KR101116365B1 - 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치 - Google Patents

정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석탄 화력발전소에서 발생하는 석탄회에 포함된 미연탄소를 용이하게 분리할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혼재되어 있는 석탄회와 미연탄소 성분의 정전극성 차이를 이용하여 석탄회 처리량에 따라 하전량과 분리효율을 대폭 향상시킬 수 있는 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 석탄회 저장호퍼(1)와, 이 저장호퍼(1)에 연결되는 호퍼로터리 피더(2), 이 호퍼로터리 피더(2)가 연결되는 석탄회 이송용 진동기(3), 상기 진동기(3)에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 블로워(4), 벤추리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐(6)을 갖추고 그 내부에 전기장 세기가 균일하게 유지되는 한 쌍의 평행한 +, - 전극판(24b,24a)을 구비한 정전유도형 마찰대전기(7), 상기 마찰대전기(7)에 추진공기를 주입하는 블로워 공기량 계측기(5), 상기 마찰대전기(7)에서 하전된 분체를 정전분리부(8)로 공급하는 이송관(9), 이 이송관(9)를 통해 이송되는 분체를 분산하는 분배기(10) 및, 상기 분배기(10)에서 분산된 하전 분체를 균일한 유속으로 정전분리부(8)에 공급하는 분배기 슬릿(11)으로 이루어진 석탄회 공급부(12)와; 상기 분배기(10)를 통해 유입되는 석탄회에 균일한 전기장 형성을 위해 평행하게 설치된 +, - 전극판(13a,13b)에 포집된 분체층을 제거하기 위한 포집분체 추타장치(15)와 외부 고전압 누설을 방지하는 정전분리부(8)의 외함(16), 상기 정전분리부(8) 내의 와류 발생방지와 균일한 유속분포 유도를 위한 깔대기형 회수부(17), 이 회수부(17)에서 배출된 분체와 공기 혼합물을 합하여 이송시키는 덕트(18), 분리된 석탄회를 포집하는 정제회 포집용 싸이클론(19A) 및, 폐기된 포집용 싸이클론(19B)을 갖춘 석탄포집부(20)로 이루어진 정전유도형 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 있어서, 상기 정전유도형 마찰대전기(7)는 가압노즐(6)에서 주입되는 공기와 석탄회 흡입부(21)에서 유입된 석탄회가 이 마찰대전기(7)에서 혼합, 정전유도, 마찰대전 되되, 상기 마찰대전기(7)의 마찰대전 구간(22)에서 전원공급부(23)에 연결되어 절연을 위해 테프론 재질로 이루어진 상기 - 전극판(24a)에는 - 전극 절연용 상판(26), + 전극판(24b)에는 + 전극 절연용 하판(27), 상기 +, - 전극 상하판(26,27) 사이에는 전극 유지용 중간판(28)이 배치되어 있으며, 상기 +, - 전극판(24a,24b)은 공기 절연파괴를 막기 위해 5~25㎸/㎝로 유지되는 구조로 되어 있다.

Description

정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치{Electrostatic separation of unburned carbon from fly ash using conductive induction type of ejector tribocharger}
본 발명은 석탄 화력발전소에서 발생하는 석탄회에 포함된 미연탄소를 용이하게 분리할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혼재되어 있는 석탄회와 미연탄소 성분의 정전극성 차이를 이용하여 석탄회 처리량에 따라 하전량과 분리효율을 대폭 향상시킬 수 있는 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 관한 것이다.
석탄회를 발생시키는 화력발전소 또는 소각회를 발생시키는 모든 소각로에서는 석탄연소 후 발생되는 석탄회는 콘크리트 혼화재, 건축물 경량제 및 성토제 등으로 이용가치가 매우 높다.
그러나 일반적으로 석탄 화력발전소에서 발생하는 석탁회 중에는 미연탄소가 다량(5~20%) 함유되어 재활용시 장애요소가 되기 때문에 이를 산업목적으로 이용하기 위해서는 석탄회 중 미연탄소의 분리가 필수사항이었다.
