KR101463170B1

KR101463170B1 - 원료 선별장치 및 그 선별방법

Info

Publication number: KR101463170B1
Application number: KR1020130041148A
Authority: KR
Inventors: 박종력; 양영철; 김정아; 서인국; 장동석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-11-18
Also published as: KR20140123817A

Abstract

본 발명은 원료 선별장치 및 그 선별방법에 관한 것으로서, 원료를 구성하는 주성분과, 불순물을 선별하기 위한 장치로서, 원료를 마련하는 과정과; 상기 원료를 하전기로 이동시켜 하전시키는 과정과; 상기 하전된 원료를 이격되어 구비되어 전극부재의 둘레를 따라 회전하는 회전 시트를 구비하는 전극판 사이로 낙하시켜 선별하는 과정;을 포함하고, 상기 선별하는 과정에서 상기 하전된 원료를 상기 하전된 원료와 서로 반대의 극성을 갖는 상기 회전 시트의 표면에 부착시켜 선별하여, 원료, 예컨대 석탄 중에 함유된 회분, 황 등과 같은 불순물을 효과적으로 선별할 수 있다.

Description

원료 선별장치 및 그 선별방법{Sorting apparatus for raw material and the method thereof}

본 발명은 원료 선별장치 및 그 선별방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료, 예컨대 석탄 중에 함유된 회분, 황 등과 같은 불순물을 효과적으로 선별할 수 있는 원료 선별장치 및 그 선별방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서 사용하는 석탄은 크게 코크스 제조용 탄과, 고로 PCI(Pulverized coal injection)용 탄, 그리고 소결용 탄이 있다.

코크스 제조용 석탄의 경우 석탄을 간접적으로 가열하면 매우 뻑뻑한 액체 상태로 변하는 성질이 있는데 이 같은 상변이 현상을 이용하여 분 상태의 석탄을 덩어리 모양의 코크스로 만든다. 이러한 성질은 모든 석탄이 다 가지고 있는 것은 아니며 일부 종류의 석탄만이 가지고 있는 특성으로, 역청 같은 액체 상태를 갖는다하여 역청탄이라 부른다. 역청탄의 경우 매장량이 한정되어 있으며, 수요대비 공급량이 부족하기 때문에 높은 가격을 형성하고 있다.

코크스는 철광석과 함께 고로 상부를 통해 차례로 장입되어 열을 발생시켜 철광석을 용융시키고 고로 하부로 슬래그 형태로 배출된다. 고로에 열을 공급하는 방법은 고로 상부로 코크스를 투입하는 방법 이외에 고로 하부로 열풍과 함께 파쇄된 석탄을 넣는 방법이 있으며 이를 PCI용 탄이라고 한다. PCI용 탄은 짧은 시간에 충분히 잘 타야 하므로 얼마나 파쇄가 잘 되어있는 지와 얼마나 높은 열량을 가지고 있는지가 매우 중요하다. 이와 같이 열을 발생시키는 과정에서 발생하는 폐가스는 대기 중으로 방산되지 않고 가스 형태의 열원으로 회수되기 때문에 다양한 종류의 석탄 사용이 가능하다.

소결용 탄은 철광석 등과 같은 분광에 열을 가해 소결광을 만드는 과정에서 분광에 열을 공급하는 용도로 사용된다. 소결과정에서는 소결용 탄이 직접 연소되며, 연소시 발생하는 폐가스는 굴뚝을 통해 외부로 배출하는 공정이기 때문에 소결용 무연탄은 발열량이 높고, 질소산화물(NOx)의 저감을 위해 질소 함량이 낮은 무연탄이 주로 사용된다.

한편, 석탄으로부터 회분 구성 광물 및 황(S) 성분을 제거하기 위한 연구는 오래 전부터 체계적으로 이루어져 왔으나 선별효율이 높고 경제성을 갖춘 건식선별기술에 대한 개발은 아직도 해결해야 할 숙제로 남아있다.

