러(1)와 접속하게 되는 메인 컨트롤러(62)가 구비되어 보일러(1)의 내부로 공급되는 고 미연분의 석탄회의 양, 보일러(1)의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 보일러(1)의 내부로 유입되는 공기의 유량을 포함하는 보일러(1)의 운전조건을 제어하게 된다.
데이터베이스 모듈(80)은 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터가 각 종류별로 저장되는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템(200)은 사일로(silo)(80), 계측기구(100), 보일러 시뮬레이터(120)가 구비되는데, 사일로(140)는 석탄회 성분분리모듈(20)로부터 분리된 고 미연분의 석탄회가 저장되는 곳으로, 이와 같은 사일로(140)는 석탄회 공급모듈(40)의 정량 공급기(426)와 연결되어 보일러(1)에서 요구되는 정해진 양의 석탄회가 안정되게 공급될 수 있도록 한다.
계측기구(100)는 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 시료를 사용하여 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 정해진 종류의 석탄회의 특정물성치를 계측하게 되는 것으로, 계측기구(100)에 의해 계측되는 정해진 종류의 석탄회 각각의 물성치 데이터는 데이터베이스 모듈(80)에 저장되어 보일러(1)의 최전운전조건을 산출하기 위한 데이터로 활용되게 된다.
이와 같은 계측기구(100)에는 도 3에서와 같이 석탄회 시료의 점화온도, 반응률, 반응시간, 미연분 성분비, 흡열반응특성, 발열반응특성을 포함하는 열적 물성치를 계측하게 되는 열중량분석기(TGA:ThermoGravimetric Analyzer)와 시차주사열량계(DSC:Differential scanning calorimeter)로 이루어지는 열분석기, 석탄회 시료의 연소반응률, 완전연소까지의 체류시간, 연소온도를 포함하는 연소관련 물성치를 계측하게 되는 DTF(Drop tube furnace), 석탄회 시료의 연소속도, 화염길이, 유동장의 속도를 포함하는 연소관련 물성치를 계측하게 되는 LFR(Laminar flow reactor)가 포함될 수 있다.
보일러 시뮬레이터(120)는 보일러(1)의 내부로 공급되는 고 미연분의 석탄회의 양, 보일러(1)의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 보일러(1)의 내부로 유입되는 공기의 유량 및 고 미연분의 석탄회가 공급되는 보일러(1) 상의 공급위치를 포함하는 보일러(1)의 운전조건을 변경시키면서 화력발전소에 설치되는 보일러(1)의 운전 및 운전시 보일러(1)의 내부 상태를 시뮬레이션하게 되는 것으로, 이와 같은 보일러 시뮬레이터(120)는 상기와 같은 시뮬레이션 과정을 통해 화력발전소에 설치된 보일러(1)의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 따른 보일러(1)의 최적운전조건을 도출하게 된다.
여기서, 보일러(1)의 내부로 공급되는 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터는 데이터베이스 모듈(80)로부터 확인할 수 있는데, 보일러 시뮬레이터(120)는 데이터베이스 모듈(80)로부터 확인될 수 있는 석탄회의 물성치 데이터를 관리자로부터 입력받거나, 데이터베이스 모듈(80)과 연동되어 데이터베이스 모듈(80)로부터 곧바로 입력받아 석탄회의 종류에 따른 보일러(1)의 최적운전조건을 연산하게 된다.
또한, 상기와 같이 도출되는 석탄회의 종류에 따른 보일러(1)의 최적운전조건은 제어모듈(60)에 입력되는데, 이와 같은 보일러(1)의 최적운전조건은 관리자에 의해 수동으로 제어모듈(60)로 입력받거나, 제어모듈(60)이 보일러 시뮬레이터(120)와 연동되어 보일러 시뮬레이터(120)로부터 직접 제어모듈(60)로 입력될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템(200)은 보일러(1)와 연결되게 설치되는 미분기(4)와 연결되는 정해진 길이의 컨베이어벨트식 이송대(160)가 더 구비될 수 있는데, 이와 같은 컨베이어벨트식 이송대(160)는 저회용 이송대(162), 소비탄용 이송대(164), 혼합용 이송대(166)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
저회용 이송대(162)는 보일러(1)의 하단부로부터 배출되어 집적되는 저회(bottom ash)가 공급되어 이송되는 것이다.
소비탄용 이송대(164)는 일단부는 저회용 이송대(162)와 분리되고 타단부는 저회용 이송대(162)와 연결되는 구성으로 이루어지는 것으로, 화력발전소에 구비되는 저탄장에 위치되는 소비탄이 공급되어 이송되는 것이다.
