KR101783179B1

KR101783179B1 - 석탄회 분리회수 장치

Info

Publication number: KR101783179B1
Application number: KR1020150092480A
Authority: KR
Inventors: 김재관; 이현동; 박석운; 홍준석; 서연석
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017003021A1; KR20170002224A; CN107743420A

Abstract

석탄회 분리회수 장치가 개시된다. 본 발명의 석탄회 분리회수 장치는 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회를 전기집진하여 조립분 석탄회와 미립분 석탄회를 분리회수하는 전기집진기를 포함하는 석탄회 분리회수 장치이며, 상기 전기 집진기는, 상기 전기집진기의 제1단에 형성되며, 조립분 석탄회를 하전시키는 조립분 집진단; 상기 전기집진기의 제2단에 형성되며, 미립분 석탄회를 하전시키는 미립분 집진단; 상기 조립분 집진단의 하부에 형성된 조립분 포집호퍼; 및 상기 미립분 집진단의 하부에 형성된 미립분 포집호퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

석탄회 분리회수 장치{Apparatus for Recovering of Fine Fly Ashes with High Rare Earth Element}

본 발명은 석탄회 분리회수 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 별도의 입도분리 장치없이 조립분 석탄회 2종과 미립분 석탄회 1종을 분리포집할 수 있도록 개발된, 석탄회 분리회수 장치에 관한 것이다.

석탄회는 높은 압축강도의 콘크리트 제조에 혼입하는 시멘트 대체제로서 미립분(석탄회 1종)과 조립분(석탄회 2종)으로 구별된다. 조립분인 석탄회 2종은 레미콘 혼화제로서 첨가시 시멘트 대체율(혼입율)이 10∼15%이고 초기 압축강도가 시멘트 사용시의 80~90%인 반면, 미립분 석탄회 1종을 회수하여 첨가시 시멘트 대체율(혼입율)이 20~30%로서 기존 레미콘 시장에 그대로 적용해도 석탄회 재활용율을 2배 이상 증가시키며, 고농도 희토류의 미립분 석탄회를 회수하여 희토류 추출용 광상으로 사용할 경우 기존 광석바위 광상에서 추출하는 공정보다 채굴, 분쇄, 이송, 미분 및 폐기물 처리등 비용이 감소되므로 산업 경쟁력이 매우 높다. 또한 석탄회 1종과 2종을 분리하여 회수할 경우, 판매 가격도 2배 이상으로 형성되어 있다.

도 1은 기존의 석탄회로부터 조립분 석탄회와 미립분 석탄회를 분리 회수하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도 1을 참조하면, 종래에는 석탄화력발전소 보일러(1)에서 발생된 석탄회를 전기집진기(2)에서 포집하여 정제된 정제공기(Clean gas)는 습식 배연탈황공정으로 송부하고 배출된 석탄회는 석탄회 호퍼(3)에서 포집 보관된다.

상기 전기집진기(2)는 배 가스의 유속이 1~2m/s로 유속분포가 균일한 집진기 내에 10inch 정도의 간격으로 집진극과 방전극을 수직으로 배열시켜 이 전극에 DC 30~70kV정도의 고전압을 가하여 코로나 방전을 형성시켜 가동되는 장치이다. 이러한 코로나 방전 이후 이 전기장 내에 분진이 함유된 배기가스를 통과시키면 방전극 부근의 전계에서 코로나 방전에 의한 가스분자의 충돌로 분진은 이온화되고(-)전하를 띠게 되어 (+)극인 집진극에 유인되어 포집이 이루어지며, 가스이온에 의해 하전된 분진의 집진극판으로 이동속도는 전계의 세기(E) 제곱과 입자경(d)에 비례한다. 집진극에 포집된 (-)이온의 분진은 전하를 잃으면 낙하되어 집진기 호퍼에 쌓이게 되고, 공기 이송을 통해 분진 저장 호퍼로 이송된다. 이러한 전기집진기 원리를 이용하여 석탄화력발전소 등에서 석탄회(fly ash)를 포집하고 집진할 수 있다.

한편, 일반적으로 사용되는 전기집진기(2)는 제1단에서 6단까지 동일한 집진단 형식(와이어격자형 방전극과 평판형 집진극)으로 구성되어 있으며, 각 집진단별 하부에는 포집된 석탄회를 이송하기 위한 호퍼들이 설치되어 있고, 각 호퍼들을 하나의 배관으로 연결하여 공기주입을 통해 석탄회 저장호퍼(3)로 이송되도록되어 있어 석탄회 집진 용도로만 사용되고 있다.

