KR101799877B1 - 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제에 관한 것으로;
그 기술구현의 목적은, 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al₂O₃) 성분물질을 이용, 약제조성물을 제조하여, 이를, 보일러 또는 소각로의 과열기 및 절탄기 수관에 코팅 처리되게 함으로써, 알칼리 금속화합물(슬래그)의 생성을 억제되도록 함에 있다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
50~70%의 중량비율을 갖는 이산화규소(SiO₂) 분말과, 20~40%의 중량비율을 갖는 산화마그네슘(MgO) 분말과, 1~10%의 중량비율을 갖는 산화칼슘(CaO) 분말과, 0.5~1%의 중량비율을 갖는 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말을 혼합시켜 기능성 혼합분말제를 마련하고, 상기 기능성 혼합분말제와 수용성 용제를 1:1의 중량비 혼합하며, 혼합분말제와 수용성 용제 혼합된 혼합물에 나프탈렌 셀폰산 소다(sodium naphthalene sulfonate)를 100:0.1 ~ 100:0.5의 중량비율로 더 혼합조성하여 연소슬러그차단 약제를 생성되게 함으로써 달성한다.

Description

보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제{A method for producing a pharmaceutical composition for inhibiting boiler combustion slug and a burning slug blocking agent produced by the method}

본 발명은 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 바이오매스 연료, 예컨대, 목재 펠렛이나 바이오-SRF 등을 연료로 사용하는 보일러 또는, 소각로 등의 연소설비에 있어, 그 연소설비로 마련되는 과열기 또는, 절탄기 등의 수관 부위에 알칼리금속 화합물(슬러그)이 생성되는 것을 억제되게 하고, 그에 따라, 슬래깅(Slagging) 내지 파울링(Fouling) 현상을 원천적으로 예방할 수 있도록 한 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제에 관한 것이다.

오늘날 산업 발전에 따른, 화석연료(석탄 및 석유)의 사용량 급증으로 인해, 인위적으로 발생하는 이산화탄소(CO₂)의 배출량이 매우 큰 폭으로 증가하고 있는 현실임을 알 수 있다.

이와 같이, 대량 배출되는 이산화탄소(CO₂)는 정화되지 못한 채, 대기중에 잔류하며, 온실효과를 증폭시킴에 따라 지구온난화 현상을 가속시키게 되고, 이러한, 지구온난화의 영향으로 20세기 지구 평균기온은 약 0.6℃ 상승하였으며, 이로 인해 극지방과 고산지대의 빙하는 감소하고, 겨울은 짧아졌으며, 특히, 최근 들어 집중호우나 폭설, 폭염 등의 극한 기상이변 또한 자주 발생하고 있는 실정이다.

따라서, 전술한 바와 같은, 기후변화에 대처하고, 저탄소 녹색성장의 목표를 달성하기 위하여 전략적으로 자립 가능한 친환경 대체에너지원의 개발과 보급이 절실히 요구되고 있다.

이러한, 실정에 부응하고자, 근래에 있어서는, 화석연료를 대체하여, 온실가스 발생을 극히 저감되도록 하고, 아울러, 수급 및 가격 등 경제적 측면에 있어서 또한, 상대적으로 우수한 친환경 연료, 예컨대, 대한민국 특허청에 선출원 등록(특허 제1361483호 "바이오매스 고체연료 보일러")된 공개기술로서, 목재펠릿 및 바이오-SRF를 연소연료로 하는 보일러 또는, 소각로 등이 다양하게 개발 이용되고 있는 실정이다.

여기서, 상기 목재펠릿 및 바이오-SRF는 바이오매스 에너지의 일종, 예컨대, 식물이나 동물 등으로부터 얻어지는 탄소중립적인 대체에너지 자원으로서, 이들은, 화석연료에 비해 적은 이산화탄소를 배출할 뿐만 아니라, 가격적인 측면에 있어서 또한, 소비자들의 부담을 덜어주며, 효율적인 청정에너지원으로 사회적 인식이 고무되어 있는 에너지원임을 알 수 있다.

하지만, 화석연료의 대체에너지원으로 사용되는, 상기 목재펠렛 및 바이오-SRF 등의 바이오매스 연료는 알칼리금속의 함유량이 매우 높은 것으로, 이와 같은, 알칼리금속 중, 특히, 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 등의 성분은 고온의 연소과정에 있어, 염소(Cl) 또는, 삼산화황(SO₃)과 반응하여 KCl, K₂SO₄, NaCl, Na₂SO₄등의 알칼리 금속 화합물을 생성하게 되는 것이고, 따라서, 이와 같이, 생성된 알칼리금속 화합물은 일정 온도영역에서 부착성이 매우 강한 물질 특성을 갖음에 따라, 보일러 등의 연료로 사용할 경우, 그 보일러에 마련된 과열기 또는 절탄기의 수관 부분에 부착이 되며, 슬래깅(Slagging) 또는, 파울링(Fouling) 현상을 발생 되게 하는 문제점을 주는 것이다.

