KR101611348B1 - 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템에 관한 것으로, 회전 가능하게 설치되는 회전케이싱, 상기 회전케이싱을 회전시키도록 구동력을 발생하는 구동부 및 상기 회전케이싱 내부에 설치되고 미분된 석탄과 바이오매스를 입도별로 선별하는 선별부재를 포함하여 상기 회전케이싱의 회전운동에 의해 발생하는 원심력을 이용해서 미분된 석탁과 바이오매스의 밀도차에 따라 입도를 선별하는 구성을 마련하여, 일반적인 미분기에서 석탄과 바이오매스를 미분하고, 원심력을 이용해서 미분탄과 바이오매스를 밀도차에 따라 입도별로 선별할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템{PATICLE SIZE SORTING APPARATUS AND METHOD OF COAL AND BIOMASS AND FIRE POWER PLANT WITH THE SAME}
본 발명은 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄과 바이오매스를 혼합한 상태에서 미분한 후 입도에 따라 선별하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템에 관한 것이다.
미분탄 발전 시스템은 국내외 전력 생산의 절반 가량을 차지하고 있는 중요한 상업용 설비이다.
최근에는 신재생 에너지를 제외하고 500MW 이상의 생산능력을 갖춘 발전사업자는 발전량의 약 3%를 신재생에너지를 사용해야 한다는 'RPS(신재생에너지 의무할당제, Renewable Energy Portfolio Standard)'가 도입되었다.
이와 같이, 신재생 에너지의 사용 확대가 중요한 이슈가 되면서, 신재생 연료인 폐기물이나 바이오매스를 기존 석탄에 혼합하여 연소하는 혼소(co- firing 또는 co-combustion) 기술이 상업적으로 많이 적용되고 있다.
폐기물이나 바이오매스를 기존 석탄과 같이 연소하는 혼소 기술은 크게 기존 석탄 미분기에서 바이오매스를 함께 미분하여 연소 초기에 석탄과 바이오매스가 섞인 형태로 투입하는 방법, 바이오매스 전용 미분기를 설치하여 바이오매스를 별도로 미분한 뒤 이를 미분된 석탄과 혼합하여 투입하는 방법, 바이오매스 전용 미분기로 바이오매스를 별도로 미분한 뒤 기존 석탄보일러에 별도의 바이오매스 버너를 설치하여 활용도를 극대화하는 방법 등으로 분류할 수 있다.
신재생 연료의 혼소율을 극대화하기 위해서는 상기에서 설명한 3가지 혼소 방법 중에서 바이오매스 전용 미분기와 전용 버너를 함께 사용하는 방법 또는 적어도 바이오매스 전용 미분기를 활용하는 방법을 고려할 수 있다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 바이오매스 전용 미분기를 이용해서 미분된 바이오매스를 보일러로 공급하는 바이오매스 공급장치 및 보일러 시스템의 구성이 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 가열 수단으로 가열되어 탄화된 후, 분쇄 수단으로 분쇄된 바이오매스를 분체 분리 장치에서 기준치의 입도로 분리하여, 입도가 큰 바이오매스를 분쇄 수단보다 상류측으로 되돌려서 바이오매스를 탄화하고, 기준의 입도 이하로 분쇄하는 바이오매스 공급 장치 및 보일러 시스템 구성이 개시되어 있다.
그러나 상기의 방법들은 바이오매스 전용 미분기 설치에 따른 초기 시설비 가 상승하고, 석탄화력발전소에 적용시 바이오매스 미분기 설치를 위한 공간을 확보해야만 하는 등의 다양한 문제들이 존재하여, 기존 석탄화력발전소 적용하는데 어려움이 있었다.
한편, 기존의 석탄 미분기에 바이오매스 등 신재생 연료를 함께 투입하여 미분한 뒤 기존의 보일러에 투입하는 방법은 상기한 혼소 방법들 중에서도 가장 쉽고 적은 경비로 수행할 수 있다는 장점이 있다.
