KR101216769B1 - 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화력발전소의 연료로 사용되는 석탄에 포함된 수분을 대용량의 과열증기로 제거하는 석탄 건조 시스템에 관한 것으로, 석탄을 건조하는 시스템에 있어서, 가스탱크에서 공급된 연료의 연소로 물탱크에서 공급된 물을 가열하여 수분이 포함된 포화증기를 발생하여 포화증기 공급관으로 공급하는 증기보일러; 상기 증기보일러에서 발생된 포화증기를 복수의 증기히팅관을 통해 과열증기로 가열하되 일정량의 과열증기를 공급하는 과열증기 증대장치; 상기 가스탱크에서 공급된 연료를 연소시켜 고온의 공기를 발생시킨 후에 송풍하는 고온공기 공급기; 저탄장에서 트러프컨베이어벨트로 이송되어 정렬기에서 정렬된 석탄을 스팀컨베이어벨트로 이송하면서 과열증기 증대장치에서 공급된 과열증기로 석탄 표면의 수분을 제거하는 과열증기 건조장치; 상기 과열증기 건조장치를 통과한 석탄을 드라이컨베이어벨트로 이송하면서 고온공기 공급기에서 공급된 고온공기로 석탄 내부의 수분을 제거하는 고온공기 건조장치, 및 상기 고온공기 건조장치를 통과한 석탄을 플랫컨베이어벨트로 이송하면서 상온에서 자연 증발이 이루어지도록 건조시켜 석탄 온도를 감소시키는 자연 건조장치를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 화력발전소의 사용 연료인 석탄 내부와 외부에 잔존하는 수분을 제거하여 석탄의 불완전연소를 방지함으로써 석탄 열량의 향상과 공해물질의 배출을 최소화하고, 시스템의 부식방지 및 내구성을 향상시키며, 수요가 적은 저급 석탄의 활용도를 높여 석탄 공급의 안정성을 향상시키고, 석탄 건조를 위한 대용량의 과열증기가 공급되도록 한 것이다.

Description

대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템{System for Drying Coal using Super-Heated Steam of Large Quantity}
본 발명은 대용량의 과열증기를 이용하여 석탄을 건조하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소의 연료로 사용되는 석탄에 포함된 수분을 증기보일러를 거쳐 과열증기 증대장치로부터 대용량의 과열증기를 공급하여 제거하는 석탄 건조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 석탄을 연료로 발전하는 화력발전소에서는 500MW당 대략 180톤ton/hr의 석탄을 연소하며, 미분기 1대당 대략 37ton에 상당하는 석탄을 보일러에 공급한다. 석탄을 사용하는 500MW의 화력발전소에는 대략 500ton 용량의 석탄저장소가 대략 6개가 설치되고, 그 중 5개는 정상적인 석탄의 공급이 이루어지며, 나머지 1개는 예비로 일정기간동안 사용할 수 있는 석탄을 비축하는 저탄장으로 운영된다.
더욱이 석탄을 연료로 발전하는 화력발전소에서는 석탄에 대한 표준화력 설계기준은 6,080Kcal/Kg, 10%이하의 저수분 역청탄을 사용하도록 설계되어 있다. 몇몇 화력발전소에서는 수입된 석탄을 사용하고 있는데, 그 중 일부 아역청탄의 평균 수분 함수율이 17%이상 되는 것도 있어서 보일러의 연소효율을 저하시킨다. 표준화력 연소한계가 5,400Kcal/Kg으로 사용하는 석탄의 발열량이 낮을 경우에는 연소효율의 저하로 발전량 감소와 연료소비량의 증가가 예상된다. 더욱이 고수분의 저열량탄인 아역청탄을 사용할 때에 수분함량이 설계기준보다 높아 석탄을 운반하는 이송계통이 원활하지 않고, 미분기로 석탄을 분쇄할 때에 능률의 저하, 일부 불완전 연소에 따른 연소효율의 저하, 보일러 내에서 발생되는 열 분포의 편류와 비정상 상태로 운전되는 경우도 발생한다. 그러나 화력발전소에서 연료비용의 절감을 위하여 아역청탄의 사용 비중이 대략 41~60%까지 차츰 증가하고 있는 실정이다.
또한, 세계 경기회복의 기대와 일본의 대지진에 의한 원자력발전소의 파괴로 안전문제에 직면하여 화력발전소에 대한 선호가 높아져 석탄의 수요와 가격이 지속적으로 상승할 것으로 보인다. 세계 석탄시장은 수요자에서 공급자 중심으로 환경이 변화되고 있어 안정적인 석탄의 수급이 어려운 실정이고, 고열량탄의 생산량은 현재 수준으로 유지될 전망이어서 석탄 수급의 불균형이 예상된다.
