KR101114627B1 - 세라믹 라이닝을 적용한 공기 분리 탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 보일러에서의 미분탄의 연소에 의해 형성되는 재를 플라이애시와 하드애시로 분리하는 공기 분리 탱크에 있어서, 상면 및 하면이 폐쇄되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되어 나선 경로로 유동하도록 가이드하는 원통 형상의 프레임과, 상기 프레임의 제1 측면에 관통 형성되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되는 유입 덕트와, 상기 유입 덕트가 형성된 프레임의 제1 측면과 프레임의 길이 방향으로 이격된 제2 측면에 형성되고, 나선 경로의 외측을 유동하는 하드애시가 배출되는 제1 배출 덕트와, 상기 프레임의 상면으로부터 내측 공간으로 관 형상으로 관통 형성되고, 상기 나선 경로의 내측을 유동하는 플라이애시가 배출되는 제2 배출 덕트와, 다편으로 분할 형성되고, 상기 제2 배출 덕트의 외주면에 조립 고정 형성되는 세라믹 라이닝을 포함하는 공기 분리 탱크를 제공한다. 본 발명에 의하면, 제2 배출 덕트의 외주면에 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 세라믹 라이닝을 설치 형성하여, 제2 배출 덕트의 열화를 방지할 수 있고 고압의 애시와의 마찰에 의한 프레임의 내부 공간의 손상 및 파손을 방지함으로써, 공기 분리 장치의 사용 수명을 보다 연장하여 애시를 플라이애시와 하드애시로 지속적으로 분리시켜 배출할 수 있고, 접착제에 의해서, 각 세라믹 라이닝을 상호 결합시킴으로써, 고압에서 175 kgf/cm2 이상의 접착력을 유지하여 공기 분리 장치의 물리적 안정성을 최적화시킬 수 있다.

Description

세라믹 라이닝을 적용한 공기 분리 탱크{Ceramic Lining and Air Separator Tank including the Ceramic Lining}
본 발명은 공기 분리 탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 세라믹 라이닝을 적용하여 보일러에 의해 연소된 애시를 구분하여 분리 배출할 수 있고 내부 공간을 용이하게 점검 및 청소할 수 있는, 세라믹 라이닝을 적용한 공기 분리 탱크에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 유연탄을 주원료로 이용하는 화력발전소는 미세하게 분말화된 미분탄을 공기와 더불어 공급관을 통해서 보일러로 제공하여 보일러에서 미분탄을 연소하게 하고, 연소열에 의해서 보일러 내에 인접하여 수관 속의 물을 증기화시켜 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산할 수 있도록 되어 있다.
한편, 화력발전소는 유연탄을 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄하는 미분기와, 분쇄된 미분탄을 보일러와 연통된 공급관으로 공급하도록 고압 공기를 제공하는 송풍기와, 보일러에 의해 연소된 미분탄으로부터 발생되는 애시를 외부로 배출하는 공기 분리 탱크를 포함한다.
종래의 공기 분리 탱크는 보일러로부터 유입된 애시를 외부로 애시의 구분없이 단순히 배출하여서 애시의 재사용이 어려웠고, 고압의 애시에 의해 쉽게 열화되어 공기 분리 탱크의 내부가 마모되어 내부에 균열이 발생하곤 하였다. 또한, 공기 분리 탱크의 내부 공간을 개폐할 수 없는 구조로 고정 형성되어 내부 공간의 점검 및 청소가 불가능하였다.