혼합용 이송대(166)는 저회용 이송대(162)와 소비탄용 이송대(164)가 서로 연결되는 부위에 일단부가 위치하게 되고, 미분기(4)에 타단부가 위치하게 되는 구성으로 이루어지는 것으로, 저회와 소비탄이 함께 이송되면서 정해진 비율로 혼합되어 미분기(4)로 투입되도록 하는 것이다.
여기서, 미분기(4)로 투입된 저회와 소비탄의 혼합물은 보일러(1)의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너(7)가 위치한 부위로 공급되도록 함으로써 저회의 연소효율이 증대되도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템(200)은 정해진 종류의 석탄회 각각의 물성치 데이터가 계측기구(100)에 의해 계측되어 데이터베이스 모듈(80)에 저장되고, 보일러(1)의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 맞추어 보일러 시뮬레이터(120)를 통해 도출되는 보일러(1)의 최적운전조건에 따라 제어모듈(60)이 보일러(1)의 운전을 제어하게 됨에 따라, 보일러(1) 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 관계없이 보일러(1)가 최적운전조건으로 운전되는 것이다.
또한, 석탄회가 보일러(1) 내부에서 고온의 온도분포를 보이는 상부 버너(7)가 설치된 부위로 공급됨에 따라, 석탄회의 연소효율이 증대되는 것이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템의 기본구성을 보여주기 위한 블록도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 보여주기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 이루는 제어모듈, 계측기구, 보일러 시뮬레이터의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템을 이루는 컨베이어벨트식 이송대를 보여주기 위한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 보일러 2 : 배출로
3 : 급탄기 4 : 미분기
5 : 배연 탈질설비 6 : 배연 탈황설비
7 : 버너 8 : 분사구
9 : 공기가열히터 20 : 석탄회 성분분리모듈
22 : 포집기구 222 : 전기집진기
24 : 분리기구 242 : 사이클론형 원심분리기
244 : 마찰정전식 분리기 40 : 석탄회 공급모듈
42 : 이송기구 422 : 이송튜브
424 : 송풍기 426 : 정량공급기
60 : 제어모듈 62 : 메인 컨트롤러
80 : 데이터베이스 모듈 100 : 계측기구
120 : 보일러 시뮬레이터 140 : 사일로
160 : 컨베이어벨트식 이송대 162 : 저회용 이송대
164 : 소비탄용 이송대 166 : 혼합용 이송대
200 : 석탄회의 재연소 시스템

Claims (7)

  1. 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄이 화력발전소에 설치된 보일러의 내부에서 연료로 연소된 후의 생성물인 석탄회를 상기 보일러에서 재연소시키기 위한 시스템에 있어서,
    상기 보일러의 증기 및 배출가스가 배출되는 배출로 상에 설치되는 포집기구가 구비되어 상기 증기 및 배출가스에 포함된 석탄회를 포집하게 되고, 상기 포집기구와 연결되는 분리기구가 구비되어 상기 포집기구에서 포집된 상기 석탄회로부터 정제회와 고 미연분의 석탄회를 분리하게 되는 석탄회 성분분리모듈과;
    상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 연결되는 이송기구가 구비되어 상기 고 미연분의 석탄회가 상기 분리기구로부터 상기 보일러의 내부로 공급될 수 있도록 하는 석탄회 공급모듈과;
    상기 석탄회 공급모듈의 이송기구 및 상기 보일러와 접속하게 되는 메인 컨트롤러가 구비되어 상기 보일러의 내부로 공급되는 상기 고 미연분의 석탄회의 양, 상기 보일러의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 상기 보일러의 내부로 유입되는 공기의 유량을 포함하는 상기 보일러의 운전조건을 제어하게 되는 제어모듈 및;
    물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터가 각 종류별로 저장되는 데이터베이스 모듈을 포함하여,
    상기 보일러의 내부로 공급되는 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 상기 데이터베이스 모듈로부터 확인하여 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 이용하여 상기 보일러의 최적운전조건을 도출하고, 도출된 상기 보일러의 최적운전조건에 따라 상기 제어모듈이 상기 보일러의 운전을 제어하여 상기 보일러의 최적운전이 도모되도록 하되,