일반적인 석탄의 선별공정은 스파이럴, 지그 및 중액 등을 이용하는 비중선별, 포수제와 기포제 등을 이용하는 부유선별 등 습식처리공정이 주로 사용되고 있다. 습식처리공정의 경우 사용한 용수의 재활용과 폐수를 처리하기 위한 부수적인 공정과, 선별된 석탄 정광의 수분제거를 위한 탈수와 건조공정이 필요하기 때문에 공정이 복잡해지고 선별에 필요한 비용 또한 증가하게 된다. 그러나 석탄은 가격이 저렴한 에너지 광물이기 때문에 석탄을 경제적으로 선광하기 위해서는 건식으로 처리가 가능한 기술의 개발이 반드시 필요하다 할 것이다.

석탄으로부터 회분 및 유황을 제거함으로써 기대할 수 있는 효과는 석탄의 발열량 증가와 연소의 안정화, 석탄회 저감에 의한 발전소의 열효율 상승 및 슬래그 저감에 의한 제철용 로의 생산효율 향상 등이 있다. 또한 회분 및 황에 의한 보일러 및 로 내부의 마모 및 부식감소 등으로 설비보수에 필요한 시간이 단축되고 조업효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 석탄의 연소시 발생하는 석탄회와 아황산가스 등을 제거하기 위해서는 집진설비나 탈황시설 등의 추가적인 공정의 설치와 운전 비용이 필요하므로, 연소 전에 석탄의 회분 및 황 함량을 최소화할 수 있는 기술은 매우 중요하다 할 수 있다. 또한 국내외적으로 강화되고 있는 환경오염문제에 대하여 대처하기 위해서라도 석탄의 회분 및 황 성분을 효과적으로 선별할 수 있는 기술의 개발은 반드시 필요하다.

KR 974206 B JP 1997-267052 A US 6011229 B

본 발명은 원료의 하전 효율을 높여 원료의 하전에 필요한 시간을 단축시켜 원료 선별 효율을 향상시킬 수 있는 원료 선별장치 및 그 선별방법을 제공한다.

본 발명은 원료 중에 함유된 불순물을 용이하게 제거할 수 있는 원료 선별장치 및 그 선별방법을 제공한다.

본 발명은 환경 오염을 억제 혹은 방지할 수 있는 원료 선별장치 및 그 선별방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 선별장치는, 원료를 구성하는 주성분과, 불순물을 선별하기 위한 장치로서, 원료를 공급하는 원료공급기와; 상기 원료공급기에서 공급되는 원료를 하전시키는 하전기와; 상기 하전기에서 하전된 원료를 극성에 따라 분리시키기 위한 정전 선별기; 및 상기 정전 선별기에서 선별되어 낙하하는 원료를 분리하여 수집하는 선별 저장기;를 포함하고, 상기 하전기는 내부에 상기 원료공급기에서 공급되는 원료를 하전시키기 위한 공간이 형성되는 하전 챔버와, 상기 하전 챔버 내부에 회전 가능하도록 구비되며, 회전력에 의해 상기 원료공급기에서 공급되는 원료에 충격을 가하는 하전 로터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하전 챔버는, 내부에 상기 하전 챔버의 중심측을 향하도록 기울어진 경사면을 갖는 하전 플레이트와, 상기 하전 챔버를 가열하는 가열장치를 포함할 수 있다.

상기 하전 로터는, 회전축과, 상기 회전축에 회전력을 제공하는 구동장치와, 상기 회전축의 상부에 구비되는 분배기와, 상기 분배기의 하부에 구비되며, 상기 회전축의 외주면에 방사상으로 연결되는 적어도 하나의 블레이드 및 상기 블레이드 하부에 구비되며, 상기 회전축의 외주면에 연결되는 회전판을 포함할 수 있다.

상기 분배기는 원뿔 또는 다각형 뿔 형상으로 형성될 수 있다.

상기 블레이드와 상기 회전판의 표면에는 요철구조가 형성될 수 있다.

상기 정전 선별기는 음극판과, 상기 음극판과 이격되어 구비되는 양극판을 포함하고, 상기 음극판과 상기 양극판은 하부가 외측을 향하도록 경사지게 배치될 수 있다.

상기 음극판과 양극판은 거리 및 각도 중 적어도 어느 한 가지를 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 음극판과 양극판에는 상기 음극판과 양극판의 길이방향을 따라 상하방향으로 회전하는 회전 시트가 구비될 수 있다.