일본 특허 공개번호 특개2014-037897호(2014년 2월 27일 공개) 대한민국 특허 등록번호 제10-0600370호(2006년 7월 18일 공고)
그러나 목질(木質)계 및 초본(草本)계를 근간으로 하는 석탄화력 혼소용 바이오매스는 섬유질로 인하여 미분도가 석탄보다 훨씬 나쁘기 때문에, 실제 열량 기준으로 혼소율 3% 이상을 달성하기가 어려운 상황이다.
즉, 바이오매스가 석탄에 비해 미분이 잘 되지 않음에 따라, 200 mesh 기준의 스크린(screen)을 통과할 수 있는 바이오매스량이 사용자가 원하는 양보다 적어지고, 미분되지 않은 바이오매스가 미분기 내에 쌓여 차압이 높아짐에 따라, 심각한 경우 미분기의 고장으로 인한 트립(trip) 상황이 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예가 상기의 특허문헌 2에 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 석탄파이프에 내관과 외관을 형성하여 내관과 외관 사이에 통로가 형성되는 이중 구조를 이루면서 하단부분과 상단부분에 공급관과 회수관이 각각 배치되어 통로와 소통 가능하게 연결되고, 냉각매체가 공급되는 공급관과 냉각매체가 회수되는 회수관에 밸브가 각각 갖추어져, 통로로 흐르는 냉각매체에 대하여 공급과 중단 기능을 갖는 석탄미분기의 석탄파이프 막힘 방지장치 구성이 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 2과 같이 미분기에 공급하기 전에 회전식 분급기를 이용해서 바이오매스로 인한 미분기의 막힘을 방지할 수 있을 정도로 바이오매스를 정밀 분급하기에는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석탄화력발전에 사용되는 미분기에서 석탄과 바이오매스를 혼합해서 미분하고 입도별로 선별할 수 있는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 석탄과 바이오매스의 혼소율을 최대화할 수 있는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치는 회전 가능하게 설치되는 회전케이싱, 상기 회전케이싱을 회전시키도록 구동력을 발생하는 구동부 및 상기 회전케이싱 내부에 설치되고 미분된 석탄과 바이오매스를 입도별로 선별하는 선별부재를 포함하여 상기 회전케이싱의 회전운동에 의해 발생하는 원심력을 이용해서 미분된 석탁과 바이오매스의 밀도차에 따라 입도를 선별하는 것을 특징으로 한다.
상기 선별부재는 서로 다른 크기의 메시를 갖는 복수의 선별영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 선별부재는 원판 형상으로 형성되고, 상기 선별부재의 각 선별영역은 선별부재의 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 커지는 것을 특징으로 한다.
상기 선별부재는 중앙부가 하방을 향해 볼록하게 형성되고, 상기 복수의 선별영역은 각각 중앙부에서 외측으로 갈수록 곡률이 작아지는 곡면으로 형성되거나, 기울기가 커지는 경사면으로 형성되며, 상기 선별부재의 각 선별영역은 선별부재의 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 커지는 것을 특징으로 한다.
상기 선별부재는 중앙부가 상방을 향해 볼록하게 형성되고, 상기 복수의 선별영역은 각각 중앙부에서 외측으로 갈수록 곡률이 작아지는 곡면으로 형성되거나, 기울기가 커지는 경사면으로 형성되며, 상기 선별부재의 각 선별영역은 선별부재의 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 작아지는 것을 특징으로 한다.