따라서, 애시를 플라이애시와 하드애시로 구분하여 외부로 분리 배출하여 애시를 용도에 따라 재사용할 수 있으며, 고압의 애시에 의해서도 쉽게 열화되지 않도록 물리적 안정성 및 내마모성이 향상되고, 내부 공간의 점검 및 청소가 용이한 공기 분리 탱크의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 물리적 안정성 및 내마모성을 최적화시킬 수 있는 세라믹 라이닝을 적용하여 보일러에 의해 연소된 애시를 구분하여 분리 배출할 수 있고 내부 공간을 용이하게 점검 및 청소할 수 있는, 세라믹 라이닝을 적용한 공기 분리 탱크를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 보일러에서의 미분탄의 연소에 의해 형성되는 재를 플라이애시와 하드애시로 분리하는 공기 분리 탱크에 있어서, 상면 및 하면이 폐쇄되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되어 나선 경로로 유동하도록 가이드하는 원통 형상의 프레임과, 상기 프레임의 제1 측면에 관통 형성되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되는 유입 덕트와, 상기 유입 덕트가 형성된 프레임의 제1 측면과 프레임의 길이 방향으로 이격된 제2 측면에 형성되고, 나선 경로의 외측을 유동하는 하드애시가 배출되는 제1 배출 덕트와, 상기 프레임의 상면으로부터 내측 공간으로 관 형상으로 관통 형성되고, 상기 나선 경로의 내측을 유동하는 플라이애시가 배출되는 제2 배출 덕트와, 다편으로 분할 형성되고, 상기 제2 배출 덕트의 외주면에 조립 고정 형성되는 세라믹 라이닝을 포함하는 공기 분리 탱크를 제공한다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 세라믹 라이닝은 상기 제2 배출 덕트의 외주면에 접착제에 의해서 고정 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 프레임의 내부 공간의 상면, 하면 및 측면에는 일정 형상의 세라믹 라이닝 또는 바샬트가 고정 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 세라믹 라이닝 또는 바샬트는 상기 프레임의 내부 공간의 상면, 하면 및 측면에 접착제에 의해서 고정 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 접착제는, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제 또는 실리콘계 접착제일 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 세라믹 라이닝은, 85 내지 87 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 8 내지 10 중량%의 이산화규소(SiO2), 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 1 내지 3 중량%의 산화칼슘(CaO), 1 내지 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함하는 세라믹 조성물을 일정 온도로 소결하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 프레임의 측면에 탈착되도록 형성되어 상기 프레임의 내부 공간을 개폐하는 메인 홀을 더 포함하고, 상기 프레임의 내부 공간에 대향하는 메인 홀의 대향면에는 세라믹 라이닝 또는 바샬트가 고정 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 분리 탱크에 있어서, 상기 프레임의 하면의 중앙에는 상기 프레임의 내부 공간을 개폐하는 캡이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배출 덕트의 외주면에 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 세라믹 라이닝을 조립 설치하여, 배출 덕트의 열화를 방지할 수 있고 고압의 애시와의 마찰에 의한 프레임의 내부 공간의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 애시를 플라이애시와 하드애시로 구분 분리시켜 외부 배출하여 용도에 따라 애시를 재사용할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 접착제에 의해서, 각 세라믹 라이닝을 상호 결합시킴으로써, 고압에서 175 kgf/cm2 이상의 접착력을 유지하도록 하여, 물리적 안정성을 최적화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 공기 분리 장치의 개략적인 단면 구성도이다.
도 2a는 도 1의 공기 분리 장치의 제2 덕트의 확대 단면도이다.
도 2b는 도 1의 공기 분리 장치의 'A-A'로 절취한 절취도이다.
도 2c는 도 1의 공기 분리 장치의 메인 홀을 확대 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 2d는 도 1의 공기 분리 장치의 하면에 형성되는 세라믹 라이닝을 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 공기 분리 장치의 제1 및 제2 배출 덕트의 배치를 각각 예시한 것이다.
도 4a는 도 1의 세라믹 라이닝의 밀도별 경도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 도 1의 세라믹 라이닝의 밀도별 비중의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4c는 도 1의 세라믹 라이닝의 밀도별 수축율의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 공기 분리 장치의 개략적인 단면 구성도이다. 또한, 도 2a는 도 1의 공기 분리 장치의 제2 덕트의 확대 단면도이며, 도 2b는 도 1의 공기 분리 장치의 'A-A'로 절취한 절취도이며, 도 2c는 도 1의 공기 분리 장치의 메인 홀을 확대 도시한 단면도 및 평면도이고, 도 2d는 도 1의 공기 분리 장치의 하면에 형성되는 세라믹 라이닝을 도시한 것이다. 또한, 도 3은 도 1의 공기 분리 장치의 제1 및 제2 배출 덕트의 배치를 각각 예시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 공기 분리 장치(100)는, 프레임(110)과, 유입 덕트(120)와, 제1 배출 덕트(130)와, 제2 배출 덕트(140)와, 세라믹 라이닝(150)으로 이루어진다.