상기 회전 시트의 일측에는 상기 회전 시트에 부착되는 원료를 분리시키는 스크래퍼가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 선별방법은, 원료를 구성하는 주성분과, 불순물을 선별하는 원료선별방법으로서, 원료를 마련하는 과정과; 상기 원료를 하전기로 이동시켜 하전시키는 과정과; 상기 하전된 원료를 이격되어 구비되는 음극판과 양극판 사이로 낙하시켜 선별하는 과정;을 포함하고, 상기 하전시키는 과정에서 상기 원료를 회전하는 하전 로터에 충돌시켜 1차적으로 하전시키고, 상기 하전 로터에 충돌하여 비산되는 원료를 상기 하전 로터를 둘러싸도록 구비되며 내벽에 하전 플레이트가 구비되는 하전 챔버에 충돌시켜 상기 하전 로터에 의해 하전된 원료나 하전되지 않은 원료를 2차적으로 하전시키는 것을 특징으로 한다.

상기 원료를 하전시키는 과정에서 상기 원료를 하전시키는 하전기를 가열할 수 있다.

상기 원료는 석탄이고, 상기 주성분은 탄소이고, 상기 불순물은 회분 및 황 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 선별장치 및 그 선별방법은, 원료에 함유된 불순물을 용이하게 제거할 수 있다. 원료 중에 함유되는 성분의 정전극성 차이를 이용하여 주성분과 불순물을 선별하여 공정에 사용되는 원료의 순도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 불순물이 다량 함유되는 저가 및 저품위의 원료의 사용이 가능해져 제조 비용을 절감할 수 있다.

그리고 비교적 작은 공간에서도 원료를 효율적으로 하전시킬 수 있으므로 설비 전체 크기를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 구성을 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 개략적인 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 하전기의 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 사용 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 원료 선별장치의 사용 상태를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 원료에 함유된 불순물을 선별하기 위한 선별장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 원료를 구성하는 주성분과 불순물의 정전극성 차이를 이용하여 원료를 구성하는 주성분과 불순물을 선별하는데 사용할 수 있다. 이하에서는 제철공정에서 사용되는 석탄으로부터 석탄을 구성하는 주원료인 탄소 입자와, 불순물인 황 입자, 회분 입자 등을 선별하는 원료 선별장치를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 개략적인 구조를 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 하전기의 구조를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 선별장치의 사용 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 원료 선별장치의 사용 상태를 보여주는 도면이다.

원료 선별장치는 원료를 공급하는 원료공급기(100)와, 원료공급기(100)에서 공급되는 원료를 하전시키는 하전기(200)와, 하전기(200)에서 하전된 원료를 극성에 따라 분리시키기 위한 정전 선별기(300) 및 정전 선별기(300)에서 선별되어 낙하하는 원료를 수집하는 선별 저장기(400)를 포함한다.

원료공급기(100)는 원료, 예컨대 석탄을 저장하는 원료 저장기(110)와, 원료 저장기(110)에서 배출되는 원료를 하전기(200)로 이동시키는 호퍼(112)를 포함한다.

원료 저장기(110)는 소정의 크기로 분쇄된 원료, 예컨대 석탄을 저장하며, 원료 저장기(110)에서 일정량씩 절출되는 원료를 호퍼(112)로 배출한다.

호퍼(112)는 원료 저장기(110)에서 절출되는 원료를 하전기(200)로 투입하며, 호퍼(112)의 하단에는 원료가 이동하는 공급배관(114)이 하전기(200) 내부로 연장되어 형성된다. 호퍼(112)는 원료 저장기(110)에서 절출된 원료가 하전기(200)로 원활하게 배출될 수 있도록 경사면을 갖도록 형성될 수 있으며, 원료가 하전기(200)로 일정한 속도를 가지며 균일하게 배출될 수 있도록 내벽에 사이클론 형태의 요철 구조가 형성될 수도 있다.

하전기(200)는 하전 챔버(210)와, 하전 챔버(210) 내부에 구비되는 하전 로터(220)를 포함할 수 있다.