종래에도 석탄회 중 미연탄소 분리방법 중 건식방법으로는 원심분리법(입도 분리법 이라고도 함)과 마찰대전에 의한 정전분리법이 있는바, 여기서 전자인 원심분리법은 석탄회 중 큰 입자들이 미연탄소를 다량 함유하고 있다는 사실에 기초한 기술로서 분리장치로 공급분급기를 이용하고 있으나, 석탄회 중 미연탄소 함량이 5% 이상시 입도분급이 완전하지 못하고, 또한 조립자의 충격에 의한 파쇄로 미립분이 전환되어 미연탄소가 석탄회 미립분과 함께 배출되므로 원료 중 미연탄소가 5% 이상시 미연탄소 함량 3% 이하의 정제회를 회수할 수 없는 단점이 있었다.
그리고 후자인 마찰대전에 의한 정전분리법은 분체 혼합물과 대전기 내부 표면과의 접촉에 의해 분체를 하전시킨 후 전기장 내에서 분체를 각각의 극성에 따라 분리하게 되는데, 공기를 이용하여 석탄회를 금속파이프의 내부로 이동시키는 방법과, 나선형태의 금속을 원형관 내부에 별도 설치하는 방법이 있다.
이러한 정전분리법은 석탄회를 대전시킨 후 정전분리장치로 이송하여 각각의 극성에 따라 분리시키므로 석탄회의 마찰대전 효율이 매우 중요한바, 그러나 종래 정전분리 방법의 경우 석탄회 처리량 증가시 마찰대전체와 접촉 표면적이 작아지므로 순수 하전율이 떨어져 대용량화에 문제점이 있으며, 또한 분체의 마찰대전 방식의 대전효율을 높이기 위해서는 선택적인 대전, 즉 분체와 접촉하여 대전효율을 높일 수 있는 방법을 모색할 필요가 있었다.
한편, 국내 특허 제333,894호는 앞서 설명한 마찰대전형 정전분리법에 의한 미분체 분리장치로서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술을 개량진보시킨 기술이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄회 처리량 증가시 발생하는 마찰전량 및 정전분리 효율 저하를 개선시킨 것으로, 이젝터 마찰대전기 내부에 정전유도 전극을 설치하여 석탄회 처리량에 따라 전기장 세기를 조절하여 석탄회 하전량을 균일하게 유지시키어 균일한 품질의 석탄회 회수가 가능한 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄회 저장호퍼와, 이 저장호퍼에 연결되는 호퍼로터리 피더, 이 호퍼로터리 피더가 연결되는 석탄회 이송용 진동기, 상기 진동기에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 블로워 벤추리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐을 갖추고 그 내부에 전기장 세기가 균일하게 유지되는 한 쌍의 평행한 +,- 전극판을 구비한 정전유도형 마찰대전기, 상기 정전유도형 마찰대전기에 추진공기를 주입하는 블로워 공기량 계측기, 상기 정전유도형 마찰대전기에서 하전된 분체를 정전분리부로 공급하는 이송관, 이 이송관을 통해 이송되는 분체를 분산하는 분배기 및, 이 분배기에서 분산된 하전분체를 균일한 유속으로 정전분리에 공급하는 분배기 슬릿으로 이루어진 석탄회 공급부와; 상기 분배기를 통해 유입되는 석탄회에 균일한 전기장 형성을 위해 평행하게 설치된 +, - 전극판과 회수율 조절을 위한 절연재질의 수율 조절판으로 이루어진 정전분리부 및; 상기 전극판에 포집된 분체층을 제거하기 위한 포집분체 추타장치와 외부 고전압 누설을 방지하기 위한 정전분리부의 외함, 상기 정전분리부 내 와류발생 방지 및 균일한 유속분포 유도를 위한 깔대기형 회수부, 이 회수부에서 배출된 분체와 공기 혼합물을 합하여 이송시키는 덕트, 분리된 석탄회를 포집하는 정제회 포집용 싸이클론 및, 폐기된 포집용 싸이클론을 갖춘 석탄 포집부로 이루어진 정전유도형 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 있어서, 상기 정전유도형 마찰대전기는 가압노즐에서 주입되는 공기와 석탄회 흡입부에서 유입된 석탄회가 마찰대전기에서 혼합, 정전유도, 마찰대전 되되, 상기 마찰대전기는 전원공급부에 연결되어 절연을 위해 상기 - 전극판에서 - 전극 절연용 상판과, - 전극판에는 + 전극 절연용 하판 및 상기 +, - 절연용 상하판 사이의 전극 유지용 중간판이 배치되고, 이들 모두는 테프론 절연재로 이루어지면서 공기 절연파기를 막기 위해 5~25㎸/㎝로 유지되는 구조로 되어 있다.