우선, 본 실시예에 의한 공기 분리 탱크(air separator tank)(100)는 보일러(미도시)에서의 미분탄의 연소에 의해 발생되는 애시(ash)를 플라이애시(fly ash)와 하드애시(hard ash)로 구분하여 분리한다. 여기서, 플라이애시와 하드애시는 애시 입자의 크기에 따라 구분되는 것으로서 그 입자의 크기는 상호 상대적이다.
프레임(frame)(110)은 상면(111) 및 하면(112)이 폐쇄된 원통 형상으로 형성된다. 여기서, 프레임(110)은 원통 형상에 의해서 보일러부터 유입된 애시가 도 1 및 도 3에 도시된 나선 경로를 따라서 유동하도록 가이드한다.
유입 덕트(inlet duct)(120)는 프레임(110)의 제1 측면, 즉 상면(111)에 인접한 측면에 관통 형성되고, 보일러부터 미분탄의 연소된 재, 즉 애시가 유입되는 통로 역할을 한다. 여기서, 유입 덕트(120)에 의해서 프레임(110)의 내부 공간으로 유입된 애시는 원통 형상의 프레임(110)의 내부 공간에서 나선 경로를 따라 유동하게 된다.
제1 배출 덕트(outlet duct)(130)는 유입 덕트(120)가 형성된 프레임(110)의 제1 측면과 프레임(110)의 길이 방향으로 이격된 제2 측면, 즉 하면(112)에 인접한 측면에 형성되고, 나선 경로의 외측을 유동하는 하드애시를 외부로 배출한다.
제2 배출 덕트(140)는 프레임(110)의 상면(111)으로부터 내측 공간으로 관 형상으로 만입되어 관통 형성되고, 나선 경로의 내측을 유동하는 플라이애시를 외부로 배출한다.
여기서, 보일러로부터 유입된 하드애시 및 플라이애시는 제1 및 제2 배출 덕트(130,140)로 각각 분리되어 외부로 배출되어서, 용이하게 구분되어 용도에 따라 재사용될 수 있다.
세라믹 라이닝(ceramic lining)(150)은 다편으로 분할 형성되고, 다편으로 분할 형성된 세라믹 라이닝(150)은 제2 배출 덕트(140)의 외주면에 조립되어 고정 형성된다. 여기서, 세라믹 라이닝(150)은 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 부재로 이루어져, 나선 경로를 따라서 나선 회전하는 고압의 애시와 제2 배출 덕트(140)의 직접적인 접촉에 의한 마찰을 차단하여 제2 배출 덕트(140)를 실질적으로 보호한다.
한편, 도 2a에 도시된 바와 같이, 세라믹 라이닝(150)은 제2 배출 덕트(140)의 외주면에 접착제(160)에 의해서 고정 형성될 수 있다. 여기서, 세라믹 라이닝(150)은 접착제(160)의해 가이드(165)에 부착되어서 제2 배출 덕트(140)에 고정 형성될 수도 있다. 즉, 다편으로 분리 형성된 세라믹 라이닝(150)을 제2 배출 덕트(140)에 조립 형성함으로써, 세라믹 라이닝(150)의 조립 형성 공정을 용이하게 할 수 있고, 손상된 세라믹 라이닝(150)의 수리 및 교체를 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(110)의 내부 공간의 상면(111), 하면(112) 및 측면(113)에는 일정 형상의 세라믹 라이닝(170) 또는 바샬트(basalt)(170)가 고정 형성될 수 있다. 여기서, 세라믹 라이닝(170) 또는 바샬트(170)는 다편으로 분할 형성되어 상면(111), 하면(112) 및 측면(113)에 조립 형성될 수 있다. 또한, 세라믹 라이닝(170) 또는 바샬트(170)는 프레임(110)의 내부 공간의 상면(111), 하면(112) 및 측면(113)에 접착제(175)에 의해서 고정 형성될 수도 있다.
한편, 다편으로 분할된 각 세라믹 라이닝(150,170) 사이의 간극에는 접착제(160,175)가 개재 형성되어 각 세라믹 라이닝(150,170)은 접착제(160,175)에 의해서 상호 안정적으로 결합될 수 있다.
여기서, 전술한 접착제(160,175)는, 고압에서 175 kgf/cm2 이상의 접착력을 유지하여 물리적 안정성을 최적화시킬 수 있도록, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제 또는 실리콘계 접착제로 이루어질 수 있다.