상기 회전케이싱 내부에는 상기 선별부재의 각 선별영역을 통해 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스가 이동하는 복수의 이동공간을 형성하도록 복수의 구획통체가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전케이싱의 출구측에는 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하는 공급라인과 상기 기준입도를 초과하는 미분탄과 미분 바이오매스를 미분기로 회수하는 회수라인이 연결되고, 상기 기준입도는 석탄과 바이오매스의 혼소율 및 발전효율에 따라 변경 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치가 적용되는 화력발전 시스템은 석탄과 바이오매스를 미분하는 미분기와 상기 미분기에서 미분된 미분탄과 미분 바이오매스를 원심력을 이용해서 미분탄과 미분 바이오매스의 밀도차에 따라 입도별로 선별하는 입도 선별장치를 포함하고, 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하여 혼소시켜 발전에 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법은 석탄과 바이오매스를 미분기에 공급하여 미분하는 단계, 미분된 석탄과 바이오매스를 회전케이싱에 공급하는 단계 및 상기 회전케이싱을 회전시켜 발생하는 원심력을 이용해서 서로 다른 크기의 메시가 형성된 선별부재를 통과시켜 미분탄과 미분 바이오매스의 밀도차에 따라 입도별로 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하인 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하고, 나머지는 미분기로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법에 의하면, 일반적인 미분기에서 석탄과 바이오매스를 미분하고, 원심력을 이용해서 미분탄과 바이오매스를 밀도차에 따라 입도별로 선별할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 미분탄과 미분 바이오매스의 기준입도를 조절해서 석탄과 바이오매스의 혼소율 및 발전 효율을 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 의하면, 선별부재를 원판 형상이나 하방 또는 상방을 향해 볼록하게 제작하고, 선별부재에 서로 다른 크기의 메시가 형성된 복수의 선별영역을 마련함으로써, 미분탄과 미분 바이오매스의 입도별 선별작업의 효율성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법이 적용되는 화력발전 시스템에 의하면, 석탄과 바이오매스를 정밀하게 미립화하기 위해 미분기의 운전시간을 증가시킬 필요가 없어, 미분기 운전시 소요되는 전력손실을 감소시키고, 바이오매스의 혼소율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 미분기 내부에 바이오매스가 누적되면서 발생하는 차압문제를 해결하고, 연소 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치가 적용되는 화력발전 시스템의 예시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 선별부재의 확대도,
도 4는 도 3에 도시된 선별부재의 변형예를 보인 예시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법을 단계별로 설명하는 공정도,
도 6은 도 5에 도시된 입도 선별방법에 따른 동작 상태도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치 및 선별방법 그리고 그가 적용되는 화력발전 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치가 적용되는 화력발전 시스템의 예시도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치가 적용되는 화력발전 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 석탄과 바이오매스를 미분하는 미분기(11), 미분기(11)에서 미분된 석탄과 바이오매스를 입도별로 선별하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치(20) 및 입도 선별장치(20)에서 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하만을 혼소시켜 발생하는 열을 이용해 증기를 발생하는 보일러(12) 및 보일러(12)에서 발생한 증기를 이용해서 터빈을 회전시켜 발전하는 발전기(13)를 포함할 수 있다.
물론, 화력발전 시스템(10)은 발전효율을 향상시킬 수 있도록 복수기, 절탄기, 집진기(도면 미도시) 등 다양한 설비를 더 포함하여 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
미분기(11)는 공급구(111)를 통해 석탄과 바이오매스를 공급받는 회전테이블(112), 회전테이블(112)의 회전과 연계하여 발생하는 원심력에 의해 회전테이블(112)의 외주측으로 이동된 석탄과 바이오매스를 분쇄하는 롤러(113), 롤러(113)에 부가하중을 인가하는 가압수단(114), 공기유입구(115)를 통해 유입되는 열풍에 의해 건조되면서 상방으로 송풍하여 미분된 석탄과 바이오매스의 미리 설정된 크기 이하의 미세입자만을 분급하는 분급기(116) 및 분급된 미세입자를 보일러(12)로 배출하는 배출부(117)를 포함할 수 있다.
배출부(117)에는 분급기(116)에서 분급된 석탄과 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준크기 이하만을 통과시키도록 스크린(도면 미도시)이 설치될 수 있다.