다음으로, 호퍼(3)에 보관된 석탄회는 발전소 외부 정제공장(4)으로 이송하여 입도분리를 통해 조립분 석탄회와 미립분 석탄회로 분리된다. 조립분은 정제공장(4)의 하부에서 배출되며,배출된 조립분 석탄회는 조립분 이송용 트럭(7)으로 레미콘 공장에 보급되거나, 미연소탄소 함량이 높아 석탄회 2종이 안될 경우에는 매립장으로 배출된다. 한편, 정제공장(4)에서 입도분리된 미립분 석탄회는 백필터(5)에서 포집되어 미립분 저장호퍼(6)에서 보관되어 미립분 석탄회 이송트럭(8)을 통해 콘크리트 혼화제 공장에 공급된다.

이와 같은 종래의 공정은 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄회로부터 미립분의 석탄회 1종을 회수하기 위해서는 별도의 석탄회 정제(입도분리공정) 공장의 설치 운영이 필요한 단점이 있어, 석탄화력발전소에서 직접 미립분과 조립분을 분리회수하여 판매할 수 있는 경제적인 공정의 고안이 필요한 실정이다.

관련 선행기술로 KR 2003-0090968A, KR 2012-0122040A 등이 있다.

본 발명의 목적은 입도분리 등을 위한 별도의 석탄회 정제공장의 설치를 생략할 수 있는, 석탄회 분리회수 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레미콘 혼화제에 사용시 혼화율을 2배 이상 증대시키고 콘크리트 압축강도를 3배 이상 상승시키는 4,500㎠/g이상 분말도의 미립분 석탄회 1종을 분리회수할 수 있는, 석탄회 분리회수 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 포집호퍼의 배출 라인 중 제1단의 배출 배관 라인을 별도 설치하여 운전조건의 최적화를 구현한, 석탄회 분리회수 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 석탄회 1종 및 2종의 분리회수를 통해 콘크리트 혼화제 시장확대, 원료가격 절감, 석탄회 재활용율 및 판매량 증대를 구현할 수 있는, 석탄회 분리회수 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점은 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회를 전기집진하여 조립분 석탄회와 미립분 석탄회를 분리회수하는 전기집진기를 포함하는 석탄회 분리회수 장치이며, 상기 전기 집진기는, 상기 전기집진기의 제1단에 형성되며, 조립분 석탄회를 하전시키는 조립분 집진단; 상기 전기집진기의 제2단에 형성되며, 미립분 석탄회를 하전시키는 미립분 집진단; 상기 조립분 집진단의 하부에 형성된 조립분 포집호퍼; 및 상기 미립분 집진단의 하부에 형성된 미립분 포집호퍼;를 포함하는, 석탄회 분리회수 장치에 관한 것이다.

일 구체예에서, 상기 조립분 석탄회는 분말도가 3,500㎠/g이하이고, 상기 미립분 석탄회는 분말도가 4,500㎠/g이상일 수 있다.

상기 미립분 집진단은 복수의 단으로 형성될 수 있다. 구체예에서 상기 미립분 집진단은 제2단 내지 제n단(n은 3~10)으로 형성될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 전기집진기의 제1단은 30 내지 40kV의 전압에서 운전되고, 상기 제2단은 45 내지 70kV의 전압에서 운전될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 조립분 집진단은 원통침 격자형 방전극을 포함할 수있다.

일 구체예에서, 상기 원통침 격자형 방전극은, 방전극 지지대 격자 사이에 150㎜ 내지 180㎜ 간격으로 형성될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 미립분 집진단은 사각미늘 격자형 방전극을 포함할수 있다.

일 구체예에서, 상기 사각미늘 격자형 방전극은, 방전극 지지대 격자 사이에 140㎜ 내지 160㎜ 간격으로 형성될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 조립분 포집호퍼에서 포집 후 배출되는 조립분 석탄회를 배출하는 제1 배관; 및 상기 미립분 포집호퍼에서 포집 후 배출되는 미립분 석탄회를 배출하는 제2 배관;을 더 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 제2 배관을 통해 배출된 미립분 석탄회를 포집하여 배출하는 제7 배관;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 석탄회 분리회수 장치는, 입도분리 장치의 설치를 생략할 수 있고, 레미콘 혼화제에 사용시 혼화율을 2배 이상 증대시키고 콘크리트 압축강도를 3배 이상 상승시키는 4,500㎠/g이상 분말도의 고농도 희토류 미립분 석탄회 1종을 분리회수할 수 있고, 포집 호퍼의 배출 라인 중 제1단의 배출 배관 라인을 별도 설치하여 운전조건의 최적화를 구현하고, 석탄회 1종 및 2종의 분리회수를 통해 콘크리트 혼화제 시장확대, 원료가격 절감, 석탄회 재활용율 및 판매량 증대를 구현하는 효과가 있다.