세계 석탄의 총 매장량 중에서 저열량탄은 대략 47%로 매장량은 많지만 발열량이 낮고 수분함량이 높아 연소 때에 연소 장애 등 고수분 저열량탄은 완전 연소에 어려움이 있어 시장에서 외면하고 있다. 세계적으로 근래까지 석유의 안정된 가격과 원자력발전의 저렴한 생산단가에 의지하는 경향이 높았지만, 최근 석유 가격의 급격한 상승과 원자력발전에 대한 불안감 등으로 석탄을 사용하는 화력발전의 건설이 많이 계획되고 있다.
종래에 석탄을 건조하는 기술(열적 건조)은 석탄이 투입된 원통의 쉘(Shell)을 회전시키면서 내부의 석탄입자를 고온의 가스로 건조시키는 로터리 건조방식과, 석탄을 위에서 아래로 공급하면서 고온의 건조가스를 아래에서 위로 상승시켜 건조시키는 플래쉬(Flash, Pneumatic) 건조방식과, 고온의 건조가스가 미세한 입자를 동반하여 위로 상승하면서 석탄을 건조시키는 플루이드 베드(Fluid-Bed) 건조방식이 주로 사용되었다.
석탄은 석탄입자 사이의 공극에 부착된 표면수분과 석탄 내부의 기공에 결합되는 결합수분으로 구분된다. 표면수분은 산지에서의 세척과정과 수송 및 저장 때에 살포되는 수분이 대부분을 차지하고 표면적과 흡수성에 따라 그 양이 결정되며, 입자가 작을수록 표면적이 커지고 입자와 입자 사이의 모세관이 형성되어 수분을 함유하게 되어 함수율이 커진다. 결합수분은 석탄의 생성기에 형성된 것으로 갈탄, 유연탄(역청탄, 아역청탄), 무연탄 순으로 적다. 석탄에 수분이 많으면 발열량이 낮아지고 수송비도 증가하므로 석탄의 혼합, 분쇄, 분리 등의 과정에서 수분을 제어할 필요가 있다.
본 발명은 저탄장에서 사일로(Silo)로 공급되기 전의 석탄을 대용량의 과열증기와 고온의 열풍으로 건조시켜 석탄의 적정의 함수율을 유지할 수 있도록 하여 석탄의 발열량을 높임으로써, 화력발전소의 보일러의 연소효율을 향상시켜 연료사용량을 절감할 수 있도록 하기 위한 것이 목적이다.
또한, 본 발명은, 석탄에 함유된 수분의 조절로 석탄의 불완전연소로 인한 환경문제를 방지할 수 있도록 하는 건조기술과 화력발전소에 적용이 가능한 기술을 제공하기 위한 것이 다른 목적이다.
또한, 본 발명은, 증기보일러에서 물을 가열하여 발생된 포화증기를 과열증기 증대장치를 거치면서 많은 양의 과열증기로 발생시켜 석탄 건조 시스템에서 석탄 건조를 위한 과열증기로 이용할 수 있도록 대용량의 과열증기를 공급하기 위한 것이 다른 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 석탄을 건조하는 시스템에 있어서, 가스탱크에서 공급된 연료의 연소로 물탱크에서 공급된 물을 가열하여 수분이 포함된 포화증기를 발생하여 포화증기 공급관으로 공급하는 증기보일러; 상기 증기보일러에서 발생된 포화증기를 복수의 증기히팅관을 통해 과열증기로 가열하되 일정량의 과열증기를 공급하는 과열증기 증대장치; 상기 가스탱크에서 공급된 연료를 연소시켜 고온의 공기를 발생시킨 후에 송풍하는 고온공기 공급기; 저탄장에서 트러프컨베이어벨트로 이송되어 정렬기에서 정렬된 석탄을 스팀컨베이어벨트로 이송하면서 과열증기 증대장치에서 공급된 과열증기로 석탄 표면의 수분을 제거하는 과열증기 건조장치; 상기 과열증기 건조장치를 통과한 석탄을 드라이컨베이어벨트로 이송하면서 고온공기 공급기에서 공급된 고온공기로 석탄 내부의 수분을 제거하는 고온공기 건조장치, 및 상기 고온공기 건조장치를 통과한 석탄을 플랫컨베이어벨트로 이송하면서 상온에서 자연 증발이 이루어지도록 건조시켜 석탄 온도를 감소시키는 자연 건조장치를 포함하여 이루어진 것이다.