상기와 같은 본 발명은 석탄회를 정제하여 재활용시 용량 증가에 따른 설비의 성능 저하를 해결하면서 분리효율의 향상을 도모하는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명은 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 석탄회 중 미연탄소를 분리하는 전체 공정계통도이고, 도 2는 본 발명의 요부인 이젝터 마찰대진기의 단면도, 도 3과 도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선, Ⅱ-Ⅱ선 확대 단면도들이다.
본 발명의 설명에 앞서 본 발명은 대한민국 특허 제333,894호를 개량한 것임을 밝혀 둔다.
본 발명은 석탄회 저장호퍼(1)와, 이 저장호퍼(1)에 연결되는 호퍼로터리 피더(2), 이 호퍼로터리 피더(2)가 연결되는 석탄회 이송용 진동기(3), 상기 진동기(3)에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 블로워(4), 벤추리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐(6)을 갖추고 그 내부에 전기장 세기가 균일하게 유지되는 한 쌍의 평행한 +,- 전극판(24b,24a)을 구비한 정전유도형 마찰대전기(7), 상기 마찰대전기(7)에 추진공기를 주입하는 블로워 공기량 계측기(5), 상기 마찰대전기(7)에서 하전된 분체를 정전분리부(8)로 공급하는 이송관(9), 이 이송관(9)을 통해 이송되는 분체를 분산하는 분배기(10) 및, 상기 분배기(10)에서 분산된 하전 분체를 균일한 유속으로 정전분리부(8)에 공급하는 분배기 슬릿(11)으로 이루어진 석탄회 공급부(12)와; 상기 분배기(10)를 통해 유입되는 석탄회에 균일한 전기장 형성을 위해 평행하게 설치된 +, - 전극판(13a,13b)에 포집된 분체층을 제거하기 위한 포집분체 추타장치(15)와 외부 고전압 누설을 방지하는 정전분리부(8)의 외함(16), 상기 정전분리부(8) 내의 와류 발생방지와 균일한 유속분포 유도를 위한 깔대기형 회수부(17), 이 회수부(17)에서 배출된 분체와 공기 혼합물을 합하여 이송시키는 덕트(18), 분리된 석탄회를 포집하는 정제회 포집용 싸이클론(19A) 및, 폐기된 포집용 싸이클론(19B)을 갖춘 석탄포집부(20)로 이루어진 정전유도형 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 있어서, 상기 정전유도형 마찰대전기(7)는 가압노즐(6)에서 주입되는 공기와 석탄회 흡입부(21)에서 유입된 석탄회가 이 마찰대전기(7)에서 혼합, 정전유도, 마찰대전 되되, 상기 마찰대전기(7)의 마찰대전 구간(22)에서 전원공급부(23)에 연결되어 절연을 위해 테프론 재질로 이루어진 상기 - 전극판(24a)에는 - 전극 절연용 상판(26), + 전극판(24b)에는 + 전극 절연용 하판(27), 상기 +, - 전극 상하판(26,27) 사이에는 전극 유지용 중간판(28)이 배치되어 있으며, 상기 +, - 전극판(24a,24b)은 공기 절연파괴를 막기 위해 5~25㎸/㎝로 유지되는 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 마찰대전기(7)의 +, - 전극판(24a,24b)들은 마모가 적고 석탄회와 미연탄소의 마찰대전 효율을 증가시키기 위해 석탄회와 일함수(Work Function) 중간값인 즉, 일함수가 4.8eV ~ 4.9eV인 SUS304 재질로 구성되어 있기 때문에 선택적 대전, 즉 분체와 금속과의 접촉 표면적 증가를 유도하고 접촉 대전되면서 파쇄된 + 극성의 미연탄소 미립분이 - 극성의 석탄회 미립분에 혼입되어 정전분리부(8)로 이송된다.
