KR101146347B1 - 연소기관 효율개선용 세정제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물?가스?증기의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 발전용 터빈 등과 같은 연소기관과 기계 본체 및 부품에서 형성되는 스케일과 먼지뿐만 아니라 여러 가지 불필요한 고형물과 타고 남은 탄소계열 이물질인 그을음의 제거도 이루어지도록 세정효과를 향상시키고, 특히 운전 중인 온라인 상태에서도 이용이 가능하여 기계 및 터빈의 효율을 향상시킴과 아울러 에탄올아민의 열 안정성을 응용하여 약 -4~30℃의 저온세정과 동시에 약 30~450℃의 고온세정능력을 높일 수 있도록 한 연소기관 효율개선용 세정제에 관한 것으로 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민과; 과산화수소를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제에 관한 것이다.
Description
본 발명은 물?가스?증기의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 발전용 터빈 등과 같은 연소기관과 기계 본체 및 부품에서 형성되는 스케일과 먼지뿐만 아니라 여러 가지 불필요한 고형물과 타고 남은 탄소계열 이물질인 그을음의 제거도 이루어지도록 세정효과를 향상시키고, 특히 운전 중인 온라인 상태에서도 이용이 가능하여 기계 및 터빈의 효율을 향상시킴과 아울러 에탄올아민의 열 안정성을 응용하여 약 -4~30℃의 저온세정과 동시에 약 30~450℃의 고온세정능력을 높일 수 있도록 한 연소기관 효율개선용 세정제에 관한 것이다.
일반적으로, 블레이드를 사용하는 기계 및 연소기관인 터빈의 블레이드 그리고 금속 기계에서 형성되는 스케일(Scale), 먼지, 그을음(soot), 고형물 등과 같은 이물질을 제거하기 위해 글리세린계열의 세정제를 운전 정지 중 또는 운전 중에 노즐을 통해 연소기관 내에 분사한다.
세정제의 실시예로서 대한민국 특허등록 제10-0510427호에는 『산업용 발전 터빈과 같이 복잡한 설비에 부착되어 있는 금속산화물에 대해 용해도가 탁월하고 취급이 용이하여 세정 시간을 단축할 수 있으며, 작업자의 인체에도 취기에 의한 영향을 주지 않도록 하는 것으로 목적으로 하는 산업용 발전설비에 부착된 구리 또는 구리산화물 스케일을 제거하기 위한 세정제로서, 1 내지 15중량%의 탄산암모늄 또는 탄산나트륨이 포함된 탄산염 용액을 주제로 하고, 0.1 내지 2.0중량%의 탄산수소암모늄(NH4HCO3)을 보조 첨가제로 하며, 나머지는 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속산화물 제거용 세정제』에 관한 기술이 게시된 바 있다.
또한, 대한민국 등록번호 제10-0853463호에는 『전체 조성물 100 중량부에 대하여 자일렌 15~35 중량부, 에탄올 25 중량부, 이소파라핀 10~20 중량부, 노르말헵탄 5~20 중량부, 톨루엔 15~20 중량부, 이소옥탄 1~5 중량부, 과산화수소 1~10 중량부 및 이산화티타늄 1~10 중량부로 이루어져 있으며, 휘발유, 경유 및 등유 중에서 선택되는 어느 하나의 연료를 사용하고 연료 : 연료첨가제를 총중량비에 대하여 300 : 1로 혼합하여 연소시키는 것을 특징으로 하는 연소촉진용 연료절감제』에 관한 기술이 게시된 바 있다.
그러나, 종래의 세정제들은 세정작용이 단지 스케일과 먼지만 제한적으로 제거되었으며 주로 글리세린계통이 사용되고 있으며, 저온세정제와 고온세정제를 별도의 제품으로 지정하여 사용해야 하는 등의 불편함이 있었다.