여기서, 상기 스크린을 통과하는 석탄과 바이오매스의 기준크기는 아래에서 설명할 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치(20)의 선별부재에 형성된 최대 크기의 메시와 동일하게 설정될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 바와 같은 구성의 미분기 및 화력발전 시스템에 한정되는 것은 아니며, 발전용량, 사용되는 연료 및 바이오매스의 종류 등 다양한 조건에 따라 미분기 및 화력발전 시스템의 구성을 적용하도록 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치(이하 '입도 선별장치'라 약칭함)(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 미분기(11)의 배출부(117)에 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치의 구성을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선별부재의 확대도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입도 선별장치(20)는 미분기(11)에서 배출되는 석탄과 바이오매스의 미세입자(이하, '미분탄과 미분 바이오매스'라 함)를 원심력을 이용한 밀도차 분리를 통해 입도별로 선별한다.
즉, 입도 선별장치(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 미분기(11)에서 배출되는 미분탄과 미분 바이오매스를 회전운동시키는 회전케이싱(31)을 구비하는 회전부(30), 회전케이싱(31)을 회전운동시키도록 구동력을 발생하는 구동부(40) 및 회전케이싱(31) 내부에 설치되고 미분탄과 미분 바이오매스를 입도별로 선별하는 선별부재(50)를 포함할 수 있다.
이와 함께, 입도 선별장치(20)는 회전케이싱(31)의 출구측에 결합되고 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스를 각각 보일러(12)로 공급하거나 미분기(11)로 회수하도록 분리하는 분리부를 더 포함할 수 있다.
회전부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 형성되고 회전운동 가능하게 설치되는 회전케이싱(31) 및 회전케이싱(31) 내부에 선별부재(50)에 의해서 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스를 출구측으로 이동시키는 복수의 이동공간(32)을 형성하도록 회전케이싱(31) 내부 공간을 구획하는 복수의 구획통체(33)를 포함할 수 있다.
구동부(40)는 회전력을 발생하는 모터(도면 미도시)와 모터의 회전운동을 회전케이싱으로 전달하는 전달유닛(도면 미도시)을 포함할 수 있다.
상기 전달유닛은 회전케이싱(30)의 중앙부에 설치된 회전축(도면 미도시)과 모터의 구동축 사이에 설치되어 모터의 회전력을 회전케이싱(31)으로 전달하는 기어유닛, 또는 벨트나 체인 등을 포함할 수 있다.
선별부재(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외측으로 갈수록 메시(mesh)의 크기가 커지는 체(sieve)로 마련될 수 있다.
예를 들어, 선별부재(50)는 회전케이싱(30)의 입구측 직경에 대응되는 직경으로 형성될 수 있다.
선별부재(50)는 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 커지도록, 약 200 메시, 190 메시, 180 메시, 150 메시, 75메시로 설정되는 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)으로 구분될 수 있다.
물론, 선별부재(50)에 형성되는 선별영역의 수, 각 선별영역의 직경 및 메시의 크기는 선별하고자 하는 입도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이에 따라, 회전케이싱(31) 내부에는 선별부재(50)의 제1 내지 제5 선별영역(55)에 대응되는 제1 내지 제5 이동공간(321 내지 325)을 형성하도록 제1 내지 제4 구획통체(331 내지 334)가 설치될 수 있다.
따라서 미분탄과 미분 바이오매스는 회전케이싱(31)의 입구측 중앙부로 공급되고 회전케이싱(31)의 회전에 의해 회전한다.
그리고 회전하는 미분탄과 미분 바이오매스에는 입자의 비중에 따라 서로 다른 크기의 원심력이 발생한다.
즉, 원심력은 회전운동시 동일 반경을 따라 회전하는 경우, 비중에 비례해서 발생하므로, 미분탄과 미분 바이오매스는 비중차에 의해 서로 다른 거리만큼 회전케이싱(31)의 중앙부에서 외측으로 이동한다.
그래서 미분탄과 미분 바이오매스는 선별부재(50)의 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)에 형성된 서로 다른 크기의 메시를 통과하면서 입도별로 선별될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서 선별부재(50)는 평면 상에 배치되는 원판 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 4는 선별부재의 변형 예를 보인 예시도이다.
미분탄과 미분 바이오매스는 회전케이싱(31) 내부에서 회전하는 과정에서 비중차에 따라 상하로 분리될 수 있다.