또한, 본 발명에서, 상기 과열증기 건조장치는 스팀컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 스팀컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트와, 상기 과열증기 보일러로부터 과열증기 공급관을 통해 공급된 과열증기를 덕트 내부로 분사하는 과열증기 분사관을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 고온공기 건조장치는 드라이컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 드라이컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트와, 상기 고온공기 공급기로부터 고온공기 공급관을 통해 공급된 고온공기를 덕트 내부로 분사하는 고온공기 분사관을 포함하고, 상기 고온공기 건조장치는 구조물에 하나 이상으로 적층 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 자연 건조장치는 플랫컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 플랫컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 덕트에 폐열 회수관이 열교환기로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 열교환기는 폐열 회수관으로부터 회수된 열과 오염물질을 분리하고, 분리된 열은 폐열 공급관을 통해 고온공기 공급기로 공급하며, 분리된 오염물질은 오염물질 공급라인을 통해 세척기로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 과열증기 증대장치는 증기보일러의 포화증기 공급관으로부터 포화증기가 유입되는 일정 직경의 증기공급관이 구비되고, 증기공급관 일측에 증기공급관보다 작은 직경으로 이루어진 복수의 증기히팅관 입구가 결합되며, 증기히팅관보다 큰 직경으로 이루어지고 복수의 증기히팅관 출구가 결합되며 유입된 포화증기가 복수의 증기히팅관을 거치면서 가열되어 용량이 증대된 과열증기를 배출하는 증기배출관이 구비된 것으로, 과열증기 증대장치는 0.5~5kg/㎠의 압력과 400~600℃의 온도를 가진 과열증기를 생성하고, 과열증기 건조장치의 스팀컨베이어벨트로 이송되는 석탄의 온도를 90~110℃까지 상승시킬 수 있다.
본 발명은 화력발전소의 사용 연료인 석탄 내부와 외부에 잔존하는 수분을 제거하여 석탄의 불완전연소를 방지함으로써 석탄 열량의 향상과 공해물질의 배출을 최소화하고, 시스템의 부식방지 및 내구성을 향상시키며, 수분감소에 따른 자연발화율을 감소시키고, 석탄미분기의 분쇄능률 및 석탄의 연소 때에 발전보일러의 열분포를 향상시키며, 석탄의 이송 때에 이동 통로 막힘 현상을 해소할 수 있고, 수요가 적은 저급 석탄의 활용도를 높여 석탄 공급의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고열량탄에 비하여 가격이 저렴한 저열량탄의 사용이 가능하고, 석탄 수입량 감소로 연료비 및 원가를 절감할 수 있고, 석탄 소비량을 상대적으로 줄일 수 있어 연소가스로부터 발생되는 폐기물 및 오염물질 배출의 저감과 이산화탄소 감축할 수 있는 효과를 누릴 수 있으며, 해외기술의 대체효과와 설비의 해외 수출 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명은 석탄 건조 시스템에서 대용량의 과열증기를 공급할 수 있도록 함으로써 증기보일러의 용량이나 크기 또는 대수를 증가시키지 않아도 되므로 설치비용 및 건조비용을 현저하게 절감한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 석탄 건조장치의 정면을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 석탄 건조장치의 측면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 과열증기 증대장치가 설치된 과열증기 보일러의 단면을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템에 관한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에서, 저탄장(10)은 화력발전소의 보일러 연료로 사용하기 위한 석탄을 보관 및 저장하는 곳이다. 석탄은 표면 수분과 내부 수분이 포함되어 있다. 더욱이 저탄장(10)에 저장된 석탄은 주기적으로 물을 뿌려 석탄가루의 비산을 방지하고 있다. 저탄장(10)에 저장된 석탄은 컨베이어시스템 등의 이송수단을 통해 석탄 건조 시스템으로 이송된다. 이때, 수분이 제거되지 않은 저탄장(10)의 석탄을 석탄 건조 시스템과 연결된 저장탱크로 옮겨 저장할 수 있을 것이다. 저탄장(10)의 석탄은 플랫컨베이어벨트(11)와 트러프컨베이어벨트(12)를 거쳐 정렬기(20)까지 이송된다.
정렬기(20)는 저탄장(10)에서 이송된 석탄을 과열증기 건조장치(110)에 구비된 스팀컨베이어벨트(112) 위에 일정 높이로 고르게 펴 정렬하는 것이다. 정렬기(20)는 저탄장(10)에서 이송되어 온 석탄이 스팀컨베이어벨트(112)로 공급될 때에 과열증기 건조장치(110)에서 과열증기로 석탄의 건조가 용이하도록 하기 위한 것이다.
도 2에서, 석탄의 건조를 위한 석탄 건조장치(100), 즉 과열증기 건조장치(110)와, 복수의 고온공기 건조장치(120), 그리고 자연 건조장치(140)는 수직으로 위에서 아래로 설치된다. 상기 석탄 건조장치(100)는 복수의 프레임으로 이루어진 구조물(101) 내에 설치된다.
도 3 및 도 4에서, 과열증기 건조장치(110)는 정렬기(20)에서 일정 높이로 정렬된 석탄(c)을 스팀컨베이어벨트(112)로 이송하면서 과열증기 증대장치(200)에서 공급된 과열공기로 석탄 표면의 수분을 제거하는 것이다. 과열증기 건조장치(110)에는 구조물(101)에 고정 지지되어 석탄을 이송하는 스팀컨베이어벨트(112)를 구동시키는 복수의 전동모터(113)가 설치된다. 전동모터(113)는 스팀컨베이어벨트(112)를 일정 속도로 회전시키는 동력을 발생하는 것이다.