또한, 세라믹 라이닝(162)은, 85 내지 87 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 8 내지 10 중량%의 이산화규소(SiO2), 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 1 내지 3 중량%의 산화칼슘(CaO), 1 내지 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함하는 세라믹 조성물을 1520 내지 1583℃의 온도로 소결하여 형성될 수 있다. 여기서, 산화알루미늄(Al2O3)이 85 중량% 미만이면 공기 분리 탱크의 최적 내마모성 소재로서 요구되는 내마모도의 판단지표인 경도 및 압축 강도의 일정 수준에 미달하게 되며, 87 중량% 초과이면 공기 분리 탱크의 소재로서 고가의 소재 특성상 경제성이 떨어져 공기 분리 탱크 내부의 환경에 최적인 소재로 비용 대비 내마모성이 극대화되지 못해 현장에 적용할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 세라믹 조성물을 1520℃ 미만의 온도로 가열하면 소결이 이루어지지 않아 후술하는 최적의 물성(a property of matter)을 얻을 수 없고, 세라믹 조성물을 1583℃ 초과의 온도로 가열하면 번아웃(burn-out) 현상이 발생하므로, 세라믹 조성물을 1520 내지 1583℃의 소결 온도에서 소결하여 세라믹 라이닝을 형성하는 것이 바람직하다.
보통, 공기 분리 탱크의 내부는 수mm 내지 수cm 까지 그 입자의 굵기가 다양한 애쉬가 공기 분리 탱크내에 고압으로 부딪히면서 마모가 발생되는 열악한 환경이다. 이러한 환경의 공기 분리 탱크 내부를 보호하는 소재로서 굵기가 크고 무거운 애쉬에 대해서도 대비하여 그 소재의 경제성과 함께 공기 분리 탱크의 수명을 최대한 연장할 수 있도록 내마모성을 고려한 공기 분리 탱크 보호용 소재로 요구되는 물성은 경도 85 HRA 이상이어야 하며, 압축강도 19500 kgf/cm2 이상이어야 한다.
상기한 성분비의 세라믹 조성물을 소결 및 수많은 실험을 진행함으로써, 이러한 공기 분리 탱크 소재로 최적 요구되는 물성으로서, 3.4 내지 3.6 의 비중을 가지며, 85 내지 87 HRA 의 경도를 가지며, 19500 kgf/cm2 이상의 압축 강도를 가지고, 1500 kgf/cm2 이상의 인장 강도를 가짐으로써, 공기 분리 탱크용 소재의 단가를 고려한 경제성과 함께 최적화된 내마모성을 가질 수 있음을 확인할 수 있었다.
이러한 세라믹 라이닝에서 상기 세라믹 조성물은 가장 바람직하게 86 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 9 중량%의 이산화규소(SiO2), 0.1 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 2 중량%의 산화칼슘(CaO), 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.4 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.4 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0.1 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함한다.
한편, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 프레임(110)의 측면(113)에 탈착되도록 형성되어 프레임(110)의 내부 공간을 개폐하는 메인 홀(main hole)(180)이 형성될 수 있다. 여기서, 도 2c의 (a)는 메인 홀의 단면도이고, 도 2c의 (b)는 메인 홀의 평면도이다.
즉, 메인 홀(180)은 프레임(110)의 내부 공간을 개폐하도록 형성됨으로써, 프레임(110)의 내부 공간을 용이하게 점검할 수 있고, 내부 공간의 청소를 용이하게 할 수 있다. 여기서, 프레임(110)의 내부 공간에 대향하는 메인 홀(180)의 대향면에는 세라믹 라이닝(185) 또는 바샬트(185)가 고정 형성될 수 있다. 한편, 메인 홀(180)이 프레임(110)에 나사 결합에 의해 결합되어서 나사(미도시)의 체결 및 해제에 의해서 용이하게 탈착될 수 있고, 세라믹 라이닝(185) 또는 바샬트(185)는 메인 홀(180)에 전술한 접착제와 실질적으로 동일한 접착제에 의해서 고정 결합될 수 있다.