하전 챔버(210)는 내부에 원료공급기(100)로부터 배출되는 원료가 하전될 수 있는 공간이 형성되고, 하전 챔버(210) 내부에는 원료 공급기(100)에서 배출되는 원료가 하전 챔버(210) 하부에 구비되는 정전 선별기(300)로 직접 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 형태의 경사면을 갖는 하전 플레이트(212)가 형성된다. 이와 같은 하전 플레이트(212)는 하전 챔버(210)와 일체로 형성될 수도 있고, 하전 챔버(210) 내부에 별도로 설치될 수도 있다. 하전 플레이트(212)는 하전 로터(220)에 충돌하여 하전된 원료나 하전되지 않은 원료가 하전 로터(220)의 회전력에 의해 비산되면서 그 표면에 충돌 및 마찰되면서 하전될 수 있도록 한다. 이에 하전 플레이트(212)는 원료, 예컨대 탄소 입자, 회분 입자, 황 입자 등을 하전시킬 수 있는 재질을 이용하여 형성되거나 하전 플레이트(212) 표면에 코팅체로 형성될 수도 있다. 이와 같은 재질로는 구리, 테프론 등이 사용될 수 있다.

이때, 석탄 입자의 하전 효율을 향상시키기 위하여 하전 챔버(210)에 가열장치(230)를 구비할 수도 있다. 가열장치(230)는 유도가열코일이나 면상발열체 등으로 형성될 수도 있으며, 하전 챔버(210)의 외측을 감싸도록 형성되어 하전 챔버(210)를 균일하게 가열할 수 있다. 하전 챔버(210)는 가열장치(230)를 이용하여 200℃ 이하의 온도로 가열함으로써 탄소, 황, 회분 등 석탄 입자의 하전 효율을 향상시킬 수도 있다.

하전 로터(220)는 하전 챔버(210)의 하부 중심에 설치되며, 원료공급기(100)에서 공급되는 원료에 충격을 가하여 원료의 탄소 입자와 회분 입자가 음전하(-) 또는 양전하(+)를 갖도록 하전시킨다.

하전 로터(220)는 회전축(222)과, 회전축(222) 상부측에 구비되며 회전축(222)을 중심으로 방사상으로 배치되는 복수의 블레이드(224)와, 블레이드(224)의 하부에 구비되며 회전축(222)에 연결되는 회전판(225), 회전축(222)의 상부에 구비되는 분배기(226) 및 회전축(222)에 회전력을 제공하는 구동장치(228)를 포함한다. 하전 로터(220)는 하전 챔버(210)를 가로지르며 고정 설치되는 지지대(214)에 고정 설치될 수 있다. 예컨대 하전 로터(220)의 구동장치(228)를 지지대(214)에 고정하여 하전 로터(220)를 하전 챔버(210) 내에 설치할 수도 있으며, 하전 챔버(210)와 하전 로터(220)의 구조에 따라 다양한 방법으로 하전 로터(220)를 하전 챔버(210) 내에 설치할 수 있다.

회전축(222)은 하전 챔버(210)의 하부 중심부에 상하방향으로 배치되고, 구동장치(228)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전한다.

블레이드(224)는 회전축(222)의 외주면에 방사상으로 연결되어 회전축(222)의 회전에 따라 함께 회전한다. 블레이드(224)는 원료 공급기(100)로부터 배출되는 원료에 충격을 가해 원료를 실질적으로 하전시키는 수단으로서, 원료의 원활한 하전을 위해 원료와의 접촉 면적이 넓을수록 좋다. 따라서 블레이드(224)는 면적을 갖는 플레이트가 상하방향으로 배치되는 형상으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 회전축(222)의 길이방향에 대하여 직교하는 방향으로 연결되거나 비스듬하게 기울기를 가지며 연결될 수도 있다. 또한, 블레이드(224)의 표면에 요철구조를 형성하여 원료 입자와의 접촉 면적을 증가시킬 수도 있다.