본 발명은 터빈 및 블레이드의 표면을 손상시키지 않고, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 기계 본체 및 부품에서 형성되는 스케일과 먼지뿐만 아니라 여러 가지 불필요한 고형물과 타고 남은 탄소계열의 이물질인 그을음의 제거도 이루어지도록 세정력을 한층 높이며, 특히 운전중인 온라인 상태에서도 이용이 가능하여 기계 및 터빈의 효율을 높이고, 또한, 에탄올아민의 열 안전성을 응용하여 약 -4~30℃의 저온세정과 동시에 약 30~450℃의 고온세정 능력을 높일 수 있도록 한 연소기관 효율 개선용 세정제를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민과; 과산화수소;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제의 전체 100중량부에 대하여 중량비로서 5~20배의 물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민 3~70 중량부와, 과산화수소 0.1~20 중량부와, 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 3~45 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 첨가제는 글리세린인 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸알코올, 메틸알코올 중에서 선택되는 1종 이상의 계면활성제를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 터빈 및 연소기관의 세정에 적용함을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제를 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 연소기관 효율 개선용 세정제는 연소기관인 터빈의 세정력 및 출력을 높임으로 연소기관의 효율을 극대화할 수 있으며, 터빈의 유지 및 보수기간을 단축함은 물론 이로 인해 터빈의 유지 및 보수 비용을 줄이고, 정지 없이 연속 세정에 의한 연속 운전으로 터빈의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.
더욱이 불완전 연소로 인해 생성되는 그을음 등과 같은 이물질을 제거하여 터빈의 연소능력을 향상시킴으로써 에너지 절감효과뿐만 아니라, 본 발명에 따른 세정제를 사용함에 따라 일반 터빈에서도 기존 사용하는 연료보다 연소성이 낮은 저품질의 연료를 사용할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 연소기관 효율 개선용 세정제는 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민과; 과산화수소;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 세정제 전체 100중량부에 대하여 중량비로서 5~20배의 물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민 3~70 중량부와, 과산화수소 0.1~20 중량부와, 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 3~45 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸알코올, 메틸알코올 중에서 선택되는 1종 이상의 계면활성제를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 터빈 및 연소기관의 세정에 적용함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 연소기관 효율 개선용 세정제를 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 발전용 터빈 등 연소기관의 스케일 및 먼지를 제거하거나 예방하여 열효율을 증진하는 세정제에 관한 것으로, 그 조성은 에탄올아민(ethanolamine)과, 과산화수소(hydrogen peroxide)와, 다가알콜 등의 첨가제를 포함하여 구성되며, 선택적으로 계면활성제(surfactant)로 포함하여 구성되고, 본 발명에 따른 세정제를 사용할 경우 터빈 블레이드 및 기타 기계 부품의 손상을 예방함과 동시에 세정력을 높여 기계의 효율을 개선할 수 있다.
에탄올아민(ethanolamine)은 모노에탄올아민(monoethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine) 중 선택되는 어느 1종 이상으로 구성된다.
첨가제는 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 글리세린(Glycerin)을 사용한다.
글리세린의 OH기는 극성인 물과 친화력이 있고 CH기는 무극성인 유기물과 친화력이 있어 세정력은 있고 수소이온지수(pH; potential of hydrogen)가 중성에 가깝다.
그러나 알칼리계열 세정제보다 세정력이 약하다. 또한, 금속계열과 알칼리계열은 세정력이 높다 하더라도 터빈 및 기계 부품을 부식시키거나 장기간 사용시 블레이드 등에 손상을 끼칠 우려가 있어 오히려 금속의 표면에 형성되는 산화물층인 스케일(Scale)의 형성을 촉진할 우려가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 세정제는 부식성 없으면서 수소이온농도(pH)를 조절할 수 있는 에탄올아민을 사용하는 것이 특징이며, 그로 인해 알칼리계열 세정제의 수소이온농도(pH)를 7~9.5 사이에서 조절하여 세정한 후 금속표면에 부식을 예방하면서 세정력을 더욱 향상시켰다.
즉, 수소이온농도(pH)는 수소원자가 얼마나 이온상태로 있느냐를 측정하는 것으로서 수소이온농도(pH)는 0~14까지 나눠서 물질의 산의 세기가 얼마나 강한지를 나타내는데, 이때 중성은 수소이온농도(pH)가 7이고, 이를 기준으로 수소이온농도(pH)가 7보다 더 낮으면 산으로 분류되고 더 높으면 염기로 분류할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 에탄올아민을 사용하여 수소이온농도(pH)를 7~9.5 사이에서 조절함으로써 본 발명에 따른 세정제로 세정할 때 터빈 및 기계 부품에 대한 부식 염려를 해소할 수 있으며, 수소이온농도(pH)의 조절제로 작용하는 에탄올아민은 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)처럼 금속물질과 착이온(complex ion)을 형성하여 금속성 먼지(dust) 및 금속을 고온으로 가열하였을 때 표면에 형성되는 산화물층인 스케일(scale) 등을 쉽게 탈락시킨다.