도 1은 기존의 석탄회로부터 조립분 석탄회 및 미립분 석탄회를 회수하는 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 의한 미립분 석탄회 1종 분리회수 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 분리회수 장치의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 분리회수 장치의 제1단(9-9) 및 제2단(9-10) 상측 단면도이다.
도 5는 상기 도 4에 표시된 S 영역을 확대하여 나타낸 입체도이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 분리회수 장치의 제1단(9-9)의 원통침 격자형 방전극의 설치 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 분리회수 장치의 원통침 격자형 방전극과 사각미늘 격자형 방전극의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

단지 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다.

전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

석탄회 분리회수 장치

도 3에는 본 발명의 일 구체예에 따른 석탄회 분리회수 장치가 개시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 석탄회 분리회수 장치(9)는, 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회를 전기집진하여 조립분 석탄회와 미립분 석탄회를 분리회수하는 전기집진기(9)를 포함한다. 상기 전기집진기는 조립분 석탄회를 하전시키는 조립분 집진단(9-9), 미립분 석탄회를 하전시키는 미립분 집진단(9-10 내지 9-14), 상기 조립분 집진단의 하부에 형성된 조립분 포집호퍼(9-1) 및 상기 미립분 집진단의 각 하부에 형성된 미립분 포집호퍼(9-2 내지 9-6)을 포함한다.

상기 조립분 집진단(9-9)은 상기 전기집진기의 제1단에 형성되며, 상기 미립분 집진단은 상기 전기집진기의 제2단에 형성된다. 상기 미립분 집진단은 바람직하게는 복수의 단으로 형성될 수 있다. 구체예에서 상기 미립분 집진단은 제2단 내지 제n단(n은 3~10), 예를 들면, 제2단 내지 제6단(9-10 내지 9-14)으로 형성될 수 있다.

고농도 석탄회의 배가스는 전기집진기 입구(9-7)를 통해 유입되어 입구에 위치한 배가스 분배판(9-8)에서 균일한 배가스량으로 분리되어, 각 집진단(9-9 내지 9-14)에서 입도별로 하전 및 집진된 후 각 집진단별로 하부 호퍼(9-1 내지 9-6)로 하강할 수 있다. 이때 하강된 조립분 석탄회는 조립분 호퍼(9-1)로 배출되어 이송되는 반면, 미립분 석탄회는 미립분 호퍼(9-2 내지 9-6)로 배출되어 이송될 수 있다.

한편, 상기 조립분 석탄회를 하전하는 전기집진기의 제1단은 30 내지 40kV의 전압에서, 예를 들어 32 내지 38kV의 전압에서, 예를 들어 34 내지 36kV의 전압에서 운전될 수 있다. 상기 운전 전압 범위에서 (-)하전속도가 빠른 조립분 석탄회를 선택적으로 하전하여 (+)집진극으로 포집할 수 있다.

또한, 상기 미립분 석탄회를 하전하는 전기집진기의 제2단, 예를 들면 제2단 내지 제n단(n은 3~10)은 45 내지 70kV의 전압에서, 예를 들어 50 내지 65kV의 전압에서, 예를 들어 55 내지 60kV의 전압에서 운전될 수 있다. 상기 운전 전압 범위에서 대부분의 미립분 석탄회를 포집할 수 있다. 구체예에서 제2단 내지 제6단은 45 내지 70kV의 전압으로 운전될 수 있다. 구체예에서 이들 각 단은 동일한 전압을 가할 수 있다. 다른 구체예에서 이들 각 단은 전압을 달리하여 가동할 수 있다. 예를 들면 제2단은 45 내지 50 kV, 제3단은 51 내지 55 kV, 제4단은 56 내지 60 kV, 제5단은 61 내지 65 kV, 제6단은 66 내지 70 kV 으로 운전할 수 있다.