블레이드(224)의 하부에는 회전판(225)이 구비될 수도 있다. 회전판(225)은 원료 공급기(100)에서 배출되는 원료가 하전기(200)의 하부에 구비되는 정전 선별기(300)로 직접 배출되는 것을 방지한다. 또한, 회전판(225)도 블레이드(224)와 마찬가지로 원료 입자를 하전시키는 역할을 한다. 따라서 회전판(225)도 블레이드(224)와 마찬가지로 원료 입자를 하전시킬 수 있는 구리, 테프론 등과 같은 재질로 형성될 수 있으며, 그 표면에는 원료 입자와의 접촉 면적을 증가시키기 위한 요철 구조가 형성될 수 있다.

분배기(226)는 회전축(222)의 상부에 배치되며, 원뿔, 다각뿔 등의 형상으로 형성될 수 있다. 분배기(226)는 원료가 배출되는 호퍼(112)의 공급배관(114) 직하부에 배치될 수 있으며, 공급배관(114)을 통해 배출되는 원료를 블레이드(224)의 사이 공간으로 균일하게 분배하는 역할을 한다. 즉, 공급배관(114)에서 배출되는 원료가 특정 블레이드(224) 사이 공간으로 편중되면 원료 입자와 블레이드(224)에 충돌이 제한되어 원료 입자의 하전 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 원료가 배출되는 공급배관(114) 하부에 분배기(226)를 배치함으로써 원료가 블레이드(224) 사이사이 공간으로 균일하게 공급되도록 하였다. 이때, 분배기(226)를 다각뿔 형상으로 형성하는 경우에는 블레이드(224) 사이에 형성되는 공간의 개수와 동일한 면을 갖는 다각뿔 형상으로 형성할 수 있다. 예컨대 블레이드(225)가 8개 구비되는 경우, 블레이드(225) 사이 공간이 8개 형성되므로, 분배기(226)는 팔각뿔 형태로 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 석탄 입자는 하전 로터(220)로 공급되면서 하전 로터(220)의 회전력에 의해 석탄 입자 간의 충돌, 석탄 입자와 하전물질 간의 충돌 및 마찰을 일으키며 음전하(-) 또는 양전하(+)를 갖도록 하전된다. 이때, 석탄 입자 중 주원료인 탄소(C) 성분은 양전하를 띠도록 하전되고, 회분입자는 음전하를 띠도록 하전된다. 석탄 입자가 하전되는 원리는 입자가 서로 다른 입자 또는 하전물질에 충돌 또는 마찰하게 되면 일함수(work function) 값의 차이에 의해 두 물질의 페르미 준위가 같아지는 방향으로 전자의 이동이 일어나게 되고, 이로 인해 충돌 또는 마찰 후 입자가 서로 분리되면 전자의 과잉 또는 부족 현상이 발생하여 입자는 양전하(+) 또는 음전하(-)를 띠게 되는 것이다.

또한, 하전 로터(220)에서 하전된 석탄 입자와 하전되지 않은 석탄 입자는 하전 로터(220)의 회전력에 의해 일부는 하전 로터(220) 주변으로 비산하여 하전 챔버(210) 내에서 하전 플레이트(212)에 충돌하고, 나머지는 하전 챔버(210) 외부, 즉 정전 선별기(300)로 배출된다. 그리고 하전 로터(220) 주변으로 비산된 석탄 입자들은 하전 플레이트(212)와 하전 로터(220) 사이에서 충돌과 비산을 반복하면서 하전 로터(220)에 의해 하전된 석탄 입자는 하전 정도가 더 향상될 수 있으며, 하전되지 않았던 석탄 입자는 하전됨으로써 전체적인 하전 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 비교적 짧은 경로에서 석탄 입자의 하전 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 설비 전체의 구조 및 크기를 감소시킬 수 있다.

하전기(200)를 통과한 석탄 입자는 하전기(200) 하부의 정전 선별기(300)로 배출된다.

정전 선별기(300)는 선별 챔버(310)와, 선별 챔버(310) 내부에 서로 이격되어 배치되는 전극판(320a, 320b) 및 전극판(320a, 320b)에 전원을 공급하는 전력공급장치(360)를 포함한다.

선별 챔버(310)는 하전기(200)에서 하전된 석탄 입자들이 낙하 및 선별되면서 발생하는 분진이 확산되는 것을 방지하고, 하전된 석탄 입자들이 전극판(320a, 320b)에 의해 선별될 수 있는 공간을 형성한다.