즉, 미분 바이오매스에 비해 비중이 큰 미분탄은 하부로 이동하고, 미분 바이오매스는 상부로 이동해서 미분탄과 미분 바이오매스가 상하로 서로 분리된다.
따라서, 본 발명은 선별부재(50)를 하방 또는 상방을 향해 볼록한 대략 반구 형상으로 형성하도록 변경될 수 있다.
상세하게 설명하면, 선별부재(50)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 하방을 향해 볼록하게 형성될 수 있다.
여기서, 선별부재(50)는 일정한 곡률을 갖는 반구 형상으로 형성되거나, 단면이 포물선 형상 또는 중앙부에서 외측으로 갈수록, 제1 선별영역(51)에서 제5 선별영역(55)으로 갈수록 작은 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.
선별부재(50)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)을 경사면으로 형성하도록 변경될 수 있다.
특히, 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)은 외측으로 갈수록 큰 기울기를 갖는 경사면으로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)을 이루는 각 경사면의 기울기는 미분탄과 미분 바이오매스의 입도별 선별작업의 효율성을 향상시킬 수 있도록 실험결과에 따라 변경 설정될 수 있다.
이와 같이, 선별부재(50)의 각 선별영역(51 내지 55)별로 기울기를 달리함에 따라, 상대적으로 비중이 큰 미분탄과 상대적으로 비중이 작은 미분 바이오매스가 상하로 분리되더라도, 선별부재(50)를 통해 원활하게 입도별로 선별될 수 있다.
그리고 선별부재(50)는 상방을 향해 볼록한 곡면으로 형성되거나, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 전체적으로 상방을 향해 볼록하고 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)이 서로 다른 기울기의 경사면을 갖도록 변경될 수 있다.
여기서, 선별부재(50)의 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)은 중앙부에서 외측으로 갈수록 점점 더 작은 크기의 메시가 형성될 수 있다.
이에 따라, 상대적으로 비중이 큰 미분탄은 선별부재(50)의 중앙부에 배치된 제1 내지 제2 선별영역(51,52)을 통과하고, 상대적으로 비중이 작은 미분 바이오매스는 선별부재(50)의 외측부에 배치된 제3 내지 제5 선별영역(53 내지 55)을 통과해서 입도별로 선별될 수 있다.
또한, 선별부재(50)는 도 4의 (d) 및 (e)에 도시된 바와 같이, 하방 또는 상방을 향해 볼록하고 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)이 각각 계단 형상으로 형성되도록 변경될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 선별부재를 하방 또는 상방을 향해 볼록하게 형성하여 미분탄과 미분 바이오매스가 비중차에 따라 상하로 분리되는 경우에도 원활하게 입도별로 선별할 수 있다.
한편, 미분기(11)에서 석탄은 대략 구 형상으로 미분되는데 비해, 바이오매스는 일측 방향의 직경이 다른 방향의 직경에 비해 긴 타원체(ellipsoidal solid) 형상으로 미분된다.
그래서 미분탄과 미분 바이오매스를 동일한 크기의 메시를 통과시키더라도, 실제 메시를 통과한 미분 바이오매스는 미분탄에 비해 더 큰 체적을 가질 수 있다.
여기서, 바이오매스는 휘발분이 많고, 석탄에 비해 밀도가 낮으며, 탈 휘발이 석탄에 비해 낮은 온도에서 이루어짐에 따라, 석탄에 비해 더 큰 입도를 가지더라도 연소에 문제가 없다.
따라서 본 발명은 석탄과 바이오매스를 일반적인 석탄 미분기에서 미분한 후, 입도 선별장치를 이용해서 입도별로 선별해서 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스를 상기 기준입도를 초과하는 미분탄과 미분 바이오매스로부터 분리할 수 있다.
본 실시 예에서 기준입도는 약 75메시 또는 100메시로 설정될 수 있다.
물론, 기준입도는 미분탄과 미분 바이오매스의 목표 혼소율에 따라 변경될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 석탄과 바이오매스를 정밀하게 미립화하기 위해 미분기의 운전시간을 증가시킬 필요가 없어, 미분기 운전시 소요되는 전력손실을 감소시키고, 바이오매스의 혼소율도 향상시킬 수 있다.