또한, 본 발명은 OH기와 CH기를 동시에 가지고 있는 글리세린 3~45 중량부, 아민기를 가지고 있는 에탄올아민 3~70 중량부, 과산화수소 0.1~20 중량부, 계면활성제 1~70 중량부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 세정제에는 상기 계면활성제(surfactant)로서 에틸알코올(ethanol) 또는 메틸알코올(methanol)중 1종 이상을 선택되는 것을 사용한다.
여기서, 과산화수소농도는 35wt%를 기준으로 하며 과산화수소에 과산화수소 3% 수용액에 안정제를 가한 옥시톨(oxydol)를 첨가하거나, 또는 과산화수소 대신에 옥시톨을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 조성물에 대하여 5~20배의 물을 배합하여 사용하기 전까지 글리세린 등의 상기 첨가제와 에탄올아민은 과산화수소의 분해를 억제하여 본 발명에 따른 조성물의 변질을 막을 수 있도록 한다.
즉, 터빈 등에 세정을 실시하는 경우에 본 발명에 조성물에 대하여 약 5~20배의 물을 혼합하여 분사하는데 이때, 과산화수소의 라디칼(radical) “O”가 분해되면서 미세한 기포작용을 함과 동시에 더욱 물리적인 세정능력을 도우며 세정시 터빈기관에 붙어 있는 유기물의 불완전연소 또는 열분해에 의해 생기는 흑색 무정형의 미소분말 물질인 그을음(Soot)의 분해 및 탈락을 촉진하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 세정제는 에탄올아민의 열 안전성으로 인해 약 -4~30℃에서의 저온세정과 동시에 약 30~450℃에서의 고온세정능력을 발휘할 수 있다.
<
실시예
1> 터빈 블레이드 표면 세정 전, 후의 이물질 관찰
에탄올아민(ethanolamine) 70 중량부, 과산화수소 10중량부, 프로필렌글리콜(Propylene Glycol) 20 중량부 및 계면활성제로서 에탄올 67 중량부를 포함하는 조성물 100중량부에 대하여 중량비로 물 10배를 혼합하여 본 발명의 세정제를 제조하였다.
본 발명의 세정제와 타사제품(PG)을 각각 상온 약 25에서 분사기를 통해 터빈 블레이드에 50초간 분사한 후, 공기로 건조하기 위해 30분을 방치하였다가 이후 현미경으로 이물질을 관찰하여 그 수(현미경 100 배율 일 때 이물질 수)를 세어 비교하였다. 아래의 표 1은 이와 같은 방법으로 각각 5회씩 실험한 후 이물질 수의 평균을 낸 것이다. 물 대비 본 발명에 따른 연소기관 효율 개선용 세정제 및 타사제품(PG) 농도는 5%, 10%, 20%로 변화를 주었다.
| 구분(농도변화) | 5% | 10% | 20% |
| 본 발명 | 3~5 | 1~2 | 1~2 |
| PG(타사제품) | 5~9 | 5~6 | 4~5 |
위의 표 1에서 본 발명과 타사제품(PG) 농도를 단계별로 높이면서 세정을 실시하였을 때, 본 발명으로 세정한 터빈 블레이드에 남아 있는 이물질 수가 타사제품에 비해 절반이상 감소하여 타사제품(PG)보다 세정력이 우수함을 알 수 있다.
<
실시예
2> 터빈 세정 실시
에탄올아민(ethanolamine) 70 중량부, 과산화수소 10중량부, 프로필렌글리콜(Propylene Glycol) 20 중량부 및 계면활성제로서 에탄올 67 중량부를 포함하는 조성물 100중량부에 대하여 중량비로 물 10배를 혼합하여 본 발명의 세정제를 제조하였다.