또한, 스팀컨베이어벨트(112)에는 석탄이 과열증기에 의하여 건조될 수 있는 공간을 형성하는 덕트(111)가 설치된다. 덕트(111)는 스팀컨베이어벨트(112) 상부에 설치되거나 스팀컨베이어벨트(112)가 관통되도록 설치될 수 있다. 덕트(111) 내에는 과열증기 분사관(206)이 과열증기 증대장치(200)로부터 과열증기를 공급하는 증기배출관(205)과 연결된다. 과열증기 분사관(206)은 증기배출관(205)을 통해 공급된 많은 양의 과열증기가 스팀컨베이어벨트(112)로 이송되는 석탄 표면에 고르게 분사되도록 설치된다.
고온공기 건조장치(120)는 과열증기 건조장치(110)에서 과열증기로 건조된 후에 낙하된 석탄(c) 내부의 수분을 고온공기 공급기(60)에서 공급된 60~90℃의 열풍, 즉 고온공기로 건조시켜 제거하는 것이다. 고온공기 건조장치(120)는 하나 이상으로 설치된다. 본 발명의 고온공기 건조장치(120)는 과열증기 건조장치(110) 아래에 3단으로 설치되어 각각의 드라이컨베이어벨트(123, 127, 132)로 이송되는 석탄 내부의 수분을 충분히 증발시켜 제거할 수 있도록 하는 것이다. 고온공기 건조장치(120)는 제1고온공기 건조장치(121), 제2고온공기 건조장치(125) 및 제3고온공기 건조장치(130)로 구성된다.
제1고온공기 건조장치(121)는 과열증기 건조장치(110) 아래에 구조물(101)로 고정 지지되도록 설치되고, 스팀컨베이어벨트(112)에서 낙하된 석탄(c)을 받아 이송하는 드라이컨베이어벨트(123)가 설치되며, 드라이컨베이어벨트(123)를 이송시키는 복수의 전동모터(124)가 설치된다. 전동모터(124)는 드라이컨베이어벨트(123)를 일정 속도로 회전시키는 동력을 발생하는 것이다. 드라이컨베이어벨트(123)에는 석탄(c)이 고온공기에 의하여 건조될 수 있는 공간을 형성하는 덕트(122)가 설치된다. 덕트(122)는 드라이컨베이어벨트(123) 상부에 설치되거나 드라이컨베이어벨트(123)가 관통되도록 설치될 수 있다. 덕트(122) 내에 설치된 고온공기 분사관(62)이 고온공기 공급기(60)로부터 고온공기를 공급하는 고온공기 공급관(61)과 연결된다. 고온공기 분사관(62)은 고온공기 공급기(60)를 통해 공급된 고온공기가 드라이컨베이어벨트(123)로 이송되는 석탄(c)에 고르게 분사되도록 설치된다.
제2고온공기 건조장치(125)는 제1고온공기 건조장치(121) 아래에 구조물(101)로 고정 지지되도록 설치되고, 드라이컨베이어벨트(123)에서 낙하된 석탄(c)을 받아 이송하는 드라이컨베이어벨트(127)가 설치되며, 드라이컨베이어벨트(127)를 이송시키는 복수의 전동모터(128)가 설치된다. 전동모터(128)는 드라이컨베이어벨트(127)를 일정 속도로 회전시키는 동력을 발생하는 것이다. 드라이컨베이어벨트(127)에는 석탄(c)이 고온공기에 의하여 건조될 수 있는 공간을 형성하는 덕트(126)가 설치된다. 덕트(126)는 드라이컨베이어벨트(127) 상부에 설치되거나 드라이컨베이어벨트(127)가 관통되도록 설치될 수 있다. 덕트(126) 내에 설치된 고온공기 분사관(63)이 고온공기 공급기(60)로부터 고온공기를 공급하는 고온공기 공급관(61)과 연결된다. 고온공기 분사관(63)은 고온공기 공급기(60)를 통해 공급된 고온공기가 드라이컨베이어벨트(127)로 이송되는 석탄(c)에 고르게 분사되도록 설치된다.