또한, 상기와 같이, 보일러에 슬래깅(Slagging) 또는, 파울링(Fouling) 현상이 발생할 경우, 과열기 및 절탄기의 스팀 생산량이 급격히 감소하여 보일러의 효율이 저하되고, 보일러의 차압 증가로 인해 설비 자체를 운전할 수 없는 문제점을 주는 것이었을 뿐만 아니라, 특히, 바이오-SRF계열의 폐목재를 연료로 사용하는 경우에 있어서는, 한 달에 한 번씩 보일러의 가동을 정지시킨 상태하에 해당 부위, 예컨대, 과열기 및 절탄기를 청소해야 하는 것이며, 만일 청소작업을 행하지 않을 경우, 운전이 불가능한 문제점을 주는 것이다.

또 다르게, 파울링(Fouling) 현상이 발생되는 부분의 수관이 염소성분에 의해 고온부식됨에 따라, 적어도 6개월에 한번 정도는 수관을 교체해야 하는 경우가 발생하게 되는 것인바, 따라서, 나무계열(바이오매스)의 연료를 에너지원으로 사용하는 경우에 있어서는, 그들, 연료재에 포함된 정확한 알칼리 금속이온의 함량 분석이 필요한 것이고, 아울러, 6개월에서 1년 이상 보일러의 상시 운전을 가능하도록 함은 물론, 이 기간동안 보일러의 효율 저하현상 또한, 예방하기 위해서는 부착성이 강한 알칼리금속화합물의 생성을 차단할 필요가 있는 문제점을 상존되게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 알칼리금속 화합물(슬러그) 생성에 의해 슬래깅(Slagging) 내지 파울링(Fouling) 현상을 필연적으로 발생하게 하는 종래 바이오 매스 연료를 이용한 연소설비의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;

본 발명의 목적은, 목재펠렛이나 바이오-SRF 등의 바이오매스 연료를 사용하는 보일러 또는 소각로 등에 있어, 상기 바이오매스 연료가 연소하는 과정에서 발생하는 알칼리 금속화합물, 예컨대, 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 등의 성분이 고온의 연소과정에 있어, 염소(Cl) 또는, 삼산화황(SO₃)과 반응하여 염화칼륨(KCl), 염화나트륨(NaCl), 황산칼륨(K₂SO₄), 황산나트륨(Na₂SO₄) 등의 부착성이 강한 금속화합물을 생성하고, 이와 같이, 생성된 알칼리 금속이 보일러 내지 소각로 등에 마련된 과열기 및 절탄기의 수관에 부착되는 현상, 즉, 슬래깅(Slagging)과 그에 따른 파울링(Fouling)을 예방되게 하여, 수관의 부식은 물론, 연소효율의 저하, 보일러 막힘에 따른 운전불가 등의 제반적인 문제점을 해결할 수 있도록 한 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제를 제공함에 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화칼슘(CaO) 성분물질을 이용, 약제조성물을 제조하여, 이를 보일러 또는 소각로의 과열기 및 절탄기 수관에 코팅 처리되게 함으로써, 알칼리 금속화합물(슬래그)의 생성을 억제하고, 특히, 과열기 및 절탄기 수관에 알칼리 금속화합물이 일부 생성되는 경우라도, 그들 과열기 및 절탄기에 마련된 재매기(재 제거장치)에 의해, 생성된 재를 용이하게 제거할 수 있도록 한 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제를 제공함에 있다.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제 제조방법의 구체적 수단으로는;

50~70%의 중량비율을 갖는 이산화규소(SiO₂) 분말과, 20~40%의 중량비율을 갖는 산화마그네슘(MgO) 분말과, 1~10%의 중량비율을 갖는 산화칼슘(CaO) 분말과, 0.5~1%의 중량비율을 갖는 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말을 혼합시켜 기능성 혼합분말제를 마련하고, 상기 기능성 혼합분말제와 수용성 용제를 1:1의 중량비 혼합하며, 혼합분말제와 수용성 용제 혼합된 혼합물에 나프탈렌 셀폰산 소다(sodium naphthalene sulfonate)를 100:0.1 ~ 100:0.5의 중량비율로 더 혼합조성하여 연소슬러그차단 약제를 생성되게 함으로써 달성한다.

또한, 상기 연소슬러그차단 약제를 형성하기 위한 방법으로서, 조성물질 전처리 공정과, 불순물 처리공정과, 기능성 혼합분말제 조성공정과, 약제조성물 생성공정과, 약제조성물 사용준비공정을 행하도록 하여 달성한다.