실제 실험 데이터에 따르면, 본 발명은 약 200 메시 이하의 미분탄을 원래대로 70% 이상으로 투입 가능하게 하고, 미분 바이오매스를 연소 효율에 큰 영향을 미치지 않을 정도의 기준입도를 설정해서 제작된 선별부재를 회전케이싱 내부에 설치하여 원심력을 이용해 석탄과 바이오매스의 밀도차에 따라 입도별로 분리할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 미분기 내부에 바이오매스가 누적되면서 발생하는 차압 문제를 해결하고, 연소 효율도 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 입도 선별장치(20)를 미분기(11)의 배출부(117)와 보일러(12) 사이를 연결하는 공급라인(14) 상에 설치하도록 변경될 수 있다.
회전케이싱(31)의 상부에는 회전케이싱(31)의 상면을 차폐하는 커버(도면 미도시)가 결합될 수 있다.
회전케이싱(31)의 하부에는 선별부재(50) 및 각 구획통체(33)에 의해 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 일부를 보일러(12)로 공급하도록 공급라인으로 전달하는 전달부재(도면 미도시)와 나머지를 미분기(11)로 회수하도록 회수라인(15)으로 전달하는 수집부재(도면 미도시)가 결합될 수 있다.
상기 커버의 중앙부에는 배출부(117) 또는 공급라인(14)을 통해 공급되는 미분탄과 미분 바이오매스를 회전케이싱(31)의 중앙부로 공급하도록 공급공이 형성될 수 있다.
상기 전달부재와 수집부재는 각각 회전케이싱(31)에서 멀어질수록 직경이 작아지도록 대략 호퍼(hopper) 형상으로 형성될 수 있다.
다음, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법을 단계별로 설명하는 공정도이고, 도 6은 도 5에 도시된 입도 선별방법에 따른 동작 상태도이다.
도 5의 S10단계에서 석탄과 바이오매스를 미분기(11)에 공급해서 미분한다.
미분된 석탄과 바이오매스는 배출부(117)에 연결되거나 공급라인(14) 상에 설치된 입도 선별장치(20)로 공급된다(S12).
입도 선별장치(20)의 구동부(40)는 회전케이싱(31)을 회전시키도록 회전력을 발생하고, 회전케이싱(31)은 회전력을 전달받아 회전한다(S14).
그러면, 회전케이싱(31) 내부로 공급된 미분탄과 미분 바이오매스는 회전케이싱(31)의 회전운동시 발생하는 원심력에 의해 밀도차에 따라 서로 다른 거리만큼 회전케이싱(31)의 중앙부에서 외측으로 이동한다.
이동된 미분탄과 미분 바이오매스는 도 6에 도시된 바와 같이, 원판 형상이나 상방 또는 하방을 향해 볼록한 대략 반구 형상으로 형성된 선별부재(50)의 제1 내지 제5 선별영역(51 내지 55)에 각각 형성된 서로 다른 크기의 메시를 통해 선별된다(S16).
선별된 미분탄과 미분 바이오매스는 각각 회전케이싱(31) 내부에 설치된 제1 내지 제4 구획통체(331 내지 334)에 의해 형성된 제1 내지 제5 이동공간(321 내지 325)을 통해 출구측으로 배출된다.
이와 같은 과정을 통해서 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스는 회전케이싱(31)의 출구측에 결합된 전달부재 및 공급라인(14)을 통해 보일러(12)로 공급된다.
그리고 기준입도를 초과하는 미분탄과 미분 바이오매스는 회전케이싱(31)의 출구측에 결합된 수집부재 및 회수라인(15)을 통해 미분기(11)로 회수된다(S18).
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 미분기에서 미분된 석탄과 바이오매스를 원심력을 이용해서 밀도차에 따라 입도별로 선별할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 바이오매스를 보일러로 공급하여 바이오매스의 혼소율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 일반적인 미분기에서 석탄과 바이오매스를 미분하고, 원심력을 이용해서 미분탄과 바이오매스를 밀도차에 따라 입도별로 선별해서 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 바이오매스로 공급하여 바이오매스의 혼소율을 향상시키는 화력발전 시스템 기술에 적용된다.