제3고온공기 건조장치(130)는 제1고온공기 건조장치(125) 아래에 구조물(101)로 고정 지지되도록 설치되고, 드라이컨베이어벨트(127)에서 낙하된 석탄(c)을 받아 이송하는 드라이컨베이어벨트(132)가 설치되며, 드라이컨베이어벨트(132)를 이송시키는 복수의 전동모터(133)가 설치된다. 전동모터(133)는 드라이컨베이어벨트(132)를 일정 속도로 회전시키는 동력을 발생하는 것이다. 드라이컨베이어벨트(132)에는 석탄(c)이 고온공기에 의하여 건조될 수 있는 공간을 형성하는 덕트(131)가 설치된다. 덕트(131)는 드라이컨베이어벨트(132) 상부에 설치되거나 드라이컨베이어벨트(132)가 관통되도록 설치될 수 있다. 덕트(131) 내에 설치된 고온공기 분사관(64)이 고온공기 공급기(60)로부터 고온공기를 공급하는 고온공기 공급관(61)과 연결된다. 고온공기 분사관(64)은 고온공기 공급기(60)를 통해 공급된 고온공기가 드라이컨베이어벨트(127)로 이송되는 석탄(c)에 고르게 분사되도록 설치된다.
자연 건조장치(140)는 다단의 고온공기 건조장치(120)를 거치면서 고온공기로 건조되어 플랫컨베이어벨트(142)로 낙하된 석탄(c)을 이송하면서 상온에서 자연 증발이 이루어지도록 건조시켜 석탄 온도를 감소시키는 것이다. 자연 건조장치(140)는 제3고온공기 건조장치(130) 아래에 구조물(101)로 고정 지지되도록 설치되고, 드라이컨베이어벨트(132)에서 낙하된 석탄(c)을 받아 이송하는 플랫컨베이어벨트(142)가 설치되며, 플랫컨베이어벨트(142)를 이송시키는 복수의 전동모터(143)가 설치된다. 전동모터(133)는 플랫컨베이어벨트(142)를 일정 속도로 회전시키는 동력을 발생하는 것이다. 플랫컨베이어벨트(142)에는 석탄(c)이 상온 또는 상온 이하에서 자연 건조될 수 있는 공간을 형성하는 덕트(141)가 설치된다. 덕트(141)는 플랫컨베이어벨트(142) 상부에 설치되거나 플랫컨베이어벨트(142)가 관통되도록 설치될 수 있다. 덕트(141) 내부로 상온의 공기가 공급될 수 있도록 강제 송풍시킬 수 있다. 덕트(141)의 설치는 생략될 수 있지만, 덕트는 건조된 석탄으로부터 분진이 발생되어 외부로 비산되는 것을 방지하기 위하여 설치될 수 있다.
자연 건조장치(140)에서 자연 증발에 의하여 건조된 석탄은 트러프컨베이어벨트(51)를 거쳐 사일로(50)로 공급되어 저장되고, 사일로(50)에 저장된 건조된 석탄은 트러프컨베이어벨트(52)를 거쳐 화력발전소의 보일러로 공급된다.
상기 과열증기 건조장치(110)와 고온공기 건조장치(120) 및 자연 건조장치(140)의 각 덕트(111, 122, 126, 131, 141)에는 폐열 회수관(31)이 연결되어 덕트 내에서 발생된 고온의 폐열을 열교환기(30)로 회수할 수 있도록 한다. 열교환기(30)는 폐열 회수관(31)으로부터 회수된 열과 분진 등의 오염물질을 분리한다. 열교환기(30)에서 분리된 열은 폐열 공급관(32)을 거쳐 고온공기 공급기(60)로 공급되어 고온공기 공급기(60)에서 발생되는 고온공기와 합쳐질 수 있다. 고온공기 공급기(60)는 열교환기(30)에서 회수된 열을 다시 고온의 공기로 데우는데 필요한 연료의 사용을 줄일 수 있을 것이다. 그리고 열교환기(30)에서 분리된 오염물질은 오염물질 공급라인(33)을 따라 세척기(40)로 공급되어 세척기(40)에서 수처리 후에 폐수로 배출될 수 있다. 세척기(40)는 열교환기(30)에서 유입된 오염물질을 물로 세척하여 분진은 물과 함께 폐수로 배출되도록 하고, 정화된 공기는 외부로 배출하는 것이다.
증기보일러(70)는 가스탱크(4)에서 공급된 연료로 물탱크(3)에서 공급된 물을 가열하여 포화증기를 발생시키는 것으로, 증기보일러(70)는 저압으로 대략 100℃ 이상의 포화증기를 생성하여 포화증기 공급관(71)을 통해 과열증기 증대장치(200)로 공급하는 것이다.