도 4에는 본 발명의 일 구체예에 의한 분리회수 전기집진기(9)의 제1단(9-9) 및 제2단(9-10) 상측 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 S 영역의 입체도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전기집진기(9)의 외부 케이싱 내부에는 각 단별로 방전극 및 집진극이 배치된다. 바람직하게는, 제1단의 경우 원통침 격자형 방전극(9-17)과 평판형 집진극(9-18), 제2단의 경우 사각미늘 격자형 방전극(9-20) 및 평판형 집진극(9-18)로 형성될 수 있다. 이들 구성요소는 일정한 배열간격으로 배치되고 있는 바 이를 편의상 CEL로 나타내었고, 이들 CEL은 상기 각 방전극 상에 일정한 간격을 유지하며 복수 개로 형성될 수 있다.

상기 원통침 격자형 방전극(9-17)은, 입자의 크기가 크고 표면적이 넓어 방전극에서 (-)전자 증식량은 작아도 (-)하전이 용이한 낮은 전압용의 경우에 최적으로 설치되고, 이를 통해 전압 인가함으로써 (-)하전속도가 빠른 조립분을 선택적으로 하전하여 (+)집진극으로 포집할 수 있는 장점이 있다.

상기 사각미늘 격자형 방전극(9-20)은, 미립분 석탄회의 (-)하전을 통해 완벽하게 집진될 수 있도록 높은 전압용의 경우에 최적으로 설치되고, 이를 통해 전압인가함으로써 대부분의 미립분 석탄회를 포집할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 평판형 집진극(9-18)은 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 300 내지 400mm 간격으로, 예를 들어 320 내지 380mm 간격, 예를 들어 340 내지 360mm 간격으로 배치될 수 있다. 상기 집진극의 간격 범위에서 전압 인가를 통해 석탄회의 포집이 원활하게 이루어지고, 최적 조건에서 운전이 가능하다.

이웃하는 평판형 집진극(9-18)의 사이에는 방전극이 배치된다. 제1단의 경우 원통침 격자형 방전극(9-17)이 배치될 수 있다. 상기 원통침 격자형 방전극(9-17)에는 고전압 인가용 전원공급장치(9-22)가 연결되고, 상기 평판형 집진극(9-18)은 접지(9-21)를 통해 전기장을 형성된다. 또한, 상기 집진극(9-18)에는 Picometer(9-23)가 형성되어 전류변화를 측정할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 일 구체예에 의한 전기집진기 제1단(9-9)의 원통침 격자형 방전극의 설치 측단면도가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 방전극의 간격 유지 및 단락시 하부 하강에 의한 절연파괴를 방지하기 위해, 방전극 지지대 격자(9-19)를 설치하여 방전극즐이 일정 간격을 유지하도록 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 원통침 격자형 방전극(9-17)의 경우, 절연성의 테프론 재질 격자(9-19) 사이에 일정 간격으로 배치될 수 있다.

이때, 상기 원통침 격자형 방전극(9-17)은 150㎜ 내지 180㎜ 간격으로, 예를 들어 155㎜ 내지 175㎜ 간격으로, 예를 들어 160㎜ 내지 170㎜ 간격으로 형성될 수 있다. 상기 방전극 간격 범위에서 조립분 하전용 원통침 격자형 방전극이 최적으로 설치될 수 있고 전압 인가시 선택적 하전이 용이한 장점이 있다.

상기 사각미늘 격자형 방전극(9-20)의 경우도 지지대 격자들 사이의 일정 간격으로 사각미늘 격자형 방전극(9-20)을 설치할 수 있다.

상기 사각미늘 격자형 방전극(9-20)은 140㎜ 내지 170㎜ 간격으로, 예를 들어 145㎜ 내지 165㎜ 간격으로, 예를 들어 150㎜ 내지 160㎜ 간격으로 형성될 수 있다. 상기 방전극 간격 범위에서 미립분 하전용 사각미늘 격자형 방전극이 최적으로 설치될 수 있고 전압 인가시 선택적 하전이 용이한 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 일 구체예에 의한 전기집진기 내의 원통침 격자형 방전극과 사각미늘 격자형 방전극의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 원통침 격자형 방전극(9-17)은 원통형의 중심부의 외측에 침(9-24)이 일정 간격으로 배치된 형태로 형성될 수 있고, 상기 사각미늘 격자형 방전극(9-20)은 사각 기둥형태의 중심부(9-20)의 외측에 사각미늘(9-25)이 일정한 간격으로 형성된 형태로 형성될 수 있다.

상기 원통침 격자형 방전극의 침은 40㎜ 내지 70㎜ 간격으로, 예를 들어 45㎜ 내지 65㎜ 간격으로, 예를 들어 50㎜ 내지 60㎜ 간격으로 형성될 수 있다. 상기 방전극 침의 간격 범위에서 조립분 하전을 위한 전압 인가시 선택적 하전이 용이하고 원통침 격자형 방전극의 설치가 최적 조건에서 수행될 수 있다.