전극판(320a, 320b)은 양전하를 띠는 탄소 입자를 분리하기 위한 음극판(320a)과, 음전하를 띠는 황 입자 및 회분을 분리하기 위한 양극판(320b)을 포함할 수 있다. 음극판(320a)과 양극판(320b)의 내부 또는 일측에는 소정의 면적을 갖도록 형성되는 전극부재(322)를 포함할 수 있다. 이때, 전극부재(322)는 격자형태 등 다양한 형태로 배열될 수 있다. 음극판(320a)과 양극판(320b)은 서로 이격되어 대향하도록 배치되며, 상부에서 하부로 갈수록, 예컨대 선별 챔버(310)의 외측으로 이격거리가 멀어지도록 배치될 수 있다. 즉, 음극판(320a)과 양극판(320b)은 경사면을 가지도록 기울어져 배치될 수 있다. 음극판(320a)과 양극판(320b)은 20 내지 60℃ 정도의 각도를 이루며 배치될 수 있으며, 음극판(320a)과 양극판(320b)의 상부(또는 하부)에는 음극판(320a)과 양극판(320b)의 각도를 조절하기 위한 각도조절장치(미도시)가 구비되어 하전기(200)에서 배출되는 석탄 입자들의 양이나 선별 효율에 따라 상기 제시된 범위 내에서 상기 음극판(320a)과 양극판(320b) 간의 각도를 조절할 수도 있다. 예컨대 음극판(320a)과 양극판(320b) 사이로 낙하하는 석탄 입자의 양이 많은 경우 음극판(320a)과 양극판(320b) 간의 각도를 증가시킬 수 있다. 또는 선별 효율을 증가시키기 위해서 음극판(320a)과 양극판(320b) 간의 각도를 감소시킬 수 있다.

전력공급장치(360)는 각각의 전극부재(322)에 전력을 공급한다.

한편, 전극판(320)에는 전극판(320)의 둘레에는 도 5에 도시된 바와 같이 전극판(320)의 상하방향을 따라 회전하는 회전 시트(325)가 구비될 수도 있다. 회전 시트(325)는 풀리, 모터 등과 같은 구동수단(328)에 연결되어 전극판(320)의 표면을 따라 회전하며 하전기(200)에서 하전된 석탄 입자들의 효율적으로 선별할 수 있다. 즉, 전극판(320)의 표면에 하전된 석탄 입자가 부착되는 경우, 전극판(320)에 부착된 석탄 입자가 하전기(200)에서 지속적으로 배출되는 하전된 석탄 입자의 선별을 방해하므로, 전극판(320)에 회전 시트(325)를 구비하여 석탄 입자가 부착된 부분을 후퇴시키고 석탄 입자가 부착되지 않은 부분을 선별 영역, 다시 말해서 하전기(200)에서 하전된 석탄 입자가 배출되는 영역에 노출시킴으로써 석탄 입자를 효율적으로 선별할 수 있도록 한다. 이와 같은 회전 시트(325)는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PVDC(polyvinylidene chloride), PI(polyimide), PET(polyethyleneterephthalate)등과 같은 합성수지를 이용하여 제조될 수 있으며, 전극부재(322)에서 발생하는 전기장을 투과시킬 정도의 두께로 형성될 수 있다.

전극판(320a, 320b)의 일측, 바람직하게는 외측에는 스크래퍼(340)가 구비될 수 있다. 스크래퍼(340)는 회전 시트(325)의 표면, 바람직하게는 회전 시트(325)의 폭방향을 따라 접촉되도록 구비되어 회전 시트(325)에 부착된 입자를 회전 시트(325)로부터 분리한다. 이때, 전극판(320a, 320b)은 각도 조절이 가능하도록 구성되기 때문에 스크래퍼(340)는 전극판(320a, 320b)이 이루는 각도에 따라 좌우방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 하전된 석탄 입자는 전극판(320a, 320b) 사이, 즉 음극판(320a)과 양극판(320b) 사이로 낙하하면서 양전하를 띠는 탄소 입자와, 음전하를 띠는 황 입자 및 회분이 서로 반대 극성을 띠는 전극판(320a, 320b) 쪽으로 이동하며 선별된다.