이상, 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제는, 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al₂O₃) 성분물질로 이루어진 연소슬러그 차단약제를 생성하고, 이와 같이, 생성된 연소슬러그 차단약제를 이용, 보일러 또는 소각로의 과열기 및 절탄기 수관을 코팅 처리되게 함으로써, 알칼리 금속화합물(슬래그)의 생성을 억제 시키고, 아울러, 과열기 및 절탄기 수관에 알칼리 금속화합물이 일부 생성되는 경우 있어, 그들 과열기 및 절탄기에 마련된 재매기(재 제거장치)에 의해, 생성된 재를 용이하게 제거할 수 있도록 한 것으로, 이는 매우 유용한 기대효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법의 순서도
도 2는 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물의 성분구성도

이하, 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제의 바람직한 실시예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

이에, 먼저 본 발명에 따른 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법의 개략적인 공정구성을 살펴보면;

이는, 조성물질 전처리 공정(S1)과, 불순물 처리공정(S2)과, 기능성 혼합분말제 조성공정(S3)과, 약제조성물 생성공정(S4)과, 약제조성물 사용준비공정(S5)으로 이루어진다.

여기서, 상기 조성물질 전처리 공정(S1)은, 연소슬러그 차단약제를 생성하기 위해 필요한 원료를 마련토록하는 일종의 제조준비과정을 의미하는 것인바, 이에, 이와 같은, 조성물질 전처리 공정(S1)은, 천연광물에서 추출된 원료, 예컨대, 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al₂O₃)을 종류별로 분류하고, 분류된 상기 각 개별성분 원료를 산업용 입자분쇄처리기에 투입하여, 아래 [표 1]에서와 같이, 5~10㎛ 입자크기의 분말형태로 분쇄,가공하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

이때, 전술한 조성물질 전처리 공정(S1)에 있어, 상기 이산화규소(SiO₂)는, 규소산화물에 해당하는 준금속으로, 일반적으로 실리카(silica)라 명칭 되고, 천연에서 석영, 수정, 옥수(玉髓), 마노(瑪瑙), 부싯돌, 규사(硅砂) 등으로 존재하며, 반도체, 내열유리, 광학장치, 요업분야(벽돌, 건축), 수정 발진기, 자동차 코팅제 등의 산업분야에 널리 이용되는 것인바, 본 발명에 있어서의 이산화규소(SiO₂)는 보일러의 과열기 및 절탄기의 수관에 유리막 코팅층을 형성되게 하여, 마찰계수를 낮추고, 그와 같이, 낮아진 마찰계수에 의해 이물질(슬러그)이 부착되는 것을 최대한 억제되게 하며, 특히, 이러한 억제 작용에도 불구하고 이물질(슬러그)이 부착되는 경우, 그 부착된 이물질을 쉽게 제거할 수 있게 하는 물질 특성을 갖는 것이다.

또한, 전술한 조성물질 전처리 공정(S1)에 있어, 상기 산화마그네슘(MgO)은,

융점이 높고, 고온에서 내염기성 및 전기절연성이 뛰어남은 물론, 열평창계수 및 열전도율이 크고, 빛 투과율 또한 높은 것으로, 통상 내열재료, 고온절연재료, 고온광학, 조명재료 등으로서 널리 이용되는 것인바, 본 발명에 있어서의 산화마그네슘(MgO)은 높은 내화성 및 소결작용에 의해 보일러의 과열기 및 절탄기의 수관에 연소슬러그차단 약제를 안정적으로 증착되게 하는 물질 특성을 갖는 것이다.

또한, 전술한 조성물질 전처리 공정(S1)에 있어, 상기 산화칼슘(CaO)은, 백색 등축 결정계 분말로서, 습기와 이산화탄소를 흡수하여 수산화칼슘 및 탄산칼슘을 생성하고, 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하는 물질인바, 본 발명에 있어서의 산화칼슘(CaO)은 보일러의 유해가스를 상쇄시키는 물질 특성을 갖는 것이다.

또한, 전술한 조성물질 전처리 공정(S1)에 있어, 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)은, 알루미늄과 산소의 화합물로 일명 알루미나라고도 명칭되며, 천연에서 코런덤,루비, 사파이어등으로 존재하고 α-산화알루미늄, β-산화알루미늄등으로 나누어지는 것인바, 본 발명에 있어서의 산화알루미늄(Al₂O₃)은, 높은 기계강도와 경도, 그리고, 내부식성 및 내마모성에 의해 보일러의 과열기 및 절탄기 수관에 연소슬러그 차단약제 코팅시, 불순물을 원활하게 제거되게 하는 물질 특성을 갖는 것이다.