상기 사각미늘 격자형 방전극(9-20)의 침도 30㎜ 내지 60㎜ 간격으로, 예를들어 35㎜ 내지 55㎜ 간격으로, 예를 들어 40㎜ 내지 50㎜ 간격으로 형성될 수 있다. 상기 방전극 침의 간격 범위에서 조립분 하전을 위한 전압 인가시 선택적 하전이 용이하고 사각미늘 격자형 방전극의 설치가 최적 조건에서 수행될 수 있다.

한편, 본 발명의 석탄회 분리회수 장치는 각 포집 호퍼부터 배출되는 석탄회를 배출하기 위한 배관을 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 석탄회 분리회수 장치는, 상기 제1단 조립분 포집호퍼(9-1)에서 포집된 조립분 석탄회를 배출하기 위한 제1 배관(9-111)과, 제2단 미립분 포집호퍼(9-2)에서 포집된 미립분 석탄회를 배출하기 위한 제2 배관(9-222)를 포함할 수 있다.

미립분 집진단이 복수의 단으로 형성된 경우, 각 단은 미립분 포집호퍼를 구비하며 각 미립분 포집호퍼는 각각의 배관을 구비한다.

구체예에서, 미립분 집진단이 도면과 같이 제2단 내지 제6단으로 구비된 경우, 미립분 포집호퍼(9-2 내지 9-6)에서 포집된 미립분 석탄회를 배출하기 위한 제2 내지 제6 배관(9-222 내지 9-666)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 석탄회 분리회수 장치는 제2 배관, 구체예에서 제2 내지 제n 배관, 더욱 구체적으로는 제2 내지 제6 배관(9-222 내지 9-666)을 통해 배출된 각 미립분 석탄회를 모두 포집하여 단일하게 배출하기 위한 제7 배관(9-777)을 더 포함할 수도 있다. 상기 제2 내지 제n 배관을 통해 각 미립분 석탄회는 하방 배출되며, 이러한 각 제 2 내지 제n 배관에서의 각 미립분 석탄회는 하나의 단일한 제7 배관에서 모두 포집되어 상기 제1 배관과 달리 개별적으로 배출되어 미립분 저장 호퍼로 이송될 수 있다. 이러한 개별적 배관 배출을 통해 종래의 전기집진장치에 비해 운전조건을 최적화하고 미립분 석탄회와 조립분 석탄회의 효율적 분리가 가능하다.

한편, 본 발명에서 상기 조립분 석탄회는 분말도가 3,500㎠/g 이하일 수 있으며, 예를 들어, 3,400㎠/g 이하, 예를 들어 3,300㎠/g 이하일 수 있다. 상기 분말도 범위를 갖는 조립분 석탄회는 석탄회 2종으로써 종래의 석탄화력발전소에서는 미연탄소의 일부를 제거하여 이러한 석탄회 2종 규격을 생산하여 사용하였고, 본 발명에서는 상기 조립분 석탄회와 후술하는 미립분 석탄회를 개별적으로 분리회수할 수 있다.

상기 미립분 석탄회는 분말도 4,500㎠/g 이상, 예를 들어 4,550㎠/g 이상, 예를 들어 4,600㎠/g 이상일 수 있다. 상기 분말도 범위의 미립분 석탄회는 시멘트 대체 혼입율이 20~30%로 기존 레미콘 시장에 적용시 석탄회 재활용율이 2배 이상이고 콘크리트 압축강도를 3배 이상 상승시키는 등 우수한 특징이 있는 바, 본 발명은 이러한 미립분 석탄회를 별도의 입도분리 장치없이 분리회수할 수 있는 특징이 있다.