부가적으로, 도 2c 및 도 2d에 각각 도시된 바와 같이, 메인 홀(180)에 고정 형성되는 세라믹 라이닝(185) 및 바샬트(185)의 중앙 영역에는 삽입공(185-1)이 형성되고, 메인 홀(180)에는 삽입공(185-1)에 상응하여 삽입되는 부시(bush)(180-1)이 형성되어, 삽입공(185-1)과 부시(180-1)의 결합에 의해서 세라믹 라이닝(185) 및 바샬트(185)가 메인 홀(180)에 안정적으로 고정 형성될 수 있거나, 프레임(110)의 하면(112)에 고정 형성되는 세라믹 라이닝(170) 또는 바샬트(170)의 중앙 영역에는 삽입공(170-1)이 형성되고, 하면(112)에는 삽입공(170-1))에 상응하여 삽입되는 부시(112-1)이 형성되어, 삽입공(170-1)과 부시(112-1)의 결합에 의해서 세라믹 라이닝(170) 및 바샬트(170)가 하면(112)에 안정적으로 고정 형성될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(110)의 하면(112)의 중앙 영역에는 프레임(110)의 내부 공간을 개폐하는 캡(cap)(114)이 형성되어서, 캡(114)을 하면(112)으로부터 분리하여 하면(112)에 누적되거나 부착된 이물질을 외부로 용이하게 배출시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배출 덕트(130) 및 제2 배출 덕트(140)는 프레임(110)의 중심으로부터 치우쳐 형성되어, 유입 덕트(120)로부터 유입된 애시가 도시된 바와 같은 나선 경로를 따라서 플라이애시 및 하드애시가 분리되어 유동할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이, 제2 배출 덕트(140)의 외주면에 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 세라믹 라이닝(150)을 설치 형성하여, 제2 배출 덕트(140)의 열화를 방지할 수 있고 고압의 애시와의 마찰에 의한 프레임(110)의 내부 공간의 손상 및 파손을 방지함으로써, 공기 분리 장치(100)의 수명을 보다 연장하여 애시를 플라이애시와 하드애시로 지속적으로 분리시켜 배출할 수 있다. 또한, 전술한 접착제에 의해서, 각 세라믹 라이닝(150,170,185)을 상호 결합시킴으로써, 고압에서 175 kgf/cm2 이상의 접착력을 유지하여 공기 분리 장치(100)의 물리적 안정성을 최적화시킬 수 있다.
한편, 전술한 세라믹 라이닝을 형성하는 원료 조합 조건 및 과정과, 분무 조건 및 과정과, 성형 조건 및 과정과, 소결 조건 및 과정과, 물성 조사 과정을 다음의 표와 그래프를 참조하여 상술하면 다음과 같다.
<원료 조합 조건 및 원료 조합 과정>
원료 조합 조건은 다음의 표 1 및 표 2과 같고, 표 1 및 표 2를 참조하여 원료 조합 과정을 상술하면 다음과 같다.
원료 함량(%)
Al2O3 80.5
인도네시아카오린 14
Talc 2.8
CaCO3 2.7
water 33
분산제(5468) 0.5
원료 함량(%)
PVA 1.63
PEG 400 0.8
우선, 표1의 함량에 따라, 산화알루미늄(Al2O3), 인도네시아카오린(indonesia caolin), 탈크(Talc), 및 탄산칼슘(CaCO3)을 배합하고, 배합된 조성물에 100% 중량부에 물 및 분산제를 혼합하고, 혼합된 조성물을 500kg 볼밀(ball mill)로 40 시간(hr) 동안 믹싱하여(mixing) 1차 조합물을 형성한다. 이후, 표2의 함량에 따라, 1차 조합물 100% 중량부에 PVA(PolyVinyl Acohol;폴리비닐알콜) 및 PEG(PolyEthylene Glycol;폴리에틸렌글리콜)를 혼합하고, 혼합된 조성물을 500kg 볼밀로 2 시간 동안 믹싱하여 2차 조합물을 형성한다. 여기서, 인도네시아카오린은 산화알루미늄(Al2O3)을 일정량 함유하고 있어서 1차 조합물에서의 산화알루미늄(Al2O3)의 전체 함유량은 86 중량%가 된다. 또한, PVA는 용질(solution)이며 결합재이고, PEG는 연화재이다.
<분무 조건 및 분무 과정>
분무 조건 및 과정을 표 3을 참조하여 상술하면 다음과 같다.
Gas 압력(mmH2O) 1050 Inlet 온도 250℃ Chamber 압력(mmH2O) -3
Nozzle 마모율 2ton Outlet 온도 95℃ Slurry 투입량 50kg/m2
2차 조합물을 표 3의 분무 조건에 따라 분무하여 수분량, 겉보기 밀도(bulk density), 팩 밀도(pack density), 플로우 시간(flow time) 또는 플로우 각도(flow angle)를 체크하여 소결하기 위한 최적의 조건을 설정할 수 있다.