정전 선별기(300)의 하부에는 전극판(320a, 320b)에 의해 선별된 석탄 입자를 저장하는 선별 저장기(400)가 구비된다. 선별 저장기(400)는 음극판(320a) 하부에 구비되어 양전하를 띠는 탄소 입자를 저장하는 제1저장기(410)와, 양극판(320b) 하부에 구비되어 음전하를 띠는 황 입자 및 회분 입자를 저장하는 제2저장기(420)를 포함한다. 또한, 제1저장기(410)와 제2저장기(420) 사이에 하전기(200)에서 하전되지 않은 미들링이나, 전극판(320a, 320b)에 의해 선별되지 않은 입자들을 저장하는 제3저장기(430)를 포함할 수 있다. 제3저장기(430)에 저장된 입자들은 별도로 마련된 이송배관, 컨베이어 벨트 등과 같은 회수 장치(미도시)를 이용하여 원료 저장기(110)로 이송시켜 하전기(200) 및 정전 선별기(300)를 거쳐 재선별할 수도 있다.

그리고 각각의 저장기(410, 420, 430) 사이에는 정정 선별기(300)에서 선별된 입자들이 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 분리판(440)이 구비될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 원료선별장치를 이용하여 원료를 선별하는 방법에 대해서 설명한다. 여기에서는 원료로 석탄을 이용하였으며, 석탄의 주성분인 탄소 입자와, 불순물 성분인 황, 회분 등을 선별하는 방법에 대해서 설명한다.

원료 선별 공정이 시작되면, 하전기(200)의 하전 로터(220)와 정전 선별기(300)의 전력공급장치(360)을 작동시킨다. 이외에도 전원 공급이 필요한 가열장치(230) 등에도 전원을 공급하여 하전 챔버(210)를 일정 온도, 예컨대 200℃ 정도까지 예열시키는 것이 좋다.

원료 저장기(110)에 마련된 석탄을 호퍼(112)와 공급배관(114)을 통해 하전기(200)에 일정량씩 절출한다. 이때, 원료 저장기(110)에 마련된 석탄은 선별을 용이하게 하기 위하여 일정 크기로 파쇄된 상태이다.

원료는 하전 챔버(210) 내부의 하전 로터(220) 상부로 배출되고, 이때 하전 로터(220)의 회전축(222) 상부에 구비되는 분배기(226)에 의해 블레이드(224) 사이 공간으로 일정하게 공급된다. 하전 로터(220)는 3000 내지 5000rpm 정도의 속도로 회전할 수 있으며, 이와 같은 회전 속도에 의해 하전 로터(220) 상부로 배출되는 석탄 입자는 블레이드(224) 및 회전판(225)에 충돌 및 마찰하면서 양전하 및 음전하를 띠도록 1차적으로 하전된다. 하전 로터(220)의 블레이드 및 회전판(225)에 충돌한 석탄 입자는 주변으로 비산하여 하전 로터(220)를 감싸고 있는 하전 플레이트(212)에 충돌 및 마찰하면서 2차적으로 하전되게 된다. 이때, 하전 로터(220)에 의해 하전되지 않은 석탄 입자는 하전 플레이트(212)나 다른 석탄 입자들과 충돌하면서 하전되고, 하전 로터(220)에 의해 하전된 석탄 입자들은 하전 플레이트(212)나 다른 석탄 입자들과 충돌 및 마찰하면서 하전 정도가 증가하게 된다. 또한, 석탄 입자들은 하전 챔버(210) 내부에서 비산 및 충돌을 반복하며 하전율도 증가하게 된다.

하전기(200)에서 하전된 석탄 입자들은 정전 선별기(300)로 배출되는데, 양전하로 하전된 탄소 입자는 음극판(320a)측으로 이동하고, 음전하로 하전된 황 입자, 회분 입자들은 양극판(320b)측으로 이동하여 선별된다.