다음으로. 본 발명의 장치를 이용한 석탄회 분리회수 방법을 설명한다. 도 2에는 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 1종 분리회수 공정을 개략적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 석탄화력발전소 보일러(1)에서 배출되는 배가스에 포함하고 있는 석탄회는 본 발명의 전기집진기(9)에서 집진단별로 포집될 수 있다. 구체적으로, 제1단에서 포집된 조립분 석탄회는 하부 호퍼로 배출되어 조립분 저장 호퍼(10)에서 보관 및 조립분 운송트럭(7)에 의해 이송되며, 제2 내지 제6단에서 포집되는 미립분 석탄회는 제2 내지 제6집진단의 하부호퍼로 배출되어 미립분 저장호퍼(6)에서 저장되고 미립분 석탄회 운송트럭(8)을 통해 운송될 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 구체예에 의한 석탄회 분리회수 장치에 의할 경우, 입도분리 등 별도의 석탄회 정제공장의 설치를 생략할 수 있고, 레미콘 혼화제에 사용시 혼화율을 2배 이상 증대시키고 콘크리트 압축강도를 3배 이상 상승시키는 4,500㎠/g이상 분말도의 미립분 석탄회 1종을 분리회수할 수 있고, 포집 호퍼의 배출 라인 중 제1단의 배출 배관 라인을 별도 설치하여 운전조건의 최적화를 구현하고, 석탄회 1종 및 2종의 분리회수를 통해 콘크리트 혼화제 시장확대, 원료가격 절감, 석탄회 재활용율 및 판매량 증대를 구현하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

실시예 1

보령화력발전소 8호기 B전기집진기를 활용하되, 본 발명의 도 2 내지 6과 같이, 제1단에 원통침 격자형 방전극을 형성하였고, 제2 내지 제6단에 사각미늘 격자형 방전극을 형성하였다. 제 1 집진단에 설치하는 원통침 격자형 방전극(9-17)은 방전극 직경(φ) 7mm, 방전극 전체 길이(NL) 17mm, 방전 침간 간격(NG) 50mm, 방전침간 각도 60°, 방전침 길이 5mm, 방전극 두께 2mm, 방전극간 간격(DEL) 170mm, 방전극 재질은 Corten steel, 방전극 지지대 재질은 테프론으로 구성하였다. 제 2 내지 6집진단에 설치하는 사각미늘 격자형 방전극(9-20)의 경우, 방전극 미늘높이(BH) 15mm, 방전극 미늘넓이(BW) 10mm, 미늘 전체길이(BL) 100mm, 방전극간 간격 150mm, 방전극 두께 2mm, 방전극 및 지지대 재질은 Corten steel로 구성하였다.

한편, 배기가스 온도는 90~145℃ 범위이고, 제1단에서 (-) 40kV의 인가전압 운전을 통해 집진율을 60%로 설계하여, 조립분 석탄회 포집율은 60%, 제2단 내지 제6단에서는 제1단에서 포집되지 않은 미립분 석탄회 대부분을 포집하도록 (-) 50kV의 인가전압을 주도록 운전하였다. 원통침 격자형 방전극(9-17)의 격자구성 및 사각미늘 격자형 방전극(9-20)의 격자구성은 도 7과 같이, 격자구성 작업을 통해 집진극 중앙에 설치하여 운전하였다. 이와 관련된 방전극 규격, 집진장치 설치 규격은 하기 표 1에, 실시운전 조건은 하기 표 2에 각각 나타내었다.

비교예 1

기존 집진기로 보령화력발전소 8호기 B전기집진기를 사용하였고, 와이어 격자형(Wire Frame Type) 방전극과 평판형(Plate-type) 집진극으로 구성되어 있으며, 방전극간의 간격은 170mm로 본 발명의 원통침 격자형 방전극(9-17) 간격과 동일하며, 방전극 인가전압은 (-)45kV, 집진판 수량은 1 Chamber당 43개이며, 입구 쪽의 배기가스 유량은 45,930Am³/hr이며, 입구분진 농도는 35~70g/Nm³이며, 집진효율 99.9%기준으로 유효비집진면적 20㎡/A㎥/min으로 설치하였다.

배기가스 온도는 90~145℃ 범위이고, 인가전압 (-)45kV로 운전하여 제1단에서 70%의 석탄회가 포집되도록 제작 설치하였다. 이와 관련된 방전극 규격, 집진장치 설치 규격은 하기 표 1에, 실시운전 조건은 하기 표 2에 각각 나타내었다.

1단		2~6단
항목	규격 및 재질	항목	규격 및 재질
전극 형태	원통침 격자형	전극 형태	사각미늘 격자형
방전극 직경 (Φ, ㎜)	7	방전극 미늘높이 (BH, ㎜)	15
방전극 전체길이 (NL, ㎜)	17	방전극 미늘넓이 (BW, ㎜)	10
방전침간 간격 (NG, ㎜)	50	방전극 미늘전체길이 (BL, ㎜)	100
방전침간 각도 (°)	60
방전침 길이(㎜)	5
방전극 두께(㎜)	2	방전극 두께(㎜)	2
방전극간 간격 (DEL, ㎜)	170	방전극간 간격 (㎜)	150
방전극 재질	Corten steel	방전극 재질	Corten steel
방전극 지지대 재질	Teflon	방전극 지지대 재질	Corten steel