<성형 조건 및 성형 과정>
금형은 20*50*8T(mm) 사용하였고, 밀도별(e2.15, e2.20, e2.25, e2.30, e2.35, e2.40)로 각각 50EA 제작하였다. 분무 조건 및 과정 이후의 2차 조합물을 전술한 성형 조건에서 분말 성형을 한다. 여기서, 밀도의 단위는 g/cm3 이다.
<소결 조건 및 소결 과정>
분말 성형된 2차 조합물을 실제온도인 1520 내지 1583℃의 범위에서 소결하여 세라믹 라이닝을 형성한다.
<물성 조사 과정>
소결 형성된 세라믹 라이닝의 경도, 비중, 잉크 테스트 또는 수축율을 측정한다.
표 4는 밀도별 및 소결 온도 따른 세라믹 라이닝의 잉크 흡수율을 나타낸 것이다.
구분
성형밀도 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4
S 1480 흡수율 O O Δ X X X
R 1520 수축율(T,%) 17.88 17.80 17.09 16.65 15.97 15.81
수축율(A,%) 17.12 16.79 16.17 15.62 15.24 14.83
수축율(B,%) 17.23 16.78 16.27 15.72 15.25 14.86
성형밀도 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4
S 1490 흡수율 Δ X X X X X
R 1535 수축율(T,%) 17.92 17.49 17.37 16.81 15.69 15.49
수축율(A,%) 17.29 16.74 16.13 15.41 15.04 14.59
수축율(B,%) 17.35 16.99 16.35 15.79 15.24 14.86
성형밀도 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4
S 1530 흡수율 X X X X X X
R 1583 수축율(T,%) 18.00 17.84 16.93 16.13 15.57 15.05
수축율(A,%) 17.53 17.08 16.42 15.76 15.17 14.74
수축율(B,%) 17.73 17.13 16.42 15.81 15.39 14.97
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 실제온도(R) 1520℃ 기준으로 밀도 2.25에서는 흡수가 약간 일어나고, 밀도 2.30에서는 흡수가 일어나지 않았다. 또한, 실제온도(R) 1535℃ 기준으로 밀도 2.15에서는 흡수가 약간 일어나고, 밀도 2.20에서는 흡수가 일어나지 않았다. 또한, 실제온도(R) 1583℃ 에서는 모든 밀도(e2.15, e2.20, e2.25, e2.30, e2.35, e2.40)에서 소결이 일어났다. 따라서, 밀도 2.30 이상에서 1520 내지 1583℃의 범위의 소결 온도에서 소결하면 최적의 세라믹 라이닝을 형성할 수 있다.
한편, 소결된 세라믹 라이닝의 밀도별 물성, 즉 경도, 비중 및 수축율이 도 4a 내지 도 4c에 각각 그래프로 도시되어 있다.
도 4a를 참조하면, 소결된 세라믹 라이닝의 밀도가 증가할수록 경도가 대체로 증가함을 알 수 있다. 여기서, 경도가 85.7HRA 보다 상대적으로 작으면 내마모성이 감소하고 경도가 85.7HRA 보다 상대적으로 크면 깨지기 쉬우므로, 세라믹 라이닝의 밀도는 2.30 이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, 소결된 세라믹 라이닝의 밀도가 증가할수록 비중이 증가함을 알 수 있다. 여기서, 비중이 3.485 보다 상대적으로 작으면, 기공이 많고, 조직이 치밀도가 떨어진다. 즉, 기공이 많고 조직이 치밀하지 않으면, 내마모성이 저하되어 세라믹 라이닝의 수명이 짧아진다. 또한, 비중이 3.485 보다 상대적으로 크면, 성형 압력이 증가하여 금형의 수명이 저하된다. 따라서, 세라믹 라이닝의 밀도는 2.30 이 바람직하다.
도 4c를 참조하면, 소결된 세라믹 라이닝의 밀도가 증가할수록 수축율이 감소함을 알 수 있다. 수축율은 세라믹 라이닝 제조의 필수 검사 항목으로서, 세라믹 라이닝의 형성 공정 및 품질을 향상시킬 수 있도록 정확하고 정밀한 제어를 요구한다.