또한, 이 마찰대전기(7)의 +, - 전극판(24a,24b)들은 전기절연 파괴 및 정전위 상태에서 전자이동에 의한 정전기장 파괴를 방지하기 위해 도 5 (A), (B)와 같이 전극 모서리 및 측면을 라운드진 곡선으로 유지하도록 되어 있다.
<실시예>
본 발명에 의한 정전유도형 마찰대전 장치의 크기 처리용량을 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 2의 정전유도형 마찰대전기(7)의 규격은 흡입부(21)의 직경 18.5㎜Φ, 추진공기 입구(29)도 18.5㎜Φ, 추진공기 가압노즐(6) 목(30)은 11.3㎜Φ이다. 한편 전극판(24a,24b)은 도 5와 같은 형태이며, 전극판 크기는 17.4㎜ 넓이, 35㎜ 길이이며, +, - 전극판(24a,24b)간 간격은 10㎜, 전극두께 4㎜로 구성하였다. 설치형태 및 구성은 도 2 ~ 도 4와 같다.
실험조건은 다음과 같다.
▷ 가압노즐(6)의 입구의 추진공기량 : 2.12 ~ 2.69㎥/min
▷ 흡입부(21)의 흡입공기량 : 3.18 ~ 4.04㎥/min
▷ 정전유도 및 마찰대전 구간(22) 내 유속 : 500 ~ 640m/s
▷ 석탄회 조성 : 9% 미연탄소 함량의 석탄회 1종
▷ 석탄회 처리용량 : 105 ~ 330㎏/hr
▷ 정전유도 마찰대전기 내 전기장 세기 : 10㎸/㎝
석탄회 회수율은 싸이클론(19A)에 포집된 질량분포를 이용, 측정하였고, 미연탄 소함량은 열분석기를 이용하여 측정하였다. 실험에 사용한 실험시료의 분석결과는 <표 1>과 같다.
<표 1> 석탄회 시료의 입도별 질량분포, 누적분포 및 미연탄소함량
(단위 : wt.%)
시료종류
 입도분포[㎛]
+150 150~105 105~75 75~53 53~38 38~26 -26
9%
 질량분포 2.8 3.9 4.6 5.5 5.8 6.4 71
미연탄소량 62.39 44.38 30.46 17.33 8.03 5.69 3.92
<표 1>과 같이 석탄회 질량분포는 미립분일수록 증가하였고 입도별 미연탄소 함량의 경우 입도가 미립분일수록 미연탄소 함량이 감소하는 경향을 보였다. 미연탄소 함량 9% 석탄회의 경우 26㎛ 이하에 71%의 질량분포를 보이고 미연탄소 함량 은 3.92%를 보였다. 즉, 26㎛ 이하로 원심분리(입도분리)하여도 3% 이하의 고순도 석탄회를 회수할 수 없음을 예상할 수 있다.
상기 실험조건에서 실험시 정전유도형 마찰대전기(7)에서 배출되는 마찰된 석탄회의 하전량은 도 6과 같이 정전유도 전극을 추가할 경우 (-)하전량이 4배 이상 획기적으로 증가된 것을 확인할 수 있으며, 석탄 공급량을 증가시킬 경우 하전량은 약간만 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 정제회의 경우 도 7과 같이 정전유도형 마찰대전기를 이용할 경우 회수율 68% 이하에서 미연탄소 함량 3% 이하의 고순도 석탄회를 회수할 수 있으나 일반 이젝터 마찰대전기를 이용할 경우 회수율을 50%까지 낮추어도 미연탄소 함량 3% 이하의 석탄회를 회수할 수 없는 것으로 나타났다.