도 5에서, 과열증기 증대장치(200)는 증기보일러(70)의 포화증기 공급관(71)으로부터 포화증기가 유입되는 일정 직경의 증기공급관(204)이 구비된다. 즉 증기공급관(204)은 포화증기 공급관(71)과 결합된 것으로 과열증기 증대장치(200) 내부의 연소실(211) 일측에 수직으로 설치된다. 증기공급관(204) 일측에는 증기공급관보다 작은 직경으로 이루어진 복수의 증기히팅관(207, 208, 209) 입구가 연통되게 결합된다. 그리고 증기히팅관(207, 208, 209) 출구는 증기히팅관보다 큰 직경으로 이루어진 증기배출관(205)에 연통되게 결합된다. 증기배출관(205)는 연소실(211) 일측에 수직으로 설치된다. 증기히팅관(207, 208, 209)은 나선 모양으로 버너(203)에서 발생된 화염에 의하여 송수되는 포화증기가 과열증기로 가열되도록 한다. 또한, 증기히팅관(207, 208, 209)은 큰 직경의 증기공급관(204)으로 유입된 포화증기가 증기배출관(205)을 통해 빠른 시간 내에 고온의 과열증기로 변화시켜 배출되도록 하기 위하여 복수로 설치된다. 예를 들어, 증기공급관(204)의 직경이 100~300mm이면 증기히팅관(207, 208, 209)의 직경은 각각 10~50mm가 될 것이다. 그리고 증기배출관(205)은 증기공급관(204)과 동일 내지는 유사한 직경으로 이루어질 수 있다. 따라서 증기공급관(204)의 직경에 따라 증기히팅관의 결합 개수와 과열증기의 배출용량이 결정될 수 있을 것이다.
따라서 과열증기 증대장치(200)는 증기보일러(70)의 포화증기를 증기공급관(204)과 증기배출관(205) 사이에 나선형으로 형성된 복수의 증기히팅관(207, 208, 209)을 설치함으로써 대량의 과열증기를 생성하여 공급할 수 있도록 한 것이다. 과열증기 증대장치(200)의 증기히팅관(207, 208, 209)은 과열증기 증대장치(200)의 용량에 따라 설치되는 수가 결정될 수 있고, 증기공급관(204)과 증기배출관(205)의 직경도 달라질 수 있을 것이다.
과열증기 증대장치(200)는 과열증기 증대장치(200)는 가스탱크(4)에서 공급된 가스를 사용하여 버너(203)에서 발생된 화염으로 가열된다. 연소실(83)에서 화염에 의하여 발생된 배기가스는 배기관(210)을 통해 외부로 배출된다. 과열증기 증대장치(200)는 연소실(211)의 온도 보존을 위하여 하우징(201) 내에 단열재(202)가 설치된다.
과열증기 증대장치(200)는 0.5~5kg/㎠의 압력과 400~600℃의 온도를 가진 과열증기를 생성하고, 시간당 300Kg 이상의 과열증기를 생성하는 것이 적용된다. 과열증기 증대장치(200)는 과열증기 건조장치(110)의 스팀컨베이어벨트(112)로 이송되는 석탄의 온도를 대략 90~110℃까지 상승시킬 수 있도록 한다. 석탄의 자연발화 온도는 대략 93~95℃이지만, 대략 400~600℃의 과열증기에는 산소가 희박하여 석탄을 발화시키지 않는다. 과열증기는 기화열인 증발잠열과 가열 현열에 의해 만들어진 응축전열과 복사전도열이 혼합된 투명한 기체이다. 과열증기는 보일러에서 발생된 포화증기를 버너 등의 과열기로 가열시켜 생성한다. 발전을 위한 보일러에서 생성되는 과열증기는 고압 및 고온이지만, 과열증기 보일러에서 생성되는 과열증기는 저압 및 고온이다. 과열증기는 상온의 물을 가열시켜 생성하므로 물속의 잔존산소가 수 ppm으로 공기 혼합이 없다면 무산소 상태로 열처리가 가능하고, 보유 열량이 높아 열을 전달하는 힘과 건조능력이 매우 강하다. 과열증기는 열풍, 즉 고온공기의 열처리 능력에 비하여 대략 10배 정도 우수하다. 따라서 과열증기는 석탄 내 잠열을 빼앗는 데 효과적이다.
또한, 본 발명에서 증기보일러(70)에 연결된 과열증기 증대장치(200)는 하나 이상 직렬로 설치되어 더욱 고온 및 대용량의 과열증기를 생성하여 공급할 수 있을 것이다. 즉 과열증기 증대장치(200)에 또 다른 과열증기 증대장치를 연결시킴으로써 가능할 것이다.
상기 고온공기 공급기(60)는 가스탱크(4)에서 공급된 연료로 공기를 대략 60~90℃의 고온으로 가열한 후에 송풍시켜 공급하는 것이다. 고온공기 공급기(60)는 대략 시간당 10만Kcal의 열량을 생산한다.
상기 구성들로 이루어진 본 발명의 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템은 저탄장(10)에 쌓여 있는 석탄을 수평으로 이송하는 컨베이어벨트나 일정 높이까지 상승시켜 이송시키는 컨베이어벨트를 거쳐 석탄을 건조하는 장치로 운송된다. 석탄을 건조하는 장치의 입구까지 이송된 석탄은 정렬기(20)를 통과하면서 고르게 펼쳐진 상태로 과열증기 건조장치(110)의 스팀컨베이어벨트(112) 위에 투입된다.