즉, 상기한 바와 같이 세라믹 라이닝은 밀도 2.3g/cm3 기준으로 공기 분리 탱크용 최적 요구 물성인 경도가 85.7HRA 및 비중 3.485를 만족하였을 때, 19500 kgf/cm2 이상의 압축 강도가 확인되었으며, 그 성분 실험 조합을 분석한 결과, 85 내지 87 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 8 내지 10 중량%의 이산화규소(SiO2), 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 1 내지 3 중량%의 산화칼슘(CaO), 1 내지 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함하는 세라믹 조성물을 일정 온도로 소결하여 형성된 경우였으며, 가장 바람직하게는 상기 세라믹 조성물은 86 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 9 중량%의 이산화규소(SiO2), 0.1 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 2 중량%의 산화칼슘(CaO), 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.4 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.4 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0.1 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함하는 경우였음을 실험을 통해 확인하였다.
이와 같이, 공기 분리 장치의 제2 배출 덕트의 외주면에 물리적 안정성 및 내마모성이 최적화된 다편의 최적 세라믹 라이닝을 조립 설치하여, 고압의 애시와의 마찰에 의한 제2 배출 덕트의 손상 및 파손을 방지함으로써, 제2 배출 덕트의 수명을 보다 연장하여 애시를 하드애시와 플라이애시로 용도에 따라 구분하여 외부로 지속적으로 분리하여 배출할 수 있다.
전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 세라믹 라이닝 및 세라믹 라이닝을 적용한 공기 분리 탱크에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 공기 분리 장치 110 : 프레임
111 : 상면 112 : 하면
113 : 측면 114 : 캡
120 : 유입 덕트 130 : 제1 배출 덕트
140 : 제2 배출 덕트 150,170,185 : 세라믹 라이닝
160,175 : 접착제 180 : 메인 홀
170,185 : 바샬트 165 : 가이드
112-1 : 부시 170-1 : 삽입공
180-1 : 부시 185-1 : 삽입공

Claims (8)

  1. 보일러에서의 미분탄의 연소에 의해 형성되는 재를 플라이애시와 하드애시로 분리하는 공기 분리 탱크에 있어서,
    상면 및 하면이 폐쇄되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되어 나선 경로로 유동하도록 가이드하는 원통 형상의 프레임과,
    상기 프레임의 제1 측면에 관통 형성되고, 상기 보일러부터 애시가 유입되는 유입 덕트와,
    상기 유입 덕트가 형성된 프레임의 제1 측면과 프레임의 길이 방향으로 이격된 제2 측면에 형성되고, 나선 경로의 외측을 유동하는 하드애시가 배출되는 제1 배출 덕트와,
    상기 프레임의 상면으로부터 내측 공간으로 관 형상으로 관통 형성되고, 상기 나선 경로의 내측을 유동하는 플라이애시가 배출되는 제2 배출 덕트와,
    다편으로 분할 형성되고, 상기 제2 배출 덕트의 외주면에 조립 고정 형성되는 세라믹 라이닝으로 이루어지는, 공기 분리 탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 라이닝은 상기 제2 배출 덕트의 외주면에 접착제에 의해서 고정 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임의 내부 공간의 상면, 하면 및 측면에는 일정 형상의 세라믹 라이닝 또는 바샬트가 고정 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 세라믹 라이닝 또는 바샬트는 상기 프레임의 내부 공간의 상면, 하면 및 측면에 접착제에 의해서 고정 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  5. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 접착제는,
    에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제 또는 실리콘계 접착제인 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 라이닝은,
    85 내지 87 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 8 내지 10 중량%의 이산화규소(SiO2), 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화제이철(Fe2O3), 1 내지 3 중량%의 산화칼슘(CaO), 1 내지 2 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화칼륨(K2O), 0.1 내지 0.5 중량%의 산화나트륨(Na2O), 및 0 초과 0.1 이하 중량%의 산화티탄(TiO2)을 포함하는 세라믹 조성물을 일정 온도로 소결하여 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임의 측면에 탈착되도록 형성되어 상기 프레임의 내부 공간을 개폐하는 메인 홀을 더 포함하고, 상기 프레임의 내부 공간에 대향하는 메인 홀의 대향면에는 세라믹 라이닝 또는 바샬트가 고정 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임의 하면의 중앙에는 상기 프레임의 내부 공간을 개폐하는 캡이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 탱크.
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