20MWh급 터빈을 30일간 정상운행한 후, 노즐이 있는 분사장치를 통해 20MWh급 터빈에 약 20분간 분사 세정 후, 세정 전과 세정 후의 터빈의 효율을 측정비교하였다. 또한, 본 발명에 따른 연소기관 효율 개선용 세정제를 첨가하지 않고 세정한 후와 첨가하여 세정한 후의 불순물을 채취하여 세정 정도를 비교하기 위해 성분분석 결과 아래 표 2와 같은 데이터 및 터빈의 출력 변화를 얻을 수 있었다.
| 구분 | 본 발명 미첨가 세정후 | 본 발명 첨가 세정후 |
| 탄소(유기 이물질) | 3.5 | 56.9 |
| 이산화규소(SiO2) | 0 | 0.2 |
| 알칼리금속(Na, K) | 0 | 0.8 |
| 알루미늄(Al) | 0 | 0.1 |
| 마그네슘(Mg) | 0 | 0.05 |
| 알칼리도(pH) | 3.5 | 6.6 |
| 터빈 블레이드의 먼지 | 육안으로 식별됨 | 없음 |
| 터빈 출력 변화(MWh) | 17 | 19.5 |
| 참고: 출력(MWh)은 세정이 잘 될수록 높일 수 있음 | ||
위의 표 2와 같이 본 발명의 세정제를 첨가하지 않고 터빈을 세정한 후 이때 세정시 흘러내리는 세정액을 받아 불순물을 채취한 결과 탄소 3.5wt%, 이산화규소 0wt%, 알칼리금속 wt%, 알루미늄 wt%, 마그네슘 wt% 및 수소이온농도(pH)를 통한 알칼리도는 3.5로 나타났다.
이에 반하여, 본 발명의 세정제를 첨가하여 터빈을 세정한 후, 이때 세정시 흘러내리는 세정액을 받아 불순물을 채취한 결과 탄소 56.9wt%, 이산화규소 0.2wt%, 알칼리금속 0.8wt%, 알루미늄 0.1wt%, 마그네슘 0.05wt% 및 수소이온농도(pH)를 통한 알칼리도는 6.6으로 나타났다. 이로써 본 발명의 세정제를 첨가하였을 때 터빈의 이물질 세정력이 탁월함을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 세정제를 첨가하지 않고 터빈을 세정한 후에는 터빈 블레이드의 먼지가 육안으로 식별되었으나, 본 발명의 세정제를 첨가하여 터빈을 세정한 후에는 터빈 블레이드의 먼지가 보이지 않았다.
더욱이, 본 발명의 세정제를 첨가하지 않고 터빈을 세정한 후 터빈의 출력은 17MWh인데 대하여 본 발명의 세정제를 첨가하여 터빈을 세정한 후 터빈의 출력은 19.5MWh로 터빈 출력이 14.7% 향상된 것을 볼 때 세정력에 비례하여 터빈 출력도 향상됨을 알 수 있었다.
또한 상기 실시예 1~2에서 실시한 바와 같이, 모노에탄올아민, 과산화수소, 에탄올을 사용하면서 프로필렌글리콜 대신에 첨가제로서 글리세린알데히드 및 EDTA를 각각 사용한 결과, 표 1 내지 2와 마찬가지의 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
Claims (5)
- 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민과; 과산화수소를 포함하여 구성되는 연소기관 효율 개선용 세정제 전체 100중량부에 대하여 중량비로서 5~20배의 물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제
- 제1항에 있어서,
상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 중 선택되는 1종 이상의 에탄올아민 3~70 중량부와, 과산화수소 0.1~20 중량부와, 에틸렌글리콜(EG), 프로필렌글리콜(PG), 디에틸렌글리콜(DEG), 부틸글리콜(BG), 네오펜틸글리콜(NPG), 글리세린, 트리메틸올에탄(TME), 트리메틸올프로판(TMMP) 중에서 선택되는 1종 이상의 다가알콜; 지방산과 글리세린의 에스테르화물인 글리세라이드; 글리세린알데히드; 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 3~45 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제
- 제1항 내지 제2항, 제4항중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소기관 효율 개선용 세정제는 에틸알코올, 메틸알코올 중에서 선택되는 1종 이상의 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관 효율 개선용 세정제
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