음극판(320a)에 의해 선별된 석탄 입자는 제1저장기(410)으로 투입되고, 양극판(320b)에 의해 선별된 황 입자 및 회분 입자는 제2저장기(420)로 투입된다. 이때, 하전기(200)에서 하전되지 않은 미들링이나 음극판(320a) 및 양극판(320b)에 의해 선별되지 않은 입자들은 제1저장기(410)와 제2저장기(420) 사이에 구비되는 제3저장기(430)로 투입될 수 있다. 제3저장기(430)로 투입된 입자들은 다시 원료 저장기(110)로 이송되어 재선별 작업을 통해 선별될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 원료 공급기 200: 하전기
210: 하전 챔버 220: 하전 로터
300: 정전 선별기 400: 선별 저장기

Claims

원료를 구성하는 주성분과, 불순물을 선별하기 위한 장치로서,
원료를 공급하는 원료공급기와;
상기 원료공급기에서 공급되는 원료를 하전시키는 하전기와;
상기 하전기에서 하전된 원료를 극성에 따라 분리시키기 위한 정전 선별기; 및
상기 정전 선별기에서 선별되어 낙하하는 원료를 분리하여 수집하는 선별 저장기;
를 포함하고,
상기 하전기는 내부에 상기 원료공급기에서 공급되는 원료를 하전시키기 위한 공간이 형성되는 하전 챔버와,
상기 하전 챔버 내부에 회전 가능하도록 구비되며, 회전력에 의해 상기 원료공급기에서 공급되는 원료에 충격을 가하는 하전 로터를 포함하고,
상기 하전 챔버는,
내부에 상기 하전 챔버의 중심측을 향하도록 기울어진 경사면을 갖는 하전 플레이트와,
상기 하전 챔버를 가열하는 가열장치를 포함하는 원료 선별장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 하전 로터는,
회전축과,
상기 회전축에 회전력을 제공하는 구동장치와,
상기 회전축의 상부에 구비되는 분배기와,
상기 분배기의 하부에 구비되며, 상기 회전축의 외주면에 방사상으로 연결되는 적어도 하나의 블레이드 및
상기 블레이드 하부에 구비되며, 상기 회전축의 외주면에 연결되는 회전판을 포함하는 원료 선별장치.
청구항 3에 있어서,
상기 분배기는 원뿔 또는 다각형 뿔 형상으로 형성되는 원료 선별장치.
청구항 3에 있어서,
상기 블레이드와 상기 회전판의 표면에는 요철구조가 형성되는 원료 선별장치.
청구항 1에 있어서,
상기 정전 선별기는
음극판과,
상기 음극판과 이격되어 구비되는 양극판을 포함하고,
상기 음극판과 상기 양극판은 하부가 외측을 향하도록 경사지게 배치되는 원료 선별장치.
청구항 6에 있어서,
상기 음극판과 양극판은 거리 및 각도 중 적어도 어느 한 가지를 조절할 수 있도록 형성되는 원료 선별장치.
청구항 7에 있어서,
상기 음극판과 양극판에는 상기 음극판과 양극판의 길이방향을 따라 상하방향으로 회전하는 회전 시트가 구비되는 원료 선별장치.
청구항 8에 있어서,
상기 회전 시트의 일측에는 상기 회전 시트에 부착되는 원료를 분리시키는 스크래퍼가 구비되는 원료 선별장치.
원료를 구성하는 주성분과, 불순물을 선별하는 원료선별방법으로서,
원료를 마련하는 과정과;
상기 원료를 하전기로 이동시켜 하전시키는 과정과;
상기 하전된 원료를 이격되어 구비되는 음극판과 양극판 사이로 낙하시켜 선별하는 과정;을 포함하고,
상기 하전시키는 과정에서 상기 원료를 회전하는 하전 로터에 충돌시켜 1차적으로 하전시키고, 상기 하전 로터에 충돌하여 비산되는 원료를 상기 하전 로터를 둘러싸도록 구비되며 내벽에 하전 플레이트가 구비되는 하전 챔버에 충돌시켜 상기 하전 로터에 의해 하전된 원료나 하전되지 않은 원료를 2차적으로 하전시키는 원료 선별방법.
청구항 10에 있어서,
상기 원료를 하전시키는 과정에서 상기 원료를 하전시키는 하전기를 가열하는 원료 선별방법.
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
상기 원료는 석탄이고, 상기 주성분은 탄소이고, 상기 불순물은 회분 및 황 중 적어도 어느 하나인 원료 선별방법.