스팀컨베이어벨트(112)에 투입된 석탄은 덕트(111) 내부로 이송된다. 덕트(111) 내에서는 과열증기 증대장치(200)에서 증기배출관(205)을 통해 공급된 고온의 과열증기가 과열증기 분사관(206)으로부터 석탄으로 분사되어 석탄 표면의 수분을 제거한다. 이때, 과열증기 증대장치(200)로부터 많은 양의 과열증기가 증기배출관(205) 및 과열증기 분사관(206)을 통해 덕트(111)로 투입될 수 있다.
그리고 과열증기 건조장치(110)의 스팀컨베이어벨트(112) 종단까지 이송된 석탄은 중력에 의하여 제1고온공기 건조장치(121)의 드라이컨베이어벨트(123) 위로 낙하된다. 제1고온공기 건조장치(121)의 드라이컨베이어벨트(123) 위로 낙하한 석탄은 덕트(122) 내부로 이송된다. 덕트(122) 내에서는 고온공기 공급기(60)에서 고온공기 공급관(61)을 통해 공급된 고온의 열풍이 고온공기 분사관(62)으로부터 석탄(c)으로 분사되어 석탄 내부의 수분을 제거한다. 또한, 제1고온공기 건조장치(121)의 드라이컨베이어벨트(123) 종단까지 이송된 석탄은 중력에 의하여 제2고온공기 건조장치(125)의 드라이컨베이어벨트(127) 위로 낙하하여 제2고온공기 건조장치(125)의 덕트(126)를 지나면서 고온의 열풍이 2차로 석탄 내부의 수분을 제거한다. 또한, 제2고온공기 건조장치(125)의 드라이컨베이어벨트(127) 종단까지 이송된 석탄은 중력에 의하여 제3고온공기 건조장치(130)의 드라이컨베이어벨트(132) 위로 낙하하여 제3고온공기 건조장치(130)의 덕트(131)를 지나면서 고온의 열풍이 3차로 석탄 내부의 수분을 제거한다.
또한, 제3고온공기 건조장치(130)의 드라이컨베이어벨트(132) 종단까지 이송된 석탄은 중력에 의하여 자연 건조장치(140)의 플랫컨베이어벨트(142) 위로 낙하한다. 자연 건조장치(140)의 플랫컨베이어벨트(142) 위로 낙하한 석탄은 덕트(141) 내부로 이송되고, 덕트(141) 내에서는 상온에서 자연 증발이 이루어져 석탄의 온도를 낮춘다.
상기 과열증기 건조장치(110)의 스팀컨베이어벨트(112), 복수의 고온공기 건조장치(121, 125, 130)의 각 드라이컨베이어벨트(123, 127, 132), 그리고 자연 건조장치(140)의 플랫컨베이어벨트(142)는 각각 수평으로 설치되고, 상기 컨베이어벨트들은 상하로 일정 간격을 두고 위치된다. 더욱이 제1고온공기 건조장치(121)의 드라이컨베이어벨트(123) 입구가 과열증기 건조장치(110)의 스팀컨베이어벨트(112) 출구보다 돌출 설치되고, 제2고온공기 건조장치(125)의 드라이컨베이어벨트(127) 입구가 제1고온공기 건조장치(121)의 드라이컨베이어벨트(123) 출구보다 돌출 설치되며, 제3고온공기 건조장치(130)의 드라이컨베이어벨트(132) 입구가 제2고온공기 건조장치(125)의 드라이컨베이어벨트(127) 출구보다 돌출 설치되어 있다. 또한, 자연 건조장치(140)의 플랫컨베이어벨트(142) 출구 아래에는 사일로(50)로 연결 설치된 트러프컨베이어벨트(51) 입구가 돌출 설치되어 있다. 즉 자연 건조장치(130)와 사일로(50) 사이에 설치된 트러프컨베이어벨트(51) 입구와 출구는 자연 건조장치(130) 출구 아래와 사일로(50) 상부에 각각 위치하고 있다. 더욱이 사일로(50)의 출구와 화력발전소의 보일러 사이에 트러프컨베이어벨트(52)가 연결 설치된다.