한편, 상기 불순물 처리공정(S2)은, 전술한 조성물질 전처리공정(S1)을 통해 분말형태로 분쇄처리된 종류별 성분물질, 예컨대, 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al₂O₃)을 메쉬망 구성을 취하는 산업용 초음파 진동선별기에 개별 투입하여, 설정크기, 예컨대, 5~10㎛ 입자크기 이상의 입도를 갖는 미가공 성분물질과, 그 성분물질에 포함된 각종 불순물을 분리 제거하는 과정으로 이루지게함이 바람직하다.

또한, 상기 혼합분말제 조성공정(S3)은, 전술한 불순물 처리공정(S2)을 행한 성분종류별 원료에 있어, 이산화규소(SiO₂) 분말을 50~70%의 중량비율, 산화마그네슘(MgO) 분말을 20~40%의 중량비율, 산화칼슘(CaO) 분말을 1~10%의 중량비율을, 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말을 0.5~1%의 중량비율로 산업용 믹싱기에 투입하여, 약 30분간 교반작용을 통해 혼합처리하여 기능성혼합 분말제를 생성, 마련하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

또한, 상기 약제조성물 생성공정(S4)은, 전술한 기능성 혼합분말제 조성공정(S3)을 통해 마련된 기능성 분말제를, 수용성 용제와 1:1의 중량비율로 산업용 믹싱기에 투입하여, 약 20~40 분간 용융 혼합하고, 재차, 혼합분말제와 수용성 용제 혼합된 혼합물에 나프탈렌 셀폰산 소다(sodium naphthalene sulfonate)를 100:0.1 ~ 100:0.5의 중량비율로 산업용 믹싱기에 투입하여 10~20분간 혼합조성하여 연소슬러그차단 약제를 생성함으로써 달성한다.

이때, 전술한 수용성 용제는 글리세롤,에틸렌글리콜 등과 같은, 알콜화합물을 의미하는 것이고, 또 다르게, 나프탈렌 셀폰산 소다(sodium naphthalene sulfonate)는 액상의 겔 형태로써, 겨울철과 같은 추운날씨에 배관라인을 통해 흐름 내지 공급되는 연소슬러그차단 약제의 결빙을 방지하는 물질특성을 갖는다

끝으로, 상기 약제조성물 사용준비공정(S5)은, 전술한 약제조성물 생성공정(S4)을 통해 형성된 액상의 연소슬러그 차단약제를 보일러 시스템에 마련된 약제저장탱크로 수용 저장시켜, 분사공급상태를 갖도록 하는 과정으로 이루어짐이 바람직한 것으로, 이러한, 일련의 제조과정을 통해 본 발명에 따른 연소슬러그 차단약제를 생성하게 되는 것이다.

S1 : 조성물질 전처리 공정
S2 : 불순물 처리공정
S3 : 기능성 혼합분말제 조성공정
S4 : 약제조성물 생성공정
S5 : 약제조성물 사용준비공정

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al₂O₃) 원료를 종류별로 분류하여, 이들을 개별성분으로 산업용 입자분쇄처리기에 투입하여 5~10㎛의 입자크기로 분쇄,가공하는 조성물질 전처리 공정(S1)과;
   상기 조성물질 전처리공정(S1)을 통해 분쇄된 종류별 성분물질을, 산업용 초음파 진동선별기에 개별 투입하여, 설정크기 이상의 입도를 갖는 미가공 성분물질과, 그 성분물질에 포함된 불순물을 분리 제거하는 불순물 처리공정(S2)과;
   상기 불순물 처리공정(S2)을 행한 이산화규소(SiO₂) 분말을 50~70%의 중량비율, 산화마그네슘(MgO) 분말을 20~40%의 중량비율, 산화칼슘(CaO) 분말을 1~10%의 중량비율을, 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말을 0.5~1%의 중량비율로 산업용 믹싱기에 투입, 혼합처리하여 기능성혼합 분말제를 생성, 마련하는 기능성 혼합분말제 조성공정(S3)과;
   상기 기능성 혼합분말제 조성공정(S3)을 통해 마련된 기능성 분말제와, 수용성 용제를 1:1의 첨가비로 산업용 믹싱기에 투입하여 20~40분간 용융 혼합하고, 상기 혼합분말제와 수용성 용제가 혼합된 조성물에 나프탈렌 셀폰산 소다(sodium naphthalene sulfonate)를 100:0.1 ~ 100:0.5의 중량비로 더 첨가하여 산업용 믹싱기에의해, 10~20분간 혼합조성하는 과정을 통해 액상의 연소슬러그차단 약제를 형성하는 약제조성물 생성공정(S4)과;
   상기 약제조성물 생성공정(S4)을 통해 형성된 액상의 연소슬러그차단 약제를 보일러 시스템에 마련된 약제저장탱크로 수용 저장시켜, 분사공급상태를 이루도록 하는 약제조성물 사용준비공정(S5)을 통해 이루어짐을 특징으로 하는 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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