10: 화력발전 시스템
11: 미분기 111: 공급구
112: 회전테이블 113: 롤러
114: 가압수단 115: 공기유입구
116: 분급기 117: 배출부
12: 보일러 13: 발전기
14: 공급라인 15: 회수라인
20: 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치
30: 회전부 31: 회전케이싱
32, 321 내지 325: 이동공간 33, 331 내지 334: 구획통체
40: 구동부 50: 선별부재
51 내지 55: 제1 내지 제5 선별영역

Claims (10)

  1. 회전 가능하게 설치되는 회전케이싱,
    상기 회전케이싱을 회전시키도록 구동력을 발생하는 구동부 및
    상기 회전케이싱 내부에 설치되고 미분된 석탄과 바이오매스를 입도별로 선별하는 선별부재를 포함하고,
    상기 선별부재는 서로 다른 크기의 메시를 갖는 복수의 선별영역을 포함하여 중앙부가 하방 또는 상방을 향해 볼록하게 형성되며,
    상기 복수의 선별영역은 각각 중앙부에서 외측으로 갈수록 곡률이 작아지는 곡면으로 형성되거나, 기울기가 커지는 경사면으로 형성되고,
    상기 회전케이싱의 회전운동에 의해 발생하는 원심력을 이용해서 미분된 석탄과 바이오매스의 밀도차에 따라 입도를 선별하는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선별부재의 각 선별영역은 상기 선별부재의 중앙부가 하방을 향해 볼록하게 형성된 경우, 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선별부재의 각 선별영역은 상기 선별부재의 중앙부가 상방을 향해 볼록하게 형성된 경우, 중앙부에서 외측으로 갈수록 메시의 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전케이싱 내부에는 상기 선별부재의 각 선별영역을 통해 입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스가 이동하는 복수의 이동공간을 형성하도록 복수의 구획통체가 설치되는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전케이싱의 출구측에는 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하는 공급라인과
    상기 기준입도를 초과하는 미분탄과 미분 바이오매스를 미분기로 회수하는 회수라인이 연결되고,
    상기 기준입도는 석탄과 바이오매스의 혼소율 및 발전효율에 따라 변경 가능한 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치.
  8. 석탄과 바이오매스를 미분하는 미분기와
    상기 제1항 및 제4항 내지 제7항 중에서 어느 한 항으로 이루어져 상기 미분기에서 미분된 미분탄과 미분 바이오매스를 원심력을 이용해서 미분탄과 미분 바이오매스의 밀도차에 따라 입도별로 선별하는 입도 선별장치를 포함하고,
    미리 설정된 기준입도 이하의 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하여 혼소시켜 발전에 사용하는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별장치가 적용되는 화력발전 시스템.
  9. 석탄과 바이오매스를 미분기에 공급하여 미분하는 단계,
    미분된 석탄과 바이오매스를 회전케이싱에 공급하는 단계 및
    상기 회전케이싱을 회전시켜 발생하는 원심력을 이용해서 서로 다른 크기의 메시가 형성된 선별부재를 통과시켜 미분탄과 미분 바이오매스의 밀도차에 따라 입도별로 선별하는 단계를 포함하고,
    서로 다른 크기의 메시를 갖는 복수의 선별영역을 포함하여 중앙부가 하방 또는 상방을 향해 볼록하게 형성되며,
    상기 복수의 선별영역은 각각 중앙부에서 외측으로 갈수록 곡률이 작아지는 곡면으로 형성되거나, 기울기가 커지는 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법.
  10. 제9항에 있어서,
    입도별로 선별된 미분탄과 미분 바이오매스 중에서 미리 설정된 기준입도 이하인 미분탄과 미분 바이오매스를 보일러로 공급하고, 나머지는 미분기로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄과 바이오매스의 입도 선별방법.
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