본 발명의 특성은 마찰대전되어 조립분들이 파쇄되면서 미립분으로 전환되어 도 8과 같이 원료회보다 정제회의 경우 입도가 상당히 균일하기 때문에 재활용시, 즉 레미콘 혼화제로 사용할 경우 콘크리트의 충진율을 향상시켜 주게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 석탄회 중 미연탄소를 분리하는 전체공정 계통도,
도 2는 본 발명의 요부인 이젝터 마찰대전기의 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 확대 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 확대 단면도,
도 5 (A)와 (B)는 도 2에 도시된 정전유도 전극의 단면도와 평면도,
도 6은 석탄회의 마찰대전량 측정결과 그래프,
도 7은 석탄회의 정전분리 효율 측정결과 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 정제회와 종래 원료회의 비교 사진들이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 석탄회 저장호퍼, 2 : 호퍼 로터리 피더(Feeder),
3 : 진동기, 4 : 블로워(Blower),
5 : 블로워 공기량 계측기, 6 : 가압노즐,
7 : 마찰대전기, 8 : 정전분리부,
9 : 이송관, 10 : 분배기,
11 : 분배기 슬릿(Slit), 12 : 석탄회 공급부,
13a,13b : 전극판, 14 : 수율조절판,
15 : 포집분체 추타장치, 16 : 외함,
17 : 회수부, 18 : 덕트,
19A : 정제회 포집용 싸이클론,
19B : 폐기된 포집용 싸이클론,
20 : 석탄 포집부, 21 : 석탄회 흡입부,
22 : 마찰대전구간, 23 : 전원 공급부,
24a,24b : 전극판, 25 : 접지,
26 : 전극 절연용 상판, 27 : + 전극 절연용 상판,
28 : 전극 유지용 중간판, 29 : 추진공기 입구,
30 : 가압노즐 목.

Claims (3)

  1. 석탄회 저장호퍼(1)와, 이 저장호퍼(1)에 연결되는 호퍼로터리 피더(2), 이 호퍼로터리 피더(2)가 연결되는 석탄회 이송용 진동기(3), 상기 진동기(3)에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 블로워(4), 벤추리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐(6)을 갖추고 그 내부에 전기장 세기가 균일하게 유지되는 한 쌍의 평행한 +,- 전극판(24b,24a)을 구비한 정전유도형 마찰대전기(7), 상기 마찰대전기(7)에 추진공기를 주입하는 블로워 공기량 계측기(5), 상기 마찰대전기(7)에서 하전된 분체를 정전분리부(8)로 공급하는 이송관(9), 이 이송관(9)를 통해 이송되는 분체를 분산하는 분배기(10) 및, 상기 분배기(10)에서 분산된 하전 분체를 균일한 유속으로 정전분리부(8)에 공급하는 분배기 슬릿(11)으로 이루어진 석탄회 공급부(12)와; 상기 분배기(10)를 통해 유입되는 석탄회에 균일한 전기장 형성을 위해 평행하게 설치된 +, - 전극판(13a,13b)에 포집된 분체층을 제거하기 위한 포집분체 추타장치(15)와 외부 고전압 누설을 방지하는 정전분리부(8)의 외함(16), 상기 정전분리부(8) 내의 와류 발생방지와 균일한 유속분포 유도를 위한 깔대기형 회수부(17), 이 회수부(17)에서 배출된 분체와 공기 혼합물을 합하여 이송시키는 덕트(18), 분리된 석탄회를 포집하는 정제회 포집용 싸이클론(19A) 및, 폐기된 포집용 싸이클론(19B)을 갖춘 석탄포집부(20)로 이루어진 정전유도형 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치에 있어서,
    상기 정전유도형 마찰대전기(7)는 가압노즐(6)에서 주입되는 공기와 석탄회 흡입부(21)에서 유입된 석탄회가 이 마찰대전기(7)에서 혼합, 정전유도, 마찰대전 되되, 상기 마찰대전기(7)의 마찰대전 구간(22)에서 전원공급부(23)에 연결되어 절연을 위해 테프론 재질로 이루어진 상기 - 전극판(24a)에는 - 전극 절연용 상판(26), + 전극판(24b)에는 + 전극 절연용 하판(27), 상기 +, - 전극 상하판(26,27) 사이에는 전극 유지용 중간판(28)이 배치되어 있으며, 상기 +, - 전극판(24a,24b)은 공기 절연파괴를 막기 위해 5~25㎸/㎝로 유지되는 것을 특징으로 하는 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마찰대전기(7)의 +, - 전극판(24a,24b)들은 마모가 적고 석탄회와 미연탄소의 마찰대전 효율을 증가시키기 위해 석탄회와 일함수(Work Function)의 중간값인 일함수가 4.8eV ~ 4.9eV인 SUS304 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 정전유도형 이젝터 마찰대전기를 이용한 석탄회 중 미연탄소의 정전분리장치.
  3. 삭제
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