    상기 석탄회 공급모듈은 보일러의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너가 위치한 부위에 상기 이송기구가 접속되도록 하여 상기 고 미연분의 석탄회의 완전연소가 유도될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    특정물성치를 가진 정해진 종류의 석탄회 시료를 사용하여 물리적 성질, 화학적 성질, 연소반응특성을 포함하는 정해진 종류의 석탄회의 특정물성치를 계측하게 되는 계측기구와;
    상기 보일러의 내부로 공급되는 상기 고 미연분의 석탄회의 양, 상기 보일러의 내부로 공급되는 석탄과 고 미연분의 석탄회의 혼합비, 상기 보일러의 내부로 유입되는 공기의 유량 및 상기 고 미연분의 석탄회가 공급되는 상기 보일러 상의 공급위치를 포함하는 상기 보일러의 운전조건을 변경시키면서 화력발전소에 설치되는 보일러의 운전 및 운전시 보일러의 내부 상태를 시뮬레이션하게 되고, 화력발전소에 설치된 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 따른 상기 보일러의 최적운전조건을 도출하게 되는 보일러 시뮬레이터가 더 포함되어,
    상기 데이터베이스 모듈은 상기 계측기구로부터 정해진 종류의 석탄회의 물성치 데이터를 입력받게 되고,
    상기 제어모듈의 메인 컨트롤러는 화력발전소에 설치된 보일러의 내부로 공급되는 석탄회의 종류에 따른 상기 보일러 시뮬레이터에서 도출되는 보일러의 최적운전조건을 입력받아 상기 보일러의 운전조건을 제어하게 되는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 보일러의 최적운전조건을 관리자로부터 입력받거나, 상기 보일러 시뮬레이터와 연동되어 상기 보일러 시뮬레이터로부터 상기 보일러의 최적운전조건을 입력받게 되는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 계측기구는 석탄회 시료의 점화온도, 반응률, 반응시간, 미연분 성분비, 흡열반응특성, 발열반응특성을 포함하는 열적 물성치를 계측하게 되는 열중량분석기(TGA:ThermoGravimetric Analyzer)와 시차주사열량계(DSC:Differential scanning calorimeter)로 이루어지는 열분석기와;
    석탄회 시료의 연소반응률, 완전연소까지의 체류시간, 연소온도를 포함하는 연소 동특성을 계측하게 되는 DTF(Drop tube furnace)와;
    석탄회 시료의 연소속도, 화염길이, 유동장의 속도를 포함하는 연소관련 물성치를 계측하게 되는 LFR(Laminar flow reactor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석탄회 공급모듈은 상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 상기 보일러 사이에 설치되고, 상기 제어모듈의 메인 컨트롤러에 의해 제어되어 정해진 양의 고 미연분의 석탄회가 상기 보일러의 내부로 공급되도록 하는 정량공급기와;
    상기 석탄회 성분분리모듈의 분리기구와 상기 보일러 사이에 설치되어 상기 분리기구로부터 배출되는 고 미연분의 석탄회를 상기 보일러 방향으로 불어주게 되는 송풍기 및;
    상기 송풍기와 상기 보일러 사이에 설치되어 상기 송풍기를 통과하는 고 미연분의 석탄회를 상기 보일러 내부로 유입시키되, 상기 보일러와 접속되는 끝단부의 위치가 변경될 수 있는 이송튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보일러와 연결되게 설치되는 미분기와 연결되는 정해진 길이의 컨베이어벨트식 이송대가 더 구비되되,
    상기 컨베이어벨트식 이송대는 상기 보일러의 하단부로부터 배출되어 집적되는 저회(bottom ash)가 공급되어 이송되는 저회용 이송대와;
    일단부는 상기 저회용 이송대와 분리되고 타단부는 상기 저회용 이송대와 연결되는 구성으로 이루어지고, 화력발전소에 구비되는 저탄장에 위치되는 소비탄이 공급되어 이송되는 소비탄용 이송대 및;
    상기 저회용 이송대와 소비탄용 이송대가 서로 연결되는 부위에 일단부가 위치하게 되고, 상기 미분기에 타단부가 위치하게 되는 구성으로 이루어져 상기 저회와 소비탄이 이송되면서 정해진 비율로 혼합되어 상기 미분기로 투입되도록 하는 혼합용 이송대를 포함하여,
    상기 미분기로 투입된 저회와 소비탄의 혼합물이 상기 보일러의 내부의 온도분포 상 절대온도 1400K 이상의 온도를 가지게 되는 상부 버너가 위치한 부위로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 화력발전소에 적용되는 석탄회의 재연소 시스템.
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