	비교예 1	실시예 1
	비교예 1	1단	2~6단
방전극 형태	와이어 격자형	원통침 격자형	사각미늘 격자형
방전극 간격(㎜)	170	170	150
방전극 수량 (ea/casing)	15,960	2,660	9,975
방전극 단면적(㎜²)	32	22	200
방전극 인가전압 (kV)	45	40	50
집진극 형태	평판형	평판형
집진판 수량 (ea/chamber)	43	43
유효비집진면적 (m²/Am³/min)	20	20
호퍼수량 (ea/casing)	20	20
호퍼용량 (m³/hopper)	68	68
입구 분진농도 (g/Nm³)	35~70	35~70
출구 분진농도 (mg/m³)	70 이하	70 이하
집진효율(%)	99.9	99.9
배기가스 유량 (Am³/hr)	45,930	45,930
배기가스 온도(℃)	90~145	90~145
호퍼별 집진율(%) No. 1 9-1호퍼 No. 1 9-2호퍼 No. 1 9-3호퍼 No. 1 9-4호퍼 No. 1 9-5호퍼 No. 1 9-6호퍼	70.0 20.0 5.0 3.0 1.0 1.0	60.0 25.0 8.0 5.0 1.0 1.0

시험결과 : 분리회수 결과

이상의 운전조건에서 미립분 석탄회 및 조립분 석탄회의 분리회수를 수행하였다. 그 결과, 수득된 분리회수 실시결과를 하기 표 3에, 그밖에 집진단별 포집된 석탄회의 분말도 및 희토류 농도변화를 하기 표 4에 나타내었다.

		KSL 5405 플라이애쉬		비교예 1	실시예 1
		석탄회 1종	석탄회 2종	비교예 1	조립회 (1단)	미립회 (2~6단)
이산화규소 (%)		45.0 이상	45.0 이상	53.20	53.00	53.30
수분 (%)		1.0 이하	1.0 이하	0.25	0.23	0.25
강열감량 (%)		3.0 이하	5.0 이하	2.30	2.20	2.90
밀도 (g/㎠)		1.95 이상	1.95 이상	2.23	2.18	2.35
분말도	45㎛ 체잔량(%)	10 이하	40 이하	25.20	32.20	9.50
분말도	브레인 비표면적(㎠/g)	4,500 이상	3,000 이상	3,910	3,190	4,920
플로우값비 (%)		105 이상	95 이상	113	112	113
활성화 지수(%)	재령 28일	90 이상	80 이상	106	102	114
활성화 지수(%)	재령 91일	100 이상	90 이상	110	102	112
희토류/ 희유금속 함량(%)	Y	-	-	58.03	54.60	65.64
	Nd	-	-	57.01	53.20	64.88
	Eu	-	-	2.44	2.45	2.41
	Tb	-	-	1.7	1.65	1.77
	Dy	-	-	9.23	9.35	10.20
	Li	-	-	95.49	86.30	130.12
	V	-	-	115.02	99.20	149.80
	Co	-	-	38.68	36.70	43.00
	Ni	-	-	52.91	46.60	65.36
	Zr	-	-	275.73	273.00	289.00

[표 4]

비교예 1과 같이, 기존방식으로 회수한 석탄회의 경우, 이산화규소, 수분, 강열감량(미연탄소함량), 밀도, 플로우값, 활성화 지수가 대부분 석탄회 1종(KSL 5405) 규격에 만족하나, 분말도(45㎛ 체잔량 및 브레인 비표면적이)가 1종에 미달하는 반면 2종 규격에는 만족한다. 즉, 기존 전기집진기에서 회수한 석탄회의 경우 석탄회 1종의 KS규격이 45㎛ 체잔량이 10%이하이나 25.2%으로 2종에 만족하고, 브레인비표면적은 4,500㎠/g이상이어야 하나 3,910㎠/g으로 2종 규격을 만족하고 있다. 그러나, 석탄회 1종 규격에는 미달하는 문제가 있음을 알 수 있다.

반면에, 본 발명의 일 구체예에 의한 실시예 1에 의할 경우, 제1단의 조립회의 경우 45㎛ 체잔량 32.2% 및 브레인비표면적 3,190㎠/g으로 기존보다 떨어지나 2종 규격에는 만족하고 있으며, 제2~제6단에서 회수한 미립분 석탄회는 45㎛ 체잔량 9.5% 및 브레인비표면적 4,920㎠/g으로 분말도가 대폭 향상되어 석탄회 규격 1종을 만족하는 등 우수한 특징을 지니고 있음을 알 수 있다.