한편, 상기 과열증기 건조장치(110)의 덕트(111) 내에서 석탄 표면의 수분을 제거한 후의 과열증기와 복수의 고온공기 건조장치(121, 125, 130)의 덕트(122, 126, 131) 내에서 석탄 내부의 수분을 제거한 후의 고온공기, 그리고 자연 건조장치(140)의 턱트(141) 내에서 석탄으로부터 자연 증발되면서 발생되는 열기는 폐열 회수관(31)을 통해 열교환기(30)로 회수된다. 열교환기(30)는 회수된 폐열을 열교환시킨 후에 열교환된 폐열은 폐열 공급관(32)을 거쳐 고온공기 공급기(60)로 재순환시킨다. 열교환기(30)에서 열교환된 폐열로부터 석탄에서 분리된 분진 등의 오염물질은 오염물질 공급라인(33)을 거쳐 세척기(40)로 이송된다. 세척기(40)는 오염물질을 물로 세척 및 흡수하여 폐수로 재처리할 수 있도록 하고, 오염물질이 걸러진 공기는 대기 중으로 배출시킨다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 물공급관 2: 가스공급관 3: 물탱크 4: 가스탱크 10: 저탄장 11: 플랫컨베이어벨트 12: 트러프컨베이어벨트 20: 정렬기 30: 열교환기 31: 폐열 회수관 32: 폐열 공급관 33: 오염물질 공급라인 40: 세척기 50: 사일로 60: 고온공기 공급기 61: 고온공기 공급관 62, 63, 64: 고온공기 분사관 70: 증기보일러 71: 포화증기 공급관 100: 석탄 건조장치 101: 구조물 110: 과열증기 건조장치 111, 122, 126, 131, 141: 덕트 112: 스팀컨베이어벨트 113, 124, 128, 133, 143: 전동모터 120, 121, 125, 130: 고온공기 건조장치 123, 127, 132: 드라이컨베이어벨트 140: 자연 건조장치 200: 과열증기 증대장치 201: 하우징 202: 단열재 203: 버너 204: 증기유입관 205: 증기배출관 206: 과열증기 분사관 207, 208, 209: 증기히팅관 210: 배기관 211: 연소실

Claims (7)

  1. 석탄을 건조하는 시스템에 있어서,
    가스탱크에서 공급된 연료의 연소로 물탱크에서 공급된 물을 가열하여 수분이 포함된 포화증기를 발생하여 포화증기 공급관으로 공급하는 증기보일러;
    상기 증기보일러에서 발생된 포화증기를 복수의 증기히팅관을 통해 과열증기로 가열하되 일정량의 과열증기를 공급하는 과열증기 증대장치;
    상기 가스탱크에서 공급된 연료를 연소시켜 60~90℃의 고온공기를 발생시킨 후에 송풍하는 고온공기 공급기;
    저탄장에서 트러프컨베이어벨트로 이송되어 정렬기에서 정렬된 석탄을 스팀컨베이어벨트로 이송하면서 과열증기 증대장치에서 공급된 과열증기로 석탄 표면의 수분을 제거하는 과열증기 건조장치;
    상기 과열증기 건조장치를 통과한 석탄을 드라이컨베이어벨트로 이송하면서 고온공기 공급기에서 공급된 고온공기로 석탄 내부의 수분을 제거하는 고온공기 건조장치, 및
    상기 고온공기 건조장치를 통과한 석탄을 플랫컨베이어벨트로 이송하면서 상온에서 자연 증발이 이루어지도록 건조시켜 석탄 온도를 감소시키는 자연 건조장치를 포함하여 이루어진 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 과열증기 건조장치는 스팀컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 스팀컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트와, 상기 과열증기 보일러로부터 과열증기 공급관을 통해 공급된 과열증기를 덕트 내부로 분사하는 과열증기 분사관을 포함하는 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고온공기 건조장치는 드라이컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 드라이컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트와, 상기 고온공기 공급기로부터 고온공기 공급관을 통해 공급된 고온공기를 덕트 내부로 분사하는 고온공기 분사관을 포함하고, 상기 고온공기 건조장치는 구조물에 하나 이상으로 적층 설치되는 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자연 건조장치는 플랫컨베이어벨트를 이송시키는 전동모터와, 상기 플랫컨베이어벨트에 설치되어 건조공간을 형성하는 덕트를 포함하는 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트에 폐열 회수관이 열교환기로 연결된 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열교환기는 폐열 회수관으로부터 회수된 열과 오염물질을 분리하고, 분리된 열은 폐열 공급관을 통해 고온공기 공급기로 공급하며, 분리된 오염물질은 오염물질 공급라인을 통해 세척기로 공급하는 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 과열증기 증대장치는 증기보일러의 포화증기 공급관으로부터 포화증기가 유입되는 일정 직경의 증기공급관이 구비되고, 증기공급관 일측에 증기공급관보다 작은 직경으로 이루어진 복수의 증기히팅관 입구가 결합되며, 증기히팅관보다 큰 직경으로 이루어지고 복수의 증기히팅관 출구가 결합되며 유입된 포화증기가 복수의 증기히팅관을 거치면서 가열되어 용량이 증대된 과열증기를 배출하는 증기배출관이 구비된 것으로, 과열증기 증대장치는 0.5~5kg/㎠의 압력과 400~600℃의 온도를 가진 과열증기를 생성하고, 과열증기 건조장치의 스팀컨베이어벨트로 이송되는 석탄의 온도를 90~110℃까지 상승시키는 대용량의 과열증기를 이용한 석탄 건조 시스템.
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