상기 결과를 통해, 본 발명에 의한 석탄회 분리회수 장치는 입도분리 등 별도의 석탄회 정제공장의 설치를 생략할 수 있고, 레미콘혼화재에 사용시 혼화율을 2배 이상 증대시키고 콘크리트 압축강도를 3배 이상 상승시키는 4,500㎠/g이상 분말도의 미립분 석탄회 1종을 분리회수할 수 있고, 포집 호퍼의 배출 라인 중 제1단의 배출 배관 라인을 별도 설치하여 운전조건의 최적화를 구현하고, 석탄회 1종 및 2종의 분리회수를 통해 콘크리트 혼화제 시장확대, 원료가격 절감, 석탄회 재활용율 및 판매량 증대를 구현하는 효과가 있음을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 석탄화력발전소 보일러 2: 전기집진기
3: 석탄회 저장호퍼 4: 석탄회 입도분리(정제) 공장
5: 미립분 포집용 백필터 6: 미립분 석탄회 저장호퍼
7: 조립분 석탄회(석탄회 2종) 운송용 BCT(벌크컨테이너트럭)
8: 미립분 석탄회(석탄회 1종) 운송용 BCT(Bulk Container Truck)
9: 본 발명의 미립분 석탄회 분리회수용 전기집진장치
9-1: 제1단 조립분 포집호퍼 9-2: 제2단 미립분 포집호퍼
9-3: 제3단 미립분 포집호퍼 9-4: 제4단 미립분 포집호퍼
9-5: 제5단 미립분 포집호퍼 9-6: 제6단 미립분 포집호퍼
9-7: 전기집진기 입구 9-8: 입구 배가스 분배판
9-9: 제1단의 조립분 집진단 9-10: 제2단의 미립분 집진단
9-11: 제3단의 미립분 집진단 9-12: 제4단의 미립분 집진단
9-13: 제5단의 미립분 집진단 9-14: 제6단의 미립분 집진단
9-15: 정제공기 출구 분배판 9-16: 정제공기 출구
9-17: 원통침 격자형 방전극 9-18: 평판형 집진극
9-19: 원통침 격자형 방전극 지지대격자
9-20: 사각미늘 격자형 방전극
9-21: 집진극 접지 9-22: 고전압인가장치
9-23: 피코미터 9-24: 원통침 격자형 방전극의 침
9-25: 사각미늘부
9-111 : 제1 배관 9-222 : 제2 배관
9-333 : 제3 배관 9-444 : 제4 배관
9-555 : 제5 배관 9-666 : 제6 배관
9-777 : 제7 배관
10: 조립분 저장호퍼

Claims

석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회를 전기집진하여 조립분 석탄회와 미립분 석탄회를 분리회수하는 전기집진기를 포함하는 석탄회 분리회수 장치이며,
상기 전기집진기는,
상기 전기집진기의 제1단에 형성되며, 조립분 석탄회를 하전시키는 조립분 집진단;
상기 전기집진기의 제2단 내지 제6단에 형성되며, 미립분 석탄회를 하전시키는 미립분 집진단;
상기 조립분 집진단의 하부에 형성된 제1단 조립분 포집호퍼;
상기 미립분 집진단의 제2단 내지 제6단 하부에 각각 형성된 제2단 내지 제6단 미립분 포집호퍼;
상기 제1단 조립분 포집호퍼에서 포집 후 배출되는 조립분 석탄회를 배출하는 제1 배관;
상기 제2단 내지 제6단 미립분 포집호퍼에서 포집 후 배출되는 미립분 석탄회를 각각 배출하는 제2 배관 내지 제6 배관; 및
상기 제2 배관 내지 제6 배관을 통해 배출된 미립분 석탄회를 포집하여 배출하는 제7 배관;을 포함하며,
상기 전기집진기의 제1단은 40kV의 전압에서 운전되고, 상기 제2단 내지 제6단은 50kV의 전압에서 운전되며,
상기 조립분 석탄회는 분말도가 3,500㎠/g이하이고, 상기 미립분 석탄회는 분말도가 4,500㎠/g이상이며,
상기 조립분 집진단은, 방전극 지지대 격자 사이에 170㎜ 간격으로 형성된 원통침 격자형 방전극을 포함하고,
상기 미립분 집진단은, 방전극 지지대 격자 사이에 150㎜ 간격으로 형성된 사각미늘 격자형 방전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 석탄회 분리회수 장치.
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